3676 小型棉花秸稈收獲機,小型,棉花,秸稈,收獲,收成
12 屆畢業(yè)論文小型棉花秸稈收獲機設(shè)計說明書學生姓名 韓喜東 學 號 8031208228 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-2 指導教師 李鳳娟 日 期 2012.06 塔里木大學教務(wù)處制前 言是我國的主要產(chǎn)棉地區(qū)，在自治區(qū)國民經(jīng)濟中占有很重要的地位，特別是確定“一黑一白的發(fā)展戰(zhàn)略以來，棉花的種植面積大幅度的增長，棉花畝產(chǎn)不斷提高，對發(fā)展經(jīng)濟和增加農(nóng)民收入起了積極的作用。作為我國棉花生產(chǎn)主要基地，每年將產(chǎn)生大量的棉花秸稈，合理有效的將這些棉桿開發(fā)利用成可再生資源，對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟，促進經(jīng)濟發(fā)展，加快社會主義新農(nóng)村建設(shè)將起到積極地推動作用。目前，處理棉花棉花秸稈的方法有兩種：一是直接燃燒，熱效率低并且污染環(huán)境。焚燒棉花秸稈會產(chǎn)產(chǎn)生大量的煙氣，污染環(huán)境并伴隨多種有害氣體，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。二是就地掩埋，由于棉桿密實且產(chǎn)棉區(qū)氣候干燥，難以腐蝕。棉花秸稈較粗，不能及時變?yōu)榉柿隙啻窝诼裨黾恿送寥赖呢摀?，使土壤肥力下降。以上兩種方法都沒有充分利用棉花秸稈自身優(yōu)質(zhì)，反而是一種浪費。另外，目前，棉花秸稈成型燃料主要用于大中城市工業(yè)鍋爐。隨著國家節(jié)能減排政策的實施，大中城市取締燃煤的工業(yè)鍋爐將成為必然，將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)成型燃料鍋爐則是一個可行的選擇。全國各大中城市在燃煤鍋爐約有 48萬臺，每年耗原煤約 4 億噸，其中 20 噸以下鍋爐超過百分之八十。棉花秸稈是一種用途非常廣泛的寶貴資源，處理直接還田作有機肥料外，可以回收后進行工業(yè)化利用。第一，棉花秸稈是一種很好的木材代替品，可用來生產(chǎn)制造人造圍板等板材，造紙原料，一次性餐具等。第二，具有較高的營養(yǎng)價值，經(jīng)過微化處理后其蛋白質(zhì)含量可高達百分之十二，可做為牛羊上等飼料。第三。可用作無公害食用菌的培養(yǎng)基種植蘑菇。第四，可作為生物質(zhì)發(fā)電廠的原料，采用生物質(zhì)直接發(fā)電技術(shù)，也是經(jīng)軋碎和高溫熱解等過程產(chǎn)生一氧化碳為主的生物質(zhì)氣體，作為新型能源。因此，為了發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟，增加農(nóng)民收入，棉花秸稈收獲回收具有重要的意義。我國在 20 世紀 60 年代中期就開始了對棉花秸稈收獲機械的研制工作，70 年代到 80年代達到高潮，但由于種種原因，都未能形成定型產(chǎn)品生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。到了 20 世紀 90年代，棉花秸稈收獲機械研制又活躍起來，近年來，全國各地高等院校，科研院所和企業(yè)在過去的 30 多年研究的基礎(chǔ)上研制了各種棉花秸稈收獲機械，按其工作部件的收獲原理可分為挖掘式和提拔式；按部件結(jié)構(gòu)可分為除鏟式，刀輥式，圓盤式，提拔式包括拔輥式，鏈式，齒盤式。處于國內(nèi)主要棉花種植區(qū)的種植農(nóng)藝要求和模式不同，棉花品種和土壤條件差異較大，所以上述各種棉花秸稈收獲機械多數(shù)都沒有大面積推廣應(yīng)用，大多數(shù)地區(qū)還是人工收獲，勞動強度大，生茶效率低。農(nóng)民急需經(jīng)濟實用，高效的棉花秸稈收獲機械。目 錄1 緒論 ...............................................................................................................................................11.1 課題的來源，目的與意義 ..................................................................................................11.2 秸稈收割機在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 ..............................................................................11.3 任務(wù)要求及實現(xiàn)預期的可行性分析 ..................................................................................21.4 研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ..............................................................................................32 傳動方案的確定 ........................................................................................................................32.1 設(shè)計思路 ..............................................................................................................................32.2 動力參數(shù)的選擇 ..................................................................................................................32.3 工作原理 .............................................................................................................................33 齒盤式棉花秸稈收獲機的運動分析 ...................................................................................43.1 齒盤拔取棉花秸稈的運動軌跡 ..........................................................................................43.2 齒盤盤拔取棉花秸稈的運動分析 .....................................................................................64 齒盤式棉花收獲機結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .............................................................................................74.1 齒盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..................................................................................................................74.2 陷深輪的設(shè)計 ......................................................................................................................74.3 地輪軸的設(shè)計 ......................................................................................................................74.4 機具掛接方式的選擇 ..........................................................................................................84.5 錐齒輪的設(shè)計 .....................................................................................................................84.5.1 錐齒輪材料的選取 ...................................................................................................84.5.2 錐齒輪參數(shù)的確定 ...................................................................................................85 地輪軸轉(zhuǎn)動功率和轉(zhuǎn)速的計算 .............................................................................................86 齒輪的參數(shù)計算 ........................................................................................................................97 錐齒輪上作用力，強度計算與校核 ....................................................................................97.1 錐齒輪上作用力的計算 ......................................................................................................97.2 錐齒輪上強度計算 ............................................................................................................117.2.1 接觸疲勞強度計算 .................................................................................................117.2.2 彎曲疲勞強度計算 .................................................................................................118 軸的設(shè)計計算與校核 .............................................................................................................128.1 軸的材料的選擇 ................................................................................................................128.2 大齒輪軸最小直徑的計算 ................................................................................................128.3 大齒輪軸的設(shè)計 ................................................................................................................138.4 小齒輪軸的最小直徑的計算 ............................................................................................138.5 小齒輪軸的設(shè)計 ................................................................................................................148.6 大齒輪軸的校核 ................................................................................................................148.7 小齒輪軸的校核 ................................................................................................................159 滾動軸承的選擇與計算 .........................................................................................................1610 鍵的選擇和校核 ....................................................................................................................1710.1 鍵的選擇 ..........................................................................................................................1710.2 校核鍵的強度 ..................................................................................................................1710.2.1 大齒輪軸連接鍵 ...................................................................................................1710.2.2 小齒輪軸連接鍵 ...................................................................................................17總 結(jié) ............................................................................................................................................18致 謝 ..............................................................................................................................................19參考文獻 .......................................................................................................................................20 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計01 緒論1.1 課題的來源，目的與意義人類要真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就必須切實保護生態(tài)與環(huán)境,于是發(fā)展可再生資源就成為了世界各國發(fā)展的主要任務(wù)。我國已經(jīng)把經(jīng)濟發(fā)展生物質(zhì)能源作為一項重要的國家能源戰(zhàn)略。我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國與消費國，已形成長江流域、黃河流域、西北內(nèi)陸三大棉花主產(chǎn)區(qū)，據(jù)統(tǒng)計。2007 年全國種植面積 548 萬公頃，月產(chǎn)棉花秸稈 200 萬噸。目前由于人工收獲棉桿強度大，又缺乏規(guī)模化收獲適用設(shè)備，在現(xiàn)有種植模式下，除部分還田之外，剩余秸稈隨意丟棄或就地焚燒，既浪費資源又污染環(huán)境。而棉桿是一種木質(zhì)化程度高，韌皮纖維豐富的硬秸稈，容重，熱值高，已成為我國生物質(zhì)發(fā)電的主要燃料之一 [1]。但是棉桿量大，收儲季節(jié)性強；人工收集棉桿勞動強度大、效率低；缺乏合適的配套棉桿收獲機。稈是棉花種植業(yè)的副產(chǎn)物，經(jīng)粉碎壓縮后也是一種很好的生物質(zhì)成型燃料。近年來棉花秸稈成型燃料產(chǎn)業(yè)在政府的大力支持下得到很快的發(fā)展 [2]。所以加快棉桿的綜合利用，實現(xiàn)秸稈的資源化，商品化，是國家促進資源節(jié)約、環(huán)境保護、農(nóng)民增收的重大措施。而棉花秸稈收獲機械化又是秸稈資源化、商品化的重要環(huán)節(jié)。 目前，國內(nèi)的棉花收獲機械從類型上可分為分段收獲機械和聯(lián)合收獲機械。分段收獲機械包括拔桿機、撿拾切碎機等。棉花的拔取、切碎、收集需要不同的機械來完成。拔棉柴機只是單純的將棉桿拔起放在田間，撿拾切碎機只是將放在田間的棉桿撿拾起來，送入粉碎裝置粉碎 [3]。這樣造成作業(yè)量作業(yè)量增加，勞動強度大，收獲效率低?，F(xiàn)有的自走式聯(lián)合作業(yè)機械，對棉花棉桿不是拔取，而是剪短收獲，棉花根茬還留在田間，不但造成棉桿利用率低，還使后續(xù)耕作困難，同時由于該類機械價格昂貴，運營成本大，農(nóng)民迫切需要同時拔棉柴和粉碎收集的中型棉桿收獲機。因此，研發(fā)一種棉花秸稈聯(lián)合收獲機械，一次性的完成棉桿的拔除，撿拾，切碎，集箱等作業(yè)工序，將棉桿的傳統(tǒng)收獲環(huán)節(jié)濃縮成聯(lián)合收獲一個環(huán)節(jié)，對于提高棉花秸稈收獲機械化水平，提高棉花秸稈的利用率，減輕農(nóng)民的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，增加農(nóng)民收入都有重要的意義。1.2 秸稈收割機在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 美國，印度，烏茲別克斯坦、澳大利亞以及俄羅斯等主要是棉花的生產(chǎn)大國和貿(mào)易大國，其棉桿機械設(shè)備技術(shù)主要以對行式為主 [4]。按照收獲原理分為 3 種；鏟切，刨挖和拔桿。棉桿鏟切技術(shù)：由挖掘鏟深入土層中，把棉桿跟切斷，利用旋轉(zhuǎn)星輪撥取棉桿達到桿土分離。常用的機型有烏茲別克斯坦生產(chǎn)的 KV-3.6A 和 KV-4A 型，行距分別為.0.6 米和0.9 米，由機架，挖根鏟，柵狀導向板，星型喂入輪和錐形齒輪減速器組成。由拖拉機牽引，一般收獲 4 行棉桿，鋪放成條，棉桿曬干后，由人工和打捆機成捆以備后用。此技術(shù)入土切割鏟動力消耗較大，磨損嚴重。優(yōu)點是行距要求不嚴。棉桿刨挖技術(shù)；主要采取對稱傾斜雙圓盤刨挖，原理類似于雙圓盤開勾器。典型代表是美國的 DAVE KOENIG 和ORTHMAN 棉花刨挖 [5]機。前者可以進行 2、4、6、8 行棉桿，對不同棉桿適應(yīng)性強；后者圓盤角度和高度可調(diào)，為了減少運輸幅度，拔桿可以折疊起來。作業(yè)時，其機構(gòu)自動伸展，采用平行四桿仿形，在拔桿后面安裝切碎裝置，實現(xiàn)秸稈拔取與還田。此技術(shù)動力消耗相對較少，但是一般要求對行行就強棉桿拔取技術(shù)；采用 45 度傾角安裝的橡膠對輥夾取。典型的澳大利亞的 Muti 拔棉桿機械和美國的 AMADASM 棉桿拔取切碎收獲機。前者可進行 8 行棉桿，作業(yè)速度高達 22Km/h 直接將棉桿平鋪地上。后者連根拔取并切碎，作業(yè)行走速度快，而且還有傳動安全保護措施。缺點是對種植行距的標準性要求高，對機手操作的熟練程度要求很高。適用于標準化栽培的規(guī)模種植。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計1在國外，棉花的主要處理方式有兩種；一是田間粉碎還田 [6]。如美國棉花種植區(qū)秋季收花后將棉花秸稈粉碎還田，或者將面秸稈拔取后經(jīng)粉碎散落于地表。如美國 USM 棉花桿整根拔取收獲機。二是收獲；如俄羅斯，蘇丹，烏茲別克等國還用棉桿代替木材造紙，造板材等，取得了良好的效果，并形成了先進的、適用的、可靠的利用模式。抓喲采取先進的可一次實現(xiàn)棉桿收獲、粉碎、打捆的機械化技術(shù)。代表機型有烏茲別克生產(chǎn)的 KV-3.6A 和 KA-4A 型。機具作業(yè)時由拖拉機牽引，一般收獲 4 行棉桿，鋪放成條，棉桿曬干后由人工或打捆機打成捆。雖然其棉桿加工先進技術(shù)不完全適合我國國情，但已經(jīng)形成的棉桿收獲及初加工工藝技術(shù)路線和循環(huán)利用模式為我國提供了值得借鑒的成熟的經(jīng)驗 [7]。在六十年代中期，我國就開始了對棉花收獲機械的研制 [8]。到七八十年代末，家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制的推行，棉花產(chǎn)量劇增，引發(fā)棉花收割機的研制熱潮。到九十年代初，隨著棉花價格的上升和棉花輪種技術(shù)的發(fā)展，棉花種植面積擴大，棉花機械迫切需要，中國農(nóng)機院成立了專業(yè)課題組，進行研制。近年來，棉花已被光泛用于能源，造紙以及生物基材料等。多年來，我國發(fā)展研制出的機型大致分為鏟切式，提拔式和聯(lián)合作業(yè)式。（1）鏟切式： 主要研究前蘇聯(lián)二行鏟切式棉桿收獲機。這類機械的收獲部件，一般設(shè)計成一個“人”子形狀的大鋤鏟，作業(yè)時，懸掛在拖拉機前面，拖拉機高速行駛，而人字形鏟入土一定深度穿行，利用拖拉機前進的動力切斷根棉，并使面干向上抬起，自然堆放到地面；有的機型再拖拉機后牽引一把摟杷，把棉桿樓集成鋪條，此機結(jié)構(gòu)簡單，適用方便，但是效率低，殘留棉桿跟較多，鋪放不整齊。主要與小型拖拉機配套使用。（2）提拔式：提拔式棉花收割機是用起拔機構(gòu)把棉桿從土壤中提拔出來，按起拔器的形狀和結(jié)構(gòu)分為輥式、夾式和鏈桿式 3 種。輥式起拔器又分為圓柱輥、半圓柱輥、圓椎、圓柱圓錐綜合輥等；夾式起拔器分為平動夾式，鉗夾式、盤夾式；鏈桿式起拔器分為單鏈桿，雙鏈桿、齒盤鏈桿式和鏈抓式。以上機型由于個地點研發(fā)單位根據(jù)棉花生長特點和本地地域環(huán)境初步試制的機型，沒有得到廣泛推廣。目前，具有代表性的有 4MJ-2 盤式棉花秸稈收獲機。工作時有拖拉機前進帶動機具前移，地輪傳動帶動拔盤轉(zhuǎn)動，前進中拔盤遇到棉花秸稈將秸稈拔起，并將其撥向后方，帶集成一堆放置于田間 [9]。（3）聯(lián)合收割機；此類機型雖沒有推廣使用，但從原理上給予設(shè)計上的啟示。綜合國內(nèi)外技術(shù)基礎(chǔ)，綜合聯(lián)合收割機技術(shù)。中國機械化農(nóng)業(yè)科學研究院組織開發(fā)了一種切割式聯(lián)合收獲機械，一次完成收割，切碎，集箱作業(yè)，克服了種植行距的限制，解決了密植，細桿和西部內(nèi)陸土地凍結(jié)后收獲難題，成為了以棉桿為原料的生物質(zhì)秸稈直燃發(fā)電廠配套的主要燃料設(shè)備 [10]。由于受到割刀工作原理，地面平整程度的限制，特別是壟作時做到低茬收割有一定難度，跟茬依然留在地里，沒有從根本上解決。為 了滿足我國長江流域，黃河流域棉花主要產(chǎn)區(qū)棉桿粗大，高大，先拔取后收獲的分段工作方式，中國農(nóng)機院又開發(fā)了棉桿撿拾聯(lián)合收割機，集棉桿自動撿拾、喂入、輸送、切碎、拋送、裝箱、切料一體化，該機重點突破了棉桿類冠狀植物強制抓取，連續(xù)喂入技術(shù)，實現(xiàn)了棉桿分離高效聯(lián)合收獲作業(yè) [11]。綜上所述，小型拖拉機配套的棉桿收獲機型，收獲效率受到限制，中間處理環(huán)節(jié)較多，無法滿足棉桿規(guī)模化工業(yè)利用需求，大型高效規(guī)模化收集技術(shù)裝備成為主導 [12]。作為一種優(yōu)質(zhì)的可再生生物質(zhì)資源，棉桿規(guī)?；鲋导庸だ眯枨笃仍诿冀蓿虼?，深入開發(fā)研究長江流域，黃河流域，西北內(nèi)陸棉花主產(chǎn)區(qū)種植模式和生長特點的棉花收獲成套設(shè)備，形成聯(lián)合收獲和分段收獲兩大作業(yè)體系，實現(xiàn)棉桿田間收獲機械化作業(yè)，為棉桿資源規(guī)?；I(yè)利用提供原料收集技術(shù)裝備支撐，成為必然趨勢，且發(fā)展前景廣闊 [13]。 1.3 任務(wù)要求及實現(xiàn)預期的可行性分析通過此次設(shè)計棉花秸稈收割機，可形成聯(lián)合收獲秸稈的方法，實現(xiàn)棉桿收獲機械技術(shù)的提高，使切斷，收獲，粉碎同時進行，大大的提高作業(yè)效率，從而改變以前棉桿收獲困 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計2難，而且也使收獲成本大大降低。聯(lián)合收獲，促進了棉桿規(guī)模化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)秸稈能夠有效地綜合利用。秸稈作為一種優(yōu)質(zhì)能源，此技術(shù)也阻止了人們隨便焚燒秸稈，浪費資源，防止環(huán)境污染，秸稈大量浪費。1.4 研究的關(guān)鍵問題及解決思路（1）整機結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)課本所學知識及外部相關(guān)資料，概括總結(jié)出該機器的工作原理，根據(jù)工作原理，看需要什么機構(gòu)，幾個機構(gòu)；什么裝置，幾個裝置，不能重復，也不能缺少。（2）傳動方案的設(shè)計，所設(shè)計的方案必須要滿足棉花收獲的各項工作性能要求。（3）關(guān)鍵零部件的設(shè)計。關(guān)鍵零部件直接影響著機器的性能，在設(shè)計的時候必須要結(jié)構(gòu)合理。所選的零件必須要經(jīng)過充分的試驗研究，每個零件結(jié)構(gòu)參數(shù)必須準確。2 傳動方案的確定2.1 設(shè)計思路一般情況下拔樹的時候如果垂直向上拉就會受到所有樹根的反作用力而非常費力，該方式消耗功率大, 棉桿易拔斷。如果向水平方向拉, 僅受到一側(cè)根的作用而很容易將樹拔出， 該種拔桿將有效解決現(xiàn)有機型因夾持力不夠而漏拔, 或夾持力過大拔斷的現(xiàn)象, 且結(jié)構(gòu)簡單, 消耗功率小。如圖 2-1 所示。因此該設(shè)計的思路就是對棉花秸稈的收獲，進行水平拉拔原理。圖 2-1 水平拉拔原理圖2.2 動力參數(shù)的選擇配套動力 14.7kw 的小四輪拖拉機拔斷率 I。齒盤夾持棉稈點的運動軌跡為余擺線(如圖 5 所示)，余擺線有一個繞扣，MN 為繞扣的最大弦．當齒盤夾持棉稈點在最大弦右側(cè)時，均有
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