4U-750馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)-土豆收獲機(jī)含13張CAD圖,750,馬鈴薯,收獲,設(shè)計(jì),土豆,13,CAD 中文摘要 4U-750馬鈴薯收獲機(jī) 摘 要 馬鈴薯作為中國(guó)重要糧食作物之一，薯類(lèi)的收獲機(jī)械化已經(jīng)得到了高度重視。本文對(duì)4U-750型牽引式馬鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。 這款馬鈴薯收獲機(jī)利用安裝在機(jī)器前側(cè)的挖掘鏟，把馬鈴薯挖掘出來(lái)，然后通過(guò)分離裝置把馬鈴薯和泥土分離開(kāi)，分離出來(lái)的馬鈴薯通過(guò)分離輸送篩把馬鈴薯鋪于地面，最后由人工撿拾收集。 馬鈴薯收獲機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)包括：馬鈴薯收獲機(jī)挖掘部件、分離輸送部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。挖掘部件直接或間接與機(jī)架形成剛性連接，本機(jī)通過(guò)對(duì)比采用組合式平面三角鏟進(jìn)行挖掘，對(duì)挖掘鏟主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。分離部件配置在挖掘鏟后面，通過(guò)對(duì)比采用桿條式升運(yùn)鏈搭配抖動(dòng)輪完成輸送和分離，這部分對(duì)抖動(dòng)輪進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，輸送桿條通常選用直徑10mm的細(xì)長(zhǎng)圓桿。傳動(dòng)裝置采用鏈輪傳動(dòng)，由拖拉機(jī)提供動(dòng)力，減速器和鏈輪將動(dòng)力傳輸?shù)椒蛛x輸送部件上，完成馬鈴薯的收獲。 通過(guò)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)以及對(duì)地形得分析，可以確定馬鈴薯收獲機(jī)的尺寸，這時(shí)可以用AutoCAD完成裝配圖以及各個(gè)零件圖的繪制。 關(guān)鍵詞：馬鈴薯收獲機(jī)；挖掘部件；分離部件；傳動(dòng)部件；機(jī)械設(shè)計(jì) 英文摘要 4U-750Potato harvester Abstract As one of the most important food crops in China, potato harvest mechanization has been highly valued. This paper will research and design the potato harvester. This potato harvester uses the digging shovel installed in the front of the machine to dig out the potatoes, and then separate the potatoes and soil through the separation device. The whole machine design of potato harvester includes: the design of digging parts, separating and conveying parts and transmission mechanism.The digging parts directly or indirectly form a rigid connection with the frame. Through comparison, the machine adopts the combined plane triangle shovel to dig, and designs the main parameters of the digging shovel.The separation part is arranged behind the digging shovel. By comparison, the rod type lifting chain is used with the shaking wheel to complete the conveying and separation. In this part, the theoretical design of the shaking wheel is carried out. The conveying rod is usually a slender round rod with a diameter of 10 mm.The transmission device is driven by chain wheel, which is powered by tractor. The reducer and chain wheel transmit the power to separate conveying parts to complete potato harvest. Through the design of the main parts of the potato harvester, the size of the potato harvester can be determined. At this time, the assembly drawing and each part drawing can be completed with AutoCAD. Keywords:The potato harvester;The mining parts;The separating parts;Transmission parts;Machine design 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 4U-750馬鈴薯收獲機(jī) 1 1 緒論 1 1.1 研究的目的與意義 1 1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1.2.1國(guó)外現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 3 1.3馬鈴薯收獲機(jī)的研究?jī)?nèi)容 4 2 設(shè)計(jì)總體方案 6 2.1馬鈴薯物理特性 6 2.2馬鈴薯種植模式分析 6 2.3馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)思 7 2.3.1設(shè)計(jì)要求 7 2.3.2機(jī)器參數(shù)的確定 8 2.3.3馬鈴薯收獲機(jī)所需功率的確定 8 2.3.4工作原理 9 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10 3.1確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10 3.2功率的計(jì)算及傳動(dòng)比分配 10 3.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11 3.3.1鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 11 3.3.2傳動(dòng)鏈條的選擇 11 3.3.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟 11 3.4軸的設(shè)計(jì) 19 3.5 鍵的校核 20 4 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 21 4.1挖掘鏟的設(shè)計(jì) 21 4.1.1挖掘鏟的選擇 21 4.1.2挖掘鏟的設(shè)計(jì) 22 4.2土薯分離輸送裝置的設(shè)計(jì) 25 4.2.1分離裝置的選擇 25 4.2.2輸送裝置設(shè)計(jì) 25 4.2.3抖動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 26 4.3機(jī)架的設(shè)計(jì)和選材 28 參 考 文 獻(xiàn) 31 致 謝 33 4U-750馬鈴薯收獲機(jī) 1 緒論 1.1 研究的目的與意義 我國(guó)是馬鈴薯種植最大的國(guó)家，根據(jù)2018年中國(guó)馬鈴薯大會(huì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，我國(guó)馬鈴薯年種植面積與產(chǎn)量分別在533.3萬(wàn)（8000多萬(wàn)畝）和9000多萬(wàn)噸，均居世界首位[1]。盡管我國(guó)馬鈴薯的種植面積很大，但產(chǎn)量似乎并不盡如人意，在世界上種植馬鈴薯的國(guó)家之中，我國(guó)的機(jī)械化水平最低，同時(shí)這也造成我國(guó)的馬鈴薯產(chǎn)量低的原因。我國(guó)馬鈴薯機(jī)械化率只有42.6%，這使得我國(guó)在馬鈴薯的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不僅沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，反而造成土地資源的浪費(fèi)，人力資源的浪費(fèi)。所以實(shí)現(xiàn)馬鈴薯機(jī)械化收獲是順應(yīng)馬鈴薯市場(chǎng)需求的必要條件。 我國(guó)地形廣闊，不同地區(qū)種植模式不同導(dǎo)致馬鈴薯機(jī)收難，也是造成國(guó)外先進(jìn)機(jī)械在中國(guó)難以廣泛應(yīng)用的原因之一。設(shè)計(jì)一款適應(yīng)中國(guó)農(nóng)業(yè)，功能全面的馬鈴薯收獲機(jī)可以大大解放農(nóng)民的勞動(dòng)力，增加生產(chǎn)效率。馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是大勢(shì)所趨的。 1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外現(xiàn)狀 國(guó)外的馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展比較早，機(jī)械化的程度比較高。在20世紀(jì)早期，一些歐美國(guó)家收獲馬鈴薯已經(jīng)開(kāi)始使用機(jī)械，生產(chǎn)力水平得到大大提高。20世紀(jì)中期，歐美國(guó)家基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。20世紀(jì)末，一些亞洲國(guó)家，如日本，韓國(guó)也開(kāi)始實(shí)現(xiàn)馬鈴薯收獲機(jī)械化[2]。機(jī)械化收獲大大解放了人們的雙手，提高了收獲效率。 國(guó)外機(jī)械目前采用兩種收獲機(jī)械。一種是馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，另一種是挖掘拾撿裝載機(jī)[1]。比利時(shí)、美國(guó)、德國(guó)采用自走式聯(lián)合收獲機(jī)，如圖 1所示。圖中可以看出，這款收獲機(jī)可以在收獲過(guò)程中將馬鈴薯的除秧、收獲、裝載運(yùn)輸集為一體。韓國(guó)、日本、意大利、波蘭等國(guó)家由于地形原因，山地種植多，所以主要使用挖掘機(jī)。國(guó)外中小型聯(lián)合馬鈴薯收獲機(jī)的特點(diǎn)為生產(chǎn)效率高，體積小，與拖拉機(jī)配套使用過(guò)程中，對(duì)牽引機(jī)械馬力要求不高。 圖 1 自走式聯(lián)合收獲機(jī) 第二次工業(yè)革命期間，前蘇聯(lián)最早發(fā)明出馬鈴薯收獲機(jī)械，首先發(fā)明出半懸掛式的馬鈴薯收獲機(jī)，隨后為了提高效率又發(fā)明了自走式的馬鈴薯收獲機(jī)。德國(guó)的馬鈴薯收獲機(jī)技術(shù)一直以來(lái)都處于國(guó)際領(lǐng)先地位，德國(guó)的格瑞莫（GRIMME）公司以生產(chǎn)馬鈴薯收獲機(jī)而聞名于世，這個(gè)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量上乘，受到各國(guó)一致好評(píng)。以VENTOR4150型4行收獲機(jī)為例，其功率達(dá)到390kW，配備15噸料斗，整地效率和分離效率高[1]。圖 2為格瑞莫公司設(shè)計(jì)制造的一款馬鈴薯收獲機(jī)。從圖中可以明顯看出該收獲機(jī)體型巨大，適應(yīng)于大面積平地種植的馬鈴薯進(jìn)行收獲，并且可以一次性完成收獲和收集兩個(gè)任務(wù)，還節(jié)省時(shí)間，解放勞動(dòng)人民的雙手。 圖 2 格瑞莫馬鈴薯收獲機(jī) 1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 在發(fā)展之初，馬鈴薯收獲多采用人工收獲或者畜力挖掘，現(xiàn)代化水平低，造成人民勞動(dòng)強(qiáng)度大，然而生產(chǎn)效率低。所以馬鈴薯收獲機(jī)械化開(kāi)始發(fā)展。起初我們借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)研制出了第一代升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，由于地域特殊，并不能很好適應(yīng)，隨后馬鈴薯種植面積擴(kuò)大，馬鈴薯收獲機(jī)也開(kāi)始向智能化，聯(lián)合化的方向發(fā)展[2]。目前我國(guó)農(nóng)機(jī)市場(chǎng)以中小型馬鈴薯收獲機(jī)為主，如4U-2、4U-170等機(jī)型，通常以農(nóng)村常用的拖拉機(jī)配套使用，適應(yīng)性強(qiáng)，收獲效率高。如圖 3所示，這款收獲機(jī)是我國(guó)自主研發(fā)的適應(yīng)我國(guó)種植模式的聯(lián)合收獲機(jī)，可以很明顯的看到收獲機(jī)前的兩個(gè)地輪，使用地輪是對(duì)國(guó)外機(jī)械的一種改進(jìn)，可以很好適應(yīng)中國(guó)土質(zhì)，解決了國(guó)外機(jī)械在中國(guó)難以為繼的局面。 圖 3 4U-170型馬鈴薯收獲機(jī) 在馬鈴薯收獲生產(chǎn)廠家中，中機(jī)美諾科技股份有限公司在中國(guó)是具有代表性的企業(yè)，作為中國(guó)最早從事馬鈴薯收獲裝備的企業(yè)，其研發(fā)的美諾1700和1710系列馬鈴薯收獲機(jī)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)大中型馬鈴薯收獲機(jī)的突破[1]。圖 4為美諾的一款代表機(jī)型1700。除美諾之外，青島洪株農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司、山東富邦農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公等企業(yè)也是中國(guó)具有代表型的馬鈴薯收獲機(jī)的研發(fā)廠家。 圖 4 美諾1700 國(guó)內(nèi)的馬鈴薯收獲機(jī)在這幾年間迅速發(fā)展，在適應(yīng)地形的同時(shí)提高效。收獲機(jī)生產(chǎn)廠家逐漸增多，收獲機(jī)種類(lèi)也隨之增多，已經(jīng)從單一功能的挖掘發(fā)展到聯(lián)合收獲。但是國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械由于國(guó)家重視程度低，資金投入少，仍存在一些問(wèn)題。首先國(guó)內(nèi)收獲機(jī)對(duì)比國(guó)外來(lái)看，機(jī)械化程度不高，大多數(shù)使用中小型，雖然受限于地形地勢(shì)，但總體來(lái)看還是處于低效率的。其次，機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化程度低，中國(guó)地形復(fù)雜，不同地形需要使用不同機(jī)型這就導(dǎo)致中國(guó)的馬鈴薯收獲機(jī)難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。最后，我國(guó)的馬鈴薯收獲機(jī)在機(jī)械化，創(chuàng)新化，智能化程度上比國(guó)外要落后。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升，低水平的農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械必然難以為繼，所以我國(guó)的馬鈴薯收獲產(chǎn)業(yè)鄉(xiāng)創(chuàng)新化、集成化方向發(fā)展是必然趨勢(shì)也是重大挑戰(zhàn)。 1.3馬鈴薯收獲機(jī)的研究?jī)?nèi)容 通過(guò)收集資料對(duì)4U-750型馬鈴薯收獲機(jī)有了一定的認(rèn)識(shí)，在認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，要設(shè)計(jì)一款馬鈴薯收獲機(jī)，這款馬鈴薯收獲機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)械收獲的條件，完成馬鈴薯的挖掘，土薯分離，運(yùn)輸，和集條，并且以拖拉機(jī)為輸出動(dòng)力，這正好可以與現(xiàn)代農(nóng)村的設(shè)備相匹配。根據(jù)馬鈴薯的農(nóng)藝要求，完成馬鈴薯收獲機(jī)關(guān)鍵部件的理論設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)繪圖。 設(shè)計(jì)的技術(shù)路線(xiàn)如下: 35 2 設(shè)計(jì)總體方案 2.1馬鈴薯物理特性 馬鈴薯作為日常生活中餐桌上一道必不可少的美食，它含有高淀粉含量，是一種地下生長(zhǎng)的作物，與花生不同的是，馬鈴薯生長(zhǎng)喜水喜肥，所以才有高淀粉含量。由于馬鈴薯的生長(zhǎng)特點(diǎn)，導(dǎo)致馬鈴薯含水量較高，含水量高決定其儲(chǔ)存方式以及收獲方式需要小心，否則極其容易造成馬鈴薯外表?yè)p傷。馬鈴薯對(duì)種植地要求不高，土壤隨著含水量不同，對(duì)應(yīng)的形態(tài)也不盡相同。固態(tài)時(shí)，土壤含水量低互不粘結(jié)，土薯分離比較容易；在塑性狀態(tài)時(shí)，土壤含水量高容易粘結(jié)，土薯分離容易，但機(jī)器很難在田間行走。所以實(shí)踐表明，在濕度低，土質(zhì)疏松的田地更適合機(jī)械化收獲馬鈴薯。馬鈴薯與機(jī)械化收獲有關(guān)的一些物理，力學(xué)特性如表 1所示[27]。 表 1馬鈴薯物理特性 特性 數(shù)值 生長(zhǎng)深度（cm） 13~22 薯塊分布寬度（cm） 18~30 長(zhǎng)度（mm） 60~120 寬度（mm） 46~75 厚度（mm） 37~56 單個(gè)薯塊重量（g） 37~56 薯塊容重（kg/m^3） 20~290 破壞薯塊的靜壓（kN） 650~750 莖葉拉斷力（平均）（kN） 0.3~0.9 2.2馬鈴薯種植模式分析 我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，馬鈴薯種植方式也因地形而異。而且我國(guó)各地馬鈴薯的品種多種多樣，用途不一，這就導(dǎo)致各個(gè)地區(qū)馬鈴薯收獲的作業(yè)要求也不一樣。而且有的地區(qū)采用覆膜種植來(lái)增加產(chǎn)量，收獲時(shí)地膜或者雜草的纏繞等對(duì)馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的工作性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響，所以各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境對(duì)馬鈴薯聯(lián)合收獲的作業(yè)要求就提出了一個(gè)較大的考驗(yàn)[22]。 我國(guó)馬鈴薯種植通常采用壟作或者平作，在有灌溉條件的地區(qū)多采用壟作，在平地多采用平作，除此之外還有壟間套作，因地形而異。我國(guó)山西大部分地區(qū)地形平坦，水源充足，適合于平作，有的地區(qū)也采用壟作。 2.3馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)思 2.3.1設(shè)計(jì)要求 通過(guò)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)的調(diào)查，找出一款適合于山西種植形式的馬鈴薯收獲機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)需求做出如下要求： 1、確保馬鈴薯收獲機(jī)的作業(yè)質(zhì)量，設(shè)計(jì)的馬鈴薯收獲機(jī)在田間實(shí)際作業(yè)時(shí)能夠順利地完成挖掘、輸送分離、鋪放等功能[23]。 2、配套動(dòng)力要與農(nóng)村現(xiàn)有的拖拉機(jī)相匹配。 3、通用性強(qiáng)、可靠性高，能夠在實(shí)現(xiàn)作業(yè)功能的基礎(chǔ)上降低作業(yè)成本。 根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，馬鈴薯收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量的規(guī)定，馬鈴薯作業(yè)地的土壤絕對(duì)含水率不大于25%，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)質(zhì)量要求和馬鈴薯挖掘機(jī)的作業(yè)質(zhì)量要求如表 2和表 [12]。 表 2 馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求 檢測(cè)項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo)要求，% 傷薯率 破皮率 含雜率 損失率 ≤3.5 ≤4 ≤4 ≤4 表 3 馬鈴薯挖掘機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求 檢測(cè)項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo)要求，% 傷薯率 破皮率 明薯率 ≤3.0 ≤3.5 ≤96 2.3.2機(jī)器參數(shù)的確定 4U-750馬鈴薯收獲機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表 ： 表 4 主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 長(zhǎng)寬高/（mm） 結(jié)構(gòu)質(zhì)量/kg 配套動(dòng)力/KW 作業(yè)幅寬/mm 作業(yè)深度/mm 作業(yè)速度/（m/s） 1000x1160x950 170 58.8 600-800 180-220 1.6 2.3.3馬鈴薯收獲機(jī)所需功率的確定 機(jī)器的行走、挖掘鏟在挖掘時(shí)的工作阻力以及驅(qū)動(dòng)工作部件的工作是馬鈴薯收獲機(jī)的主要消耗的功率，其總功率計(jì)算公式為： (1) 式中——機(jī)器所需的總功率 ——機(jī)器向前滾動(dòng)消耗的功率 ——挖掘鏟消耗的功率 ——機(jī)器傳動(dòng)消耗的功率 （1） 機(jī)器的牽引功率為，既： （2） 式中——機(jī)器滾動(dòng)阻力（N） ——挖掘鏟工作阻力（N） ——實(shí)際工作速度（m/s） 機(jī)器滾動(dòng)阻力可由下式計(jì)算： （3） 式中——機(jī)器滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取 ——機(jī)器使用質(zhì)量，取 可求得 得。 （2）若以1.06m/s得速度前進(jìn)得話(huà)，，由此可得：。 2.3.4工作原理 工作時(shí)，拖拉機(jī)通過(guò)懸掛機(jī)構(gòu)牽引馬鈴薯收獲機(jī)前進(jìn)，拖拉機(jī)提供傳動(dòng)所需的總動(dòng)力，減速器作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一部分，通過(guò)輸出軸將動(dòng)力傳動(dòng)到鏈輪，鏈輪通過(guò)軸使分離輸送裝置的抖動(dòng)輪抖動(dòng)，升運(yùn)桿向后輸送；隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟至升運(yùn)桿上進(jìn)行分離，在抖動(dòng)輪的抖動(dòng)作用下薯塊和泥土分離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機(jī)的后面，以便人工撿拾[24]。 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 5所示。本次設(shè)計(jì)的馬鈴薯收獲機(jī)選擇后懸掛80-100馬力的拖拉機(jī)配套作業(yè)；減速器選用ZDY100-2-I型圓柱形齒減速器，輸出轉(zhuǎn)速為500r/min。馬鈴薯收獲機(jī)所需動(dòng)力通過(guò)拖拉機(jī)的輸出軸傳送到減速器輸入軸，然后通過(guò)減速器輸出軸傳送到小鏈輪，通過(guò)鏈輪帶動(dòng)分離輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，工作的時(shí)候要對(duì)行。 圖 5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 1.萬(wàn)向連軸2.鏈輪3.減速器4.動(dòng)力輸出軸5.輸送鏈驅(qū)動(dòng)軸6.抖動(dòng)輪軸 3.2功率的計(jì)算及傳動(dòng)比分配 通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，確定減速器，鏈輪，軸的傳動(dòng)效率如下： 減速器傳動(dòng)效率:=0.97 鏈傳動(dòng)效率:=0.96 軸傳動(dòng)效率：=0.98 總的傳動(dòng)效率： 計(jì)算鏈輪輸出功率為： 一般進(jìn)行傳動(dòng)比分配時(shí)，我們應(yīng)該盡量使得各級(jí)傳動(dòng)的承載能力大致相等，為了在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)適應(yīng)馬鈴薯的種植模式，我在這里設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比為i=5，減速器傳動(dòng)比為i=2，鏈傳動(dòng)比為i=2.5。 3.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.3.1鏈傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 鏈傳動(dòng)是具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。 與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)是沒(méi)有彈性的，不會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，所以傳動(dòng)的效率比較高；由于它的張緊力小，使得軸與軸承所受載荷小；結(jié)構(gòu)緊湊，在傳動(dòng)相同功率時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸比帶傳動(dòng)小[26]。 與齒輪傳動(dòng)相對(duì)比，鏈傳動(dòng)的中心距可以更大；鏈傳動(dòng)比較穩(wěn)定，氣候變化對(duì)鏈傳動(dòng)影響?。绘渹鲃?dòng)成本低。 鏈傳動(dòng)缺點(diǎn)有：鏈傳動(dòng)時(shí)隨著傳送過(guò)程中總有波動(dòng)，難以維持恒定的速度運(yùn)行；若用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，則容易產(chǎn)生較大的張力和沖擊載荷；中心距小和頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)方向的場(chǎng)合會(huì)使得鏈條磨損快，減短鏈條使用壽命；所以鏈傳動(dòng)只能用于平行軸之間的傳動(dòng)[25]。 綜上所述，鏈傳動(dòng)可以很好適應(yīng)馬鈴薯收獲機(jī)的工作環(huán)境，所以本次設(shè)計(jì)選用鏈傳動(dòng)。 3.3.2傳動(dòng)鏈條的選擇 根據(jù)我國(guó)鏈條標(biāo)準(zhǔn)GB1.243.1-83,傳動(dòng)鏈分為A系和B系，常用A系列。選用單排滾子鏈可以適應(yīng)工作時(shí)的動(dòng)力傳動(dòng)要求，并且可以緩和工作時(shí)的沖擊。 3.3.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟 3.3.3.1鏈條設(shè)計(jì)及校核 1、已知鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比為i=2.5；選擇小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)根據(jù)，得：。 2、計(jì)算設(shè)計(jì)功率 （4） 式中——工況系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-6，得 ——傳遞功率， 3、計(jì)算單排鏈條傳遞的功率 （5） 式中——小鏈輪的齒數(shù)系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-7得 ——排數(shù)系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-8得 4、確定鏈條節(jié)距 根據(jù)和由圖13-2-6確定鏈條為，查表13-2-2可知節(jié)距 5、驗(yàn)算小鏈輪軸孔直徑 （6） ——鏈輪軸孔最大許用直徑，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-9， 6、初選中心距 一般?。? （7） 7、計(jì)算鏈條節(jié)數(shù) （8） 取鏈條節(jié)數(shù)為82節(jié)。 8、計(jì)算鏈條長(zhǎng)度 （9） 9、計(jì)算實(shí)際中心距 計(jì)算中心距，查表13-2-11得；。 實(shí)際中心距為。 10、鏈條速度 （10） 時(shí)為低速鏈傳動(dòng)。 11、計(jì)算有效圓周力 （11） 作用在軸上的力（傾斜傳動(dòng)） 12、確定潤(rùn)滑方式 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表13-2-47、13-2-48和圖13-2-5可選擇定期人工潤(rùn)滑。 13、滾子鏈?zhǔn)问椒治黾靶：? （1） 滾子鏈主要失效形式如表 。 失效形式 原因 疲勞磨損 在鏈傳動(dòng)中，在應(yīng)變力下，當(dāng)達(dá)到某循環(huán)次數(shù)時(shí)，鏈板發(fā)生斷裂，表現(xiàn)為滾子和套筒表面出現(xiàn)疲勞裂紋和點(diǎn)蝕。 鉸鏈磨損 銷(xiāo)軸與套筒在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受的壓力以及相對(duì)滑動(dòng)共同導(dǎo)致鉸鏈磨損。 鉸鏈膠合 在載荷作用下導(dǎo)致銷(xiāo)軸與套筒之間的油膜破壞，產(chǎn)生膠合。 靜強(qiáng)度破斷 在低速重載工作時(shí)，易發(fā)生靜強(qiáng)度不足而斷裂。 表 5 滾子鏈?zhǔn)问? （2） 鏈條靜強(qiáng)度計(jì)算 馬鈴薯收獲機(jī)在運(yùn)行中，屬于低速重載，此時(shí)鏈條靜強(qiáng)度是主要問(wèn)題，因此僅需對(duì)鏈條靜強(qiáng)度進(jìn)行校核即可[25]。 鏈條靜強(qiáng)度計(jì)算公式： （12） 式中——靜強(qiáng)度安全系數(shù)； ——鏈條抗拉載荷，取，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-2； ——有效圓周力，，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-5； ——離心力引起的力，，； ——鏈條質(zhì)量，，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2-2； ——鏈條速度，； ——懸垂力，在和中選較大者； （13） （14） 式中——系數(shù)，見(jiàn)圖13-2-7，?。? ——鏈傳動(dòng)中心距，； ——兩輪中心線(xiàn)對(duì)水平面傾角； ——許用系數(shù)，； 可得，，取 得 所以鏈條符合靜強(qiáng)度驗(yàn)算。 3.3.3.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)鏈輪的材料選用45鋼，齒面硬度為40~50HRC，熱處理方式采用淬火，回火處理。 鏈輪設(shè)計(jì)的基本參數(shù)如表 。 表 6 基本參數(shù) 名稱(chēng) 數(shù)值 大鏈輪齒數(shù) 小鏈輪齒數(shù) 鏈條節(jié)距 最大滾子直徑 43 17 38.10 22.23 1、 計(jì)算齒頂圓直徑 計(jì)算公式如下： （15） 可求得，，，，取，。 2、 計(jì)算齒根圓直徑 齒根圓直徑可按下式確定： （16） 計(jì)算可得， 3、 計(jì)算分度圓直徑 分度圓直徑可有下式確定： （17） 可得，。 4、 計(jì)算齒高 齒高計(jì)算公式為： （18） 可得，，取。 5、 計(jì)算尺側(cè)凸緣直徑 （19） 計(jì)算得。 6、 計(jì)算齒面圓弧半徑 最大齒槽形狀： （20） 最小齒槽形狀： （21） 求得，，取。 7、 計(jì)算齒溝圓弧半徑 最大齒槽形狀： （22） 最小齒槽形狀： （23） 可求得，取。 8、 計(jì)算齒寬 根據(jù)公式計(jì)算單排鏈輪齒寬為： （24） 得。 9、 倒角寬 由公式 （25） 可得到。 10、 圓角半徑 （26） 可得。 11、 倒角半徑 （27） 12、 齒溝角 （28） （29） 計(jì)算可得，，取。 13、 倒角深 （30） 大、小鏈輪的尺寸如表 和表 所示。 表 7 大鏈輪尺寸 設(shè)計(jì)參數(shù) 數(shù)值 分度圓直徑（mm） 齒頂圓直徑（mm） 齒根圓直徑（mm） 齒高（mm） 齒面圓弧半徑（mm） 齒溝圓弧半徑（mm） 倒角寬（mm） 圓角半徑（mm） 尺側(cè)凸緣直徑（mm） 倒角半徑（mm） 倒角深（mm） 齒溝角（°） 522 540 500 10 260 11.3 3.81 1.524 482.15 38.1 19.05 120 表 8 小鏈輪尺寸 設(shè)計(jì)參數(shù) 數(shù)值 分度圓直徑（mm） 齒頂圓直徑（mm） 齒根圓直徑（mm） 齒高（mm） 齒面圓弧半徑（mm） 齒溝圓弧半徑（mm） 齒寬（mm） 倒角寬（mm） 圓角半徑（mm） 尺側(cè)凸緣直徑（mm） 倒角半徑（mm） 倒角深（mm） 齒溝角（°） 207 220 185 10 60 11.3 24 3.81 1.524 165.4 38.1 19.05 120 3.4軸的設(shè)計(jì) 1、軸的選材 因?yàn)檩S所受載荷較小，選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。軸傳遞的功率為； 軸的的轉(zhuǎn)速為；轉(zhuǎn)距為。 2、 軸的設(shè)計(jì)過(guò)程 （1）初選軸的最小軸徑 最小軸徑公式為： （31） 式中查《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-1-12可取,可求得：。 （2）軸的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 6 軸 L1段：此處放置軸承，取最小軸徑d1=60mm,基本尺寸為dxDxB=60x130x31mm；右側(cè)采用檔圈定位，直徑d=60mm,D=70mm,H=5mm,材料為35鋼。根據(jù)軸徑選用深溝球軸承，型號(hào)為6312。 L2段：此處放置主動(dòng)輪，根據(jù)主動(dòng)輪的軸孔設(shè)計(jì)軸的直徑為70mm,主動(dòng)輪的右側(cè)采用軸肩定位，鍵連接的類(lèi)型為GB/T 1096 bxhxL=20x12x70mm。 L3段：此處設(shè)計(jì)為定位軸肩，故取d=80mm。 L4段：此處放置從動(dòng)輪，根據(jù)從動(dòng)輪的軸孔設(shè)計(jì)軸的直徑為70mm，鍵連接的類(lèi)型為GB/T 1096 bxhxL=20x12x70mm。 L5段：根據(jù)鏈輪的軸孔設(shè)計(jì)軸的尺寸為d=60mm，選用鍵進(jìn)行連接，鍵的類(lèi)型為GB/T 1096 bxhxL=20x12x18mm。 至此,已經(jīng)初步確定了軸的各段長(zhǎng)度和直徑。 3.5 鍵的校核 我們都知道采用普通平鍵時(shí)，一般沒(méi)有過(guò)大的載荷，不會(huì)造成鍵的斷裂，然而卻會(huì)造成鍵表面被壓壞，所以?xún)H按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。 普通平鍵連接的強(qiáng)度校核公式為： （32） 式中——鍵中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa,取。 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩， K——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，mm d——軸的直徑，mm L——鍵的工作長(zhǎng)度，mm 可求得,所以符合強(qiáng)度校核。 4 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 4.1挖掘鏟的設(shè)計(jì) 4.1.1挖掘鏟的選擇 4.1.1.1挖掘鏟的工作狀況 通過(guò)觀察，馬鈴薯收獲機(jī)的挖掘鏟總是首先與地面接觸，收獲機(jī)通過(guò)挖掘鏟把土和薯輸送到抖動(dòng)篩，完成初步收獲。挖掘鏟工作時(shí)，既要保證不能剩薯，又要保證不能傷薯，而且還要防止挖掘鏟壅土和鏟草，使得進(jìn)入機(jī)器的土量少，機(jī)器能量損耗少。 4.1.1.2挖掘鏟的種類(lèi) 從鏟的形狀上分類(lèi)，主要有條形鏟，凸面鏟，三角形鏟，柵條式挖掘鏟。其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如 表 3。對(duì)比而言，選擇組合式三角形平面鏟可以鏟最少的土挖凈薯塊，并且這種鏟常用于升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，有良好的自潔能力和入土性能[27]。挖掘鏟的結(jié)構(gòu)圖如圖 7 挖掘鏟。 圖 7 挖掘鏟 表 3 挖掘鏟類(lèi)型對(duì)比 挖掘鏟形狀 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 條形鏟 可以均勻進(jìn)入挖掘面 使用于有振動(dòng)篩的收獲機(jī) 凸面鏟 碎土性能好 挖掘阻力大，容易造成鏟面的磨損 三角鏟 入土性能最好，挖掘阻力小，強(qiáng)度高 挖掘時(shí)，碎土功能不好 柵條式挖掘鏟 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，碎土功能好 強(qiáng)度不好，不耐用，容易斷裂 1、 挖掘鏟主要參數(shù) 三角平面鏟的主要參數(shù)有：鏟刃斜角、鏟的傾角、鏟的長(zhǎng)度、鏟的寬度、鏟的高度[26]。鏟平面受力分析如圖 8 受力分析圖。 圖 8 受力分析圖 4.1.2挖掘鏟的設(shè)計(jì) 1、 鏟刃斜角 為保證鏟刃的自動(dòng)清潔，鏟刃斜角應(yīng)滿(mǎn)足下式： （33） 為土壤對(duì)鋼的摩擦角，山西土質(zhì)為壤土，山西大部分地區(qū)為粉壤土，查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，現(xiàn)在取，求得 2、 鏟刃傾角 鏟的傾角應(yīng)小于24°，雖然 角增大有利于破碎土塊，但是同時(shí)增大了工作時(shí)的阻力，并且也導(dǎo)致挖起物壅在鏟面上，無(wú)法輸送至分離裝置。挖掘鏟的牽引阻力總是受土壤類(lèi)型，挖掘深度，鏟得形狀和傾角的影響，根據(jù)圖 8的受力分析圖可列如下方程式： （34） 式中P——沿著挖掘鏟移動(dòng)掘起物所用的力（N） R——鏟對(duì)土壤的反作用力（N） G——鏟面上土壤的重力（N） ——鏟的傾角（°） ——土壤對(duì)鏟的摩擦系數(shù)，根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，可得: （35） （36） 如果超過(guò)上值，土壤就會(huì)壅在鏟面上，并散落在兩側(cè)，不能輸送到分離裝置上。所以取。 3、 鏟的長(zhǎng)度 在圖中鏟的長(zhǎng)度分為和，可由下式確定： （37） 式中——平均挖掘深度， 可求得。 鏟的后半段通過(guò)能量定理可以進(jìn)行計(jì)算，這一段馬鈴薯克服摩擦力做功，到鏟頂部速度為零，計(jì)算過(guò)程如下： 整個(gè)過(guò)程動(dòng)能： （38） 克服摩擦做功： （39） 克服重力做功： （40） 式中——機(jī)器前進(jìn)速度，在條件不利的情況下，一般取值為。 當(dāng)角為時(shí)，挖掘鏟的最佳長(zhǎng)度為，較低值適用于砂質(zhì)土，較高值適用于中等堅(jiān)實(shí)土。當(dāng)角越大，挖掘鏟的長(zhǎng)度可以越短，機(jī)器速度可以越高，長(zhǎng)度可以越大[27]。 聯(lián)立得： （41） 可得挖掘鏟總長(zhǎng)。 4、 鏟的寬度 鏟的寬度主要決定因素為薯地的行距，一般單行馬鈴薯收獲機(jī)的寬度應(yīng)為。山西馬鈴薯行距為，所以鏟的總寬取。在實(shí)際配置中，應(yīng)留滑草間隙，一般雙鏟為，多鏟為。所以設(shè)計(jì)鏟的總數(shù)為，滑草間隙為，每個(gè)鏟的寬度為。 5、 鏟的高度 由鏟的傾角可求得鏟的高度： （42） 4.2土薯分離輸送裝置的設(shè)計(jì) 分離輸送裝置在工作時(shí)要承載的載荷較大，其單位寬度喂入達(dá)，要求分離掉的土壤達(dá)，再不傷薯塊的情況下，還要求向后輸送，以便進(jìn)一步清選和分離。 4.2.1分離裝置的選擇 目前，馬鈴薯收獲機(jī)在作業(yè)生產(chǎn)上常用的是按幾何尺寸進(jìn)分離的工作裝置，如桿條式升運(yùn)器、分離篩、滾筒篩等[26]?，F(xiàn)將這幾種分離裝置進(jìn)行對(duì)比如表 0所示。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)桿條式升運(yùn)器比較適合用于山西土地的收獲。 桿條式升運(yùn)器是由細(xì)長(zhǎng)桿和連接這些桿條的鏈連接而成，中間配置有抖動(dòng)輪。根據(jù)收獲條件和使用要求的不同，桿條式升運(yùn)器可按不同方案進(jìn)行配置[26]，本設(shè)計(jì)采用的是被動(dòng)橢圓輪抖動(dòng)裝置與升運(yùn)鏈進(jìn)行配置。 表 10 分離裝置對(duì)比 分離裝置類(lèi)型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 桿條式升運(yùn)器 分離能力強(qiáng)，適應(yīng)條件廣 由于是金屬連接而成，容易磨損 分離篩 分離能力強(qiáng)，還可以向后輸送 沖擊力大，對(duì)薯皮傷害也大 滾筒篩 節(jié)省能耗，分離效率高 容易產(chǎn)生損傷，對(duì)土壤含水量有要求 4.2.2輸送裝置設(shè)計(jì) 升運(yùn)鏈采用的鏈帶形式有鉤形鏈、套筒鏈、套筒滾子鏈（標(biāo)準(zhǔn)型或非標(biāo)準(zhǔn)型）、平膠帶和齒形橡膠帶[27]，對(duì)比如 表 41。本次設(shè)計(jì)選用套筒鏈。 表 4 傳動(dòng)鏈帶型對(duì)比 鏈帶型式特點(diǎn) 特點(diǎn) 鉤形鏈 這種鏈條使用壽命較短，易磨損，常用雙排鉤來(lái)增加使用壽命 套筒鏈 鏈條耐磨性好，使用壽命長(zhǎng) 套筒滾子鏈 這種鏈條耐磨性好，使用壽命比較長(zhǎng)，經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)化，方便更換 平膠帶 這種鏈條類(lèi)似于帶傳動(dòng)的彈性形變，彈性形變比起金屬的摩擦要更耐用，但是與之配合的桿條易磨損，使用壽命較長(zhǎng) 橡膠帶 這種鏈條與平膠帶類(lèi)似，噪聲小，但是膠帶的強(qiáng)度低，使用壽命不長(zhǎng) 線(xiàn)速度越高的升運(yùn)鏈，沖擊會(huì)越大，越容易造成馬鈴薯外表的損傷，而且升運(yùn)鏈過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯不能及時(shí)落到土地上，導(dǎo)致馬鈴薯外部破裂，因此在挖掘機(jī)上，升運(yùn)鏈的長(zhǎng)度一般為左右比較合適，在挖掘鏟后面升運(yùn)鏈線(xiàn)速度一般為。 通過(guò)對(duì)比我國(guó)一些典型的馬鈴薯收獲機(jī)，發(fā)現(xiàn)常采用節(jié)距為，細(xì)長(zhǎng)桿的直徑不宜過(guò)細(xì)，一般選取或的鋼制成[27]。在本次設(shè)計(jì)中取升運(yùn)鏈長(zhǎng)度為，線(xiàn)速度為，節(jié)距為，桿條直徑選，升運(yùn)鏈寬度為。 4.2.3抖動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 升運(yùn)鏈在工作時(shí)會(huì)撥動(dòng)抖動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槎秳?dòng)輪的形狀不同于齒輪或鏈輪，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)類(lèi)似于凸輪上下振動(dòng)，從而達(dá)到土薯分離的效果。抖動(dòng)輪的形狀主要有橢圓形，雙頭的和三頭的。橢圓形抖動(dòng)輪由于外形過(guò)渡平穩(wěn)，在工作時(shí)對(duì)鏈條產(chǎn)生的沖擊力小，對(duì)薯塊的沖擊小，噪聲小，工作性能溫和，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以很好的滿(mǎn)足在正常條件下的工作[27]。所以本次的設(shè)計(jì)選擇使用橢圓形抖動(dòng)輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。但調(diào)節(jié)振幅和頻率時(shí)需要更換不同形狀的抖動(dòng)輪。 抖動(dòng)輪設(shè)計(jì)如下： （1）初選抖動(dòng)輪大節(jié)圓半徑為，小節(jié)圓半徑為。 （2）抖動(dòng)輪和升運(yùn)鏈線(xiàn)速度關(guān)系如下: （43） 式中：——抖動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 ——抖動(dòng)輪周長(zhǎng) ——升運(yùn)鏈線(xiàn)速度 由于抖動(dòng)輪周長(zhǎng)為： （44） 可求得。 拋起物體的升運(yùn)鏈最低線(xiàn)速度為： （45） 式中，可求得。 抖動(dòng)輪抖動(dòng)頻率可按下式計(jì)算： （46） 式中為抖動(dòng)輪凸頂數(shù),取,可求得。 抖動(dòng)輪結(jié)構(gòu)如圖5所示。 圖 9 抖動(dòng)輪 4.3機(jī)架的設(shè)計(jì)和選材 一般馬鈴薯收獲機(jī)的機(jī)架尺寸設(shè)計(jì)受限于壟寬或者行距，根據(jù)馬鈴薯種植的行距或者壟寬可以確定馬鈴薯收獲機(jī)的外形尺寸：長(zhǎng)X寬X高=1800X1160X950mm;兩側(cè)板的厚度為80mm，為放置抖動(dòng)分離裝置的驅(qū)動(dòng)軸與從動(dòng)軸需要在側(cè)板上設(shè)計(jì)兩個(gè)軸孔，同時(shí)需要設(shè)計(jì)放置減速器的位置。減速器的放置需考慮拖拉機(jī)的輸出軸位置，所以在機(jī)架上方設(shè)計(jì)兩個(gè)橫梁，作為放置減速器以及連接拖拉機(jī)的構(gòu)件。機(jī)架下方為挖掘鏟架，需要在機(jī)架側(cè)面留出放置挖掘鏟架的位置。為了增加機(jī)架的橫向剛度，機(jī)架后方設(shè)計(jì)一個(gè)支撐桿。整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)圖如圖 10 機(jī)架的整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)組裝或者局部焊接的形式完成。各個(gè)組件的選材如下，因?yàn)椴捎猛侠瓩C(jī)牽引前進(jìn)，所以前后橫梁要連接牽引裝置和傳動(dòng)裝置，受力較大，故采用80X80X80mm的空心鋼，如圖 11和圖 12。后方的支撐桿受力小，選用圓鋼，如圖 13。整個(gè)機(jī)架采用Q235鋼，連接牽引裝置的橫梁組件采用材料為Q235鋼，如圖 14和圖 15。 圖 10 機(jī)架 圖 11 前梁 圖 12 后梁 圖 13 支撐桿 圖 14 牽引機(jī)構(gòu)連接板1 圖 15 牽引機(jī)構(gòu)連接板2 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李震,常清,劉繼柱,董小靖.國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2020,56(09):207-208. 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