小麥割曬機(jī)的設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙+三維SolidWorks+說明書文檔+答辯稿】

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收割機(jī)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械收割機(jī)，通過對(duì)比研發(fā)，綜合考慮傳動(dòng)效率，結(jié)構(gòu)外觀、收割方式與加工成本，確定最合理的方案。然后對(duì)割麥機(jī)的整體結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵組成機(jī)構(gòu)做了具體設(shè)計(jì)與理論研究，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：機(jī)架、割臺(tái)、分禾器、撥禾輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu)等部分。并且對(duì)收割機(jī)的重要部件如軸承、齒輪等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和理論校核，使所選機(jī)構(gòu)為最優(yōu)，以保證機(jī)構(gòu)的可靠性，裝配后的收割機(jī)最優(yōu)。 關(guān)鍵詞：小麥；割曬機(jī)；設(shè)計(jì) 目 錄 1緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國(guó)內(nèi)外小麥割曬機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3小麥割曬機(jī)存在的問題 4 1.4研究的內(nèi)容和方法 4 1.5預(yù)期目標(biāo) 5 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 5 1.7工作條件及解決方法 5 2小麥割曬機(jī)總體設(shè)計(jì) 5 2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 5 2.2小麥割曬機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu) 6 3收割機(jī)的基本參數(shù)的確定及相關(guān)設(shè)計(jì) 7 3.1作業(yè)速度 7 3.2割幅 7 3.3喂入量 8 3.4割刀速度和機(jī)器前進(jìn)速度的關(guān)系 8 3.5小麥?zhǔn)崭顧C(jī)下刀的直徑，拔麥尺寸和收縮比 9 3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙收割機(jī)的軸距 10 3.7割刀切割數(shù)據(jù)計(jì)算 10 4切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 4.1收割機(jī)的上、下刀設(shè)計(jì) 12 4.2切割器的確定 13 5其他結(jié)構(gòu)的確定 14 5.1軸、軸承、鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 14 5.2小麥割曬機(jī)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 5.3總體結(jié)構(gòu)尺寸 19 5.4外形結(jié)構(gòu)尺寸確定和中心估算 20 總 結(jié) 21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 1緒論 1.1課題研究的意義 小麥?zhǔn)鞘澜绲闹饕Z食作物之一，是我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的主要主食，我國(guó)2014年小麥播種面積為3.69億畝，全國(guó)小麥產(chǎn)量高達(dá)1.26億噸左右，比2013年增長(zhǎng)3%左右。到目前為止，全國(guó)小麥?zhǔn)斋@的機(jī)械化水平已遠(yuǎn)超70%，尤其是南方平原地區(qū)，其機(jī)械化已達(dá)到了世界先進(jìn)化水平。但由于我國(guó)建國(guó)較晚和科技較為落后等因素，導(dǎo)致我國(guó)小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的研發(fā)相比較與國(guó)外有著明顯的差距。近半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)不斷地通過研究國(guó)外收割機(jī)的的先進(jìn)收割機(jī)和開發(fā)自主機(jī)器才逐步發(fā)展起來，并且某些方面已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。一般，對(duì)種植在平原或大塊的土地上的小麥，使用大型的收割機(jī)。但，對(duì)種植于山地上的和較為分散的小塊土地上的小麥不適合用大型的收割機(jī)，所以在區(qū)域進(jìn)行勞作的農(nóng)民只能運(yùn)用最原始的方法進(jìn)行作業(yè)——使用鐮刀進(jìn)行人力收割。該方法勞動(dòng)量非常大，工作效率非常低。 小麥?zhǔn)崭钍寝r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，必須及時(shí)進(jìn)行，以保證豐產(chǎn)豐收。如小麥一般要求在5-8天的黃熟期或完熟初期內(nèi)收獲完畢。收獲過早，籽粒不滿，影響產(chǎn)量；過遲，易造成脫離損失。小麥?zhǔn)斋@時(shí)期又正值雨季。若不及時(shí)收割，會(huì)造成植株倒伏、穗上發(fā)芽和種子霉?fàn)€等損失。俗語說“麥?zhǔn)煲簧?，龍口奪糧”、“八成熟，十成收”、“十成收，兩成丟”，說明小麥及時(shí)收獲的重要性。因此，實(shí)現(xiàn)具有生產(chǎn)效率高、谷物損失少、高效優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)機(jī)械收割，對(duì)確保糧食豐產(chǎn)豐收起著重大作用。其中，小麥割曬機(jī)成本低、割收后小麥的浪費(fèi)率低、特別適合我國(guó)現(xiàn)在的土地狀況。為使了更好的了解我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和盡出自己的貢獻(xiàn)，自己將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)小麥割曬機(jī)制作、設(shè)計(jì)及優(yōu)化等。 1.2國(guó)內(nèi)外小麥割曬機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1國(guó)外小麥割曬機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外農(nóng)業(yè)發(fā)展主要以大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式為主，而具有高生產(chǎn)率和良好穩(wěn)定性的聯(lián)合收割機(jī)則具有廣闊的市場(chǎng)。為了適應(yīng)能夠趕上這一變化潮流，近些年，國(guó)外聯(lián)合收割機(jī)研發(fā)生產(chǎn)在不斷地改進(jìn)與進(jìn)步，如增大分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸、裝用大功率發(fā)電機(jī)、采用電子和信息技術(shù)系統(tǒng)等。聯(lián)合收割機(jī)的發(fā)展方向體現(xiàn)出的特點(diǎn)為:寬割幅、大喂入量;通用型、組合型收割;人機(jī)舒適性、操作簡(jiǎn)易性并且更加的智能化和數(shù)控化。 國(guó)外收割機(jī)比較有代表性的國(guó)家和地區(qū)為歐美和日本等地。其中全喂入脫粒收割機(jī)大多應(yīng)用在歐美等地區(qū)，由于該機(jī)型具有體積大和高生產(chǎn)率等特點(diǎn)，因此可以在小麥生產(chǎn)量較大的地區(qū)應(yīng)用;而日本則以中小型機(jī)為主，其特點(diǎn)是半喂入，體積較小，其工作效率比歐美等地區(qū)的收割機(jī)的工作效率要低。大型收割機(jī)，喂入量一般為5-6公斤/秒，高者達(dá)10-20公斤/秒，裝有功率為130-160馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至還配有功率達(dá)250左右馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提高了效率，降低投資和使用成本，節(jié)省了能源。據(jù)約翰·迪爾公司的有關(guān)資料分析，喂入量為1.5-2公斤/秒的機(jī)器與喂入量為6-7公斤/秒的機(jī)器相比，單位生產(chǎn)率所配的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和機(jī)器購(gòu)置費(fèi)用要高一倍。 七十年代末期，北美幾家公司研制了幾種軸流型聯(lián)合收割機(jī)。這種機(jī)器收割效率高，適于收割干燥地區(qū)的小麥、大豆，玉米，籽粒破碎率低。但對(duì)收獲潮濕小麥適應(yīng)性差，能源消耗較多，未能推廣。 歐洲幾家公司現(xiàn)在研制出一些新型聯(lián)合收割機(jī)，這些新機(jī)型采用了傳統(tǒng)型脫粒裝置，用離心分離裝置替代逐稿器，提高了聯(lián)合收割機(jī)的效率，如克拉斯(Class)公司研制了一種帶有多輪式分離裝置的聯(lián)合收割機(jī)D0116cs，據(jù)稱喂入量可達(dá)10公斤/秒以上。斯佩里一新荷蘭(Sperry-New Holland)公司研制成一種采用傳統(tǒng)脫粒裝置，加分離輪和軸流式分離裝置的聯(lián)合收割機(jī)TF42型和TF44型。 圖1-1國(guó)外最新小麥聯(lián)合收割機(jī) 1.2.2國(guó)內(nèi)小麥割曬機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 在二十世紀(jì)五十年代我國(guó)開始研制鋪放式收割機(jī)，經(jīng)過不斷地研究外國(guó)收割機(jī)的基礎(chǔ)上才逐漸發(fā)展起來并形成規(guī)模[2]。1960年，我國(guó)開始應(yīng)用國(guó)外的畜力搖臂收割機(jī)，這種收割機(jī)產(chǎn)自荷蘭、捷克等一些西方國(guó)家，然后我們?cè)趯?duì)國(guó)外的這些收割機(jī)進(jìn)行研究與分析，逐漸設(shè)計(jì)了許多適應(yīng)我國(guó)收割特點(diǎn)的蓄力收割機(jī)，其中太谷號(hào)和霍邱號(hào)是其中的佼佼者。但由于其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有缺陷，可靠性系數(shù)低，后期保養(yǎng)不健全和受畜力條件的限制等多方面的原因，未能夠?qū)崿F(xiàn)普遍的應(yīng)用。而在此時(shí)，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院和吉林省東風(fēng)機(jī)械裝備有限公司自行研究與開發(fā)了許多前懸掛式和后牽引式的收割機(jī)，它們是由大中型拖拉機(jī)為動(dòng)力，其割幅大約是在2.0 -4.9m之間，GS-4.6型、4SX-3.8型等是其主要代表。但是它們存在著較大的限制，它們的鋪放方式還存在著一定的問題，那就是只能應(yīng)用于聯(lián)合收割機(jī)分段收獲階段當(dāng)中的揀拾階段，而不能應(yīng)用于分堆打捆。為了達(dá)到分堆打捆的作業(yè)目的，二十世紀(jì)五十年代后期全國(guó)各地開始致力于研發(fā)新機(jī)型致力于解決上訴問題，其中具有代表性是臥式割臺(tái)雙帆布轉(zhuǎn)向條放式和上海一108型立式割臺(tái)式收割機(jī)。但由于多方面的原因(結(jié)構(gòu)的不合理、后期的維護(hù)等)一直得不到普遍的應(yīng)用。一直到1970年，我國(guó)小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的研制與開發(fā)才日益走向成熟。我國(guó)再對(duì)日本立式割臺(tái)收割機(jī)進(jìn)行了分析與研究，摒棄其缺點(diǎn)，然后增加了一個(gè)構(gòu)件一一星輪扶禾器，并且被切割割下來的作物鋪放垂直于與機(jī)器前進(jìn)方向，這樣做的目的是為了更好地人工打捆。北京一18-5型以及130(140)型、160型等鋪方式聯(lián)合收割機(jī)是其中較具有代表性地。二十世紀(jì)八十年代以后，由中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院聯(lián)合全國(guó)許多省份的農(nóng)機(jī)研究部門以及十多個(gè)廠家對(duì)該類收割機(jī)重新進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)并對(duì)其結(jié)構(gòu)加以完善，進(jìn)而再原機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一款新型的收割機(jī)，并且確定了其定型的依據(jù)是靠其配套的動(dòng)力裝置(手扶和小四輪拖拉機(jī))而決定的。至此在全國(guó)掀起了大規(guī)模的推廣小型鋪放式收割機(jī)的熱潮，其中在二十世紀(jì)八十年代末和九十年代初這一期間得到了較快的進(jìn)步。 在國(guó)外收割機(jī)器和技術(shù)的基礎(chǔ)上我國(guó)研發(fā)了谷物聯(lián)合收割機(jī)，它的逐步發(fā)展是通過消化、吸收、仿制國(guó)外的收割機(jī)。到目前為止，己經(jīng)形成了以大、中、小型并重，自走式、牽引式以及拖拉機(jī)懸掛式共存，自主研發(fā)式機(jī)占主導(dǎo)的局面，而且己有不少產(chǎn)品出口國(guó)外，走向世界。 我國(guó)最開始投入生產(chǎn)的聯(lián)合收割機(jī)是牽引式，其第一代產(chǎn)品是由北京農(nóng)機(jī)廠研發(fā)的，該產(chǎn)品命名為GT-4.9。它是在原蘇聯(lián)C-6型樣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研制的，于1956年開始投入生產(chǎn)。該機(jī)是在以東方紅54/75等大型拖拉機(jī)的牽引下進(jìn)行收割的，其割幅是4.9m，并且配有功率為29.4kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，其喂入量大約是，其上配有釘齒式脫粒滾筒、輸送帶平臺(tái)式割臺(tái)、回轉(zhuǎn)帶式分離裝置、兩級(jí)風(fēng)扇篩子式清選裝置、糧箱卸糧以及可以攜帶的草車。隨后開封聯(lián)合收割機(jī)廠便開始大規(guī)模的投入生產(chǎn)，并且對(duì)許多地方進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)創(chuàng)新，改進(jìn)后其各項(xiàng)指標(biāo)均得到了大幅度的提高，其市場(chǎng)占有率也是很高的。該機(jī)不僅僅是在一些私營(yíng)農(nóng)場(chǎng)上應(yīng)用，而且在國(guó)營(yíng)大型農(nóng)場(chǎng)得到了廣泛的使用，并且對(duì)早期小麥的收割的機(jī)械化上起到了至關(guān)重要的作用，但由于其體積過于大，且不易拆卸和轉(zhuǎn)移，因此一般不在農(nóng)村使用。 縱觀我國(guó)歷史，中小型自走式聯(lián)合收割機(jī)始創(chuàng)于二十世紀(jì)70年代，此后十年的時(shí)間里中小型自走式聯(lián)合收割機(jī)得到了高速的發(fā)展，并且完成了質(zhì)的飛躍。這些機(jī)型大多是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)型較小，成本低廉,適合一般較為平整的大塊土地。 目前，由于地貌的不同而導(dǎo)致種植區(qū)域的不同，進(jìn)而引發(fā)收割的方式也不盡相同，如山東、河南等華北平原區(qū)和東北三省等東北平原區(qū)擁有較大的種植面積并且這些地域處于交通方便地段，所以說己經(jīng)完全采用機(jī)械化收割，主要利用機(jī)動(dòng)式大型聯(lián)合播種機(jī)、收割機(jī)完成農(nóng)作物播種收獲，根據(jù)動(dòng)力供給方式的不同主要有牽引式、懸掛式、和自走式三種類型的收割機(jī)，如圖1-2所示。 圖1-2常見的收割機(jī) 然而在我國(guó)丘陵山區(qū)、偏遠(yuǎn)的農(nóng)村以及小塊土地上則還無法應(yīng)用大型機(jī)械，農(nóng)機(jī)化程度不高。我國(guó)正大力實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化的環(huán)境下，為實(shí)現(xiàn)丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)化，許多小型機(jī)動(dòng)型農(nóng)機(jī)具發(fā)展態(tài)勢(shì)迅速，且技術(shù)日趨成熟，故比較多見的小型農(nóng)機(jī)具多為動(dòng)力型，如圖1-3所示。 圖1-3小型收割機(jī) 1.3小麥割曬機(jī)存在的問題 我國(guó)不斷地通過研究國(guó)外收割機(jī)的的先進(jìn)收割機(jī)和開發(fā)自主機(jī)器才逐步發(fā)展起來，但由于我國(guó)建國(guó)較晚和科技較為落后等因素，導(dǎo)致我國(guó)小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的研發(fā)相比較與國(guó)外有著明顯的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）割臺(tái)升降速度較慢。（2）撥禾輪彈尺夾帶谷物。（3）散鋪器位置過低，割茬過高等等。 1.4研究的內(nèi)容和方法 1.4.1研究的內(nèi)容 （1）熟悉小麥?zhǔn)崭顧C(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成； （2）完成小麥?zhǔn)崭顧C(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)； （3）完成小麥?zhǔn)崭顧C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （4）完成小麥?zhǔn)崭顧C(jī)整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （5）建立整機(jī)的三維模型。 1.4.2研究的方法 （1）利用文獻(xiàn)搜索方法進(jìn)行中外文獻(xiàn)資料的收集; （2）調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外微型收割機(jī)的設(shè)計(jì)； （3）利用機(jī)械設(shè)計(jì)理論對(duì)整機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算； （4）利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維建模； （5）試制樣機(jī)； （6）到田間進(jìn)行試驗(yàn)和各性能的檢驗(yàn)； （7）改進(jìn)和完善樣機(jī)，確定最終圖紙。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）對(duì)切割器刀片切割麥稈的切入方式和所受的阻力進(jìn)行； （2）對(duì)機(jī)器中的各個(gè)部件，進(jìn)行受力分析。進(jìn)而使動(dòng)力在機(jī)構(gòu)的傳遞過程中減少損失； （3）對(duì)機(jī)器整體輪廓的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 （1）盡可能多的搜集一些相關(guān)的資料，在充分了解的基礎(chǔ)上，獲得更多的思路去解決問題； （2）結(jié)合自己查閱的資料，對(duì)小麥割曬機(jī)機(jī)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行梳理，整合出最適合于小 麥?zhǔn)崭畹臋C(jī)器； （3）借鑒前人設(shè)計(jì)相關(guān)機(jī)械過程中的經(jīng)驗(yàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短完成設(shè)計(jì)。同時(shí)積極與指導(dǎo)老師商討，確定最佳方案； （4）選擇合適動(dòng)力傳動(dòng)方式，設(shè)計(jì)循環(huán)裝置和傳動(dòng)裝置； （5）利用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖； （6）利用有限元分析和SolidWorks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，完成整機(jī)各零件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠、土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，為項(xiàng)目開展提供了場(chǎng)地和條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小麥割曬機(jī)機(jī)設(shè)計(jì)的工作條件。 2小麥割曬機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 2.1.1收割的幾種典型方法 目前，常見的小麥?zhǔn)崭罘椒ㄈ缦拢? （1）分段收獲法：收割機(jī)將小麥切割后在田間鋪放或捆束；在田間或運(yùn)至脫粒場(chǎng)地用脫粒機(jī)脫粒。這種方法技術(shù)上比較成熟，機(jī)型較多、生產(chǎn)率底，在捆、垛、運(yùn)、脫等工序中會(huì)有損失，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。 （2）聯(lián)合收貨法：一次性完成收割、脫粒、分離莖稈、清選谷粒、裝袋或隨車卸糧各項(xiàng)工作。這種方法機(jī)械化程度高，生產(chǎn)效率高，省工、省時(shí)，清選效果好，損失小，但機(jī)器的年利用率低。 （3）分段、聯(lián)合收獲法：收割機(jī)、拾禾器與聯(lián)合收割機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)前期收割、中期拾禾、晚期直接收獲。機(jī)器利用率高，購(gòu)機(jī)投資回收快；生產(chǎn)率高；機(jī)械化水平高；緩解收獲期緊張，強(qiáng)農(nóng)時(shí)；利用谷物的后熟作用，提高小麥的質(zhì)量和品質(zhì)。該方法，經(jīng)常被使用。 2.1.2收割方法的選擇 我國(guó)自改革開放以來，實(shí)行包產(chǎn)到戶的家庭聯(lián)產(chǎn)承保責(zé)任，將大塊的土地分配給個(gè)人所有，便形成了每家每戶土地少且不集中。對(duì)于只是小塊的土地，用大型的收獲機(jī)不方便、成本高。而使用最原始的方法，用人工用鐮刀進(jìn)行收割。但該方法勞動(dòng)強(qiáng)度太大，生產(chǎn)效率很低。故，最好采用小型的用拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)的割曬機(jī)進(jìn)行收獲。 2.2小麥割曬機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu) 小麥割曬機(jī)是通過拖拉機(jī)右側(cè)皮帶輪動(dòng)力輸出傳動(dòng)到離合分離主軸，離合隨時(shí)控制割曬機(jī)的運(yùn)動(dòng)和停止，再把主軸動(dòng)力傳動(dòng)割曬機(jī)齒輪箱中。齒輪箱變速后把動(dòng)力一部分輸送到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)上，為割刀切割小麥莖稈提供動(dòng)力；另一部分動(dòng)力帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，將割刀切割后的小麥輸送至該機(jī)構(gòu)的一側(cè)。從而實(shí)現(xiàn)割曬機(jī)各個(gè)工作部位完成小麥割倒、輸送、鋪放工作。小麥割曬機(jī)是通過拖拉機(jī)為機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。減少了對(duì)勞動(dòng)力的需求、提高了工作效率。非常適合我國(guó)現(xiàn)階段的土地使用狀況“每家每戶土地少且不集中”。并且，小麥割曬機(jī)適用于多種工作環(huán)境條件，山地、高原等。小麥割曬機(jī)極大的方便人們收獲小麥。 1. 齒輪箱 2.三角帶輪 3.聯(lián)軸器 4.軸承端蓋 5.軸 6.撥禾輪7.皮帶輪 8.輸送帶 9.滾動(dòng)軸承 10.支撐柱 11.基座 12.曲柄 13.連桿 14.與機(jī)架相連的柱 15.柱 16.割刀 17.撥禾輪 18.分禾器 19.割刀擋板 20.分禾器 21.機(jī)架 22.軸 圖2-1小麥割曬機(jī) 3收割機(jī)的基本參數(shù)的確定及相關(guān)設(shè)計(jì) 確定小麥?zhǔn)崭顧C(jī)各工作部件的基本依據(jù)有作業(yè)速度、喂入量、生產(chǎn)率、割幅等參數(shù)，他們之間相互影響、相互關(guān)聯(lián)。 3.1作業(yè)速度 根據(jù)耕作制度、稻麥種類、田塊大小、田面平整、潮濕程度和操作者勞動(dòng)強(qiáng)度而定，其經(jīng)驗(yàn)值見表3-1。 表3-1割曬機(jī)作業(yè)速度經(jīng)驗(yàn)值 收割小麥種類 割曬機(jī)作業(yè)速度（米/秒） 稻田 割易掉粒秈稻 0.75-1.0 割梗稻 1.0-1.3 麥田 小麥鋪放 1.2-1.5 小麥割曬 1.2-1.8 3.2割幅 割幅根據(jù)耕作制度、生產(chǎn)規(guī)模、田地大小、收獲習(xí)慣、脫粒方式和可能供應(yīng)的動(dòng)力機(jī)而定。而有時(shí)動(dòng)力機(jī)及整機(jī)重量幾乎是決定性的因素，表3.2為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可供設(shè)計(jì)參考。 表3-2根據(jù)動(dòng)力機(jī)功率決定割幅 動(dòng)力機(jī)功率（馬力） 整機(jī)重量（公斤） 割幅（米） 3- 4 200左右 1.0 10-12 500左右 1.5-1.8 20-30 1500-1800 2.0-3.0 40-50 2000以上 4.0-5.0 割幅大小還有保證收割機(jī)輪子不壓未割的小麥和鋪放的小麥桿，割幅B還應(yīng)滿足如下關(guān)系: （3-1） 式中:W-為兩驅(qū)動(dòng)輪外側(cè)寬; Y-割臺(tái)超出驅(qū)動(dòng)輪外側(cè)的余量。 綜合考慮，先設(shè)定割幅B =0. 5m 3.3喂入量 根據(jù)公式： (3-2) 式中: -機(jī)器前進(jìn)速度，m/s ; -作物單位面積產(chǎn)量，kg/畝，取450kg/畝; -喂入谷粒和莖桿之比，簡(jiǎn)稱谷草比，取B =1; =1.33 將以上數(shù)據(jù)帶入式(3-2)中可以求得:q=0.3 -0.5 Kg/s 由式(3-2)可以得出，當(dāng)其他條件不變時(shí)，與成反比關(guān)系。對(duì)于收割一定的喂入量，根據(jù)情況具體分析，對(duì)比采用小割幅配以較快的前進(jìn)速度，還是采用較大割幅配以較低的速度。從小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的受自身結(jié)構(gòu)的限制出發(fā)來看:割幅越大收割機(jī)的尺寸和重量也就越大;進(jìn)而導(dǎo)致增加行走消耗的功率，進(jìn)而引發(fā)勞動(dòng)強(qiáng)度的增加，也就是人要提供更大的動(dòng)力。 3.4割刀速度和機(jī)器前進(jìn)速度的關(guān)系 小麥?zhǔn)崭顧C(jī)工作時(shí)，收割機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，行走輪撥動(dòng)齒輪傳遞動(dòng)力，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳至收割機(jī)刀盤，上刀盤做快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下刀盤不動(dòng)。上刀盤快速轉(zhuǎn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)。上刀盤的速度(圓周速度)和機(jī)器前進(jìn)的速度的關(guān)系可以用進(jìn)距來表示: （3-3） 式中: -收割機(jī)行走的速度； -齒輪組的轉(zhuǎn)速； -齒輪組的角速度。 也可以用切割速度比/L9表示割刀速度與機(jī)器前進(jìn)速度之間的關(guān)系。 （3-4） 式中：-平均速度； -前進(jìn)速度； -行程； -進(jìn)距。 綜上所訴實(shí)際工作當(dāng)中的上刀盤若凡過小，則割斷刃口容易發(fā)生雜亂的現(xiàn)象，將會(huì)影響切割質(zhì)量，進(jìn)而誘發(fā)莖桿折斷和拉斷等問題;反之，重割現(xiàn)象將不可避免，進(jìn)而引發(fā)劇烈的震動(dòng)。據(jù)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):當(dāng)前進(jìn)速度=1 m/s并且凡為1.6，則割斷刃口雜亂或切割質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象將不會(huì)發(fā)生。但是凡是隨著收割機(jī)的速度變化而變化的為1 m/s時(shí)臨界切割速度比為1.6，而我設(shè)計(jì)的人力收割機(jī)車速控制在2.0m/s 。 3.5小麥?zhǔn)崭顧C(jī)下刀盤托的直徑，拔麥盤尺寸和收縮比 對(duì)全喂入小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的工作部件的研究指出，上下刀盤的分離損失率是限制小麥?zhǔn)崭顧C(jī)喂入量的關(guān)鍵。上下刀盤的分離損失率與莖桿層的厚度有密切關(guān)系，當(dāng)其他條件不變時(shí)，隨著喂入量的增加，莖桿層變厚，損失率加大，當(dāng)喂入量超過額定值時(shí)，損失率急劇增加。小麥在莖桿層中占的體積很小，可以忽略不計(jì)，則上下刀盤上莖桿層的厚度h可按下式求得。 （3-5） 式中： h-莖桿在自然狀態(tài)時(shí)的厚度，m； Q-機(jī)器作物的喂入量，kg/s ； -谷物中谷粒的含量，以質(zhì)量百分比計(jì)，=B/(1+B)( B為谷草比)； -逐稿器寬度，本設(shè)計(jì)中由于采用了割幅為0.4m，小麥?zhǔn)崭顧C(jī)下刀盤托的跨距為0.3m； N-上下刀盤之間的寬度利用系數(shù)，取為0.7； R-莖桿在自然狀態(tài)時(shí)的容重，由經(jīng)驗(yàn)值得，小麥的容重約為30kg/m； -莖桿層沿逐稿器運(yùn)動(dòng)的平均速度，一般情況下從0.4m/s 。 數(shù)據(jù)代入上式中，可以求得h=0.01-0.15m之間。下?lián)茺湵P的直徑為310mm，中撥麥盤的直徑為340mm，上撥麥盤的直徑為360mm。 3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙聯(lián)合收割機(jī)的軸距 輪式小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的軸距是由小麥生長(zhǎng)的地域而決定的，而且它要綜合考慮小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性，通過對(duì)比同類機(jī)型以及總體的布局來確定其尺寸。其中軸距的大小與轉(zhuǎn)彎半徑成正比關(guān)系，軸距小可以提高整機(jī)動(dòng)性，但會(huì)降低使縱向穩(wěn)定性。由于設(shè)計(jì)的人力收割機(jī)的整體尺寸不大，中心高度不太高，而且為了滿足收割機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，同時(shí)還得考慮整機(jī)的穩(wěn)定性，故本設(shè)計(jì)取80mm 。 小麥?zhǔn)崭顧C(jī)輪距的大小確定也要受小麥生長(zhǎng)的地域條件的限制，同時(shí)也要考慮到整機(jī)的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性，通過對(duì)比同類機(jī)型以及總體的布局來確定其尺寸，總車的寬度應(yīng)該大于輪距，因此取輪距為238 mm，輪子半徑為140mm 。 小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的整體的通過性能與收割機(jī)距離地的最小間隙有關(guān)，一般最小離地間隙應(yīng)該介于60-80 mm之間。 3.7割刀切割數(shù)據(jù)計(jì)算 3.7.1切割速度計(jì)算及其運(yùn)動(dòng)分析 偏置的曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-4所示。割刀的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)切割器性能有直接影響，往復(fù)式切割器工作時(shí)動(dòng)刀片在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下做橫向的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)是間歇的。通過對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析找出割刀位移與速度之間的關(guān)系，為確定合理的割刀速度提供理論依據(jù)，表3-3為切割試驗(yàn)臺(tái)切割器部分參數(shù)。 表3-3切割器主要參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 偏距mm 102.1 曲柄半徑mm 39 連桿長(zhǎng)度mm 181.2 圖 3—1 切割系統(tǒng) 建立動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)方程，動(dòng)刀片的行程S為: （3-4） 簡(jiǎn)化后可得: （3-7） 式中:L一連桿長(zhǎng)度，mm;r一曲柄長(zhǎng)度，mm;e一偏距，mm。 在對(duì)曲柄連桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，由于連桿長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于曲柄半徑r，動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)可以近似看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，以曲柄中心為原點(diǎn)，X軸右方向?yàn)檎?，可得到?dòng)刀片位移x、速度v和加速度a: （3-8） 3.7.2切割速度與進(jìn)給速度設(shè)計(jì) 在小麥?zhǔn)斋@過程中，其生產(chǎn)率取決于收割機(jī)的作業(yè)速度，而作業(yè)速度又與切割速度息息相關(guān)，只有當(dāng)切割速度與作業(yè)速度相適應(yīng)時(shí)才能保證不漏割，否則將產(chǎn)生漏割。往復(fù)式切割器割刀的運(yùn)動(dòng)是由水平橫向運(yùn)動(dòng)和機(jī)組前進(jìn)運(yùn)動(dòng)合成的，割刀橫向運(yùn)動(dòng)平均速度與機(jī)組前進(jìn)運(yùn)動(dòng)速度}m的比例關(guān)系，決定了割刀的運(yùn)動(dòng)軌跡。 往復(fù)式切割器割刀的速度是實(shí)時(shí)變化的，在實(shí)際運(yùn)用中多采用割刀的平均速度，割刀平均速度表示的是割刀完成一個(gè)行程的平均速度，而實(shí)際的切割速度都大于割刀平均速度，割刀平均速度是往復(fù)式切割器中用來確定曲柄轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)之一，由此可得割刀平均速度： （3-9） 式中：t-割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程S=2r內(nèi)所用時(shí)間，s； n-曲柄轉(zhuǎn)速，r/min,r-曲柄半徑，m。 往復(fù)式切割器機(jī)組前進(jìn)速度為： (3-10) 割刀橫向運(yùn)動(dòng)平均速度與機(jī)組前進(jìn)速度的比值為，的大小對(duì)切割質(zhì)量影響較大，確定與之間的數(shù)量關(guān)系，即給出相應(yīng)只值的大?。? (3-11) 4切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1收割機(jī)的上、下刀設(shè)計(jì) 切斷莖稈要求個(gè)到必須克服其橫切面內(nèi)的切割阻力，但是由于水稻、小麥等作物的莖稈剛度小，在受到極小的外力作用下就會(huì)發(fā)生彎斜，從而導(dǎo)致切割較困難。因此，為了能夠順利切割莖稈，就必須采取一定的措施和方法。比如說增加割刀的速度、給予被切割的莖稈適當(dāng)?shù)闹位蚴翘岣咔懈钚实取? 圖4-1單支撐切割 圖4-2雙支撐切割 圖4-3無支撐切割 支撐莖稈的切割器分為有支撐和無支撐兩類。 有支撐切割:單支撐和雙支撐(圖4-1和圖4-2 )。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在切割時(shí)取兩點(diǎn)支撐切割可使莖稈不彎曲從而達(dá)到切割較省力的效果。 無支撐切割:它是動(dòng)刀片直接切割莖稈，其過程如圖4-3所示。無支撐的莖稈在較低速度被切割時(shí)，會(huì)很容易被推倒或折斷，從而失去了切割效果。其原因是莖稈無支撐，只能依靠其自身的彎曲、是很難與動(dòng)刀的切割力相平衡的。這就導(dǎo)致動(dòng)刀必須以一定的切割速度才能使原來靜止的莖稈在瞬間獲得來自其傳遞的速度，隨即莖稈產(chǎn)生較大的加速度及與其反方向的慣性力，當(dāng)時(shí)，莖稈就可以被切割。所以，在使用無支撐切割時(shí)就必需要有較大的切割速度才能實(shí)現(xiàn)切割，而且還能提高切割效率。但是，卻增加了功率的消耗、增加了整機(jī)的振動(dòng)和徒添一些不必要的空割。由試驗(yàn)觀察表明:有支撐的切割器其割刀速度在0.3m/s與0.6m/s之間小麥的稈莖有被擠壓撕破的現(xiàn)象，可知阻力逐漸減少;當(dāng)速度超過0.6m/s時(shí)，則上述現(xiàn)象會(huì)消失，同時(shí)阻力也在緩慢減少，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)一般割刀的速度應(yīng)該大于0.6m/s 。因此我們可以得出速度越大其慣性力也就越大，因而導(dǎo)致莖稈的抗彎能力也就越大，這樣會(huì)完成順利的切割。 4.2切割器的確定 本設(shè)計(jì)的切割器是通過兩個(gè)刀片(動(dòng)、定)之間的剪切將作物莖進(jìn)行切割的。我們知道，兩個(gè)刀片加持著莖稈，在其接觸點(diǎn)A、 B兩處存在著正壓力N1、N2和摩擦F1。若R1為N1與F1的合力，而R2另兩個(gè)的合力，我們進(jìn)而就可以得到莖稈被加持時(shí)兩刀片應(yīng)滿足的條件:R1與R2必須在同一條直線上。 圖4-14加持莖稈的受力分析 圖中的三角形OAB的我們可以得知: （4-4） 從四邊形OACB中我們可以得出: （4-5） 由此，我們可以得出： （4-6） 我們可以得出當(dāng) 時(shí)，莖稈被加持住。 此式即為收割機(jī)前進(jìn)速度與刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足的關(guān)系。由此也可以得出從切割器切割時(shí)所需的尺寸。 5其他結(jié)構(gòu)的確定 5.1軸、軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定軸的最小直徑，初步估算軸的最小直徑，選擇軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112，于是得 （5-1） =112 =19.6mm 軸的設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與尺寸關(guān)系如下圖： 圖5-1 軸的校核 T=9.55 （5-2） P=1.5Kw n=500/2 r=250r/min T=9.551.5/250=51570N （5-3） δ1=26.5° =130mm =20 圓周力： （5-4） 徑向力： （5-5） 軸向力： N （5-6） 合力： （5-7） 水平方向： （5-8） m 垂直方向： （5-9） 彎矩： m 合成彎矩： （5-10） = =30061.8Nmm 當(dāng)量彎矩： （5-11） = 初步認(rèn)為A截面有較大應(yīng)力集中，確定其為危險(xiǎn)截面，進(jìn)行安全系數(shù)校核 前面通過計(jì)算得A截面合成彎矩： 抗彎截面系數(shù)： （5-12） 彎曲應(yīng)力： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ： （5-13） 切應(yīng)力副和平均切應(yīng)力： （5-14） 求綜合影響系數(shù)： （5-15） 過盈配合時(shí)軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)： 配合為: 材料為碳鋼毛胚直徑: 表面狀態(tài)系數(shù)： 求安全系數(shù)設(shè)按無限壽命(Kn=1)計(jì)算： （5-16） （5-17） 復(fù)合安全系數(shù)由式： （5-18） 所以，軸的強(qiáng)度安全。 5.2.1軸承的選用 已知：設(shè)計(jì)的齒輪軸向載荷為0，徑向載荷是1591.2N軸承轉(zhuǎn)速n=250r/min裝軸承處的直徑為30-40毫米范圍之間選擇，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。由工作條件和環(huán)境可知：選用深溝球軸承 選擇軸承的型號(hào) （1）求比值 =0/1758.75=0 （5-19） 根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44故此時(shí)＜e。 （2）初步計(jì)算當(dāng)量載荷P，根據(jù)式（13-8a） P= （5-20） 按照表13-6，=1.0-1.2,取=1.2。 按照表13-5，X=1，Y=0，則P=1.2×1655.75=1986.9N （3）求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 （4）按照設(shè)計(jì)手冊(cè)選用C=1021.2N的軸承6007此軸承的基本額定動(dòng)載荷C=26000N 軸承的驗(yàn)算。 （5）求相對(duì)軸向載荷e值與Y值，對(duì)深溝球軸承取f=14.7,則相應(yīng)軸向載荷為零。 （6）用線性插值法求Y值Y=0。 （7）求當(dāng)量動(dòng)載荷P P=1.2×1571.75=2110.5N （5-21） 所以選用的軸承合適 5.2小麥割曬機(jī)輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 輸送系統(tǒng)是油菜割曬機(jī)的重要裝置，其輸送通暢性能直接決定作業(yè)效率和收獲損失。本設(shè)計(jì)的輸送系統(tǒng)由立輥總成、伸縮撥指滾筒總成和輸送帶總成構(gòu)成如圖5-1，采用輸送比較可靠、損失較低的立式輸送形式。工作時(shí)被切斷的小麥莖稈跳上割臺(tái)之后在撥指的作用力下被推向輸送帶，割臺(tái)兩端的小麥莖稈則再經(jīng)由做相向運(yùn)動(dòng)立輥的輥齒作用力下被橫向推至伸縮撥指滾筒中間位置，再被推向輸送帶，到達(dá)輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送至割曬機(jī)右側(cè)，再經(jīng)鋪放置田間。整個(gè)輸送系統(tǒng)在三個(gè)部分的匹配協(xié)同作用下完成小麥莖稈流的輸送。 圖5-2 傳動(dòng)系統(tǒng) 5.3總體結(jié)構(gòu)尺寸 小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的總長(zhǎng)、總高、總寬由最后的總裝配圖確定。小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的機(jī)動(dòng)性靈活性以及穩(wěn)定性限制其尺寸。本設(shè)計(jì)中取總長(zhǎng)為550mm，高300mm，寬160mm 。 5.4外形結(jié)構(gòu)尺寸確定和中心估算 外形尺寸的長(zhǎng)、寬、高主要取決于割麥盤、行走機(jī)構(gòu)、作業(yè)者以及離地間隙、行走輪大小、中心軸距、行走輪間距等尺寸，本設(shè)計(jì)的小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的總體尺寸以確定。 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成小麥割曬機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)。這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)貫穿起來，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì)，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高我計(jì)算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了許多新的知識(shí)，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。 我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。 在設(shè)計(jì)過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過程基本順利完成。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過三個(gè)多月的努力，在范修文老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師范修文，從設(shè)計(jì)的選題、實(shí)施到撰寫、修改和定稿，范老師均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實(shí)、多彩與快樂！ 參考文獻(xiàn) [1]魏宏安.我國(guó)小麥?zhǔn)斋@機(jī)械的發(fā)展與研究現(xiàn)狀[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,36(10):2-6. 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