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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 桑葉采收機(jī)總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM AND THE OVERALL PLAN OF MULBERRY LEAF HARVESTING MACHINE 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)及班級： 指導(dǎo)老師及職稱： 教授 學(xué) 院：工學(xué)院 湖南·長沙 提交日期：2013 年 5 月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生設(shè)計(jì) 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下， 進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注 明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確 的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞 ………………………………………………………………………………………1 1 前言 ………………………………………………………………………………………1 2 課題設(shè)計(jì)的意義 …………………………………………………………………………2 2.1 桑葉采收機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 …………………………………………………………………2 2.2 采茶機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………………………2 2.3 桑葉采收機(jī)的市場及其前景…………………………………………………………3 3 總體方案的提出 …………………………………………………………………………3 3.1 主要結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………3 3.2 工作原理…………………………………………………………………………………4 4 主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………………4 4.1 整機(jī)結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………4 4.2 設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………………5 4.2.1 技術(shù)指標(biāo) ……………………………………………………………………………5 4.3 汽油機(jī)的選擇 …………………………………………………………………………5 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 ……………………………………………………………5 4.3.2 汽油機(jī)的選擇計(jì)算 …………………………………………………………………5 4.4 帶傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算 …………………………………………………………………5 4.4.1 帶輪材料的選擇及熱處理 …………………………………………………………5 4.4.2 帶輪設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………5 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………………7 4.5.1 初級參數(shù)假定 ………………………………………………………………………7 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………8 4.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………………………9 4.6.1 軸的計(jì)算 ……………………………………………………………………………9 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案…………………………………………………………9 4.6.3 軸的校核……………………………………………………………………………10 4.6.4 鍵的校核 …………………………………………………………………………11 4.7 風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………12 4.7.1 各種類型風(fēng)機(jī)的工作原理…………………………………………………………12 4.7.2 風(fēng)機(jī)的分類 ………………………………………………………………………12 4.7.3 離心式通風(fēng)機(jī)的選擇………………………………………………………………13 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………13 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及材料的選擇………………………………………………………14 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝………………………………………………………14 4.8.2 刀具材料的選擇……………………………………………………………………15 4.9 其他部分的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………15 4.9.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………15 4.9.2 行走輪設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………15 5 總結(jié)………………………………………………………………………………………16 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)及解決問題的效果………………………………………………………16 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………17 致謝…………………………………………………………………………………………18 桑葉采收機(jī)總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： （8） 摘 要: 為了提高采摘桑葉的效率,本畢業(yè)設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)一款桑葉采收機(jī),對該機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì),對其性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,對各傳動元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（繪制機(jī)具總裝圖,及其部分元件圖。 ）,最終設(shè)計(jì)出一臺便于操作維修、成本低、安全可靠的桑葉采收機(jī)。 關(guān)鍵詞：桑葉采收；采摘；負(fù)壓；皮帶輪；鋼絲軟軸 Design of Transmission System and the Overall Plan of Mulberry Leaf Harvesting Machine Student：Mao Pengcheng Tutor：Yang Wenmin （College of Engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: In order to improve the efficiency of picking mulberry leaves, this graduation design is to design a mulberry leaf harvesting machine, design the structure of the machine, design and calculate its performance parameters and each driving element (drawing machine assembly drawings, and its component diagram.) Finally, design a mulberry leaf harvesting machine that is cheapy, easy to repair, safe and reliable. Key words: Mulberry leaf harvesting; harvesting; negative pressure; pulley; the wire flexible shaft 1 前言 種桑養(yǎng)蠶在我國有著悠久的歷史 ,栽桑的目的是采葉養(yǎng)蠶，而桑葉又是桑樹的營 養(yǎng)器官，在采葉的同時，要注意養(yǎng)樹，以達(dá)到下期或來年得到更多桑葉的目的。采葉 的基本方法有摘葉法、采芽法和剪條法三種 [15]：摘葉法在小蠶或夏、秋蠶期應(yīng)用；采 芽法在春蠶大蠶期應(yīng)用；剪條法是連條帶葉剪取條桑，直接飼蠶。秋末冬初，通過剪 梢（剪去枝條梢部） ，能減少桑樹凍害，提高發(fā)芽率和春葉產(chǎn)量。目前全國桑蠶養(yǎng)殖 達(dá)到盛況,而且還在不斷地?cái)U(kuò)大化中,作為今后農(nóng)戶新的一種經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物,勢必會形成 全國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。如果能針對性地研發(fā)出來適用于這種桑葉采摘方式的工具,就 能把農(nóng)戶從痛苦的勞作中解救出來,讓他們省時又省力地完成龐大的工作量。 本課題即針對桑葉采收主要靠人工進(jìn)行時的問題及現(xiàn)有采收設(shè)備不足的現(xiàn)狀，研 究出一種專用于桑葉采收的機(jī)械設(shè)備，并對整機(jī)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行協(xié)調(diào)，對采收機(jī)所用 刀片的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研制配套的負(fù)壓系統(tǒng)，相應(yīng)的鋼絲軟軸，機(jī)架，并進(jìn)行 計(jì)算和裝配圖的繪制。最終設(shè)計(jì)出一臺便于操作維修、成本低、效率高的桑葉采收機(jī)。 2 課題設(shè)計(jì)的意義 2.1 桑葉采收機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機(jī)是從近年來發(fā)展起來的，然而采茶機(jī)的研制早有淵源。1956 年開始,日本 就開始試作電氣動力源的攜帶型采桑機(jī),1961 年開始公開演示。同年,日本制定了農(nóng)業(yè) 現(xiàn)代化發(fā)展的農(nóng)業(yè)基本法,使得全國的拖拉機(jī)的普及臺數(shù)超過了 100 萬臺,有效地推進(jìn) 了農(nóng)業(yè)的機(jī)械化。 與采茶機(jī)類似，攜帶型采桑機(jī)的采桑方式有 3 種,即往復(fù)動刃型(現(xiàn)在的可搬型采 桑機(jī)多采用這種方式)\圓盤狀的水平回轉(zhuǎn)刃型以及圓桶刃型,攜帶型的機(jī)械,機(jī)身重 6- 12 公斤,采摘幅度 25-45 厘米.采摘勞動強(qiáng)度相對較大,工作效率也相對較低,但現(xiàn)在日 本的桑樹園還有不少是沿用該機(jī)械的,1 小時可采 40-60 公斤鮮葉 [14]。 2.2 采茶機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機(jī)雖然在國外早已開始應(yīng)用，但在我國的研究卻比較落后。中國早已研制出 自己的采茶機(jī)，中國對采茶機(jī)的研究是五十年代末期開始的，近年來進(jìn)展較快。機(jī)器 采茶已在部分地區(qū)和國營茶場較大面積上試用，全國不少專業(yè)研究機(jī)構(gòu)也對機(jī)采問題 作了較為廣泛的研究，并已取得一定成果。中國研制并已提供生產(chǎn)上試用、試驗(yàn)的機(jī) 型有十余種。采茶機(jī)的工作原理均屬切割式?；拘褪接型鶑?fù)切割式、螺旋滾刀式、 水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式三種。動力來源分機(jī)動、電動、手動三種。 采茶機(jī)的工效與茶芽生長情況、操作者技術(shù)熟練程度及采茶機(jī)采摘幅寬度關(guān)系較 大。機(jī)采的生產(chǎn)效率一般要比手采高 6-15 倍。如江蘇芙蓉茶場機(jī)動螺旋滾動式采茶 機(jī)（采摘幅寬 270 毫米，每臺兩人輪換工作） ，臺時產(chǎn)量為 80-100 斤鮮葉，較手采提 高 15 倍。湖北省 74-I 型手搖軟軸傳動采茶機(jī)（采摘幅 270 毫米，兩人操作） ，臺時 產(chǎn)量為 73 斤鮮葉，較采提高 6-8 倍。上海農(nóng)機(jī)所和我所試制的 JW 機(jī)動往復(fù)切割有茶 機(jī)（幅寬 300 毫米，兩人操作） ，臺時間量為 80-90 斤鮮葉，比手采提高 10 倍左右。 采茶機(jī)的采摘質(zhì)量，以往復(fù)切割式為好，完整芽葉可達(dá) 60-70%，加上破碎但能制 茶的部分鮮葉，可制率達(dá) 85-90%。水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式采茶機(jī)的完整芽葉為 40-55%，可 制率在 75%以上。螺旋滾切式采茶機(jī)的完整芽葉只有 30-40%，可制率在 50%以上 [11]。 2.3 桑葉采收機(jī)的市場及其前景 近年來 ,我國桑蠶業(yè)發(fā)展很快 ,隨著種桑面積的擴(kuò)大 ,廣大桑農(nóng)也遇到了一些難 題 ,比如桑葉目前只能靠手工采摘 ,效率很低。隨著東桑西移工程的實(shí)施,目前全國 的桑蠶養(yǎng)殖達(dá)到了空前的旺盛階段,除去幾個因天氣與地形影響而種不了桑養(yǎng)不了蠶 的地區(qū),其它地方基本上或多或少的都已形成了大規(guī)模的桑蠶養(yǎng)殖,從而也使得桑蠶養(yǎng) 殖成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè).幾十年來,農(nóng)戶的手工勞作形成了采摘桑葉的唯一習(xí)慣,時間 長,勞動強(qiáng)度大,除去手部會受傷外,還會因天氣炎熱而造成中暑死亡的事例。這種勞 動方式幾十年來給農(nóng)戶帶來苦不堪言的痛楚,但因?yàn)闆]有一種有效的工具可以幫助他 們從繁重的勞動中解脫出來,所以他們不得不一直忍受著。 為此 ,作者設(shè)計(jì)了桑葉采收機(jī) ,以降低勞動強(qiáng)度 ,提高采桑效率 ,獲得更高的經(jīng) 濟(jì)效益。 隨著桑蠶養(yǎng)殖市場的不斷擴(kuò)大化,這種桑葉采收機(jī)必會受到廣大農(nóng)戶的喜愛與接 納,也使得桑葉采收機(jī)的市場需求前景無限！ 3 總體方案的提出 目前市場上的桑葉采收機(jī)，總體結(jié)構(gòu)上可以借鑒的地方較少，因此我根據(jù)現(xiàn)有茶 葉采收機(jī)及修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合桑葉特征以及農(nóng)機(jī)相關(guān)知識進(jìn)行修改，提出了本設(shè)計(jì) 的總體方案。 該桑葉采收機(jī)的工作原理是肉眼識別，單葉操作，機(jī)械采摘，真空收集。工作時 真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)使采集箱處于負(fù)壓狀態(tài)，另機(jī)械采摘器形成吸力，用肉眼識別和選擇桑葉 嫩枝，用機(jī)械采摘器將嫩枝切斷，嫩枝被吸入機(jī)械采摘器并經(jīng)軟管進(jìn)入采集箱。 本桑葉采收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是肉眼識別，選擇性采收。機(jī)械采摘提高勞動效率節(jié)省人工； 真空收集提高收集速度，避免手指、指甲等接觸、劃傷葉片，既保護(hù)勞動者，又減少 了產(chǎn)品污染。 3．1 主要結(jié)構(gòu) 以下結(jié)合圖 1 對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。 圖 1 總體布置圖 Fig 1 General arrangement diagram 1-扶手，2-支撐墊，3-鋼絲軟軸，4-可視泄料窗，5-皮帶輪，6-汽油機(jī)（風(fēng)機(jī)） ， 7-濾葉絲網(wǎng)，8-采集箱，9-行走輪，10 軟管，11-采摘刀，12-進(jìn)葉口 3．2 工作原理 該桑葉采收機(jī)由小型汽油機(jī)作為氣吸裝置和采摘器的動力來源。小型汽油機(jī)的曲 軸與風(fēng)機(jī)采取直連的連接方式，傳動方式為把汽油機(jī)的轉(zhuǎn)動部分與離合器、皮帶輪相 連，通過一級皮帶輪減速帶動鋼絲軟軸轉(zhuǎn)動，繼而帶動采摘頭的采摘刀轉(zhuǎn)動，切斷桑 樹細(xì)嫩枝葉。收集部分由風(fēng)機(jī)、軟管和采集箱組成。小型汽油發(fā)動機(jī)在怠速狀態(tài)工作 時，離心式離合器處于分離狀態(tài)，不傳遞動力。當(dāng)汽油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到離合工作轉(zhuǎn)速 時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力，一方面通過一級皮帶減速驅(qū)動鋼絲軟軸帶動采摘 刀工作。與此同時發(fā)動機(jī)在額定工況下工作時，風(fēng)機(jī)也在額定工況下工作。氣吸式風(fēng) 送結(jié)構(gòu)把切下來的桑葉吸送到采集箱內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對桑葉的采收。 4 主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 整機(jī)結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)的桑葉采收機(jī)主要由機(jī)架、鋼絲軟軸、刀具、皮帶輪、汽油機(jī)、風(fēng)機(jī)以 及其他零部件和支撐件組成。雙人操作，一人推車前進(jìn)，另一人進(jìn)行采收。汽油機(jī)帶 動皮帶輪傳遞動力到軸承，帶動采摘刀工作，同時風(fēng)機(jī)制造負(fù)壓將切斷的桑葉吸進(jìn)采 集箱。 4.2 設(shè)計(jì)要求 4.2.1 技術(shù)指標(biāo) (1) 采收高度：<300mm ； (2) 機(jī)身重量：40%； 4.3 汽油機(jī)的選擇 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 (1) 切削力 F=150N (2) 切削最大半徑 R=60mm (3) 刀片轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 4.3.2 汽油機(jī)的選擇計(jì)算 T=FR=150N×0.06=9N.m Pw=Tn/9550=9×1500/9550=1.4kw P 軟軸 =1.4/0.98=1.43kw P2=1.43/0.94=1.52kw Pd=P 風(fēng)機(jī) +P2=4kw 由以上計(jì)算，我選擇 IE67-8F 汽油機(jī)，水冷，最大功率 10kw，額定轉(zhuǎn)速 2500r/min. 4.4 帶傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算 帶傳動是一種摩擦傳動，由具有彈性和柔性的帶繞在帶輪上所產(chǎn)生的摩擦力來傳 遞運(yùn)動和動力，帶傳動主要用在中、小功率傳遞中，傳動平穩(wěn)，噪聲小。在需要精確 傳動比的地方，同步帶因不需要潤滑而得到廣泛的應(yīng)用；而更多的地方不需要精確的 傳動比，因此其他形式的帶傳動廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個領(lǐng)域。一般來 說，帶傳動的功率 P<=60KW，線速度的范圍為 5-25m/s，傳動比 i125mm 其中，大帶輪直徑為 mndd 23140521??? 實(shí)際傳動比 I、從動輪的轉(zhuǎn)速分別為 69.140312di min/7.52rin?961 從動輪的轉(zhuǎn)速誤差為 在正負(fù)百分之五以內(nèi)，為允許值。%4.10154???? (4) 驗(yàn)算帶速 V (1)smndV/3.8106??? 在 5-25m/s 范圍內(nèi)。 (5) 確定帶的基準(zhǔn)長度 LD 和中心距 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距 (2)????21217.0dda???563 初定 m0? 由文獻(xiàn)[10]的式 8-22 得 (3)0 21210 4)()(2addaL????? ??021214)(502add??????m.19 由文獻(xiàn)[10]表 8-2，選取帶的基準(zhǔn)長度 LD=1600mm 計(jì)算實(shí)際中心距 (4)??mLad 75.042).15960(5200 ??????? (6) 校驗(yàn)小帶輪包角 a1 由文獻(xiàn)[10]式（8-25）查得 小帶輪包角 (5)a3.57-18012?????）（ da = ??.436 = ??9 滿足要求。 (7) 確定 V 帶根數(shù) Z 由文獻(xiàn)[10]式（8-26） (6)??LaAcaKPZ010?????? 由表 8-2 查得 KL=0.92，由表 8-4a 查得單根普通 V 帶的基本額定功率 P0=3.8， 由表 8-4b 查得功率增量 ΔP 0=0.68，由表 8-5 查得包角修正系數(shù) Ka=0.98 得普通 V 帶的根數(shù)??298.68.034????Z 取 Z=2 根 (8) 求初拉力 F0 及帶輪軸上的壓力 Fq 由文獻(xiàn)[10]式（8-27）得單根 V 帶所需最小初拉力為 (7)20)5.2(qZKPFVac??? ??182.0918.04. ????N927? 由式（8-28 ） ，帶輪軸的壓軸力為 (8)2sin10aZFq?69i.47?? =493.5N (9) 設(shè)計(jì)結(jié)果 由以上計(jì)算及分析我決定選擇 1 根 B-4000GB1171-89V 帶，中心距 a=505mm，帶 輪直徑 dd1=140mm，d d2=236mm，軸上壓力 Fp=493.5N 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.5.1 初級參數(shù)假定 (1) 選取軟軸鋼絲材料 根據(jù)要求，軟軸材料選用碳素鋼，其中 [σ]=700MPa (2) 確定鋼絲軟軸纏繞層數(shù) m 根據(jù)要求，選取該軟軸鋼絲纏繞層數(shù) m=4 (3) 假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 根據(jù)要求，假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 742?Dc (4) 假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 根據(jù)要求，假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 ??m/360??? 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計(jì) (1) 計(jì)算最外層鋼絲直徑及軟軸外徑 如鋼絲軟軸中各層鋼絲滿足等強(qiáng)度條件，則： (9)???????????EDKnEKnDm2212??????4 =1119 初定最外層螺旋鋼絲纏繞頭數(shù) Z4=9，得： (10)??44KZ360????Ecd =2.13mm 圓整取 d4=2mm，則： D24=14mm， D0=D2m+dm=16mm.軟軸外徑=16mm (2) 選取其余各層螺旋鋼絲直徑 選取各層螺旋鋼絲直徑 d1，d 2，……，d m-1。一般?。篸 1≤d 2≤d 3≤……≤d m-1≤d m 為便于加工及方便設(shè)計(jì)，取： d2=d3=d4=2mm，d 1= =1mm4 計(jì)算得： D23=10mm， D22=6mm，D 21=3mm C1=3，C 2=3，C 3=5 確定各層螺旋鋼絲頭數(shù) 由 (11)m21 CdkZdkZ???? 注意到 Z 取整數(shù)，故取 Z1=8，Z 2=4，Z 3=7，Z 4=9 校核強(qiáng)度,由 (12) 可得 σ 1=646MPa，σ 2=646MPa，σ 3=598MPa，σ 4=523MPa，顯然強(qiáng)度足夠。 (2) 校核剛度 由 (13)???????miiDdZEM123670 得 ，故剛度足夠。??5. 綜上，所設(shè)計(jì)軟軸能滿足要求。 4.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合 理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響軸的工作能力和軸上零 件的可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性等方 面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強(qiáng)度。這時只需要對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì) 算，以防止斷裂或塑性變形。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在及其中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件 的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)結(jié)的方法；載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的 加工工藝等。 而影響軸的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異。 4.6.1 軸的計(jì)算 軸上的功率 P=1.53kw，軸轉(zhuǎn)速 n1=1500r/min，根據(jù)公式算得： (14) 初步確定軸的最小直徑：先初步估算軸的最小直徑。本設(shè)計(jì)選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，適用于承受交變負(fù)荷、中等速度、中等負(fù)荷、強(qiáng)烈磨損、無很大沖擊 的重要零件。取 A0=150，于是得 (15) 因此，選取軸徑為 40mm。 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案 (1) 選擇滾動軸承：因軸承只受徑向載荷和軸向載荷作用，故使用深溝球軸承， 由文獻(xiàn)[10]表 13-2，初選滾動軸承代號為 6310，選擇內(nèi)徑 d=50，外徑 D=80，寬度 B=16。 (2) 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩方面。其主要尺寸為其截面尺寸（一般 以鍵寬 b×鍵高 h 表示）與長度 L。鍵的截面尺寸 b×h，按軸的直徑 d 由標(biāo)準(zhǔn)中選擇 鍵的長度 L=(1.5~2)d，這里 d 為軸徑。 普通平鍵的主要尺寸，因?yàn)椋篸=40mm，即公稱直徑：d>38~44，公稱尺寸 b×h=12×8，公稱尺寸 b=12。 取輪轂長度 L=80。平鍵選用材料為 45 剛，個數(shù)為 2 個，長度取 40mm。為了保證 與軸配合有良好的對中性，故選擇皮帶輪輪轂與軸的配合為 。76Hn (3) 確定軸上圓角和倒角尺寸，參考文獻(xiàn)[10]表 15-2，取軸端倒角為 2×45，各 軸 肩處的圓角半徑及結(jié)構(gòu)尺寸見圖 2 及圖 3。 (4) 由于快速皮帶輪軸必須同時帶動汽油機(jī)和風(fēng)機(jī)，需要兩個聯(lián)軸器，而慢速皮 帶輪要帶動鋼絲軟軸，需要一個聯(lián)軸器，因此共需要三個聯(lián)軸器。選用標(biāo)準(zhǔn)件 GYS6。 其中，軸孔直徑分別為 40mm 和 50mm。因?yàn)樾枰３诌B接緊密，所以采用過盈配合 76Hk 圖 2 慢速皮帶輪軸 Fig 2 Slow pulley Shaft 圖 3 快速皮帶輪軸 Fig 3 Fast pulley Shaft 4.6.3 軸的校核 軸傳遞的扭矩由軸的計(jì)算得 T1=9741N·mm 已知帶輪軸壓軸力 Fq為 493.5N 只考慮垂直面所受彎矩，如圖 b MV=56Fq=28869.75N·mm 由于水平面彎矩為 0，危險截面處最大合成彎矩計(jì)算 (16)VH???2 做扭矩圖，如圖 c T1=9741N·mm 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)[10] 式（15-5）及以上所算的數(shù)據(jù)，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 a=0.6，軸的 計(jì)算應(yīng)力 (17) 易知 ,故安全！??MPa6079.51???? 圖 4 軸的校核 Fig 4 Axis calibration 4.6.4 鍵的校核 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要的實(shí)效形式是工作面被壓潰。因此通常只按工作面 的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。 假定載荷在工作面上是均勻分布的，不同平鍵連接的強(qiáng)度條件為 (18) 式中；T-傳遞的扭矩 N·m K-鍵與輪鍵槽的接觸高度 mm L-鍵的工作長度 mm D-軸的直徑 對于安裝皮帶輪的軸上的鍵進(jìn)行相關(guān)校核， ，其中MPap6.12????MPap60?? 可見 ，所以鍵的強(qiáng)度足夠。??p?? 4.7 風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì) 風(fēng)機(jī)是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為被輸送氣體的壓力能和動能的一種動力設(shè)備。對 于采收桑葉來說，風(fēng)機(jī)是一種不可缺少的動力設(shè)備。利用風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的負(fù)壓，為采收 提供所需的風(fēng)量。 風(fēng)機(jī)根據(jù)其作用原理的不同，一般可分為離心式、軸流式、混流式三類。在工業(yè) 生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的是離心式和軸流式，在通風(fēng)除塵系統(tǒng)中，主要是使用離心式風(fēng) 機(jī)。 4.7.1 各種類型風(fēng)機(jī)的工作原理 (1) 離心式風(fēng)機(jī)工作原理 離心風(fēng)機(jī)的工作原理是，葉輪告訴旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量,即流體通過 葉輪后,壓能和動能都得到提高,從而能夠被輸送到高處或遠(yuǎn)處。離心式風(fēng)機(jī)的葉輪裝 在一個螺旋型的外殼內(nèi),當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時,流體軸向流入,然后轉(zhuǎn) 90°進(jìn)入葉輪流道并徑 向流出。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn),在葉輪入口處不斷形成真空,從而使流體連續(xù)不斷地被風(fēng)機(jī)吸 入排出。 (2) 軸流式風(fēng)機(jī)工作原理 軸流式風(fēng)機(jī)的工作原理是，旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓推進(jìn)力使流體得能量，升高其壓能和動能。 軸流式風(fēng)機(jī)的葉輪安裝在圓錐形機(jī)殼內(nèi)，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，流體軸向流入。在葉片葉道 內(nèi)獲得能量后，沿軸向流出。軸流式風(fēng)機(jī)適用于大流量，低壓力，電廠中常用作送引 風(fēng)機(jī)。 (3) 混流式風(fēng)機(jī)工作原理 混流式風(fēng)機(jī)工作原理是，流體進(jìn)入葉輪后，流動的方向處于軸流式與離心式之間，近 似沿錐面流動?；炝魇斤L(fēng)機(jī)的性能亦介于離心式與軸流式之間，起流量大于離心式但 小于軸流式；全壓大于軸流式而小于離心式。 考慮到桑葉采收機(jī)功率不大，我選擇離心式風(fēng)機(jī)。 4.7.2 風(fēng)機(jī)的分類 按壓力的大小風(fēng)機(jī)可分為通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和壓氣機(jī)。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 日益需要輸送空氣、氧氣、氮?dú)?、氫氣、乙烯、丙稀等各種氣體的機(jī)械。通風(fēng)機(jī)是應(yīng) 用最廣泛的一種氣體輸送機(jī)械。 通風(fēng)機(jī)按照工作時候產(chǎn)生的壓力大小可分為（在大氣壓為 101.3KPa，氣溫為 20℃的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）： ⑴ 低壓離心式通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)全壓 p≤1KPa； ⑵ 中壓離心式通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)全壓 p=1KPa~3 KPa； ⑶ 高壓離心式通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)全壓 p=3KPa~5 KPa； ⑷ 低壓軸流通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)全壓 p≤500Pa； ⑸ 高壓軸流通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)全壓 p≥500Pa。 通風(fēng)機(jī)廣泛地運(yùn)用于各個工業(yè)部門，在家庭中廣泛使用的電風(fēng)扇和吹風(fēng)機(jī)都屬于 通風(fēng)機(jī)，其中離心式通風(fēng)機(jī)因?yàn)樾阅芊秶鷱V，效率高，體積小，重量輕，能與高速原 動機(jī)直聯(lián)，所以運(yùn)用最為廣泛。 4.7.3 離心式通風(fēng)機(jī)的選擇 離心式通風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件為葉輪、機(jī)殼、進(jìn)氣口、出氣口 機(jī)殼內(nèi)的葉輪安 裝于原動機(jī)拖動的軸承上。葉輪由葉片和連接葉片的前盤及后盤組成。葉輪后盤裝在 轉(zhuǎn)輪上，機(jī)殼一般是鋼板制成螺線狀箱體，支撐與支架上。 離心式通風(fēng)機(jī)的選擇主要是指風(fēng)機(jī)本體的選擇，同時還包括與其相配的傳動部件 電動機(jī)等的選擇，選擇風(fēng)機(jī)是保證通風(fēng)除塵系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。風(fēng)機(jī)選擇不當(dāng)， 造成設(shè)備投資及能耗的浪費(fèi)，因此，在選擇風(fēng)機(jī)時，一定要全面考慮，做到正確選擇， 以達(dá)到預(yù)期目的。 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 輸送量的確定：根據(jù)要求知其輸送量為 300kg/時。 (2) 混合比的選?。夯旌媳仁侵冈趩挝粫r間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量與同一時間內(nèi)通過 該管道的空氣質(zhì)量之比，用 m 表示。吸送式負(fù)壓輸送系統(tǒng)裝置混合比的選取主要 取決于管系條件（輸送管長度、管內(nèi)壁粗糙狀況、彎管數(shù)量及管道布置方式等） 、 物料物理特性及氣源機(jī)械的性能（真空度、風(fēng)量等）因數(shù)。M 值越大，有利于提高 裝置的輸送能力。對懸浮輸送方式來說，在規(guī)定生產(chǎn)條件下，如選定的 m 值大， 則所需風(fēng)量小，因而可用管徑較小的管道，且單位能耗也低。但若 m 值過大，則 管路壓力損失增大，要求采用真空度較高的氣源機(jī)械，且輸送管道容易發(fā)生堵塞。 反之，如選取的 m 值小，則所需風(fēng)量大，不僅管徑和分離、除塵等設(shè)備的尺寸都 要增大，且由于功率主要消耗在輸送大量空氣而使裝置單位能耗增高。然而選用 小的 m 值，卻可以采用真空度較小的風(fēng)機(jī)。由此看來，影響 m 值的因數(shù)很多，其 值的范圍也較大，很難用公式簡單計(jì)算求得。在設(shè)計(jì)計(jì)算時盡可能參考各種實(shí)例、 憑借已有經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定，一般低真空吸送式負(fù)壓輸送系統(tǒng)裝置，選取混 合比 m=2。 (3) 計(jì)算空氣流量的確定：根據(jù)選擇的輸送混合比 m=2，所需風(fēng)量 Q 應(yīng)為： (19) 式中：Q—風(fēng)量（m3/h） ρa(bǔ)—空氣比重，取 ρa(bǔ)=1.2kg/m Gs—輸送量 kg/h μ—混合比，其值由經(jīng)驗(yàn)得。在此選擇 μ=4 所以按設(shè)計(jì)要求的風(fēng)量為： )/(3.208.15hmGQas????? (5) 被輸送物料的運(yùn)動速度確定：確定合理的輸送速度必須保證裝置能長期正常 輸送物料。因此，應(yīng)該考慮以下諸多因素可能的影響：風(fēng)機(jī)工作性能的變化；管系漏 氣；輸送物料品種及某類物料圖物理特性的可能變化；氣流輸送系統(tǒng)要求具有一定的 輸送能力儲備；氣象條件的變化。 綜合以上各項(xiàng)影響因素，按照已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我這次選用的輸送氣流速度為 20m/s。 (5) 輸料管的內(nèi)徑：輸料管起始段內(nèi)徑可按下式確定： (20)mvQDa6023.801.018. ??? 考慮到桑葉大小，為防止堵塞，選擇內(nèi)徑為 60mm。 根據(jù)上述分析和計(jì)算結(jié)果，我選擇 11-62 離心式風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為 n=2500r/min 風(fēng)量為 Q=500m3/h，進(jìn)口風(fēng)壓 H=-250Pa。 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及材料的選擇 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝 刀具的結(jié)構(gòu)采用用圓盤形的刀盤，兩邊有裝有兩個對稱的刀片，為防止切割桑樹 枝時桑樹枝外滑，故把刀刃設(shè)計(jì)成呈圓弧型。刀具使用螺紋和軟軸相連，并通過管接 頭安裝在采摘頭上，管接頭采取螺釘固定。 與此同時，真空軟管也通過管接頭連接在采摘頭上，采摘頭由 Q235 鋼制造。采 摘刀的位置要放置到正好能將切下來的枝葉送往真空管中的部位，不偏不倚。具體形 式如圖 5。 圖 5 采摘頭 Figure 5 Picture head 4.8.2 刀具材料的選擇 因刀片在高速的環(huán)境下工作，且在剪切過程中，刀片會受到很大的擠壓力，摩擦 也會很厲害，需要的硬度也比較高。根據(jù)這些因素我決定選擇 W18Cr4V。 W18Cr4V 是應(yīng)用比較廣泛的的高速鋼，其性能主要有：熱處理硬度可達(dá) 63- 66HRC，抗彎強(qiáng)度可達(dá) 3500MPa 左右，可磨性好。其優(yōu)點(diǎn)：通用性強(qiáng)，工藝成熟。 熱處理：經(jīng)淬火硬度達(dá)到 66HRC，刀尖處噴涂碳化鈦或氮化鈦。 4.9 其它部分的設(shè)計(jì) 4.9.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架是固定和承載汽油機(jī)和工作機(jī)構(gòu)的，機(jī)架采用焊接成型，考慮到加工和維修 的方便性和使用的經(jīng)濟(jì)性，故材料采用塑性好，焊接性能好的 HT200 焊接而成。汽油 機(jī)、風(fēng)機(jī)、工作機(jī)構(gòu)與機(jī)架均采用螺栓聯(lián)接。 4.9.2 行走輪設(shè)計(jì) 桑葉采收機(jī)的行走輪由輪轂和輪胎組成，輪轂根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求選擇 45 鋼。 輪胎在此要與輪轂配合，輪胎的大小尺寸應(yīng)與桑葉采收機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。 輪胎的外徑是 Φ=160mm，由于負(fù)載不大，且速度較低，為使結(jié)構(gòu)簡化，其具體形狀采 用輪軸合一的形式，外圈材料為橡膠。行走輪的具體尺寸如圖 6。 圖 6 行走輪 Figure 6 The walking wheel 5 總結(jié) 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)及解決問題的效果 該設(shè)計(jì)的桑葉采收機(jī)，投入使用后可大大提高茶樹修剪的效率，和以往人工進(jìn) 行修剪工作相比較，不但可以節(jié)約大量勞動力、降低成本，而且修剪效果比人工修剪 要好很多。 經(jīng)過和現(xiàn)有采收機(jī)的比較，發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的采收機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)與一般采收機(jī)相比，該機(jī)節(jié)能較多； (2)該采收機(jī)更適用于桑樹種植的特殊模式； (3)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、簡單，維修方便； (4)該機(jī)可通過軟軸對不同高度的桑樹進(jìn)行采收。 由于該機(jī)節(jié)能多、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)及操作方便和售價低廉，因此更加適 合于種桑養(yǎng)蠶的勞動人民選用。 參考文獻(xiàn) [1] 肖麗萍,魏文軍,宋建農(nóng),靳桂萍,可控變桿長空間機(jī)構(gòu)在農(nóng)機(jī)部件工作軌跡上的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007(07) [3] 李健,龐新維,桑葉采摘機(jī)主運(yùn)動系統(tǒng)公差的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究. 2007(03) [3] 李健,靳龍,伍麗峰,開口空心齒輪軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2006(01) [4] 李健,靳龍,桑葉采摘機(jī)手動操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2005(11) [5] 尹健,謝慶生,羅延科,陳倫軍,考慮彈流潤滑的齒輪傳動多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的遺傳算法實(shí)現(xiàn)[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2003(06) [6] 姚文斌,何天淳,鋼絲軟軸抗扭剛度的計(jì)算及測量[J]. 力學(xué)與實(shí)踐. 2000(02) [7] 王靜,生產(chǎn)過程中扭矩衰減的控制方法[J]. 大眾科技. 2011(10) [8] 權(quán)啟愛,舒南炳,孟慶恩,朱守貞,從日本樣機(jī)試驗(yàn)試述我國采茶機(jī)的研究[J] .中國茶葉.1980 年 05 期 [9] 何云信，容積式真空泵結(jié)構(gòu)型式的探討[J]. 真空.2002 年 02 期 [10] 璞良貴、紀(jì)名剛， 機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2001 [11] 潘根生.試論我國茶葉機(jī)采的發(fā)展前景[J] .茶葉.1990 年 03 期 [12] 侯亞威，垂直管內(nèi)糧食顆粒流動特性的試驗(yàn)研究[D] .內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué).2010 年 [13] 吳宗澤，羅圣國,機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊[D] .清華大學(xué).2006 年 [14] 王同洲，桑蠶實(shí)用技術(shù)[M]．黃河出版社，2000． [15] 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化（果疏機(jī)械分冊）[M]．農(nóng)業(yè)出版社． [16] 鄒慧君．機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2008． [17] 張偉．農(nóng)業(yè)物料學(xué)[M]．中國農(nóng)業(yè)出版社,2007. 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