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本文以中國北方黑龍江省土壤條件為依據(jù)，進(jìn)行筑埂機(jī)具主要參數(shù)的確定，以期研制出適應(yīng)北方地區(qū)作業(yè)的筑埂機(jī)具。

1筑埂的農(nóng)藝要求

筑埂機(jī)所筑田埂高度為250～300mm，埂底寬度為400～600mm，埂頂寬度為250～350mm，坡度系數(shù)0.6~0.85，土壤堅(jiān)實(shí)度為80～110kPa，作業(yè)時(shí)間為每年4月中旬或9月下旬，取土后溝渠深度小于100mm。

2整機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理

懸掛式水田筑埂機(jī)是一種專門用于水田筑埂作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)具，主要由旋耕集土裝置、推壓筑埂裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、180°翻轉(zhuǎn)裝置、尾輪、罩殼、機(jī)架等組成。其中旋耕集土裝置、推壓筑埂裝置為主要的工作部件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)架上從前至后依次安裝傳動(dòng)軸1，帶傳動(dòng)裝置2，180°翻轉(zhuǎn)變速箱4、通過聯(lián)軸器與主變速箱8連接，7、9、10分別為筑埂機(jī)主要工作部件推壓筑埂裝置和上、下旋耕集土裝置。工作時(shí)，筑埂機(jī)動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供，通過萬向聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連接，傳動(dòng)軸通過帶輪與180°翻轉(zhuǎn)變速箱連接，經(jīng)過180°翻轉(zhuǎn)變速箱變向后將動(dòng)力傳到主變速箱，由主變速箱帶動(dòng)上、下旋耕集土裝置及推壓筑埂裝置工作。轉(zhuǎn)動(dòng)取土深度調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)手柄可以改變下旋耕集土裝置的高度，實(shí)現(xiàn)取土深度的變化。180°翻轉(zhuǎn)變速箱和翻轉(zhuǎn)鎖緊裝置配合使用可以完成筑埂機(jī)關(guān)鍵工作部件180°翻轉(zhuǎn)，解決了在田埂拐角處由于拖拉機(jī)機(jī)占用空間而不能修筑的一段田埂。筑埂機(jī)修筑田埂一般要經(jīng)過2個(gè)工序：取土和鎮(zhèn)壓成埂。根據(jù)筑埂工序要求設(shè)計(jì)取土裝置和鎮(zhèn)壓裝置。這2個(gè)工作裝置必須安裝在機(jī)架之上，根據(jù)工序要求，取土裝置在前，鎮(zhèn)壓裝置在后。筑埂機(jī)工作時(shí)，取土裝置將土聚攏到推壓筑埂裝置，通過推壓筑埂裝置鎮(zhèn)壓土壤形成田埂。

3關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1關(guān)鍵部件工作原理由于旋耕刀將土壤從后方和側(cè)后方拋出[3-7]，根據(jù)旋耕刀拋土特性，將旋耕集土裝置設(shè)計(jì)成2個(gè)刀軸聯(lián)合切削土壤的形式。旋耕集土裝置由上、下2個(gè)旋耕刀軸組成，下旋耕裝置分別由不同回轉(zhuǎn)半徑的旋耕彎刀組成，上旋耕裝置則由相同回轉(zhuǎn)半徑的旋耕彎刀組成。旋耕集土裝置彎刀均為右彎刀，上、下旋耕裝置工作狀態(tài)如圖2a所示。下旋耕裝置在旋轉(zhuǎn)過程中取土、拋土并且可以切出階梯型的田埂，推壓筑埂圓盤可以把收集的土壤抹壓在階梯形結(jié)構(gòu)之上，使筑成的田埂堅(jiān)實(shí)且不容易滑落塌陷，如圖2b所示。上旋耕裝置可以打碎土壤表面的風(fēng)干土壤和雜草，更加保證了筑出田埂的堅(jiān)實(shí)性。下旋耕裝置拋出的土塊可以被上旋耕裝置上的刀片二次旋切之后并且拋出，進(jìn)一步增加了碎土率，減輕了整機(jī)的功率消耗。

3.2旋耕集土裝置設(shè)計(jì)

3.2.1旋耕裝置刀片運(yùn)動(dòng)方程設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)O為旋耕集土裝置某一時(shí)刻的回轉(zhuǎn)中心，x方向?yàn)闄C(jī)器前進(jìn)方向，旋耕裝置刀軸為正轉(zhuǎn)，旋耕刀片回轉(zhuǎn)半徑為R，筑埂機(jī)作業(yè)時(shí)旋耕刀上各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。切土節(jié)距的大小直接影響碎土質(zhì)量，降低機(jī)具前進(jìn)速度，提高刀輥轉(zhuǎn)速，增加每個(gè)切削小區(qū)內(nèi)的刀片數(shù)量，均能減小切土節(jié)距，提高碎土質(zhì)量。根據(jù)土壤種類和含水率采用適當(dāng)?shù)那型凉?jié)距，土壤黏性大，含水率低，應(yīng)取較小的切土節(jié)距；反之應(yīng)取較大的切土節(jié)距[8-11]。旋耕裝置在切削土壤后，將土收集到后面的推壓筑埂裝置使其成埂，切土節(jié)距的大小影響筑埂機(jī)筑埂質(zhì)量和功率消耗。旋耕機(jī)在中等黏度的稻田土，土壤含水率在20%～30%時(shí)，切土節(jié)距60～90mm較為合適。由于筑埂機(jī)在筑埂時(shí)，對(duì)土壤破碎程度比旋耕機(jī)要高，因此，筑埂機(jī)切土節(jié)距取30～50mm較為合適。經(jīng)過切削的土塊經(jīng)過罩殼擊打?qū)⑦M(jìn)一步打碎，進(jìn)一步提高碎土質(zhì)量，這樣在筑埂時(shí)土壤將更加容易壓實(shí)成埂。筑埂機(jī)在筑埂時(shí)，機(jī)組前進(jìn)速度為0.6～0.8km/h，主要取土區(qū)間單位小區(qū)刀片數(shù)量為1，根據(jù)式（6），確定刀軸轉(zhuǎn)速為300r/min。這時(shí)，切土節(jié)距為33～44mm，符合要求。筑埂機(jī)上下旋耕裝置刀軸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速均為300r/min。

3.2.3旋耕裝置參數(shù)確定建立如圖4所示的田埂截面圖，由于田埂在受到浸泡、碾壓和風(fēng)蝕等作用，田埂在收獲后變形較大。根據(jù)變形的不同，應(yīng)用筑埂機(jī)進(jìn)行田埂修復(fù)需要完整田埂土量的10%～20%。工作時(shí)，旋耕刀既將田埂切成階梯形，又在階梯側(cè)地面以下取土，從而補(bǔ)充田埂在受到浸泡、碾壓和風(fēng)蝕作用而損失的土壤量。根據(jù)筑埂的農(nóng)藝要求，將田埂的高度、埂底寬度和埂頂寬度代入式（7）和式（8），求出A2max和A2min分別為14250和3250mm2。為了適應(yīng)不同田埂高度的要求，下旋耕集土裝置的取土深度應(yīng)可調(diào)，為保證取土深度的變化不超過預(yù)定的范圍，且拖拉機(jī)倒行時(shí)車輪不在取土后所留的溝內(nèi)行駛，取土寬度B取150mm。由式（8）得，取土深度H變范圍為20～95mm，不超過下旋耕集土裝置高度調(diào)節(jié)范圍0～120mm，即筑埂機(jī)可以根據(jù)田埂的高度和形狀調(diào)節(jié)取土深度，滿足筑埂時(shí)土壤量需求。設(shè)計(jì)旋耕刀的取土寬度為50mm，下旋耕集土裝置在取土寬度B上應(yīng)配置3～4把取土旋耕刀，而切成階梯形截面可配置2～3把旋耕刀，階梯高度為50～75mm，上旋耕集土裝置可配置3～4把旋耕刀[11-14]。

3.3推壓筑埂裝置設(shè)計(jì)推壓筑埂裝置在筑埂時(shí)主要通過盤片和推壓輥壓實(shí)土壤成埂。推壓筑埂裝置設(shè)計(jì)成與所筑成田埂梯形頂面和側(cè)面吻合形式。3.4180°翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)180°翻轉(zhuǎn)裝置由2個(gè)錐齒輪變速箱組合而成，結(jié)構(gòu)如圖7所示。變速箱1與變速箱3通過軸承2鉸接于一體，在不影響傳遞動(dòng)力的條件下，變速箱3可以繞變速箱1轉(zhuǎn)任意角度。2個(gè)錐齒輪箱的傳動(dòng)比均為1。由于筑埂機(jī)懸掛在拖拉機(jī)上，當(dāng)拖拉機(jī)行駛到田埂拐角處，拖拉機(jī)前端到推壓圓盤之間的一段距離筑埂機(jī)不能筑埂，如圖8a所示。將筑埂機(jī)翻轉(zhuǎn)180°后，通過拖拉機(jī)倒行的方式可以實(shí)現(xiàn)田埂拐角處的筑埂作業(yè)，如圖8b所示。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

懸掛式水田筑埂機(jī)的工作質(zhì)量主要與旋耕集土裝置、推壓筑埂裝置和土壤狀況有關(guān)。只有通過試驗(yàn)研究，才能確保作業(yè)效果達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)要求[23-25]。2012年7月，黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)田對(duì)研制的懸掛式水田筑埂機(jī)進(jìn)行了田間作業(yè)性能檢測(cè)。檢測(cè)地土壤絕對(duì)含水率為23.3%；土壤堅(jiān)實(shí)度0.31MPa；環(huán)境溫度為18℃；環(huán)境濕度為49%；配套動(dòng)力為福田雷沃704（51.5kW）；操作人員操作熟練，機(jī)器狀況良好。1）在作業(yè)過程中，拖拉機(jī)采用低速Ⅰ檔，油門控制在80%左右，筑埂機(jī)作業(yè)不超過0.8km/h，否則田筑的側(cè)面會(huì)出現(xiàn)較寬的抹壓痕跡。2）筑埂機(jī)的筑埂高度通過調(diào)節(jié)尾輪與機(jī)架的相對(duì)位置來調(diào)整，適用于在平坦的地塊上作業(yè)。當(dāng)?shù)乇聿黄綍r(shí)，筑埂高度變化較大，上坡變小，下坡變大，坡度過大時(shí)尾輪會(huì)離開地面，降低了筑埂土壤的堅(jiān)實(shí)度。

5結(jié)論

針對(duì)人工筑埂勞動(dòng)強(qiáng)度大的主要問題，設(shè)計(jì)了一種懸掛式水田筑埂機(jī)，并對(duì)其關(guān)鍵部件的工作機(jī)理進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：1）設(shè)計(jì)了筑埂機(jī)旋耕集土裝置，通過對(duì)旋耕刀片的運(yùn)動(dòng)分析，確定了旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速為300r/min。通過對(duì)田埂取土截面的分析，得出取土寬度為150mm，取土深度為20～95mm，為旋耕刀的配置和排列提供依據(jù)。2）通過對(duì)推壓筑埂裝置的受力分析，得出推壓筑埂裝置的驅(qū)動(dòng)力矩，為筑埂機(jī)的動(dòng)力分配、優(yōu)化和后續(xù)試驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)。3）設(shè)計(jì)了180°翻轉(zhuǎn)裝置，可實(shí)現(xiàn)工作部件的翻轉(zhuǎn)作業(yè)，解決了在田埂拐角處由于拖拉機(jī)占用空間而不能修筑的一段田埂。4）由檢測(cè)結(jié)果可知，筑埂質(zhì)量良好，均達(dá)到了各項(xiàng)農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)的要求。懸掛式筑埂作業(yè)是完全可行的，可較好地完成修筑和筑埂的作業(yè)。

作者：王金峰王金武孔彥軍張成亮趙佳樂單位：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院