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XXXXXXXX
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號： XXXXXXXX
姓 名： XXXXXXXX
指導(dǎo)教師： XXXXXXXX
完成日期： 2012年05月29日
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1設(shè)計的目的和意義 1
1.2花生收獲機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3花生收獲機(jī)的主要研究內(nèi)容 3
第二章 旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)方案論證及原理組成 5
2.1擬定方案 5
2.2 總體方案的研究和確定 8
第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 9
3.1動力傳動的選擇 9
3.2帶傳動部分的設(shè)計計算 10
3.3鏈傳動部分的設(shè)計計算 16
第四章 花生收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
4.1整體收獲機(jī)的工作過程分析 20
4.2 整體機(jī)架的設(shè)計 20
第五章 其它零部件的設(shè)計 23
5.1 挖掘鏟的設(shè)計 23
5.2振動分離裝置的設(shè)計 24
5.3 收獲裝置的設(shè)計 25
第六章 總結(jié)與建議 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 30
旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)的總體設(shè)計
摘 要
本設(shè)計針對國內(nèi)外花生收獲機(jī)的現(xiàn)狀及其性能特點(diǎn)，設(shè)計研究了一種新型花生收獲機(jī)，采用旋轉(zhuǎn)式挖掘方法、連桿式輸送、偏心式振動分離，研究了收獲機(jī)最佳方案。從提高收獲效率和達(dá)到農(nóng)藝要求出發(fā)，進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和主要參數(shù)的計算，分析了收獲機(jī)的動力傳動過程，并對傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計和計算，設(shè)計了偏心式振動分離裝置和挖掘鏟，分析了收獲機(jī)工作時各部件之間的配合。該機(jī)具整機(jī)布置合理，收獲效率高，適合收獲各種土壤條件下生長的花生。
關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)；收獲效率；挖掘；振動分離
The Overall Design of Rotary Peanut Harvester
Abstract
The design through the present situation and characteristics of the peanut harvester at home and abroad, a new peanut harvester, which uses a rotary mining, links-style transport and eccentric vibration isolation, was designed. This harvester is the best option.The efficiency of gains and the agronomic requirements is improved in this paper, To design the overall structure and calculate the main parameters, we analysis the harvester on the powertrain process, design and calculate transmission system detailedly, At the same time, the eccentric vibration isolation devices and mining spade are designed for improving the characteristic of the harvester. The cooperation of the components is aslo analysised to enhance the quality of the harvesting. This mechinery is overall reasonable layout, high-efficiency gains, and suitable for harvesting the peanut which grows in a variety of soil conditions.
Key words: Rotary ；Efficiency harvest ；Mining ；Vibration Isolation
I
第一章 緒論
1.1設(shè)計的目的和意義
目前，我國大型多功能花生收獲機(jī)械較多，但適合農(nóng)戶小面積種植使用的小型簡易花生收獲機(jī)械卻較少。隨著農(nóng)村勞動力的大量轉(zhuǎn)移，“三秋”大忙季節(jié)花生收獲勞動力明顯不足，農(nóng)民對集挖掘、抖土和鋪放功能于一體的簡易花生收獲機(jī)械需求迫切。為此，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便且價格低廉的花生收獲機(jī)是必需的，該機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，論述了主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和參數(shù)確定應(yīng)滿足農(nóng)民的需求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)比人工收獲效率提高近10倍，滿足了農(nóng)戶的需要，比較理想的小型花生收獲機(jī)械。大部分花生產(chǎn)區(qū)需要分別解決花生種植過程中主要作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化問題，近期內(nèi)應(yīng)當(dāng)是花生的機(jī)械化播種、收獲和摘果這３個主要環(huán)節(jié)?；ㄉ斋@季節(jié)性強(qiáng)，人工作業(yè)勞動強(qiáng)度高，效率低，收獲損失大，占用農(nóng)時多。但長期以來花生被看作是經(jīng)濟(jì)作物，花生收獲的機(jī)械化只不過是區(qū)域性的問題，因此花生收獲的機(jī)械化沒有得到足夠的重視。發(fā)展花生的機(jī)械化聯(lián)合收獲還要依賴于農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，了解與掌握花生收獲機(jī)械裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀及其性能特點(diǎn)，對研究和促進(jìn)我國花生收獲機(jī)械的發(fā)展有著重要作用。因此加快研制花生收獲機(jī)械，提高機(jī)械收獲質(zhì)量和效率，對于減輕農(nóng)民勞動強(qiáng)度、增加農(nóng)民收入有著非常大的幫助。
了解國內(nèi)外花生生產(chǎn)機(jī)械化的現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)，對研究和促進(jìn)我國花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展有重要作用。在我國花生摘果機(jī)起步比較晚。它作為一種場上作業(yè)機(jī)械或花生聯(lián)合收獲機(jī)上的工作部件之一，已經(jīng)有30多年的研究積累和推廣應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。多數(shù)花生摘果機(jī)具或摘果部件是我國自主開發(fā)出來的，少數(shù)以國外花生聯(lián)合收獲機(jī)的摘果環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)經(jīng)消化吸收后形成產(chǎn)品，但與其他生產(chǎn)機(jī)械相比，起步較晚。近幾年,隨著花生種植面積、產(chǎn)量的不斷增加,花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展就顯得尤為重要。針對我國的現(xiàn)有情，為創(chuàng)造更多的價值，盡快普及花生收獲的機(jī)械化，開發(fā)一種花生聯(lián)合收獲機(jī)勢在必行，這樣既能降低勞動強(qiáng)度，解放勞動力，使農(nóng)民單位時間內(nèi)創(chuàng)造的價值增多，也能減少收獲時間，避免因連雨天氣導(dǎo)致的花生果霉?fàn)€，土地資源的浪費(fèi)造成損失。在花生收獲過程中土地的濕度影響挖掘阻力大小、分離不清、挖掘效果差、機(jī)器成本高等問題沒有得到很好的解決。因此，在導(dǎo)師的幫助下，利用自己的所學(xué)，對目前花生收獲機(jī)的總體設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，希望能為解決以上問題并對自己的開發(fā)和創(chuàng)新可以得到足夠的重視。
1.2花生收獲機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國大型多功能花生收獲機(jī)械較多，但適合農(nóng)戶小面積種植使用的小型簡易花生收獲機(jī)械卻較少。隨著農(nóng)村勞動力的大量轉(zhuǎn)移，“三秋”大忙季節(jié)花生收獲勞動力明顯不足，農(nóng)民對集挖掘、抖土和鋪放功能于一體的簡易花生收獲機(jī)械需求迫切[4]。為此，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便且價格低廉的花生收獲機(jī)是必需的，該機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，論述了主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和參數(shù)確定應(yīng)滿足農(nóng)民的需求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)比人工收獲效率提高近10倍，滿足了農(nóng)戶的需要，比較理想的小型花生收獲機(jī)械。大部分花生產(chǎn)區(qū)需要分別解決花生種植過程中主要作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化問題，近期內(nèi)應(yīng)當(dāng)是花生的機(jī)械化播種、收獲和摘果這３個主要環(huán)節(jié)。花生收獲季節(jié)性強(qiáng)，人工作業(yè)勞動強(qiáng)度高，效率低，收獲損失大，占用農(nóng)時多。但長期以來花生被看作是經(jīng)濟(jì)作物，花生收獲的機(jī)械化只不過是區(qū)域性的問題，因此花生收獲的機(jī)械化沒有得到足夠的重視。發(fā)展花生的機(jī)械化聯(lián)合收獲還要依賴于農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，了解與掌握花生收獲機(jī)械裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀及其性能特點(diǎn)，對研究和促進(jìn)我國花生收獲機(jī)械的發(fā)展有著重要作用[2]。因此加快研制花生收獲機(jī)械，提高機(jī)械收獲質(zhì)量和效率，對于減輕農(nóng)民勞動強(qiáng)度、增加農(nóng)民收入有著非常大的幫助。下圖主要是國內(nèi)主要生產(chǎn)的花生收獲機(jī)機(jī)型。
（a） （b）
（c） （d）
圖1-1 國內(nèi)花生收獲機(jī)
了解國內(nèi)外花生生產(chǎn)機(jī)械化的現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)，對研究和促進(jìn)我國花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展有重要作用。在我國花生摘果機(jī)起步比較晚。它作為一種場上作業(yè)機(jī)械或花生聯(lián)合收獲機(jī)上的工作部件之一，已經(jīng)有30多年的研究積累和推廣應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。多數(shù)花生摘果機(jī)具或摘果部件是我國自主開發(fā)出來的，少數(shù)以國外花生聯(lián)合收獲機(jī)的摘果環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)經(jīng)消化吸收后形成產(chǎn)品，但與其他生產(chǎn)機(jī)械相比，起步較晚。近幾年,隨著花生種植面積、產(chǎn)量的不斷增加,花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展就顯得尤為重要。針對我國的現(xiàn)有情，為創(chuàng)造更多的價值，盡快普及花生收獲的機(jī)械化，開發(fā)一種花生聯(lián)合收獲機(jī)勢在必行，這樣既能降低勞動強(qiáng)度，解放勞動力，使農(nóng)民單位時間內(nèi)創(chuàng)造的價值增多，也能減少收獲時間，避免因連雨天氣導(dǎo)致的花生果霉?fàn)€，土地資源的浪費(fèi)造成損失[8]。在花生收獲過程中土地的濕度影響挖掘阻力大小、分離不清、挖掘效果差、機(jī)器成本高等問題沒有得到很好的解決。因此，在導(dǎo)師的幫助下，利用自己的所學(xué)，對目前花生收獲機(jī)的總體設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，希望能為解決以上問題并對自己的開發(fā)和創(chuàng)新可以得到足夠的重視。下圖為國外一些大型花生收獲機(jī)。
(a) （b）
圖1-2國外花生收獲機(jī)
1.3花生收獲機(jī)的主要研究內(nèi)容
1.3 1研究內(nèi)容
主要是對旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)總體設(shè)計的研究，重點(diǎn)進(jìn)行花生挖掘及收獲的過程進(jìn)行合理的設(shè)計和主要參數(shù)的計算，針對旋轉(zhuǎn)形式機(jī)械和分離機(jī)械的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，進(jìn)一步改善設(shè)計的新型花生收獲機(jī)的的挖掘及土壤分離部件，達(dá)到收獲效率高，經(jīng)濟(jì)效益實(shí)惠，適合各種土壤條件下生長的花生。對旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)總體進(jìn)行優(yōu)設(shè)計，使收獲機(jī)的動力傳動和輸送裝置得到更好的改善，達(dá)到操作簡單，安全系數(shù)提高。
1.3.2技術(shù)路線
1查詢有關(guān)花生收獲機(jī)械的相關(guān)資料，確定旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)設(shè)計的主要目的。
2確定旋轉(zhuǎn)式收獲機(jī)的總體設(shè)計方案以及收獲機(jī)的創(chuàng)新思想。對旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)的旋轉(zhuǎn)挖掘鏟的重點(diǎn)研究。
3對旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)的挖掘鏟的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，確定最佳研究方案。
4.首先觀察花生生長環(huán)境和分析挖掘鏟在田間工作路線分布規(guī)律進(jìn)行研究。
5.研究挖掘鏟的工作原理及結(jié)構(gòu)形式，選用最適宜的傳動裝置和分離裝置。
6.研究旋轉(zhuǎn)式挖掘鏟運(yùn)動速度和拖拉機(jī)前進(jìn)速度的主要參數(shù)（傳動比等）與花生收獲質(zhì)量的精確，確定達(dá)到最佳收獲狀況.
7.進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)動參數(shù)改進(jìn)。
第二章 旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)方案論證及原理組成
2.1擬定方案
根據(jù)花生的生長狀況和挖掘要求可知，花生收獲的過程：挖掘花生、分離泥土、鋪放晾曬等工序。在該過程中拖拉機(jī)推著刀軸向前運(yùn)動會造成到刀軸受力過大、鋪放花生不方便、傳遞動力消耗過大，所以采用后懸掛式。
2.1.1設(shè)計方案一
圖2-1旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)
1.皮帶輪 2.鏈條 3.挖掘鏟 4.掛鉤 5.張緊輪 6.齒輪 7振運(yùn)器
8.升運(yùn)器 9.機(jī)架 10.中間輪 11.撥禾輪
如2—1圖所示
1）動力傳動過程：有拖拉機(jī)動力輸出軸輸出動力通過皮帶傳動到中間輪再到機(jī)架上由鏈傳動傳遞到工作的刀軸上。主要工作部件旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)、中間輪、分離裝置、輸送裝置、振動分離裝置、鋪放裝置等。
2）工作原理：由拖拉機(jī)動力輸出軸為原動力，采取懸掛式田間作業(yè)。當(dāng)拖拉機(jī)向前行駛時挖掘鏟反轉(zhuǎn)挖掘?qū)⒒ㄉ屯寥酪黄鹜谄?，通過刀具反轉(zhuǎn)的甩力和撥禾輪的作用將花生和土壤拋向輸送裝置，輸送裝置是帶有掛鉤的桿一排排組成的，桿上的掛鉤將花生蔓掛住向后輸送，經(jīng)過振動分離器將花生蔓和土壤徹底分離，最后整齊的鋪放在地面上晾曬。
3）方案分析：有動力輸出軸通過萬向節(jié)傳動到機(jī)架上的中央傳動系統(tǒng)再傳到刀軸，傳動穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在傳動中增加了不必要的消耗。傳遞過程中有很多變相的力傳動，思路不清晰。
2.1.2設(shè)計方案二
圖2-2旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)
1.皮帶輪 2.鏈條 3.挖掘鏟 4.掛鉤 5.張緊輪 6.大鏈輪 7振運(yùn)器
8.輸送桿 9.機(jī)架 10.中間輪 11.鏈輪
如圖2-2所示
1）工作原理：
以拖拉機(jī)的動力輸出軸為原動力，通過皮帶傳動到鏈輪最后傳遞給旋轉(zhuǎn)刀軸，由旋轉(zhuǎn)式挖掘鏟將花生蔓挖出后由刀的拋力和鏈條上的掛鉤將花生固定在輸送鏈上，在經(jīng)過振動分離器將土壤和花生分離，最后將花生平鋪到地面晾曬。經(jīng)過了挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。在挖掘過程中挖出的花生蔓到輸送桿上的距離通過刀的長度決定，偏心式振動分離器在大鏈條的中間轉(zhuǎn)動，根據(jù)偏心的距離決定振動的幅度。輸送鏈的掛鉤還有平鋪花生的作用。
2）方案分析：
（1）傳送鏈的安裝復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)刀軸功率大，達(dá)不到高效率的收獲效果。
（2）刀挖掘時容易出現(xiàn)去輸送鏈摩擦，容易損壞刀，成本提高，不適合實(shí)際生產(chǎn)。
（3）挖掘出花生蔓后，會被刀具重新帶回到土壤里，收獲效果不好。
綜上所述，該方案還有改進(jìn)的地方。所以方案不可取。
2.1.3設(shè)計方案三
圖2-3旋轉(zhuǎn)式花生收獲機(jī)
1.動力輸出軸 2.鏈條 3.挖掘鏟 4.掛鉤 5.張緊輪 6.大鏈輪 7振運(yùn)器
8.輸送桿 9.機(jī)架 10.萬向節(jié) 11.鏈輪 12.中央傳動系統(tǒng)
如圖2-3所示
1）工作原理：
拖拉機(jī)的動力輸出軸輸出動力后由萬向節(jié)傳遞到機(jī)架上的齒輪，通過齒輪傳遞到動力軸最后通過鏈條傳遞給旋轉(zhuǎn)刀軸，由旋轉(zhuǎn)式挖掘鏟將花生蔓挖出后由刀的拋力和鏈條上的掛鉤將花生固定在輸送鏈上，在經(jīng)過振動分離器將土壤和花生分離，最后將花生平鋪到地面晾曬。經(jīng)過了傳遞動力、挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。
2）方案分析：
（1）整體裝配簡單，運(yùn)動路線清晰，動力顫動平穩(wěn)；
（2）在收獲過程中漏挖和破果率比其他收獲方式??；
（3）設(shè)計成本也低，收獲效率得到很大提高；
（4）分離效果好，鋪放整齊，有良好的通過性。
2.2 總體方案的研究和確定
通過對上述提出的擬定方案結(jié)合本次設(shè)計的主要目的，總結(jié)出第三種方案適合。它主要選擇了旋耕式挖掘方式，離心式震動分離，連桿式輸送等。在動力傳動過程中選擇兩級鏈傳動和皮帶傳動，傳動過程中動力消耗損失小、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單。連桿式輸送可以使挖出的花生蔓和土壤分離徹底，將土壤直接散落到地面上。通過偏心式振動分離，大大提高了收獲效率，減短了工作時間，同時還能在搶農(nóng)時，減輕勞動強(qiáng)度，促進(jìn)了花生收獲機(jī)械化的發(fā)展，進(jìn)一步提升花生收獲機(jī)的挖掘、分離等工作環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，其中花生收獲機(jī)在作業(yè)中一邊前進(jìn)一邊擺動，實(shí)現(xiàn)了花生挖掘、除土、分離的一次性作業(yè)，解決了花生在收獲方面的缺陷。改善花生機(jī)械的性能, 提高工作效率, 減少動力消耗、提高收獲效率是設(shè)計設(shè)計的最終目的。
第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算
3.1動力傳動的選擇
動力傳動是由動力軸通過皮帶傳動傳遞給中間輪再通過皮帶輪傳遞到鏈輪上最后由鏈條傳動傳遞給刀軸。這種傳遞功率消耗小，傳動穩(wěn)定。中間皮帶輪的選用是拖拉機(jī)懸掛架的升降會對挖掘鏟造成很大的誤差，通過中間輪傳遞當(dāng)機(jī)架上升時中間輪和機(jī)架的距離縮小，皮帶松弛使皮帶在不工作恢復(fù)原樣，當(dāng)機(jī)架下降時中間輪和機(jī)架的距離增到，皮帶預(yù)緊達(dá)到工作狀態(tài)；可以使皮帶增加使用壽命，減少不必要的損失。
其中拖拉機(jī)的型號選擇是根據(jù)總功率的大小決定的，對其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。通常對于長期聯(lián)系運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或者很少變化，要求所選用拖拉機(jī)的功率等于或略大于工作時所需的總功率。根據(jù)傳動的穩(wěn)定可靠和對收獲機(jī)需要的功率我們先采用泰山12拖拉機(jī)。
1.泰山12型號拖拉機(jī)輸出功率分配
功率的估算公式為
式中：Nt-拖拉機(jī)動力功率(Kw)
Pt-拖拉機(jī)基本擋位的掛鉤牽引力(KN)
V-拖拉機(jī)基本擋位的實(shí)際工作速度()
所以Kw
由總體設(shè)計可知,拖拉機(jī)傳給收獲機(jī)的動力首先傳給減速箱、一級鏈輪輪、二級鏈輪、鏈輪、最后到旋轉(zhuǎn)式挖掘鏟機(jī)構(gòu)。因?yàn)榛ㄉ斋@是主要工作部位,則旋轉(zhuǎn)式挖掘鏟所耗功率很大,占65%。輸送送輪消耗功率占30%,振動分離輪所耗功率占5%。
即：傳給輸送輪的功率為 10×30％＝3KW
傳給振動分離輪的功率為
考慮到輸送輪連接處的功率損耗,取傳遞效率。
即有3×96％＝2.88的功率傳給鏈條。
考慮到鏈條的傳遞效率
則有
即功率分配情況為：
2.實(shí)際消耗功率
由旋轉(zhuǎn)挖掘刀挖掘的功率+輸送桿輸送花生和土壤的功率+撥禾輪的功率+振動分離輪的功率+傳動過程中的消耗。
N=Nd+Ns+Nn
=
=8.2 kW
選用的泰山12拖拉機(jī)輸出額定功率Pca大于實(shí)際消耗功率P，即Pca≥P可以選用。
3.2鏈傳動部分的設(shè)計計算
3.2.1傳動系統(tǒng)中一級鏈傳動的設(shè)計計算
已知泰山12拖拉機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)速為1140r/mim,傳動比1:1.9，通過減速箱，輸出轉(zhuǎn)速n=600r/min，動力輸出軸輸出的功率P=8.8 KW已知主動鏈輪轉(zhuǎn)速為n1=600r/min ，由設(shè)計要求取n2=456 r/min，傳動比i==1.3
1、鏈輪齒數(shù) z1=17 鏈輪齒數(shù)
1、確定計算功率pca
查《機(jī)械設(shè)計》課本，表8-6得工作情況系數(shù)KA=1.2
pca= KAP=1.2×8.8=9.68KW
2、選取選鏈號為16A雙排鏈
3、確定鏈輪基準(zhǔn)直徑
查《機(jī)械設(shè)計》，由表8-3和8-7取主動輪直徑dd1=80mm
根據(jù)式（8-15），n1=1140 n2=456 i=從動輪基準(zhǔn)直徑dd2。
dd2=idd1=2.5×80=200mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》，式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
V==4.77508m/s<35m/s
帶的速度合適。
4、確定中心距和鏈條的基準(zhǔn)長度和鏈節(jié)數(shù)
根據(jù)0.7（dd1+ dd2）
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