玉米收獲機(jī)的設(shè)計-背負(fù)式玉米收割機(jī),玉米,收獲,設(shè)計,背負(fù),收割機(jī) 為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供位置數(shù)據(jù)測量 Herman Speckmann 原文來源:Federal Agricultural Research Centre Braunschweig (FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany 摘要 農(nóng)業(yè)機(jī)械、車輛需要位置數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和控制執(zhí)行最佳工作位置。位置數(shù)據(jù)也被需要用在像精細(xì)農(nóng)作這樣的應(yīng)用上。位置數(shù)據(jù)的必要的準(zhǔn)確性、分辨率和頻率依照不同的應(yīng)用而變化。只有一個系統(tǒng),安裝在中央車輛(例句、拖拉機(jī)),應(yīng)該提供對每項(xiàng)任務(wù)的位置數(shù)據(jù)。 提出的關(guān)于中央系統(tǒng)的基本概念是位置數(shù)據(jù)按照特定應(yīng)用程序計算并且直接被傳送到它需要被應(yīng)用到的那個點(diǎn)上。這片論文闡述了測量的基本原理和位置數(shù)據(jù)的計算，還對現(xiàn)有的傳送數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡要介紹。它集中建議了一個提供和轉(zhuǎn)移位置數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。被討論的解決方案是以農(nóng)業(yè)BUS（總線）系統(tǒng)為基礎(chǔ)(DIN 9684, ISO 11783). ? 2000 Elsevier Science B.V. 版權(quán)所有. 1.前言 位置指導(dǎo)的目的是給生長在農(nóng)田里一個固定的區(qū)域上的莊稼帶來增產(chǎn)的方法。莊稼或者它們在農(nóng)田里所處的位置是指導(dǎo)的重要參照。 位置數(shù)據(jù)被用來指導(dǎo)農(nóng)用車、實(shí)現(xiàn)控制和支持精耕農(nóng)業(yè)。準(zhǔn)確性、分辨率和頻率取決于他們的具體應(yīng)用。 必須強(qiáng)調(diào)的是本文沒有合適的解決這個問題的傳感器來產(chǎn)生數(shù)據(jù)。更確切的說,這里研究的問題是參照移動單位的一定的位置進(jìn)行了一個位置信號產(chǎn)生,但是這個位置和需要的位置數(shù)據(jù)并不是完全一致的。此外，位置信息有可能在同一時間被需要用于幾種目的， 車輛和工具組合的結(jié)構(gòu)可能會經(jīng)常改變。 正如 Freyberger 和 Jahns (1999), Wilson (1999)所提到的， 測量系統(tǒng)可以是一個絕對定位系統(tǒng),比如Bell(1999)描述的衛(wèi)星系統(tǒng)，或者是一個相對的系統(tǒng)，比如Debain et al. (1999), Hague et al. (1999)描述的機(jī)器視覺系統(tǒng)。它可能也包括輔助傳感器。 傳感器只有在參考具體位置情況下測量位置，比如相機(jī)的安裝點(diǎn)、天線的底部。在接下來的描述中，這個位置被稱為測量點(diǎn)。由于各種原因,這位置測點(diǎn)的是預(yù)先設(shè)定好的，意味著衛(wèi)星天線將盡可能安裝在拖拉機(jī)的車頂上以便減少測量不到的區(qū)域。攝像機(jī)將會安裝在有保障最佳視覺的位置。粗糙或傾斜的表面引起的運(yùn)動可能導(dǎo)致測量位置和運(yùn)動表面的位置不同。例如，一輛車頂上裝有衛(wèi)星天線的車輛，大約3.5m，駕駛在10°的斜坡表面，傾斜方向造成的區(qū)別相差60cm。圖1闡述了這個情形。在這個例子中，計算一個參考點(diǎn)的位置可能更適當(dāng)一些。貝爾(1999)提出把拖拉機(jī)的后方軸的中點(diǎn)作為參考點(diǎn)。表面上的一個點(diǎn)，例如，后方軸中間的下垂直面似乎顯得更適合與某些應(yīng)用。像一些應(yīng)用，比如控制實(shí)現(xiàn)，工具的一定點(diǎn)的位置可能最終重要。這個點(diǎn)將被稱作目標(biāo)點(diǎn)。 在某些情況下位置數(shù)據(jù)需要用于不同的目的，分別為每個目的以一種獨(dú)立的測量系統(tǒng)測量位置不是很有效。當(dāng)位置測量只有一次時多個硬件可以避免,同時工具上其他點(diǎn)的位置或者工具也被計算。假如位置和方法被測量，實(shí)驗(yàn)測量和空間向量之間的地點(diǎn)測點(diǎn)的計算是眾所周知的，那么這種情況是可能的。如果兩個點(diǎn)嚴(yán)格耦合,這意味著兩點(diǎn)都在拖拉機(jī)上、兩點(diǎn)之間的向量是常數(shù),一個簡單的矩陣運(yùn)算就能產(chǎn)生結(jié)果。如果這些點(diǎn)沒被嚴(yán)格耦合,這意味著,例如,一處拖拉機(jī),另一個是在附加工具上，矢量是可變的。額外的測量成為必要用來建立兩點(diǎn)之間的向量或必須應(yīng)用其他原理計算目標(biāo)點(diǎn)的位置。 2.數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移 通過計量點(diǎn)上的測量位置和方法，在車輛或工具上任何點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)可以被計算出來。計算結(jié)果可以被測量系統(tǒng)(中央數(shù)據(jù)處理)或由請求目標(biāo)位置數(shù)據(jù)的各個系統(tǒng)(分布式數(shù)據(jù)處理)計算出來。 2.1 分布式數(shù)據(jù)處理 在分布式數(shù)據(jù)的情況下，測量系統(tǒng)僅作為智能傳感器服務(wù)。它測量需要的位置和計算，和提供這些未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)。頻率和精度等特點(diǎn)取決于請求的單位。這個單位執(zhí)行所有處理來計算位置。單位必須知道測點(diǎn)的位置和各有關(guān)參數(shù)。這樣處理的好處是測量裝置可以相對簡單。另一方面,每個請求的單位需要的充分的能力來履行這一運(yùn)算。 2.2 中央數(shù)據(jù)處理 測量單位被擴(kuò)展包括計算目標(biāo)位置的各個組件。這個測量和處理系統(tǒng)形成了一個所謂的位置和導(dǎo)航服務(wù)的單元，這個單元提供任何目標(biāo)點(diǎn)的最終位置數(shù)據(jù)。在這種情況下,只有一個測量與處理系統(tǒng)是必要的，即使位置數(shù)據(jù)必須被更多的用戶要求。這樣做，只有PNS必須知道所有相關(guān)的參數(shù)來進(jìn)行計算。 2.3 數(shù)據(jù)傳送 無論數(shù)據(jù)在哪里處理，一個數(shù)據(jù)傳輸是必要的。對于這樣一個數(shù)據(jù)傳輸，一個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)是適當(dāng)?shù)?。為了用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,存在一個在移動單位和固定農(nóng)場電腦之間傳輸數(shù)據(jù)的汽車。農(nóng)業(yè)總線系統(tǒng)(LBS)也已被標(biāo)準(zhǔn)化以便能在網(wǎng)路的各個電子單元（LBS節(jié)點(diǎn)或BUS節(jié)點(diǎn)）之間進(jìn)行信息交換。這個標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)對象和常見任務(wù)的服務(wù)程序（Speckmann andJahns, 1999）。 LBS以DIN9684(DIN,1989–1998)作為標(biāo)準(zhǔn)。目前,正在努力建立一個國際標(biāo)準(zhǔn)(Nienhaus,1993)，ISO 11783，為了這個目的，像LBS，ISO 11783也將定義一個農(nóng)業(yè)BUS作為一個農(nóng)業(yè)機(jī)械交換數(shù)據(jù)的開放系統(tǒng)，特別是在拖拉機(jī)-執(zhí)行工具的組合和從移動單位到靜止不動的農(nóng)場計算機(jī)。這個標(biāo)準(zhǔn)是基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議(CAN; BOSCH, 1991)。市場上有相應(yīng)的硬件設(shè)備。 在LBS中,為一般位置數(shù)據(jù)(地理位置:經(jīng)度、緯度、高度,或軌道位置)的傳輸定義了數(shù)據(jù)對象。這標(biāo)準(zhǔn)允許定義的額外的數(shù)據(jù)對象,例如多維的距離，方向和速度。沒有幾何實(shí)施參數(shù)的數(shù)據(jù)對象目前存在在LBS中。ISO 11783提供，在第7部分(信息實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層），實(shí)施航行偏移的第一個定義?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒有定義數(shù)據(jù)在哪里進(jìn)行處理。因此，關(guān)于BUS中哪個單元計算目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，哪個或那些單元測量數(shù)據(jù)不具體。 LBS提供所謂的LBS服務(wù)來執(zhí)行常見任務(wù)。LBS服務(wù)是為LBS的參與者頻繁地執(zhí)行復(fù)發(fā)的任務(wù)的功能單元。LBS用戶站就是這樣的一項(xiàng)服務(wù)。這是一個為用戶提供輸入和輸出BUS上節(jié)點(diǎn)(BUS參與者)處置的數(shù)據(jù)中央接口。另一項(xiàng)服務(wù)提供在移動單位和固定的電腦，農(nóng)場的電腦之間的數(shù)據(jù)交換。一些服務(wù)在LBS中被定義但尚未有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，例如診服務(wù)斷或“Ortung und Navigation”（位置和導(dǎo)航），將在下面作為PNS被討論。在圖2中，一個典型的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的簡化方案展示了一個拖拉機(jī)-噴霧器的組合。這個圖表包括物理BUS線路，即骨干網(wǎng)絡(luò)。在這個BUS上，參與單元如拖拉機(jī)的電子控制單元(ECUs)、霧化器被連接協(xié)作起來。另外，兩項(xiàng)LBS服務(wù)也被連接到BUS上。一項(xiàng)服務(wù)代表LBS用戶站。另外一項(xiàng)是位置和導(dǎo)航服務(wù)，即位置數(shù)據(jù)的測量和處理系統(tǒng)。 2.4 分布式和中央數(shù)據(jù)處理的比較 一個分布式數(shù)據(jù)處理，農(nóng)業(yè)BUS，根據(jù)DIN 9684 或者ISO 11783， 定義了在測量系統(tǒng)和任何參賽者之間必要的數(shù)據(jù)交換；獨(dú)自地，任何一個ECU。每一個ECU怎樣得到計算機(jī)位置數(shù)據(jù)計算必要的幾何和運(yùn)動參數(shù)的問題保持開放。每一個ECU知道從各自的結(jié)合點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的參數(shù)，但它不知道從結(jié)合點(diǎn)到測量點(diǎn)的參數(shù)。這些參數(shù)必須由其他ECU提供。沒有標(biāo)準(zhǔn)定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象或請求數(shù)據(jù)的程序。對于分布式數(shù)據(jù)處理，這些定義必須補(bǔ)充。 另外,對于中央數(shù)據(jù)處理，一定要知道測量點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間所有的運(yùn)動參數(shù)。此外，方法必需被定義以便使用中央服務(wù)計算目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。一個位置和導(dǎo)航服務(wù)需要擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，但以下的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際使用中是至關(guān)重要的。 ● 為了確定目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù),相應(yīng)的控制單元(ECU)只有一個對話伙伴網(wǎng)絡(luò)。它獨(dú)立工作于各自的網(wǎng)絡(luò)配置，僅僅發(fā)送自己的參數(shù)和只接受它特定位置數(shù)據(jù)。 ● PNS從所有的ECU上接受參數(shù)。它知道所有一切幾何條件和車輛-工具組合的運(yùn)動參數(shù)。因此，任何目標(biāo)點(diǎn)位置的確定是可能的。 ● 這個標(biāo)準(zhǔn)的定義了計算程序和明確的提出了目標(biāo)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。 ● 計算位置數(shù)據(jù)的計算性能完全由PNS提供。沒有計算能力需要用于這個目的。 在前一節(jié)提到，提供位置和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的服務(wù)已經(jīng)在LBS的計劃中。在下文中，將提到PNS的一個試?yán)鉀Q方案。 3.一項(xiàng)定位和導(dǎo)航服務(wù)的提議 此時，應(yīng)當(dāng)指出，下面的PNS的介紹是一項(xiàng)建議。它提供了一個平臺進(jìn)行討論，這可能導(dǎo)致這個服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化。 3.1 PNS的主要特征 PNS的特征首先依賴于它的使用目的。從前面所講的，很明顯的是，測量的位置數(shù)據(jù)在一個地點(diǎn)，用在不同的地點(diǎn)。為了提供需要的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)車輛，控制工具的位置和協(xié)助任何一種精耕農(nóng)業(yè)，下面的條件必須滿足： PNS提供有關(guān)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 PNS提供有關(guān)參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 PNS提供有關(guān)目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。 這項(xiàng)服務(wù)的特點(diǎn)如下： 1.數(shù)據(jù)的請求和傳播的方式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)被LBS (DIN 9684)定義和將被ISO 11783標(biāo)準(zhǔn)化。因此，它將不會在此討論。在下面,LBS將作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)被使用。 2.數(shù)據(jù)的容量、準(zhǔn)確性、頻率和范圍是由數(shù)據(jù)的目的決定的。 3.滿足這些要求的硬件和軟件不應(yīng)被規(guī)范,應(yīng)該取決于生產(chǎn)廠家。 3.2關(guān)于位置數(shù)據(jù)測量和計算方法標(biāo)準(zhǔn)的影響 各種測量系統(tǒng)和PNS中用于決定位置數(shù)據(jù)的方法不再標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。基于衛(wèi)星,機(jī)器視覺、慣性導(dǎo)航、地磁或這些情況的組合可能被應(yīng)用。作為一種結(jié)果,生產(chǎn)企業(yè)可以決定如何產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，只要他滿足了規(guī)定的要求和準(zhǔn)確性。 3.3 PNS在農(nóng)業(yè)BUS系統(tǒng)中的整合 在LBS中整合定位和導(dǎo)航服務(wù)存在一些好處，因?yàn)樵S多特性已經(jīng)被定義。LBS已經(jīng)包括在PNS的選項(xiàng)作為試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。它允許實(shí)現(xiàn)服務(wù)作為一個獨(dú)立的物理單位或者為另外一個物理單位的邏輯單位。BUS接口和BUS協(xié)議的物理性能(DIN 9684, part 2)已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)定義。為LBS中服務(wù)的集成，系統(tǒng)的功能的定義是果斷的(DIN 9684，part3)。他們在LBS中定義節(jié)點(diǎn)的性能。第三部分也給了LBS服務(wù)一般的定義。 一項(xiàng)LBS服務(wù)形成與LBS參與者點(diǎn)對點(diǎn)的連接。LBS參與者使用服務(wù)時不會被其它使用者影響，一個LBS參與者也不能影響其他參與者對服務(wù)的使用。所有進(jìn)一步PNS的定義還不規(guī)范。 3.4 PNS操作的一般模式 PNS設(shè)計應(yīng)用以下的基本假設(shè)： 1.每一個ECU的只知道它自己的參數(shù)，包括參考點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)位置、車輛類型或軸距的坐標(biāo)和數(shù)量。 2.只有ECU根據(jù)工作條件可以定義必要的時間間隔,準(zhǔn)確度和位置數(shù)據(jù)的分辨。 3.每一個ECU的可以選擇不同的任意時刻的位置數(shù)據(jù)。 4.參數(shù)和計算和提供的位置數(shù)據(jù)的方法將會在田野機(jī)械開始運(yùn)作過程之前被定義。 5.PNS提供了一些程序?yàn)閷?shí)施標(biāo)準(zhǔn)和車輛類型計算位置數(shù)據(jù)。 6.位置數(shù)據(jù)自動（周期性）地或根據(jù)需求被提供。 為了滿足這些要求,服務(wù)窗口提供適當(dāng)?shù)墓ぞ?，同時 ECUs 決定如何使用及使用哪個工具。這意味這它們定義一個或者多個任務(wù)。這樣一項(xiàng)任務(wù)基本上代表了一個命令表，包括激活具體工具使用的命令。這些任務(wù)被送到PNS，隨后PNS執(zhí)行這些任務(wù)。一個ECU的不同的任務(wù)相互獨(dú)立的被執(zhí)行。 圖3闡明了PNS與一個ECU之間的數(shù)據(jù)傳遞。同時，也顯示了PNS的主要部分。PNS的這些工具包括位置測量系統(tǒng)和測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及一系列處理這些數(shù)據(jù)的程序方法。程序如下： 1. 計算位置數(shù)據(jù)(位置程序)； 2. 計算位置數(shù)據(jù)值的平均值,最大值、最小值和積分的方法(算術(shù)程序)； 3. 輸入和輸出數(shù)據(jù)(傳輸程序)； 4. 傳遞數(shù)據(jù)到ECU（傳遞程序）； 5. 控制數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)控制程序）； 為了這些方法的執(zhí)行，ECU必須定義相應(yīng)的參數(shù)。它同時也定義位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)對象。 PNS的主要工具是一項(xiàng)執(zhí)行ECU定義的任務(wù)的程序系統(tǒng)。簡而言之，程序系統(tǒng)解釋任務(wù)指令，調(diào)動相應(yīng)的方法，計算要求的位置以及把數(shù)據(jù)送到ECU（電子控制單元）。 為了一項(xiàng)任務(wù)的定義，ECU生成一個任務(wù)庫。一個務(wù)庫主要是一系列調(diào)動PNS的程序法或者調(diào)動內(nèi)嵌的任務(wù)庫的指令。各種參數(shù)被定義并且放置在參數(shù)庫里。為了存儲被計算的位置數(shù)據(jù)，ECU必需定義數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫必需在激發(fā)相應(yīng)任務(wù)程序之前通過BUS從ECU傳送到達(dá)PNS。 3.5 PNS預(yù)定義的程序 PNS預(yù)定義的程序是一些處理位置數(shù)據(jù)或者控制數(shù)據(jù)處理的程序。不同的程序執(zhí)行不同的功能。不同的程序被一些獨(dú)特的標(biāo)識符區(qū)別。這些程序被稱為“內(nèi)部任務(wù)”（任務(wù)庫）。他將會成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分用來定義標(biāo)識符，功能規(guī)格和調(diào)用程序規(guī)格。 3.5.1 位置程序 位置程序（計算位置數(shù)據(jù)的程序）是計算目標(biāo)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。這些方法計算從最初的位置(輸入位置數(shù)據(jù)、資料的參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)或以前計算的數(shù)據(jù)）到一種新的點(diǎn)的位置(輸出的位置數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的目標(biāo)點(diǎn)或作為中間結(jié)果)。位置程序能夠滿足不同結(jié)構(gòu)位置的計算（考慮一、二或三維模型，嚴(yán)格耦合點(diǎn)，幾個基本類型車輛的不嚴(yán)格耦合點(diǎn)，工具和車輛-工具的結(jié)合）。這些程序從有關(guān)ECU執(zhí)行定義的參數(shù)庫得到他們的實(shí)際參數(shù)(目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo),車輛的長度、寬度、高度、類型或軸距)這是確定的有關(guān)實(shí)施ECU的。 圖4顯示了使用一個位置程序的一段任務(wù)庫。PNS的程序系統(tǒng)執(zhí)行這個程序庫。在任務(wù)庫的某一點(diǎn)上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用位置程序的指令。這個調(diào)用指令包括特定程序的標(biāo)識符和有關(guān)參數(shù)庫的引用。這時，程序系統(tǒng)擁有由以上的操作產(chǎn)生的實(shí)際位置數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在它使用這些實(shí)際數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù),和引用參數(shù)庫用于位置程序。然后，它執(zhí)行特定的程序。該程序使用指定的參數(shù)計算輸出的位置數(shù)據(jù)。然后，它返回到程序系統(tǒng)。位置程序的輸出數(shù)據(jù)成為新的實(shí)際位置數(shù)據(jù)。程序系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。 3.5.2 算術(shù)程序 算術(shù)方法被用來計算位置數(shù)據(jù)的平均值,最大值、最小值或者積分值。一個算術(shù)程序從程序系統(tǒng)的實(shí)際位置數(shù)據(jù)或從特定數(shù)據(jù)庫得到位置輸入數(shù)據(jù)。它使用在調(diào)用指令里決定的參數(shù)庫中的參數(shù)計算輸出位置數(shù)據(jù)。然后，計算結(jié)果數(shù)據(jù)被存儲在一個被定義的數(shù)據(jù)庫里。 圖5展示了一個算術(shù)程序使用的例子。在任務(wù)庫的某一點(diǎn)上，它發(fā)現(xiàn)調(diào)用算術(shù)程序的指令。這個調(diào)用包括具體程序的標(biāo)識符,一個有關(guān)參數(shù)庫的引用,一個目的數(shù)據(jù)庫的引用和源數(shù)據(jù)庫選擇性的引用。這個程序系統(tǒng)采用實(shí)際數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)用于程序計算。根據(jù)調(diào)用規(guī)格,算術(shù)程序從程序系統(tǒng)(沒有定義的數(shù)據(jù)庫參考)或一種數(shù)據(jù)資源(數(shù)據(jù)資源I)得到輸入數(shù)據(jù)。它計算被要求的值并把計算結(jié)果存儲在一個數(shù)據(jù)庫里（數(shù)據(jù)庫II）。計算參數(shù)是從定義的參數(shù)庫中得到的。程序發(fā)揮到程序系統(tǒng)并繼續(xù)執(zhí)行。實(shí)際的位置數(shù)據(jù)沒有被改變。 3.5.3 傳輸程序 PNS定義了三種類型的傳輸程序。輸入程序是用來裝載作為實(shí)際位置數(shù)據(jù)的確定的數(shù)據(jù)庫位置數(shù)據(jù)到PNS的程序系統(tǒng)。輸出程序存儲實(shí)際位置數(shù)據(jù)到一個在調(diào)用指令里預(yù)先定義了的數(shù)據(jù)庫。輸入/輸出程序被用來從一個源數(shù)據(jù)庫到目的數(shù)據(jù)庫之間傳輸數(shù)據(jù)。 圖6顯示了一個使用輸入和輸出程序的例子。輸入程序的調(diào)用指令包括具體程序的標(biāo)識符和源數(shù)據(jù)庫的引用。在執(zhí)行輸入程序之前，程序系統(tǒng)為程序提供源數(shù)據(jù)庫的引用。然后，程序執(zhí)行和得到位置數(shù)據(jù)，并將它作為實(shí)際位置數(shù)據(jù)返回給程序系統(tǒng)。以前的實(shí)際位置數(shù)據(jù)被損壞。系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行。對于輸出程序的使用，實(shí)際位置數(shù)據(jù)與目的位置數(shù)據(jù)庫提供參考。輸出程序?qū)?shí)際數(shù)據(jù)放到目的數(shù)據(jù)庫并返回到程序系統(tǒng)。實(shí)際位置數(shù)據(jù)仍然有效。 3.5.4 傳遞程序 傳遞程序發(fā)送具體的位置數(shù)據(jù)到ECU。源數(shù)據(jù)在調(diào)用指令(或一個數(shù)據(jù)庫或程序系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù))里被定義。當(dāng)執(zhí)行一個傳遞程序時，它得到具體的位置數(shù)據(jù)并傳送到ECU。 3.5.5 數(shù)據(jù)控制程序 數(shù)據(jù)控制程序控制一個任務(wù)庫的執(zhí)行。程序流程是控制時間或距離。PNS的程序系統(tǒng)調(diào)查任務(wù)庫。假如確定的時間間隔已過期或已超出距離限制，程序?qū)?zhí)行下列指令。否則，程序系統(tǒng)跳到數(shù)據(jù)庫的結(jié)尾。 玉米收獲機(jī)的設(shè)計 摘要 玉米作為三大主要的糧食作物之一和飼料來源，在我國分布廣泛、種植面積大。因此為了使人們從繁重的收獲勞動中解脫出來，實(shí)現(xiàn)玉米的機(jī)械化收獲，提高現(xiàn)有拖拉機(jī)的利用率，結(jié)合市場需求我們進(jìn)行了此次設(shè)計。 考慮到市場上現(xiàn)有機(jī)型特點(diǎn)，大致可分為自走式、牽引式、背負(fù)式玉米聯(lián)合收獲機(jī)等三種類型。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要和各機(jī)型作業(yè)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選擇背負(fù)式玉米聯(lián)合收獲機(jī)作為研究和設(shè)計對象。背負(fù)式玉米聯(lián)合收獲機(jī)由分禾器、撥禾鏈、摘穗輥、果穗第一升運(yùn)器（螺旋升運(yùn)器）、果穗第二升運(yùn)器（刮板輸送器）、集穗箱和秸稈粉碎還田機(jī)等組成。該收獲機(jī)能一次完成摘穗、剝皮、果穗輸送、集穗箱、莖稈粉碎還田等項(xiàng)作業(yè)。其優(yōu)點(diǎn)為價格適中，作業(yè)時無需人工開道，拖拉機(jī)利用率高，產(chǎn)品可靠率在95%以上，作業(yè)效果能夠滿足用戶需求，因此深受廣大農(nóng)民用戶的歡迎。 本次設(shè)計重點(diǎn)在于整機(jī)配置，結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算、選擇以及輸送裝置的參數(shù)選擇和計算。輸送裝置采用刮板式輸送器，將果穗逐漸送到集穗箱。大大降低勞動強(qiáng)度，省時省力。 關(guān)鍵詞：玉米聯(lián)合收獲機(jī)，背負(fù)式，輸送裝置 THE DESIGN OF CORN COMBINED HARSTER POWERED BY SHANGHAI-50 TRACTOR ABSTRACT Corn as one of the three main grain crops and feed sources, widely distributed in China, a large acreage. Therefore, in order to enable people to gain from the heavy labor freed to realize the mechanization of corn harvest, increase the utilization of existing tractors, combined with market demand, we had the design. Taking into account the market characteristics of existing models can be broadly divided into self-propelled, tractor, backpack, etc. corn harvester three types. Needs and the actual production model work, structural features, we choose to carry the tractor Shanghai -50 Corn Combine Harvester as a research and design objects. Knapsack Corn Combine Harvester by the divider device, dial Wo chain, snapping rolls, the first elevator ear device (screw elevator device), the second elevator ear device (scraper conveyor), the cluster boxes and straw Breaking field machine, etc. The function of a completed harvest snapping, peeling, ear transmission, the cluster box, stem crushing other items of work to field. The advantage of affordable, work without having to manually clear the way, tractor utilization, and product reliability rate of more than 95%, operating results to meet customer needs, so popular among the peasants users. This design focuses on machine configuration, the calculation of structural parameters, selection and delivery mechanism and calculation of parameters. Conveyor installations scraper conveyor, the ear gradually sent to the cluster trunk. Greatly reduce the labor intensity, time and effort. KEY WORDS: back-carrying type，double line，corn harvester, machine of returning straw to field，Shanghai-50 tractors 目錄 第一章 緒論……………………………………………………………………… 第二章 收獲機(jī)整體方案設(shè)計 第三章 主要工作部件參數(shù)選擇 第四章 輸送裝置的設(shè)計計算 第五章 主要工作部件的功率消耗計算 第六章 典型零件的受力分析與校核 第七章 主要零件的結(jié)構(gòu)工藝分析 第八章 技術(shù)效益評價 第九章 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 致謝 第一章 緒論 一、我國玉米聯(lián)合收獲機(jī)市場現(xiàn)狀 在我國玉米種植歷史悠久、種植面積廣泛，并且玉米是我國三大主要糧食作物之一，主要產(chǎn)區(qū)分布在東北、華北和西北等地區(qū)。因此，玉米生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。然而，如此大的種植面積，給玉米的中、管、收帶來很大的難題。近年來在國家強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策支持下，在實(shí)施玉米收獲機(jī)購置補(bǔ)貼政策的強(qiáng)力拉動下，玉米聯(lián)合收獲機(jī)的研究和發(fā)展解決了這一難題，進(jìn)而如何實(shí)現(xiàn)玉米的機(jī)械化收獲也成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。目前我國玉米聯(lián)合收獲機(jī)市場存在如下特點(diǎn)： 總量劇增，需求呈現(xiàn)多樣化。從2008年開始，玉米收獲機(jī)械納入全國農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼范圍，各主產(chǎn)省都把加快玉米收獲機(jī)械化作為推動本省農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的重點(diǎn)工作，并實(shí)行地方資金累加補(bǔ)貼。各主產(chǎn)省玉米收獲機(jī)保有量猛增，其中山東省增加7000臺，吉林增加800臺，河南增加2000臺。全國約銷售小麥玉米兼收機(jī)6000臺，4行自走專用機(jī)2000臺，各類背負(fù)機(jī)7000臺，總計15000臺左右。 根據(jù)細(xì)分市場的差異化特點(diǎn)，不同地區(qū)對玉米收獲機(jī)出現(xiàn)了差異化的需求趨勢。2008年一個突出特點(diǎn)是冬麥區(qū)小麥玉米兩用兼收機(jī)需求非?；鸨科湓蛑饕且?yàn)榧媸諜C(jī)的一機(jī)兩用的功能特點(diǎn)相比其它機(jī)型更具經(jīng)濟(jì)性，性價比高，更受參加跨區(qū)作業(yè)搞經(jīng)營的用戶的青睞。從絕對量分析，兼收機(jī)已經(jīng)和背負(fù)機(jī)基本持平，前幾年背負(fù)機(jī)“一家獨(dú)大”的局面已經(jīng)得到改變。除此以外，由于2008年玉米機(jī)第一年在全國范圍里進(jìn)行補(bǔ)貼，剛開始補(bǔ)貼的地區(qū)和省份還處于選型階段。這些地方市場需求呈現(xiàn)多樣化，在一個地區(qū)，存在同時補(bǔ)貼背負(fù)機(jī)、兼收機(jī)、籽粒直收機(jī)、自走專用機(jī)的現(xiàn)象。有的也出現(xiàn)了用戶選購的機(jī)型不適應(yīng)當(dāng)?shù)刈鳂I(yè)的情況，這是市場培育期一個特有的現(xiàn)象。相信隨著市場的逐漸成熟，農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的相互適應(yīng)，這種情況會得到改觀。 更多企業(yè)進(jìn)入，競爭異常激烈。目前國內(nèi)玉米收獲機(jī)行業(yè)還處于自由競爭時期，行業(yè)集中度很低，行業(yè)內(nèi)還沒有出現(xiàn)一家市場占有率超過15%的企業(yè)。行業(yè)準(zhǔn)入門檻低，市場前景廣闊，不斷有新進(jìn)入者加入。據(jù)不完全統(tǒng)計，2008年至少有10家以上的企業(yè)“試水”玉米收獲機(jī)市場，其中有影響的是江蘇沃得、弗雷森、約翰迪爾、福格森、海虹工程機(jī)械、常林等。江蘇沃德推出基于2號小麥?zhǔn)斋@機(jī)底盤技術(shù)的3行玉米收獲機(jī)，弗雷森推出4LZ-4玉米收獲機(jī)，約翰迪爾6488玉米聯(lián)合收割機(jī)，福格森4行玉米收獲機(jī)等產(chǎn)品較為成熟。粗略統(tǒng)計，目前玉米收獲機(jī)廠家已超過60家，平均銷售量為200臺。事實(shí)上許多企業(yè)年銷售量為個位數(shù)的不在少數(shù)，未進(jìn)入補(bǔ)貼目錄的，日子更不好過。市場競爭激烈程度已近乎當(dāng)年遍地開花的小四輪拖拉機(jī)。 產(chǎn)品趨于成熟，新技術(shù)得到推廣。近幾年，背負(fù)機(jī)由于發(fā)展時間長，技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品可靠率在95%以上，作業(yè)效果基本上能滿足用戶的需求。在發(fā)展較早的玉米機(jī)收地區(qū)得到廣泛推廣。兩用機(jī)雖然存在先天的缺陷，但近兩年經(jīng)過適應(yīng)性改進(jìn)，收獲效果得到很大的提高。關(guān)鍵是一機(jī)兩用的優(yōu)勢，使得銷量同比快速增長。自走專用機(jī)目前尚處于技術(shù)成熟化的過程中，售后服務(wù)出現(xiàn)不少困難，推廣重點(diǎn)地區(qū)仍然在東北大區(qū)。 二、現(xiàn)有玉米聯(lián)合收獲機(jī)的類型 （1）小型懸掛式玉米收獲機(jī) 用于配套小型拖拉機(jī)，可實(shí)現(xiàn)單行作業(yè)。一次性完成摘穗、莖稈還田工作，具有價格低廉、機(jī)動性好的優(yōu)點(diǎn)，較適合一家一戶的經(jīng)濟(jì)模式。但是，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，小型懸掛式玉米收獲機(jī)越來越顯示出其效率低、功率小、質(zhì)量差、作業(yè)單一等諸多問題，并將逐漸被代替。 （2）牽引式玉米聯(lián)合收獲機(jī) 用于配套大中型拖拉機(jī)，一次可實(shí)現(xiàn)2~3行收獲作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)摘穗、剝皮、果穗升運(yùn)、莖稈粉碎還田等多項(xiàng)作業(yè)。這種玉米收獲機(jī)存在的主要問題是：作業(yè)時需要先人工開道，以供拖拉機(jī)行走，效率低，難以打開市場。 （3）自走式玉米聯(lián)合收獲機(jī) 這是一種專用的玉米收獲設(shè)備。一次可完成3~4行收獲作業(yè)，完成摘穗、剝皮、果穗升運(yùn)、莖稈粉碎還田等項(xiàng)作業(yè)。而且效率高、收獲質(zhì)量好，但價格昂貴（每臺在十幾萬元左右，甚至幾十萬元）、功率大、功耗高(60~100KW),并且設(shè)備利用率低，除在大興農(nóng)場使用外，一般農(nóng)戶難以接受。 （4）背負(fù)式玉米聯(lián)合收獲機(jī) 用于配套中型以上拖拉機(jī)，一般可實(shí)現(xiàn)兩行作業(yè)，并一次完成摘穗、剝皮、果穗升運(yùn)、集箱、莖稈粉碎還田等項(xiàng)作業(yè)。其次設(shè)備整機(jī)價格適中，采用正配置使收獲機(jī)軸線與拖拉機(jī)軸線重合，無側(cè)配置，作業(yè)時無需人工開道，提高了拖拉機(jī)的利用率（在非收獲季節(jié)，可將收獲機(jī)械調(diào)配上其他農(nóng)用機(jī)具進(jìn)行田間作業(yè)，而且還可作為運(yùn)輸工具），因而深受廣大農(nóng)民的歡迎，是近年來發(fā)展較快的一種玉米聯(lián)合收獲機(jī)。 三、玉米聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展前景及研究意義 從我國特殊國情的實(shí)際情況來考慮，我國人口眾多，玉米作為主要的糧食作物之一和飼料來源，決定了我國玉米種植廣泛且分布不均勻，東北、華北、西南地區(qū)約占全國玉米種植面積的90％，而且直到2008年我國玉米機(jī)收率才僅為10％，全國各地玉米機(jī)械化收獲程度不均，因此我國玉米機(jī)械化存在廣闊的前景。 目前，我國玉米收獲機(jī)雖然已有不少機(jī)型已進(jìn)入實(shí)際使用領(lǐng)域，但總的來說，問題還不少，如技術(shù)成熟度還低，其表現(xiàn)為產(chǎn)品可靠性差；市場還沒有啟動起來；制約其發(fā)展的諸多因素還難以解決。 實(shí)現(xiàn)玉米農(nóng)業(yè)機(jī)械化收獲，是為響應(yīng)國家創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出的重大貢獻(xiàn)。玉米收獲機(jī)秸稈粉碎還田技術(shù)的使用，不僅能夠減少秸稈焚燒和環(huán)境污染，而且增肥土壤肥力；玉米跨區(qū)作業(yè)，既提高了機(jī)具的利用率，也增加了農(nóng)機(jī)手的收入；另外，玉米收獲機(jī)械化水平提高，農(nóng)村外出務(wù)工人員就可不必為糧食收獲而發(fā)愁，既節(jié)省了路費(fèi)，又緩解交通壓力，為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供充裕的人力資源。 隨著人民生活水平的不斷提高，降低農(nóng)民勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民收入，已是農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的必然趨勢。但我國農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)生產(chǎn)手段還很落后，與國際上的現(xiàn)代化生產(chǎn)模式有很大差距，全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化是一項(xiàng)長期的任務(wù)?？梢钥隙ǎ咝阅艿淖宰呤接衩资斋@機(jī)是我國玉米實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的主力機(jī)型。但我們預(yù)計，就當(dāng)前我國的現(xiàn)實(shí)情況看，與拖拉機(jī)配套使用的背負(fù)式收獲機(jī)的性價比要高于自走式。不對行背負(fù)式收獲機(jī)由于較高的適應(yīng)性和班次生產(chǎn)率將成為亮點(diǎn)。近幾年內(nèi)適合我國國情的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適應(yīng)性廣的背負(fù)式不對行玉米收獲機(jī)會有較大發(fā)展。 第二章 收獲機(jī)整體方案設(shè)計 §2.1 玉米收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 本次設(shè)計的 玉米聯(lián)合收獲機(jī)配套動力為上海50拖拉機(jī)，有關(guān)參數(shù)如下表2-1所示： 表2-1上海—50拖拉機(jī)的有關(guān)參數(shù) 型號 SH50 發(fā)動機(jī)型號 495A,495A-33 前進(jìn)速度（千米/小時） 6 Speeds:2.15-26.86 倒退速度（千米/小時） 2 Speeds:2.84-11.35 動力輸出軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分鐘） 766 總長（毫米） 3250 總寬（常用輪距）（毫米） 1690 至排氣管頂高（毫米） 2325 至排氣管頂高（毫米） 2300 至方向盤高（毫米） 1565 前輪距（毫米） 1313(Normal),1413,1513 后輪距（毫米） 1350(Normal),1392,1502 地隙（毫米） 400 軸距（毫米） 1900 結(jié)構(gòu)質(zhì)量（千克） 1860 耕深調(diào)節(jié) 力、位及高度調(diào)節(jié) 該收獲機(jī)由分禾器、撥禾鏈、摘穗輥、果穗第一升運(yùn)器（螺旋升運(yùn)器）、果穗第二升運(yùn)器（刮板升運(yùn)器）、集穗箱和秸稈粉碎還田機(jī)等組成，如圖2-1所示。 圖2-1 整機(jī)裝配圖 1.摘穗臺 2 .前懸掛架 3.輸送槽 4.中間傳動總成 5.果穗箱支架 6、.液壓卸糧油箱 7.果穗箱 8.秸稈粉碎機(jī) 其工作過程：分禾器從根部將禾稈扶正并引向帶有撥齒的撥禾鏈，撥禾鏈將秸稈扶持并引向摘穗輥。摘穗輥為縱向傾斜配置，每行有一對，相對向里側(cè)回轉(zhuǎn)，其前端為帶螺紋的錐體，起導(dǎo)禾作用；中部為帶螺紋的圓柱體，起摘穗作用；后段為深槽狀圓柱體，主要將上部剩余秸稈或拉斷的秸稈拉下或咬斷，以防阻塞。兩輥在回轉(zhuǎn)中將禾稈引向摘輥間隙之中，并不斷向下方拉送。由于果穗直徑較大不能通過間隙而被摘落。摘掉的果穗，由摘輥上方滑向中央第一升運(yùn)器（螺旋推運(yùn)器）中。果穗經(jīng)第一升運(yùn)器被運(yùn)到偏配置在拖拉機(jī)右側(cè)的果穗第二升運(yùn)器（刮板式升運(yùn)器），然后輸送到果穗箱。經(jīng)過摘輥碾壓后的秸稈，其上部多已被撕碎或折斷，基部約有1m長左右仍站立在田間。在機(jī)器的后方設(shè)有橫置臥式甩刀式粉碎刀，粉碎殘留秸稈，最后剩余根茬高度小于80mm，并將粉碎秸稈拋撒于地面。有的機(jī)器上帶有玉米脫粒器和糧箱等附件。在玉米成熟度高而一致、籽粒含水量較?。?4－20％）的情況下，可將剝皮機(jī)構(gòu)及第二升運(yùn)器等拆下并換裝脫粒器及糧箱，直接收獲玉米籽粒。 摘穗裝置是玉米聯(lián)合收獲機(jī)的主要工作部件之一，常用的摘穗裝置有立輥式、臥輥式和摘穗板式。立式摘穗輥主要用于牽引式機(jī)組，玉米秸稈割下后，由夾持鏈夾持輸送到摘輥，在摘輥后部配置有秸稈粉碎裝置將秸稈粉碎。由于空間位置不允許，所以懸掛式機(jī)組不適宜采用立式摘輥。摘穗板摘穗裝置由摘穗板和拉莖輥配合完成摘穗工作，果穗摘下后向摘穗臺后部集中由橫向輸送裝置帶走，主要用于多行機(jī)。本機(jī)為懸掛式雙行機(jī)型，摘穗臺必須配置在拖拉機(jī)前方，采用兩對外高內(nèi)低的傾斜臥式摘輥，既能順利摘穗又可保障摘下的果穗迅速滑至兩對摘輥中部的果穗輸送裝置。玉米收獲時，造成損失的主要原因是漏摘、掉穗以及摘穗部件對果穗的破壞而引起的掉粒等。因此，摘穗裝置中，應(yīng)設(shè)置分禾器和撥禾鏈，分禾器可扶起輕微倒伏的玉米秸稈并引導(dǎo)其順利進(jìn)入摘輥，以防漏摘。內(nèi)分禾器在每對摘輥的兩側(cè)形成果穗通道，與撥禾鏈配合，以防掉穗。摘穗輥應(yīng)有合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡可能減少摘穗過程中對果穗根部的擠壓損傷而造成落粒損失和子粒破碎。 果穗輸送裝置的結(jié)構(gòu)原理比較簡單，常見的有螺旋推運(yùn)器、鏈耙式和帶耙式等幾種型式。本機(jī)是偏配置機(jī)型，采用螺旋推運(yùn)器和刮板式升運(yùn)器組合輸送。 果穗箱一般配置在機(jī)組后方，容積應(yīng)盡可能大。本機(jī)果穗箱容積1.5立方米，采用液壓卸糧裝置，壓力來自動力輸出軸。糧箱設(shè)置自動開門機(jī)構(gòu)，卸糧操作方便快捷。 秸稈粉碎機(jī)具有秸稈粉碎還田功能。秸稈還田有以下幾點(diǎn)好處：①提供作物及微生物所需營養(yǎng)。據(jù)測定，一畝地所產(chǎn)秸稈一半還田后，相當(dāng)于給每畝田增加有機(jī)質(zhì)400公斤，碳酸氫銨23公斤，過磷酸鈣19公斤，氯化鉀10公斤，還能補(bǔ)充作物所需微量元素；②增強(qiáng)土壤保肥、保水性能；③促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，改善物理性質(zhì)；④促進(jìn)植物和微生物的生理活性；⑤具有保墑和抑制雜草生長作用；⑥秸稈分解時產(chǎn)生的有機(jī)酸可以中和土壤堿性，具有改良土壤的功效；⑦能降解土壤中殘留的農(nóng)藥及重金屬；⑧能提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。 §2.2 主要工作部件設(shè)計及計算 機(jī)組作業(yè)性能 一次性完成玉米的摘穗、輸送、集箱、秸稈粉碎還田 配套動力 上海-50拖拉機(jī) 收獲行數(shù) 2行 適應(yīng)行距 正配置400～800mm 摘穗高度 ≥400毫米 籽粒總損失率 ≤2% 果穗損失率 ≤3% 籽粒破碎率 ≤1% 秸稈粉碎合格率 ≥90%（粉碎秸稈長≤100毫米） 留茬高度 0～80mm（可調(diào)） 使用可靠性 ≥90% 機(jī)組生產(chǎn)率 3-5畝/小時（機(jī)組采用Ⅱ檔速度作業(yè)） 卸糧方式 液壓卸糧 §2.2.1 整機(jī)參數(shù) 1. 適應(yīng)行距：400～800mm 由于玉米播種的機(jī)械化程度低，人工點(diǎn)播行距不均，寬行800mm，窄400mm，這就要求收獲機(jī)對行距的適應(yīng)性要好。在配置兩對摘輥中心距時，考慮中間情況定位600mm，然后在分禾器、摘輥前端的秸稈引導(dǎo)裝置上采取一定的措施,提高機(jī)組的行距適應(yīng)能力。 2. 摘穗高度：≥400mm 玉米結(jié)穗高度一般為400～1200mm，本機(jī)組最低摘穗高度定為400mm，工作時可無級上調(diào)至800mm，以滿足不同需要。 3. 機(jī)組生產(chǎn)率 Q=2×5.4ηBv (畝/小時) 式中：η——機(jī)組工作時間利用系數(shù)，一般為0.7～0.9。 B——行距 （m） v——機(jī)組作業(yè)速度 （米/秒） 若η=0.8, B=0.6m, v=0.6m/s, (Ⅰ擋) 則 Q=2×5.4×0.8×0.6×0.6=3.11 (畝/小時) 若上海-50以Ⅱ擋作業(yè)，v=1米/秒， 則Q=2×5.4×0.8×0.6×1=5.184(畝/小時) 表2-2上海-50拖拉機(jī)各檔速度 速度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 倒Ⅰ 倒Ⅱ v/km.h-1 2.15 3.54 6.71 8.58 14.13 26.86 2.84 11.35 n/r.min-1 10 16 30 39 64 121 13 51 3. 留茬高度 ≤80mm 留茬高度是指秸稈粉碎還田機(jī)粉碎秸稈時所留根茬高度。秸稈粉碎還田機(jī)工作時，為了達(dá)到較好的秸稈粉碎效果，轉(zhuǎn)速調(diào)高，刀片不宜入土作業(yè)。用支撐地輪來限制留茬高度。支撐地輪的工作位置可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)留茬高度從0～80mm內(nèi)可調(diào)。 §2.2.2 主要工作部件參數(shù) 1. 摘穗裝置 摘穗裝置的功用是使果穗和秸稈分離，它應(yīng)具有抓取秸稈、輾壓拉引秸稈，摘取分離果穗及排出秸稈的能力。 (1) 摘穗輥 現(xiàn)有機(jī)器上所用的摘穗器多為輥式。按摘輥的配置方式，可分為縱臥式摘輥、立式摘輥、橫臥式摘輥和縱向摘輥；就秸稈喂入方向可分為徑向喂入、軸向喂入以及根部喂入和梢部喂入等幾種。 本機(jī)即采用縱臥式摘輥，它由一對縱向斜置（與水平線成30°）的摘輥組成。兩軸的軸線平行并具有高度差，由于其前端高度相同，因而兩輥長度相等，靠近機(jī)器外側(cè)的摘輥較長，與靠近機(jī)器內(nèi)側(cè)的摘輥長均為1000mm。摘輥的結(jié)構(gòu)前、中、后三段有所不同：前段為150mm帶螺紋的錐體，主要起引導(dǎo)秸稈和有利于秸稈進(jìn)入摘輥間隙的作用；中段為帶有螺紋凸棱的圓柱體，起摘穗作用（長度為800mm），其表面的凸棱高9mm，螺距為280mm，兩對應(yīng)摘輥的螺紋方向相反，并相互交錯配置。在有的機(jī)器上為了加強(qiáng)摘穗能力，在螺紋上相隔90°設(shè)有摘穗鉤（或稱摘穗爪），以便將穗柄揪斷。摘穗輥的直徑一般為72－100mm，轉(zhuǎn)速為600－820r/min。兩摘輥之間的間隙（以一輥的頂圓到另一輥根圓的距離計算）較秸稈直徑為小，約為秸稈直徑的30－50％，移動摘輥前軸承可以調(diào)節(jié)間隙。調(diào)節(jié)范圍為4～12mm（從摘輥中部測量）。如圖2-2所示。 圖2-2 縱臥式摘輥 1.強(qiáng)拉段 2.摘穗段 3.倒錐 4.可調(diào)軸承 5.秸稈 （2） 摘穗輥的直徑（D）和工作間隙（h） h=（0.1～0.4）d 式中：d——玉米秸稈的直徑 一般秸稈直徑在25～35mm之間，若取d=30mm，則 h=（0.1～0.4）×30=3～12mm 本機(jī)取工作間隙h=9mm。 據(jù)有關(guān)資料的實(shí)驗(yàn)證明，摘輥直徑在65～100毫米時工作質(zhì)量較好，故本機(jī)取摘輥直徑為66毫米。 本機(jī)選取較小的摘輥直徑和較大的工作間隙，即保證了摘輥對秸稈的抓取能力，又減輕了摘輥對果穗的損傷而減少掉粒損失。 另外，為了適應(yīng)不同品種的作物，每對摘輥的外輥前端采用了浮動支撐，使摘輥入口的工作間隙從9～14毫米可調(diào)。 （3） 摘輥轉(zhuǎn)速（n） 據(jù)設(shè)計資料，摘輥線速度V是保證摘輥正常工作的重要因素，當(dāng)V小于2.5米/秒時，由于秸稈與摘輥之間產(chǎn)生打滑，容易造成摘輥堵塞。當(dāng)V過高時，落粒損失增加，對臥式摘輥，其頂圓線速度取3.3～3.8米/秒為宜。 本機(jī)摘輥直徑D=66毫米，螺旋筋高度9毫米，即頂圓直徑D1=84毫米，若取V=3.6米/秒，則 摘輥轉(zhuǎn)速n=60×1000V/3.14D1=60000×3.6/3.14×84=817r/min。 （4） 撥禾鏈 本機(jī)采用雙層撥禾鏈，平行配置在摘輥上方，內(nèi)外摘輥上方各一根，相向轉(zhuǎn)動。撥禾鏈的撥齒能將秸稈撥入摘輥并通過摘輥區(qū)，可防止摘下的果穗向前滑落而造成掉穗損失。由試驗(yàn)可知，撥禾鏈的線速度取1.2米/秒為宜。 由傳動圖可知撥禾鏈輪的轉(zhuǎn)速n=172 m/s,由于z=10，t=38mm， 節(jié)圓直徑d=t×csc180Z=38×csc18010=123mm V=n×3.14×d/（60×1000）=1.107m/s。故滿足撥禾需求。 2. 果穗輸送裝置 果穗輸送裝置偏配置在拖拉機(jī)右側(cè)，攪龍直接插入兩對摘輥中部，從摘輥上滑下的果穗經(jīng)攪龍輸送到刮板升運(yùn)器再至果穗箱。經(jīng)試驗(yàn)，鏈耙線速度取1.5米/秒為宜。 由于n=259r/min，z=11，t=31.75 d=t×csc180z=31.75×csc18011=112.7mm V=n×3.14×d/(60×1000)=1.527 m/s。故滿足最宜輸送需求。 3. 攪龍參數(shù)的確定 攪龍直徑和螺距根據(jù)輸送的物料來量定，設(shè)機(jī)組的作業(yè)速度是1m/s，每畝玉米株數(shù)為3000～4000株，則每秒輸送果穗數(shù)6～8穗，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果穗運(yùn)動時總是沿著攪龍的一側(cè)且呈斜立狀態(tài)，并非雜亂無章，占取空間并不大。同時還應(yīng)該保證果穗容易落入攪龍葉片空隙中，確定攪龍直徑為312mm，螺距為280mm。 攪龍轉(zhuǎn)速： n=60v/h （轉(zhuǎn)/分）（忽略果穗與葉片的打滑） 式中：v—果穗軸向運(yùn)動速度，取0.6米/秒 h—螺距（米） 則攪龍實(shí)際轉(zhuǎn)速： n＝60×0.6/0.28＝128r/min。 玉米收獲時，對行十分重要，即機(jī)器作業(yè)時，必須使兩對摘輥的中間位置基本對準(zhǔn)玉米行進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)機(jī)器對準(zhǔn)玉米行前進(jìn)時，玉米秸稈在分禾器的引導(dǎo)下，被導(dǎo)入兩對相向旋轉(zhuǎn)的摘輥中間，并被摘輥夾持住下拉和后移，由于玉米穗頭部分的直徑大于秸稈，被摘輥擠拉與秸稈分離，摘掉的玉米穗被撥禾鏈不斷向后上方撥動，不至于從傾斜的摘輥前端落地，而每對摘輥都是內(nèi)低外高，使果穗離開摘輥，掉入傾斜輸送裝置并被輸送到果穗箱。玉米秸稈由機(jī)器后部的秸稈粉碎還田機(jī)粉碎還田，旋轉(zhuǎn)方向由后向前和由下向上，可完全撿起所有的秸稈，秸稈在高速旋轉(zhuǎn)的錘刀和設(shè)置在殼體內(nèi)側(cè)的定刀配合下被粉碎。從而一次性完成果穗摘取，輸送裝箱，秸稈粉碎還田等作業(yè)。 果穗箱集滿后，操縱液壓手柄，果穗箱將自動向后傾斜（配置時將支撐果穗箱的懸架設(shè)在果穗箱重心之前），同時自開門機(jī)構(gòu)將門打開，果穗卸下。 §2.3 主要工作部件的構(gòu)造，作用和調(diào)整 1. 玉米割臺 圖2-3 玉米割臺 1. 分禾器 2. 撥禾鏈 3.拉秸稈 4. 摘穗輥 5.清除刀 6.果穗螺旋 7鏈耙升運(yùn)器 玉米割臺主要有分禾器、撥禾鏈、摘穗輥等組成。如圖2-3所示。 (1) 摘穗臺 摘穗臺的主要作用是摘取玉米果穗并送到果穗箱，本機(jī)采用縱臥式摘輥摘穗方式。摘穗時，內(nèi)外摘輥前部應(yīng)低于玉米穗一定距離，其高度差要求不是太嚴(yán)格。高度差較小時，玉米摘掉位置靠近摘輥前端；高度差較大時，摘掉位置靠后。一般應(yīng)保證摘掉果穗的位置在摘穗輥中間。對于不同結(jié)穗高度的玉米，應(yīng)對摘穗臺高低進(jìn)行合適的調(diào)整。摘穗臺升降的調(diào)整通過改變兩根前拉桿的長度來實(shí)現(xiàn)：前拉桿有中間套管和兩端接頭組成，兩端節(jié)頭為左右螺紋，只要擰轉(zhuǎn)中間套管即可伸長或縮短。一般情況下，將前拉桿處于中間位置即可，即兩接頭銷孔中心距為500毫米左右，只有當(dāng)結(jié)穗高度在400-500毫米時需降落摘穗臺，當(dāng)結(jié)穗高度在1.2米以上時需升起摘穗臺。降低摘穗臺時，拉桿的極限長度為600毫米，升起摘穗臺時，以摘穗臺不碰拖拉機(jī)為宜。 (2) 分禾器 摘穗臺上有兩個外分禾器和一個中間分禾器。外分禾器與中間分禾器前段尖部形成兩個喇叭口(如圖2-4所示)，用以將玉米秸稈引導(dǎo)至摘穗輥中間。分禾器中部形成果穗運(yùn)輸?shù)耐ǖ溃蟛恐挥型夥趾唐?，利用其高度來限制果穗向?nèi)側(cè)滑落至螺旋升運(yùn)器。另外，分禾器尖部可對輕微倒伏的作物起扶持作用。對于秸稈嚴(yán)重倒伏的作物，不適合機(jī)收。因?yàn)橛衩捉斩拠?yán)重倒伏時，雖然分禾器亦能把秸稈扶起，但秸稈不能順暢地進(jìn)入到摘穗輥中間，或者秸稈被推而向前傾倒，不能順利摘取果穗而造成漏摘掉穗損失。我國現(xiàn)有各類機(jī)型還不能很好地收獲嚴(yán)重倒伏的作物，有待進(jìn)一步研究解決。 圖2-4 撥禾、喂入部分 1.分禾器 2.撥禾鏈 3.切割器 4.喂入鏈 5. 摘穗輥 (3) 摘穗輥 傳統(tǒng)的玉米摘穗部件有立式摘輥，臥式摘棍和摘穗板。立式摘輥常用在需要收集秸稈的機(jī)型中，摘穗板常用在多行機(jī)中。本機(jī)采用臥式摘穗輥。臥式摘輥成對使用，內(nèi)摘輥和外摘輥兩者的結(jié)構(gòu)基本相同，但摘棍的螺旋筋方向相反。內(nèi)外摘輥配置成內(nèi)低外高，內(nèi)低外高的配置使玉米穗順利地滑落至螺旋輸送器。摘輥的結(jié)構(gòu)：由摘輥尖和摘輥體組成。摘輥尖部分形成喇叭口，使玉米秸稈順利進(jìn)入摘輥間隙；摘輥體的大部分設(shè)置有螺旋筋，便于抓取秸稈，夾持秸稈并向后輸送，此段為摘穗段，摘輥體的后部設(shè)置一段直紋筋。若秸稈被輸送到摘穗輥后部時，被快速向下拉出，以免造成摘輥堵塞。摘輥體的后部通過一個接出的短軸頭用軸承支撐在機(jī)架的安裝板上，軸頭和摘輥體用兩個彈性銷連接。摘輥體與摘輥尖用一段軸連接，并用彈性銷鎖住，二者的接縫處安裝一滾針軸承，并通過支座支撐在機(jī)架上，外摘輥有摘輥齒輪箱輸出軸端鏈傳動驅(qū)動，內(nèi)外摘輥后部有一對齒數(shù)相同的齒輪嚙合，使二者轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，相向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對秸稈的拉送并摘掉玉米穗。 為了使摘輥的夾持力能適應(yīng)不同粗細(xì)的作物秸稈，機(jī)器的內(nèi)輥采用固定支撐，而外輥前端采用浮動支撐。當(dāng)秸稈被摘輥夾緊后，外輥前端受力向后運(yùn)動，此時彈簧收縮，彈力增大，給秸稈一更大的夾持力，保證秸稈的正常下拉和后送，當(dāng)遇到粗大的秸稈時，不致于拉斷秸稈，造成摘輥表面堵塞。對于不同粗細(xì)的作物秸稈，夾持力應(yīng)作合適調(diào)節(jié)，方法如下： 改變夾持力是通過調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)的。將調(diào)節(jié)螺桿旋出時預(yù)緊力增大，摘輥夾持力也增大，螺桿旋入時反之。對一般作物，將螺桿調(diào)至圖中尺寸58～62毫米的較小者，對粗大作物調(diào)至較大者。此尺寸是以外摘輥和內(nèi)摘輥的間隙為零時度量的，此間隙可通過調(diào)節(jié)螺母與調(diào)節(jié)螺桿的相對位置來改變，當(dāng)螺母被旋入時，間隙增大，一般此間隙為9～14毫米即可。 內(nèi)外摘輥的兩側(cè)配置有切草刀，用以清除纏繞在摘輥上的雜草。切草刀刃口與摘輥的間隙可調(diào)，以二者不相碰為宜。 (4) 撥禾鏈 對每行摘穗裝置來說,配置了內(nèi)、外兩根撥禾鏈，其作用是：引導(dǎo)秸稈進(jìn)入摘輥間，并幫助向后輸送秸稈，另外也對已摘掉的玉米穗向后輸送，使果穗不向前滑落。撥禾鏈的主動輪裝在撥禾鏈齒輪箱的輸出軸上端，被動輪和張緊輪（內(nèi)外鏈結(jié)構(gòu)相同）均可調(diào)節(jié)來張緊鏈條。由于此鏈為水平面上運(yùn)動，故須張緊可靠。 (5) 摘穗輥齒輪安全離合器的調(diào)節(jié) 為了提高摘穗工作部件的傳動效率和可靠性，本機(jī)采用齒輪和鏈條傳動。在摘輥齒輪箱的輸入軸端設(shè)置有安全離合器，以防摘輥堵塞或撥禾鏈脫落等故障而引起機(jī)件損壞。安全離合器的型式為牙嵌式,改變離合器彈簧的預(yù)緊力可增減離合器的結(jié)合力，彈簧壓緊時結(jié)合力增大。一般情況下，將彈簧預(yù)壓至機(jī)器可正常工作,不出現(xiàn)打滑為宜，不可壓縮過多。此彈簧壓縮后的最小長度為68毫米，特別注意，此彈簧不可壓縮超過此極限，否則離合器不能打滑,若出現(xiàn)故障,將損壞機(jī)件。 (6) 中間升運(yùn)攪龍 在偏配置機(jī)型中，由于輸送槽不能前伸至摘穗輥中部，故設(shè)置一升運(yùn)攪龍將摘取的果穗向輸送槽輸送。升運(yùn)攪龍由中間長傳動軸及齒輪箱的輸出軸驅(qū)動。攪龍葉片與后端的撥禾板不得碰壞和變形，特別是前端葉片的端部,與攪龍殼體的間隙不宜過大，以不磨擦為宜。若不合適，則應(yīng)及時修正,以免葉片對果穗的損傷造成掉粒損失。 2. 輸送槽 本機(jī)采用刮板式輸送槽,槽體下部有兩處連接角鋼，與前懸掛架和果穗箱支架固定聯(lián)接。主動軸設(shè)置在前端,由長傳動軸驅(qū)動。被動軸的位置可前后調(diào)整以張緊鏈條，松開螺母，調(diào)節(jié)另一側(cè)螺母可使被動軸后移，張緊后需擰緊螺母。張緊時注意兩側(cè)應(yīng)同步，保證主動軸和被動軸平行，以防止運(yùn)行中發(fā)生別勁、卡滯。 3. 果穗箱 果穗箱支承在果穗箱支架上，可繞兩側(cè)的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動。收獲作業(yè)時，果穗箱放下時應(yīng)鎖緊液壓裝置。果穗箱集滿后，操縱液壓手柄，果穗箱將自動向后傾斜（配置時將支撐果穗箱的懸架設(shè)在果穗箱重心之前），此時限位鋼絲繩索自動控制果穗箱傾斜的極限位置，同時自開門機(jī)構(gòu)將門打開，果穗卸下。 4. 秸稈粉碎機(jī) (1) 結(jié)構(gòu)及工作原理 粉碎機(jī)裝置位于拖拉機(jī)的后部，果穗箱的下方，動力由拖拉機(jī)動力輸出軸傳出后經(jīng)變速箱改變動力傳遞方向，然后由五根C型V帶傳遞到粉碎機(jī)的刀輥軸。粉碎錘刀用銷軸鉸接于粉碎輥的刀座上，機(jī)殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有三排定刀片，擋草板既可保證碎秸稈均勻拋撒又起安全作用。 當(dāng)拖拉機(jī)動力經(jīng)萬向節(jié)傳動軸、齒輪箱、帶傳動帶動粉碎輥高速轉(zhuǎn)動，粉碎錘刀撿拾起秸稈一起運(yùn)動，由定刀片配合，秸稈受到打擊、撕裂、搓擦等作用被粉碎，并在氣流和離心力的作用下，均勻拋撒于田間。 (2) 動刀排列方案 動刀排列方案是影響秸桿粉碎還田機(jī)工作質(zhì)量的重要因素，合理安排動刀的排列順序可以增強(qiáng)粉碎質(zhì)量，并能減輕機(jī)體震動，提高平衡性。 刀的排列順序一般有單螺線排列、雙螺線排列、星型排列和對稱排列。一般好的排列方式均要滿足以下條件： ① 刀軸受力均勻，徑向受力平衡。 ② 相鄰兩個刀片徑向夾角要大。 現(xiàn)有的單、雙螺線排列方式在粉碎過程中，秸桿側(cè)向移動現(xiàn)象嚴(yán)重，容易造成堵塞。 本設(shè)計采用均力免震法排列動刀順序，取刀輥轉(zhuǎn)速為40米/秒左右為宜。由傳動示意圖知：粉碎刀輥的轉(zhuǎn)速n=1693轉(zhuǎn)/分。 則此時的粉碎刀端線速度V： V=ω.r=π×D1×n/60=3.14×0.490×1693/60=43.4m/s （粉碎刀輥直徑490mm） 具體排列方式如圖2-5所示： 圖2-5 錘爪排列展開圖 其特點(diǎn)是： ② 刀軸受力均勻，每次只有一組刀片打擊秸桿。 ② 刀軸旋轉(zhuǎn)時不震動，無須加配重。 5.傳動示意圖 第二章 攪龍與輸送槽的設(shè)計 §3.1 攪龍的設(shè)計 螺旋輸送器（也稱升運(yùn)攪龍）在農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用得很廣，在谷物收獲機(jī)械上，用于輸送谷物、谷粒、雜余等。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單而且耐用，使用安全可靠并且轉(zhuǎn)速可以在很大范圍內(nèi)變化。但應(yīng)用螺旋輸送器也帶來易使輸送物破碎、消耗的功率多等缺點(diǎn)。 本次設(shè)計中攪龍的作用是將摘錕收獲的玉米穗收集起來輸送到刮板式輸送槽。該攪龍采用螺旋葉片式，有焊在軸上的螺旋葉片及外殼組成，攪龍工作面有一根垂直于軸的直元線一面繞軸等速回轉(zhuǎn)，一面沿軸等速移動而形成的螺旋面。 機(jī)組作業(yè)速度是1米/秒，每畝玉米數(shù)為3000～4000株，則每秒輸送果穗數(shù)為6～8穗，由經(jīng)驗(yàn)確定攪龍螺距選為h=280mm，葉片直徑為D=280mm，中間軸有130mm的鋼管切割而成。 攪龍軸向轉(zhuǎn)速為m/s，滿足輸送要求。 §3.2 刮板式輸送槽的設(shè)計 刮板式輸送器在谷物收獲機(jī)械上主要用于輸送谷物（果穗和谷粒）和雜余。輸送器由固定在鏈條上的刮板、鏈輪、外殼和喂入部分等組成。 輸送槽采用刮板式輸送器，它主要用于輸送玉米穗，將物料沿傾斜30度的方向升運(yùn)，刮板式輸送器有帶雙翼的套筒滾子鏈，上面安裝有橡膠刮板，外殼以及中間隔板等組成。輸送果穗時果穗從下端的進(jìn)口由攪龍輸送器輸入，經(jīng)過回轉(zhuǎn)的上刮式刮板將物料刮送升運(yùn)，在外殼上段經(jīng)排料口卸出。 玉米的一些有關(guān)參數(shù) 每畝玉米種植數(shù) 平均行距 株距 玉米高度 3000～4000株 600～650mm 300～350mm 1800～2500mm 結(jié)穗高度 玉米穗長度 大端直徑 每株結(jié)穗個數(shù) 400～1200mm 不大于230mm 不大于65mm 1.5個 摘自河南省新鄉(xiāng)市政府統(tǒng)計站 玉米直徑取100mm，長度取250mm，因雙行收割，選取刮板寬度B=280mm，高度h=70mm，刮板間距大于物料尺寸約為（3～6）h，同時參考鏈條尺寸，刮板間距選為10倍的鏈節(jié)距即10×31.75=317.5mm，定取為317mm。刮板材料選為橡膠。 玉米畝株數(shù)為4000株，每株結(jié)穗1.5個，則每畝產(chǎn)玉米穗數(shù)為4000X1.5=6000穗/畝，既10穗/平方米，玉米收獲機(jī)與上海-50配套，以2檔作業(yè)（1米/秒），割幅為1.2米，則每秒鐘收獲的玉米穗數(shù)為1m/s×10穗/m2X1.2m=12穗/秒。 有統(tǒng)計資料：玉米穗長度一般情況下不超過230mm，故輸送槽寬度設(shè)為300mm，高度設(shè)為300mm，玉米穗最大直徑不大于65mm，相鄰刮板間距定為317mm，則相鄰刮板輸送玉米穗數(shù)為3～4穗。 第四章 主要部件的功耗計算 玉米聯(lián)合收獲機(jī)總體功率分配： 1. 機(jī)器行走功率N1 根據(jù)上海-50機(jī)型特點(diǎn)，機(jī)組在田間行走時要消耗一定功率約為5~6馬力，取為6馬力 2. 刀輥摘穗功耗N2 據(jù)設(shè)計資料，收獲每行玉米所消耗的摘穗功率為2～4馬力，取3馬力。則本機(jī)收獲兩行玉米的摘穗功耗：N2=6馬力。 3. 撥禾消耗功率N3 收獲機(jī)每個撥禾鏈消耗功率為1.5馬力，則兩個撥禾鏈消耗功率：N3=3馬力。 4. 果穗輸送功耗N4 (1)刮板輸送器生產(chǎn)率 刮板輸送器生產(chǎn)率：Q=3600Bhv 其中：B—刮板寬度（m） 取B=0.28m h—刮板高度（m） 取h=0.07m v—刮板（鏈耙）的速度（m/s） 已知v=1.527m/s ρ—輸送物料的容重（噸/立方米） 取ρ=0.45 —充滿系數(shù) 輸送谷物和雜余可取0.6~0.8 取 =0.7 — 傾斜系數(shù) 輸送裝置與水平夾角為30° 取 =0.58 故刮板輸送器生產(chǎn)率：Q=3600Bhv=3600X0.28X0.07X1.527X0.45X0.7X0.58=19.685 (2)刮板輸送器的功率消耗 刮板輸送器長度選為4.2mm，高度選為300mm，寬度選為300mm卸料口長度需滿足果穗可以卸掉，選取為380mm。輸送器槽體、隔板、焊接板的材料均為Q235鋼,厚度為4mm,傾斜角度為,故輸送高度H=2.1m,輸送器水平投影長度L=3.64m,重力加速度g=9.8m/,刮板運(yùn)動阻力系數(shù)W=1.3,得出輸送器的功率消耗為: N== 據(jù)設(shè)計資料，收獲每行玉米所消耗的摘穗功率為1馬力，則本機(jī)收獲兩行玉米的果穗輸送功耗：N4=2馬力。 3.粉碎機(jī)功耗N5 粉碎機(jī)的功率通過農(nóng)機(jī)專業(yè)研究生做的試驗(yàn)可知，粉碎兩行物料的秸稈，粉碎機(jī)消耗的功率計算公式為： n—刀輥轉(zhuǎn)速，n=1512轉(zhuǎn)/分； B-工作幅寬，B=150cm； -單位幅寬阻扭矩平均值。一般取0.07～0.1千克力×米/厘米左右，取=0.09。 則馬力 則整機(jī)工作部件消耗的總功率N為； N=N1+N2+N3+N4+N5=6+6+3+2+28.5=45.5馬力 故能滿足工作功率要求，且有一部分功率儲備。 第五章 鏈傳動的設(shè)計與校核 §5.1 攪龍鏈輪的設(shè)計 1.鏈輪的基本參數(shù)（鏈輪齒數(shù)Z=13） （1）配用的鏈條：節(jié)距P=15.875 排距=18.11 滾子外經(jīng)=10.16mm （2）分度圓直徑：mm 齒頂圓直徑： =66.339+1.25X15.875-10.16 =76.08227576mm 齒根圓直徑：=d-=66.339-10.16=56.17956.18mm 分度圓玹齒高：=（0.625+）p-0.5 =(0.625+)X15.875-0.5X10.16 = 5.81885.82mm 齒側(cè)凸圓直徑： 取=46mm （3）鏈輪內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬：=9.4mm 齒寬：0.95=0.95X9.4=8.93mm 倒角寬：（0.1～0.15）p=0.15X15.875 =2.381252.38mm 倒角半徑：p 齒側(cè)凸緣圓角半徑：0.04p=0.04X15.875=0.635mm0.64mm §5.2 主動軸鏈傳動的設(shè)計計算 1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 軸承的選擇：因軸承安裝在薄壁鋼板中，同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用開封軸承廠生產(chǎn)的SAPF200軸承，其尺寸為dXDXB=25mmX52mmX31mm。 左右端SAPF軸承一端采用軸肩進(jìn)行軸向定位，另一端采用緊定螺釘進(jìn)行定位。由手冊上查得SAPF200軸承的定位軸肩高度為1.5mm。軸承端蓋的設(shè)計應(yīng)遵循裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求。 （2）取安裝鏈輪處的直徑是d=22mm，鏈輪用軸肩定位，鏈輪右端用軸端擋圈進(jìn)行軸向定位。 （4）軸上零件的周向定位 鏈輪與軸的周向定位均采用普通平鍵連接。鏈輪與軸的聯(lián)結(jié)選用普通C型平鍵為b×h×l=8x7x22（GB/T 1096-79）。套管與軸采用焊接方式。 （5）確定軸上圓角和倒角尺寸 查表，取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑R1.5。 2.輸送槽前軸與后軸之間的輸送鏈 選取鏈輪齒數(shù)：=11 輸送槽前軸轉(zhuǎn)速：=259r/min 輸送槽后軸轉(zhuǎn)速：=259r/min 傳動比： 鏈輪齒數(shù)： 鏈節(jié)數(shù)： 其中：——中心距——3175mm P——節(jié)距——31.75 取鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，故選=212個 3.鏈輪的基本參數(shù)（鏈輪齒數(shù)Z=11） （1）配用的鏈條：節(jié)距P=31.75 排距=35.76 滾子外經(jīng)=19.05mm 內(nèi)鏈板高度：=30.18mm （2）分度圓直徑：mm 齒頂圓直徑： =112.7+1.25X31.75-19.05 =133.34mm 齒根圓直徑：=d-=112.7-19.05=93.65mm 分度圓玹齒高：=（0.625+）p-0.5 =(0.625+)X31.75-0.5X19.05 = 12.63 齒側(cè)凸圓直徑： 取=76mm （3）鏈輪內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬：=18.90mm 齒寬：0.95=0.95X18.90=17.99mm 倒角寬：（0.1～0.15）p=0.13X31.754.13mm 倒角半徑：p 齒側(cè)凸緣圓角半徑：0.04p=0.04X31.75=1.27mm §5.3 主動軸鏈傳動軸及鍵的校核 1. 鍵的校核 普通平鍵連接的強(qiáng)度條件是： бp =2Tx100/kld <[бp] 導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接的強(qiáng)度條件是： P =2Tx100/kld<[P] 上述2式中，T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位：N.m k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度（mm） l——鍵的工作長度，單位：mm d——軸的直徑 按照上面的公式來校核普通平鍵8×7×28 бp =2Tx100/kld=2x9550Px100/kldn =2x9550x2.352x1000/（0.5x7x20x30x500） =42.78Mp<[бp]=100Mp 故滿足強(qiáng)度要求。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 軸承的選擇：因軸承安裝在薄壁鋼板中，同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用開封軸承廠生產(chǎn)的SAPF200軸承，其尺寸為dXDXB=25mmX52mmX31mm。 左右端SAPF軸承一端采用軸肩進(jìn)行軸向定位，另一端采用緊定螺釘進(jìn)行定位。由手冊上查得SAPF200軸承的定位軸肩高度為1.5mm。軸承端蓋的設(shè)計應(yīng)遵循裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求。 （2）取安裝鏈輪處的直徑是d=22mm，鏈輪用左端軸肩定位，鏈輪右端用軸端擋板進(jìn)行軸向定位。 （3）軸上零件的周向定位 鏈輪與軸的周向定位均采用鍵連接。鏈輪與軸的聯(lián)結(jié)選用普通C型平鍵為bxhxL=8x8x25（GB/T 1096-79）。 （4）確定軸上圓角和倒角尺寸 查表，取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑R1.5。 §5.4 輸送槽主動軸載荷的計算與校核 根據(jù)該軸的工作情況分析，此軸主要受扭矩，彎矩很小，所以該軸的強(qiáng)度校核按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算，對該軸各個截面主要傳遞轉(zhuǎn)矩分析，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》教材，其強(qiáng)度為： d≥39550000p0.2n【τT】=A03Pn 其中：C—軸的材料和承載情況確定的常數(shù)，而45鋼的A0值取值范圍為：118～107 應(yīng)用上式求出的d值，一般作為該軸的最細(xì)處直徑。 則P=2.352kw n=259轉(zhuǎn)/分 A0=110 得d18.26mm 考慮到鍵槽對軸的削弱作用，將d值加大4%， 故1.04d=1.04X18.26=18.99mm 而該軸最細(xì)處為22mm，所以該軸得強(qiáng)度足夠滿足使用要求。 第六章 主要零件的結(jié)構(gòu)工藝分析 §6.1 輸送槽主動軸的工藝分析 輸送槽主動軸是輸送槽的重要部件，它的設(shè)計好壞直接影響整個輸送槽的工作性能，所以它的設(shè)計至關(guān)重要。在設(shè)計中主要考慮了以下幾點(diǎn)： 1. 軸應(yīng)便于加工，軸上零件也應(yīng)便于加工； 2. 軸和軸上零件應(yīng)有準(zhǔn)確的工作位置； 3. 各零件要牢固而可靠地相對固定； 4. 改善受力狀況，減少應(yīng)力集中； 為了滿足上述要求我把軸設(shè)計成階梯軸，且在軸肩處運(yùn)用圓形倒角以減少應(yīng)力集中。由于此軸在軸承蓋、軸承、鏈輪處都有配合，因此在軸上這些連接部分的加工精度要求較高，但是農(nóng)機(jī)具精度要求相對不高，一般選用7級精度，鍵槽也是7級精度，避免精度不夠引起整個部裝的不平衡，影響加工效果。 §6.2 制訂主動軸零件的工藝過程 工序號 工序 名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 Ⅰ 車 1、車一端面，鉆中心孔 2、切斷，長399 3、車另一端面 ，鉆中心孔 臥式 車床 Ⅱ 車 1． 1.粗車一端外圓分別至?28×36，?30×38， 2． ?32×81 2．半精車該端外圓至，， 3．倒角1×45°，倒圓角R1.5 4．粗車另一端外圓分別至?2×48，?32×81，?35×138 5．半精車該圓外端分別至，, 6．倒角1×45°，倒圓角R1.5 臥式 車床 Ⅲ 銑 1、 銑槽R7.2，保證尺寸25 2、 粗-精銑鍵槽分別至××， ×× 立式 銑床 Ⅳ 熱 淬火、回火HRC40～45 Ⅴ 鉗 修研中心孔 鉆床 Ⅵ 磨 1、 粗磨一端外圓至 2、 精磨該端外圓至 3、 粗磨另一端外圓至 4、 精磨該端外圓至 外圓 磨床 Ⅶ 檢 按圖紙要求檢驗(yàn) 第七章 經(jīng)濟(jì)效益評價 §7.1社會經(jīng)濟(jì)效益 玉米聯(lián)合收獲機(jī)具有機(jī)體小、便于操作、功能齊全等許多優(yōu)點(diǎn)?？梢砸淮涡酝瓿烧?、輸送、收集到糧倉、秸稈粉碎等一系列功能。針對現(xiàn)代農(nóng)村實(shí)行的家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制度。農(nóng)村田地以小地塊為主，現(xiàn)有的大型的玉米收獲機(jī)械無法完成在小地塊作業(yè)的任務(wù)。而我國農(nóng)村的玉米種植面積又相當(dāng)?shù)拇?，所以，農(nóng)民要投入大量的時間和勞動力來完成玉米的收獲任務(wù)。這給社會造成了巨大的人力資源損失，也間接的影響了社會經(jīng)濟(jì)的增長。 玉米聯(lián)合收獲機(jī)的問世改變了這個現(xiàn)實(shí)：憑借它的靈巧、耐用及其強(qiáng)大的功能，為農(nóng)民減少了秋收的勞累，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本和勞動力。此外，由于本機(jī)具有秸稈還田功能，使秸稈重新還田變成肥料被利用，使得糧食產(chǎn)量也有增長，而且秸稈還田還減少了秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染。這一切都說明 玉米聯(lián)合收獲機(jī)的研制將會給社會帶來了良好的社會效益。 §7.2推廣前景應(yīng)用分析 由于 玉米聯(lián)合收獲機(jī)的推廣使用既有較好的社會效益和生態(tài)效益，又有一定的經(jīng)濟(jì)效益。所以，一旦研發(fā)成功，必將得到廣大農(nóng)民朋友的歡迎和接受。 1.生產(chǎn)成本概算 綜合成本概算為20000元，其中： （1）材料，工時費(fèi)5500元； （2）上繳利稅6600元； （3）水、電費(fèi)及設(shè)備廠房折舊費(fèi)2000； （4）管理費(fèi)1500； （5）銷售費(fèi)用800元； （6）職工社會，醫(yī)療，勞動保險費(fèi)用900元； （7）貸款利息1700元； （8）不可預(yù)見費(fèi)用1000元。 2. 市場售價預(yù)測 據(jù)資料顯示，2006年我國玉米種植面積2500萬公頃左右，居世界第二位，市場需求量很大。預(yù)計該機(jī)器批量生產(chǎn)成本大約為2萬元，目前市場售價在2.8萬元以上，若按每年產(chǎn)量300臺計算，則每年可創(chuàng)產(chǎn)值840萬元，實(shí)現(xiàn)利稅總額277.2萬元，生產(chǎn)企業(yè)可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)目前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況，農(nóng)民購買玉米聯(lián)合收獲機(jī)的主要目的是用于機(jī)收服務(wù)。若機(jī)器工作效率按3畝/小時，每天工作8小時，每季收獲20天，每畝玉米的收獲費(fèi)用為30～40元，則每臺機(jī)器每季可創(chuàng)收1.5萬元左右。即在兩、三年內(nèi)就可收回購機(jī)成本。如果用戶對機(jī)器正確使用、維修和保管，機(jī)器使用壽命可達(dá)5～8年。這樣