毕业设计---马铃薯联合收获机分离装置（含外文翻译）

毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ---马铃薯联合收获机分离装置（含外文翻译） 毕业论文,设计,用纸 摘 要 马铃薯是一种世界性经济作物，是继小麦、水稻和玉米之后的第四位重要粮食作物。随着市场对马铃薯需求的不断增加，马铃薯的产业化，机械化种植、收获、深加工 2机械已经成为各国的重要课题。据统计2006年全世界马铃薯种植面积约为2000万hm， 2其中我国的种植面积达501.53万hm，随着我国马铃薯种植面积和总产量均跃升至世界首位，我国家也成为世界上马铃薯消费增长最快的国家之一。但是在我国大部分地区占生产总用工70%以上的马铃薯收获作业至今基本上还是停留在传统阶段(主要靠人畜力，小面积收获常采用铁锨或锄头人工挖掘，较大面积收获采用畜力挖掘犁)许多地区的机械化收获水平较低严重影响了马铃薯的规模生产，使之远远满足不了市场的需求。 近年来，马铃薯收获机械的研制与推广有了较大发展，但目前国内机型以小型、配套动力小，结构简单、轻便为主，大多属于条铺式，即将薯块翻出地面后人工捡拾，生产效率低，劳动强度仍较大，且总体机械化水平很低，严重制约着马铃薯产业的进一步发展。研制机具的技术水平也与国外相差甚大，劳动强度还是较大，严重制约了马铃薯产业化的发展。因此，为了适应发展的要求，本文通过对目前马铃薯收获机械的了解，设计了一种马铃薯联合收获机，集挖掘、分离、输送、分级、清选、为一体的单行马铃薯联合收获机。 这种新型的的马铃薯联合收获机分离装置采用了弧形拨齿式分离装置。这种装置结构简单，分离效果好，克服了抖动链式和筛式分离装置在小型马铃薯收获机械上和中粘性土壤中使用的限制，提高了土薯分离效率。大大减小了劳动强度，提高了生产效率。 关键词:马铃薯;联合收获机;分离装置;分级装置;传动系统 1 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 Abstract With the market demand for potatoes continuously increased,it’s industrialization and mechanization planting,harvesting,deep processing mechanism become an important subject in different countries.According to statistics,the world’s potatoes planting area is about 20 millionhm2 in 2006,in which our countries planting area reached 5.0153 million hm2,with the potatoes planting area and the total yield all jumped to the first place in the world,our country become one of the quickest growing potato’s consumer in the world.But in the most areas of our country, there are more than 70%total work of the potatoes harvesting are basically stopped in the traditional artificial seeding cutting,digging,picking stage,the level of mechanization of harvest in some areas relatively low,it’s seriously influence the potatoes scale production and make it far not meet the demand of the market. In recent year,the research and extension of the potato harvest machinery has made a great development,but at present,our machine type mainly in small type,small mating power,simple structure and light.There is a big gap between our country and foreign country about the technology level of the equipment research,the labor intensity is still great,they are seriously hold back the potatoes industrial development.So in order to adaptation the globe and international competition,through the comprehensive research on the present potatoes harvest machinery at home and abroad,we improved the design of a new type single lined potato’s combine harvest,which integrated the ortation,grading,cleaning digging,separation,transp selecting,bagging(boxing)in one machine.After improved the design of the potato combine harvester,which separating device used the arc round roller components.This device has simple structure and good separation,overcome the 2 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 restriction of the jitter chain and screen type separation,that in small type potatoes harvest machine and the use in viscous soil,improve the separation efficiency. The grading device’s improve is mainly used the first order and the second order grading mechanism which composed of cylindrical roller and semi lunar groove had different space,realized the big,medium,small potatoes grading and transportation,greatly reduced the labor intensity and improved the product efficiency.After determined the whole improving design scheme,using the CAXA software built the integral three-dimensional modeling and make the motion simulation to the grading deviceing the ADAMS software,analysis the all level potatoes simulated motion situation,verify the feasibility and reliability of the design and proposed the improving suggestion according to the simulation results. Keywords:potato;combine harvester;separating device;grading device;transmission syste 3 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 目 录 摘 要 ................................................................. 1 Abstract ............................................................... 2 第1章 绪论 ........................................................... 6 第1章 绪论 ........................................................... 6 1.1 前言 ............................................................................................................................................... 6 1.1.1马铃薯种植概况.................................................................................................................... 6 1.1.2马铃薯机械化收获技术与收获机具 .................................................................................... 7 1.2 国内外马铃薯收获机概况及发展现状 .......................................................................................... 7 1.2.1 国外马铃薯收获机的发展现状 ......................................................................................... 7 1.2.2 国内马铃薯收获机的发展现状 ......................................................................................... 9 1.3 本课题研究的意义、内容及 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 .............................................................................................. 12 1.3.1 研究意义........................................................................................................................... 12 1.3.2 研究内容........................................................................................................................... 14 1.3.3 研究方法........................................................................................................................... 15 第2章 马铃薯收获机的总体原理及挖掘部分设计 ............................ 16 2.1 马铃薯的生长农艺特征及收获要求 ....................................................................................... 16 2.1.1 马铃薯的生长农业特征 ................................................................................................... 16 2.1.2 收获要求........................................................................................................................... 16 2.2 马铃薯收获机的整机机构及工作原理 ................................................................................... 16 2.3 辊式摘穗器原理及参数...........................................................................错误～未定义书签。17 2.3.1 圆柱型摘穗辊抓取茎秆条件分析 ................................................................................. 19 2.3.2 圆柱型摘穗辊不抓取果穗条件分析 ............................................................................... 20 2.3.3 圆柱型摘穗辊直径的确定 ............................................................................................... 22 2.4 本章小节 ..................................................................................................................................... 23 第3章 损失实验台设计 ................................................. 24 24 3.1 设计任务 ..................................................................................................................................... 3.1.1 设计目的........................................................................................................................... 24 3.1.2 设计要求........................................................................................................................... 24 3.2 机构总体方案 ............................................................................................................................. 24 3.2.1 机构传动方案................................................................................................................... 24 3.2.2 总体布局........................................................................................................................... 25 3.3 实验台技术设计 ......................................................................................................................... 25 3.3.1 整机功率设计................................................................................................................... 25 3.3.2 电机功率选择................................................................................................................... 26 3.3.3 结构设计与强度校核 ....................................................................................................... 27 3.4设备实物 ........................................................................................................................................ 37 4 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 3.5本章小节 ........................................................................................................................................ 38 第4章 展望 .......................................................... 39 结 论 ................................................................ 41 参考文献 .............................................................. 42 致 谢 ................................................................ 44 附录1................................................................. 45 附录2................................................................. 49 5 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 第1章 绪论 1.1 前言 1.1.1马铃薯种植概况 马铃薯(Solanlum tuberosum L.)是一种一年生草本块茎植物，被称做土豆，洋芋，藩芋，山药蛋，荷兰薯等，在粮食产量排名中仅次于玉米、水稻和小麦而跃居第四位。我国马铃薯栽培始于明朝万历年间(1573~1620年)，已有400多年的栽培历史，现已遍及全国，北起黑龙江，南止海南岛，是一种适宜性强，产量高，营养丰富的宜粮，宜菜，宜饲，宜加工的多用途作物。在1999,2000年期间，全球马铃薯的种植面积每年保持 2在1900万hm左右。根据联合国粮农组织(FAO)的统计，2003年全世界马铃薯种植面积 22[1]为1890万hm，总产为3.1亿t，平均单产16t/hm。近年来，世界马铃薯的种植面积 2一直保持在2000万hm左右，种植马铃薯的国家和地区有150个,主要集中在欧洲和亚 [2]洲，中国、俄罗斯、乌克兰、印度四大生产国占世界种植面积的一半。 在过去的十几年中，中国的马铃薯种植面积呈不断上升的趋势。2005年已达488.09 2万hm，是全世界马铃薯种植面积最大的国家，占全球种植面积的25%以上，占亚洲种植 2面积的60%左右，平均单产14.5t/hm。中国即将成为世界第一马铃薯种植大国，我国仅内蒙、甘肃、云南、贵州和黑龙江五省区种植面积就达全国面积的一半以上。其中内蒙 222大约53.3万hm、甘肃2006年已达54.88万hm、云南2005年达52.84万hm、贵州大 22[2]约50万hm、黑龙江大约46.6万hm。我国马铃薯的种植和栽培反应了我国人民对马铃薯产品的需求和马铃薯生产的强大生命力。我国马铃薯市场潜力巨大，栽培发展迅猛，品种繁多，这一发展趋势与世界马铃薯发展趋势是一致的。目前，就甘肃来说，马铃薯种植面积在全国各省之间排名第一，产量排名第二，成为全国马铃薯生产大省。马铃薯是甘肃省三大粮食作物之一，从上世纪,,年代中期开始，甘肃省将马铃薯产业作为全省农业发展的区域优势产业来抓，在政策、资金、技术等方面重点支持培育，加快了马 2铃薯产业的发展，目前全省常年种植面积50万hm以上，年产鲜薯800多万吨，种植面 22积在0.67万hm以上的县有28个，主产区定西市种植面积达到20万hm，被农业部命名为“马铃薯之乡”。同时，马铃薯产业初步形成甘肃中部、河西、陇南及全省脱毒种 6 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 [3][4]薯繁育供应四大优势区域，优势产区生产面积占全省种植面积的70,以上。 1.1.2马铃薯机械化收获技术与收获机具 在马铃薯生产中,难度最大的要属收获作业,且用工量约占生产总用工量的50%以上,因此要实现马铃薯生产机械化就必须重点解决收获机械化问题。马铃薯的机械收获过程主要包括:挖掘、分离、捡拾、清选、分级和装运等工序。根据收获过程的机械化程度,薯类的收获可分为人工收获、半机械化收获和机械化联合收获三种。机械收获马铃薯的 [45]方法有分别收获法、分段收获法和联合收获法三种。其中分别收获法的工艺路线为挖掘—分离—捡拾—清选;分段收获由两个阶段组成:第一阶段包括挖起土垡、部分分离土块、作物残株和杂质，并将若干行薯块集铺成一个狭窄条铺。收获的第除机割去茎叶，而后用联合收获机一次性挖掘块茎、分离土壤、捡拾块茎并进行集装。不论采用哪一种收获方法，—般对收获技术提出如下要求:高生产率，高质量，薯挟损伤少，工作时消耗及所需的劳力少，与杂质(土块、石块)分离，适在不同土壤工作。马铃薯收获机具经历了挖掘犁、挖掘机和联合收获机的发展历程。目前,我国薯类收获基本上是以人工辅助于挖掘犁进行作业,劳动强度大,生产效率低。且我国开发和运用较广的主要是分段收 [53]获机械，它的作业过程，是割除茎叶 后，用挖掘机从土壤中挖出茎块并初步分离，铺放成条，然后人工捡拾茎块、集中运送。挖掘机主要工作部件是挖掘铲和分离机构，分离机构有升运链式(抖动链式)、抛掷轮式、摆动筛式和滚筒筛式等。目前开发的产品多是摆动筛式，其结构简单，结构和运动参数选择合理，可以获得较高的明薯率。按收获行数分，现有的马铃薯收获机有单行、双行。按与拖拉机动力连结方式分，有牵引式、半悬挂式和悬挂式3种。 1.2 国内外马铃薯收获机概况及发展现状 1.2.1 国外马铃薯收获机的发展现状 国外马铃薯机械化收获起步早、发展快、技术水平高。20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘薯块、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20年代末出现了升运链式和抛掷轮式马铃薯收获机。在20世纪40年代初，前苏联、美国就开始研制、推广应用马铃薯收获机械，50年代末即己实现了机械化。70,80年代，德、英、法、意大 7 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了马铃薯生产机械化。70年代主要是 [5-7]研制大功率自走式根块作物联合收获机，且以收获垄作种植为主。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合收获机的原理制成的双行马铃薯联合收获机，为了加强筛选效果，分离器有四个液压泵带动。 美国在1948年以前用收获机来收获马铃薯，然后人工捡拾，直到1967年，开始使用联合收获机，20世纪80年代初期，联合收获机和分段收获的面积占马铃薯种植面积的85%，其中联合收获已达到50%以上。20世纪90年代，美国已基本实现了马铃薯收获机械化。前苏联是生产马铃薯收获机最早的国家，生产了许多半悬挂式机型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等马铃薯联合收获机，机器体积较庞大笨重，到20世纪90年代初，马铃薯收获机共有16种机型，其中10种是联合收获机，90年代中期，开始生 [8]产自走式联合收获机，其劳动生产率比其它2行收获机提高1,2倍。近年来，欧美的马铃薯收获机型仍然是以大功率机组为主。这些机型只能在大面积土地上使用，不适用于中小地块。有些国家和地区生产一些小型挖掘机械，如意大利的SP100机型为小型垄作收获机械。在亚洲生产马铃薯收获机械的国家较少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年,1965年生产悬挂式的抛掷式和升运链式收获机，70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合收获机，并研制适合日本国情的联合收获机，对于根菜(萝卜、家山药、青芋、胡萝卜等)机械收获的研究从1960年开始，近几年韩国、日本生产了一些小型马铃薯收获机，如韩国高山机械工业公司生产的小型单行和双行土豆、地瓜挖 [33][42-44]掘机械。 从农业机械化发展过程来看，马铃薯收获机械发展较迟缓，只是在近50年才发展到较高水平。在国外马铃薯收获机械中，挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降，而联合收获机得到迅速发展，形成了用联合收获机直接收获，或用挖掘-捡拾装载机加固定分选装置来进行分段收获的两种全面实现收获机械化的配套系统，基本上实现了马铃薯收获机械化。而且，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。像俄罗斯、德国、法国、英国、美国、比利时和日本等国马铃薯收获机械化程度较高，收获机械性能稳定，图1-1所示为德国Jabelmann(嘉博曼)公司生产的马铃薯联合收获机，图1-2所示为比利时AVR公司生产的马铃薯联合收获机。目前， 8 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 国外一些马铃薯收获机械不但生产率高而且将高新技术已融于农具之中，如采用振动、液压技术进行挖掘，采用传感技术控制喂入量、马铃薯传运量及分级装载;采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离以及利用微机进行监控和操作等。 -2 Spirit8200马铃薯收获机 图1-1 EURO-V1400L马铃薯收获机 图1 Fig.1-1 EURO-V1400L potato harvester Fig.1-2 Spirit8200 potato harvester 发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业,发达国家的马铃薯收获已基本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合收获机在自动化控制、薯块分离以及减少薯块损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三A公司、久保田公司等都生产 [52]适合小地块作业的中小型自走式马铃薯收获机。 1.2.2 国内马铃薯收获机的发展现状 我国对马铃薯收获机械的研制虽较早，但发展缓慢，目前处于中小型悬挂式集条收获机的研制推广阶段，所研制机具的技术水平与国外相差甚远。20世纪 60年代初期，我国有关农机部门引进了国外马铃薯收获机，并进行了生产性能试验，力图吸收消化国外技术，开发同类产品，主要引进机型有西德VR-2、波兰RCF-2、英国Johson、瑞士Samro Junior和前苏联KTH-2型马铃薯收获机。之后，黑龙江省研制出了两种集条收获机，并进行了试生产。20世纪60年代中期，马铃薯收获机具的研制工作才逐步发展起来，研究人员在研学原西德、原苏联、日本、瑞士等国外机具的基础上，研制成功了升运链式马铃薯收获机，但由于受当时历史条件的限制，没能实现大面积推广和使用[8]。20世纪70年代，内蒙古农机所研制出了与40.4kW拖拉机配套的4U–1型马铃薯集条收获机，并在当地进行了试点推广。1978年在北京举办的12国展览会上，引进了不少国外马铃薯收获机具厂商参展。其中有西德哈格多恩农机有限公司生产的RM–R型集条收获机，日本东洋农机株式会社生产的TP–2型集条收获机，法国莫罗公司生产的M112 9 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 型集条收获机。其中大型机具的配套动力在30kW以上，生产率为0.312hm2/h。中型机具的配套动力在22,30kW，生产率为0.25hm2/h。小型机具的配套动力在15kW，生产率为0.06,0.16 hm2/h。1979年，12国农机展览会后，国家将全部马铃薯收获机样机都投放在黑龙江省农业机械工程科学研究院，从而为马铃薯收获机的研究工作创造了良好的条件。20世纪80年代，我国又引进了西德RM–R型、瑞士SUPER–B型配套动力为30kw的马铃薯集条收获机[14]。 20世纪90年代，我国薯类产区加大了马铃薯收获机械的研制力度，山西省农机推广站与山西省忻州地区农机推广站、黑龙江省农机推广站与大兴安岭地区农机推广站、河北省农机推广站与河北省围场地区农机推广站、内蒙古农机推广站等地农机部门分别引进了国内外马铃薯收获机械进行演示、选型。其中大型机具有俄罗斯生产的KJIK–2–01型马铃薯联合收获机，意大利生产的SP100型双行集条收获机。小型机具有意大利生产的SP50型、内蒙古包头市农机所研制的4U–12.5型。中型机具有黑龙江生产的4S00–1.2型，内蒙古农机所研制的4U–1型集条收获机，以及内蒙古农业大学研制的4SW–40型收获机[14]，如图1-3所示。20世纪90年代中期，由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用，研制马铃薯收获机已被列入重要日程。而此后，其市场需求旺盛，先后有小型升运链式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放市场，并占据了很大的市场份额。 中国农业机械化研究院在综合国内外马铃薯收获机械的基础上，研制成功了各种型号的马铃薯收获机，如1520型马铃薯收获机、4UL-1型马铃薯联合收获机、4UW-120型马铃薯挖掘机1700型马铃薯联合收获机等多种机型，为我国马铃薯收获机的研制奠定了良好的基础。近年来，我国研制的马铃薯收获机，主要是中小型挖掘机[9-25]为主，如河北省围场农机研究所生产的4VM–1A型，4VW–2A型马铃薯挖掘机，黑龙江齐齐哈尔市建新机械厂研制的4U–2型牵引马铃薯收获机等，如图1-4所示。有些企业出于商业目的，报道马铃薯收获机械工业初试成功的消息。但是就目前我国普遍的动力状况，真正使机具在作业质量过关、性能稳定可靠、推广适用的机型并没有出现[10][24]。目前，国产马铃薯收获机械较成熟的产品主要有两种类型:一是升运链杆条式，该类型机是目前国际通用形式，美国、芬兰、德国、俄罗斯等国大型收获机，日本自走式、韩国 10 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 悬挂式收获机普遍采用该型式，特点是容易实现单双行收获和联合作业。二是栅条摆动 分离筛式收获机，该类型机是意大利、日本的早期结构型式，不易实现双行收获和联合作业。以上两类型机也有不足之处，就是只能实现挖掘、土壤分离和集条功能，还不能完成排石、去秧、集箱或直接装车等功能[9]。最近几年，我国马铃薯联合收获机械的，研制也取得了一定的进展黑龙江省伊春市农业技术推广中心农机科研 所成功研制了4UL-2型马铃薯联合收获机(样机)，该机可一次完成土薯挖掘、碎土分离、清秧除杂、升运卸薯装车作业，于2004年9月通过鉴定，但未进行推广。现代农装北方(北京)农业机械有限公司生产的1650型带臂式联合收获机(图1-5)，采用机、电、液一体化技术，配置浮动挖掘机构，对地仿形，确保挖掘深度，一次完成切沟、挖 11 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 掘、输送分离、茎蔓清除，集中装车作业，也可根据收获要求侧面输出。该机在挖掘时须有一运输车跟随，而且地头、地边作业困难，只能适用于大面积收获。 1.3 本课题研究的意义、内容及方法 1.3.1 研究意义 [1]马铃薯是全球继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物，它作为一种粮食作物在同等条件下其单位面积蛋白质产量分别是小麦的2倍，水稻的1.3倍，玉米的1.2倍;所含VC是苹果的10倍，VB是苹果的4倍;其它各种矿物质含量是苹果的10倍以[2]。因此，在日常生活中，以马铃薯为原料的食品已成为时尚。马铃薯不但营养齐全而且结构合理尤其是蛋白质的分子结构与人体的蛋白质分子结构基本一致极易被人体吸收利用，其吸收利用率几乎达到100%，此外马铃薯还含有其它粮食作物中所没有的胡萝卜素和抗坏血酸，因此营养学家说“马铃薯是十全十美的全价营养食物”[3]。 马铃薯除了上述的营养价值之外它在工业领域也已成为不可或缺的重要原料，尤其是它的精淀粉、变性淀粉等深加工产品在纺织、印染、造纸、医药、化工、建材和石油钻探等领域也都显示出极高的利用价值[4]，可以制成添加剂、增强剂、黏结剂、稳定剂等，在有些时候它还可以用来生产酵母、多种酶、维生素、人造血液等产品。马铃薯独特的自然属性和优越的经济社会条件，使它的相关产业也成为全球的朝阳产业[5]。从长远看马铃薯产业的发展空间很大，前景非常广阔。据世界马铃薯中心研究表明:在世界范围内对马铃薯的需求到2020年将有望增长20%，超过水稻、小麦、玉米的增长，届时发展中国家对马铃薯的需求将是2000年的2倍，几乎占全球总产量的一半[6]。随着市场对马铃薯需求的不断增加，马铃薯的产业化，机械化种植、收获、深加工机械已经成为各国的重要课题。 目前我国马铃薯种植面积正在接近蔬菜种植面积，达500万hm2，年总产量近8000万吨，已成为世界马铃薯生产大国，机械化作业是社会发展的必然趋势。 1)马铃薯收获是时间紧，耗工多的一项作业。由于马铃薯生长期仅80,90天，集中种植区多在我国北部，气候寒冷，无霜期短，如收获过早，生长期不够，干物质积累少，影响产量和质量，如收获过晚，易遇霜冻，造成更大损失。而目前马铃薯收获主要靠人畜力，效率低，使收获期拖长，造成减产，严重制约马铃薯生产的稳定发展和效益 12 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 的发挥。因此，稳定、扩大马铃薯种植而积，提高单位面积产量，促进生产发展，必须采用机械化收获[24]。 2)马铃薯机械化收获是产业化发展的需要。要发展马铃薯产业，首先应实现马铃薯种植及收获机械化，马铃薯种植及收获机械化离不开性能优良的收获机械，因此研发适合我国农艺种植要求的新机具，尤其是马铃薯联合收获机械，显得尤为重要[6]。2005年8月省人民政府和中国农业科学院签订了马铃薯产业科技合作 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，这标志着甘肃省马铃薯产业发展迈上新台阶。但甘肃马铃薯种植、中耕作业以及收获机械化落后，机械化水平达不到1%的水平，严重制约着甘肃马铃薯产业的进一步发展。解决这些问题，把这一特色产业做大做强，就必须依靠科技，把先进的科学实用技术运用到马铃薯的育种、种植、加工等生产环节，延长产业链、提高产品附加值，真正使科学技术成果转化为现实生产力，促进农民增收得实惠、农业发展有后劲。 3)随着人力成本的提高、大量农村劳动力向城市转移、我国城市化进程的加快、劳动力的的减少经以及成本的提高等，因此马铃薯种植区急需机械化作业代替人工作业。甘肃是全国马铃薯的主要产区，但98%以上的马铃薯种植和收获仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻开沟点种和收获等原始的生产方式进行作业，存在着劳动强度大，费时费工，损失率高，不便贮藏等缺点[5]，甘肃定西为国家级马铃薯之乡，但其机械化水平仅为1%，大部分收获完全靠人工作业方式，作业手段落后，劳动强度大，生产效率低，有时在冬季封冻之前不能完成收获作业，给马铃薯种植户造成很大的经济损失。因此，马铃薯种植区急切需求能够适应种植区气候、土壤、环境、作物等特点的马铃薯联合收获机械。 4)当前，马铃薯收获多采用犁翻人捡，费工、费时，漏薯和伤薯现象严重，制约了农民种植的积极性。马铃薯收获的难题是马铃薯的掘出、集中、分捡(需回收2遍)，为了扩大马铃薯生产的规模，需走机械化发展的道路。我国虽然有十几家马铃薯收获机的科研、生产单位，研制生产出了不同类型的马铃薯收获机械，但其明薯率低、伤薯率较高，劳动强度大，费时费力，输送系统的工作性能直接影响着这些重要指标，因此，对输送系统等部件进行机理研究具有现实意义。 5)提高分离率，降低伤薯率以及劳动强度的重点是输送系统的结构和输送工作诸机理的研究，包括输送性能与运动参数分析，参数优化设计。因此，在现有机型基础上不 13 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 断攻关完善，对输送系统的工作机理进行分析研究，对影响工作性能的运动和结构参数进行优化，以提高分离率，减少伤薯率，降低劳动强度，具有现实应用的意义。 6)我国马铃薯种植面积大幅攀升，这对我国马铃薯收获机械生产无疑是一个非常好的机遇，近几年各个行业对马铃薯的需求不断增加，随着全国农业机械化步伐的加快，马铃薯机械化生产的程度要求进一步提高，由此可以看出，马铃薯收获机械还存在巨大的发展空间。 1.3.2 研究内容 针对国内外马铃薯收获机械的主要问题，研制出一种挖掘、分离、输送等为一体的马铃薯收获机械。对整个机械的机架、行走、传动、分离各部分进行研究设计，并使之能达到既定目的。 本论文主要对机架、行走部分进行相应的理论分析与计算，以确定尺寸，完成初步设计。我国马铃薯收获机械技术的研究开发已有几十年的历史，但水平相对较低，制约 [22]我国马铃薯收获机械发展的因素主要有以下几方面: (1)块茎收获所要求的机具技术难度大，结构复杂，满足生产需求困难大。 (2)配套动力不能满足机具应用要求。 (3)马铃薯种植方式多样化。在种植方式上有垄作、平作;在作物定植上，行距、株距不一;在使用中机组进地行走难和对行作业难等问题，影响作业质量和效果。 (4)我国日前还没有标准的马铃薯收获机械试验方法和标准。 (5)马铃薯收获机的机理研究和系统的理论欠缺，研究手段相对落后。 针对以上问题，必须在薯块输送工作性能方面有所突破，使其达到功耗小，适应性强、效率高、耐用性强，在满足损伤率和丢失率等农业要求的前提下，降低劳动强度，达到机械化收获的目的。 1)马铃薯机械化收获理论研究。 2)减少机具阻力。 3)马铃薯柔性输送系统的研究。薯块在输送过程中极易伤害表皮，对储存极为不利，因此需在输送过程中研究应用新结构、新 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，避免在薯块输送过程中损伤马铃薯。 14 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 1.3.3 研究方法 1)通过查阅文献资料，吸收并借鉴部分马铃薯收获机械及其它收获机械输送系统的 成功之处，研究并确定马铃薯联合收获机分离输送系统的主要参数。 2)对输送系统各主要机构进行设计，并分析确定主要参数。 3)主要技术路线如下: 文献检索 调研综合分析 提出预设计方案 确定主要参数 绘制图样结构 完善设计 15 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 第2章 马铃薯收获机的总体原理及挖掘部分设计 2.1 马铃薯的生长农艺特征及收获要求 2.1.1 马铃薯的生长农业特征 马铃薯成熟块茎一般生长在5,20cm的土层。块茎的生长宽度一般为400cm左右。马铃薯块茎地下分布情况如图2-1。 2.1.2 收获要求 (1)挖掘深度 应该满足农艺要求,即机具的挖掘深度应该 大于马铃薯的种植深度,如果机具的挖掘深度小 于种植深度,必定造成马铃薯的漏挖与损伤。一 般挖掘深度为:15,25cm。 (2)明薯率、挖净率与伤薯率 明薯率:是说明马铃薯的收获率。这里值得 说明的是有些马铃薯一部分露在外面，另一部分 则埋在土里，属于明薯还是暗薯不好判定。所以 在测试时我们规定露在外观的马铃薯?1/4时为 明薯，否则为暗薯。 漏挖薯:是机具未挖出的马铃薯:它也是机具造成的损失，明薯、埋薯拣拾干净后用人工找出机器没有挖掘出来的残留薯块。 损伤薯:从明薯、埋薯、漏挖薯中所有伤薯。根据GB5262农业机械试验条件，马铃薯收获机的作业标准为:明薯率?96%、伤薯率?6%、挖净率?97%较为合适。 2.2 马铃薯收获机的整机机构及工作原理 该机有拖拉机牵引，通过拖拉机动力输出轴、伸缩万向节和减速器箱输出轴的两端分别将动力传给拨土轮和分离器的中间旋齿，中间旋齿在通过链轮再传动到其它各旋齿，再由前后旋齿轴分别带动喂入轮和升运链。分离器的四组旋齿交错排 16 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 列，各组旋齿的相位差为90度，齿距为18mm。 机器的起落有拖拉机的液压悬挂装置控制。工作时液压悬挂处于浮动位置，通过调节限深轮的高低位置控制挖掘铲的入土深度。 工作时，薯块和土壤沿挖掘铲上升并向后移动，借助拨土轮、喂入轮的作用，送入旋齿分离机构，再旋齿的作用下，被破碎的土壤从旋齿间漏下，薯块及部分硬土块顺次经各旋齿送至升运链，由升运链送入薯箱，然后靠其重量自动放堆。 17 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 2.3 挖掘部件的设计 挖掘部件主要由挖掘铲、铲架、仿形镇压轮、深度调节杆和挖掘头架等组成，如图2-3所示。其中h表示挖掘的深度，可通过调整深度调整组件对挖掘的深度进行控制，l为仿形镇压轮对挖掘铲的提前量(一般为马铃薯株距的0.5,1.5倍)，它的作用是为 [28]了消除马铃薯块茎上面土壤的膨胀对挖掘铲入土的影响。 18 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 2.3.1 挖掘铲的设计 挖掘铲的任务是以带最少的泥土挖掘薯块、捡拾块茎，并尽可能使土壤松碎，把掘起物送到它后面的分离装置上，并要求在克服各种阻力时消耗的能量最少。要在不同的 [30,35]土壤条件和湿度下圆满地完成这一任务或与它有关的各项任务是非常困难的。 为了满足各项技术要求，该联合收获机采用了组合式挖掘部件，由三角挖掘铲、铲架、分石栅、切土盘组成。挖掘铲刚性的固定在挖掘头上，切土盘通过调整固定杆与挖掘头架的相对位置实现切土深度调整。 三角挖掘铲结构简单，制造工艺少。被广泛的应用于马铃薯挖掘中。铲面由三片挖掘铲组成，刚性的固定在铲架上，各铲之间留有滑草间隙。 挖掘铲的主要参数有:刃切口夹角θ、挖掘铲与地面的夹角α、铲的长度L、铲的 [28][36,39]宽度B，如图2-4所示。 选择挖掘铲刃口夹角的值必须使杂草和茎秆都能滑离铲刃。使茎秆滑离刃口的力如 19 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 图2-4(c)所示，它必须满足下列不等式: 式中 R——作用于铲刃的阻力(N); 1 μ——茎秆对钢的摩擦系数;0.850.9 1 11 μ=tgφ??。 2.3.2 圆柱型摘穗辊不抓取果穗条件分析 果穗与摘辊初始接触时受力情况与茎秆和摘辊初始接触时受力情况相似。 图2-7果穗不被抓取条件 NTgg同样将果穗端部所受摘辊支反力和抓取力进行水平、竖直分解得到两个力的 Ngx水平分力和，见图2-7。如要满足摘辊不抓取果穗则应有:。 即:， ——摘辊对果穗的起始抓取角。 20 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 因为， ——摘辊对果穗的抓取系数。 将以上两式进行整理有:， 即: (2,3) 与(2,2)式相同得: (2,4) ——果穗大端直径。 因此摘辊不抓取果穗的条件是:摘辊对果穗的起始抓起角的正切值应 大于摘辊对果穗的抓取系数。 21 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 2.3.3 圆柱型摘穗辊直径的确定 由(2,2)式和(2,4)式，得出圆柱型摘穗辊抓取茎秆而不抓取果穗的条件是: 即: (2,5) 摘辊对果穗与茎秆的抓取系数及因摘辊的材料、表面形状、茎秆材料、果穗苞叶等材料不同而不同，但一般情况下可以认为:。所以 ,,ddddjg,,D111,1,22,，1,，1jj摘穗辊直径应满足的条件为: (2,6) 由上式不难看出，随着摘穗辊抓取系数的增大，摘辊直径逐渐减小，一般,,0.6,1j 。为了减轻收获机割台重量、减小结构尺寸，在获得理想的摘穗效果的前 ,,0.5j提下，希望摘穗辊直径越小越好。但是圆柱型光摘穗辊抓取系数较小，一般 。所以计算圆柱型摘穗辊直径时抓取系数取0.5。为使摘穗辊具有较强的抓取系数，可在摘穗辊表面上附螺旋凸棱(有的还配有摘穗钩)或者将摘穗辊表面做成各种形状，此时摘穗辊抓取系数可以达到1.0。因而在设计表面具有凸棱或其他形状的摘穗辊时，可以取抓取系数为1.0。本研究所用摘穗辊为表面附有凸棱(配有摘穗钩)的摘穗辊，因此 ,,1j计算摘穗辊直径时取.0。 由摘穗辊直径所满足的条件还可以看出:当摘穗辊抓取系数一定的条件下，摘穗辊直径随摘穗辊间隙的增加而减小。一般玉米收获机要求摘穗辊间隙可调。所以计算摘穗辊直径上限时按摘穗辊间隙最大时处理，计算摘穗辊下限时按摘穗辊最小间隙处理。同时摘穗辊直径还应满足摘穗辊能够抓取最小茎秆而不抓取最小果穗。由此确定的摘穗辊 22 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 18,545,10,D,111,1,221，11，1直径为:。 计算得:。 由此计算确定出摘穗辊的直径。 2.4 本章小节 本章对现有摘穗器进行了分类，并对各摘穗器工作性能做了简要介绍。运用圆柱型辊轧理论推导了辊式摘穗器工作原理及摘穗辊直径。 23 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 第3章 损失实验台设计 3.1 设计任务 3.1.1 设计目的 纵卧辊式玉米收获机普遍存在摘穗啃伤问题，虽然诸多收获机厂家、科研单位都在进行这方面的研究，但到目前为止还没有任何一家单位针对摘穗啃伤问题进行定量考察，确定螺旋凸棱式摘穗辊对果穗的啃伤程度。为解决上述问题，本研究拟设计纵卧辊式玉米摘穗实验台。 3.1.2 设计要求 本实验台是为考察纵卧式摘穗辊在摘穗过程中对果穗啃伤的影响。因此要求实验台能够试验各种纵卧式摘穗辊。实验台设计试验摘穗辊长度变化范围为500mm,1200mm;直径变化范围为70mm,105mm;辊子速度变化范围为500r/min,1200r/min;摘穗辊水平面倾角变化范围为25?,40?;摘穗辊螺旋凸棱高度不大于12mm;摘穗辊两轴水平间距调节范围为75mm,145mm;摘穗辊两轴竖直间距调节范围为0,40mm。 实验台要求能装配扭拒传感器、速度传感器，随时输出摘穗辊扭拒和转速，且工作可靠、结构简单、成本低、便于调整和维修。 3.2 机构总体方案 3.2.1 机构传动方案 图3-1传动方案简图 24 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 本机构中的两个摘穗辊采用两台电动机分别驱动，且在一个电机与一个摘穗辊之间联结扭拒传感器和速度传感器。具体传动方案简图见图3-1。 3.2.2 总体布局 实验台主要由底座、机架、电动机、传动机构、摘穗辊等组成。具体结构布置见图3-2。实验台电器控制系统与实验台分离。 图3-2纵卧辊式玉米摘穗实验台结构图 1底座 2机架 3电机一总成 4摘穗辊 5电机二总成 6传感器 7传动机构 3.3 实验台技术设计 3.3.1 整机功率设计 据统计，正常工作时一对摘穗辊平均消耗功率N为1.1—1.25kW。但实际工作中收获机的喂入量是不断变化的，所以正常工作时摘穗辊的最大扭拒M约为平均扭矩的2到1 2.12倍，当摘穗辊堵塞时扭拒M约为平均扭矩的3.5倍。所以当设计摘穗辊转速在2 500r/min~1200r/min时，摘穗辊正常工作扭拒范围应为: 1.1M,9549，,8.75111200Nm 1.25M,9549，,23.8712500Nm 25 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 M11——摘穗辊正常工作时最小扭拒，单位Nm; M12——摘穗辊正常工作时最大扭拒，单位Nm; 由于实验台是为考察玉米摘穗啃伤情况的室内试验设备，不存在摘辊堵塞问题，所以设计摘穗辊扭拒为摘穗辊正常工作扭拒的2.12倍即可。 M,(8.75Nm~23.87)，2.12,18.55Nm~50.60NmM00——实验台设计摘穗辊扭拒范围，单位Nm; 所以实验台每根摘穗辊扭拒变化范围为: M18.55Nm~50.60NM，，0M,,,9.28Nm~25.30Nm22 M——实验台设计每根摘穗辊扭拒范围，单位Nm。 3.3.2 电机功率选择 因为实验台采用两台电动机分别带动两个摘穗辊，所以每台电机最低输出功率达到0.625kW即可。普通电机在基频以下变频时是保持转矩不变，功率下降;功率下降基本与改变频率成正比(即与转速成正比)。所以电机额定功率应远大于0.625kW。根据机械设计手册提供的资料，拟选6级三相异步电动机，转数为960r/min 。所以当摘穗辊转速变为500r/min时，电动机转速应为500r/min，为保持电机输出扭拒不变，此时电机输出功率应达到0.625kW;当摘穗辊转速达到1200 r/min时，电机转速为额定转速(960r/min)。此时电机额定功率应为1.5 kW。因实验室现有两台6级三相异步电动机Y2,112M,6(功率为2.2kW)和Y2,132S,6(功率为3.0kW)，考虑充分利用实验室设备、节约成本，实验台采用现有Y2,112M,6和Y2,132S,6两台电机。电机实际功率分别为: 16P,0.19875，,2.1211.5kW ; 16P,0.28，,2.98621.5kW; 26 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 如表3-1 电机参数 满 载 时 额定功同步转转动惯重 转速 效功率因型 号 率 速 量 量 额定电流 2r.min率 数 kW r.min-1 kg.m kg A -1 % cosφ Y112M80.2.2 5.6 960 0.74 1000 0.0138 45 -6 5 3.3.3 结构设计与强度校核 1、带传动设计 普通V型带具有两侧与轮槽附着较好，当量摩擦因数较大，允许包角小，传动比较 大，中心距较小，预紧力较小，传动功率大的特点，因此本设计采用普通V型带传动。 具体计算内容如下: n1200r/min1,,1.25n960r/min2传动比i= ,k,1.1dA?计算设计功率:，由，故。 P,1.8kwn,600r/min~1200r/mind1?带型选择:根据，，初步选用A型。 ?选取带轮基准直径d和d，取d,90mm d1d2d1 n12001由 ，，，，d,d1,,,，90，1,0.01,111.375mmd2d1960n2 d,112mm,,0.01d2查表有，取。 dn,，90，1200,d11?验算带速v:，在5m/s,25m/s范围内，合,,,5.7m/s,60，100060，1000 适。 Ld?确定中心距a和基准长度: ，，，，a,320mm0.7d，d,a,2d，d0d1d20d1d2初选中心距，符合。 27 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 141.4mm,a,404mm0即:; 带长: 22d,d，，112,90,,，，dd21，，，，L,2a，d，d，,2，320，90，112，,957.52mmddd001224a24，3200 L,1100mmd对A型带选用基准长度，然后计算实际中心距: Ld，d，，,110090，112，，,dd1d2A,,,,,195.715mm4848 22d,d，，112,90，，dd21B,,,60.5mm88 22a,A，A,B,195.715，195.715,60.5,391.3mm a,400mm这里取。 ,1?小带轮包角: dd,112,90d2d1。 ,,180:,，57.3:,180:,，57.3:,176.40:,120:1a350 ?确定带的根数Z: ,,0.93kw,,,0.06,,5.7m/s11由i=1.25，，得，， k,0.99,,176.40:,1因，查得; L,1100mmk,0.91dl因，查得; ,,1.8ddZ带的根数:; ,,,,2.02，，，，,,kk,,，,,0.93，0.06，0.99，0.9111,l Z,2考虑到试验摘辊输入功率是正常工作的2倍，所以取。 F0?确定初拉力: 单根普通V型带的初拉力为: 28 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 2.5,k,，，2.5,0.99，1.8，，,22d。 F,500，，q,,500，，0.1，5.7,123.7N0kZ0.99，2，5.7,, FQ?计算压轴力: ,176.4:1压轴力:。 F,2，Z，F，sin,2，2，123.7，sin,,494.6NQ022 2、带轮设计 在无特殊要求情况下带轮材料通常选用灰铸铁(HT150，HT200)，因带轮承载能力 小，故采用普通A型实心轮设计。 3、轮与轴采用普通平键连接 根据机械设计手册普通平键连接得挤压强度条件: TT24,,,,,p,,DklDhl(MPa) 式中:T——传递的转矩，Nmm; D——轴的直径，mm; K——键与轮槽的接触高度，mm; H——键的高度，mm, h=2k; bl,L,ll,L,b2——键的工作长度，mm,(A型,C型); B——键的宽度，mm; ,,,[]——许用挤压应力，MPa， ,,,查表有铸铁键在轻微冲击下[]=40 MPa。 2,,,,,,,,90Dbl,由键的剪切强度理论有:(MPa),查表有MPa。(1)电动机Y2 ,132S,6与带轮采用C型普通平键联接 按一般键连接查手册有，L=50; b，h,10，8 29 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 TT24,,,,,p,,DklDhl由挤压强度条件:， 2T4T4，23000即。 ,,,,,,,1.3MPa,,,40MPap,,DklDhl38，8，45 2,,,,,,Dbl由剪切强度条件:， 2,2，23000即。 ,,,,,,2.3MPa,,,90MPa,Dbl38，10，45 (2)电动机Y2,112M,6与带轮采用C型普通平键联接 按一般键连接查手册有,L=40; b，h,8，7 TT24,,,,,p,,DklDhl由挤压强度条件:， 2T4T4，23000即。 ,,,,,,,13.1MPa,,,40MPap,,DklDhl28，7，36 2,,,,,,Dbl由剪切强度条件:， 2,2，23000即。 ,,,,,,5.7MPa,,,90MPa,Dbl28，8，36 (3)带轮与传动轴采用C型普通平键联接 按一般键连接查手册有,L=40; b，h,8，7 TT24,,,,,p,,DklDhl由挤压强度条件， 2T4T4，23000即。 ,,,,,,,14.6MPa,,,40MPap,,DklDhl25，7，36 2,,,,,,Dbl由剪切强度条件:， 2,2，23000即。 ,,,,,,6.4MPa,,,90MPa,Dbl25，8，36 (4)联轴器与传动轴之间采用C型普通平键联接 TT24,,,,,p,,DklDhl按一般键连接查手册有,L=25;由挤压强度条件， b，h,6，6 30 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 2T4T4，23000即。 ,,,,,,,38.72MPa,,,40MPap,,DklDhl18，6，22 2,,,,,,Dbl由剪切强度条件:， 2,2，23000即。 ,,,,,,19.36MPa,,,90MPa,Dbl18，6，22 4、轴设计 69.55，10,,按经验公式初步估算轴径:; d,,C,,0.2，,nn, ,1.5d,C,106,14.39mmn600选择45钢，则有;每加一个键槽d值应曾大5,， 设计最小轴径25mm。 选择轴的材料为45钢，根据初步确定的轴上各部分尺寸和结构绘制空间受力简图， 将简化到轴上的力分解成水平力和垂直力，求出轴承处的支持反力;绘出弯矩图、转矩 图，计算当量弯矩;判断危险剖面，按弯扭组合理论对轴的危险剖面进行校核。 (1)对传动轴1进行强度校核。 ?由带轮的设计求得，带轮的压轴力: ,176.4:1， F,2，Z，F，sin,2，2，123.7，sin,494.6NQ022 F,495NqF,500N这里取。收摘玉米时摘辊轴所受的铅直拉力按计算， P1.8此时转矩:。 T,9550，,9550，,28.65N.mn600 ?求支座反力 ,M,0B在铅直面内有:,100，F，465，F,F，550,0, QC F，550,100，F500，550,100，495Q则; F,,,485NC465465 ,M,0C,565，F,465，F,F，85,0;QB 31 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 ,F，85，565，F,500，85，565，495Q。 F,,,510NB465465 ?做弯矩图 在铅直面内B点有:; M,,F，100,,495，100,,49500N.mm,,49.5N.mBQ 在C点有:。 M,,F，85,,500，85,,42500N.mm,,42.5N.mC ?画扭矩图。 (a)结构简图 (b)受力分析 (c)水平面受力 (d)水平面垮距图 (e)转距图 图3-3传动轴1载荷分析 32 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 ?按轴的弯扭组合强度校核 ,,1因轴单向工作，考虑到该轴无规律加载且有冲击，取。 22,M，T，，,,,,,,e,,W,1查表得:[]=[]=55Mpa,根据公式， 2222,M，T49500，1，28650，，，，安全。 ,,,,36.6MPa,,,,,55MPae3W0.1，25 (2)对传动轴2进行强度校核 ?由带轮的设计求得，带轮的压轴力: ,176.4:1， F,2，Z，F，sin,2，2，123.7，sin,494.6NQ022 P1.8F,495Nq这里取，计算转矩。 T,9550，,9550，,28.65N.mn600?求支座反力 ,M,0B在铅直面内有:,, 125，F,60，F,0qC 125，F125，495q则; F,,,1031.25NC6060 ,M,0C,， 185，F,60，F,0qB 185，F185，495q。 F,,,1526.25NB6060 ?做弯矩图 铅直面内B点有: M,(,F)，125,(,495)，125,,49500N.mm,,61.875N.mBq (a)结构草图 33 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 (b)受力简图 (c)水平面受力 (d)水平面弯距图 (e) 转距图 图3-4传动轴二载荷分析图 ?画扭矩图 ?按轴的弯扭组合强度校核 ,,1该轴单向工作，考虑到该轴无规律加载且有冲击，取。 22,M，T，，,,,,,,e,,W,1查表得:[]=[]=55Mpa,根据公式， 2222,M，T61875，1，28650，，，，即:安全。 ,,,,43.64MPa,,,,,55MPae3W0.1，25 (3)对传动轴3进行强度校核 F,500N?此轴只受摘穗辊的铅直拉力， P1.8计算转矩:。 T,9550，,9550，,28.65N.mn600 34 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 ?求支座反力 ,M,0B,, 在铅直面内有:60，F,F，115,0C 115，F115，500则; F,,,958.3NC6060 55，F55，500,M,0C,，， (,55)，F，60，F,0F,,,458.3NBB6060?做弯矩图 铅直面内B点有:。 M,(,F)，60,(,458.3)，60,,27500N.mm,,27.5N.mCB ?画扭矩图 ?按轴的弯扭组合强度校核 ,,1因轴单向工作，考虑到该轴无规律加载且有冲击，取。 22,M，T，，,,,,,,e,,W,1查表得[]=[]=55Mpa,根据公式， 2222,M，T27500，1，28650，，，，即:安全。 ,,,,25.42MPa,,,,,55MPae3W0.1，25 (a)结构草图 (b)受力简图 35 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 (c)水平受力 (d)水平面弯距图 (e)转距图 图3-5传动轴三载荷分析图 图3,5传动轴3载荷分析图 5、轴承选择及校核 考虑到总体结构及布局的影响选择带菱形座外球面球轴承(带顶丝)，带座轴承代 号UCFLU205。 P,R由轴的设计计算知实验台轴承仅承受径向力，所以轴承的当量动载荷,在这里 P,R,1526.25N取R的最大值，即。 ,6fC10,,tL,,,h1060nP,,用公式h进行计算。 :f,1120Ct由于此试验设备工作温度不高于，所以这里。查机械设计手册有 C,10.8kN; ,366fC101010800,,,,t则h， L,,,4921,,,,h10nP6060，12001526.25,,,, ,L,4921h,L,3000h10h10h，故205轴承适用。 36 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 6、联轴器的选择 实验台需要装配扭拒传感器。为降低干扰弯拒对传感器的影响，需要采用挠性、弹性或万向节联轴器，保证同心度?0.1mm。而LT型联轴器具有定量补偿两轴相对偏移，一般减振、缓冲、电绝缘，外形尺寸较小，重量较轻，承载能力较大，安装精度高等优点，所以本实验台选用LT3型联轴器。 7、控制系统设计 2两台电机购买相同型号的电缆，规格为4×2.5mm，考虑安装位置L=20m。变频器选用台达电器生产的产品。由于该系列变频器没有3.0kW的型号，故选择使用3.7kW的变频器，具体型号为VFD037M43A和VFD022M21A两台。主回路上还安装了空气开关和交流接触器等;变频接线、定时器配线及手动正反转转换开关等见二次接线图。配电控制箱采用与主机分离设置。 8、机架采用焊接工艺 由于机架材料为低碳纲，具有良好的可焊性，且单件生产，所以选用E4303(J422)焊条，进行手弧焊。焊缝应平整，不允许有裂纹、夹渣、烧穿、脱焊及影响机械强度的焊接缺陷。 3.4设备实物 设计的纵卧辊式玉米摘穗试验台外观见图3-6。 图3-6 纵卧辊式玉米摘穗实验台 37 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 3.5本章小节 本章根据棕卧辊式玉米收获机摘穗啃伤等问题，进行了研究设计。并且提出了相应的方案来解决以上问题。 38 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 第4章 展望 玉米机收是一个系统的工程，不但与玉米收获机的工作性能有关，而且与玉米种植情况、经济发展、国家政策等也有直接的关系。仅玉米收获机本身也存在许多影响玉米收获质量的因素，如收获机类型、摘穗器种类、机具功率等。本论文工作只对卧辊式玉米收获机的工作性能进行了田间试验。在实验台实验方面也只考察了摘穗辊形式、转速、摘辊倾角、摘辊轴竖直间隙对果穗啃伤的影响。然而实际中为了改进玉米收获机工作性能，还需要做许多工作。例如: (1)对不同摘穗器的玉米收获机进行田间试验，考察各种摘穗器对玉米摘穗啃伤的影响，同时考察各种摘穗器的综合性能。 (2)对不同玉米产区收获期籽粒含水率、植株特征进行深入探讨，并针对不同玉米产区具体情况进行收获机的改进设计。 (3)尝试用其他摘穗方式避免辊式摘穗机构的摘穗啃伤问题。 (4)将改进后的摘穗辊进行田间试验，考察其田间应用效果。 (5)对螺旋凸棱式摘穗辊的具体参数(摘穗辊根圆直径、凸棱高、螺距等)进行进一步探讨，降低摘穗啃伤程度。 (6)对纵卧辊式玉米收获机整机结构进行优化，减小割台尺寸，使其更具灵活性。 (7)采用仿生技术对摘穗辊凸棱形状、尺寸及分布形式进行减小摘穗损伤的设计和试验研究，利用生物摩擦学和仿生摩擦学基本原理，探索玉米收获过程中的生物摩擦学行为，进行减小摘穗损伤的仿生摩擦学技术研究。 (8)立辊式割台是本课题自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的核心部件,本文对立式割台的主要部件进行了系统的深刻的理论分析,提供了立式割台主要结构参数选择的依据,并进行了大量的田间试验验证。 (9)利用自行研制的试验台对玉米摘穗过程进行了试验研究,为玉米收获机研究设计提供依据。 采用理论分析与试验研究相结合的方法对立辊式割台的主要零部件的参数和结构进行了设计。 (10)依据玉米植株折断临界角试验结果,分析确定了分禾器的主要参数,提高了分禾器的分禾、扶禾能力;采用往复式切割器提高了行距的适应性;对夹持输送链进行了速 39 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 度、性能分析,并提出现有装置的不足和设想;在先前研究的基础上,分析总结了与立式茎杆切碎装置相配置的立式摘穗辊主要参数的选择依据及应用范围。 (11)在玉米收获季节,将该装置应用到自走式玉米收获机上进行了大量的田间试验。结果表明,立式割台的各项指标均达到任务书要求,具有优良的作业性能,对不同行距的玉米收获具有良好的适应性。 对玉米摘穗过程进行了试验研究,测试了摘穗时所需的扭 40 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 结 论 本文研究了玉米收获损失进行了研究并且对纵卧辊式玉米实验台进行了设计得出以下结论: (1)介绍了国内外玉米种植情况、玉米机收水平。概括分析了影响我国玉米机械化收获的因素及我国实施玉米机械化收获的必然性。 (2)对玉米收获工艺及玉米收获机类型进行了介绍，并阐述了不同收获机收获工艺、适应性、摘穗器类型及工作原理。通过运用圆柱型辊轧理论确定圆柱形摘穗辊摘取果穗的条件，推导了圆柱形摘穗辊的工作原理，并确定出圆柱形摘穗辊的主要参数直径的范围为45,120mm。 (3)对玉米收获机收获损失试验台进行了设计。 41 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 参考文献 [1] 刘喜群.玉米收获机械化浅谈.山西农机:学术版,2002. 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Transactions of the ASAE, 1983. 43 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 致 谢 本论文在选题、具体研究工作和论文撰写过程中始终得到导师李老师的精心指导。导师所给予的科学指导和耐心教诲以及在生活上的关爱，学生永远铭记。导师渊博的学识、严谨的治学态度、敏锐的科学洞察力、勤奋的求知精神、精湛的表达能力使学生深受教益，学生在研究生生活中的成长凝聚着老师无私的心血。在此谨向敬爱的导师表示最衷心的感谢～ 感谢佳木斯大学机械工程学院的老师为作者提供了优越学习环境和先进实验设备，使我顺利完成论文工作。三年来，从实验室各位老师身上学到的科学知识和治学态度将成为我人生路上宝贵的精神财富。在此，谨向关怀和帮助过我的各位老师及同学表示衷心的感谢。 在论文研究工作中，佳木斯大学机械工程学院的老师和同学给予了多方面指点，在此表示衷心的感谢。衷心感谢我的家人，是他们的大力支持使我完成学业～同时也向参加本论文评阅和答辩工作的专家们致以衷心的感谢～ 44 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 附录1 机械零件设计 设计任何机械零件的理想情况为，工程师可以用大量的他所选用的这种材料的强度试验数据。这些实验应该采用与所设计的零件有相同的热处理，表面光洁度和尺寸大小的试件进行，而且试验应该在与零件使用过程中承受的载荷完全相同的情况下进行。这表明，如果零件将要承受弯曲载荷，那么就应该进行弯曲载荷实验。如果零件将要承受弯曲和扭转的复合载荷，那么就应该进行弯曲和扭转的复合实验。这些种类的试验可以提供非常游泳和精确的数据。它们可以告诉工程师应该使用的安全系数和对于给顶的使用寿命的可靠性。在设计工作中，只要能够获得这种数据，工程师就可以尽可能好的进行设计工作。 如果零件的失效可能会危害人的生命安全，或者零件有足够大的产量，则在设计前收集这样的数据所花费的费用是值得的。例如，汽车和冰箱的零件产量非常大，可以在生产之前对它们进行大量的实验，使其具有较高的可靠性能。如果把进行这些试验的费用摊到所生产的零件上的话，则每一个零件的费用是非常低的。 你可以对下列四类的设计作出评价: 1.零件的失效可能危害人的生命安全，或者零件的产量非常大，为此在设计时安排一个完善的试验程序是被认为合理的。 2.零件的产量足够大，可以进行适当的系列试验。 3.零件的产量非常小，以至于进行试验根本不合算;或者要求很快完成设计，以至于么有足够的时间进行试验。 4.零件已经完成设计、制造和试验，但结果不能令人满意。这时候需要采用分析法来弄清楚不能令人满意的原因和应该如何进行改进。 我们主要对后三种类型进行讨论。这就是说，设计人员通常只能利用那些公开的屈服强度、极限强度和延伸率等数据资料。人们期望着工程师在利用这些不是很多的数据资料的基础上，对静载荷与动载荷、两维应力状态与三维应力状太、高温有低温以及大零件与小零件进行设计。而设计中的，有充分的时间产生应变。到目前为止，还必须利 45 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 用这些数据来设计每分钟承受几千次复杂的动载荷的作用的零件，因此机械零件有时会失效是不足为奇的。 概括来说，设计人员所遇到的基本问题是，不论对于哪一种应力状态或者载荷情况，都有利用通过简单拉伸实验所获得的数据并将其与零件的强度联系起来。 可能会有两种完全相同的强度和硬度值的金属，其中一种由于其本身的延展性而具有很好的承受载荷的能力。延展性是用材料断裂时的延伸率来量度的。通常将5%的延伸率定义为延展性和脆性的分界线。断裂时候延展率小于5%的材料成为脆性材料，大于5%的成为延性材料。 材料的伸长量通常是在50mm的计算长度上测量的。因为这并不是对实际应变量的测量，所以有时候也采用一种测量延展性的方法。这个方法是在试件断裂后，测量其断裂处的横截面的面积。因此，延展性可以表示为横截面的收缩率。 延展材料能够承受较大的载荷这特性是设计中的一个附加的安全因素。延展材料的重要性在于他是材料冷变形性能的衡量尺度。诸如弯曲和拉延这类金属加工过程中需要采用延性材料。 在选用抗磨损、抗侵蚀或者抗塑性变形的材料时，硬度通常是最主要的性能。有几种可供选用的硬度试验方法，采用哪一种方法取决于最希望测量的材料的性能特性。最常用的四种硬度数值是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和努氏硬度。 大多数硬度实验系统是将一个标准的载荷加在与被试验材料相接触的小球或者棱锥上。因此，硬度可以表示为所生产的压痕尺寸的函数。这表明由于硬度是非破坏性试验，而且不需要专门的试件，因而硬度是一个容易测量的性能。通常可以直接在实际的机械零件上进行硬度试验。 对于球轴承和磙子轴承，一个机械设计人员应该考虑下面五个方面:a.寿命与载荷的关系;b.刚度，也就是在载荷作用下的变形;c.摩擦;d.磨损;e.噪音。对于中等载荷和转速，根据额定负荷选定一个标准轴承，通常都可以保证其具有令人满意的工作性能。当载荷较大时，轴承零件的变形，尽管它通常小于轴和其他与轴承一起工作的零部件的变形，将会变得重要起来。在转速高的场合需要有专门的冷却装置，而这可能会增大摩擦阻力。磨损主要是由于污染进入引起的，必须采用密封装置防止周围环境的不良 46 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 影响。 因为大批量生产这种方式决定了球轴承和磙子轴承不但质量高，而且价格低，因而机器设计人员的任务是选择而不是设计轴承。滚动轴承通常是用硬度为900HV、整体淬火钢制成。但在许多机构上不使用专门的套圈，而是将相互作用的表面淬硬到600HV。滚动轴承由于在工作时会产生高的应力，其主要失效形式是金属疲劳，这一点并不奇怪，目前正在进行大量的工作以求改进这种轴承的可靠性。抽成设计可以基于能够被人们所接受的寿命值来进行。在轴承行业中，通常将轴承的承载能力定义为这样的值，即承担的载荷小于这个值时，一批轴承中的会有90%的轴承具有超过100万转的寿命。 尽管球轴承和磙子轴承的基本设计责任不在轴承的制造厂家，机器设计人员必须对轴承所要完成的任务做出正确的评价，不仅要考虑轴承的选择，而且还要考虑轴承的正确安装条件。 轴承套圈与轴或轴承坐的配合非常重要，因为他们之间的配合不仅仅应该保证所需要的过盈量，而且也应该保证轴承的内部间隙。不正确的过盈会产生微震腐蚀从而导致严重的故障。内圈通常是通过靠近在轴肩上进行轴向定位的。轴肩处的圆弧半径主要是为了避免应力集中。在轴承内圈上加工出一个圆弧或者倒角，用来提供容纳轴肩处圆弧半径的空间。 在使用寿命不是设计中的决定因素的场合，通常根据轴承受载荷时产生的变形量来确定其最大载荷。因此“静态承载能力”这个概念可以理解为对处于静止状态或者进行缓慢转动的轴承所能施加的载荷。这个载荷对轴承在随后进行旋转运动时的质量没有不利影响。按照实践经验确定，静态承载能力是这样一个载荷，当他作用在轴承上时，滚动体与套圈在任何一个接触点处的总变形量不超过滚动体直径的0.01%。这相当于为25mm的球产生0.0025mm的永久变形。 只有将轴承与周围环境适当地隔离开，许多轴承才能够成功的实现他们的作用。在某些情况下，必须保护环境，使其不受润滑剂和轴承表面磨损生成污染物的污染。轴承设计的一个重要组成部分是使密封装置起到应有作用。此外，对摩擦学研究人员来说，，为了任目的而应用于运动零部件上的密封装置都是他们感兴趣的。因为密封装置是轴承的一部分，只有根据适当的轴承理论才能设计出令人满意的密封系统。虽然它们很重要， 47 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 与轴承其他方面的研究工作相比，在密封装置的研究方面所做的工作还是比较少的。 48 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 附录2 Machine element designing Ideally in designing any machine element, the engineer should have at his diposal the results of a great many strengh tests of the particular material chosen. These tests should have been made on specimens having the same heat treatment, surface finish, and size as the element he propose to design; and the tests should be made under exactly the same loading conditions as the part will experience in service. This means that, if the part is to experience a bending load, it should be tested with a bending load. If it is to be subjected to a combined bending and torsion, it should be tested under combined bending and torsion. Such tests will provide very useful and precise information. They tell the engineer what factor of safely to use and what the reliability is for a given service life. Whenever such date are available for design purposes, theengineer can be assured that he is doing the best possible job of engineering. The cost of gathering such extensive date prior to design is justified if failure of the part may endanger human life, or if the part is manufactured in sufficiently large quantities. Automobiles and refrigerators, for example, have very good reliabilities because the parts are made in such large quantities that they can be thoroughly tested in advance of manufacture. The cost of making these tests is very low when it is divided by the total number of parts manufactured. You can now appreciate the following four design categories: (1) Failure of the part would endanger human life, or the part is made in extremely large quantities; consequently, an elaborae testing program is justified during design. (2) The part is made in large enough quantities so that a moderate series of tests is feasible. (3) The part is made in such small quantities that testing is not justified at all; or the 49 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 design must be completed so rapidly that there is not enough time of testing. (4) The part has already been designed, manuactured, and tested and found to be unsatisfactiry. Analysis is required to understand why the part is unsatisfactory and what to do to improve it. It is with the last three categories that we shall be mostly concerned. This means that the designer will usually have only published values of yield strenth, ultimate strenth, and percentage elongation. With this meger information the engineer is expected to design against static and dynamic loads, biaxial and triaxial stress states, high and low temperratures, and large and small pars! The date usually available for design have been obtained from the simple tension test, where the load was applied gradually and the strain given time to develop. Yet these same date must be used in designing parts with complicated dynamic loads applied thousands of times per minute. No wonder machine parts sometimes fail. To sum up, the fundamental problem of the designer is to use the simple tension-test date and relate thenm to the strength of the part, regardless of the stress state of the loading situation. It is possible for two metals to have exactly the same strength and hardness, yet one of these metals may have a superior ability to absorb overloads, because of the property called ductility. Ductility is measured by the percentage elongation which occurs in the material at fracture. The usual dividing line between ductility and brittleness is 5 percent elongation. A material having less than 5 percent elongation at fracture is said to be brittle, while one having more is said to be ductile. The elongation of a material is usually measured over 50mm gauge length. Since this is not a measure of the actual strain, another method of determining ductility is sometimes used. After the specimen has been fractured, measurements are made of the area of the cross section at the fracture. Ductility can then be expressed as the percentage reduction in cross-sectional area. The characteristic of a ductile material which permits it to absorb large overloads is an 50 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 addition safety factor in design. Ductility is also important because it is a measure of that property of a material which metal-processing operations which require ductile materials. When a material is to be selected to resist wear, erosion, or plastic deformation, hardness is generally the most important priperty. Several methods of hardness testing are available, depending upon which particular property is most desired. The four hardness numbers in greatest use are the Brinell, Rockwell, Vickers, and Knoop. Most hardness-testing systerm employ a standard load which is applied to a ball or pytamid in contact with the material to be tested. The hardness is then expressed as a function of the size of the resulting indentation. This means that hardness is an easy property to measure, because the test is nondestructive and test specimens are not required. Usually the test can be conducted directly on an actual machine element. The concern of a machine designer with ball and roller bearings is fivefold as follows: (a) life in relation to load; (b) stiffness, i.e. deflections under load; (c) friction; (d) wear; (e) noise. For moderate loads and speeds the correct seletion of a standard bearing on the basis of load rating will usually secure satisfactory performance. The deflection of the bearing elements will become important where loads are high, although this is usually of less magnitude than that of the shafts or other components associated with the bearing. Where speeds are high special cooling arrangements become necessary which may increase frictional drag. Wear is primarily associated with the introduction of contaminants, and sealing arrangements must be chosen with regard to the hostility of the environment. Because the high quality and low price of ball and roller bearings depends on quantity production, the task of the designer becomes one of selection rather than design. Rolling-contact bearings are generally made with steel which is though-hardened to above 900 HV, although in many mechanisms special races are not provided and the interacting surfaces are hardened to above 600 HV. It is not surprising that, owing to the high stresses involved, a predominant form of failure should be metal fatigue, and a good deal of work is currently in progress intended to improve the reliability of this type of bearing. Design can be 51 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 based on accepted values of life and it is general practice in the bearing industy to define the load capacity of the bearing as that value below which 90 per cent of a batch will exceed a life of one milion revolutions. Notwithstanding the fact that responsibility for the basic design of ball and roller bearings rests with the bearing manufacturer, the machine designer must form a correct appreciation of the duty to be performed by the bearing and be concerned not only with bearing selection but with conditions for correct instalation. The fit of the bearing races onto the shaft or onto the housings is of critical importance because of their combined effect on the internal clearance of the bearing as well as preserving the desired degree of interference fit. Inadequate interference can induce serious trouble from fretting corrosion . The inner race is frequently located axially by abutting against a shoulder. A radius at this point is essential for the avoidance of stress concentration and ball races are provided with a radius or chamfer to allow space for this. Where life is not the determining factor in design, it is usual to determine maximum loading by the amount to which a bearing will deflect under load. Thus the concept of "static load-carrying capacity" is understood to mean the load that can be applied to a bearing, which is its running qualities for subsequent rotational motion. This has been determined by practical experience as the load which when applied to a bearing results in a total deformation of the rolling element and raceway at any point of contact not exceeding 0.01 per cent of the rolling-element diameter. This would correspond to a permanent deformation of 0.0025mm for a ball 25mm in diameter. The successful functioning of many bearings depends upon providing them with adequate protection against their environment, and in some cicumstances the environment must be protected from lubricants or products of deterioration of the bearing surfaces. Achievement of the corrct functioning of seals is an essential part of bearing design. Moreover, seals which are applied to moving parts for any purpose are of interest to tribologists because they are bearing systems and can only be designed satisfactorily on the 52 -佳木斯大学教务处 第 页 毕业论文,设计,用纸 basis of appropriate bearing theoty. Notwithstanding their importance, the amount of reserch effort that has been devoted to the understanding of the behavior of seals has been small when compared with that 53 -佳木斯大学教务处 第 页