引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,農(nóng)業(yè)也正朝著機(jī)械化方向發(fā)展,其中草莓種植在我國果業(yè)中發(fā)展速度最快。由于草莓的特性,草莓的種植規(guī)模大小均有,如何減少勞動成本,減輕勞動強(qiáng)度,提高生產(chǎn)利潤就成為一個(gè)挑戰(zhàn)。起壟培土是草莓種植的重要農(nóng)事操作,為達(dá)到草莓的高壟栽培要求,本文設(shè)計(jì)改進(jìn)了一款草莓培土機(jī),通過培土機(jī)作業(yè),來降低草莓種植戶的勞動強(qiáng)度和種植成本,提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1一體式人字形減速器

1.1減速器傳動

培土機(jī)選用汽油機(jī)作為動力源,汽油機(jī)與減速器之間采用帶傳動。如圖1所示,培土機(jī)部分采用鏈傳動,行走輪部分采用齒輪傳動,設(shè)有兩級轉(zhuǎn)速,并設(shè)置倒擋跟空擋,通過兩連滑移齒輪調(diào)整傳動比控制輸出軸最終轉(zhuǎn)速,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的行進(jìn)速度。

圖1傳動方案示意圖

1.2齒輪參數(shù)的初步選定

(1)根據(jù)傳動要求選擇直齒圓柱齒輪傳動,壓力角a=209。

(2)根據(jù)GB/T10095.1一2008《圓柱齒輪精度制第1部

分:輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值》,農(nóng)業(yè)機(jī)械中重要齒輪的精度等級應(yīng)為8級。

(3)選擇齒輪的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)后表面淬火,硬度280HBs。

(4)齒數(shù):的選擇:選擇小齒輪齒數(shù),根據(jù)計(jì)算知大齒輪齒數(shù)。:

1.3根據(jù)齒輪的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算

(1)試算小齒輪分度圓直徑。

1)根據(jù)公式計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zs:

2)接觸疲勞許用應(yīng)力[mH]的計(jì)算:

小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為:

根據(jù)公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》得接觸疲勞壽命系數(shù):KHN1=0.94,KHN2=0.96。

取失效概率為1%、安全系數(shù)s=1,由公式得:

取[mH]1和[mH]2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力,即:

試算小齒輪分度圓直徑:

(2)調(diào)整小齒輪分度圓直徑。

1)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備:

圓周速度u:

齒寬b:

2)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH:

3)按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑:

4)相應(yīng)的齒輪模數(shù):

再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù),得m=1.755mm。對比計(jì)算結(jié)果可知,由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān),因此取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.755mm,就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。

2旋耕刀

2.1旋耕刀的結(jié)構(gòu)形式

直角刀(圖2)加工方便、成本低,但不適合在雜草多的土地工作:而彎刀(圖3)能夠切斷草莖并將雜草壓向還沒有耕作的地方,適合在草多的田地工作。

2.2旋耕刀改進(jìn)

本文設(shè)計(jì)的培土結(jié)構(gòu)直接連接在減速箱犁刀軸上,旋耕刀選擇直角刀,便于加工,直徑選擇500mm:同時(shí),按照如圖4所示的方案改進(jìn)刀頭形狀,來解決纏草問題:另外,在犁刀的兩側(cè)分別設(shè)置兩片仿形擋泥板,在擋泥板的前端設(shè)有限深輪。

原理:草莓培土機(jī)工作時(shí),動力通過減速箱傳遞到犁刀軸,犁刀軸帶著兩側(cè)的刀具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。土壤在刀具的作用下被打散拋起,在培土機(jī)前進(jìn)時(shí)牽引力和犁刀自身旋轉(zhuǎn)的共同作用下,將土壤拋起至犁刀外側(cè)和上端,最后在擋泥板的導(dǎo)向作用下將土壤拋落在壟上,并完成對草莓的起壟培土作業(yè)。

3結(jié)語

針對現(xiàn)有培土機(jī)笨重、開溝起壟深度有限、培土效率低等問題,根據(jù)相關(guān)資料對減速器和犁刀進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)出了新型草莓培土機(jī),可實(shí)現(xiàn)不同深度的培土要求。該型培土機(jī)最大可實(shí)現(xiàn)50cm的起壟高度,既能夠滿足草莓種植的需要,還能滿足其他農(nóng)作物的種植要求。犁刀最大轉(zhuǎn)速可達(dá)600r/min,工作效率高,培土機(jī)整體培土效果良好,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。