中型水田耕耙平地机辅助机构原理分析与方案设计

房灿松 崔新德 范永锋

摘 要：通过对中型水田耕耙平地机的辅助机构进行调查了解后，可以将中型水田耕耙平地机的辅助机构分为三个组成部分：悬挂架、壳体、后平板。本章的主要内容是针对中型水田耕耙平地机辅助机构三个部分原理进行分析和设计方案的确定。在本章中将说明辅助机构具体形式的选择及其选择依据。

一、 水田耕耙平地机与拖拉机的连接方式

1.1 农业用具与拖拉机的连接方式种类

拖拉机田间作业机组的后悬挂系统属于后置式外悬挂系统（以下简称后悬挂）。其主要的种类有牵引式、悬挂式、半悬挂式等几种类型。其中悬挂式机组，根本上改变了拖拉机与农机具之间的受力关系[1]。工作中有可能将机组的重量和载荷，部分地传递到拖拉机驱动轮上，从而增加了驱动轮的垂直载荷，改善了牵引性能，减轻拖拉机本身的结构重量，因此广泛应用于中、小型拖拉机机组上。农机具在拖拉机上的悬挂方式，按悬挂杆件与拖拉机机体的链接点数，则有单点、两点及三点悬挂三种。最常用的是双轴式三点悬挂和两点悬挂根据两种[2]。近年来，随着农用拖拉机后三点悬挂的参数的日趋标准化，在农业生产中农具的悬挂多属于后三点悬挂系统。

1996年4月5号国家技术监督局发布了中华人民共和国国家标准《农业轮式拖拉机后置式三点悬挂—第一部分：1、2、3和4类》，根据动力输出轴的功率划分1、2、3和4类标准，规定了农业轮式拖拉机后置式三点悬挂装置的主要尺寸和参数。鉴于耕耙机的悬挂架的设计需要40马力拖拉机后三点悬挂的标准参数，下面将对拖拉机后三点悬挂结构作简要说明。

图1.1就是拖拉机后三点悬挂方式的常见布置形式，其中1为上拉杆，3为上悬挂点，5为上铰结点，6为上铰结点连接销，2为下拉杆，4为下悬挂点，6为下铰结点，9为液压臂。拖拉机通过一个上悬挂点和两个下悬挂点与具有三点悬挂的农机连接。

1.2 中型水田耕耙平地机与拖拉机连接方式的选择与原由

中型水田耕耙平地机是适用于40马力以上（包括40马力）中型拖拉机带动的农用耕耙平地机，其承载车身中型拖拉机的悬挂参数与形式和小型拖拉机有很大的不同，中型拖拉机后部设计有标准的后三点悬挂装置。因此，中型水田耕耙平地机与拖拉机连接方式首选方式是后三点悬挂方式。

选择后三点悬挂方式而不选择牵引式、半悬挂式是因为后三点悬挂式机组有可能将机组的重量和载荷，部分地传递到拖拉机驱动轮上，从而增加了驱动轮的垂直载荷，改善了牵引性能，减轻拖拉机本身的结构重量等优点。同时，三点悬挂比单点与两点悬挂具有更好的工作稳定性能，可以使农用机械在工作时平稳工作，减少不平稳性对农用机械的使用寿命造成的影响[3]。

二、 中型水田耕耙平地机辅助机构的原理分析

这节的主要内容是对中型水田耕耙平地机的辅助机构的结构进行解析说明，并且对辅助机构的工作原理进行分析，为中型水田耕耙平地机辅助机构的方案设计做好准备。

2.1 中型水田耕耙平地機辅助机构结构分析

中型水田耕耙平地机按照各个部分实现功能可以将其分成三个部分：辅助机构、传动系统、刀轴系统。辅助机构是中型水田耕耙平地机传动系统和刀轴系统的安装平台。辅助结构又可以分为三个部分：悬挂架、壳体、后平板。

图1.2是悬挂架的主体图。上辅助拉杆、下辅助拉杆和立柱通过销联结，构成悬挂架的杆件组。这个杆件组与减速齿轮箱的一部分组成整个悬挂架，悬挂架主要是由杆件组成，这是由于杆件组具有良好的受力的性能，并且可以尽量减少耕耙平地机的整体质量。杆件之间用联接销连接，这样可以传递较大的力，而且还可以得到良好的转动性能。

对现有的水田耕耙机的调查发现辅助机构的主要分为以下几个主要部分：主梁、副梁、侧板、罩板、后罩板。针对不同种类的耕耙平地机，各部分的设计成品有许多差异。例如副梁的设计，小型的耕耙平地机的副梁多为一个整件，有时甚至为了减少整机的重量可以取消副梁。中型和大型的耕耙平地机为了得到整机的整体刚性，多数都设计有副梁。在耕副比较宽的机型中，副梁一般设计成左、右对分的两根梁。但是，分开式的副梁造成整机的刚性减小，并且增加了加工的复杂性，综合考虑副梁设计成整体的一根[4]。

后平板主要由托平板和螺旋压缩弹簧组及两边的防漏耕地的小托平板组成。托平板上装有压茬弹齿，在耕耙平地时可以将打碎的稻茬压进泥土里。螺旋压缩弹簧组将从整机借到的力作用到托平板上，已达到良好的平地效果。

2.2 中型水田耕耙平地机辅助机构工作原理分析

上图是中型水田耕耙平地机辅助机构的工作原理图。由图中可知：

杆件数N=5；低副数 P1=7；高副数Rh=0；

机构自由度 ；

中型水田耕耙平地机有三种工作和运输状态：工作状态、田头拐弯状态、运输状态。各种工作状态时，耕耙平地机的耕刀距地面的距离不同造成辅助机构各个部分受力不同。当耕耙平地机处于田头拐弯状态或运输状态时，拖拉机的液压臂提升，通过提升杆和下拉杆将耕耙平地机整体提升使之脱离地面。当耕耙平地机处于工作状态时，下拉杆和上拉杆将牵引力传到刀轴系统上，使刀运动为水平方向运动和围绕刀轴的旋转运动的合成运动。工作时，耕耙平地机的辅助系统将受到来自于地面的工作阻力，其中有一向上的分力，这个力由下拉杆、液压臂、提升杆和悬挂架组成的杆组平衡。

壳体的主要作用是给刀轴系统和传动系统提供安装平台，罩板和后罩板不仅将刀轴系统保护起来，而且还可以将耕刀旋耕起来的大块土块打碎。因此，罩板和后罩板要有合理的结构。

三、中型水田耕耙平地机辅助机构的方案设计

中型水田耕耙平地机是在我国农村普遍使用的农用机械，限于我国经济发展水平，在对中型水田耕耙平地机设计时应该考虑成本问题。也因此，在设计时辅助机构的使用材料应有好的经济性能和使用性能。悬挂架的主要组成是由杆件通过销联结组成的，在设计时悬挂架的杆件采用扁钢制造。计算悬挂架个杆件尺寸时应该考虑耕耙平地机的三种工作状态，已得到合理的杆件尺寸。

在设计辅助机构时，应该先选用合理的材料，然后设计合理的形状结构。在设计好各部件的结构后，通过UG软件建立各部分模型，分析各部分设计的是否合理。

四、结论

在本文中主要针对悬挂方式的了解和中型水田耕耙平地机辅助机构原理的理解，选择了合适的悬挂方式并对辅助机构的设计做了初步的方案设计。这将对下一章的中型水田耕耙平地机辅助机构的具体设计做好准备。

参考文献：

[1] 机械工程协会.机械设计手册（第三篇）[M].北京：机械工业出版社，2000：13.

[2] 欧宝贵，朱加铭.材料力学[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1997：106.