微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計-以合盛1Z-135型微耕機為研究對象

微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計-以合盛1Z-135型微耕機為研究對象,微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計-以合盛1Z-135型微耕機為研究對象,微型,耕作,結(jié)構(gòu),優(yōu)化,設計,型微耕機,研究,鉆研,對象 第 IX 頁 微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計—文獻綜述 摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，由于市場的需求，適用于丘陵、山地的微型耕作機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計已成為目前研究的重點,微型耕作機的使用操作簡單，耕作效率高以及性能好。本文以合盛1Z-135微型耕作機為研究對象，對微型耕作機的部分結(jié)構(gòu)進行了一定的創(chuàng)新優(yōu)化改進，使之更加人性化。在廣泛收集資料的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外微型耕作機的研究現(xiàn)狀進行對比和分析，論證了微型耕作機的設計方案，重點進行對發(fā)動機以及消聲器進行選型，傳動部分的設計，工作部件的設計以及對微型耕作機安全性能的設計。同時，本文也從人機工程學的角度對微型耕作機的人性化設計提出了部分可行性設計改良建議。 關(guān)鍵詞：微型耕作機；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設計 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)民離不開先進適用的微型耕作機。運用它來改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，減輕勞動強度，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，進而推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)機械化的大力推廣，微型耕作機操作簡單、成本低，適應山區(qū)丘陵耕作。 微型耕作機是指功率≤7.5KW，可直接用動力結(jié)構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作部件運轉(zhuǎn)，主要用于果園、菜地、丘陵坡地等作業(yè)而設計的農(nóng)機產(chǎn)品。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、維修方便等特點，因而廣泛應用于丘陵的旱地、果園、菜地以及煙地的旋耕等環(huán)境的耕地作業(yè)。微型耕作機以柴油機或汽油機為動力，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)用機械無法進入山地的煩惱，是廣大農(nóng)民消費者替代牛耕的最佳選擇。 微耕機在國內(nèi)生產(chǎn)和銷售的機型主要有兩款：一款是由風冷汽油機或水冷柴油機作為動力，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，?價格一般在2000-3500元之間，經(jīng)濟性較好，但多用途擴展能力有限，結(jié)構(gòu)也較為簡單，適合經(jīng)濟條件較差，用途較為簡單的地區(qū)使用。 2 微型耕作機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2.1國外微耕機的發(fā)展狀況 2.1.1 機型與功能 國外小型微耕機械發(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 汽油機或柴油機，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、短距離運輸?shù)取６鴣喼迖业漠a(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，日本機型兼顧水旱地兩用，可進行翻地、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。韓國機型的顯著特點體現(xiàn)在多功能方面，其典型代表機型為亞細亞多功能管理機。該機除了可進行耕整地、栽植、開溝、起壟、鋪膜、中耕鋤草、施肥培土、抽水、噴藥及短途運輸作業(yè)外，還可進行粉碎、稻麥收割、根莖收獲等 20 多項作業(yè)。 2.1.2 結(jié)構(gòu) 歐洲機型的發(fā)動機動力軸多向后輸出，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、清雪機和粉碎機等小型機具。這時扶手轉(zhuǎn)到發(fā)動機前面，其優(yōu)點是整機結(jié)構(gòu)緊湊，但驅(qū)動一些農(nóng)用機具時傳動不太方便，工作部件安裝不好布置。日本、韓國和我國臺灣機型的發(fā)動機輸出軸向一側(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)機具。我國臺灣機型結(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 以上機型在旱地深旋作業(yè)時多采用攪刀，其特點是松土性能好，旋土深，碰到石頭或硬物能避讓，不會損壞刀具。其缺點：一是碎土性能稍差；二是功率消耗較大。所以，動力小的機型不宜采用這種刀型。 2.1.3 特點 國外機型大部分都具有以下主要特點：小巧、靈活、外形美觀、操作方便；采用排放量低的小型汽油機或柴油機為動力；可方便、簡單、快速地更換多種工作部件，完成多項作業(yè)。 2.2 國內(nèi)微耕機的發(fā)展歷程 2.2.1 起步階段 我國很早就開始了微耕機的開發(fā)，但由于多種原因沒有形成產(chǎn)品，直到 20 世紀 80 年代末和 90年代中期，隨著土地聯(lián)產(chǎn)承包責任制的發(fā)展、農(nóng)民收入的提高，以及我國小型柴油機和汽油機趨于成熟，我國多功能微耕機的發(fā)展開始起步。這一時期，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，所以剛開始時齒輪箱和刀具部分存在的問題比較多，微耕機工作不長時間，齒輪箱就發(fā)熱嚴重、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 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、工廠化設施農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展、經(jīng)濟類作物種植面積的增加，以及農(nóng)民收入的不斷提高，我國多功能微耕機有了較大發(fā)展。這一階段，除了許多農(nóng)機廠和農(nóng)機研究所外，一些發(fā)動機廠、拖拉機廠、機床廠、林業(yè)機械廠、汽車配件廠和摩托車廠等也都紛紛涉足微耕機行業(yè)。眾多廠家依據(jù)自身的特點，開發(fā)和生產(chǎn)了不同類型的微耕機，有的還根據(jù)當?shù)剞r(nóng)作物的種植特點給微耕機增加了一些新功能，比如開發(fā)了一些用于套種的配套機具等。這一時期，幾家合資或獨資的微耕機生產(chǎn)企業(yè)在我國的建立，也大大促進了我國微耕機行業(yè)的發(fā)展。韓國亞細亞公司在山東壽光合資建立了亞細亞(濰坊)農(nóng)業(yè)機械有限公司，生產(chǎn)亞細亞多功能管理機；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械有限公司，生產(chǎn)金牛大興萬能管理機；臺灣企業(yè)在山東濰坊獨資成立了濰坊杰農(nóng)機械有限公司，生產(chǎn)杰農(nóng)系列微耕機，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械制造有限公司，生產(chǎn)小牛系列管理機。 2.2.3 成熟階段 從 2002 年起約 5 年時間里，我國的微耕機應該處于成熟階段，機型和質(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)的微耕機產(chǎn)品從地域上可分為南方型和北方型。南方機型結(jié)構(gòu)形式以參照歐洲的機型為主，在旋耕刀具方面又吸取了日本產(chǎn)品的特點，初期以水田作業(yè)為主，逐步發(fā)展成水旱兼用，代表機型為廣西藍天和重慶合盛等微耕機產(chǎn)品；北方機型以參照韓國和我國臺灣的機型為主，代表機型有山東華興機械集團生產(chǎn)的 TG 系列多功能田 園管理機、北京多利多公司生產(chǎn)的 DWG 系列微耕機等。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、前進和后退擋位少等)的機型，稱之為簡易型微耕機，因其價格低(主機售價低于 3000 元/臺)，銷售量逐步增加；另一類機型功能較多(可配套機具多)，使用可靠性高，操作方便，稱之為標準型微耕機(主機售價為 4000～7000 元/臺)。 3 我國微耕機發(fā)展存在的問題 3.1 規(guī)模小、成本高 目前，我國生產(chǎn)微耕機的廠家眾多，但現(xiàn)階段市場總量并不大。據(jù)估計，2001 年全國微耕機總銷量為 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)民認為微耕機價格太高。 3.2 主機機型相對較多,配套機具相對較少 雖然國內(nèi)生產(chǎn)微耕機廠家眾多 , 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 , 在主機型的設計研發(fā)方面缺少統(tǒng)一標準 , 造成了市場上微耕機產(chǎn)品良莠不齊 ,品牌眾多。 3.3 自重偏大,耕作不便 微耕機的耕作對象是小面積土地 , 由于微耕機自重偏大, 在耕作時轉(zhuǎn)彎不便 ,越埂困難 , 旋耕刀片不能進入邊角地帶作業(yè) , 重耕漏耕現(xiàn)象嚴重, 導致耕作效果不理想。 3.4 功能單一,使用水平低 大多微耕機功率小 , 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 ,微耕機未盡其用 , 使用水平較低 ,造成了資源的閑置浪費。 3.5 理論研究不完善 由于微耕機的開發(fā)和推廣時間較短 , 涉足微耕機的生產(chǎn)單位大多仿制他人產(chǎn)品 , 沒有對微耕機耕作機理和動力性能等進行深入研究 ;同時受到微耕機制造工藝水平較低的影響, 使微耕機存在耕作性能不穩(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 使用不當是造成機器故障的一個重要因素。其一是機主為了減少費用，往往不使用規(guī)定標號的燃油，再加上一些地區(qū)燃油品質(zhì)較差，使發(fā)動機經(jīng)常出現(xiàn)故障。其二是長時間超負荷作業(yè)，工作環(huán)境差。由于長時間連續(xù)大負荷作業(yè)，同時由于棚內(nèi)環(huán)境很差，氣溫高，塵土飛揚，發(fā)動機濾清器堵塞(加高濾清器可減輕堵塞)等，造成了發(fā)動機發(fā)熱嚴重，活塞環(huán)和缸體急劇磨損；長時間超負荷作業(yè)也造成刀軸、齒輪箱嚴重發(fā)熱，并出現(xiàn)問題。造成發(fā)動機發(fā)熱的另一因素是某些發(fā)動機消音器的位置設置不合理。其消音器布置在發(fā)動機貼近缸體的一側(cè)，不僅影響缸體散熱，還起加熱作用，這在間斷性或短時間工作時表現(xiàn)不太明顯，一旦連續(xù)長時間大負荷作業(yè)，問題就突出了。此外，風冷柴油機和汽油機沒有缸套，一旦出現(xiàn)“拉缸”等問題，就要更換整個缸體，加上維修工時費等，用戶要花費 700～800 元。有些廠家修理此類機器時，先鏜缸，再加缸套，以此來降低成本。水冷發(fā)動機相對成本就低多了，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 我國微耕機的發(fā)展趨勢 (1) 研制的機型必須考慮我國地區(qū)差異和農(nóng)村經(jīng)濟收入的差異。微型耕作機應有專用型和通用型。不同地區(qū)作物種植類型不同，專用機型的功能設置也不相同，其總的特點是功能少而其結(jié)構(gòu)簡化，以利于降低成本、增強市場競爭力。通用機型的底盤設計應考慮南北方通用，要有較多的配套功能，滿足用戶的需要，以適應今后的農(nóng)機市場 。 (2) 價格定位應合理。盡管農(nóng)村經(jīng)濟有較大的發(fā)展，但從總體上來說人均收入仍然較低。該機型的價格定位應合理，要低于進口機價格。 (3) 多功能化。不斷配套新機具、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)域擴展，如配套剪草、清雪、枝葉粉碎機具等。 (4) 選用適應性強的發(fā)動機。低噪聲、排放少、動力強勁和適應性強的發(fā)動機將更多地被應用。 (5) 操作更加簡單。操作手柄、前進和后退速度的調(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度和節(jié)約更換不同農(nóng)機具的時間，微耕機與配套機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 , 我國的設施農(nóng)業(yè)得到了迅速發(fā)展。為適應廣大農(nóng)民對溫室大棚機械化作業(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具。農(nóng)業(yè)機械化已成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。改革開放以來，我國農(nóng)業(yè)機械化水平取得了突飛猛進的發(fā)展，但是耕作機械的研究開發(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)展我國的耕作機械。 總之，結(jié)合我國微型耕作機的應用現(xiàn)狀以及國內(nèi)外微型耕作機的發(fā)展歷程與技術(shù)現(xiàn)狀來看 , 我國微型耕作機目前還存在著配套機具少、自重偏大、功能單一和理論研究不完善等問題。 盡管微型耕作機仍然具有很大的發(fā)展空間，但還需要我們不斷的努力進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進。最后 , 希望我國微耕機設計更加人性化、功能多樣化、控制智能化和結(jié)構(gòu)標準化。 參考文獻 [1] 李錦澤，李志紅，侯桂鳳，秦立莉. 耕作機械現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]. 河北:農(nóng)機化研究, 2003. 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