多功能甘蔗中耕田管机改进设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 目录 1 中文摘要 3 Abstract 3 第 1 章 绪论 4 1.1 可行性分析 4 1.2 研究开发的内容、方法、技术路线 4 1. 3 项目的特色和创新之处 4 1. 4 拟定技术路线以及工艺流程 5 第 2 章 软件简介 6 2.1 CAD 技术应用概况 6 2.2 Pro/E 简介 6 2.3 AutoCAD 简介 7 第 3 章 总体机构的设计 8 3. 1 行走机构的设计 8 3. 2 整地机构的设计 8 3 2 1 铧的选择与计算 8 3 2 2 中耕追肥机的选择与计算 9 3 2 3 悬挂机构的选择 11 3 2 4 施肥工具的选择与计算 11 3 2 5 发动机的选择与布局 13 3 2 6 重量参数 13 3 2 7 整体布局 13 第 4 章 主要零部件的设计 15 4 1 结构参数 15 4 1 1 履带拖拉机的履带接地长度与宽度 15 4 1 2 轨距 15 4 1 3 间隙 15 4 1 4 整机参数 -15 4 1 5 拖拉拖机基本性能的计算 -16 4 1 6 稳定性的计算 -17 4. 2 行走机构零件的设计 18 4 2 1 履带的总体结构 18 4 2 2 驱动轮的设计 19 4 2 3 履带的选择 19 4 2 4 支重轮和托轮 20 4 2 5 张紧轮和张紧缓冲装置的设计 21 4 2 6 犁的结构设计 22 4 2 7 液压元件的选择 22 总 结 24 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 2 鸣 谢 24 参考文献 25 整机三维图 26 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 3 中文摘要 本文是关于甘蔗中耕田管机的改进设计，其重点是要解决犁沟、除草、施肥、喷药、培土等一系列农艺要求，目的是要实现田管机在整体结构现代化、功能布局合理、重量降低、强度增加，同时使行走机构在结构与参数上更加合理。本设计运用计算机辅助制造设计，分为实体设计和实体加工制造，前者是对目前机器的各重要零部件的改进设计，后者是用 Pro/E 将零件生成 3D 实体，并转化为工程图，进行实际生产。 关键词 ：改进设计；实体设计；实体加工；计算机辅助制造设计； Pro/E。 Abstract This text is an improved design of plowing in the middle age of the sugar cane in the field manage machines, its main point is trying to solve the plough ditch, divided by the grass、 apply fertilizer、 gush out medicine、 turn over the soil and a series of agriculture etc. Its purpose is to realize the machine to be modern in the whole construction, function and layout to be reasonable, lower the weight , increase the strength , and make running organization more reasonable in construction and parameter.This is a design made use of the calculator assistance manufactur :It is divided into the entity design and process entity, the former is about the improved designs for every important spare or part of machine at present, the latter is to creat an entity of the spare parts by PRO/E,then converse the engineering diagram,and proceed the actual production. Keywords： Improved Design；Entity Design；The Dntity Processes；Design Made Use Of The Calculator Assistance Manufactur；Pro/E. 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 4 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 5 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 6 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 第 1 章 绪论 1.1 可行性分析 新中国成立以来，尤其是进入改革开放新的历史时期，我国在农业机械的研制开发和推广普多功能甘蔗中耕田管机改进设计 7 及方面，进行了艰苦不懈的努力并取得了举世瞩目的成绩，大大推动了农业现代化的进程。党的十五届三中全会指出“没有农业现代化，就没有整个国民经济的现代化”。农业机械化是农业现代化的重要标志和技术支撑点， 2004 年和 2005 年党中央的 1 号文件都是关于“三农问题”的，可见对三农问题的重视。但美中不足的是，全国各农业生产行业均有相应的生产机械，唯独甘蔗生产机械的研制与推广，几呼还在“零”起点上徘徊。甘蔗 生产的种植、中耕田管、收获等主要环节，至今仍然延缓几千年的手工操作方式，使甘蔗生产成为一个技术含量不高的落后产业，拖了中国农业现代化的后腿。 入世后，我国糖业市场已经成为世界糖市场的重要组成部分，我国糖业正直接面对竞争激烈的国际糖市，面临国际糖市低糖价的严峻考验。由于人工生产甘蔗劳动中强度大，工效低，产量低，是甘蔗生产成本居高不下的主要原因，而甘蔗成本占了我国制糖总成本的比例高达 70%，削弱了我国糖业在国际市场上的竞争力。 可以说，解决甘蔗生产劳动力不足，劳动强度大，成本高，产量低蔗农收入低等一系列问题，一 个最有效的办法就是发展甘蔗机械化生产。从上述分析不难看出，甘蔗生产机械化水平低，已经成为制约我国制糖业实现跨越式发展、较好地实现与国际市场接轨的瓶颈，只有突破这个瓶颈，中国制糖业才能实现产业化规模经营；而只有实现机械化、产化规模经营，才能大提高劳动生产率，改善甘蔗生产条件，降低甘蔗生产成本，提高国际竞争力。因此，开发研制和推广应用技术更加先进、功能更加齐全的甘蔗机械及其配套技术，以满足甘蔗生产发展的需要，就成了当前中国制糖业是不我待的具有划时代意义的关键性任务。 1. 2 研究开发的内容、方法、技术路线 本 项目拟研制主要生产区地处南部丘陵地区，种植环境较复杂，因此要解决好中耕田管机行走问题；由于甘蔗在不同生长阶段其蔗干的高度也不相同，其高度变化很大，中耕在在结构上要解决好这一难题，且整机的结构合理；根据不同生长时期中耕农艺作业的不同要求，中耕机要完成松土、除草、培土固根、回土、下肥、喷除草剂等多道工序，故解决如何能准确、协调地一次性完成所有工序；需要解决国外中耕成本高、转弯半径大的难题。 1. 3 项目的特色和创新之处 （ 1）整机将按照功能联合、结构组合、性能综合的技术思路进行设计，能一次性地完成两行甘蔗的中 耕作业，作业效率高，完全合适这国甘蔗种植环境和符合农艺要求。 （ 2）创新设计的拱形机架传动结构，整机跨过 1.5 米高的甘蔗进行中耕田管作业。 （ 3）采用自行式设计方案，行走装置采用橡胶履带，使转弯灵活、半径小，对地面压力小，不易使土壤板结，适合各种土壤条件作业，且可在公路上行驶，转移方便。 （ 4）将多种田管作业功能整合为一体，使得整机的结构紧凑合理，一机多能，满足甘蔗各生长阶段的田管作业要求。 1.4 技术路线以及工艺流程 多功能甘蔗中耕田管机要能具有在湿滑、泥泞、松软的甘蔗地中牵引行驶，跨越 01.3 米蔗干 进行相关中耕田管作业功能要求。由于目前国内外没有实际使用的成熟的专用产品可以借鉴，因此本研究项目的总体技术路线为：在进行充分调研、蔗田试验已经获得本项目的基本技术数据和农艺要求的基础上，吸收国内外甘蔗机械相关技术特长，按照功能联合，结构组合、性能综合的技术路，采用整机机电一体化履带行走式的技术方案，利用 Pro/E、 AutoCAD 等先进设计软件多功能甘蔗中耕田管机改进设计 8 进行设计和研制。 第 2 章 软件简介 2. 1 CAD 技术应用概况 CAD/CAM(计算机辅助设计及 制造 )技术产生于本世纪 50 年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。 1989 年美国国家工程科学院将 CAD/CAM 技术评为当代 (1964-1989)十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来 CAD技术和系统有了飞速的发展， CAD/CAM 的应用迅速普及。在工业发达国家， CAD/CAM 技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家 流向 发展中国家。 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 9 CAD 是一个包括范围很广的概念，概括来说， CAD 的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称 AEC(Architecture、Engineering 和 Construction)。而如今， CAD 技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。 CAD 在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用 CAD 技术进行产品设计不但可以使设计人员 甩掉图板 ，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提 高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用 CAD/CAM 技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行 CAD/CAM 软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。 计算机辅助建筑设计 (ComputerAidedArchitectureDesign，简称 CAAD)是 CAD 在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着 CAAD 软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件， CAAD 技术已开始被广为采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约 2%至 5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用 CAD 技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。 CAD 技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速 ，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用 CAD 技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。 近十年来，在 CIMS 工程和 CAD 应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前，我国从国外引进的 CAD 软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的 CAD 软件，并投放市场，我国的 CAD 技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。 2. 2 Pro/E 简介 Pro/E（ Pro/Engineer）是由 PTC 参数技术公司推出，是国际上最先也是最成熟使用的参数化的特征造型技术的大型 CAD/CAM 集成软件。 Pro/E 包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真 NC 自动编程、板金设计、电路布线、装配管路设计等专用模块， ID 反求、 CE 并行工程等先进的设计方法和模式。其主要特点是参数化的特征造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计、设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中相应的图形或数据也会自动更新。它的性能优良、功能强大，是一套可以应用于工业设计、机械设计、功能仿真、制造和管理等众多领域的工程自 动化软件包。 Pro/E 自 1988 年问世以来，20 多年来已成为全世界最普及的 3D CAD/CAM 系统。 Pro/E 在今日俨然已成为 3D CAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天工业、家电、玩具等各行业。 Pro/E 可谓是全方位的 3D CAD/CAM 系统的标准软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、 NC 加工、机构模拟、应力分析、钣金件设计、铸造设计、造型设计、逆向工程、自动测量、产品数据管理等功能于一体，其模块众多。 Pro/E 是一套由设计至生产的机械自动化软多功能甘蔗中耕田管机改进设计 10 件，是新一 代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且有单一数据库功能。 2. 3 AutoCAD 简介 AutoCAD 系统是美国 Autodesk 公司为微机开发的一个交互式绘图软件，它基本上是一个二维工程绘图软件，具有较强的绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及方便用户的二次开发功能，也具有部分的三维作图造型功能。它是目前世界上应用最广的 CAD 软件，占整个世界个人微机 CAD/CAE/CAM 软件市场的 37%左右，是诸多微机 CAD 软件的佼佼者，把其他微机CAD 软件，如 Cadkey、 EagleCAD、 CAD-Plan 等等远远地抛在后面。如今 AutoCAD 已经推出了R14 版本，并且有中文化的最新版本面市。 MDT(MechanicalDesktop)是 Autodesk 公司在机械行业推出的基于参数化特征实体造型和曲面造型的微机 CAD/CAM 软件，据称目前已经装机 2 万余套， MDT 的用户主要有：中国一汽集团、荷兰菲利浦公司、德国西门子公司、日本东芝公司、美国休斯公司等等。 第 3 章 总体机构的设计 3. 1 行走机构的设计 3.1.1 行走机构的选择 农用拖拉机的行走方式有轮式和履带式两种。 两者相比，履带附着力大。在旱田茬地的附着系数为 0。 70。 85；滑转损失小，一般滑转率为 37%，牵引效率可达 70%80%，平均接地压力较低（ 3550 千帕），因而对土壤的压实作用小，通用性能好，重心低，稳定性好。因此，农业履带式拖拉机适用于耕地，开荒，农用建设，低湿地和沼泽上重负荷作业及坡地作业。但履带式拖拉机不能在公路上进行运输作业，不便长距多功能甘蔗中耕田管机改进设计 11 离转移。 由于甘蔗种植地多在旱地上，综合以上优缺点，现选择履带式行走机构。 3.1.2 行走机构的组 成 行走机构由履带，驱动轮，支重轮，托轮，张紧轮和张紧缓冲装置组成。 3.1.3 履带的选择 履带分为金属履带和金属橡胶履带两种，现应用最广泛的是金属履带。它又分为组合式和整体式。 组合式履带的优点是刚度大，使用寿命长，可随时更换不同形式的履带；缺点是重量大，拆装不便。 整体式履带的优点是结构简单，重量轻，拆装方便；缺点是寿命较短。 考虑到成本，综合以上的分析，选用整体式履带。 3. 2 整地机构的设计 3.2.1 铧的选择与计算 3.2.1.1 培土铧的选择与计算 由于中耕机要施肥及培土，现就培土工序作出 选择。 铧式犁是目前应用最广泛的农耕机具，用它可将田地表面的残株杂草及施于地表的肥料翻埋至土层中，耕后土壤碎裂疏松。 现选取铧式培土犁作为培土农具，并进行计算。 现设计该铧的耕幅 b 为 35mm； 设计耕深 a 为 27mm； 适用耕深范围为 2130mm； 犁体曲面上的工件阻力 Rx 的计算： Rx= kab kgf 其中， 为犁的效率，取 0.70.85,牵引犁用小值，悬挂犁用大值。现设计为悬挂犁，取 0.85。 由机械工程手册 12 卷表 70.2 1，取 k=0.4。 所以 Rx= kab =0.85*0.4*27*35=321 kgf 3.2.1.2 中耕追肥机的选择与计算 作物行间采用机械中耕追肥，可以提高劳动生产率，深中耕，高培土，深施肥，实现人畜力无法达到的良好作业质量且管理及时，试验表明，用机具在地表下 10 厘米左右深施化肥与地表撒施相比，可提高肥效 30%50%。 中耕追肥机分为通用型中耕追肥机，通用机架播种追肥机，经济 作物专用中耕追肥机等。其工作原理可分为铲式和旋转式。 考虑到经济性，选用铲式通用型中耕追肥机，并进行计算。 现设计该铧的耕幅 b 为 10mm 设计耕深 a 为 10mm； 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 12 适用耕深范围为 515mm； 犁体曲面上的工件阻力 Rx 的计算： Rx= kab kgf 其中， 为犁的效率，取 0.70.85,牵引犁用小值，悬挂犁用大值。现设计为悬挂犁，取 0.85 由机械工程手册 12 卷表 70.2 1，取 k=0.4 所以， Rx= kab =0.85*0.4*10*10=34 kgf 3.2.2 悬挂机构的选择 铧的挂接方式可分为 4 类。 3.2.2.1 直接挂接犁 借牵引器用提环插销直接挂拉在手扶拖拉机的挂接框内。 3.2.2.2 牵引犁 通过牵引装置与拖拉机单点挂接。主要由犁体、圆犁刀、小前犁等工作部件与牵引装置、行走装置、犁架、起落机构和调节机构等辅助部件两大部件所组成。犁的升降由起落机构控制，空行时，犁的重量全由犁轮支承。 3.2.2.3 悬挂 犁 由拖拉机的液压悬挂机构将犁和拖拉机连接。运输时犁的重量全部由拖拉机承担，工作时由液压悬挂机构控制犁的起落和耕深，可省去起落调节机构和行走轮等部件。因此，悬挂犁的结构简单，重量轻，较相同耕幅的牵引犁轻 30%50%；金属消耗量少，成本低；工作时空行少，地头小，生产率比牵引犁约高 10%；对拖拉机驱动轮的增重较大，有利于拖拉机功率的充分发挥；转弯半径小，机动性好，操作方便，机组能倒退，可用于小块地耕作；不需农具手，节省劳动力。近年来国内外悬挂犁的应用日益广泛。 3.2.2.4 半悬挂犁 适用于与大马力拖拉机配 套，是介于悬挂犁 和牵引犁之间的一种宽幅多铧，前端与拖拉机的液压悬挂机构连接，后端有尾轮和尾轮液压起落机构。工作时犁的升降和耕深，均由拖拉机的液压悬挂机构和尾轮液压起落机构控制；运输时犁的重量由拖拉机和犁的尾部共同支承。半悬挂犁兼有牵引犁和悬挂犁的一些优点，比牵引犁结构简单，重量减轻约 30%，机动性好。因尾轮承受犁的部分重量，比悬挂犁纵向稳定性好，耕深较稳定，运输时可减轻拖拉机的翘头倾向，并可使犁铧数、犁身长度和工作幅宽不受机组纵向稳定性的限制。 考虑到经济性与实际生产，采用三点悬挂犁，转向时可用液压装置提 高犁架来进行作业。 3.2.3 施肥工具的选择与计算 施化肥的方式有三：一是将化肥撒在地表，用耙翻入土中；二是在播种的同时施肥，作种肥用；三是中耕同时追肥。后两种在我国应用较广。我国现有各种化肥排肥器均适于排粒状化肥而不适于排粉状化肥，特别是在它吸湿以后。 目前使用的化肥排肥器种类很多，常用有外槽轮式、转盘式、螺旋式、星轮式和振动式等几多功能甘蔗中耕田管机改进设计 13 种。 3.2.3.1 外槽轮式排肥器 它适用于排松散性好的粒肥。排粉状及潮湿的化肥时，易出现架空和断条等现象，且槽轮易被肥料粘附而堵塞，失去排肥能力。有时困化肥粉末进入阻塞套 与外槽轮之间和内齿形挡圈与排肥杯之间，使传动阻力急增而损坏传动机构，故现在生产的播种施肥机上己很少采用外槽轮式排肥器。 3.2.3.2 转盘式排肥器 它在肥料筒的底部有一转动的输肥盘，其上装有撒肥 轮。当输肥圆盘转动时，肥料经调节门由分配器分成两部分，一部分由撒肥轮将肥料送入漏斗，另一部分在导引板的引导下由撒肥轮将肥料送入漏斗。这种排肥器结构复杂，重量大，适用于排松散性较好的粒肥或粉状化肥，常用在中耕追肥机上。 3.2.3.3 螺旋式排肥器 它主要的工作部件是排肥螺旋。常用的排肥螺旋有叶片工、中空叶片式和钢 丝弹簧式。排肥量由排肥口的插板控制。这种排肥器可以施化肥和有机肥，施肥量大。施潮湿肥料易架空，同时叶片上因粘满肥料而失去推送作用。中空式螺旋叶片排肥器能把多余的肥料留待下一螺距输送，使压实肥料的作用减轻，施肥均匀。 3.2.3.4 星轮式排肥器 我国系列设计条播机的排肥器，结构简单，适用于排施粒状和干燥粉状化肥。 3.2.3.5 振动式排肥器 它主要由肥箱、振动板、调节板和振动凸轮等组成。工作时，凸轮使振动板不断振动，化肥在箱内因振动产生由下到上不断循环地滚动，克服了化肥颗粒间的粘结力，消除架空而呈松散状态 。在重力作用下，肥料沿振动板斜面下滑，经过排肥口排出。 现设计施肥器中的肥料为粒状的，料斗现已在市场大量生产，可采购而得。 选择螺旋式排肥器作为施肥工具，并进行设计。 其具体的三维结构如图 3-1。 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 14 图 3-1 螺旋式排肥器 此追肥装置能够自动完成肥料的施放与拌匀。 其工作原理为： 液压马达带动涡杆旋转，通过涡轮的配合把动力传送到十字转轴上，由转轴的旋转把肥料调匀。 3.2.4 发动机的选择与布局 发动机是拖拉机的心脏部分，其位置设计 将影响到整个机构的工作，因此，要求合理地布置其位置，发挥最大的作用。 由于发动机重量大，应将其放置在履带上，使它的全部重量都落在履带上，从而减少对拖拉机框架的压力变形。 因此，设计时将发动机与驾驶室分别放置在两条履带上，以使机构的重心居中，达到平衡的目的。 拖拉机所需额定牵引力的确定TNP。 额定牵引力TNP为拖拉机以基本犁耕速度、驱动轮滑转率在规定值或发动机于标定工况下工作时，所能发出的最大牵引力。 为保持拖拉机在较高牵引效率 范围内使用，延长行走机构寿命、减少对土壤的破坏，通常规定拖拉机正常工作时驱动轮滑转率 不应超过 7%。 确定拖拉机的TNP，是由该拖拉机配带主要的配套机具、在常遇重要条件下正常工作时的平均牵引阻力TP来确定的，并考虑因工作条件和农具性能变化所引起的阻力变化而留有 1020%的储备，即TNP=(1.11.2) TP。 对农业拖拉机，犁耕是最基本而又繁重的作业，牵引力的确定首先应满足犁耕作业要求。犁耕作业所需的拖拉机牵引力为： TP= khzbkikgf 式中 z 犁铧数 z=2*2=4； ib 单体犁铧宽度1ib=35 cm 2ib=10 cm； kh 耕 深 1kh=27cm 2kh=10 cm； 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 15 k 土壤比阻 k=0.4 kgf/cm2； 所以，TP= khzbki=4*35*27*0.4+4*10*10*0.4=1512+160=1672 kgf TNP=(1.11.2) TP=1.2*1672=2006.4 kgf 农用拖拉机发动机的功率 Ne，由在基本耕作档下发挥出的额定牵引力来确定，按下式计算： Ne=TjTNVP 270 式中，jV 基本耕作档发挥出额定牵引力的实际速度 km/h；现取jV=5km/h； T 牵引效率。取 T =0.7 所以， Ne=TjTNVP 270 = 7.0*270 5*)4.2006( =53 PS=40 kw 考虑到拖拉机有油泵，液压马达，液压缸，换向阀等元件的功率消耗，适当选取较大的发动机。 选择发动机功率为 50kw,型号为 CZ4102Q,其参数如表 3-1。 表 3-1 发动机的选择 3.2.5 拖拉机总体布局 与轮式拖拉机比较，履带式拖拉机总体布置的显著特点是履带行走装置的布置。台车架同机体连接方式和位置的布置对整机影响很大，因此，整机和行走装置的布置应密切配合进行。 机架的型式的对整机布置及部件设计均有很大的影响独立型履带拖拉机常用半架式机架。半架式机架由后桥梁壳及纵横梁组成，刚性较好。 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 16 为使重心前移，将发动机偏前布置或在前端挂配重时，应使拖拉机的接近角 不小于 30 度，且不妨碍前部配套机具。 在履带变形设计时应加强有关薄弱环节，同时应在保证强度足够的条件下限制整机重量的增加，以保证使用耐久性。 3.2.6 重量参数 结构重量： JG=3570kgf/PS=40*53=2120 kg 最少使用重量： minsG=（ 1+611%） *JG=110%*2120=2332 kgf 最大使用重量： maxsG=1.5TNP=1.5*2006.4=3009 kgf 3.2.7 整体布局 综上所述，设计出拖拉机的总体布局如图 3-2 。 图 3-2 拖拉机布局图 拖拉机布局图履带驾驶室发动机铧架排 肥 器 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 17 第 4 章 主要零部件的设计 4.1 结构参数 4.1.1 履带拖拉机的履带接地长度与宽度 履带接地长度0L和履带宽度 b，主要是根据接地比压pq及拖拉机的稳定性和牵引附着性能的要求选取。其间存在下列关系： 0L=psbqG2 maxcm pq的大小影响拖拉机的通过性及牵引力的发挥。 中耕用的履带拖拉机的pq=0.6kgf/cm2,现取pq=0.6kgf/cm2. 履带的0L与 b 的合理配合，对提高拖拉机的牵引附着性能有较大影响。窄而长的履带，滚动阻力小，在一般地面上有较好的牵引附着性能，但转向阻力矩较大。 B/0L值一般为 0.130.16,现取 B/0L=0.15。 因此 0L=psbqG2 max=6.0*15.0*2 3009 0L=130 cm 4.1.2 轨距 用于中耕作业的拖拉机，其轨距应与作物的垄距相适应，并不小于 1020cm 宽的保护带。现取轨距为 40cm。 4.1.3 离地间隙 拖拉机的最小离地间隙 minH 主要取决于农艺和通过性要求，应保证稳定性的前提下尽可能提高，一般用途中小型履带拖拉机的最小离地间隙 minH 为 2030cm,现设计为 26cm。 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 18 4.1.4 整机参数 型号 XXX 主要用途 农用 发动机 型号 CZ4102Q 标定功率 kw 52 标定转速 r/min 2800 理论速度 前进 m/h 512 后退 m/h 512 结构重量 kgf 2120 最小使用重量 kgf 2332 履带板宽 mm 390 接地比压 kgf/cm2 0.593 轨距 mm 400 最小离地间隙 mm 260 外形尺寸 长 mm 3300 宽 mm 1600 高 mm 2150 4.1.5 拖拉拖机基本性能的计算 4.1.5.1 拖拉机的驱动力 Pq Pq =qqcerdiM kgf 式中： eM 发动机的扭矩，由于拖拉机的驱动元件是由所选择的液压马达驱动，应选取马达的扭矩进行计算 ，取 eM=710kgf.m； i 拖拉机各档总传动比，取i=1； c 拖拉机各档总传动效率，取c=1； dqr 驱动轮动力半径 ， 取dqr=0.3m； q 履带拖 拉机履带驱动段效率，计算时一般取q=0.95。 所以 Pq =qqcerdiM = 3.0 95.0*1*1*710 =2248 kgf 4.1.5.2 拖拉机的滚动阻力fPfP=fsGkgf 式中：sG 拖拉机的使用重量 ,取为 2332 kgf； f 拖拉机的接地摩擦系数，取为 0.1。 因此 fP=fsG=0.1*2332=233kgf 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 19 4.1.5.3 拖拉机的牵引力TPTP=Pq -fP=2248-233=2015 kgf 4.1.5.4 拖拉机的牵引功率TNTN=270vpTPS=270 5*2015=37 PS 4.1.5.5 拖拉机的牵引比油耗TgTg =TTNG1000gf/PS.h 式中： TG 发动机的燃油消耗量，取为 13.78 kgf/h 所以 Tg =TTNG1000=36 78.13*1000=382.78 gf/PS.h 4.1.5.6 拖拉机的牵引附着重量 G G =sG=2332 kgf 4.1.5.7 拖拉机的附着力PP=Gkgf 式中： 附着系数，取为 0.75。 所以 P=G=0.75*2332=1749 kgf 4.1.6 稳定性的计算 4.1.6.1 最小转向半径minR按拖拉机的宽度设计，minR=1.3m。 4.1.6.2 上坡极限翻倾角 lim lim =arctghla q deg 式中： ql 履带最最后一个支重轮至驱动轮轴水平距离，取为 300mm； a 驱动轮到履带支重轮的水平距离，取为 800mm； 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 20 l 拖拉机的重 心高度，取为 600mm。 所以 lim=arctghla q =arctg600300800 =40 4.1.6.3 下坡极限翻倾角 ,lim,lim=arctghall q deg 式中： l 履带最前和最后支重轮距，取为 1300mm。 所以 ,lim=arctghall q =arctg600 8003001300 =18 4.1.6.4 横向极限翻倾角 lim lim =arctgh ebB )(5.0式中： B 拖拉机的轨距，取为 400mm. b 履带宽度，取为 390mm. e 重心到中截面的距离，取为 10mm. 所以 lim =arctgh ebB )(5.0=arctg600 10)390400(*5.0 =34 4.1.6.5 下滑临界坡度角 拖拉机能在坡道上制动住而不下滑的最大坡度角为其下滑临界角落a（上坡时）、 a（下坡时）、（侧滑时）分别用下 式计算： a= a=arctgmaxdeg deg 式中：max 最大附着系数，履带式取 1.0； max 横向最大附着系数，一般可取 max=max=1.0。 所以 a= a=arctgmax=arctg1.0=45 =arctg max=arctg1.0=45 4.2 行走机构零件的设计 4.2.1 履带的总体结构 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 21 拖拉机机体履带张紧轮履带支重轮托轮平衡杠杆履带驱动轮悬架弹簧拖拉机行走系图4-1 拖拉机行走系 此结构为平衡台车行走系结构，它每侧两个或两个以上支重轮彼此用平衡杠杆。支重轮直径一般较大，在硬地面滚动阻力小，非弹簧支承重量小，适用于工作速度较 高 的拖拉机。对不平地面适应性较好，在泥雪中自洁性能较好，也可用于某些专用的林业、沼 地，雪地拖拉机。其重量较轻，成本低行驶平顺性较好。 4.2.2 驱动轮的设计 绝大多数拖拉机驱动轮后置，张紧轮在前，使紧边履带距离短，减少了履带的磨损，提高了行走系效率。同时，驱动轮后置可使传动系靠后布置，通常驾驶座应靠近变速杆，也随着布置在拖拉 机的后部，便于拖拉机总体布置。 驱动轮主要的设计要求是减少轮齿的磨损和保证在履带节距允许伸长范围内啮合平稳。 为便于修理，齿圈和轮毂分别制造，用螺栓连接。 驱动轮常用 45、 45Mn、 50Mn 铸造，齿面淬火。现选它的材料为 45 钢。 驱动轮齿形有很多种，现采用直线齿形，它齿形简单，齿顶较厚，齿面形状易焊补修理。用于不经常倒退的农业拖拉机，如昔阳 -10、东方红 -20L、东方红 -75 等拖拉机上。 驱动轮节圆直径通常为： 4)8575(sq GD mm 式中， Gs 为不带作业机具的拖拉机使用 重量，取为 2332kgf。 4)8575(sq GD =75* 4 2332 =520 mm 在综合考虑拖拉机地隙，履带后倾角，驱动轮合适的齿数范围和履带行走装置结构布置的高度等因素后，确定qD=520mm。 驱动轮的传动轴轴花键联接，可按简支梁校核其弯曲强度。 其校核方式与支承轮轴的校核相同，但要考虑到传动力矩 T。 L 可取为 100mm。 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 22 T=Fr=22 qTNDP =2006*0.52/2/2=261N.m 空心轴内外径之比 =dD,可取为 0.6。 ca=WTM 22 )( =)43221(1.0)2 6 1*6.0(1 1 6 6D=61mm. 将其圆整为 65mm,所以， d=0.6*65=39mm,圆整为 40mm. 轴承型号为 61913。 其内径为 65mm；外径为 90mm。 根据所设计的尺寸确定出轴的尺寸 , 分别画出它们的零件图以及装配图。 4.2.3 履带的选择 整体式履带，只采用刚度较大的节齿式，部分履带节距 t 拖拉机重量sG有以下关系： t=(17.523) 4sGmm 农业拖拉机为使接地压力均匀， t 取得大些。选择 t 时尚需要注意和系列中相邻机型的通用性。 t=(17.523) 4sG=20*4 2332=138 mm 除保证附着等性能外，目前一般履带主要的设计要求是提高寿命。 整体式履带板常用 ZGMn13（高锰钢）制造，水中淬火成奥氏体钢，硬度为 HB156229。因易冷作硬化，销孔一般不加工。在使用中节销等处受挤压而硬化。整体履带板也可用35Mn,35SiMn,35CrMn2 或球墨铸铁制造。 目前履带主要损坏原因是磨损，所以设计时需验算履带销、销套和履带节等零件磨磨损损部位的比压和接触应力。 验算从略（可参考机械工程手册 12 卷 70-123 页） 4.2.4 支重轮和托轮 支重轮主要的设计 要求是提高各磨损零件的寿命和保证密封可靠、润滑良好。 支重轮一般是铸钢或铸钢件，材料为 50Mn、 55SiMn、轮缘表面淬火硬度为 HRC5360，淬硬层深不小于 4mm。现选为 55Mn。 支重轮轴固定在轮上，跟随着轮的转动，按悬臂梁核算在垂直载荷sY作用下的弯曲强度。计算工况是拖拉机越过水平横梁，载荷集中于每侧一个支重轮上，此时 sY=2sGkgf 所以，sY=2sG=22332=1166 kgf 现选用 45 调质钢为轴的设计材料。 考虑到支重轮转速较高，工况不很差，设计它的支承元件为圆锥滚子轴承。 现设计支承轴的大小及长度，联系实际，初定轴长为 200mm，轴承与支承轮受力点长度为多功能甘蔗中耕田管机改进设计 23 50mm。 画出轴的受力图，计算它的弯曲强度： 50Ys图 4-2 支重轮轴受力分析 危险处截面弯矩 M= 22VH MM 所以， M= 22VH MM = HM =sYLg=1166*0.05*9.8=571.3N.m 根据机构设计第七版，轴的弯曲校核计算， ca=WTM 22 )( =46mm。 将外径圆整为 d=50mm。 初选圆锥滚子的型号： 32010。 其内径为 50mm；外径为 80mm。 轴承的破坏一般为基本额定寿命的失效，现设计为短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果。其预期寿命 hL为 30008000h. 根据所设计的尺寸确定出轴的尺寸，支承轮的尺寸，分别画出它们的零件图以及装配图。 4.2.5 张紧轮和张紧缓冲装置的设计 多功能甘蔗中耕田管机改进设计 24 张紧轮和张紧缓冲装置主要的设计要求是保证履带行走装置的张 紧和缓冲性能。 张紧轮须前后移动以张紧履带和缓和冲击，移动方式为移动式。 张紧轮轴按拖拉机在平地倒退或急转弯，履带所能传递的最大驱动力作用在张紧轮上计算，一个张紧轮的计算载荷： P 2 P=sGkgf 按简支梁计算轴的弯曲应力， 轴的材料为 45 调质钢