小型马铃薯收获机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 毕 业 论 文 论文题目 马铃薯 收获机 设计 系 别 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 2015 年 5 月 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 摘要 本文主要对 4马铃薯联合收获机的起获与分离系统进行研究，并对该机挖掘与旋齿的主要部件和机构进行系统地设计计算和理论探讨。 马铃薯收获机总体结构设计：总体结构分为传动装置，分离装置和挖掘装置。传动装置由万向联轴器、链传动传动组成；分离装置通过连杆机构摆动栅条分离筛实现马铃薯和土壤杂草的分离；挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。 整机结构主要由拖拉机减速器、抖动轮、电动机、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。由拖拉机产生动力通过减速器和带轮将需要的 动力传递到链轮上，链轮带动链条，从而带动分离装置运动，将挖出的马铃薯运送到收集箱，同时通过抖动轮的作用使得马铃薯和泥土杂草分离。 本论文研究内容摘要： (1)马铃薯收获机总体结构设计。 (2)马铃薯收获机工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4)对马铃薯收获机的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计 零件进行设计计算 分析 和校核。 (6)运用计算机辅助设计， 对设计的零件进行 三维建模。 (7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计 零件的零件图 。 关键词： 马铃薯收获机 ； 拖拉机 ； 马铃薯 ； 机械设计 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 of of of of of a is of a of to of in by is of a to a a to to at by of (1) of (2) of (3) of (4) on (5) of (6) of 3D of (7) to 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 目 录 摘要 . . 一章 绪论 . 1 题研究意义 . 1 究内容 . 2 研究方法 . 3 第二章 马铃薯 收获机 总体方案的设计 . 4 体布局的设计 . 4 作原理 . 5 要性能参数 . 5 第三章 传动比的确定与减速器的选择 . 6 动比的确定 . 6 速器的选择 . 6 第四章 机械传动部分计算 . 7 率的计算 . 7 动比 . 7 轮之间的链传动设计 . 7 计要求 . 7 计过程 . 8 的设计 . 10 轮上力的计算 . 10 料 . 10 算轴的最小直径 . 10 的结构设计 . 10 的校核 . 11 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 的校核 . 12 承的校核 . 12 第五章 主要部件的设计 . 14 掘部件的设计 . 14 掘铲的设计 . 14 掘装置的设计 . 15 掘铲的构成 . 15 掘铲的设计 . 15 离部件的设计 . 16 轮和机架的设计 . 17 轮的设计 . 17 架部分的设计 . 17 第六章 三维图的设计 . 18 结论 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 30 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 第 一 章 绪论 本课题研究的意义、 内容及方法 ： 题研究意义 1)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 8 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。 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，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)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。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 4)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。 5）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。 6)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。 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、集装等为一体的联合作业机械，该机采用了新型的分离装置进行土薯分离，完成分离后可将薯块通过输送装置输送到机械尾部，然后是薯块覆盖在土壤的表面。本文主要对 4对该机挖掘与旋齿的主要部件和机构进行系统 地设计计算和理论探讨。国内外关于谷物联合收获机械输送系统的研究比较成熟，但是关于马铃薯联合收获机械中的分离系统的精确理论分析和计算还比较欠缺。因此，针对以上问题，必须在薯块挖掘与分离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。其主要内容概括如下： 1)在满足马铃薯收获农艺条件的前提下，研究并确定该机挖掘与分离系统各机构的主要参数。 2)研究并确定挖掘与分离各组成部分的结构，并对其进行理论分析，使其结构、性能达到 最佳。 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，对储存极为不购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 利，因此需在输送过程中研究应用新结构、新材料，避免在薯块输送过程中损伤马铃薯。 4) 用 出各个组成部分的零件图纸。 研究方法 1)通过到我省马铃薯种植地进行实地考察，查阅大量的文献资料，吸收并借鉴国内外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起获与分离输送系统的主要参数。 2) 对起获与分离主要机构进行设计，并分析确定主要参数。 3）运用 件对主要机构进行二维绘 图 4）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 结构优化 改进 完善设计 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 4 第 二 章 马铃薯 收获机 总体方案的设计 拉机产生动力通过减速器和带轮将所需要的动力传送到链轮上，链轮带动链条从而带动分离装置运动，将从挖掘铲部挖出的马铃薯向机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得马铃薯在输送的过程中实现马铃薯与土的分离 ，而达到了分离的目的。最后马铃薯落入收集箱中。 体布局的设计 本任务设计的马铃薯挖掘机与 80拉机配套作业，挂接方式为后悬挂，作业时需对行。该机主要由悬挂机架、转动输送筛、挖掘铲及铲架、切土圆盘刀、传动机构、摆动筛等机构组成。铲架通过螺栓安装在悬挂机架的侧板上，在铲架上安装有挖掘铲。在机架上焊有 2点悬挂的地方，与拖拉机的悬挂机构相连。在机架中部安装有传动机构，它由传动箱、一对锥齿轮和传动轴组成。传动机构通过传动轴与拖拉机的动力输出轴连接，拖拉机的动力传动到转动输送筛和摆动分离筛上，使转 动输送筛转动，将挖掘出的马铃薯输送到摆动筛上达到分离效果。转动输送筛的主动轴的转动作用由链条带动，从而使转动筛达到转动的效果。传动机构末端上有一偏心轮，偏心轮使与其相连的连杆一端作回转运动，在连杆另一端带动摆动筛使其摆动，使马铃薯和土壤达到分离的效果 5 。 其传动图如图 4： 图 4 传动图 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 1、万向联轴 2、链轮 3、减速器 4、动力输出轴 5、输送链驱动轴 6、抖动轮轴 作原理 拖拉机通过悬挂机构牵引马铃薯收获机前进，拖拉机的动力输出轴与收 获机的机传动机构通过传动轴相连接，在拖拉机启动后，结合动力输出轴使其转动，并通过传动机构传送动力，使转动输送筛转动、摆动筛转动摆动；在拖拉机前进过程中，挖掘铲挖出土垡，土垡沿挖掘铲传到转动输送筛上进行初次分离，然后由传动筛输送到摆动分离筛上再次分离，在摆动筛的摆动作用下薯块和泥土分离，并将薯块成条状铺放在挖掘机的后面，以便捡拾 6 。 本机主要由 速器、抖动轮、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。拖拉机产生动力通过减速器和带轮将所需要的动力传送到链轮上，链轮 带动链条从而带动分离装置运动，将从挖掘铲部挖出的马铃薯向机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得马铃薯在输送的过程中实现马铃薯与土的分离，而达到了分离的目的。最后马铃薯落入收集箱中。 要性能参数 马铃薯主要性能参数见表 1所示： 表 1 马铃薯主要性能参数 作业宽度 1700 业行数 2 行 作业深度 150 套动力（拖拉机） 80马力 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 6 第三章 传动比的确定与减速器的选择 动比的确定 该多功能马铃薯收获机的配套动力为 80力的拖拉机 ， 80拉机其输出轴的转速为 540r/过一级减速器和链条传动， 设其总的传动比 5i 减速器的传动比 21 i 。链条的传动比2 速器的选择 由于其传动比为 2，所以可以从市场上选择传动比为 2 的减速器，其型号为 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 第 四 章 机械 传动 部分 计算 率的计算 1、输入功率的计算 选择拖拉机型选 择功率 80马力（功率为 59柴油机。 2、 传动效率 查机械设计手册得： 减速器 的损失： 1 =传动的损失： 2 =动轴承： 3 = 轴系效率： 4 = 由以上算出的总的传动效率： = 4321 =以 链轮 的输出功率为 1 0 . 8 3 5 9 k 4 8 . 1 5 w w 动比 根据传动比的一般分配原则，我们应该 使各级传动的承载能力接近相等 ，考虑到在骑乘 马铃薯 收获机 时一般分配的传动比为 了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为 轮之间的 链传动设计 计 要求 确定链条型号、链节数 排数、链轮齿数 1z 、 2z 、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距 a 、压轴力 润滑方 式、张紧装置 已知设计条件：低速平稳运转，传动 链轮材料的选择 链轮的材料应当能够满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度 4045购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8 速、重载、连续工作时的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火（如用 15、 202560中碳钢、中碳合金钢表面淬火。 本多功能马铃薯收获机为中速、中载，所以采用中碳钢淬火处理，其硬度 405 计 过程 （ 1） 选择链轮齿数 1z 、 2z 在 17 451 z 182 =z （ 2）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条 排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 工况系数，查机械设计表 9 K 主动链轮齿数系数，查机械设计图 9 K 多排链系数，由于是单排链，所以 K 故 1 7 6 （ 3）确定链条型号和节距 P 链条型号根据当量的单排链的计算功率 主动链轮转速 1n 由机械设计图 9后由机械设计表 9p 。 确定链条型号为： 08A 确定链条节距为： （ 4）计算链节距和中心距 初选中心距 5030(0 = ，按下式计算链节数 0购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 )1 3 293()5030( 1)2 45 1845)5030(2)2 -(22 202122100 a p 将 0整为偶数 130链传动的最大中心距为： 1845( 9 0 (211 式中， 1f 为中心距计算系数，查机械设计表 9f = 5）计算链速，确定润滑方式 1 根据链速 V，查机械设计图 9滑方式为定期人工润滑 （ 6）计算链传动在轴上的压轴力 有效圆周力 e N 压轴力 = （ 7）设计总结 链轮 大链轮 小链轮 齿数 )/( 45 18 分度圆直径 ( ) 顶圆直径 ( ) 186 根圆直径 ( ) 度圆弦齿高 ( ) 侧凸缘直径 ( ) 距 ( ) 间距 ( ) 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 10 链长 ( ) 1270 链节数 ( 130 链速 ( ) 号 08A 的设计 轮上力的计算 转矩 =9550000=50= 材料 可选轴的材料为 45 钢，调质处理。 算轴的最小直径 查机械设计表 15取 =120， 由于轴的直径小于 100由 3个键槽，故将轴径增加 15%，即 d=x(1+轴径圆整为标准直径，取 d=10 轴的 结构设计 1、轴的外形结构 2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。 （ 1）、根据内径可得 0 据的宽度可得出 0 侧采用轴肩定为，取 8 1 （ 2）、初选深沟球轴承 尺寸为 0 0 据装配关系取 910=15 （ 3）、 5处为一定位轴肩，故取 5 据装配关系，计算得 89=383 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 （ 4）、 3处为一定位轴肩，故 取 6 据装配关系，计算得 910=33 （ 5）、 1处为轴的最小直径 d=10 螺纹，与螺母配合，选择螺母为 过查机械设计手册的螺母厚度 m=5 于采用双螺母预紧，故取 1213=19 （ 6）、 4 处为一定位轴肩，所以取 8 据装配关系计算得出，1011=40 至此已经确定了轴的各段长度和直径。 的校核 需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支 撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差 %3） . 当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径 1算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径 1d 或当量直径 2d 。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【 5】表 后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。 ：通过受力分析， 0112/(862/286800/ 最大挠度： a ;轴的；材料弹性模量；式中；购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 12 查【 1】表 3 ； 所以合格, 。 的校 核 键和轴的材料都是钢，由【 4】表 6的许用挤压应力 M 2 01 0 0 ,取其中间值， 10 。键的工作长度 6822 ，键与轮榖键槽的接触高度 。由【 4】式（ 6得 M P ak l dT 1 0 0862102 33 式中： ；】表键【，弱材料的许用挤压应力键、轴、轮毂三者中最；键的直径，；为键的宽度，为键的公称长度，圆头平键键的工作长度，为键的高度此处度键与轮毂键槽的接触高传递的转矩264,p M P 见连接的挤压强度足够了，键的标记为： 20031096810 承的校核 、轴轴承的校核 轴选用的是深沟球轴承 6206，其基本额定负荷为 由于该轴的转速是定值 ，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。 轴传递的转矩 550 86800 r 622 3 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为 : 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 13 在水平面： 4 1 042638 3 5323 在水平面： V 3 94 2 638 5 4 6 3)(323210 8391410 2222 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【 4】表 13 2.1有： p 8 1 轴承的寿命计算 :所以按轴承的受力大小计算寿命 h 006010)(6010 3616 故该轴承 6206能满足要求。 、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 14 第五章 主要部件的设计 掘部件的设计 挖掘部分的作用是把薯块和土壤一起挖起，并把薯块和土壤输送到分离筛上。对挖掘部件的要求如下： a 在尽量少挖取土壤的情况下挖净薯块； b 挖掘深度稳定不损伤薯块，并可根据需要进行调整； c 挖掘铲应有较强的碎土能力，对粘重土壤保证土垡 能顺利通过，以便为分离薯块中的土壤提供有利条件； d 要求挖掘部件的牵引阻力小，刃口的耐磨性好。 为满足上述要求，采用了组合式挖掘部件。这种挖掘部件由三角平面多铲、铲架和切土圆盘刀组成。挖掘铲与铲架通过螺钉连接，铲架固定在机架上。切土圆盘刀安装高度可调节。 掘铲的设计 挖掘铲是挖掘机的主要部件，而挖掘铲的参数的选择是马铃薯挖掘机的设计基础。 主要依据是薯块的分布宽度、结薯深度和薯块成簇性等生长状况（图 1） , 以及土壤土质和根系的抓土程度。 按收获农艺相关指标 挖净率、伤薯率、明薯率等 , 对挖掘铲 的设计要求是 : a 将所有薯块掘起 , 保证挖净且不铲薯。 b 能流畅地将掘起物送往分离装置。 c 尽早漏土 , 减小挖掘阻力 , 避免机前壅土 ,且减小筛分部件负荷 , 提高整机收获的明薯率。 固定式三角平面多铲是挖掘机的主要工作部件之一，结构比振动式挖掘铲和主动圆盘挖掘部件结构简单，制造方便，不需要动力传动。其缺点是容易产生壅土现象。 壅土现象产生的原因： a 土壤板结，有大土块、大石块和杂草缠绕； b 悬挂连接尺寸不正确，挖掘铲工作倾角过大或过小； c 挖掘深度和前进速度超过设计值。 但在土壤条件好的情况下， 正确使用挖掘机是可以避免和减少壅土现象发生的。因此，固定式三角平面多铲在国内外仍得到广泛应用。 7 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 15 掘装置的设计 掘铲的构成 挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。铲尖角度设计为钝角，这样可以减小铲前的入土深度，从而降低无效挖掘深度的动力消耗。挖掘铲铲尖的形状采用“ w”型，前进阻力较小，入土性能好。 掘铲的设计 挖掘铲的铲片是多片铲的变形，铲片与铲片之间留有间隙，这带来很多优点。 （ 1）一方面是减少铲尖与土壤的接触 面积，达到减少阻力的目的。 （ 2）另一方面是减轻了机器前部的重量，防止铲尖下陷。 多片铲在工作时发生局部磨损时，更换方便维修成本低。一般单株块茎在土壤中的分布宽度为 400茎分布的深度一般为在地表下 120间。 为了保证铲刃的自动清理功能，铲刃的倾斜角度 可由受力确定，使土壤在铲刃上的滑切力能克服摩擦力，即： )90s 式中： p 为作用于铲刃上的阻力。 铲刃上的正压力。 铲刃上的滑切力。 F 为铲刃与土壤之间的摩擦力，且 ， 为摩擦角。 )90c o s ( PP n 代入得： 90 一般土壤对钢的摩擦角为 取 30 ，所以 60 。 若铲片数量为 5 个，单个铲片宽度为 100度为 250刃倾斜角度 60 ，铲面倾角为 15 ，铲间间隙为 25 为了保证挖掘铲挖进的土壤和块茎不会从两侧滑落，因此需要在挖掘铲的两侧加设挡板，挡板为平行四边形，焊接在机架上。 其结构如图 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 16 图 14 挖掘铲 挖掘铲主要参数见表 2： 表 2 挖掘铲主要参数 铲的倾角 23 铲的宽度 B 130 铲宽度 铲宽度 角平面铲个数 11个（包括边铲 2个） 铲间隙 27 的长度 L 340 刃斜角 55 挖掘阻力受土壤类型、挖掘深度、铲的形状和铲的倾角等影响很大，因此该机采用三角平面多铲，由 11个三角平面铲组成，各单铲之间留 有 27隙过大，易漏掉马铃薯，间隙过小会增大挖掘阻力。 离部件的设计 配置在挖掘铲后面的分离部件在工作时承受的负荷大，其单位宽度的喂入量达100 150kg/要求分离掉的土壤达 70% 80%。该部件工作可靠，对薯块的损伤小，并在分离的同时把剩余部分向后输送，以便进行下一步的清选和分离。 作业时为了防止石块卡在挖掘铲和转动输送筛之间，避免转动输送筛喂入口堵塞，在挖掘铲和转动输送筛之间设计了防石装置。被分离物料的成份主要有土壤、薯块、茎秧、杂草等。根系土壤交织粘合在一起，要想在较 小的结构尺寸下提高分离明薯率，亦是设计难题之一。 本设计采用转动输送筛和摆动筛组合式分离装置，转动输送筛为有效分离