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塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查記錄表 2016年4月18日 學(xué)生姓名 康濤 班級 農(nóng)機(jī)16-4班 課題名稱 組合式棉稈收獲機(jī)的設(shè)計 課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述） 1.三維圖已經(jīng)基本完成； 2.二維圖用solidworks軟件導(dǎo)出尚未開始修改； 3.畢業(yè)設(shè)計說明書已經(jīng)開始，已將部分裝置的設(shè)計寫出 存在的問題及整改措施（學(xué)生自述） 1. 三維圖中動力來源沒有畫清楚，提輥裝置的傳動存在一些問題，一些動力的傳動存在問題，后期需改正添加。 2. 由于二維圖是用三維軟件導(dǎo)出，存在一定的問題，后期需要進(jìn)行仔細(xì)的修改。 3. 畢業(yè)設(shè)計說明書不全，缺少計算和參考文獻(xiàn)，后期需要繼續(xù)完成。 指導(dǎo)教師意見（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等） 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 學(xué)院意見 負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日 塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級 農(nóng)機(jī)16-4 學(xué)生姓名 康濤 學(xué)號 8031212411 課題名稱 組合式棉桿拔桿機(jī)的設(shè)計 起止時間 2014年11月15日—— 2015年5月27日（共 12周） 指導(dǎo)教師 李平 職稱 副教授 課題內(nèi)容 農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)提供了一個產(chǎn)品附加值高和市場潛力大的平臺。我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和能源作物等，其中農(nóng)作物秸稈和能源作物秸稈有著非常廣泛的用途。棉稈可用于生產(chǎn)人造纖維、刨花板、吸音板等板材和造紙；還可通過生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將棉稈轉(zhuǎn)化成木炭、可燃?xì)怏w或電力；另外，棉稈還具有很高的營養(yǎng)價值，可作為很好的畜類動物飼料[1-3]。由此可見，棉稈資源豐富，是一種利用價值很高的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能。依據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)棉稈收獲經(jīng)驗(yàn)，為解決棉稈可靠拔取與輸送問題，提出了一種新的拔取輸送方式，提輥裝置與拔稈齒輥相結(jié)合的組合方式。 1）查找相關(guān)文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外棉桿拔桿機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與相關(guān)工藝。 2）查找專利及相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉了解棉桿拔桿機(jī)的結(jié)構(gòu)。 3）利用機(jī)械傳動理論及原理，對拔桿機(jī)進(jìn)行傳動設(shè)計和機(jī)構(gòu)設(shè)計。 4）利用solidworks設(shè)計軟件，設(shè)計拔桿機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 擬定工作進(jìn)度（以周為單位） 第一周：查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容。 第二周：撰寫開題報告，并制定總體方案。 第三至八周：設(shè)計拔桿機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第九周：對拔桿機(jī)進(jìn)行傳動設(shè)計和機(jī)構(gòu)設(shè)計。 第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。 第十一周：編寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。 第十二周：答辯 主要參考文獻(xiàn) [1] 趙海軍,史建新.殘膜回收工藝探討[J].中國農(nóng)機(jī)化,2004,06:68-71. 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關(guān)鍵問題提輥的旋切裝置如果沒有完全把棉桿根部旋切鏟斷 拔桿齒輥拔棉花桿時就會出現(xiàn)拔桿不徹底 留有棉花桿根部或者不會拔起 地膜與提輥旋切裝置纏繞 解決的思路拔桿齒輥由液壓馬達(dá)驅(qū)動并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速可調(diào) 使拔桿齒輥與提輥的旋切同步 就是當(dāng)拔桿齒齒刀嵌入棉桿莖時起拔時 提輥旋切裝置旋切棉桿根部 加大提輥旋切裝置的旋轉(zhuǎn)速度和切土面積 3 9 2020 4課題進(jìn)程安排 第一周 查找相關(guān)資料 熟悉課題內(nèi)容 第二周 撰寫開題報告 并制定總體方案 第三周至第八周 設(shè)計棉桿拔桿機(jī)的三維實(shí)體模型圖 并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖 第九周 對棉桿拔桿機(jī)進(jìn)行傳動設(shè)計和機(jī)構(gòu)設(shè)計 第十周 撰寫畢業(yè)論文 修改圖紙中存在的問題 第十一周 編寫答辯提綱 準(zhǔn)備答辯 第十二周 答辯 3 9 2020 塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）綜合成績評定表 學(xué)生姓名 康濤 班級 農(nóng)機(jī)16-4 論文（設(shè)計）題目 組合式棉稈收獲機(jī)的設(shè)計 評定項(xiàng)目 指導(dǎo)教師評分 （20%） 評閱教師評分 （20%） 答辯小組評分 （60%） 原始得分 （百分制） 85 86 76 按評分比例 折合得分 17 17.2 45.6 總分 79.8 等級 評定 根據(jù)指導(dǎo)教師、評閱教師、答辯專家組評審意見，經(jīng)綜合評定，該生畢業(yè)論文（設(shè)計）的等級為： 學(xué)院答辯委員會負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日 學(xué)生姓名 康濤指導(dǎo)老師 李平時間 2016年05月 組合式棉稈收獲機(jī) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯 1 課題研究的目的與意義2 課題研究主要內(nèi)容3 主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計4 創(chuàng)新與改進(jìn) 提綱 目的 研究組合式棉稈收獲機(jī)的目的就是全面代替人工拔稈 節(jié)約勞動力 而且相比其他拔稈機(jī)械有效的解決了拔稈效率和田間適應(yīng)性 拔稈徹底 無殘留 1 課題研究的目的及其意義 齒盤式棉稈收獲機(jī) 意義 棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一 棉花秸稈也是棉花的主要副產(chǎn)品 但是大部分棉稈都是采用粉碎還田方式處理 只有少部分進(jìn)行再利用 近年來 隨著棉稈造紙 造板 發(fā)電 氣化及油化等技術(shù)的廣泛應(yīng)用 棉稈資源商品化需求量迅猛增加 棉稈需求日益提高 搞好棉花秸稈的綜合利用 加快推進(jìn)棉花秸稈綜合利用 實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化 對國家促進(jìn)資源節(jié)約 環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收具有的重大意義 所以說棉花秸稈收獲裝備對實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵 通過對比各種棉稈收獲裝置優(yōu)缺點(diǎn)及田間適應(yīng)性 提出一種有提輥裝置與拔稈齒輥裝置相結(jié)合的拔稈裝置 有效的解決了拔稈效率和田間適應(yīng)性 拔稈徹底 無殘留 2 課題研究的主要內(nèi)容經(jīng)過綜合考慮認(rèn)真分析 確定組合式棉稈收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 主要由機(jī)架 提輥裝置 拔稈齒輥 傳送帶 電機(jī)等構(gòu)成 組合式棉稈收獲機(jī)的工作原理 采用提輥裝置的旋切原理 使提輥刀具在地表一定深度旋切土壤 同時將棉稈從根部旋切拔出 于此同時拔稈齒輥卡住棉冠抓取棉稈 棉稈運(yùn)行至傳送帶上方時由于棉稈自重落到傳送帶上 由傳送帶運(yùn)送到一邊便于打捆運(yùn)輸 組合式棉稈收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 3 主要部件的設(shè)計3 1提輥裝置的的設(shè)計提輥裝置裝有三組刀片 高速旋轉(zhuǎn)對土壤和棉根進(jìn)行切削 經(jīng)查閱資料和實(shí)驗(yàn)分析刀片當(dāng)入土深度為10cm 旋轉(zhuǎn)速度為630r min左右 前進(jìn)速度為4km h時對土壤的切削力 拖拉機(jī)消耗功率和有效拔稈率最好 3 2拔稈齒輥的設(shè)計這五組拔稈裝置每組有11根齒條 每兩根齒條相距25cm 保證棉稈的抓取率 拔稈齒輥長260cm 可同時拔取4行棉稈 由于提輥裝置和拔稈齒輥帶輪直徑比為1 1 5 這就形成了不一樣的轉(zhuǎn)速 解決了棉根未完全切斷拔稈齒就會抓取棉稈的現(xiàn)象 實(shí)現(xiàn)了棉根完全切斷的同時抓取棉稈 3 3傳送帶的設(shè)計傳送帶上有凸槽 有利于棉稈輸送 防止棉稈脫落 經(jīng)過計算動力采用的是800r min可變向電機(jī) 可任意改變傳送方向 傳送帶運(yùn)行速度為2m s 保證棉稈高效率輸送 避免棉稈累計或因傳送帶速度過高 棉稈不能成功輸送 卡齒條 4 創(chuàng)新與改進(jìn)創(chuàng)新 提出了一種新的拔取輸送方式 提輥裝置與拔稈齒輥相結(jié)合的組合方式 改進(jìn) 改進(jìn)了拔稈齒輥 齒條由直線型改為微彎曲型 有利于抓取棉稈 增加了拔稈齒條 大大增加了棉稈收獲率 謝謝大家 誠請各位老師指正 16屆畢業(yè)設(shè)計 組合式棉稈收獲機(jī)的設(shè)計 學(xué)生姓名 康濤____________ 學(xué) 號 8031212411________ 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院_ 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化__ 班 級 16-4___________ 指導(dǎo)老師 李平___________ 日 期 2016.05_________ 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，大部分棉稈采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。主要因?yàn)橐环矫婷迼U粉碎還田，可補(bǔ)充和更新土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分，保持土壤水分和改善土壤物理性狀。 從國內(nèi)外目前棉稈收獲機(jī)械現(xiàn)狀來看，國內(nèi)有多家機(jī)構(gòu)在積極探求新的棉稈收獲機(jī)械型式，但大多機(jī)型適應(yīng)性較差、機(jī)械故障率高，可靠性差，難以進(jìn)行大面積推廣,且對收獲裝置的工作參數(shù)也缺乏系統(tǒng)的專門研究，以致于收獲效果不是很理想。棉稈機(jī)械化收獲目前常采用的方式主要有剪切收獲和提拔式收獲兩種。剪切收獲，主要是利用割刀將棉稈從根部割斷，此種收獲方式不能實(shí)現(xiàn)棉稈的全部收獲，造成資源浪費(fèi)，另外由于棉稈根莖較硬不易腐爛、不易粉碎，在土壤里留存時間較長，不利于后續(xù)整地作業(yè)和農(nóng)作物生長。此外棉花種植過程中地膜的使用，造成土壤白色污染日益嚴(yán)重。通過對殘膜回收機(jī)田間作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明棉稈及棉根對殘膜回收機(jī)的作用效果有著嚴(yán)重的影響。依據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)棉稈收獲經(jīng)驗(yàn)，為解決棉稈可靠拔取與輸送問題，提出了一種新的拔取輸送方式，提輥裝置與拔稈齒輥相結(jié)合的組合方式。該裝置主要包括機(jī)架、提輥裝置、拔稈齒輥裝置。主要工作過程是提輥裝置進(jìn)行土層淺層的翻攪，拔稈齒輥裝置與提輥裝置配合進(jìn)行棉稈的拔取與輸送。該方式一方面能有效拔取棉稈，降低功耗，加快莖稈向后輸送。另一方面增加了棉稈收獲機(jī)械的田間適應(yīng)性。后懸掛加置了殘膜回收裝置，大大減少了田間白色污染。 關(guān)鍵詞 ：棉稈；拔稈收膜；高效 目錄 1緒論 1 1.1課題背景 1 1.2研究的目的和意義 1 1.3國內(nèi)外棉花拔稈收膜機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1 2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路 6 2.1棉花種植情況 6 2.2棉花阻力分析 6 2.3機(jī)械設(shè)計遇到的問題 7 3總體方案設(shè)計 7 3.1設(shè)計任務(wù) 7 3.2基本要求 7 3.3注意事項(xiàng) 7 3.4機(jī)構(gòu)選型原則 8 4組合式棉稈收獲機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計 8 4.1 組合式棉稈收獲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示 8 4.2組合棉稈收獲機(jī)的工作原理 9 4.3提輥裝置的設(shè)計 9 4.4撥禾輪的設(shè)計 9 4.5傳送裝置的設(shè)計 10 5組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計計算與校核 10 5.1電動機(jī)的選擇 10 5.2提輥裝置拔棉稈的阻力分析 11 5.3撥禾輪運(yùn)動軌跡分析 13 5.4傳送帶的設(shè)計計算 15 總 結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻(xiàn) 18 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 1.1 課題背景 農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)提供了一個產(chǎn)品附加值高和市場潛力大的平臺。棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，大部分棉稈采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。棉花秸稈是棉花的主要副產(chǎn)品,也是工農(nóng)業(yè)的重要生物資源,棉花秸稈收獲裝備對實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵，與此棉花的種植還有地膜的使用，這就使的在棉花收獲后會有棉稈收獲和殘膜收回問題。本項(xiàng)目擬針對現(xiàn)有拔稈式收獲機(jī)械存在的問題進(jìn)行分析，提出一種組合式棉稈拔取收獲裝置，進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計及制造、田間試驗(yàn)并對該裝置的作用機(jī)理進(jìn)行研究，研究棉稈生物特性參數(shù)、土壤物理特性、兩種裝置動力學(xué)參數(shù)對于收獲作業(yè)質(zhì)量的影響機(jī)理，構(gòu)建該裝置收獲作業(yè)數(shù)學(xué)模型，綜合分析影響機(jī)械收獲效果的多因素關(guān)系。本研究將為棉稈收獲技術(shù)與裝備的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和新方法[1]。 1.2 研究的目的和意義 棉花秸稈是棉花的主要副產(chǎn)品,也是工農(nóng)業(yè)的重要生物資源,棉花秸稈收獲裝備對實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵。我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和能源作物等，其中農(nóng)作物秸稈和能源作物秸稈有著非常廣泛的用途。棉稈可用于生產(chǎn)人造纖維、刨花板、吸音板等板材和造紙；還可通過生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將棉稈轉(zhuǎn)化成木炭、可燃?xì)怏w或電力；另外，棉稈還具有很高的營養(yǎng)價值，可作為很好的畜類動物飼料[2]。由此可見，棉稈資源豐富，是一種利用價值很高的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能。 棉稈機(jī)械化收獲目前常采用的方式主要有剪切收獲和提拔式收獲兩種。剪切收獲，主要是利用割刀將棉稈從根部割斷，此種收獲方式不能實(shí)現(xiàn)棉稈的全部收獲，造成資源浪費(fèi)，另外由于棉稈根莖較硬不易腐爛、不易粉碎，在土壤里留存時間較長，不利于后續(xù)整地作業(yè)和農(nóng)作物生長。此外棉花種植過程中地膜的使用，造成土壤白色污染日益嚴(yán)重。通過對殘膜回收機(jī)田間作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明棉稈及棉根對殘膜回收機(jī)的作用效果有著嚴(yán)重的影響。拔稈式收獲，具備不留根茬、作業(yè)成本低，有助于殘膜回收等優(yōu)點(diǎn)[3]。因而無論是進(jìn)行棉稈收獲還是秸稈還田，棉稈收獲機(jī)采用拔稈式收獲方法不僅提高了棉稈的利用率，也將大大提高殘膜收凈率。通過對比各種棉稈收獲裝置優(yōu)缺點(diǎn)及田間適應(yīng)性，提出一種有提輥裝置與拔稈齒輥裝置相結(jié)合的拔稈裝置，有效的解決了拔稈效率和田間適應(yīng)性，拔稈徹底，無殘留，也將大大提高殘膜收回率，提高了田間作業(yè)效率，節(jié)約大量勞動力[4]。 1.3國內(nèi)外棉花拔稈收膜機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 國外棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡述 1）棉軒刨挖技術(shù) 這種技術(shù)釆用對稱傾斜雙圓盤對棉軒進(jìn)行刨挖，與雙圓盤開溝器的作業(yè)原理相同，代表機(jī)型為美國的Dave和Orthman棉稈挖刨機(jī)，如圖1-1，1-2所示。其中機(jī)型根據(jù)需要可調(diào)整其收獲棉稈的行數(shù)，其參數(shù)有2、4、6、8行四種，對不同濕度棉桿有較強(qiáng)的適應(yīng)性。而Orthman機(jī)型的圓盤角度和高度是可調(diào)的，拔軒機(jī)構(gòu)設(shè)計為可折疊式，采用平行四桿仿形，并在其后面安裝切碎裝置，實(shí)現(xiàn)棉稈的起拔與切碎還田[4]。 圖1-1 Dave Koenig 拔棉稈機(jī) 圖 1-2 Orthman 拔棉稈機(jī) 2） 棉稈拔取技術(shù) 這種技術(shù)采用45°傾角安裝橡膠輪胎對輯起拔。代表機(jī)型有澳大利亞生產(chǎn)的Muti拔棉桿機(jī)以及美國生產(chǎn)的AMADAS棉稈拔取切碎收獲機(jī)，如圖所1-3，1-4示。這兩種機(jī)型能將棉稈連根拔起并切碎，機(jī)具行走速度快，有較高的穩(wěn)定性且設(shè)有傳動安全防護(hù)措施。但該技術(shù) 對種植行距要求較高，適用于標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模化種植。 圖 1-3 Muti 拔棉稈機(jī) 圖 1-4 AMADAS 高速棉稈切碎收獲機(jī) 國外棉稈拔取收獲機(jī)械基本上以對輥式起拔裝置為主，以一組間隙可調(diào)、相對滾動的膠輥為拔稈部件，對行收獲，棉稈拔出直接切斷還田。起拔裝置是棉稈拔稈收獲機(jī)械中最關(guān)鍵的部件，起拔性能的好壞，直接影響整機(jī)的工作性能。一般起拔裝置有齒盤式、鋤鏟式、夾持式、對輥式、提輥式及齒輥式幾種類型。由于受膠輥結(jié)構(gòu)尺寸的限制，對于國內(nèi)棉稈的收獲并不適應(yīng)。 目前應(yīng)用較廣泛的棉軒收獲機(jī)械所采用的收獲原理和方法大致可以分為：產(chǎn)切法、滾切法、提拔法三種[5]。 國內(nèi)棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡述 1）產(chǎn)切法 該方法利用“V”型雙翼刀以一定角度深入土壤下約80mm，由動力機(jī)帶動產(chǎn)刀將棉根伊斷，并將棉稈向上抬起，再由輸送裝置將其收集成堆。由于刀入土作業(yè)，其前行過程中由前次作業(yè)所帶起的土壤及作物根巷若不能及時掉落并與辛產(chǎn)刀分離，下次作業(yè)時伊刀前端就會大量壅土，不但增加了伊刀工作阻力，致使作業(yè)效率低下，也增加了機(jī)具的功耗。該方法存在動力消耗大、殘留棉根較多、鋪放不整齊等缺點(diǎn)。 該方法的典型機(jī)型為4MC-4型綿花稻稈收獲機(jī)，由農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制生產(chǎn)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。該機(jī)具作業(yè)幅寬為1.8m，作業(yè)速度為7km/h～12km/h，一次可收獲4行棉稈，鏟稈率為96%，集堆率為90%。一次可收獲4行棉稈，鏟稈率為96%， 集堆率為90%。集堆率為90%[6]。 圖1-5 4MC-4型棉稈收獲機(jī)田間作業(yè) 2）滾切法 該方法基于旋耕原理，采用旋轉(zhuǎn)刀棍作為收獲部件進(jìn)行作業(yè)。為便于纟產(chǎn)切提拔，在水平刀棍上等角度安裝三組刀片。機(jī)組在田間作業(yè)時，隨著機(jī)組前行，刀輥逆向旋轉(zhuǎn)切入棉稈根部，刀片將棉根產(chǎn)斷，并將其拔起。刀棍為通軸刨刀，在整個作業(yè)過程中機(jī)具無需考慮棉稈行距，且土壤被刀輔不斷翻動，棉根被產(chǎn)斷，不會發(fā)生壅土現(xiàn)象。該方法同樣消耗動力較大，但工作效率較高，對不同棉桿的行距適應(yīng)性較強(qiáng)，主要適應(yīng)于直徑較細(xì)小，高度不超過1m的密植棉桿[7]。 該技術(shù)的典型機(jī)型為4M BOX-1.5型棉花拔稈清膜旋耕機(jī)，由昌吉州農(nóng)牧業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站研制生產(chǎn)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。該機(jī)可一次性收獲4行棉稈，不受株距、行距限制，兼具清除回收地膜的功能，作業(yè)速度1.4M/s，棉禾干凈拔率高達(dá)99%[8]。 1.機(jī)架 2.主動軸 3.邊側(cè)板 4.滾輪帶齒拔稈波輪5.邊側(cè)板入土開溝器 6.滾刀起拔器 7.摟把器機(jī)架 8.拉筋 9.摟把器拉桿 10.壓簧杠桿鎖死機(jī)構(gòu) 11.摟把器彈齒 圖1-6棉花拔軒清膜旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 3） 提拔法 該方法利用夾持裝置夾持棉稈，在機(jī)組田間行進(jìn)速度配合下，拉動起拔機(jī)構(gòu)產(chǎn)生向上的提拔力，將棉根從土壤中拔出。大部分機(jī)械設(shè)計有撿拾喂入部分，或設(shè)計有輸送機(jī)械，可將棉稈直接收集或鋪放在地面上。這類機(jī)具的工作原理、設(shè)計結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造成本較高，同時對棉花種植的株距、行距、機(jī)具在田間的行進(jìn)速度與夾持裝置的配合要求也很高。但該方法動力消耗較少，拔凈率較高，殘留棉根較少。 提拔式的棉稈收獲機(jī)按照夾持機(jī)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)可分為輯式、鏈桿式與夾式。輯式起拔機(jī)構(gòu)分圓錐輯、半回柱輯、圓柱輯及圓柱圓錐綜合無等；鏈桿式起拔機(jī)構(gòu)分為單鏈桿式、雙鏈桿式、鏈爪式及齒盤鏈桿式等；夾式起拔機(jī)構(gòu)分為鉗夾式、平動夾式及盤夾式。 在國內(nèi)對于棉花秸稈機(jī)械化收獲技術(shù)和裝備的研究主要是借鑒國外技術(shù)集中于對拔取收獲技術(shù)和裝備進(jìn)行研究，但因季節(jié)變化問題，品種問題，不同地域問題，土壤堅(jiān)實(shí)度，溫度及濕度等對該方式的棉稈收獲機(jī)械有很大的影響，造成收獲機(jī)械適應(yīng)性差，可靠性不高。雖然拔稈式收獲具備很多優(yōu)點(diǎn)，但目前國內(nèi)棉稈拔稈式收獲裝備技術(shù)落后，對機(jī)械收獲動力學(xué)特性和作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)理不明晰，使得我國棉稈收獲機(jī)械難以大面積推廣應(yīng)用[9]。 因此，本項(xiàng)目提出棉稈組合式撥稈收獲裝置的研制，一方面為棉稈高效收獲技術(shù)與裝備的研發(fā)提供一種解決思路及理論基礎(chǔ)。另一方面也有助于提升棉稈收獲效率、降低勞動強(qiáng)度、提高棉稈資源化利用水平，長遠(yuǎn)來看，對于恢復(fù)和穩(wěn)定我國棉花生產(chǎn)具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。 2 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路 2.1棉花種植情況 是國家重要的商品棉生產(chǎn)基地，經(jīng)過九五、十五、十一五計劃的發(fā)展，棉花已基本形成了300萬噸的生產(chǎn)能力。根據(jù)農(nóng)科院的資料，在土壤肥沃，光照充足的地區(qū)，棉花合理密植，每畝株數(shù)以15000株左右為宜。對于機(jī)采棉，可以采用10cm，66cm的株距和行距。對于地膜覆蓋，可以采用20cm，60cm的株距和行距。本課題所采用的是3米的寬幅，每次收獲4行，符合大部分地區(qū)，保證棉稈收獲高效進(jìn)行[10]。 2.2棉花阻力分析 棉稈起拔阻力是棉桿收獲研究的重要技術(shù)參數(shù)，也是棉稈收獲機(jī)械設(shè)計的重要理論依據(jù)。 棉花根系屬直根系，分為主根和側(cè)根，在土壤養(yǎng)分、水分和土質(zhì)合適的情況下，根系生長非常發(fā)達(dá)。棉稈起拔過程中，根系發(fā)生斷裂，土壤產(chǎn)生變形，同時根系與土壤間還存在點(diǎn)著力和摩擦力，這些因素綜合形成起拔阻力。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在相同的起拔條件下，與垂直方向成一夾角、沿傾斜方向起拔棉稈所需的起拔力小于沿垂直方向上的起拔力。山西省運(yùn)城市農(nóng)機(jī)科研所沈新民曾對棉稈的起拔阻力進(jìn)行了測定，分析了土壤情況、棉稈生長情況等因素對拔取力的影響，得出土質(zhì)的不同、土壤干基含水率及土壤堅(jiān)實(shí)度對棉稈起拔阻力影響較大。 棉稈在田間的生長、起拔示意如圖2-1所示。由圖2-1可知，起拔機(jī)構(gòu)對棉稈進(jìn)行起拔時，起拔力F與地面形成夾角α其為水平起拔力與垂直起拔力的合力。沿不同方向起拔時，棉稈根系斷裂過程、土壤變形過程以及根系與土壤間的粘著力均存在差異，使所需起拔力的大小有所不同。針對不同土壤條件、不同起拔角度下的棉稈起拔力F進(jìn)行測量，可以分析上述因素的影響，為棉稈起拔機(jī)械的合理設(shè)計提供依據(jù)[11]。 1.棉稈主莖 2.起拔裝置 圖2-1 起拔力測量原理[12] 2.3機(jī)械設(shè)計遇到的問題 1）提輥裝置、拔稈齒輥裝置組合設(shè)計。該裝置主要包括機(jī)架、提輥裝置、拔稈齒輥裝置。主要工作過程是提輥裝置進(jìn)行土層淺層的翻攪，拔稈齒輥裝置與提輥裝置配合進(jìn)行棉稈的拔取與輸送。該方式一方面能有效拔取棉稈，降低功耗，加快莖稈向后輸送。 2）該組合裝置如何能高效率，低功耗工作。本項(xiàng)目通過對莖稈在提輥及拔稈齒輥裝置共同作用下的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析，建立莖稈的運(yùn)動學(xué)方程，結(jié)合高速攝影，分析影響拔取及輸送的主要因素，以整機(jī)消耗功率最小為目標(biāo)函數(shù)，以喂入量、組合裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)為約束條件對各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在ADAMS軟件中對棉稈、樣機(jī)的提拔輸送裝置進(jìn)行建模，以優(yōu)化參數(shù)對莖稈的運(yùn)動進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并對莖稈的軌跡進(jìn)行模擬分析，以尋求最佳拔取輸送參數(shù)值。為設(shè)計性能優(yōu)良的棉稈收獲機(jī)提供理論依據(jù)。 3 總體方案設(shè)計 3.1設(shè)計任務(wù) 1)相關(guān)外文資料翻譯和查找搜集相關(guān)技術(shù)資料 2)撰寫任務(wù)書和開題報告； 3)根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，確定機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計機(jī)器整體結(jié)構(gòu)； 4)撰寫設(shè)計說明書； 5)繪制總裝圖、部裝圖和零件圖。 3.2基本要求 1)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易； 2)操作、維護(hù)方便、安全。 3.3注意事項(xiàng) 1)在設(shè)計開始前，應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計要求，閱讀參考資料，了解它們大體內(nèi)容，以便需要時查閱； 2)對設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)，設(shè)計小組應(yīng)進(jìn)行討論對比，以明確優(yōu)劣正誤，取長補(bǔ)短，改進(jìn)設(shè)計； 3)設(shè)計草圖完成后，應(yīng)交指導(dǎo)教師審查后再修改加深； 4)設(shè)計說明書應(yīng)按規(guī)定格式編寫，連同所繪圖紙交指導(dǎo)教師審查認(rèn)可后方可呈交； 5)認(rèn)真做好準(zhǔn)備，進(jìn)行設(shè)計答辯； 3.4機(jī)構(gòu)選型原則 1)滿足需要原則 所設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)最大限度地滿足用戶要求。應(yīng)在調(diào)查分析和預(yù)測市場需要情況下的基礎(chǔ)上，確定是否應(yīng)該進(jìn)行該種機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計。 2)經(jīng)濟(jì)合理原則 所設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)該機(jī)構(gòu)先進(jìn)，功能好，成本低、使用維修方便，在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)用最低的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)定功能，做到物美價廉。 3)可靠性原則 在規(guī)定使用條件和規(guī)定時間內(nèi)，產(chǎn)品能完成規(guī)定功能的可靠程度高，即運(yùn)行中不出現(xiàn)故障。 4)最優(yōu)化設(shè)計 在給定的設(shè)計目標(biāo)下，用優(yōu)化設(shè)計方法，從若干可行方案中找到優(yōu)選方案。 5)標(biāo)準(zhǔn)化原則 所設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，零部件應(yīng)能最大限度地與同類產(chǎn)品的零部件通用。 4組合式棉稈收獲機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計 4.1 組合式棉稈收獲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下圖 1.提輥傳動輪 2.提輥裝置 3.傳送帶軸 4.機(jī)架 5.撥禾輪 6.撥禾齒 7.撥禾傳動輪 8.變向電機(jī) 9.懸掛 11.傳送帶傳動輪 12.傳送帶 13.地輪 14.提輥刀齒 圖 4-1 棉稈收獲機(jī)的裝配圖 4.2組合棉稈收獲機(jī)的工作原理 提輥裝置與撥禾輪相連，由此提供動力，提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時將棉稈從根部旋切拔出，同時撥禾輪彎齒抓取棉稈，由于棉稈冠較大，會卡在倆彎齒之間，棉稈隨彎齒運(yùn)動到橫向傳送帶時，由于重力作用落下，由傳送帶傳出。 4.3提輥裝置的設(shè)計 1.輥軸2.刀片 圖4-2 提輥裝置 提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時將棉稈從根部旋切拔出。旋切刀具模型如圖4-2所示。在旋切過程中,提輥刀要對土壤和棉根進(jìn)行切削,同時由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用,還會將切削下的土壤向后拋送。 4.4撥禾輪的設(shè)計 1. 五星輪2.彎齒軸 圖4-3 拔稈齒輥 撥禾輪是此設(shè)備的主要部件，主要承擔(dān)提取棉稈放到傳送帶上。采用11根彎齒，每根彎齒間距20公分，可實(shí)現(xiàn)任意位置拔取，任意行距，無需調(diào)整機(jī)具對準(zhǔn)棉稈行距，實(shí)現(xiàn)快速拔稈，高效率工作。次撥禾輪齒采取微彎曲處理，保證抓取棉稈。而且撥禾輪齒向左傾斜，使棉稈運(yùn)行到傳送帶上方時，由于重力作用方便下落，保證棉稈拔取高效進(jìn)行。 4.5傳送裝置的設(shè)計 1.傳動軸 2.傳送帶 圖 4-4傳送帶 傳送裝置是起到方便收獲的作用，因?yàn)槊薅挵稳『笊⒙湟坏?，對于后面的集中成捆運(yùn)輸不便，首先收獲量太大，所以傳送裝置安置在滾軸下面，由傳送帶直接將拔取的棉稈傳送至一邊，便于集中打捆。以此，大大減少了勞動力，提高了效率。 5 組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計計算與校核 5.1電動機(jī)的選擇 根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在 800-1000 轉(zhuǎn)/分，按《機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊》推薦的傳動比合理取值范圍，取 V 帶的傳動比 圖即可滿足電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》綜臺考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸 、重量以及帶傳動的傳動比，選定電動機(jī)型號為Y100L。所選電動機(jī)的額定功率 P=1.5kw滿載轉(zhuǎn)速n=800r/min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。 Y100L-6主要參數(shù)如下表 電動機(jī)型號 額定功率/kw 滿載轉(zhuǎn)速/（r/min） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量/kg Y100L 1.5 800 2.0 2.0 32 5.2提輥裝置拔棉稈的阻力分析 提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時將棉稈從根部旋切拔出。在旋切過程中,提輥刀要對土壤和棉根進(jìn)行切削,同時由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用,還會將切削下的土壤向后拋送。另外,提輥式拔棉稈機(jī)械還要克服前進(jìn)阻力。因此,提輥式拔棉稈機(jī)功率消耗可表示為 （5-1） 式中 －旋切功耗；——拋土功耗；——旋切部件前進(jìn)滾阻功耗。 1） 旋切功耗 （5-2） 式中： —刃角； —土壤與刀的滑動摩擦系數(shù)； F—刃面上的法向力（N）； k—單位刀寬刃口切削阻力（N）； b—刀寬（m）[10] 2） 拋土功耗 （5-3） 式中：Q—每秒拋出土量（kg/s）； H—將土壤提升到拋土出口的高度（m）； T—土壤與刀表面的摩擦力(m/s)； Va-刀內(nèi)始端與外末端線速度均值(m/s)； F-土壤與上弧形面的摩擦力(N)； S-拋土位移(m)； V-刀外末端線速度(m/s)； M -每秒拋的土質(zhì)量(kg)。 3)旋切部件前進(jìn)滾阻功耗。 （5-4） 式中: K一旋切比阻 Kg—取Kg= 15； —耕深修正系數(shù)； —土壤含水率修正系數(shù)； —植被修正系數(shù)； —作業(yè)方式修正系數(shù)； h—入土深度（m）； V—作業(yè)速度（m/s）； B—作業(yè)幅寬（m）[13]。 在上面各項(xiàng)阻力計算中,參數(shù)要根據(jù)實(shí)際工作地的土壤及機(jī)具條件確定。在提滾式拔棉稈機(jī)的工作過程中,提輥式拔棉稈的功耗大小主要由機(jī)具牽引速度、提輥直徑、耕深比和提輥轉(zhuǎn)速決定。通過計算分析,分別得出牽引速度與牽引阻力函數(shù)如圖5-1所示,提輥轉(zhuǎn)速與功率消耗函數(shù)如圖5-2所示,提輥直徑耕深之比與牽引阻力函數(shù)如圖5-3所示。 圖 5-1 牽引速度與牽引阻力關(guān)系 圖 5-2　提輥轉(zhuǎn)速與功率消耗關(guān)系 圖5-3　提輥直徑耕深之比與阻力關(guān)系 由牽引阻力與各參數(shù)函數(shù)圖像關(guān)系可知,牽引阻力與前進(jìn)速度和提輥轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系,而與提輥直徑耕深之比成反比關(guān)系。在提輥式拔棉稈作業(yè)中,綜合考慮提輥?zhàn)鳂I(yè)效果與阻力消耗,并通過試驗(yàn)得出提滾直徑與耕深之比選擇1.2較為合適。在拖拉機(jī)牽引速度為4km/h的前提下,提輥轉(zhuǎn)速越高,拖拉機(jī)功率消耗越大;轉(zhuǎn)速越小,功率消耗越小,但是對土壤的切削力小,又不利于拔棉稈。綜合考慮上述因素,根據(jù)試驗(yàn),選擇轉(zhuǎn)速為320～ 360r/min較為合適。作業(yè)幅寬為3m、前進(jìn)速度為4km/h以及提輥轉(zhuǎn)速為630r/min時,計算提輥在沙性土壤中的牽引功率約為27kW左右[14]。 5.3撥禾輪運(yùn)動軌跡分析 撥禾輪是臥式收割機(jī)割曬機(jī)及全喂入式聯(lián)合收割機(jī)的重要工作部件，其主要功能是: 在撥禾輪的轉(zhuǎn)動作用下，將作物引導(dǎo)撥向切割器; 在撥禾輪的扶持下，切割器完成作物的切割，已割作物向后推送[15]。撥禾輪除隨機(jī)器按一定前進(jìn)速度做勻速運(yùn)動外，還要繞其軸心以一定的角速度ω做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其工作原理見圖 5-4 所示。 圖 5-4 撥禾輪工作原理圖 以撥禾輪軸心 對地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O，以地面線沿前進(jìn)方向?yàn)?X 軸，以過原點(diǎn)向上垂線為 Y軸，建立坐標(biāo)系，且設(shè)撥板由水平位置開始以角速度ω 逆向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點(diǎn) A 的坐標(biāo)方程為 （5-5） （5-6） 式中: R—撥禾輪半徑； ω—撥禾輪角速度； —機(jī)器前進(jìn)速度； t—撥板由水平轉(zhuǎn)過的時間； H—撥禾輪安裝高度； h—割茬高度。 當(dāng)撥禾輪速比( 撥禾輪旋轉(zhuǎn)線速度與機(jī)器前進(jìn)速度的比值) λ≤1 時，撥禾輪起不到應(yīng)有的功能; 當(dāng) λ ＞1 時，撥板的運(yùn)動軌跡為余擺線，撥禾輪才具有前述的 三條功能。不同 λ 值時的撥板運(yùn)動軌跡見圖 5-5 所示[16]。 圖5-5 不同λ值時的撥禾輪運(yùn)動軌跡 5.4傳送帶的設(shè)計計算 其中確定傳送帶軸直徑為5cm，電機(jī)轉(zhuǎn)速為800r/min。傳送帶輪與電機(jī)帶輪直徑1：1，所以確定傳送帶軸轉(zhuǎn)速為800r/min。 傳送帶軸周長：C =2πr=3.14×5=15.7cm 線速度v=800c=800×15.7=12560cm/min 所以傳送帶運(yùn)行速度為=12560/6000=2.09m/s 總 結(jié) 棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，棉花秸稈也是棉花的主要副產(chǎn)品，但是大部分棉稈都是采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。這是我課題研究的動機(jī)對，搞好棉花秸稈的綜合利用,加快推進(jìn)棉花秸稈綜合利用,實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化,對國家促進(jìn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收具有的重大意義。所以說棉花秸稈收獲裝備對實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)。希望這個設(shè)計能真正實(shí)際運(yùn)用到棉稈收獲中。 這次的設(shè)計從選題到實(shí)現(xiàn)，幾乎都是自己獨(dú)立完成的，這次畢業(yè)設(shè)計讓我更加熟悉了從理論到實(shí)踐的跨越，從當(dāng)初的各處查閱圖書到實(shí)地考察調(diào)研記錄，都有很多值得回味的地方。 通過本次設(shè)計，我學(xué)會了如何對進(jìn)行合理分析。同時，在本次設(shè)計過程中同時了解了如何編寫技術(shù)文件和正確使用設(shè)計手冊，也使我們對畫圖軟件的應(yīng)用能力有了很大提高，更培養(yǎng)了我們嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度。 致 謝 本次設(shè)計能順利完成，首先要感謝李平老師的悉心指導(dǎo)，從選題到設(shè)計完成的整個過程中，遇到了很多問題，李平老師都能及時給予細(xì)心及準(zhǔn)確的指導(dǎo)，在設(shè)計思路出現(xiàn)混淆或錯誤時，用淺顯易懂的知識深度剖析，使我的設(shè)計思路清晰明朗，以免在設(shè)計過程中迷失方向，出現(xiàn)大的偏差。在整個設(shè)計過程中，老師都能一如既往的表現(xiàn)出高度負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所應(yīng)該學(xué)習(xí)的。在此，對李平老師表示誠摯的感謝！ 感謝母校為我提供了學(xué)習(xí)機(jī)會，使我的知識水平和認(rèn)知能力得以提高，同時為我們提供了良好的學(xué)習(xí)條件，在設(shè)計過程中難免會遇到課程中沒有學(xué)習(xí)到的知識點(diǎn)，這時，到塔里木大學(xué)圖書館便能找到想要的資料。 感謝老師四年來對我的精心栽培，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予的幫助與關(guān)懷，感謝與我共同學(xué)習(xí)和生活了多年的同學(xué)們對我的關(guān)心與支持！ 經(jīng)過對自己設(shè)計的深入思考和研究，對本設(shè)計所涉及的知識有了更深刻地理解。我的設(shè)計的主要部件有機(jī)架、皮帶傳送裝置、滾軸、工作臺，每一部分的設(shè)計都經(jīng)過了計算和驗(yàn)證，以及不斷地修改和改進(jìn)。并且采用了SolidWorks制圖技術(shù)和AutoCAD制圖技術(shù)等。畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)知識的一次大總結(jié)，在設(shè)計之前，收集有關(guān)設(shè)計課題研究方面的資料、文獻(xiàn)是最為重要的。在設(shè)計工作開始時，只有對課題研究的內(nèi)容充分地了解，才會有設(shè)計目的和方向；所以收集、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料是必要的。畢業(yè)設(shè)計的目的主要是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識和專業(yè)知識來分析和解決機(jī)構(gòu)設(shè)計中所出現(xiàn)的一系列問題。本次的設(shè)計是幾年來學(xué)習(xí)過程中涵蓋面最廣的一次設(shè)計，它不僅體現(xiàn)了我們對機(jī)構(gòu)的設(shè)計，更重要的是對我們幾年來所學(xué)知識應(yīng)用到了實(shí)踐，使我明白了在今后設(shè)計過程中的一般步驟和方法。 總之，本次設(shè)計讓我受益匪淺，各方面的能力都有了提高。但由于本人設(shè)計能力有限，再加上實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計中難免有不足之處。但通過設(shè)計使我各方面的能力都得到了很大提高，為今后工作和學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我認(rèn)為這才是最重要的 參考文獻(xiàn) [1]張佳喜,葉　菲.我國棉花秸稈收獲裝備現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 ,2011:3-20 [2]張永新,楊曉春.一種側(cè)置齒輪傳動揭膜撥稈機(jī)[P]. ：CN201742692U,2011-02-16. 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