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1、1998年6月农业机械学报第29卷第2期一种新型链式开沟机设计参数和功率的确定杨有刚刘迎春【摘要】研究了一种适用于果园狭小作业空间的新型链式开沟机的结构和工作原理。通过功率消耗和作业效率等理论分析,提出了基本参数和功率消耗的确定方法,并根据果园园艺要求给出了1KLQ-80型链式开沟机的具体设计结果,其配套动力为11kW,最大开沟深度和宽度分别为800mm、650mm,生产效率为125m/h。叙词:开沟农机具设计参数功率果园引言现有与8.8kW(12马力)以下的小型拖拉机相配套的各类开沟机,由于结构的限制,无法适应较深沟渠
2、的开挖;而开挖深沟所需要的较大功率的开沟机,则因外型尺寸大,也不适合在空间狭小的果园中使用,特别是有机肥深施所需的开沟作业。为此,笔者设计了一种工作部件前置后倾的链式开沟机,以满足果园开施肥沟的需要,也可用于其他开挖沟渠的作业,并获得了国家专利。这种开沟机由于结构不同于现有链式开沟机,因而其工作原理、设计参数确定方法和功率的消耗情况也有所不同。1开沟机工作原理图1为处于工作状态的开沟机结构简图。链刀工作部件前置后倾一角度T,与动力底盘刚性连接。开沟机的转向、运输、进入和退出开沟工作均通过调节底盘尾部翘起或落下来实现。开沟
3、时,在机组前进链刀工作部件旋转的同时,转动手轮,开沟机尾部在丝杠螺母作用下翘起,链刀斜向下伸出切土,逐渐开出一段渐深的斜沟,整个开沟机则行走在开过的沟中。当沟深满足要求时,再反向旋转手轮,使机具水平向前开沟。在开沟过程中,刀片由前向上后方切土,切土阻力在水平方向的分力与机具前进方向一致,从而降低了开沟机的牵引阻力,同时由于机器的行走阻力大于切土阻力的水平方向分力,因此不会使开沟机的操纵性能降低。切下的土壤掉落在链刀所在的输送带上,被输送出沟,堆放在沟沿。若需退出开沟工作,只要通过手轮降下机器的尾部,则前部的链刀工作部件上
4、扬,开沟机便沿着由深到浅切出的斜沟退出沟外。转动扶手,使尾轮所在的平面与开沟机纵向成一角度,并施加一侧向力,便可实现开沟机的左右转向。断开链刀工作部件与变速箱的传动,转动手轮使开沟机尾部下降,则前部的工作部件上升和地面离开一个距离,即可实现开沟机非工作状态下的运输。收稿日期:1997-04-24杨有刚西北农业大学机电学院讲师,712100陕西省杨陵刘迎春西北农业大学机电学院讲师22农业机械学报1998年图1开沟机简图1.链刀工作部件2.分土板3.扶手4.手轮5.尾轮6.动力底盘2理论分析2.1工作部件参数的确定参考文献[
5、2,3],比较新型开沟机和现有开沟机不同的结构特点,根据运动学和几何学原理,可分别推出与文献[3]所给稍有不同的开沟机链刀绝对运动速度va及其向量倾角U、刀片切削厚度W的数学表达式。22va=vy+vc-2vyvccosT(m/s)(1)vcsinTtanU=(2)vccosT-vyW=Lcsin(U-T)(3)式中vy——开沟机水平移动的工作速度,m/sLc——链刀的节距,mmvc——链刀相对开沟机的运动速度,m/sT——链刀工作部件和水平方向的夹角,(°)[3]若选用B型刀,长度的单位取mm,则每刀切削土壤的阻力Ft
6、的经验公式也可写为1.3590°-jFt=9.8Itu(0.1W)(1+0.01Wc)1-e(4)180°-3总的切土功率为Nq=FtZva×10(kW)(5)式中未注符号的意义见文献[3]。切土厚度和所需功率的关系如下。改变切土厚度有两个途径,一是改变链刀相对开沟机的运动速度vc,二是改变开沟机的工作速度vy。将式(4)代入式(5)90°-j-1.351.35Nq=9.8Itu(1+0.01Wc)1-e×10×ZWva180°1.35=KWva(6)vy1.350.35若改变vc,式(6)可写为Nq=KW=K1W(7)
7、hW第2期杨有刚等:一种新型链式开沟机设计参数和功率的确定23式中h——开沟深度,mm式(7)对W取二阶导数可得dNq-0.65=0.35K1WdW2dNq-1.652=-0.23K1W<0dW可见,Nq=f(W)的关系是一条向下凹的曲线(图2曲线1),Nq对W的一阶导数随W的增大而减小,即随着W的增大,曲线趋于平缓。由此可知,当切土厚度较小时,若遇到硬土层,可通过提高速度vc,有效地降低切土功率的消耗,这也为变速系统的设计提供了参考。若改变vy,一般情况下vcvy,因而va的变化可忽略,则可由式(6)得图2刀片切土厚度
8、与1.35Nq=K2W功率的关系曲线上式中Nq对W求导数可得1.改变vc时的功率曲线dN2.改变vy时的功率曲线q0.35=1.35K2WdW开沟深度800mm、宽度2650mm,链刀工作部件与水dNq-0.652=0.47K2W>0平方向夹角T=45°,链刀节距dWLc=300mm,理论生产率Z=可见,Nq与W的关
