草莓培士机的人字形减速器和旋耕刀设计

引言

随着我国科学技术的不断进步,农业也正朝着机械化方向发展,其中草莓种植在我国果业中发展速度最快。由于草莓的特性,草莓的种植规模大小均有,如何减少劳动成本,减轻劳动强度,提高生产利润就成为一个挑战。起垄培土是草莓种植的重要农事操作,为达到草莓的高垄栽培要求,本文设计改进了一款草莓培土机,通过培土机作业,来降低草莓种植户的劳动强度和种植成本,提高生产效率和经济效益。

1一体式人字形减速器

1.1减速器传动

培土机选用汽油机作为动力源,汽油机与减速器之间采用带传动。如图1所示,培土机部分采用链传动,行走轮部分采用齿轮传动,设有两级转速,并设置倒挡跟空挡,通过两连滑移齿轮调整传动比控制输出轴最终转速,进而实现不同的行进速度。

图1传动方案示意图

1.2齿轮参数的初步选定

(1)根据传动要求选择直齿圆柱齿轮传动,压力角a=209。

(2)根据GB/T10095.1一2008《圆柱齿轮精度制第1部

分:轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值》,农业机械中重要齿轮的精度等级应为8级。

(3)选择齿轮的材料为40Cr,调质后表面淬火,硬度280HBs。

(4)齿数:的选择:选择小齿轮齿数,根据计算知大齿轮齿数。:

1.3根据齿轮的齿面接触强度计算

(1)试算小齿轮分度圆直径。

1)根据公式计算接触疲劳强度用重合度系数Zs:

2)接触疲劳许用应力[mH]的计算:

小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为:

根据公式计算应力循环次数:

根据《机械设计》得接触疲劳寿命系数:KHN1=0.94,KHN2=0.96。

取失效概率为1%、安全系数s=1,由公式得:

取[mH]1和[mH]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即:

试算小齿轮分度圆直径:

(2)调整小齿轮分度圆直径。

1)计算实际载荷系数前的数据准备:

圆周速度u:

齿宽b:

2)计算实际载荷系数KH:

3)按实际载荷系数算得的分度圆直径:

4)相应的齿轮模数:

再按齿根弯曲疲劳强度计算齿轮模数,得m=1.755mm。对比计算结果可知,由齿面接触强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,而齿面接触强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关,因此取由弯曲疲劳强度算得的模数1.755mm,就近圆整为标准值m=2mm。

2旋耕刀

2.1旋耕刀的结构形式

直角刀(图2)加工方便、成本低,但不适合在杂草多的土地工作:而弯刀(图3)能够切断草茎并将杂草压向还没有耕作的地方,适合在草多的田地工作。

2.2旋耕刀改进

本文设计的培土结构直接连接在减速箱犁刀轴上,旋耕刀选择直角刀,便于加工,直径选择500mm:同时,按照如图4所示的方案改进刀头形状,来解决缠草问题:另外,在犁刀的两侧分别设置两片仿形挡泥板,在挡泥板的前端设有限深轮。

原理:草莓培土机工作时,动力通过减速箱传递到犁刀轴,犁刀轴带着两侧的刀具进行旋转。土壤在刀具的作用下被打散抛起,在培土机前进时牵引力和犁刀自身旋转的共同作用下,将土壤抛起至犁刀外侧和上端,最后在挡泥板的导向作用下将土壤抛落在垄上,并完成对草莓的起垄培土作业。

3结语

针对现有培土机笨重、开沟起垄深度有限、培土效率低等问题,根据相关资料对减速器和犁刀进行了改进,设计出了新型草莓培土机,可实现不同深度的培土要求。该型培土机最大可实现50cm的起垄高度,既能够满足草莓种植的需要,还能满足其他农作物的种植要求。犁刀最大转速可达600r/min,工作效率高,培土机整体培土效果良好,达到了预期设计目标。