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1、1 小型自动耕地机设计 目录 1绪论.1 1.1 国内外耕地机的发展及研究现状.1 1.1.1 我国耕地机发展.1 1.1.2 国外耕地机发展.5 1.1.3 在海底耕地机的用途.7 1.2 链式耕地机的研究现状.7 1.3 本论文研究意义.9 2链传动概述及链刀式耕地机设计的初步理论.10 2.1 链传动概述.10 2.1.1 链传动基本原理.11 2.1.2 链传动的特点.12 2.1.3 链传动的应用.14 2.2 链传动的失效分析.15 2.3 耕地机设计的初步理论.16 2.3.1 土壤的主要物理力学性质.16 2.3.2 土壤工作部件力学.18 2.3.3 小结切割过程的分土壤切削
2、阻力分析.19 3链刀式耕地机工作部件的设计.20 3.1 耕地机的工作原理.20 3.2 链式耕地机的特点.22 3.3 工作部件基本参数的选择.22 3.4 工作部件切削土壤的力.27 3.5 发动机功率的确定和底盘的选择.28小型自动耕地机设计2 3.6 链刀式耕地机的整体参数计算与确定.31 3.7耕地器的结构.32 3.7.1 耕地器的结构分析.32 3.7.2 耕地器的工作原理.33 4结论与展望.34 4.1结论.34 4.2观察研究后根据链式耕地机的传动环境与切削的分析提出见解.34 4.2.1 根据土壤介质链传动的特点提出见解.34 4.2.2 土壤质地、湿度、硬度对土壤介质
3、链传动的影响.35 4.2.3 研究后对耕地链传动的切削分析.35 4.2.4 根据分析改进耕地链传动的方式为逆时针切削方式.36 4.3写论文的感受.36 参考文献.38 致谢.393 1 绪论 1.1 国内外耕地机的发展及研究现状 耕地机的历史悠久，早期的犁铧工具 1 就是耕地机的雏形，只不过没有动力驱动。 到了上世纪 50 年代开始，伴随着机械化的普及，而且在一些相关的部件和结构原理 没有成型和系统的研究战后的发达国家开始使用机械耕地机进行大范围的农耕化作业， 大大提高了劳动生产率。现在随着技术的不断进步和日益增多的工作要求，耕地设备 的研究走进了一个新的时代，较为成型的耕地设备不断涌现
4、。但国内的耕地机的研究 和使用起步比较晚。到了60 年代，旋转式耕地机 2 已发展成为一种先进的连续挖土机 械。适宜开挖梯形截面的农用沟渠。由于它牵引阻力小，能均匀散耕地内土壤，工作 效率高，因而获得迅速的发展和广泛的使用。耕地机在欧洲、美洲各发达国家和亚洲 的日本等国广泛的应用在土方施工领域，仅美国年需求量就达数千台。耕地机发达的 国家主要有德国、意大利、美国、俄罗斯和日本等国。前苏联、意大利、法国和西德 等国都有不同型号的系列产品，有的远销国外。从 70 年代末期开始，以链式耕地机 的研究逐渐兴起，到了 80 年代中期，美国等国已经有了较为成型的链式耕地设备。 随着改革开放的不断深入，生产
5、建设全面启动，城市土方施工工程规模越来越大，各 方面都面临着巨大的挖沟工作量。经过 40 多年的发展，在耕地机应用方面，以其生 产效率高，成本低，设备简单，组装方便，多为悬挂于农用拖拉机后端的可拆卸设备 而被广泛应用。其工作效率突出，且扩大了使用范围，随着电信事业广播光缆的铺设 需要，链式耕地机的使用更为广泛，目前已经在多个领域使用，比如，在狭窄的果园， 以及在海底耕地机也有了重要的应用。 1.1.1我国耕地机发展 我国耕地机械起步较晚，经历了从犁铧式耕地机、圆盘式耕地机、螺旋式耕地机 和链式耕地机的四个发展历程。在我国除极少数单位引进国外的连续式耕地机外,国产 耕地机仍处于设计研发的初步阶段
6、。小型自动耕地机设计4 首先，在上世纪50年代主要是犁铧式耕地机。这种耕地机结构简单，工作可靠， 零部件少，单位功率低，生产率高，作业成本低，耕地深度为30cm到80cm。主要缺点 是机体笨重，牵引阻力大，犁铧入土后，土垡随翻土板曲面上升，翼板将土推向两侧， 侧压板将沟壁压紧，形成梯形断面的沟 3 。 然后，到了上世纪70年代又出现了圆盘式耕地机，它以两个高速旋转的铣削圆盘， 圆盘周围是铣刀，一般以75 马力到100马力拖拉机牵引工作，前进速度 50m/h到 150m/h，应用较广，牵引阻力小，适应性强，作业质量好，但行走慢，传动复杂，结 构庞大，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比犁铧式
7、耕地犁低，它的耕地断 面是上口宽沟底窄的倒梯形，配套动力要求选择功率大而行驶速度低拖拉机。由黑龙 江建设兵团三师十八团研制的单圆盘耕地机简图 3 。 接着，上个世纪九十年代主要以螺旋耕地机为主，江苏省农机局技术中心研制的 1KLZ-27 型螺旋耕地机采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件为直接安装在一根直立轴管 上的两组螺旋刀片，集立铣、周向提升、螺旋叶片惯性抛散等原理于一体，使耕地过 程中的切削、提升、抛散一次完成，其结构简图如图 1.1所示。该机工作时土块呈条 状沿螺旋线导向两面抛落，以圆锥对数螺线为基础的立锥式刀具，增强了对不同区域、 不同土质的适应性，刀片采用组合式结构，刀柄、刀刃选用不同的材
8、料，提高了使用 寿命 4 。5 1三角带（三条）2附加大皮带盘 3三角带（一条）4机架 5尾轮 6挡土栅 7括泥板 8耕地具 图 1.1 1KLZ-27 型螺旋耕地机简图 发展到1999年，在天津工程机械研究所开发研制出了GC65G型链式耕地机。该机 的主要参数如下：拖拉机型号为TN-654L，发动机功率为 48KW，主机额定牵引力为 18KN，最小转弯半径为 4500mm，耕地最深为 1800mm，最宽为 400mm，宽可通过更换 挖掘链节来调节，挖掘链速为 1.8m/s，回填铲宽度为 1800mm，总体尺寸为长 7500mm，宽 2230mm，高 2860mm。它是由链条带动多片铲高速小厚
9、度切削，主机低速 前进，实现连续挖掘作业。该机进行挖土工作时，将土带到沟面上，并挤向两侧，螺 旋叶片形状的排土轮由链轮驱动，向两侧分土，清沟器端部设有浮动刮产，可将散土 收回刀铲处，刮平沟底 5 。 于此同时在国内进行链式耕地机研究的还有西北农业大学机电学院的杨有刚、刘 迎春，他们在2002年研制的在滚子链链板上加链刀附件的耕地机 6 。2002 年中国农业机械化研究院耕作种植机械研究所的一种 1K（Kz）-30型链式耕 地机如图 1.3 所示。它主要由齿轮箱、传动链、耕地切削刀和分土器等组成。可见这 种链式耕地机也是在滚子链基础上形成，这种形式的耕地机对土壤的性能要求较高， 遇到带有沙石的土
10、壤很难作业，耕地比较宽，消耗功率大，深度也不够，链条易磨损小型自动耕地机设计6 疲劳失效，使用寿命也达不到预期的效果 7 。 1.1.2 国外耕地机发展 国外最早生产耕地机的国家主要是美国和前苏联。其发展过程大致也是从犁铧式 开始的，目前主要是链式耕地机。在国外,耕地机的使用已经非常普遍,许多地下公用 设施施工都用专业耕地机以下简单介绍几个国外的链式耕地机来说明在国外耕地机的 特点及大至发展方向。 国外耕地机的种类很多，适应各种不同施工的需要。最小的耕地机功率仅有几千 瓦，最大的功率达到1100kW，质量136t。国外专用耕地机需求量逐年增大，仅美国就 有 Ditch Witch、Vermee
11、r、Case、Roccaw、Trencor Jetco、Eagle、Tesmec、Cleveland 和 Carptal 等十多家公司生产耕地机，共有一百 多种 1 。仅以几家有代表性的公司产品为例说明其发展和研究状况。 美国 CASE 公司挖沟机。美国的 CASE 公司成立于 1842 年，由发明家Jerome Increase Case 建立。CASE 公司经过 100 多年完善，现已发展成为全世界处于领 军地位的中、小型建筑工程机械设备制造商。 图 1.4 耕地机 美国传特公司的65型链式耕地机，如图1.4所示。耕地传动系统采用多级变速器， CAT发动机，型号65型耕地链条驱动，重型机械驱动，高扭矩，低速度以达到最大切 割齿、挖掘深度、增强生产力和延长切割齿寿命，
