1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机的设计

0 引言
　　长期以来，以铧式犁为主的连年翻耕的耕作制度致使在耕层底部形成坚硬的犁底层，土壤保墒能力降低，影响作物根系的生长发育。采用深松作业可以打破犁底层，疏松土壤，为植物根系提供更大的伸展空间[1～2]。然而，普通深松机在作业中普遍存在着牵引阻力大的问题[3]，这使得农村大量的中小型拖拉机无法完成深松作业。为减小深松机牵引阻力，依据振动作业阻力小于不振动作业阻力[4]，本文设计了1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机。
1 整机结构及工作原理
1.1整机结构
　　双排深松铲逆向振动深松机主要由机架、上悬挂、转向器、联轴器、输出轴、六杆振动机构、前排深松铲、后排深松铲、限深轮等组成。整机结构如图1所示。该机的主要技术参数如表1所示。
1.2工作原理
　　1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机与拖拉机三点悬挂联结。深松机转向器输入轴通过万向传动轴与拖拉机动力输出轴联结。拖拉机牵引机具作业时，通过拖拉机的液压系统，将深松铲入土，利用限深轮来控制深松深度。双排深松铲逆向振动深松机的空间机构简图如图2所示，拖拉机动力输出轴通过万向传动轴将动力传给转向器，经过转向后将动力传递给传动轴，传动轴带动以偏心套为曲柄的六杆机构运动，使深松铲产生摆动运动（即振动）。由于前、后排深松铲的铰接位置不同，前、后排深松铲的振动方向始终相反，从而实现机具在行走的同时前、后排深松铲逆向振动的目的。
表1 主要技术参数
Tab 1 Technical parameters of vibration subsoiler
参数 数值
外形尺寸(长×宽×高)/mm 1345×2200×1460
配套动力/kW 60
作业行数 　4
深松间隔/mm 　600
　　工作振幅/mm 　30
　　深松深度/mm 　20/28/36
　　深松铲入土角/（°） 　35

               （a）二维结构示意图                                    （b）三维实体造型
1.拉杆 2.转向器 3.机架 4.上悬挂 5.联轴器 6.传动轴 7.轴承座
8.振动机构9.限深轮10.后排深松铲 11.前排深松铲
图1 双排深松铲逆向振动深松机
Fig.1 Structure of vibration subsoiler

1. 机架 2.转向器 3.转向器输入轴 4.联轴器 5.传动轴 6.偏心套 7.连杆(一) 8.横轴 9.前排深松铲
10.连杆(二) 11.后排深松铲
图2 机构简图
Fig.2 Diagrammatic sketch of mechanism
2 主要部件设计
2.1机架
　　深松机最大耕深36cm，作业时阻力很大。如果机架强度不够，会发生扭曲、弯曲现象，影响作业质量，因此选材时要慎重[5]。机架主体采用80mmX80mmX5mm的方钢管焊接而成，下悬挂板采用15mm厚的钢板直接焊接在机架主体上。
2.2深松铲
　　深松铲包括前排深松铲和后排深松铲，结构如图3所示，其中铲柄通过螺栓和铲座连接，铲头通过销和铲柄连接，为防止作业时销脱落，在销的一端采用弹性挡圈来定位。前、后铲座都是焊接而成，制造工艺简单。为保证后排深松铲的强度及刚度，在后排铲座右上方加一个加强杆，考虑到安装的方便，加强杆和后排铲座采用螺栓连接。
 
　　　(a)前排深松铲             (b)后排深松铲
1.铲座 2.螺栓3.铲柄4.销 5铲头 6.加强杆
　　图3 前、后排深松铲
Fig.3 Front and back row sub-soiling shovels
　　铲柄采用20mm厚的钢板切割而成，其上设有两个安装孔，在其切割土壤的一侧设计成双面楔形，夹角为55°以减小土壤阻力。铲柄制作容易，成本较低，加工时应保证入土角为35°，铲柄结构如图4所示。
　　铲头采用凿形铲，铲头宽50mm。采用钢板焊接而成，制造工艺简单。磨刃方式会对深松比阻产生影响，采用上磨刃方式使深松比阻较下磨刃方式大，为降低深松比阻，采用下磨刃方式[6]。铲头结构如图5所示。

　　图4 铲                  图5 铲头
Fig.4 Shovel shaft           Fig.5 Shovel
3机构振动运动过程分析
　　作业时，偏心套逆时针匀速转动，如图6所示，最大偏心位置在最上端时设为起点位置。偏心套转过的角度用来表示表示。机构运动过程如图7所示，前、后排深松铲分别与机架铰接于A、B点。偏心套处于起始位置时（），前、后排深松铲字在图中虚线位置。由到的过程中，前排深松铲绕A点顺时针转动，后排深松铲绕B点逆时针转动，其中时，前、后排深松铲的铲尖处于同一水平线上，如图中实线位置所示。时，前、后排深松铲到达图中双点划线位置。在由180°到360°的过程中，前排深松铲绕A点逆时针转动，后排深松铲绕B点顺时针转动，时，前、后排深松铲铲尖又回到同一水平线上。当时，前、后排深松铲重新回到图中虚线位置。这样，在偏心套转动的过程中，前、后排深松铲铲尖的振动方向始终相反。

图6 偏心套方位示意图
Fig.6 Position schematic diagram of
eccentric bushing
　　前排深松铲铲尖的振幅b由偏心套的偏心距e、连杆（一）和前排深松铲的铰接点到A点的距离f、铲尖到A点的距离d共同决定，。后排深松铲铲尖的振幅c在设计时尽量和前排深松铲铲尖的振幅接近。本文所设计的前、后深松铲铲尖振幅均为30mm。
　　

1.偏心套 2..连杆（一） 3.连杆（二） 4.机架
5.前排深松铲 6.后排深松铲
　　　图7 深松铲振动运动过程分析
　　　Fig.7 Motion analysis of sub-soiling shovels vibrating mechanism
4 结论
　　（1）1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机结构布局合理，紧凑，机构设计独特。采用六杆机构，实现了前、后排深松铲的逆向振动。该机理论上可以达到降低牵引阻力的目的。
　　（2）1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机对相关机具的设计起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 郭新荣.土壤深松技术的应用研究[J].中国知网数据库,http://www.cnkikbs.com/2005 ,25 (1):74～77.
[2] 张春平,王丽.试论深耕深松机械化技术[J].农业技术与装备,2008 (2):22 ,24.
[3] 李艳龙,刘宝,崔涛,等.1SZ-460型杠杆式深松机设计与实验[J],农业机械学报,2009(9):37-38.
[4] 王俊发，刘孝民.振动深松机理的探讨[J].佳木斯大学学报，2000，18（4）：334-338
[5] 北京农业机械化学院.农业机械学(上)[M].北京:农业出版社,1992.
[6] 陈明,谷谒白,刘向阳.全方位深松部件结构参数的试验研究[J].北京农业工程大学学报,1995,15 (1):28