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附錄：
對傳輸動力輸出和負載農(nóng)用拖拉機齒輪選擇在旋耕的作用
摘要：
為了讓拖拉機在現(xiàn)場作業(yè)中獲得更好的性能和耐久性，為這項操作選擇合適的齒輪設置是必要的。本研究的目的是分析在20cm深的旋耕時一個75kW的負載農(nóng)用拖拉機的傳輸動力輸出和齒輪選擇的作用。為了測量作用在變速器和動力輸出輸入軸的負載，負載測量系統(tǒng)被安裝在拖拉機上。該系統(tǒng)由測量轉矩的傳遞和動力輸出的輸入軸的應變儀傳感器，獲取傳感器信號的一個無線電遙測I / O接口和采集數(shù)據(jù)嵌入式軟件構成。旋耕在相同的土壤條件的旱田網(wǎng)站以三個地面速度和三個動力輸出轉速進行。用雨流計數(shù)和SWT （史密斯沃森濤培）方程將負載數(shù)據(jù)轉換為載荷譜。對于每個齒輪的選擇負載損壞的總和利用的是改性Miner規(guī)則來計算，然后負載嚴重性的計算和損壞總和的計算同樣重要。當PTO轉速不變時，變速器輸入軸的平均扭矩的地面速度顯著地從L1（ 1.87km/h）到L3（ 3.77km/h）。另外，當對地速度不變時，PTO轉速上升的同時動力輸出輸入軸的平均轉矩增加。旋耕施加在動力輸出輸入軸上的載重顯著比變速器輸入軸大。變速器和PTO軸負載的嚴重性增加，同時作為地面和動力輸出旋轉速度增加，表明可能降低疲勞壽命。這個研究的結果可能會為齒輪和旋耕的選擇提供有用的信息，不僅考慮耕地效率，還考慮傳輸和動力輸出輸入軸負載的重要性。
1、 簡介
農(nóng)用拖拉機作為動力源通過驅動橋，取力器（PTO）設備，以及液壓管路應用于各種野外作業(yè)，如耕作，播種，化學應用，收割，運輸。在世界上的很多國家農(nóng)用拖拉機的數(shù)量正在不斷增加。例如，在韓國拖拉機的利用率已經(jīng)在春季和秋季增加到2010年的農(nóng)業(yè)工作日內(nèi)71.8％（Park等人，2010年a，b）。拖拉機具有不同程度的駕駛和動力輸出齒輪設置，并且所述齒輪設置的不同組合可用于提供適用于操作類型和耕地條件所需的功率。
因為載重作用在拖拉機上，部分的耐用性和工作性能是由齒輪設置（ Park等人， 2010年c ）確定的，所以最佳齒輪設置為操作類型是重要的。拖拉機零部件的耐用性是需要重要考慮的（Rotz 和Bowers, 1991）之一。西門子和鮑爾斯（ 1999）報道，由于過高的運行速度，美國農(nóng)民花了大約40 ％的總維修費用來修復拖拉機和30％左右修復的磨損的動力總成零部件。此外，工作性能影響拖拉機的燃油消耗。在韓國，由拖拉機每年的燃料消耗量為345毫升/年的情況下，約占農(nóng)業(yè)機械（ KAMICO和KSAM ， 2010）的年度總油耗48.5 ％。因此，分析齒輪選擇過程中野外作業(yè)的拖拉機負荷的影響將是有意義的。
基希勒等（2011）分析了變速器檔位選擇對拖拉機性能的影響，并報道當該齒輪設置在從3.0變公里/小時8.3公里/小時的犁耕時燃料消耗率增加了105％，實施草案增加了28％，并且需要的功率增加了255％，一些研究分析了在野外作業(yè)的拖拉機負荷用于拖拉機的高效和優(yōu)化設計（格拉赫，1966;Han等，1999）范等人，2009）。因為它彌補了約30％的拖拉機的總成本，大多數(shù)研究上的負載分析都集中在傳輸（如金，1998年）。用于傳輸負載的分析，研究人員分析轉矩負載作用在變速器輸入軸和拖拉機的字段中的操作，例如犁耕作的驅動車軸（Kim等人，2001; Nahmgung，2001）。在大多數(shù)領域的條件下，對變速器輸入軸的負載和驅動車軸用犁耕速度增加。
一些研究中認為在旋耕和壓捆操作時負載在動力輸出軸上。Kim等人（ 2011b ）進行分析在壓捆機運轉時發(fā)動機額定功率為75千瓦的拖拉機的功率消耗，并報告了功耗發(fā)動機功率消耗的比率分別為所有動力輸出齒輪水平的50-75％ 。此外， Kim等人（ 2011a）分析了一個30千瓦的農(nóng)用拖拉機主要部件（驅動橋，動力輸出軸和液壓泵）在犁耕，旋耕，和裝載機操作時的功率要求。旋耕所需的最大功率和在過程中動力輸出軸在各組成部分之間的所占功率的最大數(shù)量。綜合以上調(diào)查結果，旋耕期間在動力輸出軸上應用合理的載重數(shù)量。然而，關于傳輸（即，運算速度）的影響和在現(xiàn)場作業(yè)的拖拉機載重動力輸出齒輪的選擇的研究尚未見報道。
這項研究主要是為了最佳的齒輪設置提供導向做出的努力，既考慮了耕地效率又考慮了主要功率傳輸部件的載重嚴重性。這項研究的目的就是分析傳輸?shù)妮d重行為的齒輪選擇以及在旋耕過程中75kW的農(nóng)用拖拉機的動力輸入輸出軸的影響。
2、 材料和方法
2.1測量系統(tǒng)
這項研究用到的是一個75kW的農(nóng)用拖拉機(L7040, LS Mtron Ltd., Korea) 。這個拖拉機的總質量為3260千克，體積為4077mm×2000mm×2640mm（長×寬×高）。在引擎轉速2300轉時，額定發(fā)動機功率和拖拉機的動力輸出功率分別為75千瓦和65千瓦。拖拉機是配備一個同步-網(wǎng)格類型的由兩個方向齒輪、四個主齒輪、四個副齒輪組成的手動變速箱。拖拉機的16個向前和16向后地面速度由齒輪設置組合決定。相應的，拖拉機動力輸出的旋轉速度在P1,P2,P3設置中分別為540 rpm,750rpm,1000rpm。圖一顯示在傳輸裝置上設置了轉矩遙感器和無線遙測系統(tǒng)和載重措施的動力輸入軸。傳輸裝置和動力輸入軸是直接與發(fā)動機曲軸聯(lián)系起來的；因此，發(fā)動機曲軸和輸入軸的速度比率為1:1。載重測量系統(tǒng)被安裝在離合器殼里面。載重測量系統(tǒng)由應變儀傳感器(CEA-06-250US-350,MicroMeasurement Co., USA)構成去測量轉矩，無線電遙測I/O接口去獲得傳感器的信號和一個內(nèi)置的系統(tǒng)去分析載重。對于傳輸?shù)妮d重測量，一個帶有天線的應變儀被安裝在變速器輸入軸中，轉子和定子天線安裝在軸的情況。相應的，為了實現(xiàn)動力載重測量，一個應變儀安裝在飛輪套筒上，而一個轉子天線和一個定子天線被安裝在飛輪和引擎的情況下。這個內(nèi)置的系統(tǒng)有一個最大的24位的分辨率。校準扭矩傳感器的應變儀的負載信號已經(jīng)在24位分辨率下的19.2 khz的采樣率被數(shù)字化了而被存儲在嵌入式系統(tǒng)中(MGC,HMB,德國)。一個用來測量負載信號的程序是基于實驗室查看軟件(美國國家儀器2009年版本)被開發(fā)的。
2.2 實驗方法
在田間操作中作用于拖拉機的荷載取決于許多因素如：土壤條件和駕駛技能。因為把所有這些因素都考慮進去是不實際的(Nahm-gung,2001),所以在這項研究中將這些因素的影響最小化而專注于地面速度和通過齒輪選擇負載上的動力輸出轉速的影響。
旋耕是由三個地面速度和三個動力輸出旋轉速度在旱地位置位于北緯35o59'23"和35o59'26"和東經(jīng)127o12'56"和127o13'3"。土壤類型是沙土，平均水分含量為22.3%,和平均圓錐指數(shù)為1236 kPa,在0 - 250毫米的深度。
耕地深度設置為20厘米。相應的，變速器的齒輪設置為L1，L2和L3齒輪與動力輸出齒輪P1，P2，和P3相匹配。齒輪設置基于一項由Kim等人(2011a)報道的為年度拖拉機使用比例的調(diào)查的結果進行選擇。拖拉機的地面速度在L1,L2,L3的情況下分別1.87公里/小時,2.64公里/小時,和3.77 公里/小時，它的動力輸出旋轉速度在P1,P2,P3的情況下分別為540 rpm,750 rpm,和1000 rpm。旋耕工具是一個重型旋耕機(WJ220E、WOONGJIN、韓國)和所需的額定功率,總質量，耕地寬度和體積分別為75千瓦，750公斤，2220毫米和1050毫米×2390毫米×1380毫米（長度×寬度×高度）。
2.3載荷分析
根據(jù)不同的目的，分析拖拉機負荷的程序就會不同。許多研究人員為了表示載荷已經(jīng)使用簡單統(tǒng)計如：平均、最大、最小值等。該方法提取代表值用來顯示幅值的差別,但是因為田野負載是不規(guī)則的，所以這種簡化禁止描述整個加載配置文件。齒輪設置對變速器和動力輸出負載設置,單向方差分析和最小顯著差測試(LSD)的影響是由SAS(版本9.1,SAS研究所卡里,美國)傳導的。同時,因為負載導致拖拉機的損害,拖拉機零件的疲勞也需要調(diào)查，所以要表示負載對拖拉機的影響是很難的。拖拉機的疲勞程度被定義為重復載荷的損失總和(Lampman,1997）。
純樸,Kim等人(1998、2000)提出的另一種表示負載的方法，這種方法被定義為每個操作損失總和與所有操作最小損失總和之比。純樸與疲勞壽命成反比。當負載嚴重越大時,疲勞壽命會越短。Kim等人.(1998)測量了作用在傳動輸入軸上的負載和分析了在耕作,旋耕和運輸操作時的負載嚴重性。他們發(fā)現(xiàn)運輸操作的負載嚴重性與耕作時的負載嚴重性類似。但旋耕時的負載嚴重性約為運輸操作時的63倍。之后，Kim等人（2000）分析了在旋耕期間變速器輸入軸的嚴重性，旋耕是右四個拖拉機的速度組合地面速度(2.9公里/小時和4.1 km / h)和動力輸出旋轉速度(588和704 rpm)并且使用了一個發(fā)動機額定功率為30千瓦的拖拉機。當動力輸出速度增加到與地面速度相同時，負載嚴重增加了2.3 -2.6倍；而當?shù)孛嫠俣仍黾又僚c動力輸出速度相同時，嚴重性下降了0.2-0.3倍。
圖2是一個解釋嚴重性計算過程的框圖。因為轉矩的數(shù)據(jù)不規(guī)則(熊和Shenoi,2005)，所以使用雨流循環(huán)計數(shù)法將測量轉矩的數(shù)據(jù)從時域轉換到頻域。雨流循環(huán)計數(shù)技術通常被認為是一個好的預測疲勞壽命的循環(huán)計數(shù)法（Hong,1991)。它將一個變幅加載歷史它分解成一系列簡單的事件相當于個人恒定負載周期振幅(Glinka和Kam,1987)。此外,Smith-Waston-Topper單軸方法用于計算譜級用方程（1）來去除平均轉矩的影響(道林,1972)。
方程中Te相當于轉矩（Nm），ta是扭矩振幅（Nm），tm是平均轉矩（Nm）。
因為測量的負載數(shù)據(jù)的記錄時間相對較短(180 - 200s),所以拓展拖拉機的旋耕的總的使用時間的周期數(shù)是非常必要的。為了在負載的大小上計算周期的總數(shù),測試拖拉機的整個壽命被假設進來。負載周期的總數(shù)由方程（2）進行計算：
N7=3600NLh （2）
方程中N7負載周期的總數(shù)目（圈數(shù)），N是測量負載的計算周期數(shù)目（圈數(shù)），L是已用的拖拉機的整個壽命（年），h為拖拉機操作的年使用次數(shù)（小時/年）。
在韓國，拖拉機被用來旋耕的年度使用時間是204個小時(李,2011)。使用的拖拉機的整個壽命被認為是10年,這是在韓國農(nóng)業(yè)的條件下的正常的數(shù)據(jù)。對于拖拉機的整個壽命的載荷譜用于旋耕時在不同的齒輪設置下由測量負載與額定發(fā)動機扭矩負載之比來表示,為275海里。兩項之比大于1表明不利的負載級別大于額定發(fā)動機扭矩負載。
使用測量負載去計算損失總量和用S-N(彎曲應力與循環(huán)的數(shù)量)曲線估計數(shù)量的周期加載損耗(法特米和陽,1998)。由于損傷是由轉矩信號引起的，S-N曲線轉換為扭矩-周期曲線(Graham 等,1962;阮等,2011)。為了輸入軸的材料得到S-N曲線,SCM 420 h,在方程（3）中使用ASTM標準(2004)。ASTM標準已經(jīng)廣泛的用于材料的疲勞分析(Wannenburg 等, 2009;Mao, 2010).
方程中的N表示周期數(shù)，S表示切削硬度（兆帕）。
為了計算損害總和，負載譜的等效扭矩被轉換成壓力(Rahama 和Chancellor,1994; Petracconi 等, 2010). 變速器和 PTO輸入軸的直徑分別是 28 毫米和 26.5 毫米。
(4)
其中，S 是應力 (MPa)，T 為等效扭矩 (Nm)，d (mm) 軸的直徑。
損傷總和是基于式（5）Miner定律（Miner,1945）計算的。Miner定律是用來估算荷載到空載的轉數(shù)的(Miner，1945 年; Robson，1964 年;Renius，1977年）。循環(huán)的次數(shù)(n)來自載荷譜的等效扭矩。派生疲勞壽命轉(N)是從S-N 的 SCM 420 H。損壞(D)由轉數(shù)除以疲勞壽命轉數(shù)計算得出的。
(5)
Dt是損壞總量，ni轉數(shù)，Ni是疲勞壽命（轉數(shù)）。
3. 結果和討論
3.1. 檔位選擇的變速器和 PTO 載荷
圖 3 顯示的示例為在對地速度 L1時變速器和PTO輸入軸扭矩載荷和旋耕操作期間PTO 轉速為P2時的載荷。旋耕操作包括準備期，下降 3 點懸掛、 運行期，耕地和完成期間上升 3 點懸掛。測量扭矩在變速器和 PTO 輸入軸在準備階段陡增，在完成期間下降，扭矩在運行期間不規(guī)則波動模式出現(xiàn)在這些組件上。在運行期間，PTO輸入軸上的測量扭矩程度和范圍大于變速器輸入軸。
表 1 顯示的扭矩水平上變速器和由PTO輸入的軸速度對地速度(L1、 L2、 L3) 和PTO旋轉速度 （P1、 P2、 P3） 的合。平均扭矩只對運行期間數(shù)據(jù)進行了計算，不包括準備和完成期。旋耕期間，PTO輸入軸的平均的扭矩水平大于那些變速器輸入軸齒輪各級。在旋耕期間主要組件所需力量最大的結果與Kim et al.(2011a)的結果相似。
在相同的動力輸出轉速下，對地速度從L1增至L3時，變速器輸入軸上的平均扭矩大大增加。犁耕提速時，變速器和傳動軸上負載增加也由 Kim et al.（2011a，b）和Nahmgung（2001 年）發(fā)現(xiàn)。此外，當PTO旋轉的速度增加時，變速器輸入軸上的平均負載增加，而在L1P2 和 L1P3 之間負載值均無顯著差異。對地速度和PTO旋轉的速度增加時，PTO輸入軸上的平均扭矩增加。這些增量對PTO旋轉的統(tǒng)計學速度有意義，但對對地速度沒有顯著意義。
3.2. 受損度評估
圖4 和 5分別顯示旋耕期間變速器和PTO輸入軸由齒輪設置的載荷譜。載荷譜的建立考慮了拖拉機的整個壽命中的轉數(shù)，從 103 到107 的范圍內(nèi)。變速器輸入軸的最大扭矩比率的范圍是合速度為 0.7 -1.5，在 L3P1 被發(fā)現(xiàn)的最大扭矩比率，如圖 4 所示。
一般情況下，對地速度和PTO旋轉的速度增加時扭矩比率增加。旋耕時對地速度和動力輸出轉速越大，PTO輸入軸上的負荷越大。如圖 5 所示，PTO輸入軸的扭矩比例大于變速器輸入軸。PTO 輸入軸的最大扭矩比率范圍是0.8-2.5，且最大扭矩比率也在 L3P1被發(fā)現(xiàn)，變速器輸入軸也是如此。動力輸出轉速越大，PTO輸入軸上負載越大。
圖6 顯示了旋耕期間由齒輪設置受損度的評估。每個齒輪設置的受損度由合速度中損傷總和與最小的損傷總和的比代表。圖 6 (a) 顯示的輸入傳動軸受損度的比較。最小受損度在最低合速度即變速器被設置到L1， PTO齒輪被設置到P1時獲得。合速度增加則受損度增大，在對地速度增大時受損度增量變得更大。當傳動齒輪在相同動力輸出轉速下從 L1轉換到 L3時，對地速度增加201%則受損度增加573-746%，。在恒定對地速度下，PTO齒輪從P1 轉換到P3時PTO轉速增加 185%，受損度增加187%-340%。從L1P2轉換到L1P3時，平均負載只增加了 11%(35.9-38.7 Nm)，這并沒有統(tǒng)計差別，但受損度增加了182%。
圖6（b）顯示的輸出輸入軸的振動頻率。得到的結果和變速器輸入軸的情況類似。l1p1速度的組合使得振動頻率最小，且復合速度增加時，振動頻率也增加。值得引起注意的是，當輸出轉速增加185%時，振動頻率將增加1078–1655%。動力輸出齒輪從速度P1變化到速度P3時，當?shù)孛嫠俣忍岣?01%，振動頻率增加139–213%。傳動齒輪從L1～L3的同樣的動力輸出軸轉速。同時，平均負荷與地面速度的增加在統(tǒng)計學上分析沒有差別。結果表明，在動力輸出輸入軸負載的影響更明顯的是PTO轉速而不是地面速度。
4.總結和結論
這項研究分析了齒輪荷載選擇對傳輸與一個75千瓦的農(nóng)業(yè)拖拉機動力輸入軸在旋轉耕作的影響。作用在傳動裝置和PTO輸入軸的外載荷是在旋耕時進行測量的。旋耕是在三的地面速度和三軸轉速坡高地網(wǎng)站在同一土壤條件下進行的。第二，傳動和動力輸入軸的載荷進行了評估。結果表明，變速器輸入軸的平均轉矩增加顯?明顯的地面速度從L1至L3在同一動力輸出軸轉速。同時，在動力輸入軸的平均轉矩增加，在相同的地面速度PTO的旋轉速度增加。
最后，負載嚴重的傳輸動力輸出和輸入軸進行了估算。地面速度和動力輸出軸轉速增加時，變速器的輸入軸和輸出軸的振動頻率也增加。當?shù)孛嫠俣忍岣?01%，變速器輸入軸的振動頻率增加573–746%，此時傳動齒輪從L1～L3在同一動力輸出軸轉速。在相同的地面速度下，振動頻率增加了187–340%時，輸出轉速增加185%的動力輸出齒輪從P1到P3。變速器輸入軸的疲勞壽命下降時，聯(lián)合的速度增加，和地面速度的影響更為顯著斜面。的動力輸出軸的嚴重性增加顯著的1078–1655%時，輸出轉速增加185%的動力輸出齒輪從P1到P3在地面的速度常數(shù)。當?shù)孛嫠俣忍岣?01%振動頻率增加139–213%，此時傳動齒輪從L1～L3在同一動力輸出軸轉速。在變速器輸入軸和動力輸出軸的疲勞壽命是相似的。
農(nóng)民往往以更大的行駛速度進行旋耕作業(yè)以獲得更大效率（即，更少的時間）和更大的動力輸出轉速旋耕。然而，更大的行駛和PTO速度，會造成更大的負載和較短的輸入軸疲勞壽命。此外，更高的速度，可能會導致耕作操作后不良的土壤條件。例如，不當?shù)母咝旭偹俣瓤赡軙е螺^粗的土壤條件，而輸出轉速太快可能會導致好的的土壤狀況，作物比以前得到生長更好和更少的環(huán)境問題，如水土流失良好。農(nóng)民需要根據(jù)對作物和土壤條件的設定選擇最佳的齒輪，而不僅只考慮效率。
致謝
該研究項目得到了韓國食品部農(nóng)業(yè)--林漁業(yè)生物產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)項目的大力支持。
畢業(yè)設計（論文）任務書
院
（系）
機械工程學院
指 導
教 師
張道德
職
稱
副教授
學生姓名
專業(yè)（班級）
學 號
設計題目
小型自動耕地機設計
設
計
內(nèi)
容
、
目
標
和
要
求
（設計內(nèi)容目標和要求、設計進度等）
內(nèi)容：
設計一種小型耕地機械，能實現(xiàn)翻土及梳理。能實現(xiàn)耕牛的替換，每天耕地量為2-3畝，適用于小農(nóng)戶。
要求：
1. 查閱相關資料，并翻譯相關英文資料一篇；
2. 完成耕地機的機械部分設計；
3. 機械裝配圖一份，系統(tǒng)電路原理圖一份。程序清單一份（關鍵語句必須有注釋）。設計說明書一份。
指導教師簽名：
年 月 日
基層教學單位審核
院 （系）
審 核
此表由指導教師填寫院系審核
小型自動耕地機設計
目錄
1緒論 1
1.1 國內(nèi)外耕地機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1
1.1.1我國耕地機發(fā)展 1
1.1.2 國外耕地機發(fā)展 5
1.1.3在海底耕地機的用途 7
1.2 鏈式耕地機的研究現(xiàn)狀 7
1.3 本論文研究意義 9
2鏈傳動概述及鏈刀式耕地機設計的初步理論 10
2.1 鏈傳動概述 10
2.1.1 鏈傳動基本原理 11
2.1.2鏈傳動的特點 12
2.1.3鏈傳動的應用 14
2.2 鏈傳動的失效分析 15
2.3 耕地機設計的初步理論 16
2.3.1土壤的主要物理力學性質 16
2.3.2土壤工作部件力學 18
2.3.3小結切割過程的分土壤切削阻力分析 19
3鏈刀式耕地機工作部件的設計 20
3.1 耕地機的工作原理 20
3.2 鏈式耕地機的特點 22
3.3 工作部件基本參數(shù)的選擇 22
3.4 工作部件切削土壤的力 27
3.5 發(fā)動機功率的確定和底盤的選擇 28
3.6 鏈刀式耕地機的整體參數(shù)計算與確定 31
3.7耕地器的結構 32
3.7.1耕地器的結構分析 32
3.7.2 耕地器的工作原理 33
4結論與展望 34
4.1結論 34
4.2觀察研究后根據(jù)鏈式耕地機的傳動環(huán)境與切削的分析提出見解 34
4.2.1 根據(jù)土壤介質鏈傳動的特點提出見解 34
4.2.2 土壤質地、濕度、硬度對土壤介質鏈傳動的影響 35
4.2.3 研究后對耕地鏈傳動的切削分析 35
4.2.4根據(jù)分析改進耕地鏈傳動的方式為逆時針切削方式 36
4.3寫論文的感受 36
參考文獻 38
致謝 39
1 緒論
1.1 國內(nèi)外耕地機的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
耕地機的歷史悠久，早期的犁鏵工具[1]就是耕地機的雛形，只不過沒有動力驅動。到了上世紀 50 年代開始，伴隨著機械化的普及，而且在一些相關的部件和結構原理沒有成型和系統(tǒng)的研究戰(zhàn)后的發(fā)達國家開始使用機械耕地機進行大范圍的農(nóng)耕化作業(yè)，大大提高了勞動生產(chǎn)率?，F(xiàn)在隨著技術的不斷進步和日益增多的工作要求，耕地設備的研究走進了一個新的時代，較為成型的耕地設備不斷涌現(xiàn)。但國內(nèi)的耕地機的研究和使用起步比較晚。到了60 年代，旋轉式耕地機[2]已發(fā)展成為一種先進的連續(xù)挖土機械。適宜開挖梯形截面的農(nóng)用溝渠。由于它牽引阻力小，能均勻散耕地內(nèi)土壤，工作效率高，因而獲得迅速的發(fā)展和廣泛的使用。耕地機在歐洲、美洲各發(fā)達國家和亞洲的日本等國廣泛的應用在土方施工領域，僅美國年需求量就達數(shù)千臺。耕地機發(fā)達的國家主要有德國、意大利、美國、俄羅斯和日本等國。前蘇聯(lián)、意大利、法國和西德等國都有不同型號的系列產(chǎn)品，有的遠銷國外。從 70 年代末期開始，以鏈式耕地機的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國等國已經(jīng)有了較為成型的鏈式耕地設備。隨著改革開放的不斷深入，生產(chǎn)建設全面啟動，城市土方施工工程規(guī)模越來越大，各方面都面臨著巨大的挖溝工作量。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在耕地機應用方面，以其生產(chǎn)效率高，成本低，設備簡單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機后端的可拆卸設備而被廣泛應用。其工作效率突出，且擴大了使用范圍，隨著電信事業(yè)廣播光纜的鋪設需要，鏈式耕地機的使用更為廣泛，目前已經(jīng)在多個領域使用，比如，在狹窄的果園，以及在海底耕地機也有了重要的應用。
1.1.1我國耕地機發(fā)展
我國耕地機械起步較晚，經(jīng)歷了從犁鏵式耕地機、圓盤式耕地機、螺旋式耕地機和鏈式耕地機的四個發(fā)展歷程。在我國除極少數(shù)單位引進國外的連續(xù)式耕地機外,國產(chǎn)耕地機仍處于設計研發(fā)的初步階段。
首先，在上世紀50年代主要是犁鏵式耕地機。這種耕地機結構簡單，工作可靠，零部件少，單位功率低，生產(chǎn)率高，作業(yè)成本低，耕地深度為30cm到80cm。主要缺點是機體笨重，牽引阻力大，犁鏵入土后，土垡隨翻土板曲面上升，翼板將土推向兩側，側壓板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝[3]。
然后，到了上世紀70年代又出現(xiàn)了圓盤式耕地機，它以兩個高速旋轉的銑削圓盤，圓盤周圍是銑刀，一般以75 馬力到100馬力拖拉機牽引工作，前進速度 50m/h到150m/h，應用較廣，牽引阻力小，適應性強，作業(yè)質量好，但行走慢，傳動復雜，結構龐大，制造工藝要求高，單位功率消耗大，生產(chǎn)率比犁鏵式耕地犁低，它的耕地斷面是上口寬溝底窄的倒梯形，配套動力要求選擇功率大而行駛速度低拖拉機。由黑龍江建設兵團三師十八團研制的單圓盤耕地機簡圖[3]。
接著，上個世紀九十年代主要以螺旋耕地機為主，江蘇省農(nóng)機局技術中心研制的1KLZ-27 型螺旋耕地機采用立式螺旋耕地刀具，耕地部件為直接安裝在一根直立軸管上的兩組螺旋刀片，集立銑、周向提升、螺旋葉片慣性拋散等原理于一體，使耕地過程中的切削、提升、拋散一次完成，其結構簡圖如圖 1.1所示。該機工作時土塊呈條狀沿螺旋線導向兩面拋落，以圓錐對數(shù)螺線為基礎的立錐式刀具，增強了對不同區(qū)域、不同土質的適應性，刀片采用組合式結構，刀柄、刀刃選用不同的材料，提高了使用壽命[4]。
1三角帶（三條）2附加大皮帶盤 3三角帶（一條）4機架 5尾輪 6擋土柵 7括泥板 8耕地具
圖 1.1 1KLZ-27 型螺旋耕地機簡圖
發(fā)展到1999年，在天津工程機械研究所開發(fā)研制出了GC65G型鏈式耕地機。該機的主要參數(shù)如下：拖拉機型號為TN-654L，發(fā)動機功率為 48KW，主機額定牽引力為 18KN，最小轉彎半徑為 4500mm，耕地最深為 1800mm，最寬為 400mm，寬可通過更換挖掘鏈節(jié)來調(diào)節(jié)，挖掘鏈速為 1.8m/s，回填鏟寬度為 1800mm，總體尺寸為長 7500mm，寬 2230mm，高 2860mm。它是由鏈條帶動多片鏟高速小厚度切削，主機低速前進，實現(xiàn)連續(xù)挖掘作業(yè)。該機進行挖土工作時，將土帶到溝面上，并擠向兩側，螺旋葉片形狀的排土輪由鏈輪驅動，向兩側分土，清溝器端部設有浮動刮產(chǎn)，可將散土收回刀鏟處，刮平溝底[5]。
于此同時在國內(nèi)進行鏈式耕地機研究的還有西北農(nóng)業(yè)大學機電學院的楊有剛、劉迎春，他們在2002年研制的在滾子鏈鏈板上加鏈刀附件的耕地機[6]。
2002 年中國農(nóng)業(yè)機械化研究院耕作種植機械研究所的一種 1K（Kz）-30型鏈式耕地機如圖 1.3 所示。它主要由齒輪箱、傳動鏈、耕地切削刀和分土器等組成?？梢娺@種鏈式耕地機也是在滾子鏈基礎上形成，這種形式的耕地機對土壤的性能要求較高，遇到帶有沙石的土壤很難作業(yè)，耕地比較寬，消耗功率大，深度也不夠，鏈條易磨損疲勞失效，使用壽命也達不到預期的效果[7]。
1.1.2 國外耕地機發(fā)展
國外最早生產(chǎn)耕地機的國家主要是美國和前蘇聯(lián)。其發(fā)展過程大致也是從犁鏵式開始的，目前主要是鏈式耕地機。在國外,耕地機的使用已經(jīng)非常普遍,許多地下公用設施施工都用專業(yè)耕地機以下簡單介紹幾個國外的鏈式耕地機來說明在國外耕地機的特點及大至發(fā)展方向。
國外耕地機的種類很多，適應各種不同施工的需要。最小的耕地機功率僅有幾千瓦，最大的功率達到1100kW，質量136t。國外專用耕地機需求量逐年增大，僅美國就有 Ditch Witch、Vermeer、Case、Roccaw、Trencor Jetco、Eagle、Tesmec、Cleveland 和 Carptal 等十多家公司生產(chǎn)耕地機，共有一百多種[1]。僅以幾家有代表性的公司產(chǎn)品為例說明其發(fā)展和研究狀況。
美國 CASE 公司挖溝機。美國的 CASE 公司成立于 1842 年，由發(fā)明家Jerome I①ncrease Case 建立。CASE 公司經(jīng)過 100 多年完善，現(xiàn)已發(fā)展成為全世界處于領軍地位的中、小型建筑工程機械設備制造商。
圖1.4 耕地機
美國傳特公司的65型鏈式耕地機，如圖1.4所示。耕地傳動系統(tǒng)采用多級變速器，CAT發(fā)動機，型號65型耕地鏈條驅動，重型機械驅動，高扭矩，低速度以達到最大切割齒、挖掘深度、增強生產(chǎn)力和延長切割齒壽命，具有牢固的組合式耕地臂，獨特的可更換的耐磨鋼板系統(tǒng)和鏈輪，方便單雙鏈條的應用，重型獨立驅動履帶，三段式履帶伴側固定，可升降駕駛室，密封性好，舒適的空調(diào)設備?？刂破?、計量表、和感應器及駕駛室的升降應用最新技術，視野好，駕駛舒適安全[8]。
法國“馬萊”公司是一家專門生產(chǎn)、租賃埋地電纜和管線鋪設設備的公司。無論是城市道路、公路、鐵路、山路、河岸等伴埋電纜或管道，都可以使用馬萊的耕地、鋪設聯(lián)合作業(yè)機進行快速施工。其鋪設速度0.5～2km/h，可以實現(xiàn)正挖，側挖，低噪音，無揚塵環(huán)保作業(yè)。它的耕地機寬度窄，最大限度減小對交通的阻礙破壞。它的真空吸塵式耕地機，可以邊耕地邊吸渣土和塵土，是城市環(huán)保型的先進作業(yè)機器。圖1.5為“馬萊”公司生產(chǎn)的SM550C型鏈式耕地機[9]。
可見，國內(nèi)耕地機的研究，現(xiàn)在多數(shù)還局限在犁鏵、螺旋式耕地機方面，但是，這種設備不能切挖陡直窄深溝。中國農(nóng)業(yè)機械化研究院耕作種植機械研究所了一種 1K（Kz）-30 型鏈式耕地機，不過未見其鏈式耕地機傳動機理及仿生的研究。并且，這種耕地機鏈條和鏈輪齒的嚙合與非土壤介質中的嚙合傳動方式?jīng)]什么區(qū)別，仍然是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合傳動方式。未能掌握了土壤介質中鏈傳動機理，未能表明考慮減少嚙合阻力的結構框架，不能減少土壤介質的移動阻力，不能達到節(jié)能和環(huán)保的目的。國外耕地機的研究，從掌握的資料上可以看出，鏈式耕地機也只是傳統(tǒng)的鏈條與鏈輪齒的嚙合方式。并且國外耕地機械的生產(chǎn)已向更加多樣化發(fā)展，但國外機械更趨向于專機專用，耕地機械只用于耕地，當機械不耕地時，機械只能閑置，而根據(jù)我國的具體國情，該機械不僅可用于耕地，并且能恢復拖拉機功能，保證通用性較好。
1.1.3在海底耕地機的用途
目前，我國正處于海上油氣的起步階段，用于海底管線鋪設的水下開淘施工機械亟待開發(fā)?？v觀國外已有眾多族類的水下管線耕地施工機械設備，哪些機型技術水平先進成熟，經(jīng)濟性能合理，更適合我國近海油氣開發(fā)的具體國情，今后我國海底開淘機械領域的研究開發(fā)方向如何確定等，都是值得深入研究和探討的。
海底管道耕地機械是伴隨著海洋油氣勘探和開發(fā)，從陸地向海洋挺進而出現(xiàn)的水下施工作業(yè)機械。由于世界各地具體海域的條件各異，在眾多族類的水下管線耕地埯工機械設備中，目前還沒有一種能夠在任何水深、管徑、海底土質下都能經(jīng)濟地進行施工作業(yè)的萬能型海底開淘機械。
四十年代中期，墨西哥灣等地早期油氣開發(fā)海域的水深一般較淺，故當時的耕地機械設備主要是為滿足于30～50m以淺的施工作業(yè)需要雨研制的。六十年代以后，歐洲北海油氣資源的大規(guī)模開采得以實施，特別是七十年代中期一批較大水深的海底管道極需鋪設，如Fories油田(126m)、Frigg油田(153m)、Brent油田(159m)和Flags油田(158m)等，促使出現(xiàn)了用于100m、150m，乃至300m水深的水下耕地施工機械。到七十年代末期，為跨越北海的挪威海溝鋪設海底油氣管道，最大作業(yè)水深達500m的水下開掏機也隨之誕生。
目前，在海底耕地機族類中，土壤液化埋管設備的最大作業(yè)水深一般在50m以淺。水力沖射耕地機械則視所取排泥方式的不同．可分別達到50m、75m、tobm、150m、180m 和300m 等不同的量級．雨使用較多的則是水深100m左右。海底管道耕地犁的設計作業(yè)水深一般在150～250m左右，盡管90年代初開發(fā)的海底管道犁已可達到1000m水深(如NOs公司的APP犁)的作業(yè)能力．但實際應用還是在200m 左右。海底電纜耕地犁的作業(yè)水深則通常在1000m左右。水下機械耕地機是現(xiàn)有機型中設計作業(yè)水深最大的機種，一般為350～500m。如：Kvaerner—Myren型(500m，1978年)、“熱心海貍”型(350m，1979年)、MUT型(365m．1980年)和DD型(350m，1986年)。以Heerema集團的“熱心海貍”型為倒，1981至1986年間，共在16項工程中開挖各類口徑管溝288.2km，其中最大作業(yè)水深在150m的工程有6項，占工程總數(shù)的37.5%[10]。
1.2 鏈式耕地機的研究現(xiàn)狀
1999年楊有剛等分析了鏈刀前置式耕地機的起步加速特性。根據(jù)力學原理，建立了耕地機起步加速瞬間的運動方程，在獲得其前后輪接地載荷的基礎上，對耕地機的穩(wěn)定性問題進行了討論，為整機穩(wěn)定性設計提供了理論依據(jù)（楊有剛等，1999。）
2001年天津工程機械研究院劉俊英對耕地機鏟刀的耐磨合金堆焊工藝進行了探討，針對普通鋼軋制的鏟刀耐磨性較差的缺點，提出采用表而強化的方法制造復合材質的鏟刀。鏟刀基體仍用熱軋件，而在其磨損部位的表而堆焊耐磨材料，強化后的堆焊鏟刀成本為未強化的3-4倍，但其使用壽命是用戶自制的未強化鏟刀壽命的一巧倍，同時還可減少停機換刀的時間及人工費，經(jīng)濟效益明顯（劉俊英，2001。）
2001年劉長榮等在現(xiàn)有耕地機的基礎上進行改裝，與8.8kw手扶拖拉機配套使用，設計出在狹小的葡萄園中開出施肥溝的果園耕地機，耕地機由尾部操縱手柄通過四連桿機構來控制工作部件的升降，操作靈活方便。并對耕地機切土阻力及整機功耗進行了分部計算（劉長榮等，2001。）
2004年吉林大學王云超以美國凱斯公司生產(chǎn)的鏈式耕地機為研究對象忽略了刀片的影響，建立挖溝器的三維模型，運用有限元及ADAMS虛擬仿真軟件等研究了耕地機的動臂裝置一挖溝器的動態(tài)特性。得出挖溝器的各階固有頻率以及在不同頻率沖擊力作用下對應的挖溝器的位移和應力響應特性曲線（王云超，2004。）
2004年到2005年江創(chuàng)華等對履帶式耕地機的關鍵部件傳動軸進行了改進設計，該種傳動軸及工作裝置支承結構，避免了軸既要傳遞轉矩，又要支撐工作裝置的重量，同時在計算臂架的強度時，考慮了機器轉彎給臂架帶來的附加應力。與傳統(tǒng)工作裝置直接支撐在傳動軸上相比，傳動軸的直徑減小1/2，重量減少1/3，制造成本約減小1/2，是一種比較適合于大型軸類傳動的結構形式（江創(chuàng)華和趙建輝，2005）。
2005年劉迎春等設計了一種用于果園的鏈式施肥耕地機。根據(jù)動力學原理，導出了耕地機工作狀態(tài)的運動方程，獲得了耕地機前后輪所受外力的數(shù)學表達式對其可能的縱向滑移、前傾和橫向傾翻條件進行了討論，為耕地機的總體設計提供了理論依據(jù)（劉迎春和楊有剛，2005。）
2006年羅海峰在現(xiàn)有手扶拖拉機上設計一種耕地機，單邊拋土距離達到1.0m以上，土壤顆粒細碎，覆土厚度均勻，能滿足油菜、小麥、蔬菜等農(nóng)作物機械化種植。通過對旋耕機的工作原理進行理論分析，找出合理的旋耕拋土運動參數(shù)。對耕地刀在整個切、拋土過程中進行運動學動力學分析，找出耕地切、拋土的運動規(guī)律，為耕地機的設計提供理論依據(jù)（羅海峰，2006）。
2006年房恩宏確定了能夠滿足耕地寬度為80mm，深度達2000mm要求的鏈式耕地機的結構，分析了部件的受力情況以及推導了耕地機的整體功率消耗公式。此外，給出了計算鏈式耕地機的具體尺寸的步驟，結合裝配圖的繪制，進行了相應的部分結構和尺寸的合理化調(diào)整。在設計完鏈式耕地機的整機框架以后，針對鏈條在土壤中的受力情況，提出了具體的實驗方案，通過實驗，驗證了課題設計的合理性(房恩宏，2006)。
2006盧峰提出一種新型刀式礦土復合型鏈式耕地機的結構方案，并對此結構方案的鏈式耕地機的工作原理、總功率的確定等進行了理論研究。深入剖析了鏈傳動過程中鏈刀切削土壤的切削機理，并建立了土壤顆粒由切下、輸送到拋出的運動模型和所處不同狀態(tài)時速度計算公式，而且針對土壤介質鏈傳動過程中鏈條的受力情況、受力計算進行了詳細的分析和推導(盧峰，2006)。
1.3 本論文研究意義
耕地機是工程機械的主要機種之一，廣泛應用于農(nóng)田水利建設、通訊電纜及石油管線的鋪設、市政施工以及軍事工程的建設。耕地機具有專用性強，設備投資少，可連續(xù)開掘，工作效率高等特點，特別是對于窄而深的溝渠，耕地機的優(yōu)勢更加明顯。耕地機尤其適應于土質較硬、施工場地狹小，人工無法開挖而挖掘機等土方機械無法作業(yè)的地方。同時耕地機的施工成本低于挖掘機等土方機機械的施工成本，甚至比人工施工還低而深受廣大施工單位的歡迎。
在國外，連續(xù)式耕地機己經(jīng)使用的很普遍，地下公用設施施工都用專業(yè)耕地機，很少使用單斗挖掘機。在我國除極少數(shù)的單位引進國外的連續(xù)式耕地機外，國產(chǎn)耕地機投入使用的較少。隨著生產(chǎn)建設全面啟動，耕地施工工程的規(guī)模越來越大，如基礎建設施工耕地、光纜、電纜、管道鋪設等方面都面臨著巨大的耕地工作量。特別是在農(nóng)業(yè)工程領域，果樹施肥、農(nóng)田耕地、蔬菜園耕地，都是用工量很大的作業(yè)，我國幾乎都用人工完成。果園、農(nóng)田等的地表不平整，有雜草、樹枝及石塊等，地下有樹根，耕地條件比較惡劣，一般耕地機難以適應。因此研制適合我國土壤情況的耕地設備，對提高耕地的效率、減少人力和物力資源的浪費、提高勞動生產(chǎn)率有重要意義。
據(jù)相關農(nóng)藝要求，所研制的耕地機必須滿足的技術指標為:純小時生產(chǎn)效率不低于80m/h;開挖深度大于30cm、寬度30cm，溝寬和溝深可調(diào):配套柴油機動力至馬力:溝槽必須一次性開挖成型，溝形完整且基本達到人工開挖的效果。
耕地機的耕地裝置是其關鍵部件，而刀片是影響耕地質量、功耗和振動等的重要因素，因此有必要對耕地裝置及刀片結構進行深入的研究分析。本文以耕地裝置為研究對象，以功耗低、適應性強和可操作性好為目標，為研究一種適用于開挖窄兒深的地下溝槽，埋設在地下排水管道或鐵道，郵電，城建等部門用于埋設電纜于管道等要求的鏈刀式耕地機指出依據(jù).
2 鏈傳動概述及鏈刀式耕地機設計的初步理論
2.1 鏈傳動概述
鏈傳動是一種用鏈條做中間撓性件的嚙合傳動，它由主動鏈輪、從動鏈輪和繞在兩輪上的一條閉合鏈條所組成[11]見圖 2-1，它靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來傳遞運動和動力。與帶傳動比較，鏈傳動有結構緊湊，作用在軸上的載荷小承載能力較大，效率較高（一般可達96％～97％），能保持準確的平均傳動比等優(yōu)點。工作時有振動和沖擊，瞬時速度不均勻等現(xiàn)象。鏈傳動廣泛應用于在農(nóng)業(yè)、礦山、冶金、建筑、起重、運輸、石油、化工、紡織等機械設備中被廣泛運用。
圖 2-1 鏈傳動組成圖
鏈傳動適用于兩軸相距較遠，要求平均傳動比不變，但對瞬時傳動比要求不嚴格，工作環(huán)境惡劣（多油、多塵、高溫）等場合。
2.1.1 鏈傳動基本原理
在一般機械傳動中，鏈傳動是在兩個或多于兩個鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動。按工作性質的不同，鏈有傳動鏈、起重鏈和曳引鏈三種。傳動鏈主要用來傳遞動力，通常都在中等速度（v≤20m/s）下工作，鏈傳動又可以分為滾子鏈、套筒鏈、齒形鏈和成型鏈。起重鏈主要用在起重機械中提升重物，其工作速度不大于 0.25m/s。曳引鏈主要用在運輸機械中移動重物，其工作速度不大于 2-4m/s。鏈傳動在傳遞功率、速度、傳動比、中心距等方面都有很廣的應用范圍。目前，最大傳遞功率達 5000kw，最高速度達到 40m/s，最大傳動比達到 15，最大中心距達到 8m。由于經(jīng)濟及其它原因，鏈傳動的傳動功率一般小于 100kw，速度小于 12～15m/s，傳動比小于8[11]。
鏈條是由若干組件（或元件）以鉸鏈副的形式串接起來的撓性件，如圖2-2。
圖2-2 鏈條
2.1.2鏈傳動的特點
鏈傳動是一種具有中間撓性件的嚙合傳動。它兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點?，F(xiàn)通過與齒輪傳動、帶傳動做比較，具體介紹一下鏈傳動的特點[12]。
1、鏈傳動與帶傳動相比較
（1）鏈傳動的傳動比準確，傳動效率較高
鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，因此與帶傳動相比,鏈傳動能保持準確的平均傳動和較高的機械效率。對要求轉速恒定的兩軸傳動和多軸傳動，采用鏈傳動更為適宜。
（2）效率較高，η=0.98。
（3）鏈條對軸的作用力較小
鏈傳動的預緊力比帶傳動小得多，因此減輕了施加在軸和軸承上的壓力，減少了軸承的摩擦損失。在低速時，鏈傳動的這一優(yōu)點更為突出。
（4）鏈傳動的尺寸較緊湊
在傳遞相同功率的情況下，鏈條比常用的膠帶要窄些，鏈輪直徑也比帶輪小些，所以鏈傳動的結構尺寸要比帶傳動緊湊。
（5）結構尺寸比較緊湊
（6）鏈條裝拆比較方便
鏈條可以在連接鏈節(jié)處拆開，容易安裝和拆卸。而膠帶一般均是制成無端的，它要越過皮帶輪邊緣才能套進去，安裝比較困難。特別當帶輪位于軸承之間更是如此。
（7）鏈傳動能在較大傳動比和較小中心距下工作
鏈傳動允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些，因此鏈傳動的傳動比范圍比帶傳動大一些，也更能在較小的中心距下工作。
（8）鏈傳動對環(huán)境的適應能力強
鏈條由金屬制成，能在惡劣的環(huán)境條件下工作，諸如在高溫、油污、粉塵和泥沙等場合，鏈傳動遠比帶傳動更為適用。
（9）鏈條的磨損伸長比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)量較小
鏈條工作期間的磨損伸長比膠帶拉伸變形伸長緩慢并且極限伸長量可以設法控制在一個節(jié)距范圍內(nèi)，因此不必像帶傳動那樣要求頻繁地調(diào)整中心距。在設計張緊裝置時，鏈傳動要求的調(diào)節(jié)量也較小。
（10）由于不需要很大的張緊力，所以作用在軸上的載荷較??；
（11）鏈傳動在可燃氣氛下工作安全可靠
當在可燃氣氛下工作時，鏈傳動不像帶傳動那樣有膠帶打滑發(fā)熱和帶與輪間摩擦生電的現(xiàn)象，所以不會有引起燃燒的危險。
只有當要求噪聲小，不準有潤滑油、中心距很長，轉速極高時，鏈傳動的使用性能不如帶傳動.
2、鏈傳動與齒輪傳動比較
（1）鏈傳動的制造與安裝精度要求低，成本較小
這是因為鏈傳動是一種只有中間撓性件的非共軛嚙合傳動，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性。鏈輪的加工與安裝精度，鏈傳動的中心距都較齒輪傳動.對于已有的鏈傳動，欲改變其技術參數(shù)（如傳動比、中心距等）也比較容易實現(xiàn)。在安裝與維修方面更為簡單，尤其是在遠距離傳動中，有著齒輪傳動無法具備的簡單和輕便。
（2）鏈輪齒受力較小、強度較高、磨損也較輕
通常鏈輪有較多的齒同時與鏈條嚙合，接觸位置接近齒根并且齒槽圓弧大，齒根應力集中小，而直齒圓柱齒輪傳動一般只有 1～2 對齒接觸。因此，鏈輪的承載能力比齒輪大，齒面磨損也比齒輪的齒面輕一些。
（3）鏈傳動有較好的緩沖、吸振性能
由于鏈條具有一定的彈性，再加上鏈條的每個鉸鏈內(nèi)部均能貯存潤滑油，因此它與只有 1～2 對剛性很大的齒嚙合的齒輪傳動相比，有較好的緩沖和吸振能力.
只有當受空間限制要求中心距小；瞬時傳動比要求恒定；傳動比大；轉速極高；噪聲要求小時，鏈傳動的使用性能才不如齒輪。
3鏈傳動的缺點
（1）不能保證恒定的瞬時傳動比；
（2）只能用于平行軸間同向回轉的傳動；
（3）不適宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應用；
（4）工作時存在噪聲；
（5）制造費用比帶傳動高；
（6）磨損鏈節(jié)伸長后運轉不穩(wěn)定，易跳齒。
由以上比較可以看出，鏈傳動的適用范圍很廣。一般說來，適用于大中心距、多軸、傳動比要求精確的傳動，環(huán)境惡劣的傳動，沖擊和振動大的傳動，大載荷的低速傳動，潤滑良好的高速傳動等都可成功地采用鏈傳動。
2.1.3鏈傳動的應用
鏈條最早的應用可追溯到夏商年代，即三千多年以前。今天，隨著現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)，鏈條工業(yè)正在提供多種多樣的鏈條產(chǎn)品以滿足各方面的需要，鏈條也越來越多的應用在各種各樣的機械設備中，主要有：
1.叉車提升鏈
一般叉車均用兩掛鏈條提升貨物。由于鏈條的鏈節(jié)可靈活轉動，不存在附加彎曲應力，因此鏈輪直徑可以設計得較小，鏈條的使用壽命也較長。
2.摩托車鏈傳動
摩托車與自行車都采用鏈條來傳動。這一傳動特點是：中心距長，速度變化頻繁，要求寬度窄、重量輕、尺寸緊湊、使用可靠。顯然采用鏈傳動是最合適的。
3.發(fā)動機正時鏈
發(fā)動機曲軸與凸輪的傳動要求配氣與點火時間準確，必須保證準確的傳動比。由于鏈傳動有良好的同步性，因此對于曲軸和凸輪間距離較大的內(nèi)燃機，多采用正時鏈傳動。
4.石油鉆機鏈傳動
石油鉆機上大量采用鏈傳動，一般使用多排滾子鏈傳動，它工作可靠，排除故障速度快，能夠滿足鉆機工作要求。
5.挖掘機鏈傳動
它的使用環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常啟動與停車，使鏈條受到頻繁的沖擊載荷。一般采用大節(jié)距的彎板滾子鏈。而且結構緊湊，使用非?？煽?。
6.谷物聯(lián)合收割機上的鏈輸送
在各種農(nóng)業(yè)機械上，使用了大量的鏈條。
7.油鋸鏈
油鋸鏈是一種帶有刀刃的特殊鏈條，它除了傳遞動力外，本身還是截斷木頭的鋸條。因此，它可使伐木鋸結構緊湊，效率高，使用方便。
2.2 鏈傳動的失效分析
由于設計、制造、使用等方面的差異，鏈條與鏈輪的失效形式是多種多樣的。不過總的來說，可以分成兩種情況：一種是正常失效，鏈條與鏈輪達到了預期的正常使用壽命；另一種是非正常失效，即未達到預期的正常使用壽命就早期損壞報廢。以下敘述了鏈傳動的失效形式：
1．鏈條元件的疲勞破壞
鏈板的疲勞損壞，在中低速的閉式鏈傳動中，鏈板的疲勞斷裂比較常見。鏈板在變載荷作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)就會在板孔兩側的應力集中區(qū)發(fā)生疲勞破壞。鏈條元件的疲勞強度是決定鏈傳動承載能力的主要因素。
2．鏈條鉸鏈的磨損
鏈傳動工作時，滾子套筒的沖擊疲勞損壞。鏈條在與輪齒的嚙入過程中，由于多邊形效應會產(chǎn)生一個由嚙入沖擊引起的動載荷。在滾子鏈中，嚙入沖擊首先由滾子承受，再從滾子傳遞給套筒、銷軸，以及鏈板。這樣，滾子和套筒就受到反復多次的沖擊載荷，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)就會發(fā)生小能量沖擊疲勞破壞。由于沖擊能量和速度的平方成正比，所以在中、高速閉式鏈傳動中，這種失效形式就比較常見。
3． 銷軸與套筒的膠合
鏈條鉸鏈在向輪齒的嚙入過程中，組成鉸鏈副的銷軸與套筒產(chǎn)生相對轉動，并以沖擊方式與輪齒嚙合。當鏈輪轉速升高到一定數(shù)值以上時，鉸鏈的摩擦表面會嚴重發(fā)熱產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。膠合是一種焊合現(xiàn)象，一旦發(fā)生，則當相鄰鏈節(jié)欲作相對轉動時，輕則使鉸鏈摩擦表面擦傷，重則或者使銷軸扭斷或者使銷軸或套筒被強制在板孔內(nèi)轉動，從而使鏈條迅速破壞。
4． 鏈條的磨損
滾子鏈的各元件在工作過程中都會發(fā)生磨損破壞，最常見的磨損是指發(fā)生在銷軸和套筒承壓表面的磨損。
5． 鏈條的靜強度破斷
低速重載的鏈條當過載時，易發(fā)生靜強度破斷；磨損了的鏈條當在鏈輪上發(fā)生爬高和跳齒時，也易引起靜強度破斷。
6． 鏈條的多沖破壞
反復起動、制動、正反轉和重復沖擊工作的鏈條，其組成元件易發(fā)生大能量低周期沖擊疲勞破壞。
7． 鏈輪齒的磨損、塑性變形和斷裂
由于潤滑不良，特別在開式傳動中，輪齒會發(fā)生較大的磨損。
8． 鏈傳動的非正常失效
由于鏈條制造質量差、安裝精度低、使用不當以及結構方面等原因，會產(chǎn)生眾多的不正常的失效形式，大大縮短了鏈條的使用壽命。
2.3 耕地機設計的初步理論
耕地機屬于土壤挖掘機械，耕地鏈在工作時的工作環(huán)境是土壤，這就要求在鏈式耕地機設計之前要對土壤學和土壤力學等相關學科做必要的理論準備。
2.3.1土壤的主要物理力學性質
土壤由固體、液體和氣體組成（稱為土壤的固相、液相和氣相）。固相部分包括粗細不同的礦物質顆粒和與它緊密結合的有機質。在固體顆粒之間的孔隙中，充有水和空氣。礦物質一般占土壤固相部分質量的95%，它支撐著生長在土壤中的作物。土壤的機械組成通常指直徑3mm以下的細小顆粒，按直徑大小分為砂粒、粉粒和粘粒。隨著所含砂粒、粉粒和粘粒成分的不同，土壤具有不同的物理性質。土壤中含粘粒成份越大，則土粒之間的凝聚力越大，耕作時土壤不易破碎，犁耕的阻力也較小[13]。土壤耕作機械的選用、設計和研究與土壤的物理力學性質有著十分密切的關系。下面對土壤的幾個重要的物理力學性質做以簡要介紹與分析。
1．容重
在自然狀態(tài)下，土壤的單位體積質量即為容重。一般表示為
g = qv（ g /cm3 ）
式中：q —— 為土壤質量重；
V —— 為土壤體積。
土壤的容重與土壤內(nèi)的孔隙度和固體顆粒密度有關?？紫抖仍酱?，則容重越小。當土壤容重為1 g /cm 3時，最利于開挖[14]。
2．濕度
在降雨或灌溉之后，耕作層內(nèi)的水有一部分在重力作用下，沿著土壤中大的孔隙或裂縫向下滲透，另一部分則在土粒的吸附作用和毛細管作用下，保持在耕層之內(nèi)。土壤能保持的最大含水量稱為“田間持水量”，用相對濕度和絕對濕度表示。土壤的濕度對開挖質量和牽引阻力有很大影響。土壤過于堅硬，阻力大；如果過于潮濕，土垡不易破碎。
3．堅實度
當壓實非密實土壤時，使其壓痕為1～2cm時所需的力稱為單位壓實力。當以一定斷面形狀（圓形、錐形等）的柱塞壓入土壤，其壓陷深度為時，作用在土壤上的平均壓力稱為土壤的堅實度，則有土壤堅實度同土壤的質地和含水量有密切關系。堅實度越大，土壤承受能力及開挖阻力越大。
4．內(nèi)摩擦力和外摩擦力
在土壤內(nèi)部，土粒與土粒之間的摩擦力稱內(nèi)摩擦力，一般與土粒間的接觸面形狀、作用在接觸面上的正壓力和土壤濕度有關。土壤沿著工作部件表面滑動時，產(chǎn)生的摩擦力稱外摩擦力。當外摩擦力大于內(nèi)摩擦力和附著力時，工作部件的表面就要粘土。因此，在設計耕地機械時，應盡量減少外摩擦力。
5．土壤的抗剪強度
在外力作用下，土壤會出現(xiàn)相對位移，阻止這種相對位移的土壤內(nèi)部阻力稱為土壤的抗剪強度。大量試驗表明，當土壤破壞時，正應力和剪應力τ之間存在著線性關系，有。式中：C為土壤的凝聚力，為土壤的內(nèi)摩。擦角抗剪強度在很大程度上決定著開挖質量和能量的消耗，與土壤顆粒的大小、分布、土壤密度和濕度有很大關系。因而其在耕地機械的設計中也是一個較為重要的參數(shù)[14]。
2.3.2土壤工作部件力學
土壤工作部件力學研究的目的是：定量地描述工作部件對土壤的作用，這種力學有三個發(fā)展階段[14]：
1.認識階段：作用是反復的對之進行觀察和記錄。
2.定性階段：識別了作用而且觀察了特定的反作用，現(xiàn)在正處于此階段。有關土壤工作部件力學的文獻都是用于定性階段。
3.定量階段：用于發(fā)展工作部件力學原理的一致性原理，在表達一種現(xiàn)象的時候，同時讓考察的各量應當有一致的明確程度。這一原理的應用，可防止過分地發(fā)展無用的次性能方程和隨之而來的復雜性。采用精確的性能方程定量地描述開挖作用的程度，需要一種完整的土壤與工作部件力學。適用于土壤工作部件力學的性能方程是少數(shù)的，且其定量評價也不是總能得到的，限制力學發(fā)展的是缺乏表達性能的基本方程式，完全力學可描述一種理想的土壤工作部件力學，對作用可能有影響的所有簡單性能都包括在這個總的力學中。然而，由于每個性能并不是總起作用的，一種性能的出現(xiàn)與消失難于察覺和估計，因而出現(xiàn)了一種建立在單一性能方程基礎的局部力學，它可在土壤動力學中解決特殊問題，在完全力學最終發(fā)展起來之前，只可能發(fā)展局部土壤工作部件力學，局部力學與完全力學的差別之一，完全力學適用于工作部件對土壤進行作業(yè)的一切可以想象到的情況不受限制，而局部力學將受到一些限制，應用局部力學可能解釋觀察到的開挖作用。傾斜工作部件是在應用局部力學分析的一個工作部件，在分析這一簡化部件的作用時，應用了描述開挖作用的四個性能方程[15]：
（1）土壤與金屬的摩擦
（2）剪切失效
（3）每個土塊的加速力
（4）切削阻力
在具體分析開挖作用時，首先給出了土塊的受力狀態(tài)，給出了傾斜工作部件與土壤之間的摩擦力，從而應用了第一個性能方程。在確定剪切面與最大主應力之間夾角時，應用分析剪切失效的摩爾圓，從而應用了第二個性能。通過加速度分析得出了引起加速度的速度，計算出加速度，從而得到了每個土塊的加速力應用了第三個性能。土壤的純切削阻力是小的，只有土塊中有石頭或殘根或開挖部件刃口變鈍時，切削阻力才顯重要，不存在上述情況時，在總阻力中忽略切削阻力，從而考慮了第四個性能力程[15]。
2.3.3小結切割過程的分土壤切削阻力分析
切削邊以一定的壓力接觸土壤，使土壤受到擠壓和剪切，當壓力繼續(xù)增大，土壤原始結構遭到破壞，土塊被切斷，這是刀具切土壤時所共有的現(xiàn)象。顯然，切削刃在切削土壤中運動時，遇到的阻力來自三個方面：一 是土壤原始結構遭到破壞的阻力；二 是土壤的內(nèi)摩擦阻力；三 是土壤與切削刃邊的摩擦阻力。其中前二項之和稱為切削阻力。但是，這三項阻力是同時存在的，很難區(qū)分開來，所以在計算時，將第三項阻力也包括在內(nèi)。因此，切削阻力就是在切土過程中，土壤作用在切削裝置上的反力。耕地過程中，切割齒在土壤中連續(xù)運動進行切割，被切割下來的土壤，其中一部分在切割刃前面形成土堆，被切割齒帶著向前移動。一部分土壤在擠壓力的作用下越過切割刃前面的土堆進入杯形切割齒內(nèi)。由此可見，在挖掘過程中切割齒除了遇到切削阻力外，還會遇到土壤進入杯形切割齒內(nèi)的阻力及帶動土堆的阻力，后二項合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為挖掘總阻力。
3 鏈刀式耕地機工作部件的設計
3.1 耕地機的工作原理
鏈刀式耕地機的結構它主要由機架、傳動、切割、清溝、運土等部分組成。動力有4.5～200kW。鏈刀耕地機工作部件的耕地寬度和深度，根據(jù)工作要求可以調(diào)節(jié)。對不同土壤有較強的適應性，用途比較廣泛。
耕地機是一種連續(xù)式挖掘設備，根據(jù)行走裝置不同可分為輪胎式和履帶式。根據(jù)工作裝置的不同，可分為鏈齒式和輪斗式兩大類。另外，由于耕地的深度和寬度不同，品種較多。按排土方式分為地面直排土、膠帶輸送機排土。地面直排土一般用于小型耕地機，膠帶排土一般用于大型耕地機按耕地機刀型分為鏈斗式、鏈鏟式、鏈齒式、圓盤銑切式、輪斗式和輪齒式等多種形式[16]。
主動鏈輪的驅動動力由拖拉機輸出軸輸入變速箱，經(jīng)變速箱降速增扭之后傳遞給主動鏈輪。變速箱固定在支架上，拖拉機尾軸與變速箱之間以萬向節(jié)連接，變速箱固定在拖拉機尾部。工作時，拖拉機以速度V2向前行走，通過控制拖拉機輸出軸轉速和變速箱，帶動主動鏈輪，使耕地鏈條以線速度V1繞主動鏈輪轉動作業(yè)。耕地機工作臂內(nèi)有液壓張緊缸，在新型耕地鏈條伸張時，可以張緊鏈條。
參照傳統(tǒng)的耕地機，對鏈式耕地機其基本結構研究可以對其分為四大部分：工作部件；動力傳動系統(tǒng)；機身和安全裝置等[16]。
（1）工作部件：工作部件包括完成主要工作的主動型工作部件和完成輔助工作的從動型工作部件。主動型工作部件是以特種鏈條帶動的切削刀片。鏈條帶動刀片做往復運動繼而進行挖土工作。
（2）動力傳動部件：機械式的驅動系統(tǒng)主要包括萬向傳動和齒輪傳動兩部分，其動力來自拖拉機的動力輸出軸。萬向傳動是通過帶有空間可變角度的成對使用的萬向節(jié)傳遞動力，適用于可變軸線位置的傳動，它連接在拖拉機的動力輸出軸和耕地機的減速箱之間。齒輪傳動是一級或兩級以上的減速裝置，用于成倍地降低動力輸出軸的轉速并改變動力傳遞方向，最終將動力傳遞給耕地機鏈輪并帶動耕地鏈進行耕地工作。
（3）機身： 包括機架和成型器。機架是耕地機的骨架；所有部件均連接在機架上。目前我國旋轉耕地機多采用平行梁架，用鋼管或槽鋼焊合而成。成型器位于機架的尾部，工作時起穩(wěn)定作用，并可刮出溝底和溝壁，保持溝型整齊、干凈。
（4）安全裝置：安全裝置的作用是防止旋轉耕地機過載（或過載時的保護措施），保護拖拉機的動力輸出軸和耕地機的傳動系統(tǒng)。使用最多的是摩擦片式安全離合器，一般安裝在耕地機傳動系統(tǒng)的輸入端。此外，變速箱設計有一個倒速檔位，可以在過載卡住鏈條時，倒速運轉，退出卡在重土壤中的鏈條。
鏈式耕地機由普通拖拉機提供動力，主要由變速器，工作臂梁架，耕地器，液壓升降部件和分土器等部分組成。耕地機工作時，動力由拖拉機后輸出軸輸出至變速器，經(jīng)過變速傳遞給耕地部分，工作臂通過液壓系統(tǒng)控制使其后傾一定角度，置于其上的耕地鏈與土壤作用，在機組前進的同時，耕地鏈斜向下伸出切土，繼而開出斜溝，耕地同時，利用耕地鏈將沙土帶出溝，并由分土器將沙土攤開于溝沿兩側。處于工作狀態(tài)的耕地機。耕地鏈工作時后置前傾一個角度，耕地時，在機組前進的同時，耕地鏈條等工作部件旋轉,斜向下伸出切土,逐漸開出一段斜溝，同時將沙土帶出溝，并由分土器將沙土推開。
3.2 鏈式耕地機的特點
（1） 工作效率高。耕地機屬連續(xù)挖掘工作裝置，集挖掘和排土于一體而挖掘機屬于半連續(xù)挖掘工作裝置，其輔助作業(yè)時間多，如旋轉卸土、再旋轉歸位。所以耕地機的挖溝速度與挖掘機相比，工效可以提高 3～5 倍，尤其對挖掘窄深溝槽，效果更為明顯。
（2） 超挖量小。使用挖掘機挖溝，超挖量大，溝的橫截面呈倒三角形。溝的邊緣不整齊，施工時不僅挖掘量大，回填量也大。而專用挖溝機則可以根據(jù)不同管道直徑選擇不同寬度的裝置，溝的橫截面呈矩形。并且挖掘量和回填量都恰到好處據(jù)統(tǒng)計，二者相比，取土量后者少，總的施工成本可大大節(jié)約。
（3） 工作速度快，提高工期完成速度。以光纜鋪設為例，用來鋪設 1～2 cm直徑的光纜，現(xiàn)在人工挖掘約 50 cm寬 2 m深溝，每人每天最多可挖15 m長。利用本項目成果的光纜鋪設裝置，每小時可開挖 8 cm寬 2 m深溝200 m。每天按 8 小時計算，提高挖掘工效 100 多倍。并且可挖重土壤，如巖石等。
（4）對于較硬地面，耕地機可以直接作業(yè)，不需要爆破松動。
3.3 工作部件基本參數(shù)的選擇
工作部件基本參數(shù)的選擇如圖3-3所示。由于動力載荷作用在鏈刀上以及切削土壤磨損因素的結果，使其工作鏈刀的速度受到一定的限制。對于礦物質土壤工作時，鏈刀速度一般為1～2m/s[17]。
圖3-3 縱向耕地機工作部件基本參數(shù)和切削土壤狀態(tài)圖
鏈刀工作部件水平移動的工作速度取決于機器的生產(chǎn)率與溝槽的截面積。
(3-1)
式中：——理論生產(chǎn)率
——溝寬（m）
——溝深（m）
鏈刀運動的絕對速度按下式計算：
= （m/s） (3-2)
式中：——鏈刀速度 (m/s)
——鏈刀工作部件水平移動的工作速度（m/s）
——工作鏈刀對水平面的傾角，一般取～，此角影響鏈刀之間土壤的充滿程度。
鏈刀絕對速度向量的傾角按下式計算：
（3-3）
鏈刀高度。若增加鏈刀高度，則鏈刀遇到障礙時，鏈式工作部件里的負荷就會增加。
刀片節(jié)距可按下式進行初步計算，刀片切削厚度：
(3-4)
耕地機運動速度與鏈刀的切削厚度的協(xié)應關系如圖3-4.，根據(jù)該圖，可以得出二者的關系如下：
（3-5）
圖3-4 耕地機作業(yè)速度與切削厚度的協(xié)應
由于實際耕地過程中，，所以上式可以簡化為：，則可知：。即、近似互余。
當在合理切削土壤的條件下可采用下式：
(3-6)
式中：——刀片節(jié)距（m）
——刀片厚度（m）
對于B型刀片的寬度，即是暗渠的溝寬B。
B型刀，工作部件的切削厚度：
（m） (3-7)
對于預選的刮刀高度和節(jié)距應當驗算其輸送能力，正確的選擇鏈刀高和刀片寬度。則、應當滿足下列條件:
(3-8)
式中：——給定的生產(chǎn)率（
——鏈刀式工作部件按排出能力計算的生產(chǎn)率（
——土壤松散系數(shù)
——與鏈條運動速度有關的散開系數(shù)。見表 3-1。
表3-1 土壤散開系數(shù)
0.1
1
1.5
2
0.97
0.92
0.85
0.75
由于土壤散開系數(shù)和鏈刀的運動速度有直接關系，所以需要對鏈刀的運動速度進行研究。耕地時，刀鏈受到動力的驅動和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)軸承將發(fā)生磨損和曠動，為了保證作業(yè)質量和避免過分的振動，對刀鏈的運動速度須作一定的限制。根據(jù)試驗，前蘇聯(lián)學者推薦的刀鏈線速度 v c值為：沙性土 1～2m/s;泥炭土 3～4m/s[18]。本課題中取鏈刀運動速度為 1.5m/s，則相應的土壤散開系數(shù)為 0.85。
對于鏈刀的排土能力的計算生產(chǎn)率，可以通過鏈條水平傾角與土壤的自然休止角進行比較得出：其比較原理如下：
當時， （ (3-9)
當時， ( (3-10)
當時， （ (3-11)
式中：——鏈刀高度（m）
——松散土壤的自然休止角
——刀片節(jié)距（m）
——刀片寬度（m）
——鏈刀速度（m/s）
對于土壤的自然休止角，是土壤自然條件下，不滑坡的最大傾斜角度，實際土壤試驗中可以利用休止角測定儀進行土壤休止角的測量，本文根據(jù)實際耕地情況，重壤土的休止角為 30°～40°，具體的情況需根據(jù)具體的土壤情況而定，下表給出了常見的土壤休止角的對照表[19]：
表 3-2 土壤自然休止角（°）
土的名稱
干的度數(shù)
濕潤度數(shù)
潮濕的度數(shù)
礫石
40
40
35
卵石
35
45
25
粗砂
30
32
27
中砂
28
35
25
細砂
25
30
20
重粘土
45
35
15
亞粘土、輕粘土
50
40
30
土的名稱
干的度數(shù)
濕潤度數(shù)
潮濕的度數(shù)
輕亞粘土
40
30
20
腐植土
40
35
25
填方的土
35
45
27
考慮鏈刀的高度，取=50mm,=76.2mm。
由于 Max () =700所以有：
的取值范圍是：
所以取上面的（3-8）式。計算
從而由式 3-7 有：
≥4 mm 。
從而為保證土壤切削后能夠正常被鏈刀帶出溝，鏈刀的寬度最小不能小于4mm。
3.4 工作部件切削土壤的力
本課題耕地機的耕地鏈可以近似看作是豎直刮刀形式，根據(jù)現(xiàn)有參考資料，有豎直刮刀的切土阻力的計算式[20]為：
（N） (3-12)
式中： ——蘇聯(lián)道路科學研究所堅實度計沖擊值
——切削厚度，（cm）
——刀片厚度，（cm）
——刀片切削角，(0）
——刀片尖角計算系數(shù)
對上式進行單位歸一化處理[20]有：
(3-13)
應用本課題中，上式中切削厚度和刀片厚度做相應調(diào)整[21]得：
(3-14)
耕地機耕地總切削阻力是根據(jù)所有切削刀在土壤中同時作用的情況進行計算，作用在鏈條上的力為：
（N） (3-15)
式中：——切削土壤的阻力（N）；
——同時與土壤作用的刀片數(shù)。
對于采用B型刀的挖縱向溝一次切削和分層切削形式的工作部件：
(3-16)
式中：——溝深（m）。
其它代號與前式相同。
3.5 發(fā)動機功率的確定和底盤的選擇
耕地機的傳動總功率可按下式計算：
（kW） (3-17)
式中：——工作部件鏈條傳動所消耗的功率（kW）；
——機器前進所需的功率（kW）；
—— 輔助機械的傳動所消耗的功率（kW）。
工作部件鏈條傳動所消耗的功率：
（kW） (3-18)
式中：——絞龍推運土壤刀溝旁所消耗的功率（kW）；
、——鏈刀工作部件傳動效率（）；
——切削土壤功率。
（kW） (3-19)
式中：——切削總阻力（N）；
——鏈刀絕對速度（m/s）。
沿溝升運土壤所消耗的功率，可按下式求出：
（kW） (3-20)
式中：——工作部件的理論生產(chǎn)率；
——土壤容重；
土壤容重[21]是土壤在未破壞的自然結構下，單位容積中的重量，通常以克/立方厘米表示。土壤容重大小反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作層土壤容重 1～1.3 克/立方厘米，土層越深則容重越大，可達1.4～1.6克/立方米。
——溝深（m）；
——考慮土壤顆粒在鏈刀與溝側壁間滯塞的可能的系數(shù)，濕的和粘的土壤=1，干的和粘結不緊的土壤=1.05～1.15;長方形鏈刀=1.2～1.25；菱形鏈刀=1.0；
——鏈刀卸土平均高度（m）
（m） （3-21）
式中：——刀片節(jié)距（m）；
——鏈刀運動絕對速度對水平面的夾角（）。
被運送土壤與溝道土壤摩擦所消耗的功率，按下式計算：
（kW） （3-22）
式中：——土壤與土壤的摩擦系數(shù)（見表3-3）
其它符號與上式相同。
表3-3 和值
項目
沼澤泥炭土
重粘土
壤土
重壤土
1～5
18～24
5～10
9～18
0.9～1.0
0.8～1.0
0.7～0.8
0.7～0.8
選擇拖拉機的功率：
（kW） （3-23）
式中：——工作部件鏈條傳動所消耗的功率（kW）；
機器前進所需的功率：
（kW） （3-24）
式中；——總的牽引阻力（N）；
（鏈刀工作部件水平移動的工作速度）（m/h）；
——行走機構傳動效率，。
對于機組前進行走阻力，可以做受力分析圖3-5.
圖3-5 機組前進受力圖
式中：——耕地鏈傳動效率
——機組行走傳動效率
輔助機械的傳動所消耗的功率：
（kW） （3-25）
式中：——工作部件鏈條傳動所消耗的功率（kW）；
——機器前進所需的功率（kW）。
3.6 鏈刀式耕地機的整體參數(shù)計算與確定
根據(jù)課題中的耕地要求,這種新式鏈式耕地機的優(yōu)點是開挖深窄的溝,最大耕地深度為 1500mm至 2000mm，溝寬限制在 100mm至 80mm。根據(jù)耕地要求，將設計參數(shù)定為: BT =80mm;溝深Ht=1500mm;在土壤類型為重土壤時，理論生產(chǎn)率 20m3/h，鏈刀運動速度Vc=