双轴旋耕

双轴旋耕（精选5篇）

双轴旋耕 篇1

双轴灭茬旋耕机是由拖拉机动力输出轴驱动的耕地机具, 其利用前刀轴灭茬, 后刀轴耕地, 还可以安装起垄部件、深松部件进行起垄和深松等多功能作业, 减少拖拉机下田次数, 而且耕后地表平整, 碎茬覆盖性好, 是旱地灭茬整地的先进农具之一。

1 灭茬旋耕机的安装

1) 将万向节的两端分别装入拖拉机动力输出轴上和灭茬旋耕机动力输入轴上, 插好插销。

2) 分别将灭茬旋耕机的三个挂接点依次与拖拉机悬挂点连接好, 同时将万向节传动方向轴装入方轴套内, 并固定好插销。

3) 刀片的安装。灭茬刀片根据灭茬轴上的螺旋线在刀盘上安装;旋耕刀轴上的刀片是左右弯刀交叉安装的, 这种排列方法使耕后地面平整 (灭茬旋耕机出厂时即是这种安装) 。

2 灭茬旋耕机的调整

2.1 灭茬旋耕机左右水平调整

将灭茬旋耕机降下使刀尖接近地表, 看其左右刀尖离地高度是否一致。若不一致, 则需调节左右下拉杆的高度, 直到灭茬旋耕机水平为止, 以保证左右耕深一致。

2.2 灭茬旋耕机前后水平调整

将灭茬旋耕机下降到要求耕深时, 视其万向节总成前后夹叉是否水平, 夹角是否最小, 前后夹角是否相等, 用调节上拉杆长度的方法, 保持前后夹角最小, 使之处于最有利的工作状态。

2.3 机具提升高度的调整

由于万向节不宜在夹角较大的情况下长期工作, 一般不超25°。所以提升高度不宜过大。一般在田间工作地头转弯提升时只要使刀尖离地20厘米即可, 可不必切断动力输出轴转弯空行。如果遇过沟、埂或在道路上运输, 需升至较高位置时, 必须切断动力。在田间工作时要求对提升最高位置进行限制, 即在位调节手柄上用螺钉拧紧限位。

3 灭茬旋耕机的起步

在机具升起状态下, 接合动力输出轴, 挂上工作挡, 要柔和地松放离合器踏板, 同时操纵拖拉机液压升降手柄, 使机具逐步入土, 同时加大油门, 直到正常耕深为止。

禁止在起步前, 先将灭茬旋耕机入土到耕深或猛放入土, 因为这样会造成机具的损坏和拖拉机离合器严重磨损, 严重时能使动力输出轴折断。

4 灭茬旋耕机的转弯与倒退

拖拉机在转弯时, 必须将灭茬旋耕机升起, 但不宜升得太高。严禁在转弯时还在耕作, 否则将导致刀片变形、断裂, 以至损坏机具。倒退时必须升起, 否则会使拖板倒卷入土和刀齿相碰造成损失。

5 灭茬旋耕机在使用前应注意的事项

1) 检查各连接件是否紧固, 如发现松动应予拧紧。

2) 检查万向节传动件有无损坏、变形, 并加注黄油。

3) 检查传动箱油位, 不足时应添加齿轮油或机油, 检查有无漏油现象, 根据具体情况加以排除。

4) 检查刀片是否有缺损、裂纹等, 应及时更换, 但必须是在发动机熄火后再更换。●

双轴旋耕 篇2

近年来, 随着农村大批劳动力的进城, 农业生产对机械化的要求进一步提高, 单一作业机械和效率低下的机具将逐步淘汰, 对高效率复式作业机具的需求十分迫切。要求在现有秸秆还田、播种、施肥等机具基础上进行技术改进、性能改善, 并进行集成组合, 形成复式作业机械, 提高机械作业效率, 减轻农民劳动强度, 解放农村劳动力, 提高农民种粮积极性, 逐步改变全国数亿亩小麦种植的无序化、种子浪费和稻秸秆焚烧与土地板结的严重状况, 达到增产增收的效果。小麦种植复式作业机具将有理想的市场前景。

1 目前相关领域技术发展现状

秸秆还田最早由美国在20世纪30年代提出。当时, 持续多年的干旱和“黑风暴”使成片的耕地受到了侵蚀和破坏, 从而引起对土壤侵蚀问题的重视, 提出了秸秆残茬覆盖耕作法, 所使用的机具主要是凿式犁。其后英、法、德等欧洲国家也纷纷仿照进行秸秆还田作业。20世纪60年代, 美国已全面实现谷物的收获机械化, 新型秸秆还田机械也应运而生。如万国公司首先在联合收割机上加装切碎机构对秸秆进行粉碎作业, 并研制出了与88.2 k W拖拉机配套的秸秆还田机。其后, 欧洲国家也都研制出了不同类型的秸秆粉碎还田机或配有秸秆切碎机构的收获机, 如意大利CMARY公司生产的系列还田机, 丹麦生产的SKT1500、SKTll200型还田机等。目前, 国外所研制的秸秆还田机具多数为与收割机械配套使用, 部分在免耕播种机上安装根茬粉碎部件, 如美国KINZE公司生产的KINZE30OO型播种机的开沟、灭茬机构, 并未见双轴灭茬施肥播种复式作业机具的研究。

从20世纪70年代末开始, 在引进国外农业科技成果的基础上, 我国高校、科研机构、企业等单独或联合开发了适用于旱地秸秆、根茬粉碎还田的机械化技术, 以及与其配套的作业机具。在秸秆埋覆方式、提高稻秆埋覆性能、刀具设计、刀具排列方式、机具结构、秸秆粉碎与破茬性能、工作效率等方面取得了一定的成果。如丁为民等通过对秸秆旋耕与埋覆机理的研究, 提出反转旋耕方式, 并得到广泛应用。张锋伟等通过对比分析锤爪式刀片与L型刀片的优点, 设计了弯刀式刀片, 增加了刀片入土性能, 降低了作业中刀片打土现象。张世芳等针对现有秸秆还田机刀具在灭茬上的缺陷, 研制了一种鞭式刀具, 在对秸秆进行切割的同时刀头能够入土破茬。李庆军等对刀片在刀轴上的排列方式展开了研究, 提出刀片按照一定坐标排列可以大大降低刀轴总成的不平衡量。朱继平等针对国内稻秆还田机具功能单一、效率低、机具一次作业质量不能有效地满足下茬作物种植农艺要求的现状, 提出了一次作业完成稻秆粉碎、覆土还田和旋耕作业的联合作业的设想, 并开发了“1GJON-165型稻秆粉碎一旋耕组合多用机”。中国农业大学设计并试制了SGTN-180型双辊秸秆还田旋耕机, 前刀辊正转实现灭茬和浅旋土壤, 后刀辊利用反转的良好埋覆性实现秸秆埋覆。贾洪雷等研究了一种秸秆——根茬粉碎还田联合作业机具, 碎茬刀辊和还田刀辊采用分置式结构, 可通过拆分单独完成秸秆粉碎还田作业和碎茬作业。双刀辊作业模式的代表机型有河北神耕机械有限公司生产的1GND-200型双轴联合整地机, 河南豪丰机械制造有限公司生产的1GFQNM-200型根茬粉碎旋耕机等。

2 双轴旋耕灭茬施肥播种复式作业的技术探讨

目前旋耕播种机多为旋耕机与播种机的简单组合, 难以同时满足农机和农艺要求。如需满足旋耕质量, 则要降低旋耕刀转速, 会导致灭茬质量难以保证, 从而影响播种质量;反之, 如果要保证灭茬质量, 则需提高旋耕刀转速, 会导致旋耕比阻急剧增加, 对刀具、刀轴和牵引机具提出更高的要求。

2.1 总体技术路线和集成

采取理论研究、数值模拟与实验验证相结合、前沿技术研究与工程应用示范相结合的方式, 集中和融合研究结构和装备制造企业各自的优势, 在产品设计中引进多学科优化设计方法和数值模拟技术, 实现产品的轻量化设计, 在保证产品质量的前提下, 所设计的产品比同类产品轻10%。开展双轴旋耕灭茬施肥播种复式作业技术的研究, 并将研究结果用于指导工程实践, 其总体技术路线框见图1所示。

由三点悬挂机构、灭茬结构、旋耕结构、施肥机构及调整装置、播种机构及调整装置、镇压机构、动力传递系统 (包括中间齿轮箱、转动轴、侧边齿轮箱等) 、机架、防缠草机构等组成, 如图2所示。

2.2 耕和灭茬技术的探讨

2.2.1 增加灭茬功能, 形成主、辅灭茬机构

前、后刀辊布置方案研究。其技术路线如下:通过仿真分析和实验研究, 对耕深、转速和中心距离进行分析, 对整机功耗、碎茬质量的影响规律, 以确定最优布置方案。

2.2.2 优化灭茬刀轴转速和刀数

采用仿生降摩减阻刀具设计, 设计旋耕——碎茬仿生刀片, 以前进速度、刀辊转速及作业耕深为因素, 分析仿生刀片对功率消耗、碎土和碎茬质量的影响规律。刀辊工作部件与土壤的动力学分析, 其技术路线如下:建立力学模型, 通过仿真分析, 研究土壤的破坏过程, 刀具在切削过程中的应力、应变变化情况, 切削过程中的切削阻力和刀棍作业功耗等指标的变化情况, 刀辊工作部件与土壤的动力学设计。采用ANSYS/LS-DYNA模拟分析螺旋刀辊与土壤的动态切削过程, 分析土壤的破坏过程, 刀具在切削过程中的应力、应变变化情况, 切削过程中的切削阻力和刀棍作业功耗等指标的变化情况。

2.2.3 改善了灭茬刀的角度、增加了刀的刃口, 增加了切碎功能。

2.2.4 确保最大作业深度达15 cm以上。

2.3 施肥播种技术探讨

对行距、深度、行走速度、种子进行正交实验, 设计出施肥播种精度高的机构。根据农艺的要求, 可以采用地轮仿形传动机构, 合理确定施肥与播种行距与深度, 能够满足精量播种施肥的要求, 提高化肥利用率和种子的出芽率。

(1) 优化传动设计, 采用增强型链条, 优化与齿轮配合, 采用了张紧、调整、加油装置;

(2) 传动箱采用防尘设计;

(3) 优化种、肥箱设计, 容量上一次性加种、肥可标准作业0.4 hm2以上, 设置前后观察孔, 种肥箱锥形口设计并安装震动防堵装置, 播种肥调节精确方便;

(4) 采用前置式滑槽施肥;

(5) 播肥和播种装置采用防冻和防腐设计。

2.4 新型防缠草机构

采用不同防缠刀转速, 不同防缠动刀与切草定刀间隙, 测试大产量稻秸秆全量留田情况下的防堵性能并优化。

(1) 研究现有防缠草机构, 研究其防缠草性能;

(2) 开发新型防缠草机构, 在各工况下机具作业时不发生缠草现象。

2.5 盖籽镇压及调节机构

采用旋耕后抛土盖籽, 镇压轮压实, 并提高镇压轮的调节范围, 调节铲泥草装置的角度和间隙, 使机具适应沙、壤和粘土;优化镇压轮结构与施肥播种的传动机构, 增加施肥播种传动的准确可靠性。

3 结语

经技术设计并优化集成后, 造成生产的机械进行了多次试验示范, 已经投入市场, 用户反馈效果很好, 认为该复式作业机械的旋耕、灭茬、施肥和播种性能良好, 完全达到农业生产要求, 并且性能稳定、调节方便、适应肥料和种子的品种变化, 明显提高劳动生产率, 降低了劳动成本, 产品市场前景广阔。

参考文献

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双轴旋耕 篇3

做好农作物秸秆机械化还田工作, 是实行农作物秸秆综合利用的主要技术措施, 是解决农作物秸秆出路的主要方法, 是解决秸秆焚烧、促进农村和城市环境改善的重要手段。根据江苏省“十二五”农机化发展规划, 做好秸秆机械化还田及综合利用是“十二五”全省农机化重点工作之一。“十二五”期间, 全省要新增推广秸秆还田机具2.5万台, 农作物秸秆机械化还田面积达到200万hm2。

目前所使用的大部分秸秆还田机功能较单一, 近年虽然出现了部分埋草 (埋茬) 耕整机, 可以一次作业完成耕翻、埋草、灭茬、整地, 但作业质量不稳定, 不能较好地满足相关标准和农艺要求。

因此, 本研究目的在于开发一种双轴灭茬旋耕施肥 (起垄) 机, 一次作业实现耕翻、埋草、灭茬、整地、起垄、施肥功能, 彻底满足相关标准和农艺要求的秸秆还田机。

1 概况和主要研究内容及关键技术

1.1 双轴灭茬旋耕施肥 (起垄) 机概况

随着国家农业结构调整, 在大力提倡节能和提高资源利用率的同时, 也要求保护生态与环境, 因此进一步提高农作物秸秆还田机械化装备及综合利用技术水平, 研制开发新型多功能双轴灭茬旋耕施肥 (起垄) 机是完全满足江苏省“十二五”农机化发展规划乃至全国对秸秆机械还田及其综合利用的要求。

近年来随着国家和各地对秸秆还田机械补贴政策的落实, 秸秆还田机生产企业迅速增多, 仅江苏省各种秸秆还田机生产企业已超过60家。生产的秸秆还田机产品参差不齐, 质量差异较大, 功能各异。目前未见国外有旋耕灭茬起垄机方面的资料。国内旋耕灭茬起垄机起源于东北, 落户在江苏灌云。灌云既是全国旋耕机之乡, 也是灭茬起垄机之乡。

灭茬起垄机一般使用中等功率以上的轮式拖拉机, 不使用手扶拖拉机。其拖拉机功率在25.7~58.8kW, 幅宽在150 cm的约占整机数量的60%。

1.2 主要研究内容及关键技术

(1) 主要研究内容为:

(1) 传动形式;

(2) 与拖拉机的挂结方式;

(3) 使用一种埋草不勾草、既能用于玉米秸秆灭茬埋茬又能埋稻麦秸秆的刀具;

(4) 研究一种有着良好起垄施肥效果的装置。

(2) 关键技术有:

(1) 旋耕技术与埋茬技术的最佳结合方式;

(2) 刀具的形状与安装排列;

(3) 装置的形状与安装。

2 结构和主要特点

2.1 机械结构

双轴灭茬施肥起垄机是拖拉机动力输出轴驱的耕作机具, 它的工作原理简介如下, 结构示意图如图1所示。当其动力万向节转到中间齿轮箱第一轴后, 经一对锥齿轮啮合转到第二轴, 同时, 第二轴分别向左右两侧齿轮箱转到动力, 两侧齿轮箱分别带动灭茬轴和旋耕轴旋转。

1.万向节总成2.第一轴3.第二轴4.中间箱体总成5.万向节总成6.刀轴7.灭茬轴

2.2 主要特点

1SGMNF-200型双轴灭茬旋耕施肥 (起垄) 机是成熟系列旋耕机改进产品, 是在保持原有结构和性能的基础上延伸改进而成, 其中间箱体总成、旋耕机框架机罩、拖板等都使用旋耕机的通用部件。

主要是改变刀的型号, 减少动力消耗;增加刀片数量、改变刀片的螺旋排列方式, 增加碎土和埋茬效果;另外在刀座上联结了数条螺旋走向的具有左右折弯角度的专用灭茬刀, 以增强灭茬效果。该机设计为双轴、双侧传动, 并具有改变调节速度功能;该机耕翻、埋草、灭茬、整地、起垄、施肥性能好, 功率消耗低。玉米灭茬、整地同样性能优异;整机结构合理, 通用性好, 适用性强, 操作维修方便。

3 主要工作部件的安装方法和主要技术规格

3.1 刀片的安装方法

为适应农业技术的要求, 不同的刀片安装方法可得到不同的工作效果。

3.1.1 常见的刀片安装方法

如图2所示, 这种排列耕后地面平整, 适用于平作。

3.1.2 旋耕施肥起垄机开沟联合作业时的刀片安装方法

左刀轴除靠齿轮箱安装一把右弯刀外, 其余全部安装左弯刀;而右刀轴除靠齿轮箱安装一把左弯刀外, 其余则全部安装右弯刀。这种排列方法耕后中间形成一浅沟, 土块抛向两侧, 以利中间开沟联合作业的进行 (见图3) 。

3.1.3 畦作的刀片安装方法

耕幅和畦宽一致的田块耕作时, 则左刀轴全部安装右弯刀, 右刀轴全部安装左弯刀。机器跨沟工作时, 部分土块被抛向沟中, 从而达到填沟的作用。

3.2 起垄铲的安装方法

用户首先可以根据自己田地的垄距设计好铲距, 根据设计好的垄距用一对U形螺栓把一对连接支撑板固定在后面的方管上, 然后把两侧的翼板安装在铲柄上, 根据翼板张开的角度选择翼板上三孔小方板的一个与铲柄后的支撑杆用螺栓和螺母连接, 再根据耕作深度选择铲柄上不同高度的螺丝孔安装与连接支撑板上孔用螺栓与螺母连接。用户在安装时要确保螺栓和螺母安装得牢固。

3.3 与拖拉机的悬挂连接

旋耕施肥起垄机与拖拉机的液压悬挂机构以三点挂接方式连接, 安装十分简便, 熟练的拖拉机手一人便能完成悬挂连接工作。下面以配江苏—50型拖拉机为例, 介绍安装步骤。

(1) 拆去拖拉机牵引挂钩, 卸下动力输出轴盖。

(2) 对准悬挂架中部倒车, 提升下拉杆至适当高度, 至能与旋耕施肥起垄机左右悬挂销连接上为止。

(3) 先装左下拉杆, 再装右下拉杆 (因右下拉杆有调整长度的机构, 可调节右下拉杆的高低) , 并插好插销。

(4) 安装上拉杆, 插好插销。

(5) 安装万向节, 注意中间两只夹叉开口必须处于同一平面内。如方向装错, 在工作中会发生响声, 引起十字节损坏。万向节装好后插好插销, 并装上开口销。

3.4 机械主要技术规格如表1所示。

4 技术经济效益分析

玉米、水稻、小麦是我国产量最大的农产品, 相应其农机具的开发、生产、使用的投入也在不断加强, 人拉牛耕的日子早已一去不复返, 现代化的农业耕作机械已全面实施和开展, 随着农民富裕程度的不断提高和政府补贴力度的加强, 农民和专业耕、种机手购置农机具的热情也在不断上升, 由此带来了可观的经济效益和社会效益。

4.1 纯旱田作业

我国农村劳动力正在大量向城市转移, 在人均种植面积0.67~6.67 hm2以上的东北地区及我国中西北地区, 人工耕、种已不可能, 机械化是唯一的途径。机械化旱作灭茬有利于节肥增效, 有利于改良土壤, 有利于改善环境, 这种观点已越来越被广大农民所接受。机械化灭茬旋耕收费在25~30元/667 m2, 每台机具每季作业46.67 hm2左右, 作业效率0.4hm2/h。个人购买一台双轴灭茬旋耕施肥起垄机所获经济效益见表2所示。

4.2 旱田作业

江苏有着大面积的稻麦产区, 全国更有广阔的市场, 用户的投入和产出比有着较为重要的意义。当个人购置一台1SGMNF-200型双轴灭茬旋耕施肥 (起垄) 机用于根茬地耕翻、埋草、灭茬、整地、起垄、施肥, 其个人获得的经济收入或减少资金的支出费用可从表达式的分析中得出答案 (见表3所示) 。

按平均每667 m2旱耕作业费分别为40元、30元, 作业效率按0.4 hm2/h计算, 平均1 d作业8 h, 一季作业为15 d左右, 一年共两季, 作业时间期限一月, 其余时间可以进行其他农业生产。

5 结语

双轴旋耕 篇4

随着我国农业机械化进程的加快,农民逐渐摆脱了手工插秧、施肥、收割的劳作。农业机械逐步走进生活,将农民从繁重的体力劳动中解放出来,农作物的产量也随之提高,但农作物秸秆焚烧产生的环境污染却越来越成为人们关心的问题。

目前采用的就地焚烧,大大加重了自然环境的负担,导致收获季节雾霾频发,为改善这种状况,农用旋耕机具应运而生。但传统单轴旋耕机的旋耕深度仅在12 cm左右,埋在土壤下的秸秆无法迅速腐烂,等到来年春种时节,又会和小麦争夺氮肥,使其生长发育受到影响。为此,扬州大学张瑞宏教授研发了一款大耕深的双轴旋耕机耕,使旋耕深度达到20cm,成功解决了这个问题,但由于机具工作时常常处于较恶劣的耕作环境,为了保证双轴旋耕机的安全性,在设计时采用了较大的安全系数,这直接导致现有机型显得较为笨重,不符合江南丘陵地区农田耕作的农艺要求,同时燃油消耗过大,作业费高,加大了农业耕作的经济负担。

针对上述问题,本文将计算机CAD和CAE技术引入双轴旋耕机的机架轻量化研究中,建立双轴旋耕机机架的几何模型,并通过ANSYS软件进行有限元分析,对比获得更合理的安全系数和更好的材料,实现机架结构的优化设计。

1 双轴旋耕机机架总体结构

1.1 双轴旋耕机机架结构介绍

轴旋耕机机架的总体结构如图1所示,主要由三大部分组成:悬架机构、中间焊接机构、侧板机构。

旋耕机机架作为旋耕机主体的框架结构,主要用于安装旋耕机的中间传动箱体,前、后旋耕刀轴和拖拉机联结。悬架座直接和拖拉机车头联结,牵引旋耕机工作。中间传动齿轮箱使用底部托盘和前后方管横梁使用螺栓紧固安装。

1.2 机架设计参数要求

双轴分层切土旋耕机的关键部件之一是机架,机架的结构决定了后旋耕刀轴能否在前旋耕刀轴旋耕的基础上进行再次入土旋耕,因而旋耕机机架的设计必须满足表1的参数要求。

双轴旋耕机机架总体质量约为199 kg,旋耕机机架的轻量化设计要求旋耕机的机架减重达到旋耕机机架原始重量的20%,安全系数s=2.5。在满足减重的同时,双轴旋耕机在工作时旋耕机机架结构不被破坏,工作性能稳定。

2 双轴旋耕机机架的轻量化设计

2.1 机架材料的选择

农用机械的工作环境比较恶劣,因此选取高强度的Q345合金钢,保证旋耕机在工作状态下不会轻易损坏,延长旋耕机的使用寿命;同时还在强度校核允许的范围内,适当的减少壁厚,来达到减轻旋耕机重量的效果。材料属性如表2所示。

2.2 侧板的轻量化设计

原先设计的的侧板水平方向上最大长度为1 315 mm,旋耕刀轴中心线之间水平距离563 mm,竖直方向距离92.5 mm,满足旋耕深度大于20 cm的同时,有效减少缠草、带泥情况的产生。优化后将前侧板和左右侧板合并成一个侧板,上面设计有11个螺栓孔用来和连接板连接,如图2所示:

优化后,去掉了前侧板这一部件,省略了前侧板和左右侧板焊接的工艺过程。同时在轴的安装过程中,旋耕刀轴为前侧板部分而加长的刀轴部分会被去除,缩短了旋耕刀轴,轴的安装更加简便,也间接减轻了旋耕机重量。优化后侧板水平长度956 mm,旋耕刀轴中心线之间水平距离563 mm,竖直方向上距离相差90 mm,满足旋耕深度要求。材料选用Q345钢,厚度10 mm,在两种钢材密度相同的情况下,Q345屈服强度达到345 MPa,大于Q235的屈服强度,优化后侧板强度提升,降低了旋耕工作过程中损坏的几率。

2.3 挡泥板的轻量化设计

挡泥板如图3所示,由左右两块挡泥板两段式拼接而成,中间未重合部分用来安装中间传动箱体,优化前挡泥板采用3 mm厚Q235钢板弯曲成型,宽度970 mm,其形状与旋耕机框架相互配合,可以快速装配。

但是优化前挡泥板之间对接的缝隙中仍然会有较多泥土,同时对旋耕刀向后抛出的泥土阻挡效果也不太理想。优化选择整体成型的挡泥罩结构,采用2 mm厚的Q345钢板弯曲成型,优化后两个方管横梁相距800 mm,因此挡泥板设计宽度仅为823 mm,更加简便安装的同时降低了整体机具的质量。

3 双轴旋耕机机架的有限元分析

3.1 机架模型的简化与网格划分

简化后省略原模型中的吊耳、螺栓孔等结构,同时存在部分为方便旋耕机机架装配的结构性焊接支撑件,这些零件在旋耕机耕作的过程中对旋耕机机架的内应力、形变和载荷影响不大,因此一并省略。旋耕机机架材料选择见表2所示。

在旋耕机机架的网格节点划分中,对这种主体由薄板件装配成的旋耕机机架,根据其薄板件特点,主要采用8节点的六面体网格划分的方式,而对一些简单的平面则采用三角形网格单元划,如图4所示。

3.2 机架约束与载荷的施加状态

双轴旋耕机采用三点式悬挂的方式,模态分析对旋耕机机架施加预应力时,需要在旋耕机机架与拖拉机连接处进行完全固定约束定义,即在上下吊耳内径处施加一个完全固定约束。在左右侧板上分别施加两个与旋耕方向相反的扭矩,在方管横梁上分别施加一个中间传动系统的压力,如图5所示。

3.3 双轴旋耕机机架模态分析结果

根据振动理论,低阶固有频率是在旋耕机工作时机架发生破坏的主要原因,故只选取旋耕机机架的前15阶模态固有频率进行分析研究,如表3所示。

双轴旋耕机前后旋耕刀轴的转速为240 r/min,即工作频率4 Hz。通过表3可知,一阶模态固有频率为17.381 Hz,而随着模态阶数的上升,机架的固有频率呈递增趋势,工作频率远离固有频率,因此机架不会产生共振,满足旋耕机机架的分析评价标准。

双轴旋耕机的机架各阶最大变形量如表4所示。

Hz

mm

双轴旋耕机机架的最大变形量出现在第十五阶模态,为22.119 mm。但十五阶模态频率和机架的固有频率相去甚远;而与机具工作频率最相近的是一阶模态频率,机架的一阶模态频率是17.381 Hz,产生的形变量是4.511 mm,此时变形量不足以机架结构产生破坏。

机架部分阶的模态分析图如图6所示。

旋耕机机架的一阶模态显示:旋耕机机架的整体同时向Y轴方向上偏移,最大偏移量出现在后梁和侧板远离固定的连接处;四阶模态主显示:旋耕机机架在X轴正方向发生弯曲振动,旋耕机机架水平方向上收缩,振幅最大出现在后梁的中心处;七阶模态显示:侧板发生弯曲振动,侧板最下端在Z轴方向互相远离;八阶模态显示:左右侧板同时向Z轴正方向上发生弯曲振动,振幅最大的出现在侧板最下端;九阶模态显示:旋耕机机架后梁向X轴正方向上发生弯曲振动,侧板同时向内偏移;十一阶模态显示:旋耕机的后梁部分在Y轴的负方向上发生弯曲振动,后梁向下弯曲;十三阶模态显示:旋耕机侧板发生扭转振动;十五阶模态显示:侧板发生弯曲振动,位移主要集中在侧板的边缘处,侧板左下角振幅最大,左右侧板向内靠近。

通过模态分析云图和上述分析可知,后梁的机架部分弯曲刚度偏低,前梁的扭转刚度偏低;侧板的扭转刚度和弯曲刚度都偏低,尤其是侧板与旋耕刀轴的安装处。旋耕刀轴安装时,使用旋耕刀轴座与侧板使用螺栓紧固,减少了侧板振动产生的位移。模态分析达到十二阶时,旋耕机机架的固有频率会出现一大幅度的上升,形变达到17.344 mm。影响十二阶模态时机架结构的稳定性,但远离前六阶模态对旋耕机的动态性能影响不大。结合机架本身的工作特性,可知双轴旋耕机的机架不会因为双层旋耕产生共振,使旋耕机工作时整体不稳定,破坏旋耕机机架的总体结构,因此本文研究的机架轻量化设计满足机具动态性能要求。

4 结论

4.1 优化前侧板结构体积V1=6.159 1 dm3,M1(质量)=48.35 kg;优化后侧板体积V2=3.399 9 dm3,M2(质量)=26.69 kg,优化后的侧板质量相比之前减轻了大约44.8%。

4.2 优化前挡泥板结构体积V1=2.061 6 dm3,M1(质量)=16.184 kg;优化后挡泥板体积V2=1.532 1 dm3,M2(质量)=12.027 kg,优化后的挡泥板质量相比之前减轻了大约37%。

摘要：基于ANSYS开展双轴旋耕机机架的轻量化设计,通过对双轴旋耕机的零部件进行轻量化设计,并对组装好的双轴旋耕机机架进行模态分析与校核,以验证设计的正确性。最终实现优化后的侧板质量相比之前约减轻了44.8%,挡泥板质量约减轻了37%。

关键词：ANSYS,旋耕机机架,轻量化设计,模态分析

参考文献

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双轴旋耕 篇5

关键词：旋耕机,安装,使用,调整,故障排除

0引言

近期我们在使用西安亚奥1GKNBM-220型双轴灭茬变速旋耕过程中,确实感觉到该机不但故障少,而且最大的特点是可根据土质及土壤含水量的不同,能够在作业中随时灵活变换三种刀轴转速,彻底解决了拖拉机跑得快了质量差,跑得慢了效益差的痼疾。达到了同一块地,同一台拖拉机,同样的耕种质量,变速旋耕机效益更好质量最佳。为了使购买该机的用户更好地使用好该机具,在作业中不出故障或少出故障,发挥更大的效益,我给大家介绍一下该机的安装、使用调整及故障原因及排除方法,希望能够给使用者一些帮助。

1结构特点

该机主要有以下几部分组成:一是万向节传动轴总成,主要由活节夹叉、十字轴、方轴套夹叉焊合组成;十字轴两端装有孔用弹性挡圈,防止十字轴轴向移动,十字轴上装有黄油嘴,使用时应注满黄油,以保证滚针轴承润滑。二是悬挂装置,主要由整体式悬挂架组成,期作用是使机具与拖拉机连接。三是变速箱总成,动力由一轴传到二轴,一轴上装一个双联齿轮和一个滑移齿轮,二轴上装有三个变速齿轮,经二轴传到大小锥齿轮,又经三轴平齿轮传到四轴齿轮,再传到刀轴齿轮,由刀轴齿轮传到刀轴花键轴上连接的后旋耕刀轴,从四轴齿轮经两级灭茬中间轴上的圆柱齿轮,传到灭茬齿轮轴上连接的前灭茬刀轴,箱体后盖板及上盖板上设有加油孔,箱体前方设有验油孔,箱体底部设有两处放油孔。四是变速操纵装置,主要由操作杆、拨叉、拨叉轴、定位螺栓等组成。五是侧板、框架部分,框架、侧板与变速箱体、刀轴组成机具立体与水平面两个基础框架,使刀轴正常工作。六是刀轴、犁铲总成,犁铲主要用来消除箱体下部漏耕,犁铲将箱体下面的土壤翻起,被两边旋耕刀破碎,刀轴是工作部件,分布于箱体两侧,刀轴上装有左右弯刀。七是罩盖、拖板、加压杆,罩盖用螺栓固定在箱体和侧板上,罩盖挡住土块不伤驾驶员并促使土块进一步破碎,拖板起进一步碎土和平整地表、压实土壤的作用,加压杆总成可调节拖板对地面的压力,以保证镇压质量。八是限深板总成,左右两大限深板,安装于左右侧板下端,作用是支重仿形,调节耕深。

2机具的安装

机具一般都是整机出厂,只是安装灭茬刀片、旋耕机刀片和与拖拉机安装即可。灭茬刀片的安装:灭茬刀片是交错安装的,每一刀盘安装3把左弯刀,3把右弯刀,刀印朝前,靠近箱体的刀盘安装3把刀片,刀片弯折方向全部朝中间箱体。旋耕刀片的安装:从整个刀轴看,左、右弯刀是交错安装的,即在同一平面内安装一左、一右弯刀,使弯刀的弯向与刀座圆孔方向一致,刀印向前,花键套上一把弯刀的弯向朝向刀座圆孔,另一把弯刀的弯向与刀座方孔方向一致。旋耕机与拖拉机的安装:将拖拉机倒退对准机具悬挂架中部,提升下拉杆至适当高度,倒车至能与旋耕机左右悬挂销连接为止,安装万向节传动轴,应使万向节中间两夹叉在同一平面内确认无误后上好插销,安装机车左右下拉杆,上好插销,安装上拉杆及插销。

3机具的调整

一是机具左、右水平的调整:将机具降低,使刀尖接近地面,观看左右刀尖离地面高度是否一致,否则调整左右斜拉杆,使左右刀尖离地高度一致,检查左右限深板是否处于同一孔位,否则调整一致,以保证左右耕作深度一致;二是机具前后水平的调整,将机具放至要求耕深,从侧面看万向节与第一轴是否接近水平,若夹角接近10°或大于10°,则放长或缩短拖拉机上拉杆,使万向节传动轴处于有利的工作状态;三是机具提升高度的调整,为了防止万向节传动轴损坏,机具作业时,万向节传动轴夹角不得大于10°,地头转弯不得大于25°,因此一般田间作业只要提升至刀尖离地20 cm即可,如遇过沟、过坎或路上运输,需提升更高时需切断动力,在田间作业时,要求做最高提升位置的限制,通过拖拉机液压定位系统调整实现;四是主要传动件调整,该机具在使用50 h以后,必须进行一次齿轮间隙的调整,调整方法如下:首先调整第二轴轴承间隙,拆下第二轴轴承盖,将调整垫片适当的减去一些,再装回第二轴轴承盖,用手转动第一轴,待手感灵活,又无明显轴向间隙为止;其次检查圆锥齿轮副啮合印痕,检查的方法是将红丹油涂在大锥齿轮工作面上,按正常工作方向转动小锥齿轮轴,观察小锥齿轮工作面印痕的大小及其分布情况,小锥齿轮正常的啮合印痕,长度应不小于齿宽的40%,印痕的高度应不少于齿高的40%,并分布在分度圆锥线附件,否则应进行调整;调整方法为:如果小锥齿轮啮合印痕长度不够,就应减少第三轴左轴承盖与箱体之间的调整垫片,将取下的调整垫片加到第三轴右轴承盖与箱体之间,使大锥齿轮向小锥齿轮方向移动;如果小锥齿轮印痕的高度不够,就应减少第三轴右轴承盖与箱体之间的调整垫片,将取下的调整垫片加到第三轴左轴承盖与箱体之间,使大锥齿轮远离小锥齿轮方向移动;最后调整圆锥齿轮齿侧间隙,正常的齿侧间隙是0.26~0.65 mm,如果齿侧间隙超过0.8 mm,就应调整,齿侧间隙的检测方法是用保险丝弯曲成S形,放在齿轮非啮合面之间,按正常工作方向转动齿轮,将保险丝挤扁,然后取出测量,靠近大端处被挤压的厚度,即为齿轮侧间隙;齿侧间隙的调整就是移动大锥齿轮,使大锥齿轮靠近小锥齿轮,也就是减少第三轴左轴承盖与箱体之间的调整垫片,将取下的调整垫片加到第三轴右轴承盖与箱体之间,使大锥齿轮向小锥齿轮方向移动,把圆锥齿轮齿侧间隙调整为0.26~0.65 mm之间;五是机具耕深的调整,机具耕深的调整是改变限深板的上下固定位置来实现的,抽掉限深板定位螺栓,向下移动限深板,深度变浅,向上移动限深板,深度增大,深度调好后锁紧定位螺栓,使两限深板在同一平面,这样反复调试,直到达到所需耕深,如若达不到所需耕深,可拆掉机具两端的仿形限深板,用拖拉机的液压调节和定位系统来调整控制耕深。

4机具的使用

一是前进速度的选择,要达到碎土灭茬要求,沟底平整,即保证耕作质量,又要充分发挥拖拉机的额定马力,在一般情况下直接旋耕,前进速度应在2~4 km/h,在翻过的地上作业前进速度应在3~6 km/h,在坚实度较大的土地上耕作可选用较低前进速度;二是刀轴速度的选择,一般情况下,直接耕地刀轴速度用低速,土质松软整地时,刀轴速度用中速,浅旋碎茬用高速。在变换刀轴转速时,必须切断动力,然后松开上盖板两边M14螺栓,扳动操作杆到所需刀轴转速,手感钢球到位后,拧紧上盖板两边M14螺栓插入拨叉轴槽中,并锁紧M14螺母即可;三是机具的起步,机具起步时,应提升离地15~20 cm,接合动力输出轴,空转1~2 min,然后挂上工作挡位,慢慢放松离合器踏板,同时操作拖拉机液压升降调节手柄,使机具逐步入土,随之加大油门直到正常耕深。

5机具的故障及排除

(1)刀轴转动不灵活。首先检查一下是否脱挡,如脱挡,应重新挂挡,拧紧顶丝;如果没脱挡,检查一下花键套、花键轴磨损情况,磨损超限应更换花键轴、花键套;齿轮间隙过小也影响刀轴转动,应调整齿轮间隙;齿轮、轴承磨损咬死也会使刀轴转动受阻,应更换轴承及齿轮;齿侧板变形、框架不正、拖拉机后动力故障都会影响刀轴转动,应予以检查与校正。

(2)机具发出异常响声:护草圈与轴承座摩擦、刀尖与箱体摩擦、万向节轴套间隙过大等都会发出异常响声,如刀尖与箱体摩擦应调整靠箱体刀座,万向节轴套间隙过大应更换。

(3)机具进地后振动大。首先看看刀片是否安错,如安错要重新安装;如果缺刀太多或刀片磨损过大,应补充刀片或更换新刀;如果地太硬前进速度太快,应调整前进速度;如果刀轴变形,应校正刀轴;如果油门不稳定,应稳定油门;如果左右不水平,应调整机具,使机具左右水平;如果万向节安装错误,应重新安装万向节。

(4)耕后地表不平整。刀片安装错误,应重新安装;耕前地表不平,应平整土地;拖板不平,应校正拖板;前进速度过快,应调整前进速度;机具左右不水平,应使机具左右水平;刀轴转动不灵、齿轮、轴承间隙过小,应调整间隙;刀轴转速过低,应提高刀轴转速。

(5)机具跑偏。机具左右不水平、机具摆幅过大、犁体变形、刀片安装错误、齿轮或轴承间隙过小、刀轴转动不灵都会使机具跑偏,应予以调整、更换或重新安装。

(6)机具不入土。液压调节手柄未到位,应调整液压调节手柄。

(7)操作杆变速不动。顶丝未松,应松开顶丝;操作杆磨损出拨叉槽,应更换拨叉。

(8)传动轴响声过大。传动轴安装错误,中间两夹叉不在同一平面内,应重新安装。

(9)箱体温度过高:齿轮间隙过小、缺油、齿轮油标号不准、油加的过多,堵塞了气孔,转速过高等都会使温度过高,应按项予以排除。