高地隙窄形橡胶履带轮水旱兼用宽幅植保施肥机的设计与性能试验

【摘要】多年来,我国水稻生产的植保与施肥作业,由于常规机械无法下田,所以大多靠人力或人机结合(一般是手动喷雾机、背负式机动弥雾机及高压喷射机)作业,其效率低、作业质量难以控制,且劳动强度大,易产生中毒、中暑等安全事故,不适应规模化生产,一直是制约水稻高产及全程机械化生产的难题。现有机具自重较大、地隙较低,不适应水稻后期及高杆作物作业。欧美大型高地隙自走式喷雾机性能较好,技术先进,但只能适应旱田作业,不适应水田作业。日本及韩国采用小型四轮驱动拖拉机(乘座式插秧机头)作业,但由于其地隙较低,动力太小(仅7-11马力)且作业幅宽不大,不适合水稻后期和高杆作物作业,作业效率低,且只能喷雾,不能兼撒肥。若采用农业航空作业,成本高,且喷雾质量难适应稻麦防病治虫需要,且飞行安全性要求较高。所以急需研制适应水稻全程植保施肥作业的经济适用机具。本文在对国内外现有自走式喷雾机技术现状分析的基础上,进行了机具的总体结构设计,对动力拖拉机进行了改造设计,对关键部件进行了设计,并在Pro/Engineer环境下建立虚拟样机,应用ANSYS对虚拟样机关键部件的强度进行检测,利用理论力学知识对桁架进行了力学分析,最终得到结构合理的样机,并进行了动力拖拉机中试和植保施肥机性能试验研究,得到如下结论和成果。1、根据项目要求,采购了TZM-20型轮式抓草机,测试其工作速度,对不符合本项目要求的拖拉机部分进行改造,改造内容包括：操纵部件改造、底盘改造、液压油路改造和行走系统改造。改造后的拖拉机性能良好,具有地隙高、自重轻、履带接地面积大等特点,拖拉机采用封闭式驾驶室,保护驾驶员作业安全。2、合理布置桁架、药箱和配套拖拉机的位置,采用桁架前置,药箱或撒肥机后置的结构形式,使拖拉机前后质量分配均匀,前后桥质量分配比为1：1.2。3、对关键部件进行了设计,如：窄型橡胶履带、驱动与导向齿轮、行走轮、机架、轴承座等设计,并进行制造装配。三角履带高为1115mm,宽170mm,接地长度为1050mm。4、进行了动力拖拉机中试试验,测试了其道路和田间工作速度,道路测量结果为：Ⅰ档速度为6km/h,Ⅱ档速度为11.8km/h,Ⅲ档速度为21.9km/h。田间测量结果为：Ⅰ档速度为5.9km/h,Ⅱ档虽然能在田间行走,由于水稻田阻力大、下陷等原因行走缓慢、较吃力,Ⅲ档根本无法启动。为了测试拖拉机对特殊地面的适应性能,进行了跃埂和限深试验,试验表明拖拉机对特殊地面有很强的适应性能。5、桁架采用5段式,采用液压缸对桁架进行展开和收缩,桁架宽为20m,喷幅达25m；药箱容积为1m3；对喷灌泵、配套拖拉机、喷头等关键部件进行了选型,以及对撒肥传动系统进行了设计计算。6、运用PROE软件对整机进行了虚拟样机设计,将驱动桥壳导入ANSYS中进行了应力和应变分析,强度满足要求。对次桁架、中间桁架进行了受力分析,对连接套小端面处螺母强度进行了校核计算,强度均满足设计要求。7、对机具进行田间性能试验,试验结果表明机具拥有良好的稳定性和通过性,履带轮性能优于橡胶铁轮,作业质量可靠,各项关键性能指标均能达到国家标准。
【作者】邢全道；
【导师】何瑞银；
【作者基本信息】南京农业大学，农业机械化工程，2013，硕士
【关键词】高地隙；窄形橡胶履带；宽幅；桁架；植保施肥；

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