小型拔梗机的研究机设计毕业设计-.doc

《小型拔梗机的研究机设计毕业设计-.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型拔梗机的研究机设计毕业设计-.doc（43页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、小型拔梗机的研究机设计【摘 要】本文针对农作物的茎秆采用机械化收获进行了一定的研究，并研制出了一种小型农作物拔梗机。设计的这种拔梗机在满足普通拔梗机的功能的基础上还做了一些改进，设计一种拔梗更快更干净、更加小型轻便，成本低，且效率更高，性能更好的拔梗机，广泛适用于中小型田间作业。阐述了小型农作物拔梗机的工艺流程、结构特点。根据设计要求，确定了基本参数及主要技术性能指标。对小型农作物拔梗机所需功率进行分析确定，通过实验分析得出了结论。改进后的拔梗机能一次完成农作物茎秆的破土、夹持、拔出、提升、输送和成堆集放，工序集中，生产效率高，结构简单、制造、安装、操作方便、使用维护简便，功能齐全，适应性强，

2、故障少，使用寿命长，能一机多用。【关键词】：小型内燃机；拔梗机；作物茎秆；实验分析Machine of small pulling machine design stemAbstract This paper adopted the stalks mechanized harvesting crops made certain research, and developed a small crops pull infarction machine. Design of the machine to satisfy common pulled infarction pulled the fun

3、ction of stems machine based on made some improvements, design a kind of pull more clean, more faster infarction small and portable, low cost, and more efficient, pluck infarction better performance, extensively suitable for small and medium-sized machine field operations. Expounds the small crops p

4、ull infarction machine process, structural features. According to the design requirements, determine the basic parameters and main technical performance indicators. Pull out of small crops needed power stems machine, through analysis to identify the conclusion experimental analysis.The improved pull

5、 infarction function once completed crop stalks break, clamping, uproot, upgrade, transmission and piles set to put, process focused, efficient production, simple structure, manufacture, installation, convenient operation, use convenient maintenance, the function is all ready, adaptable, low malfunc

6、tion, service life is long, can multi-usage.【Keywords】：Small internal combustion engine； Crop stalks；Pulled infarction machine；Experimental analysisII- -小型拔梗机的研究及设计第一章 绪论1.1 课题背景我国是一个农业大国，玉米、棉花的种植面积大，仅我省的玉米、棉花种植面积就达1000万亩以上。近几年来，玉米、棉花的种植面积仍在不断扩大，收获后茎杆留在地间中，农民要采用砍、割、拔的方式进行清除，劳动强度大，作业效率低。而且砍、割后，这些作物兜根

7、仍留在土壤中，影响来年播种。同时夹藏虫卵，增加来年庄稼病虫危害。加之秸秆碳氮比高，不易腐烂。所以秸秆还田常因翻压量过大，土壤水分不适，施不够，翻压质量不好等原因，出现妨碍耕作，影响出苗，烧苗，病虫害增加等现象，有的甚至造成减产。然而这些茎秆的收获却成了农民大伤脑筋的事情。历年来，这些茎秆的收获一直沿用人工拔收，一是农民劳动强度大，二是占用时间长，大都采用一年单熟的耕作方式，为减少农民的劳动强度，缩短作物的收获时间，最大限度地将一年单熟耕作方式改变为一年两熟，提高土地资源的利用率，让农民增加收入。大面积推广应用，作业质量符合农艺要求、工作效率高、使用可靠性强的农作物拔秆机显得非常重要，也说明了该

8、项目推广意义是很深远的。 小型拔梗机主要作业对象是农作物茎杆。即：棉梗、玉米梗、高梁梗等，其功能是将地间农作物茎杆进行除兜根拔茎杆集堆打梱机械化的作业。由于拔梗机不仅能大大降低农民的劳动强度、增加农民的工作效率，而且使得农民的作物增产增收。所以小型拔梗机的研究与设计是目前很有价值和意义的研究课题。 本次设计内容是小型拔梗机，它是由内燃机、行走底盘、机架，他还包括破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、茎秆输送装置、传动箱、升降装置、集物栅。内燃机安装在行走地盘上，破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、传动箱、茎秆输送装置和集物栅依次安装在机架上；机架安装在行走底盘的正前方，用升降装置中的油缸和悬挂杆与行

9、走底盘铰接，利用升降装置中的油缸动作来调节机架与地面的相对位置，达到破土装置的破土深度；破土装置固定在机架的前方下端；茎秆夹持装置安装在机架的上方；拔梗装置安装在传动箱中的传动轴上端；茎秆输送装置安装在机架的上方后部；集物栅的一端用铰接在机架一侧的下端，集物栅的另一端用弹簧挂接在机架上。 图1-1 小型条式拔棉梗机1.2 我国拔梗机的现状和发展前景1.2.1我国拔梗机的现状农民对各种农作物茎秆的收获一直沿用传统的人力拔收方式，不但增加了农民的劳动强度，而且不利于农田腾茬抢种。一个强壮的劳动力一天收不了一亩地农作物茎秆，且满手血泡，腰酸腿疼，苦不堪言。国内虽有几个厂家研制了单一的拔杆机，但都因构

10、造不合理，作业质量差，工作效率低，故障率高、适应性差或作业质量不能满足农艺要求等诸多原因农民不愿接受。一些农民试图用秸秆粉碎还田的方式将其直接粉碎还田，但是有的作物茎秆有着坚实的木质纤维，不易沤制，直接影响下茬作物生长，易导致大面积减产，农友怨声载道。1.2.2我国拔梗机的发展前景：今朝我国农作物拔梗机械处于发展开始的一段时间，拔梗机械化程度较低，发展小型成套机械设备是我国拔梗机械的发展趋势。农作物茎秆作为一种农业生产的副产品，产量大、品类多、漫衍广，同时也是一项重要的有生命的物质资源。占涉及方面计数，我国年产农作物茎秆6亿吨以上，资源领有量居世界榜首。根据预先推测，跟着农业生产技能的不断提高

11、，茎秆总量将呈增加趋势，至2010年达，年产量将到达7.26亿吨。鉴于茎秆的利用价值和经济价值，发展施用成本较低的拔梗机械是今朝我国迫切需要处理和完成的题目。由于国外一些发达国家所生产的茎秆收获机械，多为大型或重型，需要配置的动力大，价格又昂贵，加上受种植模式的制约，且我国是种植农作物的大国，需求量大，使得国外的拔梗机很难在我国推广应用。所以，开发小型化适合农业需求的拔梗机设备是促进我国农业发展的必然趋势。1.3 设计的主要内容本次设计在调查湖南丘陵地区的土地情况和棉花的生长周期后，在市场上比较了几种拔梗机的优缺点后，做出的优化方案。要求拔梗更快更干净、更加小型轻便，成本低，且效率更高，性能更

12、好的拔梗机，广泛适用于中小型田间作业。在综合考虑和比较不同拔梗机的优缺点后，决定此次拔梗机的设计思路为:工作时，启动内燃机操作行走底盘行驶。作物茎秆收获时，将行走底盘的动力传递给传动箱中的输入轴，通过传动链带动破土器茎秆夹持装置、拔梗装置和夹持输送装置运动。 此拔梗机主要由分杆器、兜根分离器、拔杆辊筒、拔杆夹持装置、茎杆输送装置、动力传动系统、茎杆铺放装置、机架、悬挂系统行走装罝和打梱器等组成。具有拔断率低、拔破率低、拔净率高等特点。 参考其他实例分析及设计，我认为此次拔梗机的设计主要考虑以下问题： 1、小型拔梗机分杆器的设计，包括分杆器的长度设计，强度的设计，力求使用最少的材料设计出满足要求

13、的分杆器； 2、小型拔梗机兜根分离器的设计，力求以消耗最小的力使梗茎与土壤分离，达到拔净的要求； 3、小型拔梗机拔杆辊筒的设计； 4、小型拔梗机拔杆夹持装置的设计与定位要求； 5、小型拔梗机茎杆输送装置的动力选取； 6、小型拔梗机动力传动系统的选取与计算； 7、小型拔梗机茎杆铺放装置的设计，外形尺寸设计，力求使机体体积小，外形美观大方； 8、机架、悬挂系统行走装罝和打梱器等的选取与设计计算； 9、小型拔梗机外形尺寸的设计，外形尺寸能否保证安装，分杆器与拔杆辊筒是否满足强度要求同时，在确定拔梗机的结构方案时，又要注意以下几个问题：1、确定拔杆机构夹持力的大小； 2、确定拔杆机构的方式； 3、确定

14、兜根分离器的方式选取；4、确定茎杆输送方式的选取； 5、确定拔杆夹持装置的位置以及安装方法； 6、确定整机外形尺寸、前进速度、收获行数； 7、确定拔梗机的动力选取。改进之后的拔梗机的创新之处有以下几点：1、拟采用弹簧对压链夹式拔杆机构，可根据棉秆粗细自动调整夹持力。2、拟采用双圆盘刀片式兜根分离器，可根据茎秆的位置将根、土分离，有利于减轻起拔力和减少拔断率；3、采用双拔杆辊筒和拔杆夹持装置双重拔杆作用，有利于提高机具作业质量； 4、采用全封闭式茎秆输送，减少了机具作业故障。5、变速装置拟采用同轴蜗杆分别带动两蜗轮及链轮运转，两链条则作同向运行。6、挂接机构拟采用固定式升降臂形式，构成垂直升降机

15、构，调节双圆盘刀片式兜根分离器入土作业的深度。7、采用牧草打结打梱器装置打梱，链式输送。第二章 系统总体方案设计2.1 拔梗机工作原理分析 拔梗机大量应用于棉花、玉米、高粱等农作物的拔梗。其工作原理如下：工作时，启动内燃机操作行走底盘行驶。作物茎秆收获时，将行走底盘的动力传递给传动箱中的输入轴，通过传动链带动破土器茎秆夹持装置、拔梗装置和夹持输送装置运动。利用升降装置中的油缸动作，调节破土装置的破土深度。通过行走底盘的行驶，破土器将作物茎秆两边土壤切割，使茎梗的须、根分开，降低拔梗阻力以减少拔断率。破土后的作物茎梗进入加持装置夹持。同时，由拔梗装置中的拔叉将作物茎梗叉住，；利用机器前进和拔梗装

16、置的旋转作用，将茎梗从土壤中拔出。作物茎秆在茎秆夹持装置的夹持下，完成作物茎秆的夹持、提升和纵向输送。再经茎秆输送装置与导向杆的共同作用，将作物茎梗输送到机架一侧放在集物栅上，当茎梗堆集重量超过弹簧的拉力时，在重力作用下落入地面成堆集放。其实物图见图2-1。图2-1小型农作物拔梗机 1连接杆 2.输入轴 3.箱体 4.机架 5.拔梗装置 6.破土装置 7.茎秆夹持装置 8.万向传动轴 9.油缸 10.茎秆输送装置 11.底盘 2.1.1 拔梗机的动力分析 设计该款收割机动力参考市场上的收割机参数，在棉花地中工作选取柴油机动力（S195）：额定功率为8.8千瓦，转速为2000转/分，燃油消耗率0

17、.27kg/kw.h,采用蒸发水冷却。由输出轴输出动力，柴油机相比较于汽油机能提供较大的马力，适宜使用于相对复杂的环境，在农业机械中大量应用。柴油价格相对于汽油价格略低，对于农业机械的使用上更易于接受。所以本拔梗机设计中采用柴油机最为本拔梗机的动力选择。图2-2 农用柴油机2.1.2 拔梗机动力输入装置的分析本次设计采用链传动。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条的啮合来传递运动和动力。与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的使

18、用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮相比，链传动的制造与安装精度等级要求较低，成本也低。在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。2.1.3 破土装置工作时入土深度的分析一般的田地中，地面凸凹不平整。因此要求拔梗机在工作时，为了提高拔净率，破土装置入土深度必须保持在一定的范围。经过市场分析，破土深度必须保持在80mm以上。2.3 拔梗机总体方案的设计设计的拔梗机主要以玉米梗、高粱梗、棉梗为主，能一次性将农作物茎杆进行除兜根、拔茎秆、集堆、打捆等机械化的作业。除兜根的动力通过蜗轮蜗杆传递而来。其作业工艺流程如下：小型农作物拔梗机是由内燃机、

19、行走底盘、破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、茎秆输送装置、打捆装置等组成。作业时，首先由破土装置将拔梗区内作物茎秆兜根处进行破土，破土后的作物茎秆由茎秆夹持装置夹持，然后由拔梗装置拔出，再由茎秆输送装置将作物茎秆倒向堆放网，堆放一定量后便倒向田间堆放的全过程。拔梗机动力输入有三种方案：（1）链传动；（2）V型带传动；（3）同步带传动。图2-3 链传动图2-4 V型带图2-5 同步带表2-1 传动方案分析传动类型传动效率使用寿命传动转矩成本链传动较好最长较好一般V型带传动正常较长最好较贵同步带传动最好短小昂贵由上分析，链传动具有整体尺寸小，结构紧凑，传动效率高，使用寿命长；同时链传动能在高温和潮

20、湿的环境中工作。在我设计的拔梗机动力输入的方案上我选用链传动。小型农作物拔梗装置悬挂在行走底盘前方，由液压控制升降。拔梗时，采用破土装置破土，自行开道，再利用拔梗装置和茎秆夹持装置的共同作用将作物茎秆连根拔出，并由茎秆输送装置将作物茎秆倒向堆放网成堆堆放在田间，有效地优化了整机结构，同时，提高了小型内燃机功率的利用性能。整机基本参数及主要技术性能指标（见表2-2）表2-2 拔梗机基本参数及主要性能指标名称单位技术参数备注外形尺寸mm2000X1600X780悬挂形式前悬挂式液压驱动配套内燃机Kw9-11109-S1905柴油机拔幅mm750-7902行工作速度m/s0.7-1.15I-II档生

21、产率亩/h3-4.5拔断率%3拔不净率%45HRC,可由1中表11-7查得蜗轮的基本许用应力=268MPa。设这种农业机械每年工作三个月，每天工作八小时，能使用五年，所以这种机械的寿命为。应力循环系数 寿命系数 则 (6)计算中心距 取中心距，因，故从1中表11-2中取模数m=5,蜗杆分度圆直径。3.3.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1） 蜗杆直径系数q=12；齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角。（2） 蜗轮蜗轮齿数；变位系数；传动比；蜗轮分度圆圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径 3.3.4 校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据，从1中图11-19可查得齿形系数。螺旋角系数 许用弯曲应力

22、 从1中表11-8查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 弯曲强度是满足要求的。3.4 齿轮的设计与计算由于拔梗机的拔梗装置是由左右茎秆夹持装置和拔叉组成，为了使茎秆受力均匀，更好的提高拔净率，必须使左右茎秆夹持装置的速度一致，拔梗装置的动力主要靠齿轮传递，所以此次的齿轮为同级齿轮传动。即，。此次设计的齿轮大体示意图如图3-2图3-2齿轮结构图3.4.1 按弯曲强度确定齿轮模数 由2中公式 （6-11）可得： 式中：k 载荷系数，一般取 k=1.22 取 k=1.5 齿轮传递的额定转矩 Nmm 复合齿形系数 取=4.5 齿宽系数 取=0.25 齿轮齿数 试取=25 许用弯

23、曲应力 = 齿轮选用气体渗碳处理的许用应力取=1300 接触强度计算的最小安全系数 取 = 1.1 = = 1300/1.1 =1181.8 N/计算 对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。可取m=4mm。3.4.2 按接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距由1中公式（10-9a）得： （1）确定公式内的各计算数值 式中 K载荷系数 取 K = 1.5 ; 齿轮传递的额定转矩（Nm）; u 齿数比 u= 1 齿宽系数 =0.25 许

24、用接触应力 查1中表10-6查得材料的弹性影响系数 实验齿轮的接触疲劳极限应力（N/） 取 = 1300 接触强度计算的最小安全系数 取 = 1.1 = = 1300/1.1 =1181.8 N/ 计算可得： 可得：经计算，齿轮可用。3.4.3 齿宽的确定由公式 已知 式中 齿宽 齿轮分度圆直径 = 0.25100 =25 mm 因u=1，所以 3.4.4 计算齿轮相关参数、确定各齿轮详见表3-1中心距表3-1 齿轮的基本参数齿轮齿数模数m分度圆直径齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径25410045910690254100459106903.5 传动箱轴的计算传动轴是拔梗机的主要设计部件之

25、一，它是在脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，工作环境恶劣，因此传动轴的设计是一个十分关键的步骤，它的合理型及强度直接影响到拔梗机的工作效率和质量。传动轴的主要作用有两点：1、支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；2、传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴软轴和挠性轴等，根据拔梗机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，此拔梗机的输入轴和其他轴都选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴，轴的设计如下：由公式 得：式中 轴的最小直径 mm轴传递的额定转矩 轴的许用转应力 轴的材料为，查取= 4052 取=403.5.1 一

26、轴的设计 由转速 功率 P=3KW，确定轴的最小直径， 轴最小直径为 一轴为普通平键(A)轴传动，且最小直径处安装有深沟球滚子轴承，查手册3取d=35mm，所以深沟球滚子轴承的型号为6207，基本尺寸见表3-2普通平键(A)轴为： 表3-2 6207轴承基本参数轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂润滑油润滑620735621414156116.210.5900012003.5.2 二轴的设计 由于一轴与二轴为齿轮传动且传动比为i=1，所以有： 轴最小直径为 因二轴最小直径处安装有圆锥滚子轴承，查手册3取

27、。其圆锥滚子轴承型号为30207，基本参数见表3-3：表3-3 30207轴承基本参数轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂润滑油润滑3020735721714265154.263.5530067003.5.3 三轴的设计 在设计过程中二轴与三轴的转速都是由蜗杆与轴上的蜗轮相啮合而来，且两蜗轮的基本参数相同，故两轴的转速相同，所以最小轴径相等。三轴的最小轴径为 。因三轴最小轴径处与圆锥滚子轴承相配合，所以选取最小轴径。与之配合的轴承型号为30207，其基本参数见表3-3。3.6 轴的校核 通过设计可知，传

28、动箱中四轴承受的转矩、弯矩最大，故校核四轴。轴的材料为45钢材，经调质处理，查得材料力学性能数据为：硬度220-250HB，抗拉强度 屈服点弯曲疲劳极限 扭转疲劳极限 许用静应力 许用疲劳应力 3.6.1 按转矩计算 最小轴径为 式中 A按定的系数 取 A= 100 P功率 P=55 KW 最小转速 =202 r/min 计算得 故安全。3.6.2 轴上受力分析轴传递的转矩 圆柱齿轮圆周力 式中 三轴圆柱齿轮分度圆直径 mm径向力 锥齿轮圆周力 式中 d三轴锥齿轮分度圆直径 mm径向力轴向力 3.6.3 求支反力 （1）在水平面内的支反力 由得 A点的支反力为： （2） 在垂直平面内的支反力由

29、得 A点的支反力为：3.6.4作弯矩和转矩图 受力分析及转矩见图3-3。图3-3 受力分析及转矩图（1）齿轮作用在水平面的弯矩图 （2）齿轮作用在垂直平面内的弯矩图 （3）合成弯矩图 （4）作转矩图 3.6.5 确定危险截面及安全系数校验计算（1） 根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图、截面H处的转矩、弯矩最大，且有花键槽引起的应力集中和轴肩处的应力，故H面处最危险，H面为危险截面。（2） 安全系数校验计算 由于变速器轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转距引起的为脉动循环的切应力。弯曲应力幅为 式中 抗弯断面系数 查得 由于是对称循环弯曲应力，故平均应力为 根据式 得： 式中 45弯曲对称循环应力

30、时的疲劳极限 取 正应力有效应力集中系数 表面质量系数 =0.92 尺寸系数 查=0.64 计算 切应力幅为 式中 抗扭断面系数 根据式 式中 45扭转疲劳极限 =200 切应力有效应力集中系数 =1.61 表面质量系数 =0.92 尺寸系数 查=0.64 平均应力折算系数 =0.21计算 轴 H 截面的安全系数由公式 由表可知=1.31.5故,该轴H截面是安全的。3.7 拔梗装置的设计拔梗装置是棉花拔梗机中一个关键的零部件，其设计的合理性直接影响到棉花拔梗机的工作效率和工作质量。它主要是由拔叉、圆盘和连接螺钉组成，拔叉的主要作用是用于棉花拔梗，圆盘起固定拔叉的作用。它们之间用连接螺钉进行连接

31、。工作时，动力由输入轴传递给蜗杆，再由蜗杆和涡轮的啮合传递给拔梗装置，通过圆盘的转动使拔叉叉住棉梗进行拔梗。其结构形式如图3-4，图3-4 拔梗装置第四章 其它零部件的设计与选取4.1 轴承的选取滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要原件间的滚动接触来支承转动零件的。轴承主要是一个支撑轴的零件，在轴的两端必须装有轴承，它可以引导轴的旋转，也可承受轴上空转的零件。此拔梗机选择的轴承型号为6207及30207，深沟球滚子轴承。其基本参数见表3-2和表3-3。此次设计的机器为小型农业机械，主要用于环境比较恶劣的情况下。因此轴承在此条件下很容易失效和破损，所以为了延长轴承的使用寿命，润滑

32、对于滚动轴承具有重要的意义。在高速高温条件下，通常采用油润滑。润滑油的主要性能指标是粘度，转速越高，应选用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用高粘度的润滑油。油润滑时，常用的润滑方法有下列几种：（1）油浴润滑 把轴承局部浸入润滑油中，当轴承静止时，油面应不高于最高滚动体的中心，这个方法不适宜高速，因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失，以至引起油液和轴承的严重过热。（2）滴油润滑 适用于需要定量供应润滑油的轴承部件，滴油量应适当控制，过多的油量将引起轴承温度的增高。为使滴油通畅，常使用粘度小的15号全损耗系统油。（3）飞溅润滑 这是一般闭式传动齿轮装置中的轴承常用的润滑方式，即利用齿轮的转动把润滑齿轮的油甩到四周的壁面上，然后通过适当的沟槽把油引入轴承中。（4）喷油润滑 适用于高转速、大载荷、要求润滑可靠的轴承。用油泵将润滑油增压，通过油管或特制的油孔，经喷嘴将油喷射到轴承中去；流过轴承后的润滑油，经过过滤冷却后循环使用。为了保证油能进入高速转动的轴承，喷嘴应对准内圈和保持架之间的间隙。（5）油雾润滑 当轴承滚动体的线速度很高时，