檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計

檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計,檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計,聯合收割機,壓扁,切碎,裝置,設計 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 1 - 檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 1 緒論 1.1 課題的提出和意義 檸條是豆科錦雞兒屬的一個種,多年生長灌木植物，檸條抗旱、抗寒、耐瘠 薄、耐風沙、具有極強的生命力和抗逆性。由于對沙地干旱自然環(huán)境條件的適 應結果，葉退化為刺。株高 13m，冠幅 1m以上。軸根系，根長 45m。自然 生長狀態(tài)下，壽命 10年左右，如果平茬，壽命 20年以上。檸條莖稈灰白色， 直徑多 1020mm，木質堅硬緊實 1。 鑒于檸條獨特的生物特性，多年來它一直是內蒙古西部及山西西北部和陜 西、甘肅等防風固沙、防止水土流失的重要選用植物。全國檸條種植面積已達 到 666.66萬 hm2 ，僅山西大同市檸條種植面積達到 2萬 hm2 2。檸條含有豐 富的蛋白質，開花期鮮檸條干物質含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纖維 39.3%，無氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可見，檸條還是優(yōu)良的經濟飼料。 未實施禁牧前，種植檸條的經濟效益主要以牲畜的自然采食來體現，采食率一 般在 20%30%之間。然而由于種植檸條的地區(qū)都是生態(tài)狀況較差的地區(qū)，這類 地區(qū)實行了嚴格的禁牧舍飼圈養(yǎng)后，使檸條的經濟價值很難體現。其中最關鍵 的問題就是檸條的機械化平茬收獲技術沒有得到根本解決。一方面，因為大部 分地區(qū)圈養(yǎng)牲畜的主要飼草青貯或壓縮后的玉米秸稈，牲畜采食種類單一，營 養(yǎng)成分不全，導致肉奶品質部高，抗病能力下降，不少牲畜都處于亞健康狀態(tài)； 另一方面，含有多種營養(yǎng)成分的檸條得不到利用。另外，根據檸條生長特性， 最好 34 年平茬一次，否則它的生長速度就會減慢甚至消失 3。為解決這些問 題，給生態(tài)建設和舍飼圈養(yǎng)創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的空間，當務之急是研制一種可實 現對檸條進行聯合收割的機械。 1.2 國內外研究現狀 現在國內外暫時還沒有出現對檸條聯合收割機成型機械的報道，現有的對 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 2 - 檸條進行收割的裝置只有普通的割草機，還有適用于檸條的平茬機。普通的圓 盤鋸齒式和甩刀式機具切割后，切口表面形成不光滑的所謂“毛口” ，不利于次 年發(fā)芽生長 3。這些機械只能把檸條切割，并沒有處理和收集裝置，切割完以 后直接散落到地里，還需要人工進行收集。這些機械的適應性差，很多地方還 是需要人工砍切收割。由于檸條莖稈木質化較高，而且莖稈上多硬刺，人工砍 割和收集都非常不容易，收割效率極低而且效果非常差。 1.3 本文的研究內容及方法 根據國內外檸條聯合收割機研究的發(fā)展現狀，以及國內對檸條聯合收割機 的需求，本文對檸條聯合收割機的整體設計進行了研究，首先設計有效的撥禾 裝置把檸條撥入收割臺，采用了往復式切割器對檸條進行切割，隨后送入立式 壓扁輸送輥系統(tǒng)進行壓扁及輸送，然后送入立式滾筒切割系統(tǒng)對檸條進行切碎， 最后切碎的檸條掉入集料箱實現莖稈的收集。本文著重對切割以后的工作部分 進行了研究。整機工作流程圖見圖 1-1。立式割臺的立式壓扁輸送輥配置立式 滾刀屬獨特設計，其特點是立式壓扁輥兼作滾刀的喂入輥，結構簡單緊湊，問 題是秸稈喂入方向與滾刀軸線的垂直性如何，需要進行試驗驗證；優(yōu)點是秸稈 在切碎后輸送相對容易 4 。 撥禾鏈 往復式切割器 立式切割滾筒 收集料斗 夾持輸送鏈 立式壓扁輸送輥 圖 1-1 整機工作流程圖 綜上所述，我國檸條收割機的研制勢在必行，尤其是既能對檸條進行收獲， 又能對檸條進行切斷和收集的聯合收割機械的研制更有發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?在分析了國內外有關研究現狀之后，發(fā)現本文針對檸條所設計的立輥式壓扁切 割系統(tǒng)還沒有相關研究，所以有必要進行研究分析。設計中確定了立式滾刀切 碎裝置，與立輥式壓扁方式相配套，結構緊湊、切碎質量好，大大減輕了整個 割臺部分的前伸量和重量 5，為檸條收割后的莖稈切碎問題提供了解決方案。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 3 - 2 技術任務書(JR) 檸條是一種很難收割的防風固沙的植物，經常需要人工砍切收割，即使是 使用機械平茬，莖稈也是散落在地里，工作人員在回收的時候經常弄傷自己。 本設計主要目的是既能完成收割也要完成收集，在切割完成以后經過簡單的碾 壓，輸送進切碎裝置中，進行切碎粗加工，最后掉入集料箱中。 由于現在對檸條的力學研究還很少，所以本設計中有部分參數和計算公式 需要套用相似機械的經驗數據或公式。本設計的關鍵問題是壓扁輸送輥的長度 設計、碾壓輸送速度、及壓扁輸送輥和滾筒式切碎裝置的安裝角度。若碾壓輸 送速度過快，則后面的切碎質量無法保證，速度過慢則會產生莖稈的堆積，兩 種情況均對機器作業(yè)不利，最終確定輸送線速度為 ，滾筒切割轉速為sm/5.3 ，壓扁輸送輥與滾筒式切碎裝置的安裝角度定為與豎直面成 。min/210r 30 3 設計計算說明書(SS) 3.1 傳動方案的確定 傳動方案的設計是本次設計的難點和重點，只有傳動方案設計合理，才 能保證整體機構的運作，各個環(huán)節(jié)才能有效配合，高效率、高質量的實現檸條 的聯合收割。 本次設計的檸條聯合收割機傳動部分的難點在于各部分所需轉速不相同， 壓扁輸送輥對的轉向相反，要實現相對運動，撥禾鏈組也要實現相對運動。 本文所設計的傳動方案簡圖如圖 2-1所示： 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 4 - 1.往復式切割器 2.壓扁輸送輥-1 3.滾筒切碎器 4.壓扁輸送輥-2 5.撥禾鏈 圖 2-1 檸條聯合收割機傳動簡圖 此檸條聯合收割選取 65馬力柴油發(fā)動機，輸出轉速 2400r/min,經過一級 減速器減速，傳入各個機構。兩個壓扁輸送輥安裝在同一平面內，形成一個壓 扁輸送輥對，為了方便表示，把后面的壓扁輸送輥-2 畫到了側面。 轉速的傳遞是：柴油機輸入的轉速傳入一級減速器后，首先不經過減速， 轉速通過減速器主動軸直接傳出，再通過一組皮帶輪和錐齒傳入滾筒切碎器； 從滾筒切碎器傳出的轉速通過一組二級皮帶輪減速，傳入壓扁輸送輥-1；主動 軸傳出的轉速通過一組直齒輪改變方向，經由一個錐齒輪組和一個二級皮帶輪 減速傳入壓扁輸送輥-2，這樣就實現了壓扁輸送輥對的相對運動。同理，由減 速器從動軸傳出的轉速經過一系列的齒輪和皮帶輪傳動，可以實現撥禾鏈的相 對運動，往復式切割器則再通過一組曲柄搖桿機構，實現往復運動。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 5 - 3.2 傳動皮帶輪的設計計算 3.2.1 減速箱主動軸傳出的皮帶輪組 小帶輪轉速 2400r/min，大帶輪轉速 2100r/min, 。14.20i （1）V 帶型號的選擇：V 帶星號應根據計算功率 和小帶輪轉速 來選取，caPn 。計算功率是根據傳遞的功率 ，并考慮載荷的性質以及每天運轉時間的長短P 等因素來確定的。 （1）Kac 式中： 計算功率， ；csPkW 傳遞的額定功率， ； 工作情況系數。AK 其中： = ， =1.3，則計算出 = 。Pk5.12AcsPkW25.16 （2）確定帶輪的基準直徑 、 ：初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號，選取 為 B型 140mm，則根據傳動比算出 =160mm。1d 2d （3）確定中心距 和帶的基準長度 ：根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a （2）)(2)(7.021021 dda 則最小 =210mm。0a 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長 ：dL （3）0 212104)()(2 addaLd 得出 =891.48。根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度 ，則dddLdL =900mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可以調整的，dLd 故可采用下式做近似計算： 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 6 - （4）20dLa 計算得最小中心距 =214mm (4)驗算主動輪上的包角 ：1 （5） 1203.578021 ad 計算得 = ，符合要求。126.74 （5）確定帶的根數 z （6）LcaKP)(0 式中： 包角系數，考慮包角不同時的影響系數；K 長度系數，考慮帶的長度不同時的影響系數；L 單根 V帶所能傳遞的功率， ；0PkW 單根 V帶 時的功率增量， 。1i 計算得 =4.7 5根。z 3.2.2 滾筒到減速軸的皮帶輪組 小帶輪轉速 2100r/min，傳動比 3.76，則大帶輪轉速為 558.5r/min。i （1） =2 ，根據公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準直徑 、 ：初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據傳動比算出 =376mm，根據標準帶輪1d 2d 直徑，選擇 =375mm。2 （3）確定中心距 和帶的基準長度 ：根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式（2）計算可得 =332.5mm。0 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長 ：0a dL 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 7 - 根據式（3）得 =1467.6mm，根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度dLdLd ，則 =1600mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的，根據式（4）得最小中心距 =399mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據式（5）得： ，符合要11205.4 求。 （5）確定帶的根數 ：根據式（6）計算得： = 根。zz 3.2.3 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組 小帶輪轉速 558.5r/min，傳動比 2.5，則大帶輪轉速為 233r/min。i （1） =2 ，根據公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準直徑 、 ：初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號，選取 為 A型 112mm，則根據傳動比算出 =280mm。 1d 2d （3）確定中心距 和帶的基準長度 ：根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式（2）計算可得 =275mm。0 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長 ：0a dL 根據式（3）得 =1191mm，根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度dLdLd ，則 =1250mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的，根據式（4）得最小中心距 =305mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據式（5）得： ，符合要11204.8 求。 （5）確定帶的根數 ：根據式（6）計算得： = 根。zz39 3.2.4 減速器從動軸到撥禾鏈齒輪箱的帶輪組 小帶輪轉速 533r/min，則大帶輪轉速為 192r/min，則傳動比為 2.5。i （1） =1.6 ，根據公式（1）可得 =2.08 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準直徑 、 ：初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 8 - V帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據傳動比算出 =278mm，根據標準帶輪1d 2d 直徑，選擇 =280mm。2 （3）確定中心距 和帶的基準長度 ：根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式（2）計算可得 =266mm。0 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長 ：0a dL 根據式（3）得 =1159mm，根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度dLdLd ，則 =1250mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的，根據式（4）得最小中心距 =312mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據式（5）得： ，符合要求。11209.46 （5）確定帶的根數 ：根據式（6）計算得： = 根。zz5 3.3 切割器的選擇 切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷。目前， 已廣泛使用和報道的切割器有：往復式、回轉式、甩刀式、帶式等。這方面的 研究國內外均有報道?；厩闆r是： 1.往復式切割器：往復式切割器由動刀片和定刀片組成，動刀片多數在刀 刃上面刻有齒紋，少數在下面刻有齒紋，防止禾株在從剪切口滑出，并有自磨 刃作用。在機器前進的同時，動刀片與定刀片組成割幅，定刀片與護刃器成為 切割時的兩個固定支撐點，動刀片以一定的速度在兩支撐點之間做往復切割。 往復式切割是目前國內外稻麥收割機上應用最廣的一種切割器，現基本標準化。 其切割速度一般為1.52m/s作業(yè)速度低，一般不超過9km/h。這種切割器平均 切割速度較低，切割性能好，結構簡單，工作可靠，廣泛用于谷物收割機上。 它的缺點是往復憤性力大，割臺振動和噪聲大，存在重割和漏割，割茬不整齊。 2.回轉式切割器： 回轉式切割器主要用于收獲牧草、 青飼料等粗莖稈作 物，少數谷物收獲機上也使用這種切割器?；剞D式切割器切割速度高，一般是， 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 9 - 可適應1025km/h的高速作業(yè)，慣性力易平衡，震動較小，結構簡單，但回轉 半徑小，不宜寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費用高。 3.甩刀式切割器：甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機上，目前國內 外收割機上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護罩等組成。 刀片鉸接在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面(與前進方向平行)內回轉。這種切 割器轉速高，圓周速度達5070m/s，但割幅較窄，一般為0.82m。在割幅較 大的機器上，多采用多組并聯結構，目前國內外最大的割幅為6m。 4.回轉帶式切割器：這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀，一邊為帶體，連 接兩端構成傳動帶，一邊為刀體，刀體間有一定距離，刀體端開有刀齒，刀齒 為梯形。工炸時，在驅動帶輪的帶動下，帶體在水平面內繞兩帶輪作回轉運動 刀齒切割作物?？蓪崿F高速作業(yè)、高速切割及無支承切割，切割速度可高于 17m/s，作業(yè)速度可高于15km/h，無往復慣性力，割刀工作平穩(wěn)，割臺振動小， 工作平穩(wěn)，割茬整齊，無撕裂、漏割和堵刀現象，適于收割小麥、水稻等細莖 稈作物和牧草。 5.齒形鏈式切割器：動刀右上部為切割段，呈梯形，根部為傳動齒，同齒 形鏈節(jié)板，將其與標準齒形鏈節(jié)板鉸接成一封閉的刀鏈，刀鏈在主動鏈輪的驅 動下，在上下水平導軌的引導下，在水平面內作高速回轉運動，其緊邊與護刃 器構成切割幅，對作物莖稈切割。 綜上所述，根據檸條的生物學特性，從切割效果、結構復雜程度、動力配 置等多放面綜合考慮，本設計選擇了技術比較成熟的往復式割刀。 3.4 撥禾裝置的設計 衡量作物收獲質量好壞的一個最主要指標是損失率。由于收獲流程的前后 順序所致，割臺損失率首當其沖。撥禾裝置位于收割機的最前端，收獲作物時， 它扶起并歸攏作物，撥向切割器；在切割器切割作物時，前方扶持莖稈以防止 向前傾倒；最后把切斷的作物及時推向壓扁輥。 撥禾輪的結構簡單、可靠，多用于大中型收割機上的聯合收獲機上。但是 由于檸條莖稈硬度高切有比較高的柔性，采用撥禾輪的效果不好，且撥禾輪一 般應用于臥式收割臺的結構中，不適用于本設計的立式收割臺。本設計最終采 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 10 - 用鏈式撥禾器，可有效的把檸條撥入切割裝置。 3.5 夾持輸送裝置的設計 夾持輸送裝置是本機的重要部分，它影響著本機的結構、復雜程度和工作 可靠性。檸條植株由撥禾禾鏈強制撥入夾持鏈，在夾持同時，切割器把檸條植 株切斷，被切斷的植株在夾持鏈作用下向后輸送直至喂入摘穗輥。 3.6 立輥式檸條壓扁輸送裝置的設計 壓扁輸送裝置是檸條前割臺的核心，直接影響到整機的各項指標，如損失 率、切割達標率等。該裝置能在壓扁檸條莖稈的同時將莖稈強制喂入滾刀切碎， 使壓扁輥與滾刀間莖稈輸送通暢，不堵塞。其次，莖稈及莖節(jié)被碾壓后對切碎 和提高飼料的品質起很好的作用 5。 立輥式壓扁輸送裝置的壓扁輥兩軸線所在平面與垂直面成前傾 2535 夾角，檸條植株由往復式割刀割斷后經夾持鏈輸送至壓扁輥，通過立式壓扁輥 壓扁。植株在弧形擋禾板和加持的作用下與壓扁輥軸線成 5070角。由于 螺旋線的提升作用，壓扁后的植株基本與壓扁輥成垂直角度向后輸送進切碎滾 筒切碎。 3.6.1 壓扁輸送輥的整體設計 立式壓扁輸送輥上設有螺旋線凸棱，見圖 3-1。檸條莖稈由切割器切斷后 被輸送鏈夾持輸送至壓扁輥，頂部首先進入兩輥之間，隨著壓扁輸送輥對的相 向旋轉，莖稈以速度 沿軸線上升，以速度 向后輸送，當輸送到一定高度時，2v1v 莖稈僅依靠壓扁輥對莖稈的推擠和慣性力作用向上移動，同時以速度 1快速向v 后輸送 6。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 11 - 圖 3-1 壓扁輸送輥結構圖 3.6.2 壓扁輸送輥的長度設計 壓扁輸送輥的長度既要滿足不同長度莖稈的要求，又要滿足沿輥長容納莖 稈的株數。 設 為滿足最長莖稈高度的壓扁輸送輥長度。設莖稈以根部單株均勻喂入L 壓扁輸送輥對中，初始喂入角 ，莖稈受壓扁輸送輥拉壓力的作用沿徑向后移，0 受螺旋推動力的作用沿軸線方向上移，設徑向速度 ，軸向速度 ，則1v2v)(601Dnv （7） )(2s （8） 式中： 壓扁輸送輥螺旋凸棱的螺距；s 壓扁輸送輥直徑；D 壓扁輸送輥轉速；n 莖稈沿軸線移動的打滑率； 莖稈沿徑向移動的打滑率。 經查閱資料 =0.050.08； 與壓扁輸送輥間隙、莖稈含水率、莖稈的直 徑等因素有關，變化范圍較大，經驗值一般為 0.40.6。為避免莖稈堆積，壓 扁輸送輥的速度應較高一些，一般情況下，壓扁輥主軸的轉速應是機器前進速 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 12 - 度的三倍以上 7。本設計中機器前進速度定為 ，所以8.0sm/ 。smn/4.238.0 莖稈沿自身方向輸送的速度 cossin21vvj （9） 設計要求 ，即 ，否則不能正常工作，則0jvssi21j 0 （10）1varctg 莖稈從進入位置到與壓扁輸送輥軸線垂直位置， 角由初始喂入角 變化0 到 ，所以平均速度為2 （11）dvvj )cossin(21210 （12）)sin1(202010 vj 牽引莖稈從割茬根部至最高點的時間 ，莖稈從割茬根部至最高點的長度 。t l 則牽拉莖稈長度 所需的時間為l （13）)sin1(cos2001 vlvltj （14）)si(cs 02012vltL 設 為滿足沿壓扁輸送輥長度方向容納莖稈株數的工作長度。機器行走世L 間 內，收獲玉米株數為t （15）tpvzm 式中： 機器前進速度， ；mvs/ 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 13 - 單位長度（ ）內檸條株數， 。pm米株 / 沿壓扁輸送輥工作長度 ，容納的莖稈數位L （16）dkz 式中： 莖稈的平均直徑；d 壓扁輸送輥呢秸稈充滿系數。k 設計時要求容納的莖稈數 大于收獲的莖稈株數 ，即zz （17）dLkptvm （18） （19）)sin1(cos )2 001vkplLm 實際設計長度既要滿足 又要滿足 的要求，即 。L,axL 各參數取值范圍為， = ， ， 8，057svm/8.米株 /3p ， 。md303.k6 設計原則是壓扁輸送輥的工作長度在滿足大于 和 的要求下，盡可能取L 小值，以使結構緊湊，一般取 400550 。本設計最終選定輥長為 500 。m 3.6.3 壓扁輸送輥材料的選擇 現在市面上的壓扁輥有三種類型： 1.鋼-鋼壓扁輥：兩個壓扁輥均由鋼材料加工而成，優(yōu)點是碾壓力大，耐磨 損，適合碾壓較硬的植物枝條；缺點是造價高，重量大，需要機器的動力大。 2.橡膠-橡膠壓扁輥：兩個壓扁輥均為橡膠材料，優(yōu)點是吸入性好，丟失率 率低，碾壓力小，適用于柔軟的牧草，在不破壞其形狀的同時對其進行壓扁處 理；缺點是磨損大，尤其是在對較硬植物枝條進行作業(yè)的時候，壓扁輥的磨損 尤其嚴重，容易造成卡機。 3.鋼-橡膠壓扁輥：介于前兩者之間的一種壓扁輥。兼顧了吸入率和低損耗 的優(yōu)點，但是對于硬度較高的植物枝條依然存在磨損較大的缺點。 結論：檸條枝條有較高的木化程度和柔韌性，對壓扁裝置的損耗很大，鑒 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 14 - 于這種生物學特性，以及三種類型的壓扁輥的物理特性，綜合考慮，本設計選 擇采用鋼-鋼結構的壓輥，兼顧了本設計需要碾壓力大和損耗低要求。 綜上所述，本章主要對立式割臺的各個部件進行了方案的選擇和設計，重 點對壓扁輸送輥進行了結構設計和數據計算。壓扁輸送是本章的難點，壓扁輸 送裝置的可靠性決定了整體機械的穩(wěn)定性，文中將這一問題作為重點和難點， 設計了立式壓扁輸送輥。這個設計不僅能歸整切割下來的檸條，使其變的有序， 并對其進行壓扁處理，而且能與后面設計的立式滾刀組成單元結構，使莖稈切 碎裝置變得簡單。 3.7 立式莖稈切碎裝置的設計 立式莖稈切碎裝置是本次設計的重點，立式莖稈切碎裝置與立輥式壓扁輸 送裝置配套實現檸條的收割和粗加工，結構簡單，莖稈切碎效果好、功耗低， 能和割臺配置緊湊。 現有的設備技術是立式輥配套盤刀或臥式滾刀切碎裝置，它不但結構龐大， 甩刀則為無支撐切割，動力消耗也大。立式莖稈切碎裝置安裝在檸條壓扁輸送 輥的后方，并與機架相連，其驅動部件與收獲動力系統(tǒng)相連，且與壓扁輸送輥 有速比約束。 3.7.1 滾筒式切碎刀的設計 滾筒式切碎刀最初設計為螺旋刃刀片，螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平穩(wěn)， 但制造工藝復雜，成本高。到 20世紀 70年代末，直刃斜裝滾刀在我國得到迅 速推廣 9 。直刃斜裝滾刀制造簡單，但功耗較大且系統(tǒng)振動。后來出現的橢圓 刃口平板刀既功耗小，又制造方便、成本低，但須與拋送葉片連接，以達到機 械式氣流輸送的目的。本課題立式滾刀在設計時采用橢圓刃口的平板刀，既能 使在切割過程中實現滑切，又能使結構緊湊，易于在壓扁輸送輥后布置。 3.7.2 平板動刀刃口線的形成 平板刀刃口曲線是橢圓曲線的一部分，結構見圖 3-1。圖中是一平面與圓 柱軸線傾斜相截時形成的曲線就是橢圓刃口的曲線。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 15 - 圖 4-1 橢圓刃口的形成 圖中有效高度 ，半徑為 。截平面與圓筒軸線之間夾角為 ，與圓筒上LR 端面截交于 A、B 兩點，下端面截交于 C、D 兩點。其截交點 A、B 的連線與圓心 距離為 ，與半徑 夾角為 ；截交點 C、D 的連線與圓心距離為 ，與uHOmu dH 半徑 夾角為 ；若圓筒按順時針方向轉動。則平板刀前面與圓柱表面的Cmd 截交線 AC是平板刀的橢圓刃口曲線。 設計中選圓筒長 ，直徑 ， ， 。L56020mHu52d80 則有截平面的傾斜角 （20）86.arctnLud 橢圓長軸： ；橢圓短軸： ；焦距：mDa5.40si2Db20 ；離心率： 。4022bc 197.ae 由此可知該橢圓極為扁平，圓筒上的全部橢圓刃口曲線有著較大的曲率半 徑?，F做如下討論。 橢圓方程為 （21）2xaby 則曲率為 （22）3/21Kx 得 （23）2aby 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 16 - （24）3/2)(xaby 故 （25）3/224)(bKx 由圖幾何關系可得 （26）sinXH 則 （27）8.1045.2A （28）6siC 由以上各點數據，還可通過解出 的一階、二階導數，求出曲率半徑和曲Y 率中心 ，對此曲線段定量分析。從這些數據和圖形可以看出刀刃雖在橢)(、 圓曲線段的曲率半徑從 到 ，由小變大， 對應的曲線之平O 86.52ACX 均曲率半徑 ，可見刀刃線趨向平直。13485R 3.7.3 刀片安裝前傾角 的確定 平板刀刀刃 AB的運動軌跡為圓柱面。刃口曲線是圓柱被平面所切的橢圓曲 線的一段，其結構參數如圖 4-2所示。從圖中可得到所切橢圓曲線方程為： （29）1)sin/(22RZXoo 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 17 - 圖 4-2 平板刀在滾筒體上的結構參數 平板刀結構參數間的關系可用下式表示： （30）sinRZtg 式中： 刀刃上 A點的坐標值；Z 扭轉角，平板刀刀面所在平面與滾筒中心線的夾角； 切碎滾筒刀刃軌跡半徑；R 平板刀刀刃上 A點的安裝前傾角。 從理論分析中可知：當刀刃為弧形刃口時，這樣的刀刃線回轉起來是一個 圓柱面。因此，平板刀式滾筒切碎器的動刀是平板刀，定刀是平直刃刀的情況 下，定刀安裝位置正常而不傾斜，這樣可獲得一定的滑切角，切割回轉角也較 大，故切碎器的性能較好。 實驗表明， 角越大，其切碎性能越好，但拋送性能越差。因此在設計中， 角選取應在保證可靠拋送切碎物的前提下，盡量大一些。本設計中采用 。 105760 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 18 - 3.7.4 扭轉角 的確定 扭轉角 即刀片刃線相對于回轉軸線的轉角，與滾筒長度或直徑有關。由 于受平板刀切碎滾筒的結構限制，一般取扭轉角 = 。 11本設計取值為47 。7 3.7.5 平板刀尺寸設計 平板刀結構尺寸如圖 4-3所示。 圖 4-3 平板刀結構尺寸 平板刀刃角 一般都較小，常取 ，考慮到刀刃的強度，我們取215 。25 為保證切割的平穩(wěn)性，連續(xù)性，使每把刀的切割阻力矩小，我們采用多把 動刀。單邊刀數 把，雙邊攻擊 把，呈八字形排列。如圖。每把刀片長取48 ，材料選擇 50CrA,刃口淬火硬度為 5560HRC。m301 3.7.6 莖稈切碎長度的計算 為了滿足儲存和加工的要求，應規(guī)定莖稈切碎的長度。技術要求小于 。30 莖稈理論切碎長度 ：l 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 19 - （31）4106)1(znvlzidl或 式中： 滾刀與壓扁輸送輥的傳動比；i 壓扁輸送輥直徑；d 動刀片數量；z 莖稈對壓扁輸送輥的打滑率； 滾刀轉速；n 莖稈喂入速度。v 由上式可知，改變壓扁輸送輥與滾刀的傳動比 或刀片數量 ，可以改變莖iz 稈的切碎長度。經過查閱相關資料 35 ，設計中應用參數，壓扁輸送輥喂入 速度 ，滾刀轉速 ，動刀片數量 ，理論切碎長度 。sm/5.3min/210r8m25 這部分章節(jié)主要介紹了立式莖稈切碎裝置的研制過程，設計中采用了先進的 滾刀式圓筒切碎器。該切碎裝置由固定安裝的定刀片組和與其配套切割的滾刀 組成，采用立式安裝，與立式壓扁輸送輥相配置。滾刀采用橢圓刃口的平板刀， 本章詳細分析了橢圓刃口的形成和刀刃的幾何角度，指出橢圓刃口平板刀既有 功耗小、制造方便、成本低的特點，又有其自身難以克服的缺點。這種方案的 提出為檸條莖稈提供了新的切碎方法。 3.8 收集料斗的設計 集料箱安裝在滾筒切碎刀下方，可活動拆卸，能從機器后部人工取出，方 便物料的卸出。 由于本設計滾筒切碎裝置為傾斜豎直面 安裝，所以首先需要在滾筒外30 延安裝適當的擋板，使物料下落方向改變，便于收集。設計集料箱時，可根據 整機內部空間確定各項數據。集料箱材料為普通鐵皮，形狀設計上選擇性大， 在作業(yè)過程中，盡可能的提高集料箱的容積，可提高作業(yè)效率。 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 20 - 4 使用說明書(SM) （1）使用前應檢查減速器中冷卻系統(tǒng)是否能正常工作。 （2）注意每個齒輪箱中軸承的潤滑，沒潤滑油時及時添加。 （3）檢查每個傳動皮帶輪的松緊，太松容易脫離，太緊容易斷裂。 （4）檢查往復式割刀是否在軌道，如果不在，立馬停止運行。 （5）在使用中經常檢查傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，注意各緊固機件是否松動， 如果松動立刻停止運行。 （6）當工作一定時間后，應當檢查撥禾鏈上是否有割下來的雜物，及時清 理，否則影響切割。 （7）收料箱滿后及時處理，以免影響正常工作。 （8）在收割作業(yè)時，機器應盡量走直線，保持勻速作業(yè)，根據負荷的狀況 調節(jié)好油門，避免因負荷大小變化突然增、減速，更不能突然拐彎，以免影響 作業(yè)質量。 （9）聯合收割機在日常工作中，要定期進行潤滑保養(yǎng)，檢查各部件的技術 狀態(tài)。對工作負荷大、轉速高、振動大的部件要重點檢查保養(yǎng)。當某一部件出 現損壞時應及時更換，切不可將就使用，這樣做不僅可延長機器的使用壽命， 還可減少事故發(fā)生，降低作業(yè)成本和提高工作效率。 （10）聯合收割機在投入正常作業(yè)之前，應根據作物的狀況，對機器割茬 高度、作業(yè)速度等作業(yè)性能進行調整。 （11）聯合收割機的使用具有季節(jié)性，一般存放時間較長，所以出車前應 注意檢查機器的各部件是否完好；離合器、制動踏板自由行程是否適當；螺栓、 螺母是否松動等，以確保機器的技術狀態(tài)良好。還要檢查隨車備件，如刀片、 皮帶等易損配件是否配備；常用工具及相關證件是否齊全等。 5 標準化審核報告（BS） 5.1 產品圖樣的審查 檸條聯合收割機的傳動裝置和刀具設計已經基本完成，現以具備全套圖紙 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 21 - 和一線基本數據，根據有關規(guī)定，對其進行標注化審查，結果如下： （1） 產品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達準確清楚、圖樣清楚。符合 GB4440- 84、GB-83機械制圖的規(guī)定。 （2） 產品圖樣公差與配合的選擇與標準符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3） 產品圖樣的編號符合 JB/T5054.5-2000中華人民共和國機械行業(yè) 標準產品圖樣及設計的完整性。 （4） 圖紙的標題欄與明細欄符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989 的規(guī)定。 （5） 產品圖樣粗糙度的標注符合 GB131-83表面特征代號及注法的規(guī) 定。 （6） 產品圖樣焊縫的代號符合 GB324-80焊縫代號的規(guī)定。 5.2 產品技術文件的審查 （1） 產品的技術文件名稱、術語符合 ZB/TJ01和 0351-90產品圖樣及 設計文件術語及有關標準的規(guī)定。 （2） 量和單位符合 GB3100GB3102-93的規(guī)定。 （3）技術文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助 管理信息分類編碼導則的規(guī)定。 （4）技術文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000產品圖樣及技術文件完整 性的規(guī)定及農機部門的有關具體要求。 5.3 標準件的使用情況 本設計所用的緊固件均采用標準的螺栓，材料及材料代號也符合國家標準 和部頒標準的相關規(guī)定。 5.4 審查結論 經過對剪草機裝置和傳動設計的標準化審查，認為該設計基本貫徹了國家 最新頒發(fā)的各種標準，圖紙和設計文件完整齊全，符合標準化得要求。 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 22 - 結論 設計這款檸條聯合收割機，可以對檸條進行收割，并且完成檸條莖稈的粗 加工和收集，可以滿足廣大檸條種植地區(qū)對檸條收割的要求，便于后續(xù)的加工 處理。但是設計中的經驗數據采用類似機械的數值，對于檸條這種特殊的固沙 植物來說，必然有不適合之處，比如輸送壓扁輥與滾筒切碎裝置間的距離、植 株的喂入角度、滾筒切碎筒轉速與喂入速度的關系等，這些數據的確定都需要 大量的針對檸條的試驗數據，才能進行調整優(yōu)化，從而使得本設計成為進行后 續(xù)試驗研究的基礎和方向。相信此款檸條聯合收割機經過完善后，會成為檸條 聯合收割的優(yōu)秀機械。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 23 - 參考文獻 1劉晶,魏紹成,李世鋼.檸條飼料生產的開發(fā)J.草業(yè)科學,2003,20(6):32 2孫毅斌.檸條生物特性分析與產業(yè)化途徑研究M. 3楊志宏.檸條機械化平茬收獲的特點和難點J.農村牧區(qū)機械化,2005,第一期,總第 62 期:27 4胡麗娟,張道林.自走式穂莖兼收型玉米聯合收獲機總體設計C.2002,6 5趙洪光.立輥式玉米摘穗莖稈切碎裝置的研制C.2005,6 6高光明,韓吉水,趙吉輝等.4YQ-2A 型玉米收獲青貯機的研制J.農機與食品機械, 1999,4:23-25 7卡那沃依斯基波蘭CZ.收獲機械M.中國農業(yè)出版社,1983,10. 8劉國謙,張俊寶,劉東慶.檸條的開發(fā)利用及草粉加工飼喂技術J.草業(yè)科學,2003,7:29 9袁守善等. 組合式玉米收獲機的研究C.第五屆全國谷物聯合收割機技術發(fā)展及市場動 態(tài)研討會論文,1998. 10王宏立,王文春,楊天維,張吉軍,董曉威.青飼機平板刀式滾筒切碎器的設計研究J.黑 龍江八一農墾大學學報,2004,16(5):(16-18) 11趙清華,車剛,萬霖,李玉清,楊凱.新型青貯飼料收獲機滾筒切碎器的設計與試驗研究J. 黑龍江八一農墾大學學報,2006,18(6):(44-45) 12張?zhí)m星,何月娥主編.谷物收割機械理論與計算M.吉林人民出版社,1980. 13王萬鈞.農業(yè)機械設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1988. 14張祖立.機械設計M.北京:中國農業(yè)出版社,2004. 15吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊M.北京:高等教育出版社,2006. 張曉舟：檸條聯合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 24 - 致謝 通過這次畢業(yè)設計，結合工作中的實際生產情況，所獲得的收獲是遠遠超出 平常的。畢業(yè)設計是在我們學完教學大綱要求的基礎課及專業(yè)課這后進行的。 這是我們對所學課程的一次總復習，也是一次理論聯系實際的訓練，因此，這 在我們大學生活中占有重要地位。 就我個人而言，我希望通過學習這次畢業(yè)設計對自己現在從事的工作進行 一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題的能力，為今后的工作打下良好的理 論基礎。 由于能力有限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 最后衷心感謝大學四年來所有教過我的各位老師，對我?guī)啄陙淼男燎诮逃?和熱情幫助，讓我在充實自身文化素質的同時學到了很多治學的方法。衷心感 謝我的導師郭玉明教授，在畢業(yè)設計中對我的指導，關心和幫助，感謝父母親 對我此次畢業(yè)設計經驗上的指導，還有同組成員張晶同學的通力合作，使我能 順利完成此次畢業(yè)設計，順利的完成學業(yè)。 張曉舟 2009 年 6 月