毕业设计（论文）麦田除草机设计.doc

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1、摘 要我国西部是干旱，半干旱地区，由于环境不断恶化，农业用水严重不足。免耕播种技术便被广泛推广。试验证明，该技术满足我国需要。但也伴随着病虫害和杂草增多等一系列问题出现。预防病虫害，锄除田间杂草成为免耕播种的关键课题之一，所以本文介绍了在麦田作业的一种新型除草机的设计方案及工作过程和主要部件的设计及结构特点。指出它采用一种矩形框架设计，采用一种新式锄草刀片。机具结构简单，使用方便，具有碎土作用强，不缠草以及具有护苗的作用，能够满足在免耕播种后，对麦田行向杂草予于锄除。对其发展前景做了展望，并对本设计的改善提出期望。关键词：免耕播种 麦田除草 除草机SummaryOur country west

2、ern region is dry and dry region in half, because environment continuously worsen, the agriculture uses the water is serious shortage.So the technique that planting in the soil need not plough up then drive extensive application.Experiment proofed that the technique satisfy our country demand.But al

3、so accompany with a lot of grass in the field grow up and a lot of pests increase in the field.Preventing plant diseases and insect pests and weeding in the field become one of the key lessons about the technique that planting in the soil need not plough up, so this text introducing the design proje

4、ct and working process about a new weeding machine in the cornfield and work the process with design and construction characteristicses of the main parts. Pointing out it adopts a kind of rectangle frame designs, adopting a kind of modern style hoe grass razor blade. The machine tool construction is

5、 simple, the usage is convenient, having the function of breaking up the clod strong.The machine has the function of no grass wrapping in the razor and protecting the seeding of wheat,the weeding machine is good to weed in the field after seed wheat in the soil that need not plough up. As to its dev

6、elop the foreground did the outlook, and the improvement that design puts forward the expectation to this.Keywords: no ploughing up and planting weeding in the cornfield weeding machine目 录摘要1引言3一.机械设计方案论证及选定5二.基本参数计算7三.圆锥齿轮传动设计计算10四.链传动设计计算16五.轴的设计计算19六.键的选择和校核23七.刀盘及刀片设计26八.使用说明书28九.后记32十.试验及结论33十一

7、.参考文献35引言我国是主要的干旱国家之一，干旱，半干旱面积，占国土面积的52。5%。旱区农业发展存在两大问题，一是降水量不足，而且分布不均，而灌溉用水资源又极为短缺，致使旱作农业区旱灾频繁，产量低而不稳，粮食生产安全性差，不能满足人口增长的需求，农民生活贫困。二是土壤水蚀，风蚀严重，水土流失严重，土地沙漠化越来越快，沙尘暴发生的频率越来越高。生态环境恶化，不利于农业可持续发展，推动保护性耕作机械化技术，对于改变，旱区粮食生产的被动局面，提高粮食生产的稳定性和技术含量，增强市场竞争能力，促进农业结构调整，发挥区域经济优势以及迎接入世挑战等具有十分重要的现实意义和长远意义。保护性耕作不光有上述的

8、经济效益和社会效益，它还有减少水蚀，风蚀的生态环境效益。（所谓的保护性耕作，是用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可。）20世纪30年代，美国发生黑色风暴，美国人首先在西部地区进行了保护性耕作的研究和应用。3040年代，采用秸秆覆盖法，控制了西部大草原的风蚀，5060年代，增加了垄作法，减轻了土地侵蚀，改善了排水性。70年代，人们认识到保护性耕作应该和土壤的营养管理，排水及杂草控制结合起来。现在，保护性耕作技术在发达国家已广泛应用，例如：在美国，保护性耕作面积达到37%，在澳大利亚，加拿大等发达国家，保护性耕作技术推广很快。在我国，为解决北方干旱缺水，产量低而不稳，水土流失

9、严重和防止沙尘暴等问题，2002年6月，温家宝，李岚清两位总理指示推广保护性耕作，农业部计划710年时间在北方旱区全面实施保护性耕作。在山西省，保护性耕作已经得到了一定的推广和发展，对减少水土流失，减少风蚀，蓄水保墒等起到了积极的作用。通过实验,它主要表现在以下几个方面:1. 增加产量:玉米产量平均增加18%,小麦产量增加13%.2. 改善土壤肥力:玉米地实验区的土壤有机含量平均每年提高0.065%,小麦地提高0.013%.3. 减少水土流失,增加蓄水量:玉米地休闲期蓄水量增加35%,小麦地增加24%,玉米生产水份利用率提高22%,小麦提高10%.4. 降低成本,增加收入:与传统方式相比,玉米

10、生产节约用工60%左右,小麦节约用工近70%,由于增产和节支,玉米纯收入增加40%,小麦纯收入增加30%. 但是随着保护性耕作技术的推广，也伴随着新的问题的产生。最主要的问题之一就是田间杂草增多。由于传统耕作方式采用深翻的耕作方式，把地表的草籽深埋于地下，使之来年不易发芽。而保护性耕作技术，只动地表而不深翻，使草籽处于地表的土壤中，当来年的温度和湿度一合适，杂草便汹涌而长了。我们下地可以知道，在一平米内，传统耕作地里只有几株，多至十几株杂草，而在保护性耕作田地里，一平米内有几十株甚至上百株杂草。相对于前者，杂草成几十倍增长。这就要求我们在使用保护性耕作技术的同时，做好田间除草工作。在现代农业除

11、草技术中有三种：一 生物方法除草，由于技术条件的限制，此种方法几乎不用。二 化学方法除草，主要是使用化学除草剂，由于它的使用方便，得到了广泛的应用，但它也有很大的危害，大量使用化学除草剂，会对水，土壤，大气，环境生物等造成污染。由于环境条件，使用技术和除草剂本身因素，造成的农作物药害事故频繁发生，给农业带来较大损失。本身有关（如除草剂降解产生有毒物质）环境影响。如某些易受温度，湿度影响的除草剂在光照，高温，干旱，大风等情况下常会使作物遭受不同程度的抑制与危害。三机械除草，这种除草方法是最经济，实用的方法，除草机有各式各样，应用也很广，相对于上述两种除草方法，技术比较成熟，使用也比较方便，对作物

12、和土壤的危害很小：1 弹齿除草机：它是利用弹齿浅浅地插入土中，利用作物和杂草的拔出阻力的不同，将杂草拔出而除草，这在杂草很小的时候使用，晴天干燥时进行作业效果更好；2 杆式中耕除草机：利用锄杆插入土壤中并转动，转动方向与前进方向相反，转杆在地表层下812cm的深度通过，将表土硬层挤碎，下层土壤压紧，以达到保墒的目的。当转杆碰到草根时，先将其弯曲并搅断草根，将其抛至地表晒枯，但它对地形适应能力差，又不可用在苗间除草。3 火焰除草机：利用从扁平喷嘴前端放射出100013000C的扇形火焰烧杀跟部杂草。这要求作物必须有抗热性，还要地表平整，不得凹凸不平。4 铲式除草机：是最普通的除草机，有牵引式和旋

13、转式，但铲柄容易缠，挂杂草，不利于作业。在这里我们采用翼形铲来代替除草铲，进行不翻动土壤的浅松作业，疏松地表5-10cm的土壤，这样既可切断上茬作物和杂草的根系，又不易缠，挂杂草，还可疏松土壤，利于新茬作物的生长，并且还提高了作业速度。所以，通过以上的考证和分析，在我国西北干旱，半干旱地区推广保护性耕作技术的同时，我们用除草机进行田间管理，是现实的也是很有市场的。机械设计方案论证及选定 针对免耕播种后，对行间杂草予于锄除。根据现有给予的配套动力，对生产率的要求，为满足主要技术参数与经济指标，特提出以下三种麦田除草机机构原理设计方案：一 牵引锄铲式除草机构：原理：通过三点悬挂装置与拖拉机联接。机

14、构前有一个仿形轮，除草铲分前后两排安装，前排安装双翼铲，后排安装单翼铲。整个机构在拖拉机的牵引下锄铲入土除草。 优点：（1）机构简单，成本低，生产率高。 （2）由于单翼铲的竖直部分靠近苗株，故有分苗，护苗作用。 缺点：（1）当杂草较长时，农具工作时，锄铲易缠草，挂草，大大地影响了整个农具的除草效果。 （2）整个机具采用三点悬挂装置与拖拉机联接，在工作过程中，遇到不平的地面或石块等，机架左右摆动厉害，使苗株的损伤严重。二 。齿轮传动旋转锄铲式除草机构： 原理：动力由拖拉机PTO轴输出，通过一对锥齿轮传动并使动力转向。并再通过四个齿轮的减速把动力传递给刀辊轴。装在刀辊轴上的锄铲（在垂直于刀辊轴的同

15、一平面内装有三个锄铲）旋转入土除草，采用三点悬挂装置与拖拉机联接。机具有一个仿形轮，安装在机具的前部。 优点：（1）生产率高。 （2）由于锄铲入土速度较大，在翼倾角的作用下，碎土性较好，保墒性好。 缺点：（1）锄铲易缠草，挂草 。 （2）机构复杂，笨重。 （3）机具在工作过程中，左右有摆动，对苗株有损伤。三 。链传动刀片式旋转除草机构： 原理：动力由拖拉机PTO轴输出，通过一对锥齿轮传动并使动力转向。并再通过一级链传动减速把动力传递给刀棍轴。装在刀棍轴上的刀盘旋转，带动刀片入土切草。机具采用两个地轮仿形，并通过三点悬挂装置与拖拉机联接。 优点：（1）机构较简单，成本低，生产率高。 （2）采用刀

16、片滑切除草，阻力小。 （3）由于刀盘外沿凸出刀片，故刀盘外沿先对杂草进行切断，即使切不断，也可以把杂草压入土中，以利于刀片滑切除草，不易缠草，挂草 。 （4）机具采用安装两个地轮进行仿形。使整机仿形，在工作过程中，机具左右摆动较小。 缺点：（1）机具左右宽大，机构不紧凑。 综上所述的三种机构比较。根据本次设计的主要技术参数，再考虑到经济效益和实用性，选择链传动刀片式旋转除草机构是合理的。 基本参数计算一 选择拖拉机：主要技术参数已给我们配套动力：8.811KW小四轮拖拉机。我们不防以下面的拖拉机为设计依据：档位速度（km/h）TS12TS15PTO轴转速1.902.09540r/min4.42

17、4.875.966.557.047.75额定牵引力（N）29403430二 刀辊轴转速确定（我们采用正转速旋转除草）：我们知道：刀齿的轨迹曲线就是解析几何上的摆线。亦称旋轮线。故刀齿上某点m点的曲线方程为：x=x0-Rsin -(1)y=R-Rcos其中：=t, x0=vmt=vm/t, =u/RR- 刀齿半径 u- 刀齿圆周线速度vm- 机器前进速度消去参数后得: -(2)分析运动情况：(1) 当时，方程（1）式变为：此式是一标准摆线，。具有这种运动特性的刀齿只能象自由轮一样滚过地面，不能除草。（2）当时，刀片端点在任何位置的绝对运动水平位移的方向均与机器前进方向相同，故刀齿不能向后拨土，由

18、于刀片的安装具有方向性，故也不能除草。（3）当时，刀齿转动到一定部位，它的端点绝对运动的水平位移就会与机器的前进的方向相反，因而能以刀齿的刃口切削土壤，可以除草。所以，必须使： 当时，这种曲线称为长辐摆线。此种摆线具有一个绕扣，横向最大距离MN为绕扣的横弦，为了以免漏除，刀齿进距均小于刀齿入土处的绕扣横弦。为了免除漏除，我们计算如下：根据生产率：2550hm2/h除幅耕宽： b=1.2m要求工作速度：vm1=2500/1.2=2.083km/h vm2=5000/1.2=4.167km/h也就是拖拉机的档速度。故：vm=4.42km/h设刀辊轴角速度为：则： 即：， 即： 即刀辊轴转速为：52

19、.118r/min我们取刀辊轴转速为：180r/min三 计算传动比： 总传动比： nm- PTO轴转速， n- 刀辊轴转速。分配传动装置传动比：式中：i1 ,i2 分别为齿轮传动比和链传动比。初取: i1=2 , 则 四计算各轴转速： 轴： 轴: 刀辊轴：五各轴输入功率：PTO轴与轴由万向联轴器联接。各级传动效率分别为：其中： 分别是万向联轴器传动，圆锥齿轮传动，圆锥滚子轴承传动，球轴承传动，滚子链传动。传动功率我们可在满负荷工作状态下计算出来：所以各轴输入功率为：轴：轴:刀辊轴： 六各轴输入转矩：拖拉机输出转矩： 轴：轴:刀辊轴：运动和动力参数结果整理如下：（轴，轴的输出转矩则分别为各轴的

20、输入转矩乘轴承效率）轴名功率P/kw转矩T/Nm转速n 传动比效率输入输出输入输出r/miniPTO轴3.6163.844540121.50.970.9410.9504轴3.5383.46761.92960.69540轴3.4333.399118.903117.714270刀辊轴3.2951.7122180 圆锥齿轮传动设计计算计算与说明结果1 输入功率：2 主动轮转速：3 主动轮转矩：4 选取齿轮材料和热处理方法：齿轮1，2用40Gr钢，调质处理，硬度241286HB（3P211 表12.7）。5 选取齿轮精度：选8级精度。（查3P207 表12.6 估计v10m/s6 齿轮接触疲劳强度计算

21、：齿数Z和精度等级： 取 估计 由3 表12.6分锥角1,2因轴交角=900 使用寿命 KA 由3 表12.9动载系数 KV 由3 表12.9齿间载荷分配系数由3 表12.10，估计计算与说明P=3.538 kw选8 级精度=9001=260342=63026KA =1.50KV=1.17结果 3式12.193式12.6 3式12.10齿向载荷分布系数 ，由3表12.20及注3 取载荷系数K 转矩T1弹性系数 由3表12.12节点区域系数 由3图12.16接触疲劳极限 由3图12.17c接触最小安全系数 由3表12.14接触寿命系数 由题意许用接触应力 3式12.11=1.9K=4.3T1=6

22、2570Nmm=2.5=1.05计算与说明结果小轮大端分度圆直径d1 取 3式12.39 = =98.19mm验算圆周速度及 3表12.19 = =83.46mm = =2.36m/s （ 小于估计值） 3式12.37 = =1499N = =32.87mm 68.41N/mm100N/mm （与原估计值相符）确定传动主要尺寸：大端摸数m： m=d1/Z1计算与说明结果 由3表12.3 取m=5实际大端分度圆直径d：平均分度圆直径： = =锥距R： 3表12.19 =齿宽b： 齿根弯曲疲劳强度计算：齿形系数 由3图12.30应力修正系数 由3图12.31重合度系数 = 3式12.18齿间载荷分

23、配系数 由3表12.10载荷系数K： m=5R=106.213mm取b=32mmK=4.802计算与说明结果弯曲疲劳极限 由3图12.23c弯曲最小安全系数 由3表12.14弯曲寿命系数 由题意尺寸系数 由3图12.25许用弯曲应力： 3式12.19 =验算： 3式12.40= =大锥齿轮基本参数： 计算与说明取结果 = 小锥齿轮基本参数： = 请参阅15P15取取取取取链传动设计计算计算与说明结果1 选择链轮齿数：小链轮齿数： 自定传动比： 大链轮齿数： 2 选取链节距：传动功率： 3式14.20 ，见314.4节；见3表14.1； ，见3表14.3链节距，根据 ， 由3图14.17查出选用

24、10A滚子链。初定中心距： 取链节数：3 确定实际中心距：中心距： 3式14.24 =4 计算作用轴上载荷：链速： =有效拉力： 3式14.15 取计算与说明结果轴上载荷： 5 确定润滑方式： 采用高温油浸润滑。6 链轮基本尺寸参数：小链轮基本尺寸：分度圆直径： 齿顶圆直径： =齿根圆直径： 7表12-2-1轮毂厚度h： 见7表12-2-15 =轮毂长度：轮毂直径：齿宽： 大链轮结构尺寸：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：轮毂厚度h：=6.4+40/6+0.01126.66取计算与说明结果轮毂长度：轮毂直径：齿宽：取轴的设计计算计算与说明结果轴设计计算一计算齿轮受的力：轴传递的转矩： 齿轮上

25、的圆周力： 齿轮上的径向力：轴向力：二对轴进行结构设计：确定轴的直径：选45钢经调质处理作轴。， （2P25表2-7），查3表16.2，选许用扭转切应力 系数：C=118106 =22.0819.83mm考虑到轴的震动较大，我们取结构尺寸详见零件图。三计算支承反力：水平面反力： 垂直面反力： 计算与说明结果水平面受力图： 见图垂直面受力图： 见图画轴弯矩图：水平面弯矩图： 见图垂直面弯矩图： 见图合成弯矩图： 合成弯矩 见图画轴转矩图：轴受转矩： T=T1转矩图： 见图许用应力许用应力值，用插入法由3表16.3查得 应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩 见图当量弯矩最大处在平均分度圆处， 见图轴

26、径校核： 安全轴设计计算一计算齿轮受的力：轴传递的转矩： T2齿轮上的圆周力： 齿轮上的径向力：轴向力：T=61929NmmT2=118903Nmm计算与说明结果二对轴进行结构设计：确定轴的直径：选45钢经调质处理作轴。， （2P25表2-7），查3表16.2，选许用扭转切应力 系数：C=118106 =27.5424.74mm考虑到轴的震动较大，我们取结构尺寸详见零件图。三计算支承反力：水平面反力： 垂直面反力： 水平面受力图： 见图垂直面受力图： 见图画轴弯矩图：水平面弯矩图： 见图垂直面弯矩图： 见图合成弯矩图： 合成弯矩 见图画轴转矩图：轴受转矩： T=T2转矩图： 见图许用应力许用应

27、力值，用插入法由3表16.3查得T=118903Nmm计算与说明结果 应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩 见图当量弯矩最大处在平均分度圆处， 见图轴径校核： 安全刀辊轴设计计算一 结构设计及选择材料：由于不同的土壤对刀片的阻力不同，含水量不同的土壤对刀片的阻力也不同，以及地表形状，刀刃的锋利程度的不同等很多原因对刀片的阻力都有影响。所以我们无法得到准确的刀片阻力。根据我们的实践，我们选择刀辊轴轴径为d=45mm，选45钢经调质处理，是完全符合我们的工作要求的。刀辊轴具体结构，详见零件图。d=45mm计算与说明结果键的选择和校核一轴上键的选择和校核：1 确定平键的类型和尺寸采用普通圆头平键，查4

28、表4-1，由d=40mm可知键的剖面尺寸为： 参照轮毂长度 取键长为L键的标记：键2 校核强度：属静联接，校核挤压强度，由3P125式7.1可知校核公式： 式中：键联接所传递的转矩： 键的工作长度： 键的高度h轴的直径d许用挤压应力，由3P126表7.1， 强度满足要求3 决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 键与毂：12Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.3 （均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。二轴上键的选择与校核：1确定平键的类型和尺寸采用普通圆头平键，查4表4-1，由d=40mm可

29、知键的剖面尺寸为： 参照锥齿轮长度 取键长为计算与说明结果键的标记：键参照链轮轮毂长度： 取键长为键的标记为：键2 校核强度：属静联接，校核挤压强度，由3P125式7.1可知校核公式： 式中：键联接所传递的转矩： 键的工作长度： 键的高度h轴的直径d许用挤压应力，由3P126表7.1， 强度满足要求3 决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 键与毂：12Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.3 （均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。三刀滚轴上键的选择与校核：1确定平键的类型和尺寸采用普通圆头平

30、键，查4表4-1，由d=40mm可知键的剖面尺寸为： 由 可知键的剖面尺寸为参照链轮轮毂长度 取键长为键的标记：键参照卡盘长度： 再考虑到行矩调节范围0100mm取键长为计算与说明结果键的标记为：键2校核强度：属静联接，校核挤压强度，由3P125式7.1可知校核公式： 式中：键联接所传递的转矩： 键的工作长度： 键的高度：轴的直径：许用挤压应力，由3P126表7.1， 强度满足要求4 决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 14N9/h9 键与毂：12Js/h9 14Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.3

31、（均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。 （见8P120）刀盘及刀片设计刀盘的设计,请详看零件图.1. 刀片设计:本设计采用形似单翼铲(详见零件图).有翼张角,对草根进行滑切,这时切割省力,杂草又不容易缠挂在刀片上.设计计算: 刀片在刀盘上旋转入土切草,它所受到的切向力为P,于是N=Psin草根沿刃口方向的力为T=Pcos.设草根与刀刃的摩檫角为,则阻止草根滑切的摩擦力为:F=Ntg要使草根能沿刀刃滑切,则必须 TF即:PcosPsintg亦即: ctgPsintg故: 900-根据试验,草根与刀刃的摩擦角为450左右,为了保证刃口具有较好的滑切性能,所以刀片翼张角,通常取在30

32、0350之间. 角偏小,容易使草根轻易滑走,偏大则又增加阻力. 1(上)P298.在这取: =350刀片横断面的角度参数:刀刃我们采用上磨刃.这样工作时,刀片容易入土.刃倾角有碎土作用, 越大则碎土作用越强,但角过大则会将耕松的土壤翻混而容易丧失水分,并使土壤侧移量大,还会增大阻力.我们取=150刃角i是刀刃的磨角,此角越小,切断力越强.但刃角太小,刃口太薄,容易磨钝,且强度差,易残缺. i角一般200-250隙角是刀刃的切土隙角, 角太小,入土性能差,特别是在刃口磨钝后,不易入土. 角一般70100.我们取=100切土角0是刃口刃面与水平基面的夹角,是刃角i与隙角的二者之和,即: 0=I+=

33、300材料选择:考虑到刀片的磨损严重,我们采用T8钢,进行淬火处理. 见2,P58加工,装配要求:(1) 刀片有左右之分.(2) 刃口是上磨刃.使用说明书为了帮助广大农民用户正确使用这种新型的麦田除草机，特编制了如下使用说明书。请农民用户务必在使用前认真阅读此使用说明书。一 新购机器的安装，试运转：1 用户购买本机后，若发现有缺少的零部件，或者部分零部件有缺陷，请用户及时与当地销售处或者直接与厂方联系。2 本产品是对应8.811kw动力的小四轮拖拉机而设计的，是小型作业机械。用相应的小四轮拖拉机带动即可。3 若在有畦的田地作业，根据畦的宽度来调节两个仿行轮之间的宽度。根据麦田苗间行距的大小来调节装刀盘的间距。4 注意：安装齿轮轴时，要从齿轮葙