微耕机的结构设计与动力学研究

摘 要：随着中国农业事业的革新与发展，农业机械设备得到了创新发展与普及应用。微耕机作为一种新兴农业机械设备，以其所具有的体积小、灵动性强、质量轻、可运用于不同环境的特征，受到人们普遍的认可，微耕机的需求量在不增加。但是，现阶段我国微耕机仍处于不断完善的过程，关于微耕机的设计与工艺技术有待进一步研究与完善。对此，本文对微耕机的结构设计与受力情况进行了分析，以期为微耕机的优化提供有益参考。

关键词：微耕机；结构设计；动力学

中图分类号：S222 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632066

近年来，随着我国农业经济、政策、组织结构的發展与调整，农业机械设备的发展与应用得到了迅速提升。在此发展背景下，质量轻、体积小、作业能力强、灵活性高的微耕机，得到了贵州广大农村村民的认可与重视，其需求量逐年增加。基于科学技术、自动化技术、工业机械技术在农业领域中的应用与创新，为更好地满足农业发展需求，微耕机整体性能设计趋向于一机多用，制造工艺以及配套设施呈现了多元化的设计趋势。因此，明确微耕机的整体机构设计于动力学，对微耕机的优化、创新与应用具有重要的现实意义。

1 微耕机的结构设计

1.1 微耕机整体结构设计

微耕机整机结构的构成主要分为工作部件、传动系统、机架与动力部系统4个部分[1]。在此基础上进行细分，微耕机又可分为机架、发动机、离合器、变速箱、手把组合、限深装置与旋耕部件等结构。

动力系统是微耕机的核心组成，动力系统中发动机的运行功率对微耕机工作速度、耕深以及幅度具有直接影响作用。

工作部件的主要构成是旋耕刀，面临的耕地条件与耕地环境不同，旋耕刀刀片的设计也不同，常用的旋耕刀刀具类型主要有旱地刀、深耕锄、防缠刀及水田轮等，刀片半径通常在24～26cm；微耕机工作部件的机组，在设计过程中，其前进速度主要是根据农艺需求以及田间行走速度进行设计的，刀滚的旋转速度则是遵循低刀轴转速与最高机组前进速度相结合的设计要求进行设计的[2]。

微耕机传动系统通常是采用齿轮传动和皮带传动2种传动方式进行设计的。其中，齿轮传动的安全与稳定性相对较高，动力学原理主要是利用法兰盘将发动机与传动箱进行有效连接，利用摩擦离合器装置实现动力传递；而皮带传动方式的发动机与变速箱，则是经由皮带进行连接与动力传递，具有成本低、质量轻、价格便宜等优势。

微耕机机架则是严格按照《微型耕耘机技术条件》以及使用性能进行设计，用以实现对微耕机工作方向的控制以及对动力部分、传动部分和操作部分的有效连接。

1.2 微耕机工作原理设计

目前，贵州省农机市场中销售最多的一类微耕机是，以旱地刀为工作部件，以柴油机为配套动力系统，通过利用齿轮传动方式作为传动系统，适用于多种耕种环境与农业种植的微耕机[3]。其工作原理主要是，微耕机利用动力输出轴（发动机）通过变速器控制旋耕刀刀轴，刀轴驱使旋耕刀刀片经由地面并从上向下对耕地进行处理。旋耕刀片随着旋耕机机组向前工作，刀片不断对耕地土壤进行切入、细碎处理，用以实现微耕机对耕地碎土、松土的作用。

2 微耕机主要工作部件的受力分析

微耕机在作业过程中，其工作部件会受到一定的动力影响，因此进行微耕机设计与制作时，除明确微耕机工作原理中存在的动力学理论外，也应对微耕机工作部件的受力情况进行分析与处理。

微耕机刀片的受力分析：微耕机在进行作业时，其旋耕刀的刀片在对耕田进行工作时，为实现对切割的土壤进行切割、碎化、抛掷、松土的作用，其刀片与土壤之间具有一定的刃缘，且刀片的正切部分、侧切部分会与土壤形成反作用力，从而使得旋耕刀在耕田作业时受土壤阻力（空间力系）。在设计过程中，为避免刀具的应力变形，需对刀具进行设计处理，如刀具网格划分设计、刀柄打孔加固设计、施加受力点等。

微耕机刀滚的受力分析：在微耕机在对耕田进行作业时，微耕机刀辊在一定程度上会受到来自微耕机各旋耕刀的阻力合力。由于旋耕阻力的受力点、受力大小、受力方向与土壤、微耕机组前进速度、耕深、刀片旋转角度以及刀轴运行速度具有关联性，因此微耕机刀滚所受的阻力具有不确定性。所以，在对微耕机刀耕部件进行设计时，应基于其所具有的变化，计算出微耕机工作过程中所承受的最大阻力值，并根据最大阻力值对微耕刀刀辊所受的最大力矩进行计算与校对，用以保证微耕机工作的安全性与稳定性。

3 结论

微耕机在我国农业生产中占有重要地位，本文通过对微耕机的整机机构系统以及工作原理的分析，探索并阐述了微耕机主要构成部分的动力因素。而这在一定程度上为微耕机的设计与创新，提供了理论支持，有利于我国农机市场的优化发展，促进农业收益的提升。

参考文献

[1]许洪斌，梁举科，徐涛金，等.微耕机旋转耕作部件土槽试验台设计[J].中国农机化学报，2016（9）：1-5，19.

[2]杨望，路宏，杨坚，等.微耕机水田旋耕刀片切土作业过程动力学仿真[J].农机化研究，2016（6）：74-77.

[3]牛坡，杨玲，张引航，等.基于ANSYSWorkbench的微耕机用旋耕弯刀有限元分析[J].西南大学学报（自然科学版），2015（12）：162-167.

作者简介：杨冰（1973-），男，贵州贵阳人，工程师，研究方向：农业机械推广。