中型水田耕耙平地機輔助機構原理分析與方案設計

房燦松 崔新德 范永鋒

摘 要：通過對中型水田耕耙平地機的輔助機構進行調查了解后，可以將中型水田耕耙平地機的輔助機構分為三個組成部分：懸掛架、殼體、后平板。本章的主要內容是針對中型水田耕耙平地機輔助機構三個部分原理進行分析和設計方案的確定。在本章中將說明輔助機構具體形式的選擇及其選擇依據。

一、 水田耕耙平地機與拖拉機的連接方式

1.1 農業用具與拖拉機的連接方式種類

拖拉機田間作業機組的后懸掛系統屬于后置式外懸掛系統（以下簡稱后懸掛）。其主要的種類有牽引式、懸掛式、半懸掛式等幾種類型。其中懸掛式機組，根本上改變了拖拉機與農機具之間的受力關系[1]。工作中有可能將機組的重量和載荷，部分地傳遞到拖拉機驅動輪上，從而增加了驅動輪的垂直載荷，改善了牽引性能，減輕拖拉機本身的結構重量，因此廣泛應用于中、小型拖拉機機組上。農機具在拖拉機上的懸掛方式，按懸掛桿件與拖拉機機體的鏈接點數，則有單點、兩點及三點懸掛三種。最常用的是雙軸式三點懸掛和兩點懸掛根據兩種[2]。近年來，隨著農用拖拉機后三點懸掛的參數的日趨標準化，在農業生產中農具的懸掛多屬于后三點懸掛系統。

1996年4月5號國家技術監督局發布了中華人民共和國國家標準《農業輪式拖拉機后置式三點懸掛—第一部分：1、2、3和4類》，根據動力輸出軸的功率劃分1、2、3和4類標準，規定了農業輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置的主要尺寸和參數。鑒于耕耙機的懸掛架的設計需要40馬力拖拉機后三點懸掛的標準參數，下面將對拖拉機后三點懸掛結構作簡要說明。

圖1.1就是拖拉機后三點懸掛方式的常見布置形式，其中1為上拉桿，3為上懸掛點，5為上鉸結點，6為上鉸結點連接銷，2為下拉桿，4為下懸掛點，6為下鉸結點，9為液壓臂。拖拉機通過一個上懸掛點和兩個下懸掛點與具有三點懸掛的農機連接。

1.2 中型水田耕耙平地機與拖拉機連接方式的選擇與原由

中型水田耕耙平地機是適用于40馬力以上（包括40馬力）中型拖拉機帶動的農用耕耙平地機，其承載車身中型拖拉機的懸掛參數與形式和小型拖拉機有很大的不同，中型拖拉機后部設計有標準的后三點懸掛裝置。因此，中型水田耕耙平地機與拖拉機連接方式首選方式是后三點懸掛方式。

選擇后三點懸掛方式而不選擇牽引式、半懸掛式是因為后三點懸掛式機組有可能將機組的重量和載荷，部分地傳遞到拖拉機驅動輪上，從而增加了驅動輪的垂直載荷，改善了牽引性能，減輕拖拉機本身的結構重量等優點。同時，三點懸掛比單點與兩點懸掛具有更好的工作穩定性能，可以使農用機械在工作時平穩工作，減少不平穩性對農用機械的使用壽命造成的影響[3]。

二、 中型水田耕耙平地機輔助機構的原理分析

這節的主要內容是對中型水田耕耙平地機的輔助機構的結構進行解析說明，并且對輔助機構的工作原理進行分析，為中型水田耕耙平地機輔助機構的方案設計做好準備。

2.1 中型水田耕耙平地機輔助機構結構分析

中型水田耕耙平地機按照各個部分實現功能可以將其分成三個部分：輔助機構、傳動系統、刀軸系統。輔助機構是中型水田耕耙平地機傳動系統和刀軸系統的安裝平臺。輔助結構又可以分為三個部分：懸掛架、殼體、后平板。

圖1.2是懸掛架的主體圖。上輔助拉桿、下輔助拉桿和立柱通過銷聯結，構成懸掛架的桿件組。這個桿件組與減速齒輪箱的一部分組成整個懸掛架，懸掛架主要是由桿件組成，這是由于桿件組具有良好的受力的性能，并且可以盡量減少耕耙平地機的整體質量。桿件之間用聯接銷連接，這樣可以傳遞較大的力，而且還可以得到良好的轉動性能。

對現有的水田耕耙機的調查發現輔助機構的主要分為以下幾個主要部分：主梁、副梁、側板、罩板、后罩板。針對不同種類的耕耙平地機，各部分的設計成品有許多差異。例如副梁的設計，小型的耕耙平地機的副梁多為一個整件，有時甚至為了減少整機的重量可以取消副梁。中型和大型的耕耙平地機為了得到整機的整體剛性，多數都設計有副梁。在耕副比較寬的機型中，副梁一般設計成左、右對分的兩根梁。但是，分開式的副梁造成整機的剛性減小，并且增加了加工的復雜性，綜合考慮副梁設計成整體的一根[4]。

后平板主要由托平板和螺旋壓縮彈簧組及兩邊的防漏耕地的小托平板組成。托平板上裝有壓茬彈齒，在耕耙平地時可以將打碎的稻茬壓進泥土里。螺旋壓縮彈簧組將從整機借到的力作用到托平板上，已達到良好的平地效果。

2.2 中型水田耕耙平地機輔助機構工作原理分析

上圖是中型水田耕耙平地機輔助機構的工作原理圖。由圖中可知：

桿件數N=5；低副數 P1=7；高副數Rh=0；

機構自由度 ；

中型水田耕耙平地機有三種工作和運輸狀態：工作狀態、田頭拐彎狀態、運輸狀態。各種工作狀態時，耕耙平地機的耕刀距地面的距離不同造成輔助機構各個部分受力不同。當耕耙平地機處于田頭拐彎狀態或運輸狀態時，拖拉機的液壓臂提升，通過提升桿和下拉桿將耕耙平地機整體提升使之脫離地面。當耕耙平地機處于工作狀態時，下拉桿和上拉桿將牽引力傳到刀軸系統上，使刀運動為水平方向運動和圍繞刀軸的旋轉運動的合成運動。工作時，耕耙平地機的輔助系統將受到來自于地面的工作阻力，其中有一向上的分力，這個力由下拉桿、液壓臂、提升桿和懸掛架組成的桿組平衡。

殼體的主要作用是給刀軸系統和傳動系統提供安裝平臺，罩板和后罩板不僅將刀軸系統保護起來，而且還可以將耕刀旋耕起來的大塊土塊打碎。因此，罩板和后罩板要有合理的結構。

三、中型水田耕耙平地機輔助機構的方案設計

中型水田耕耙平地機是在我國農村普遍使用的農用機械，限于我國經濟發展水平，在對中型水田耕耙平地機設計時應該考慮成本問題。也因此，在設計時輔助機構的使用材料應有好的經濟性能和使用性能。懸掛架的主要組成是由桿件通過銷聯結組成的，在設計時懸掛架的桿件采用扁鋼制造。計算懸掛架個桿件尺寸時應該考慮耕耙平地機的三種工作狀態，已得到合理的桿件尺寸。

在設計輔助機構時，應該先選用合理的材料，然后設計合理的形狀結構。在設計好各部件的結構后，通過UG軟件建立各部分模型，分析各部分設計的是否合理。

四、結論

在本文中主要針對懸掛方式的了解和中型水田耕耙平地機輔助機構原理的理解，選擇了合適的懸掛方式并對輔助機構的設計做了初步的方案設計。這將對下一章的中型水田耕耙平地機輔助機構的具體設計做好準備。

參考文獻：

[1] 機械工程協會.機械設計手冊（第三篇）[M].北京：機械工業出版社，2000：13.

[2] 歐寶貴，朱加銘.材料力學[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1997：106.