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1 畢業(yè)論文 (設計)任務書 論文(設計) 題目 振動篩式花生收獲機的設計 下發(fā)任務 日期 2011.12 學生姓名 婁慶冬 指導教師 張祖立 教授 一. 論文（設計）主要內容 1.分析花生收獲機的國內外發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢； 2.分析花生收獲機的工作原理，確定其總體方案； 3.設計計算各級部件； 4.用 Solidworks 對主要研究部件進行建模及動態(tài)仿真； 5.繪制零件圖、裝配圖。 6.完成論文 目錄 摘要 .1 ABSTRACT.2 第一章 緒論 .3 1.1 研究的目的和意義 .3 1.1.1 中國花生生產現(xiàn)狀 .3 1.1.2 中國花生的種植方式 .4 1.1.3 花生生產機械化現(xiàn)狀 .5 1.2 研究目標與內容 .6 第二章 振動篩式花生收獲裝置的設計原理 .7 2.1 設計依據(jù) .7 2.2 設計方案的選擇與分析 .8 2.3 總體設計簡介 .8 2.4 作業(yè)原理 .8 第三章 主要參數(shù)確定與關鍵部件設計 .9 3.1 主要參數(shù)確定 .9 3.1.1 花生收獲機的功率計算 .9 3.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定 .10 3.1.3 帶輪及帶的主要參數(shù)確定 .14 3.1.4 平行連桿機構的主要參數(shù)及行走輪的設定.15 3.1.5 軸的校核 .16 3.2 總體裝配 .19 第四章 結語 .19 參考文獻 .20 致謝 .21 1 摘要 花生不僅是優(yōu)質油料作物，而且是主要的蛋白資源，加工品類多，產業(yè)鏈條長，現(xiàn)已成為中國 重要的出口創(chuàng)匯產品和農業(yè)結構調整重點發(fā)展和扶持的種植品種。在消費結構和出口結構不斷調整 和優(yōu)化的雙重拉動下，花生生產得到長足發(fā)展，并逐漸向主產區(qū)相對集中，優(yōu)勢產業(yè)帶基本形成。 但是中國花生生產機械化發(fā)展卻嚴重滯后，特別是用工量占生產全過程1/3以上、作業(yè)成本占生產 總成本50% 以上的收獲作業(yè)，目前主要依靠人工完成，勞動強度大、作業(yè)成本高、效率低、損失大、 成本高已成為生產發(fā)展與產業(yè)成長的主要瓶頸，國內對花生機械化收獲技術裝備的需求日趨迫切。 設計了振動篩式花生收獲機的總體結構、工作原理、技術特點以及關鍵部件結構與工作參數(shù)設 計等。該設備主要由挖掘鏟、振動篩、行走輪、動力傳動裝置及機架等組成，與 1113.2kw 拖拉 機配套使用，一次完成兩行花生收獲，挖出來的花生秧被傳送到振動篩上，經過振動篩的振動去除 挖掘出的花生所帶有的泥土，最后通過輸送板實現(xiàn)花生秧一側倒伏的工作原理。該機具有作業(yè)順暢、 運行可靠、清土率高、損失率低等特點，純生產率達 0.1 hm2/h。 關鍵詞：振動篩，收獲機，機械化，花生 振動篩式花生收獲機的設計 2 Abstract Peanut oil is not only a high-quality, and is the main protein resources, processing category, and industry chain length, has become Chinas important export products and focus on the development of agricultural restructuring and support the cultivation of varieties. In the consumption structure and export structure adjustment and optimization of dual-drive, the rapid development of peanut production, and gradually the relative concentration of the main producing areas, with the basic formation of competitive industries. However, peanut production mechanization in China are seriously lagging behind, especially in the whole process of production and employment accounts for 1 / 3 of the above, operating costs account for the production of more than 50% of the total cost of harvesting operations, mainly rely on manual completion of the current, labor-intensive, operating costs are high, low efficiency, loss, and the high cost of development and production has become a major bottleneck in the growth of industry, mechanization of domestic peanut harvest technology and equipment needs of the increasingly urgent. Introduced a shaker-style peanut harvester of the overall structure, working principle and technical characteristics of the key components of the structure and design operating parameters. The device mainly by the mining shovel, vibration screen, vibration-drive components, running wheel, power transmission and chassis components, etc., and 11 13.2kw supporting the use of tractors, two lines of a complete peanut harvesting, dug out the peanut seedling was sent to the shaker, after the vibration shaker to remove excavated soil associated with the peanut, and finally through the transportation board to achieve the side of peanut seedling lodging works. It has a smooth operation, reliable operation, high rate of land clearance, and low loss ratio, net productivity of 0.1 hm2 / h. Keywords: vibrating screen, harvesting machines, mechanization, peanuts. 3 第一章 緒論 1.1 研究的目的和意義 花生不僅是優(yōu)質油料作物，而且是主要的蛋白資源，加工品類多，產業(yè)鏈條長， 現(xiàn)已成為中國重要的出口創(chuàng)匯產品和農業(yè)結構調整重點發(fā)展和扶持的種植品種。在消 費結構和出口結構不斷調整和優(yōu)化的雙重拉動下，花生生產得到長足發(fā)展，并逐漸向 主產區(qū)相對集中，優(yōu)勢產業(yè)帶基本形成。但是中國花生生產機械化發(fā)展卻嚴重滯后， 特別是用工量占生產全過程1/3以上、作業(yè)成本占生產總成本 50%以上的收獲作業(yè)，目 前主要依靠人工完成，勞動強度大、作業(yè)成本高、效率低、損失大、成本高已成為生 產發(fā)展與產業(yè)成長的主要瓶頸，國內對花生機械化收獲技術裝備的需求日趨迫切。 發(fā)達國家對花生收獲技術與裝備的研究開發(fā)，起步早、投入大、發(fā)展快，早已實 現(xiàn)了專用化、標準化和系列化。中國對花生機械化收獲的研制雖較早，但發(fā)展十分緩 慢，近年來，隨著花生收獲機械市場需求的不斷趨旺，花生收獲機械的研究開發(fā)進入 了一個新的發(fā)展時期?？蓪崿F(xiàn)挖掘、清土、鋪放功能的花生收獲機，具有無需自帶動 力、結構簡單、價格低廉、使用成本低等特點，較適合現(xiàn)階段中國農村經濟條件，具 有較好的市場需求。但是長期以來，由于對花生機械化收獲技術缺乏深入系統(tǒng)的研究， 壅土阻塞、秧蔓纏繞、適應性差、損失率高等機械化收獲中存在的技術難題始終未能 得到很好解決。 花生的種植歷史悠久，地域廣闊，是國際公認的半干旱作物，是世界上廣泛栽培 的主要油料和經濟作物，同時也是主要的創(chuàng)匯農產品之一?；ㄉ运氂械膬?yōu)勢，在 世界油料生產和國際貿易中僅次于大豆而居第二位，在亞洲、非洲、澳洲及南北美洲 的絕大多數(shù)國家和地區(qū)均有花生的種植和生產，其中，中國是世界上主要的花生生產 國和花生消費國，同時也是最大的花生出口國。 據(jù)聯(lián)合國糧農組織統(tǒng)計數(shù)字表明，世界花生種植面積由20世紀60年代的 1.66108hm2增至 20世紀70 年代的1.8710 8hm2，并呈上升趨勢。隨著花生栽培技術的不 斷提高，花生總產也在不斷提高，世界花生年總產量20世紀60年代為1.0510 10kg,1988 年則增加至2.2510 10kg，創(chuàng)花生生產量紀錄。 1.1.1 中國花生生產現(xiàn)狀 自20世紀90年代以來，隨著農業(yè)結構調整的不斷深入，中國花生生產和整體效益 增長很快。 花生種植面積由1996年的3.6210 6hm2，發(fā)展至2002年的4.9210 6hm2；總產由 1996年的1.0110 10kg，發(fā)展至2002年的1.4810 10kg；單產由1996年的2.810 3kg/hm2， 發(fā)展至2002年的3.0110 3kg/hm2；外貿出口花生原料(以籽仁計)由1996年的310 8kg，發(fā) 展至2002年的7.710 8kg；出口范圍由1996年的72個國家和地區(qū)，擴展至2002年的108個 國家和地區(qū):創(chuàng)匯額由1996年的2.2210 8美元，增長至 2002年的4.4910 8美元。 振動篩式花生收獲機的設計 4 花生一直是中國主要的經濟作物和油料作物，種植面積位于印度之后居世界第二 位;總產居世界第一，并且還有如圖1-1的發(fā)展趨勢。 圖1.1 中國花生生產趨勢圖 花生適應性廣，全國除青海以外，其它省(市)均有種植，但產區(qū)優(yōu)勢非常明顯。以 2002年為例，全國花生種植面積4.9210 6hm2，總產 1.481010kg，其中北方產區(qū)種植面 積3.2710 6hm2，生產量1.110 10kg ，分別占全國的 66.5%， 74.1%。種植面積超過 1105hm2的省( 市) 為13個，即山東 9.53105hm2，河南9.4510 5hm2，河北 4.8105hm2，廣東3.1510 5hm2，安徽2.8510 5hm2，四川2.6410 5hm2，遼寧 2.44105hm2，廣西2.3410 5hm2，江蘇2.3410 5hm2，湖北2.0610 5hm2，江西 1.77105hm2，湖南1.4810 5hm2，福建1.0610 5hm2。種植面積增長較快的是山東、 河南、安徽和湖北產區(qū)，而花生總產量超過110 9kg的只有山東、河南、河北和安徽 等4省份，分別占全國總產量的24%, 22%, 10%和8%。 雖然中國花生產區(qū)發(fā)展不平衡，但是花生種植、生產的發(fā)展是顯而易見的，其主 要原因有兩點:一是在國內種植花生的效益較種植其它作物要高 ;二是在際市場上具有價 格競爭優(yōu)勢。加入WTO后，國外機械化程度高、生產規(guī)模大的農作物，如小麥、玉米、 大豆等都將涌入國內而沖擊國內市場，但作為勞動密集型生產的花生仍具有強勁的國 際競爭力。例如2002年國內市場花生仁每kg價格為3.64.7元，而同期國際市場經合組 織報價每噸價格為6.36.8元，這表明中國花生生產仍有較大的發(fā)展?jié)摿Α?1.1.2 中國花生的種植方式 中國花生的種植方式有裸地栽培和地膜覆蓋栽培兩種。裸地栽培是傳統(tǒng)的常規(guī)種 植方式，地膜覆蓋栽培是進行高產栽培的新技術，技術性較強。這兩種栽培方式根據(jù) 整地方法又分為以下三種； （1）平作 0 1 2 3 4 5 6 96年 97年 98年 99年 00年 01年 02年 播 種 面 積 總 產 量 5 平作是北萬和南方早薄地花生產區(qū)的一種種植方式。在無灌溉條件、土壤肥力低 的旱地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和密植，有 利于抗早保墑，爭取全苗，在土地多勞力少的情況下可以減少整地工作量。 （2）壟種 壟種是北方中肥田和肥水地的一種種植方式。在地勢平坦、土層深厚、排灌條件 齊全的大田，壟種有利于花生合理密植，有利于田間通風透光，獲得高產?；ㄉ鷫欧N 需要在播前整地時起壟，在壟上開溝或開穴播種，壟種根據(jù)具體操作方式分為單行壟 種和雙行壟種兩種。 （3）高畦種植 中國南方地區(qū)春季雨量充足，為了能排能灌，防止花生田積水，農民往往起畦種 植花生，一般采用直行條播，每畦種植48行。 中國北方地區(qū)春、秋季節(jié)花生播種期間，普遍干旱少雨、溫度低，且無霜期短， 南方春季則低溫多雨。為了實現(xiàn)花生的豐產和豐收，各生產部門普遍改變種植方式， 采用花生覆膜的種植方式，最終實現(xiàn)了抗早、保墑、提溫、防雨、排澇，減少苗期管 理的效果，為花生的早熟增產提供了保障。 地膜覆蓋是近年來興起的一項種植技術，它是傳統(tǒng)農業(yè)技術與現(xiàn)代農業(yè)技術相結 合的一項重大的技術改革，是大幅度提高花生單產的一項有效措施。這項技術的應用， 解決了北方地區(qū)低溫、干早和無霜期短，南方春季低溫多雨等不利自然氣候條件，開 創(chuàng)了中國花生生產的新局面。 目前，花生地膜覆蓋栽培技術己在華北、東北大面積推廣應用，并取得了明顯增 產效果，經濟效益顯著，深受群眾歡迎。 但花生覆膜播種的種植方式在使花生增產的同時，也引發(fā)了影響農業(yè)生態(tài)環(huán)境的 “白色污染”。目前所用的塑料薄膜，大多是聚乙烯或聚氯乙烯為原料的高分子化合 物，在自然中塑料薄膜極難被土壤微生物分解、消化，可存在400年之久，農田使用的 塑料薄膜老化后，破碎遺留在田間，使得地下的殘膜數(shù)量逐年增多，遺留在田間的殘 余地膜，污染土壤，降低了土壤的透氣性及肥力，阻礙了植物吸收水分及根系生長， 直接影響了農作物的收成和品質。 1.1.3 花生生產機械化現(xiàn)狀 隨著花生種植面積的不斷擴大和農村勞動力的轉移，花生生產機械化的問題就顯 得尤為重要。西方發(fā)達國家在花生生產機械化方面的研究較早，與其它農業(yè)機械相比， 幾乎是同步發(fā)展的，機械制造與應用技術己比較先進、完善。美國、加拿大等發(fā)達國 家已實現(xiàn)了花生生產全過程的機械化作業(yè)，在收獲環(huán)節(jié)早已發(fā)展到聯(lián)合收獲水平，并 且正依照本國的種植特點，向著大型化、機電一體化、智能化、高可靠、高安全的方 向發(fā)展.一些發(fā)達國家還不斷將高、精、尖技術應用到農業(yè)機械上來，農業(yè)機械正向智 能化方向發(fā)展。 振動篩式花生收獲機的設計 6 在中國，花生播種機械化技術已基本成熟，根據(jù)中國農業(yè)人口多、土地分散，而 中小動力拖拉機保有量多的特點，該類機械以小四輪拖拉機為牽引動力，較好地解決 了花生人工或畜力播種勞動量大和生產率低下的問題。近幾年，系列化的多功能花生 覆膜播種機已在花生產區(qū)得到了大面積的推廣應用。 相比之下，中國花生收獲的機械化水平低下則極大地影響了花生產業(yè)的發(fā)展。目 前，花生的收獲基本是靠人工、畜力或半機械化(如手扶拖拉機牽引挖掘鏟)完成，而從 國外引進、消化吸收的機型則由于不符合中國國情或動力消耗大、作業(yè)效果較差等原 因，沒有形成較大的生產和使用規(guī)模，這就使中國的花生收獲機械與裝置多年來一直 徘徊不前，與世界發(fā)達國家存在很大的差距。 總之，中國現(xiàn)階段花生收獲方法的落后帶來了各方面的問題，大體上表現(xiàn)為以下 三個方面： 第一，人工收獲勞動強度大，效率低下。長期以來，花生的收獲都是靠人工完成 的，特別是近幾年來隨著農村剩余勞動力的轉移，這一矛盾更加突出。據(jù)初步估算， 整個花生生產過程中，花生的收獲所用工時為整個過程的三分之一以上。這一階段的 作業(yè)成本為整個花生生產成本的二分之一以上(作業(yè)成本包括從花生耕地播種開始到收 獲摘果為止，所需的種子，肥料、地膜、機具及人工費用等，人工費按同時期普通勞 動者的工時費來計算)。 第二，生產成本高。目前的花生收獲無論是人工還是畜力以及簡易的機械，整個 收獲過程都不是一次性完成的，都要經過兩道以上的工序，首先是將花生從土里挖掘， 然后人工除土，這種生產方式的主要問題是造成英果的較多損失，并且這種損失大部 分情況下，英果埋到地里，需要進行二次復收，不僅勞動強度大，而且生產成本高。 第三，耽誤農時。花生的收獲季節(jié)，正值“三秋”大忙之際，勞力緊張，如果能 縮短花生的收獲日期，會對小麥播種打下一個良好基礎。據(jù)研究者到農村的實地考察， 在山東省萊陽市，一般的沙壤地收花生(只完成花生的挖掘和去土兩道工序)，一個勞力 每天工作8h，可收花生0.0046hm 2；借助畜力或者是簡單的機力 (用手扶拖拉機先耕出花 生)每天可收花生面積也僅為0.130.2 hm 2。 所以，設計研制新型的符合中國國情的花生收獲裝置是提高中國花生生產機械化 水平的關鍵。 1.2 研究目標與內容 本文的研究目標為： 以配用中小動力的花生收獲裝置為研究對象，針對中國農村分散經營的生產體制 和中小型拖拉機擁有量大的特點，適應國內的花生種植方式，重點設計花生收獲裝置 的挖掘及分離原理，探索新的工作方式和新的結構設計，在充分了解花生植株各組成 部分收獲時的生長狀態(tài)及田間特性的基礎上，簡介新型傳動機構的工作機理和結構優(yōu) 化設計，設計工作部件的運動特點、所受阻力及對花生與植株的施力方式等。以簡化 7 結構，降低功耗，減少成本，提高作業(yè)質量為目標，重點研究花生收獲裝置及其傳動 部件的運動機理及最佳工作參數(shù)。 研究的具體內容為： （1）設計花生挖掘與分離的新的工作原理及結構形式?；驹O想是用平行連桿機 構實現(xiàn)花生的振動式挖掘與分離，采取將兩項功能通過一個工作部件來完成的全新結 構，以最大程度地減少動力功耗和收獲裝置的總體結構尺寸； （2）針對不同花生品種、不同地區(qū)及土壤條件，優(yōu)化傳動與工作部件的結構，使 其結構參數(shù)和運動參數(shù)達到最優(yōu)。 第二章 振動篩式花生收獲裝置的設計原理 中國對花生收獲機械裝置的研究正處在發(fā)展時期，花生收獲機械大面積的推廣還 需要一段時間，農村分散經營的生產體制和農民的消費水平，東部與西部地區(qū)的差別， 對產品、技術需求的遞進趨勢以及廣大農村中小型拖拉機擁有量大的特點，決定了在 今后一段時期內，中國仍然要以中小型花生收獲機械與裝置為主要的研究和推廣對象。 但是，國內對花生收獲裝置的理論研究有待深入，研究工作還基本停留在試制與 試驗階段，對花生收獲裝置的工作原理、結構優(yōu)化、具體的工作情況及規(guī)律性的深入 研究尚沒有報道;而現(xiàn)有的花生收獲技術的理論著作過于老化，新理論和學術研究性文 章比其它農業(yè)機械技術理論相對偏少，且深度不夠，學術價值較低，致使收獲機械與 裝置有效供給不足，小型機具多，優(yōu)質機械過少，大中型農機具跟不上發(fā)展需要，收 獲裝置不能滿足花生生產實際的需求，影響了新裝置的開發(fā)改進，最終影響了花生種 植業(yè)戶購買機具的積極性。 因此，加強理論研究，加快理論與實踐的結合速度，研制出適合中國當前國情、 性能穩(wěn)定、高效優(yōu)質的新型花生收獲裝置，以滿足國內現(xiàn)階段廣大花生種植用戶及市 場的迫切需求，應當是現(xiàn)階段中國花生生產機械化研究的主要方向。 2.1 設計依據(jù) （1）符合中國國情 中國農村人口多、土地少，且分散經營，大型農機具.保有量少，而中小型拖拉機 擁有量大。所以，針對中國現(xiàn)階段農村生產的實際狀況，所設計的花生收獲裝置應以 配用中小型動力為主。 （2）作業(yè)可靠、減少收獲損失 根據(jù)山東省質量監(jiān)督局發(fā)布的山東省地方標準農業(yè)機械作業(yè)質量花生機械收 獲和農藝要求，所設計的花生收獲裝置應達到的性能指標為: 配套動力:11-13.2kw小型四輪拖拉機 生產率:0.10.13hm 2/h 損失率: 3% 振動篩式花生收獲機的設計 8 莢果破碎率: 1% （3）結構緊湊，降低成本 為便于花生收獲裝置的推廣和使用，考慮到中國現(xiàn)階段廣大花生種植戶的消費水 平，在保證收獲裝置作業(yè)質量的前提下，進一步簡化結構、降低成本，真正使廣大農 民買得起、用得上。 2.2 設計方案的選擇與分析 傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖動鏈相組合的方式。這種裝置是20世紀 70年代中國從美國引進和消化吸收后推廣應用的，不僅結構復雜、制造成本高、動力 消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便于人工揀拾。 本文所設計的收獲裝置擬采用將挖掘和分離兩項功能溶為一體的全新結構，以減 少功耗、機體尺寸以及收獲損失;并對動力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進行合理配置，確保動 力傳遞高效可靠，操縱調整簡便。 由于花生的種植模式是兩行壟作，所以收獲裝置的挖掘部件應為兩個挖掘鏟，在 收獲裝置作業(yè)過程中擬使挖掘鏟以一定的頻率擺動前進，即擺動式挖掘。這樣，可以 最大限度地減少土壤對工作機組的阻力，降低機組功耗。 為減少機構尺寸，簡化結構，收獲裝置的分離部件擬附著在挖掘部件上，在作業(yè) 時，通過挖掘部件的擺動使分離機構將花生與泥土分離。 所以，設計方案的選擇主要是傳動系統(tǒng)的選擇和挖掘分離裝置的確定。 2.3 總體設計簡介 該機主要由挖掘鏟、振動篩、行走輪、傳動裝置及機架等組成。 挖掘鏟的作用是鏟斷花生主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和花生秧果傳輸?shù)角?土裝置上。對挖掘鏟的要求是前行阻力小、挖掘深度穩(wěn)定、耐磨損、碎土性好、自潔 性好、制作工藝方便等。本機挖掘鏟采用整體單鏟式平鏟，并在其后端設有碎土柵， 以增加其破碎土功能，也是花生秧果從挖掘鏟升運到振動篩的銜接部件。挖掘鏟選用 優(yōu)質合金鋼制成，固定連接在機架的前下部。花生收獲機的清土裝置目前主要有抖動 升運鏈式和振動篩式兩種，振動篩式結構緊湊、清土效果好、傷果率低等特點，但較 抖動升運鏈式整體震動較大。綜合考慮本設計采用振動篩式清土裝置，振動篩柵條為 縱向排布，柵條中心距可以根據(jù)當?shù)鼗ㄉ贩N（主要是花生果大?。﹣泶_定，為便于 將花生秧果成條鋪放到遠離未收取區(qū)的已收區(qū)，振動篩設計為下傾式，振動篩通過機 架兩側的連桿與機架鉸接，由前上部的偏心驅振裝置驅動作往復振動，驅振裝置上配 有偏心平衡塊裝置。為防止作業(yè)時秧草纏繞設備和機器內側挑鄰行花生秧蔓。傳動系 統(tǒng)采用帶組合傳動，分別將拖拉機的輸出動力傳輸?shù)絺认蚯懈钇髋c篩動裝置。設備兩 側配有充氣式橡膠行走輪，行走輪直徑為405mm，寬度為100mm。 2.4 作業(yè)原理 此類振動篩式花生收獲機作業(yè)時，拖拉機帶動收獲機具前行，挖掘鏟以一定角度 9 鏟入土中（挖掘深度通常在100150mm），將花生主根切斷，并將掘起的土壤和花生 秧果輸送到振動篩上。掘起的土壤和花生秧果進入往復運動的振動篩，將花生和沙土 不斷地向后振動輸送，大部分沙土被振落至篩下，實現(xiàn)清土目的，花生秧果和少部分 未去除的沙土隨后從振動篩的側尾端被拋送到已收區(qū)，實現(xiàn)成條鋪放，待田間晾曬后 再進行揀拾作業(yè)。行走輪安裝在機架上，通過選用不同的定位孔可調節(jié)行走輪的安裝 高度，調節(jié)挖掘鏟的挖掘深度和入土角。 本機的主要特點：采用側尾振動篩清土裝置，清土效果好、條鋪效果好、可靠度 高、損失率低；偏心塊與振動篩采用等慣量反配置自平衡設計，不僅可同時實現(xiàn)清土 和輸送一體化功能，而且具有震動小、運行平穩(wěn)可靠、駕乘舒適等特點；通過調節(jié)行 走輪安裝高度，來調整挖掘深度和挖掘鏟入土角，操作簡單方便；1113.2 kw 拖拉機 即可帶動，與現(xiàn)階段大多數(shù)農戶擁有的小四輪拖拉機相適應，具有適配動力廣，投資 少，收效快等特點。 第三章 主要參數(shù)確定與關鍵部件設計 3.1 主要參數(shù)確定 參照相關花生收獲機的技術參數(shù)和雙行振動式馬鈴薯挖掘機功率選定原則，本設 備適配動力功率為1113.2 kw的拖拉機，每次收兩行，預期生產率為：0.070.1 hm2/h，根據(jù)花生主產區(qū)種植的寬窄行距實際情況，選定作業(yè)幅寬為550mm，因此確定 挖掘鏟的寬度為430mm，同時采用入土角與振動篩升運角一致設計原則，選定挖掘鏟 入土角為25 。挖掘深度設計為 100150mm可調，通過調節(jié)行走輪在機架上的上下安 裝位置實現(xiàn)。振動篩組振動由偏心輪帶動，偏心距為1cm。 3.1.1 花生收獲機的功率計算 花生收獲機所需的總功率可分為3部分，即挖掘裝置及地輪行走所需的功率 振dN 動篩所需的功率 和機械傳動消耗的功率 。sNnN ds （1） 2123mPfGKaBV （2） 式中 P平均牽引阻力，P=4808.7N ； G花生收獲機質量，G=2234N ； f綜合摩擦系數(shù)，f=0.25 0.5； K土垡抵抗變形的性能系數(shù) K=0.2l； 動態(tài)阻力系數(shù)，取 kg/s2cm4；3 機組前進速度， ；mV1.8mVs a挖掘深度， a=l2cm； 振動篩式花生收獲機的設計 10 B挖掘幅寬，B=60cm； 摩擦阻力，包括挖掘鏟和溝底、溝壁之間及輪軸之間的阻力，地輪對土壤的1P 滾動阻力及摩擦阻力， ；156PfGN 土垡變形的阻力， ；2 214KaB 動力變化阻力，即土壤動量變化時所產生的阻力， ；3 372.3mPaBVN 6.0mdVkw （3） 式中 牽引阻力利用系數(shù)，取 =0.8-0.9。 sin102sfNVaB （4） 式中 分離鏈上土壤的百分含量； 土壤的容重。 (1)nsN （5） 式中 機械傳動效率。 則花生收獲機所需的總功率為： =8.1kw (2)sin1010fmdsnVaBPN （6） 故采用8.8kw以上的四輪拖拉機作為配套動力。所以 1113.2kw 的拖拉機作為動力 配套裝置可以使用。通過傳動部件的運動機理與參數(shù)分析，得到了該部件主要參數(shù)間 的關系表達式與傳動部件的運動規(guī)律，為進一步的分析研究提供了理論依據(jù)。 3.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定 如圖3-1 所示:三角形平面鏟的主要參數(shù)有入土角、鏟面長度L、鏟刃斜角、鏟面 寬度B 和鏟后端高度h等。 11 圖3-1 挖掘鏟的結構參數(shù) （1）入土角 挖掘鏟入土角較小時，其入土性能差，鏟面上土壤后移速度較快，漏土較少；當 入土角較大時，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度減慢，易雍土。機器前進作 業(yè)時，位于鏟面上的土壤受力情況如圖3-2所示。 圖3-2 鏟面受力分析 利用達朗伯原理，為使土壤能夠后移應滿足： （7） Pcos-TGin0R= 式中：P-沿著挖掘鏟移動的掘起物所需的力; R-鏟對上壤的反作用力; T-鏟面與上壤的摩擦力 ; G-掘起物的重力; -挖掘鏟的入上角; -上壤對鏟的摩擦系數(shù)=tg, 為掘起物與鏟面之間的摩擦角。 簡化（7）式得： P Gtan(+) （8） 振動篩式花生收獲機的設計 12 圖3-3 入土角 與阻力P和入土長度L 1的關系 式（8）表明牽引阻力P 與挖掘鏟的入土角 為正切函數(shù)關系，在不同土質中作業(yè)時， 入土角的改變對阻力P 的影響規(guī)律如圖 3-3中曲線所示。當 較小時，曲線變化平緩，隨 著 增大，曲線變陡，說明入土角的改變對牽引阻力的影響，在重質土壤中比在輕質土 壤中敏感，當入土角較小時，牽引阻力P隨 增長較慢，當 以后，牽引阻力急25 劇上升，因此，挖掘鏟的入土角應取 為宜。25 （2）鏟面長度 L 鏟的長度 L分為L 1和L 2， L1是挖掘鏟的入土長度， L2是鏟在地面以上過渡部分的長 度。 入土長度由圖3-2可得： 1H=sin （9） 式中H-挖掘深度。 花生結果通常在地表以下100mm深處，取挖掘深度H=120mm，L 1隨的變化如圖3- 3中曲線所示，入土部分長度L 1隨入土角的增大而減小，當取較小值時L 1會較長，入 土性能差且結構不緊湊，一般取 ，這里取= 。由公式（9）得L 1 284mm。525 = 過度部分長度L 2 ： 過渡部分L 2為土壤和花生向分離裝置輸送的必經區(qū)段，土壤在這里將發(fā)生膨松、 變形，并消耗動能，過渡部分長度L 2應盡量短，以便土壤在鏟面上的后移速度未達零 值之前，就被送至分離裝置。 L2的長度可根據(jù)能量守恒定律確定。設質量為m的掘起物，在L 2區(qū)段的始點 A的 速度為V A，移到B點時的速度為 VB，掘起物由A點向上移動到B點時，其動能消耗等于 克服重力、摩擦力所作的功，由能量守恒守律得到： 13 AB1mV-=+2GF （10） 式中， 重力所作的功，AGG2=gLsin 摩擦力所作的功， Fco 將A G、A F帶入（10）式得： 22(sincs)ABVLg （11） 式（11）表明，當速度VA增大時，L 2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以， 在確定時L 2應考慮工作檔位。當入土角取較大值時，L 2應減小。另外L 2隨 增大而減 小。所以實際設計挖掘鏟時，為減少摩擦力，避免壅土，將挖掘鏟入土部分的一段和 過渡部分設計為柵條式，以便于土壤順利后移，并使部分土壤分離。根據(jù)以上條件取 L2 266mm。 （3）鏟刃斜角 挖掘鏟工作時!切斷根蔓的能力主要取決于鏟刃斜角。 過大時，根蔓易纏結鏟刃， 嚴重時產生堵塞。過小時，根蔓不易被切斷而發(fā)生滑脫現(xiàn)象。 圖3-4 鏟刃劃切受力分析 如圖3-4 所示，設 為根蔓和土壤對挖掘鏟鏟刃的摩擦角，P為作業(yè)時土壤對鏟的反 作用力，則P 沿挖掘鏟鏟刃的分力 Q=Pcos使根蔓和土壤后移，阻止根蔓和土壤向后滑 移的摩擦力T=Rtan式中R=Psin為使根蔓能滑離鏟刃，產生滑切的條件是QT 即 PcosPsintan化簡該式得： = - 90 （12） 為使挖掘鏟具有良好的切割性能，鏟刃斜角的選擇應滿足式（12） 。越小滑切性 振動篩式花生收獲機的設計 14 能越好，但在幅寬不變時鏟刃斜角減小會增加鏟刃長度，使整機縱向尺寸變大，對機 組的提升和行走均不利。因此鏟刃斜角不宜過小，土壤對鋼的摩擦系數(shù) tan=0.40.8 ，所以 一般 取為 左右。為了使未切割的莖葉和雜草順51.368.250 利地滑出鏟刀，鏟刃末端應離機器側板及其他零件40mm以上的距離。因此，所設計的 鏟刀刃角度取 。 （4）鏟面寬度B0 鏟的寬度主要取決于花生地下分布寬度、行距的不均勻性、植株對垅中心的偏移 和機器工作行駛時的偏差。一般單行花生收獲機挖掘鏟的寬度不小于400mm600mm 可按下式計算： 132bBc （13） 式（13）中b花生分布平均寬度(mm) 花生分布寬度標準差(mm) c機器行駛偏差，可取 c=5080mm。 根據(jù)以上條件取B 1=430mm。 在保證鏟刃的自動清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，從理論上推導出 挖掘鏟的入土角、鏟面長度、鏟刃斜角、鏟面寬度的計算方法，為設計挖掘鏟提供了 理論依據(jù)。 （5）鏟面離地表最高距離h 根據(jù)以上計算確定鏟面長度為L=L 1+L2=550mm，入土角= 。25 h=sinL=233mm h= hH=233mm 120mm=113mm 所以確定鏟面離地表最高距離h=233mm。 3.1.3 帶輪及帶的主要參數(shù)確定 （1）確定計算功率 ，已知 P=7.5kwcP =1.17.5=8.25kw KAc （14） （2）確定 V 帶型號為普通 V 帶 A 型，小帶輪節(jié)圓直徑 dp1=125mm （3）確定帶輪基準直徑 d1 和 d2 根據(jù)所選 V 帶型號查表及帶輪直徑標準系列值，得到 d1=130.5mm；驗算帶速 v， 應保證 v 在 525m/s 之間，若不能滿足這一要求應重選 d1； =5.2m/s 160dn （15） 所以符合要求取 d1=130.5mm。小帶輪如圖（3-6）所示。 15 圖 3-5 小帶輪 （4）根據(jù)公式 d2=i d1 (1-)算出大帶輪直徑，并圓整成標準值， 取為 0.02。 =3.51250.98=428.75mm （16） 大帶輪如圖（3-7）所示。 圖 3-6 大帶輪 （5）確定中心距 a 及帶長 Ld 初定中心距 a0，如果未規(guī)定中心距，則應按下式給出的范圍初選中心距： 210217. （17） 378.625mm a0 1107.5mm 取 a0=500mm （6）確定帶長 Ld 根據(jù) a0，先初算帶長 =1915.95mm 0 212142ad 振動篩式花生收獲機的設計 16 （18） （7）確定中心距 a =542mm 2 0dL （19） 3.1.4 平行連桿機構的主要參數(shù)及行走輪的設定 振動篩組由平行連桿機構練接，振動篩傾斜角（相對水平位置）為 0.5o ，使得在 運動過程中振動篩上的所收獲的花生有向下的加速度，保證收獲的花生可以順利脫土 并滑落到滑板實現(xiàn)一側倒伏。根據(jù) Solidworks 實體作圖得出連接振動篩一側的兩根桿 的桿長為 670mm，距離為 250mm。設定振動篩的振幅為 12mm，則根據(jù)實體圖得出連 桿比例為 1：10，所以偏心輪的偏心距為 1.2mm。 行走輪高度為人工可調，輪直徑為 405mm，寬為 200mm。支架上設有空，可通過 螺栓連接來調節(jié)高度。行走輪裝置如圖 3-7 所示。 圖 3-8 行走輪 3.1.5 軸的校核 軸在實際工作中，承受各種載荷。設計計算是確保軸可以承受載荷、可靠工作的 重要保證。根據(jù)軸的失效形式，對軸的計算內容通常為強度計算、剛度計算和臨界轉 速計算。軸如圖 3-9 所示 17 圖 3-9 軸 考慮軸的剛度、強度、及耐摩性要求，并且考慮材料成本等問題，選擇了 45 鋼， 并進行調質處理，使 HBS 達到 217-255，查機械設計手冊確定軸的直徑，軸的直徑為 30mm，軸上的鍵槽用于連接皮帶輪和凸輪，下面進行強度驗算。 集中載荷作用于凸輪，在草稿上繪制受力簡圖，得出： （1）凸輪上作用力大小 轉矩 558.19.109.0348PT Nmn 偏心輪最小處直徑為 59.88mm 圓周力 1253481729.tFd 徑向力 )(5436.0cosNtr 軸向力 0aFN （2）求軸承上軸承的支反力及主要截面彎距 91543092rBV N 振動篩式花生收獲機的設計 18 截面處彎距為 5092460BVCMFNm左 153920459DrBV Nm右 （3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎距 90178245tBH 5637DtBFN 截面處的彎距為 01420CHMm （4）截面處垂直面和水平面的合成彎距 2222965748CHV N左 左 401C m右 右 （5）按彎距合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面的強度，取 =0.6，計 算應力： 2 222375480.65481.19vMTMPaW 查表得 ，由于 ，故安全。160Pa1v 軸承座的選用及壽命計算： 軸承座的選擇： 選擇深溝球軸承，型號為 6207，因為主要承受徑向載荷，當量摩擦系數(shù)最小。而 且價格最低。 軸承座的壽命計算： 由設計手冊可查得 6207 軸承的基本額定動載荷 ，基本額定靜載荷305rCN 。具體計算如下：02rCN （1）計算兩軸承的內部軸向載荷 110.5.4371.5sRFN 220 （2）計算兩軸承的軸向載荷 左端軸承 1 127. 3.55361.5s AaNFNF兩 者 中 取 最 大 值 右端軸承 210 70.sa兩 者 中 取 最 大 值 19 （3）計算兩軸承當量動載荷 載荷平穩(wěn)，查得載荷系數(shù) 1.pf 10 1113.506.22.70.56,.74ArRFeCXY 1 4310394pRAPfXYFN 同理可知： 20N （4）計算軸承壽命 工作溫度低于 120 度，查的溫度系數(shù) 1tf 左端軸承 31067670548249thfCL hnP 右端軸承 310102thf 經過上面的計算，可以得出左端軸承比右端的容易失效，應該在 5482 小時也就是 工作 7.6 個月后換，右端的只要 3 年換一次就可以。 3.2 總體裝配 總體裝配如圖3-10所示，由拖拉機為動力輸出，輸出轉數(shù)為n=414r/min，以1：1的 傳動比帶動大皮帶輪轉動，大皮帶輪于小皮帶輪以1：3.5的傳動比帶動小皮帶輪轉動， 小皮帶輪軸上裝有偏心輪，偏心輪的轉動帶動連桿運動，使振動篩實現(xiàn)高頻率的振動。 拉簧最大拉力為650N，其作用是用來減小篩體自重對振動平衡性的影響。 振動篩的振動頻率和振幅大小對設備的清土效果、輸送順暢性以及機具震動性、 可靠性等影響很大。振動篩對物料的拋擲力與篩動頻率的二次方和振幅的一次方乘積 成正比，綜合考慮，并比照多種同類機型，本設計采用大振幅高頻率型振動篩結構形 式，振動篩的振幅選定為12mm。 振動篩式花生收獲機的設計 20 圖3-10 總體裝配模型示意圖 第四章 結語 本文通過對花生的產量，及對國內花生收獲機的情況分析，通過運算得出各組件 的參數(shù)，設計出了包括可調節(jié)行走輪、振動篩、可調節(jié)高度的挖掘鏟、傳動輸出組件 等。并利用Solideworks制作出實體圖，根據(jù)實體圖得出一些無法計算的數(shù)據(jù)，并利用 此軟件中的強度試驗證明機器的一切部件達到使用要求。 設計成功的振動篩式花生收獲機適用于花生分段收獲作業(yè)模式，可完成花生挖掘、 清土、鋪放功能，本機用于花生收獲，節(jié)省工時，減緩農村勞力不足，降低收獲作業(yè) 成本。 參考文獻 1 張祖立，機械設計，中國農業(yè)出版社，2004.8。 2 胡志超，王海鷗，彭寶良，等國內外花生收獲機械化現(xiàn)狀與發(fā)展J，中國農機化， 2006。 3 哈爾濱工業(yè)大學，李益民，機械制造工藝設計簡明手冊，機械工業(yè)出版社，2008。 4 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