環形土槽綜合試驗臺設計

吳澤全，馬 君，劉俊杰，孫先明

（黑龍江省農業機械工程科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150081）

在室內土槽利用土槽試驗車進行農機整機或部件的性能與可靠性試驗，具有不受季節、氣候、土壤等復雜環境或自然因素的影響，試驗條件可控，作業工況可重復模擬，測控手段先進等特點。目前國內農業用土槽一般為直線往復式，試驗對象多為較大型的旱田農機具。對于水田機具或微耕設備的室內試驗，直線式土槽并不完全適用，且這類土槽占地較大，長度為30～100m，限制了實驗室場地局促的研發單位采用。針對這一現狀，結合水田和小型農機產品的試驗特點，現擬旱地或水田作業狀況，為各種不同類型作業裝置提供試驗條件可控的土壤平臺。

1 平臺構成

為了減少土槽占地，實現作業機具的連續耕作，土槽設計成環形。試驗臺主要由環形土槽試驗車、水稻插秧試驗臺、旱地移栽試驗臺、土壤整理試驗臺、液壓氣動系統、測控系統等部分構成。如圖1所示。在環形土槽外側呈圓環形設計實驗平臺，所有試驗機具、液壓泵站、氣動系統及相關附屬配件均安裝在該平臺上，采用多套升降裝置以滿足水田、旱田機具試驗和土壤恢復、鎮壓。土槽槽體材料做防銹處理，下部設計滲水、排水結構。綜合控制柜安裝在土槽外，方便試驗人員觀察、操作和控制，該操作臺可控制試驗平臺上所有試驗機具工作及土槽旋轉速度，同時采集各種試驗數據、各路傳感器信號等。

試驗臺主要技術指標為①外徑：5 m；②土槽寬度：0.4 m；③深度：0.4 m；④轉速：0～8.7 r/min，無級可調；⑤驅動電機功率：5.5 kW。

1.1 環形土槽試驗車

試驗臺由同圓心和等直徑上、下兩層圓形工字鋼軌道和中間尼龍輪組成運動副，由變頻電機驅動。下層圓形工字鋼軌道固定在地基之上，環形土槽與上層圓形工字鋼軌道結合為一剛體，通過中間尼龍輪沿下軌道做圓周運動。采用變頻電機驅動小齒輪與大內齒圈嚙合來驅動環形土槽旋轉，轉速無級可調，運轉平穩不丟轉，并避免了采用摩擦傳動引起的轉數不穩定的弊端。同時針對突發情況設計了緊急制動裝置。

圖1 環形土槽綜合試驗臺總體結構

1.2 水稻插秧試驗臺

為適應我國水稻生產存在類型品種多、土壤水肥條件差異大的特點，插秧機需要實現插秧行距可調，該試驗臺可滿足插秧機設計中關鍵結構參數的研究需要。試驗臺采用0.75kW變頻調速電動機驅動，實現分插機構轉數的無級調整。分插機構通過滑座實現相對于秧箱秧門的前后、上下在規定范圍無級調整。秧箱橫向移箱次數：12、16、18、20、24可調，縱向送秧量：8～17mm 可調。箱傾斜角度：45o～65o無級可調。秧門寬度：14～23mm，可調。通過為水稻插秧部件研究提供了良好的試驗平臺見圖2。

1.3 旱地移栽試驗臺

移栽機特別是缽苗移栽機將是大幅度提高糧食單產的農機裝備，這方面的機具已成為當前農機研發熱點。為滿足旱地移栽機具或作業部件的系統研究，在土槽平臺上設計并配備了旱地移栽試驗臺，采用1.5kW變頻調速電動機驅動，實現栽植機構轉數的無級調整。橫向取苗次數：6、8、10 可調。取苗針夾角 20～40°，連續可調。為旱地移栽部件研究提供良好的試驗平臺，如圖3所示。

圖2 水稻插秧試驗臺

圖3 旱地移栽試驗臺

1.4 土壤整理試驗臺

該試驗臺用來實現土壤條件的恢復，采用3 kW變頻調速電動機驅動，通過傳動機構使刀輥旋轉，帶動旋耕刀片轉動，完成對環形土槽試驗車內土壤的切削，通過試驗臺后部的鎮壓板進行鎮壓，從而完成打碎土塊、均勻摻和、表面平整，達到旱地移栽或水田栽秧試驗的要求，旋耕深度 150～200 mm，耕幅 250～300 mm，轉速 200～400 r/min，無級調速。如圖4所示。

圖4 土壤整理試驗臺

1.5 液壓泵站

泵站配套功率37 kW，采用變頻啟動。流量100 L/min，額定壓力16MPa。設有4路輸出。

1.6 壓縮空氣系統

空壓機配套功率1.5 kW，配有汽水分離器。流量：160 L/min，額定壓力：0.8 MPa。設有4路輸出。同時為環形土槽試驗車制動器、齒輪副脫離氣缸提供氣源。

2 結論

（1）試驗臺的環形設計形式，結構緊湊，占地小，可重復模擬旱地或水田作業狀況，進行各種不同類型農機整機或工作部件的性能試驗和連續作業可靠性試驗。

（2）可方便的實現水田向旱田作業模式轉換，并設置三級過濾排水系統，保證排水快速通暢。

（3）針對水田或旱田作業模式，可進行紅壤、黑土等不同土壤的更換。