開溝埋草一體系統(tǒng)的設計

開溝埋草一體系統(tǒng)的設計

0障礙三:秸稈還田,減少燃燒秸稈所造成的污染圓形溝覆草機是江淮大米生產(chǎn)區(qū)利用梯田溝覆草的農(nóng)業(yè)基礎。秸稈還田大多由帶有切碎裝置的收割機完成,秸稈經(jīng)收割機粉碎裝置粉碎后拋灑在田間地表面,現(xiàn)有的收割機拋灑機構(gòu)秸稈拋灑均勻度效果不佳,特別是水稻秸稈更難處理,造成秸稈像“棉被”條堆在地表面上,造成后期整地質(zhì)量差、不能有效埋茬,使得播種機播種時極易纏草影響播種質(zhì)量。該機即在水稻收獲后,在田間開出合適的溝型,將收獲后的秸稈填埋到溝里,進行秸稈還田,減少燃燒秸稈所造成的環(huán)境污染。秸稈還田能夠增加土壤中的腐殖質(zhì),減少化肥的使用。開溝埋草需要開溝、埋草、覆土三個過程,需求的勞動力較多,耗時較多。因此亟須一種能夠在田間一次性完成開溝、填草、覆土的開溝埋草一體機。1開溝刀盤和覆土安裝開溝埋草機開溝部分為圓盤反旋開溝式,與36~66kW輪式拖拉機配套作業(yè),懸掛方式為后懸掛方式。開溝埋草機主要由萬向傳動裝置、懸掛系統(tǒng)、機架、齒輪傳動箱、刀盤及旋耕刀總成、開溝鏟、分土板、填草裝置、覆土裝置等組成,如圖1所示。其工作過程為在拖拉機動力輸出軸的帶動下,經(jīng)萬向傳動裝置和齒輪傳動箱帶動傳動軸右側(cè)的開溝刀盤旋轉(zhuǎn),彎刀切削土壤并將土向溝外拋出。工作時開溝機拋土最大距離約為距溝邊1.8m,且靠近溝的位置土比較多,有利于土的回填。為使得開出的溝型整齊,滿足對溝寬及溝壁的要求,在開溝刀盤兩側(cè)各安裝1個切壁刀盤,以利于溝壁光潔成型。在刀盤后方設置一清溝鏟,一方面是可以將拋向后方的土塊向兩側(cè)回落,便于溝內(nèi)的土塊拋向溝兩側(cè);另一方面其開溝深度稍深于旋耕深度,便于對溝型進行修整,保證溝底、溝壁光滑平整。清溝鏟用螺栓連接于刀盤上方的連接架,連接架上安裝側(cè)分土板,安裝在稍高于旋耕刀旋轉(zhuǎn)的最高點處。分土板的作用在于將拋出的土塊細碎并使其覆蓋在一定的范圍之內(nèi)。填草部分由埋草犁組成。埋草犁隨機組前進時將聯(lián)合收割機拋下的碎秸稈條堆推入已開出的溝內(nèi)。覆土部分安裝由在機架后部的覆土軸輥和覆土罩組成。覆土軸輥將開溝拋出的土壤回填到溝內(nèi)以覆蓋填入溝內(nèi)的秸稈;同時可以起到限深的作用,通過調(diào)節(jié)連接桿與機架連接螺栓的位置可以調(diào)節(jié)開溝深度。2打開和關閉工作表的結(jié)構(gòu)2.1開溝機傳動箱參數(shù)為了確定刀片型號,需要確定刀片的刀輥回轉(zhuǎn)半徑R,刀輥回轉(zhuǎn)半徑取決于刀軸傳動箱尾部圓角半徑r、最大開溝深度hmax以及開溝機處于最大開溝深度時傳動箱底部離地間隙是δ1。其數(shù)學表達式如下:本開溝機選擇與東方紅854型號拖拉機配套,刀軸傳動箱采用210箱體,式中各項參數(shù)為:r=96mm,hmax=150mm,δ1=10mm。將上述參數(shù)帶入后可得:R≥256mm。根據(jù)國家標準(GB/T5669-2008)中刀座式旋耕刀刀身尺寸查詢可得,T系列的彎刀中只有ⅡT260型號刀片的刀輥回轉(zhuǎn)半徑滿足R≥256mm,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:R=260mm,R0=135mm,θmax=37°,R1=233mm,b=45~55mm,β=120°。2.2切土節(jié)距s為了保證在開溝機開溝過程中避免發(fā)生刀片間土壤堵塞、碎土不夠均勻,就必須選擇合適的切土節(jié)距S。切土節(jié)距S的大小對碎土質(zhì)量和溝底平整度有著直接影響。S的大小主要取決于機具前進速度vm、刀盤轉(zhuǎn)速n和單側(cè)旋轉(zhuǎn)切削面所安裝刀片的數(shù)量z,可表示為:因粘土地,S取10cm,z應當圓整后取整數(shù),即單側(cè)旋轉(zhuǎn)切削面安裝的刀片數(shù)為z=6。2.3復雜異形刀盤刀盤刀盤上刀座布置位置要略小于刀盤直徑30mm左右,本機型選取刀座布置位置直徑為D0=595mm,刀盤內(nèi)圓直徑選擇D1=65mm,略大于傳動軸外徑。安裝方式為左右彎刀各置于刀盤兩側(cè),保證每隔30°有一刀片入土,且保證左側(cè)右側(cè)交替入土,以利于刀盤的受力穩(wěn)定均衡。結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了切出農(nóng)藝要求的梯形溝的溝壁,同時保證溝壁的平滑,在開溝刀盤左右各1個對稱的安裝3把削壁直刀的削壁刀盤,如圖3所示。削壁刀盤的最大回轉(zhuǎn)半徑要比開溝刀盤的最大回轉(zhuǎn)半徑小2~3cm。3式駁岸開溝器開出溝后,需要將秸稈填埋到溝里?？紤]到其翻土性能和行駛速度,故埋草裝置選用通用型鏵式犁BT―30型鏵式犁。該犁的工作寬幅為300mm,能夠?qū)⒔?jīng)過聯(lián)合收割機粉碎后的秸稈翻埋到開出的溝里。調(diào)整犁的耕深為20~60mm,保證在填埋到溝底的草的上部覆蓋一層10~20cm的土,確保秸稈深埋。4軸向的轉(zhuǎn)速和覆土軸的傳動比覆土裝置主要由覆土軸輥和覆土罩組成。覆土軸輥采用螺旋推進式,覆土螺旋角為30°,如圖4所示。在假設條件下,土與覆土螺旋在軸向沒有相對滑動,而覆土螺旋有13圈,設定開溝器拋在右側(cè)的土需要3~5s傳遞到左側(cè)秸稈處,則覆土軸輥的轉(zhuǎn)速為2.6~4.3r/s,即156~258r/min。開溝器刀盤轉(zhuǎn)速為320r/min,故從變速箱到覆土軸的傳動比需要在1.25~2左右。覆土軸輥與開溝器刀軸之間選用皮帶輪傳動,傳動比為1.5,覆土軸輥的轉(zhuǎn)速為213r/min,滿足轉(zhuǎn)速要求。5旋耕刀盤開溝施工該刀軸采用兩段式,旋耕刀盤通過端蓋將兩段刀軸連接起來,旋耕刀盤兩側(cè)各均布6把旋耕刀,在刀軸的一側(cè)安裝削壁刀盤,且均布3把削壁刀。動力經(jīng)安裝在刀軸上的齒輪傳遞至刀軸,完成開溝動作。刀軸布置如圖5所示。6運動軌跡線的確定為了使開溝埋草機能夠模擬真實的工作時的運動狀態(tài),要添加正確的虛擬驅(qū)動:一是在開溝埋草機的變速箱傳動軸添加轉(zhuǎn)動驅(qū)動,拖拉機輸出軸轉(zhuǎn)速720r/min,即4320deg/s;二是開溝埋草機的前進驅(qū)動,機組前進速度為0.5m/s,即500mm/s。在添加完成驅(qū)動之后,選取機構(gòu)分析,名稱為“AnalysisDefinition11”,類型選取“運動學”,此時只有ServoMotor2電動機驅(qū)動,點擊“運行”后查看并保存分析結(jié)果。選取“回放”里面的“沖突檢測設計”里面的全局干涉進行干涉檢驗,確定開溝機整機運轉(zhuǎn)正常,沒有存在有干涉的區(qū)域,表明不存在干涉。開溝部件工作時,刀片一邊繞軸旋轉(zhuǎn),一邊隨機組作直線運動,因此,刀片的絕對運動軌跡是一條由旋轉(zhuǎn)運動與直線運動合成的數(shù)學擺線。選取機構(gòu)分析,名稱為“AnalysisDefinition10”,類型選取“位置”,點擊“運行”后保存分析結(jié)果。選擇“插入”下面的“軌跡曲線”,選取旋耕刀頂端一點,在結(jié)果集中選擇“AnalysisDefinition10”,點擊確定,就可以得到在指定速度下的旋耕刀端點的運動軌跡線,如圖6所示。將刀盤導入到ADAMS進行仿真可以求出開溝彎刀端點的運動軌跡,前進速度定為0.45m/s,刀盤轉(zhuǎn)速為320r/min,即1920deg/s。刀盤的切土節(jié)距已確定,通過在ADAMS中的仿真測量,來檢測機具的設計是否達到了設計要求。開溝彎刀端點的運動軌跡曲線如圖7所示。根據(jù)圖7的軌跡曲線可知,其切土節(jié)距在選取的4~6cm范圍內(nèi),開溝刀盤設計布置合理,滿足農(nóng)藝要求,因此驗證了理論設計的合理性。7覆土機構(gòu)改進1)在開溝刀盤兩側(cè)各安裝1個裝有3把切壁刀的切壁刀盤,使溝型達到上口寬、下口窄的倒梯形溝,開出的溝型整齊、溝壁光潔;并且便于秸稈在埋草犁的作用下導入溝中。2)在刀盤后方設置開溝深度略深于旋耕深度的清溝鏟,達到清理溝底、保證溝底平整,解決土塊散落至溝中致開溝深度變淺影響埋草質(zhì)量。3)在刀盤上方安裝導土板。導土板采用半封閉結(jié)構(gòu),約束經(jīng)開溝刀盤拋起的土塊向遠處的運動,使得土塊盡可能灑落在一定范圍內(nèi),保證埋草時有一定的土量;同時降低作業(yè)揚塵。4)覆土機構(gòu)采用螺旋角為30°的螺旋葉片式覆土軸輥。該軸輥在橫向方向上有