果園開溝機(jī)的設(shè)計

果園開溝機(jī)的設(shè)計

0微型控制園開溝機(jī)果樹施肥是一項(xiàng)必要的園藝過程。目前,我國幾乎都是人工完成,勞動強(qiáng)度大,效率低,而且隨著勞動力成本的不斷提高和青壯年勞力的短缺,果樹施肥的機(jī)械化需求越來越強(qiáng)烈。由于果樹矮化和空間狹小等原因,小四輪、手扶及大中型拖拉機(jī)的通過性并不好。例如,手扶拖拉機(jī)在樹下作業(yè)時,往往需要輔助人員跑在拖拉機(jī)前面,用手將底部樹枝托起,以避免劃傷駕駛員的臉部,同時這些設(shè)備操作也不方便,舒適性差,因此研制了一種操作方便和通過性好的微型遙控果園開溝機(jī)。本文介紹了該開溝機(jī)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方面的研究情況。1轉(zhuǎn)速驅(qū)動機(jī)開溝圖1為微型遙控果園開溝機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。在單純行走時,該機(jī)可直接聯(lián)接配套拖拉機(jī)的傳動V帶,達(dá)到高速行走。作業(yè)時,從柴油機(jī)(1)輸出的動力經(jīng)V帶(2)傳動到達(dá)附加減速器(6),減速后經(jīng)鏈傳動Ⅰ(5)傳入變速箱(4)帶動主機(jī)前進(jìn),實(shí)現(xiàn)了低速開溝作業(yè)。從附加減速器(6)的中間軸引出鏈傳動Ⅱ(8),帶動開溝鏈(10)旋轉(zhuǎn)開溝。通過安裝在動力機(jī)上的遙控接收裝置(3)可控制開溝機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車及調(diào)節(jié)液壓油缸的(伸)縮,使工作鏈刀向(上)下運(yùn)動,控制開溝深淺。2做速度的vy/mh-1:400生產(chǎn)效率發(fā)動機(jī)額定功率/kW:8.8開溝最大深度zc/m:0.5開溝寬度bgd/m:0.15～0.3工作速度vy/m·h-1:150生產(chǎn)效率η/m3·h-1:22.5工作鏈水平方向的夾角αs/(°):45鏈刀運(yùn)動的速度Vc/m·s-1:1.65鏈刀刀片切土厚度δ/mm:4.447鏈刀節(jié)距Lc/mm:50.8外形尺寸(長×寬×高)/m:2.4×0.92×0.68總質(zhì)量(約)/kg:8503鏈刀角度對開溝機(jī)的影響由圖1可推出鏈刀絕對速度向量va的傾角β及刀片切削厚度δ,按式(1)計算得tgβ=vcsinαsvccosαs+vyδ=Lcsin(αs-β)(1)δ可以看作是鏈刀傾角αs的函數(shù),對其取一階導(dǎo)數(shù)可得δ′=Lc[v2y+vcvycosαs(vccosαs+vy)+(vcsinαs)2]×cos(αs-arctgvcsinαsvccosαs+vy)(2)令δ′=0,可得cosαs=-vyvc+√(vyvc)2+84(3)開溝機(jī)鏈條的運(yùn)動速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動力機(jī)水平移動的速度,即vy?vc,則由式(3)可得cosα→√2/2。因此,當(dāng)開溝鏈刀對水平面的傾角為45°時,開溝機(jī)的切削厚度δ取得極值。根據(jù)運(yùn)動學(xué)和幾何學(xué)原理,由圖1可推出δ=Lcvyvcsinβ=Lcsinαs√1+(vyvc)2+2(vyvc)cosαs(4)從式(4)可看出,除了改變鏈刀傾角αs外,改變開溝機(jī)的工作速度vy及鏈刀相對開溝機(jī)的運(yùn)動速度vc也可改變鏈刀的切削厚度δ。當(dāng)切土厚度較小時,若遇到硬土層,可通過提高速度vc,有效地降低切土功率的消耗;當(dāng)正常工作的切土厚度較大時,若遇到硬土層,可以通過降低開溝機(jī)前進(jìn)速度vy來降低切土功率。4傳動所消耗的功率開溝機(jī)的功率主要以3種途徑消耗掉:一是工作部分鏈條傳動所消耗的功率Nl;二是機(jī)器前進(jìn)所需的功率Nj;三是輔助機(jī)械的傳動所消耗的功率Nt。以下著重從這3個方面對開溝機(jī)的動力學(xué)特性進(jìn)行分析。4.1nl用于工作鏈中的傳輸性能Νl=Νq+Νyk+Νkt+Νyηcηd(5)式中ηc,ηd—鏈刀工作部件傳動效率(ηc=0.4～0.6,ηd=0.7～0.75)。1fm計算有ft采用B型刀,按重壤土設(shè)計,工作部件切削土壤的阻力Ft按經(jīng)驗(yàn)式(6)和式(7)計算,有Ft=9.8Ιtuδ1.35(1+0.1δc)×(1-90°-ψ180°)e=309.5Ν(6)Nq=FtZtva/103=0.52kW(7)2土壤阻力系數(shù)的確定Νyk=ηρt(Ζc/2+Η0)Κ1′3.6×106=0.048kW(8)式中ρt—土壤的容積質(zhì)量(N/m3);H0—鏈刀卸土平均高度(m),H0=5Lcsinβ=0.176m(5把刀具為一組)。被運(yùn)送土壤與溝道土壤摩擦所消耗的功率Nkt為Νkt=ΝykftcosβΚ1′(9)式中ft—土壤與土壤的摩擦系數(shù)。螺旋排土器移動土壤到溝邊所消耗的功率Ny為Νy=θ0ηρtLtmax3.6×106=0.225kW(10)式中θ0—用實(shí)驗(yàn)方法確定的土壤阻力系數(shù),對于一般的土壤,取θ0=4～5;Ltmax—移動土壤離開溝邊的最大距離,一般取Ltmax=0.4～0.5m。由式(5)可得Νl=0.52+0.048+0.037+0.2250.5×0.7=2.37kW按文獻(xiàn)選擇拖拉機(jī)的功率Nt=(1.3～1.5)Nl=3.08～3.56kW,可知動力機(jī)功率為8.8kW,大于計算功率,動力機(jī)合適。4.2工作部件抗拉受力驗(yàn)算Νj=F′vy3.6×106ηh(kW)(11)式中F′—總的牽引阻力(N),取F′=Kx+∑pt+Fs′(12)1)所輸送土壤對工作部件的附加動力在水平方向的力Fx和垂直方向的分力Fy分別為Fx=Nykcosβ/va,Fy=Nyksinβ/va(13)2)∑pt為土壤對工作部件的水平反力(N),∑ps為土壤對工作部件的垂直反力(N),近似地按式(14)計算,即∑pt≈Fk′(cosβ+ΚB′sinβ)+103Νktvccosβ∑ps≈Fk′(sinβ-ΚB′cosβ)+103Νktvcsinβ(14)KB′=(0.21～0.22)KB式中KB—刃口變鈍后一個刀片所切削土壤的寬度的影響系數(shù);Fs′—機(jī)具的前進(jìn)阻力。Fs′≈(Gt+Gy+∑ps+Fy)(kd±i)(15)式中Gt,Gy—動力機(jī)和開溝機(jī)的重力;kd—底盤行走阻力系數(shù);i—i=tgα(α為坡度角)。按坡度角α=20°計算,由式(12)可得:上坡時F′=4236.97N,下坡時F′=-1897.71N。履帶式動力機(jī)按帶有工作負(fù)荷前進(jìn)的條件用式(16)進(jìn)行驗(yàn)算,即F′≤(Gt+Gy+∑ps+Fy)?=5112.24N(16)式中?—履帶拖拉機(jī)附著系數(shù),取?=0.6。按爬坡時計算,可得Nj=0.22kW。4.3開溝機(jī)的穩(wěn)定性綜上可知,開溝機(jī)消耗的總功率為N=Nl+Nj+Nt=2.37+0.22+0.18=2.77kW從結(jié)果可以看出,該開溝機(jī)的功耗很小,且具有一定的爬坡能力,適合果園作業(yè)。5新型果園開溝機(jī)1)針對果園空間狹小、小四輪及手扶拖拉