1GZMN—350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機的設計

王志遠

摘 要：介紹了1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機設計背景、總體結構、技術參數以及工作原理和主要工作部件的結構設計。實驗結果表明，該機能夠滿足板結耕地的整地要求，具有較好的使用價值和市場前景。

關鍵詞：旋耕聯合整地機；總體設計；結構設計

中圖分類號：S222.3 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.08.006

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機主要完成玉米根茬粉碎、旋耕、起壟等播前整地作業。三軸設計主要是針對大型機械化收獲作業使土壤壓實板結而設計的，傳統的前滅后旋雙軸聯合整地機作業時土塊多、大，作業后地塊影響播種作業質量。

1 總體設計及技術性能參數

1.1 總體設計

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機主要由主傳動箱總成、邊箱總成、滅茬部件總成、旋耕部件總成、碎土箱總成、碎土部件總成、起壟部件總成組成（如圖所示）。其中滅茬、旋耕和碎土部件采用正轉工作方式，起壟鏵采用翼鏟式。工作時，拖拉機動力由傳動軸傳遞到主傳動箱總成，經邊箱總成帶動旋耕部件總成、滅茬部件總成轉動，進行旋耕與滅茬作業，再由旋耕部件總成經碎土箱總成帶動碎土部件總成旋轉工作 。

1.2 主要技術參數及性能指標

配套動力：110～132.3 kW；

工作幅寬：350 cm；

旋耕深度：16～20 cm；

滅茬深度：6～10 cm；

碎土深度：14～18 cm；

根茬粉碎率：≥90%；

耕深穩定性：≥85%；

土壤粉碎率：≥80%；

工作速度：5～7 km/h；

工作效率：2.1～2.5 hm2/h。

2 主要設計參數

2.1 配套動力計算

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機所需動力主要包括滅茬部分、旋耕部分、碎土部分以及牽引阻力。

2.1.1 滅茬、旋耕所需動力T1

利用土壤比阻法計算旋耕機所需功率

T1=0.1KλDvmB

=0.1×5.67×18×1.67×3.5=59.66 kW

式中 Kλ—旋耕比阻，

Kλ=KgK1K2K3K4

=9×1.1×0.95×0.9×0.67=5.67

D—耕深（cm），取機具最大耕深18 cm；

vm—前進速度（m/s），取作業速度6 km/h，轉化為1.67 m/s；

B—作業幅寬（m），按機具作業幅寬區3.5 m。

2.1.2 碎土所需動力T2

根據土壤比阻法計算旋耕機復耕所需功率

T2=0.1KλDvmB

=0.1×1.63×16×1.67×3.5=15.25kW

式中 Kλ—旋耕比阻，

Kλ=KgK1K2K3K4

=4.5×0.8×0.75×0.9×0.67=1.63

D—耕深（cm），取機具最大復耕耕深16 cm；

vm—前進速度（m/s），取作業速度6 km/h，轉化為1.67 m/s。

2.1.3 機組空行所需動力T3

根據機器特點將機組空行所需動力按機器工作所需功率的30%即

T3=（T1+T2）×30%=22.47 kW

由以上計算可確定配套拖拉機功率為

T=T3+T1+T2=97.38 kW

由于實際工況的復雜性取配套動力為110 kW以上的大型拖拉機。

2.2 刀軸轉數及傳動比的確定

大型拖拉機動力輸出轉速為1000 r/min和540 r/min兩種，為了有效發揮拖拉機的功率優勢，選擇動力輸出轉速為1000 r/min，根據作業質量要求選擇滅茬刀軸的轉速為520 r/min，旋耕刀軸的轉速為224 r/min，復耕刀軸的轉速為260 r/min，由此確定總傳動比。

I旋總≤N1/N2=1000/220=4.46

I滅總≤N1/N3=1000/520=1.923

I碎土總≤N1/N4=1000/260=3.85

主傳動箱為圓錐齒輪傳動和圓柱齒輪組成的二級傳動，傳動比：

I1=Z2/Z1×Z4/Z3=34/14×24/13=4.483

滅茬箱為圓柱齒輪傳動，傳動比：

I2=Z6/Z5=24/30=0.8

碎土箱為雙排鏈輪傳動，傳動比：

I3=Z8/Z7=18/21=0.857

各軸傳動比如下：

I旋總= I1=4.483

I滅總=Z2/Z1×I2=2.428×0.8=1.9424

I碎總= I旋總×I3=4.483×0.857=3.84

各工作刀軸轉速：

N旋=N1/I旋總=1000/4.483=223 r/min

N滅= N1/I滅總=1000/2.07=514.8 r/min

N碎=N1/ I碎總=1000/3.84=260.4 r/min

式中 I旋總—旋耕總傳動比；

I1—主箱傳動比；

I2—滅茬箱傳動比；

I3—碎土箱傳動比。

Z1、Z2、Z3、Z4為主箱傳動齒齒數，Z5、Z6為滅茬箱傳動齒齒數，Z7、Z8為碎土箱鏈輪齒數。

2.3 各刀軸間距的界定及罩板與刀軸間隙的選擇

旋耕刀軸與滅茬刀軸間距過小，滅茬過程中拋出的土壤與秸稈的混合物容易在兩刀軸間推積，造成拖堆，阻力增大，影響工作效率；間距過大，加長了機器的縱向長度，使機器的重心后移，影響機組的操作穩定性。由實驗數據得出結論：在相同情況下，當兩刀輥間距超過100 mm時造成拖堆的情況明顯減輕，工作功率變化不大，機組空行的功率消耗始終隨著間距的加大而增高的。考慮到1GZMN-350A機型配套動力充足，選擇旋耕刀軸與滅茬刀軸之間的距離為110 mm。同理，罩板與刀軸間隙取設計上限90 mm。由于碎土刀軸的轉速高于旋耕刀軸，土壤輸送能力較旋耕刀軸強，為減少機具的縱向長度，所以旋耕刀軸與碎土刀軸距離定為30 mm，罩板與碎土刀軸間隙取70 mm利于碎土。

3 主要部件的結構設計

3.1 傳動系統設計

1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機傳動系統由主傳動箱、邊箱和碎土箱組成。主傳動箱內有一對圓錐齒輪，主要作用是改變傳動方向并為整個機具工作提供動力接口；邊箱由依次嚙合的圓柱齒輪組成，由二軸與主傳動箱體連接，通過齒輪傳動帶動滅茬刀軸與旋耕刀軸工作；碎土箱由主動鏈輪、被動鏈輪及雙排鏈條組成，主動鏈輪與旋耕刀軸連接，被動鏈輪與碎土刀軸連接，工作時通過旋耕刀軸旋轉帶動碎土刀軸工作。

3.2 旋耕刀軸與滅茬刀軸的結構設計

為了方便安裝與維護，1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機旋耕刀軸和滅茬刀軸與傳動箱連接采用接盤連接結構；碎土刀軸與旋耕刀軸漏耕處交錯布置，有效地解決了漏耕問題。

旋耕刀采用了多區段雙螺旋線形排列，克服了旋耕刀按常規排列存在的耕后地表不平、一邊土多一邊土少的缺點；而且適當增加了旋耕刀的間隔，利用旋耕過程中土壤的互相碰撞進行碎土；刀軸管采用89×8優質無縫圓管，旋耕刀采用T245型旋耕刀，從而保證刀軸強度及機具的有效耕深。

滅茬刀軸采用全刀盤結構，在壟體部分采用六把滅茬刀，非壟體部分采用三把滅茬刀，既達到根茬粉碎又做到不留茬的效果。旋耕刀與滅茬刀的排列均以機器中心對稱，保證機器受力均勻。

碎土刀軸采用六道螺旋排列，旋耕刀選用T225，刀褲距離適當加密為65 mm，以提高碎土效果。

4 結論

通過上述計算和設計，研制生產的1GZMN-350A型三軸滅茬旋耕聯合整地機，從田間實驗看，較雙軸滅茬旋耕聯合整地機細化效果明顯，該機能夠滿足因大型機械化收獲造成的土壤壓實板結地塊的滅茬、旋耕作業要求，作業效果超出了滅茬旋耕聯合整地機作業質量的標準要求，為后續播種作業創造了很好的條件。該機型的設計研制，具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[Z].北京：中國農業科學技術出版社，2007.

[2]閆軍朝，胡建平，范革松.1GHB-175型旋耕滅茬施肥播種聯合作業機的設計[J].農機化研究，2010（12）：60.