叶晓红

（钱江集团温岭正峰动力有限公司，浙江台州 317500）

0 引言

中国是农业大国，农业生产具有悠久的历史，现如今各种农业机械早已代替手工劳作，各类农耕器具占据了广泛的农林机械市场。旋耕机就是其中一种，其具有碎土能力强、耕后地表平坦等特点，还能清除杂草、切碎埋在地表以下的根茬，便于播种机作业，为后期播种提供良好的种床。微型旋耕机（简称微耕机，下同）主要适用于作业面积较小的作业环境以及大中型旋耕机无法进入的山洼丘陵等地区。微耕机主要以小型汽油机为动力，因其结构简单，重量轻，体积小，操作方便等特点，深受广大用户的喜爱。鉴于市场对微耕机的需求，我们研发了一款便于运输、操作简便、工作效率高、经济性好的微耕机。

1 设计的提出

通过市场调查，目前普遍在用的微耕机一般无法兼顾运输及工作两种状态，即：工作时轮胎无法拆卸，一直在翻松的泥土地里滚动；或者轮胎是可拆卸的，但在工作时，拆下的轮胎却无法得到有效的放置，需与机器分开单独存放，这样会让用户感觉非常不方便，也增加了配件遗失的概率。

微耕机在工作时是通过发动机带动涡轮蜗杆机构，将驱动力传递到涡轮轴上，涡轮轴两侧装有耕刀，耕刀在泥土中转动去挤压、切削土壤，同时通过土壤对耕刀的反向力推动机器前行。机器后部设有耕深棒，可通过调节耕深棒插入土壤的深度来调节耕作深度。运输时，耕刀与耕深棒着地是无法运输的，必须借助滚动轮系来完成。

鉴于以上原因，考虑在微耕机上设计一种新型结构，将耕刀、耕深棒与轮系组合，实现运输时轮系滚动，工作时可方便放置轮系，又保证耕深棒能控制耕深。

2 结构设计

本文介绍的这种新型结构由下图1所示的几部分组成，包括机架和可调构件，机架与微耕机齿轮箱及扶手相连，后部设有插接座，插接座的内部具有可通过式的矩形通道，并且在两侧开有固定孔；可调构件包括耕深棒、插接柄、轮轴和轮胎，生产制造时，耕深棒、插接柄和轮轴通过焊接固定；轮胎装在轮轴两端，轮轴用弹性挡圈将轮胎限制在轮轴上，确保轮胎在轮轴上转动灵活；再用一个D型销将可调构件与机架装配在一起。

图1 运输时具体结构组成图

如上图1所示，运输时，插接柄从机架的插接座下方向上插入，再用D型销固定，此时轮胎可以在地面灵活滚动，而耕深棒是在空中悬置的，不会影响运输。

如下图2所示，工作时，插接柄从机架的插接座上方向下插入，再用D型销固定，此时轮胎悬置在空中，耕深棒是朝向下方的，在作业时插入泥土中实现控制耕深的作用。

图2 工作中结构示意图

设计时，把机架上的插接座设计为内部是可通过式结构，这样才能将可调构件做成可正反向安装，固定时采用D型销连接，使得拆装非常方便，也安全可靠，无需借助工具即可实现正反两向的切换。

在设计耕深棒时，采用了圆棒，是因为圆棒相较于其他结构在受力方向上有个流线型弧度，而且耕深棒与垂直方向设置了一定的角度，这样可以起到减小阻力增加缓冲的作用，从而减小振动。另外，通过受力分析，在耕深棒的尾部还设计了一段垂直向下的直段，可以使微耕机处于最稳固的状态。

3 效果验证

设计完成后，我们制作了样机，进行场地试验来验证设计效果。第一，选择用户对可调构件进行操作体验，通过简单的讲解，操作者便可轻松地对机器进行运输与工作模式的切换。在运输模式下，推动机器时耕刀与耕深棒可完全离开地面；在作业模式下，轮胎悬在空中，与土壤无任何接触。用户对此结构非常满意。第二，我们对耕种作业效果进行验证，测试样机按客户要求采用52 CC小型汽油发动机作为动力，试验场地选择松软的沙土地。

首先，根据发动机的工作特性及转速范围，将发动机的空载转速调整到7 200 RPM，结果耕地时耕刀转速很慢，机器无法自动前行，需很大推力才能缓慢前进，明显感觉动力不足，此时发动机的转速降到5 100 RPM；其次，考虑到因耕刀及耕深棒在松软的泥土里阻力较大造成发动机转速下降，接下来将发动机的空载转速提高至8 100 RPM，再次进行耕地时，耕刀的转速有所提高，但耕地仍感无力，还需人力推动才能前行，此时发动机转速为5 900 RPM；第三次再将发动机空载转速提高到8 600 RPM，此时耕刀转速明显上升，耕地速度也有了提高，机器可以自动前行耕地，无需推动。但此时感受到扶手的振动变大，经10分钟测试，手掌有较强的麻木感。考虑到发动机转速太高会导致发动机内部温度升高，润滑条件变恶劣，会加速发动机的损坏，甚至拉缸，所以转速不能设定得太高。

经过综合评定，我们决定在机器行进阻力方面进行改进。经过模拟受力分析，最终确定将耕深棒端部缩短25 mm为最佳方案。再次测试时，将发动机的空载转速调至8 200 RPM，耕地作业时行进速度得以提升，耕刀转速变快，测试发动机工作转速达到6 600 RPM，根据传动比计算，此时耕刀的转速为132 RPM，已经达到了预期的耕地转速。

最终，根据测试结果，考虑到在不同土质结构上耕地时，耕深棒受到的阻力不同，耕深要求不同，将耕深棒长度设计成可调型，在耕深棒后部插接柄位置增加了一个安装孔（见图3），这样使用者可以根据土质松软程度、阻力大小及耕地深浅的不同要求来选择D型销固定的位置，以此来调节耕深。

图3 插接柄

目前，此便携结构已取得国家专利，并在批量生产中，结构及性能均获得客户一致好评。

4 结语

通过以上结构分析及验证结果可知，此款微耕机采用这种可调构件后，具有两大功能：一是可以无需借助任何工具即可完成工作与运输两种状态的切换，二是可以在耕地时根据阻力大小及耕深的不同要求来调节耕深棒插入泥土中的深度。另外，此机构具有结构简单，加工制造方便，成本低等优点，也可应用于其他类似的机械产品上。