小型稻麦割铺机设计（含有全套CAD图纸）（可编辑）

小型稻麦割铺机（含有全套CAD图纸）（可编辑） 小型稻麦割铺机设计(含有全套CAD图纸) 优秀设计 全套CAD图纸,联系 174320523 各专业都有 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 小型稻麦割铺机设计 DESIGN OF SMALL SHOP CUTTING MACHINE OF RICE AND WHEAT 学生姓名:雷 军 学 号:200841914310 年级专业及班级:2008级机械设计制造及其自动化(3)班 指导老师及职称:汤兴初 副教授 学 部:理工学部 湖南?长沙 提交日期:2012年05月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下,进行 研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时,本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日 目 录 摘 要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„„„„„„„„„„1 关键 词„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.1 1 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„„„„„„.1 2 研究目的和意 义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„.2 3 研究主要内 容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„„„.3 4 整体的确 定„„„„„„„„„„„„..„„„„„„„„„„„„„„„.3 4.1 整体结构及工作原 理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„..3 4.2 小型割铺机的总体布 局„„„„„„„„„„„„„„..„„„„„„„..3 4.2.1 星形拨禾器等布 置„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„.„..3 4.2.2 割台机架的安 装„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„3 4.2.3 机器重心的配 置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„3 4.2.4 确定整体参 数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„4 4.2.5 确定小型割铺机的动力选择„„„„„„„„„„„„„„„„„.4 5 主要零部件的选择和设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 5.1 切割器..6 5.1.1 影响切割性能的因 素„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..6 5.1.2 切割器种类、应用及其选择类 型„„„„„„„„„„„„„„„..8 5.1.3 往复式切割器的构造和工作原 理„„„„„„„„„„„„„„„.10 5.2 立式割台的带式输送 器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 6 传动零部件的设计..18 6.1 传动方案的确定.18 6.2 传动装置的运动和动力参 数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 6.3 传动零件的设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 6.3.1 带传送的设计19 6.3.2 链传送的设计..20 6.3.3 齿轮的设计计算.21 7 重要零部件的校 核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 7.1 小锥齿轮轴的校核24 7.2 键的校 核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 7.3 重要螺栓的校 核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28 8 结 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 参考文 献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.29 致 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.30 附 录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.31 小型稻麦割铺机设计 学 生:雷 军 指导老师:汤兴初 (湖南农业大学东方科技学院,长沙 410128) 摘 要:本文设计的是一台小型稻麦割铺机,本设计采用往复式切割器作为主要工作部件,在护刃器的配合下进行有支撑切割,割刀平均速度设计为1~2m/s。切割性能好,工作可靠,适合性强。本设计采用汽油机做动力,整体重量较轻,方便了农民朋友的田间收割,大大降低了农民的劳动强度。本机采用立式割台完成对稻麦的切割,割断后的作物茎秆能在侧边堆放整齐。该小型稻麦割铺机结构简单、操作方便,可以及时有效的完成小麦和水稻的收割任务。 关键词:割铺机;往复式切割器;立式割台;分禾器 Design of Small Shop Cutting Machine of Rice and Wheat Author:lei Jun Tutor:Tang Xingchu Oriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128 Abstract: This design is a small rice and wheat Reaper machine, the design of the reciprocating cutter as the main working components, the blade retaining device matched were supported cutting, cutting the average speed is 1 ~ 2m / s design. Cutting performance, reliable work, adaptability is strong. This design uses the gasoline engine as power, the weight is light, convenient farmer friend fields harvesting, greatly reduce the labor intensity of farmers. This machine adopts a vertical cutting platform of rice and wheat crops stalk after cutting, cut in the side of neatly stacked. The small rice and wheat Reaper machine has the advantages of simple structure, convenient operation, can effectively complete the wheat and rice harvesting task. Key word: The reaper; Reciprocating cutter; Vertical table; Divider 1 前言 收割机有便携式收割机、手扶式收割机、卧式割台收割机、立式割台收 割机。收割机的发展趋势是用新型材料以进一步减轻重量;采用低振动发动机和 先进的减振隔振装置并合理配置机件,以减少振动对人体的危害;提高机械的加 工和装配精度、改进吸排气系统,以减低噪声;增设各种安全保护装置,以提高作 业安全性;在悬挂式割灌机上增设灌木切碎装置,简化割下灌木的清理工序。 1799年英国最早出现马拉的圆盘割刀收割机;1822年在割刀上方增加了拨禾装置。1826年出现采用往复式切割器和拨禾轮的现代收割机雏型,用多匹马牵引并通过地轮的转动驱动切割器。1831~1835年,类似的畜力小麦收割机在美国成为商品;1851年出现能将割倒的禾秆集放成堆的摇臂收割机;1920年以后由于拖拉机的普遍使用,同拖拉机配套的收割机开始取代畜力收割机[1]。中国于1952年开始生产畜力摇臂收割机和其他类型的畜力收割机;1962年开始发展机力卧式割台收割机和机侧放铺禾秆的立式割台收割机。为适应北方小麦、玉米间套作地区收获小麦的需要,于1977年研制成机后放铺禾秆的立式割台收割机[2]。 2 研究的目的和意义 小型收割机突破了农村无法进入大型收割机收割的作业瓶颈,推进了收获作业的机械化,缩短了劳动周期,并让人们从繁重的体力劳动解放出来。广泛用于,收割小麦、水稻、青稞、麻类、豆类等农作物。换上相应的刀具,装上上下托板和安全的防护罩,还可以收割灌木、牧草、芦苇及茶园枝头修剪和花圃。小型收割机配带汽油动力强劲有力,方便实用,效率高,便于携带及野外田地作业。该汽油机具有噪音低.肃静性和舒适性等特点.让各地人们长时间工作都不会感觉疲劳。故,近年来小性稻麦收割机发展很快,技术日臻成熟,结构日趋合理,但进一步发展面临着适用性的巨大挑战。小性稻麦收割机有自己独特的适用性,因而有着自己的市场层次。 小型收割机是是山区农民致富的必用工具,是平原地区农民致富的过渡产品,是间种套种一年多熟制的依托产品。纵观现阶段部分丘陵山区的农业生产,农业劳动资料仍是以人和畜为主,生产力水平低,生产效率低,对人力和土地等自然资源占用多、消耗大、利用率低,是简单的传统的生产工具与落后生产方式的结合。加速发展现代农业,全面推进社会主义新农村建设,有着积极的作用。因此,我们首先集中力量发展重点作物机械化[3]。 丘陵山地水稻种植面积最大,且水田多集中在海拔较低、坡度较小地区。而小麦,油菜又多以稻麦(油)轮作的方式种植在稻田,因此对于稻作区稻麦收割机械的设计不得不提上日程。但是,丘陵山地如不加选择的全面发展作物生产全程机械化,不仅不利于资源的有效利用,还可能事倍功半[4]。因此,为满足丘陵山地主要农作物收获、运输等重点环节机械化的需求,要加快发展事宜山地梯田,兵制定科学的机械化技术模式,引导丘陵山地有力、有效、有序的发展资源节约型、环境保护性的机械化,促进人与自然的和谐,实现丘陵山地的可持续发展。 3 研究的主要内容 从如何使稻麦收割机的适应性好、操作性强等角度去研究。主要包括选用什么动力机构带动机器行走,利用什么类型的切割,并且做到割断后的作物茎秆侧边堆放整齐,以利于工作的继续顺利进行。 4 整体方案的确定 4.1 整机结构及工作原理 该小型稻麦割铺机为手扶自走立式割台收割机,见图1整机由割台、底盘、操纵机构等几部分组成。割台是收割机的主要工作部分,该机属于侧向输送侧向铺放型,其割台主要有传输带、拔禾星轮、切割器、分禾器、铺禾杆和后挡板等组成。所谓立式割台,就是指割台台面的位置基本呈现直立状常略有倾斜。立式割台可以配置在小动力底盘的前方,有人步行操作。底盘行走部分采用罗宾EY15-3D型号驱动,行走轮采用特制的人字钢轮制成,有利于增加行走时对土壤的附着力,实现稻麦的收割机的行走与停止采用牙嵌式离合器传输动力[5]。在布置工作部件的相互位置和尺寸时,除了考虑各工作部件的生存率平衡和各部件的参数确定,注意交接过度部位的设计,保证收割机的均匀连续,避免出现超负荷的部件和生产不应该有的损失。同时,还要整车的结构尽量紧凑,本设计充分考虑了 以上情况,从水稻、小麦的实际生长情况和丘陵山地田间作业的复杂情况进行分析,确定了稻麦割铺机的整体尺寸。 4.2 小型割铺机的总体布置 本小型割铺机总体布置的特点:割台和汽油机的重心落在轮轴上,这样就会减少操作者的劳作强度。该机器的行走轮只布置两个,由于重量较轻,操作者可以方便的实现机器的掉头和转向,采用立式割台位于行走轮横轴的正前方,输送链平行于切割器,水平布置在后挡板上。采用汽油机作为动力,同时实现切割和侧向传送[6]。如图1 4.2.1 星形拔禾器、切割器、分禾器、输送链的相互布置 星形拔禾器和分禾器装配成一整体结构,位于切割器正上方,水平布置,切割器的位置需要根据具体情况(作物的倒状、高度、湿度等)考虑,输送装置在后挡板上水平布置,具体的位置参数详见后面的设计说明。 4.2.2 割台与机架的安装 割台与机架之间用螺栓安装,可以方便拆装,在机架上钻有多个对称的螺纹孔,孔间间距为20mm,通过对割台安装高度的调节来实现对割茬高度的调节。 4.2.3 机器重心的配置 1.拨禾星形轮 2.切割器 3.减速器 4.皮带轮 5.汽油机 6.离合器手柄 7.扶手 8.油门阀 9.行走轮 图1 总装配图 Fig1 Feneral layout 在配置各工作部件的同时,还需要考虑机器的重心位置,为了使操作者操作省力简单,使整个机器的重心尽量分布在轮轴上。 4.2.4 确定整体参数 (1)割幅:2行收割; (2)前进速度:2~6km/h; (3)割后茬高100mm(可调); (4)割断后的作物茎秆侧边堆放; (5)生产率:0.2~0.3k?/h; 收割机的总长、总高、总高由总布置草图确定,还必须要求起到满足机动性、灵活性和稳定性的要求[7]。本设计中取总长为2210mm,总高915mm,总宽700mm,整机重量约为60kg。 4.2.5 确定小型割铺机的动力选择 1驱动轮功率。驱动轮在松软的土壤中做直线运动,在驱动轮上作用的力有以下几个: 1机体作用在驱动轮上垂直载荷和驱动轮的自重之和Q; 2机体作用在驱动轮上的反作用力F; 驱动轮在土壤中滚动时,土壤在轮胎的支撑面上也产生反作用力,所产生的全部法向反作用力的合记为R,它的作用线可近似的看作是通过驱动轮圆心O,将R分解成垂直分为和水平分力,如(图2)[8]。 由参考文献中平衡方程得: 即 其中(1) 对于式两边同时除,得,其中的其实就是驱动轮的驱动力。于是有,得。 故驱动轮的功率为,传动效率,所以原动机需要提供相应的功率为。 图2行走轮受力图 Fig2 By trying to walk round 2切割器的功率。由经验值可得每米割幅消耗的功率为一马力,此收割机的割幅约为0.7米,故消耗的功率为0.7马力即为0.5145kw,传动效率,则原动机需要提供相应的功率为。 3输送带的功率。由经验得传输带的功率约为0.5kw,传动效率,故原动机需要提供相应的功率为。因此,原动机所要生产的功率最小值为,所以根据实际情况选择罗宾EY-3D型号的汽油机,额定转速为,额定功率为2kw。 5 主要零部件的选择和设计 5.1 切割器 切割器的切割性能与杆茎的物理机械性质、割刀特性、切割方式、切割速度等有关。 影响切割性能的因素 (1)茎杆刚度的影响。切割原理:无支撑切割-使用动力直接切割茎杆[9]。 切割原理应用: 1)直径细、刚度小的稻麦杆,取双支撑切割较好,切割时杆弯曲较小,近剪切状态,省力。 2)直径粗、刚度大的玉米杆,取单支撑切割。 3)切割速度0.3-0.6m/s,麦杆压扁撕破,阻力由大减小;切割速度0.6m/s,杆压扁撕破现象消失,阻力减小缓慢;切割速度一般取0.8m/s以上。 4)无支承切割时,参考文献应该(2) (切割力)(惯性力)(反弹力) 将茎杆视为悬臂梁,据材力:为增大惯性力和反弹力,应降低割茬,提高切割速度。 (2)茎杆纤维方向性的影响[10] 1)横切(如图4 a):切割面和切割方向与茎杆轴线(纤维方向)垂直。 2)斜切(如图4 b):切割面积和轴线(纤维方向)偏斜,切割方向与轴线垂 直。 3)削切(如图4 c)切割面与切割方向均与轴线偏斜。 说明:横切阻力和功耗最大;斜切均降低30-40%;削切阻力降低60%,功耗降 30%。(3)滑切对切割阻力的影响[11] 1)砍切(如图5 a):刀刃沿垂直于刃线方向切入茎杆。 2)滑切(如图5 b):刀刃沿刃线的垂线偏角切入茎杆。 图3 三种切割方式 Fig3 Three kinds of cutting methods 图4 三种切割方向 Fig4 Three kinds of cutting direction 3)切割阻力: 图5 两种切割刀法 Fig5 Two cutting technique of using knife 式中:P-切割阻力 S-滑坡长度(切向位移)刀刃沿刃线方向移距 C-常数 试验测得的数据如表1: 表1 刀刃滑切长度和切割阻力 Table1 Blade slide cut length and cutting resistance滑切长度S(mm) 切割阻力PN 6 2.55 5.04 10.02 5.1.2 切割器种类、应用以及选择类型 总要求:割茬整齐、无漏割、功率消耗小、震动小、结构简单、适应性广。 (1)往复式。往复式运动结构简单、适应性广,适合于谷物收获、牧草收获,6-10km/h,但往复式惯性力大,振动大[12]。 图6 普通?型 图7 普通?型 Fig6 Ordinary ? type Fig7 Ordinary ? type 图8 低割型 Fig6 Low cut type 1普通?型,如图6: 式中:割刀行程;动刀间距;定刀(护刃器)间距。 说明: ?切割速度高,适应粗、细杆,国际上广泛应用于麦类作物、牧草。茎杆倾斜度大,割茬高。 ?切割能力强、割茬低,适应水稻,立式割台。 ?粗茎作物,玉米和高粱等作物。 2普通?型,如图7: 说明:和与?型相同,S为?型2倍,往复运动频率低,往复惯性力小,用于小型收割机和联收机[13]。 3低割型,如图8: 说明:茎杆倾斜量小,割茬低,应用于大豆和牧草,对粗杆效果差。 (2)圆盘式(如图9)。圆盘式切割器的割刀在水平面(或有少许倾斜)内作回转运动,因而运转较平稳,振动较小。该切割器按有无支承部件来分,分无支承切割式和有支承切割式两种[14]。 a.单盘式 b.三盘集束式 c.盘式 d.链式刀片多组 e.圆盘式 1.刀盘架 2.刀片 3.送草盒 4.拨草筐 图9 圆盘式切割器 Fig9 Dise-type cutter (3)甩刀回转式(如图10)。该切割器的刀片铰链在水平横轴的刀盘上,在垂直平面(与前进方向平行)内回转。其圆周速度为,为无支承切割式,切割能力强,适于高速作业,割茬也较低。目前,多用于牧草收割机和高秆作物的茎杆切碎机上。 a玉米茎杆切碎机 b.牧草切割机 c.刀片 图10 甩刀回转式切割器 Fig10 Sling knife rotary cutter 综合以上所述,选择往复式切割器普通?型。 5.1.3 往复式切割器的构造和工作原理 (1)构造及标准化(如图11) 图11 往复式切割器 Fig11 Reciprocating cutter 1)动刀片:对称6边形、两侧刃、光刀或齿刃,(光刃切割省力,割茬高、需后刃;齿刃不需后刃,切割阻力大,广泛使用) ?刃角i:影响切割阻力和使用寿命。当i由14?上升至20?时,切割阻 力上升15%,i下降,刀口磨损快,易崩裂,不可靠,常取19?(光刃)齿刃常取23?-25?。 ?光刃被磨后为使其高度h不变,前端留宽b,;齿刃b较小。 ?材料:TS或Tq,热处理刃部宽度10-15mm,HRC50-60;非淬火区HRC35刃片厚2-3mm;6-7齿/cm。 2)定刀件:支承件、光刃。 3)护刃器:保护定刀片位置,保护割刀、分禾,与定刀刃构成两点支承。使用铸铁或锻钢。 4)压刃器:保护刃片间隙(动与定刀) 间隙:前0.05mm 后1.1.5mm 材料:冲压钢板,能弯曲变形以调间隙 5)摩擦片:位于压刃器下方,有垂直于水平两支承面,起引导作用,当摩擦片磨损时,可增垫片或前移垫片,以调整刀片间隙[15]。 6)标准化:(GB1209-1213-75) 便于组织专业化生产、零配件供应 ?型:动刀光刃 ?型:动刀齿刃,护双齿有摩片 ?型:动刀齿刃,护双齿无摩片 (2)传动机构。特点:将回转运动变为往复运动。基于这个特点,立式割台收割机多采用偏置曲柄滑块机构以实现这一特点(如图12): 图12 曲柄滑块机构 Fig12 Slider-crank mechanism (3)工作原理和参数分析 1)刀片几何形状分析 往复式切割器是将作物茎杆夹持在动、定刀片之间进行剪切。 动刀片的几何形状对切割器的可靠性和功率消耗有较大的影响。 参数:切割角α;刃部高h;刀底宽a;刀顶宽b。 ?当a一定时,(α决定h;α决定切割阻力)。α?,h?,阻力?,(如图13) 图13 切割10株小麦的阻力变化曲线 Fig13 Cutting 10strains the resistanse curve of wheat ?当α??时,茎杆夹持不稳定,切割不可靠。 ?刀片钳住茎杆的条件 如图14,茎秆在动刀片及定刀片的夹持中,在两刀刃的接触点 A、B 处对茎 秆有正压力 N1、N2 和摩擦力 F1、F2(F1=N1tgφ1,F2 =N2tgφ 2)。如用 R1 表示 N1 与 F1 的合 力,用 R2 表示 N2 与 F2 的合力,则茎秆被夹住的条件为:两刃口作用于茎秆的合力 R1 与 R2必在同一直线上[16]。 从图14 中的三角形 OAB 可看出 θ +φ1+φ2=π 式中φ 1??动刀片对茎秆的摩擦角 φ 2??定刀片对茎秆的摩擦角 四边形 OACB 中看出 ?OAC=?OBCπ/2 α+β?φ 1+φ 2 式中 α ??动刀片的切割角 β ??定刀片的切割角 经测定,带齿的动刀片与光刃的定刀片配合对小麦茎秆的摩擦角之和为φ 1+φ 2=45 -52?。现有?、?、?型切割器的动刀片的α角为 29?,定刀片β角为 6?15?,其α +β =35?15?,均符合夹持切割的条件。 从几何关系可看出动刀片的刃部高度与α 角等参数的关系ha?b/tgα 图14 刀片钳住茎杆的受力分析 Fig14 Blade grips live stem force analysis 2)割刀运动分析 曲柄连杆机构的割刀运动(如图15) 图15 割刀运动分析 Fig15 Cutter movement analysis 摆环机构的割刀运动 摆环机构的割刀位移、速度和加速度的方程式(推导从略)为 X-σ rcosω t Vxμ rω sinω t axγ rω2cosωt3 则割刀位移、速度、加速度与曲柄转角关系(如表2)[17] 表2 割刀位移、速度、加速度与曲柄转角的关系 Table 2 Air displacement,Velocity,Acceleration and Crank corner relationship X 3)切割速度分析 试验指出:在割刀锋利、割刀间隙正常(动、定刀片间的间隙为 0-0.5mm)的条件下, 切割速度在 0.6-0.8m/s 以上时能顺利地切割茎秆;若低于此限,则割茬不整齐并有堵刀 现象。 ?普通?型切割器的切割速度(如图16): 圆弧 是割刀在切割茎秆过程中的切割速度范围一般大于1.2m/s。 从(图16a)看出,普通?型切割器的割刀速度利 用较好,因而切割性能较强。 图16 普通?型 Fig16 Ordinary type ? ?普通?型切割器的切割速度(如图17) 普通?型切割器的切割速度图的特点是:割刀在一个行程中与两个定刀 片相遇,因而 有两个切割速度范围,分别为 va1-vb1 及 va2-vb2。从两个范围的速度看,虽没有包括最大 割刀速度,但仍属于较高速度区段,因而切割性能尚好。 ?低割型切割器的切割速度(如图18)割刀在一个行程中与三个定刀片相遇,因而有三个切割 速度范围:va1-vb1、va2-vb2 及 va3-vb3,其中 va10,vb3=0,因而切割性能较差,工作中常 有部分茎秆被撕裂和撕断,并有时出现塞刀。 图17 普通?型 Fig17 Ordinary type 图18切割器 Fig18 Low cut type ?切割平均速度 4 式中:n??割刀曲柄速度 r??割刀曲柄半径 S??割刀行程 割刀平均速度 ,也是用来确定割刀曲柄转速的重要参数之一,其选取应根据机器作 业性质而定。如割草机及收割机,因切割对象较青、湿,而且负荷较重,应取较大值;谷物联合收获机,因切割对象较干、脆,负荷较轻,可取较小值。其一般范围为1-2m/s[18]。 4)割刀进距对切割器性能的影响 进距:割刀运动一个行程(是)时,机器前进的距离。5 6 式中:Vm??机器前进度 n??割刀曲柄转速 ω??割刀曲柄角速度 割刀进距的大小,直接影响到动刀刃部对地面的扫描面积??切割图,因而对切割器性能影响较大。它也是确定切割器曲柄转速的另一重要参数。 切割图的绘制步骤: ?先在图上画出两个相邻定刀片的中心线和刃线的轨迹(即纵向平行线)。 ?按给定的参数(Vm及 n)计算割刀进距 H,并画出动刀片原始和走过两个行程后的位置。 ?以动刀片原始位置的刃部 A 点为基准,用作图法画出该点的轨迹线。 ?按 A 点的轨迹图型,在 AB 及 CD 两刃线的端点画出其轨迹线,即得动刀片刃部在两 个行程中对地面的扫描图形??切割图(图19)。 由(图19)可见,在定刀片轨迹线内的作物被护刃器及定刀片推向两侧,在相邻两定 刀片之间的面积为切割区。在切割区中有三种面积: ?一次切割区(?):在此区内的作物被动刀片推至定刀片刃线上,并在定刀片支持 下切割。其中大多数茎秆沿割刀运动方向倾斜,但倾斜量较小,割茬较低。 ?重切区(?):割刀的刃线在此区通过两次,有可能将割过的残茬重割一次。因而 浪费功率。 ?空白区(?):割刀刃线没有在此区通过。该区的谷物被割刀推向前方的下一次的 一次切割区内,在下一次切割中被切断。因而茎秆的纵向倾斜量较大,割茬较高,且由于 切割较集中,切割阻力较大。如 空白区太长,有的茎秆被推倒造 成漏割。 割刀平均速度 Vp和割刀进距 H 都是确定割刀曲柄转速 n 的重要参数。因此 在设计中,要兼顾两者要求确定曲柄转速。 5)切割器功率计算7 式中 ?机速(m/s) B ?割幅(m) ?切割每平方米面积茎需功率(小麦100-200 ?空转功率(0.6-1.1kw/m割幅) ?切割功率 图19 切割图 Fig19 Cutting figure 5.2 立式割台的带式输送器 立式割台输送器布置在切割器后方的垂直面内,立式割台收割机工作时,靠机器前进的推力使作物压缩积聚、互相支持来进行切割,割下的作物由于其惯性力而紧贴在输送带上。输送带一般有上下两条,带上间隔地装有木制或铁皮制成的拨齿,将谷物横向拨出铺放。 一般配手扶拖拉机的小型立式割台收割机,步行操作机器的前进速度一般在1m/s,本设计取1m/s。 立式割台动刀片顶部与下输送带拨齿顶部之间的距离叫做割刀前伸量,记为。它是一个重要的参数,选择不当就会造成“先送后割”,这种情况就会造成禾杆折断或倾倒而堵塞[19]。要使作物先被切割器割下,再由输送带拨送,割刀前伸量应大于割刀往复一次前进的距离,即: 8 式中:?机器前进的速度(m/s) n?切割器的曲柄轴转速(rad/min) 要使立式割台的输送器均匀、连续的输送,必须能及时地将割下的谷物全部带走,根据这个要求可确定输送器的运动参数和主要结构参数之间的关系: 设:?作物在田间的生长密度 ?输送带上谷物的压缩密度 B?割幅 h?拨齿高 ?机器前进速度 ?输送带速度 令为速度比,为茎杆压缩系数,则上述不等式为:9 根据国内小型收割机的经验,一般在1.2-1.5之间,本设计取1.5m/s。 6 传动零部件的设计 6.1 传动方案的确定 本设计主要由三个运动组成:一是往复式切割器的切割运动,这一过程通过曲柄滑块机构来实现;二是输送链的水平输送运动,这个运动通过链条的传动来完成;三是行走轮的运动,通过齿轮传动来完成。传动方案如图20。 6.2 传动装置的运动和动力参数 汽油机:(10) 轴1: 轴2: 图20 传动方案 Fig20 Transmission scheme轴3:轴4:轴5:轴6:轴7: 6.3 传动零件的设计 6.3.1 带传动的设计 (1)参考文献,首先确定计算功率。 其中:工作情况系数,取为1.1。所以, (2)选择V带的型号。根据选用A型带。 (3)确定带轮的基准直径并验算V 1)初选小带轮的基准直径。 2验算带速V(11) 因为5m/sV30m/s,故带速合适。 3)计算大带轮的直径 ,取。(12)(4)确定V带的中心距和基准长度1)由,初定中心距。2)从表中选择基准长度。3)计算实际中心距,圆整为316mm(5)计算带的根数1)单根V带的额定功率 由,同时查表有 (13)2)计算带的根数 (14) (6)计算单根V带的拉力最小值 (15) (7)计算压轴力 (16) 6.3.2 链传动的设计 (1)参考文献[20],首先选择链轮齿数 取小链轮齿数 (2确定计算功率查表得 (17(3)选择链条型号和节距 根据 4)计算链节数和中心距初选中心距 18相应的链节数 查表得中心距系数 5)计算链速V 6)计算压轴力 有效圆周力19 链轮水平布置时的压轴力系数20 6.3.3齿轮的设计计算 (1)选定齿轮的类型、精度等级,材料及齿数 1)按传动方案简图所示传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动。 2)小型稻麦割铺机为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度。 3)材料选择。齿轮材料的种类很多在选择时应考虑的因素也很多。这里由表10-1选择小齿轮材料为40Cr硬度为280HBS,大齿轮材料为45号钢,硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数Z124,则大齿轮齿数 取Z277。 (2)按齿面接触强度设计 由设计(10-9a)进行试算, 即21 确定公式内的各计算数值:试选载荷系数, 1)计算小齿轮传递的转矩 22 2)由表10-7选择齿宽系数 3)由表10-6查得材料的的弹性影响系数为 4)由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限 5)由式(10-13)计算应力循环次数 23 6)由图10-19查得接触疲劳强度寿命系数; 7)接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数(10-12)得24 8) 试算小齿轮分度圆直径d1t,代入[σH]中较小的值25 9)计算圆周速度v 26 10 计算齿宽b 齿宽系数为1 27 11)计算齿宽与齿高之比b/h 模数,齿高 b/h65.936/6.1310.67。 12 计算载荷系数 根据圆周速度V8.9m/s,7级精度,由图10-8查得动载荷系数1.18 直齿轮,假设。由表10-3查得 由表10-2查得使用系数 由表10-4查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时, 将数据代入后得 由b/h10.67,KHβ1.483查图10-13得KFβ1.38;故载荷系数 13)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径,由式(10-10a)得 14)计算模数m (3) 按齿根弯曲强度计算 由式得弯曲强度的设计公式为 28 首先确定公式内的各计算数值 1)由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳强度 极限; 2)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数; 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S1.4,由式(10-12)得 29 4) 计算载荷系数K 5)查取齿形系数 由表10-5查得 6)查取应力校正系数由表10-5可查得。 7)计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 设计计算30 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲强度计算的模数, 由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取由弯曲强度算得的模数2.08并就近圆整为m2.5mm,按接触强度算得的分度圆直径d176.53,算出小齿轮齿数 大齿轮齿数:,取Z296。 这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费[21]。 (4)几何尺寸计算 1计算分度圆直径 2)计算中心距 3)计算齿轮宽度 取B275mm,B180mm (5)验算 864N ,合适。 7 重要零部件的校核 7.1 小锥齿轮轴的校核 (1)参考文献,首先初步确定小锥齿轮的最小直径。根据公式可得轴的最小直径,选择材料为45钢,作调质处理。 (2)小锥齿轴的结构设计 相对应的轴的结构,如图19 图21 轴 Fig21 Shaft 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为满足链轮的轴向定位要求,?-?轴段右端制出轴肩,左端采用锥齿端面定位,同理为了满足链轮的轴向定位要求,?-?轴段左端需制出一轴肩,右端采用链轮端面定位,为了满足轴承的轴向点位要求,?-?轴段和?-?轴段的中间需制出一轴肩,?-?轴段右端采用轴承端盖定位。 初步选择轴承,考虑到主要承受径向载荷,同时也承受不小的轴向载荷,故选用圆锥子轴承,参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取圆锥滚子轴承30204,其尺寸为,故,中间用挡环进行轴向补偿。 由于要在轴上布置两个键槽,轴的直径应该增大10%-15%, 即16.568-17.321mm,取安装锥齿的轴段的直径。取安装链轮的轴段直径d?-?18mm,链轮的左端用轴肩定位。 轴上零件的周向定位 轴的周向定位采用平键连接,按,由机械零件手查的平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为23mm,同时为了保证锥齿与轴的配合有 良好的对中性,故选择锥齿与轴的配合为,链轮与轴的周向定位采用楔键连接,按d?-?42mm,由机械零件手册查的平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为36mm,同时为了保证带轮与轴的配合有良好的对中性,故选择锥齿与轴的配合为,圆锥滚子轴承与轴的轴向定位是由过渡配合来定位。 3轴上倒角的尺寸 取轴端倒角为。 4求作用小锥齿轮上的力 1)求转矩T1 因已知小锥齿轮的分度圆直径为 而 圆周力,径向力及轴向力的方向如图所示 2)计算链轮上的力 链轮受三个力的作用:工作拉力F、离心拉力F、垂直拉力Ff 工作拉力,考虑到离心拉力和垂度拉力不是很大,一般作用在轴上的力,现在取。 求小锥齿轴上的载荷 首先根据小锥齿轴的结构图做出轴的计算简图。根据小锥齿轴的计算简图和受力情况(表3)做出的弯矩图和扭矩图(图22),从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面A是小锥齿轴的危险截面。 表3 轴的受力情况 Table 3 Axial stress 载荷 水平面H垂直面V 支反力 弯矩M 总弯矩 扭矩T图22 弯矩和扭矩图 Fig 26 Bending moment and torque figure (6)按弯扭合成应力校核小锥齿轴的强度 进行校核时,通常只校核小锥齿轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面A和危险截面B)的强度。很据及表1和表2中的数据,以及小锥齿轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,小锥齿轴的计算应力。 前已选定小锥齿轴的材料为45钢,调质处理,差得 。因为,故截面A安全[22]。 7.2 键的校核 平键连接传递转矩时,其主要的实效形式是工作面被压溃。因此通常只按工作面的挤压应力进行强度校核。 假定载荷在键的工作面上是均匀分布的,不同平键连接的强度条件为 31 式中:T?传递的转矩 k?键与轮键槽的接触高度mm l?键的工作长度mm d?轴的直径mm 对于安装小锥齿轮的轴上的键进行相关的校核,,可见,所以键的强度足够。 7.3 重要螺栓的校核 分析螺栓的连接情况,可知螺栓组是属于手横向载荷的螺栓组连接。假设每个螺栓需要的预紧力均为,螺栓数目为Z,其平衡条件为32 由此得预紧力为 式中:?? 结合面的摩擦系数 i?结合面数 Ks?防滑系数, 本设计中割台约重290N,所以,Ks取1.2,f取0.15,z取4,结合面数i2.由此可计算出螺栓的预紧力Fo大小为290N。由于预紧力的作用,将在结合面间产生摩擦力来抵抗横向载荷。这时螺栓仅受预紧力作用,而且预紧力不受工作载荷的影响。于是可由螺栓危险截面的拉伸强度条件式33 来校核螺栓的强度是否满足条件,代入相关的数据得,远小于,可得螺栓的强度足够。 8 结论 此次毕业设计是我在汤兴初导师的精心指导及本人自己的努力下完成的,毕业设计中的许多思想和方法得益于指导老师的指导和启发。我虽然学的是机械设计制造方向,但是对农机还不是很了解,对收割机的基本结构不太清楚。从接到任务书后我就借阅相关农机书籍查看,在对收割机的基本结构有了初步的认识后,开始了我的设计之路。起初走了很多弯路,无数次的设计无数次的修改,心灰意冷,但是一点一滴的设计最后终于组成了整台机器。 在设计过程中遇见了很多以前学习中没遇见过的难题,最后通过借鉴前人的经验以及结合自己的创新,更重要的是在这个设计中我加入了一些自己鲜活的思想,把难题一个个解决。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐,但我的收获却更加丰富,通过这次的毕业设计,把四年所学的相关知识都连串起来,使我的知识骨架更加牢固,而不是分散的。 本次的毕业设计,使我摆脱了单纯的只有理论知识而无实践动能力,锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。在这次毕业设计中我还会了一个道理,那就是世上无难事只怕有心人,只要有心,用心,在加细心,无论遇到什么难题都会迎刃而解,这对我毕业后从事工作也是一个很大的启发。 参考文献 [1] 刘庆,刘卫. 一种小型稻麦割晒机[P].中国:03249944.2 2003-03-03 [2] 李纪,周杨宁. 国产水稻收获机械的发展现状[J]. 农机质量与监督,2004,5-8 [3] 李嘉树. 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Turn garden waste into garden gold[J].Or ganlc Garden,1991,387:46-48 [22] Sachs P. Healthy grass safe lawn[J].Organic Gardening,1999,455:46-51 致 谢 时光飞逝,书页沙沙地响,终于还是到了要奔向各自前程的这一天,想要静静地回顾这段任性挥洒的岁月,并带着一颗感恩的心开始一段新的旅程„„ 四年的学生生活,在各位学识渊博的老师的指导下,在与勤劳向上的同学的交流中,我不仅体会到了学习的乐趣,也感受到了学习的艰辛,学习要有一颗耐得住寂寞的心和远离浮躁喧嚣的心境。学习不是一件急功近利的事,它是需要不断磨练和不断积累的。这也正是我学生生涯中最大的收获,它将使我终身受益。 在本次毕业设计即将结束之际,首先要感谢汤兴初老师的悉心指导和热情关怀。对我在毕业设计当中存在的问题进行了细心的教导,付出了辛勤的劳动, 再此表示衷心的感谢。 我在校的四年学习过程中受到了来自各位老师的专业学术水平和人格魅力的精神激励,是我得以完成学业的动力之源,恰好也是对本本设计的有力实证明。 在此,谨向所有关心、帮助、指导我的工学院的所有老师表示衷心的感谢。将把各位老师的给予我的教诲作为珍贵的财富保留,用以指导我以后的学习和工作。 回首当年,踏入湖南农业大学的时候,倍感亲切。在学习的日子里,我不仅 学到了不少理论知识,更是结识了不少学识渊博的老师和志同道