1GHB-175型旋耕灭茬施肥播种联合作业机的设计

1GHB-175型旋耕灭茬施肥播种联合作业机的设计
闫军朝;胡建平;范革松
【摘要】设计了一种旋耕灭茬施肥播种复式作业机,该机采用反旋灭茬,一次作业完成根茬还田与施肥播种多项作业.根据旋耕灭茬所需刀轴转速和排种施肥量,合理计算了传动比;利用旋耕比阻法和试验法分别计算了旋耕灭茬和排种施肥所需动力,最终确定了整机功率.经检测部门检测,该机工作性能良好,茬土分离、施肥和播种效果良好,整机结构紧凑.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2010(032)002
【总页数】4页(P74-77)
【关键词】旋耕;灭茬;施肥;播种;联合作业
【作者】闫军朝;胡建平;范革松
【作者单位】江苏大学,农业工程研究院//江苏省现代农业装备与技术重点实验室,江苏,镇江,212013;江苏大学,农业工程研究院//江苏省现代农业装备与技术重点实验室,江苏,镇江,212013;江苏大学,农业工程研究院//江苏省现代农业装备与技术重点实验室,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】S223.2+4
0 引言
旋耕灭茬与施肥播种联合作业机是20世纪90年代根据农艺需求和节约能源的需要，在成型灭茬机和旋耕机基础上逐渐产生发展起来的新型土壤耕作机具。

它不仅减少了因机器多次进出田间而造成的对土壤的压实，而且节省了土地耕作成本，降低了作业费用，是目前土壤耕作机械中首选的机型之一。

研究资料表明，旋耕灭茬和施肥播种联合作业机型主要针对北方保护地耕作(如沈阳市农机化研究所研制的120/180型多功能联合作业机与山西省农机研究所研制的2BFG210型旋耕施肥播种机)，而针对南方的旋耕灭茬与施肥播种联合作业机具，除了有一些专利报道外[1]，还未见成熟机型报道。

1 总体方案设计
针对南方稻麦种植特点，设计了旋耕灭茬、施肥播种联合作业机，如图1所示。

1.三角悬挂总成
2.旋耕灭茬传动总成
3.中央变速器
4.种肥箱
5.罩壳栅栏调节装置
6.罩壳栅栏总成
7.排肥排种传动总成
8.压力调节弹簧
9.镇压轮 10.排种排肥管调节装置图1 1GHB-175型旋耕灭茬施肥播种联合作业机结构示意图Fig.1 Structural diagram of the teamwork machine
整机主要由动力传输总成、旋耕灭茬总成、罩壳栅栏总成和播种施肥总成等部分组成。

其中，旋耕灭茬采用反旋耕作方式，施肥播种采用传统的外槽轮式排种器。

在旋耕灭茬总成部分，旋耕刀排列采用了多区段双螺旋线形式排列[2-3],克服了旋耕刀按常规两条螺旋线相间的180°排列，存在耕后地表一边土多、另一边土少和旋耕机容易跑偏的现象。

为了改善碎土率和抛土效果，适应浅播种和深施肥需要，设计了上下及倾斜度均可调节的挡板栅栏，以改变土块与挡板栅栏的碰撞角度，提高栅栏对碎茬的拦截率。

在施肥播种部分，采用了可上下调节的排种排肥管，根据土壤水分的多少以及碎土效果，有效改变播种施肥深度，进而提高施肥播种质量。

2 旋耕灭茬和施肥播种传动总成设计计算
多数旋耕灭茬和施肥播种联合作业机为旋耕机和播种机机构上的组合[4-5]，无法
合理布置传动方案以及传动比的分配，造成传动效率低、功耗大和播种施肥量不稳定，进而影响作业效果。

因此，本文对旋耕灭茬和施肥播种传动方案进行了设计计算。

2.1 旋耕灭茬传动总成
该机主要与中型拖拉机配套,动力传输采用单侧边传输方案，其传动装置包括中央变速箱和侧边变速箱，如图2所示。

拖拉机的动力传至中央变速箱后,经一对锥齿轮使其旋转平面旋转90°,由传动轴传到侧边变速箱,再由侧边变速箱驱动旋耕灭茬刀轴。

1. 中央变速箱
2.锥齿轮传动
3.侧边变速箱
4. 侧边传动齿轮
5.旋耕灭茬部件图2 旋耕灭茬传动部件图Fig.2 The transmission route of the teamwork machine 根据该机配套动力和工作宽幅，选择动力输出轴转速为n1=850r/min。

该总成采用3级传动，根据旋耕灭茬刀轴所需转速n2≥260r/min和工作齿面接触强度大致相同的原则确定传动比分配[6]。

根据上述要求可知所需总传动比为
i总≤n1/n2=850/260=3.27
中央齿轮传动为单级圆锥齿轮传动比为
i12=z2/z1=30/14=3.24
侧边齿轮传动比为
i35=z5/z3=22/15=1.47
总传动比为
i总=i12×i35=2.14×1.47=3.14
(1)
旋耕灭茬转速为
n2=n1/i总=850/3.14=270.7r/min
(2)
式中 i12—Ⅰ级传动比；
i35—Ⅱ级传动比；
z1，z2—锥齿轮齿数；
z3，z5—直齿轮齿数。

2.2 施肥播种传动总成
该机设计行进速度为4.0km/h，采用外槽轮式排种施肥器，排种排肥动力来自镇压轮(如图3所示)，镇压轮直径为25cm。

排种器外槽轮直径为40mm,16齿，有效工作长度为50mm，故可得排种器每转的最大排种量[7]为
(3)
式中 d—外槽轮直径(mm)，取d=40mm；
L—外槽轮有效工作长度(mm), 取L=50mm；
cn—带动层厚度(cm)，取cn=0.35cm；
γ—种子容重(g/cm3 )，取γ=0.77g/cm3；
α—种子充满系数，取α=0.7；
f—凹槽断面积(cm2)，取f=0.105cm2；
t—槽齿间距(cm) ，取t=0.7cm。

1.排种链轮
2.排肥链轮
3.中间过度链轮
4.链条
5.镇压轮图3 排种排肥传动结构示意图Fig.3 The transmission route of the fertilizer and seeding
根据以往经验，较晚播种期小麦的播种量为225kg/hm2左右。

因此，根据本机行进速度、镇压轮直径以及排种器最大的排种量可计算其传动比。

其中，每公顷播种量取为300kg。

首先可知每公顷排种器的最少转数为
(4)
式中 n—排种器个数；
Q1—每公顷最大播种量。

每公顷镇压轮的转数为
(5)
式中 S—每公顷地面积(m2)；
L1—镇压轮工作宽幅(m)；
d—镇压轮直径(m)。

由式(4)和式(5)可得所需最大传动比为
i≤n2/n1=7 289/1 516≈4.76
(6)
3 配套动力计算
旋耕灭茬播种机所需动力主要包括旋耕灭茬部件、播种施肥部件以及牵引阻力。

3.1 旋耕灭茬所需动力
利用旋耕比阻法[7-8]计算逆转旋耕机所需功率。

设旋耕比阻为kr，则旋耕机所需
功率为
(7)
式中 B—旋耕机工作幅宽(m)，取B=1.75m；
h—耕深(m)，取h=0.15m；
vm—机组前进速度(m/s)，取vm=1.1m/s；
kr—旋耕比阻，根据本机耕深取旋耕比阻为13.73N/cm2。

根据灭茬机刀轴转速与功率之间的关系曲线[9]可知，灭茬所需功率为5～5.6kW。

因此，取刀轴的总功率消耗为11kW,即P1=11kW。

3.2 播种施肥所需动力
播种施肥阻力根据每米播幅的平均阻力来计算。

根据试验，当播深为3～5cm时，每米幅宽工作阻力为1.23kN/m；当播深为6cm时，幅宽工作阻力为
1.67kN/m[7]。

(8)
(9)
式中 P2—播种所需功率(W)；
P3—施肥所需功率(W)；
F1—播种工作阻力(N)；
F2—施肥工作阻力(N)；
vm—机组前进速度(m/s)。

取机械传动效率0.7，得旋耕灭茬和施肥播种所需功率为
(10)
3.3 机组空行所需动力
农机具在运输状态移动时所产生的阻力[10-11]，即空行牵引阻力。

根据比重可知，配有本联合作业机的拖拉机机组的空行牵引阻力占工作牵引阻力的50%左右，取50%，即其空行时的功率为
(11)
式中 F4—空行牵引阻力(N)；
F3—工作牵引阻力(N)；
vm—机组前进速度(m/s)；
v—空行时前进速度(m/s)。

由式(10)和式(11)可确定配套拖拉机功率为
P总=Pe+P4=32
(12)
由于实际工况的复杂性，取配套动力为36.78～44.13kW的中型拖拉机。

4 结论
通过上述合理计算，研制了1GHB-175型旋耕灭茬施肥播种联合作业机。

样机经过江苏省农业机械试验鉴定站鉴定，测得碎土率≥86%，耕深≥8cm，碎茬覆盖率≥90%，播种深度为1～3cm，施肥深度为4～8cm。

该机主要技术参数如下：配套动力/ kW: 36.78～44.13
碎土率/%: ≥86
工作幅宽/ mm: 1 750
耕深/ mm: ≥80
行距/ mm: 200
播种深度/ mm: 10～30
碎茬覆盖率/%: ≥90
播种量/kg·hm-2： 75～300
施肥量/kg·hm-2: 300～750
肥料和种子间距/ mm: 50～60
作业效率/ hm2·h-1: 0.4～0.7
施肥深度/ mm: 40～80
检测结果表明，该机作业效果良好，配套动力合理，满足了旋耕灭茬、施肥播种联
合作业的要求。

【相关文献】
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