一種液壓翻轉犁的結構設計與分析

徐立偉 翟滕子

摘要：介紹國內外液壓翻轉犁的研究與發展現狀，分析液壓翻轉犁在應用過程中的優勢，設計出一種新型的液壓翻轉犁。闡述液壓翻轉犁的工作原理與結構組成，對主要部件進行分析與計算，驗證設計的合理性。該設計為液壓翻轉犁的發展提供了新思路。

關鍵詞：液壓翻轉犁；結構；原理；設計

中圖分類號：S222 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）04-0019-03

隨著現代農業的發展，農業機械中耕地機械種類繁多，包括犁、旋耕機、機耕船、深松機等。其中，犁的類型很多，按用途可分為通用犁、復式犁、雙向犁、開溝犁等，按動力可分為半懸掛式、懸掛式、牽引式犁等。相比于普通鏵式犁只可向一個方向翻垡，液壓翻轉犁可以向左右兩個方向翻土。翻轉犁具有結構簡單、作業效率高、操作簡便等特點。國外對翻轉犁的研究已經成熟，美國、法國、德國等國家在翻轉犁的設計及應用方面居于世界前列，早在1905年德國雷肯農機公司就獲得了世界上第一個犁具的專利，而我國對液壓翻轉犁的研究相對落后。本課題結合國內外液壓翻轉犁的設計思路，研制出一種新型的液壓翻轉犁裝置。

1 新型液壓翻轉犁的結構組成與工作原理

新型液壓翻轉犁主要由犁架、犁體、犁柱、限深輪、翻轉液壓缸、牽引架等組成，具體結構如圖1所示。

新型液壓翻轉犁與拖拉機配套使用。由雙聯分配器控制犁的翻轉，通過油缸中活塞桿的伸長和縮短來帶動犁架上正反向犁體作水平面內的垂直翻轉運動，來回交換直至更換到工作位置。工作前，由拖拉機和行走輪將翻轉犁懸空運到農田，進入農田后可以卸下行走輪。工作時，機組在往返行程中，土垡均朝一個方向翻轉，耕作之后地表干凈整齊，沒有普通犁耕地時形成的溝和梗，在地頭轉彎時空行少，工作效率高，對于小地塊和不規則地塊也具有優越性。

2 主要部件的設計

2.1 翻轉機構

翻轉機構是一個搖桿滑塊機構，其翻轉角度在0～180 °之間。當犁處于向左翻垡的工作位置時，活塞桿處于最大的伸長狀態。當犁在地頭拐彎時，操縱分配器閥會使活塞桿縮短，并帶動犁梁向上翻轉。當犁梁連同犁體轉至近90 °時，活塞縮至最短，滾柱進入換向叉內，同時帶動分配閥軸轉動，直至犁梁銷稍轉過90 °后，油路即改變方向，活塞桿開始伸長，犁梁繼續轉動。當觸及到止動螺釘時即停止轉動，這樣就使犁處于向右翻垡的工作位置。翻轉機構工作原理如圖2所示。

2.2 犁架

犁架通過翻轉軸與懸掛裝置相連接，其主要作用是使犁體固定、傳遞動力，以保證犁體的正常工作。選用梯形整體、采用低合金鋼高頻焊接的矩形薄壁管框架式犁架，材料為16Mn，用材少、質量輕，可以承受液壓翻轉犁的外載荷，抗彎性能好，抗扭能力強。犁架的結構如圖3所示。

2.3 掛接裝置

翻轉犁與拖拉機通過懸掛機構結成一個懸掛犁機組，進行耕地作業。采用三點懸掛機構，懸掛參數包括下懸掛軸至犁體支持面的距離、上下懸掛點的距離即犁架立柱的長度、懸掛軸的長度及兩下懸掛點與犁梁的相對位置。掛接裝置的結構如圖4所示。

2.4 犁體

犁體是液壓翻轉犁的主要工作部件，其作用是松動土壤，使土壤翻轉破碎，覆蓋地表面上的殘留和雜草。犁體由犁柱、犁壁、犁側板、犁壁支柱組成（如圖5所示），根據各部分在工作中的受力情況，犁壁選用軋制的40Cr材料，犁柱、犁側板及犁壁支桿選用45鋼材料。

提高犁的生產率一般采取提高犁耕速度或增加耕作幅寬的方式。在拖拉機功率相同的條件下，提高耕作速度比增加耕作幅寬更加有益。因為提高速度可以采用窄幅犁，使成本降低；同時，可以選擇配套輕型的拖拉機來降低輪胎的下陷量，使滾動阻力大大降低，也使土壤的壓實和破壞力大大減小；此外，窄幅犁機組有較好的機動性和對不平地表的配合性能。犁耕速度與阻力關系的經驗公式為：

=0.83+0.007V2

式中：V為犁耕速度；PV為速度為V時的牽引阻力；P為額定速度（4.83 km/h）時的牽引阻力。

由經驗公式可以看出：隨著速度的提高，平均牽引阻力逐漸增大；當速度超過額定速度后，平均牽引阻力增大幅度增長很快。因此，對犁體有兩點要求：一是犁的牽引力不可以急速增大過多；二是犁溝的狀態應接近作業質量好的犁溝形狀，側拋距離不能過遠。

3 結語

在介紹國內外液壓翻轉犁技術現狀和分析已有液壓翻轉犁應用情況的基礎上，設計一種新型的液壓翻轉犁，可為液壓翻轉犁在我國的發展及其結構設計的改進提供參考。

參考文獻

[1] 馮雅麗，杜健民，郝飛，等.懸掛式翻轉犁的研究現狀及發展趨勢[J].農機化研究，2015，37（1）：13-17.

[2] 關鐵城.介紹4種自行設計的液壓翻轉犁的翻轉機構[J].農業機械，2006（8）：141-143.

[3] 郝宏智.談1LF-435液壓翻轉犁的運用[J].農機使用與維修，2012（4）：84-85.

[4] 王會福.液壓翻轉犁翻轉機構的改進設計[J].新疆農機化，2008（1）：35-36.