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摘要：针对设施农业的发展趋势，设计了一种电动微耕机，该微耕机动力系统为电动机，污染较小，可以实现两档换挡，具有转向离合器，可以实现在狭小环境下轻松转向。
关键词：温室大棚；电动微耕机；转向离合器
中图分类号：S222文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）02-0129-03
AbstractAccording to the development trend of facility agriculture， a kind of electric micro rotary tiller was designed. Its power system is electromotor， so it has less pollution to environment. It could achieve two gear shift with steering clutch. It also could realize the steering easily in narrow environment.
Key wordsGreenhouse； Electric micro rotary tiller； Steering clutch
随着我国城镇人口的日益增加及生活水平的不断提高，人们对蔬菜的需求无论是从数量上还是质量上都大幅增长1。现在人们对蔬菜的供应要求越来越高，这就要求市场进一步提高蔬菜的供应比重，保证各个季节蔬菜均衡供应。
经过几十年的发展，我国的设施农业取得极大的进步，到2006年，以生产蔬菜为主体的温室、大棚等设施园艺面积已经发展到250 多万公顷，总面积达世界第一1～3。人工整地每棚室（按666.7m2）计算，需2个人约20 h的工作量，相应支付的人工费为90元，再加上破垄夹肥、合垄的工作量，在整地环节，支付的人工费约为每栋棚室270元4，7。而现有的微耕机大多体积较大，不具备转向离合器，在棚室内无法实现轻松转向，而且动力系统多为柴油机或汽油机，污染较大。为了满足棚室大规模发展对农机具的要求，研制了一种新型的电动微耕机，该微耕机具有结构简单、机体小巧、操作灵活、污染较少、可实现轻松转向、具有快慢两种档位的特点，以期对温室大棚蔬菜机械化的实现做出贡献。
1电动微耕机的设计
经过多种方案的分析和比较，最终微耕机的基本结构如图1所示。其动力系统为电动机，污染小。换档减速机构可实现快、慢两档可调及减速，以满足不同工作情况时的作业速度要求；减速机构采用齿轮传动，使用寿命更长，传动效率更高；传动机构采用蜗轮蜗杆来传递动力，可以得到较大的传动比，且结构紧凑，利于减小机体体积。
1.1变速箱的设计
为了适应不同的土壤硬度，为该款微耕机设计了可实现两个档位换挡的变速箱，见图2。
变速箱与电动机输出轴相连接，电动机输出轴顶部设有主动锥齿，动力通过锥齿轮直接传递到变速箱内的主动轴上。主动轴一端安装有滑动花键，滑移齿轮安装在滑动花键上，被动轴一端安装有固定从动齿轮，该固定从动齿轮与滑移齿轮啮合连接。从动轴上安装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与蜗杆轴端锥齿轮啮合连接，动力由蜗杆传递到旋耕部件上。拨叉通过定位孔与变速档杆相连接，通过控制变速档杆，从而控制拨叉的工作位置，当需要减速行驶时，控制拨叉调节滑移齿轮在滑动花键上滑动，使滑移小齿轮与固定从动大齿轮啮合工作；当加速运行时，控制拨叉调节滑移齿轮在滑动花键上滑动，使滑移大齿轮与固定从动小齿轮啮合工作。
1.2传动减速机构的设计8，9
该机器的传动减速机构采用蜗轮蜗杆机构，可以得到较大的传动比，传动效率比较高，而且使用寿命比较长，工作可靠性更高。
根据该机器作业时的输出轴转速和电动机的额定转速可以得到该机器的总传动比：i=n1/n2，该式中：n1为电动机额定转速，n1=1 500 r/min；n2为该机器的输出轴转速，n2=v/2πr，其中，v（m/s）为该机器工作时的前进速度，r=0.15 m，为该机器的旋耕刀滚动半径。
1.3转向离合器的设计
现有的微耕机在温室以及大棚内转向困难，需要人为地辅助微耕机转向，操作繁琐，使得生产效率低下，现针对以上问题设计了转向离合器，可将传动系统随时分离或接合，实现轻松转向。转向离合器结构简图和爆炸图分别见图3（a）、（b）。
蜗轮上设有两侧蜗轮凸隼，共有3个凸隼，离合套上设有4个凸隼，滚动体外套内部设有滚柱，共有8个，每两个滚柱之间可插入一个凸隼，蜗轮上左侧的蜗轮凸隼卡合连接在一起，离合套通过凸隼也与滚动体外套内的滚柱连接在一起，8个凸隼分别插入两个滚柱之间的缝隙，蜗轮转动时带动滚动体外套转动，滚动体外套转动带动离合套一起转动，而离合套可通过滚柱的滚动轻松地实现与滚动体外套分离与接合，从而实现动力的传递与分离。
半轴上设有滚动槽，滚动槽内安装有滚动体，半轴通过滚动槽与离合套连接，当离合套转动时会通过滚动体的作用带动半轴转动。轴承与弹簧连接，轴承与弹簧之间安装有挡圈，弹簧与离合套连接。拨动离合器分离部件时，压缩弹簧，离合器与滚动体外套分离，实现切断动力输出到旋耕部件的作用。松开离合器分离部件，弹簧伸展，带动离合套移动，离合套的凸隼会接触滚柱并通过滚柱的滚动顺利滑到两个滚柱之间，从而实现动力的再次接合。
旋耕刀连接轴上设有定位孔一，半轴右侧设有滚动槽、左侧的连接轴上设有定位孔二，旋耕刀连接轴和半轴通过定位孔一和定位孔二连接在一起。
2微耕机的主要参数
所研制的电动微耕机的主要参数如表1所示。
经测试，所研制的电动微耕机符合我国机械行业颁布的微耕机的相关要求10。
4结论 研制了一种电动微耕机，该机器能够实现快、慢两档换挡工作，适于不同硬度的土地，同时还设有转向离合器，能够实现微耕机轻松转向的目的，操作方便。动力设备采用电动机，环保无污染。配套多种农具，可以实现旋耕、开沟、培土等多种工作。
参考文献：
[1]徐凤霞.我国设施农业发展问题研究[D].泰安：山东农业大学，2007.
[2]罗永峰，杨彬，蒲小红.凤县微耕机推广现状及存在的问题与建议[J].吉林农业：下半月，2009（11）：46.
[3]刘晓峰，赵志强，林甦军，等.1WG-5型大地牌微耕机的研制与应用[J].新农村，2010（9）：91-92.
[4]付静，李汝莘.我国设施农业机械的发展现状与方向[J].农业机械，2006（6）：120.
[5]初江，徐丽波，姜丽娟，等.设施农业的发展分析[J].农业机械学报，2004（3）：191-192.
[6]赵晨，李成华，敖永华.辽宁省种植业生产机械化存在的问题及发展趋势[J].沈阳农业大学学报，2000，12（4）：38-40.
[7]张晓文，王影，邹岚，等.中国设施农业机械装备的现状及发展前景[J].农机化研究，2008（5）：229-232.
[8]中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，1988：169-184.
[9]侯镇冰.机械设计手册[M].上海：同济大学出版社，1992.
[10]中华人民共和国国家标准局.GB 5668-2008旋耕机技术条件[S].北京：国家标准局，2008.
[9]孙传恒，唐启义，唐洁，等.水稻病虫害诊断模型构建及系统的实现[J].浙江农业学报，2006，18（2）：72-76.
[10]郑可锋，姚旭国，祝利莉，等.基于专家系统的农业远程诊断软件平台的设计与实现[J].浙江农业科学，2008（3）：253-255.
[11]杨林楠， 郜鲁涛， 林尔升， 等. 基于Android系统手机的甜玉米病虫害智能诊断系统[J]. 农业工程学报， 2012（18）：163-168.
[12]李健. 基于Android的病虫害推理诊断系统的设计研究[J]. 安徽农业科学， 2013，41（11）：5148-5150.
[13]宁宁， 王玉洁， 韩宝平. 基于Android平台的植物病虫害查询诊断系统的构建[J]. 北京农学院学报， 2013，28（3）：75-77.
[14]陈步英， 胡利平. 棉花病虫害专家系统的构建[J]. 农机化研究， 2010，32（11）：146-149.
[15]年志刚， 梁式， 麻芳兰， 等. 知识表示方法研究与应用[J]. 计算机应用研究， 2007，24（5）：234-236， 286.
[16]刘培奇， 李增智， 赵银亮. 扩展产生式规则知识表示方法[J]. 西安交通大学学报， 2004，38（6）：587-590.
[17]周德新， 谢晓敏. 基于可拓规则的故障诊断专家系统推理机的研究[J]. 计算机测量与控制， 2011，19（2）：266-268， 272.
[18]高春鸣， 陈跃新， 苏亮， 等. 正向推理机系统研究[J]. 计算机工程与应用， 2002，38（19）：78-80.
关键词：温室大棚；电动微耕机；转向离合器
中图分类号：S222文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）02-0129-03
AbstractAccording to the development trend of facility agriculture， a kind of electric micro rotary tiller was designed. Its power system is electromotor， so it has less pollution to environment. It could achieve two gear shift with steering clutch. It also could realize the steering easily in narrow environment.
Key wordsGreenhouse； Electric micro rotary tiller； Steering clutch
随着我国城镇人口的日益增加及生活水平的不断提高，人们对蔬菜的需求无论是从数量上还是质量上都大幅增长1。现在人们对蔬菜的供应要求越来越高，这就要求市场进一步提高蔬菜的供应比重，保证各个季节蔬菜均衡供应。
经过几十年的发展，我国的设施农业取得极大的进步，到2006年，以生产蔬菜为主体的温室、大棚等设施园艺面积已经发展到250 多万公顷，总面积达世界第一1～3。人工整地每棚室（按666.7m2）计算，需2个人约20 h的工作量，相应支付的人工费为90元，再加上破垄夹肥、合垄的工作量，在整地环节，支付的人工费约为每栋棚室270元4，7。而现有的微耕机大多体积较大，不具备转向离合器，在棚室内无法实现轻松转向，而且动力系统多为柴油机或汽油机，污染较大。为了满足棚室大规模发展对农机具的要求，研制了一种新型的电动微耕机，该微耕机具有结构简单、机体小巧、操作灵活、污染较少、可实现轻松转向、具有快慢两种档位的特点，以期对温室大棚蔬菜机械化的实现做出贡献。
1电动微耕机的设计
经过多种方案的分析和比较，最终微耕机的基本结构如图1所示。其动力系统为电动机，污染小。换档减速机构可实现快、慢两档可调及减速，以满足不同工作情况时的作业速度要求；减速机构采用齿轮传动，使用寿命更长，传动效率更高；传动机构采用蜗轮蜗杆来传递动力，可以得到较大的传动比，且结构紧凑，利于减小机体体积。
1.1变速箱的设计
为了适应不同的土壤硬度，为该款微耕机设计了可实现两个档位换挡的变速箱，见图2。
变速箱与电动机输出轴相连接，电动机输出轴顶部设有主动锥齿，动力通过锥齿轮直接传递到变速箱内的主动轴上。主动轴一端安装有滑动花键，滑移齿轮安装在滑动花键上，被动轴一端安装有固定从动齿轮，该固定从动齿轮与滑移齿轮啮合连接。从动轴上安装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与蜗杆轴端锥齿轮啮合连接，动力由蜗杆传递到旋耕部件上。拨叉通过定位孔与变速档杆相连接，通过控制变速档杆，从而控制拨叉的工作位置，当需要减速行驶时，控制拨叉调节滑移齿轮在滑动花键上滑动，使滑移小齿轮与固定从动大齿轮啮合工作；当加速运行时，控制拨叉调节滑移齿轮在滑动花键上滑动，使滑移大齿轮与固定从动小齿轮啮合工作。
1.2传动减速机构的设计8，9
该机器的传动减速机构采用蜗轮蜗杆机构，可以得到较大的传动比，传动效率比较高，而且使用寿命比较长，工作可靠性更高。
根据该机器作业时的输出轴转速和电动机的额定转速可以得到该机器的总传动比：i=n1/n2，该式中：n1为电动机额定转速，n1=1 500 r/min；n2为该机器的输出轴转速，n2=v/2πr，其中，v（m/s）为该机器工作时的前进速度，r=0.15 m，为该机器的旋耕刀滚动半径。
1.3转向离合器的设计
现有的微耕机在温室以及大棚内转向困难，需要人为地辅助微耕机转向，操作繁琐，使得生产效率低下，现针对以上问题设计了转向离合器，可将传动系统随时分离或接合，实现轻松转向。转向离合器结构简图和爆炸图分别见图3（a）、（b）。
蜗轮上设有两侧蜗轮凸隼，共有3个凸隼，离合套上设有4个凸隼，滚动体外套内部设有滚柱，共有8个，每两个滚柱之间可插入一个凸隼，蜗轮上左侧的蜗轮凸隼卡合连接在一起，离合套通过凸隼也与滚动体外套内的滚柱连接在一起，8个凸隼分别插入两个滚柱之间的缝隙，蜗轮转动时带动滚动体外套转动，滚动体外套转动带动离合套一起转动，而离合套可通过滚柱的滚动轻松地实现与滚动体外套分离与接合，从而实现动力的传递与分离。
半轴上设有滚动槽，滚动槽内安装有滚动体，半轴通过滚动槽与离合套连接，当离合套转动时会通过滚动体的作用带动半轴转动。轴承与弹簧连接，轴承与弹簧之间安装有挡圈，弹簧与离合套连接。拨动离合器分离部件时，压缩弹簧，离合器与滚动体外套分离，实现切断动力输出到旋耕部件的作用。松开离合器分离部件，弹簧伸展，带动离合套移动，离合套的凸隼会接触滚柱并通过滚柱的滚动顺利滑到两个滚柱之间，从而实现动力的再次接合。
旋耕刀连接轴上设有定位孔一，半轴右侧设有滚动槽、左侧的连接轴上设有定位孔二，旋耕刀连接轴和半轴通过定位孔一和定位孔二连接在一起。
2微耕机的主要参数
所研制的电动微耕机的主要参数如表1所示。
经测试，所研制的电动微耕机符合我国机械行业颁布的微耕机的相关要求10。
4结论 研制了一种电动微耕机，该机器能够实现快、慢两档换挡工作，适于不同硬度的土地，同时还设有转向离合器，能够实现微耕机轻松转向的目的，操作方便。动力设备采用电动机，环保无污染。配套多种农具，可以实现旋耕、开沟、培土等多种工作。
参考文献：
[1]徐凤霞.我国设施农业发展问题研究[D].泰安：山东农业大学，2007.
[2]罗永峰，杨彬，蒲小红.凤县微耕机推广现状及存在的问题与建议[J].吉林农业：下半月，2009（11）：46.
[3]刘晓峰，赵志强，林甦军，等.1WG-5型大地牌微耕机的研制与应用[J].新农村，2010（9）：91-92.
[4]付静，李汝莘.我国设施农业机械的发展现状与方向[J].农业机械，2006（6）：120.
[5]初江，徐丽波，姜丽娟，等.设施农业的发展分析[J].农业机械学报，2004（3）：191-192.
[6]赵晨，李成华，敖永华.辽宁省种植业生产机械化存在的问题及发展趋势[J].沈阳农业大学学报，2000，12（4）：38-40.
[7]张晓文，王影，邹岚，等.中国设施农业机械装备的现状及发展前景[J].农机化研究，2008（5）：229-232.
[8]中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册（上册）[M].北京：机械工业出版社，1988：169-184.
[9]侯镇冰.机械设计手册[M].上海：同济大学出版社，1992.
[10]中华人民共和国国家标准局.GB 5668-2008旋耕机技术条件[S].北京：国家标准局，2008.
[9]孙传恒，唐启义，唐洁，等.水稻病虫害诊断模型构建及系统的实现[J].浙江农业学报，2006，18（2）：72-76.
[10]郑可锋，姚旭国，祝利莉，等.基于专家系统的农业远程诊断软件平台的设计与实现[J].浙江农业科学，2008（3）：253-255.
[11]杨林楠， 郜鲁涛， 林尔升， 等. 基于Android系统手机的甜玉米病虫害智能诊断系统[J]. 农业工程学报， 2012（18）：163-168.
[12]李健. 基于Android的病虫害推理诊断系统的设计研究[J]. 安徽农业科学， 2013，41（11）：5148-5150.
[13]宁宁， 王玉洁， 韩宝平. 基于Android平台的植物病虫害查询诊断系统的构建[J]. 北京农学院学报， 2013，28（3）：75-77.
[14]陈步英， 胡利平. 棉花病虫害专家系统的构建[J]. 农机化研究， 2010，32（11）：146-149.
[15]年志刚， 梁式， 麻芳兰， 等. 知识表示方法研究与应用[J]. 计算机应用研究， 2007，24（5）：234-236， 286.
[16]刘培奇， 李增智， 赵银亮. 扩展产生式规则知识表示方法[J]. 西安交通大学学报， 2004，38（6）：587-590.
[17]周德新， 谢晓敏. 基于可拓规则的故障诊断专家系统推理机的研究[J]. 计算机测量与控制， 2011，19（2）：266-268， 272.
[18]高春鸣， 陈跃新， 苏亮， 等. 正向推理机系统研究[J]. 计算机工程与应用， 2002，38（19）：78-80.