機械畢業(yè)設計-高粱秸稈剪切試驗裝置設計（含CAD圖紙全套）,機械,畢業(yè)設計,高粱,秸稈,剪切,試驗裝置,設計,cad,圖紙,全套 摘要 我國年高粱秸稈產(chǎn)量豐富，但是高粱秸稈的利用率較低，大部分秸稈用于廢棄和焚燒，不僅造成了高粱秸稈的浪費，還造成了環(huán)境的嚴重污染。秸稈還田具有增加土壤養(yǎng)分含量、改善土壤物理性狀、提高土壤微生物和酶的活性、增加糧食產(chǎn)量等作用，可以增強土壤蓄水保墑能力，減少水土流失有效解決因秸稈廢棄焚燒造成的環(huán)境污染問題，同時秸稈還田還對保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。 針對解決我國東北黑土區(qū)水土流失嚴重、秸稈焚燒污染環(huán)境等問題，結合農(nóng)機、農(nóng)藝的要求研發(fā)設計了多功能秸稈還田機，該機主要包括秸稈撿拾裝置、秸稈切碎裝置、根可一次進地完成秸稈撿拾、秸稈切碎、并針對其秸稈探施裝置的性能進行試驗研究。 關鍵詞 高粱秸稈; 環(huán)境污染; 撿拾裝置; 切碎裝置; 水土流失; 性能研究; Abstract Our country is rich in sorghum straw yield, however,the utilization of sorghum straw were lower, most of the straw for abandoned and burned, not only bringing therwaste of the resource, but also making environmental pollute. Straw returning can increase the content of soil nutrient, improve the soil physical properties, increase soil microbial and enzyme activities, increase grain yield and so on. Straw returning also can enhance the soil water holding capacity, reduce soil erosion, can effectively resolve the environmental pollution problems caused by burning of straw. Meanwhile Straw returning has great significance for the protection of the ecological environment and realization sustainable development of agriculture. To solve the serious problem of soil erosion of Northeast China and environmental pollution caused by straw burning, the mutl functional straw machine was designed combined with there quirements of agrichltural machinery and agronomic. This machine mainly include straw pick-up device, straw cutting device, which can complete straw's pickup, cutting, and experimental study was carried out according to the deep-application device's performance. Key words: sorghum straw；the environmental pollution；collecting device； chopped device；soil and water loss； performance study； 目 錄 第一章 引言 1 1.1研究的目的與意義 1 1.1.1 土地培肥 2 1.1.2糧食增產(chǎn)秸稈還田是有效的增產(chǎn)措施。 2 1.1.3生態(tài)環(huán)境改善 2 1.2機械化秸稈還田技術及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀 3 1.2.2國外現(xiàn)狀 8 1.3主要研究內(nèi)容 9 1.4技術路線 11 第二章多功能秸稈還田機總體設計 12 2.1整體結構與工作原理 12 2.2傳動系統(tǒng)設計 13 2.2.1秸稈撿拾喂入切碎傳動系統(tǒng)設計 13 2.2.2秸稈深施傳動系統(tǒng)設計 15 2.3控制系統(tǒng)設計 15 第三章秸稈撿拾與喂入裝置設計 20 3.1秸稈撿拾裝置設計 20 3.1.1結構設計與工作原理 20 3.1.2撿拾過程運動分析 20 3.1.3受力分析 22 3.1.4主要結構參數(shù)和運動參數(shù)的確定 23 3.2秸稈喂入裝置設計 23 3.2.1結構設計 23 3.2.2受力分析 24 3.2.3主要結構參數(shù)和運動參數(shù)確定 25 第四章切碎裝置設計 27 4.1結構設計 27 4.2主要工作參數(shù)確定 28 4.2.1切碎滾筒轉速的確定 28 4.2.2定刀配置高度 28 結論 30 參考文獻 31 致謝 32 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 引言 第一章 引言 1.1研究的目的與意義 水土流失是全球所面臨的生態(tài)問題。致使土地日益貧瘩，甚至土壤被侵蝕殆盡;同時也會帶走土壤大量養(yǎng)分和水，破壞土地資源。但由于多年來的自然侵蝕和過度的人為開墾，水土流失問題逐漸嚴重，水土流失面積占黑土區(qū)總土地面積的34%。據(jù)統(tǒng)計:近50年來黑土層厚度平均流失了一半以上，而目前黑土層平均厚度只剩下20～30cm土壤有機質含量減少了1/3～1/2。因此，必須加快防治我國黑土地區(qū)水土流失問題，保護我國黑土資源。 另一方面，秸稈是農(nóng)作物重要的副產(chǎn)物，我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源十分豐富，秸稈產(chǎn)量居世界首位。隨著農(nóng)業(yè)連年豐收，秸稈產(chǎn)量增長，但是秸稈資源的有效利用率卻較低，有一大部分的秸稈被廢棄和焚燒。根據(jù)統(tǒng)計， 2010年全國秸稈資源總量為8.4億t，其中31.9%作為牲畜飼料，17.8%作為農(nóng)村生活能源，15.6%還田作為肥料，2.6%作為工業(yè)原料，2.6%作為種植食用菌基料，而廢棄和焚燒量達到了29.4%。這種焚燒不僅給國家經(jīng)濟帶來損失，同時也造成環(huán)境的嚴重污染，影響鐵路、民航等正常的交通運輸。近年來，秸稈問題到重視，提出了許多積極促進與推動農(nóng)作物秸稈高效合理利用的方案和建議，以解決秸稈資源的浪費問題及其引發(fā)的環(huán)境污染問題。 實踐表明:高粱秸稈剪切還田可以減輕土壤的水蝕和風蝕，對預防水土流失問題有分重大的意義，是提高秸稈利用率、解決剩余秸稈焚燒問題的有效的途徑。此外，秸稈還田在土壤培肥，改善生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義。 1.1.1 土地培肥 （1）增加土壤養(yǎng)分含量 土壤的養(yǎng)分主要指土壤中有機質、氮磷鉀和微量元素。有機質是土壤中含碳的有機化合物，對農(nóng)作物生長有重要作用。農(nóng)作物秸稈含有大量的有機物以及大量的N. P.K.Ca,Mg, S等作物生長不可缺少的營養(yǎng)元素和部分微量元素，秸稈還田后，秸稈經(jīng)腐熟會增加土壤中養(yǎng)分含量，具有培肥地力的作用。 （2）改善土壤物理性狀 隨著大型農(nóng)業(yè)機械的應用以及化肥、農(nóng)藥的廣泛使用，農(nóng)田土壤的物理性狀慢慢變差，直接影響到農(nóng)作物的正常生長發(fā)育。研究表明:長期秸稈還田有利于改善土壤物理性狀。土壤物理性狀的改善表現(xiàn)在土壤的通透性增強，提高土壤保水能力，孔隙度增加，土質變松，有利于增加土壤溫度，加強土壤中微生物的活動和養(yǎng)分的分解利用。 （3）提高土壤微生物和酶的活性 秸稈還田為土壤微生物的活動提供了大量的碳源和氮源，促進了微生物的生長和繁殖，從而使微生物的數(shù)量收到了極大的變化;同時秸稈還田后土壤酶活性也逐漸增強，從而使土壤肥力提高，土壤的養(yǎng)分擴大，利用和轉化率增強。 1.1.2糧食增產(chǎn)秸稈還田是有效的增產(chǎn)措施。 堅持秸稈還田，可以在培肥階段有顯著的增產(chǎn)作用，而且效果十分明顯，有持續(xù)的增產(chǎn)作用。 1.1.3生態(tài)環(huán)境改善 (1)增強土壤蓄水保墑能力，減少水土流失 秸稈還田后可降低土壤表層水分的蒸發(fā)量，增加土壤蓄水量，從而使土壤蓄水能力增強。同時秸稈還田還可以減少降雨時雨水對土壤的沖刷，減少土壤的水土流失，保護生態(tài)環(huán)境。Philips.S.H統(tǒng)計表明，保留地表的作物根茬，能通過減少地表徑流、增加降水的滲率，有效減輕土壤侵蝕。李紅等研究表明，連續(xù)多年的小麥、玉米桔稈還田可提高土壤對水分的保蓄能力，含水量增加1.04%～2.11%。張帥等研究表明秸稈深施還田后，地表下。0～20cm的土壤含水量比未還田提高了0.5%～2.0%。周凌云等在封丘3年試驗結果表明，采用秸稈覆蓋麥田可有效的降低耗水系數(shù)8.1%～23.2%覆蓋后減少了小麥顆間蒸發(fā)量26.3%，節(jié)約灌溉用水270m3/hm2 (2)減少化肥用量，保護生態(tài)環(huán)境 化肥對農(nóng)作物獲得高產(chǎn)的作用是明顯的，但長期使用化肥導致土壤板結、土壤肥力失衡和環(huán)境污染。秸稈還田是彌補化肥使用缺陷的有效方法。通過秸稈還田，可減少化肥的施用量，避免過量施用化肥造成的生態(tài)破壞和環(huán)境污染，形成良性的生態(tài)循環(huán)，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 1.2機械化秸稈還田技術及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械化秸稈還田技術是指以機械化作業(yè)(粉碎、破茬、深耕和耙壓等)為主的秸稈還田技術。根據(jù)還田后秸稈與土壤空間位置不同，機械化秸稈還田的方式大致可分為機械化秸稈覆蓋還田(秸稈覆蓋在土壤上)和機械化秸稈翻埋還田(秸稈翻埋在土壤中)。其中機械化秸稈覆蓋還田可分為秸稈粉碎覆蓋還田、整株秸稈覆蓋還田以及留根茬覆蓋還田。覆蓋還田用秸稈蓋土、根茬固土，有利于保護土壤，減少風蝕、水蝕和水分無效蒸發(fā)，增加天然降雨利用率翻埋還田是將農(nóng)作物秸稈隨著耕翻掩埋在土壤中，可分為秸稈粉碎翻埋還田、整株秸稈翻埋還田和根茬粉碎還田。翻埋還田有利于促進秸稈在土壤中的分解速率，對增加土壤養(yǎng)分含量、培育地力等方面效果突出。隨著機械化秸稈還田技術的發(fā)展，近年來又提出了秸稈深施還田這項新技術，它是在不翻動土壤的情況下，將粉碎秸稈深施于土壤深層(15～40cm)的一種還田方式。研究表明，深施還田相比其它機械化秸稈還田方式在改善土壤蓄水、提高土壤溫度方面效果顯著。 1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀 我國機械化秸稈還田技術起步較晚，20世紀80年代，在中央政策扶持和項目資金支持的情況下，各地農(nóng)機部門積極開展秸稈還田機械化技術的研究開發(fā)和推廣應用。20世紀90年代，秸稈根茬粉碎還田機的發(fā)展推動根茬還田技術的推廣，同時其他的秸稈還田機械也在不斷發(fā)展，且各具特色:由黑龍江省八五四機械廠生產(chǎn)的XFP系列莖稈粉碎還田機可與自走式谷物聯(lián)合收割機配套等。 經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，我國己經(jīng)開發(fā)了一些經(jīng)濟實用的機械化秸稈還田機具。這些機具主要針對我國量大面廣的小麥、高粱和水稻秸稈，主要可分為:整株秸稈還田機具、秸稈粉碎(切碎)還田機具及聯(lián)合作業(yè)機具等。 (1)整株秸稈還田機 整株秸稈還田是將直立或放鋪于田間的作物秸稈整株全部還入田中的一種方法。這種方法具有省時、省事、省費用、簡便易行的特點，其適應范圍大，技術經(jīng)濟效果較好。 圖1-1為河北農(nóng)業(yè)機械化研究所研制的玉米整株秸稈還田機。該機具由與四輪拖拉機配套的ILF230覆蓋型深耕犁和秸稈定向壓倒扶順裝置組成，作業(yè)時拖拉機前的秸稈梳壓裝置將田間直立的玉米秸稈定向壓倒扶順，隨后深耕犁將整株秸稈深埋于犁溝底部，耕深20～22cm，由深耕犁上安裝的合墑器進行合墑，完成玉米秸稈整株還田作業(yè)。 1一秸稈梳壓裝置2一四桿機構3一前滑輪4一后滑輪5一提升臂 6一下拉桿7一上拉桿8一深耕犁 圖1-1 玉米整株秸稈還田機 圖1-2 水稻秸稈整株還田機結構簡圖 該機具與紐荷蘭90～110型拖拉機配套，主要由主軸、刀盤、切草刀(2把)、埋草彎刀(左右方向各24把)、擋草柵、限位滑掌、邊減速器、主減速器和懸掛架等組成。適應于水稻秸稈直立和放鋪2種形式。秸稈整株還田質量良好，覆蓋率高，碎土能力強。 1一秸稈梳壓裝置2一四桿機構3一前滑輪4一后滑輪5一提升臂 6一下拉桿7一上拉桿8一深耕犁 圖1-2 玉米整株秸稈還田機 (2)秸稈粉碎還田機具 秸稈粉碎還田是將農(nóng)作物秸稈粉碎后歸還土壤，秸稈粉碎有利于加快其在土壤中的分解速率，對土壤的改良效果較好。 1一地輪軸焊合件2一萬向節(jié)總成3一皮帶罩焊合件4一刀軸總成 5一三角皮帶6一傳動總成7一懸掛及殼體總成 圖1-3 秸稈切碎還田機 圖1-3所示為中國一拖股份公司研制的秸稈切碎還田機的結構圖。該機與東方紅一18拖拉機配套，主要由刀軸總成、傳動總成、萬向節(jié)總成、地輪軸焊合件、懸掛及殼體總成、三角皮帶、皮帶罩焊合件等組成，配置在拖拉機的后方 ( 3)根茬粉碎還田機具 根茬粉碎還田是將直立于地表或壟上的作物根茬直接粉碎，并均勻混拌于0～1 0mm深的耕層中。根茬粉碎還田機適用于輪番耕作的壟作地區(qū)，例如東北地區(qū)，這類地區(qū)玉米根人工不易刨除。 1一萬向節(jié)2一懸掛架3一還田機架4一碎茬機架 5一碎茬刀輥 6一還田刀輥7一地輪8一帶輪 圖1-4 秸稈一根茬粉碎還田機結構簡圖 (4)秸稈還田聯(lián)合作業(yè)機具 秸稈還田聯(lián)合作業(yè)機具是秸稈還田機具的一個主要發(fā)展方向，此類機具不僅具有秸稈還田功能，同時還具有其它田間作業(yè)功能，例如:旋耕、播種、施肥等作業(yè)，實現(xiàn)了一機多能，作業(yè)效率較高。 甘肅農(nóng)業(yè)大學與西北農(nóng)林科技大學共同研制的快速腐熟秸稈還田機如圖1-5所示，主要由腐熟劑噴施系統(tǒng)、秸稈粉碎系統(tǒng)兩大部分組成，該機可同時完成藥劑噴施與秸稈還田兩項作業(yè)。腐熟劑噴施系統(tǒng)采用前置安裝方式，腐熟藥劑噴灑在秸稈上可以加快其分解腐熟;秸稈粉碎還田機，采用后置安裝方式，與拖拉機三點懸掛機構相連接，由拖拉機動力輸出軸驅動，用于將秸稈粉碎還田。 1一噴藥管路2一調節(jié)閥3一逆止回流閥4一拖拉機5一秸稈粉碎還田機 6-BPZ型自吸泵7一藥箱8一噴頭9一噴桿 圖1-5 快速腐熟秸稈還田機 1.2.2國外現(xiàn)狀 在國外，機械化秸稈還田技術的研究起步相對較早。圖1-6所示為目前國外幾個知名農(nóng)機制造公司生產(chǎn)的秸稈還田機械。圖1-6a為德國雷肯公司生產(chǎn)的滅茬缺口圓盤耙，適用于高粱茬地或是高茬地的滅茬作業(yè)，工作時與90馬力以上拖拉機配套，工作幅寬2.5 m，工作深度可調節(jié)到15cm，具有滅茬效果好、效率高等特點。圖1-6b為法國庫恩公司生產(chǎn)的滅茬耕耘機，適用于秸稈根茬比較多的情況，對于留有大量殘茬的耕作效果十分出色，可一次完成滅茬，混合和鎮(zhèn)壓工作，工作深度5～13cm，多用于少耕技術中保護土壤的水分，通過表面淺耕、碾壓以及將粉碎的秸稈與土壤混合，從而加速秸稈分解腐化。圖1-6c和圖1-6d分別為美國凱斯紐荷蘭公司生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機和美國約翰迪爾公司生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機，在收獲玉米的同時即可將玉米秸稈粉碎還田，目前這種大中型聯(lián)合收獲機械普遍集成了秸稈還田功能。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，秸稈還田機械雖然很多，但大多數(shù)都是與拖拉機配套使用的，且多為單一功能的秸稈覆蓋還田機型;或者是聯(lián)合收獲類農(nóng)業(yè)機械加裝秸稈切碎裝置，使其具有秸稈覆蓋還田功能，即其主要作業(yè)目的并不是秸稈還田，導致這類農(nóng)業(yè)機械只適用于特定條件下的秸稈還田作業(yè)，例如其適用于收獲前直立的秸稈，對于收獲后鋪放在田間的秸稈就不能完成秸稈還田作業(yè)。 LemKen-Rubin 滅茬缺口圓盤耙 KUHN-Discover XM236 滅茬耕耘機 CSX-7080 聯(lián)合收割機 John Deere-Y215 聯(lián)合收獲機 圖1-6 具有秸稈還田功能的農(nóng)業(yè)機械 1.3主要研究內(nèi)容 本文主要針對解決我國黑土區(qū)水土流失嚴重、秸稈焚燒污染環(huán)境等問題，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，進一步實施與推廣秸稈還田技術為目標，設計研究一種多功能秸稈還田機，該機為自走式，可一次性完成秸稈撿拾、喂入、粉碎、根茬粉碎和秸稈深施作業(yè)，并對其秸稈深施裝置的性能進行試驗研究，具體研究內(nèi)容如下: (1)多功能秸稈還田機的總體設計 從總體角度對整機進行結構設計，闡述其工作原理，詳細介紹整機的傳動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)、動力匹配以及機架設計。其中傳動系統(tǒng)的設計主要包括兩部分內(nèi)容:一部分為秸稈撿拾裝置、秸稈喂入裝置、秸稈切碎裝置同驅動其工作的柴油機間的傳動設計;另一部分為根茬粉碎裝置、三組秸稈深施裝置同驅動其運轉的液壓馬達間的傳動設計。 (2)主要工作裝置設計 整機的主要工作裝置包括秸稈撿拾裝置、秸稈喂入裝置、秸稈切碎裝置、根茬粉碎裝置和秸稈深施裝置。對秸稈撿拾裝置和秸稈喂入裝置進行結構設計，并對其工作過程進行動力學分析，確定其主要結構參數(shù)和運動參數(shù)。對秸稈切碎裝置和根茬粉碎裝置進行結構設計，采用三維建模與仿真技術，分別對其主要工作部件進行有限元分析和仿真分析。 (3)秸稈深施裝置性能的試驗研究 以深施螺旋轉速、輸送管徑、秸稈長度和秸稈含水率為考察因素，以秸稈深施體積還田量為試驗指標，在秸稈深施試驗臺上試驗研究上述因素對秸稈深施量的影響。 1.4技術路線 開始 課題提出 調研背景，查閱文獻 確定目標 多功能秸稈還田機設計及秸稈深施裝置性能試驗研究 多功能秸稈還田機設計 撿拾、切碎裝置設計 結束 撰寫論文 圖1-7 技術路線 31 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 多功能秸稈還田機總體設計 第二章多功能秸稈還田機總體設計 玉米收獲后，大量玉米秸稈雜亂鋪放在田間，同時玉米根茬殘留在田地里。針對這種情況，本文設計了一種多功能秸稈還田機將這些玉米秸稈及其根茬粉碎還田，該機可一次完成秸稈撿拾、切碎、深施以及根茬粉碎多道作業(yè)工序。設計之初擬提出以下要求: (1)整機的性能參數(shù)必須滿足我國的農(nóng)業(yè)技術要求，確定以下設計參數(shù)范圍:秸稈撿拾率>90%，秸稈切碎長度10～20mm，切碎合格率>85%;滅茬深度8～12cm，根茬粉碎長度≤50mm，破茬率>90%;秸稈深施深度15 ～40cm，秸稈深施量0.225～0.375kg/m30。 (2)整機在平作和壟作的耕地中均可作業(yè)，且在壟作玉米耕地作業(yè)時，秸稈撿拾和秸稈深施的幅寬為3壟(壟距600～700mm )。 (3)一機多用。在不過多增加結構和重量的前提下，盡量豐富其功能。 2.1整體結構與工作原理 多功能秸稈還田機的總體結構如圖2-1所示。整機主要由主機架3、后機架13、柴油機8、秸稈撿拾裝置6、秸稈喂入裝置2、秸稈切碎裝置1、懸掛裝置12、根茬粉碎裝置17、秸稈深施裝置16等組成。秸稈撿拾裝置位于整機的最前方，通過撿拾裝置兩側的液壓缸進行升降。秸稈喂入裝置和秸稈切碎裝置安裝在主機架上。 作時，位于整機前方的秸稈撿拾裝置6將秸稈撿起并向后輸送，秸稈喂入裝置2內(nèi)的喂入輥強行將秸稈拉入壓實，并輸送至秸稈切碎裝置1，在切碎動刀和定刀共同作用下，秸稈被切碎。切碎后的秸稈再經(jīng)拋送筒19大部分進入秸稈深施裝置7中的秸稈箱18內(nèi)，秸稈箱底部出口與深施輸送螺旋相連，通過深施輸送螺旋最終將切碎后的秸稈深施于土壤中。同時根茬粉碎裝置17將田間的根茬粉碎，并將粉碎后的根茬均勻混拌于耕層中。 1一秸稈切碎裝置2一秸稈喂入裝置3一主機架4一前輪5一液壓缸 6一秸稈撿拾裝置7一機械傳動系統(tǒng)8一柴油機9一液壓泵10一液壓升降總成 11一后輪12-懸掛裝置13一后機架14一滅茬液壓馬達15一深施液壓馬達 16一秸稈深施裝置17一根茬粉碎裝置18一秸稈箱 19—拋送筒 圖2-1 多功能秸稈還田機結構示意圖 2.2傳動系統(tǒng)設計 傳動系統(tǒng)設計是整機設計研發(fā)中的一項重要工作。它是將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構或執(zhí)行構件的中間裝置。本機的傳動系統(tǒng)采用機械傳動與液壓傳動相結合的方式。 2.2.1秸稈撿拾喂入切碎傳動系統(tǒng)設計 圖2-2所示為秸稈撿拾裝置、秸稈喂入裝置和秸稈切碎裝置相對位置關系和作業(yè)時的旋轉方向。秸稈撿拾裝置的抓取輥1反轉(即在整機前進方向的右側看順時針方向旋轉)，才能將秸稈向后輸送;為保證秸稈順利進入秸稈喂入裝置，要求前上、后上喂入輥2, 3正轉，前下、后下喂入輥4. 5反轉，工作過程中，上喂入輥2,3還應滿足在垂直方向上可上下浮動以匹配不同厚度的秸稈喂入;進入秸稈切碎裝置后，碎刀軸正轉，切碎滾筒上的動刀隨著刀軸高速旋轉與定刀共同作用將秸稈切碎。針對上述要求，設計了圖2-3所示的傳動系統(tǒng)，各裝置的位置關系參見圖2-2。 1一秸稈撿拾裝置抓取輥2一前上喂入輥3一后上喂入輥4一前下喂入輥 5一后下喂入輥6一秸稈切碎裝置切碎刀輥 圖2-2 主要裝置位置關系簡圖 圖2-3 傳動系統(tǒng)簡圖 圖2-3中有1組帶傳動、1組齒輪傳動、3組鏈傳動和2組組式齒輪傳動。動力經(jīng)切碎刀軸輸出后通過一組齒輪傳動換向后再通過鏈傳動，分別將動力傳給后下喂入輥和前下喂入輥。后下喂入輥與后上喂入輥旋轉方向相反，用齒輪傳動改變其傳動方向，又由于后上喂入輥上下浮動時要保證正常傳遞動力，選擇1組組式齒輪傳動方式。組式齒輪由4個齒輪組成，分別為后上喂入輥軸上安裝的齒輪1，游動齒輪2和3和后下喂入輥軸上的齒輪4。齒輪1通過游動齒輪2和3帶動安在后下喂入輥軸上的齒輪4，游動齒輪3的軸固定不動，游動齒輪2的軸分別用銷連桿與齒輪3和1的軸相銷連，這樣，當上喂入輥上下移動時，各齒輪可始終保持正常嚙合。前下喂入輥的動力傳出后也由1組組式齒輪傳遞給前上喂入輥‘同時，前下喂入輥軸通過另一組鏈傳動將動力傳遞給撿拾裝置的輸送輥軸。帶傳動與鏈傳動不改變傳動方向，齒輪傳動改變傳動方向，圖2-3中各裝置的轉向與圖2-2中相同，故該傳動方案滿足設計要求。 2.2.2秸稈深施傳動系統(tǒng)設計 秸稈撿拾喂入切碎傳動系統(tǒng)的動力是由柴油機直接提供的，而秸稈深施傳動系統(tǒng)的動力由液壓馬達提供。傳動方案如圖2-4所示。液壓馬達輸出軸通過彈性聯(lián)軸器與水平蝸桿相連，與水平蝸桿相嚙合的3個蝸輪分別安裝在3組秸稈深施裝置的豎直深施螺旋軸上，桔稈深施作業(yè)時各深施螺旋軸的旋轉方向如圖所示，螺旋軸轉速范圍150～900r/rein 。 2.3控制系統(tǒng)設計 圖2-4 傳動方案簡圖 本機采用機一電一液相結合的控制方式。將機械、液壓與電控結合起來，既具備液壓傳動輸出功率適應范圍較大的特點，又有電子控制方便靈活的優(yōu)勢，便于實現(xiàn)高度自動化控制。 圖2-5 液壓控制原理圖 1一低壓過濾器2一液壓泵3一單向閥4-溢流閥5, 10. 18, 23一壓力指示表 6一高壓過濾器7一電磁溢流閥8, 12一三位四通電磁換向閥9一單向節(jié)流閥 11, 14.巧一液壓缸 13，16一單向調速閥17, 22一減壓閥19, 24一二位二通電磁換向閥21, 26一液壓馬達20, 25一節(jié)流閥YA一電磁鐵 圖2-5中，油箱里的液壓油經(jīng)低壓過濾器1流入液壓泵2，過濾器可以濾除液壓油里的雜質。懸掛系統(tǒng)中的電磁溢流閥7主要作用是卸荷，當系統(tǒng)不需要高壓油，可以使電磁溢流閥斷電，使油泵來的油直接流回油箱。三位四通電磁換向閥(8, 12)用來實液壓缸左腔進油和右腔進油的切換。單向節(jié)流閥9和節(jié)流閥(20, 25）用于調速。二位二通電磁換向閥19. 24的作用相當于開關，可以獨立控制其所在支路的液壓馬達的啟停，彼此互不影響。 圖2-6為整機的控制電路圖，電源正極依次連接熔斷器FU和熱保護繼電器KR來保護整個電路，圖中的電磁鐵YA （1-7)與圖2-5中相對應。 下面同時結合圖2-5 , 2-6詳細說明實現(xiàn)各功能的控制過程。 圖2-6 控制電路 (1)三位四通電磁(電液)換向閥換位功能的實現(xiàn) 以換向閥8為例說明，當需要左位接入工作位置時，首先按下常開按鈕SB2，電磁鐵YA2得電，將換向閥8的左位接入工作位置，同時接觸器線圈得電，與SB:并聯(lián)的常開觸點KM2閉合，實現(xiàn)自鎖功能，即SB2恢復常開狀態(tài)時電磁鐵仍然通電。為避免電磁鐵YA2和YA3同時得電，將接觸器的常閉觸點K2與YA3串聯(lián)，實現(xiàn)互鎖功能，即YA2通電時K2斷開，YA2就不會得電;當需要將換向閥由左位回到中位時，按開常閉按鈕SB8，電磁鐵斷電，復位彈簧將閥芯推回中位。同理，按下SB3，換向閥8的右位接入工作位置，欲使閥芯回到中位按開SB8:即可。換向閥12的控制與上述步驟類似。 (2)懸掛系統(tǒng) 按下SB2，電磁鐵YA2和KM2得電，常開觸點KM2閉合，實現(xiàn)自鎖，換向閥8左位接入工作位置，液壓泵輸出的高壓油經(jīng)過電液比例方向閥8，再經(jīng)過單向節(jié)流閥9的單向閥進入液壓缸的無桿腔，使后機架提升。按下開關SB3，電磁鐵YA3和A3得電，常開觸點K3閉合，實現(xiàn)自鎖，換向閥8右位接入工作位置，同時按下開關SB1，線圈A1得電，常閉觸點KM1斷開，電磁溢流閥7的電磁鐵YA1斷電，此時液壓泵輸出的油液經(jīng)過電磁溢流閥流回油箱，液壓泵處于卸荷狀態(tài)。在機具自重作用下，液壓缸無桿腔的液體被排出，使后機架下降，被排出的液體經(jīng)單向節(jié)流閥的節(jié)流閥和比例方向閥流回油箱。農(nóng)機具下降的速度由節(jié)流閥控制，如下降過快，農(nóng)機具下降過程會產(chǎn)生失重現(xiàn)象，使工作不穩(wěn)定。 (3)撿拾裝置控制系統(tǒng) 按下SB4，電磁鐵YA4和KM4得電，常開觸點KM4閉合，實現(xiàn)自鎖，換向閥12左位接入工作位置，液壓油進入液壓缸左腔，將活塞桿向右推出，撿拾裝置提升。兩個并聯(lián)的液壓缸的進油路上分別串入一個調速閥，仔細調整兩個調速閥開口的大小，可使兩個液壓缸在一個方向上實現(xiàn)速度同步回路。當活塞桿到合適位置，即達到機架提升角度時，要使液壓缸在一定時間內(nèi)維持該狀態(tài)，需斷開常閉按鈕SB9，換向閥12的中位接入工作位置，此時液壓缸左右腔室維持壓力恒定，液壓缸活塞桿不再移動。按下SB5，電磁鐵YA5和KM5得電，常開觸點KM5閉合，實現(xiàn)自鎖，換向閥12的右位接入工作位置，液壓油便可進入液壓缸右腔，活塞桿向左縮回，后機架落地，斷開常閉按鈕SB9，換向閥12的中位接入工作位置，此時液壓缸左右腔室保持壓力恒定，液壓缸不可移動。 (4)液壓馬達的啟動與停止。 滅茬液壓馬達21、秸稈深施液壓馬達26所在支路連接形式相同，相應的控制電路的連接形式也一致。下面以滅茬液壓馬達21為例闡述其啟動與停止的操控步驟。 啟動:按下SB6，電磁鐵YA6和KM6得電，常開觸點KM5閉合，實現(xiàn)自鎖，二位二通換向閥19的右位接入工作位置，油路連通，滅茬液壓馬達18啟動。工作過程中可以通過調整節(jié)流閥17的開口實現(xiàn)進口節(jié)流調速。 停止:按開SB10，電磁鐵YA6斷電，二位二通電磁換向閥19復位，其左位接入工作位置，使液壓馬達供油管路斷開，液壓馬達停止工作。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 \第三章 秸稈撿拾與喂入裝置設計 第三章秸稈撿拾與喂入裝置設計 秸稈撿拾裝置位于多功能秸稈還田機的最前方，其作用是將雜亂鋪放在田間的秸稈拾起起來，并向后輸送到秸稈喂入裝置。本章主要介紹整機的秸稈撿拾裝置。 3.1秸稈撿拾裝置設計 3.1.1結構設計與工作原理 撿拾裝置主要有彈齒滾筒式撿拾裝置、偏心伸縮扒指式撿拾裝置、滑道升運器式撿拾裝置和帶式輸送器式撿拾裝置四種。其中彈齒滾筒式撿拾裝置的彈齒有彈性，對物料的沖擊作用較小，但其彈齒橫向間距較大，漏撿率較高，所以其一般多用于牧草的撿拾作業(yè)。偏心伸縮扒指式撿拾裝置采用硬指桿，扒指為剛性，強度較大，撿拾時對物料的沖擊作用也較大，且由于采用硬指桿，指桿遇石塊等障礙物會發(fā)生損壞。而滑道升運器式撿拾裝置和齒帶輸送器式撿拾裝置多用于撿拾谷物，并不適用于高粱秸稈的撿拾。 3.1.2撿拾過程運動分析 3.1.2.1撥指的運動軌跡與運動方程 撥指安裝在輸送鏈上，作業(yè)時秸稈撿拾裝置上撥指的運動可分解為沿整機前進方向的水平直線運動和沿輸送鏈條的回轉運動。撿拾裝置的運動分析如圖3-1所示，設機器前進速度Vm輸送鏈回轉速度。此時撥指指根P，點與輸送鏈d點接觸，由圖3-1可知: 則dP段撥指 （3-1） 式中：t-為撥指運動的時間，s； -為撥指安裝角， 上述兩式對時間t求導，可得: Vx=Vm+ Vy= （3-2） 設輸送鏈的線速度Vt與機器前進速度Vm之比為兄，則代入式(3-） 得: Vx=Vm+ Vy=Vm （3-3） 當撥指轉到P點時，撥指開始隨輸送鏈做斜直線運動，并與機器前進運動合成，撥指上的任意點都是在做平移運動，因此，P點的速度為 Vx=Vm （3-4） Vy= （3-5） 圖3-1 運動分析簡圖 3.1.2.2速比的確定 撿拾過程中，為了使被撿拾的秸稈不向前推擠和拉斷、減少不必要損失，則在圓弧運動末端和斜直線運動開始的撥指上B點，其水平運動分速度(弧)和斜直線運動開始時的水平分速度（直），應相等并且均等于零。因此: Vm- （3-6） Vm- （3-7） 由圖3-2可知，，整理式（3-6）得 Vm- （3-8） 設，帶入式（3-7）和式（3-8），并聯(lián)立求得： （3-9） （3-10） 根據(jù)實際撿拾作業(yè)的需要，傾角y應為較小銳角(0° < y < 450 )。以上是在理想狀態(tài)下得到的兄與y關系式，實際作業(yè)中，在撿拾和輸送過程中秸稈依靠自身重力不能完全與輸送鏈相貼合，同時考慮振動等實際因素的影響也會造成秸稈與撿拾輸送鏈不貼和。為了使秸稈與輸送鏈貼合以便于輸送，在實際作業(yè)中水平分速度應小于等于零，此時可得: （3-11） （3-12） 即由式(3-9)得到的是較小值，實際中應選取更大的值，才符合實際需要。而由式(3-10)求得的傾角是較大值，在實際中應選取更小值，才符合實際需要。 3.1.3受力分析 秸稈撿拾過程中，撥指挑起秸稈，設被撿拾秸稈的重心在B點，并把被撿拾秸稈當做一個質點來考慮，則秸稈在撿拾過程中的受力如圖3-2所示。 圖3-2秸稈撿拾受力分析 秸稈主要受四個力，分別為秸稈與撥指的摩擦力Ff、撿拾阻力Ft、慣性力Fm以及秸稈自身重力mg。 3.1.4主要結構參數(shù)和運動參數(shù)的確定 結合3.1.2節(jié)分析，綜合考慮秸稈撿拾裝置的實際作業(yè)情況，選取撿拾鏈傾角y=40°，根據(jù)式(3-12，選取=1.3，以整機前進速度6km/h為例，求得換算后的輸送鏈的回轉線速度為2.18m/s。 3.2秸稈喂入裝置設計 秸稈喂入裝置位于秸稈撿拾裝置后方，其作用是將秸稈以一定的速度喂入切碎室內(nèi)，并在喂入的同時，將秸稈夾住、壓緊，與秸稈間無滑動，以保證喂料過程的均勻，進而確保切碎的質量。喂入裝置的主要工作部件為喂入輥，設計時應滿足以下技術要求:喂入輥的喂入能力強，且喂入速度應大于撿拾速度，以防止喂入輥堵塞;上喂入輥應上下浮動以適應不同厚度的秸稈層。 3.2.1結構設計 目前，國內(nèi)的固定式喂入裝置大都是由一對上下喂入輥組成，這種喂入機構使用壽命較低，經(jīng)常出現(xiàn)物料堵塞等故障。因此，本文將秸稈喂入裝置設計成兩對喂入輥的形式，其結構如圖3-3所示，主要由前上下喂入輥(1, 6)、后上下喂入輥（4, 5)、外殼2等組成，前上和前下喂入輥大小相等，后上和后下喂入輥大小相等，中心線對齊布置。作業(yè)時上喂入輥軸可以通過滑塊3上下浮動。 1一前上喂入輥2一外殼3_滑塊4一后上喂入輥 5一后下喂入輥6一前下喂入輥7一筋板 圖3-3 秸稈喂入裝置結構圖 3.2.2受力分析 秸稈喂入時的受力如圖3-5所示，此時秸稈主要受兩個力，分別為喂入輥對秸稈的正壓力R以及秸稈與喂入輥之間的摩擦力R。兩喂入輥的正壓力R交于A點，其合力為 ,是阻止秸稈拉入的力;兩摩擦力R交于B點，其合力為，是拉入秸稈的力。則秸稈正常喂入必須滿足: ＞ （3-13） 式中: 一秸稈與喂入輥間摩擦系數(shù)； R一被擠壓的秸稈對喂入輥反力的合力，N； 一向量R的方向角， 其中為秸稈與喂入輥間摩擦角，則有： ＞0 （3-14） 由圖還可得到： （3-15） 式中: r一喂入輥半徑，mm； 一物料附著在喂入輥表面的弧長的張角； h一秸稈喂入前厚度，mm ； h'一秸稈壓縮后厚度，mm ； 由式(3-20 )可看出，在壓縮程度h辦一定時，喂入輥半徑r與成反比。為了增長喂入輥的抓取表面(增大角)，就要采取直徑較小的喂入輥。 3.2.3主要結構參數(shù)和運動參數(shù)確定 (1)喂入輥直徑D及長度L 喂入輥的直徑是影響秸稈喂入的一個重要參數(shù)由3.2.2節(jié)分析可知，當時，為秸稈喂入的臨界條件，此時得出的喂入輥半徑為最小值。由于，則： 2rmin= （3-16） （2）喂入輥轉速n 喂入輥轉速決定秸稈切斷長度，喂入快，則秸稈切碎長度小，反之，秸稈切碎長度大于秸稈被卷入喂入輥速度w=w切碎刀每秒鐘切碎秸稈次數(shù)為znd/6則論切碎長度: （3-17） 式中: nw一秸稈喂入轉速，r/min； L一秸稈理論切斷長度，mm； z一動刀片數(shù)； nd一切碎刀軸轉速，r/min； D一喂入輥直徑，mm； 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 切碎裝置設計 第四章切碎裝置設計 秸稈切碎裝置的主要作用是將撿拾后的秸稈切碎，其主要工作部件是切碎器。目前，國內(nèi)外廣泛采用的切碎器有兩類，分別為輪刀式切碎器和滾刀式切碎器。輪刀式切碎器也稱盤刀式切碎器，其旋轉軸通常與喂入輥的旋轉軸垂直，圓盤徑向尺寸較大，動刀徑向安裝在圓盤上，在圓盤周圍通常設置拋送板用來將切碎的秸稈拋送出去。徑向尺寸相對較小，結構緊湊，便于調節(jié)。根據(jù)動刀形式的不同又分螺旋滾刀式和平板滾刀式切碎器兩種。 4.1結構設計 本文設計的秸稈切碎裝置如圖4-1所示，主要由滾刀式切碎器7、定刀2、跑送料筒4和外殼等組成。定刀2由螺栓固定在定刀架1上，工作時，秸稈不斷送進，切碎器不?；剞D，秸稈就被切成一定長度的碎段，借助動刀對空氣擾動所形成的氣流及外殼6的導向作用將切碎段秸稈吹送出拋送料筒4外。 1一定刀架2-定刀3一喂入口4一拋送料筒S一支座6一外殼7一滾刀式切碎器 圖4-1秸稈切碎裝置結構圖 4.2主要工作參數(shù)確定 4.2.1切碎滾筒轉速的確定 切碎滾筒采用直刃切碎刀，研究表明:滿足秸稈切段長度要求的切刀線速度可滿足拋送距離的要求。切刀線速度是影響切碎裝置工作性能指標(包括功率消耗、秸稈切碎長度和拋送離等)的主要因素，采用多刀片和較低切刀線速度可以有效地降低功率消耗。本切碎滾筒采用6片刀，在滿足切碎長度在10～30mm時，取切碎滾筒的轉速n=1480r/min，切碎滾筒刀刃外圓直徑D=480mm，則秸稈切碎后脫離切碎滾筒的線速度為vd=37 m/s。而保證秸稈可靠拋送的直拋式切碎滾筒的圓周速度一般為30～38.Sm/s，所以秸稈切碎后能夠可靠拋出。 4.2.2定刀配置高度 定刀的作用是支持莖稈進行切割，定刀的位置要求如下:(1)保證能夠支撐切割;(2)與動刀配合構成莖稈的鉗住條件;(3)起秸稈的導向作用，把秸稈送入切割副。定刀的配置尺寸關系如圖4-2所示，要求動刀在切割過程中不阻礙草層的喂入，因此一般使主軸高于定刀。動刀的配置高度可以按式(4-1)計算 （4-1） 式中:h一秸稈層厚度，m； R一滾筒最大回轉半徑，m； Vd一動刀刃處線速度，m/s； Vg一秸稈喂入速度，m/s ； 圖4-2 定刀配置高度 已知，取秸稈層厚度，則定刀配置高度。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 結論 結論 對我國東北黑土區(qū)水土流失現(xiàn)狀、秸稈資源產(chǎn)量及其利用現(xiàn)狀進行了分納，指出了現(xiàn)階段我國存在的東北黑土區(qū)水土流失嚴重、秸稈資源利用率低、多數(shù)秸稈被廢棄焚燒的問題。秸稈剪切裝置是解決上述問題的有效措施之一，為了實現(xiàn)秸稈剪切作業(yè)針對東北地區(qū)高粱收獲后秸稈雜亂鋪放在田間的情況，本文設計了高粱秸稈剪切裝置，可一次進地完成秸稈撿拾、切碎、作業(yè)，并對其裝置的性能進行了實驗研究。 （1） 在高粱秸稈實驗裝置的設計方面 （1）結合農(nóng)機與農(nóng)藝的相關要求，應用運動學、動力學理論和三維建模與仿真技術對多功能秸稈還田機進行了設計。整機主要由高粱秸稈撿拾裝置、高粱秸稈喂入裝置、機架等組成，其傳動系統(tǒng)包括機械傳動與液壓傳動兩部分，控制系統(tǒng)采用機一電一液相結合的操控方式。整機不僅適用于壟作耕地，還可在平作耕地作業(yè)，一次進地可完成秸稈撿拾、切碎作業(yè)，既提高了作業(yè)效率又可緩解頻繁進地作業(yè)而造成的耕地破壞。 （2）高粱秸稈剪切裝置的動力源為75kW的柴油機，作業(yè)速度4～6km/h，可同時完成3壟耕地的秸稈作業(yè)。秸稈撿拾裝置撿拾幅寬1350mm，撿抬速度2.I8m/s;輥形式80mm，，秸稈深施量可通過控制深施裝置輸送螺旋的轉速進行調整。 本文完成了高粱秸稈前剪切裝置的總體設計與部分關鍵部件的設計，在一定程度上可為高粱秸稈剪切裝置的深入研究提供依據(jù)與參考。但是對高粱秸稈剪切裝置的詳細設計、論證研究等工作未能全面展開，建議在今后的研究中，進一步完善這方面的工作，以進入高粱秸稈剪切裝置的制作和試驗階段。優(yōu)化其作業(yè)參數(shù)及結構參數(shù)，提高秸稈深施還田的作業(yè)質量。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 參考文獻 [1]孟祥志，劉艇，王繼紅.我國黑土區(qū)水土流失研究綜述[J].中國農(nóng)村水利水電，2010(10); [2]畢于運.秸稈資源評價與利用研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學院，2010. 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