棉秆收获机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 前  言  棉花是我国的重要经济作物，目前，全国棉花种植面积 600 万 年棉秆产量约为 3000 万t。按 1t 棉秆相当于 0.4 m ，林木用于制造纸浆量计算，若能全部利用，每年可节省林木资源 12万 此大的可再生资源如果实现循环综合利用，将产生巨大的经济效益。发展棉花秸秆机械化收获技术，对实现农业剩余物综合利用，发展绿色农业意义重大。  对棉秆收获机械化的要求虽然十分迫切，但由于棉秆主干粗细不一，枝杈多，长势特殊等原因，收获技术和收获机械仍不完善。近年来，随着社会和科技的发展，棉秆已被广泛应用于能源、造纸及 生物基材料等领域，尤其是棉秆木质成分含量高，可作为优质的可再生资源原料，棉秆收获技术与装备的研究备受关注。因此， 对棉秆收获过程的机理和特性进行探讨，提高棉秆收获效率成为了一个重要的课题。 近几年已有多种机型问世。  关键词： 棉秆收获机；棉秆加持提拔；棉根铲切；张紧装置；地轮传动  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录  1 绪论  . 1 2 起拔机构的设计要求  . 2 能设计  . 2 应性要求  . 2 3 棉秆收获机的基本结构及工作过程  . 2 本结构  . 2 拔原理  . 4 作过程  . 4 4 起拔输送机构结构设计及工作原理  . 5 刀的设计  . 5 秆夹持输送装置的设计  . 5 禾器的设计  . 6 5 棉秆收获机的传动机构的设计  . 6 动原理  . 6 杆夹持起拔输送运动分析  . 8 6 齿轮传动的设计  . 9 锥齿和小锥齿  . 9 . 10 7 轴 设计计算及校核  . 11 的设计  . 11 的校核  . 11 总  结  . 14 致  谢  . 15 参考文献  . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论  在六七十年代中期，我国就开始了对棉秆收获机械的研制。到 七十年代末，八十年代初，家庭联产承包责任制的推行，棉花产量剧增，引发棉秆收获机械研制热，如中国农机院，山东、山西、河北、河南以及湖北等省农机研发部门曾对棉秆收获机进行过研制，但由于种种原因都未能定型生产和推广使用。九十年代初，随着棉花价格的提升与棉麦轮种技术的发展，棉花种植面积扩大，棉秆收获机械迫切需要，中国农机院成立了专业课题组，山东省多个市区也相继对棉秆收获机械进行了研制。近年来，随着社会和科技的发展，棉秆已被广泛应用于能源、造纸以及生物基等领域，尤其是棉秆木质成分含量高，可作为优质的可再生能源原料，棉 秆收获技术与装备的研究备受关注。总结多年来我国研制出的各类机型，归纳起来有三种：铲切式、提拔式和联合作业式。  （ 1）铲切式  主要是二行铲切式棉秆收获机。这类机械的收获部件，一般设计成“人”字形的大锄铲，作业时，悬挂在拖拉机前面，拖拉机高速行驶，而人字形铲入土一定深度穿行，利用拖拉机向前行进的力量切断棉根，并使棉秆向上抬起，自然堆放至地面。这类棉秆收获机械结构简单、制造和使用方便，但是效率低、残留棉根较多、铺放不整齐。主要与小型拖拉机配套使用，由于各地种植农艺的差异，加之缺乏机械化标准种植，这种对行的小型棉秆 收获机始终没有得到推广。  （ 2）提拔式  提拔式棉秆收获机是用起拔机构把棉秆从土壤中提拔出来，按起拔器的形状和结构又分为辊式、夹式和链杆式三种。这种机型主要是各地农机研发单位根据本地域条件和棉花生长特点进行初步试制的机型，均没有得到广泛应用，未能形成产品在市场上推广。目前，该类机型中最具代表性的是 4业时，由拖拉机前进推动机具前移，地轮传动带动拔盘转动，前进中拔盘遇到棉花秸秆将拔起，并将秸秆拨向后方，待集成后置于田间。  （ 3）联合收获式  综合国内外技术基础，结合青饲料收获机和联合 收割技术，中国农业机械化科学研究院组织力量开发了切割式联合收获机械，一次完成棉秆的切割、切碎和集装作业克服了种植行距的限制，解决了密植、细杆和西部内陆土冻结后棉秆收获难题，成为了以棉秆为燃料的为燃料的生物质秸秆直燃发电厂的主要燃料设备。由于受到割刀工作原理、地表平整程度的限制，特别是垄作时做到低茬收割有一定难度，根茬仍留在地里，没有从根本上解决。为了满足我国长江，黄河流域棉花主产区棉秆粗壮、高大，通常采用拔取后收获的分段作业方式，中国农机院又开发了棉秆捡拾联合收获机，集棉秆自动捡拾、喂入、输送、切碎、抛送、 装箱、卸料一体化，该机重点突破了棉秆 类冠状植株强制抓取、连续喂入技术，实现了棉秆分 段高效联合收获作业。  美国、印度乌兹别克斯坦、澳大利亚以及俄罗斯等国是国外主要的棉花生产和贸易大国。其棉秆收获设备技术主要以对行式为主，按照收获原理主要分为三种，即铲切、刨挖与拔杆。由此，形成了拖拉机牵引与悬挂式机型。在两种机型中，有些仅仅是铲、割、拔与铺条，有些是铲、割、拔与切碎结合。在切碎后有些是集中，有些是直接还田。  （ 1）铲切式  有挖掘铲深入土层中，把棉秆根切断，利用旋转星轮拔取棉秆，达到杆土分离。常用机型有 乌兹别克斯坦生产的 业时由拖拉机牵引，一般收获四行棉秆，铺放成条。棉秆晒干后，由人工或打捆机打成捆以备后用。另外，配套有切碎装置的 业时，先由挖根铲将棉秆根部斩断，再由拔杆辊将棉秆拔起，经刀盘切碎后，沿输送管送到集装拖车上，棉秆拔净率均接近 99%。  （ 2）刨挖式  主要采用对称倾斜双圆盘刨挖，这种技术类似于开沟器的工作原理。典型代表如美国的 分别收获 2、 4、 6和 8行棉秆，对不同温度棉秆适应性强。 杆机构可折叠起来。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 作业时，拔杆机构走动伸展，采用平行四连杆仿形，通常在拔杆机构后面安装切碎装置，实现棉花秸秆拔取与切碎还田。此种技术相对于铲切来说，动力消耗相对减少，但是一般要求对行性较强。  （ 3） 拔取式  采用 45 倾角安装的橡胶对辊夹取。典型机型有澳大利亚的 行棉秆，直接将棉秆平铺在地上，作业速度高达 22km/h。业行走速度快，即便是拔取茎杆粗壮的秸秆，也具有叫高可靠性和稳定性，且设有传动安全防护措施。此种技术最大的缺点是对种植行距的标准性要求就高，对机手操作的熟练程度也要求较高。适合标准化栽植的规模种植。  综上所述，铲切式棉秆收获机结构简单，制造和使用方便，但是消耗动力大，工作效率低，铺放不整齐。刨挖式可根据需要可分别收获 2、 4、 6和 8行棉秆，对不同温度棉秆适应性强。此种技术相对于铲 切来说，动力消耗相对减少，但是一般要求对行性较强。提拔式主要有 立式拔棉杆机和方形齿盘式拔棉秆机，都存在工作效率低，漏拔率和拔断率高，动力消耗大等缺陷。且 此种技术最大的缺点是对种植行距的标准性要求就高，对机手操作的熟练程度也要求较高。  2 起拔机构的设计要求  能设计  针对农业生产中扎大量棉秆把同于防风护苗的现状，设计一种棉秆收获机，要求对棉秆损伤小，工作可靠，结构简单。 棉柴起拔机构是棉柴收获机具的核心工作部件，其性能好坏直接射击起拔功能的顺利完成。其在设计时需要考虑导向、扶起、夹持、起拔和适应性等功能 要求。  向扶起功能  棉柴在生长时由于大风等外力因素的影响，存在少量不同方向，不同程度的倒伏；由于种植原因，棉柴也不呈直线种植，存在不同程度上的偏斜和行距误差，起拔机构应能将倒伏的棉秆扶起，并导入夹持输送机构，便于进行收获。  拔、输送功能  各棉株高、枝杈长短及根长差别很大，起拔机构应满足棉柴从进入夹持输送轨道过程中，整个根系逐步从土壤中完全拔出，且在夹持输送轨道顺利穿过，不能因枝杈等因素影响出现棉秆堵塞轨道现象，保证后续棉柴的铺放收集能够有序进行。  放 功能  棉秆起拔完毕输送至轨道末端时，起拔机构设计了拨禾装置将棉秆拨倒，使棉秆有序的铺放于地面上，便于棉农收集棉杆。  应性要求  由于棉柴品种、棉柴生长环境及各棉柴自身情况等因素的影响，棉柴粗细高矮差别很大，起拔机构应适应不同茎杆直径的棉秆，对于细棉秆，起拔机构要保证棉秆能顺利拔出，不会漏拔，对于粗棉杆起拔机构要能提供足够的起拔力来完成起拔，不会拔断。  3 棉秆收获机的基本结构及工作过程  本结构  棉秆收获机与拖拉机间三点挂接，拖拉机的挂接装置对棉秆收获机只起牵引作用，在工作或运输时其重量均由本身具有的轮子承受。棉秆收获机由机架、底板、夹持起拔输送装置、地轮传动装置，皮带张紧装置，扶禾器、铺禾器、悬挂等组成。如图 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 3视图  图 3视图  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 拔原理  该棉秆收获机的核心部件是六排输送带和夹紧装置，输送带与底板平行底板前倾与地面成一定倾斜角度布置。工作时，机构前行，棉秆被强行喂入夹持轨道，夹紧装置上的圆形小滚筒靠其一侧的压紧弹簧提供压力，两侧的夹紧装置和皮带一起将棉秆夹紧，同时，棉秆被铲刀从根部铲断并 起拔，被输送带输送至轨道末端。由于输送带前倾布置所以在棉秆从土壤中拔出时，不会因为夹持点与地面高度不够而影响棉秆的起拔。机构作业时，机构前行速度和皮带线速度 2个参数必须保证合理的配合，才能保证棉秆的起拔效率。  以棉秆垂直地面起拔为例，对以上两因素进行研究，假设机构前行速度为m，带轮线速度为l，棉柴株距为 B，则拔苗周期，棉柴提拔速度为 。  实际工作时，根据田间棉株生长情况，确定机组前进速度，即可根据上述关系推出拔棉秆周期，棉柴提拔速度及带线速度等结构参数。  表 3杆收获机主要技术参数    参数项目  数据  外形尺寸（长 宽 高）（  作业行驶速度m（ m/s）  作业行数  挂接方式  配套动力  行距（  铲切最大 深度（  2 4 3 1 . 8 1 8 9 7 1 0 1 0 2  3  三点悬挂  力 )轮式拖拉机  660  115  表 3套使用拖拉机主要技术参数    参数项目  数据  外形尺寸（长 宽 高）（  作业行驶速度m（ m/s）  轴距 （  最小离地间隙（  动力输出轴输出功率  轮 距 （前轮 /后轮） （  最大牵引力  悬挂装置型式 /类别  4540 2030 2810 4 2375500 力）  1609/1711 点后悬挂 /  作过程  拖拉机通过悬挂拉动棉秆收获机前进，棉秆收获机在前进的过程中地轮转动，经轴和齿轮的传动带动主动带轮转动。在工作时，随着棉秆收获机的前行，棉秆首先被棉秆收获机前部的扶禾器扶正并被挤压入夹持轨道，随着棉秆 收获机的前行和带的转动，棉秆在轨道中被夹持起拔，同时被输送带向后  输送至轨道末端，此时棉秆已被完全起拔并被旋转的拨禾轮拨倒铺放于地面，至此完成整个拔棉秆作业。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 4 起拔输送机构结构设计及工作原理  刀的设计  为了减小起拔棉秆时所需要的提拔力，在夹持轨道前部装有铲刀。棉秆收获机在跟随拖拉机前进时，首先由扶禾器将棉秆扶起聚拢并向夹持轨道挤压，棉秆在被挤压进入夹持轨道的同时，铲刀从棉秆根部将棉秆铲断，减小了棉秆对夹持轨道的拉力。铲刀铲切深度可达 100安装在棉秆机架上。如图 4    图 4秆夹持输送装置的设计  棉秆夹持输送装置是起拔机构的关键部位，其性能的好坏直接决定棉秆的起拔效果，棉秆粗细高矮不均，起拔力大小不同，所以加持输送装置应满足不同体征参数的棉秆进行起拔，且起拔过程中可根据需要自动调整夹持力的大小。夹持输送装置应完成棉秆的起拔、输送两环节，并使其协调进行，夹持输送装置应将棉秆完全拔出，减少漏拔和拔断率。  案选择  通过对起拔机构的分析， 工作可靠且稳定性，适应性较强，所以本起拔机构起拔方案带夹式。如图所示为夹持输送装置。  在 作用是防止  4由传动轴，带轮，滚筒，张紧板，底板压，缩弹簧，带轮轴，扶禾器等组成。  图 4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 持输送过程  张紧装置采用螺栓联接紧固安装在左右两底板上，且张紧滚筒与 工作时，棉秆与 压  而使张紧板移动挤压弹簧，弹簧受压产生反作用力，作用与棉秆，形成夹持拔起拔力。由于导向柱可以在套筒内自由伸缩，所以该结构解决了不同直径棉秆夹持问题，且棉秆直径越大，夹持力越大。夹持预紧力可以通过调整螺杆上的螺母进行调整。  禾器的设计  为使棉农便于收集棉秆，在棉秆收获机的末端设计有铺禾器，铺禾器与带轮轴连接，随带轮轴一起转动，当棉秆输送至棉秆收获机的末端时，铺禾器对棉秆上部有力的作用，使棉秆有序的铺放于地面。如图 4 图 45 棉秆收获机的传动机构的设计  动原理  为使棉杆收获机能够顺利的将棉杆挤压入棉杆收获机并顺利起拔而不被拔断，初步选定拖拉机前进速度为 s。如图 5 图 5传动比  2134 0 . 2 5136mn zi                  （ 5 式中： i 总传动比    n 带轮轴转速   1 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 轮至皮带的传动总效率  21 2 3 （ 5 式中：1、2、3分别为轴承、齿轮传动、带传动的传动效率。  取1=珠轴承），2=轮传动），3=  20 . 9 8 0 . 9 7 0 . 9 6 0 . 8 9 轴转速  由于拖拉机前进速度为 s，地轮直径为 地轮线速速为 s,则地 轮转速为：  1 60 6 0 0 . 5 2 3 . 8 8 r / m i n 2 4 r / m i  3 . 1 4 0 . 2mn r （ 5 则有：  1 2 3 . 8 8 / m i n 2 4 r / m i n r                       (52 3 . 8 8 9 5 . 5 2 r / m i n 9 6 r / m i  2 5nn i (5其中： m  为拖拉机前进速度；  为地轮轴转速；   为皮带轴转速。  线速度  由于带轮转速 2n 与皮带轴转速 等，即有：  2 9 5 . 5 2 r / m i n 9 6 r / m i                      （ 5 所以带线速度 1 为：  2119 5 . 5 2 2 . 2 m /  0 2 3 . 1 4 0 . 1 1 5 6 0                （ 5 其中：1 轴输入功率  现以符合表 3拖拉机输出功率进行分配，根据查阅各种资料显示，拖拉机动力轴输出的功率 30%用于自身， 50%用于本棉秆收获机对棉秆的铲切，10%用于地轮传动， 30%作为储备功率。  即，用于地轮传动的功率为：  4 1 . 5 8 1 0 % 4 . 1 5 8 k   （ 5 由式（ 41、2、3分别为轴承、齿轮传动、带传动的传动效率。则：  轴 1                  11 4 . 1 5 8 0 . 9 8 4 . 0 7 k （ 5 轴 2                   332 1 211 4 . 0 7 0 . 9 7 1 . 2 4 k （ 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 轴 3                   3 2 1 3 1 . 2 4 0 . 9 8 0 . 9 6 1 . 1 6 k （ 5 轴的转矩  对于地轮有：             11K W k  0 0 3 0 1 0 0 0 T （ 5 则：             130000 3 0 0 0 0 4 . 1 5 8 1 6 5 5 . 2 5 N  1 4 2 4n 轴 1             11 1 6 5 5 . 2 5 0 . 9 8 1 6 2 2 . 1 4 N （ 5 轴 2             332 1 211 1 6 2 2 . 1 4 0 . 9 7 4 9 3 . 4 N （ 5 轴 3             3 2 1 3 4 9 3 . 4 0 . 9 8 0 . 9 6 4 6 4 . 1 N （ 5 杆夹持起拔输送运动分析  以棉杆夹持点 图 5：  1       杆相对于机车向后运动的速度为：  1 c o s 3 0 2 . 2 c o s 3 0 1 . 9 1 m / 。 。（ 5 棉杆向上的起拔速度为：  1 s i n 3 0 2 . 2 s i n 3 0 1 . 1 m / 。 。                      （ 5 棉杆相对于地面向后运动的速度为：  0 - 1 . 4 1 m / （ 5 棉秆运动合速度为：  220 1 . 7 9 m / v v                           （ 5 处的运动分析  如图所示为棉杆在机车末端  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9                   aM  图 5据斜抛运动，则有：  1b （ 5 21112h                            （ 5 201                          （ 5 其中， h 为棉杆收获机的高度， 。  由以上（ 4（ 4（ 4式得  1  ， 1  ， 0  。  棉杆从棉杆收获机抛出点至抛落点的水平距离为 1s ，则  1 1 0 1 . 9 1 0 . 1 5 0 . 4 1 . 0 5 t t （ ） （ ）（ 5 棉杆收获机向前行进的距离为 2s ，则  2 1 00 . 5 0 . 5 0 . 1 5 0 . 4 0 . 2 7 5 ms t t （ ） （ ）（ 5 所以，棉杆抛出点与棉杆落地点之间的水平距离为 s ，则  12 1 . 0 5 0 . 2 7 5 1 . 3 2 5 ms s s                （ 5 由于棉杆抛出点与地轮轴水平距离为0 ，所以0则棉秆不会落在地轮轴上。  6 齿轮传动的设计  锥齿和小锥齿  考虑到传动方式为地轮传动，所以齿面采用硬齿面。小齿轮齿选用 45 钢正火，齿面硬度为197286齿轮齿选用 45 钢正火，齿面硬度为 156217 11传动精度为 7级（ 11（表 11（表 11来自机械设计基础。本说明书中所查表均查自机械设计基础和机械设买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 计手册。  设大齿轮齿数为1 136z ，则大齿轮齿数为21 0 . 2 5 1 3 6 3 4z i z 设模数 2则由表 4得  分度圆锥角                1 122136 4 t a n c o z                  （ 6    127 5 . 9 6 , 1 4 . 0 4分度圆直径  ：                  11 2 1 3 6 2 7 2 m md m z 22 2 3 4 6 8 m md m z （ 6 齿顶高 2 m ，齿根高 1 . 2 2 . 4 m ，全齿高 2  .4 m  ，顶隙0 . 2 0 . 4 m   齿顶圆直径：  1 1 12 c o s 1 3 6 2 2 c o s 7 5 . 9 6 1 3 6 . 9 7 m d m （ 6 2 2 22 c o s 6 8 2 2 c o s 1 4 . 0 4 7 1 . 8 8 m d m （ 6 齿根圆直径：  1 1 12 . 4 c o s 1 3 6 2 . 4 2 c o s 7 5 . 9 6 1 3 7 . 1 6 m d m （ 6 2 2 22 . 4 c o s 6 8 2 . 4 2 c o s 1 4 . 0 4 7 2 . 6 6 m d m （ 6 节锥顶距：                2121 1 4 4 . 5 m （ ）                  （ 6 齿宽：                      0 . 3 1 4 4 . 5 4 3 . 3 5b                         （ 6 其中齿宽系数为                                                        齿顶角：                  2a r c t a n a r c t a n 0 . 7 91 4 4 . 5aa （ 6 齿根角：             2 . 4a r c t a n a r c t a n 0 . 9 51 4 4 . 5ff （ 6 根锥 角：               11 7 5 . 9 6 + 0 . 9 5 = 7 6 . 9 1 22 1 4 . 0 4 0 . 9 5 = 1 4 . 9 9 （ 6 顶锥角：               11 7 5 . 9 6 + 0 . 7 9 = 7 5 . 7 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 22 1 4 . 0 4 + 0 . 7 9 = 1 4 . 8 3 （ 6 7 轴 设计计 算及校核  的设计  图 7轮轴  114 0 , 4 4 225 0 , 3 3 9 334 0 , 1 2 0443 0 , 6 2的材料选取  由于轴 2 上有齿轮，且转矩较大，故轴 2 的材料为 45 号钢，调制处理，  217 255 210 最小直径计算  根据机械设计课程设计指导书有  23 pA (7式中： d 主动滚筒最小直径（   A 查表可知  p 传递的功率（   n 轴的转速（ r/  由前面计算可知2 ， 6 r / m i 轴，将数据带入式（ 6：  2 3323 . 7 2 K W 3 0 m  r / m i   （ 7 整圆后取轴的最小直径为 30 的校核  由前面计算可知转矩2 4 9 3  ，  齿轮圆周力  ：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 212112 2 4 9 3 . 4 1 0 0 0 9 8 6 . 8 1 0 0 0= 2 9 3 6 9 . 0 4 N(1 0 . 5 ) 4 0 (1 0 . 5 0 . 3 2 )tt     （ 7 齿轮径向力  ：  t a n c o s = 2 9 3 6 9 . 0 4 t a n 2 0 c o s 2 2 9 9 1 0         （ 7 齿轮轴向力：   t a n s i n 2 9 3 6 . 9 t a n 2 0 s i n 2 2 4 0 0 4 . 3         （ 7 齿 2 的分度圆直径为2 80 m 齿轴承 2 到齿 2 的距离为2 339，固定轴承到齿轮的距离为5 10垂直面上的支承反力为：  2212809 9 1 0 3 3 9 4 0 0 4 . 322 N 9 . 4 3 l FF l 齿         （ 7 22221009 9 1 0 1 0 4 0 0 4 . 322 N - 1 0 . 1 l FF l 齿            （ 7 水平面上的支承反力 :：  12 2 9 3 6 9 . 0 4   F (7垂直面的弯矩：  22 - 1 0 . 1 0 . 0 1 N m - 1 . 0 1 N ma v  l （ ）（ 7 '11 9 . 4 3 0 . 3 3 9 N m 3 . 1 9 N ma v  l (7水平面的弯矩：  1 1 1 2 9 3 6 9 0 . 3 3 9 N m 9 9 5 6 . 0 9 N   l (72 2 2 2 9 3 6 9 0 . 0 1 N m 2 9 3 . 6 9 N   l (7合成弯矩：  12 9 9 5 6 . 0 9 2 9 3 . 6 9 - 1 . 0 1 N m 1 0 1 . 2 3 N ma a H a H a  M M (7 '' 12 9 9 5 6 . 0 9 2 9 3 . 6 9 3 . 1 9 N m 1 0 1 . 2 5 N ma a H a H a  M M  （ 7 轴传递的转矩：  2 2 9 3 6 9 . 0 4 0 . 0 8 N m 2 3 4 9 N 齿                （ 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 危险截面的当量弯矩：  2 ' 2 2( ) N m 6 9 7 . 3 N me a  M T              （ 7 危险截面处的直径：  由表查出 650 ，1 6 0 M P 则  314 8 m  1