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BYD-1水草收割船驱动装置设计【8张图纸】【优秀】

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关键词：: byd 水草收割驱动装置设计图纸优秀优良

资源描述：

BYD-1水草收割船驱动装置设计

24页 9000字数+说明书+开题报告+任务书+文献综述+答辩稿+8张CAD图纸

BYD-1水草收割船驱动装置设计开题报告.doc

BYD-1水草收割船驱动装置设计说明书.docx

任务书.doc

偏心杆组件.dwg

外文翻译--轴承的摩擦与润滑.doc

开题报告.ppt

支架组件.dwg

文献综述.doc

明轮装配图.dwg

明轮轴.dwg

答辩.ppt

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蹼板板.dwg

蹼板轴.dwg

蹼板组件.dwg

引言1

1 绪论1

1.1 课题研究背景1

1.2 水草收割船的发展过程2

1.3 课题研究的目的及意义2

2 明轮简介2

2.1 明轮装置的特点2

2.2定蹼式明轮3

2.3动蹼式明轮3

2.4动蹼式明轮的工作原理4

3 明轮机构的分析计算4

3.1 BYD-1水草收割船的基本参数4

3.2 进行阻力计算5

3.2.1 公式的确定5

3.2.2 粘性阻力系数的计算5

3.2.3 兴波阻力系数的计算6

3.2.4 输送带阻力的计算7

3.3 明轮推进力分析7

3.4 明轮偏心率的确定8

3.4 明轮尺寸参数的确定9

4 明轮轴的设计10

4.1 轴的材料及结构11

4.1.1轴的材料11

4.1.2轴的结构11

4.1.3轴的支承结构11

4.2 轴的设计与校核11

4.2 轴承的设计与校核14

4.2 联轴器的选择15

5 液压件及内燃机的选择15

5.1 联接明轮轴的液压马达的选择15

5.2 联接收割机的液压马达的选择15

5.3 联接传送带的液压马达的选择16

5.4 电动液压泵站的选择16

5.4 发电机组的选择16

6 结论17

参考文献18

谢辞19

摘要

　　　针对河道、水塘等水域具有航道窄、面积小，一般的大型水草收割机难以实现水草收割的现状，本文设计了一种结构紧凑，机构传动平稳，效率高，适合在中小尺度水域作业的小型水草收割船的驱动装置。

　　　论文概述了水草收割机的发展背景、研究现状及分类；完成了水草收割船的驱动装置的设计取，主要包括明轮驱动及各部位驱动部分的机构设计；阐述了总体设计方案、工作原理、参数计算以及试验校核；同时按照任务要求完成了装置总装图与各主要零部件图的绘制。

　　　结果表明：所设计的小型水草收割船具有结构合理、紧凑，适应性强，切割效率高等优点。这种新型的水草收割船可在水下实现切割，捡拾、传送一体化连续作业方式，能够达到清除泛滥的水草，净化水质的目的。总的来说，是一种较为理想的水草收获机具。

关键词：小型水草收割船；明轮机构设计；液压泵；液压马达；动蹼式明轮；　　　

　　　动蹼式明轮的蹼板以铰接方式与轮体相连，通过偏心作复合运动，因为它的蹼板能以适宜的角度入水和出水，提高了效率。对于相同尺寸的蹼板，由于动蹼明轮蹼板垂直入、出水的程度要比定蹼明轮高，因而对船体产生的推进力要大，推进效率可提高15％到25％，并且溅水小。其缺点是制造相对复杂，造价高，但在目前的加工条件下个零部件均可制造，并且由于水草收割机一般在浅水水域作业，定蹼式明轮难以适应，所以选用动蹼式明轮作为水草收割机的推进器，图1 b为动蹼式明轮。当动蹼式明轮分布在船的中部两侧位置时，称为动蹼腰明轮。图2表示动蹼腰明轮的结构示意图，将其简化为平面四杆机构来分析，当主动杆AB以角速度∞作圆周运动时，引导连杆BC和蹼板(与连杆销连接)作平面运动，连杆驱动摇杆CD绕偏心轴作圆周运动，蹼板拨水推动船体行进。几组平面四杆机构的协调运动产生了明轮推进力。

　　　动蹼明轮可以借偏心装置控制蹼板，以调节出水和入水的角度，消除了蹼板入水时产生的拍水现象与出水时产生的提水现象；其次，还可以增大明轮的划水面积从而提高推进效率。

BYD-1水草收割船的基本参数

　　　工作速度 V1=2.0 km/h (0.556 m/s)；

　　　航行速度 V2=5.0 km/h (1.389 m/s)；

　　　船重 W=5×103 Kg：

　　　吃水深度 T=0.5 m；

　　　船的特征长度 L=5.3 m；

　　　水的密度 ρ=l000 kg/m3；

　　　粘性系数 v=1.417×10-6 m2/s (水温低限7℃)；

　　　船的特征宽度 B=1.2 m；

　　　船的排水量：V=W/ρ=5000/1000=5.0 m3

船的方形系数：δ=V/LBT=5.0/(5.3×1.2×0.5)=1.57

QQ截图20130112165142.gif

内容简介：: 中国地质大学长城学院本科毕业设计开题报告系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：杨殿基学号： 05208318 2012 年 3 月 1 日中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名杨殿基学号05208318专业班级08级机制3班指导教师王泽河职称教授单位河北农大课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目BYD-1水草收割船驱动装置设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）毕业设计（论文）的目的和意义：水草在养殖、生态和景观三方面有重要的价值体现，但由于种植量大，同时缺乏相应的管理措施，导致人工种植的水草一度发展到疯狂的状态。为了保持水域的生态平衡，维持水质的清澈，需要在景观水域中大量种植水草，但是在每年59月的高温时段，水草生长非常迅速，必须及时进行收割清理，否则会对水质造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化学清除法和物理收割法两种。化学清除法会引起水质污染与恶化，破坏水域的生态环境，并对其他生物的生存造成很大影响。所以，人们大都采用更为环保的人工收割和机械收割的物理方法来治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打捞的速度跟不上水草生长的速度，因而机械收割就成为理想的水草治理方式。针对河道、水塘等水域具有航道窄、面积小，一般的大型水草收割机难以实现水草收割的现状，设计一种结构紧凑，机构传动平稳，效率高，适合在中小尺度水域作业的小型水草收割船的驱动装置。这种新型的水草收割船可在水下实现切割，捡拾、传送一体化连续作业方式，能够达到清除泛滥的水草，净化水质的目的。毕业设计（论文）的研究现状：国外关于水草收割机的研制比较早，荷兰等国早在50年代就开始使用专门的水利机械进行河道的清淤除草作业。荷兰的IHC CO Konljn机械厂1958年研制出H系列两栖式挖泥船共6种机型，随后又相继开发出M 系列、s系列和FB系列等多种清淤机械：荷兰的HERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机。起初他们一般是把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，其整机需停在岸边或沿岸边行驶进行作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机的使用范围有较大限制河道、沟渠旁常揎有树木，无法停机，远离岸边的水草又无法切割到，因此研制一种能在河道中航行的水中割草机应运而生。60年代英国的Rolbe公司开发出Oibeaux系列水中割草机，英国的John wider(工程)公司也开发出自己的系列产品3O多年来，这些产品至今还在世界各地广泛使用。国内也有一些相关企业及研究机构进入该领域，并且取得了一定的研究成果，如宁波农业机械研究所、桂林象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研究的WH1800型河道清草机，北京市水利局联合数家单位共同开发的的SGY-2.5型水草收割机，上海电器集团现代化装备有限公司新液压长研究开发的GC2230型号河道割草保洁船以及GC2000型小型河道割草作业机械。经历半个世纪的发展历程，水草收割机的设计，由开始的岸边切割水草作业，水中水草作业，水中收割水草作业，到现在的水中切割、收获、后续处理一体化作业模式，功能日益完善，而且经过长时间的摸索和经验积累，其工作模式也发生了很大的改变。其主要是朝着小型化、自动化方向发展。毕业设计（论文）主要内容和要求：1.调研相关产品，搜集相关资料。2.分析资料，拟定可行的设计方案。3.对比方案，确定最终方案。4.详细设计，包括受力分析、支撑固定等。5.绘制零件图。6.撰写设计说明书。船载重5吨，工作航速2km/h，割幅1.2米，船体吃水深度0.5米，割台在1米深度范围内可调，割台位于船的头部，零部件应防锈。动力来源为液压，液压系统控制船的行走、割台的升降以及输送装置的运动。毕业设计（论文）应完成的主要工作：1.确定最终方案。2.详细设计。3.用计算机绘制较完整的装配图及相关零件图。不少于2张0号图纸。4.撰写设计说明书一篇，不少于6000字，论文格式按照科技论文的写作格式进行。5.完成3000字英文文献翻译一份。（与课题相关的内容）6.完成开题报告一份7.完成文献综述一份毕业设计（论文）进度安排：12011年12月10日20日，查阅资料并撰写毕业设计开题报告。22011年12月21日22日，指导教师审核开题报告,学生根据指导老师意见做进一步修改。32011年12月21日22日，系里组织开开题报告会。42011年12月23日31日，由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料。52012年1月1日20日，撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业设计的写作。62012年1月21日3月6日，开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写。72012年4月29日30日，整改毕业设计。82012年5月5日24日，毕业设计答辩。毕业设计（论文）主要参考资料：1 秦四成编著. 工程机械设计 M. 北京：科学出版社，2003.2王昌禄编. 简明机械设计 M. 北京：中国农业机械出版社，1984.6.3 汪恺主编. 机械设计标准应用手册 M. 北京：机械工业出版社，1997.8.4 实用机械设计手册编写组编实用机械设计手册 M北京：机械工业出版社，1998.5 濮良贵编等.机械设计.M.西安：高等教育出版社，2005.6 秦曾煌编等.电工学.M.哈尔滨：高等教育出版社，2003.7 孙桓编等.机械原理.M.西安.高等教育出版社，2003.8 徐金详.小型水下清淤机的设计及应用.J.排灌机械，2003，21（3）：2932.9 韩青松.基于P roE的水草收割机明轮装置建模与仿真.J.农机化研究，2001，53（8）：105108.10 田勇编著. 液压与气压传动技术 M. 北京：电子工业出版社，2011.11 路敏恂，李万荔主编.流体力学与液压传动 M. 上海：同济大学出版社，2006.12 陈立德编著. 机械设计课程设计（第三版） M. 西安：高等教育出版社，2007.13 尚士友,杜建民草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验.J农业工程学报，200319(6)：9510014 尚士友，杜健民，丁海泉，等沉水植物收获机械设计学的研究.J内蒙古农牧学院学报，1995(9)：798215 扬诗鸿SYG-2.5型水草割草机的设计和研制.J水利电力施T机械，1997，19(4)：121516 Machinerys handbook : a reference book for the mechanical engineer, draftsman., toolmaker machinist M. New York: Industrial Press Inc., 1979.17 Mechanical analysis and design M. New York: Elsevier M，1981.18 Charles B,Bryant.Aquatic harvesting Apparatus:USA,4258534P.1981-3-31.19 Daniel Smith.Marine weedwaker:USA,6922982 B1P.2005-8-2.20 James L,Hawk.Apparatus for removal of aquatic plant growth:USA,4416106P.1983-10-22.指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日中国地质大学长城学院本科毕业设计题目 BYD-1水草收割船驱动装置设计系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名杨殿基学号 05208318 指导教师王泽河职称教授 2012 年 5 月 7 日摘要针对河道、水塘等水域具有航道窄、面积小，一般的大型水草收割机难以实现水草收割的现状，本文设计了一种结构紧凑，机构传动平稳，效率高，适合在中小尺度水域作业的小型水草收割船的驱动装置。论文概述了水草收割机的发展背景、研究现状及分类；完成了水草收割船的驱动装置的设计取，主要包括明轮驱动及各部位驱动部分的机构设计；阐述了总体设计方案、工作原理、参数计算以及试验校核；同时按照任务要求完成了装置总装图与各主要零部件图的绘制。结果表明：所设计的小型水草收割船具有结构合理、紧凑，适应性强，切割效率高等优点。这种新型的水草收割船可在水下实现切割，捡拾、传送一体化连续作业方式，能够达到清除泛滥的水草，净化水质的目的。总的来说，是一种较为理想的水草收获机具。关键词：小型水草收割船；明轮机构设计；液压泵；液压马达；动蹼式明轮；AbstractAimed at the river, pond waters with narrow fairways, small area, large-scale aquatic weed harvesters generally difficult to achieve the status of harvested plants, this paper discusses the design of a compact structure, smooth transmission, high efficiency, suitable for small scale water of small aquatic reaping boat driving device.The paper outlines the harvester development background, research status and classification; completed aquatic reaping boat driving device design, mainly including the paddle wheel drive and parts of drive mechanism design; described the overall design scheme, working principle, parameter calculation and test verification; at the same time according to the task requirements completed device assembly drawings and the main components of drawing.The results show that: the smaller aquatic reaping boat has the advantages of reasonable structure, compact, strong adaptability, high cutting efficiency. The new aquatic reaping boat in the water to realize the cutting, collecting, transmitting continuous integration mode of operation, to clear the flood water, the purpose of purifying water quality. In general, it is an ideal aquatic weed harvester.Key words：Small aquatic reaping boat paddle; mechanism design; hydraulic pump; hydraulic motor; hydraulic cylinder目录引言11 绪论11.1 课题研究背景11.2 水草收割船的发展过程21.3 课题研究的目的及意义22 明轮简介22.1 明轮装置的特点22.2定蹼式明轮32.3动蹼式明轮32.4动蹼式明轮的工作原理43 明轮机构的分析计算43.1 BYD-1水草收割船的基本参数43.2 进行阻力计算53.2.1 公式的确定53.2.2 粘性阻力系数的计算53.2.3 兴波阻力系数的计算63.2.4 输送带阻力的计算73.3 明轮推进力分析73.4 明轮偏心率的确定83.4 明轮尺寸参数的确定94 明轮轴的设计104.1 轴的材料及结构114.1.1轴的材料114.1.2轴的结构114.1.3轴的支承结构114.2 轴的设计与校核114.2 轴承的设计与校核144.2 联轴器的选择155 液压件及内燃机的选择155.1 联接明轮轴的液压马达的选择155.2 联接收割机的液压马达的选择155.3 联接传送带的液压马达的选择165.4 电动液压泵站的选择165.4 发电机组的选择166 结论17参考文献18谢辞1920中国地质大学长城学院2012届毕业论文（设计）引言水草在养殖、生态和景观三方面有重要的价值体现，正是因为水草有如此多的作用，吸引了人们去种植。由于种植量大，同时缺乏相应的管理措施，导致人工种植的水草一度发展到疯狂的状态。为了保持水域的生态平衡，维持水质的清澈，需要在景观水域中大量种植水草，但是在每年59月的高温时段，水草生长非常迅速，必须及时进行收割清理，否则会对水质造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化学清除法和物理收割法两种。化学清除法会引起水质污染与恶化，破坏水域的生态环境，并对其他生物的生存造成很大影响。所以，人们大都采用更为环保的人工收割和机械收割的物理方法来治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打捞的速度跟不上水草生长的速度，因而机械收割就成为理想的水草治理方式。目前，市场上的水草收割机产品有WH1800型河道清草机、SGY一25型水草收割机、GC2230型河道割草保洁船、GC200O型小型河道割草作业机械、9GSCC 1.4型水生植物收割机船队和LW5000多功能水草收割船等，但这些产品外型大，长度都大于8 m，需要多人及辅助机械协同作业，适用于大型水域水草的收割。而景观水域的设计通常都采用自然造型，有各种不同的曲线，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。现在，这些水域中的水草的收割都由人工完成，劳动强度大，效率低。而且往往在水草疯长时，人工收割跟不上生长速度，一部分水草因未及时收割而腐烂水中，造成水质恶化。现在大型的水草收割船一般有23人进行操作。但随着水草收割机的小型化，它的收割和集草都要在同一条船上进行，由于空间有限，最多只能由一人操控，若都是手动操作的话，会不太方便，所以应该提高水草收割机的自动化程度，特别是遥控式的水草收割机不仅能进一步减小船体的尺寸，增大储草空间，而且安全。所以智能化的小型水草收割机的需求量会越来越大，小型轻便、美观环保的水草收割机将是一个重要的发展方向。本文主要对小型水草收割船的明轮部分进行结构设计。1 绪论1.1 课题研究背景目前，国内外对水草收割机的研究没有系统的、科学的分类。市场上所有水草收割机几乎都是大型机械，满足大型湖泊水草的收割与修理，但不适合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。小型化和智能化是水草收割机的重要发展方向。1.2 水草收割船的发展过程国外关于水草收割机的研制比较早，荷兰等国早在50年代就开始使用专门的水利机械进行河道的清淤除草作业。荷兰的IHC CO Konljn机械厂1958年研制出H系列两栖式挖泥船共6种机型，随后又相继开发出M系列、S系列和FB系列等多种清淤机械；荷兰的HERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机。起初他们一般是把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，其整机需停在岸边或沿岸边行驶进行作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机的使用范围有较大限制河道、沟渠旁常揎有树木，无法停机，远离岸边的水草又无法切割到，因此研制一种能在河道中航行的水中割草机应运而生。60年代英国的Rolbe公司开发出Oibeaux系列水中割草机，英国的John wider(工程)公司也开发出自己的系列产品。3O多年来，这些产品至今还在世界各地广泛使用。国内也有一些相关企业及研究机构进入该领域，并且取得了一定的研究成果，如宁波农业机械研究所、桂林象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研究的WH1800型河道清草机，北京市水利局联合数家单位共同开发的的SGY-2.5型水草收割机，上海电器集团现代化装备有限公司新液压长研究开发的GC2230型号河道割草保洁船以及GC2000型小型河道割草作业机械。经历半个世纪的发展历程，水草收割机的设计，由开始的岸边切割水草作业，水中水草作业，水中收割水草作业，到现在的水中切割、收获、后续处理一体化作业模式，功能日益完善，而且经过长时间的摸索和经验积累，其工作模式也发生了很大的改变。其主要是朝着小型化、自动化方向发展。1.3 课题研究的目的及意义研发一种适合在河道、池塘等中小尺度水域作业的小型水草收割机。目前市场上的水草收割机一般是大型机械，在大的湖波水域可以进行切割，但不适于在小型水域的作业。所研制的小型水草收割机，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效减轻了劳动轻度，大大调高了切割效率，符合水草收割机小型化与智能化的发展方向。2 明轮简介2.1 明轮装置的特点当明轮在低速主机带动下旋转时，蹼板依次进出水面，蹼板向后拨水产生反用力推船前进。水草收割机的工作的环境是水深大于0.6米，平均水深0.8米，水草植物丛生的浅水湖泊。常用的推进装置有螺旋推进器、空气螺旋推进器和明轮推进器。螺旋式推进器在浅水域中效率低，易使船体沉降，且在有水草的水域易出现缠绕问题。空气螺旋推进器的制造工艺和使用维护要求很高且易翻船，而明轮推进器平衡性好、不易出现缠绕、用于中低速小型船舶效率较高适于水中割草作业。明轮推进器由沿船宽方向水平布置于水线以上的中心轴和在该轴两端旋转的轮及轮周缘上的蹼板构成。一般每一舷侧轮装有711叶蹼板。当明轮在低速主机带动下旋转时，蹼板依次进出水面，蹼板向后拨水产生反作用力推船前进。当船舶吃水有限时，明轮的结构比螺旋桨的结构能保证更大的水力断面。因而对于吃水浅的船舶来说，采用明轮推进器能提高推进系数。所以至今在某些内河客货船和拖船上还有使用明轮推进器的。明轮是一种局部入水的推进器，根据蹼板在明轮上的安装形式，分为“定蹼式明轮”和“动蹼式明轮”。2.2定蹼式明轮图1a 定蹼式明轮图1b 动蹼式明轮图1 明轮分类定蹼式明轮的特点是构造简单结构牢固，小直径时效率差，蹼板在入水时压水，而在出水前提水，因而浪费了大部分能量，必须有很大的直径和低的转速才能得到较高的效率。所以它的直径往往做得很大，入水深度一般不超过半径的12，图1 a为定蹼式明轮。2.3动蹼式明轮动蹼式明轮的蹼板以铰接方式与轮体相连，通过偏心作复合运动，因为它的蹼板能以适宜的角度入水和出水，提高了效率。对于相同尺寸的蹼板，由于动蹼明轮蹼板垂直入、出水的程度要比定蹼明轮高，因而对船体产生的推进力要大，推进效率可提高15到25，并且溅水小。其缺点是制造相对复杂，造价高，但在目前的加工条件下个零部件均可制造，并且由于水草收割机一般在浅水水域作业，定蹼式明轮难以适应，所以选用动蹼式明轮作为水草收割机的推进器，图1 b为动蹼式明轮。2.4动蹼式明轮的工作原理当动蹼式明轮分布在船的中部两侧位置时，称为动蹼腰明轮。图2表示动蹼腰明轮的结构示意图，将其简化为平面四杆机构来分析，当主动杆AB以角速度作圆周运动时，引导连杆BC和蹼板(与连杆销连接)作平面运动，连杆驱动摇杆CD绕偏心轴作圆周运动，蹼板拨水推动船体行进。几组平面四杆机构的协调运动产生了明轮推进力。动蹼明轮可以借偏心装置控制蹼板，以调节出水和入水的角度，消除了蹼板入水时产生的拍水现象与出水时产生的提水现象；其次，还可以增大明轮的划水面积从而提高推进效率。3 明轮机构的分析计算3.1 BYD-1水草收割船的基本参数工作速度 V1=2.0 km/h (0.556 m/s)；航行速度 V2=5.0 km/h (1.389 m/s)；船重 W=5103 Kg：吃水深度 T=0.5 m；船的特征长度 L=5.3 m；水的密度 =l000 kg/m3；粘性系数 v=1.41710-6 m2/s (水温低限7)；船的特征宽度 B=1.2 m；船的排水量：V=W/=5000/1000=5.0 m3 船的方形系数：=V/LBT=5.0/(5.31.20.5)=1.57船的浸湿表面积：对于无隧道的内河船舶按AB卡尔波夫公式计算,即代入数据得： =5.0235.1+0.0745.30.5-0.41.57=15.37 m2相应的弗鲁德数Fr:式中：g一重力加速度 9.8 m/s2代入数据得：相应的雷诺数Re代入数据得：3.2 行进阻力计算3.2.1 公式的确定根据弗鲁德数可以判断，水草收割机为慢速船，因此在阻力的计算中，只考虑粘性阻力和兴波阻力两项，其它可忽略不计。其公式为：总阻力为：式中：sk 粘性阻力系数； w 兴波阻力系数在总阻力中只有粘性阻力系数、兴波阻力系数未知，其它各参数已确定；从而只需确定这两项。3.2.2 粘性阻力系数的计算式中：k比例系数 k比例修正系数 f0摩擦阻力系数 f阻力修正系数 k附加阻力修正系数1)比例系数k、比例修正系数k的确定根据船型特点：k=1.3、k =02)摩擦阻力系数f0的确定故：3)阻力修正系数f的确定由资料可知，f = (0407)10-34)附加阻力修正系数k的确定为了船的稳定性良好，一般k取=(0102)10-3f、k均取大值，代入公式得：sk1 = (1.30)(3.97810-3+0.710-3)+0.210-3= 6.2510-3sk2 =(1.30)(3.35310-3+0.710-3)+0.210-3= 5.4610-33.2.3 兴波阻力系数的计算其中w根据图可知：w1= 0.0410-3；w2= 0.9510-3代入数据得：w1 = 0.0410-3（50.51.2）12（71.25.3）54 = 0.110-3w2 = 0.9510-3（50.51.2）12（71.25.3）54 = 2.4310-3R1 = Rsk1 + Rw1 =（6.2510-3+0.110-3）110000.5560.556210.3 = 10.1 NR2 = Rsk2 + Rw2 =（5.4610-3+2.4310-3）110001.3891.38929.7 = 78.4 N考虑到浅水对阻力的影响，选取层流系数Q=1.6，修正后的阻力为：R1= (1+Q) R1 = (1+1.6) 10.1 = 26.3 NR2= (1+Q) R2 = (1+1.6) 78.4 = 204 N3.2.4 输送带阻力的计算由于输送带在工作时一部分是在水中，在行进中会产生行进阻力。假设输送带为一个平板在水中运动，切割架宽1.2m，割深0.8m，即相当于收割机必须克服一块面积为a-1.20.8 m2的平板所产生的阻力。由基尔霍夫理论，输送带产生的阻力可由以下公式计算： Rx=caV22 式中：a物体垂直于运动方向的截面积，a = 1.20.8 = 0.96 m2； c阻力系数，查得c = 1.12；输送带阻力只有在收割水草时产生，所以V = V1 = 0.556 m/s代入公式得：Rx = 166.19 N考虑水草的附加阻力Rf = Rx则前输送带阻力：R = Rf + Rx = 332.38 N。当进行水草收割作业时，水草收割机总阻力R1 = 332.38 + 26.3 = 358.68 N；航行时总阻力R2 = 204 N。3.3 明轮推进力分析明轮推进力P=Gpn2D2Fp，其中：Gp推进力系数，e= vDn查得Gp = 5.5；Fp明轮的水力作用面积，Fp=2 BkTk ，Bk = 0.5 m ，最大入水深度Tk = 0.326m；n明轮工作转速，n = 0.6 rpm/s；计算得明轮总推进力P = 854 N ，P R03.4 明轮偏心率的确定平面四杆机构设计是否合理，将直接影响明轮滑水效率。现从收割机整体结构要求出发，采用解析法来讨论这一问题。根据船体结构要求，明轮轴线安装高度为0.214 m，水线至船面015 m，故采用图1b所示机构，连杆长l = 0.07 m，蹼板为0.460.23 m2，蹼板的数量一般由明轮直径和转速大小来确定，因该明轮用于中低转速，直径较小，故取7叶，相应的在一个明轮上要出现7组四杆机构，这里只需分析一组。如图2所示建立DXY坐标系，并将各杆作为杆矢量，则： DA+AB+BC=DC （1）将（1）式中各矢量向x、y轴投影得：E+R cos1+ lcos2 = R cos3 （2）R sin1+ lsin2 = R sin3 （3）其中E是偏心轴轴心与明轮驱动轴轴心的距离，从(2)、(3)式中消去3并整理得：（4）设蹼板入水角为1，出水角为2，因为蹼板垂直于连杆，所以式(4)间接给出了机架即偏心距E与1、2的函数关系。在机构运动过程中，传动角r的大小是变化的。最小传动角将出现在主动杆与机架共线的两个位置之一(见图2)，即：（5）（6）（7）通常为保证机构的传动性良好，设计时应使rmin40。，有些尺寸较小的机构允许小些，只要不发生自锁即可。将R = 575 mm，l = 70 mm，1=arcsin(0.364/0.575) = 39.3。，2 = 90。+1代入(4)(7)式，可知：1)当E = O.07 m时， = 90。，rmin = O。，此时机构为平行四杆机构，蹼板垂直入、出水面，不发生溅水，明轮的推进效果最好。至于死点，不会出现两组机构同时处于死点位置。但这种机构的连杆与摇杆间的相对摆动是在整个圆周上进行的，使得明轮结构，受力状态不好，且易出现缠绕。若能解决此问题，则平行四杆机构是最优设计；2)当E=O时，属于定蹼式明轮；3)当OEO.07 m时，为曲柄摇杆机构，蹼板倾斜入、出水面，推进效果较平行四杆图 2 动蹼式明轮结构示意图机构差些，并产生一定的溅水现象，但无死点，此时摇杆可置于连杆之间，使得结构合理，受力状态好，无缠绕，故设计中采用这种方案，设计时，考虑到rmin出现在水面上方位置，明轮直径又较小，取rmin40。，从而尽可能使蹼板入、出水角接近90。，以提高明轮滑水效率。当E=O.055 m时，rmin36。，180。，277。，并且在蹼板出、入水角位置上机构的传动角均高于40。明轮偏心率e = E/1，E = O.07 m时e=1，蹼板垂直出入水，此时推进效果好，但是结构受力状态不好，而且倒转明轮时蹼板出水角度不理想。一般e = 0.60.8范围内，当取E = 0.055 m时e = O.8。故取偏心距E=0.055 m。3.4 明轮尺寸参数的确定明轮水草收割机明轮参数为：明轮直径D = 1.25 m ，蹼板宽度 Bk = 0.46 m ，明轮蹼板底部到水面的最大距离Tk = 0.51 m 。明轮理论效率=PVe735Np 其中：P明轮推进力；Ve进速，Ve = Vn（1+e），Vn = 0.553 m/s ，Ve = 0.578 m/s （e取0.04）Np输入功率，Np = 5.49Vn = 3.05 kw计算得 = 37.6 % 。图 6 蹼板简图蹼板采用焊接性能良好的Q215A进行加工，其抗拉强度为b = 335 MPa ，安全系数为5，许用应力为b = 67 MPa 。设计蹼板厚度b = 0.003m；筋板厚度jb = 0.004m；筋板长度Lj = 0.165m；长轴大径为dcz = 0.03m；短轴大径ddz = 0.03m；长轴小径dcx = 0.018m；短轴小径ddx=O.018m；其他数据图纸给出。明轮支撑架的各杆件均为空管，且材料、尺寸相同。支撑杆采用直缝电焊钢管Q235A，抗拉强度b = 375 MPa ，由于明轮承受交变载荷，并且工作环境是水与空气交替的环境，并且是焊接件，安全系数取为5。则许用应力b = 75 MPa；明轮支撑架采用内径14mm，外径18mm的支撑杆。图7支撑架其他尺寸参照设计图纸。4 明轮轴的设计4.1 轴的材料及结构4.1.1轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。本设计轴选用45号钢调质处理。4.1.2轴的结构轴的结构主要决定于以下因素：轴载机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺性等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装载轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。4.1.3轴的支承结构该机构中，轴的支承采用滚动轴承。一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或一个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因素。常用的轴承配置方法有双支点各单向固定、一支点双向固定，另一端支点游动、两端游动支承三种。其中双支点各单向固定方式常用两个反向安装的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，两个轴承各限制丝杠在一个方向的轴向移动；一支点双向固定，另一端支点游动方式常用在工作温度较高，跨度较大的场合，作为固定支承的轴承应能承受双向轴向载荷，故内外圈都要固定。当轴向载荷较大时，作为固定端的支点可以采用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，也可以采用两个角接触球轴承（或圆锥滚子轴承）“背对背”或“面对面”组合的结构；两端游动方式常用在人字形齿轮的装配中。4.2 轴的设计与校核轴的设计计算（在以下轴的计算中如无特殊说明，所查阅公示、表格、图等均出自濮良贵、纪名刚主编机械设计第八版）（1）求轴上的功率P，转速n和转矩TP=Np=1.15kwn = 0.15 r/s T=95493Pn=4809.61Nm（2）求作用明轮的力已知明轮的直径：D=1250mm明轮推进力： F轮=P/2=427N（3）初步确定轴的最小值先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得d min = A03Pn =14.59mm（4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案现采用如下图4-1所示的装配方案。图4-1 轴装配方案根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足明轮的轴向定位要求，轴端右端需制造出一轴肩，故取段的直径，取IV-V段的直径；根据定位条件，段的直径。根据明轮宽度取 L-=570mm。根据零部件的装配位置，取L-=30mm，L-= 200mm，L- =84mm初步选择滚动轴承。因为轴承主要承受径向力的作用，故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6205，其尺寸为。轴承两端均采用轴肩定位，并用轴承座固定。轴上零件的周向定位明轮与轴的轴向定位采用花键连接。滚动轴承与轴的轴向定位是由过度配合来保证的。确定轴上的圆角与倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为。（5）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值（参看图15-23）。对于6205深沟球轴承，查GB276-89知。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。如下图4-2所示：从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面D是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、及的值如下：弯矩：；总弯矩：扭矩：（6）按照弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（15-5）及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已确定轴的材料为40，调质处理，由表15-1查的。因此，故安全。4.2 轴承的设计与校核查GB297-84选择深沟球轴承6205，其基本额定动载荷，基本额定静载荷（1）求两轴承受到的径向载荷和将轴承部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由前面轴的受力的分析可知：（2）求两轴承的计算在轴向力和对于深沟球轴承，无派生轴向力，由于轴上没有轴向力的作用，所以两轴承的计算轴向力和为零。（3）求轴承的当量动载荷和因为由表13-5查的径向载荷分布系数和轴向载荷分布系数为对轴承1 对轴承2 因运转过程中有中等冲击载荷，按表13-6,取=1.5。则（4）验算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小验算经检验合格4.2 联轴器的选择计算联轴器所需的转矩：查课本269表17-1取查手册94页表8-7选用型号为HL6的弹性柱销联轴器。5 液压件及内燃机的选择5.1 联接明轮轴的液压马达的选择输入轴的扭矩为T=4809.61Nm，查手册选用型号为YLM16-1800的液压马达两个。参数如下：排量V=1413 ml/r；额定压力P1=20Mpa；最高压力P2=25Mpa；额定扭矩T1=5433Nm单位理论扭矩T2=283Nm；转速范围2320r/min。5.2 联接收割机的液压马达的选择输入收割机的主轴转速为738 r/min，查手册选用型号为YLM1-63的液压马达。参数如下：排量V=64 ml/r；压力P=25Mpa；扭矩T=225Nm；转速范围151500r/min。5.3 联接传送带的液压马达的选择输入传送带的扭矩为T=198.58Nm，查手册选用型号为YLM1-63的液压马达。参数如下：排量V=64 ml/r；压力P2=25Mpa；扭矩T=225Nm；转速范围151500r/min。5.4 电动液压泵站的选择根据需要选择PER4560WT-RW电动泵站。流量2.1L/min，油箱可用油60L。5.4 发电机组的选择根据需要选择玉柴发电机组型号24GF，功率24KW，电压400/230V，电流43A，配柴油机型号YC4108D，配发电机型号WTW-24-4，长1800mm宽750mm高1100mm，净重870kg。6 结论（1）明轮部分经计算，能够完成相关的任务，设计比较合理。（2）主要零部件经过强度校核满足强度要求，但是由于回收水草的需要，轴较长，结构不是特别紧凑。（3）所设计的清除装置尺寸小，运动灵活，适宜在中小尺度的水域生态系统中进行水草收割，能够达到净化水质的作用。（4）本设计的小型水草收割机船体平稳、灵活，驱动力小，可以大大提高沉水植物的收割速度，有效解决人工收割效率低的问题。（5）由于水平所限，结构设计难免存在不太合理的地方。参考文献1 秦四成编著.

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