孙继东

摘要：为提高肥料的利用率，开发设计一种开沟合垄深施肥耕耙犁。介绍机具的主要结构组成和工作原理，探讨传动系统、碎土器和工作部件的选型和设计思路，为肥料深施作业提供性能可靠的实用机具。

关键词：耕耙犁;开沟;设计;深施肥;合垄

中图分类号：S222    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）02-0025-03

农业生产实践证明，合理施用肥料对保障粮食安全具有重大意义。当前的施肥机具在施肥深度和农艺配套性方面存在问题，严重影响深施肥技术的应用效果。为此，开发设计一种开沟合垄深施肥耕耙犁，一次完成开沟、深施肥、覆土、碎土等项作业，满足肥料深施对适用机具的迫切需要，对提高肥料利用率和农业生产质量具有重要意义。

1 整体结构与工作原理

1.1 整体结构

该机主要由机架、传动机构、开沟犁、施肥装置、覆土犁、碎土机构等组成，总体结构如图1所示。

机具通过三点悬挂装置与拖拉机挂接，工作装置安装于机架上。开沟犁对称安装于机架前下方，施肥装置安装于开沟犁后方，施肥管对应安装于开沟犁后方，施肥装置后方安装覆土犁和碎土机构。传动机构主要由中央减速器、带传动、分传动箱等组成，碎土机构由拖拉机动力输出轴动力经传动系统驱动。中央减速器通过花键轴经万向节连接在拖拉机后方的动力输出轴上，中央减速器的侧输出端连接皮带轮，通过带传动将动力传到中央传动轴后，再通过分传动箱分别传给2个碎土机构;旋耕刀辊带动旋耕刀旋转，将土块打碎，从而达到碎土的目的。

1.2 工作原理

机具作业时，拖拉机牵引机具行走，由两开沟犁进行开沟，施肥装置通过排肥管将肥料排入沟内，随后覆土犁进行覆土，最后碎土机构进行碎土作业，之后整形机构整起垄形。

1.3 主要技术参数

开沟合垄深施肥耕耙犁的主要技术参数见表1。

2 主要部件设计

2.1 传动系统

2.1.1 传动比分配 刀辊的转速愈高、刀片数量越多，碎土效果好，但功耗也随之增大。综合考虑后，选择刀辊的回转转速200 r/min，拖拉机动力输出轴转速n1=540 r/min，刀轴转速n3=200 r/min，总传动比i=n1/n3=540/200=2.7。各级传动比分配见表2。

2.1.2 传动系统选择 常用传动有二类：全齿轮传动和齿轮—三角带传动—齿轮传动。前一种传动可靠但制造成本较高;后一种结构简单、制造成本低，但可靠性较差。考虑制造成本和冲击载荷等问题，选用齿轮—三角带传动—齿轮传动。动力经中央减速器、三角带传动至分传动箱，再驱动刀轴回转。由于输入轴线方向、输出轴线方向垂直，所以中央减速器和分传动箱采用单级锥齿轮减速器。

按截面面积形状，带传动可分为平带传动、V带传动、多楔带传动、圆带传动和同步带传动等。前四者依靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力，同步带则是靠带内侧的齿与带轮齿啮合来传递运动和动力。综合考虑制造工艺、安装精度和制造成本，选择C型号的普通V带和V带轮，其主要技术参数见表3。

2.2 碎土器设计

刀辊轴是碎土器的主要工作部件，每个碎土器的刀辊轴与地面垂直，刀辊轴按顺时针旋转。

2.2.1 刀辊回转半径和回转方向 刀辊回转半径一般取150～180 mm，本机选取170 mm。刀辊回转按顺时针旋转。

2.2.2 刀辊轴与犁体的相对位置 刀辊轴与犁体的相对位置过小影响作业质量、过大增加功耗，刀片与犁壁的距离为20 mm。

2.2.3 刀辊切土高度范围 刀辊垂直方向切土高度取决于碎土深度，通常用最高刀片中心线与最低刀片中心线的高度差来表示。最高刀片中心线离沟底高度为430 mm，最低刀片中心线离沟底高度为150 mm，刀辊切土高度为280 mm。

2.2.4 刀辊转速和刀片数 刀辊的转速愈高、刀片数量越多，碎土效果越好，但功耗也随之增大。选择在刀辊每回转切削面装3把刀，转速为200 r/min。

2.3 工作部件设计

2.3.1 刀片 刀片性能直接影响碎土效果，立式耕耙犁的刀片主要有轴向螺旋刀片和径向刀片两种。由于螺旋刀片加工复杂，所以采用径向刀片作为耕耙犁碎土器刀片。为充分发挥刀片的砍切作用，耕耙犁采用较小的刀片滑切角，既能达到较好的碎土性能，也方便生产制造。碎土器属于无支撑切割破碎。在切割的第一阶段，刀片侧刃要能牵制住草茎、土块进行切割，使之不迅速滑掉，因此必须满足：α0<φ1，其中，α0为初滑切角，取α0=20°;φ1为秸秆和刀片的摩擦角，取φ1=26°～35°。第二阶段是对土块和草茎进行滑切，并沿刀刃进行滑移。必须满足：αn<φ2，αn为滑切角;φ2为土壤与刀片的摩擦角，取φ2=21°～45°。

随着侧刃外移和滑切速度增大，滑切角由20°增加到45°。为减少切割碎土的阻力，便于滑切抛扔和不缠草，将刀头正刃部分设计成“F”形，在同一回转半径内增加切割刀刃长度，可提高切割破碎性能。滑切角α正刃>φ2，刀头向下的弯曲角β>φ2。刃角i在土壤加工机械中一般采用15°～30°，在保證强度和减小切割阻力的条件下，尽量取较小值，故取i=25°。

2.3.2 刀轴排列 常见的刀轴刀片排列形式有螺旋线排列和十字形排列。通常来说，当土块通过碎土器的瞬间，螺旋线排列的刀片连续切割和碰撞土块，但碰撞的作用相对较弱，所以土块相对大一些;而十字形排列的刀片是间断的切割和碰撞土块，碰撞作用强，所在土块小。为加工方便和达到更好地碎土效果，选用十字形排列的形式。

3 结论

在保护生态环境的大背景下，借助农业机械提升施肥效率和保持环境成为必然趋势。开发设计的开沟合垄深施肥耕耙犁能一次完成开沟、深施肥、覆土、碎土等项作业，且性能可靠，可为农作物提供良好的生长环境。

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Design of Plough and Rake by Furrowingand Ridging Deep Fertilization

SUN Jidong

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of fertilizer， a plough and rake by furrowing and ridging deep fertilizer was developed and designed. This paper introduces the main structure and working principle of the machine， discusses the selection and design idea of the transmission system， the soil crusher and the working parts， and provides the practical machine with reliable performance for the deep application of fertilizer.

Key words： plough; furrowing; design; deep fertilization; ridging