開溝合壟深施肥耕耙犁的設計

孫繼東

摘要：為提高肥料的利用率，開發設計一種開溝合壟深施肥耕耙犁。介紹機具的主要結構組成和工作原理，探討傳動系統、碎土器和工作部件的選型和設計思路，為肥料深施作業提供性能可靠的實用機具。

關鍵詞：耕耙犁;開溝;設計;深施肥;合壟

中圖分類號：S222 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2021）02-0025-03

農業生產實踐證明，合理施用肥料對保障糧食安全具有重大意義。當前的施肥機具在施肥深度和農藝配套性方面存在問題，嚴重影響深施肥技術的應用效果。為此，開發設計一種開溝合壟深施肥耕耙犁，一次完成開溝、深施肥、覆土、碎土等項作業，滿足肥料深施對適用機具的迫切需要，對提高肥料利用率和農業生產質量具有重要意義。

1 整體結構與工作原理

1.1 整體結構

該機主要由機架、傳動機構、開溝犁、施肥裝置、覆土犁、碎土機構等組成，總體結構如圖1所示。

機具通過三點懸掛裝置與拖拉機掛接，工作裝置安裝于機架上。開溝犁對稱安裝于機架前下方，施肥裝置安裝于開溝犁后方，施肥管對應安裝于開溝犁后方，施肥裝置后方安裝覆土犁和碎土機構。傳動機構主要由中央減速器、帶傳動、分傳動箱等組成，碎土機構由拖拉機動力輸出軸動力經傳動系統驅動。中央減速器通過花鍵軸經萬向節連接在拖拉機后方的動力輸出軸上，中央減速器的側輸出端連接皮帶輪，通過帶傳動將動力傳到中央傳動軸后，再通過分傳動箱分別傳給2個碎土機構;旋耕刀輥帶動旋耕刀旋轉，將土塊打碎，從而達到碎土的目的。

1.2 工作原理

機具作業時，拖拉機牽引機具行走，由兩開溝犁進行開溝，施肥裝置通過排肥管將肥料排入溝內，隨后覆土犁進行覆土，最后碎土機構進行碎土作業，之后整形機構整起壟形。

1.3 主要技術參數

開溝合壟深施肥耕耙犁的主要技術參數見表1。

2 主要部件設計

2.1 傳動系統

2.1.1 傳動比分配 刀輥的轉速愈高、刀片數量越多，碎土效果好，但功耗也隨之增大。綜合考慮后，選擇刀輥的回轉轉速200 r/min，拖拉機動力輸出軸轉速n1=540 r/min，刀軸轉速n3=200 r/min，總傳動比i=n1/n3=540/200=2.7。各級傳動比分配見表2。

2.1.2 傳動系統選擇 常用傳動有二類：全齒輪傳動和齒輪—三角帶傳動—齒輪傳動。前一種傳動可靠但制造成本較高;后一種結構簡單、制造成本低，但可靠性較差。考慮制造成本和沖擊載荷等問題，選用齒輪—三角帶傳動—齒輪傳動。動力經中央減速器、三角帶傳動至分傳動箱，再驅動刀軸回轉。由于輸入軸線方向、輸出軸線方向垂直，所以中央減速器和分傳動箱采用單級錐齒輪減速器。

按截面面積形狀，帶傳動可分為平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動、圓帶傳動和同步帶傳動等。前四者依靠帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動和動力，同步帶則是靠帶內側的齒與帶輪齒嚙合來傳遞運動和動力。綜合考慮制造工藝、安裝精度和制造成本，選擇C型號的普通V帶和V帶輪，其主要技術參數見表3。

2.2 碎土器設計

刀輥軸是碎土器的主要工作部件，每個碎土器的刀輥軸與地面垂直，刀輥軸按順時針旋轉。

2.2.1 刀輥回轉半徑和回轉方向 刀輥回轉半徑一般取150～180 mm，本機選取170 mm。刀輥回轉按順時針旋轉。

2.2.2 刀輥軸與犁體的相對位置 刀輥軸與犁體的相對位置過小影響作業質量、過大增加功耗，刀片與犁壁的距離為20 mm。

2.2.3 刀輥切土高度范圍 刀輥垂直方向切土高度取決于碎土深度，通常用最高刀片中心線與最低刀片中心線的高度差來表示。最高刀片中心線離溝底高度為430 mm，最低刀片中心線離溝底高度為150 mm，刀輥切土高度為280 mm。

2.2.4 刀輥轉速和刀片數 刀輥的轉速愈高、刀片數量越多，碎土效果越好，但功耗也隨之增大。選擇在刀輥每回轉切削面裝3把刀，轉速為200 r/min。

2.3 工作部件設計

2.3.1 刀片 刀片性能直接影響碎土效果，立式耕耙犁的刀片主要有軸向螺旋刀片和徑向刀片兩種。由于螺旋刀片加工復雜，所以采用徑向刀片作為耕耙犁碎土器刀片。為充分發揮刀片的砍切作用，耕耙犁采用較小的刀片滑切角，既能達到較好的碎土性能，也方便生產制造。碎土器屬于無支撐切割破碎。在切割的第一階段，刀片側刃要能牽制住草莖、土塊進行切割，使之不迅速滑掉，因此必須滿足：α0<φ1，其中，α0為初滑切角，取α0=20°;φ1為秸稈和刀片的摩擦角，取φ1=26°～35°。第二階段是對土塊和草莖進行滑切，并沿刀刃進行滑移。必須滿足：αn<φ2，αn為滑切角;φ2為土壤與刀片的摩擦角，取φ2=21°～45°。

隨著側刃外移和滑切速度增大，滑切角由20°增加到45°。為減少切割碎土的阻力，便于滑切拋扔和不纏草，將刀頭正刃部分設計成“F”形，在同一回轉半徑內增加切割刀刃長度，可提高切割破碎性能。滑切角α正刃>φ2，刀頭向下的彎曲角β>φ2。刃角i在土壤加工機械中一般采用15°～30°，在保證強度和減小切割阻力的條件下，盡量取較小值，故取i=25°。

2.3.2 刀軸排列 常見的刀軸刀片排列形式有螺旋線排列和十字形排列。通常來說，當土塊通過碎土器的瞬間，螺旋線排列的刀片連續切割和碰撞土塊，但碰撞的作用相對較弱，所以土塊相對大一些;而十字形排列的刀片是間斷的切割和碰撞土塊，碰撞作用強，所在土塊小。為加工方便和達到更好地碎土效果，選用十字形排列的形式。

3 結論

在保護生態環境的大背景下，借助農業機械提升施肥效率和保持環境成為必然趨勢。開發設計的開溝合壟深施肥耕耙犁能一次完成開溝、深施肥、覆土、碎土等項作業，且性能可靠，可為農作物提供良好的生長環境。

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Design of Plough and Rake by Furrowingand Ridging Deep Fertilization

SUN Jidong

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of fertilizer， a plough and rake by furrowing and ridging deep fertilizer was developed and designed. This paper introduces the main structure and working principle of the machine， discusses the selection and design idea of the transmission system， the soil crusher and the working parts， and provides the practical machine with reliable performance for the deep application of fertilizer.

Key words： plough; furrowing; design; deep fertilization; ridging