旋耕起垄打塘多功能复合整地机的研制

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(1.云南烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；2.西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650100)

研究与设计

旋耕起垄打塘多功能复合整地机的研制

刘加红1，袁刚2*，杨永发2

(1.云南烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；2.西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650100)

研制一款烟草专用旋耕打塘起垄三位一体复合机具，其与现有的打塘机相比，提高作业效率，打塘深度和大小均匀，达到了烟草膜上移栽的农艺要求。借鉴现有打塘机设计理念，计算分析得出系统的传动方案。运用Pro/E进行三维建模，利用有限元分析方法对机架两种作业工况下的力学性能进行分析，得出机架所受的最大应力及最大变形量。通过田间试验对打塘机的作业情况进行评估。

打塘机；旋耕起垄；有限元；试验

我国是世界上最大的烤烟生产国和消费国，但目前烤烟的种植主要还是依靠人力，机械化水平较低。烤烟生产是一项劳动环境差、劳动强度大、作业要求繁琐的工作。由于劳动力缺乏，人工成本急剧增加，使得烤烟种植机械化成为今后发展的主要方向[1]。起垄打塘作为烤烟生产的首要环节，对烤烟生产起着至关重要的作用。当前的旋耕起垄不能满足种植烤烟时起垄打塘的农艺要求，目前市场上还没有集旋耕起垄打塘于一体的机具，烤烟的起垄打塘作业主要还是由人工完成。

国外对移栽机的研究起步较早，机器种类也较多，但主要分为膜上移栽和膜下移栽两种方式。如美国Kennco农机生产公司研制的半自动膜上挖穴移栽机，能实现单行或多行的膜上移栽作业，也可以进行没有覆膜的垄上移栽，而且能根据实际需要调节单株注水量，该机结构简单、经济实用，但其主要适用于大株距的蔬菜移栽。新疆农垦科学院农机所王序检等人研制出1LZ-5.4联合整地机，该机一次作业能够完成平整、松土、碎土和镇压4道工序，具有生产率高、作业质量好等特点，但不能实现旋耕起垄打塘一体化[2-4]。目前急需设计研发专门用于烤烟起垄打塘的组合机具，以提高旋耕起垄打塘效率、减轻种植烤烟的劳动强度、增加烟草产量、降低烤烟的生产成本。

1 烤烟种植农艺要求

根据我国烤烟种植的农艺要求，采用单垄单行种植，田间的烤烟种植农艺参数见表1。

表1 烤烟种植农艺参数

测量对象尺寸参数/cm塘距50～65(可调)塘深15～30(可调)塘口直径30～40(可调)垄距60(可调)

2 复合机的整体结构及工作原理

2.1复合机的整体结构

旋耕起垄打塘复合机结构示意图如图1所示。

图1 旋耕起垄打塘机结构示意图1.伸缩弹簧；2.滑槽；3.打塘机架；4.链传动组；5.减振弹簧；6.打塘铲；7.齿轮组；8.地轮；9.联轴器；10.吊挂架；11.旋耕变速箱；12.旋耕机架；13.旋耕部件；14.起垄部件

旋耕起垄打塘复合机是针对云南干旱山地烤烟膜下移栽设计的，其主要由旋耕部件、起垄部件、打塘部件、地轮、打塘铲等组成，该机的主要特点是能一次完成旋耕、起垄、打塘等联合作业，机具结构紧凑，工作可靠，作业质量好，适合坡度小于18°的耕地。

2.2 复合机的工作原理

复合机作业时由牵引机具提供动力，由旋耕部件将土壤旋耕打碎，经起垄装置进行土壤起垄，通过旋耕机架与联轴器连接为打塘部分提供动力，带动地轮运动，进而地轮通过地轮轴带动齿轮组，经齿轮组再传递到链轮组，链轮组的双排链轮中装有三个拨轮，打塘铲与伸缩弹簧相连，通过拨轮将打塘铲和伸缩弹簧装置抬起一定高度，当拨轮转到脱离打塘铲卡位时，通过伸缩弹簧的复位将打塘铲的重力势能和弹簧的弹性势能一起转化为打塘铲进入土壤的动能，在打塘机架的水平带动下即实现一次打塘过程，然后第二个拨轮将打塘铲抬起实现第二次打塘作业，每三个循环为一个打塘周期。

3 复合机的主要部件设计

3.1传动系统

旋耕起垄打塘复合机的动力来源是变速箱的齿轮与拖拉机后桥动力输出的齿轮啮合，通过链轮传动带动起垄刀轴按顺时针方向旋转，在左右垄型器和刮土板的作用下，完成旋耕、起垄作业[5]。起垄装置后面带有打塘装置，通过带动打塘装置的地轮转动带动两组齿轮转动，齿轮组再带动链传动组，链轮组通过带动双排链轮中的三个拨轮带动打塘铲，当拨轮继续转动时带动打塘铲做类似自由落体运动，实现一次打塘，这样就完成整个过程的旋耕起垄打塘功能。拖拉机后桥的输出转速为700～900 r/min，起垄刀轴转速为200～280 r/min，为使机具运转平稳、安全可靠，将起垄刀轴的旋转速度设计为240 r/min，为使右链盒结构合理、生产工艺简单，使主、从动轮齿的数比接近1∶3，因此拖拉机后桥的输出转速确定为720 r/min。

3.2 旋耕起垄装置设计

结合西南地区红土地的土壤情况，再根据烤烟种植的农艺要求，该旋耕刀具既要转速低、切土量大，还要不破坏土壤结构避免造成沙化，达到作业质量和作业效果的要求，旋耕刀设计如图2所示，旋耕刀轴总成是旋耕机的主要工作部件，旋耕起垄部分的刀轴上按圆周均匀装有36把旋耕刀，旋耕刀与刀轴垂直安装，每把刀的夹角是60°，安装旋耕刀片的刀座在刀轴上排列成螺纹线，以达到刀轴旋转时的平衡，36把刀成右旋安装。起垄部分通过后面的T型机架将旋耕后的土壤推向中间形成土垄[6]。

图2 旋耕刀结构示意图

3.3 打塘部件设计

打塘部件的主要功能是在垄上进行打塘，该部件主要由伸缩弹簧、打塘铲、齿轮组、链轮组、地轮、机架等部件组成，为使打塘效果好，满足区域性农艺的要求，可通过调整机架上的预留孔来实现塘距的改变，通过调整打塘铲抬起的高度来实现塘深改变，以适应整地农艺要求。

云南干旱山地的土壤较硬，而且坡度较大，为了解决该机与动力机械配套后在坡地上作业时整套机械行走时的稳定性问题，将打塘铲设计为凹面铲，以适应云南地区红土壤的土质特征。同时为防止多次打塘引起打塘铲焊点断裂，保障打塘过程中机具的稳定性，在打塘铲两侧布置有加强肋条，打塘铲结构如图3所示。

图3 打塘铲结构示意图

4 田间试验分析

该旋耕起垄打塘机研制完成后，在云南曲靖陆良县进行了作业试验及推广示范。该机可一次性完成旋耕、起垄、打塘等多项作业，而且作业效率、作业质量、操作性、可靠性、安全性、经济性等方面都优于同类机型，作业效果如图4所示。该机的实测平均塘距600 mm，塘深300 mm，打塘效果满足烤烟种植的农艺要求。

图4 旋耕起垄打塘机作业效果

5 结论

(1)该机具可一次完成旋耕、起垄、打塘等多项作业，减少机具进地次数，具有效率高、能耗小、降低作业成本、保护生态环境等优点，是山区种植烤烟的理想机具。

(2)整套机具结构合理，稳定性好，其与拖拉机装配操作简单。

(3)为使打塘效果好，满足农艺要求，起垄器和打塘铲均设计成可调式，可根据整地的具体要求调整塘深和塘距。

(4)该机具的推广应用可降低烤烟种植的劳动强度和生产成本，促进干旱山区烤烟种植的产业化、机械化和规模化。

[1] 李发新.从现代农业看烟叶生产的可持续发展[J].中国农学通报，2007(11)：431-434.

[2] 姜福东，陈德鑫.我国丘陵烟区烟草农业机械化发展现状及对策[J].畜牧与饲料科学，2009(2)：97-99.

[3] 鲍震宇，王立海.黑龙江省林业采运机械化发展变化及驱动力分析[J].森林工程，2014，30(2)：176-181.

[4] 李智伟，杨永发，刘渝妍.基于ADAMS/Cable的烟草打顶机钢丝绳升降系统的动力学仿真[J].林业机械与木工设备，2015，43(6)：28-33.

[5] 安世才，张勇.起垄全铺膜联合作业机的设计与试验研究[J].中国农机化，2009(6)：20-21.

[6] 林建康.新型旋耕起垄机的研制[J].农业机械，2008(11)：69-71.

RotaryTillageRidgePondMulti-functionalCompositeSoilPreparationMachines

LIUJia-hong1，YUANGang2*，YANGYong-fa2

(1.Yunnan Tobacco Company，Qujing City，Qujing Yunnan 655000，China；2.College of Mechanical and Transportation，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650100，China)

A composite machine which is used exclusively for the three-in-one of the ridge of the turntable is developed，featuring improving working efficiency and even pond digging depth and size compared with existing pond machines，meeting the requirements for transplanting on tobacco film.With the design concept of existing pond digging machines referred to，a systematic transmission scheme is obtained through calculation and analysis.Pro/E is used for 3D modeling，with a finite element analysis method used to analyze the mechanical properties of the rack under the two operating conditions，with the maximum stress and the maximum deformation amount withstood by the rack obtained.Field testing is performed to evaluate the operation of pond digging equipment.

pond digging machine；rotary tillage ridge；finite element；test

S23

A

2095-2953(2017)11-0034-03

2017-07-25

云南省科技计划项目“烤烟移栽打塘机装备平台的开发研究与应用”

刘加红(1970-)，男，高级工艺师，本科，研究方向为烟草栽培，E-mail：1015333785@qq.com。

*通讯作者：袁 刚(1991-)，男，研究生，硕士，研究方向为农业机械化，E-mail：1962292894@qq.com。

(责任编辑 张雅芳)