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苜蓿收獲機的設計苜蓿收獲機的設計學 院：機械電氣化工程學院專 業(yè)：農(nóng)業(yè)機械化及其自動化姓 名：肖 豆指導教師：李傳峰目錄目錄 1 1 研究目的和意義研究目的和意義 2 2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容 3 3 工作原理工作原理 4 4 主要零部件設計主要零部件設計 5 5 總結及展望總結及展望1.1.牧草調(diào)制，牧草調(diào)制，獲得優(yōu)質青干草；獲得優(yōu)質青干草；2.2.提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達到基本同步；達到基本同步；3.3.人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟增長以及正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟增長以及綠化美化環(huán)境等特點綠化美化環(huán)境等特點。4.4.牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟新的增長點和突破點，其己牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟新的增長點和突破點，其己具備發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)的潛質。具備發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)的潛質。1.1.研究目的和意義研究目的和意義2.2.研究內(nèi)容研究內(nèi)容(1)(1)苜蓿收獲機的總體機構設計，包括四部分：動力裝置、動力傳送苜蓿收獲機的總體機構設計，包括四部分：動力裝置、動力傳送系統(tǒng)、切割裝置系統(tǒng)、切割裝置、以及控制裝置、以及控制裝置。（2 2）苜蓿收獲機主要零部件的設計及選擇，如撥禾輪，壓扁輥，及）苜蓿收獲機主要零部件的設計及選擇，如撥禾輪，壓扁輥，及割刀的的選擇。割刀的的選擇。（3 3）對于苜蓿收獲機機構進行動力學分析，保證機構設計的合理）對于苜蓿收獲機機構進行動力學分析，保證機構設計的合理性。性。（3 3）根據(jù)結構和工作要求設計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。）根據(jù)結構和工作要求設計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。三維總裝圖：三維總裝圖：3.3.工作原理工作原理二維總裝圖：二維總裝圖：工作原理為：苜蓿收獲機機結合動力時，通過減速器和傳動機構，驅動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉動。工作過程:撥禾輪的旋轉首先將苜蓿向后撥送，且推向切割器，同時往復式切割器把將苜蓿割斷后，已斷割的苜蓿將被撥禾輪繼續(xù)推向壓扁膠輥，進行高速旋轉的壓扁膠輥在盡量免傷植葉的情況下擠裂苜蓿的莖并破壞其表層的天然臘層，壓扁后的苜蓿回落地面，進而形成蓬松、齊整并具有良好通風結構的草條。傳動系統(tǒng)簡圖傳動系統(tǒng)簡圖1.1.撥禾輪撥禾輪4.4.主要零部件的設計主要零部件的設計引導莖稈，扶持切割并清掃割臺，防止已割莖稈在割刀上堆積而造成堵刀。2.2.壓扁輥壓扁輥調(diào)制處理，提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，獲得優(yōu)質青干草3.3.割刀割刀利用往復運動的切割器，切斷莖稈(1)設計往復式割草壓扁機該機與20馬力拖拉機配套使用，幅寬166米，整機體積小，重量輕，結構緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割、壓扁等復式作業(yè)；(2)采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少牧草損失；(3)簡化了機器結構，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地無任何負作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。5.5.總結及展望總結及展望(1)減輕整機總重，進一步優(yōu)化割臺結構及選材;(2)對切割時的割臺振動情況進行分析，建立相應的力學模型，并進行分析，進而提高機器安全性能和工作舒適性。(3)對苜蓿收獲機割臺進行理論分析，達到減少割臺損失，提高機具可靠性和功效目的，找到影響損失率的相關因素。敬請老師批評指正敬請老師批評指正謝謝謝謝 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表 2016年 4 月 18 日 學生姓名 肖豆 班級 農(nóng)機 16—2 課題名稱 苜蓿收獲機的設計 課題完成進度（學生自述） 第1周—第2周：通過查找文獻資料，了解苜蓿收獲機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。 第3周—第5周：設計苜蓿收獲機機的總體方案。 第6周—第9周：對苜蓿收獲機的結構進行具體設計。 第10周—第12周：撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。 第13周—第14周：整理資料準備答辯。 存在的問題及整改措施（學生自述） 存在問題： 由于時間較短及自身精力投入不足，做設計時不夠仔細、認真。致使三維圖、二維圖、說明書等過于粗糙、不夠精確。 改進措施： 之后，在有時間的時候多關注畢業(yè)設計，進一步優(yōu)化和改進。在工作時仔細、認真。 指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導教師簽名 年 月 日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）任務書 學院 機械電氣化工程學院 班級 農(nóng)機16—2 學生姓名 肖豆 學號 8031212219 課題名稱 苜蓿收獲機的設計 起止時間 2015年10月15日—— 2016年5月28日（共14周） 指導教師 李傳峰 職稱 副教授 課題內(nèi)容 苜蓿生產(chǎn)作為營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)的代表，營養(yǎng)體質量的保持是生產(chǎn)的關鍵。國內(nèi)外苜蓿生產(chǎn)都十分重視苜蓿的收獲和加工，因為這是苜蓿產(chǎn)品優(yōu)質高產(chǎn)的關鍵，尤其營養(yǎng)體收獲受氣候影響巨大，如果在莖葉收獲時趕上下雨，苜蓿產(chǎn)品將嚴重損失。 高效作業(yè)的收獲機械成為苜蓿品質的保障，其關鍵技術在于苜蓿莖稈和葉片要求干燥的速率要一致，以保證苜蓿干燥過程中莖葉不分離、葉片損失最低化。 擬定工作進度（以周為單位） 第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解苜蓿收獲機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。 第2周—第5周 設計苜蓿收獲機機的總體方案。 第6周—第9周 對苜蓿收獲機的結構進行具體設計。 第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。 第13周—第14周 整理資料準備答辯。 主要參考文獻 [1]楊秀霞.牧草收獲機械化技術試驗研究[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學，2008. [2]楊敏麗.牧草生產(chǎn)機械化:西部農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展新的增長點[J].中國農(nóng)機化，2000 C04):8_ 9. [3]盛克柱.紐荷蘭幾種牧草收獲機械的特點[J]，農(nóng)機化.2008.4 :40～40. [5]張文靜.牧草收獲機械的現(xiàn)狀、機遇及發(fā)展[J]，農(nóng)村牧區(qū)機械化.2001.1: 18～19. [6]傅美貞.牧草收割機械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究，2009(06):237-241. [7]王庭茂.紐荷蘭H8000系列白走式割草壓扁機[J].農(nóng)業(yè)機械，2009 (06): 51-52. [8]東北農(nóng)學院主編.畜牧業(yè)機械化[M].北京農(nóng)業(yè)出版社.2009.1:110. [9]陳國武.9GXY-2.4型苜蓿壓扁收獲機設計分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2009 (04) 59-60. [10]殷志輝.紫花苜蓿機械化收獲技術應用初探[J].當代農(nóng)機，2009 (10):75-77. [11]牛文祥，蔣長春，黃海，等.JDL-725型割草壓扁機[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2005 (07):29-30. [12]楊明韶．我國牧草割草機基礎研究工作進展與探索．農(nóng)機化研究．2002(2) : 39～41. [13]徐秀英.小型牧草收獲機械的設計〔D〕，南京農(nóng)業(yè)大學.2004.6:18～19. [14]劉喜林.9GB Q-3.0切割壓扁機的設計[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2012. 任務下達人（簽字） 年 月 日 任務接受人意見 任務接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。 2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。 卷卷內(nèi)內(nèi)資資料料一一覽覽表表序序 號號題題 名名頁頁 碼碼備備注注1畢業(yè)論文（設計）定稿2畢業(yè)論文（設計）任務書3畢業(yè)論文（設計）開題報告4中期檢查記錄表5指導教師（評閱）打分表6答辯情況記錄表7綜合成績評定表苜蓿收獲機的設計 肖豆1 李傳峰1 (1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300） 摘要：畜牧業(yè)的發(fā)展水平反映了一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平和技術的進步程度，在一些畜牧業(yè)發(fā)達國家，畜牧業(yè)產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中占有很高的比例，在畜牧業(yè)產(chǎn)值中，60%以上是由牧草轉化來的，所以牧草生產(chǎn)是畜牧業(yè)中最基礎的產(chǎn)業(yè)，還是一個經(jīng)濟效益很高的產(chǎn)業(yè)。但是，我國牧草收獲機械化水平低，設備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質下降，缺乏牧草收獲機械，以阻礙了牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 本課題的確定是在收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術資料的基礎上確定的。研制了一種可以一次完成切割、壓扁、作業(yè)工序的切割機，它的特點是采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入立式割臺，并及時推向壓扁輥。 本文主要是應用機械設計方法和機械原理對割草機的全部零件進行尺寸研究設計，對主要的傳動零部件進行受力分析和強度校核計算，用Auto CAD和Solid Works設計軟件進行設計和繪圖，初步完成了整機的設計并整理出圖紙。 關鍵詞：苜蓿；割草機；往復式切割器；偏心撥禾輪 中圖分類號:TD451 文獻標識碼：A 0引言 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),作為畜牧業(yè)基礎的草業(yè)在生產(chǎn)中的地位隨之提升,成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的重要組成部分；經(jīng)濟的發(fā)展，也帶來了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化,植被覆蓋的重要性引起重視,牧草的的生態(tài)功能也逐漸被人們接受和利用。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐證明，飼草生產(chǎn)要實現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個條件：一是經(jīng)營規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實現(xiàn)機械化。因此大力發(fā)展我國飼草生產(chǎn)機械裝備，實現(xiàn)飼草生產(chǎn)機械化，在我國的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實意義。但是，牧草收獲機械化水平低，設備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質下降，缺乏牧草收獲機械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 目前，我國關于牧草收獲機械的研究正處在利用引進和自主研發(fā)階段，我國自主生產(chǎn)的割草機一般不帶壓扁輥，仿形能力也比較差，像紅三葉、苜蓿等豆科飼草的收獲，大多數(shù)都是采用國外的機器。國外的切割壓扁機價格高，對配套條件要求高，不符合我國現(xiàn)階段的國情。 因此，考慮到我國的人工草場多為中小型的，準備設計一種能夠用中型拖拉機驅動使用的切割收獲機。 1課題研究內(nèi)容和方法 1.1研究內(nèi)容 （1） 研究不同類型的撥禾輪對牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結構尺寸。 （2） 研究不同類型切割器對牧草切割質量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。 （3） 研究不同類型壓扁輥對牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結構尺寸。 （4） 根據(jù)結構和工作要求設計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。 1.2研究方法 利用檢索方法迸行中外文獻資料收集。 國內(nèi)外部分牧草收獲機械調(diào)查研究。 利用機械設計理論進行計算。 利用計算機軟件(Auto CAD和Solid Works)進行設計，繪制圖紙。 2收獲機整體方案的確定 割草壓扁機按照切割部件的結構分類，可分為往復式切割壓扁機和圓盤式切割壓扁機；按照行走動力驅動方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對切割壓扁機性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術資料的基礎上，借鑒了其它切割壓扁機的設計原理方案，確定了該割草壓扁機的設計方案和總體結構，包括動力機構、動力傳送系統(tǒng)、控制機構以及刀頭裝置等。 其工作原理為：割草壓扁機結合動力時，通過減速器和傳動機構，驅動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉動。隨著拖拉機的前進，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺，同時將切割器割下的牧草撥禾輪推入壓輥，被壓扁的牧草形成一定形狀的草條鋪放于四輪車的車輪中間，完成收獲的全過程。 3關鍵零件的設計 3.1撥禾輪的設計 撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時，撥板隨機器前進直線運動，同時又繞撥禾軸作回轉運動，因此撥禾輪撥板相對地面生長的作物是這兩種運動的合成。為了使撥板進入禾叢后對谷物有向后撥送作用，運動絕對速度應向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機器的前進速度，其運動軌跡為余擺線。撥禾輪回轉的圓周速度與機器前進速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：λ值越大，撥板引導和扶持作物的功能越強，割臺切割作物量越大，其線環(huán)越寬，但λ值太大，則撥齒和撥板撥禾時打擊作物力量過；反之，λ值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺的損失。若λ=1時，則線環(huán)寬度為零，這時撥禾板不能起撥禾作用。 3.2 往復式切割器的設計 往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支承部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾稈推向定刀片進行剪切。 切割速度V c與進給速度V m，它們之間的關系用臨界切割速度比來描述，由運動關系可知道，要想運動的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運動軌跡重合此時的切割速度V c p與進給速度Va p的比值臨界切割速度比λ p ，，將其代入整理后得 式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動刀刃間的鏈節(jié)個數(shù)取偶數(shù)； —鏈節(jié)距，mm； —動刀有效切割高度，mm； —滑切角，大約30°。 這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設計的要求。 3.3 壓扁機構的設計 苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時，會出現(xiàn)葉子風干現(xiàn)象，使葉子從莖桿上脫落，造成草質量損失。為了解決這一問題，我們設計了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細胞暴露出，加速了水分的蒸發(fā)過程，從而加速了苜蓿的干燥，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間。 由于割草壓扁機要完成撥禾、切割、壓扁等對牧草收獲復式作業(yè)，傳動系統(tǒng)的設計比較復雜，要求結構緊湊，功率消耗低，工作運行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機的撥禾輪傳動部分、切割傳動部分和壓扁傳動部分的要求完成的工作及結構特點。 在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設計緊湊消耗少，以及達到平衡等。 動力由拖拉機輸出。由撥禾輪將苜蓿撥倒，通過往復式割刀進行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉動，擠壓牧草。 4總結 飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，越來越引起國家和地方的重視，但飼草量不足，質量不高，主要原因是牧草收割機數(shù)量少，種類缺，價格比較高，收割費用遲遲降不下來，手工作業(yè)占很大比重，這制約了我國牧草業(yè)的發(fā)展。我國割草壓扁機大多模仿外國產(chǎn)品開發(fā)研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機不配套；或者從國外直接進口外國產(chǎn)品，有些功能開發(fā)不出來，浪費了能源，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型牧草收獲機械，基于這一點，在現(xiàn)有機具的基礎上，通過對中外文獻資料的查閱和收集和對部分國內(nèi)外牧草收獲機械的調(diào)研，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運用現(xiàn)代設計方法設計了與中型拖拉機配套使用后置割草壓扁機，得出以下結論： 設計往復式割草壓扁機該機與20馬力拖拉機配套使用，幅寬1．66米，整機體積小，重量輕，結構緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割等復式作業(yè)。集合了割草機，壓扁機的功能，簡化了機器結構，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地無任何負作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。 采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少了牧草損失。 參考文獻 [1] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 機械工業(yè)出版社,2007.181-189. 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[14] 楊敏麗.牧草生產(chǎn)機械化西部農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展新的增長點[J].中國農(nóng)機化.2007.4: 8-9. 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 苜蓿收獲機的設計 學生姓名 肖 豆 學 號 8031212219 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 農(nóng)機 16-2 指導教師 李 傳 峰 起止時間 2015.10.15—2016.5.28 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 4、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 5、完成本課題的工作方案及進度計劃； 6、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 一、本題來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 研究的目的 苜蓿是苜蓿屬(Medicago）植物的通稱，是一種多年生開花植物，是牲畜飼料，其中最著名的是作為牧草的紫花苜蓿(Medicago sativa），其是我國栽培歷史最久遠的牧草，號稱為“牧草之王”。苜蓿所含營養(yǎng)物質種類較豐富，除蛋白質含量極高外，還存在多種維生素，如維生素A、維生素B、維生素B2、維生素B6、維生素D、維生素E、維生素K和復合維生素B等。苜蓿種植產(chǎn)量高，且草質優(yōu)良。 近年來隨著畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，苜蓿的種植面積正在逐步擴大，其產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展很快。苜蓿作為優(yōu)良的植物蛋白飼料，其應用的深度和范圍逐年擴大，其在促進畜牧業(yè)健康發(fā)展和維護國家糧食安全兩個方面表現(xiàn)得尤為突出。因而，實現(xiàn)苜蓿的收獲機械化是提高生產(chǎn)效率，減少人工成本必由之路。 優(yōu)質青干草獲得的條件之一牧草調(diào)制。牧草收割后，不經(jīng)過調(diào)制處理，田間自然干燥，在陽光的直射下和體內(nèi)酶的共同作用下，所含的胡蘿卜素、維生素、葉綠素等大部分被分解掉，總物質損失在20%～30％，維生素損失在50%以上，還有如果不經(jīng)調(diào)制處理，加長了在田間的干燥時間，影響后續(xù)作業(yè)，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后飼草營養(yǎng)損失更大，經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時間明顯縮短。為使苜蓿草能適時刈割，提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達到基本同步，必須研制割草壓扁機。 1.3 研究的意義 畜牧業(yè)發(fā)展程度是一個國家技術發(fā)展水平的重要標志之一。畜牧業(yè)發(fā)達國家采用 先進技術機械裝備進行種植、生產(chǎn)，因而能保證種植和收獲質量，保護草原生態(tài)環(huán)境，提高了種植和生產(chǎn)的效率，大幅度地增加居民收入。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國天然牧草品種超過二十種，草原面積多達33億畝，草山坡地超過10億畝，約占國土總面積的41.7%，略少于天然牧場面積排名世界第一位的澳大利亞，但我國的草原和坡地上的牧草難以收割，大部分只能用放牧的形式進行利用，利用效率很低。隨著人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟增長以及綠化美化環(huán)境等特點，因而牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟新的增長點和突破點，其己具備發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)的潛質。 二、課題在國內(nèi)外現(xiàn)狀 2.1 國外現(xiàn)狀 世界第一臺割草機是由英國工程師托馬斯·普拉克內(nèi)特在1805年發(fā)明的，但此機器相當笨重，噪音大且運轉不靈活，其是由人提供動力，通過齒輪傳動帶動旋刀割草的裝置。1830年，第一臺滾筒式草坪割草機被英國機械師埃溫·馬丁手中被制造出現(xiàn)。19世紀50年代出現(xiàn)采用由蓄力作為動力的往復式割草機。 1902年，內(nèi)燃機被應用于滾筒式割草機上，從此告別了人提供動力時代。紀初采用科技進步帶來的產(chǎn)物拖拉機作為牽引動力的割草機。20世紀70年代，二十世歐美等國研制出基于高速旋轉切割的割刀，并應用于割草機，稱為旋轉式割草機，其較突出的優(yōu)點是結構簡單，容易保養(yǎng)、進行維護，無需磨刀及換刀等。 進入21世紀后，歐美畜牧業(yè)發(fā)達國家的牧草收獲機械更成熟，生產(chǎn)效率和可靠性更高。它們的裝備產(chǎn)品在機械結構性能、配套動力、控制系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)設計等方面處理相當合理;同時將一些最新的科研成果和理論應用于收獲機械裝備上，如PLC(可編程控制器)、1PC(工控機)和單片機等技術。國際主要牧草收獲機械裝備供貨商有美國Case New Holland(凱斯紐荷蘭)、John Deere(約翰迪爾)，英國福格森及德國威格等公司。主要牧草收獲機械裝備產(chǎn)品有紐荷蘭H8000系列自走式割草壓扁機、凱斯WD 1203型自走式割曬機、約翰迪爾A400型自走式割曬機等。 國外的牧草收獲機械裝備大多是滾筒式割草機、圓盤式割草機及水平旋轉式割草機，此類裝備能一次完成收割、壓扁、鋪條三道工序，其具有結構易于維護保養(yǎng)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，無故障運行時間長等優(yōu)點。如美國凱斯紐荷蘭H8000系列自走式割草壓扁機，采用8個旋轉圓盤高速地切割牧草，對紫花苜蓿、普通牧草及濃密的灌木草叢都可以提供高效的切割收獲效率，利用成對配置的膠輥，以較恒定的壓力對牧草進行壓扁處理，隨后通過機械裝置使一處路過的牧草在地上鋪成均勻的草條，使牧草在自然條件下能夠快速地干燥，進而采用其他機械裝備對牧草打捆或存儲。 2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國的牧草收獲機械發(fā)展較晚，在20世紀50年代制成了效率低下的馬拉割草機和多故障的三刀割草機。在上世紀60年代初，國內(nèi)進行了蓄力雙連桿割草機和雙動刀后懸掛割草機研究工作，并試制成功。在1976年，9GZX-1.7型割草機由農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)機化所試制成功，其采用四圓盤做旋轉切割作物的機具。在1980年，9XG-1.65型割草機由呼和浩特農(nóng)機廠試制出的雙圓盤式機具。以上兩種機械裝備主要被用于高密度的天然草場或者人工種植草場的牧草收獲。在1982年，9GY-3.0型割草機由大同農(nóng)牧機械廠和呼和浩特牧機所成功制成，其采用擺環(huán)機構驅動的，有壓扁裝置的牽引式機具。在1985年，9GZX-2.4型割草機被農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)機化研究所成功研制，其切割器是由六個全齒式圓盤構成。 進入新世紀以來，F(xiàn)C250G型牧草收割機能夠將己割下牧草莖稈進行打碎、折彎處理，能夠縮短牧草莖稈的干燥時間與葉片的差距，進而達到降低葉片損失率的目的。上海世達爾制造生產(chǎn)的圓盤式割草機(MDM 1300型)，其配有螺旋手柄裝置的刀桿，易進行升降操作;其具有的雙彈簧懸掛裝置，降低了草地條件要求，如凹凸程度較大的草地。 JDL-725型割草壓扁機是一種小型牽引式收獲機械裝備。9GZX-2.5型六圓盤式牧草收割機，割幅較大，生產(chǎn)效率高，功率大，結構簡單等優(yōu)點，可用于對棉花、玉米等多種較高莖桿作物的秸稈進行收割。單圓盤式割草機(9GX-0.84型)，其圓盤所采用3個活動刀片的外形設計，依靠刀片離心力工作，被割斷的牧草形成的草列松散而整齊;當遇障礙物刀片會彈回，能夠降低刀片損壞的幾率。 我國牧草收割技術機械裝備與發(fā)達國家產(chǎn)品相比差距仍很大，且多為仿造產(chǎn)品，產(chǎn)品性能較差，很多管件和部件需要進口，機械裝備種類較少，部分裝備產(chǎn)品功能較單一，難實現(xiàn)復合作業(yè)，技術相對落后，在新技術應用推廣到機械裝備上較少，還遠不能滿足國內(nèi)日益增加的牧草收獲機械生產(chǎn)加工裝備的市場需求。 目前我國牧草收獲機械裝備配置方式主要有四種:后懸掛式、前置式、牽引式和自走式。后懸掛式收獲機具備有結構配置簡單、易于新手上手操作、適用于小地塊條件作業(yè)、小割幅作業(yè)等優(yōu)點;但劣勢也明顯，如重量太輕、作業(yè)效果受結構影響大等。牽引式收獲機的生產(chǎn)率效較高，機械結構比自走式要簡單，價格低廉，拖拉機能用于其他機具，性價比較高;牽引作業(yè)致使裝備機動性較差。自走式收獲機具有較好的機動性能，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，雖收獲效果、性能好，但裝備結構復雜，采購價格昂貴。 三、本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 3.1 本課題需要研究的重點問題 研究不同類型的撥禾輪對牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結構尺寸。 研究不同類型切割器對牧草切割質量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。 研究不同類型壓扁輥對牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結構尺寸。 研究不同類型仿形機構和地形對割臺仿形效果的影響規(guī)律，研究確定仿形裝置類型和結構尺寸。 根據(jù)結構和工作要求設計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。 四、完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 利用檢索方法迸行中外文獻資料收集。 國內(nèi)外部分牧草收獲機械調(diào)查研究。 利用機械設計理論進行計算。 利用計算機軟件(Auto CAD)進行設計，繪制圖紙。 五、工作方案及進度計劃 工作方案： 1、設計并繪制出苜蓿收獲機總體機架。 2、傳動機構的選擇方案及大小設計。 3、苜蓿收獲機主要零部件的設計。 4、繪制所有零部件并查閱相關說明，各零部件尺寸要嚙合達到合適效果。 5、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進。 進度計劃： 第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解苜蓿收獲機機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。 第2周—第5周 設計苜蓿收獲機的總體方案。 第6周—第9周 對苜蓿收獲機的結構進行具體設計。 第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。 第13周—第14周 整理資料準備答辯。 六、參考文獻 [1]楊秀霞.牧草收獲機械化技術試驗研究[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學，2008. [2]楊敏麗.牧草生產(chǎn)機械化:西部農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展新的增長點[J].中國農(nóng)機化，2000 C04):8_ 9. [3]盛克柱.紐荷蘭幾種牧草收獲機械的特點[J]，農(nóng)機化.2008.4 :40～40. [5]張文靜.牧草收獲機械的現(xiàn)狀、機遇及發(fā)展[J]，農(nóng)村牧區(qū)機械化.2001.1: 18～19. [6]傅美貞.牧草收割機械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究，2009(06):237-241. [7]王庭茂.紐荷蘭H8000系列白走式割草壓扁機[J].農(nóng)業(yè)機械，2009 (06): 51-52. [8]東北農(nóng)學院主編.畜牧業(yè)機械化[M].北京農(nóng)業(yè)出版社.2009.1:110. [9]陳國武.9GXY-2.4型苜蓿壓扁收獲機設計分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2009 (04) 59-60. [10]殷志輝.紫花苜蓿機械化收獲技術應用初探[J].當代農(nóng)機，2009 (10):75-77. [11]牛文祥，蔣長春，黃海，等.JDL-725型割草壓扁機[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2005 (07):29-30. [12]楊明韶．我國牧草割草機基礎研究工作進展與探索．農(nóng)機化研究．2002(2) : 39～41. [13]徐秀英.小型牧草收獲機械的設計〔D〕，南京農(nóng)業(yè)大學.2004.6:18～19. [14]劉喜林.9GB Q-3.0切割壓扁機的設計[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2012. 學生簽名 年 月 日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）綜合成績評定表 學生姓名 肖豆 班級 農(nóng)機16-2 論文（設計）題目 苜蓿收獲機的設計 評定項目 指導教師評分 （20%） 評閱教師評分 （20%） 答辯小組評分 （60%） 原始得分 （百分制） 按評分比例 折合得分 總分 等級 評定 根據(jù)指導教師、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（設計）的等級為： 學院答辯委員會負責人（簽字）： 年 月 日 2016屆畢業(yè)生 畢業(yè)論文（設計）資料 學生姓名 肖豆 學 號 8031212219 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 16-2 機械電氣化工程學院制 16 屆畢業(yè)設計 苜蓿收獲機的設計 學生姓名 肖豆 學 號 8052209009 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 16-2 指導老師 李傳峰 日 期 2016 .05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 畜牧業(yè)的發(fā)展水平反映了一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平和技術的進步程度，在一些畜牧業(yè)發(fā)達國家，畜牧業(yè)產(chǎn)值在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中占有很高的比例，在畜牧業(yè)產(chǎn)值中，60%以上是由牧草轉化來的，所以牧草生產(chǎn)是畜牧業(yè)中最基礎的產(chǎn)業(yè)，還是一個經(jīng)濟效益很高的產(chǎn)業(yè)。但是，我國牧草收獲機械化水平低，設備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質下降，缺乏牧草收獲機械，以阻礙了牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 本課題的確定是在收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術資料的基礎上確定的。研制了一種可以一次完成切割、壓扁、作業(yè)工序的切割機，它的特點是采用了偏心式撥禾輪，將牧草撥入立式割臺，并及時推向壓扁輥。 本文主要是應用機械設計方法和機械原理對割草機的全部零件進行尺寸研究設計，對主要的傳動零部件進行受力分析和強度校核計算，用Auto CAD和Solid Works設計軟件進行設計和繪圖，初步完成了整機的設計并整理出圖紙。 關鍵詞：苜蓿；割草機；往復式切割器；偏心撥禾輪 目 錄 1 引言 1 1.1 本課題研究的背景、目的 1 1.2 牧草機械的研究現(xiàn)狀 2 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 2 2 收獲機整體方案的確定 3 2.1 收獲對象的特點及其對割草壓扁機機械性能的要求 3 2.2 方案的確定 3 3 立式割臺的設計 4 4 割草壓扁機撥禾裝置的設計研究 4 4.1 撥禾輪的類型 4 4.2 撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 4 5 割草壓扁機切割系統(tǒng)的分析研究 6 5.1 切割器的選擇 6 5.2 切割壓扁機壓扁系統(tǒng)的設計研究 8 6 割草壓扁機傳動系統(tǒng)的分析研究 8 6.1 傳動系統(tǒng)方案設計及主軸轉速確定 8 6.2 傳動比及參數(shù)的確定 9 6.3 功率需求和傳動效率的確定 10 6.4 傳動設計計算 11 7 軸的設計計算 13 總 結 18 致 謝 19 參考文獻 20 塔里木大學畢業(yè)設計 1 引言 1.1 本課題研究的背景、目的 1.1.1 研究背景 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),作為畜牧業(yè)基礎的草業(yè)在生產(chǎn)中的地位隨之提升,成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的重要組成部分；經(jīng)濟的發(fā)展，也帶來了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化,植被覆蓋的重要性引起重視,牧草的的生態(tài)功能也逐漸被人們接受和利用。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐證明，飼草生產(chǎn)要實現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個條件：一是經(jīng)營規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實現(xiàn)機械化。因此大力發(fā)展我國飼草生產(chǎn)機械裝備，實現(xiàn)飼草生產(chǎn)機械化，在我國的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實意義。但是，牧草收獲機械化水平低，設備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質下降，缺乏牧草收獲機械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 目前，我國關于牧草收獲機械的研究正處在利用引進和自主研發(fā)階段，我國自主生產(chǎn)的割草機一般不帶壓扁輥，仿形能力也比較差，像紅三葉、苜蓿等豆科飼草的收獲，大多數(shù)都是采用國外的機器。國外的切割壓扁機價格高，對配套條件要求高，不符合我國現(xiàn)階段的國情。 因此，考慮到我國的人工草場多為中小型的，準備設計一種能夠用中型拖拉機驅動使用的切割收獲機。 1.1.2 研究目的 苜蓿是豆科牧草，含有較多的膠體物質和較少的碳水化合物而不易青貯，刈割的苜蓿必須及時干燥，否則就會發(fā)霉變質甚至腐爛，致使動物無法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時也是發(fā)展綠色畜牧業(yè)的重要的蛋白質資源。目前，已開發(fā)的牧草產(chǎn)品有草粉、草顆粒、草塊、草餅、草捆、葉塊、葉粒和濃縮葉蛋白等。牧草產(chǎn)品在國際、國內(nèi)均具有非常廣闊的市場，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進口市場，年總需求量240—255萬噸，其中，紫花苜蓿是生產(chǎn)量和銷售量最大的牧草產(chǎn)品。 優(yōu)質青干草獲得的條件之一牧草調(diào)制。飼草收割后，不經(jīng)過調(diào)制處理，田間自然干燥，在陽光的直射下和體內(nèi)酶的共同作用下，所含的胡蘿卜素、維生素、葉綠素等大部分被分解掉，總物質損失在20%～30％，維生素損失在50%以上，還有如果不經(jīng)調(diào)制處理，加長了在田間的干燥時間，影響后續(xù)作業(yè)，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后飼草營養(yǎng)損失更大。 經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時間明顯縮短。為使苜蓿草能適時刈割，提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達到基本同步，必須研制割草壓扁機 1.1.3 研究的意義 畜牧業(yè)發(fā)展程度是一個國家技術發(fā)展水平的重要標志之一。畜牧業(yè)發(fā)達國家采用先進技術機械裝備進行種植、生產(chǎn)，因而能保證種植和收獲質量，保護草原生態(tài)環(huán)境，提高了種植和生產(chǎn)的效率，大幅度地增加居民收入。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國天然牧草品種超過二十種，草原面積多達33億畝，草山坡地超過10億畝，約占國土總面積的41.7%，我國的草原和坡地上的牧草難以收割，大部分只能用放牧的形式進行利用，利用效率很低。隨著人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟增長以及綠化美化環(huán)境等特點，因而牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟新的增長點和突破點，其己具備發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)的潛質。 1.2 牧草機械的研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 國外對牧草壓扁技術的研究已有80多年的歷史，牧草切割壓扁技術在北美以及歐洲地區(qū)已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗，割草壓扁機的種類也非常多。目前，國外的牧草收獲機械都采用壓扁技術來縮短牧草的干燥時間，從而獲得優(yōu)質青干草。國外20世紀30年代，就已經(jīng)開始發(fā)展牧草的壓扁技術，壓扁機開始出現(xiàn)并且逐漸應用于生產(chǎn)實踐，這種壓扁機工作原理是將割草機割下的牧草撿拾起來，同時給壓扁鋪放。對于牧草，一般切割后立即壓扁效果最好，失水的牧草不易被壓扁且易纏繞，另外壓扁機是單向作業(yè)的，壓扁機收獲牧草增了收獲機型。 進入20世紀60年代，能夠同時完成切割、壓扁、集攏鋪條的切割壓扁機開始生產(chǎn)應用，經(jīng)過研究和發(fā)展，切割壓扁機技術日漸成熟，大多數(shù)牧草收獲機械都使用切割壓扁機，其中代表性的是美國和加拿大生產(chǎn)的往復式的切割壓扁機、歐洲各國生產(chǎn)的旋轉式的切割壓扁機。 進入20世紀90年代以來，畜牧業(yè)發(fā)達的國家，開始把高新技術運用到牧草收獲機械中，大大的提高了切割壓扁機的高效、復合作業(yè)，機器的生產(chǎn)率、通用性、適應性顯著提高，隨著電子和液壓等先進技術大量采用，對操作的舒適性、割茬高度的一致性等等方面大大改進。國外先進的切割壓扁機的種類非常多，如約翰?迪爾公司、紐荷蘭公司、克拉斯公司生產(chǎn)的切割壓扁機。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國草業(yè)機械化事業(yè)起步較晚、發(fā)展緩慢，牧草機械化生產(chǎn)水平低。20世紀40～50年代，只是生產(chǎn)一些仿制的機械化和半機械化牧草收獲機具。 20世紀60～80年代，國家開始重視畜牧業(yè)生產(chǎn)，畜牧業(yè)生產(chǎn)機械化方向開始注意引進、消化、吸收國外先進的技術，牧草生產(chǎn)機械化從單向作業(yè)到注重成套作業(yè)發(fā)展。 20世紀80～90年代自主發(fā)展階段，國家一系列政策的實施，農(nóng)牧民的生產(chǎn)積極性空前高漲，開始大量購買牧草收獲機械，極大促進了牧草機械的生產(chǎn)研究，這一時期國內(nèi)生產(chǎn)的割草機一般都不帶壓扁機并且仿形效果也不好，進口的切割壓扁機占據(jù)著大部分市場。 21世紀以來，國家加大了對畜牧業(yè)的支持力度，一些國內(nèi)的畜牧機械生產(chǎn)商，開始投入資金和科研，開始生產(chǎn)切割壓扁機，達到了國外90年代的水平。代表機型有機械研究院生產(chǎn)的牽引式和自走式割草壓扁機，上海世達爾現(xiàn)代農(nóng)機公司生產(chǎn)的割草壓扁機等。 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 1.3.1 研究內(nèi)容 （1）研究不同類型的撥禾輪對牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結構尺寸。 （2）研究不同類型切割器對牧草切割質量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。 （3）研究不同類型壓扁輥對牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結構尺寸。 （4）根據(jù)結構和工作要求設計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。 1.3.2 研究方法 利用檢索方法迸行中外文獻資料收集。 國內(nèi)外部分牧草收獲機械調(diào)查研究。 利用機械設計理論進行計算。 利用計算機軟件(Auto CAD和Solid Works)進行設計，繪制圖紙。 2 收獲機整體方案的確定 2.1 收獲對象的特點及其對割草壓扁機機械性能的要求 2.1.1 收獲對象的特點 收獲對象為紫花苜蓿，紫花苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣，最重要的飼草原料之一，它屬于豆科牧草，不僅產(chǎn)草量高，草質優(yōu)良，而且富含蛋白質、多種維生素和礦物質，其干物質中粗蛋白含量為15%～25%，相當于豆餅的一半，比玉米高1～1.5倍，有“牧草之王”的美稱。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且適口性好，收獲量大，具有很好的飼用價值，可做精飼料作用品。苜蓿這類含有較多的膠體性物質和較少的碳水化合物，不適合青貯，收割后如果不采取任何措施而自然干燥，容易受到微生物的作用而腐敗變質，使動物的適口性變差，因此，苜蓿收獲需采用割草壓扁機來進行收獲。 2.1.2 收獲對象對割草壓扁機機械性能的要求 為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設計的割草壓扁機應滿足以下技術要求： 適時收獲。由于紫花苜蓿的最佳收割時間為孕蕾期，這個時間只有10～15天，收獲過早會降低牧草的產(chǎn)量，收獲過遲，苜蓿中的蛋白質和胡蘿卜素大量流失而降低苜蓿的營養(yǎng)成分，降低適口性，降低產(chǎn)品質量，同時還會影響苜蓿的次年生長。 提高牧草收獲量，割茬高度適當。在不影響下一階段或者第二年生長的情況下，應盡量降低割茬的高度，因此，切割器應緊貼地面，并能夠很好的適應地形的起伏變化。 由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割器的切割速度要比收割谷物時要快。往復式割草機割刀運動的平均速度為1.6～2.0m/s，紫花苜蓿的最低切割速度要大于1.6m/s。 壓扁輥的壓力要適中。對苜蓿來說，最佳情況是90％的莖桿被輕微壓扁，而葉片不破損。壓輥壓力過大，除增大功率消耗和加快零件的磨損外還會導致葉子干燥過快，當莖桿晾干時葉子會從桿上脫落，從而造成苜蓿營養(yǎng)損失。 在天然牧場工作時，割草壓扁機的工作條件比較惡劣，刃口應具有自磨性能（采用齒紋刃），刀具應具有保護裝置。 割下來的牧草能均勻鋪放在地面上，且厚度應適當，易于干燥。 結構簡單，使用維修方便，技術經(jīng)濟指標先進。 2.2 方案的確定 割草壓扁機按照切割部件的結構分類，可分為往復式切割壓扁機和圓盤式切割壓扁機；按照行走動力驅動方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對切割壓扁機性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術資料的基礎上，借鑒了其它切割壓扁機的設計原理方案，確定了該割草壓扁機的設計方案和總體結構，包括動力機構、動力傳送系統(tǒng)、控制機構以及刀頭裝置等。 其工作原理為：割草壓扁機結合動力時，通過減速器和傳動機構，驅動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉動。隨著拖拉機的前進，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺，同時將切割器割下的牧草撥禾輪推入壓輥，被壓扁的牧草形成一定形狀的草條鋪放于四輪車的車輪中間，完成收獲的全過程。 3 立式割臺的設計 割臺是苜蓿壓扁收獲機的重要組成部分，是機器的核心部件之一。本割臺采用立式，具有以下功能：苜蓿切斷、輸送，壓扁，給輸送裝置輸入動力，給輸送裝置、壓扁裝置提供安裝平臺。 立式割臺主要部件包括切割器、分禾撥禾器、壓扁輥。 4 割草壓扁機撥禾裝置的設計研究 4.1 撥禾輪的類型 撥禾輪按結構的不同可分為普通式和偏心式。 普通式撥禾輪結構簡單，重量相對較輕，制造成本較低，大多數(shù)應用于割曬機及中小型聯(lián)合收割機上，但其對倒伏作物的適應能力較差，對收獲作物的打擊嚴重。它由撥板、輻條、拉筋、軸和軸承、支臂及支桿等組成。工作時，撥禾輪相對機器作回轉運動，撥板則起到撥禾、扶禾切割和撥送禾稈的作用。 偏心撥禾輪它由帶彈齒的管軸、主輻條（左、右兩組）、輻盤、副輻條、偏心盤、偏心吊桿、支承滾輪和調(diào)節(jié)桿等組成。 有關試驗證明：采用偏心撥禾輪收獲作物較普通撥禾輪可提高生產(chǎn)率20～30％，減少損失40～50％。該割草壓扁機采用偏心式撥禾輪。 4.2 撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 4.2.1 撥禾板的運動分析 撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時，撥板隨機器前進直線運動，同時又繞撥禾軸作回轉運動，因此撥禾輪撥板相對地面生長的作物是這兩種運動的合成。為了使撥板進入禾叢后對谷物有向后撥送作用，運動絕對速度應向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機器的前進速度，其運動軌跡為余擺線。撥禾輪回轉的圓周速度與機器前進速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：λ值越大，撥板引導和扶持作物的功能越強，割臺切割作物量越大，其線環(huán)越寬，但λ值太大，則撥齒和撥板撥禾時打擊作物力量過；反之，λ值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺的損失。若λ=1時，則線環(huán)寬度為零，這時撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示，設以撥禾輪軸心0I對地面的投影點為坐標原點0，以地面線沿前進方向為x軸，以過原點向上垂線為Y軸建立直角坐標系。并令撥板由水平位置開始逆時針方向旋轉，則壓板端點的坐標方程為： (4-1) (4-2) 式中—撥禾輪半徑，305mm； —機器前進速度，2.15～4.16m/s； —撥禾輪角速度，14.95rad/s； —撥板由水平轉過的時間； —撥禾輪安裝高度，564mm； —割茬高度，80mm。 故，將各個數(shù)值代入公式得： 取上式對時間的導數(shù)，得到撥板水平分速度及豎直分速度隨撥板水平轉過的時間的方程式： 4.2.2 撥禾輪對牧草的作用 撥齒的入禾角和撥禾輪高度分析為了減少撥齒對牧草的碰擊，以減少擊落損失，要求撥禾輪撥齒開始接觸作物時，其絕對速度垂直向下，也就是說撥齒進入禾叢時其水平分速度應為()，即： (4-3) 移項得 滿足此條件的撥禾輪安裝高度可由下式導出 (4-4) 而為牧草的自然高度，則上式可寫成 (4-5) 式中 —撥禾輪半徑，305mm —作物高度(500—600mm) —割茬高度，80mm。 則撥禾輪的安裝高度為564—664mm，可通過改變調(diào)節(jié)桿的在撥禾輪架上的位置來進行調(diào)整。 撥禾輪高度除滿足上述條件(撥齒入禾叢時水平分速度為零)外，還應使撥板轉豎直狀態(tài)時撥齒作用在被割取禾桿的重心稍上方，以利于撥齒推禾和防止挑起禾桿。但在實際工作中，由于作物條件多變，往往上述兩項要求難以同時都得到滿足，則需要根據(jù)當時作物狀況確定主、次要求進行調(diào)整。 4.2.3 撥禾輪直徑的確定 撥禾輪直徑，系根據(jù)撥板進入禾叢時其水平分速度為零及支持切割時撥板作用在禾桿重心稍上方的兩個條件而確定。 (4-6) 式中：—撥禾輪半徑 —作物高度（500～600mm） —割茬高度（80mm） 因此 (4-7) 式中：—撥禾輪直徑 —撥禾速比 (4-8) 將最大值600mm代入上式得撥禾輪的最大直徑，因偏心撥禾輪的撥齒較長(一般為200mm)，起到了加大撥禾輪直徑的作用。因此在直徑選擇上，一般較計算值為小，故取撥禾輪直徑為610mm。 5 割草壓扁機切割系統(tǒng)的分析研究 5.1 切割器的選擇 切割器的性能應滿足如下要求，即切割順利、割茬整齊、無漏割、不堵刀、震動小、功率消耗小、結構簡單和適應性廣。根據(jù)切割器結構及工作原理的不同可分為：往復式、圓盤式、甩刀式等。 往復式切割器結構簡單、工作可靠、適應能力強、作業(yè)幅寬大、縱向尺寸小。往復式割草壓扁機所需拖拉機配套動力相對較小，幅寬可選擇范圍大，機械造價相對較低，投資較小，所以割草壓扁機選用往復式切割器。 5.1.1往復式切割器的構造 往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支承部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護刃器梁、護刃器、鉚合在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復運動，其護刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運動中將禾稈推向定刀片進行剪切。 5.1.2割刀傳動系統(tǒng) 圖5-1 割刀的傳動結構原理圖 5.1.3 往復式切割器參數(shù)分析 往復式切割器基本上已經(jīng)標準化，切割器分為三種型式: Ⅰ型切割器：其，動刀片為光刃，刀片水平傾角為，護刃器為單齒，設有摩擦片。用于割草機。 Ⅱ型切割器：其，動刀片為紋齒刃，護刃器為雙齒，設有摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機。 Ⅲ型切割器：其，動刀片為齒紋刃，護刃器為雙齒，無摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機。 所以苜蓿壓扁收獲機，選用往復式Ⅰ型切割器。 5.1.4切割器的參數(shù)分析與選取 切割速度Vc與進給速度Vm，它們之間的關系用臨界切割速度比來描述，由運動關系可知道，要想運動的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運動軌跡重合此時的切割速度Vcp與進給速度Vap的比值臨界切割速度比λp (5-1) 而，，將其代入整理后得 (5-2) 式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動刀刃間的鏈節(jié)個數(shù)取偶數(shù)； —鏈節(jié)距，mm； —動刀有效切割高度，mm； —滑切角，大約30°。 這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設計的要求。 圖5-2 割刀示意圖 5.2 切割壓扁機壓扁系統(tǒng)的設計研究 5.2.1 壓扁機構的設計 苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時，會出現(xiàn)葉子風干現(xiàn)象，使葉子從莖桿上脫落，造成草質量損失。為了解決這一問題，我們設計了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細胞暴露出，加速了水分的蒸發(fā)過程，從而加速了苜蓿的干燥，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間。 圖5-3 壓輥結構 6 割草壓扁機傳動系統(tǒng)的分析研究 6.1 傳動系統(tǒng)方案設計及主軸轉速確定 6.1.1 傳動系統(tǒng)的方案的設計 由于割草壓扁機要完成撥禾、切割、壓扁等對牧草收獲復式作業(yè)，傳動系統(tǒng)的設計比較復雜，要求結構緊湊，功率消耗低，工作運行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機的撥禾輪傳動部分、切割傳動部分和壓扁傳動部分的要求完成的工作及結構特點，并參照機械設計手冊選定傳動系統(tǒng)。 在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設計緊湊消耗少，以及達到平衡等。 動力由拖拉機輸出。由撥禾輪將苜蓿撥倒，通過往復式割刀進行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉動，擠壓牧草。 6.1.2 切割器的轉速確定 苜蓿植株較矮，莖干水分較多，所以收割時要求低割且需要的載荷較大，所以收割機要求割刀轉速快，割茬低，一般切割速度要到7～20m/s，切割器轉速n=580r/min。 6.2 傳動比及參數(shù)的確定 6.2.1 切割系統(tǒng)的傳動比的確定 20馬力拖拉機柴油機輸出皮帶輪的轉速=2200r/min，功率是15kw，帶動割草壓扁機上的皮帶輪傳動，傳動比為： (6-1) 其中：—割草壓扁機上皮帶輪的直徑； —柴油機輸出皮帶輪的直徑； 動力通過轉速箱后，傳遞給切割器的主動軸，到達減速箱轉速 所以傳動比i為： (6-2) 式中，根據(jù)相似設計法和結構特點，取： (6-3) (6-4) 式中：—小斜齒輪的齒數(shù)； —大斜齒輪的齒數(shù)； —小錐齒輪的齒數(shù)； —大錐齒輪的齒數(shù)； 取，，，.可得中間齒軸上的轉速，切割器主軸轉速達到要求。 由于軸的選材為Q235號鋼，所以查機械設計手冊可知Q235的許用扭切應力為，，。經(jīng)校核設計的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。 6.2.2 撥禾輪傳動比的確定 苜蓿被撥入割臺后，則需要及時的到達壓扁輥，一般撥禾的轉速不超過150r/min，鏈輪的傳動比不能大于7。 (6-5) 式中：； 由此可以得出撥禾帶的轉速 6.3 功率需求和傳動效率的確定 苜蓿壓扁收獲機的功率包括切割器的切割功率，撥禾功率，壓扁系統(tǒng)的壓扁功率。 6.3.1 切割系統(tǒng)的功率消耗 使刀片能最大限度的切割，取割副大約1.6m。所以鏈輪的圓周力為： (6-6) 所以，切割需要的功率為： (6-7) 動力由皮帶過帶輪傳遞給切割系統(tǒng)，取皮帶的傳動效率，斜齒圓柱齒輪的傳動效率，錐齒圓柱齒輪的傳動效率為，帶輪的傳動效率?？傻每傂蕿椋? (6-8) 所以切割系統(tǒng)的功率 (6-9) 6.3.2 壓扁系統(tǒng)功耗及傳動效率 壓扁輥將切割的牧草及時均勻壓扁。壓輥的壓力根據(jù)經(jīng)驗為0.39N/mm。所以功率： (6-10) 式中：—壓輥長度（1200mm）； —壓輥壓力（0.39N/mm）； —壓輥接觸點（8.12m/s）； 由于壓扁系統(tǒng)是由減速箱輸入軸上的鏈輪帶動的，所以壓扁系統(tǒng)傳動效率為： (6-11) 所以，壓扁系統(tǒng)的功率為 (6-12) 6.3.3 撥禾系統(tǒng)功率及傳動效率 撥禾系統(tǒng)所需要的功率較小，其計算公式是： (6-13) 式中：—撥禾輪的單位寬度切向力，經(jīng)驗為40； —撥禾輪的寬度，約為1.55； —撥禾輪的圓周速度，4.56； 所以可以得出 撥禾系統(tǒng)是由減速箱輸出軸上的帶輪帶動，總傳遞效率取皮帶傳動效率，直齒圓柱齒輪的傳動效率，錐齒圓柱齒輪的傳動效率，所以傳遞給撥禾輪的總效率： (6-14) 則撥禾系統(tǒng)的功率為 (6-15) 6.3.4 切割壓扁機所需的總功率 切割壓扁機所需的總功率 (6-16) 6.4 傳動設計計算 6.4.1 主動軸傳出的皮帶輪組 小帶輪轉速2400r/min，大帶輪轉速2100r/min,。 （1）V帶型號的選擇：V帶型號應根據(jù)計算功率和小帶輪轉速來選取，。計算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質以及每天運轉時間的長短等因素來確定的。 (6-17) 式中：—計算功率，； —傳遞的額定功率，； —工作情況系數(shù)； 其中： =，，則計算出=。 （2）確定帶輪的基準直徑、：初選主動帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶型號，選取1為B型140mm，則根據(jù)傳動比算出=160mm （3）確定中心距和帶的基準長度：根據(jù)傳動結構需要初定中心距 (6-18) 則最小=210mm 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長： (6-19) 得出=891.48。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準長度，則=900mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計算： (6-20) 計算得最小中心距=214mm （4）驗算主動輪上的包角： (6-21) 計算得=，符合要求 （5）確定帶的根數(shù) (6-22) 式中：—包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)； —長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)； —單根V帶所能傳遞的功率，； —單根V帶時的功率增量，； 計算得=2根。 6.4.2 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組 小帶輪轉速558.5r/min，傳動比2.5，則大帶輪轉速為233r/min。 （1）=2，根據(jù)公式（6-17）可得 。 （2）確定帶輪的基準直徑、：初選主動帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型112mm，則根據(jù)傳動比算出=280mm。 （3）確定中心距和帶的基準長度：根據(jù)傳動結構需要初定中心距。 據(jù)式（6-18）計算可得=275mm。 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長： 根據(jù)式（6-19）得=1191mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=305mm。 （4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。 （5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計算得：=根。 6.4.3 動軸到撥禾輪的帶輪組 小帶輪轉速533r/min，則大帶輪轉速為192r/min，則傳動比為2.5。 （1）=1.6，根據(jù)公式（6-17）可得 =2.08。 （2）確定帶輪的基準直徑、：初選主動帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型100mm，則根據(jù)傳動比算出=278mm，根據(jù)標準帶輪直徑，選擇=280mm。 （3）確定中心距和帶的基準長度：根據(jù)傳動結構需要初定中心距。 根據(jù)式（6-18）計算可得=266mm。 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長： 根據(jù)式（6-19）得=1159mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=312mm。 （4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。 （5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計算得：=2根。 7 軸的設計計算 （1）求軸的功率、轉速和轉矩 ,， （2）初步確定軸的最小直徑 初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質處理，根據(jù)表15-3，取,則： (7-1) （3）軸的結構設計 取， 大斜齒圓柱齒輪, 初步選滾動軸承 選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取標準精度級單列圓錐滾子軸承30208，其尺寸為， 擋油板，寬度，所以 取，，， （4）軸上零件周向定位 由，選用平鍵，由，選用平鍵， （5）求作用在齒輪上的力 大斜齒輪分度圓直徑， ，則： (7-2) (7-3) (7-4) （6）求軸上的載荷 軸的結構圖做出軸的計算簡圖 （7）按彎矩合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面B）的強度。根據(jù)上表數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力為： (7-5) 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理,由表15-1查，因此，故安全。 (8)精確校核軸的疲勞強度 判斷危險截面 截面C、V、D只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕確定的，所以C、V、VI、D均無需校核。 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面II、III處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面B上的應力最大，截面II的應力集中的影響和截面III相近，但截面II不受扭矩作用，故不必做強度校核。截面B上雖然應力最大，但應力集中不大，故截面B也不必校核；截面IV顯然更不必校核；鍵槽的應力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面III左右兩側即可。 截面III左側 抗彎截面系數(shù)； (7-6) 抗扭截面系數(shù)； (7-7) 截面III左側的彎矩M為：； (7-8) 截面III上扭矩； (7-9) 截面上的彎曲應力； (7-10) 截面上的扭矩切應力； (7-11) 軸的材料為45鋼，調(diào)質處理，由查表得，，； 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及查取，因，，經(jīng)插值后可查得，； 又由軸的材料的敏性系數(shù)，； 故有效應力集中系數(shù)按式為： (7-12) (7-13) 由尺寸系數(shù)，由扭轉尺寸系數(shù)； 軸按磨削加工，表面質量系數(shù)為； 軸未經(jīng)表面強化處理，即； 綜合系數(shù)為： (7-14) (7-15) 碳鋼的特性系數(shù)： 取 取 于是，計算安全系數(shù)值，按式得： (7-16) (7-17) (7-18) 故可知其安全。 截面III右側 抗彎截面系數(shù)； (7-19) 抗扭截面系數(shù)； (7-20) 截面III左側的彎矩M為：； (7-21) 截面III上扭矩； (7-22) 截面上的彎曲應力； (7-23) 截面上的扭矩切應力； (7-24) 過盈配合處的，用插值法求出，并取，于是得： ， (7-25) 軸按磨削加工，表面質量系數(shù)為； 綜合系數(shù)為： (7-26) (7-27) 所以，計算安全系數(shù)值，得： (7-28) (7-29) (7-30) 故該軸在截面III右側的強度也是足夠的。 總 結 飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益，越來越引起國家和地方的重視，但飼草量不足，質量不高，主要原因是牧草收割機數(shù)量少，種類缺，價格比較高，收割費用遲遲降不下來，手工作業(yè)占很大比重，這制約了我國牧草業(yè)的發(fā)展。我國割草壓扁機大多模仿外國產(chǎn)品開發(fā)研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機不配套；或者從國外直接進口外國產(chǎn)品，有些功能開發(fā)不出來，浪費了能源，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型牧草收獲機械，基于這一點，在現(xiàn)有機具的基礎上，通過對中外文獻資料的查閱和收集和對部分國內(nèi)外牧草收獲機械的調(diào)研，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運用現(xiàn)代設計方法設計了與中型拖拉機配套使用后置割草壓扁機，得出以下結論： 設計往復式割草壓扁機該機與20馬力拖拉機配套使用，幅寬1．66米，整機體積小，重量輕，結構緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割等復式作業(yè)。集合了割草機，壓扁機的功能，簡化了機器結構，大大減少相應的作業(yè)費用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地無任何負作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。 采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少了牧草損失。 致 謝 大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在李傳峰老師的細心指導下完成了我的畢業(yè)設計。李老師在設計的整體方案和設計重點等各個方面都給予了我大量的指導和幫助，在他的精心指導下，不斷對我得到的結論進行總結，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設計課題能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。同時也要感謝學院每一位老師們給予了精心培養(yǎng)和指導，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學習交流機會，而且在生活方面還給予我極大的關懷，在此表示衷心的感謝！ 感謝我的母校塔里木大學給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學習和提高。四年珍貴的學習期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質得到了極大的鍛煉。在此我謹向我的指導老師以及在畢業(yè)設計過程中給予我很大幫助的老師、同學們致以最誠摯的謝意。 最后，向所有支持、關心、幫助我的人表示感謝！ 參考文獻 [1] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 機械工業(yè)出版社,2007.181-189. 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