河南一拖（洛陽）中成機(jī)械有限公司　　朱月青　　王永亮　　王柱　　孫棟梁　　范曉燕

旋耕機(jī)刀軸的設(shè)計(jì)及刀片排列

河南一拖（洛陽）中成機(jī)械有限公司朱月青王永亮王柱孫棟梁范曉燕

本設(shè)計(jì)主要論述了旋耕機(jī)刀軸的合理設(shè)計(jì)及刀片在刀軸上的合理排列，針對現(xiàn)有旋耕機(jī)刀軸設(shè)計(jì)中的多種問題提出了相應(yīng)的解決辦法。本文重點(diǎn)論述了旋耕機(jī)刀片如何快速準(zhǔn)確排列，用以解決旋耕機(jī)刀軸帶來的整機(jī)震動(dòng)、耕作效果差等多發(fā)問題。

旋耕機(jī)；刀軸；刀片排列；快速排法

1　引言

旋耕機(jī)的刀軸是旋耕機(jī)直接入土的工作部件，刀軸的設(shè)計(jì)直接影響到旋耕機(jī)的工作性能。我國市場上現(xiàn)有的旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)形式幾近相同，但是其工作性能及工作質(zhì)量卻有著巨大差異。旋耕機(jī)的刀軸在工作過程中會(huì)出現(xiàn)入土困難、整機(jī)震動(dòng)大、耕地不平、刀軸斷裂、碎土效果差等一系列問題。而刀軸的合理設(shè)計(jì)及刀片排列卻能有效地避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。

2　刀軸的整體布局

傳統(tǒng)的刀軸設(shè)計(jì)為整體焊接式，即刀軸花鍵套與刀座軸管直接焊為一體。這種情況下，一旦刀軸花鍵套的花鍵部分磨損，則需要更換整根刀軸，造成維修成本大、材料浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此，現(xiàn)將刀軸整體布局改為分體螺栓連接式，刀軸花鍵套與軸管分別用法蘭盤進(jìn)行連接，兩端法蘭通過凸凹止口與光潔配合平面保證連接與同軸度。花鍵套與法蘭煅為一體，軸管與法蘭通過內(nèi)外圓壁面保證同軸度后焊接。為避免刀軸在焊接處斷裂開焊，應(yīng)盡可能地增加軸管的壁厚，同時(shí)在焊接處增加加強(qiáng)筋。

圖1　

3　刀片的合理排列

旋耕刀的排列安裝是一項(xiàng)重要的工作，應(yīng)使旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)受到的阻力小、耕作質(zhì)量好、刀軸受力均勻、避免漏耕和堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。安裝不當(dāng)，將嚴(yán)重影響作業(yè)質(zhì)量，并因刀片旋轉(zhuǎn)不平衡，導(dǎo)致機(jī)件損壞和機(jī)組震動(dòng)增大。刀片在刀軸上的排列配置，具有以下基本要求［1］：

（1）在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，配置兩把以上的刀片，應(yīng)保證切土量相等，以達(dá)到碎土質(zhì)量好，耕后溝底平整的目的。

（2）在刀軸回轉(zhuǎn)一周過程中，刀軸每轉(zhuǎn)過一個(gè)相等的角度，在同一相位角，必須是一把彎刀入土，使扭矩較為均衡，減少扭矩波動(dòng)幅度，保證工作穩(wěn)定性和刀軸負(fù)荷均勻。

（3）軸向相鄰刀齒間距，以不產(chǎn)生漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬。

（4）左彎刀片和右彎刀片應(yīng)交替入土，使刀軸兩端的軸承所受的側(cè)壓力平衡，以減少旋耕刀對旋耕機(jī)重心的轉(zhuǎn)矩，保持旋耕機(jī)組工作時(shí)的直線性［2］。

（5）相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，盡可能地增大軸向相鄰兩彎刀之間的夾角，以避免發(fā)生干擾或堵塞。

在實(shí)際排刀的操作中，遵循以上基本要求的前提下，還要必須知曉其經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：

α-允許的軸向相鄰?fù)虻兜淖钚A角（度），一般取54°≤α＜85°［3］。

β-允許的軸向同一截面上安裝的2刀的最小夾角（度），一般取130°≤β≤180°。

s-軸向相鄰回轉(zhuǎn)面的間距，一般取58mm≤s≤78mm（不漏耕、不堵塞）。

為使刀軸在工作過程中受力均勻，將刀軸上的刀片按照標(biāo)準(zhǔn)螺旋線進(jìn)行排列。如圖2所示：

圖2　

旋耕機(jī)半軸上左、右彎刀數(shù)量相差1，機(jī)具最外側(cè)各布置一把刀片并使刀片彎向機(jī)具中心，這樣可以防止機(jī)具在工作過程中兩端刀片朝側(cè)后方拋土，造成拋出土量不能回收。左右彎刀沿各自螺旋線以相等的螺旋角向兩側(cè)排布，最終在圓周范圍內(nèi)均勻的散布Z把刀片。那么問題出現(xiàn)了，如何能讓Z把刀片沿著螺旋線而又均勻散布呢？

4　螺旋線的快速排列

螺旋線上的螺旋角α、同一回轉(zhuǎn)面的刀片夾角β、刀片數(shù)量Z是刀片排列的三個(gè)重要參數(shù)。以圖2中半軸上29把刀數(shù)為例，右彎刀15把，左彎刀14把。則此螺旋線的相位角是360°/Z=12°24′50″，螺旋角54°≤α＜85°，為4～6個(gè)相位角，即4、5、6三個(gè)解；回轉(zhuǎn)面的刀片夾角130°≤β≤180°，為10～14個(gè)相位角，即10、11、12、13、14五個(gè)解，如果將以上兩組解一一試驗(yàn)求解，將耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，現(xiàn)針對此問題講解一種螺旋線的快捷排法。從圖2中分析可得如下公式：

（Z-1）/2*x=Zy+t式（1）

Z-刀片數(shù)量；

x-螺旋角α的整數(shù)解值；

y-刀片沿刀軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)n；

t-回轉(zhuǎn)面刀片夾角的整數(shù)解值；

取x=4，代入公式（1），得t=2，不可取。

同理，最終解得x=5，t=12，即螺旋角α=62°4′8″，回轉(zhuǎn)面刀片夾角β=148°57′56″。

在上述表達(dá)式的求解過程中，還需特別注意以下兩點(diǎn)：

（1）以上三個(gè)參數(shù)x、t和刀數(shù)Z中任何兩個(gè)參數(shù)之間的取值不能含有公約數(shù)，不然會(huì)造成螺旋線在行進(jìn)過程中回到起點(diǎn)的情況，即同一時(shí)刻產(chǎn)生多把刀片同時(shí)入土。例如刀數(shù)為35把時(shí)，通過公式（1）求解得x=7，t=14，但7、14、35三者中7、14和7、35之間含有公約數(shù)，因此不可取。所以35把的刀數(shù)在螺旋線的排列中沒有合適解值，在刀片排布的時(shí)候應(yīng)當(dāng)予以避免。

（2）在刀片數(shù)量數(shù)值較大時(shí)，應(yīng)盡可能的是t與x的倍數(shù)差值增大，即t-nx的值換算后大于18°，否則將會(huì)造成間隔兩個(gè)回轉(zhuǎn)面中相向的兩把左、右彎刀之間夾土。盡可能地使t-nx值接近α/2，這樣可使得刀片在刀軸回轉(zhuǎn)面上彎刀刀頭的布置更加均勻。

5　結(jié)論

刀軸的合理可靠設(shè)計(jì)能有效地避免刀軸的斷裂、脫焊、傳動(dòng)精度差等問題，刀片的合理均勻排布能使刀軸在工作過程中有效地減小整機(jī)的震動(dòng)，減少主機(jī)具的動(dòng)力消耗，并使耕作后地表平整，碎土率高。排刀的快速簡便方法為刀軸排列設(shè)計(jì)者提供了便捷有效的快速通道。

［1］Phoency Lai，Ken Yuon Li.Phytochem icals and antioxidant porperties of solvent extracts fromJaponica rice bran［J］.Food Chemistry，2009（3）：538-544.

［2］楊玉棟，徐浩.旋耕機(jī)的刀片怎樣排列和安裝［J］.河北農(nóng)機(jī)，2008（4）：24.

［3］張孝安.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社2007，11：244.

朱月青，1986年出生，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。