閆樹軍，王 偉，萬(wàn) 暢，李 勇

(塔里木大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300 )

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普通輪式拖拉機(jī)抬升裝置的設(shè)計(jì)與研究

閆樹軍，王 偉，萬(wàn) 暢，李 勇

(塔里木大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300 )

立足于南疆棉花的矮密早膜生產(chǎn)模式，針對(duì)中耕作業(yè)棉農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度較大、投資較大的問(wèn)題，以棉農(nóng)現(xiàn)在普遍擁有的18kW的普通輪式拖拉機(jī)的抬升為研究對(duì)象，在分析研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有大馬力拖拉機(jī)及大輪、高架窄輪拖拉機(jī)的優(yōu)劣勢(shì)基礎(chǔ)之上，在對(duì)拖拉機(jī)不做較大改變及較大投入的前提下，利用現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和創(chuàng)新工具對(duì)普通輪式拖拉機(jī)的整體抬升裝置進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，以保證拖拉機(jī)在抬升之后能有效地完成中耕作業(yè)。同時(shí)，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，對(duì)普通輪式拖拉機(jī)完成二次利用，提高其生命周期，增加了棉農(nóng)收入。

拖拉機(jī)；抬升裝置；棉花中耕；南疆

0 引言

棉花作為南疆最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著支柱作用，近年來(lái)一直采用矮密早膜的生產(chǎn)模式。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展速度的加快，棉花種植從犁、耙到播種、中耕、打藥、采摘及運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，機(jī)械化作業(yè)水平均顯著提高。與此同時(shí)，由于機(jī)械化程度的提高，棉農(nóng)以前購(gòu)買的18kW的輪式拖拉機(jī)在棉花作業(yè)中起的作用也越來(lái)越小，近乎淘汰。棉花生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，棉農(nóng)往往需要購(gòu)置品種繁多的作業(yè)機(jī)械，占用資金大，閑置時(shí)間長(zhǎng)，負(fù)擔(dān)過(guò)重。為解決這一問(wèn)題，更好地發(fā)揮棉農(nóng)現(xiàn)有機(jī)械的作用，對(duì)于普通輪式拖拉機(jī)進(jìn)行一定的改造，讓其能適用中耕作業(yè)就變得尤為重要[1-4]。

1 國(guó)內(nèi)外高地隙、寬輪距拖拉機(jī)研究現(xiàn)狀

在提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度，減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度的大背景下，對(duì)于棉花生產(chǎn)的中耕作業(yè)中如何實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，減小棉農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)、改進(jìn)和生產(chǎn)與之相適應(yīng)的農(nóng)機(jī)具，一直以來(lái)都是一個(gè)熱門話題。早在1980年中國(guó)農(nóng)機(jī)院的戴興任在對(duì)國(guó)外中耕機(jī)械發(fā)展的論述中已經(jīng)將寬幅高效作為機(jī)具發(fā)展的主要趨勢(shì)之一；同一時(shí)間，洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究所的施炯和許兆麟也已經(jīng)開始了窄胎高體輪胎的研發(fā)；2006年，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院的高平和王會(huì)明就開始了輪距液壓無(wú)級(jí)調(diào)整的研究；2008年，福田雷沃國(guó)際重工股份有限公司濰坊農(nóng)業(yè)裝備部的朱曉巖、彭恩波等詳細(xì)地介紹了適合新疆棉花作業(yè)的雷沃歐豹TD750型拖拉機(jī)；2012年，江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司的蔣秀蘭對(duì)江蘇 750H/ 800H 寬輪距高地隙拖拉機(jī)調(diào)研與開發(fā)做了詳細(xì)的介紹；2013年，江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站的王克、莫恭武等已經(jīng)開始對(duì)高地隙寬輪距拖拉機(jī)穩(wěn)定性進(jìn)行分析[4-8]?？v觀國(guó)內(nèi)外拖拉機(jī)的發(fā)展，高地隙、寬輪距拖拉機(jī)的應(yīng)用一定是未來(lái)的主流，但在新機(jī)具不斷創(chuàng)新推出的過(guò)程中，卻沒(méi)有人去關(guān)注棉農(nóng)已經(jīng)擁有了18kW的輪式拖拉機(jī)這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。一臺(tái)大馬力或者高地隙、寬輪距的拖拉機(jī)價(jià)格在幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)不等，團(tuán)場(chǎng)或農(nóng)場(chǎng)等集體購(gòu)買沒(méi)有問(wèn)題，但棉農(nóng)自己購(gòu)買一次性投入過(guò)大，況且機(jī)具應(yīng)用有限，閑置時(shí)間較長(zhǎng)，造成不必要的耗損，得不償失[5-10]。

2 兵團(tuán)南疆棉花種植基本情況

新疆棉花種植趨于全程自動(dòng)化，且又具備獨(dú)特的氣候優(yōu)勢(shì)，棉花種植逐漸轉(zhuǎn)化為矮化密植的生產(chǎn)模式。為適應(yīng)以棉花機(jī)采為主的采摘模式，現(xiàn)在棉花種植主要是以1膜6行為主，采用的是行距100-660-100-660(mm)的種植方式，這就要求拖拉機(jī)工作時(shí)至少要保持1 520mm的輪距；同時(shí),棉花在生長(zhǎng)后期的中耕或打藥階段，生長(zhǎng)高度一般為600～700mm，因此拖拉機(jī)除不允許壓苗之外，還要保證在作業(yè)過(guò)程中不出現(xiàn)掛苗、碰棉鈴的現(xiàn)象，所以拖拉機(jī)高度至少要保證800mm以上；而現(xiàn)在農(nóng)戶所擁有的18kW的輪式拖拉機(jī)輪距只有1 200mm，離地間隙也只有380mm，不能適應(yīng)現(xiàn)在棉花作業(yè)方式下的中耕作業(yè)。

隨著采棉機(jī)的大規(guī)模使用，南疆棉花的生產(chǎn)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化，但由于棉花生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，使得棉農(nóng)需要購(gòu)置品種繁多的作業(yè)機(jī)械，占用資金大；同時(shí),每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)隨著棉花的生長(zhǎng)又具有一定的時(shí)效性，造成大量機(jī)具閑置時(shí)間長(zhǎng)，棉農(nóng)負(fù)擔(dān)過(guò)重。所以，對(duì)現(xiàn)有機(jī)具進(jìn)行合理的創(chuàng)新和改進(jìn)，在不影響作業(yè)環(huán)節(jié)的前提下，能在很大程度上節(jié)約棉農(nóng)的投入成本，提高收入。相對(duì)于投入十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)購(gòu)買大馬力或者是專用的中耕作業(yè)拖拉機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)棉農(nóng)現(xiàn)有的輪式拖拉機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，無(wú)論從哪方面考慮，都顯得合理了很多11-14。

針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)棉農(nóng)已有的輪式拖拉機(jī)進(jìn)行整體抬升，開發(fā)一套與拖拉機(jī)配套的抬升裝置，增加輪距，提高離地間隙，為中耕作業(yè)保駕護(hù)航;在中耕作業(yè)之外，恢復(fù)為輪式拖拉機(jī)本身，完成運(yùn)輸或其他作業(yè)顯得尤為重要。

3 普通輪式拖拉機(jī)抬升裝置的設(shè)計(jì)

3.1 整體設(shè)計(jì)

圖1為18kW普通輪式拖拉機(jī)抬升裝置整體圖。其由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間由帶輪傳動(dòng)，在變速箱里有差速機(jī)構(gòu)，經(jīng)一系列變速后將動(dòng)力傳至變速箱兩側(cè)的鏈輪，經(jīng)鏈傳動(dòng)到機(jī)架；機(jī)架部分在軸兩端安裝有兩根鏈輪作為傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸里端鏈輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，外側(cè)鏈輪與前輪軸套筒上的鏈輪相連，帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)；變速箱側(cè)面的帶輪同時(shí)是一個(gè)離合器，側(cè)后方是操縱桿件(包括離合器、制動(dòng)裝置、換擋桿、方向盤，用于輔助轉(zhuǎn)向的左右離合；同時(shí)在前輪上布置了一套常規(guī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過(guò)桿件由方向盤控制轉(zhuǎn)向。

1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.行走系統(tǒng) 3.變速箱 4.轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 5.車座 6.機(jī)架

3.2 改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱位置布局

為了更方便地將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)變速裝置傳遞到改裝過(guò)的行走系統(tǒng)上，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱與原先拖拉機(jī)相比較位置做了一些改變，距離相對(duì)大了一些，如圖2所示。

1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.離合器及帶輪 3.變速箱 4.機(jī)架

3.3 改進(jìn)后的拖拉機(jī)機(jī)械傳動(dòng)和動(dòng)力傳輸部分

在動(dòng)力傳輸上主要考慮了整體的簡(jiǎn)單有效、機(jī)構(gòu)的緊湊及造價(jià)。改進(jìn)后的裝置仍然由原18kW拖拉機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力傳出后首先到置于變速箱兩邊的1對(duì)鏈輪上，經(jīng)鏈傳動(dòng)再到布置在機(jī)架前端的兩根傳動(dòng)軸，后經(jīng)軸另一端帶輪向下傳輸動(dòng)力至主動(dòng)輪。機(jī)械傳動(dòng)部分如圖3所示，動(dòng)力傳輸示意圖如圖4所示。

3.4 改進(jìn)后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在改進(jìn)時(shí)主要考慮了整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，選用了常見的梯形轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，方向盤與轉(zhuǎn)向器連接，通過(guò)轉(zhuǎn)向搖桿和縱拉桿將轉(zhuǎn)向指令傳遞給轉(zhuǎn)向杠桿，橫拉桿、大架后梁和轉(zhuǎn)向節(jié)臂共同輔助和保障轉(zhuǎn)向有效完成，如圖5所示。

1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.發(fā)動(dòng)機(jī)帶輪 3.B型V帶 4.變速箱帶輪 5.變速箱 6.鏈輪 7.滾子鏈 8.輪胎 9.變速箱放大圖

1.方向盤 2.轉(zhuǎn)向器 3.轉(zhuǎn)向搖桿 4.縱拉桿 5.轉(zhuǎn)向杠桿 6.橫拉桿 7.大架后梁 8.轉(zhuǎn)向節(jié)臂

4 結(jié)論

4.1 特色與創(chuàng)新之處

1)針對(duì)新疆尤其是南疆棉花機(jī)采實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，考慮到南疆棉農(nóng)的實(shí)際困難，結(jié)合了棉農(nóng)已經(jīng)擁有的18kW的輪式拖拉機(jī)長(zhǎng)時(shí)間閑置問(wèn)題，在不過(guò)多增加投資的前提下，對(duì)已有機(jī)具進(jìn)行合理的改造，保證棉花種植過(guò)程中耕作業(yè)的順利完成，達(dá)到減少投入、增加效益的目的。

2)現(xiàn)代拖拉機(jī)的研究重心多集中在動(dòng)力的增大、舒適性的提高、專項(xiàng)作業(yè)機(jī)具的推出及大型聯(lián)合機(jī)具的研發(fā)等方面，而忽略了棉農(nóng)現(xiàn)有機(jī)具的閑置和經(jīng)濟(jì)承受能力問(wèn)題。本研究正是從這點(diǎn)出發(fā)，對(duì)棉農(nóng)已經(jīng)擁有的18kW的輪式拖拉機(jī)進(jìn)行改造，找到改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合棉花種植的農(nóng)藝參數(shù)，利用現(xiàn)代創(chuàng)新方法和工具對(duì)輪式拖拉機(jī)整體抬升裝置進(jìn)行不斷優(yōu)化和改進(jìn)，在保證中耕作業(yè)的基礎(chǔ)上，極大地利用已有資源，提高棉農(nóng)收入。

4.2 存在的不足

18kW普通輪式拖拉機(jī)抬升裝置的研究，是在不改變?cè)侠瓩C(jī)輸出、不增加較大投入的前提下來(lái)完成，所以抬升裝置與拖拉機(jī)有效、實(shí)用的結(jié)合才是問(wèn)題研究的關(guān)鍵。但本研究改進(jìn)后的18kW普通輪式拖拉機(jī)只是在中耕負(fù)荷較小時(shí)進(jìn)行操作，可以保證抬升后的拖拉機(jī)正常工作，而對(duì)于加上較大負(fù)荷后的中耕作業(yè)的整體穩(wěn)定性和完美導(dǎo)向還有待提高。

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Design and Study Wheeled Tractor Lifting Device

Yan Shujun, Wang Wei, Wan Chang, Li Yong

(Tarim University Mechanical and Electrical Engineering College, Alar 843300, China)

This paper is based on southern cotton short film dense early production model for cultivating job farmers labor intensity, greater investment issues to farmers now generally it has 25 horsepower ordinary wheeled tractors uplift for the study,based on analysis of the advantages and disadvantages of existing domestic and foreign high-powered tractors and big wheel, elevated above the narrow wheel tractors in tractor without major changes, without making major investment in the use of modern innovative design methods and innovative tools for ordinary wheeled tractor lifting device research and overall design, the ultimate guarantee of the tractor after the lifting operation can be done efficiently cultivators, on the basis of the cost of ordinary wheeled tractors complete the secondary use, to improve their life cycle, increase farmers income.

tractor; lifting device; cotton cultivators; south Xinjiang

2016-06-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51565052)；塔里木大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合基金項(xiàng)目(ZNTDLH1504)；塔里木大學(xué)青年基金項(xiàng)目(TDZKSSZD201402)

閆樹軍(1980-)，男，陜西蒲城人，講師，碩士，(E-mail)yanshujun0218@163.com。

S219.1

A

1003-188X(2017)08-0252-04