微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對象

微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對象,微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對象,微型,耕作,結(jié)構(gòu),優(yōu)化,設(shè)計(jì),型微耕機(jī),研究,鉆研,對象 第 IX 頁 微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)—文獻(xiàn)綜述 摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，由于市場的需求，適用于丘陵、山地的微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為目前研究的重點(diǎn),微型耕作機(jī)的使用操作簡單，耕作效率高以及性能好。本文以合盛1Z-135微型耕作機(jī)為研究對象，對微型耕作機(jī)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的創(chuàng)新優(yōu)化改進(jìn)，使之更加人性化。在廣泛收集資料的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外微型耕作機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行對比和分析，論證了微型耕作機(jī)的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)進(jìn)行對發(fā)動機(jī)以及消聲器進(jìn)行選型，傳動部分的設(shè)計(jì)，工作部件的設(shè)計(jì)以及對微型耕作機(jī)安全性能的設(shè)計(jì)。同時(shí)，本文也從人機(jī)工程學(xué)的角度對微型耕作機(jī)的人性化設(shè)計(jì)提出了部分可行性設(shè)計(jì)改良建議。 關(guān)鍵詞：微型耕作機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設(shè)計(jì) Abstract:With the development of agricultural mechanization in our country, due to the demand of the market, is suitable for the hills, mountains of miniature farming machine structure optimization design has been the focus of the present study, the use of miniature farming machine operation is simple, the cultivation of high efficiency and good performance. In this paper, the design of the 1z-135 micro-cultivator is studied, and the overall structure of the micro-cultivator is optimized and optimized to make it more humane. On the basis of widely collecting data, the research status quo of miniature farming machine at home and abroad were reviewed and comparison and analysis, demonstrates the design of miniature farming machine, focus on the engine type selection, the design of the transmission parts, the design of working parts and to the design of miniature farming machine safety performance. At the same time, this paper also puts forward some Suggestions for the feasibility design of miniature cultivator from the perspective of man-machine engineering. Key words:micro-cultivators; Structure optimization; design 1 前言 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對于丘陵和山地的翻耕，農(nóng)民離不開先進(jìn)適用的微型耕作機(jī)。運(yùn)用它來改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，減輕勞動強(qiáng)度，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，進(jìn)而推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的大力推廣，微型耕作機(jī)操作簡單、成本低，適應(yīng)山區(qū)丘陵耕作。 微型耕作機(jī)是指功率≤7.5KW，可直接用動力結(jié)構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作部件運(yùn)轉(zhuǎn)，主要用于果園、菜地、丘陵坡地等作業(yè)而設(shè)計(jì)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、維修方便等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于丘陵的旱地、果園、菜地以及煙地的旋耕等環(huán)境的耕地作業(yè)。微型耕作機(jī)以柴油機(jī)或汽油機(jī)為動力，它可以在田間自由行使，便于人們使用和存放，省去了大型農(nóng)用機(jī)械無法進(jìn)入山地的煩惱，是廣大農(nóng)民消費(fèi)者替代牛耕的最佳選擇。 微耕機(jī)在國內(nèi)生產(chǎn)和銷售的機(jī)型主要有兩款：一款是由風(fēng)冷汽油機(jī)或水冷柴油機(jī)作為動力，皮帶或鏈條式齒輪箱作為傳動裝置，配以耕作寬度為500-1200mm的旋耕刀具，?價(jià)格一般在2000-3500元之間，經(jīng)濟(jì)性較好，但多用途擴(kuò)展能力有限，結(jié)構(gòu)也較為簡單，適合經(jīng)濟(jì)條件較差，用途較為簡單的地區(qū)使用。 2 微型耕作機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2.1國外微耕機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 2.1.1 機(jī)型與功能 國外小型微耕機(jī)械發(fā)展較早，目前主要以日本、韓國、意大利、法國和美國等國家的產(chǎn)品為代表，配套動力為 1.47～5.88kW 汽油機(jī)或柴油機(jī)，普遍采用 2.2～5.1kW 動力。歐洲國家的產(chǎn)品以園藝作業(yè)為主，主要功能有旋耕、剪草、清雪、粉碎、短距離運(yùn)輸?shù)?。而亞洲國家的產(chǎn)品則以農(nóng)業(yè)作業(yè)為主。如日本、韓國和我國臺灣的產(chǎn)品中，日本機(jī)型兼顧水旱地兩用，可進(jìn)行翻地、旋耕、起壟、鋪膜、開溝、播種及水田平整等；韓國和臺灣機(jī)型則以旱地 ( 果園、菜地、溫室大棚及其他小塊地)作業(yè)為主。韓國機(jī)型的顯著特點(diǎn)體現(xiàn)在多功能方面，其典型代表機(jī)型為亞細(xì)亞多功能管理機(jī)。該機(jī)除了可進(jìn)行耕整地、栽植、開溝、起壟、鋪膜、中耕鋤草、施肥培土、抽水、噴藥及短途運(yùn)輸作業(yè)外，還可進(jìn)行粉碎、稻麥?zhǔn)崭?、根莖收獲等 20 多項(xiàng)作業(yè)。 2.1.2 結(jié)構(gòu) 歐洲機(jī)型的發(fā)動機(jī)動力軸多向后輸出，通過一對難齒輪與輪(刀)軸齒輪箱聯(lián)接，并通過傳動軸驅(qū)動剪草機(jī)、清雪機(jī)和粉碎機(jī)等小型機(jī)具。這時(shí)扶手轉(zhuǎn)到發(fā)動機(jī)前面，其優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，但驅(qū)動一些農(nóng)用機(jī)具時(shí)傳動不太方便，工作部件安裝不好布置。日本、韓國和我國臺灣機(jī)型的發(fā)動機(jī)輸出軸向一側(cè)布置，通過兩根膠帶與輪(刀)軸齒輪箱聯(lián)接，并利用膠帶或鏈條驅(qū)動各種作業(yè)機(jī)具。我國臺灣機(jī)型結(jié)構(gòu)相對簡單，外觀也較日本和韓國產(chǎn)品有些差異。亞洲 3.7kW 以上機(jī)型在旱地深旋作業(yè)時(shí)多采用攪刀，其特點(diǎn)是松土性能好，旋土深，碰到石頭或硬物能避讓，不會損壞刀具。其缺點(diǎn)：一是碎土性能稍差；二是功率消耗較大。所以，動力小的機(jī)型不宜采用這種刀型。 2.1.3 特點(diǎn) 國外機(jī)型大部分都具有以下主要特點(diǎn)：小巧、靈活、外形美觀、操作方便；采用排放量低的小型汽油機(jī)或柴油機(jī)為動力；可方便、簡單、快速地更換多種工作部件，完成多項(xiàng)作業(yè)。 2.2 國內(nèi)微耕機(jī)的發(fā)展歷程 2.2.1 起步階段 我國很早就開始了微耕機(jī)的開發(fā)，但由于多種原因沒有形成產(chǎn)品，直到 20 世紀(jì) 80 年代末和 90年代中期，隨著土地聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的發(fā)展、農(nóng)民收入的提高，以及我國小型柴油機(jī)和汽油機(jī)趨于成熟，我國多功能微耕機(jī)的發(fā)展開始起步。這一時(shí)期，主要是仿照國外產(chǎn)品，但由于材料、熱處理工藝和國外的差距，所以剛開始時(shí)齒輪箱和刀具部分存在的問題比較多，微耕機(jī)工作不長時(shí)間，齒輪箱就發(fā)熱嚴(yán)重、漏油或齒輪損壞，還有旋刀不入土、刀片易斷裂等故障。 2.2.2 發(fā)展階段 20 世紀(jì) 90 年代中期至 2001 年，隨著我國農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、工廠化設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展、經(jīng)濟(jì)類作物種植面積的增加，以及農(nóng)民收入的不斷提高，我國多功能微耕機(jī)有了較大發(fā)展。這一階段，除了許多農(nóng)機(jī)廠和農(nóng)機(jī)研究所外，一些發(fā)動機(jī)廠、拖拉機(jī)廠、機(jī)床廠、林業(yè)機(jī)械廠、汽車配件廠和摩托車廠等也都紛紛涉足微耕機(jī)行業(yè)。眾多廠家依據(jù)自身的特點(diǎn)，開發(fā)和生產(chǎn)了不同類型的微耕機(jī)，有的還根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種植特點(diǎn)給微耕機(jī)增加了一些新功能，比如開發(fā)了一些用于套種的配套機(jī)具等。這一時(shí)期，幾家合資或獨(dú)資的微耕機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在我國的建立，也大大促進(jìn)了我國微耕機(jī)行業(yè)的發(fā)展。韓國亞細(xì)亞公司在山東壽光合資建立了亞細(xì)亞(濰坊)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，生產(chǎn)亞細(xì)亞多功能管理機(jī)；韓國大興工業(yè)株式會社在沈陽合資成立了沈陽金牛大興機(jī)械有限公司，生產(chǎn)金牛大興萬能管理機(jī)；臺灣企業(yè)在山東濰坊獨(dú)資成立了濰坊杰農(nóng)機(jī)械有限公司，生產(chǎn)杰農(nóng)系列微耕機(jī)，并和國內(nèi)有關(guān)單位在北京順義合資成立了北京元凱機(jī)械制造有限公司，生產(chǎn)小牛系列管理機(jī)。 2.2.3 成熟階段 從 2002 年起約 5 年時(shí)間里，我國的微耕機(jī)應(yīng)該處于成熟階段，機(jī)型和質(zhì)量將基本穩(wěn)定，生產(chǎn)廠家的數(shù)量也將趨于穩(wěn)定。目前，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的微耕機(jī)產(chǎn)品從地域上可分為南方型和北方型。南方機(jī)型結(jié)構(gòu)形式以參照歐洲的機(jī)型為主，在旋耕刀具方面又吸取了日本產(chǎn)品的特點(diǎn)，初期以水田作業(yè)為主，逐步發(fā)展成水旱兼用，代表機(jī)型為廣西藍(lán)天和重慶合盛等微耕機(jī)產(chǎn)品；北方機(jī)型以參照韓國和我國臺灣的機(jī)型為主，代表機(jī)型有山東華興機(jī)械集團(tuán)生產(chǎn)的 TG 系列多功能田 園管理機(jī)、北京多利多公司生產(chǎn)的 DWG 系列微耕機(jī)等。從性能和功能上可分為兩種類型：一類是功能少(動力小于 3.7kW、配套機(jī)具少)、操作不夠方便(手把不能調(diào)節(jié)、無轉(zhuǎn)向離合器、前進(jìn)和后退擋位少等)的機(jī)型，稱之為簡易型微耕機(jī)，因其價(jià)格低(主機(jī)售價(jià)低于 3000 元/臺)，銷售量逐步增加；另一類機(jī)型功能較多(可配套機(jī)具多)，使用可靠性高，操作方便，稱之為標(biāo)準(zhǔn)型微耕機(jī)(主機(jī)售價(jià)為 4000～7000 元/臺)。 3 我國微耕機(jī)發(fā)展存在的問題 3.1 規(guī)模小、成本高 目前，我國生產(chǎn)微耕機(jī)的廠家眾多，但現(xiàn)階段市場總量并不大。據(jù)估計(jì)，2001 年全國微耕機(jī)總銷量為 2 萬臺左右，平均每個生產(chǎn)企業(yè)的年銷量不到200 臺，最多的也不過 2000 臺，少的只有幾十臺。在這種情況下，一方面企業(yè)沒有效益，而另一方面，農(nóng)民認(rèn)為微耕機(jī)價(jià)格太高。 3.2 主機(jī)機(jī)型相對較多,配套機(jī)具相對較少 雖然國內(nèi)生產(chǎn)微耕機(jī)廠家眾多 , 但大部分生產(chǎn)廠家并未正確分析和評估微耕機(jī)在市場中的地位和發(fā)展趨勢, 一哄而上, 一味地仿制國外產(chǎn)品 , 在主機(jī)型的設(shè)計(jì)研發(fā)方面缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) , 造成了市場上微耕機(jī)產(chǎn)品良莠不齊 ,品牌眾多。 3.3 自重偏大,耕作不便 微耕機(jī)的耕作對象是小面積土地 , 由于微耕機(jī)自重偏大, 在耕作時(shí)轉(zhuǎn)彎不便 ,越埂困難 , 旋耕刀片不能進(jìn)入邊角地帶作業(yè) , 重耕漏耕現(xiàn)象嚴(yán)重, 導(dǎo)致耕作效果不理想。 3.4 功能單一,使用水平低 大多微耕機(jī)功率小 , 功能單一 , 耕作方式相對較少 ,只能在小面積土地旋耕和犁耕作業(yè);耕作部件可靠性不高 ,耕作效率低 ,微耕機(jī)未盡其用 , 使用水平較低 ,造成了資源的閑置浪費(fèi)。 3.5 理論研究不完善 由于微耕機(jī)的開發(fā)和推廣時(shí)間較短 , 涉足微耕機(jī)的生產(chǎn)單位大多仿制他人產(chǎn)品 , 沒有對微耕機(jī)耕作機(jī)理和動力性能等進(jìn)行深入研究 ;同時(shí)受到微耕機(jī)制造工藝水平較低的影響, 使微耕機(jī)存在耕作性能不穩(wěn)定、舒適性不好和耕作部件可靠性不高等不足。 3.6 使用水平低，維修成本高 使用不當(dāng)是造成機(jī)器故障的一個重要因素。其一是機(jī)主為了減少費(fèi)用，往往不使用規(guī)定標(biāo)號的燃油，再加上一些地區(qū)燃油品質(zhì)較差，使發(fā)動機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障。其二是長時(shí)間超負(fù)荷作業(yè)，工作環(huán)境差。由于長時(shí)間連續(xù)大負(fù)荷作業(yè)，同時(shí)由于棚內(nèi)環(huán)境很差，氣溫高，塵土飛揚(yáng)，發(fā)動機(jī)濾清器堵塞(加高濾清器可減輕堵塞)等，造成了發(fā)動機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，活塞環(huán)和缸體急劇磨損；長時(shí)間超負(fù)荷作業(yè)也造成刀軸、齒輪箱嚴(yán)重發(fā)熱，并出現(xiàn)問題。造成發(fā)動機(jī)發(fā)熱的另一因素是某些發(fā)動機(jī)消音器的位置設(shè)置不合理。其消音器布置在發(fā)動機(jī)貼近缸體的一側(cè)，不僅影響缸體散熱，還起加熱作用，這在間斷性或短時(shí)間工作時(shí)表現(xiàn)不太明顯，一旦連續(xù)長時(shí)間大負(fù)荷作業(yè)，問題就突出了。此外，風(fēng)冷柴油機(jī)和汽油機(jī)沒有缸套，一旦出現(xiàn)“拉缸”等問題，就要更換整個缸體，加上維修工時(shí)費(fèi)等，用戶要花費(fèi) 700～800 元。有些廠家修理此類機(jī)器時(shí)，先鏜缸，再加缸套，以此來降低成本。水冷發(fā)動機(jī)相對成本就低多了，而且故障少 (不易發(fā)熱)。即使發(fā)生故障，換個缸套也就幾十元。 4 我國微耕機(jī)的發(fā)展趨勢 (1) 研制的機(jī)型必須考慮我國地區(qū)差異和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入的差異。微型耕作機(jī)應(yīng)有專用型和通用型。不同地區(qū)作物種植類型不同，專用機(jī)型的功能設(shè)置也不相同，其總的特點(diǎn)是功能少而其結(jié)構(gòu)簡化，以利于降低成本、增強(qiáng)市場競爭力。通用機(jī)型的底盤設(shè)計(jì)應(yīng)考慮南北方通用，要有較多的配套功能，滿足用戶的需要，以適應(yīng)今后的農(nóng)機(jī)市場 。 (2) 價(jià)格定位應(yīng)合理。盡管農(nóng)村經(jīng)濟(jì)有較大的發(fā)展，但從總體上來說人均收入仍然較低。該機(jī)型的價(jià)格定位應(yīng)合理，要低于進(jìn)口機(jī)價(jià)格。 (3) 多功能化。不斷配套新機(jī)具、增加新功能，在完善農(nóng)用功能的基礎(chǔ)上，逐步向城市園林、園藝領(lǐng)域擴(kuò)展，如配套剪草、清雪、枝葉粉碎機(jī)具等。 (4) 選用適應(yīng)性強(qiáng)的發(fā)動機(jī)。低噪聲、排放少、動力強(qiáng)勁和適應(yīng)性強(qiáng)的發(fā)動機(jī)將更多地被應(yīng)用。 (5) 操作更加簡單。操作手柄、前進(jìn)和后退速度的調(diào)節(jié)更加方便。 (6) 更換工作部件快速化。為了減輕操作者的勞動強(qiáng)度和節(jié)約更換不同農(nóng)機(jī)具的時(shí)間，微耕機(jī)與配套機(jī)具的掛接采用快速掛接裝置，拆換農(nóng)具簡單、快速。 5 總結(jié) 中國是一個丘陵和山區(qū)占主要地表的以農(nóng)業(yè)為主的國家。近年來 ,隨著農(nóng)業(yè)改革的不斷深入和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整 , 我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了迅速發(fā)展。為適應(yīng)廣大農(nóng)民對溫室大棚機(jī)械化作業(yè)要求和山區(qū)丘陵、小田塊作業(yè)的需要, 歷經(jīng)十余年的歷程, 微型耕作機(jī)得到了一定的發(fā)展, 國內(nèi)眾多的科研生產(chǎn)單位陸續(xù)嘗試開發(fā)了一些較為適用的各型機(jī)具。農(nóng)業(yè)機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。改革開放以來，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是耕作機(jī)械的研究開發(fā)，與國外相比仍然存在著較大的差距。因此，必須正視這種現(xiàn)狀，努力發(fā)展我國的耕作機(jī)械。 總之，結(jié)合我國微型耕作機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及國內(nèi)外微型耕作機(jī)的發(fā)展歷程與技術(shù)現(xiàn)狀來看 , 我國微型耕作機(jī)目前還存在著配套機(jī)具少、自重偏大、功能單一和理論研究不完善等問題。 盡管微型耕作機(jī)仍然具有很大的發(fā)展空間，但還需要我們不斷的努力進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)。最后 , 希望我國微耕機(jī)設(shè)計(jì)更加人性化、功能多樣化、控制智能化和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。 參考文獻(xiàn) [1] 李錦澤，李志紅，侯桂鳳，秦立莉. 耕作機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]. 河北:農(nóng)機(jī)化研究, 2003. 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