秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化研究

賈 彪

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152054)

0 引言

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為了提高作物產(chǎn)量，逐漸增加工業(yè)化肥的施用量，大田地力也隨之下降，加重了土壤板結(jié)。為了改善土壤狀況，提高土壤肥力，保護(hù)環(huán)境，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，與之相配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械也在不斷更新[1]。近年來，黑龍江省糧食產(chǎn)量逐年增加，全省耕地面積1 593.33萬hm2，糧食總產(chǎn)量連續(xù)5年超600億kg，年秸稈產(chǎn)生量在1 300 億kg左右。其中玉米秸稈和水稻秸稈占85%左右。秸稈綜合利用主要以還田為主。秸稈還田單項(xiàng)作業(yè)機(jī)已有了很大的發(fā)展，較聯(lián)合作業(yè)機(jī)相對(duì)成熟。由于秸稈還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)能夠更好地滿足現(xiàn)代農(nóng)藝及保護(hù)性耕作的需求，還可減少秸稈還田機(jī)具下地次數(shù)，降低作業(yè)時(shí)耕地動(dòng)土量和土壤壓實(shí)率，因此機(jī)械化秸稈還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)的研究應(yīng)用已成為了一種趨勢(shì)[2]。

1 立項(xiàng)背景和方案制定

通過走訪有關(guān)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、玉米水稻等農(nóng)業(yè)種植戶，深入研究了現(xiàn)有國內(nèi)外秸稈還田機(jī)具的生產(chǎn)和使用情況，并利用圖書室、網(wǎng)絡(luò)等資源閱讀了大量的相關(guān)資料，結(jié)合黑龍江省作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)提出了適應(yīng)黑龍江省不同作業(yè)區(qū)、土壤條件的機(jī)具改進(jìn)方法。

和現(xiàn)有秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)比，在深入了解現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

現(xiàn)有機(jī)型包括：秸稈粉碎掩埋復(fù)式作業(yè)機(jī)、秸稈-根茬粉碎還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)、船式旋耕埋草機(jī)、秸稈梳壓耕翻復(fù)式作業(yè)機(jī)、稻麥聯(lián)合收獲開溝埋草多功能一體機(jī)等[2]。

優(yōu)化方案主要從以下幾方面著手：現(xiàn)有秸稈全量還田機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中介齒損壞不易更換，增加了維修成本、延長(zhǎng)了維修時(shí)間，優(yōu)化過程要求維修更換零部件更方便；農(nóng)機(jī)具作業(yè)時(shí)振動(dòng)噪音大，若人類長(zhǎng)期生活在90 dB以上的環(huán)境中，聽力會(huì)受到嚴(yán)重影響并產(chǎn)生神經(jīng)衰弱等疾病，影響駕駛員健康，需要降到一個(gè)合理的噪音范圍；為了保證播種作業(yè)順利進(jìn)行，作物秸稈、根茬能夠自然腐爛，優(yōu)化過程要求粉碎后符合長(zhǎng)度要求的秸稈在85%以上；目前秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)具種類較多，但基本都是機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的研究，很少研究散熱對(duì)機(jī)具使用壽命的影響，不能很好解決散熱問題，優(yōu)化過程要求降低功耗延長(zhǎng)機(jī)具使用壽命。

2 研究?jī)?nèi)容

秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化研究應(yīng)在符合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝要求的前提下，解決以上生產(chǎn)過程中機(jī)具存在的問題。主要優(yōu)化內(nèi)容如圖1所示。

1.防松動(dòng)螺母組合；2.還田機(jī)中間箱體；3.介齒輪；4.還田機(jī)側(cè)箱圖1 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化

(1) 重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有傳動(dòng)系統(tǒng)齒形進(jìn)行研究，提高齒輪嚙合性、運(yùn)行平穩(wěn)性，以降低機(jī)具噪音；

(2) 對(duì)介齒重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、便于生產(chǎn)加工、維修成本低的介齒；

(3) 要求對(duì)鎖片螺母鎖緊結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，新型鎖緊螺母不松動(dòng)；

(4) 對(duì)秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)散熱系統(tǒng)進(jìn)行研究，加裝散熱裝置使主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作中散熱良好。

3 總體設(shè)計(jì)方案

對(duì)秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其滿足復(fù)雜環(huán)境作業(yè)要求，滿足農(nóng)機(jī)農(nóng)藝要求，介齒采用分體式設(shè)計(jì)便于加工和維修。通過增加散熱筋體解決散熱問題。對(duì)鎖緊裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)使其不松脫。傳動(dòng)齒輪采用斜齒，以獲得更好的穩(wěn)定性及更小的噪音。整體優(yōu)化后延長(zhǎng)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用壽命，降低整機(jī)故障率。減少輔助性時(shí)間消耗、減少機(jī)具故障停歇時(shí)間。

前期準(zhǔn)備工作，在深入了解國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合黑龍江省對(duì)秸稈還田作業(yè)的技術(shù)要求，確定樣機(jī)的總體技術(shù)方案、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)配置，完成第一輪樣機(jī)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)完成后對(duì)主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行深入的理論分析和零部件設(shè)計(jì)，進(jìn)行部件臺(tái)架試驗(yàn)，確定關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)以及總體配置，完成主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。完成第一輪樣機(jī)試制，優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)行第二輪樣機(jī)的設(shè)計(jì)。通過田間生產(chǎn)考核，改進(jìn)技術(shù)參數(shù)，完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、形成產(chǎn)品樣機(jī)，形成維修方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、散熱性好的新產(chǎn)品。

4 樣機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)

樣機(jī)的主要性能參數(shù)如表1所示。

5 取得的成果及解決的技術(shù)關(guān)鍵

(1)設(shè)計(jì)的分體式介輪如圖2所示，便于加工和維修；

(2)設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)散熱裝置如圖3所示，可以起到良好的散熱效果；

圖3 主傳上動(dòng)散熱裝置

(3)變速箱內(nèi)直齒圓柱齒輪優(yōu)化為斜齒圓柱齒輪，增加了齒間接觸面積、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音減小；

(4)設(shè)計(jì)的新型鎖緊固定裝置代替齒輪固定圓螺母，可防止作業(yè)時(shí)因螺母松動(dòng)導(dǎo)致的齒輪損壞現(xiàn)象。

6 研究試驗(yàn)結(jié)論及影響

課題的研制成功解決了以往秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的弊端，為該型機(jī)器批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。推動(dòng)了黑龍江省秸稈全量還田作業(yè)的發(fā)展，提高黑龍江省秸稈全量還田機(jī)械化水平，響應(yīng)了國家提出的秸稈禁燒政策，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，培肥地力，保護(hù)土壤土層結(jié)構(gòu)，有利于促進(jìn)黑龍江省糧食作物循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)，是保護(hù)性耕作的重要一環(huán)。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化后的秸稈全量還田聯(lián)合作業(yè)機(jī)振動(dòng)噪音降低、散熱效果良好、傳動(dòng)介輪更換方便、使用壽命延長(zhǎng)。

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