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小麥割曬機的設計 學生姓名 李國偉 學 號 3031212132 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 16 2 指導老師 范修文 16 屆畢業(yè)設計 日 期 2016 05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 小麥是一種在全世界各地被廣泛種植的食用作物 它的發(fā)源地是中東地區(qū) 因為小麥 是世界上生產總量僅次于玉米且高于稻米排名第二的糧食作物 所以小麥收割的問題是全 世界面臨的一個較為重大的課題 進入 21 世紀 隨著科技的不多發(fā)展 大型的收割機已在 世界各國的平原和大片的土地上廣泛使用 但是 我國大部分種植的小麥除了在平原或大 塊的土地上 還有在高原或山地上 以及一些小麥種植面積較小的地區(qū) 它們都無法應用 大型的收割機 為解決這些問題 我們對現(xiàn)有的收割機進行了研究 設計出小型拖拉機驅 動的收割機 該收割機可以應用在山地 小塊土地和不規(guī)整地塊種植地區(qū) 本文在對該設計的小型收割機的基礎上 借鑒許多聯(lián)合收割機 本著結構簡單 對工 作環(huán)境要求低等為目標的同時還要遵循可靠性的原則 設計出盡可能提高生產效率 適合 于多種環(huán)境下工作 而且具有環(huán)保和節(jié)約資源的驅動式收割機 收割機設計方案設計農業(yè)機械收割機 通過對比研發(fā) 綜合考慮傳動效率 結構外觀 收割方式與加工成本 確定最合理的方案 然后對割麥機的整體結構與關鍵組成機構做了 具體設計與理論研究 設計內容主要包括 機架 割臺 分禾器 撥禾輪 曲柄連桿機構 等部分 并且對收割機的重要部件如軸承 齒輪等進行了設計計算和理論校核 使所選機 構為最優(yōu) 以保證機構的可靠性 裝配后的收割機最優(yōu) 關鍵詞 小麥 割曬機 設計 目 錄 1 緒論 1 1 1 課題研究的意義 1 1 2 國內外小麥割曬機發(fā)展狀況 1 1 3 小麥割曬機存在的問題 4 1 4 研究的內容和方法 4 1 5 預期目標 5 1 6 重點研究的關鍵問題及解決思路 5 1 7 工作條件及解決方法 5 2 小麥割曬機總體設計 5 2 1 收割的典型方法及收割方案的選擇 5 2 2 小麥割曬機機的結構 6 3 收割機的基本參數的確定及相關設計 7 3 1 作業(yè)速度 7 3 2 割幅 7 3 3 喂入量 8 3 4 割刀速度和機器前進速度的關系 8 3 5 小麥收割機下刀的直徑 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的軸距 10 3 7 割刀切割數據計算 10 4 切割系統(tǒng)的設計 12 4 1 收割機的上 下刀設計 12 4 2 切割器的確定 13 5 其他結構的確定 14 5 1 軸 軸承 鍵的設計計算及校核 14 5 2 小麥割曬機輸送系統(tǒng)的設計 19 5 3 總體結構尺寸 19 5 4 外形結構尺寸確定和中心估算 20 總 結 21 致 謝 22 參考文獻 23 塔里木大學畢業(yè)設計 1 1 緒論 1 1 課題研究的意義 小麥是世界的主要糧食作物之一 是我國大多數地區(qū)的主要主食 我國 2014 年小麥播 種面積為 3 69 億畝 全國小麥產量高達 1 26 億噸左右 比 2013 年增長 3 左右 到目前 為止 全國小麥收獲的機械化水平已遠超 70 尤其是南方平原地區(qū) 其機械化已達到了 世界先進化水平 但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素 導致我國小麥收割機的研 發(fā)相比較與國外有著明顯的差距 近半個世紀以來 我國不斷地通過研究國外收割機的的 先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來 并且某些方面已接近或達到世界先進水平 一般 對種植在平原或大塊的土地上的小麥 使用大型的收割機 但 對種植于山地上的 和較為分散的小塊土地上的小麥不適合用大型的收割機 所以在區(qū)域進行勞作的農民只能 運用最原始的方法進行作業(yè) 使用鐮刀進行人力收割 該方法勞動量非常大 工作效率 非常低 小麥收割是農業(yè)生產的重要環(huán)節(jié) 必須及時進行 以保證豐產豐收 如小麥一般要求 在 5 8 天的黃熟期或完熟初期內收獲完畢 收獲過早 籽粒不滿 影響產量 過遲 易造 成脫離損失 小麥收獲時期又正值雨季 若不及時收割 會造成植株倒伏 穗上發(fā)芽和種 子霉爛等損失 俗語說 麥熟一晌 龍口奪糧 八成熟 十成收 十成收 兩成丟 說明小麥及時收獲的重要性 因此 實現(xiàn)具有生產效率高 谷物損失少 高效優(yōu)質特點機 械收割 對確保糧食豐產豐收起著重大作用 其中 小麥割曬機成本低 割收后小麥的浪 費率低 特別適合我國現(xiàn)在的土地狀況 為使了更好的了解我國的農業(yè)生產現(xiàn)狀和盡出自 己的貢獻 自己將會對傳統(tǒng)小麥割曬機制作 設計及優(yōu)化等 1 2 國內外小麥割曬機發(fā)展狀況 1 2 1 國外小麥割曬機發(fā)展現(xiàn)狀 國外農業(yè)發(fā)展主要以大型農業(yè)生產模式為主 而具有高生產率和良好穩(wěn)定性的聯(lián)合收 割機則具有廣闊的市場 為了適應能夠趕上這一變化潮流 近些年 國外聯(lián)合收割機研發(fā) 生產在不斷地改進與進步 如增大分離系統(tǒng)結構尺寸 裝用大功率發(fā)電機 采用電子和信 息技術系統(tǒng)等 聯(lián)合收割機的發(fā)展方向體現(xiàn)出的特點為 寬割幅 大喂入量 通用型 組合型 收割 人機舒適性 操作簡易性并且更加的智能化和數控化 塔里木大學畢業(yè)設計 2 國外收割機比較有代表性的國家和地區(qū)為歐美和日本等地 其中全喂入脫粒收割機大 多應用在歐美等地區(qū) 由于該機型具有體積大和高生產率等特點 因此可以在小麥生產量 較大的地區(qū)應用 而日本則以中小型機為主 其特點是半喂入 體積較小 其工作效率比歐 美等地區(qū)的收割機的工作效率要低 大型收割機 喂入量一般為 5 6 公斤 秒 高者達 10 20 公斤 秒 裝有功率為 130 160 馬力的發(fā)動機 甚至還配有功率達 250 左右馬力的發(fā)動機 從而提高了效率 降低投資和使用成本 節(jié)省了能源 據約翰 迪爾公司的有關資料分析 喂入量為 1 5 2 公斤 秒的機器與喂入量為 6 7 公斤 秒的機器相比 單位生產率所配的發(fā)動 機的功率和機器購置費用要高一倍 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 這種機器收割效率高 適于收割干燥地區(qū)的小麥 大豆 玉米 籽粒破碎率低 但對收獲潮濕小麥適應性差 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 這些新機型采用了傳統(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 D0116cs 據稱喂入量可達 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 TF42 型和 TF44 型 圖 1 1 國外最新小麥聯(lián)合收割機 1 2 2 國內小麥割曬機發(fā)展現(xiàn)狀 在二十世紀五十年代我國開始研制鋪放式收割機 經過不斷地研究外國收割機的基礎 上才逐漸發(fā)展起來并形成規(guī)模 2 1960 年 我國開始應用國外的畜力搖臂收割機 這種收 割機產自荷蘭 捷克等一些西方國家 然后我們在對國外的這些收割機進行研究與分析 塔里木大學畢業(yè)設計 3 逐漸設計了許多適應我國收割特點的蓄力收割機 其中太谷號和霍邱號是其中的佼佼者 但由于其設計的結構有缺陷 可靠性系數低 后期保養(yǎng)不健全和受畜力條件的限制等多方 面的原因 未能夠實現(xiàn)普遍的應用 而在此時 中國農業(yè)機械化科學研究院和吉林省東風 機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 它們是由大中型 拖拉機為動力 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 那就是只能應用于聯(lián) 合收割機分段收獲階段當中的揀拾階段 而不能應用于分堆打捆 為了達到分堆打捆的作 業(yè)目的 二十世紀五十年代后期全國各地開始致力于研發(fā)新機型致力于解決上訴問題 其 中具有代表性是臥式割臺雙帆布轉向條放式和上海一 108 型立式割臺式收割機 但由于多 方面的原因 結構的不合理 后期的維護等 一直得不到普遍的應用 一直到 1970 年 我國 小麥收割機的研制與開發(fā)才日益走向成熟 我國再對日本立式割臺收割機進行了分析與研 究 摒棄其缺點 然后增加了一個構件一一星輪扶禾器 并且被切割割下來的作物鋪放垂 直于與機器前進方向 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)合收割機是其中較具有代表性地 二十世紀八十年代以后 由中國 農業(yè)機械化科學研究院聯(lián)合全國許多省份的農機研究部門以及十多個廠家對該類收割機重 新進行了改進設計并對其結構加以完善 進而再原機的基礎上設計出一款新型的收割機 并且確定了其定型的依據是靠其配套的動力裝置 手扶和小四輪拖拉機 而決定的 至此在 全國掀起了大規(guī)模的推廣小型鋪放式收割機的熱潮 其中在二十世紀八十年代末和九十年 代初這一期間得到了較快的進步 在國外收割機器和技術的基礎上我國研發(fā)了谷物聯(lián)合收割機 它的逐步發(fā)展是通過消 化 吸收 仿制國外的收割機 到目前為止 己經形成了以大 中 小型并重 自走式 牽引式以及拖拉機懸掛式共存 自主研發(fā)式機占主導的局面 而且己有不少產品出口國外 走向世界 我國最開始投入生產的聯(lián)合收割機是牽引式 其第一代產品是由北京農機廠研發(fā)的 該產品命名為 GT 4 9 它是在原蘇聯(lián) C 6 型樣機的基礎上進行研制的 于 1956 年開始投 入生產 該機是在以東方紅 54 75 等大型拖拉機的牽引下進行收割的 其割幅是 4 9m 并 且配有功率為 29 4kW 的發(fā)動機 其喂入量大約是 其上配有釘齒式脫粒滾筒 輸送帶平 臺式割臺 回轉帶式分離裝置 兩級風扇篩子式清選裝置 糧箱卸糧以及可以攜帶的草車 隨后開封聯(lián)合收割機廠便開始大規(guī)模的投入生產 并且對許多地方進行了重新設計和改進 塔里木大學畢業(yè)設計 4 創(chuàng)新 改進后其各項指標均得到了大幅度的提高 其市場占有率也是很高的 該機不僅僅 是在一些私營農場上應用 而且在國營大型農場得到了廣泛的使用 并且對早期小麥的收 割的機械化上起到了至關重要的作用 但由于其體積過于大 且不易拆卸和轉移 因此一 般不在農村使用 縱觀我國歷史 中小型自走式聯(lián)合收割機始創(chuàng)于二十世紀 70 年代 此后十年的時間里 中小型自走式聯(lián)合收割機得到了高速的發(fā)展 并且完成了質的飛躍 這些機型大多是傳統(tǒng) 結構 其結構特點是機型較小 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致種植區(qū)域的不同 進而引發(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 所以說己經完全采用機械化收割 主要利用機動式大型聯(lián)合播種機 收割 機完成農作物播種收獲 根據動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 如圖 1 2 所示 圖 1 2 常見的收割機 然而在我國丘陵山區(qū) 偏遠的農村以及小塊土地上則還無法應用大型機械 農機化程 度不高 我國正大力實施農業(yè)機械化的環(huán)境下 為實現(xiàn)丘陵山區(qū)農機化 許多小型機動型 農機具發(fā)展態(tài)勢迅速 且技術日趨成熟 故比較多見的小型農機具多為動力型 如圖 1 3 所示 塔里木大學畢業(yè)設計 5 圖 1 3 小型收割機 1 3 小麥割曬機存在的問題 我國不斷地通過研究國外收割機的的先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來 但 由于我國建國較晚和科技較為落后等因素 導致我國小麥收割機的研發(fā)相比較與國外有著 明顯的差距 主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 割臺升降速度較慢 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 研究的內容和方法 1 4 1 研究的內容 1 熟悉小麥收割機各個機構的構成 2 完成小麥收割機動力驅動系統(tǒng)設計與研發(fā) 3 完成小麥收割機傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機構的設計 4 完成小麥收割機整體機構的設計 5 建立整機的三維模型 1 4 2 研究的方法 1 利用文獻搜索方法進行中外文獻資料的收集 2 調查研究國內外微型收割機的設計 3 利用機械設計理論對整機進行設計計算 4 利用 SolidWorks 軟件進行三維建模 5 試制樣機 6 到田間進行試驗和各性能的檢驗 7 改進和完善樣機 確定最終圖紙 1 5 預期目標 塔里木大學畢業(yè)設計 6 1 對切割器刀片切割麥稈的切入方式和所受的阻力進行 2 對機器中的各個部件 進行受力分析 進而使動力在機構的傳遞過程中減少損失 3 對機器整體輪廓的優(yōu)化設計 1 6 重點研究的關鍵問題及解決思路 1 盡可能多的搜集一些相關的資料 在充分了解的基礎上 獲得更多的思路去解決 問題 2 結合自己查閱的資料 對小麥割曬機機構的相關知識進行梳理 整合出最適合于 小 麥收割的機器 3 借鑒前人設計相關機械過程中的經驗 取長補短完成設計 同時積極與指導老師 商討 確定最佳方案 4 選擇合適動力傳動方式 設計循環(huán)裝置和傳動裝置 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 進行虛擬樣機設計 完成整機各零件的三維建模 1 7 工作條件及解決方法 塔里木大學位于南疆中心位置 校內有實習工廠 土槽實驗室 農業(yè)工程重點實驗室 等 為項目開展提供了場地和條件 校內擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境 機械工程學院擁有先進的 實驗設備和機械加工制造設備 并且?guī)熧Y力量雄厚 完全可以滿足小麥割曬機機設計的工 作條件 2 小麥割曬機總體設計 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 常見的小麥收割方法如下 塔里木大學畢業(yè)設計 7 1 分段收獲法 收割機將小麥切割后在田間鋪放或捆束 在田間或運至脫粒場地用 脫粒機脫粒 這種方法技術上比較成熟 機型較多 生產率底 在捆 垛 運 脫等工序 中會有損失 勞動強度較大 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 項工作 這種方法機械化程度高 生產效率高 省工 省時 清選效果好 損失小 但機 器的年利用率低 3 分段 聯(lián)合收獲法 收割機 拾禾器與聯(lián)合收割機配合使用 實現(xiàn)前期收割 中 期拾禾 晚期直接收獲 機器利用率高 購機投資回收快 生產率高 機械化水平高 緩 解收獲期緊張 強農時 利用谷物的后熟作用 提高小麥的質量和品質 該方法 經常被 使用 2 1 2 收割方法的選擇 我國自改革開放以來 實行包產到戶的家庭聯(lián)產承保責任 將大塊的土地分配給個人 所有 便形成了每家每戶土地少且不集中 對于只是小塊的土地 用大型的收獲機不方便 成本高 而使用最原始的方法 用人工用鐮刀進行收割 但該方法勞動強度太大 生產效 率很低 故 最好采用小型的用拖拉機驅動的割曬機進行收獲 2 2 小麥割曬機機的結構 小麥割曬機是通過拖拉機右側皮帶輪動力輸出傳動到離合分離主軸 離合隨時控制割曬 機的運動和停止 再把主軸動力傳動割曬機齒輪箱中 齒輪箱變速后把動力一部分輸送到 曲柄搖桿機構上 為割刀切割小麥莖稈提供動力 另一部分動力帶動皮帶轉動 將割刀切 割后的小麥輸送至該機構的一側 從而實現(xiàn)割曬機各個工作部位完成小麥割倒 輸送 鋪 放工作 小麥割曬機是通過拖拉機為機構提供動力 減少了對勞動力的需求 提高了工作 效率 非常適合我國現(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 機適用于多種工作環(huán)境條件 山地 高原等 小麥割曬機極大的方便人們收獲小麥 塔里木大學畢業(yè)設計 8 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 滾動軸承 10 支撐柱 11 基座 12 曲柄 13 連桿 14 與機架相連的柱 15 柱 16 割刀 17 撥禾輪 18 分禾器 19 割刀擋板 20 分禾器 21 機架 22 軸 圖 2 1 小麥割曬機 3 收割機的基本參數的確定及相關設計 確定小麥收割機各工作部件的基本依據有作業(yè)速度 喂入量 生產率 割幅等參數 他們之間相互影響 相互關聯(lián) 3 1 作業(yè)速度 根據耕作制度 稻麥種類 田塊大小 田面平整 潮濕程度和操作者勞動強度而定 其 經驗值見表 3 1 表 3 1 割曬機作業(yè)速度經驗值 收割小麥種類 割曬機作業(yè)速度 米 秒 稻田 割易掉粒秈稻 0 75 1 0 塔里木大學畢業(yè)設計 9 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 割幅根據耕作制度 生產規(guī)模 田地大小 收獲習慣 脫粒方式和可能供應的動力機 而定 而有時動力機及整機重量幾乎是決定性的因素 表 3 2 為經驗數據 可供設計參考 表 3 2 根據動力機功率決定割幅 動力機功率 馬力 整機重量 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輪子不壓未割的小麥和鋪放的小麥桿 割幅 B 還應滿足如下 關系 3 BWy 1 式中 W 為兩驅動輪外側寬 Y 割臺超出驅動輪外側的余量 綜合考慮 先設定割幅 B 0 5m 3 3 喂入量 塔里木大學畢業(yè)設計 10 根據公式 3 2 1 mqBVWC 式中 機器前進速度 m s mV 作物單位面積產量 kg 畝 取 450kg 畝 W 喂入谷粒和莖桿之比 簡稱谷草比 取 B 1 B 1 33C 將以上數據帶入式 3 2 中可以求得 q 0 3 0 5 Kg s 由式 3 2 可以得出 當其他條件不變時 與 成反比關系 對于收割一定的喂入BmV 量 根據情況具體分析 對比采用小割幅配以較快的前進速度 還是采用較大割幅配以較 低的速度 從小麥收割機的受自身結構的限制出發(fā)來看 割幅越大收割機的尺寸和重量也就 越大 進而導致增加行走消耗的功率 進而引發(fā)勞動強度的增加 也就是人要提供更大的動 力 3 4 割刀速度和機器前進速度的關系 小麥收割機工作時 收割機向前運動 行走輪撥動齒輪傳遞動力 通過傳動機構將動 力傳至收割機刀盤 上刀盤做快速旋轉運動 下刀盤不動 上刀盤快速轉動做圓周運動 上刀盤的速度 圓周速度 和機器前進的速度的關系可以用進距來表示 3 3 30 mmHVJLn 式中 收割機行走的速度 mV 齒輪組的轉速 n 齒輪組的角速度 塔里木大學畢業(yè)設計 11 也可以用切割速度比 L9 表示割刀速度與機器前進速度之間的關系 3 4 30 jdmmVSHS 式中 平均速度 jd 前進速度 mV 行程 S 進距 mH 綜上所訴實際工作當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 將會影響 切割質量 進而誘發(fā)莖桿折斷和拉斷等問題 反之 重割現(xiàn)象將不可避免 進而引發(fā)劇烈的 震動 據大量實驗總結出經驗數據 當前進速度 1 m s 并且凡為 1 6 則割斷刃口雜亂或mV 切割質量不穩(wěn)定的現(xiàn)象將不會發(fā)生 但是凡是隨著收割機的速度變化而變化的 為 1 m smV 時臨界切割速度比為 1 6 而我設計的人力收割機車速控制在 2 0m s 3 5 小麥收割機下刀盤托的直徑 拔麥盤尺寸和收縮比 對全喂入小麥收割機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收割機 喂入量的關鍵 上下刀盤的分離損失率與莖桿層的厚度有密切關系 當其他條件不變時 隨著喂入量的增加 莖桿層變厚 損失率加大 當喂入量超過額定值時 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 則上下刀盤上莖桿層的厚度 h 可按下式求 得 3 5 1 zhqBV 式中 h 莖桿在自然狀態(tài)時的厚度 m Q 機器作物的喂入量 kg s 谷物中谷粒的含量 以質量百分比計 B 1 B B 為谷草比 塔里木大學畢業(yè)設計 12 逐稿器寬度 本設計中由于采用了割幅為 0 4m 小麥收割機下刀盤托的跨B 距為 0 3m N 上下刀盤之間的寬度利用系數 取為 0 7 R 莖桿在自然狀態(tài)時的容重 由經驗值得 小麥的容重約為 30kg m 莖桿層沿逐稿器運動的平均速度 一般情況下從 0 4m s zV 數據代入上式中 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)合收割機的軸距 輪式小麥收割機的軸距是由小麥生長的地域而決定的 而且它要綜合考慮小麥收割機 的機動性和穩(wěn)定性 通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸 其中軸距的大小與 轉彎半徑成正比關系 軸距小可以提高整機動性 但會降低使縱向穩(wěn)定性 由于設計的人 力收割機的整體尺寸不大 中心高度不太高 而且為了滿足收割機運轉靈活 同時還得考 慮整機的穩(wěn)定性 故本設計取 80mm 小麥收割機輪距的大小確定也要受小麥生長的地域條件的限制 同時也要考慮到整機的 機動性和穩(wěn)定性 通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸 總車的寬度應該大于 輪距 因此取輪距為 238 mm 輪子半徑為 140mm 小麥收割機的整體的通過性能與收割機距離地的最小間隙有關 一般最小離地間隙應該 介于 60 80 mm 之間 3 7 割刀切割數據計算 3 7 1 切割速度計算及其運動分析 偏置的曲柄連桿機構示意圖如圖 2 4 所示 割刀的運動特性對切割器性能有直接影響 往復式切割器工作時動刀片在曲柄連桿機構的驅動下做橫向的往復直線運動 且運動是間 歇的 通過對該機構的運動分析找出割刀位移與速度之間的關系 為確定合理的割刀速度 提供理論依據 表 3 3 為切割試驗臺切割器部分參數 塔里木大學畢業(yè)設計 13 表 3 3 切割器主要參數 項目 參數 偏距 mm 102 1 曲柄半徑 mm 39 連桿長度 mm 181 2 圖 3 1 切割系統(tǒng) 建立動刀片的運動方程 動刀片的行程 S 為 3 4 22 sACBlrelre 簡化后可得 3 7 241serls 式中 L 一連桿長度 mm r 一曲柄長度 mm e 一偏距 mm 塔里木大學畢業(yè)設計 14 在對曲柄連桿進行運動分析時 由于連桿長度遠大于曲柄半徑 r 動刀片的運動可以近 似看做簡諧運動 以曲柄中心為原點 X 軸右方向為正 可得到動刀片位移 x 速度 v 和加 速度 a 3 8 22cos in1si coxrtVtrxat 3 7 2 切割速度與進給速度設計 在小麥收獲過程中 其生產率取決于收割機的作業(yè)速度 而作業(yè)速度又與切割速度息息 相關 只有當切割速度與作業(yè)速度相適應時才能保證不漏割 否則將產生漏割 往復式切 割器割刀的運動是由水平橫向運動和機組前進運動合成的 割刀橫向運動平均速度 與機pV 組前進運動速度 m 的比例關系 決定了割刀的運動軌跡 往復式切割器割刀的速度是實時變化的 在實際運用中多采用割刀的平均速度 割p 刀平均速度表示的是割刀完成一個行程的平均速度 而實際的切割速度都大于割刀平均速 度 割刀平均速度是往復式切割器中用來確定曲柄轉速的重要參數之一 由此可得割刀平 均速度 pV 3 9 3015pSnrVt 式中 t 割刀運動一個行程 S 2r 內所用時間 s n 曲柄轉速 r min r 曲柄半徑 m 往復式切割器機組前進速度為 V 3 10 30mHnt 割刀橫向運動平均速度 與機組前進速度 的比值為 的大小對切割質量影響pVmV 塔里木大學畢業(yè)設計 15 較大 確定 與之間的數量關系 即給出相應只值的大小 pV 3 11 30pm nSVH 4 切割系統(tǒng)的設計 4 1 收割機的上 下刀設計 切斷莖稈要求個到必須克服其橫切面內的切割阻力 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發(fā)生彎斜 從而導致切割較困難 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 稈適當的支撐或是提高切割效率等 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 實驗結果表明 在切割時取兩點支撐切割 可使莖稈不彎曲從而達到切割較省力的效果 無支撐切割 它是動刀片直接切割莖稈 其過程如圖 4 3 所示 無支撐的莖稈在較低速 度被切割時 會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 是很難與動刀的切割力相平衡的 這就導致動刀必須以一定的切割P 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 隨即莖稈產生較大的加速度及 與其反方向的慣性力 當 時 莖稈就可以被切割 所以 在使用無支撐切割時w 就必需要有較大的切割速度才能實現(xiàn)切割 而且還能提高切割效率 但是 卻增加了功率 塔里木大學畢業(yè)設計 16 的消耗 增加了整機的振動和徒添一些不必要的空割 由試驗觀察表明 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 速度超過 0 6m s 時 則上述現(xiàn)象會消失 同時阻力也在緩慢減少 因此我們在設計時一般 割刀的速度應該大于 0 6m s 因此我們可以得出速度越大其慣性力也就越大 因而導致莖 稈的抗彎能力也就越大 這樣會完成順利的切割 4 2 切割器的確定 本設計的切割器是通過兩個刀片 動 定 之間的剪切將作物莖進行切割的 我們知道 兩個刀片加持著莖稈 在其接觸點 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 另兩個的合力 我們進而就可以得到莖稈被加持時兩刀片應滿足的 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 12 4 從四邊形 OACB 中我們可以得出 4 OABC 5 由此 我們可以得出 4 12 塔里木大學畢業(yè)設計 17 6 我們可以得出當 時 莖稈被加持住 12 此式即為收割機前進速度與刀盤轉速應滿足的關系 由此也可以得出從切割器切割時 所需的尺寸 5 其他結構的確定 5 1 軸 軸承的設計計算 5 1 1 軸的設計計算 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 號鋼 調質處理 取 A0 112 于是得 5 1 minD 31 AoP 112 3 5 20 19 6mm 軸的設計的結構與尺寸關系如下圖 圖 5 1 軸的校核 塔里木大學畢業(yè)設計 18 T 9 55 5 610n P 2 P 1 5Kw n 500 2 r 250r min T 9 55 1 5 250 51570N 5 610 3 1 26 5 130mm1md 20 圓周力 5 12794tmTFNd 4 徑向力 5 11tancos794tan20cos6 528 rF N 5 軸向力 N 5 11tansi794tan20si6 514F 6 塔里木大學畢業(yè)設計 19 合力 5 1794794 5cos20cstnFN 7 水平方向 5 3648tBHF 8 79365 48tBHN m284AtMF 垂直方向 5 3648rBV 9 1948rBVFN 彎矩 m3690 AVrMFN 合成彎矩 5 22AVHA 10 塔里木大學畢業(yè)設計 20 2248165 8 30061 8N mm 當量彎矩 5 22TMA 11 223061 8 351709Nm 初步認為 A 截面有較大應力集中 確定其為危險截面 進行安全系數校核 前面通過計算得 A 截面合成彎矩 3061 8AM 抗彎截面系數 5 331 02dW 12 30 154287m 33 16TWd 30 2587m 彎曲應力 38097 425AaMPaW 扭轉切應力 塔里木大學畢業(yè)設計 21 5 5170 68TMPaW 13 切應力副和平均切應力 5 632amTMPa 14 求綜合影響系數 1KA 5 t At 15 過盈配合時軸的有效應力集中系數 MPaB640 配合為 6 7RH 8 1 2 k 材料為碳鋼毛胚直徑 81 0 MPaB64 塔里木大學畢業(yè)設計 22 mRa 2 3 表面狀態(tài)系數 94 0 14 38 09462 kA 6 21 kA 求安全系數設按無限壽命 Kn 1 計算 5 maKS 1 16 34 502 416 37 5 maKS 17 6 4291 0346 25 復合安全系數由式 5 509 36 43 522 S 塔里木大學畢業(yè)設計 23 18 所以 軸的強度安全 5 2 1 軸承的選用 已知 設計的齒輪軸向載荷為 0 徑向載荷是 1591 2N 軸承轉速 n 250r min 裝軸承處 的直徑為 30 40 毫米范圍之間選擇 運動平穩(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 1 求比值 0 1758 75 0 5 arF 19 根據表 13 5 深溝球軸承的最大 e 值為 0 44 故此時 e arF 2 初步計算當量載荷 P 根據式 13 8a P 5 rafXFY 20 按照表 13 6 1 0 1 2 取 1 2 PfPf 按照表 13 5 X 1 Y 0 則 P 1 2 1655 75 1986 9N 3 求軸承應有的基本額定動載荷值 4 按照設計手冊選用 C 1021 2N 的軸承 6007 此軸承的基本額定動載荷 C 26000N 軸承的驗算 5 求相對軸向載荷 e 值與 Y 值 對深溝球軸承取 f 14 7 則相應軸向載荷為零 6 用線性插值法求 Y 值 Y 0 7 求當量動載荷 P 塔里木大學畢業(yè)設計 24 P 1 2 1571 75 2110 5N 5 21 所以選用的軸承合適 5 2 小麥割曬機輸送系統(tǒng)的設計 輸送系統(tǒng)是油菜割曬機的重要裝置 其輸送通暢性能直接決定作業(yè)效率和收獲損失 本設計的輸送系統(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 工作時被切斷的小麥莖稈跳上割臺之后在撥指的作 用力下被推向輸送帶 割臺兩端的小麥莖稈則再經由做相向運動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 到達輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送 至割曬機右側 再經鋪放置田間 整個輸送系統(tǒng)在三個部分的匹配協(xié)同作用下完成小麥莖 稈流的輸送 圖 5 2 傳動系統(tǒng) 5 3 總體結構尺寸 小麥收割機的總長 總高 總寬由最后的總裝配圖確定 小麥收割機的機動性靈活性 以及穩(wěn)定性限制其尺寸 本設計中取總長為 550mm 高 300mm 寬 160mm 5 4 外形結構尺寸確定和中心估算 外形尺寸的長 寬 高主要取決于割麥盤 行走機構 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 本設計的小麥收割機的總體尺寸以確定 塔里木大學畢業(yè)設計 25 總 結 此次設計的任務是完成小麥割曬機機的設計 這是我們在大學期間所進行的一次非常全 面的設計 為自己在大學四年所學習知識的全面總結和鞏固 使我們初步了解和掌握做設 計的基本步驟 基本方法 通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在 設計實踐中加以綜合運用 把大學四年來所學的知識貫穿起來 使理論知識和生產實踐密 切的結合起來 為我將來的實際工作打下了堅實的基礎 塔里木大學畢業(yè)設計 26 這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目 非常鍛煉人 從方案的論證到最終的設計 涉及 的領域包括 機械制圖 機械原理 工程材料 機械設計等等 通過設計實踐 提高我計 算 制圖能力 使我們能熟練地應用有關參考資料 計算圖表 手冊 圖集 規(guī)范 熟悉 有關的國家標準 機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升 在進行畢業(yè)設計的同時 我還學 到了許多新的知識 如Solidworks CAD2007的使用和WORD POWERPOINT等軟件的應用 我深刻的認識到 要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠 的 應該具有更加淵博的知識 如應該對計算機應用 農產品的特性 農業(yè)經濟的發(fā)展現(xiàn) 狀等各個方面能力進行加強 在設計過程中也曾遇到很多的問題 但通過查閱相關的書籍 手冊以及老師的精心指導 都得到了解決 設計過程基本順利完成 塔里木大學畢業(yè)設計 27 致 謝 畢業(yè)在即 四年的大學生活已接近尾聲 經過三個多月的努力 在范修文老師的悉 心指導下 設計任務基本完成了 在撰寫論文期間 我要衷心的感謝我的指導老師范修 文 從設計的選題 實施到撰寫 修改和定稿 范老師均傾注了大量的心血 導師的悉 心指導 熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術目標 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 導師淵博的專業(yè)知識 嚴謹的治學態(tài)度 精益求精的工作作風 誨人不倦的高尚師德 嚴以律己 寬以待人的崇高風范 樸實無 華 平易近人的人格魅力將使我終生受益 同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學 習上給予我的指導和幫助 感謝他們四年來的辛勤栽培 他們的關懷和熏陶讓我在這四 年里收獲頗豐 最后 也感謝和我一起學習的同窗朋友 他們給了我無數的關心和鼓勵 也讓我的 大學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 多彩與快樂 塔里木大學畢業(yè)設計 28 參考文獻 1 魏宏安 我國小麥收獲機械的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 J 甘肅農業(yè)大學學報 2001 36 10 2 6 2 景曉村主編 當代中國的農業(yè)機械工業(yè) J 北京 中國社會科學出版社 1988 3 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