楊 天，趙武云，辛尚龍，陳伯鴻，曲 浩

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

我國果園種植面積約1.19×107hm2，水果產(chǎn)量2.57×108t，主要集中在山東、陜西、甘肅等地的丘陵山地地帶[1-2]，傳統(tǒng)的輪式拖拉機(jī)由于轉(zhuǎn)彎半徑大、爬坡能力差及動力匹配不合理等問題無法適用于丘陵山地果園中，應(yīng)用廣泛的三點(diǎn)懸掛裝置需要操作人員將掛接銷軸插入球鉸及上懸掛點(diǎn)孔內(nèi)，由于機(jī)具懸掛點(diǎn)位置固定，使得掛接難度高、效率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力[3-6]，四點(diǎn)剛性懸掛由于每次換裝機(jī)具均需人工拆裝螺絲，換裝效率也無法保證。因此有必要設(shè)計(jì)一款基于履帶式動力底盤的農(nóng)機(jī)具快速換接裝置，以提高丘陵山地果園的農(nóng)機(jī)具換接效率及作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)而提升果園機(jī)械化水平。

國內(nèi)目前對于農(nóng)用快速換接裝置的研究較少，賈朝陽等[7]設(shè)計(jì)了一種基于三點(diǎn)式懸掛的快速掛接器，該掛接器仍沿用三點(diǎn)式懸掛方式，無法有效解決動力自動對接問題。王延宏等[8]設(shè)計(jì)的機(jī)具換接裝置作業(yè)過程省去大部分人工操作，但仍需操作人員將機(jī)具輸送至換接機(jī)架并手工安裝傳動軸。高巧明等[9]設(shè)計(jì)了履帶式動力底盤的四點(diǎn)剛性懸掛系統(tǒng)，需要人工運(yùn)送機(jī)具、接合動力、連接螺栓，并未實(shí)現(xiàn)真正的快速換接。對于目前應(yīng)用較為廣泛的果園多功能田園管理機(jī)，動力結(jié)合大都為齒輪連接，更換機(jī)具后動力結(jié)合即可完成，但機(jī)具更換及鎖緊均需2人左右配合作業(yè)才能完成，耗時(shí)費(fèi)力。這些產(chǎn)品及設(shè)計(jì)雖然提高了農(nóng)機(jī)具的配套率，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，但并不能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)具的快速換接，在實(shí)際生產(chǎn)過程中均需要多人配合才能有效完成機(jī)具調(diào)整及換裝。

本文在充分研究現(xiàn)有農(nóng)機(jī)具掛接方式的前提下，以自行研制的果園履帶式動力底盤為基礎(chǔ)，擬設(shè)計(jì)一種農(nóng)機(jī)具快速換接裝置，確定其結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵參數(shù)，通過理論分析與靜力學(xué)分析確定方案可行性，并進(jìn)行快速換接試驗(yàn)及田間試驗(yàn)，以期實(shí)現(xiàn)不降低農(nóng)機(jī)具掛接穩(wěn)定性與作業(yè)質(zhì)量的前提下提升多種農(nóng)機(jī)具的換接效率的目的。

1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 快速換接裝置整體結(jié)構(gòu)

快速換接裝置整體結(jié)構(gòu)由提升架與掛接架組成，如圖1所示。提升架與履帶式動力底盤尾部變速箱連接，提升架動力輸入鏈輪與變速箱輸出軸同軸連接，掛接架固定于各類作業(yè)機(jī)具上部，快速換接過程由提升架與掛接架之間的配合懸掛與脫離完成，掛接架結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝在各類農(nóng)機(jī)具上部以實(shí)現(xiàn)機(jī)具與提升架的掛接，從而實(shí)現(xiàn)多種農(nóng)機(jī)具的快速換接。

1.提升架;2.掛接架;3.機(jī)具

提升架由主機(jī)架、升降液壓缸、鎖緊液壓缸、鎖緊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、定位爪具及聯(lián)軸器等組成，如圖2所示。機(jī)具架由兩個(gè)平行的側(cè)板通過矩管連接組成，兩個(gè)側(cè)板前端均設(shè)有掛接槽；升降液壓缸一端鉸接于履帶式動力底盤，另一端與主機(jī)架一側(cè)側(cè)板后端的鉸接孔連接，對置側(cè)板設(shè)置傳動裝置，傳動裝置輸入端與履帶式動力底盤變速箱輸出端同軸連接；鎖緊液壓缸一端與傳動鏈一側(cè)的側(cè)板連接，另一端通過銷軸與鎖緊爪具連接；鎖緊爪具與鎖緊液壓缸平行，鎖緊爪具爪頭與機(jī)具架側(cè)板平行；定位爪具前端設(shè)置兩塊定位槽對鎖緊爪具進(jìn)行限位；聯(lián)軸器輸入端設(shè)置花鍵槽倒圓角，方便機(jī)具傳動軸花鍵進(jìn)入聯(lián)軸器花鍵槽以完成動力結(jié)合。

1.鎖緊爪具;2.主機(jī)架;3.升降液壓缸;4.鎖緊液壓缸;5.傳動裝置;6.聯(lián)軸器;7.定位爪具;8.鎖緊機(jī)構(gòu)

掛接架由上掛接桿、下掛接桿、掛接板等組成如圖3所示。上掛接桿與下掛接桿平行，將各掛接板連接固定并垂直于作業(yè)機(jī)具上部，下掛接桿同時(shí)作為機(jī)具傳動軸保護(hù)套管。機(jī)具傳動軸輸入端花鍵倒圓角，便于進(jìn)入聯(lián)軸器花鍵槽內(nèi)。

1.上掛接桿;2.掛接板;3.下掛接桿;4.傳動軸

1.2 工作原理

圖4為履帶式動力底盤通過快速換接裝置掛接不同農(nóng)機(jī)具的示意圖?？焖贀Q接裝置提升架安裝在履帶式作業(yè)車變速箱輸出軸上，掛接架固定在各作業(yè)機(jī)具上部。掛接機(jī)具時(shí)，升降液壓缸伸長至行程最遠(yuǎn)處配合履帶作業(yè)車行走，并盡可能使提升架掛接槽與掛接架掛接板平行，鎖緊爪具爪頭與掛接架掛接板對正，此時(shí)收縮升降液壓缸并倒車使掛接槽進(jìn)入上掛接桿正下方后伸長升降液壓缸，通過提升架掛接槽帶動上掛接桿上升，并使下掛接桿在重力作用下進(jìn)入主機(jī)架定位板定位槽內(nèi)并貼合，此時(shí)位于中部的掛接板已進(jìn)入鎖緊爪具爪頭內(nèi)，收縮鎖緊液壓缸，鎖緊爪具帶動機(jī)具傳動軸花鍵進(jìn)入聯(lián)軸器內(nèi)部花鍵槽內(nèi)，繼續(xù)收縮鎖緊液壓缸使下掛接桿上的鎖定圓面進(jìn)入定位槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)動力結(jié)合的同時(shí)完成機(jī)具鎖定。機(jī)具拆卸過程與上述過程反順序操作。

圖4 果園履帶式動力底盤掛接機(jī)具示意圖

2 快速換接裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)架架體與掛接架設(shè)計(jì)

快速換接裝置提升架的主機(jī)架由側(cè)板為8 mm厚的鋼板通過兩根50 mm×30 mm×4 mm的矩管焊接而成。整個(gè)提升架重量輕、綜合力學(xué)性能好，滿足換接過程及作業(yè)過程中的力學(xué)條件。如圖5所示。

1.側(cè)板;2.鎖緊導(dǎo)向板;3.懸掛環(huán);4.升降槽;5.鎖緊鉸接端;6.傳動盒;7.定位槽;8.定位板;9.掛接槽

掛接架上掛接桿為40 mm×5 mm圓管，下掛接桿為60 mm×7 mm圓管，掛接板為8 mm厚鋼板，整體重量輕，下掛接桿內(nèi)部安裝機(jī)具動力輸入軸。如圖3所示。

掛接過程由主機(jī)架的兩個(gè)掛接槽掛接上掛接桿，提升后兩個(gè)定位槽掛接下掛接桿完成對農(nóng)機(jī)具的掛接過程，由于不同的機(jī)具上部已固定了掛接架，因此可完成不同農(nóng)機(jī)具的快速換接。相比于傳統(tǒng)三點(diǎn)懸掛與四點(diǎn)剛性懸掛采用的孔對孔連接方式，采用掛接槽與圓管進(jìn)行農(nóng)機(jī)具掛接可增大掛接過程中的容差性，有效減少由于操作誤差和環(huán)境因素引起的掛接困難和效率較低等問題，對作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

2.2 升降液壓缸與鎖緊液壓缸選取

選取升降液壓缸需要對其承擔(dān)的舉升推力進(jìn)行校核，快速換接裝置主要部件質(zhì)量為：提升架40 kg、割草機(jī)86 kg、旋耕機(jī)38 kg、還田機(jī)80 kg，故所設(shè)計(jì)快速換接裝置與農(nóng)機(jī)具最大重量為126 kg，升降液壓缸推力僅考慮最大重量情況。當(dāng)快速換接機(jī)構(gòu)保持平衡時(shí)，作受力分析圖，如圖6所示，對o點(diǎn)取矩可得：

圖6 升降液壓缸舉升受力分析

F·h=G·b

(1)

式中,F為升降液壓缸推力，N；h為升降液壓缸頂推點(diǎn)到變速箱與快換機(jī)構(gòu)鉸接處距離，mm；b為機(jī)具重心到到變速箱與快換機(jī)構(gòu)鉸接處水平距離，mm；G為機(jī)具與快換機(jī)構(gòu)自身重力，N；Fx，F(xiàn)y為快換機(jī)構(gòu)與變速箱鉸接處支反力，N。

要使升降液壓缸推動機(jī)具上升，需保證液壓油缸推力對于o點(diǎn)的力矩大于機(jī)具本身重力對o點(diǎn)產(chǎn)生的力矩，即

(2)

通過已建立好的虛擬樣機(jī)模型應(yīng)用Solidworks軟件的測量功能可以得到式(2)中數(shù)值分別為：h=114 mm，G=1 234.8 N，b的數(shù)值在升降液壓缸伸縮過程中介于492.97～561.79 mm之間，取最大值bmax=b=561.79 mm，帶入式(2)可得：F≥6 085 N。

計(jì)算可得升降液壓缸最小推力F=621 kg，考慮到液壓缸活塞桿穩(wěn)定性及購買便捷，選用壓力8 MPa、Ф63/40-150油缸，該油缸最大推力2 500 kg，滿足使用要求。

鎖緊液壓缸僅需克服機(jī)具與主機(jī)架的摩擦力，所需拉力較小，選用市面常見的壓力8 MPa、Ф40/25-100油缸即可滿足使用要求。

2.3 鎖緊爪具及鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)機(jī)具鎖緊機(jī)構(gòu)如圖7所示。鎖緊爪具、滑動板、鎖緊液壓缸保持平行，鎖緊液壓缸筒端與提升架側(cè)板通過銷軸連接，桿端與鎖緊機(jī)構(gòu)移動主軸一端相連，移動主軸中間套接滑套穿過鎖緊導(dǎo)向板中一個(gè)腰型孔并與鎖緊爪具爪頭端相連，滑動軸中間套接滑套穿過鎖緊導(dǎo)向板另一個(gè)腰型孔與鎖緊爪頭尾端相連，兩個(gè)滑動護(hù)板對置并與鎖緊導(dǎo)向板切合。當(dāng)鎖緊液壓缸收縮時(shí)，移動主軸帶動鎖緊爪具、滑動護(hù)板、滑動軸及滑套沿鎖緊導(dǎo)向板腰型孔向聯(lián)軸器方向水平移動，動力花鍵軸進(jìn)入聯(lián)軸器花鍵孔，實(shí)現(xiàn)機(jī)具動力結(jié)合及機(jī)具鎖定；當(dāng)鎖緊液壓缸伸長時(shí)，移動主軸帶動鎖緊爪具、滑動護(hù)板、滑動軸及滑套反向運(yùn)動，動力花鍵軸退出聯(lián)軸器花鍵孔，實(shí)現(xiàn)機(jī)具動力分離及機(jī)具解鎖。動力花鍵軸及聯(lián)軸器花鍵孔均設(shè)倒角，增加鎖緊過程容差性，使動力結(jié)合過程更便捷，無需人員手工干預(yù)[10-12]。

1.鎖緊液壓缸;2.鎖緊導(dǎo)向板;3.滑動軸;4.鎖緊爪具;5.軸用彈簧擋圈;6.滑動護(hù)板;7.移動主軸

鎖緊爪具采用16 mm厚的Q235鋼板加工制成，爪具爪頭內(nèi)側(cè)設(shè)置Y型倒角，方便對機(jī)具掛接板進(jìn)行抓取及鎖定。

2.4 聯(lián)軸器選取

聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器與撓性聯(lián)軸器，由于快速換接裝置為全機(jī)械操作，快速換接過程受到機(jī)具的制造精度與人員操作水平的影響，因此履帶式動力底盤與農(nóng)機(jī)具的動力結(jié)合選用有補(bǔ)償性能的撓性聯(lián)軸器。本裝置選用KC5018型滾子鏈聯(lián)軸器內(nèi)置帶倒角的花鍵槽，滾子鏈聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、質(zhì)量小、拆裝方便、維修容易，具備一定的補(bǔ)償能力和緩沖性能，且價(jià)格僅為三點(diǎn)懸掛常用的萬向聯(lián)軸器的1/20左右[13]。它能夠很好地完成快速換接機(jī)構(gòu)中的動力結(jié)合與脫離，有效傳遞履帶式動力底盤對各農(nóng)機(jī)具的動力輸出。

3 有限元分析

3.1 快速換接裝置工作過程受力分析

快速換接裝置提升架與掛接架架體均采用Q235鋼制作，材料性能如表1所示。

表1 材料性能表

如前所述，在快速換接裝置掛接作業(yè)機(jī)具過程中，提升架與掛接架受力主要分為兩種情況：(1)提升架懸掛槽完成對掛接架上掛接桿的掛接，而掛接架下掛接桿尚未進(jìn)入提升架定位板，此種情況稱為初步掛接階段；(2)提升架懸掛槽及定位板同時(shí)對掛接架上掛接桿與下掛接桿完成掛接，此種情況稱為穩(wěn)定掛接階段。兩種掛接情況的受力情況不同，初步掛接階段提升架懸掛槽受到上掛接桿的壓力，上掛接桿受到提升架的提升力及機(jī)具自身重力；穩(wěn)定掛接階段受力則是安裝了掛接架的機(jī)具受到提升架懸掛槽的提升力、定位槽的提升力及機(jī)具自身重力；提升架受到上掛接桿的壓力、下掛接桿的壓力、升降液壓缸以及變速箱鉸接點(diǎn)的支撐力。

3.2 快速換接裝置有限元分析

在進(jìn)行有限元分析之前運(yùn)用Solidworks軟件完成對快速換接裝置及相關(guān)作業(yè)機(jī)具的虛擬樣機(jī)建模，為降低模型的求解難度和提升精準(zhǔn)度，在導(dǎo)入前將不必要的倒角、螺紋孔、螺栓等刪除，將已經(jīng)處理好的模型導(dǎo)入ANSYS WORKBENCH軟件中進(jìn)行靜力學(xué)分析，對快速換接裝置換接過程中出現(xiàn)的初步掛接階段與穩(wěn)定掛接階段分別進(jìn)行有限元分析，檢查其強(qiáng)度與剛度是否滿足使用要求[14-15]。選用自身質(zhì)量最重的割草機(jī)掛接架為分析對象，初步掛接階段和穩(wěn)定掛接階段分析結(jié)果分別如圖8和圖9所示。

由圖8可知，在初步掛接階段，快速換接機(jī)構(gòu)的提升架最大位移變形量位于一側(cè)懸掛槽端頭，數(shù)值為0.06 mm，最大等效應(yīng)力位于主機(jī)架與變速箱鉸接處，數(shù)值為18.19 MPa，掛接架最大位移變形量在掛接機(jī)具端頭處，數(shù)值為0.05 mm，最大等效應(yīng)力在中部矩管與側(cè)板連接處，數(shù)值為89.04 MPa。由圖9可知，在穩(wěn)定掛接階段，快速換接機(jī)構(gòu)的提升架最大位移變形量在定位板端頭，數(shù)值為0.05 mm，最大等效應(yīng)力位于中部對扣矩管的下方，數(shù)值為21.21 MPa，掛接架最大位移變形量在掛接機(jī)具的端頭處，數(shù)值為0.02 mm，最大等效應(yīng)力位于中部矩管與側(cè)板連接處，數(shù)值為57.46 MPa。

圖8 初步掛接階段分析結(jié)果

圖9 穩(wěn)定掛接階段分析結(jié)果

由于快速換接裝置可懸掛機(jī)具種類較多，選用自身重量最大的割草機(jī)作為分析對象能更具代表性得得到快速換接裝置在掛接過程中的受力情況及變形情況。由分析結(jié)果可知，兩種情況下快速換接裝置提升架與掛接架最大變形量為0.06 mm，最大等效應(yīng)力為89.04 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Q235材料需用應(yīng)力，可確保農(nóng)機(jī)具換接過程穩(wěn)定、安全、可靠。

4 快速換接試驗(yàn)與田間試驗(yàn)

4.1 快速換接裝置樣機(jī)試制

通過對快速換接裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算、虛擬樣機(jī)建模及有限元分析，能夠基本確定所設(shè)計(jì)快速換接裝置能夠滿足使用要求，將所設(shè)計(jì)的三維模型整理后，在陜西省咸陽市西安奧拉機(jī)械科技有限公司共計(jì)加工制造兩套樣機(jī)。提升架與掛接架主體如圖10所示。

圖10 快速換接裝置樣機(jī)

4.2 快速換接裝置換接試驗(yàn)

快速換接制造制作完成后在陜西省咸陽市西安奧拉機(jī)械科技有限公司場地內(nèi)進(jìn)行快速換接試驗(yàn)，檢測快速換接裝置的可靠性適用性、掛接時(shí)間效率，試驗(yàn)采用自主研發(fā)的履帶式動力底盤配合完成，整個(gè)換接過程均未遙控操作。

本次試驗(yàn)對割草機(jī)、旋耕機(jī)、還田機(jī)3種不同類型的農(nóng)機(jī)具進(jìn)行測試，試驗(yàn)開始前首先將快速換接裝置安裝于履帶式動力底盤變速箱輸出軸上，連接好升降液壓缸及鎖緊液壓缸油路，使鎖緊液壓缸伸長至導(dǎo)向機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)處。試驗(yàn)開始后，操作員遙控操作履帶式作業(yè)車伸長液壓缸，配合動力底盤倒車至機(jī)具正前方，盡可能將鎖緊爪具爪頭與機(jī)具掛接板對正(圖11a)，待掛接槽靠近機(jī)具時(shí)收縮升降液壓缸，使懸掛槽位于液壓缸下側(cè)時(shí)停車(圖11b)。此時(shí)遙控操作升降液壓缸伸長使提升架抬升(圖11c)，掛接槽懸掛機(jī)具上掛接桿帶動機(jī)具上升，機(jī)具下掛接桿依靠機(jī)具自身重力進(jìn)入提升架定位槽中，待下掛接桿外壁與定位槽內(nèi)壁完全貼合后停止升降液壓缸伸長，此時(shí)鎖緊爪具完成對掛接板抓取(圖11d)。遙控操作鎖緊液壓缸收縮，鎖緊爪具抓取掛接板帶動機(jī)具向聯(lián)軸器方向水平移動(圖11e)，機(jī)具動力輸入軸進(jìn)入聯(lián)軸器內(nèi)花鍵完成動力結(jié)合的同時(shí)，下掛接桿外側(cè)鎖緊環(huán)與定位板定位槽內(nèi)壁完成緊配合以保證機(jī)具鎖緊(圖11f)，完成機(jī)具掛接作業(yè)。由于鎖緊爪具爪頭內(nèi)側(cè)及掛接板外側(cè)設(shè)置倒角，聯(lián)軸器內(nèi)花鍵槽與機(jī)具動力輸入軸花鍵頭設(shè)置倒角，所以允許操作員在操作履帶式作業(yè)車的過程中有一定的操作誤差，保證快速換接裝置作業(yè)順利?？焖贀Q接裝置脫離機(jī)具按上述過程反向操作。

圖11 掛接過程示意圖

對安裝了掛接架的割草機(jī)、旋耕機(jī)、還田機(jī)進(jìn)行基于快速換接裝置的掛接與脫離。試驗(yàn)中掛接與脫離過程均順利完成，安裝了快速換接裝置的履帶式動力底盤整體狀態(tài)穩(wěn)定、掛接可靠、動力結(jié)合順暢。掛接效率的試驗(yàn)測試參照J(rèn)B/T 6714.2-2007《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)試驗(yàn)方法》[16]進(jìn)行，掛接時(shí)間指操作遙控手柄開始升降液壓缸伸長直至鎖緊液壓缸帶動機(jī)具完成動力結(jié)合與鎖緊所經(jīng)歷的時(shí)間，共測定3次，取平均值。選取掛接架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的還田機(jī)進(jìn)行測試，掛接時(shí)間分別為3.2、3.5、4.3 s，取平均值為3.67 s。當(dāng)多功能作業(yè)車靠近機(jī)具后，從啟動履帶式動力底盤到完成掛接作業(yè)最長用時(shí)不到15 s，完成一次快速換接作業(yè)總用時(shí)不足40 s，全程未出現(xiàn)需要操作人員手工干預(yù)的狀況。

4.3 田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)地點(diǎn)在陜西省咸陽市西安奧拉機(jī)械科技有限公司附近一處櫻桃園，試驗(yàn)環(huán)境溫度24 ℃，本次田間試驗(yàn)配套割草機(jī)進(jìn)行，采用自主研發(fā)的履帶式動力底盤配合完成，以驗(yàn)證快速換接裝置在作業(yè)過程中的可靠性及機(jī)具作業(yè)質(zhì)量。

試驗(yàn)時(shí)履帶式動力底盤行走速度設(shè)定為4 km·h-1，割草機(jī)割茬高度設(shè)定為70 mm，每次試驗(yàn)前進(jìn)5 m，共進(jìn)行5次試驗(yàn)。以碎草率為評價(jià)指標(biāo)，每試驗(yàn)段取一處0.5 m×1 m的樣方進(jìn)行草段長度統(tǒng)計(jì)，割草機(jī)作業(yè)后草段長度≤70 mm的草段定義為碎草，全割幅范圍的碎草重與該范圍內(nèi)已割下的雜草重之比為碎草率，碎草率按下式計(jì)算[17-18]：

(3)

式中，SSC為碎草率，%；GS為碎草重量，kg；Gyg為已割雜草重量，kg。

每行程的割幅利用系數(shù)按下式計(jì)算：

(4)

式中，Kf為割幅利用系數(shù)；Ags為平均實(shí)際割幅，mm；Ag1為理論割幅，mm。

4.4 田間試驗(yàn)結(jié)果分析

田間試驗(yàn)過程中，履帶式動力底盤及割草機(jī)工作穩(wěn)定，快速換接裝置掛接穩(wěn)定，動力傳輸可靠，驗(yàn)證了快速換接裝置在實(shí)際田間作業(yè)過程中的可靠性。割草機(jī)碎草效果如表2所示。

表2 碎草率試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明，快速換接裝置配套割草機(jī)進(jìn)行果園碎草時(shí)碎草率可達(dá)到88%以上，割幅穩(wěn)定，割茬高度基本穩(wěn)定在設(shè)定高度70 mm，主要作業(yè)指標(biāo)滿足DB 13/T 2729-2018《果園碎草機(jī)通用技術(shù)要求》[19]中規(guī)定的碎草率≥85%的要求，能夠滿足果園碎草作業(yè)需求。與河北農(nóng)業(yè)大學(xué)所設(shè)計(jì)的采用三點(diǎn)式懸掛的果園壟面割草機(jī)與自走式果園割草機(jī)進(jìn)行對比[20-21]，采用快速換接裝置進(jìn)行田間作業(yè)并未影響機(jī)具作業(yè)性能，能夠在滿足作業(yè)需求的前提下提升機(jī)具換接效率。

5 結(jié) 論

1)應(yīng)用ANSYS WORKBENCH軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到初步掛接與穩(wěn)定掛接階段時(shí)提升架最大變形量分別為0.06 mm和0.05 mm,掛接架分別為0.05 mm和0.02 mm，提升架最大等效應(yīng)力分別為18.19 MPa和21.21 MPa，掛接架分別為89.04 MPa和57.46 MPa，滿足使用要求。

2)結(jié)合自主研發(fā)的履帶式多功能動力底盤對快速換接裝置進(jìn)行換接試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，完成機(jī)具單次掛接時(shí)間為3.67 s，完成一次農(nóng)機(jī)具快速換接全過程用時(shí)小于40 s，掛接過程安全可靠，掛接質(zhì)量高，極大提高了換接效率。

3)快速換接裝置配套割草機(jī)田間試驗(yàn)表明，整機(jī)作業(yè)穩(wěn)定，碎草率、割幅穩(wěn)定性、割茬高度穩(wěn)定性均在設(shè)計(jì)規(guī)范要求內(nèi)，主要作業(yè)指標(biāo)碎草率高于88%，滿足田間作業(yè)要求。