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重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)--文獻(xiàn)綜述 馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計(jì) 陳開飛 摘 要：馬鈴薯挖掘機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)了組合分離式馬鈴薯挖掘機(jī)。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖，其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費(fèi)時(shí)費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀、馬鈴薯挖掘機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)了組合分離式馬鈴薯挖掘機(jī)。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論計(jì)算。 關(guān)鍵詞：馬鈴薯；挖掘機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化 Design of Potato Excavator Student:chenkaifei (Chongqing University of technology , Chongqing 400054) Abstract: Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts. Key words: potato、 excavator、optimize the structure 1. 緒論 馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高，市場(chǎng)潛力巨大。在國(guó)外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)，一向被國(guó)人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場(chǎng)上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國(guó)大中城市，以馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國(guó)快餐市場(chǎng)的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國(guó)農(nóng)科院副院長(zhǎng)屈東玉博士在日前召開的中國(guó)馬鈴薯學(xué)術(shù)年會(huì)上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國(guó)家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財(cái)稅待遇，這將是保證我國(guó)糧食安全的有效手段?！? 馬鈴薯作為經(jīng)濟(jì)作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費(fèi)時(shí)費(fèi)事，勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產(chǎn)等不必要的損失，農(nóng)民對(duì)馬鈴薯挖掘機(jī)械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應(yīng)用小型馬鈴薯挖掘機(jī)勢(shì)在必行。應(yīng)用馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率，降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，增產(chǎn)增收，減少收獲損失，為我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)我國(guó)馬鈴薯挖掘機(jī)械多年研制生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以看出， 日本、意大利、美國(guó)等國(guó)外機(jī)具適應(yīng)壟作，很難適應(yīng)我國(guó)平作種植形式。各類型機(jī)械需要進(jìn)行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗(yàn)和多輪改進(jìn)，才能提高適應(yīng)性。 馬鈴薯是我國(guó)主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對(duì)調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢(shì)在必行。馬鈴薯挖掘機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動(dòng)力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。鑒于動(dòng)力的限制，與14kw一下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套的過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對(duì)馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大。 1.1 國(guó)外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外塊莖挖掘機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國(guó)家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機(jī)，且以收獲壟作種植為主。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。 美國(guó)在1948年以前用挖掘機(jī)來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機(jī)， 20世紀(jì)90年代，美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)了塊莖挖掘機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機(jī)最早的國(guó)家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合挖掘機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機(jī)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率比其它行挖掘機(jī)提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作挖掘機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機(jī)械的國(guó)家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，70年代開始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合挖掘機(jī)，并研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合挖掘機(jī)，對(duì)于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國(guó)、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機(jī)，如韓國(guó)高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械。 日本對(duì)生姜挖掘機(jī)械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機(jī)型,第一代機(jī)型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動(dòng)量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機(jī)型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。在韓國(guó),對(duì)根莖挖掘機(jī)械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機(jī)的大蒜挖掘機(jī),采用振動(dòng)的原理,緩沖了阻力,并對(duì)根莖上附著的土塊起到疏松和抖動(dòng)的作用,是一種輕型高效的機(jī)具。 1.1 國(guó)外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外塊莖挖掘機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國(guó)家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機(jī)，且以收獲壟作種植為主。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。 美國(guó)在1948年以前用挖掘機(jī)來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機(jī)， 20世紀(jì)90年代，美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)了塊莖挖掘機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機(jī)最早的國(guó)家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合挖掘機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機(jī)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率比其它行挖掘機(jī)提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作挖掘機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機(jī)械的國(guó)家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，70年代開始引進(jìn)英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合挖掘機(jī)，并研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合挖掘機(jī)，對(duì)于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國(guó)、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機(jī)，如韓國(guó)高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械。 日本對(duì)生姜挖掘機(jī)械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機(jī)型,第一代機(jī)型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動(dòng)量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機(jī)型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。在韓國(guó),對(duì)根莖挖掘機(jī)械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機(jī)的大蒜挖掘機(jī),采用振動(dòng)的原理,緩沖了阻力,并對(duì)根莖上附著的土塊起到疏松和抖動(dòng)的作用,是一種輕型高效的機(jī)具。 發(fā)展中國(guó)家基本上采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè),發(fā)達(dá)國(guó)家的塊莖作物收獲已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。如德國(guó)、美國(guó)的聯(lián)合挖掘機(jī)在自動(dòng)化控制塊莖分離以及減少塊莖作物損傷等方面都有獨(dú)到之處。東洋農(nóng)機(jī)公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式塊莖作物挖掘機(jī)[9]。 1.2 國(guó)內(nèi)多功能塊莖挖掘機(jī)的現(xiàn)狀分析 近年來,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一些此類機(jī)械，如大蒜挖掘機(jī)就有對(duì)行松土鏟式和不對(duì)行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數(shù)機(jī)型在適應(yīng)性和質(zhì)量可靠性方面仍然不同程度地存在著一些問題,主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是損傷作物的問題,因?yàn)橄蟠笏狻⑸祟愖魑?收獲時(shí)皮質(zhì)鮮嫩易損,而損傷后會(huì)嚴(yán)重影響其價(jià)格;二是適應(yīng)性差,因各地農(nóng)藝不同,行距及株距存在著差異,機(jī)具難以滿足這種要求。 由于進(jìn)口農(nóng)機(jī)具價(jià)格較高,農(nóng)民難以接受,根莖挖掘機(jī)械還是要走國(guó)產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)中國(guó)國(guó)情,不能盲目照搬。主機(jī)利用現(xiàn)有的機(jī)型,如田園管理機(jī)、手扶拖拉機(jī)及四輪拖拉機(jī),對(duì)國(guó)外的機(jī)型原理加以消化吸收,研制出適合中國(guó)國(guó)情的機(jī)具。 國(guó)內(nèi)根莖作物的機(jī)械化收獲還有較長(zhǎng)的路要走,不僅需要科研部門及企業(yè)的大力研制及投入,還牽涉到農(nóng)民的認(rèn)識(shí)和接受問題。 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家（如日本、美國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)）地下作物的收獲已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，對(duì)于長(zhǎng)根作物（蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機(jī)械，工藝十分的先進(jìn)，但機(jī)械價(jià)位較高，全部引進(jìn)國(guó)內(nèi)無法接受，例如，意大利產(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機(jī)，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設(shè)備不太適應(yīng)我國(guó)地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上分析，在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)農(nóng)村市場(chǎng)的實(shí)際情況，分析國(guó)內(nèi)塊莖類作物的農(nóng)藝要求和土壤的物理特性而研制出的多功能塊莖類挖掘機(jī)。 綜觀國(guó)內(nèi)外多功能塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境，專家預(yù)測(cè)未來多功能塊莖收割機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是： （1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能塊莖收割機(jī)。 （2） 安全性及通用性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。 （3） 技術(shù)進(jìn)步、操作方便和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵因素。 2 總體方案的設(shè)計(jì) 2.1 整體布局的設(shè)計(jì) 其傳動(dòng)圖如圖1： 1、萬向聯(lián)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、振動(dòng)篩軸 圖1 傳動(dòng)圖 Fig.1 Driver chart 其總體結(jié)構(gòu)圖如圖2： 1、V帶輪 2、V帶 3、機(jī)架 4、抖動(dòng)輪 5、減速器 6、聯(lián)軸器 7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動(dòng)鏈 11、地輪 圖2 總體結(jié)構(gòu)圖 Fig.2 Overall structure 2.2 工作原理 本機(jī)主要由V帶、減速器、抖動(dòng)輪、機(jī)架、挖掘鏟、傳動(dòng)鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過減速器和帶輪將所需要的動(dòng)力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動(dòng)鏈條從而帶動(dòng)分離裝置運(yùn)動(dòng)，將從挖掘鏟部挖出的土豆往機(jī)器后方運(yùn)送，同時(shí)由于有抖動(dòng)輪的作用，使得塊莖在輸送的過程中實(shí)現(xiàn)的塊莖于土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后塊莖從機(jī)器的尾部重新落入土地的表面。 3 傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇 3.1 傳動(dòng)比的確定 該多功能塊莖挖掘機(jī)的配套動(dòng)力為25-35馬力的拖拉機(jī)，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級(jí)減速器和帶傳動(dòng)，設(shè)其總的傳動(dòng)比 減速器的傳動(dòng)比。 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 分離器上的線速度為1.3m/s 3.2 減速器的選擇 由于其傳動(dòng)比為2，所以可以從市場(chǎng)上選擇傳動(dòng)比為2的減速器，其型號(hào)為ZDY,ZDZ100型圓柱齒輪減速器。 其結(jié)構(gòu)如圖6： 圖3 減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖 Fig.3 Reducer structure 4 帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì) 4.1 帶輪的設(shè)計(jì) 小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7： 圖4 小帶輪 Fig.4 Small Pulley 大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖8： 圖5 大帶輪 Fig.5 Big Pulley 4.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 4.2.1 鏈輪的設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)該鏈輪的主要目的是為了能帶動(dòng)分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。通過鏈輪使得鏈的線速度為1.6m/s。為了達(dá)到這一目的，所設(shè)計(jì)的鏈輪傳動(dòng)比應(yīng)為1，即兩鏈輪的直徑應(yīng)當(dāng)相等。由前面的計(jì)算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mm。 4.2.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 4.3 鏈輪材料的選擇 鏈輪的材料應(yīng)當(dāng)能夠滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作時(shí)的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC～60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。 本多功能塊莖挖掘機(jī)為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC。 鏈輪結(jié)構(gòu)如圖6： 圖6 鏈輪 Fig.6 Chain wheel 5 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì) 5.1 聯(lián)軸器的選擇 該多功能塊莖挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)寬度為712mm。兩側(cè)的機(jī)架壁厚度各位10mm。所以整個(gè)機(jī)架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長(zhǎng)度為110mm。為了使機(jī)器能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個(gè)機(jī)架的外面，因?yàn)闇p速器外伸軸長(zhǎng)度不夠，所以必須選擇一個(gè)聯(lián)軸器。 通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm,所以選擇聯(lián)軸器時(shí)其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過查閱手冊(cè)[21-25]，可以選擇LH4型聯(lián)軸器。其長(zhǎng)度為112mm。 5.2 聯(lián)軸器上軸的設(shè)計(jì) 聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯(lián)軸器相連接的。其設(shè)計(jì)過程如下： （1） 軸4部分：此部分軸是裝聯(lián)軸器的。聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為112mm。所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以把該部分長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為110mm。 （2） 軸3部分此部分上裝滾動(dòng)軸承。因?yàn)闄C(jī)架內(nèi)壁到機(jī)架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為214mm，聯(lián)軸器長(zhǎng)112mm。所以聯(lián)軸器到機(jī)架內(nèi)壁的長(zhǎng)度為346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為24.75mm。所以設(shè)計(jì)時(shí)該軸段長(zhǎng)度為42mm。 （3） 軸2部分：該部分裝同時(shí)有軸承端蓋。為了讓V帶輪輸出機(jī)架為20mm，所以該段長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為44mm。 （4） 軸1部分：該部分上裝V帶輪，V帶輪寬為65mm，所以設(shè)計(jì)該段長(zhǎng)為63mm。 其結(jié)構(gòu)如圖7： 圖7 聯(lián)軸器 Fig.7 The shaft of coupling 6 分離輸送器的設(shè)計(jì) 6.1 分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過程 （1） 機(jī)構(gòu)形式的確定 桿條式分離輸送器是一種分離器，其上以等距平行地配置桿條，由撓性元件相連。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，帶面傾斜時(shí)也能工作，因此是一種應(yīng)用比較廣泛的分離工作部件。但是此類分離輸送器因工作面種類的不同而不同，而工作面是由許多桿組成連續(xù)移動(dòng)的一個(gè)柵，工作面的種類對(duì)移動(dòng)土壤的壓碎程度和過篩強(qiáng)度起著決定作用，同時(shí)還影響到分離輸送器的耐用性。在馬鈴薯、塊根等作物的挖掘機(jī)上，常見的分離輸送器有鉤桿式、鏈桿式和帶桿式等。其中鉤桿式和鏈桿式的制造工藝比較簡(jiǎn)單，成本較低，而且其鏈桿于土壤的接觸面積較小，過篩強(qiáng)度最大，分離效果明顯。 因此，從零件的購(gòu)買方便，裝卸簡(jiǎn)單等因素考慮，本機(jī)器的分離輸送器采用鏈桿式分離輸送器來完成分離輸送的目的。 鏈桿式分離輸送器是由園桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上。形成具有篩選塊莖而分離土壤的柵。鏈桿式分離輸送器通過依靠固定在主動(dòng)軸上和從動(dòng)軸上的鏈輪來帶動(dòng)，桿條形成一條環(huán)形的鏈帶。 (2) 分離輸送器的工作過程 鏈桿式分離輸送器是一種分離器兼輸送器，其工作過程是，當(dāng)被掘起的土壤、塊莖等向上輸送時(shí)，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過桿之間的間隙篩出來，塊莖則被輸送器輸送到機(jī)器的尾部，從而將塊莖重新放回地表。達(dá)到挖掘塊莖的目的。 作業(yè)時(shí)，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將塊莖整個(gè)掘起，掘起的土塊在挖掘鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還受到抖動(dòng)器的作用而上下抖動(dòng)，使大部分土壤變松并落回地里。塊莖則被輸送器運(yùn)送到機(jī)器的尾部。 其結(jié)構(gòu)如圖8： 1、主動(dòng)輪 2、分離輸送器 3、抖動(dòng)輪 4、從動(dòng)輪 圖8 分離輸送器圖 Fig.8 Separation conveyor 6.2 桿條參數(shù)的確定 在歐洲的許多國(guó)家里，桿間距離通常為25-28mm。而在美國(guó)，甚至為40-48mm。亞洲的日、韓等國(guó)為30-40mm。這個(gè)間隙主要于塊莖作物的品種和塊莖的尺寸由很大關(guān)系。在波蘭，一個(gè)塊莖的平均重量大約為60-80g，而美國(guó)可以達(dá)到200g左右。 一般情況下塊莖作物的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長(zhǎng)筒等形狀，為了研究方便我們可以統(tǒng)一采用長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)特征尺寸來描述塊莖的物理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個(gè)尺寸。 分離輸送器的桿條間隙如圖 13，從圖中可以看出下面的關(guān)系： 式中： 要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤，保留塊莖的目的，桿條間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足＜c的條件，即保證塊莖最小特征尺寸大于桿條間隙，從而使塊莖不至于在桿條間隙間隨土壤一起漏下。根據(jù)資料和實(shí)際的測(cè)量，我國(guó)塊莖的厚度尺寸大多在30-80mm之間，因此若取桿間距L為45mm，桿條直徑為10mm，代入式中，可得桿條的間隙為35mm。 其結(jié)構(gòu)如圖9： 圖9 桿條間歇圖 Fig.9 Article intermittent 7 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 7.1 挖掘鏟的構(gòu)成 挖掘鏟由獨(dú)立鏟片、鏟片固定板和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。鏟尖角度設(shè)計(jì)為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動(dòng)力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“w”型，前進(jìn)阻力較小，入土性能好。 7.2 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這便帶來很多優(yōu)點(diǎn)。 （1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。 （2）另一方面是減輕了機(jī)器前部的重量，防止鏟尖下陷。 多片鏟在工作時(shí)發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的最大分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表一下120-200mm之間。 為了保證鏟刃的自動(dòng)清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即： 式中：為作用于鏟刃上的阻力。 為鏟刃上的正壓力。 為鏟刃上的滑切力。 為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。 代入得： 一般土壤對(duì)鋼的摩擦角為，取，所以。 若鏟片數(shù)量為5個(gè)，單個(gè)鏟片寬度為100mm，長(zhǎng)度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。 為了保證挖掘鏟挖進(jìn)的土壤和塊莖不會(huì)從兩側(cè)滑落，因此需要在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機(jī)架上。 其結(jié)構(gòu)如圖 圖10 挖掘鏟 Fig.10 Digging Shovel 8 地輪和機(jī)架的設(shè)計(jì) 8.1 地輪的設(shè)計(jì) 地輪的作用主要是在機(jī)器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服挖掘機(jī)收獲時(shí)挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計(jì)的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機(jī)架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。 8.2 機(jī)架部分的設(shè)計(jì) 挖掘機(jī)組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機(jī)組牽引性能、運(yùn)輸通過性能及對(duì)地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能塊莖挖掘機(jī)懸掛裝置的影響。本設(shè)計(jì)采用三點(diǎn)懸掛式機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)后置三點(diǎn)懸掛和挖掘機(jī)懸掛架機(jī)構(gòu)成一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)具有各自的瞬心，挖掘工作時(shí)，在各種作用力及相對(duì)瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個(gè)瞬心的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持平衡。 其結(jié)構(gòu)如圖15： 圖11 機(jī)架 Fig.11 Rack 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的機(jī)器性能滿足要求，能較好的與農(nóng)村現(xiàn)有動(dòng)力配套使用，能較好的把握挖掘機(jī)收獲過程中的要求。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，掌握了基本的設(shè)計(jì)過程，真正地將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，提高了獨(dú)立思考解決問題的能力。由于所掌握的知識(shí)的限制和經(jīng)驗(yàn)的不足，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，難免有不妥之處。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會(huì)繼續(xù)努力，彌補(bǔ)自己在專業(yè)知識(shí)上的缺欠。 此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。 參考文獻(xiàn) [1] 趙滿全,竇衛(wèi)國(guó),趙士杰等.4SW系列馬鈴薯挖掘機(jī)的研制[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,1999,(4). 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