小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì)
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附錄：對(duì)傳輸動(dòng)力輸出和負(fù)載農(nóng)用拖拉機(jī)齒輪選擇在旋耕的作用摘要： 為了讓拖拉機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中獲得更好的性能和耐久性，為這項(xiàng)操作選擇合適的齒輪設(shè)置是必要的。本研究的目的是分析在20cm深的旋耕時(shí)一個(gè)75kW的負(fù)載農(nóng)用拖拉機(jī)的傳輸動(dòng)力輸出和齒輪選擇的作用。為了測(cè)量作用在變速器和動(dòng)力輸出輸入軸的負(fù)載，負(fù)載測(cè)量系統(tǒng)被安裝在拖拉機(jī)上。該系統(tǒng)由測(cè)量轉(zhuǎn)矩的傳遞和動(dòng)力輸出的輸入軸的應(yīng)變儀傳感器，獲取傳感器信號(hào)的一個(gè)無(wú)線電遙測(cè)I / O接口和采集數(shù)據(jù)嵌入式軟件構(gòu)成。旋耕在相同的土壤條件的旱田網(wǎng)站以三個(gè)地面速度和三個(gè)動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行。用雨流計(jì)數(shù)和SWT （史密斯沃森濤培）方程將負(fù)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為載荷譜。對(duì)于每個(gè)齒輪的選擇負(fù)載損壞的總和利用的是改性Miner規(guī)則來(lái)計(jì)算，然后負(fù)載嚴(yán)重性的計(jì)算和損壞總和的計(jì)算同樣重要。當(dāng)PTO轉(zhuǎn)速不變時(shí)，變速器輸入軸的平均扭矩的地面速度顯著地從L1（ 1.87km/h）到L3（ 3.77km/h）。另外，當(dāng)對(duì)地速度不變時(shí)，PTO轉(zhuǎn)速上升的同時(shí)動(dòng)力輸出輸入軸的平均轉(zhuǎn)矩增加。旋耕施加在動(dòng)力輸出輸入軸上的載重顯著比變速器輸入軸大。變速器和PTO軸負(fù)載的嚴(yán)重性增加，同時(shí)作為地面和動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度增加，表明可能降低疲勞壽命。這個(gè)研究的結(jié)果可能會(huì)為齒輪和旋耕的選擇提供有用的信息，不僅考慮耕地效率，還考慮傳輸和動(dòng)力輸出輸入軸負(fù)載的重要性。1、 簡(jiǎn)介 農(nóng)用拖拉機(jī)作為動(dòng)力源通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋，取力器（PTO）設(shè)備，以及液壓管路應(yīng)用于各種野外作業(yè)，如耕作，播種，化學(xué)應(yīng)用，收割，運(yùn)輸。在世界上的很多國(guó)家農(nóng)用拖拉機(jī)的數(shù)量正在不斷增加。例如，在韓國(guó)拖拉機(jī)的利用率已經(jīng)在春季和秋季增加到2010年的農(nóng)業(yè)工作日內(nèi)71.8（Park等人，2010年a，b）。拖拉機(jī)具有不同程度的駕駛和動(dòng)力輸出齒輪設(shè)置，并且所述齒輪設(shè)置的不同組合可用于提供適用于操作類型和耕地條件所需的功率。因?yàn)檩d重作用在拖拉機(jī)上，部分的耐用性和工作性能是由齒輪設(shè)置（ Park等人， 2010年c ）確定的，所以最佳齒輪設(shè)置為操作類型是重要的。拖拉機(jī)零部件的耐用性是需要重要考慮的（Rotz 和Bowers, 1991）之一。西門子和鮑爾斯（ 1999）報(bào)道，由于過(guò)高的運(yùn)行速度，美國(guó)農(nóng)民花了大約40 的總維修費(fèi)用來(lái)修復(fù)拖拉機(jī)和30左右修復(fù)的磨損的動(dòng)力總成零部件。此外，工作性能影響拖拉機(jī)的燃油消耗。在韓國(guó)，由拖拉機(jī)每年的燃料消耗量為345毫升/年的情況下，約占農(nóng)業(yè)機(jī)械（ KAMICO和KSAM ， 2010）的年度總油耗48.5 。因此，分析齒輪選擇過(guò)程中野外作業(yè)的拖拉機(jī)負(fù)荷的影響將是有意義的。 基希勒等（2011）分析了變速器檔位選擇對(duì)拖拉機(jī)性能的影響，并報(bào)道當(dāng)該齒輪設(shè)置在從3.0變公里/小時(shí)8.3公里/小時(shí)的犁耕時(shí)燃料消耗率增加了105，實(shí)施草案增加了28，并且需要的功率增加了255，一些研究分析了在野外作業(yè)的拖拉機(jī)負(fù)荷用于拖拉機(jī)的高效和優(yōu)化設(shè)計(jì)（格拉赫，1966;Han等，1999）范等人，2009）。因?yàn)樗鼜浹a(bǔ)了約30的拖拉機(jī)的總成本，大多數(shù)研究上的負(fù)載分析都集中在傳輸（如金，1998年）。用于傳輸負(fù)載的分析，研究人員分析轉(zhuǎn)矩負(fù)載作用在變速器輸入軸和拖拉機(jī)的字段中的操作，例如犁耕作的驅(qū)動(dòng)車軸（Kim等人，2001; Nahmgung，2001）。在大多數(shù)領(lǐng)域的條件下，對(duì)變速器輸入軸的負(fù)載和驅(qū)動(dòng)車軸用犁耕速度增加。 一些研究中認(rèn)為在旋耕和壓捆操作時(shí)負(fù)載在動(dòng)力輸出軸上。Kim等人（ 2011b ）進(jìn)行分析在壓捆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為75千瓦的拖拉機(jī)的功率消耗，并報(bào)告了功耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗的比率分別為所有動(dòng)力輸出齒輪水平的50-75 。此外， Kim等人（ 2011a）分析了一個(gè)30千瓦的農(nóng)用拖拉機(jī)主要部件（驅(qū)動(dòng)橋，動(dòng)力輸出軸和液壓泵）在犁耕，旋耕，和裝載機(jī)操作時(shí)的功率要求。旋耕所需的最大功率和在過(guò)程中動(dòng)力輸出軸在各組成部分之間的所占功率的最大數(shù)量。綜合以上調(diào)查結(jié)果，旋耕期間在動(dòng)力輸出軸上應(yīng)用合理的載重?cái)?shù)量。然而，關(guān)于傳輸（即，運(yùn)算速度）的影響和在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的拖拉機(jī)載重動(dòng)力輸出齒輪的選擇的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。 這項(xiàng)研究主要是為了最佳的齒輪設(shè)置提供導(dǎo)向做出的努力，既考慮了耕地效率又考慮了主要功率傳輸部件的載重嚴(yán)重性。這項(xiàng)研究的目的就是分析傳輸?shù)妮d重行為的齒輪選擇以及在旋耕過(guò)程中75kW的農(nóng)用拖拉機(jī)的動(dòng)力輸入輸出軸的影響。2、 材料和方法2.1測(cè)量系統(tǒng) 這項(xiàng)研究用到的是一個(gè)75kW的農(nóng)用拖拉機(jī)(L7040, LS Mtron Ltd., Korea) 。這個(gè)拖拉機(jī)的總質(zhì)量為3260千克，體積為4077mm2000mm2640mm（長(zhǎng)寬高）。在引擎轉(zhuǎn)速2300轉(zhuǎn)時(shí)，額定發(fā)動(dòng)機(jī)功率和拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出功率分別為75千瓦和65千瓦。拖拉機(jī)是配備一個(gè)同步-網(wǎng)格類型的由兩個(gè)方向齒輪、四個(gè)主齒輪、四個(gè)副齒輪組成的手動(dòng)變速箱。拖拉機(jī)的16個(gè)向前和16向后地面速度由齒輪設(shè)置組合決定。相應(yīng)的，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出的旋轉(zhuǎn)速度在P1,P2,P3設(shè)置中分別為540 rpm,750rpm,1000rpm。圖一顯示在傳輸裝置上設(shè)置了轉(zhuǎn)矩遙感器和無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)和載重措施的動(dòng)力輸入軸。傳輸裝置和動(dòng)力輸入軸是直接與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸聯(lián)系起來(lái)的；因此，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和輸入軸的速度比率為1:1。載重測(cè)量系統(tǒng)被安裝在離合器殼里面。載重測(cè)量系統(tǒng)由應(yīng)變儀傳感器(CEA-06-250US-350,MicroMeasurement Co., USA)構(gòu)成去測(cè)量轉(zhuǎn)矩，無(wú)線電遙測(cè)I/O接口去獲得傳感器的信號(hào)和一個(gè)內(nèi)置的系統(tǒng)去分析載重。對(duì)于傳輸?shù)妮d重測(cè)量，一個(gè)帶有天線的應(yīng)變儀被安裝在變速器輸入軸中，轉(zhuǎn)子和定子天線安裝在軸的情況。相應(yīng)的，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力載重測(cè)量，一個(gè)應(yīng)變儀安裝在飛輪套筒上，而一個(gè)轉(zhuǎn)子天線和一個(gè)定子天線被安裝在飛輪和引擎的情況下。這個(gè)內(nèi)置的系統(tǒng)有一個(gè)最大的24位的分辨率。校準(zhǔn)扭矩傳感器的應(yīng)變儀的負(fù)載信號(hào)已經(jīng)在24位分辨率下的19.2 khz的采樣率被數(shù)字化了而被存儲(chǔ)在嵌入式系統(tǒng)中(MGC,HMB,德國(guó))。一個(gè)用來(lái)測(cè)量負(fù)載信號(hào)的程序是基于實(shí)驗(yàn)室查看軟件(美國(guó)國(guó)家儀器2009年版本)被開(kāi)發(fā)的。2.2 實(shí)驗(yàn)方法 在田間操作中作用于拖拉機(jī)的荷載取決于許多因素如：土壤條件和駕駛技能。因?yàn)榘阉羞@些因素都考慮進(jìn)去是不實(shí)際的(Nahm-gung,2001),所以在這項(xiàng)研究中將這些因素的影響最小化而專注于地面速度和通過(guò)齒輪選擇負(fù)載上的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速的影響。旋耕是由三個(gè)地面速度和三個(gè)動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度在旱地位置位于北緯355923和355926和東經(jīng)1271256和127133。土壤類型是沙土，平均水分含量為22.3%,和平均圓錐指數(shù)為1236 kPa,在0 - 250毫米的深度。耕地深度設(shè)置為20厘米。相應(yīng)的，變速器的齒輪設(shè)置為L(zhǎng)1，L2和L3齒輪與動(dòng)力輸出齒輪P1，P2，和P3相匹配。齒輪設(shè)置基于一項(xiàng)由Kim等人(2011a)報(bào)道的為年度拖拉機(jī)使用比例的調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行選擇。拖拉機(jī)的地面速度在L1,L2,L3的情況下分別1.87公里/小時(shí),2.64公里/小時(shí),和3.77 公里/小時(shí)，它的動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度在P1,P2,P3的情況下分別為540 rpm,750 rpm,和1000 rpm。旋耕工具是一個(gè)重型旋耕機(jī)(WJ220E、WOONGJIN、韓國(guó))和所需的額定功率,總質(zhì)量，耕地寬度和體積分別為75千瓦，750公斤，2220毫米和1050毫米2390毫米1380毫米（長(zhǎng)度寬度高度）。2.3載荷分析 根據(jù)不同的目的，分析拖拉機(jī)負(fù)荷的程序就會(huì)不同。許多研究人員為了表示載荷已經(jīng)使用簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)如：平均、最大、最小值等。該方法提取代表值用來(lái)顯示幅值的差別,但是因?yàn)樘镆柏?fù)載是不規(guī)則的，所以這種簡(jiǎn)化禁止描述整個(gè)加載配置文件。齒輪設(shè)置對(duì)變速器和動(dòng)力輸出負(fù)載設(shè)置,單向方差分析和最小顯著差測(cè)試(LSD)的影響是由SAS(版本9.1,SAS研究所卡里,美國(guó))傳導(dǎo)的。同時(shí),因?yàn)樨?fù)載導(dǎo)致拖拉機(jī)的損害,拖拉機(jī)零件的疲勞也需要調(diào)查，所以要表示負(fù)載對(duì)拖拉機(jī)的影響是很難的。拖拉機(jī)的疲勞程度被定義為重復(fù)載荷的損失總和(Lampman,1997）。 純樸,Kim等人(1998、2000)提出的另一種表示負(fù)載的方法，這種方法被定義為每個(gè)操作損失總和與所有操作最小損失總和之比。純樸與疲勞壽命成反比。當(dāng)負(fù)載嚴(yán)重越大時(shí),疲勞壽命會(huì)越短。Kim等人.(1998)測(cè)量了作用在傳動(dòng)輸入軸上的負(fù)載和分析了在耕作,旋耕和運(yùn)輸操作時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性。他們發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸操作的負(fù)載嚴(yán)重性與耕作時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性類似。但旋耕時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性約為運(yùn)輸操作時(shí)的63倍。之后，Kim等人（2000）分析了在旋耕期間變速器輸入軸的嚴(yán)重性，旋耕是右四個(gè)拖拉機(jī)的速度組合地面速度(2.9公里/小時(shí)和4.1 km / h)和動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度(588和704 rpm)并且使用了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為30千瓦的拖拉機(jī)。當(dāng)動(dòng)力輸出速度增加到與地面速度相同時(shí)，負(fù)載嚴(yán)重增加了2.3 -2.6倍；而當(dāng)?shù)孛嫠俣仍黾又僚c動(dòng)力輸出速度相同時(shí)，嚴(yán)重性下降了0.2-0.3倍。圖2是一個(gè)解釋嚴(yán)重性計(jì)算過(guò)程的框圖。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)不規(guī)則(熊和Shenoi,2005)，所以使用雨流循環(huán)計(jì)數(shù)法將測(cè)量轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域。雨流循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)通常被認(rèn)為是一個(gè)好的預(yù)測(cè)疲勞壽命的循環(huán)計(jì)數(shù)法（Hong,1991)。它將一個(gè)變幅加載歷史它分解成一系列簡(jiǎn)單的事件相當(dāng)于個(gè)人恒定負(fù)載周期振幅(Glinka和Kam,1987)。此外,Smith-Waston-Topper單軸方法用于計(jì)算譜級(jí)用方程（1）來(lái)去除平均轉(zhuǎn)矩的影響(道林,1972)。 方程中Te相當(dāng)于轉(zhuǎn)矩（Nm），ta是扭矩振幅（Nm），tm是平均轉(zhuǎn)矩（Nm）。因?yàn)闇y(cè)量的負(fù)載數(shù)據(jù)的記錄時(shí)間相對(duì)較短(180 - 200s),所以拓展拖拉機(jī)的旋耕的總的使用時(shí)間的周期數(shù)是非常必要的。為了在負(fù)載的大小上計(jì)算周期的總數(shù),測(cè)試拖拉機(jī)的整個(gè)壽命被假設(shè)進(jìn)來(lái)。負(fù)載周期的總數(shù)由方程（2）進(jìn)行計(jì)算： N7=3600NLh （2）方程中N7負(fù)載周期的總數(shù)目（圈數(shù)），N是測(cè)量負(fù)載的計(jì)算周期數(shù)目（圈數(shù)），L是已用的拖拉機(jī)的整個(gè)壽命（年），h為拖拉機(jī)操作的年使用次數(shù)（小時(shí)/年）。在韓國(guó)，拖拉機(jī)被用來(lái)旋耕的年度使用時(shí)間是204個(gè)小時(shí)(李,2011)。使用的拖拉機(jī)的整個(gè)壽命被認(rèn)為是10年,這是在韓國(guó)農(nóng)業(yè)的條件下的正常的數(shù)據(jù)。對(duì)于拖拉機(jī)的整個(gè)壽命的載荷譜用于旋耕時(shí)在不同的齒輪設(shè)置下由測(cè)量負(fù)載與額定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩負(fù)載之比來(lái)表示,為275海里。兩項(xiàng)之比大于1表明不利的負(fù)載級(jí)別大于額定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩負(fù)載。使用測(cè)量負(fù)載去計(jì)算損失總量和用S-N(彎曲應(yīng)力與循環(huán)的數(shù)量)曲線估計(jì)數(shù)量的周期加載損耗(法特米和陽(yáng),1998)。由于損傷是由轉(zhuǎn)矩信號(hào)引起的，S-N曲線轉(zhuǎn)換為扭矩-周期曲線(Graham 等,1962;阮等,2011)。為了輸入軸的材料得到S-N曲線,SCM 420 h,在方程（3）中使用ASTM標(biāo)準(zhǔn)(2004)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)廣泛的用于材料的疲勞分析(Wannenburg 等, 2009;Mao, 2010). 方程中的N表示周期數(shù)，S表示切削硬度（兆帕）。為了計(jì)算損害總和，負(fù)載譜的等效扭矩被轉(zhuǎn)換成壓力(Rahama 和Chancellor,1994; Petracconi 等, 2010). 變速器和 PTO輸入軸的直徑分別是 28 毫米和 26.5 毫米。 (4)其中，S 是應(yīng)力 (MPa)，T 為等效扭矩 (Nm)，d (mm) 軸的直徑。損傷總和是基于式（5）Miner定律（Miner,1945）計(jì)算的。Miner定律是用來(lái)估算荷載到空載的轉(zhuǎn)數(shù)的(Miner，1945 年; Robson，1964 年;Renius，1977年）。循環(huán)的次數(shù)(n)來(lái)自載荷譜的等效扭矩。派生疲勞壽命轉(zhuǎn)(N)是從S-N 的 SCM 420 H。損壞(D)由轉(zhuǎn)數(shù)除以疲勞壽命轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算得出的。 (5)Dt是損壞總量，ni轉(zhuǎn)數(shù)，Ni是疲勞壽命（轉(zhuǎn)數(shù)）。3. 結(jié)果和討論3.1. 檔位選擇的變速器和 PTO 載荷圖 3 顯示的示例為在對(duì)地速度 L1時(shí)變速器和PTO輸入軸扭矩載荷和旋耕操作期間PTO 轉(zhuǎn)速為P2時(shí)的載荷。旋耕操作包括準(zhǔn)備期，下降 3 點(diǎn)懸掛、 運(yùn)行期，耕地和完成期間上升 3 點(diǎn)懸掛。測(cè)量扭矩在變速器和 PTO 輸入軸在準(zhǔn)備階段陡增，在完成期間下降，扭矩在運(yùn)行期間不規(guī)則波動(dòng)模式出現(xiàn)在這些組件上。在運(yùn)行期間，PTO輸入軸上的測(cè)量扭矩程度和范圍大于變速器輸入軸。表 1 顯示的扭矩水平上變速器和由PTO輸入的軸速度對(duì)地速度(L1、 L2、 L3) 和PTO旋轉(zhuǎn)速度 （P1、 P2、 P3） 的合。平均扭矩只對(duì)運(yùn)行期間數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，不包括準(zhǔn)備和完成期。旋耕期間，PTO輸入軸的平均的扭矩水平大于那些變速器輸入軸齒輪各級(jí)。在旋耕期間主要組件所需力量最大的結(jié)果與Kim et al.(2011a)的結(jié)果相似。在相同的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速下，對(duì)地速度從L1增至L3時(shí)，變速器輸入軸上的平均扭矩大大增加。犁耕提速時(shí)，變速器和傳動(dòng)軸上負(fù)載增加也由 Kim et al.（2011a，b）和Nahmgung（2001 年）發(fā)現(xiàn)。此外，當(dāng)PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)，變速器輸入軸上的平均負(fù)載增加，而在L1P2 和 L1P3 之間負(fù)載值均無(wú)顯著差異。對(duì)地速度和PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)，PTO輸入軸上的平均扭矩增加。這些增量對(duì)PTO旋轉(zhuǎn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)速度有意義，但對(duì)對(duì)地速度沒(méi)有顯著意義。3.2. 受損度評(píng)估圖4 和 5分別顯示旋耕期間變速器和PTO輸入軸由齒輪設(shè)置的載荷譜。載荷譜的建立考慮了拖拉機(jī)的整個(gè)壽命中的轉(zhuǎn)數(shù)，從 103 到107 的范圍內(nèi)。變速器輸入軸的最大扭矩比率的范圍是合速度為 0.7 -1.5，在 L3P1 被發(fā)現(xiàn)的最大扭矩比率，如圖 4 所示。一般情況下，對(duì)地速度和PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)扭矩比率增加。旋耕時(shí)對(duì)地速度和動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速越大，PTO輸入軸上的負(fù)荷越大。如圖 5 所示，PTO輸入軸的扭矩比例大于變速器輸入軸。PTO 輸入軸的最大扭矩比率范圍是0.8-2.5，且最大扭矩比率也在 L3P1被發(fā)現(xiàn)，變速器輸入軸也是如此。動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速越大，PTO輸入軸上負(fù)載越大。圖6 顯示了旋耕期間由齒輪設(shè)置受損度的評(píng)估。每個(gè)齒輪設(shè)置的受損度由合速度中損傷總和與最小的損傷總和的比代表。圖 6 (a) 顯示的輸入傳動(dòng)軸受損度的比較。最小受損度在最低合速度即變速器被設(shè)置到L1， PTO齒輪被設(shè)置到P1時(shí)獲得。合速度增加則受損度增大，在對(duì)地速度增大時(shí)受損度增量變得更大。當(dāng)傳動(dòng)齒輪在相同動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速下從 L1轉(zhuǎn)換到 L3時(shí)，對(duì)地速度增加201%則受損度增加573-746%，。在恒定對(duì)地速度下，PTO齒輪從P1 轉(zhuǎn)換到P3時(shí)PTO轉(zhuǎn)速增加 185%，受損度增加187%-340%。從L1P2轉(zhuǎn)換到L1P3時(shí)，平均負(fù)載只增加了 11%(35.9-38.7 Nm)，這并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)差別，但受損度增加了182%。圖6（b）顯示的輸出輸入軸的振動(dòng)頻率。得到的結(jié)果和變速器輸入軸的情況類似。l1p1速度的組合使得振動(dòng)頻率最小，且復(fù)合速度增加時(shí)，振動(dòng)頻率也增加。值得引起注意的是，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速增加185%時(shí)，振動(dòng)頻率將增加10781655%。動(dòng)力輸出齒輪從速度P1變化到速度P3時(shí)，當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%，振動(dòng)頻率增加139213%。傳動(dòng)齒輪從L1L3的同樣的動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。同時(shí)，平均負(fù)荷與地面速度的增加在統(tǒng)計(jì)學(xué)上分析沒(méi)有差別。結(jié)果表明，在動(dòng)力輸出輸入軸負(fù)載的影響更明顯的是PTO轉(zhuǎn)速而不是地面速度。4.總結(jié)和結(jié)論 這項(xiàng)研究分析了齒輪荷載選擇對(duì)傳輸與一個(gè)75千瓦的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)動(dòng)力輸入軸在旋轉(zhuǎn)耕作的影響。作用在傳動(dòng)裝置和PTO輸入軸的外載荷是在旋耕時(shí)進(jìn)行測(cè)量的。旋耕是在三的地面速度和三軸轉(zhuǎn)速坡高地網(wǎng)站在同一土壤條件下進(jìn)行的。第二，傳動(dòng)和動(dòng)力輸入軸的載荷進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，變速器輸入軸的平均轉(zhuǎn)矩增加顯明顯的地面速度從L1至L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。同時(shí)，在動(dòng)力輸入軸的平均轉(zhuǎn)矩增加，在相同的地面速度PTO的旋轉(zhuǎn)速度增加。 最后，負(fù)載嚴(yán)重的傳輸動(dòng)力輸出和輸入軸進(jìn)行了估算。地面速度和動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速增加時(shí)，變速器的輸入軸和輸出軸的振動(dòng)頻率也增加。當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%，變速器輸入軸的振動(dòng)頻率增加573746%，此時(shí)傳動(dòng)齒輪從L1L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。在相同的地面速度下，振動(dòng)頻率增加了187340%時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速增加185%的動(dòng)力輸出齒輪從P1到P3。變速器輸入軸的疲勞壽命下降時(shí)，聯(lián)合的速度增加，和地面速度的影響更為顯著斜面。的動(dòng)力輸出軸的嚴(yán)重性增加顯著的10781655%時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速增加185%的動(dòng)力輸出齒輪從P1到P3在地面的速度常數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%振動(dòng)頻率增加139213%，此時(shí)傳動(dòng)齒輪從L1L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。在變速器輸入軸和動(dòng)力輸出軸的疲勞壽命是相似的。農(nóng)民往往以更大的行駛速度進(jìn)行旋耕作業(yè)以獲得更大效率（即，更少的時(shí)間）和更大的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速旋耕。然而，更大的行駛和PTO速度，會(huì)造成更大的負(fù)載和較短的輸入軸疲勞壽命。此外，更高的速度，可能會(huì)導(dǎo)致耕作操作后不良的土壤條件。例如，不當(dāng)?shù)母咝旭偹俣瓤赡軙?huì)導(dǎo)致較粗的土壤條件，而輸出轉(zhuǎn)速太快可能會(huì)導(dǎo)致好的的土壤狀況，作物比以前得到生長(zhǎng)更好和更少的環(huán)境問(wèn)題，如水土流失良好。農(nóng)民需要根據(jù)對(duì)作物和土壤條件的設(shè)定選擇最佳的齒輪，而不僅只考慮效率。致謝該研究項(xiàng)目得到了韓國(guó)食品部農(nóng)業(yè)-林漁業(yè)生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的大力支持。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）機(jī)械工程學(xué)院指 導(dǎo)教 師張道德職 稱副教授學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)題目小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容、目標(biāo)和要求（設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計(jì)進(jìn)度等）內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種小型耕地機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)翻土及梳理。能實(shí)現(xiàn)耕牛的替換，每天耕地量為2-3畝，適用于小農(nóng)戶。要求：1. 查閱相關(guān)資料，并翻譯相關(guān)英文資料一篇；2. 完成耕地機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)；3. 機(jī)械裝配圖一份，系統(tǒng)電路原理圖一份。程序清單一份（關(guān)鍵語(yǔ)句必須有注釋）。設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。指導(dǎo)教師簽名：年 月 日基層教學(xué)單位審核 院 （系）審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫院系審核小型自動(dòng)耕地機(jī)設(shè)計(jì)目錄1緒論11.1 國(guó)內(nèi)外耕地機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀11.1.1我國(guó)耕地機(jī)發(fā)展11.1.2 國(guó)外耕地機(jī)發(fā)展51.1.3在海底耕地機(jī)的用途71.2 鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的研究現(xiàn)狀71.3 本論文研究意義92鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式耕地機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論102.1 鏈傳動(dòng)概述102.1.1 鏈傳動(dòng)基本原理112.1.2鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)122.1.3鏈傳動(dòng)的應(yīng)用142.2 鏈傳動(dòng)的失效分析152.3 耕地機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論162.3.1土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)162.3.2土壤工作部件力學(xué)182.3.3小結(jié)切割過(guò)程的分土壤切削阻力分析193鏈刀式耕地機(jī)工作部件的設(shè)計(jì)203.1 耕地機(jī)的工作原理203.2 鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的特點(diǎn)223.3 工作部件基本參數(shù)的選擇223.4 工作部件切削土壤的力273.5 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定和底盤的選擇283.6 鏈刀式耕地機(jī)的整體參數(shù)計(jì)算與確定313.7耕地器的結(jié)構(gòu)323.7.1耕地器的結(jié)構(gòu)分析323.7.2 耕地器的工作原理334結(jié)論與展望344.1結(jié)論344.2觀察研究后根據(jù)鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的傳動(dòng)環(huán)境與切削的分析提出見(jiàn)解344.2.1 根據(jù)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)提出見(jiàn)解344.2.2 土壤質(zhì)地、濕度、硬度對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)的影響354.2.3 研究后對(duì)耕地鏈傳動(dòng)的切削分析354.2.4根據(jù)分析改進(jìn)耕地鏈傳動(dòng)的方式為逆時(shí)針切削方式364.3寫論文的感受36參考文獻(xiàn)38致謝391 緒論1.1 國(guó)內(nèi)外耕地機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀耕地機(jī)的歷史悠久，早期的犁鏵工具1就是耕地機(jī)的雛形，只不過(guò)沒(méi)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。到了上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始，伴隨著機(jī)械化的普及，而且在一些相關(guān)的部件和結(jié)構(gòu)原理沒(méi)有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用機(jī)械耕地機(jī)進(jìn)行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益增多的工作要求，耕地設(shè)備的研究走進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代，較為成型的耕地設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但國(guó)內(nèi)的耕地機(jī)的研究和使用起步比較晚。到了60 年代，旋轉(zhuǎn)式耕地機(jī)2已發(fā)展成為一種先進(jìn)的連續(xù)挖土機(jī)械。適宜開(kāi)挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高，因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。耕地機(jī)在歐洲、美洲各發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本等國(guó)廣泛的應(yīng)用在土方施工領(lǐng)域，僅美國(guó)年需求量就達(dá)數(shù)千臺(tái)。耕地機(jī)發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有德國(guó)、意大利、美國(guó)、俄羅斯和日本等國(guó)。前蘇聯(lián)、意大利、法國(guó)和西德等國(guó)都有不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，有的遠(yuǎn)銷國(guó)外。從 70 年代末期開(kāi)始，以鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國(guó)等國(guó)已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)礁卦O(shè)備。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，城市土方施工工程規(guī)模越來(lái)越大，各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，在耕地機(jī)應(yīng)用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機(jī)后端的可拆卸設(shè)備而被廣泛應(yīng)用。其工作效率突出，且擴(kuò)大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設(shè)需要，鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底耕地機(jī)也有了重要的應(yīng)用。1.1.1我國(guó)耕地機(jī)發(fā)展我國(guó)耕地機(jī)械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式耕地機(jī)、圓盤式耕地機(jī)、螺旋式耕地機(jī)和鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的四個(gè)發(fā)展歷程。在我國(guó)除極少數(shù)單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式耕地機(jī)外,國(guó)產(chǎn)耕地機(jī)仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)的初步階段。首先，在上世紀(jì)50年代主要是犁鏵式耕地機(jī)。這種耕地機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，零部件少，單位功率低，生產(chǎn)率高，作業(yè)成本低，耕地深度為30cm到80cm。主要缺點(diǎn)是機(jī)體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，翼板將土推向兩側(cè)，側(cè)壓板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝3。然后，到了上世紀(jì)70年代又出現(xiàn)了圓盤式耕地機(jī)，它以兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的銑削圓盤，圓盤周圍是銑刀，一般以75 馬力到100馬力拖拉機(jī)牽引工作，前進(jìn)速度 50m/h到150m/h，應(yīng)用較廣，牽引阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)質(zhì)量好，但行走慢，傳動(dòng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，制造工藝要求高，單位功率消耗大，生產(chǎn)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地?cái)嗝媸巧峡趯挏系渍牡固菪危涮讋?dòng)力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機(jī)。由黑龍江建設(shè)兵團(tuán)三師十八團(tuán)研制的單圓盤耕地機(jī)簡(jiǎn)圖3。接著，上個(gè)世紀(jì)九十年代主要以螺旋耕地機(jī)為主，江蘇省農(nóng)機(jī)局技術(shù)中心研制的1KLZ-27 型螺旋耕地機(jī)采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過(guò)程中的切削、提升、拋散一次完成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1.1所示。該機(jī)工作時(shí)土塊呈條狀沿螺旋線導(dǎo)向兩面拋落，以圓錐對(duì)數(shù)螺線為基礎(chǔ)的立錐式刀具，增強(qiáng)了對(duì)不同區(qū)域、不同土質(zhì)的適應(yīng)性，刀片采用組合式結(jié)構(gòu)，刀柄、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命4。1三角帶（三條）2附加大皮帶盤 3三角帶（一條）4機(jī)架 5尾輪 6擋土柵 7括泥板 8耕地具圖 1.1 1KLZ-27 型螺旋耕地機(jī)簡(jiǎn)圖發(fā)展到1999年，在天津工程機(jī)械研究所開(kāi)發(fā)研制出了GC65G型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)。該機(jī)的主要參數(shù)如下：拖拉機(jī)型號(hào)為TN-654L，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 48KW，主機(jī)額定牽引力為 18KN，最小轉(zhuǎn)彎半徑為 4500mm，耕地最深為 1800mm，最寬為 400mm，寬可通過(guò)更換挖掘鏈節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)，挖掘鏈速為 1.8m/s，回填鏟寬度為 1800mm，總體尺寸為長(zhǎng) 7500mm，寬 2230mm，高 2860mm。它是由鏈條帶動(dòng)多片鏟高速小厚度切削，主機(jī)低速前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)挖掘作業(yè)。該機(jī)進(jìn)行挖土工作時(shí)，將土帶到溝面上，并擠向兩側(cè)，螺旋葉片形狀的排土輪由鏈輪驅(qū)動(dòng)，向兩側(cè)分土，清溝器端部設(shè)有浮動(dòng)刮產(chǎn)，可將散土收回刀鏟處，刮平溝底5。于此同時(shí)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行鏈?zhǔn)礁貦C(jī)研究的還有西北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院的楊有剛、劉迎春，他們?cè)?002年研制的在滾子鏈鏈板上加鏈刀附件的耕地機(jī)6。 2002 年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所的一種 1K（Kz）-30型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)如圖 1.3 所示。它主要由齒輪箱、傳動(dòng)鏈、耕地切削刀和分土器等組成?？梢?jiàn)這種鏈?zhǔn)礁貦C(jī)也是在滾子鏈基礎(chǔ)上形成，這種形式的耕地機(jī)對(duì)土壤的性能要求較高，遇到帶有沙石的土壤很難作業(yè)，耕地比較寬，消耗功率大，深度也不夠，鏈條易磨損疲勞失效，使用壽命也達(dá)不到預(yù)期的效果7。1.1.2 國(guó)外耕地機(jī)發(fā)展國(guó)外最早生產(chǎn)耕地機(jī)的國(guó)家主要是美國(guó)和前蘇聯(lián)。其發(fā)展過(guò)程大致也是從犁鏵式開(kāi)始的，目前主要是鏈?zhǔn)礁貦C(jī)。在國(guó)外,耕地機(jī)的使用已經(jīng)非常普遍,許多地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)耕地機(jī)以下簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)國(guó)外的鏈?zhǔn)礁貦C(jī)來(lái)說(shuō)明在國(guó)外耕地機(jī)的特點(diǎn)及大至發(fā)展方向。國(guó)外耕地機(jī)的種類很多，適應(yīng)各種不同施工的需要。最小的耕地機(jī)功率僅有幾千瓦，最大的功率達(dá)到1100kW，質(zhì)量136t。國(guó)外專用耕地機(jī)需求量逐年增大，僅美國(guó)就有 Ditch Witch、Vermeer、Case、Roccaw、Trencor Jetco、Eagle、Tesmec、Cleveland 和 Carptal 等十多家公司生產(chǎn)耕地機(jī)，共有一百多種1。僅以幾家有代表性的公司產(chǎn)品為例說(shuō)明其發(fā)展和研究狀況。美國(guó) CASE 公司挖溝機(jī)。美國(guó)的 CASE 公司成立于 1842 年，由發(fā)明家Jerome Increase Case 建立。CASE 公司經(jīng)過(guò) 100 多年完善，現(xiàn)已發(fā)展成為全世界處于領(lǐng)軍地位的中、小型建筑工程機(jī)械設(shè)備制造商。圖1.4 耕地機(jī)美國(guó)傳特公司的65型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)，如圖1.4所示。耕地傳動(dòng)系統(tǒng)采用多級(jí)變速器，CAT發(fā)動(dòng)機(jī)，型號(hào)65型耕地鏈條驅(qū)動(dòng)，重型機(jī)械驅(qū)動(dòng)，高扭矩，低速度以達(dá)到最大切割齒、挖掘深度、增強(qiáng)生產(chǎn)力和延長(zhǎng)切割齒壽命，具有牢固的組合式耕地臂，獨(dú)特的可更換的耐磨鋼板系統(tǒng)和鏈輪，方便單雙鏈條的應(yīng)用，重型獨(dú)立驅(qū)動(dòng)履帶，三段式履帶伴側(cè)固定，可升降駕駛室，密封性好，舒適的空調(diào)設(shè)備?？刂破?、計(jì)量表、和感應(yīng)器及駕駛室的升降應(yīng)用最新技術(shù)，視野好，駕駛舒適安全8。法國(guó)“馬萊”公司是一家專門生產(chǎn)、租賃埋地電纜和管線鋪設(shè)設(shè)備的公司。無(wú)論是城市道路、公路、鐵路、山路、河岸等伴埋電纜或管道，都可以使用馬萊的耕地、鋪設(shè)聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行快速施工。其鋪設(shè)速度0.52km/h，可以實(shí)現(xiàn)正挖，側(cè)挖，低噪音，無(wú)揚(yáng)塵環(huán)保作業(yè)。它的耕地機(jī)寬度窄，最大限度減小對(duì)交通的阻礙破壞。它的真空吸塵式耕地機(jī)，可以邊耕地邊吸渣土和塵土，是城市環(huán)保型的先進(jìn)作業(yè)機(jī)器。圖1.5為“馬萊”公司生產(chǎn)的SM550C型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)9?？梢?jiàn)，國(guó)內(nèi)耕地機(jī)的研究，現(xiàn)在多數(shù)還局限在犁鏵、螺旋式耕地機(jī)方面，但是，這種設(shè)備不能切挖陡直窄深溝。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院耕作種植機(jī)械研究所了一種 1K（Kz）-30 型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)，不過(guò)未見(jiàn)其鏈?zhǔn)礁貦C(jī)傳動(dòng)機(jī)理及仿生的研究。并且，這種耕地機(jī)鏈條和鏈輪齒的嚙合與非土壤介質(zhì)中的嚙合傳動(dòng)方式?jīng)]什么區(qū)別，仍然是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合傳動(dòng)方式。未能掌握了土壤介質(zhì)中鏈傳動(dòng)機(jī)理，未能表明考慮減少嚙合阻力的結(jié)構(gòu)框架，不能減少土壤介質(zhì)的移動(dòng)阻力，不能達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。國(guó)外耕地機(jī)的研究，從掌握的資料上可以看出，鏈?zhǔn)礁貦C(jī)也只是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合方式。并且國(guó)外耕地機(jī)械的生產(chǎn)已向更加多樣化發(fā)展，但國(guó)外機(jī)械更趨向于專機(jī)專用，耕地機(jī)械只用于耕地，當(dāng)機(jī)械不耕地時(shí)，機(jī)械只能閑置，而根據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情，該機(jī)械不僅可用于耕地，并且能恢復(fù)拖拉機(jī)功能，保證通用性較好。1.1.3在海底耕地機(jī)的用途目前，我國(guó)正處于海上油氣的起步階段，用于海底管線鋪設(shè)的水下開(kāi)淘施工機(jī)械亟待開(kāi)發(fā)?？v觀國(guó)外已有眾多族類的水下管線耕地施工機(jī)械設(shè)備，哪些機(jī)型技術(shù)水平先進(jìn)成熟，經(jīng)濟(jì)性能合理，更適合我國(guó)近海油氣開(kāi)發(fā)的具體國(guó)情，今后我國(guó)海底開(kāi)淘機(jī)械領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)方向如何確定等，都是值得深入研究和探討的。海底管道耕地機(jī)械是伴隨著海洋油氣勘探和開(kāi)發(fā)，從陸地向海洋挺進(jìn)而出現(xiàn)的水下施工作業(yè)機(jī)械。由于世界各地具體海域的條件各異，在眾多族類的水下管線耕地埯工機(jī)械設(shè)備中，目前還沒(méi)有一種能夠在任何水深、管徑、海底土質(zhì)下都能經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行施工作業(yè)的萬(wàn)能型海底開(kāi)淘機(jī)械。四十年代中期，墨西哥灣等地早期油氣開(kāi)發(fā)海域的水深一般較淺，故當(dāng)時(shí)的耕地機(jī)械設(shè)備主要是為滿足于3050m以淺的施工作業(yè)需要雨研制的。六十年代以后，歐洲北海油氣資源的大規(guī)模開(kāi)采得以實(shí)施，特別是七十年代中期一批較大水深的海底管道極需鋪設(shè)，如Fories油田(126m)、Frigg油田(153m)、Brent油田(159m)和Flags油田(158m)等，促使出現(xiàn)了用于100m、150m，乃至300m水深的水下耕地施工機(jī)械。到七十年代末期，為跨越北海的挪威海溝鋪設(shè)海底油氣管道，最大作業(yè)水深達(dá)500m的水下開(kāi)掏機(jī)也隨之誕生。目前，在海底耕地機(jī)族類中，土壤液化埋管設(shè)備的最大作業(yè)水深一般在50m以淺。水力沖射耕地機(jī)械則視所取排泥方式的不同可分別達(dá)到50m、75m、tobm、150m、180m 和300m 等不同的量級(jí)雨使用較多的則是水深100m左右。海底管道耕地犁的設(shè)計(jì)作業(yè)水深一般在150250m左右，盡管90年代初開(kāi)發(fā)的海底管道犁已可達(dá)到1000m水深(如NOs公司的APP犁)的作業(yè)能力但實(shí)際應(yīng)用還是在200m 左右。海底電纜耕地犁的作業(yè)水深則通常在1000m左右。水下機(jī)械耕地機(jī)是現(xiàn)有機(jī)型中設(shè)計(jì)作業(yè)水深最大的機(jī)種，一般為350500m。如：KvaernerMyren型(500m，1978年)、“熱心海貍”型(350m，1979年)、MUT型(365m1980年)和DD型(350m，1986年)。以Heerema集團(tuán)的“熱心海貍”型為倒，1981至1986年間，共在16項(xiàng)工程中開(kāi)挖各類口徑管溝288.2km，其中最大作業(yè)水深在150m的工程有6項(xiàng)，占工程總數(shù)的37.5%10。1.2 鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的研究現(xiàn)狀1999年楊有剛等分析了鏈刀前置式耕地機(jī)的起步加速特性。根據(jù)力學(xué)原理，建立了耕地機(jī)起步加速瞬間的運(yùn)動(dòng)方程，在獲得其前后輪接地載荷的基礎(chǔ)上，對(duì)耕地機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了討論，為整機(jī)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（楊有剛等，1999。）2001年天津工程機(jī)械研究院劉俊英對(duì)耕地機(jī)鏟刀的耐磨合金堆焊工藝進(jìn)行了探討，針對(duì)普通鋼軋制的鏟刀耐磨性較差的缺點(diǎn)，提出采用表而強(qiáng)化的方法制造復(fù)合材質(zhì)的鏟刀。鏟刀基體仍用熱軋件，而在其磨損部位的表而堆焊耐磨材料，強(qiáng)化后的堆焊鏟刀成本為未強(qiáng)化的3-4倍，但其使用壽命是用戶自制的未強(qiáng)化鏟刀壽命的一巧倍，同時(shí)還可減少停機(jī)換刀的時(shí)間及人工費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益明顯（劉俊英，2001。）2001年劉長(zhǎng)榮等在現(xiàn)有耕地機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，與8.8kw手扶拖拉機(jī)配套使用，設(shè)計(jì)出在狹小的葡萄園中開(kāi)出施肥溝的果園耕地機(jī)，耕地機(jī)由尾部操縱手柄通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制工作部件的升降，操作靈活方便。并對(duì)耕地機(jī)切土阻力及整機(jī)功耗進(jìn)行了分部計(jì)算（劉長(zhǎng)榮等，2001。）2004年吉林大學(xué)王云超以美國(guó)凱斯公司生產(chǎn)的鏈?zhǔn)礁貦C(jī)為研究對(duì)象忽略了刀片的影響，建立挖溝器的三維模型，運(yùn)用有限元及ADAMS虛擬仿真軟件等研究了耕地機(jī)的動(dòng)臂裝置一挖溝器的動(dòng)態(tài)特性。得出挖溝器的各階固有頻率以及在不同頻率沖擊力作用下對(duì)應(yīng)的挖溝器的位移和應(yīng)力響應(yīng)特性曲線（王云超，2004。）2004年到2005年江創(chuàng)華等對(duì)履帶式耕地機(jī)的關(guān)鍵部件傳動(dòng)軸進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，該種傳動(dòng)軸及工作裝置支承結(jié)構(gòu)，避免了軸既要傳遞轉(zhuǎn)矩，又要支撐工作裝置的重量，同時(shí)在計(jì)算臂架的強(qiáng)度時(shí)，考慮了機(jī)器轉(zhuǎn)彎給臂架帶來(lái)的附加應(yīng)力。與傳統(tǒng)工作裝置直接支撐在傳動(dòng)軸上相比，傳動(dòng)軸的直徑減小1/2，重量減少1/3，制造成本約減小1/2，是一種比較適合于大型軸類傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式（江創(chuàng)華和趙建輝，2005）。2005年劉迎春等設(shè)計(jì)了一種用于果園的鏈?zhǔn)绞┓矢貦C(jī)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，導(dǎo)出了耕地機(jī)工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)方程，獲得了耕地機(jī)前后輪所受外力的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)其可能的縱向滑移、前傾和橫向傾翻條件進(jìn)行了討論，為耕地機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)（劉迎春和楊有剛，2005。）2006年羅海峰在現(xiàn)有手扶拖拉機(jī)上設(shè)計(jì)一種耕地機(jī)，單邊拋土距離達(dá)到1.0m以上，土壤顆粒細(xì)碎，覆土厚度均勻，能滿足油菜、小麥、蔬菜等農(nóng)作物機(jī)械化種植。通過(guò)對(duì)旋耕機(jī)的工作原理進(jìn)行理論分析，找出合理的旋耕拋土運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)耕地刀在整個(gè)切、拋土過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析，找出耕地切、拋土的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為耕地機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)（羅海峰，2006）。2006年房恩宏確定了能夠滿足耕地寬度為80mm，深度達(dá)2000mm要求的鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的結(jié)構(gòu)，分析了部件的受力情況以及推導(dǎo)了耕地機(jī)的整體功率消耗公式。此外，給出了計(jì)算鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的具體尺寸的步驟，結(jié)合裝配圖的繪制，進(jìn)行了相應(yīng)的部分結(jié)構(gòu)和尺寸的合理化調(diào)整。在設(shè)計(jì)完鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的整機(jī)框架以后，針對(duì)鏈條在土壤中的受力情況，提出了具體的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了課題設(shè)計(jì)的合理性(房恩宏，2006)。2006盧峰提出一種新型刀式礦土復(fù)合型鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)此結(jié)構(gòu)方案的鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的工作原理、總功率的確定等進(jìn)行了理論研究。深入剖析了鏈傳動(dòng)過(guò)程中鏈刀切削土壤的切削機(jī)理，并建立了土壤顆粒由切下、輸送到拋出的運(yùn)動(dòng)模型和所處不同狀態(tài)時(shí)速度計(jì)算公式，而且針對(duì)土壤介質(zhì)鏈傳動(dòng)過(guò)程中鏈條的受力情況、受力計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析和推導(dǎo)(盧峰，2006)。1.3 本論文研究意義耕地機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)、通訊電纜及石油管線的鋪設(shè)、市政施工以及軍事工程的建設(shè)。耕地機(jī)具有專用性強(qiáng)，設(shè)備投資少，可連續(xù)開(kāi)掘，工作效率高等特點(diǎn)，特別是對(duì)于窄而深的溝渠，耕地機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。耕地機(jī)尤其適應(yīng)于土質(zhì)較硬、施工場(chǎng)地狹小，人工無(wú)法開(kāi)挖而挖掘機(jī)等土方機(jī)械無(wú)法作業(yè)的地方。同時(shí)耕地機(jī)的施工成本低于挖掘機(jī)等土方機(jī)機(jī)械的施工成本，甚至比人工施工還低而深受廣大施工單位的歡迎。在國(guó)外，連續(xù)式耕地機(jī)己經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施施工都用專業(yè)耕地機(jī)，很少使用單斗挖掘機(jī)。在我國(guó)除極少數(shù)的單位引進(jìn)國(guó)外的連續(xù)式耕地機(jī)外，國(guó)產(chǎn)耕地機(jī)投入使用的較少。隨著生產(chǎn)建設(shè)全面啟動(dòng)，耕地施工工程的規(guī)模越來(lái)越大，如基礎(chǔ)建設(shè)施工耕地、光纜、電纜、管道鋪設(shè)等方面都面臨著巨大的耕地工作量。特別是在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，果樹(shù)施肥、農(nóng)田耕地、蔬菜園耕地，都是用工量很大的作業(yè)，我國(guó)幾乎都用人工完成。果園、農(nóng)田等的地表不平整，有雜草、樹(shù)枝及石塊等，地下有樹(shù)根，耕地條件比較惡劣，一般耕地機(jī)難以適應(yīng)。因此研制適合我國(guó)土壤情況的耕地設(shè)備，對(duì)提高耕地的效率、減少人力和物力資源的浪費(fèi)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要意義。據(jù)相關(guān)農(nóng)藝要求，所研制的耕地機(jī)必須滿足的技術(shù)指標(biāo)為:純小時(shí)生產(chǎn)效率不低于80m/h;開(kāi)挖深度大于30cm、寬度30cm，溝寬和溝深可調(diào):配套柴油機(jī)動(dòng)力至馬力:溝槽必須一次性開(kāi)挖成型，溝形完整且基本達(dá)到人工開(kāi)挖的效果。耕地機(jī)的耕地裝置是其關(guān)鍵部件，而刀片是影響耕地質(zhì)量、功耗和振動(dòng)等的重要因素，因此有必要對(duì)耕地裝置及刀片結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究分析。本文以耕地裝置為研究對(duì)象，以功耗低、適應(yīng)性強(qiáng)和可操作性好為目標(biāo)，為研究一種適用于開(kāi)挖窄兒深的地下溝槽，埋設(shè)在地下排水管道或鐵道，郵電，城建等部門用于埋設(shè)電纜于管道等要求的鏈刀式耕地機(jī)指出依據(jù).2 鏈傳動(dòng)概述及鏈刀式耕地機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論2.1 鏈傳動(dòng)概述鏈傳動(dòng)是一種用鏈條做中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和繞在兩輪上的一條閉合鏈條所組成11見(jiàn)圖 2-1，它靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與帶傳動(dòng)比較，鏈傳動(dòng)有結(jié)構(gòu)緊湊，作用在軸上的載荷小承載能力較大，效率較高（一般可達(dá)9697），能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)有振動(dòng)和沖擊，瞬時(shí)速度不均勻等現(xiàn)象。鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于在農(nóng)業(yè)、礦山、冶金、建筑、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等機(jī)械設(shè)備中被廣泛運(yùn)用。圖 2-1 鏈傳動(dòng)組成圖鏈傳動(dòng)適用于兩軸相距較遠(yuǎn)，要求平均傳動(dòng)比不變，但對(duì)瞬時(shí)傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格，工作環(huán)境惡劣（多油、多塵、高溫）等場(chǎng)合。 2.1.1 鏈傳動(dòng)基本原理在一般機(jī)械傳動(dòng)中，鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多于兩個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)。按工作性質(zhì)的不同，鏈有傳動(dòng)鏈、起重鏈和曳引鏈三種。傳動(dòng)鏈主要用來(lái)傳遞動(dòng)力，通常都在中等速度（v20m/s）下工作，鏈傳動(dòng)又可以分為滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈和成型鏈。起重鏈主要用在起重機(jī)械中提升重物，其工作速度不大于 0.25m/s。曳引鏈主要用在運(yùn)輸機(jī)械中移動(dòng)重物，其工作速度不大于 2-4m/s。鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá) 5000kw，最高速度達(dá)到 40m/s，最大傳動(dòng)比達(dá)到 15，最大中心距達(dá)到 8m。由于經(jīng)濟(jì)及其它原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于 100kw，速度小于 1215m/s，傳動(dòng)比小于811。鏈條是由若干組件（或元件）以鉸鏈副的形式串接起來(lái)的撓性件，如圖2-2。圖2-2 鏈條2.1.2鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)?，F(xiàn)通過(guò)與齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)做比較，具體介紹一下鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)12。1、鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比較（1）鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率較高鏈傳動(dòng)沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑，因此與帶傳動(dòng)相比,鏈傳動(dòng)能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)和較高的機(jī)械效率。對(duì)要求轉(zhuǎn)速恒定的兩軸傳動(dòng)和多軸傳動(dòng)，采用鏈傳動(dòng)更為適宜。（2）效率較高，=0.98。（3）鏈條對(duì)軸的作用力較小鏈傳動(dòng)的預(yù)緊力比帶傳動(dòng)小得多，因此減輕了施加在軸和軸承上的壓力，減少了軸承的摩擦損失。在低速時(shí)，鏈傳動(dòng)的這一優(yōu)點(diǎn)更為突出。（4）鏈傳動(dòng)的尺寸較緊湊在傳遞相同功率的情況下，鏈條比常用的膠帶要窄些，鏈輪直徑也比帶輪小些，所以鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸要比帶傳動(dòng)緊湊。（5）結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊（6）鏈條裝拆比較方便鏈條可以在連接鏈節(jié)處拆開(kāi)，容易安裝和拆卸。而膠帶一般均是制成無(wú)端的，它要越過(guò)皮帶輪邊緣才能套進(jìn)去，安裝比較困難。特別當(dāng)帶輪位于軸承之間更是如此。（7）鏈傳動(dòng)能在較大傳動(dòng)比和較小中心距下工作鏈傳動(dòng)允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些，因此鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍比帶傳動(dòng)大一些，也更能在較小的中心距下工作。（8）鏈傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)鏈條由金屬制成，能在惡劣的環(huán)境條件下工作，諸如在高溫、油污、粉塵和泥沙等場(chǎng)合，鏈傳動(dòng)遠(yuǎn)比帶傳動(dòng)更為適用。（9）鏈條的磨損伸長(zhǎng)比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)量較小鏈條工作期間的磨損伸長(zhǎng)比膠帶拉伸變形伸長(zhǎng)緩慢并且極限伸長(zhǎng)量可以設(shè)法控制在一個(gè)節(jié)距范圍內(nèi)，因此不必像帶傳動(dòng)那樣要求頻繁地調(diào)整中心距。在設(shè)計(jì)張緊裝置時(shí)，鏈傳動(dòng)要求的調(diào)節(jié)量也較小。（10）由于不需要很大的張緊力，所以作用在軸上的載荷較??；（11）鏈傳動(dòng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ靼踩煽慨?dāng)在可燃?xì)夥障鹿ぷ鲿r(shí)，鏈傳動(dòng)不像帶傳動(dòng)那樣有膠帶打滑發(fā)熱和帶與輪間摩擦生電的現(xiàn)象，所以不會(huì)有引起燃燒的危險(xiǎn)。只有當(dāng)要求噪聲小，不準(zhǔn)有潤(rùn)滑油、中心距很長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速極高時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能不如帶傳動(dòng).2、鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)比較（1）鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低，成本較小這是因?yàn)殒渹鲃?dòng)是一種只有中間撓性件的非共軛嚙合傳動(dòng)，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性。鏈輪的加工與安裝精度，鏈傳動(dòng)的中心距都較齒輪傳動(dòng).對(duì)于已有的鏈傳動(dòng)，欲改變其技術(shù)參數(shù)（如傳動(dòng)比、中心距等）也比較容易實(shí)現(xiàn)。在安裝與維修方面更為簡(jiǎn)單，尤其是在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)中，有著齒輪傳動(dòng)無(wú)法具備的簡(jiǎn)單和輕便。（2）鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損也較輕通常鏈輪有較多的齒同時(shí)與鏈條嚙合，接觸位置接近齒根并且齒槽圓弧大，齒根應(yīng)力集中小，而直齒圓柱齒輪傳動(dòng)一般只有 12 對(duì)齒接觸。因此，鏈輪的承載能力比齒輪大，齒面磨損也比齒輪的齒面輕一些。（3）鏈傳動(dòng)有較好的緩沖、吸振性能由于鏈條具有一定的彈性，再加上鏈條的每個(gè)鉸鏈內(nèi)部均能貯存潤(rùn)滑油，因此它與只有 12 對(duì)剛性很大的齒嚙合的齒輪傳動(dòng)相比，有較好的緩沖和吸振能力.只有當(dāng)受空間限制要求中心距??；瞬時(shí)傳動(dòng)比要求恒定；傳動(dòng)比大；轉(zhuǎn)速極高；噪聲要求小時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能才不如齒輪。3鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)（1）不能保證恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；（2）只能用于平行軸間同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；（3）不適宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用；（4）工作時(shí)存在噪聲；（5）制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高；（6）磨損鏈節(jié)伸長(zhǎng)后運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，易跳齒。由以上比較可以看出，鏈傳動(dòng)的適用范圍很廣。一般說(shuō)來(lái)，適用于大中心距、多軸、傳動(dòng)比要求精確的傳動(dòng)，環(huán)境惡劣的傳動(dòng)，沖擊和振動(dòng)大的傳動(dòng)，大載荷的低速傳動(dòng)，潤(rùn)滑良好的高速傳動(dòng)等都可成功地采用鏈傳動(dòng)。2.1.3鏈傳動(dòng)的應(yīng)用鏈條最早的應(yīng)用可追溯到夏商年代，即三千多年以前。今天，隨著現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)，鏈條工業(yè)正在提供多種多樣的鏈條產(chǎn)品以滿足各方面的需要，鏈條也越來(lái)越多的應(yīng)用在各種各樣的機(jī)械設(shè)備中，主要有：1.叉車提升鏈一般叉車均用兩掛鏈條提升貨物。由于鏈條的鏈節(jié)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不存在附加彎曲應(yīng)力，因此鏈輪直徑可以設(shè)計(jì)得較小，鏈條的使用壽命也較長(zhǎng)。2.摩托車鏈傳動(dòng)摩托車與自行車都采用鏈條來(lái)傳動(dòng)。這一傳動(dòng)特點(diǎn)是：中心距長(zhǎng)，速度變化頻繁，要求寬度窄、重量輕、尺寸緊湊、使用可靠。顯然采用鏈傳動(dòng)是最合適的。3.發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪的傳動(dòng)要求配氣與點(diǎn)火時(shí)間準(zhǔn)確，必須保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。由于鏈傳動(dòng)有良好的同步性，因此對(duì)于曲軸和凸輪間距離較大的內(nèi)燃機(jī)，多采用正時(shí)鏈傳動(dòng)。4.石油鉆機(jī)鏈傳動(dòng)石油鉆機(jī)上大量采用鏈傳動(dòng)，一般使用多排滾子鏈傳動(dòng)，它工作可靠，排除故障速度快，能夠滿足鉆機(jī)工作要求。5.挖掘機(jī)鏈傳動(dòng)它的使用環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常啟動(dòng)與停車，使鏈條受到頻繁的沖擊載荷。一般采用大節(jié)距的彎板滾子鏈。而且結(jié)構(gòu)緊湊，使用非?？煽俊?.谷物聯(lián)合收割機(jī)上的鏈輸送在各種農(nóng)業(yè)機(jī)械上，使用了大量的鏈條。7.油鋸鏈油鋸鏈?zhǔn)且环N帶有刀刃的特殊鏈條，它除了傳遞動(dòng)力外，本身還是截?cái)嗄绢^的鋸條。因此，它可使伐木鋸結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，使用方便。2.2 鏈傳動(dòng)的失效分析由于設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的差異，鏈條與鏈輪的失效形式是多種多樣的。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，可以分成兩種情況：一種是正常失效，鏈條與鏈輪達(dá)到了預(yù)期的正常使用壽命；另一種是非正常失效，即未達(dá)到預(yù)期的正常使用壽命就早期損壞報(bào)廢。以下敘述了鏈傳動(dòng)的失效形式：1鏈條元件的疲勞破壞鏈板的疲勞損壞，在中低速的閉式鏈傳動(dòng)中，鏈板的疲勞斷裂比較常見(jiàn)。鏈板在變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)在板孔兩側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)發(fā)生疲勞破壞。鏈條元件的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素。2鏈條鉸鏈的磨損鏈傳動(dòng)工作時(shí)，滾子套筒的沖擊疲勞損壞。鏈條在與輪齒的嚙入過(guò)程中，由于多邊形效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由嚙入沖擊引起的動(dòng)載荷。在滾子鏈中，嚙入沖擊首先由滾子承受，再?gòu)臐L子傳遞給套筒、銷軸，以及鏈板。這樣，滾子和套筒就受到反復(fù)多次的沖擊載荷，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)就會(huì)發(fā)生小能量沖擊疲勞破壞。由于沖擊能量和速度的平方成正比，所以在中、高速閉式鏈傳動(dòng)中，這種失效形式就比較常見(jiàn)。3 銷軸與套筒的膠合 鏈條鉸鏈在向輪齒的嚙入過(guò)程中，組成鉸鏈副的銷軸與套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并以沖擊方式與輪齒嚙合。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)速升高到一定數(shù)值以上時(shí)，鉸鏈的摩擦表面會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。膠合是一種焊合現(xiàn)象，一旦發(fā)生，則當(dāng)相鄰鏈節(jié)欲作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輕則使鉸鏈摩擦表面擦傷，重則或者使銷軸扭斷或者使銷軸或套筒被強(qiáng)制在板孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鏈條迅速破壞。4 鏈條的磨損 滾子鏈的各元件在工作過(guò)程中都會(huì)發(fā)生磨損破壞，最常見(jiàn)的磨損是指發(fā)生在銷軸和套筒承壓表面的磨損。5 鏈條的靜強(qiáng)度破斷 低速重載的鏈條當(dāng)過(guò)載時(shí)，易發(fā)生靜強(qiáng)度破斷；磨損了的鏈條當(dāng)在鏈輪上發(fā)生爬高和跳齒時(shí)，也易引起靜強(qiáng)度破斷。6 鏈條的多沖破壞 反復(fù)起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)和重復(fù)沖擊工作的鏈條，其組成元件易發(fā)生大能量低周期沖擊疲勞破壞。7 鏈輪齒的磨損、塑性變形和斷裂 由于潤(rùn)滑不良，特別在開(kāi)式傳動(dòng)中，輪齒會(huì)發(fā)生較大的磨損。8 鏈傳動(dòng)的非正常失效 由于鏈條制造質(zhì)量差、安裝精度低、使用不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)方面等原因，會(huì)產(chǎn)生眾多的不正常的失效形式，大大縮短了鏈條的使用壽命。2.3 耕地機(jī)設(shè)計(jì)的初步理論耕地機(jī)屬于土壤挖掘機(jī)械，耕地鏈在工作時(shí)的工作環(huán)境是土壤，這就要求在鏈?zhǔn)礁貦C(jī)設(shè)計(jì)之前要對(duì)土壤學(xué)和土壤力學(xué)等相關(guān)學(xué)科做必要的理論準(zhǔn)備。2.3.1土壤的主要物理力學(xué)性質(zhì)土壤由固體、液體和氣體組成（稱為土壤的固相、液相和氣相）。固相部分包括粗細(xì)不同的礦物質(zhì)顆粒和與它緊密結(jié)合的有機(jī)質(zhì)。在固體顆粒之間的孔隙中，充有水和空氣。礦物質(zhì)一般占土壤固相部分質(zhì)量的95%，它支撐著生長(zhǎng)在土壤中的作物。土壤的機(jī)械組成通常指直徑3mm以下的細(xì)小顆粒，按直徑大小分為砂粒、粉粒和粘粒。隨著所含砂粒、粉粒和粘粒成分的不同，土壤具有不同的物理性質(zhì)。土壤中含粘粒成份越大，則土粒之間的凝聚力越大，耕作時(shí)土壤不易破碎，犁耕的阻力也較小13。土壤耕作機(jī)械的選用、設(shè)計(jì)和研究與土壤的物理力學(xué)性質(zhì)有著十分密切的關(guān)系。下面對(duì)土壤的幾個(gè)重要的物理力學(xué)性質(zhì)做以簡(jiǎn)要介紹與分析。1容重在自然狀態(tài)下，土壤的單位體積質(zhì)量即為容重。一般表示為g = qv（ g /cm3 ）式中：q 為土壤質(zhì)量重； V 為土壤體積。土壤的容重與土壤內(nèi)的孔隙度和固體顆粒密度有關(guān)?？紫抖仍酱螅瑒t容重越小。當(dāng)土壤容重為1 g /cm 3時(shí)，最利于開(kāi)挖14。2濕度在降雨或灌溉之后，耕作層內(nèi)的水有一部分在重力作用下，沿著土壤中大的孔隙或裂縫向下滲透，另一部分則在土粒的吸附作用和毛細(xì)管作用下，保持在耕層之內(nèi)。土壤能保持的最大含水量稱為“田間持水量”，用相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度表示。土壤的濕度對(duì)開(kāi)挖質(zhì)量和牽引阻力有很大影響。土壤過(guò)于堅(jiān)硬，阻力大；如果過(guò)于潮濕，土垡不易破碎。3堅(jiān)實(shí)度當(dāng)壓實(shí)非密實(shí)土壤時(shí)，使其壓痕為12cm時(shí)所需的力稱為單位壓實(shí)力。當(dāng)以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為時(shí)，作用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅(jiān)實(shí)度，則有土壤堅(jiān)實(shí)度同土壤的質(zhì)地和含水量有密切關(guān)系。堅(jiān)實(shí)度越大，土壤承受能力及開(kāi)挖阻力越大。4內(nèi)摩擦力和外摩擦力在土壤內(nèi)部，土粒與土粒之間的摩擦力稱內(nèi)摩擦力，一般與土粒間的接觸面形狀、作用在接觸面上的正壓力和土壤濕度有關(guān)。土壤沿著工作部件表面滑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力稱外摩擦力。當(dāng)外摩擦力大于內(nèi)摩擦力和附著力時(shí)，工作部件的表面就要粘土。因此，在設(shè)計(jì)耕地機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量減少外摩擦力。5土壤的抗剪強(qiáng)度在外力作用下，土壤會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，阻止這種相對(duì)位移的土壤內(nèi)部阻力稱為土壤的抗剪強(qiáng)度。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)土壤破壞時(shí)，正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間存在著線性關(guān)系，有。式中：C為土壤的凝聚力，為土壤的內(nèi)摩。擦角抗剪強(qiáng)度在很大程度上決定著開(kāi)挖質(zhì)量和能量的消耗，與土壤顆粒的大小、分布、土壤密度和濕度有很大關(guān)系。因而其在耕地機(jī)械的設(shè)計(jì)中也是一個(gè)較為重要的參數(shù)14。2.3.2土壤工作部件力學(xué)土壤工作部件力學(xué)研究的目的是：定量地描述工作部件對(duì)土壤的作用，這種力學(xué)有三個(gè)發(fā)展階段14：1.認(rèn)識(shí)階段：作用是反復(fù)的對(duì)之進(jìn)行觀察和記錄。2.定性階段：識(shí)別了作用而且觀察了特定的反作用，現(xiàn)在正處于此階段。有關(guān)土壤工作部件力學(xué)的文獻(xiàn)都是用于定性階段。3.定量階段：用于發(fā)展工作部件力學(xué)原理的一致性原理，在表達(dá)一種現(xiàn)象的時(shí)候，同時(shí)讓考察的各量應(yīng)當(dāng)有一致的明確程度。這一原理的應(yīng)用，可防止過(guò)分地發(fā)展無(wú)用的次性能方程和隨之而來(lái)的復(fù)雜性。采用精確的性能方程定量地描述開(kāi)挖作用的程度，需要一種完整的土壤與工作部件力學(xué)。適用于土壤工作部件力學(xué)的性能方程是少數(shù)的，且其定量評(píng)價(jià)也不是總能得到的，限制力學(xué)發(fā)展的是缺乏表達(dá)性能的基本方程式，完全力學(xué)可描述一種理想的土壤工作部件力學(xué)，對(duì)作用可能有影響的所有簡(jiǎn)單性能都包括在這個(gè)總的力學(xué)中。然而，由于每個(gè)性能并不是總起作用的，一種性能的出現(xiàn)與消失難于察覺(jué)和估計(jì)，因而出現(xiàn)了一種建立在單一性能方程基礎(chǔ)的局部力學(xué)，它可在土壤動(dòng)力學(xué)中解決特殊問(wèn)題，在完全力學(xué)最終發(fā)展起來(lái)之前，只可能發(fā)展局部土壤工作部件力學(xué)，局部力學(xué)與完全力學(xué)的差別之一，完全力學(xué)適用于工作部件對(duì)土壤進(jìn)行作業(yè)的一切可以想象到的情況不受限制，而局部力學(xué)將受到一些限制，應(yīng)用局部力學(xué)可能解釋觀察到的開(kāi)挖作用。傾斜工作部件是在應(yīng)用局部力學(xué)分析的一個(gè)工作部件，在分析這一簡(jiǎn)化部件的作用時(shí)，應(yīng)用了描述開(kāi)挖作用的四個(gè)性能方程15：（1）土壤與金屬的摩擦（2）剪切失效（3）每個(gè)土塊的加速力（4）切削阻力在具體分析開(kāi)挖作用時(shí)，首先給出了土塊的受力狀態(tài)，給出了傾斜工作部件與土壤之間的摩擦力，從而應(yīng)用了第一個(gè)性能方程。在確定剪切面與最大主應(yīng)力之間夾角時(shí)，應(yīng)用分析剪切失效的摩爾圓，從而應(yīng)用了第二個(gè)性能。通過(guò)加速度分析得出了引起加速度的速度，計(jì)算出加速度，從而得到了每個(gè)土塊的加速力應(yīng)用了第三個(gè)性能。土壤的純切削阻力是小的，只有土塊中有石頭或殘根或開(kāi)挖部件刃口變鈍時(shí)，切削阻力才顯重要，不存在上述情況時(shí)，在總阻力中忽略切削阻力，從而考慮了第四個(gè)性能力程15。2.3.3小結(jié)切割過(guò)程的分土壤切削阻力分析切削邊以一定的壓力接觸土壤，使土壤受到擠壓和剪切，當(dāng)壓力繼續(xù)增大，土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土塊被切斷，這是刀具切土壤時(shí)所共有的現(xiàn)象。顯然，切削刃在切削土壤中運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到的阻力來(lái)自三個(gè)方面：一 是土壤原始結(jié)構(gòu)遭到破壞的阻力；二 是土壤的內(nèi)摩擦阻力；三 是土壤與切削刃邊的摩擦阻力。其中前二項(xiàng)之和稱為切削阻力。但是，這三項(xiàng)阻力是同時(shí)存在的，很難區(qū)分開(kāi)來(lái)，所以在計(jì)算時(shí)，將第三項(xiàng)阻力也包括在內(nèi)。因此，切削阻力就是在切土過(guò)程中，土壤作用在切削裝置上的反力。耕地過(guò)程中，切割齒在土壤中連續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割，被切割下來(lái)的土壤，其中一部分在切割刃前面形成土堆，被切割齒帶著向前移動(dòng)。一部分土壤在擠壓力的作用下越過(guò)切割刃前面的土堆進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)。由此可見(jiàn)，在挖掘過(guò)程中切割齒除了遇到切削阻力外，還會(huì)遇到土壤進(jìn)入杯形切割齒內(nèi)的阻力及帶動(dòng)土堆的阻力，后二項(xiàng)合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為挖掘總阻力。3 鏈刀式耕地機(jī)工作部件的設(shè)計(jì)3.1 耕地機(jī)的工作原理鏈刀式耕地機(jī)的結(jié)構(gòu)它主要由機(jī)架、傳動(dòng)、切割、清溝、運(yùn)土等部分組成。動(dòng)力有4.5200kW。鏈刀耕地機(jī)工作部件的耕地寬度和深度，根據(jù)工作要求可以調(diào)節(jié)。對(duì)不同土壤有較強(qiáng)的適應(yīng)性，用途比較廣泛。耕地機(jī)是一種連續(xù)式挖掘設(shè)備，根據(jù)行走裝置不同可分為輪胎式和履帶式。根據(jù)工作裝置的不同，可分為鏈齒式和輪斗式兩大類。另外，由于耕地的深度和寬度不同，品種較多。按排土方式分為地面直排土、膠帶輸送機(jī)排土。地面直排土一般用于小型耕地機(jī)，膠帶排土一般用于大型耕地機(jī)按耕地機(jī)刀型分為鏈斗式、鏈鏟式、鏈齒式、圓盤銑切式、輪斗式和輪齒式等多種形式16。主動(dòng)鏈輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由拖拉機(jī)輸出軸輸入變速箱，經(jīng)變速箱降速增扭之后傳遞給主動(dòng)鏈輪。變速箱固定在支架上，拖拉機(jī)尾軸與變速箱之間以萬(wàn)向節(jié)連接，變速箱固定在拖拉機(jī)尾部。工作時(shí)，拖拉機(jī)以速度V2向前行走，通過(guò)控制拖拉機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速和變速箱，帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪，使耕地鏈條以線速度V1繞主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)作業(yè)。耕地機(jī)工作臂內(nèi)有液壓張緊缸，在新型耕地鏈條伸張時(shí)，可以張緊鏈條。參照傳統(tǒng)的耕地機(jī)，對(duì)鏈?zhǔn)礁貦C(jī)其基本結(jié)構(gòu)研究可以對(duì)其分為四大部分：工作部件；動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)身和安全裝置等16。（1）工作部件：工作部件包括完成主要工作的主動(dòng)型工作部件和完成輔助工作的從動(dòng)型工作部件。主動(dòng)型工作部件是以特種鏈條帶動(dòng)的切削刀片。鏈條帶動(dòng)刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)繼而進(jìn)行挖土工作。（2）動(dòng)力傳動(dòng)部件：機(jī)械式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括萬(wàn)向傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩部分，其動(dòng)力來(lái)自拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸。萬(wàn)向傳動(dòng)是通過(guò)帶有空間可變角度的成對(duì)使用的萬(wàn)向節(jié)傳遞動(dòng)力，適用于可變軸線位置的傳動(dòng)，它連接在拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和耕地機(jī)的減速箱之間。齒輪傳動(dòng)是一級(jí)或兩級(jí)以上的減速裝置，用于成倍地降低動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速并改變動(dòng)力傳遞方向，最終將動(dòng)力傳遞給耕地機(jī)鏈輪并帶動(dòng)耕地鏈進(jìn)行耕地工作。（3）機(jī)身： 包括機(jī)架和成型器。機(jī)架是耕地機(jī)的骨架；所有部件均連接在機(jī)架上。目前我國(guó)旋轉(zhuǎn)耕地機(jī)多采用平行梁架，用鋼管或槽鋼焊合而成。成型器位于機(jī)架的尾部，工作時(shí)起穩(wěn)定作用，并可刮出溝底和溝壁，保持溝型整齊、干凈。（4）安全裝置：安全裝置的作用是防止旋轉(zhuǎn)耕地機(jī)過(guò)載（或過(guò)載時(shí)的保護(hù)措施），保護(hù)拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸和耕地機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。使用最多的是摩擦片式安全離合器，一般安裝在耕地機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入端。此外，變速箱設(shè)計(jì)有一個(gè)倒速檔位，可以在過(guò)載卡住鏈條時(shí)，倒速運(yùn)轉(zhuǎn)，退出卡在重土壤中的鏈條。鏈?zhǔn)礁貦C(jī)由普通拖拉機(jī)提供動(dòng)力，主要由變速器，工作臂梁架，耕地器，液壓升降部件和分土器等部分組成。耕地機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力由拖拉機(jī)后輸出軸輸出至變速器，經(jīng)過(guò)變速傳遞給耕地部分，工作臂通過(guò)液壓系統(tǒng)控制使其后傾一定角度，置于其上的耕地鏈與土壤作用，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈斜向下伸出切土，繼而開(kāi)出斜溝，耕地同時(shí)，利用耕地鏈將沙土帶出溝，并由分土器將沙土攤開(kāi)于溝沿兩側(cè)。處于工作狀態(tài)的耕地機(jī)。耕地鏈工作時(shí)后置前傾一個(gè)角度，耕地時(shí)，在機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，耕地鏈條等工作部件旋轉(zhuǎn),斜向下伸出切土,逐漸開(kāi)出一段斜溝，同時(shí)將沙土帶出溝，并由分土器將沙土推開(kāi)。3.2 鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的特點(diǎn)（1） 工作效率高。耕地機(jī)屬連續(xù)挖掘工作裝置，集挖掘和排土于一體而挖掘機(jī)屬于半連續(xù)挖掘工作裝置，其輔助作業(yè)時(shí)間多，如旋轉(zhuǎn)卸土、再旋轉(zhuǎn)歸位。所以耕地機(jī)的挖溝速度與挖掘機(jī)相比，工效可以提高 35 倍，尤其對(duì)挖掘窄深溝槽，效果更為明顯。（2） 超挖量小。使用挖掘機(jī)挖溝，超挖量大，溝的橫截面呈倒三角形。溝的邊緣不整齊，施工時(shí)不僅挖掘量大，回填量也大。而專用挖溝機(jī)則可以根據(jù)不同管道直徑選擇不同寬度的裝置，溝的橫截面呈矩形。并且挖掘量和回填量都恰到好處據(jù)統(tǒng)計(jì)，二者相比，取土量后者少，總的施工成本可大大節(jié)約。（3） 工作速度快，提高工期完成速度。以光纜鋪設(shè)為例，用來(lái)鋪設(shè) 12 cm直徑的光纜，現(xiàn)在人工挖掘約 50 cm寬 2 m深溝，每人每天最多可挖15 m長(zhǎng)。利用本項(xiàng)目成果的光纜鋪設(shè)裝置，每小時(shí)可開(kāi)挖 8 cm寬 2 m深溝200 m。每天按 8 小時(shí)計(jì)算，提高挖掘工效 100 多倍。并且可挖重土壤，如巖石等。（4）對(duì)于較硬地面，耕地機(jī)可以直接作業(yè)，不需要爆破松動(dòng)。3.3 工作部件基本參數(shù)的選擇工作部件基本參數(shù)的選擇如圖3-3所示。由于動(dòng)力載荷作用在鏈刀上以及切削土壤磨損因素的結(jié)果，使其工作鏈刀的速度受到一定的限制。對(duì)于礦物質(zhì)土壤工作時(shí)，鏈刀速度一般為12m/s17。圖3-3 縱向耕地機(jī)工作部件基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度取決于機(jī)器的生產(chǎn)率與溝槽的截面積。 (3-1) 式中：理論生產(chǎn)率 溝寬（m） 溝深（m）鏈刀運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度按下式計(jì)算： = （m/s） (3-2)式中：鏈刀速度 (m/s) 鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度（m/s） 工作鏈刀對(duì)水平面的傾角，一般取，此角影響鏈刀之間土壤的充滿程度。鏈刀絕對(duì)速度向量的傾角按下式計(jì)算： （3-3）鏈刀高度。若增加鏈刀高度，則鏈刀遇到障礙時(shí)，鏈?zhǔn)焦ぷ鞑考锏呢?fù)荷就會(huì)增加。刀片節(jié)距可按下式進(jìn)行初步計(jì)算，刀片切削厚度： (3-4)耕地機(jī)運(yùn)動(dòng)速度與鏈刀的切削厚度的協(xié)應(yīng)關(guān)系如圖3-4.，根據(jù)該圖，可以得出二者的關(guān)系如下： （3-5） 圖3-4 耕地機(jī)作業(yè)速度與切削厚度的協(xié)應(yīng) 由于實(shí)際耕地過(guò)程中，所以上式可以簡(jiǎn)化為：，則可知：。即、近似互余。當(dāng)在合理切削土壤的條件下可采用下式： (3-6)式中：刀片節(jié)距（m） 刀片厚度（m）對(duì)于B型刀片的寬度，即是暗渠的溝寬B。B型刀，工作部件的切削厚度： （m） (3-7)對(duì)于預(yù)選的刮刀高度和節(jié)距應(yīng)當(dāng)驗(yàn)算其輸送能力，正確的選擇鏈刀高和刀片寬度。則、應(yīng)當(dāng)滿足下列條件: (3-8) 式中：給定的生產(chǎn)率（ 鏈刀式工作部件按排出能力計(jì)算的生產(chǎn)率（ 土壤松散系數(shù) 與鏈條運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的散開(kāi)系數(shù)。見(jiàn)表 3-1。表3-1 土壤散開(kāi)系數(shù)0.111.52 0.97 0.92 0.850.75由于土壤散開(kāi)系數(shù)和鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度有直接關(guān)系，所以需要對(duì)鏈刀的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行研究。耕地時(shí)，刀鏈?zhǔn)艿絼?dòng)力的驅(qū)動(dòng)和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)軸承將發(fā)生磨損和曠動(dòng)，為了保證作業(yè)質(zhì)量和避免過(guò)分的振動(dòng)，對(duì)刀鏈的運(yùn)動(dòng)速度須作一定的限制。根據(jù)試驗(yàn)，前蘇聯(lián)學(xué)者推薦的刀鏈線速度 v c值為：沙性土 12m/s;泥炭土 34m/s18。本課題中取鏈刀運(yùn)動(dòng)速度為 1.5m/s，則相應(yīng)的土壤散開(kāi)系數(shù)為 0.85。對(duì)于鏈刀的排土能力的計(jì)算生產(chǎn)率，可以通過(guò)鏈條水平傾角與土壤的自然休止角進(jìn)行比較得出：其比較原理如下： 當(dāng)時(shí)， （ (3-9) 當(dāng)時(shí)， ( (3-10) 當(dāng)時(shí)， （ (3-11)式中：鏈刀高度（m） 松散土壤的自然休止角 刀片節(jié)距（m） 刀片寬度（m） 鏈刀速度（m/s）對(duì)于土壤的自然休止角，是土壤自然條件下，不滑坡的最大傾斜角度，實(shí)際土壤試驗(yàn)中可以利用休止角測(cè)定儀進(jìn)行土壤休止角的測(cè)量，本文根據(jù)實(shí)際耕地情況，重壤土的休止角為 3040，具體的情況需根據(jù)具體的土壤情況而定，下表給出了常見(jiàn)的土壤休止角的對(duì)照表19：表 3-2 土壤自然休止角（）土的名稱 干的度數(shù)濕潤(rùn)度數(shù)潮濕的度數(shù)礫石404035卵石 354525粗砂303227 中砂283525細(xì)砂253020重粘土453515亞粘土、輕粘土504030土的名稱干的度數(shù)濕潤(rùn)度數(shù)潮濕的度數(shù)輕亞粘土403020腐植土403525填方的土354527考慮鏈刀的高度，取=50mm,=76.2mm。由于 Max () =700所以有：的取值范圍是：所以取上面的（3-8）式。計(jì)算 從而由式 3-7 有：4 mm 。從而為保證土壤切削后能夠正常被鏈刀帶出溝，鏈刀的寬度最小不能小于4mm。3.4 工作部件切削土壤的力本課題耕地機(jī)的耕地鏈可以近似看作是豎直刮刀形式，根據(jù)現(xiàn)有參考資料，有豎直刮刀的切土阻力的計(jì)算式20為： （N） (3-12) 式中： 蘇聯(lián)道路科學(xué)研究所堅(jiān)實(shí)度計(jì)沖擊值 切削厚度，（cm） 刀片厚度，（cm） 刀片切削角，(0） 刀片尖角計(jì)算系數(shù)對(duì)上式進(jìn)行單位歸一化處理20有： (3-13) 應(yīng)用本課題中，上式中切削厚度和刀片厚度做相應(yīng)調(diào)整21得： (3-14) 耕地機(jī)耕地總切削阻力是根據(jù)所有切削刀在土壤中同時(shí)作用的情況進(jìn)行計(jì)算，作用在鏈條上的力為： （N） (3-15)式中：切削土壤的阻力（N）； 同時(shí)與土壤作用的刀片數(shù)。對(duì)于采用B型刀的挖縱向溝一次切削和分層切削形式的工作部件： (3-16) 式中：溝深（m）。其它代號(hào)與前式相同。3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的確定和底盤的選擇耕地機(jī)的傳動(dòng)總功率可按下式計(jì)算：（kW） (3-17) 式中：工作部件鏈條傳動(dòng)所消耗的功率（kW）； 機(jī)器前進(jìn)所需的功率（kW）； 輔助機(jī)械的傳動(dòng)所消耗的功率（kW）。 工作部件鏈條傳動(dòng)所消耗的功率： （kW） (3-18)式中：絞龍推運(yùn)土壤刀溝旁所消耗的功率（kW）； 、鏈刀工作部件傳動(dòng)效率（）； 切削土壤功率。 （kW） (3-19)式中：切削總阻力（N）； 鏈刀絕對(duì)速度（m/s）。沿溝升運(yùn)土壤所消耗的功率，可按下式求出： （kW） (3-20)式中：工作部件的理論生產(chǎn)率； 土壤容重；土壤容重21是土壤在未破壞的自然結(jié)構(gòu)下，單位容積中的重量，通常以克/立方厘米表示。土壤容重大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作層土壤容重 11.3 克/立方厘米，土層越深則容重越大，可達(dá)1.41.6克/立方米。 溝深（m）； 考慮土壤顆粒在鏈刀與溝側(cè)壁間滯塞的可能的系數(shù)，濕的和粘的土壤=1，干的和粘結(jié)不緊的土壤=1.051.15;長(zhǎng)方形鏈刀=1.21.25；菱形鏈刀=1.0； 鏈刀卸土平均高度（m） （m） （3-21） 式中：刀片節(jié)距（m）； 鏈刀運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度對(duì)水平面的夾角（）。被運(yùn)送土壤與溝道土壤摩擦所消耗的功率，按下式計(jì)算： （kW） （3-22）式中：土壤與土壤的摩擦系數(shù)（見(jiàn)表3-3） 其它符號(hào)與上式相同。表3-3 和值項(xiàng)目沼澤泥炭土重粘土壤土重壤土1518245109180.91.00.81.00.70.80.70.8選擇拖拉機(jī)的功率： （kW） （3-23）式中：工作部件鏈條傳動(dòng)所消耗的功率（kW）；機(jī)器前進(jìn)所需的功率： （kW） （3-24）式中；總的牽引阻力（N）； （鏈刀工作部件水平移動(dòng)的工作速度）（m/h）； 行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，。對(duì)于機(jī)組前進(jìn)行走阻力，可以做受力分析圖3-5.圖3-5 機(jī)組前進(jìn)受力圖式中：耕地鏈傳動(dòng)效率 機(jī)組行走傳動(dòng)效率輔助機(jī)械的傳動(dòng)所消耗的功率： （kW） （3-25）式中：工作部件鏈條傳動(dòng)所消耗的功率（kW）； 機(jī)器前進(jìn)所需的功率（kW）。3.6 鏈刀式耕地機(jī)的整體參數(shù)計(jì)算與確定根據(jù)課題中的耕地要求,這種新式鏈?zhǔn)礁貦C(jī)的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)挖深窄的溝,最大耕地深度為 1500mm至 2000mm，溝寬限制在 100mm至 80mm。根據(jù)耕地要求，將設(shè)計(jì)參數(shù)定為: BT =80mm;溝深Ht=1500mm;在土壤類型為重土壤時(shí)，理論生產(chǎn)率 20m3/h，鏈刀運(yùn)動(dòng)速度Vc=
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