SZL－2型深松施肥整地联合作业机变速传动箱的设计潘世强，金亮，赵亚祥，田耘（吉林农业大学工程技术学院，长春130118）摘要：联合作业能有效减小拖拉机的进地次数，在保证作业质量的同时提高作业效率。

为此，主要介绍了联合作业机的整机机构及工作原理，通过对各工作部件进行分析，确定出主要旋转部件的转速，重点阐述了变速传动箱的设计计算，设计结果满足要求。

关键词：深松；施肥；耕整地；联合作业；变速传动箱中图分类号：S224．22文献标识码：A文章编号：1003－188X（2015）09－0164－030引言针对于吉林省西部半干旱地区的种植情况，提出以秋季整地、培肥土壤、蓄水保墒、抗旱播种等为主要内容的新耕作体系，要求现有的机械化种植作业能够实现根茬还田、深松蓄水、测深施肥、精少量播种、播后重镇压、药剂灭草等技术工艺要求［1］。

SZL－2型耕整地联合作业机能够满足垄作深施肥耕整地的农艺要求，一次进地可进行根茬粉碎还田、深松深施肥、起垄等4项联合作业，也可以进行单项根茬粉碎还田作业、深松深施肥起垄联合作业或中耕深松追肥培土作业等。

1结构与工作原理该机具是与29 36kW轮式拖拉机配套的联合作业机，主要由机架、变速箱、碎茬刀辊、深松铲、肥箱、地轮和犁铧构成，结构简图如图1所示。

机架部分由型材65ˑ65ˑ6的方钢管焊合成，分为前后梁、中梁和左右梁，其上焊有牵引杆座和纵拉杆座。

左右机罩统一由薄钢板弯制成形，各机罩分为固定和活动部分。

地轮机构起支承和仿形作用，通过调节其竖直与横向位置可实现耕深和垄距的变化，同时驱动排肥装置［2］。

刀辊主轴采用140ˑ5大直径钢管，其上焊有4个刀盘，每个刀盘上焊有刀库，用以安装碎茬刀。

后置的深松部件，将排肥管固定在深松铲背部，排肥口靠近深松铲所开的沟底，在土壤还未回座收稿日期：2014－09－26基金项目：吉林省科委资助项目（20030228）；国家自然科学基金项目（40671124）作者简介：潘世强（1975－），男，长春人，副教授，硕士生导师，（E－mail）shiqiangpan@163．com。

到沟底前完成排肥。

起垄铲和深松铲均可进行横向和竖直方向的位置调节，以适应不同的垄距和耕深要求。

作业时，采用NJ5－79型万向联轴器以满足机具升降及变角度动力传动的需要。

联合作业机的主要技术参数如表1所示。

1．地轮2．碎茬刀辊3．变速箱4．深松铲5．犁铧6．排肥管7．肥箱图1联合作业机结构简图Fig．1The structure diagram of combined machine表1联合作业机主要技术参数表Table1The main technical parameters of combined machine 项目单位规格与性能外形尺寸（长ˑ宽ˑ高）mm2100ˑ1800ˑ1320整机质量kg500挂接形式后置式全悬挂施肥深度cm8－30施肥量kg/hm2100 600刀辊转速r/min410回转直径mm500DOI:10.13427/ki.njyi.2015.09.037续表1项目单位规格与性能起垄后平均垄高cm≥20；垄顶部松土层厚度≥8生产率hm2/h碎茬作业1．3 1．5有碎茬的联合作业0．8 1．0无碎茬的联合作业1．0 1．22主要旋转部件转速的确定2．1碎茬刀辊转速的确定机具进行碎茬作业时，其全部动力来自于拖拉机动力输出轴，经由变速箱传递至刀辊。

根茬破碎质量主要取决于根茬个体经受切割的次数以及刀片对根茬的切割冲量，这与机具的行进速度、刀辊回转半径、刀辊转速和转动惯量等有关［3］。

由试验可得，当碎茬合格率不小于94%时，刀片入土处端点绝对速度的水平分量v ax≥5m/s，刀辊转速n刀辊=410r/min；当碎茬合格率不小于90%时，刀辊转速n刀辊=405r/min。

2．2排肥系统传动设计排肥系统是整套机具的核心部件，其主要动力来源于地轮的传动，而排肥量是整个排肥系统设计的基础和前提。

当最大排肥量为400kg/hm2时，垄的施肥量q1= 26．9g/m；若机具作业速度vm=6km/h，外槽轮需要的排肥量q=v m q1=44．98g/s。

而外槽轮每转的最大排肥量为q m=30g/r，则外槽轮转速为n 槽=qmq=1．49r/s地轮直径为350mm，周长L=1．1m，打滑率按10%计算，则作业中地轮的转速为n地=vm（1－0．1）L=1．67r/s据此求得链轮传动比为i1=n地n槽=1．12当最大排肥量为600kg/hm2时，同样可求得传动比i2=0．746；最后得出主动链轮齿数Z1=17，从动链轮齿数Z2=7。

3变速传动箱的总体设计计算3．1总传动比的确定及传动比的分配总传动比为i=n输入n刀辊=1．3各齿轮齿数：Z1=23，Z2=27，Z3=17，Z4=35，Z5 =19。

各级传动比分配为i1=Z2Z1=2713，i2=Z5Z3=1917i=i1i2=1．312n刀辊=n输入i=411．58r/min3．2齿轮传动关系的布置变速传动箱采用铸铁制造，剖分式闭式齿轮传动。

第1级采用圆锥齿轮，以改变动力输出轴的转向；第2级为直齿齿轮传动，并加一惰轮来满足刀轴的转向，保证刀轴转速n刀辊=405r/min（ʃ10r/min）的要求。

同时，中间齿轮到刀轴齿轮的中心距应保证设计尺寸H=150078mm。

该传动箱结构紧凑，加工容易，安装方便，传动示意图如图2所示。

1．输入轴2．万向节3．第1轴4．第2轴5．第3轴6．刀辊轴图2传动系统示意图Fig．2Schematic diagram of transmission syste4变速传动箱齿轮的强度校核计算4．1直齿圆锥齿轮的设计计算已知参数：齿轮转速n=540r/min，传递扭矩T1=509546N·mm，功率P1=28．8kW；齿轮1齿数Z1=23，齿轮2齿数Z2=27；齿轮材料40Cr，调质淬火，8级精度。

设计公式为d 1≥2．923KT1ΦＲ（1－0．5ΦＲ）2·μ·（ZE［σH］）槡2（1）式中d1—分度圆直径（mm）；K—载荷系数；ΦＲ—锥齿轮传动的齿宽系数；ZE—弹性影响系数。

计算可得参数为K=KA KVKHαKHβ=1．80（2）式中K A—使用系数；KV—动载系数；KHα—齿间载荷分配系数；KHβ—齿向载荷分布系数。

d 1=120．5744；m=d1/Z1≈6其中，m为模数（mm）。

齿根弯曲疲劳强度校核公式为σF=KFiYFaYSabm（1－0．5ΦＲ）≤［σH］（3）式中F t—圆周力；YFa—齿形系数；YSa—载荷作用于齿顶时的应力校正系数。

其中，K=1．8144，F t=8586．9；F a1=2．5101，Y Sa1=1．6285，Fa2=2．3952，YSa2=1．6715；b=30，ΦＲ=0．28；［σF］=500MPa。

通过计算，可得σF1=411．4MPa＜［σF］，故该设计满足要求［4］。

4．2直齿圆柱齿轮的设计计算已知参数：功率P11=27．39kW；转速n11=477．692r/min，扭矩T11=568613N·mm，齿轮3齿数Z 3=17，齿轮4齿数Z4=35；齿轮材料40Cr，调质后淬火，齿轮精度8级。

设计公式为d 1≥2．323KT11Φd·μ+1μ·（ZE［σH］）槡2（4）其中，K=K A K V K HαK Hβ=1．6848；Φd=b/d1=0．5（1+μ）Φa=0．6118；Φa=0．4；μ=Z4/Z3=2．059；ZE =189．8MPa；［σH］=1100MPa；d1=95．2768；m=d1/Z3=5．26046。

齿根弯曲疲劳强度校核公式为σF=KFtYFaYSabm≤［σF］（5）其中，［σH］=K FNσF min/S F=500MPa；K=K A K V K HαKHβ=1．7784；b=Φdˑd1=62．4036；YFa1=2．97，YFa2 =2．45，YSa1=1．52，YSa2=1．625。

通过计算，可得σF2=275．43MPa＜［σF］，故该设计满足要求［4］。

5结论1）该机具满足吉林省西部半干旱地区的种植情况，能够实现新农艺的技术要求。

2）SZL－2型联合作业机一次进地能完成多项作业的联合作业，保证作业质量，有效减少进地次数，提高作业效率。

3）联合作业机进行田间灭茬作业时，刀辊转速应控制在410r/min以上。

4）排肥系统是整套机具的核心部件，地轮机构起支承和仿形作用，同时驱动排肥装置进行有效排肥。

5）变速传动箱的齿轮设计满足强度要求，能在作业时提供动力联接和传递。

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