温室大棚动力底盘的设计

刘丽敏，吕美巧，刘云斌

（1.浙江经济职业技术学院，浙江 杭州 310018；2.金华职业技术学院，浙江 金华 321017；3.金华技师学院，浙江 金华 321017）

温室大棚动力底盘的设计

刘丽敏1，吕美巧2，刘云斌3

（1.浙江经济职业技术学院，浙江 杭州 310018；2.金华职业技术学院，浙江 金华 321017；3.金华技师学院，浙江 金华 321017）

随着农业结构的调整，我国温室大棚种植面积大幅提高。面对我国农业人口的老龄化，研制了一款大棚动力底盘，解决了传统温室大棚缺少动力机械。文章通过悬挂旋耕机为例进行分析，验证了本样机的动力性能。

温室大棚；动力底盘；旋耕

随着我国农业产业结构的调整，大棚蔬菜、花卉、苗木种植的面积在最近几年里，有大幅度的增长，也是我国农业向高科技农业、现代化农业迈进的重要一步。但由于受成本、技术等各方面的限制，现阶段农村较普遍的大棚依然以钢架或毛竹大棚为主。棚型以棚宽6m、顶高2.2～2.5m，肩高1.2m和棚宽8m、顶高3.2～3.5m，肩高1.8m两类为主。在这些大棚中，日常的植保和翻耕、中耕还是以最原始的锄头为主，劳动强度大。虽然这几年田园管理机得到了快速发展，很多大棚和蔬菜地也采用了田园管理机的机械作业，但市场上的田园管理机都是手扶式的，且工作轮就是行走轮或只有两个轮子支承行走，劳动强度大、安全性差、操作性不可靠，每年都有伤人的报告。随着我国人口老龄化的到来，目前在农村从事农业劳动的以年老者居多。针对温室大棚狭小空间、可操作性、安全性高的管理作业要求，研制了一种针对温室大棚管理的高地隙大棚动力底盘，合理设计传动机构及动力输出方式，以匹配相关作业机具，完成旋耕、犁地、耙地以及收获和短途运输等温室大棚管理作业项目。

1 总体结构方案

（1）基本结构。温室大棚动力底盘主要由发动机、机架、变速箱、液压系统和工作机构等组成，如图1所示。

1.发动机；2.离合器；3.主变速箱；4.方向盘；5.变速杆；6.液压操纵杆；7.座椅；8.提升液压缸；9.后轮；10.工作输出轴；11.副变速箱；12.机架；13.传动箱；14.前轮

本动力底盘在作业过程中，发动机动力通过湿式离合器与主变速箱连接，经变速箱减速后，分成三路分别输出。一路通过齿轮传动到前驱动轴，驱动前轮；一路通过万向节传动轴输入副变速箱，通过副变速箱的变速后，驱动后轮轴，驱动后轮，实现动力底盘的四驱自走式作业；一路动力通过传动轴输出，输送给搭配的作业机具使用。在副变速箱中，有空挡位，可随时切断后驱的动力，实现四驱与两驱之间的切换。发动机输出轴上加装了一对皮带轮，以带动齿轮泵工作，为液压转向与液压提升提供动力支持。本动力底盘可以挂接旋耕、犁耕、耙、运输斗各种农机具，满足大棚生产的需要。

（2）技术参数。配套动力：7.5kW；主机外形尺寸：1700 ×850×1000mm；动力输出轴转速：330rpm。旋耕幅宽：600mm；耙地幅宽640mm；运输载重：500kg；离地间隙：

300 mm；轮距：700mm。

2 传动与行走系设计

（1）传动系。传动部分的设计，是本机的主要特点之一。本机在传动部分设计了主变速箱和副变速箱两部分，主要是为了实现两驱与四驱的切换。发动机的动力输入主变速箱，经减速后，分成三路输出，一路驱动前驱轴，一路驱动作业机，一路驱动后轮轴。驱动作业机的输出轴为了方便搭配相应的农机具，为恒定的输出速度，以及通用的对接口。在副变速箱部分，副变速箱上有两档位，一档为空挡，一档为驱动档。当副变速箱换挡进入空挡时，动力底盘成为两轮前驱底盘；当副变速箱换挡进入驱动挡时，动力底盘成为四驱底盘，以提高动力底盘在大棚中的机动性和节能性。

（2）行走系。行走系主要由机架、前后桥、前后传动链条和悬架等组成。为了在传统大棚的狭小空间里，实现中耕管理的需求。本动力底盘采用了高地隙的设计方案。在机身总高低于1000mm的情况下，离地地隙为300mm。链传动适用环境较恶劣的场合使用，而农业机械由于使用的场合条件较为复杂，且传动的力矩较大，故采用了链条传动，链条盒的形式提高离地地隙。

轮距和离地间隙的确定。通过对传统钢架大棚种植模式和农户需求的调查研究，在大棚棚宽6m以及相应的种植农艺要求和实际的加工工艺要求，根据最小转向半径公式：

Rmin=Lcotαmax+M/2 （1）

其中：L为拖拉机轴距（m）；M为左右转向节主销中心线与地面交点间距离（m）；αmax为内前轮最大偏转角（°）。

计算确定轮距为700mm。综合考虑动力底盘行驶稳定性和中耕管理、提高农机具使用率等因素后，确定离地间隙为300mm左右。

3 悬挂做业机后底盘性能分析

牵引力分析计算。动力底盘配套机具以质量70kg的旋耕机进行计算分析。在提供作业机具足够的动力前提下，要有足够的牵引力，以克服农具作业时的工作阻力，同时储备10%～20%的功率，以应付使用工作过程中农业环境的复杂情况。但考虑到此试制为试验样机，在试制过程中，很多加工工艺未能达到设计要求，故留出大约30%～40%的功率，以抵损传动中的功率损耗。

动力输出轴驱动配套农具的功率表达式为：式中：Pdmax为高地隙果园动力地盘最大动力输出轴功率（kW）；Pn为配套农具平均消耗功率（kW）；Gs为动力底盘的使用重量（N）；fv为动力底盘的滚动阻力系数。

经计算得，本高地隙果园动力底盘挂接农机具（旋耕机）工作时消耗的平均功率占总功率的57%。样机中功率分配较合理，但在加工工艺改进后，还有进一步提升的空间。

4 试验与结论

在样机试制完成后，课题组对研究进行试验。试验情况如图1、图2、图3所示。

图1 旋耕试验

图2 犁耕起垄试验

图3 试验效果图

样机试验经测试后，其纯生产率可达旋耕：≥667m2/h；耙地：≥667m2/h；犁田（起垄）：≥333m2/h，已达到设计要求。配套农机具能完成旋耕、起垄、耙地等多项作业要求。性能试验结果表明，研制的大棚动力底盘动作灵活、操作方便，更换农机具3min左右能完成，一机多用，适用于钢架大棚的管理耕种等作业。

［1］陈志.农业机械设计手册（上册）［M］．北京：中国农业科学技术出版社，2007.

［2］范瑶，刘俊峰，李建平.高地隙果园动力底盘的设计［J］．农机化研究，2013，（4）：94．

Design of Greenhouses Power Chassis

LIU Li-min1，LV Mei-qiao2，LIU Yun-bin3
（1.Zhejiang Economics Vocational and Technical College，Hangzhou，Zhejiang 310018，China；2.Jinhua Vocational and Technical College，Jinhua，Zhejiang 321017，China；3.Jinhua Technician College，Jinhua，Zhejiang 321017，China）

Along with the adjustment of agricultural structure，greenhouses planting area has been improved in China.In the face of the aging population，the paper intends to develop a greenhouse power chassis so as to solve the lack of power machinery in traditional greenhouses.The paper analyzes hanging rotary cultivator and verifies the dynamic properties of this prototype.

greenhouses；power chassis；rotary tillage

S22

A

2095-980X（2016）10-0037-02

2016-09-15

浙江省科技计划项目（2013C32016）。

刘丽敏（1979-），女，浙江义乌人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向：农业机械及农业车辆工程。