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一、選題依據(jù)（包括選擇課題的背景、選題研究的理論及實踐意義）

早在十九世紀中末葉，世界上就出現(xiàn)了旋耕機，1910年左右才達到實用水平，1922年首先在澳洲和英國推廣實用，以后擴展到以歐洲為主的許多國家。1930年以后，日本又將歐洲旱地使用的旋耕機成功地運用到水田。所以旋耕機在近幾十年內(nèi)有了較大的發(fā)展。目前，從國外的旋耕機使用情況來看，多數(shù)安有安全離合器，有兩種以上刀滾轉(zhuǎn)速，三四種刀型，配有鐵輪或者膠輪限深裝置。我國旋耕機的發(fā)展，是先有與手扶拖拉機配套的旋耕機。輪式拖拉機的配套旋耕機是從1959年開始研制的，到1963年已有十幾種不同型號的旋耕機用于生產(chǎn)。

近些年來，由于國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來越重視，糧食生產(chǎn)產(chǎn)量從而得到穩(wěn)步提升。但是在很多地方，人們?nèi)粤晳T采用傳統(tǒng)的耕作方式進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成春冬季節(jié)地表的長期裸露，這樣就會導(dǎo)致我國許多地區(qū)耕地的土壤表層有機物質(zhì)和水分的嚴重流失，從而加劇土壤貧瘠化和生態(tài)環(huán)境惡化。同時，由于長期對土地營養(yǎng)物質(zhì)的大肆吸收，導(dǎo)致農(nóng)田土壤肥力日趨下降，土地得不到很好的休養(yǎng)生息，進而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)逐漸惡化，嚴重制約我國糧食產(chǎn)量的進一步提高。作為一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基本方向。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷改革深入，小型農(nóng)機現(xiàn)在已經(jīng)無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，合理有效地組裝各種功能的工作部件和裝置形成的多功能旋耕機越來越成為研究方向，這樣，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，機動性、操作性好，能提高經(jīng)濟效益。旋耕機是拖拉機的主要配套農(nóng)機具之一，對土壤進行旋耕作業(yè)，將犁和耙二道工序合為一體，適合水田和早地耕作，尤其適合北方旱地作業(yè)，主要用以完成耕整碎土作業(yè)；專門設(shè)計的滅茬機主要用以打碎淺土里的留茬根部；專門設(shè)計的秸桿還田機主要是對留在地里的秸桿（例如麥桿、棉花桿、玉米桿等）進行粉碎后還田。上述三種作業(yè)機具，工作原理相同，結(jié)構(gòu)也相差不大，不同的是旋耕刀具工作轉(zhuǎn)向與前進的驅(qū)動輪同向，滅茬機及秸桿還田機的刀具工作轉(zhuǎn)向與驅(qū)動輪前進相反，且這三種作業(yè)機要求的刀具轉(zhuǎn)速相差較大。

如何實現(xiàn)旋耕、滅茬、秸桿還田三種作業(yè)功能在同一機具上完成，一直是急待農(nóng)機科研工作者解決的設(shè)計難題。因此，設(shè)計一種能方便變換刀具旋向和轉(zhuǎn)速，可以按照需要完成旋耕、滅茬、秸桿還田三種作業(yè)功能為一體的多功能旋耕機，能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化進程。

二、選題研究現(xiàn)狀（包括目前國內(nèi)外對本選題的研究情況和有待解決的問題）

國外旋耕機的發(fā)展至今已有150多年的歷史，起始于英、美，由3一4kw內(nèi)燃機驅(qū)動，主要用于庭院耕作，直至IJ型旋耕刀研制成功后，旋耕機才進人大田作業(yè)川。旋耕機切土、碎土能力強，一次旋耕能夠達到一般犁耙作業(yè)幾次才能達到的碎土效果，而且旋耕后的地表平整、松軟，更能滿足精耕細作的要求。使用旋耕機能有效縮短工序時間，從此成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的象征。旋耕機的樣式，不是一成不變。旋耕機的發(fā)展，伴隨著技術(shù)的改進，而隨著每一次突破性的技術(shù)革新，旋耕機得到更大范圍的推廣應(yīng)用。上世紀初，日本從歐洲引進旱田旋耕機后，經(jīng)過大量的試驗研究，研制出適用于水田耕作要求的彎刀，解決了刀齒和刀軸纏草問題。二戰(zhàn)以后，新式旋耕機在日本全國迅速普及，日本農(nóng)業(yè)，得到長足的發(fā)展。中國約一半的耕地是水田，日本研制新型旋耕機并大范圍使用的成功經(jīng)驗，對我國而言，很具有借鑒性。當前世界上許多國家都在研究和應(yīng)用旋耕技術(shù)。諸如美國、法國、日本、澳大利亞、瑞士、芬蘭、南斯拉夫、匈牙利等國家，在果樹和蔬菜地上已經(jīng)十分廣泛地使用各種小型旋耕機械進行旋耕、犁耕、開溝、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉和施肥等作業(yè)項目。荷蘭、以色列、日本、美國等國家對溫室用作業(yè)機具進行了系統(tǒng)的開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用，許多作業(yè)項目如耕整地、播種、間苗、中耕和除草都已實現(xiàn)了機械化。

中國對旋耕機的研究，始于20世紀50年代末。當時主要研制與手扶拖拉機配套使用的旋耕機，后來又研制出了與中型輪式拖拉機配套的旋耕機。70年代初，我國終于完成了與當時國產(chǎn)各類拖拉機配套的系列旋耕機的設(shè)計，旋耕機開始在北方平原旱田得到大面積的推廣應(yīng)用。旋耕機在我國的發(fā)展，經(jīng)歷了單機研制、發(fā)展系列產(chǎn)品、新產(chǎn)品的開發(fā)和換代三個階段。隨著現(xiàn)代種植、耕作農(nóng)藝的發(fā)展，在旋耕機基礎(chǔ)上，還產(chǎn)生了多用途的聯(lián)合復(fù)式作業(yè)機。新型系列旋耕機采用新型旋耕刀，綜合了合理的速度參數(shù)、幅寬和復(fù)式作業(yè)功能，滿足不同的耕作用途與農(nóng)藝要求。新型的自走式驅(qū)動型旋耕機，強化土壤耕作過程，滿足不同條件下的不同土壤類型，一次耕作可以聯(lián)合作業(yè)，有自身動力驅(qū)動，作業(yè)時不需要牽引功率，減少了功率的消耗，更加節(jié)能環(huán)保。當前，我國旋耕機的使用范圍不斷擴大，從應(yīng)用最廣的北方旱地，逐漸蔓延到南方水田，牧場、荒地和果林等都有使用旋耕機進行耕耘作業(yè)。

目前，在國內(nèi)成型的旋耕機械產(chǎn)品中，以臥式旋耕機為主流，該種旋耕機對土壤適應(yīng)性強、混土效果好，一次性作業(yè)可達到翻土、碎土和平整地表的要求。但一般耕深較淺，漏耕嚴重，工作部件易纏草堵泥且作業(yè)時消耗功率較大，為此，近幾年推出了立式和斜置式旋耕機。立式旋耕機主要適用于滅茬作業(yè)，斜置式旋耕機是一種綜合了犁耕與旋耕的特點，功耗低，耕作質(zhì)量好的新型耕作機具。在臥式旋耕機中，按旋耕機切刀軸與拖拉機輪子的轉(zhuǎn)向可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種。旋耕機切刀軸與拖拉機輪子轉(zhuǎn)向一致的正轉(zhuǎn)旋耕機，反之，為反轉(zhuǎn)旋耕機。反轉(zhuǎn)旋耕機是在正轉(zhuǎn)旋耕機的基礎(chǔ)上提出的，后來又推出了潛土反轉(zhuǎn)旋耕機和正反轉(zhuǎn)旋耕機。反轉(zhuǎn)旋耕機可作為大中型聯(lián)合收割機的主要配套機具，能形成土壤埋茬，有利于秸稈還田，實現(xiàn)增加土壤有機質(zhì)的目的。潛土反轉(zhuǎn)旋耕機可加大深耕，還可有效地解決刀軸前方壅土問題。正反轉(zhuǎn)旋耕機通過傳動機構(gòu)和工作部件的結(jié)合，能使切刀軸正反轉(zhuǎn)，同時完成滅茬和旋耕作業(yè)，實現(xiàn)一機多用。旋耕機入土深度一般小于旋耕部件半徑的10%～20%，考慮到旋耕部件半徑大小所需的相適應(yīng)的單位能耗，應(yīng)使旋耕機刀軸距地面較深。有的設(shè)計依據(jù)旋耕部件與耕深的相對關(guān)系，把中央調(diào)速器直接安裝在旋耕部件的軸上。這樣可保證農(nóng)具的最小能耗，最小的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。旋耕機刀刃口曲線大多采用阿基米德曲線，另外等角對數(shù)曲線、正弦指數(shù)曲線等也有所應(yīng)用。近幾年，我國學者提出了多種刃口曲線，如節(jié)能型刃口曲線設(shè)計、平面型和曲面型正切面的設(shè)計、放射螺線作為生成過渡面的曲導(dǎo)線設(shè)計等。近些年來，為適應(yīng)當前生產(chǎn)需要，還開發(fā)出1.25～2.80m幅寬多種型號的旋耕機。如南昌旋耕機廠生產(chǎn)的1GN系列和1G系列多種型號的旋耕機；江蘇省連云港旋耕機集團公司生產(chǎn)的1GE2210型旋耕機和1GQN250S型耕機。目前我國使用的聯(lián)合作業(yè)機型有1GH280型松旋起壟機、1GSZ210/280型組合實旋耕多用機、1GZJ210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機、1GLT4型松旋滅茬起壟通用機及1QH280D型滅茬旋耕多用機等。

但是，我國旋耕機任然存在以下主要問題：

1、拖拉機動力輸出軸容易損壞；

2、十字萬向傳動軸使用壽命短；

3、缺少與大功率拖拉機配套的旋耕機；

4、作業(yè)性能滿足不了當今農(nóng)業(yè)要；

5、缺少與大功率拖拉機配套的旋耕機。

除此之外，由于設(shè)計材質(zhì)及生產(chǎn)工藝等方面的原因，國產(chǎn)的旋耕機械在工作時易發(fā)生十字萬向傳動軸損壞、拖拉機動力輸出軸容易損壞、整機作業(yè)性能不穩(wěn)定和易纏草堵泥等問題。這些都有待于今后在設(shè)計和制造過程中去解決。