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1、摘 要本文通过调研葡萄的种植和国内外现有葡萄藤越冬埋土机械的使用情况，在综合分析各自优点的基础上，通过自主创新研制出一种新型葡萄埋藤机。该机向两侧抛土埋藤解决了葡萄藤越冬埋土机械化问题。本文设计的旋耕取土部件，解决了葡萄埋藤机松土、碎土、抛土以及取土量大的问题。工作时取土宽度为80cm，最大取土深度25cm，可以满足不同年份葡萄藤越冬埋土所需土量的要求。本文设计的葡萄埋藤机能够适应不同行距的葡萄藤越冬埋土的要求，一次完成取土、抛土、埋土作业，具有取土量大、埋土均匀工作效率高的特点，对实现葡萄藤越冬埋土机械化具有很高的现实意义，促进了葡萄种植业机械化发展。关键词:葡萄藤，抛土，越冬埋土，机械Ab
2、stractBased on the research of grape planting in domestic and foreign grapevine winter buried soil mechanical usage, on the basis of comprehensive analysis of their respective advantages, through independent innovation to develop a new type of grape cane machine. On both sides of the machine to thro
3、w soil buried rattan has solved the grapevine winter buried soil mechanical problems. Rotary tillage soil component design, this paper solves the buried grape vines machine pulverizing, breaking a large quantity of soil and soil and soil problems. Earth while working width is 80 cm, with maximum soi
4、l depth of 25 cm, it can satisfy different vintage grapevine winter buried soil the soil volume requirements. Buried in this paper, design of grape vine machine can adapt to different row spacing of grapevine winter buried soil requirements, a complete soil and soil, buried soil homework, with a lar
5、ge amount of soil and buried soil evenly the efficiency high characteristic, to realize the mechanization of grapevine winter buried soil has high practical significance, and promote the mechanization of grape planting industry development.Keyword：grapevine，throwing soil，winier protection，machine目 录
6、摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 引言11.2 国内外葡萄埋藤机研究现状31.2.1 国外研究现状31.2.2 国内研究现状31.3 研究的目的和意义41.4 研究内容51.5 技术路线51.6 本章小结6第2章 葡萄埋藤机总体方案设计研究72.1 整机设计原则72.2 设计方案确定72.2.1 葡萄的种植情况72.2.2 取土和埋土方案的确定92.3 总体结构设计92.4 传动系统设计92.5 工作原理102.6 本章小结10第3章 传动系统的设计113.1 埋藤机传动形式的选择113.2 齿轮传动113.3 带传动113.4 链传动12第4章 齿轮的设计134.1 齿轮的
7、设计步骤134.2 齿轮的失效形式及设计准则134.3 材料选择144.4 按照齿轮接触强度设计144.4.1确定公式中的各参数的数值144.4.2 设计计算164.5 几何尺寸计算18第5章 旋耕取土部件的结构设计205.1 侧边传动轴的设计205.2 旋土刀的设计及排列方案205.2.1 旋土刀的设计要求205.2.2 旋土刀的结构设计215.2.3 旋土刀片的排列方案245.3 旋土刀轴的设计255.3.1 旋土刀的运动分析255.3.2 埋藤机刀轴转速的选定285.3.3 动力参数的计算295.4 齿轮箱体的设计325.5 埋藤机整体结构33结 论35致 谢36参考文献37第1章 绪
8、论1.1 引言葡萄，又名草龙珠、山葫芦、蒲桃、李桃、蒲陶等。葡萄皮薄而多汁，酸甜味美，营养丰富，有“晶明珠”和“水果皇后”之美称。葡萄营养丰富，据科学分析，它含有人体所不可缺少的谷氨酸、精氨酸、色氨酸等十几种氨基酸。因此，常吃些葡萄对神经系统和心血管的正常活动是大有裨益的，能使人延年益寿。近年研究表明，葡萄含有白黎芦醇和多种维生素，对防治癌症和心血管病有良好的作用。葡萄汁有助于增强肝功能，促进胆汁分泌，葡萄皮具有降血脂、抗血栓、预防动脉硬化、提高免疫力的作用。葡萄中还含有类似于胰腺分泌的胰岛素物质，因此医生把葡萄汁列入糖尿病人的食谱中，并用于痛风、关节炎和风湿病患者的营养食品。古人还说:“久食
9、(葡萄)经身不老”。葡萄用途很广，除了果实可以鲜食、酿酒、制汁、制干、制罐头外，还可以加工葡萄果浆和葡萄果冻。葡萄种子可提炼单宁和高级食用油。葡萄根可入药，葡萄叶也是一种良好的饲料，所以，葡萄全身都是宝。随着人们对健康的追求，对葡萄的食用及医用价值的研发和认识，葡萄这一绿色食品以其无公害、高营养、高质量、具有大自然特征的原汁原味等特点，满足了人们回归自然的消费需求，赢得了人们的喜爱，使得国内外市场对葡萄的需求量不断增大。我国葡萄干的人均年消费量是80克，只占美国年人均消费量的1/10，随着人们收入的增加，人们对葡萄的消费量也会随之增长。国内葡萄干市场一直处于供不应求的状态。随着需求的增加，我国
10、的葡萄种植面积也在逐年的增加，根据农业部统计数据显示，2005年我国葡萄栽培面积为40.81万公顷，产量达到579.4万吨。在我国果树栽培中栽培面积列居第6位、产量列居第5位，在世界上分别排名第4、第5位。在我国新疆、山东、河北、辽宁、山西、宁夏、吉林和河南等葡萄主要产区，葡萄生产已形成了规模化、产业化的发展格局。随着葡萄生产的规模化发展，对葡萄生产全程机械化的需求也越来越高，同时，也为葡萄生产全程机械化发展提供了条件。我国葡萄种植区域分布很广，各地的气候条件、地理环境不尽相同，在作业环节上也有所差别。但我国葡萄种植绝大多数在北方，也就形成了我国特有的葡萄种植方式。其中，葡萄越冬防寒和风干埋土
11、是一项重要的作业环节。葡萄秋末剪枝后需下架进行冬前埋土防寒，防止冻伤与风干。防寒、防风干埋土的厚度及宽度都是按当地历年冻土厚度和地表下一5的土层深度来确定。一般防寒土堆的宽度是当地冻土厚度的1.8倍，以地表到一5的土层深度为防寒土堆的厚度。如辽宁锦州、兴城地区，历年冻土厚度为100cm左右，地表下一5的土层厚度为30cm，所以辽宁锦州、兴城地区葡萄防寒土堆的宽度为130cm，厚度为30cm较为安全。近年来，由于全球气候变暖，加上采用抗寒砧木，防寒土堆的宽度与厚度可减少1/3-1/2，即可安全越冬。葡萄藤埋土防寒、防风干时，要求土壤要细碎，防止大土块搭接，有空洞透风抽条。埋土压蔓要防止损伤枝蔓，
12、以免病害浸染以及影响来年产量。取土位置距根部不能太近，最少50cm左右，以免根部受冻，埋土防寒后冬季进行田间检查，发现问题及时补救。防寒后及时灌冬水，以保证植株安全越冬。葡萄根系常分布在地表下20-60cm土层中，深的达100cm。葡萄较易产生不定根，根受伤后，在伤口附近再生大量的根，因此在栽培上适当断根是可以的，但不能大量断根。根系生长的土壤温度是2125，超过28或低于10时即停止生长。葡萄根系发达，有很强的吸收能力和养分贮藏能力，但抗寒性较差，比枝蔓怕冻，土壤温度在-4-6时，就能受冻害，甚至冻死。一旦冬季根系遭受冻害，次年枝蔓生长、结果便会大受影响。因此，北方寒冷地区埋土防寒时要特别注
13、意根系防寒。随着我国经济的发展，葡萄种植面积不断增加，但葡萄生产的机械化总体水平还较低。葡萄生产中的春天扒藤一上架绑藤一除草施肥浇水一喷施药剂一收获一冬季埋藤等几个主要环节，有的己经可以实现机械化或半机械化作业，但有的属于刚起步，有的则刚进入推广应用阶段，其中冬季埋藤这一生产环节还处于起步阶段。目前，我国北方地区葡萄生产中，埋藤作业目前仍以人工为主。从作业质量来看葡萄埋藤人工作业埋藤土块大，密封性差，作业质量差，容易造成葡萄藤折断，也容易因密封不好致使葡萄藤风干或者冻伤。采用机械化埋藤，埋土细密，密封性好，作业质量高。从作业效率和经济上来看人工埋藤效率为35-40m/h，作业费用为0.4-0.
14、5元/m;而机械作业费用为0.2元/m。机械作业效率是人工效率的45-60倍，平均每米的机械作业费用是人工作业费用的一半，并且机械作业土质细密，得到了农林专家和农民的充分肯定。因此，研制一种可靠性强，作业质量好，作业效率高的葡萄藤越冬埋土机械具有很高的现实意义和经济效益。1.2 国内外葡萄埋藤机研究现状1.2.1 国外研究现状经过文献等相关资料查询，未见国外相关机型的报道。1.2.2 国内研究现状我国从上世纪八十年代初就已经开始着手研制葡萄埋藤机，经过几代科研人员的努力己经研制出几种形式的样机并且己经小批量的生产，但大都具有一定的局限性。1984年，新疆农科院农机化所研制的与铁牛-55型拖拉机
15、配套，进行篱架式葡萄藤越冬埋土机，该机采用铲抛原理，将土抛向藤捆。该机具主要由机架、铲刀、升运器、输送器及传动系统组成，但由于机具作业效率低、埋土量小、适应性差，没有得到广泛推广。2003年，辽宁省营口市研发了20PF型葡萄越冬覆土机(如图-1)，该机与14.7kw拖拉机配套，通过传动轴、链轮减速后使覆土器叶轮将土取出，并均匀地抛到葡萄藤上，经过二、三次的往复抛土作业，达到埋土要求。该机适用于沙壤土、含水率在12%-25%以下的无石块葡萄园中作业。对于东北等高寒地区，虽有一定的适应性，但因效率低等缺点，推广应用还有很大的局限性。2007年，酒泉市农业机械推广站和敦煌市吕家堡农机加工生产个体业主
16、王成贵共同研制了葡萄藤越冬掩埋和农田旋耕作业的多功能农业机械-3LG型葡萄埋藤旋耕多用机，该机具可分别与手扶拖拉机和13.23kw以上的轮式拖拉机配套使用。该机具采用卧式旋耕原理，合理配置专用刀具，工作时旋起的土壤按设计的方向移动抛出，实现埋藤作业，现已通过了省级农机推广鉴定，并申请了国家专利，但该机具由于取土量小、抛土分散并没有得到大量的推广。由天津市汉沽区农机部门用金狮或工农-12型手扶拖拉机底盘，结合旋耕机的工作原理改进而成的手扶改制单侧埋藤机，该机具提高了主轴转速，选用高效切刀、抛土刀，使抛土量提高，开沟深度12-15cm，开沟宽度40-50cm，可实现埋藤作业。作业中采用倒开，向外侧
17、抛土。目前手扶拖拉机拥有量很大，此项改装费用低，适用性强，可实现一机多用，便于在小田块、小地头的葡萄园中作业，操作简便灵活，但该机具开沟取土距离葡萄藤根部较近容易伤根，且一次埋土量小，需要多次埋土达到葡萄藤冬季埋土的要求。天津市农机研究所研制的MT200-2葡萄埋藤机，该机具可与18.4-22.1kw轮式拖拉机配套使用，采用后悬挂，中置式传动，双侧逆旋的高效抛土结构，提高了埋藤作业效率和作业质量，降低了机具操作者的劳动强度。但该机具双侧抛土，一次埋土量小，需要对葡萄藤进行多次冬季埋土，且要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，则机具作业质量将受到很大的影响，甚至无法作业。因此，该机具的推广具有一定
18、的局限性。但均存在很多问题，没有得到推广应用。因此，借鉴现有葡萄埋藤机的设计原理和研制经验，设计一种适用于不同葡萄种植行距、不同年龄段葡萄藤的性能可靠、效率较高、动力消耗小的新型葡萄埋藤机，是我国葡萄种植产业发展的必然趋势。1.3 研究的目的和意义葡萄是我国重要的果树，改革开放和农村产业结构的调整促进了葡萄栽培业的发展，特别是近十年葡萄栽培的面积和产量一直呈上升趋势。葡萄藤的安全越冬问题是其能否连续正常生产的关键。冬季来临之际，为防止葡萄藤风干和冻伤，都要将葡萄藤用土掩埋起来。然而葡萄藤越冬掩埋是葡萄种植生产过程中劳动强度大、作业质量要求高、季节性强的作业。葡萄人工埋藤土块大，密封性差，作业质
19、量差，容易造成葡萄藤折断，也容易因密封不好致使葡萄藤风干或者冻伤。而我国目前大多数葡萄园还采用人工埋藤的方法，不但劳动轻度大，效率极低，在遇到极端天气的情况下，人工来不及埋藤造成葡萄藤的冻伤，给农民的经济带来极大的损失。葡萄埋藤机具有埋土均匀，作业质量好，效率高、成本低等优点。综合分析我国现有葡萄埋藤机的使用情况，结合我国地块和葡萄种植模式可知，采用两侧旋耕取土，抛土的葡萄埋藤机在我国比较适用。由于我国葡萄产区分布范围广，葡萄品种多，形成了葡萄种植生产模式多样化，地区差异明显的特点。采用输送带单侧抛土，可以解决葡萄种植行距不均匀导致葡萄藤埋土的问题。我国葡萄产区分布范围广，各地区的土壤坚实度条
20、件不同，采用中间旋耕取土，能够有效的解决埋藤所需土壤和减小动力消耗的问题。我国现有葡萄埋藤机大都取土量小，不能一次完成葡萄藤冬季埋土作业且埋藤过程中土壤比较散乱，采用新型的中间取土机构能够满足各类葡萄藤冬季埋土所需土壤量的要求；采用输送带输土、单侧抛土结构，极大的提高了取土部件所取土壤的利用率。综合上述分析，为解决葡萄种植生产模式多样化，地区差异明显等问题，满足我国葡萄种植业的实际生产需要，研制向两侧抛土埋藤的葡萄埋藤机是十分必要的。1.4 研究内容本课题研究内容可分为四大部分:一是对葡萄埋藤机的整体结构进行设计；二是传动部分的设计计算；三是葡萄埋藤机旋耕取土机构的探索研究，解决我国严寒地区埋
21、藤需土量大的问题。1.5 技术路线技术路线如图1-1所示，首先，通过查阅相关资料，拟定出葡萄埋藤机的初步制定方案；其次，分析确定影响葡萄埋藤机的影响因素；最后，本文对葡萄埋藤机的传动部分和齿刀部分进行了设计。图1-1 技术路线图1.6 本章小结本章主要介绍了葡萄藤冬季埋土机械化的目的与意义，国内外葡萄埋藤机的研究现状，分析我国目前现有葡萄埋藤机存在的问题和设计难点，确定了本课题研究的内容与技术路线。第2章 葡萄埋藤机总体方案设计研究2.1 整机设计原则根据葡萄埋藤机的设计要求，制定了一下设计原则：1)旋耕取土时不应损害葡萄的根部，避免造成葡萄藤根系的损伤影响来年的产量。2)埋藤机工作时埋藤的土
22、量达到葡萄藤安全越冬所需埋土的要求。3)能适应不同葡萄种植行距和不同年份的葡萄藤。4)保证整机的工作稳定性和可靠。2.2 设计方案确定2.2.1 葡萄的种植情况我国葡萄的种植一般采用标准化的种植模式，石灰桩与铁丝网固定葡萄藤，如图2-1所示。图2-1 葡萄种植模式在河北、山东、宁夏、安徽等地葡萄种植行距一般在2-3米之间，新疆行距一般在2.5-3.5米之间，葡萄藤的适应性很强，对土壤的要求不是很严格。但是为了获得稳产，对土壤应尽可能的进行改良。除建园时已进行的一些田间工程外，在葡萄的整个生长过程葡萄种植模式中还需进行深翻，排灌等。我国多数葡萄园采用清耕法，北方少雨区，清耕有利于春季地温回升和保
23、持水分、疏松土壤、熟化土壤。新疆、河北塞外张家口产区，实行秋季清耕，有利于晚熟葡萄利用地面反射光和辐射热，提高果实的糖度。清耕除草的具体方法是，在灌溉或者雨后，结合除草耕松土壤，松土深度为20-15cm。葡萄藤根量大，分支角度大垂直根多，分布深，一般分布在葡萄藤根部40cm的范围内，这就要求葡萄藤越冬埋土的取土范围应距葡萄藤根部有一定的距离以免损害葡萄藤根部。葡萄藤在越冬埋土前，首先对葡萄藤进行剪枝，然后将剪好的葡萄藤从葡萄架上顺次的放。图2-2 葡萄藤准备冬季埋土图2.2.2 取土和埋土方案的确定为了防止葡萄藤越冬埋土不伤害葡萄藤的根系，要求葡萄藤埋土所需的土壤在距离左右葡萄藤各40cm的范
24、围内，以行距为2.5米的葡萄藤为例，要获得葡萄藤越冬埋土所需足够的土壤而不伤害葡萄藤根系，取土的范围被限制在中间1.7米宽的范围内，根据我国葡萄的种植模式，中间取土的范围完全满足葡萄埋藤机取土宽度的要求，采用旋耕取土的方式能有效的降低取土的动力消耗。由于我国大部分葡萄产地冬季寒冷，尤其新疆在冬季气温达到-20-30这就要求葡萄藤埋土要有一定的厚度和宽度，本文设计的葡萄埋藤机向两侧抛土埋藤能实现安全越冬埋土的要求。2.3 总体结构设计机组采用三点全悬挂正牵引式作业方式。根据葡萄藤越冬埋土作业的要求，以及确定的农艺要求，进行关键工作部件的设计确定出总体结构。整机主要由动力传输系统、传动系统及抛土轮
25、及抛土距离控制板等组成。2.4 传动系统设计本机型设计的葡萄埋藤机传动部分示意图如图2-3所示，旋土刀的旋转半径为300mm，机组配套使用的拖拉机功率为30马力（8马力用于行走），输入转速为800r/min。抛土宽度80cm(行间距大约1.5m，设备约1m)抛土深度20-25cm行走速度1500m/h。1链传动 2刀轴 3齿轮传动 4齿刀 5联轴器图2-3 传动系统示意图2.5 工作原理机组采用三点全悬挂正牵引式作业方式，机组作业时拖拉机承受部分机具重量和作业阻力，可改善拖拉机的牵引性能，结构紧凑、机动性好。拖拉机通过联轴器联接到作业机。先是链轮传动，然后通过齿轮箱进行动力的分流和减速，最后带
26、动2个抛土轮向两侧抛土埋藤，将土壤均匀的抛在待冬季埋土的葡萄藤上，一次完成葡萄藤越冬埋土的全过程。2.6 本章小结针对我国葡萄的种植模式、我国的气候条件及我国葡萄藤越冬埋土的农艺要求，提出了葡萄藤越冬埋土采用向两侧抛土埋藤的新结构思路，并对葡萄埋藤机的整体方案结构进行了设计。第3章 传动系统的设计3.1 埋藤机传动形式的选择利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给带轮再传递给齿轮。传动的形式主要有齿轮传动、链传动和带传动。3.2 齿轮传动齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧
27、凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。3.3 带传动带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。按照工作原理不同，带传动可以分为摩擦型带传动和啮合型带传动。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确（滑动率在2%以下）。在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面形
28、状的不同，又可以分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔形带传动。啮合型带传动一般称为同步带传动，同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。带传动的优点主要有：结构简单，适用于两轴中心距较大的传动场合；传动平稳无噪声，能缓冲、吸振；过载时带将会在带轮上打滑，可防止薄弱零部件损坏，起到安全保护作用；不能保证精确的传动比。齿轮传动的特点：能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠；传递的功率和速度范围较大；结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高，使用寿命长；齿轮的制造、安装要求较高.齿轮材料
29、一般是铸铁等.带传动的缺点主要有：噪声大，需要良好的润滑；3.4 链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染及灰土飞扬的等恶劣环境中工作。和齿轮传动比较，它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反
30、向的传动中。综合齿轮传动、链传动和带传动的优缺点，葡萄埋藤机工作环境恶劣，所以传动系统中传动结构1选择链传动，传动结构2选择齿轮传动，如图3-1所示。1链传动 2齿轮传动图3-1 传动系统示意图第4章 齿轮的设计4.1 齿轮的设计步骤齿轮传动设计的一般步骤:根据齿轮的工作要求、失效形式等因素选择材料、热处理方式和齿面硬度；根据主要的失效形式和相应的设计准则，进行强度计算，确定其主要尺寸，然后进行相应的强度校核。4.2 齿轮的失效形式及设计准则(l)齿轮的工作条件与硬度要求不同的工作条件，不同的齿面硬度，齿轮的实效形式及设计准则均不同。齿轮传动按其工作条件，可分为闭式齿轮传动、开式齿轮传动和半开
31、式齿轮传动三种。闭式齿轮传动能保证良好的润滑和工作条件，各轴的安装精度较高及系统的刚度比较高。开式齿轮传动的齿轮完全暴露在外面，不能保证较好的润滑，而且易落入灰尘异物等，齿轮齿面容易磨损。半开式齿轮传动则装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，主要用于低速、不是很重要或尺寸过大不易密封的场合。齿轮传动按齿面硬度，可以分为软齿面齿轮传动和硬齿面齿轮传动两种。软齿面齿轮传动常用于对精度要求不太高的一般中低速齿轮传动，硬齿面齿轮传动常用于要求承载能力强，结构紧凑的齿轮传动。(2)齿轮的失效形式齿轮传动在具体的工作状况下，有着不同的失效形式，失效形式是齿轮传动设计的依据。正常情况下，齿轮传动
32、的失效主要发生在轮齿。齿轮失效的形式很多，但归结起来可以分为齿体损伤失效(如轮齿折断)和齿面损伤失效(如点蚀、胶合、磨损、塑性变形)两大类，其中齿面点蚀是轮齿工作时，其工作表面上任一点处所产生的接触应力是脉动循环变化的。齿面长时间在这种应力作用下，将导致齿面金属以甲壳状的小片微粒剥落，这种现象称为点蚀。(3)齿轮传动的设计准则齿轮传动不同的失效形式，对应不同的设计准则。因此，设计齿轮传动时，应根据具体的工作条件，分析其主要失效形式的前提下，选用相应的设计准则，进行设计计算。由于目前对于轮齿齿面磨损、塑性变形尚未建立起实用、完整的设计计算方法和数据；对于一般的齿轮传动，齿面胶合能力的计算又不太必
33、要，且计算方法复杂。所以目前设计一般的齿轮传动时，通常只按齿根弯曲强度和齿面接触强度两种准则进行计算。对于闭式硬齿面齿轮传动其主要失效形式为轮齿折断，故通常先按轮齿的抗弯曲强度进行设计，然后校核齿面的接触强度。4.3 材料选择由于齿轮传动是用于一般工作速度不高，故选用8级精度。选择齿轮材料为40，调质处理，硬度为。通过计算可以得到如下的数据：齿轮轴2所传递的转速为： (4-1)传递的功率为： (4-2)传递的转矩为： T=384Nm (4-3)初步选择齿轮的齿数： (4-4) (4-5)4.4 按照齿轮接触强度设计由设计计算公式进行计算，即： (4-6)4.4.1确定公式中的各参数的数值试选载
34、荷系数=1.31)计算小齿轮传递的转矩： (4-7)2)选取齿宽系数：齿宽系数越大，轮齿就越宽，其承载能力就越大，但轮齿过宽，会使载荷沿着齿宽分布不均匀的现象严重，甚至偏载引起局部轮齿折断，因此，齿宽系数取值要适当。一般齿轮传动常用；通用减速器：；变速箱齿轮常用：=；开式齿轮：；此减速器取3)通过查弹性影响系数表可得弹性影响系数 (4-8)4)按照齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 (4-9)5)计算应力循环次数：根据公式： (4-10)则可得出： (4-11)6)由接触疲劳寿命系数图表可查得接触疲劳寿命系数 (4-12)7)计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数，由公式： (4-
35、13)可得： (4-14)4.4.2 设计计算1)试计算齿轮分度圆直径，代入的数值 (4-15)2)计算圆周速度 (4-16)3)计算齿宽 (4-17)4)计算载荷系数计算齿轮强度用的载荷系数，包括使用系数，动载系数，齿间载荷分配系数以及齿向载荷分布系数，即使用系数是考虑齿轮啮合时候外部邻接装置引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运动的状态等。动载系数：对于直齿轮传动，轮齿在啮合的过程中不论上由双对齿啮合过渡到单对齿啮合，或者由单对齿过渡到双对齿啮合的期间，由于啮合齿对的刚度变化，也要引起动载荷，为了计及动载荷的影响，引入了动载系数。齿轮的制造精度
36、及圆周速度对轮齿啮合过程中产生动载荷的大小影响很大。提高制造精度，减少齿轮直径以及降低圆周速度，均可以减小动载荷。齿间载荷分配系数：一对相互啮合的圆柱齿轮，在啮合区中有两对齿同时工作时，则载荷应分配在这两对齿上。由于齿间误差及弹性变形等原因，总载荷并不是按比例分配在这两条接触线上。因此其中一条接触线上的平均单位载荷可能会大，而另一条接触线上的平均单位载荷则会小，进行强度计算时当然按平均单位载荷大的数值计算。为此，引入齿间载荷分配系数。齿向载荷分布系数：当轴承相对于齿轮作不对称配置时，受载荷前，轴无弯曲变形，轮齿啮合正常，两个节圆柱恰好相切；受载荷后，轴产生弯曲变形，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就
37、使作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀。当然，轴的扭转变形，轴承、支座的变形以及制造、装配的误差也是使齿面上载荷分布不均匀的因素。计算轮齿强度时，为了计及齿面上载荷沿接触线分布不均匀的现象，通常用系数来表征齿面上载荷分布不均匀的程度对轮齿强度的影响。根据：，7级精度，由动载系数表查得：动载系数直齿轮，假设，由表查得，使用系数=1，精度等级为7级精度，齿轮相对于支撑非对称布置时， (4-18)将数据代入后得： (4-19)由，查表可以得： (4-20)故载荷系数为： (4-21)6)按照实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： (4-22)7)计算模数 (4-23)所以，取，4.5 几何尺寸计算1
38、)计算分度圆直径 (4-24) (4-25)2)计算中心距2轴和3轴的中心距 (4-26)3轴和4轴的中心距 (4-27)由以上计算确定了齿轮的尺寸，齿轮的模型如图4-1所示，齿轮的尺寸如图4-2所示。图4-1 齿轮模型图图4-2 齿轮的尺寸图第5章 旋耕取土部件的结构设计葡萄埋藤机工作时，旋土刀在拖拉机动力输出轴的带动下一边高速旋转切削土壤一边随机组直线前进，土壤在旋土刀的作用下被均匀的打碎并把土抛向两侧，使土集中实现埋藤的效果。由于我国西北部地区冬季气温较低葡萄埋藤需要较多的土壤，而葡萄种植的行距限制了葡萄埋藤机取土的工作宽度，为了解决这一问题本文设计了取土量较大的旋耕取土部件。5.1 侧
39、边传动轴的设计侧边传动轴连接着中间传动齿轮箱输出轴与侧边传动箱体输入轴，负责将中间传动齿轮箱输出轴的动力传递给侧边箱体。为避免机械加工、安装精度等原因，造成的侧边箱体输出轴与中间传动换向齿轮箱输出轴不能保证同心，设计中考虑与输出轴输入轴连接的中间轴可调整确保正常工作，故本文选用万向联轴器来调整输出轴与输入轴之间的安装误差。联轴器所联两轴发生的相对位移，一般有径向位移、轴向位移和角位移等三种形式，以及由这三种位移组成的综合位移。万向联轴器是一类容许两轴之间具有较大角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可为35-45，而且在运转过程中可以随时改变两轴的轴间角。球笼
40、式同步万向联轴器是万向联轴器的一种，是利用若干钢球分别置于与两轴连接的内外星轮槽内，以实现两轴转速同步的万向联轴器。球笼式同步万向联轴器主要由外壳、传力钢球、星形轮和球笼保持架组成，其中外壳和星形轮分别与主、从动轴连接。当主、从动轴有轴间角时，由于结构上的原因传力钢球可在外壳的内星形滚道和星形轮外弧形滚道上传动，而保持主、从动轴同步转动，消除从动轴因转速波动引起惯性力而造成的不良影响。本设计根据实际情况选择球笼式同步万向联轴器。5.2 旋土刀的设计及排列方案5.2.1 旋土刀的设计要求由于葡萄埋藤机的旋土刀是在葡萄藤的行间工作，要求向两侧同时抛土埋藤，并且工作条件比较恶劣，作业难度大。本文设计
41、的旋土刀除了满足疏土碎土外还要满足以下要求：(1)旋土刀旋土深度要大因为我国葡萄主产地新疆、宁夏等冬季比较寒冷，为了防止葡萄藤的冻伤要求葡萄藤冬季埋土量大，要求葡萄埋藤机有足够的旋耕取土深度，达到埋藤所需的土量。本文的所设计的深度要求为20-25cm。(2)旋土刀组布局要合理，合理的旋土刀布局可以减小机组的侧向力，增加旋耕取土部件取土的能力，减小动力消耗。(3)旋土刀工作时的动力消耗小我国人口众多，人均资源相对短缺，考虑到经济效益和节能减排，旋土刀的设计尽可能的减小工作时的动力消耗。5.2.2 旋土刀的结构设计旋土刀是旋耕取土机构的主要工作部件，旋土刀片的形状和参数对旋耕取土机构的工作质量、功
42、率消耗影响很大。目前使用的旋土刀片按结构分大致分为三种类型如图5-1所示:凿形刀、直角刀、弯形刀。图5-1 旋土刀片的结构三种旋土刀片对土壤的运动情况各有其特点:凿形刀：只有正面刃口，工作时凿尖首先从外部刺入土壤，然后在刀身的作用下使土壤破碎。入土能力强，松碎效果好，但容易缠草。直角刀：直角刀刃口由正切刃和侧切刃组成，两刃口相交成90左右工作时先由正切刃从横向切开土壤，再由侧切刃由外向里逐渐切出土堡的侧面。刀身宽，刚性好，有一定的工作宽度，容易加工制造，但易缠草。弯形刀：弯形刀刃口由正切刃和侧切刃组成，但刃口不是直线而是曲线，其中，侧切刃口曲线为阿基米德螺线。工作时先由侧切刃沿纵向切开土壤，并
43、先由刀片根部向外滑切，然后再由正切刃从横向切开土堡。切削阻力小，不易缠草。本机型研制的葡萄埋藤机工作条件在不同的葡萄产地，土壤条件各不相同，土壤质地有粘土、壤土、沙土等。在葡萄藤越冬埋土前为了保持一定的土壤湿度都要进行浇灌，使得机组作业时的土壤湿度比较大。根据三种刀的不同形状和参数特性、工作状态，本课题选用弯曲形式的旋土刀。弯曲形式的旋土刀主要由正切面(包括正切刃)，过渡面(包括过渡刃)和侧切面(包括侧切刃)组成，如图5-2所示。正切面除了具有切土功能外还具有翻土、碎土等功能，侧切面具有切开土堡，切断或推开草茎的功能。图5-2 旋土刀的组成弯曲形式旋土刀的设计主要是刃口曲线的设计。国内外的研究
44、机构对弯刀片的研究结果表明:1、刀刃的滑切角是影响切土性能、抛土性能及刀轴缠草问题的重要设计参数。2、采用滑切比砍切能明显降低切断速度，滑切所需要切断速度比砍切低约4.34%。3、剪切刃口曲线对剪切力影响较大，凸曲线和斜线剪切时有一定的滑切作用，剪切力相对较小。所以设计切口的刃口曲线应能保证在切茬切土时产生滑切作用。根据旋土弯刀刃口曲线的研究，弯刀侧切刃刃口曲线的设计要求是：能够由近及远切土，并具有良好的滑切作用。目前国家标准仅推荐侧切刃曲线采用阿基米德螺旋线。但根据农艺的要求，对刃口滑切角及刀刃上某点的速度矢量与该点刃口曲线法平面之间的夹角可提出不同的要求，因而刃口曲线有多种多样，包括阿基米
45、德螺旋线、等角对数螺线、正弦指数曲线、直线和偏心圆曲线五种。试验证明阿基米德螺旋线是动力消耗最小的刃口曲线。本文根据实际需要，从动力消耗和旋土抛土的要求出发，设计选用阿基米德螺旋线作为弯曲形式的旋土弯刀的刃口曲线，曲线的方程如下： (5-1)式中：刀刃起始工作半径为常数为位置度，弧度。其滑切角为： (5-2)根据上述的分析和实际的工作需求，本文设计选用的是T245的旋土弯刀。如图5-3所示，各项参数如表5-1所示。图5-3 T245的旋土弯刀表5-1 T245的旋土弯刀参数项目单位规格刀柄宽度mm300-0.5刀柄厚度mm100.5刀柄孔径mm12.5+0.50弯刀回转半径mmR2450-4幅度mm50正切面弯折角()120刃口厚度mm1.1-2.0刃口宽度mm122回转中心到刀柄孔中心距离mm702刀柄顶部到刀柄孔中心距离mm305.2.3 旋土刀片的排列方案旋土刀片的排列方式有单螺旋排列、双螺旋排列、星星排列、对称排列等，均应满足机组碎土性好且刀轴受力均匀。要求翻耕的土壤不能太散乱，需要有控制挡板与旋土刀抛送土壤相配合，将翻耕的土壤全部用于埋藤。按照普通的旋耕机旋土刀片的双头螺旋排列方案，试验证明葡萄埋藤机旋耕取土部件采用普通旋耕机旋土刀的排列方式，机组前面土壤拥堵严重、动力消耗较大。考虑到目前葡萄园种植行距允许拖拉机通过的功率及葡萄藤越冬
