基于水平直元线法的稻田开沟犁设计

刘广元

水稻是我国主要的粮食作物之一，在水稻种植过程中水系排灌是一个重要环节，所以需要在稻田里开出排灌沟，旨在提高开沟效率，改善开沟效果。

一、研究目的与意义

水稻田排水灌溉对水稻产量有着极其重要的影响，而对排灌影响最大的是稻田沟道系统，沟道平整流畅有利于水田的排灌。本课题结合传统人工开沟方式和现有的开沟机，模拟人工开沟动作，设计一种提高开沟效率，节省劳动力的开沟机。

二、开沟犁体设计

根据开沟的要求，设计相应的开沟犁体。根据开沟的步骤，开沟犁体主要由翻土犁和V 型压土板两部分组成，分别完成翻土、压土两个步骤。

（一）翻土犁设计

在本设计方案中，翻土犁采用对称式分布，将土壤翻向犁体两侧，便于后续平土操作，并且能够相互抵消犁体侧向力。

首先绘制曲导线，曲导线是指犁体曲面与竖直平面相交的曲线。为了提升翻土效果，曲导线所在的平面在铧刃尾部。

犁体曲面通过直元线来控制，直元线与沟墙的夹角即为直元线夹角，直元线夹角是沿着犁体高度变化的，在犁铧部分为直线变化，犁壁部分为抛物线变化，其中犁壁部分角度变化符合公式：

图1 犁体三维建模

式中：θz——元线角；z——犁体高度。

在图形绘制过程中，根据犁体高度调整直元线的角度进行绘制。

在软件中创建直元线对应高度的基准面，分别在对应高度的基准面上绘制相应角度的直元线，绘制完成后使用曲面放样工具将所有直元线依次选中进行放样，生成准犁体曲面，使用加厚工具将准犁体曲面加厚为实体。

设置翻土犁对称基准面，将基准面另一侧犁体切除，使用镜像工具将犁体镜像，绘制犁体侧面轮廓，使用切除工具将准犁体多余部分切除，最终两侧犁体合为翻土犁。

（二）V 型压土板设计

V 型压土板主要执行压土与抹平两道步骤，在压土步骤，采用与水平面成一定角度的挡板，将翻起的土壤压实，压实后水平的挡板将顶层的土壤表面抹平。

本课题所设计的压土V 型板深度与翻土犁相匹配，整体设计为可拆卸式，挡板能够根据需求进行调整，以调整沟道深度与宽度。

图2 开沟机工作部件结构（1）电动推杆（2）提升杆（3）翻土犁

三、展望

国内农业对自动化机械有很大的需求，所以自走式开沟机的设计符合现今社会的需求。在本课题后续的研究中，将会完善整体设计，做好一个成熟的产品。