1 总体结构及工作原理
 

　　1.1 主要结构组成及特点
 

　　该机在大田旋耕机的基础上研究开发的，总体设计如图1所示。
 

　　图1 便携式茶园微耕机结构示意图
 

　　1.旋耕刀 2传动装置 3发动机 4支撑轮 5手把
 

　　该机主要由支撑轮、齿轮箱、发动机、挡泥板、手把、手柄、手把旋钮，提把，油门开关、油门线熄火开关。本机的显著特点是：在外型上减小了机子的尺寸结构，大大提升了操作的方便性，在旋耕刀具上的设计更加符合茶园微耕需求，防止了缠草，旋耕深度一致性得到保障。
 

　　1.2工作原理
 

　　该机的工作原理是在田间作业时，发动机的动力经传动轴传到齿轮箱，齿轮箱将动力经两半轴传到刀片上，使微耕机的刀片获得速度，旋耕刀与地面的接触既对地面有剪切破碎作用同时也给整机一个向前的驱动力，保证了整机的快速前行。操作人员通过操纵油门开关来控制发动机转速从而控制了旋耕刀的转速，来保证旋耕机的旋耕深度和碎土能力。
 

　　2.主要技术参数
 

　　工作幅宽/mm：270
 

　　工作效率/km2.h-1 ：0.24
 

　　碎土率/%：80
 

　　旋耕深度/mm：120
 

　　作业速度/km.h-1：3-5
 

　　配套动力/kw：1.8
 

　　3.关键部件及关键技术
 

　　3.1旋耕刀
 

　　旋耕刀工作时，由发动机传过来的动力经涡轮减速后传到旋耕刀轴上，刀轴上有一定位销对旋耕刀进行定位，并带动刀片旋转碎土。由于茶园微耕机土壤较疏松，土面上杂草杆茎较少。其次，微耕机功率较小，刀片的外形应能在有效入土、减小阻力和有效的降低能耗等方面入手，在刀片的设计上选择直角刀能满足以上要求[6]。
 

　　3.1.1直角刀正切面的设计
 

　　直角刀片正切面几何参数主要指切土角γ(刀齿内刃面与余摆线切线的夹角)和隙角ε(刀齿外刃面和余摆线切线的夹角)[7]，如图1所示。图中几何关系有；
 

　　γ=γ0 — Δε=ε+i (1)
 

　　ε=ε0 —Δε (2)
 

　　式中：γ0为静态切土角(刀齿正切刃内刃面与刀齿半径R所做圆弧的切线的夹角)；ε0 为静态隙角(刀齿正切刃外刃面与刀齿半径R所做圆弧的切线的夹角)；i为磨刀角；Δε为圆周切线和余摆线切线之间的夹角。
 

　　刀片的静态切土角γ0 和静态隙角ε0 是定值。由式(1)(2)可知Δε的数值直接决定γ和ε。
 

　　由图刀齿速度关系可知：
 

　　Δε=arctg (3)
 

　　式中： 为刀齿位置角；λ为速比系数。由式得到Δε随 变化而变化，在相同的 下，Δε随λ的减小而增大，切土角γ和隙角ε则随Δε的增大而减小。按设计要求，刀片γmin 和εmin 取值要适中。本机速比λ=6，此时对应的Δεmax =10o 左右。正切面zui小隙角εmin 将有较大的减小。在此基础上，还做了进一步改进，减小磨刀角i0 、适当增加刀片静态切土角γ0 到38o 为宜。
 

　　3.1.2 直角刀片侧切刃的滑切性能分析
 

　　直角刀侧切刃应有一定的滑切作用以便于切开土壤和斩断草茎等，草茎在被切时能沿刃口滑动。侧切刃滑切性能的优劣与滑切角大小有关，滑切角越大，滑切性能越好。
 

　　在机器静止时，τc (直线刀刃MN上某点B的运动速度方向与刃口法线方向的夹角)与过刀刃B点极径OB和刀刃切线t-t之间的夹角相等[8]。
 

　　Sinτc = (4)
 

　　式中：e为刀片安装的偏心距；r为B点的回转半径；
 

　　当机器前进时，合速度ν和刀辊速度rω 不重合，形成Δτ的偏角。在此，引入动态滑切角τk (刃口上任一点的法线与该点的速度方向上的夹角)。
 

　　τk =τc –Δτ (5)
 

　　由图3得到在A处的Δτ为：
 

　　ΔτA =tg-1 = (6)
 

　　式中：λ为速比系数；α为刀片A点在改瞬时的转角。
 

　　则侧切刃在任一点Δτ值得大小为：
 

　　Δτ=tg-1 (7)
 

　　式7可知：Δτ既与λ和α相关。
 

　　3.3机架与扶手架的调整范围
 

　　机架是整个机具的支撑部件，其中一部分为机架的调整部分，是为了使不同人员操作时，人手握把手对机具的操作和对旋耕刀与土壤接触深度的一个控制。调整结构的设计对整个机具的机构更加紧密，操纵性、稳定性更好。机架部分将整个零部件固定在一起，使整个机具更紧凑，更易操作。
 

　　提升机具效率，减小耕作强度是本设计的主要目的。茶园便携式微耕机针对扶手框架等部件与实际情况进行对比设计。由于操作人员高度不同，扶手的高度对操作人员在工作时的方便工作和舒适程度尤其重要。
 

　　人体的平均身高在170cm左右，扶手zui合适高度在800～1100mm，根据这一数据以及人机工程学知识，设计扶手的长度和角度，并且设计了可自行调节的装置。调整范围如图所示。
 

　　设定Ymax为扶手支架的zui大长度，Ymin为扶手支架的zui小长度。其中支架到地面有固定高度X0，取X0为一值；当X1=Ymax时，扶手为zui大高度，此时θ值为zui大。设定zui大值为α=arcsinX1-X0/Ymax
 

　　当X2为800mm时，扶手为zui大高度，此时θ值zui小；设定zui小值为β=arcsinX2-X0/Ymin
 

　　由此可知，当设定扶手高度在Ymin～Ymax之间时，扶手架的调整角度范围在α～β间。所以可在扶手长度和高度之间去任意调整一配备不同操作人员的高度，以达到*舒适组合。
 

　　4试验结果与改进
 

　　4.1 试验情况，
 

　　该机在2014年9月下旬开始试验，试验结果见表1所示。有表1可看出，该机主要试验性能指标能达到设计要求。
 

　　4.2 存在问题及解决方案
 

　　(1)机具配重与耕深之间有关联。旋耕刀在土壤较硬的地块上，耕作效果较差。主要是实际工作中机具重量较轻，旋耕刀速度较大，切削土壤的力达不到要求，有待进一度改进。
 

　　(2)支撑轮中间轴在行走过程中容易剐蹭土壤造成行驶阻力加大。实验过程中出现轮轴剐蹭地面以及耕深不一致现象。解决的方法是有在不同土壤平整度情况下使用不同大小的支撑轮，以便防止轮轴有行驶阻力和旋耕刀旋耕深度不一致。