GF-360型馬鈴薯動力中耕機工作部件的研究設計

公衍峰 張媛媛 曹海峰

摘 要：針對目前國內馬鈴薯中耕機械，大多存在的碎土效果不理想、易纏繞堵塞的特點，設計了一種GF-360型馬鈴薯動力中耕機，該機為馬鈴薯整地和中耕兩用機械，中耕作業時能夠一次性完成壟間松土、碎土、除草及培土。對中耕機的傳動路線、運動參數和碎土刀的排列進行分析，也為馬鈴薯中耕機的設計改進與優化提供了參考。

關鍵詞：驅動式 ;馬鈴薯 ;中耕

中圖分類號：S224.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.003

0 引言

隨著馬鈴薯主糧化戰略不斷深化， 我國馬鈴薯種植面積日益擴大，但其機械化程度還不高。馬鈴薯機械化主要是以機械化種植和機械化收獲為主，在馬鈴薯中耕管理方面，是制約馬鈴薯全程機械化的短板。為了解決此項技術瓶頸，設計研究了GF-360型馬鈴薯動力中耕機，并對其工作部件進行了優化設計。

1 總體方案

GF-360型馬鈴薯動力中耕機采用三點懸掛式的掛接方式，整機左右對稱，重心居中，主要由機架、主變速箱、驅動箱、工作部件、懸掛系統及扶土裝置等構成。一次進地可完成動力松土、扶壟及拖平等作業環節。

2 傳動路線

GF-360型馬鈴薯動力中耕機動力傳遞如圖1所示。

GF-360型馬鈴薯動力中耕機，由拖拉機動力輸出軸經錐齒副變速并改變傳動方向，動力由二軸輸出，經二軸萬向傳動軸將動力傳遞給驅動箱二軸，經過花鍵帶動驅動箱二軸齒輪，動力經介輪1、介輪2傳遞到輸出齒輪，并由接盤驅動工作部件，完成動力傳遞。

3 工作部件運動參數

拖拉機動力輸出軸轉速

nλ=1000 r·min-1

主變速箱傳動比

i主=Z1Z2=0.542

式中 Z1=13，Z2=24。

驅動箱傳動比

i驅=Z3Z4=0.654

式中 Z3=17，Z4=26。

總傳動比

i=i主×i驅=0.354

工作部件最終轉速

n2=nλi=1000×0.354=354 r·min-1

4 工作部件的設計

4.1 工作部件組成

工作部件為松土刀軸，主要由刀軸焊合、松土刀、卡瓦等組成，結構如圖2所示?？ㄍ邽榻M合式設計，在整地時將卡瓦安裝上，刀軸全刀工作。如中耕松土扶壟作業時，則需拆掉卡瓦，以避免傷苗。

4.2 工作部件排列

松土刀為工作的關鍵部件，松土刀的排列為螺旋式排列，其排列為雙頭螺旋且間隔排列。同一條螺旋線上相鄰松土刀間隔18°，相鄰的奇數序號和偶數序號的松土刀間隔90°在刀軸同一截面有相隔180 °布置兩把松土刀，這就形成奇數刀為兩條相間180°螺旋線，偶數刀為兩條相間180°的螺旋線，其目的是整個工作部件松土刀的排列間隔均勻。工作時，入土順序依次沿螺旋線進行，有效地分散了負載，整個工作部件同時入土的松土刀數量均勻且數量較少，這樣便有效地減小了工作部件的阻力，實現連續均勻的負載，避免出現負載突變現象。

卡瓦為選裝部件，在整地作業時，應將卡瓦安裝上，實現全耕幅作業。在中耕松土扶壟作業時則要拆掉卡瓦，去除壟臺工作部件，實現壟溝松土。培土作業時，每個卡瓦上的松土刀呈雙螺旋線排列且首刀與相鄰工作部件刀軸上的刀成螺旋線排列。

4.3 松土刀結構設計

4.3.1 總體設計

松土刀采用整體焊接式設計，即在刀體上焊有合金刀頭，以增加刀的耐磨性和硬度。刀身則為65Mn材質，這樣有效降低了成本，優化了工藝，既滿足刀身的工藝要求，又滿足刀頭的工藝要求。

4.3.2 刀身

刀身采用65Mn鋼板切割而成，具有很強的耐磨能力和抗彎能力，具有較強的韌性，遇到過載時不易折斷，其入土角度在入土之初設為40°～ 45°是較為理想的入土角度，既便于入土，又對土壤有一個理想的分切效果，土壤被割裂后，隨著快速旋轉的刀身完成二次破碎及向后拋撒運動，土壤中未破碎的小土塊，由于慣性，以較大的速度碰撞到置板及托板上，達到破碎的效果。

5 工作部件連續取土條件

GF-360型馬鈴薯動力中耕機工作部件與驅動軸采用花鍵接盤連接。因此它的轉速為驅動箱的輸出轉速，n=354 r·min-1，工作部件刀軸中同一螺旋線兩刀相距α=18°。

工作部件松土刀每秒轉過的角度為ω

ω=n×36060=2124°

式中 n—工作部件轉速，n=354 r·min-1。

GF-360型馬鈴薯動力中耕機工作時，工作部件連續轉動，整機則由拖拉機帶動向前行進，此時工作部件松土刀的最小工作時間，即兩刀入土時間間隔為t

t=αω=182124=0.008 5 s

式中 α—同一螺旋線兩松土刀相距角度;

ω—松土刀角速度。

拖拉機的前進速度：v拖拉機=3～5 km·h-1。

松土刀在單位時間取土距離：Lmax=0.012 m;Lmin=0.007 m。

機具作業時，工作部件松土刀的取土距離為0.007～0.012 m，即7～12 mm，該頻率完全可以將土壤打松。

因此，工作部件的參數設計是合理的。

6 結論

（1）設計的驅動式馬鈴薯中耕機關鍵部件， 安裝在旋轉刀軸兩側的松土刀，排列方式為雙頭螺旋且間隔排列，可拆卸卡瓦的設計符合馬鈴薯的壟距， 滿足馬鈴薯中耕作業所需耕作深度;松土刀的結構設計， 能夠增加切削土壤時的切削應力， 達到更好的碎土效果， 滿足馬鈴薯中耕作業松土率的要求。

（2）通過對GF-360型馬鈴薯動力中耕機工作部件的傳動路線、傳動參數、結構參數進行設計，并對其運動參數進行了校核。各部分的結構及參數都設計合理，因此，工作部件的設計是合理的。

參考文獻：

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