1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 主要結(jié)構(gòu)組成及特點
該機在大田旋耕機的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的，總體設(shè)計如圖1所示。
圖1 便攜式茶園微耕機結(jié)構(gòu)示意圖
1.旋耕刀 2傳動裝置 3發(fā)動機 4支撐輪 5手把
該機主要由支撐輪、齒輪箱、發(fā)動機、擋泥板、手把、手柄、手把旋鈕，提把，油門開關(guān)、油門線熄火開關(guān)。本機的顯著特點是：在外型上減小了機子的尺寸結(jié)構(gòu)，大大提升了操作的方便性，在旋耕刀具上的設(shè)計更加符合茶園微耕需求，防止了纏草，旋耕深度一致性得到保障。
1.2工作原理
該機的工作原理是在田間作業(yè)時，發(fā)動機的動力經(jīng)傳動軸傳到齒輪箱，齒輪箱將動力經(jīng)兩半軸傳到刀片上，使微耕機的刀片獲得速度，旋耕刀與地面的接觸既對地面有剪切破碎作用同時也給整機一個向前的驅(qū)動力，保證了整機的快速前行。操作人員通過操縱油門開關(guān)來控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速從而控制了旋耕刀的轉(zhuǎn)速，來保證旋耕機的旋耕深度和碎土能力。
2.主要技術(shù)參數(shù)
工作幅寬/mm：270
工作效率/km2.h-1 ：0.24
碎土率/%：80
旋耕深度/mm：120
作業(yè)速度/km.h-1：3-5
配套動力/kw：1.8
3.關(guān)鍵部件及關(guān)鍵技術(shù)
3.1旋耕刀
旋耕刀工作時，由發(fā)動機傳過來的動力經(jīng)渦輪減速后傳到旋耕刀軸上，刀軸上有一定位銷對旋耕刀進行定位，并帶動刀片旋轉(zhuǎn)碎土。由于茶園微耕機土壤較疏松，土面上雜草桿莖較少。其次，微耕機功率較小，刀片的外形應(yīng)能在有效入土、減小阻力和有效的降低能耗等方面入手，在刀片的設(shè)計上選擇直角刀能滿足以上要求[6]。
3.1.1直角刀正切面的設(shè)計
直角刀片正切面幾何參數(shù)主要指切土角γ(刀齒內(nèi)刃面與余擺線切線的夾角)和隙角ε(刀齒外刃面和余擺線切線的夾角)[7]，如圖1所示。圖中幾何關(guān)系有；
γ=γ0 — Δε=ε+i (1)
ε=ε0 —Δε (2)
式中：γ0為靜態(tài)切土角(刀齒正切刃內(nèi)刃面與刀齒半徑R所做圓弧的切線的夾角)；ε0 為靜態(tài)隙角(刀齒正切刃外刃面與刀齒半徑R所做圓弧的切線的夾角)；i為磨刀角；Δε為圓周切線和余擺線切線之間的夾角。
刀片的靜態(tài)切土角γ0 和靜態(tài)隙角ε0 是定值。由式(1)(2)可知Δε的數(shù)值直接決定γ和ε。
由圖刀齒速度關(guān)系可知：
Δε=arctg (3)
式中： 為刀齒位置角；λ為速比系數(shù)。由式得到Δε隨 變化而變化，在相同的 下，Δε隨λ的減小而增大，切土角γ和隙角ε則隨Δε的增大而減小。按設(shè)計要求，刀片γmin 和εmin 取值要適中。本機速比λ=6，此時對應(yīng)的Δεmax =10o 左右。正切面zui小隙角εmin 將有較大的減小。在此基礎(chǔ)上，還做了進一步改進，減小磨刀角i0 、適當(dāng)增加刀片靜態(tài)切土角γ0 到38o 為宜。
3.1.2 直角刀片側(cè)切刃的滑切性能分析
直角刀側(cè)切刃應(yīng)有一定的滑切作用以便于切開土壤和斬斷草莖等，草莖在被切時能沿刃口滑動。側(cè)切刃滑切性能的優(yōu)劣與滑切角大小有關(guān)，滑切角越大，滑切性能越好。
在機器靜止時，τc (直線刀刃MN上某點B的運動速度方向與刃口法線方向的夾角)與過刀刃B點極徑OB和刀刃切線t-t之間的夾角相等[8]。
Sinτc = (4)
式中：e為刀片安裝的偏心距；r為B點的回轉(zhuǎn)半徑；
當(dāng)機器前進時，合速度ν和刀輥速度rω 不重合，形成Δτ的偏角。在此，引入動態(tài)滑切角τk (刃口上任一點的法線與該點的速度方向上的夾角)。
τk =τc –Δτ (5)
由圖3得到在A處的Δτ為：
ΔτA =tg-1 = (6)
式中：λ為速比系數(shù)；α為刀片A點在改瞬時的轉(zhuǎn)角。
則側(cè)切刃在任一點Δτ值得大小為：
Δτ=tg-1 (7)
式7可知：Δτ既與λ和α相關(guān)。
3.3機架與扶手架的調(diào)整范圍
機架是整個機具的支撐部件，其中一部分為機架的調(diào)整部分，是為了使不同人員操作時，人手握把手對機具的操作和對旋耕刀與土壤接觸深度的一個控制。調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計對整個機具的機構(gòu)更加緊密，操縱性、穩(wěn)定性更好。機架部分將整個零部件固定在一起，使整個機具更緊湊，更易操作。
提升機具效率，減小耕作強度是本設(shè)計的主要目的。茶園便攜式微耕機針對扶手框架等部件與實際情況進行對比設(shè)計。由于操作人員高度不同，扶手的高度對操作人員在工作時的方便工作和舒適程度尤其重要。
人體的平均身高在170cm左右，扶手zui合適高度在800～1100mm，根據(jù)這一數(shù)據(jù)以及人機工程學(xué)知識，設(shè)計扶手的長度和角度，并且設(shè)計了可自行調(diào)節(jié)的裝置。調(diào)整范圍如圖所示。
設(shè)定Ymax為扶手支架的zui大長度，Ymin為扶手支架的zui小長度。其中支架到地面有固定高度X0，取X0為一值；當(dāng)X1=Ymax時，扶手為zui大高度，此時θ值為zui大。設(shè)定zui大值為α=arcsinX1-X0/Ymax
當(dāng)X2為800mm時，扶手為zui大高度，此時θ值zui??；設(shè)定zui小值為β=arcsinX2-X0/Ymin
由此可知，當(dāng)設(shè)定扶手高度在Ymin～Ymax之間時，扶手架的調(diào)整角度范圍在α～β間。所以可在扶手長度和高度之間去任意調(diào)整一配備不同操作人員的高度，以達到*舒適組合。
4試驗結(jié)果與改進
4.1 試驗情況，
該機在2014年9月下旬開始試驗，試驗結(jié)果見表1所示。有表1可看出，該機主要試驗性能指標(biāo)能達到設(shè)計要求。
4.2 存在問題及解決方案
(1)機具配重與耕深之間有關(guān)聯(lián)。旋耕刀在土壤較硬的地塊上，耕作效果較差。主要是實際工作中機具重量較輕，旋耕刀速度較大，切削土壤的力達不到要求，有待進一度改進。
(2)支撐輪中間軸在行走過程中容易剮蹭土壤造成行駛阻力加大。實驗過程中出現(xiàn)輪軸剮蹭地面以及耕深不一致現(xiàn)象。解決的方法是有在不同土壤平整度情況下使用不同大小的支撐輪，以便防止輪軸有行駛阻力和旋耕刀旋耕深度不一致。
