中耕机螺旋式培土器设计.pdf

第12期总第210期
农业科技与装备
No12 Total No 210
2011年12月
Agricultural Science& Technology and Equipment
Dec.2011
中耕机螺旋式培土器设计
刘琳
(辽宁省农业机械化研究所,沈旧110161)
摘要:在简要介绍中耕机螺旋式培土器结构及工作原理的基础上,详细探讨其主要参数螺旋叶片转速、螺旋角和推动能力的设计
及确定,以期为螺旋式培土器的设计制造提供参考。
关键词:螺旋式培土器;中耕机;设计;转速;螺旋角
中图分类号:S224.1文献标识码:A文章编号:1674-1161(201112-0025-02
螺旋培土机利用旋转的螺旋将土壤由中间向两
侧推移,作用是除草、碎土、培土。螺旋式培土器是螺
X
旋式培土机的关键工作部件,其主要技术参数的选择
直接影响机具的作业质量。
r
螺旋弌培土器的结构及工作原理
螺旋式培土器主要由螺旋轴、焊接在螺旋轴上的
左右螺旋叶片等组成。螺旋叶片中间直径大、两端直
径小。左右段螺旋的起始端位于中诃横截面内,互相
错开90°。螺旋叶片表面由垂直于轴的元线绕轴作等
图1运动分析简图
Figure 1 Kinematic analysis
速回转并沿轴向等速移动形成。螺旋式培土器工作
时,由传动系统带动螺旋叶片高速旋转,切削土壤并
y=sin(a+
Sina
使土壤沿轴向由中间向两侧推运,右旋叶片反时针旋
土螺旋中间直径大、两端直径小,因此垄沟截面为梯动和沿轴向向上运动V,两种运动,并有=
土壤微粒的绝对运动。可分解为沿圆周切向
转,左旋叶片顺时针旋转,共同完成培土作业。由于培
形
代入式(2)得:
2螺旋式培土器的主要参数设计
sin(Q+y)
2.1螺旋叶片转速
sinacosy
taa
2.11土微粒运动分析在运动分析简图(见图1)中,
式(3)表明,V与V之间的关系与叶片螺旋角和
a为叶片螺旋角。在正常匀速输送土壤微粒时,土壤土壤徴运动螺旋角有关。当运动螺旋角y=0时,V
微粒在螺旋中一方面随叶片作圆周运动(即牵连运动与v,的运动方向一致,且V,=V,这时土壤微粒本身
.),方向为圆周切线方向:另ー方面沿叶片向上滑动静止不动,随螺旋叶片一起旋转。土壤微粒的这种状
即相对运动),方向为沿叶片切线向上。因此,上态称为临界状态,所对应的转速为临界转速。
壤微粒在螺旋中作的是复合运动,其绝对速度为V=212临界转速处于临界状态的叶片上任一土壤微
v+V,其轨迹也是螺旋线。绝对速度V。与圆周运动粒的受力分析简图见图2。
速度V的夹角y为土壊微粒的运动角。
依据正弦定理可得:
sin( a+
sina
整理得
收稿日期:2011-01
作者简介:刘琳(1973-),男,技术员,从事农业机械设计及
图2受力分析简图
制造方面的工作。
Figure 2 Force analysis
万方数据
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2011年12月
由图2可知土壤微粒的受方向情况为:受垂直向
轴转数n必须大于临界转数n临,即n>临。但螺
下的重力,叶片斜面反力的方向垂直于叶片斜面,叶旋叶片的转速也不能过大,否则土壤会因受过大的切
片对土壤微粒的摩擦阻力方向沿斜面向上(土壤微粒向力而被抛起,输送能力降低。
有向上滑动趋势),土壤微粒间内摩擦力的方向与土2.2螺旋角
壤微粒旋转切线方向相反。离心力使土壤微粒间产生
由式(9)可以看出,Q+9<90°,所以&<90°-p。由
压カ,从而导致内外圈土壤微粒旋转速度不一致,进于螺旋叶片同一圆线上的各点半径不同,故各点螺旋
而使土壤微粒间出现剪切运动。土壤微粒作剪切运动角也不同,外径处螺旋角最小,内径处螺旋角最大。为
使被切削的土壤能够顺利推运,培土器内径处螺旋角
时的内摩擦力为F,其与离心力有关,即ャと。以c需满足上述条件。又因a/md,所以,@值取决于
旋转的螺旋叶片作为参考系,土壤微粒m在临界状螺旋导程s和螺旋内径ェ,但后两者的选取必须满足
态下的动态平衡式为:
值的取值要求。
2.3推运能力
mgsin+f=mu-cosa
4
螺旋式培土器的推运能力取决于螺旋的内外径
导程、转速和土壤的填充系数。螺旋面的推运能力可
N=mgcosa+Mu-sina
(5)由下式求出
ST
f=tge
(6)
Q=lm(R2-R2
(10)
式中:ψ为充满系数,取0.3-0.5;R为螺旋外径,
式中:a为土壤微粒与叶片的摩擦角,取30°:;8m:r为螺旋内径,m;s为螺旋导程,m;n为螺旋培士
为土壤微粒内的摩擦角。
转速
min
整理得
在实际设计中,为了提高推运效率,多采用双头
rtg( &t
(8)螺旋叶片。
临界状态下,叶片转速与土壤微粒转速相等,所2.4螺旋面切削量
以式(8)为螺旋式培土器在临界状态下叶片的转动速
螺旋面切削量可近似地按下式求出:V=bnh。式
中:b为培土器工作幅宽,m;为机组前进度,m/s;h
度。将n=50,g=9,8代人式(8)得:
为耕深,m。
n=42.31/tg(J
螺旋弌培土器正常工作时,必须使被切削的土壤
dtgt
付由螺旋面推运出去,即螺旋面的输送量Q要大
式(9)中:为螺旋叶片任意处螺旋角,r、d分别于切削量。
为螺旋轴的半径和直径。
参考文献
1]中国农业机械化科学研究院农业机械设计手册[MI北京:中国农业出版社,2007
2]张鹰,韩国政.磁化培土器工作阻力的测试分析[J]沈阳农业大学学报,1992(A09):25-28
3]陈晓,罗伟.久菱牌3ZP-0.8型甘蔗中耕培土机的研发[J企业科技与发展,2010(9):71-73
Design of Screw-type Furrower of Cultivators
LIU Lin
(Liaoning Institute of Agricultural Mechanization, Shenyang 110161, China)
Abstract: This article deals with the structure and working principle of screw-type furrower of cultivators. The author examines the de
sign and determination of some major technical parameters, including the rotation speed of helical blade, helix angle, and its driving
force so as to provide reference for similar designs
Key words: screw-type furrower; cultivator; design; rotation speed; helix angle
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