微耕機的結構設計與動力學研究

摘 要：隨著中國農業事業的革新與發展，農業機械設備得到了創新發展與普及應用。微耕機作為一種新興農業機械設備，以其所具有的體積小、靈動性強、質量輕、可運用于不同環境的特征，受到人們普遍的認可，微耕機的需求量在不增加。但是，現階段我國微耕機仍處于不斷完善的過程，關于微耕機的設計與工藝技術有待進一步研究與完善。對此，本文對微耕機的結構設計與受力情況進行了分析，以期為微耕機的優化提供有益參考。

關鍵詞：微耕機；結構設計；動力學

中圖分類號：S222 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632066

近年來，隨著我國農業經濟、政策、組織結構的發展與調整，農業機械設備的發展與應用得到了迅速提升。在此發展背景下，質量輕、體積小、作業能力強、靈活性高的微耕機，得到了貴州廣大農村村民的認可與重視，其需求量逐年增加。基于科學技術、自動化技術、工業機械技術在農業領域中的應用與創新，為更好地滿足農業發展需求，微耕機整體性能設計趨向于一機多用，制造工藝以及配套設施呈現了多元化的設計趨勢。因此，明確微耕機的整體機構設計于動力學，對微耕機的優化、創新與應用具有重要的現實意義。

1 微耕機的結構設計

1.1 微耕機整體結構設計

微耕機整機結構的構成主要分為工作部件、傳動系統、機架與動力部系統4個部分[1]。在此基礎上進行細分，微耕機又可分為機架、發動機、離合器、變速箱、手把組合、限深裝置與旋耕部件等結構。

動力系統是微耕機的核心組成，動力系統中發動機的運行功率對微耕機工作速度、耕深以及幅度具有直接影響作用。

工作部件的主要構成是旋耕刀，面臨的耕地條件與耕地環境不同，旋耕刀刀片的設計也不同，常用的旋耕刀刀具類型主要有旱地刀、深耕鋤、防纏刀及水田輪等，刀片半徑通常在24～26cm；微耕機工作部件的機組，在設計過程中，其前進速度主要是根據農藝需求以及田間行走速度進行設計的，刀滾的旋轉速度則是遵循低刀軸轉速與最高機組前進速度相結合的設計要求進行設計的[2]。

微耕機傳動系統通常是采用齒輪傳動和皮帶傳動2種傳動方式進行設計的。其中，齒輪傳動的安全與穩定性相對較高，動力學原理主要是利用法蘭盤將發動機與傳動箱進行有效連接，利用摩擦離合器裝置實現動力傳遞；而皮帶傳動方式的發動機與變速箱，則是經由皮帶進行連接與動力傳遞，具有成本低、質量輕、價格便宜等優勢。

微耕機機架則是嚴格按照《微型耕耘機技術條件》以及使用性能進行設計，用以實現對微耕機工作方向的控制以及對動力部分、傳動部分和操作部分的有效連接。

1.2 微耕機工作原理設計

目前，貴州省農機市場中銷售最多的一類微耕機是，以旱地刀為工作部件，以柴油機為配套動力系統，通過利用齒輪傳動方式作為傳動系統，適用于多種耕種環境與農業種植的微耕機[3]。其工作原理主要是，微耕機利用動力輸出軸（發動機）通過變速器控制旋耕刀刀軸，刀軸驅使旋耕刀刀片經由地面并從上向下對耕地進行處理。旋耕刀片隨著旋耕機機組向前工作，刀片不斷對耕地土壤進行切入、細碎處理，用以實現微耕機對耕地碎土、松土的作用。

2 微耕機主要工作部件的受力分析

微耕機在作業過程中，其工作部件會受到一定的動力影響，因此進行微耕機設計與制作時，除明確微耕機工作原理中存在的動力學理論外，也應對微耕機工作部件的受力情況進行分析與處理。

微耕機刀片的受力分析：微耕機在進行作業時，其旋耕刀的刀片在對耕田進行工作時，為實現對切割的土壤進行切割、碎化、拋擲、松土的作用，其刀片與土壤之間具有一定的刃緣，且刀片的正切部分、側切部分會與土壤形成反作用力，從而使得旋耕刀在耕田作業時受土壤阻力（空間力系）。在設計過程中，為避免刀具的應力變形，需對刀具進行設計處理，如刀具網格劃分設計、刀柄打孔加固設計、施加受力點等。

微耕機刀滾的受力分析：在微耕機在對耕田進行作業時，微耕機刀輥在一定程度上會受到來自微耕機各旋耕刀的阻力合力。由于旋耕阻力的受力點、受力大小、受力方向與土壤、微耕機組前進速度、耕深、刀片旋轉角度以及刀軸運行速度具有關聯性，因此微耕機刀滾所受的阻力具有不確定性。所以，在對微耕機刀耕部件進行設計時，應基于其所具有的變化，計算出微耕機工作過程中所承受的最大阻力值，并根據最大阻力值對微耕刀刀輥所受的最大力矩進行計算與校對，用以保證微耕機工作的安全性與穩定性。

3 結論

微耕機在我國農業生產中占有重要地位，本文通過對微耕機的整機機構系統以及工作原理的分析，探索并闡述了微耕機主要構成部分的動力因素。而這在一定程度上為微耕機的設計與創新，提供了理論支持，有利于我國農機市場的優化發展，促進農業收益的提升。

參考文獻

[1]許洪斌，梁舉科，徐濤金，等.微耕機旋轉耕作部件土槽試驗臺設計[J].中國農機化學報，2016（9）：1-5，19.

[2]楊望，路宏，楊堅，等.微耕機水田旋耕刀片切土作業過程動力學仿真[J].農機化研究，2016（6）：74-77.

[3]牛坡，楊玲，張引航，等.基于ANSYSWorkbench的微耕機用旋耕彎刀有限元分析[J].西南大學學報（自然科學版），2015（12）：162-167.

作者簡介：楊冰（1973-），男，貴州貴陽人，工程師，研究方向：農業機械推廣。