農(nóng)用新型刀具的設(shè)計(jì)

1、農(nóng)用新型刀具的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的刀具為微耕機(jī)耕作農(nóng)田所用的刀具。 所以首先對微耕機(jī)做出介紹， 其 通常的結(jié)構(gòu)形式、 發(fā)展的歷史過程以及發(fā)展趨勢， 還有其性能評價(jià)體系以及各種 微型耕耘機(jī)械在不同地形狀況以及不同土壤狀況時(shí)的應(yīng)用情況。 然后對微型耕耘 機(jī)工作原理進(jìn)行介紹， 充分了解微型耕耘機(jī)工作原理之后才能對微耕機(jī)刀具結(jié)構(gòu) 形式以及刀具的布置有個(gè)清楚的了解。微耕機(jī)傳動(dòng)方式也是其重要的組成部分， 對其研究也有重要意義。一、微耕機(jī)及其性能微耕機(jī)， 全稱為微型耕耘機(jī)。 不同于大型的和中型的耕耘機(jī)械， 其結(jié)構(gòu)尺寸 相對更小，同時(shí)其驅(qū)動(dòng)功率通常較小，不大于 7.5KW,不管在水濕地帶還是旱地 進(jìn)行耕作， 應(yīng)用效果都

2、比較良好。 可以對土壤進(jìn)行旋耕翻土， 也可以進(jìn)行碎草增 加耕地有機(jī)肥料， 在開溝起垅上的功能也很強(qiáng)大， 因其成本較低、 應(yīng)用價(jià)值較高 而廣受推崇。微耕機(jī)的旋轉(zhuǎn)耕作部分是微耕機(jī)的關(guān)鍵所在， 動(dòng)力裝置通常采用柴油機(jī)， 經(jīng) 濟(jì)性能比較良好， 然后經(jīng)過中間減速裝置的減速與傳動(dòng)， 繼而帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)軸其 旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)耕作部分水平布置， 與耕作行進(jìn)方向垂直展開。 中間刀軸上按一定規(guī) 律布置旋耕所用的刀具， 刀軸不斷的旋轉(zhuǎn)， 從而帶動(dòng)旋耕刀具不斷對土壤以及雜 草等進(jìn)行切割和翻覆。 整體微耕機(jī)械也在刀具對土壤進(jìn)行切割時(shí)的反作用力下不 斷前進(jìn)，從而省卻了微耕機(jī)行走的動(dòng)力設(shè)置，簡化了耕耘機(jī)械的結(jié)構(gòu)。微耕機(jī)通常體積較小

3、、 重量較輕機(jī)動(dòng)性能比較強(qiáng)大， 可以進(jìn)入包括丘陵地帶、 山區(qū)耕地以及大棚等各種耕地狀況的需要。 對土壤的適應(yīng)性也比較強(qiáng)大， 不管是 沙地作業(yè)、 一般性土壤還是硬質(zhì)土壤作業(yè)都能表現(xiàn)良好。 操作比較方便， 代替了 傳統(tǒng)作業(yè)的繁重和復(fù)雜。1、微耕機(jī)類別就目前來說， 我們國家生產(chǎn)的微耕機(jī)分為自動(dòng)行走式和驅(qū)動(dòng)行走式兩種。 自 動(dòng)行走式的行走驅(qū)動(dòng)輪軸和刀具工作回轉(zhuǎn)刀軸集于一體。 需要微耕機(jī)行進(jìn)時(shí)， 裝 上行走機(jī)輪，撤下旋轉(zhuǎn)軸刀；需要微耕機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，卸下行走機(jī)輪，裝上旋轉(zhuǎn) 軸刀開始工作。 這種自動(dòng)行走式結(jié)構(gòu)比較簡單， 微耕機(jī)機(jī)型比較小， 價(jià)格也相對 比較低廉， 而且能耗相對也比較低， 操作起來也比較漸變，

4、 因而這種形式的微耕 機(jī)應(yīng)用較為廣泛。驅(qū)動(dòng)式的微型耕耘機(jī)行走輪和軸刀不共用同一輪軸， 通常情況下行走機(jī)輪在 微耕機(jī)前面， 耕作部分位于其后方靠近操作桿一端， 揚(yáng)起扶手， 微耕機(jī)軸刀遠(yuǎn)離 地面，實(shí)現(xiàn)淺耕或者懸空狀態(tài)； 壓下扶手實(shí)現(xiàn)正常耕耘或者深耕。 一般行走輪軸 和旋轉(zhuǎn)刀軸之間采用帶傳動(dòng)或者鏈傳動(dòng)這類傳動(dòng)距離較大的傳動(dòng)形式， 不容易操 控，轉(zhuǎn)彎過程也比較難以掌握等缺點(diǎn)，使得其應(yīng)用不是很廣泛。2、微耕機(jī)適用范圍微耕機(jī)機(jī)型較小，使用靈巧方便，因而適用范圍廣泛。丘陵地帶自不必說， 在山區(qū)行走比較困難的地方也能利用微耕機(jī)強(qiáng)大的行走和驅(qū)動(dòng)能力行動(dòng)自如， 地 塊比較小、大型耕作機(jī)械無法進(jìn)入的地方也能采用微耕

5、機(jī)進(jìn)行翻覆土壤和開溝起 垅等操作，在沒有耕作機(jī)械行走通道的地方也能很好地利用微耕機(jī)行走輪或是驅(qū) 動(dòng)刀具來進(jìn)行行走，因此適用范圍極為廣泛。根據(jù)其功能分類， 又可以分為單一型和多功能型。 有的微耕機(jī)性能比較單一， 在 特定方面性能良好， 但是在其他方面表現(xiàn)明顯存在很大不足。 如有的微耕機(jī)只適 合開溝起垅，刀具的安裝位置比較固定， 溝和垅隨著刀具的鏟土揚(yáng)土規(guī)律而產(chǎn)生； 有的微耕機(jī)只適合在砂石較多的地帶工作， 刀具柔韌性較好， 在比較松軟的地帶 作業(yè)反而不能發(fā)揮其功能； 有的刀具剛度較高， 刀身較為寬厚， 很適合硬質(zhì)土壤 層的工作環(huán)境， 但是在植被和雜草較多的場合容易纏草， 因而只適用于雜草和植 被不

6、多的場合。多功能型的微耕機(jī)刀具可調(diào)整更換，根據(jù)多種地形和耕作環(huán)境， 滿足各種耕作環(huán)境要求， 適用范圍廣泛， 功能強(qiáng)大而且多樣。 現(xiàn)在多功能型微耕 機(jī)應(yīng)用相比單一功能型微耕機(jī)更為廣泛。3、微耕機(jī)工作原理微耕機(jī)的主要執(zhí)行部件是其切割土壤所用到的旋耕刀具， 發(fā)動(dòng)機(jī)一般為柴油 機(jī)，經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力效果較好；經(jīng)過中間傳動(dòng)裝置的減速、傳動(dòng)、換向之后將動(dòng) 力傳遞給旋轉(zhuǎn)刀軸部分。旋轉(zhuǎn)刀軸與水平方向平行，且垂直于微耕機(jī)行進(jìn)方向。 沿刀軸圓周按一定規(guī)律布置， 刀軸不斷旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)軸刀切向土壤， 并將土壤有規(guī)律 地進(jìn)行翻覆。 微耕機(jī)也在刀具和土壤相互之間力的作用下不斷前進(jìn)。 微耕機(jī)工作 過程中，可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)扶手改變微耕機(jī)

7、行進(jìn)方向， 調(diào)節(jié)檔位改變微耕機(jī)刀具旋轉(zhuǎn) 速度，簡單易操作。二、旋耕刀具研究現(xiàn)狀分析旋耕刀具是微耕機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 關(guān)鍵的工作部位，其在柴油機(jī)的帶動(dòng)作用下， 經(jīng)過皮帶和減速機(jī)構(gòu)的減速， 不斷旋轉(zhuǎn)， 同時(shí)對土壤進(jìn)行切割。 通常能夠進(jìn)行翻 土、對雜草進(jìn)行切割轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥料以及起垅等。 十九世紀(jì)開始， 自旋耕機(jī)被發(fā) 明和使用之后， 旋耕刀具的研究就逐漸展開并深入發(fā)展， 研究的方向主要在于節(jié) 省微耕機(jī)的功率、提高微耕機(jī)的工作效率以及功能性逐漸拓展等幾個(gè)方面。旋耕刀的結(jié)構(gòu)形式對其節(jié)能降耗影響比較大。國外的研究學(xué)者吉爾和亨杰 克等人設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的刀具， 其正切刃回轉(zhuǎn)半徑較小， 使其不與未經(jīng)側(cè)切刃耕耘 的土壤接

8、觸， 從而大大節(jié)省了耕作所需要的功率消耗。 旋耕刀功率消耗主要由兩 個(gè)方面組成， 即刀具對土壤進(jìn)行切割過程中受到的阻力造成的功率損耗， 還有刀 具對土壤進(jìn)行翻覆過程中揚(yáng)起土壤對土壤的做功損耗的功率。 這兩者很大程度上 取決于刀具的結(jié)構(gòu)形式，因而對刀具結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)很有必要。刀具材料的研究也是對微耕機(jī)刀具研究的一個(gè)重要方面， 微耕機(jī)刀具持續(xù)對 土壤進(jìn)行切割，其耐磨性顯得尤為重要，不然會(huì)增大刀具更換的頻率，增加經(jīng)濟(jì) 成本；刀具的強(qiáng)度自不必說，在切割和翻覆土壤過程中，尤其遇到旱地硬質(zhì)土壤 或砂石較多的土壤時(shí)，刀具強(qiáng)度不夠很容易造成刀具的折斷；同時(shí)刀具的剛度也 比較重要，刀具剛度過小，過于柔軟

9、，會(huì)使刀具變形嚴(yán)重，起不到均勻翻覆土壤 的作用。國外的克朗布朗等人通過在刀具表面噴涂耐磨材料的方法提高刀具表 面耐磨性，效果良好。旋耕刀的刃口曲線和其運(yùn)動(dòng)軌跡相關(guān)研究也比較豐富，吉爾和亨杰克等通過研究刀刃上任一點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)速度和方向來對刀刃形式進(jìn)行研究。這能夠判別刀具對土壤作用力的位置和方向以及對土壤的切割規(guī)律， 能對刀刃曲線的設(shè)計(jì)起到 很好的指導(dǎo)作用。丁為民等對刀具刀刃的滑切角進(jìn)行研究， 得到動(dòng)、靜態(tài)滑切角 之間的相互關(guān)系，進(jìn)一步指導(dǎo)刀刃曲線的設(shè)計(jì)。日本通過研究刀刃曲面來對耕作 效果進(jìn)行對比分析。刀刃刃傾角的變化也是影響刀具受力的重要參數(shù)， 因而對刀 具曲面的研究也有重要意義?？琢畹碌仍诘度星?/p>

10、面塑造上采用連續(xù)彎曲面的辦法， 提高了旋耕刀具對土壤的切割作用，有利于節(jié)省功耗同時(shí)獲得很好的切土效果。也有通過先建立刀具模型，然后再對其進(jìn)行CAE有限元分析的辦法，簡單直 接地從模擬計(jì)算數(shù)據(jù)上分析不同結(jié)構(gòu)刀具在切土性能和刀具可用性上的差異， 從 而對刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。三、微耕機(jī)結(jié)構(gòu)組成微耕機(jī)動(dòng)力部分主要為柴油機(jī)，其傳動(dòng)部分的組成比較多樣，包括帶傳動(dòng)和 鏈傳動(dòng)組合傳動(dòng)的方案、帶傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)配合的方案以及全齒輪傳動(dòng)的方 案、全部為鏈傳動(dòng)的方案等。還有行走機(jī)構(gòu)，由上面分析可知不同類型的微耕機(jī) 的行走機(jī)構(gòu)存在差異，一般都是通過機(jī)輪帶動(dòng)整個(gè)微耕機(jī)的行進(jìn)，工作過程中則 分為仍然依靠機(jī)輪行進(jìn)的方式和只

11、依靠刀軸整體推進(jìn)的方式。切土刀具是微耕機(jī) 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，刀具結(jié)構(gòu)形式的差異會(huì)對刀具切土效果、切割功率和刀具的使用壽 命，因而顯得尤為重要。深度調(diào)節(jié)裝置也比較重要，在土壤硬實(shí)難以切割時(shí)要適 當(dāng)淺耕，以保護(hù)刀具和降低土壤切割的難度； 在比較松軟的土壤中工作時(shí)可以增 大耕作深度以提高耕作效率。柴油機(jī)通常裝在微耕機(jī)前端的支架之上， 遠(yuǎn)離土壤層，防止與地面以及植被的接觸，并對整機(jī)提供動(dòng)力1、傳動(dòng)系統(tǒng)類別微型耕耘機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)是微型耕耘機(jī)的重要組成部分。根據(jù)傳動(dòng)形式的差 異主要分為帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)組合傳動(dòng)的方案、帶傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)配合的方案 以及全齒輪傳動(dòng)的方案、全部為鏈傳動(dòng)的方案等。1.1帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)組

12、合傳動(dòng)這種組合方式經(jīng)濟(jì)性能較好，價(jià)格比較低廉，而且能降低微耕機(jī)整體的重量。 具體傳動(dòng)過程是柴油機(jī)輸出軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給變速箱， 變速箱變速采用鏈傳動(dòng)方式，調(diào)整傳動(dòng)比以適應(yīng)刀軸的轉(zhuǎn)速的需要。通常來說， 其工作速度比較固定，不能夠通過調(diào)整傳動(dòng)比的方式來調(diào)節(jié)刀軸速度。離合采用 張緊輪的方式來實(shí)現(xiàn)，壓張緊輪，使帶傳動(dòng)不打滑，松張緊輪，使傳動(dòng)斷開，從 而實(shí)現(xiàn)離合作用。1動(dòng)力機(jī)2皮帶也輪3皮帶4皮帶大輪5小鎧輪每塞7大璉輪1.2帶傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)組合此種傳動(dòng)方式比較新穎，應(yīng)用也起步較晚。柴油機(jī)通過皮帶的傳動(dòng)將動(dòng)力傳 遞給變速箱，變速箱由蝸輪蝸桿傳動(dòng)組成，變速箱輸出軸連接刀軸，帶動(dòng)刀軸

13、的 旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀具對土壤的切割作用。帶傳動(dòng)可以利用其打滑來對機(jī)體進(jìn)行過載保 護(hù)，蝸輪蝸桿大的傳動(dòng)比利于簡化傳動(dòng)裝置，減輕機(jī)體重量。此種傳動(dòng)方式通常通過皮帶來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的變化。 如下圖一組皮帶實(shí)現(xiàn)輸 出軸的正轉(zhuǎn)，另一組皮帶實(shí)現(xiàn)輸出軸的反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刀軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。1動(dòng)力tn 2輸入馳3主皮帶4皮帶鴕輪忌傷宿蛇？倒捋帶官聖掛輯肋輪9蝸壞10賜輪 正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)通過張緊輪的張緊和松弛來進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)蝸輪蝸桿還可以改 變運(yùn)動(dòng)傳遞的方向，使輸出軸與電機(jī)輸入軸垂直，從而改變整機(jī)布置形式。1.3全部采用齒輪的傳動(dòng)形式目前，這種全部采用齒輪的傳動(dòng)形式應(yīng)用較為廣泛，柴油機(jī)通過離合器連接變速機(jī)構(gòu)的輸入軸，變速箱

14、內(nèi)通過齒輪的配合來改變傳動(dòng)比以及動(dòng)力傳遞的方向。 最后輸出軸通過直齒錐齒輪的配合將動(dòng)力傳遞給刀軸使其旋轉(zhuǎn)從而對土壤進(jìn)行 切割。1主軸2懂掛齒輪3快慢離合羈4快自齒見5慵擋直會(huì)斟6倒捺犧7働擇變向齒輪8鍛也輪齒輪1.4全部采用鏈條的傳動(dòng)形式全部采用鏈傳動(dòng)的耕種機(jī)械通常屬于中耕機(jī)械， 變速箱內(nèi)傳動(dòng)主要通過鏈傳 動(dòng)的方式，其也可以分為兩個(gè)檔位，類似自行車的換擋方式，對鏈條進(jìn)行撥動(dòng)來 實(shí)現(xiàn)。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)距離比較長，適用于中耕機(jī)械這類要求動(dòng)力裝置和執(zhí)行刀具 之間過渡距離較長的情形。2、各傳動(dòng)方式對比機(jī)械傳動(dòng)主要有通過帶輪進(jìn)行傳遞動(dòng)力的帶傳動(dòng)、通過齒輪及其不同的配合方式 進(jìn)行傳遞動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)方式、渦輪和

15、蝸桿相互配合傳遞不同方向動(dòng)力的傳動(dòng)方 式以及適用于長距離動(dòng)力傳遞的鏈條傳動(dòng)方式。各種傳動(dòng)方式都有其優(yōu)點(diǎn)和不足 之處，具體如下：類型映點(diǎn)謹(jǐn)用于商軸中心頼較大的餐功；帶貝村臭好的盛 性，可和護(hù)擊豪牧撮做時(shí)打樋止駆牘便界部件：包第旳簡單，舷本臨L蛙址的外廓尺寸墳丸：需衽寰城:由十 打IV,不能毎1E囲室不嵯的皆動(dòng)比；帶的和 較規(guī)”f修腋序昨”齒輪愷功S用惠k和功率范圉廠 密傳初比準(zhǔn)甜定.枚率 工作可特性贏、需命直第拘事濟(jì).冠求粧直的制造和豆婆稱斥.盍豐較哥不 適畝近拒離丙軸之何的傳動(dòng)*羊嚨傳動(dòng)比壬；葩構(gòu)竄秦；Tfr平穂.無曙見 沖擊帳動(dòng)帝n粒向力九拙金如效宰反鞘6 -劇用 責(zé)無酋腿寶豺矗羅造-.鈕肴

16、Nt孫佃能和安菠精度翼求班角中心曲糧 大時(shí).其柞擊結(jié)枸筒審t通不需3；稚真的理St力.仲屈 幵軸上的婁蓿統(tǒng)4儺在逅度恢侖、腿度輕大的殲境 中便用“事向岳速和科時(shí)停勁比不忌富址 書功平穗性 欽矩貝第用于平打軸何的件陸匸不宜在U 背變4t很大和氯促丘向的惜動(dòng)中塚用1工作晰 有M根據(jù)微耕機(jī)的用途常常將微耕機(jī)分為單一型微耕機(jī)和多功能型微耕機(jī)。對應(yīng)的傳動(dòng)裝置也對應(yīng)采取不同的傳動(dòng)方式。具體如下：單一型多功幣電血帶梃擁蟄膠帶覘怦聖全歯椅與全蜓條型ttA1、廉機(jī)竪.轉(zhuǎn)遠(yuǎn)方懂M、 制造成本低廉匚九由干采用狡 帶特蠱，對發(fā)動(dòng)機(jī)有一室的保護(hù) 作用.1.卑用膠常件援可 緩和曲”啜收振動(dòng). 保護(hù)疑動(dòng)機(jī)* 2.站梅3、丁

17、柞平0L無 即擊扳動(dòng)小.U第恂毎*; 2.恢 檔、為枱列倒檔西雁 券St比較合理;；氛適中*其耕 作翹果軒、幃畫鼓率 .適用植團(tuán)廣.kftttXftfi中；氛 制ift和安裝待廢要求 較低；務(wù)不曷豔列“t.膠帶符填嵐?fàn)?wèi)易產(chǎn)主老優(yōu)靳 數(shù)；芥悴業(yè)時(shí)舄出現(xiàn)址動(dòng)機(jī)墩 猶我箱出轉(zhuǎn)旌快通F痔聲理h 3.衆(zhòng)用桂條傳遲，橇議忌拉長* tfi&i譏自篡鞍輕，対于霞. fit*A效削較悴k班帶壽命較電匚氛 軸向力大.晶左礙.孜 率榨對較供L*變通箱內(nèi)審齒粧 釉為為是倒粥靖構(gòu)， 兩性號童.齒鴕骨力 不均晶搖壞；2.制 ifi冑本較為”1*忡功*律性軟養(yǎng)2、 崔義抽拉從、新最O.Sf60B20.由上可以看出，各種傳動(dòng)

18、都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和存在的不足， 應(yīng)根據(jù)對應(yīng)微耕 機(jī)的不同需要而選取不同的動(dòng)力傳動(dòng)裝置。3、旋耕采用的刀具除傳動(dòng)裝置外，微耕機(jī)最重要的一個(gè)部位就是其執(zhí)行部件也即旋耕所采用的 刀具。其結(jié)構(gòu)形式和安裝方式極大影響著旋耕的效率和土壤翻覆方式。3.1旋耕刀結(jié)構(gòu)根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)形式的不同，旋耕刀具主要分為類似鑿子形狀的鑿形旋耕刀、 正切刃和側(cè)切刃相互垂直的直角刀以及刀刃呈圓弧形狀的彎刀三種形式。3.1.1鑿形刀鑿形刀因形似鑿子而命名，刀頭部較尖。工作過程中刀尖部分扎入土壤內(nèi)部， 然后刀身整體對土壤進(jìn)行切割，由于刀尖入土截面積較小，因而入土能力和碎土 能力都較強(qiáng)，但是缺少對韌性植物的切割作用，容易使得雜草和植被

19、殘骸等纏繞 在鑿形刀具上面，影響微耕機(jī)耕作效率。同時(shí)由于鑿形刀具的刀身比較窄小， 不 能很好地對土壤進(jìn)行翻覆，因而通常只能在叫稀疏的田園中使用， 而且田園中雜 草和其他無用植被等不宜過多，不然就不宜選用鑿形刀具對其進(jìn)行耕耘。3.1.2直角刀不同于鑿形刀具，依靠鑿形刀的刀尖部分對土壤進(jìn)行破碎， 直角刀的主要工 作部位是直角刀的兩刀刃部分。通常由相互垂直的正切刀刃和側(cè)面刀刃組成。正 切刃首先和土壤接觸并對土壤進(jìn)行切割，之后側(cè)切刃再進(jìn)一步對土壤進(jìn)行切割。 其相比于鑿形刀具，能夠更好地用于首次墾荒，并且能夠開墾比較硬實(shí)的土壤， 切土效果比鑿形刀具略好，但也是存在容易纏草的缺陷。w3.2旋耕刀具的設(shè)計(jì)3

20、.1.3弧形刃口彎刀如圖所示刃口呈弧形，而不是通常見到的直線刃口。彎刀工作刃口也分為正 切刃口部分和側(cè)切刃口部分。在一定程度上與直角刀類似，也是側(cè)切刃先沿微耕 機(jī)行進(jìn)方向?qū)ν寥肋M(jìn)行切割，然后正切刃沿垂直于微耕機(jī)行進(jìn)的方向?qū)ν寥肋M(jìn)行 切割、翻土。不同于直角刀之處在于其正切刃和側(cè)切刃曲線都呈圓弧形而不是直 線形式，這能夠使彎刀在切割時(shí)都先從刀根部位置開始切土切草，然后靠近刀尖部位逐漸對土壤和植被進(jìn)行切割，這能將不易切割的植被沿彎刀圓弧切刃逐漸壓 向未切割硬實(shí)土壤，有利于對植被的切割從而防止植被對微耕刀具的纏繞，而且切土過程中刀具受力更為均勻一致， 能夠防止刀具的損壞，提高刀具壽命。在我 國得到廣泛

21、使用根據(jù)上面的對比分析，發(fā)現(xiàn)彎刀的各方面性能都比較好，尤其在刀具受力均 勻性及其壽命方面都有比較大的優(yōu)勢； 而且適用范圍更為廣泛，不管是水田還是 旱地，不管是植被不多的田園還是雜草叢生的果園和荒地， 都能夠采用此種刀具 結(jié)構(gòu)。因此本次設(shè)計(jì)也選用彎刀結(jié)構(gòu)形式。3.2.1彎刀刀刃的設(shè)計(jì)昭贏tj刃館直如i0iFM百*析牯CrEWMMrrf；unAM1N選擇彎刀刀刃曲線為阿基米德螺旋線，這種曲線形式的刀刃應(yīng)用較為廣泛， 曲線方程式如下：r=r0+K滑切角T大小根據(jù)下式得到：tan T=r/K=ro/K+ 其中r為側(cè)切刃上某一點(diǎn)的半徑值；ro為刀刃曲線起始點(diǎn)處的半徑值；K為一常 數(shù)，其大小決定阿基米德螺

22、旋線螺旋的快慢程度；為極角。這種曲線的刀刃在工作時(shí)，隨著極角的變化，其增大的極徑大小一致，從而 能使得刀刃受力比較均勻，使刀刃工作能力更強(qiáng)，并且有更長的使用壽命。3.2.2彎刀正切面的設(shè)計(jì)正切面通常與微耕機(jī)前進(jìn)方向有一定角度，直角刀的正切刃與前進(jìn)方向呈 90,彎刀的正切刃通常與前進(jìn)方向呈70左右的夾角，在切割土壤的同時(shí)能對土壤有一個(gè)垂直于正切刃方向?qū)ν寥赖姆材芰?。正切刃的刃傾角也比較大， 能防止刀身與地面的刮擦減少損耗。3.3旋耕刀具的布置形式旋耕刀具的布置影響著刀具受力的均勻性， 影響著耕作土壤的翻覆形式，影 響著刀具旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)作狀況，影響著耕作效果的好壞，因而顯得尤為重要。總體來說，刀具

23、在旋轉(zhuǎn)刀軸上的布置有以下幾點(diǎn)基本要求：(1) 同一截面上的刀具長度要一致，這能使得刀具在回轉(zhuǎn)過程中對土壤的 切割比較均勻一致，從而能實(shí)現(xiàn)很好的碎土質(zhì)量，并且耕作后的土壤更為平整， 便于農(nóng)作物的平整種植。（2）轉(zhuǎn)過同一個(gè)角度時(shí)必須是同樣的一把刀具切入土壤之中，這能使得整 個(gè)對土壤的切割過程比較均勻一致。 微耕機(jī)才不會(huì)隨著刀具的切割做過大的起伏 和不平穩(wěn)波動(dòng)，不然會(huì)極大影響微耕機(jī)可操作性和耕作效果。 保持工作比較穩(wěn)定， 刀具和刀軸受力也能夠比較均勻一致。（3）刀具沿軸向垂直于刀軸布置，刀具之間的軸向距離控制也尤為重要， 假若刀具之間軸向距離過大， 會(huì)使微耕機(jī)產(chǎn)生漏耕的現(xiàn)象， 因而不宜選擇過大的 刀

24、具間軸向距離； 同時(shí)也不能使刀具安裝過于緊密， 這樣會(huì)使刀具數(shù)量增加， 同 時(shí)刀具和刀具之間發(fā)生相互干涉的可能性變大， 并且可能會(huì)出現(xiàn)不同截面刀具對 同一區(qū)域土壤進(jìn)行翻覆耕作揚(yáng)土的情況發(fā)生， 這在一定程度上能使耕作效果更好， 但是會(huì)極大增加微耕機(jī)功率消耗， 經(jīng)濟(jì)性能較差。 所以應(yīng)適當(dāng)控制刀具之間軸向 距離，達(dá)到最好的耕作效果以及最佳的經(jīng)濟(jì)效益。（4）左右彎刀的布置應(yīng)該比較對稱，這樣受力更為平穩(wěn)，不致使刀軸一邊 受力過大， 或者受力經(jīng)常性產(chǎn)生波動(dòng)， 不利于耕作的穩(wěn)定， 也只有如此才能保證 微耕機(jī)行走的直線性，不然會(huì)發(fā)生跑偏的現(xiàn)象，不利于土壤的耕作。（5）相繼入土的刀具應(yīng)該相距較遠(yuǎn)，不然很容易產(chǎn)生

25、同時(shí)入土發(fā)生干涉的 情況，造成刀具之間的相互干涉和阻擾。 極大增大耕作阻力， 增加了耕作的功率 損耗，經(jīng)濟(jì)性變差。一般來說， 相鄰刀具最小夾角問 5485軸向相鄰的回轉(zhuǎn)面的間距一般在 58mm 至 78mm 之間。從而既不導(dǎo)致漏耕的產(chǎn)生， 也不會(huì)使耕作受到阻塞無法繼 續(xù)耕作。四、微耕機(jī)發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢4.1 微型耕耘機(jī)發(fā)展歷程十九世紀(jì)中期，類似的旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)械已經(jīng)問世。 1920 年左右，歐洲一些國 家就開始對直角刀具進(jìn)行開發(fā)研究并取得一定成果。 在歐洲地區(qū)很早就得到推廣 使用。 1955 年左右，微耕機(jī)就已經(jīng)在匈牙利和英國等國家相繼出現(xiàn)，因其體積 小、重量輕而且靈活輕便和操作性強(qiáng)， 經(jīng)濟(jì)適用

26、等原因迅速得到推廣使用。 日本 等許多國家也相繼引進(jìn)這種微型耕耘機(jī)械， 初期由于各國地質(zhì)狀況和耕作要求等 的不同，使得微耕機(jī)的推廣受到一定的遲滯， 但是隨著對其研究不斷加深， 適用 于各個(gè)國家當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況和土壤情況的旋耕機(jī)械相繼誕生， 并逐漸發(fā)展出多功能 型的微型耕耘機(jī)械，這些機(jī)械發(fā)展自原始的耕耘機(jī)械， 但是其功能更為強(qiáng)大多樣， 能夠進(jìn)行各類耕地操作， 包括土壤的耕耘翻覆、 特殊植被種植時(shí)的開溝起垅、 植 被薄膜的鋪設(shè)以及水田地帶的平整等多種功能。早在 1988 年，意大利的某知名公司研發(fā)出的微型耕耘機(jī)械的傳動(dòng)裝置采用 全齒輪的傳動(dòng)方式， 傳動(dòng)箱體全鋁鑄造而成， 這種微型耕耘機(jī)械工作過程穩(wěn)定可

27、 靠，再配置馬力較大的柴油動(dòng)力機(jī)械，適合很多地區(qū)農(nóng)耕的需要。在 2006 年左 右，斯郎龍等人專門針對果園和田園的管理，研發(fā)出一種新型的微型耕耘機(jī)械， 果園和田園通常要求更為靈巧的微型耕耘機(jī)械， 很精細(xì)地進(jìn)行土壤的翻覆和雜草 的割除，因而對微型耕耘機(jī)械的設(shè)計(jì)提出更高的要求。 2009 年左右，薩哈等人 在原有微型耕耘機(jī)的基礎(chǔ)之上， 設(shè)計(jì)出震動(dòng)型的微型耕耘機(jī)械， 使得旋耕部分在 旋轉(zhuǎn)的同時(shí)能夠不停震動(dòng)， 明顯這能夠?qū)ν寥赖乃缮⑵鸬礁玫淖饔茫?但是會(huì)極 大增加功率的消耗， 得不償失， 因而只有在特殊情況下才會(huì)使用這種微型耕耘機(jī) 械。我們國家對微型耕耘機(jī)械的研究發(fā)展比較晚。 1970 年左右，微耕

28、機(jī)逐漸出 現(xiàn)在中國市場， 對其研究逐漸增多， 但是時(shí)值社會(huì)變革時(shí)期， 科技的發(fā)展受到一 定的限制，因而距離推廣使用還有很長的路要走。 1980 年左右，居民經(jīng)濟(jì)條件 逐漸好轉(zhuǎn)，為微型耕耘機(jī)械的推廣提供了條件。 這一時(shí)期， 模仿國外微型耕耘機(jī) 械進(jìn)行研發(fā)，取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。 2000 左右，微耕機(jī)發(fā)展比較迅速，各類農(nóng) 用機(jī)械廠家紛紛投入微耕機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，使其發(fā)展較為迅速。到如今，微耕機(jī)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟穩(wěn)定， 水田方面的微耕機(jī)多參考?xì)W洲的 微型耕耘機(jī)械進(jìn)行研制生產(chǎn)； 旋耕刀具的研究吸收日本刀具的研發(fā)技術(shù)， 后來又 逐漸發(fā)展出以田園管理和大棚耕作的微型耕耘機(jī)械，發(fā)展比較迅速。4.2 微型耕耘機(jī)

29、發(fā)展趨勢微耕機(jī)發(fā)展至今， 已逐漸成熟完善。 總體來說， 我國的微型耕耘機(jī)械多是借 鑒歐洲和日本等國外經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和優(yōu)化改造而成。 由于不同國家地理環(huán)境 不同，土壤的情況也存在很大差異， 因而照搬西方國家的經(jīng)驗(yàn)、 完全參考國外微 型耕耘機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)， 可能不能很好地適用于我國各種復(fù)雜地形以及不同土壤耕 作的需要，因而要針對性進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，總體來說有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢：（1）設(shè)計(jì)趨于人性化不同國家人身高存在一定差異， 因而設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合人機(jī)工程相關(guān)原理， 根據(jù) 人的操作需要和操作習(xí)慣進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)， 或者設(shè)計(jì)成高度可調(diào)整的微型耕耘機(jī) 械，便于隨個(gè)人喜好進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使操作過程更為簡

30、單，降低 操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）功能集成設(shè)計(jì) 單一型微型耕耘機(jī)械已經(jīng)不能滿足農(nóng)務(wù)人員耕作需求， 往往存在多種耕作需 求，即便同一片田園，也存在除草、翻土、播種、鋪設(shè)薄膜等多種耕作需求，因 而設(shè)計(jì)各種功能集成的多功能型微型耕耘機(jī)械就顯得尤為重要。功能的集成主要體現(xiàn)在刀具的設(shè)計(jì)與排布上， 不同的刀具結(jié)構(gòu)形式有不同的 耕作效果， 有的刀具適合在砂石滿布的園地耕作， 有的適合比較松軟的土壤進(jìn)行 土壤的翻覆， 有的專門適合對雜草進(jìn)行耕除。 不同的刀具排布結(jié)構(gòu)形式也會(huì)極大 影響耕作效果。 有專門適合開溝起垅的刀具布置形式， 也有針對土壤翻覆的刀具 布置形式。首先要求設(shè)計(jì)或者選用比較合適的刀具結(jié)構(gòu)形式，

31、 適合多種土壤多種地況的 耕作需求， 同時(shí)刀具的安裝要選擇可拆卸式刀具安裝方式， 按照需要選用不同結(jié) 構(gòu)形式的刀具安裝其上，就可以實(shí)現(xiàn)不同的耕作需求。（3）結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)形式便于動(dòng)力機(jī)械的安裝布置， 便于減速機(jī)構(gòu)的安裝布置， 能 夠簡化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性， 同時(shí)能夠方便零部件的替換， 選用標(biāo)準(zhǔn)件即可， 而不必另 行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。 微型耕耘機(jī)械也應(yīng)該有相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范， 從而不必對每一 部分設(shè)計(jì)依據(jù)不明朗， 從而導(dǎo)致重復(fù)思考某些部件的結(jié)構(gòu)和尺寸， 造成設(shè)計(jì)過程 的復(fù)雜性。五、新型微耕機(jī)刀具設(shè)計(jì)與布置首先引入微耕機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式?？傮w分為動(dòng)力裝置、前后支撐裝置、執(zhí)行裝 置、傳動(dòng)裝置、扶手操作

32、裝置等幾個(gè)部分。動(dòng)力裝置為柴油機(jī)，安裝在微耕機(jī)前 部支撐架上，通過幾條皮帶在帶輪的作用下將動(dòng)力傳遞給中間減速裝置。減速裝置輸出軸通過齒輪軸將動(dòng)力傳遞給刀軸帶動(dòng)旋耕刀具的旋轉(zhuǎn)。后支撐設(shè)置成可調(diào)節(jié)式，可以調(diào)整其高低位置來控制耕深。刀軸通過兩側(cè)的軸承和軸承座與左右兩 側(cè)支架相連。具體結(jié)構(gòu)形式如下：1、刀具結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的刀具結(jié)構(gòu)形式為彎刀形式，分左彎刀和右彎刀兩種，以便于對土壤的 均勻切割，刀刃曲線形狀采用阿基米德螺旋線形式， 使刀具在切割過程中，隨著 刀具旋轉(zhuǎn)角的變化，刀具切入土壤的深度呈線性變化，從而有利于刀具切割的穩(wěn) 定性。161210彎折線一刀具折彎處半徑為30mm,平滑過渡，從而在滿足橫向切

33、割的同時(shí)能保證刀 具強(qiáng)度。刀具由刀柄到刀尖逐漸變窄。刀柄處的厚度較大，主要是其距離切割土 壤的作用點(diǎn)較遠(yuǎn)，因而會(huì)承受較大彎矩，適當(dāng)增大刀柄處的厚度能夠保證刀柄處 的強(qiáng)度和剛度條件；刀尖附近的厚度較薄，一是因?yàn)槠渚嚯x切割土壤的地方較近， 所受刀具彎曲應(yīng)力相對較小，并且刀尖部分越窄，能使切割土壤的壓強(qiáng)越大，從 而有更好的切割效果。所以刀尖部分厚度的設(shè)置要在滿足刀具強(qiáng)度條件之下選擇 更小的刀尖厚度，以達(dá)到最佳的切割效果。刀具正切刃與側(cè)切刃呈70布置，直角刀的側(cè)切刃和正切刃呈 90布置， 但是因其刀具較為寬厚，因而能保證刀具在切割土壤時(shí)的強(qiáng)度， 彎刀為保證切土 效果，設(shè)置的刀刃厚度較小，設(shè)置成適當(dāng)彎曲

34、的正切刃有利于提升刀具強(qiáng)度，并對土壤有很好的翻覆效果，刀具正切刃與側(cè)切刃的布置形式如上。 另外正切刃長 度大約為側(cè)切刃長度的五分之一，即正切刃比較短小精悍，也能夠通過這樣來增 大刀具正切刃的剛度，保證切割過程的穩(wěn)定性。左右彎刀結(jié)構(gòu)形式大致相同，從刀具切割方向看，正切刃向左彎曲的即是左彎刀， 正切刃向右彎曲的即是右彎刀。同一截面上布置的左右彎刀分別切割截面左右兩 側(cè)的土壤，這樣能使整體受力比較均勻2、刀具在刀軸上的布置同一截面上的刀具長度一致，這能使得刀具在回轉(zhuǎn)過程中對土壤的切割比較 均勻一致，從而能實(shí)現(xiàn)很好的碎土質(zhì)量，并且耕作后的土壤更為平整，便于農(nóng)作 物的平整種植。同時(shí)切割土壤的刀具數(shù)目變化較小， 這樣微耕機(jī)就不會(huì)隨著刀具 的切割做過大的起伏和不平穩(wěn)波動(dòng)，不然會(huì)極大影響微耕機(jī)可操作性和耕作效果。 保持工作比較穩(wěn)定，刀具和刀軸受力也能夠比較均勻一致。刀具之間的軸向距離控制也尤為重要， 假若刀具之間軸向距離過大，會(huì)使微 耕機(jī)產(chǎn)生漏耕的現(xiàn)象，因而不宜選擇過大的刀具間軸向距離；同時(shí)也不能使刀具 安裝過于緊密，這樣會(huì)使刀具數(shù)量增加，同時(shí)刀具和刀具之間發(fā)生相互干涉