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单轮水田耕整机安全性研究

谭仁忠  
【摘要】:耕整机在我国南方水田生产机械化进程中扮演着重要的角色,一度以铁牛的美名享誉三湘,为实现机械化耕作代替人力、畜力耕作,高效、低耗、低成本的优势奠定了其历史的地位,由于其重量轻、操作简单、成本低、效益高等特点,深受广大农民的欢迎。但是近几年来出现了一系列与单轮耕整机有关的安全事故,对农业生产造成了严重的影响,尤其是给人民造成了生命安全危害,引起了政府的高度重视,由于原有耕整机的结构上存在设计缺陷以及使用过程中违规操作等原因导致了现有事故频频发生,通过对现有耕整机安全事故发生的现象和特征的深入调查了解,找出其主要原因和发生机理,结果表明:发生安全事故主要是单轮耕整机,主要由于结构设计上的不合理导致了单轮耕整机的稳定性能较差,因此耕作过程侧翻现象时有发生,加上操作人员的违章操作等其他人为因素最终导致了事故的发生,因此本文选取湖南现有单轮水田耕整机两种代表机型(1ZD-20、1ZSQ-25)进行安全性能研究。 本文主要侧重从理论对耕整机的结构参数和操作参数进行稳定性能分析,找出现有机型结构设计的不足。首先对其进行受力分析,再对单轮耕整机的重心进行测试和求解,找出其重心的三维参数,结合实际机组参数对影响安全性能有关的因素进行分析,找出各因素的变化对侧翻安全系数的影响,具体表现为: 1.行驶速度、最小转弯半径、转弯角度、配重等因素是影响安全性能的关键因素; 2.配重对安全稳定力矩影响比较明显,增加配重是提高现有机型安全系数最快最直接的办法; 3.转向角度一定程度影响了安全系数,控制最大转向角度可以较好的控制侧翻力矩产生,行驶速度大小影响相对较小,但是过大速度也是必须避免的,最小转弯半径影响最小,因此对最小转弯半径可以许可的情况下适当的加大。 对1ZD-20型耕整机采取加重和减速方法,对其侧翻安全系数进行分析和正交试验,结果表明:侧支点加重是影响耕整机转弯安全系数的主要因素,其次是耕整机安装方式,行驶速度影响最小。三个因素不同水平之间的最优组合为:采用行驶方向左侧安装侧支点有利于耕整机的重心平稳,重心点的水平分布靠近稳定三角形的内侧,增加了稳定力矩,采用低速行驶降低了离心力矩的大小,即减少了侧翻力矩的产生,增加侧支点的重量,迅速提高了稳定力矩的大小 对加装摩擦式离合器结构机型进行了相应的侧翻安全性能影响分析和田间试验,研究结果表明:加装离合器后改变了重心位置,降低整机的重心高度、设置最大转弯角度等改进措施对安全系数都有较大的提高,其中铁牛王提高45%,三牛机型提高20%以上;对于三牛牌1ZD-20耕整机进行田间试验表明,改后相对改前整体安全系数有较大提高,田间无侧翻现象发生。尤其是在最高行驶速度情形下,无配重的情形下安全系数较改前提高了近30%。对于铁牛王1ZSQ-25耕整机进行田间试验表明,改后相对改前整体安全系数有明显提高,从0.68提高到了1.32,田间无侧翻现象发生。 最后在理论分析和试验研究的基础上,结合现有单轮耕整机结构设计上安全性能的不足,提出了相应的改进措施和方案,从降低重心高度、偏置重心偏移量、增加配重、限制行驶速度和转弯半径等参数上改进,同时对离合器结构模式、控制方式、安全防护方式等多方面安全保护形式进行改进,最终在结构形式和操控结构布局方面得以合理的改进和提升,保证了耕整机作业的安全性,增强了现有耕整机的安全稳定性能。从机型结构分析和田间平衡稳定性研究入手,根本上找出安全性能不足的内在原因,达到弥补单轮耕整机的安全性能不足,提高安全使用性能的目的,为农业生产提供一个安全可靠的农业装备。


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