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1、机械电气工程学院本科毕业设计说明书题目：棉桃收获与棉秆还田联合作业机采摘输送系统设计研究院 （系）： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 摘 要新疆地区是中国最重要的棉花生产基地，据统计，2013年新疆棉花总产量为340万吨，已超过全国棉产量的50%，居全国第一。但是，由于新疆光热资源不稳定及棉花个体特性差异，部分棉桃不吐絮，据调查，棉花收获后，平均每株棉花上留有棉桃0.8个，若将其全部收获，经济效益十分可观。但是，随着棉花种植面积的不断增加，劳动力严重不足，霜后的棉桃大多放弃不收，损失很大。如果我们利用棉桃收获机械将半开或未开的棉桃采摘下来，就可以节约劳动力、降低成本从而减
2、少大部分的经济损失。目前，国外并没有专门的棉桃收获机械，而我国对于棉桃收获机的研究还不够成熟，所以还没有大量投入生产的棉桃收获机。因此，研制出一种工作可靠、采净率高、效率高的棉桃收获机对于提高新疆棉花的产量具有重大的意义和作用。本设计通过分析计算确定了采摘滚筒的直径和滚筒一周安装弹齿的排数，还对弹齿的尺寸和外形进行了设计，最后采用刮板式输送带进行输送。结构合理而紧凑，通过有效模仿人工采摘的动作，能快速高效的采摘棉桃，因此极大的提高了工作效率，降低了工作强度。关键词：棉桃收获；采摘装置；输送AbstractXinjiang is the most important production bas
3、e for cotton in China, according to statistics, Xinjiangs cotton production was 3.4 million tons,more than 50% of the national cotton production and ranking first in the country in 2013. However, due to the instability in the light and heat resources in Xinjiang and thedifferentces of cotton individ
4、ual characteristics,some of the cotton bolls cannot open. According to the survey, it leaves 0.8 cotton bolls per plant on average the cotto after n harvest. If all of cotton bolls were harvested, the economic benefits are substantial. However, with the continuous increase in cotton acreage and a se
5、rious shortage of labor,most of the frost cotton bolls are not harvested and the loss is great.If we use the cotton boll harvester picked the half-open bolls and the not open bolls,we will save labor and reduce costs and thus reduce most of the economiclosses. At present,there is nocotton bollsharve
6、s ting machineryspecialized,and our research oncotton bollsharvesteris not mature enough, sonocotton bolls harvestermass production.Therefore,to develop awork reliable,high pic king rate,high efficiencyofcotton bollsharvesting machine has great significanceand effec -ts for improving the boll cotton
7、 production in Xinjiang . Thedesign determines thepickingrollerdiameter anddrumweekinstalled spring toothrowsby analysis and calculation,the size and shape ofthespring toothis designed,finally theconveyer beltfor conveying. Reasonable and compact structureby effectivelyimitate artificialpicking thea
8、ction,can picking cotton quickly andeffci-ently thus greatly improves the work efficiency,reduce the intensity of work. Keywords: cotton harvest; pick device; transportation目 录摘要Abstract目录1绪论11.1本课题研究的目的意义1 1.2国内外研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状21.3 本课题的研究内容32 棉花物理特性的研究42.1 棉株的特性42.2 棉花栽培及农艺52.3 收获棉桃力
9、的测定62.4 本章小结73 棉桃采摘原理分析与采摘装置的设计研究83.1设计思路83.1.1 设计方案的选择83.1.2设计方案的确定103.1.3设计方案流程图13.2采摘装置的结构设计及工作原理11 3.3关键结构及部件的设计研究11 3.3.1滚筒中间轴的设计14 3.3.2 轴的校核153.4弹齿163.4.1工作原理173.5本章小结184 输送部分的设计194.1输送原理194.2 V带及带轮的设计194.3 轴承的设计224.3.1中间轴的轴承设计224.3.2滚筒中间轴的轴承设计234.4轴承的校核234.5 轴承座的选择设计254.6 连接零件的选择和计算254.6.1螺纹
10、连接254.6.2键的连接265 结论276 参考文献287 心得体会308 致谢311 绪论1.1 本课题研究的目的意义新疆地区是中国最主要的产棉地区之一，据统计，2013年新疆棉花种植总面积2538万亩，总产量为340万吨，其棉花总产量已超过全国棉产量的50%，居全国第一。但在棉花增产丰收的背后，棉桃的废弃状况也带来了巨大的损失。 由于新疆光热资源不稳定及棉花个体特性差异，部分棉桃不吐絮，据调查，棉花收获后，平均每株棉花上留有棉桃0.8个，若将其全部收获，每亩地大约可以收获7公斤皮棉，那么2013年损失了约177660吨皮棉，以每吨18000元来算，损失约31.98亿元。因此，利用机械采摘
11、半开或未开的棉桃是减少损失与提高单产的有力措施，同时还可起到节约劳力、降低成本的双重作用。据调查分析，在我国棉桃收获机的推广应用前景十分广阔，尤其对于提高棉花产量、增加农民收入和促进农村经济的发展具有极其重大的意义。同时新疆棉区属荒漠绿洲灌溉农业区，在传统有机肥源不足、发展绿肥又受水制约、农田养分主要靠化肥补充的情况下，棉秆还田能降低耕层土壤容重、硬度， 提高土壤通气透水性能，改善作物生长的土壤环境，改善土壤结构，提高土壤有机质含量，从而提高土地生产力实现农业的可持续发展。因此，研制出棉桃收获与棉秆还田联合作业机利用机器采摘棉桃是增产增收的有力措施，同时棉杆还田可以提高土壤肥力，减少化肥的使用
12、，减少环境污染。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状据现有资料分析，第一个摘棉桃机专利约出现于1871年，第一台摘棉桃机大概在1914年出现在美国德克萨斯州西北部，这种机器的工作部件是梳齿，梳齿是铁丝做成，机器通过棉行时由梳齿把棉桃摘下，但采下的棉桃含铃壳、果枝、叶片等杂质很多，所以没能推广使用。1926年出现了梳指式及沟槽式的摘棉桃机具，1930年摘棉桃机投入生产。1943年，产生了双行拖拉机悬挂的摘棉桃机，这种摘棉桃机的采摘部件摘棍式的。1943年以后的摘棉桃机大部分都是悬装在拖拉机上的，其摘棉桃部件有摘辊式和梳指式的。总的来看，这种机器结构较简单，收获成本较低，但是不能分次采棉，采
13、摘后的籽棉含有大量的铃壳、断果枝、碎叶片等大小杂质，造成籽棉等级降低。接下来的十余年，摘棉桃机在原理上没有什么变化，只是在机器上采用了液压和自动控制等新技术。在摘棉桃机各种原理中，摘棍式发展比较快，尤其是毛刷摘棍出现以后，梳指式摘棉桃机逐渐淘汰，但是直到1973年迪尔公司还保留了一种牵引式梳指式摘棉桃机。另外，窄行密植栽培制度在美国得到了普遍重视和推广，棉花行距15cm一30cm，密度3一5万株，为适应窄行密植，梳指式摘棉桃机又得到发展。迪尔公司和阿利斯一查默斯公司的摘棉机，都可以装窄行摘棉桃附件，如，760XTB型摘棉桃机改装的窄行摘棉桃机，迪尔一99型水平摘锭采棉机改装的窄行摘棉桃机。目前
14、，国外有两种棉花收获机械机选收式和统收式1。选收式机有选择地用带刺的锥形棒从吐絮的棉铃中将棉纤维采下来。一块棉田可以针对不同层次的棉铃分几次采摘。统收式采棉机无选择性，它一次性地将吐絮的棉铃与未吐絮的、破裂的棉铃以及浆果等杂质一起收走。选收式采棉机的采棉效率能达到95%，但通常人们认为只能达到85%至90%。统收式采棉机结构简单效率高，能够将棉田中99%的棉花采摘上来。有些采棉机配备了田间清理或分离设备，类似于轧花厂里枝杆去除机等的预清理机器。这些设备可以去除60%到70%的杂质，减轻轧花厂的负担。1.2.2国内研究现状1994年-1995年，新疆农垦科学院农机所课题组对1990年引进的原苏联
15、CKO- 2142棉桃收获机(如下图所示)进行了改进设计，对关键部件进行了可行性试验。图 1-CKO- 214棉桃收获机的构造1-机架 2-棱形摘辊 3-纵向螺旋输送器4-横向螺旋输送器 5-刮板式升运器 6-地轮 7-集棉箱2000年，石河子大学机械电气工程系及新疆兵团农八师农机局，石河子柴油机厂对摘辊式摘棉桃机3进行了研制，并造出了样机4ZT-8型摘辊式摘棉桃机4。本机共有4组摘桃装置(一次可收获8行),每组摘桃装置包含2对摘辊及相应的纵向推运器,每对摘辊对应单行棉株。采取两摘辊倾斜非对称配置,解决了原机型结构无法适应小行距(30cm)的问题。该设计不仅充分利用了空间,使结构更为紧凑,且更
16、利于棉桃向纵向推运器滚动,有效降低落铃率。2003年，新疆石河子农机咨询服务中心和石河子柴油机厂联合研制出了4ZJ-8型摘棉桃机，填补了我国棉花收获机械的一项空白,技术性能达到国际先进水平。摘棉桃机可与40.4kw以上轮式拖拉机配套,每次可采摘8行,每天可节省劳力200个,比人工收获提高工效50倍5。2008年，针对新疆棉花生产的特点，塔里木大学农业工程学院王旭峰，梁建龙，张宏等完成了对MT一1800型棉桃收获机6设计，该收获机主要由底盘、地轮总成、摘桃器、刮板式运输器、集桃箱和传动部分等组成。该机由普通小型四轮车牵引，地轮通过链传动带动刮板式运输器工作，由摘桃机构摘收棉桃。试验表明，机具结构
17、简单、使用方便，能满足棉桃收获的农艺要求。2013年石河子大学机械电气工程学院制造出了棉桃收获与棉秆还田联合作业机的样机，可以同时解决棉桃浪费和棉杆还田的问题。1.3本课题的研究内容1. 新疆棉花种植、收获方式、棉桃收获机械的调研与分析，果实类作物收获装置的调研与分析；2棉桃收获机采摘输送系统的研究和分析并选择确定合理的设计方案；3.棉桃收获机采摘装置总体设计，前输送装置总体设计；辅助装置设计研究；4.棉桃收获机采摘部分、前输送装置零部件设计以及三维造型设计；5.棉桃收获机采摘输送系统及主要零部件的设计分析、选择计算，说明书撰写。2 棉花物理特性的研究 2.1棉株特性棉花的尺寸及其各部分的位置
18、对设计棉花收获机具有重大的意义。1、棉株密度棉株的密度决定于行距、穴距和每穴的株数。现在新疆由于棉花采用机械化点播,每穴一般都是1-2株,因此,棉株的密度主要决定于行距和穴距。依据新疆目前几种主要机型的要求,棉花行距一般米用66+lOcm或68+8cm的种植方式,一般以66+lOcm最为常见,平均行距38cm。株距一般在8.5-10.5cm之间,若株距为9cm,则每亩理论株数19490株7。2、 棉杆高度棉杆高度是指由地面到棉株顶部的距离。棉杆直径是指子叶节以上5cm处杆部的直径。棉杆高度控制在65-90cm之间,新疆的北疆地区一般控制在60-75cm,南疆地区一般控制在70-100cm,棉杆
19、基部直径在8-13mm。3、棉株紧凑度棉株节间长度不同,果枝和棉桃的夹角差异决定了棉铃的紧凑程度,一般棉铃离地最低位置约11-16cm。棉铃位置越低的品种,其成熟越快,产量越高。但是棉铃位置低不利于机械化采收。最适宜机械化采收的棉株的棉铃最低高度不低于15cm8。4、棉铃的直径与棉铃纵轴垂直的断面最大直径,称作棉铃直径。因为这个断面并非真正圆形,所以采取两个相互垂直方向的平均值,作为棉铃的直径。不同棉花品种,棉铃直径各不相同，常见的适宜机米棉棉铃直径有,棉铃未开:25-35mm,棉铃半开35-45mm;棉铃全开 60-80mm9。5、棉花湿度10棉花湿度影响各部分的物理机械特性,从而也影响到机
20、器的工艺过程。在确定棉株的湿度时,将其置于干燥箱内,在105摄氏度下烘干至重量不在变化为止,测出棉株各部分的湿度。在气候比较稳定的情况下,棉株的生长时间是影响棉株湿度的重要因素。湿度的变化可由下式确定: 式中:W湿度(%);w一最初湿度(%);t一时间(昼夜);1/k:比例常数,其值见表2-1： 表2-1比例常数1/k 叶 果枝 花柄 棉桃 茎节霜前 0.003 0.003-0.004 0.003 0.004-0.005霜后 4.355 3.363-3.753 3.017 1.471 6、棉株与土壤的连结力10 采收棉花时从下而上地梳刷棉莲,或者与垂直线呈一斜角梳刷,因此,设计时,需要知道棉株
21、从土中拔出的力和果枝从茎上折断、棉桃从果枝上折断的力的对比。 棉茎与土壤的连结力由破坏根系的力和土壤变形的力组成,因此拔棉杆的力可由下式算出： 式中=常数,F为子叶节以上莲秆横断面面积，；n为次拔出棉秸秆数；C为变形力，kg。2.2棉花栽培及农艺机采棉农艺技术应在贯彻“矮、密、旱”技术路线的前提下,以有利于机械采摘和实现早熟、高产、优质为目标,将各生产环节技术组装配套。1.棉花栽培模式及对播种机械的要求 机釆棉栽培模式是制约机采棉技术复杂又非常重要的因素之一。棉花栽培技术不仅要保证棉花丰产,而且应适应棉花收获机械化的作业要求。机采棉种植行距是采棉机能否下地采收最直接的因素。美国当前主要的棉花行
22、距为96cm(38英寸)、102cm(40英寸)、窄行距为76cm(30英寸)。新疆棉区广为推广的传统“矮、密、早” 30cm+60cm植棉模式,经过试验表明,其采收率低,成本高,撞落损失大。而适应机械采收的66cm+10cm行距配置具有通风透光、植株密度高等优点。因此,目前新疆棉花常采用68cm+8cm和66cm+10cm宽窄行机采棉高产种植模式。根据采棉机的不同型号确定采用不同的播种机。6行机采用3膜12行播种机,5行机采用2膜10行或5膜20行播种机。播种机行距采用66cm+10cm等行距配置,使用125cm地膜,以保证边行采光面。安装使用15穴点播器,株距9crn,理论每亩为19502
23、株。播种机安装滴灌带铺设装置,实现铺膜、播种、铺设滴灌带一次完成。 2.棉花品种的确定 适宜机采的棉花品种要求早熟、株型紧凑、吐絮集中、抗倒伏、抗风性能好,第1果枝结铃部位距地面18 cm以上,株高在75-85cm,棉花纤维要长,能经受清理机械的冲击。抓好种子加工质量,做好种子的精选和粒选工作,确保种子净度达到99%以上,发芽率在90%以上,含水量不得高于11%。目前尚未有完全适宜机采的棉花品种,而一个新品种的培育需要有一定的周期,因此,在选择棉花品种时,除一般所要求的技术条件外,应尽量考虑较符合机采及清理加工的技术条件的棉花品种,以达到较好地采收及清理加工的效果。兵团几年的机采棉生产实践表明
24、,北疆棉区推广的品种“新陆早八号”、抗病品种“新陆早十号”、新品系石选87、150-1、垦0074等表现出较好的适应机采特性。 随着国家种子工程的实施,新疆的棉花种子繁育、加工数量和质量有了大幅提高,产业化模式已初具规模,机采棉面积大的植棉区,可搭配不同成熟期的机采棉品种,以提高棉花收获机械的利用率。2.3收获棉桃力的测定果枝和棉茎、棉桃和果枝的连结力主要决定于时间(棉株年龄)。分析果枝破坏资料时考虑到棉株的脆性,此时机收棉花时棉株破坏增加,棉桃损失增大。查阅资料可知,果枝与棉桃之间连结力的经验式如下10-12： 式中:P常数,单位为；和棉基和果枝直径,单位为cm。p值见表2-3： 表2-3
25、p值 项目 霜前(kg/mm2） 霜后（kg/mm2） 平均值 0.173 0.21 变动范围 0.10-0.24 0.12-0.29果枝与棉桃果柄之间连结力的经验公式： 式中常数，单位为kg/mm2；d柄和d枝果柄和果枝的直径，单位为cm；常数见表2-4。 表2-4 p值 项目 霜前(kg/mm2） 霜后（kg/mm2） 平均值 0.57 0.67 变动范围 0.32-0.70 0.42-0.92 注：p用最小二乘法求出，参考数据摘取一颗未开棉铃的力20-100N。2.4本章小结 本章简要介绍了机采棉棉株的特性以及棉花栽培技术要求等方面的相关知识,为梳齿型采棉机组合式采棉部件的进一步研究奠定
26、了植物学和农艺学基础。同时进行了采收棉桃力的测定试验,为验证经验公式的准确性和梳齿结构的有限元分析提供理论参数。3 棉桃采摘原理分析与采摘装置的设计研究3.1设计思路3.1.1设计方案的选择目前，国外采摘装置主要分为以下几种：螺旋杆式、带状梳齿型、滚筒弹齿型13-15 。(1) 螺旋杆式采摘装置当棉桃收获机械沿着棉桃垄行前进工作时，棉桃茎秧进入螺旋杆式采摘装置，转动的螺旋杆对棉桃茎秧进行持续敲打，螺旋杆将果实从茎秆上打落，实现果实与茎秆的分离。螺旋杆式采摘装置又分为倾斜式和垂直式。如图2-1所示为倾斜式，图2-2所示为垂直式展开螺旋线型。图3-1垂直式展开螺旋线型采摘装置 图3-2倾斜展开螺旋
27、线型采摘装置图(2)带状梳齿型采摘装置当棉桃茎秧进入两采摘带之间时，采摘带上的弹指插入棉桃茎秧，采摘带带动弹指从下往上运动，强制性的将棉桃果实从茎秆上捋下来，果实随着采摘带往上运动，并在惯性的作用下被抛至采摘带上方，由采摘带前方的风机将棉桃果实吹至采摘带后方的输送带，或者抛离至两边的输送器上被运走，实现棉桃果实的采摘目的。如图2-3所示： 图3-3带状梳齿式采摘装置 (3)螺旋滚筒式采摘装置 这是一种比较早的采摘装置，在工作过程中如图所示，沿前进方向上螺旋卷筒旋转，把棉桃茎秧夹持在螺旋线内，在高速下旋转，把棉桃采摘。但有一个问题就是棉桃的损伤率比较高。 图3-4螺旋滚筒式采摘装置 3.1.2设
28、计方案的确定通过对国内外现有的线棉桃收获机采摘装置的分析研究，结合新疆线棉桃品种和栽培模式，对采摘线棉桃收获机的核心部分进行分析，设计两种采摘装置方案：第一种方案(见图2-5)。采摘装置采用带状梳齿式，带状梳齿式采摘装置上装有间隙排列的弹性梳齿采摘带，梳齿作业时由下至上的回转运动将棉桃果实从茎杆上强制采摘，实现棉桃与茎杆的脱离，棉桃果实随梳齿向上运动，在惯性力的作用下被抛送至采摘带的上方，然后由风机吹送至输送带上。采摘带上梳齿的间隙选择及形状等设计对棉桃与茎杆的脱离有很大的影响。此外，就是该采摘装置必须要对行采收，才能达到较好的采收效果。 图3-5 图3-6第二种方案(见图3-6)。采摘装置采
29、用弹齿滚筒式，采摘滚筒上装有螺旋线排列的弹齿，采摘滚筒带动弹齿做回转运动，将棉桃果实从茎杆上脱离下来，棉桃果实随滚筒转动而被后抛至输送带上。弹齿排列间隙依据棉桃果实的物料特性而定。 对以上两种设计方案比较，带状梳齿式采摘装置主要采用采用链条带动弹齿运动，对于该装置的传动设计较为麻烦，同时作业条件要求较高，必须对行采收，不易操作。而弹齿滚筒式采摘装置除在安装方面较为容易，传动设计也较为简单，最重要的是可以实现不对行采摘，对棉桃种植的要求不高，采摘灵活性大，同时也大大降低收获机的操作难度。依据制造简单，操作方便等实际情况，选择第二种方案。 3.1.3设计方案流程图棉桃收获与棉秆还田联合作业机采摘输
30、送系统采摘装置的设计前输送装置的设计 螺杆式采摘头带状梳齿式采摘头螺旋滚筒式采摘头刮板式输送带皮带式输送带链条式输送带滚筒式采摘头刮板式输送带滚筒弹齿式采摘头 3.2采摘装置的结构设计及工作原理 1.采摘装置的结构设计棉桃采摘与棉秆还田联合作业机的采摘输送系统的结构包括采摘滚筒、机架、压禾轮、仿形轮、侧板、护板、输送带等组成，如图2-1所示： 图3-7采摘装置1. 护板 2.侧板 3.压禾轮 4.采摘滚筒 5.仿形轮 6.横输送带 7.机架 8.过桥 2.工作原理采摘装置在机械的推动下前进，采摘滚筒随着机器前进的过程中，一方面向机器的前进方向运动，另一方面在驱动带轮作用下转动，工作时，压禾轮把
31、棉秆压倒并喂入采摘滚筒，这时固定在滚筒上的弹齿从下向上把棉桃从棉秆上捋下来，随滚筒的旋转向后抛送至横输送带上，在横输送带的输送下进入纵向输送带并将棉桃向后输送，此时完成整个棉桃的采摘过程。 3.3关键结构及部件设计研究3.3.1采摘滚筒设计研究滚筒采摘器包括中间轴、弹齿、左法兰盘、中间法兰盘、右法兰盘和管轴；在左法兰盘、中间法兰盘和右法兰盘的中部分别有安装孔，左法兰盘、中间法兰盘和右法兰盘分别通过安装孔固定安装在中间轴的左端、中间和右端上。管轴应均匀分布并且数量不少于两个，管轴的左端、中间和右端分别与左法兰盘、中间法兰盘、右法兰盘固定安装在一起；在管轴轴向上至少固定安装一个弹齿，弹齿根部有安装
32、环，弹齿通过安装环固定安装在管轴上。采摘滚筒如图3-8和图3-9所示： 滚筒的作用：滚筒用来安装固定弹齿，在v带的传动下，旋转带动弹齿作回转运动采摘棉桃，同时在离心力的作用下向后抛送棉桃，把棉桃送至输送带上。滚筒参数主要由滚筒的旋转线速度、机组前进速度，以及滚筒上弹齿距离地面的高度和棉桃植株挂果的最低高度等来确定参数组成。依据新疆线棉桃的种植模式，农艺与机械结合原理，对采摘幅宽的设计应满足和适应农户的种植要求。 图3-8采摘滚筒17-中间轴，18-管轴，19-中间法兰盘，20-右法兰盘，21-弹齿，22-左法兰盘20-右法兰盘，21-弹齿，22-左法兰盘 图3-9采摘滚筒三维图通过资料查询可以
33、得到，对滚筒直径的设计应结合以下因素：旋转中心到弹齿末端的距离及滚筒的旋转速度。根据线速度计算公式可得到弹齿末端的线速度： (3-1)式中：n1采摘滚筒的转速(N/min)；d1为采摘滚筒的直径含弹齿长度(m)。根据式子(3-2)可以计算滚筒的半径R： (3-2)式中：作物高度；最低挂果高度至顶端距离；作物挂果的幅差。式中为最低挂果高度至顶端的区域。通过以上的运动分析，很明显当运动参数和结构参数R一定时，收获不同的作物时，采摘滚筒的高度应作相应的调整。 (3-3)结合棉桃的基本生理特性测得的数据，代入式子(3-16)中可得到滚筒的半径为250mm。滚筒圆周上布局的弹齿能否完全采摘棉桃，应该在圆
34、周上布局多少排弹齿。根据弹齿端点M点的位移，设定一个采摘区域，如下图所示： 图3-10弹齿端点M1-M5的运动轨迹 上面给出滚筒中心到弹齿顶端的半径为420mm,单株棉花的自然高度为750mm,最低挂果高度(即为果柄与茎杆的连接处)的平均值为135mm，设定弹齿端点距离地面的最低高度为110mm,则弹齿端点的最高点距离为950mm.棉桃的株距为100mm,因此，单株棉桃的区域为100X780mm的矩形区域(图3-10所示)。从图3-10中可以看到，当弹齿采摘棉桃时，弹齿M1离开abcd采摘区域时，后面的弹齿M2-M4依次经过采摘区域，当最后一个弹齿M5采摘当前棉桃植株的最低挂果高度后也离开采摘
35、区域，此时该区域的棉桃完全采摘完。此时设定采摘装置前进的距离为一棵棉花的平均株距S1=100mm,机组前进的速度不变，可以得到采摘一个株距的时间即：t= S1/v。假设滚筒的转速不同，则转过的角度，因此，滚筒圆周上所应有的弹齿数可按下式计算： (3-4)式中：N滚筒上圆周上弹齿数；n采摘单株棉桃所用的弹齿；采摘单株棉桃所转过的弧度；T滚筒旋转一周的时间；t机组前进的时间。根据式(3-17)，把机组的速度和滚筒的转速代入，可以求得滚筒圆周上排列的弹齿数。 本采摘装置设计的机组速度为3.6Km/h,所以选择了滚筒弹齿的排列数为14排。 3.3.1滚筒中间轴的设计滚筒轴主要受扭转力作用，按扭转强度条
36、件计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估计轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为16:式中：-扭转应力,;T-轴所受的扭矩，N.Mm;-轴的抗扭截面系数,;n-轴的转速，r/min;P-轴传递的功率，kw;d-计算截面处轴的直径，mm;-许用扭转切应力，。经查表得，选择轴的材料为45钢,为,由上式可得轴的直径,式中，查表15-3，45钢的。滚筒轴的功率，转速n=215r/min，则用同种方法可求的滚筒驱动轴的直径，最终选择驱动轴的直径为25mm。 3.3.2
37、轴的校核 已知皮带轮的预紧力，有效拉力，皮带轮的分度圆直径代入上式得紧边拉力：松边拉力：扭矩为弯矩的计算按第三强度理论进行强度校核，得由选定轴的材料为45钢，调质处理，得，因此故安全按第三强度理论进行强度校核，得由选定轴的材料为45钢，调质处理，得，因此故安全。 3.4 弹齿弹齿（如图3-11所示）采用不锈钢制成，直径为6mm，端部有162倾角，具有采摘，抛送，防止采摘物脱落的特点，适宜于棉桃等作物的采收。在采摘棉桃时，弹齿能够抓住棉桃防止其向前滑落造成落地损失，但是倾角角度太大时宜造成棉桃滑落，角度太小时，在经过输送带上方时不能被及时甩出，形成落地损失或缠绕在弹齿上造成堵塞，根据资料可得16
38、2倾角比较合理。弹齿结构如图2-5所示弹齿基体为奥氏体，与其它不锈钢相比，具有高的耐蚀性，低温及高温下均有较高的塑性和韧性，及较好的冷作成型性17。 图3-11弹齿三维图3.4.1工作原理采摘滚筒是采摘装置的主要工作部件，对弹齿采摘棉桃的过程分析，更进一步认识采摘装置。弹齿滚筒采摘辣椒主要有三个过程18：（1）上挑采摘棉桃过程，如图 2-6所示，上挑采摘棉桃的过程就是弹齿顺时针方向从 a点运动到 b点，把棉桃和部分枝叶从植株上摘下的过程，同时将摘下的物料加速至弹齿的运动速度。该过程直接影响摘净率，如果弹齿旋转速度过慢，则割台的喂入量增加，容易造成割台的堵塞；如果弹齿旋转速度过快，可能损伤棉桃，
39、影响棉花质量。b1234cad 图3-12上挑采摘棉桃过程1- 棉桃植株 2-弹齿 3-滚筒 4-输送带（2）携带旋转过程。如图3-12所示 ，携带旋转过程就是弹齿携带棉桃从 b 点运动到c点的过程。该过程是一个输送过程，将棉桃的运动方向由向前运动转变为向后下运动，为棉桃的抛送做准备。摘下棉桃在弹齿的带动下做圆周运动，由于弹齿表面光滑，棉桃向弹齿末端运动，由于弹齿末端具有一定的角度，再加上棉桃和枝叶的缠绕作用延缓了棉桃的离心运动，只要弹齿旋转速度足够快，摘下的棉桃就可顺利通过携带过程而不会脱离弹齿19。（3）抛送棉桃过程。如图 2-6所示，抛送棉桃的过程即弹齿从c点运动到d点的过程,该过程决定
40、了摘下的棉桃能否及时脱离弹齿，由于棉桃此时在做离心运动，受离心力作用，再加上自身重力，棉桃的离心力增加，此时棉桃的线速度越大越容易脱离弹齿20。如果弹齿运动速度过慢，棉桃初速度过低，则不能脱离弹齿，当运动到滚筒最低端时脱落造成落地损失，若仍缠绕在弹齿上，则造成堵塞，影响下一次采摘。4 输送部分的设计4.1输送原理本设计中输送部分主要分为纵向输送和横向输送。1.纵向输送是由发动机的动力带动纵输送主动轴转动，从而通过输送带带动纵输送从动轴的转动并将将棉桃向后输送。2.横向输送是由纵输送主动轴带动两个锥齿轮转动并改变转动方向，再通过万向联轴器与横输送主动轴相连接从而改变输送方向，最后由横输送主动轴通
41、过输送带带动横输送从动轴的转动，将棉桃向中间集中，最后两边的横输送装置输送的棉桃都通过纵向输送带向后输送。传动图如图4-1所示： 图4-1 采摘输送系统传动图4.2 V带及带轮的设计根据棉桃收获机的传动要求，可选取采摘装置中间轴和驱动轴之间用带传动方式传动21。因为在收获机的工作过程中，传动带是一个挠性件，它具有弹性、能缓和冲击、吸收震动，可以使棉桃收获机达到工作平稳，噪音小的效果。在传动过程中带与带轮之间靠摩擦传动，因此有时可能导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响棉桃收获机的正常工作并且能够起到过载保护的作用。带及带轮的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以中间轴与滚筒
42、驱动轴之间选用带与带轮的传动。带和带轮的选择需要考虑它的传动参数。来确定带的类型、型号、长度和根数和带轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等），传动中心距（安装尺寸），带轮作用在轴上的压力。按照工作原理的不同传动带类型可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面积形状的不同，还可细分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动。一般农用机械常用V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，传动时，V带的两个侧面和轮毂接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带窗洞允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已经标准化，所以使其得到了广泛的应用。因此本次设计采用V带传动。以下主
43、要针对采摘装置的要求计算其V带。（1） 确定计算功率计算功率是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的，根据所查资料可得发动机的功率为80kw，转速为2200r/min，再根据各部分传动比可以计算出到传递的功率P=4.1kw,再由机械设计表8-7查得工作情况系数，故=1.14.1=4.51（kw）（2）选择V带的带型根据计算功率和小带轮转速，小带轮转速=197r/min,经查表，初选V带带型为B型。（3）确定带轮的基准直径并验算带速v1）初选小带轮的基准直径根据V带的带型，经查表，小带轮的基准直径=200mm.2）验算带速v根据公式=5.65(m/s)因为5m/sv30m/s,故带速合适。3）计算大带轮的基准直径由=i=1.5200=300mm（4）确定中心距a，并选择V带的基准长度1)根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，结合公式0.7（+）2（+），初定中心距为600mm
