可升降式整地筑埂联合作业机的设计

赵丽萍++何新如+++徐杰+++孟祥雨+++崔志英

摘要：设计了1种稻田生产用可升降式整地筑埂联合作业机。该机采用拖拉机为动力，一次进地，能够完成整地和筑埂作业。该机主要由牵引架、机架、液压油缸、旋耕部件、传动装置、集土铲、筑埂压实部件等组成。阐述了其工作原理及各关键部件的设计，说明了机器的工作状态、适应范围和主要技术指标。该机结构设计合理，为水稻生产过程中整地、筑埂作业机械化提供了技术支持。

关键词：可升降式作业机；整地；筑埂；设计；联合作业

中图分类号： S222文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0406-03

收稿日期：2015-02-06

基金项目：吉林省科技厅项目（编号：20120202）。

作者简介：赵丽萍（1969—），女，吉林乾安人，硕士，副教授，主要从事农业机械化方面的研究。Tel：（0431）84532861；E-mail：245042057@qq.com。水稻生产过程中，在插秧前需要将田地划为“田”字形的方格，在方格周围修筑土埂，所筑土埂能够挡水，并对土壤进行灌溉。筑埂是实现水田灌溉的关键，坚实合理的田埂不仅能满足水稻对水分的需求，还可节约水资源。水田筑埂属于水稻机械化生产过程中的整地环节。长期以来水田筑埂都依靠人力完成，人工筑埂是一项既繁重又费工的劳动，即使借助一些专用工具，劳动强度依然很大，工作效率很低，成本却很高，田埂的一致性和均匀性差，且需要人工辅助压实，已不适合我国大面积平原地区种植水稻的耕作模式，更不利于推进水田生产机械化的发展[1-11]。因此，及时而优质地修筑效果令人满意的土埂是水稻生产的基本条件之一。采用机器筑埂可以提高工作效率，降低用工成本。但一般的筑埂机只有筑埂功能，没有旋耕功能，功能单一，工作效率较低，对用于我国大面积平原水稻生产过程中整地筑埂的联合作业机鲜有报道。为此，本研究设计了1种可升降式整地筑埂联合作业机。该机可以与现有的58～81 kW轮式拖拉机直接挂接牵引进行作业，能够在旋耕土壤的同时筑出1条土埂。整机结构设计合理，一机两用，具有油耗低、作业效率高、整地和筑埂效果好等特点。该机能够有效解决人工筑埂存在的许多问题，以满足水稻生产过程中节本增效的实际需要，实现了整地和筑埂作业全程机械化，对我国水田机械化的发展具有重要的现实意义，可为我国水稻生产全程机械化提供技术支持。

1结构及工作原理

1.1结构

可升降式整地筑埂联合作业机结构如图1所示。

由图1可见，该机器主要由变速箱、旋耕碎土部件、离合器、液压油缸、集土铲、推压成型辊、筑埂装置机架和旋耕机架等部件组成。

1.2工作原理

该机由拖拉机通过万向节将动力传动轴输出的动力传递到齿轮减速箱，再由齿轮箱内一对夹角为90°、模数为8 的锥齿轮，通过输出轴将动力传递到推压辊；同时，与锥齿轮同一根轴上，安装有1个直齿轮，通过四级齿轮传动，将动力传递到旋耕刀总成上，即形成了一套比较完整的机械传动系统。变速箱将动力传递给旋耕刀轴，驱动旋耕刀转动，以实现整地碎土的作用。旋耕碎土装置打碎的土由一对集土铲进行初步收集成垄。初步收集成垄的土埂经推压成型辊可将土壤最终压实成型，形成1条土埂。

2主要部件的设计

2.1传动系统的设计

传动系统的结构如图2所示。工作时，拖拉机输出的动力通过万向节传递给变速箱的动力输入轴Ⅰ，动力输入轴Ⅰ上的主动锥齿轮与右侧的从动锥齿轮啮合，带动轴Ⅱ旋转。轴Ⅱ上的动力一方面通过直齿轮啮合将其向下传递到轴Ⅲ、轴Ⅳ，最后将动力传送到2个半旋耕刀轴，使其旋转，完成旋耕作业；另一方面，轴Ⅱ上的动力通过安装在其上的链轮，将其水平传递到轴Ⅴ、轴Ⅵ上，从而带动筑埂装置上的推压成型辊旋转，将土壤压实成型。

2.2可升降部件的设计

为实现一机多功能，在此机器上设计了可升降装置，如图1所示，采用液压油缸将旋耕机架和筑埂机架连接起来。液压油缸伸长时，将筑埂部件置于田地上，作业时可实现旋耕筑埂一次成型；当不需要筑埂只进行整地时，可以通过液压油缸的收缩，使筑埂部件绕旋转轴Ⅴ转动90°使其升起，从而实现可调节式的一机多功能，又能方便机器的运输作业。

2.3离合器的设计

旋耕机架与其后面的筑埂机架采用铰接方式相连接。轴Ⅴ与上述铰接的轴轴心相同，并在其上设计安装一牙嵌式离合器（图3）。如果只进行整地作业，将拨叉限位块上的操作手柄移动到最右侧限位处，此时操作手柄带动拨叉将滑移齿轮沿着花键轴向右移动，与链轮齿分离，花键轴停止转动，无动力输出。这时，采用拖拉机为动力将液压油缸缩进，同时集土器和筑埂装置以轴Ⅴ为旋转轴，向上旋起；如果同时进行整地和筑埂作业，将拨叉限位块上的操作手柄移动到最左侧限位处，此时操作手柄带动拨叉将滑移齿轮沿着花键轴向左移动，与链轮齿啮合，花键轴转动，动力经链轮输出传递到推压辊成型辊，使其旋转。采用拖拉机为动力将液压油缸伸长，将集土器和筑埂装置向下置于地面，同时完成整地和筑埂联合作业。

为整地时能顺利地筑出1条土埂，必须在要形成土埂的地方聚集足够多的土源。为此，采用1对集土铲作为集土器。由于其具有半螺旋形犁体曲面、结构简单、易于装配、升降灵活、易于控制耕深等特点，且其翻垡能力强，适用于黏重多草的稻田地，翻埋杂草、稻秆、残茬等要求覆盖性能好的土地耕翻作业。

联合作业机的集土器见图1。它主要由成对的集土铲、立柱、集土铲座等组成。集土铲与立柱用螺栓固定连接，立柱安装在铲座内，并用U型螺栓将安装座与筑埂机架固定连接。

为保证集土铲的集土效果能够满足筑埂土量要求，集土铲立柱与安装座采用可调节活动连接，即立柱沿铲座可以垂直上下调节，这样可以使集土铲入土深浅不同，立柱沿铲座向下调节，铲尖入土深，集土量大，反之则集土量小，这样即可实现根据需要改变集土量的大小，从而筑出所需田埂尺寸，并使田埂初步成形。

由于在作业中集土铲同时承受较大的径向力和轴向力，比旋耕刀所承受的负荷大，所以集土铲材料选用65 Mn钢板制造，热处理硬度要求HRC 45～50[12]。

2.5筑埂装置的设计

如图1所示，将筑埂部件安装在集土铲的后面设计成可旋转式。本机筑埂部件所筑土埂的横截面形状为梯形，而且所筑土埂还应具有一定的坚实度。为此，将筑埂推压成型装置按土埂的轮廓外形，设计成由中部推压成型辊和左、右两侧圆锥形轮毂组成，其中中部推压成型辊为圆柱形；左、右两侧圆锥形轮毂由固定压片和弹性压片通过螺栓连接在一起组成图4。该机整地筑埂联合作业时，当左、右两侧圆锥形轮毂上的弹性压片随着推压成型辊旋转脱离土层时，弹性压片恢复原状；当弹性压片随着推压成型辊旋转接触到土层时，弹性压片由于受到土埂侧表面外力的作用而向两侧圆锥形轮毂表面收缩，此即完成了对土埂表面的挤压和拍打，使筑出的土埂表面既坚硬又光滑，筑埂质量好。改变固定压片、弹性压片和推压成型辊的尺寸大小，即可改变所筑土埂的宽度和高度，以适应不同地区对土埂尺寸的要求。

2.6机架与罩壳的设计

如图1所示，旋耕机架安装在旋耕碎土部件的上方，筑埂装置机架安装在集土铲的上方，机架与罩壳固定连接，安装在旋耕碎土部件和集土铲的上方，主要由支撑杆、左侧板、右侧板、挡土盖板及后侧盖板等组成，其中板类部件由钢板冲压而成，机架主梁用8 mm×8 mm的方钢管制作。机架起到连接和支撑的作用，罩壳主要起到二次碎土、保护工作环境和安全防护的作用。

3可升降式整地筑埂联合作业机的主要技术指标

可升降式整地筑埂联合作业机的主要技术参数见表1。该机长、宽、高分别为4 000、2 600、1 300 mm，整机1 000 kg，动力58～81 kW。所筑土埂的断面为梯形，其高度300 mm，上底顶宽300 mm，下底底宽650 mm。

4结论

新研制的可升降式整地筑埂联合作业机，所需配套动力为58～81 kW轮式拖拉机，作业幅宽2 300 mm，旋耕深度为130～180 mm，筑埂高度为300 mm，筑埂上顶宽300 mm，下底

表1可升降式整地筑埂联合作业机的主要技术参数

项目单位参数外形尺寸（长、宽、高）mm4 000、2 600、1 300整机质量kg1 000配套动力kW58～81左旋耕刀数把31右旋耕刀数把31刀辊直径mm425筑埂数量行1工作速度m/h1 000～1 500筑埂高度mm300筑埂顶宽mm300筑埂底宽mm650

宽650 mm，作业速度1 000～1 500 m/h。可在春季水稻插秧前，土壤的含水率为25%～40%的稻田上整地或整地筑埂联合作业。

该机将整地与筑埂过程中的旋耕、集土、整形、拍实和压光等多道工序一次完成，而且所筑土埂外形规则、结实、美观，能够真正实现一机两用。使用该机可减少拖拉机作业次数，既提高了作业效率又减少了油耗。该机适合于我国大面积平原水稻生产的整地筑埂联合作业，具有结构合理、生产效率高、油耗低、作业质量好、替代劳动力多、作业成本低、经济效益好等特点，一机双功能，符合当前水田机械发展的节本增效新方向。

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