4LBZ-100型水稻收割机传动系统设计（含CAD图纸全套及3D三维图）
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外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 毕业设计 (论文 ) 4水稻收割机传动系统设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 2014 年 月 日 要 随着 水稻收割机技术的飞速发展，水稻收割机 的 农业 领域正在不断的扩大，对 应用需求 提出了新的要求，为提高 水稻收割机 应用 的水平，我们研制了一套 水稻收割机 系统。 本文阐述了 水稻收割机 的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的 水稻收割机 设计要求，进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度 具体结构设计、计算。 关键字： 水稻收割机 、结构设计、 机械结构 of of of is on in to of we a of of at of of of 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 . 5 收割机传动系统的组成 . 5 稻收割机市场现状 . 5 稻收割机技术现状 . 5 稻收割机的发展趋势 . 7 稻收割机的发展趋势 . 8 第 2 章 水稻收割机总体方案设计 . 11 体设计的思路 . 11 计方案过程及特点 . 11 体结构 的设计和比较 . 11 第 3 章 传动系统 的设计和计算 . 13 动系统的设计和计算 . 13 动系统的驱动电机功率的 预算 . 13 动系统结构设计 . 14 小锥齿轮的设计和校核 . 21 的设计和校核 . 24 的校核 . 34 总 结 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 5 第 1 章 绪论 收割机传动系统的组成 4半喂入式联合收割机是一款小型半喂入式收割机，具有小巧轻便，适应能力强的特点，特别适用于西南丘陵地区小块不规则农田的作业要求。它的 传动系 统 一般由离合器、 变速箱 、 驱动桥 、主减速器、 差速器 等组成。 稻收割机 市场现状 自 2004 年国家施行农机购置补贴以来，直至 2009 年收割机市场一直呈现出持续火热之势， 收割机产销量急剧上升，保有量也迅速增大，国内收割机生产企业增多，收割机技术趋于成熟，产量剧增，价格大幅下降以及国内市场水稻收割机的巨大刚性需求是这几年收割机市场一路走高的主要原因，而进入 2010 年，收割机市场开始步入理性增长阶段，国内市场温和增长，没有大起大落情况出现欧美与日韩等国的机器仍占据着大量市场份额，国内企业很难与之抗衡我国水稻收割机的发展很不平衡，吉林辽宁等东北产区以及江浙沪等发达地区机械化程度较高，水稻机收率可以达到 60% 80%，而其他水稻主产区 ( 如四川和重庆等地 ) 水稻机收率偏低，2009 年仅能达到 30%左右由于当地经济条件和地理环境的限制，水稻收割机的推广普及仍存在很大的困难而在安徽湖南等地，虽然在生产厂家和农机部门的共同努力下收到了一定的效果，但水稻机收率仍然不尽如人意 这些地方市场潜力较大，但对水稻收割机的技术要求更加严苛。 稻收割机 技术现状 目前，我国水稻收割机主要有以下几种类型 : 1) 按喂入方式，可分为全喂入式联合收割机和半喂入式联合收割机 全喂入式联合收割机结构简单，成本低廉，适合地形较好的平原地区大面积作业 ; 半喂入式联合收割机生产效率高，收获损失小，适用范围更加广 泛。 2) 按配置结构，可分为自走式和背负式两种 背负式收割机主要与手扶拖拉机以及 8 83 47 8四轮拖拉机配套使用，以拖拉机作为动力，降低了购机成本 而自走式收割机工作稳定，效率高，已经逐渐取代了背负式收割机，成为水稻收割机的主要发展趋势。 6 3) 按行走方式，可分为轮式和履带式两种 轮式 传动系统 结构简单，成本较低，在长江以北土质较好的平原地带以及田地分散的丘陵山区地带使用较为普遍 ; 履带式 传动系统 附着力强，适宜在泥地和水田中作业。 4) 按脱粒方式，可分为梳脱收获和喂入式收获两种 喂入式收获即先将 植株割下后整体经过脱粒装置进行脱粒 ; 而梳脱收获又称为割前脱粒，即先进行脱粒操作，再将植株割下 梳脱收获可以大大减少进入脱离装置中的物料的草谷比例 ( 仅为0 18 0 48) ， 从而减少功率消耗，提高工作效率。另外，梳脱收获具有湿脱性能好损失小和清洁度高等优点，尽管目前梳脱机型在可靠性和配套性方面都存在着某些不足，尚处于样机推广阶段，但它是未来水稻联合收割机的一个重要发展方向由于作业环境的不同，国外联合收割机发展方向也不尽相同，欧美的联合收割机大部分是全喂入自走式机型，并且机型较大，档次较高，能同时收获小 麦水稻玉米和大豆等农作物，功率较大，一般为 147上，工作效率很高 ; 而日韩的联合收割机多为半喂入自走式机型，可以兼收稻麦，适合水田作业，其功率和价格等都与国产半喂入机型较为接近，但可靠性较国产机型更高，更加小巧专业，在国内市场上占有较大份额。目前，我国水稻联合收割机主要有全喂入自走式和半喂入自走式两种机型 全喂入式机型起步较早，技术较为成熟，尽管存在无法解决水稻倒伏时无法作业和秸秆利用等问题，但仍是国内市场上的主流机型，半喂入式水稻联合收割机是日本最先研制出来的，在我国的生产研发虽然起步于 20 世纪 70 年代，但由于其机型结构复杂，技术含量高，制造难度大，成本较高，企业很难在短期内收回投资，所以至今仍没有形成大批量生产的能力，由于缺乏核心技术，一些主要零部件 ( 如发动机和核心工作部件等 ) 仍需要从日韩等企业进口，导致国内生产的半喂入式联合收割机的价格一直居高不下，一台半喂入式机型的售价在 14 万 16 万元左右，一般经济条件的用户根本无力购买，而且与同等价位的日韩进口机型相比，性能和价位都不具有竞争优势 相对而言，国产大型全喂入式机型每台 3 万 5 万元的售价更容易被用户接受。所以，尽管某些专家曾预测全喂入式机型将 被半喂入式机型所取代，但无论从企业还是消费者方面都更加倾向于发展成熟的全喂入式机型 而这也正反映了国内水稻收割机技术的发展现状，即全喂入式水稻收割机产品基本定型，但仍难以解决水稻倒伏和秸秆回收利用问题，目前的发展方向为大功率高效率以及提高可靠性和适应性 ; 而半喂入式水稻收割机尚缺乏核心技术支持，缺乏自主品牌，成本 7 居高不下，尽管很适合我国西南地区水稻主产区收获作业，但发展受限，技术难题亟待解决。 稻收割机的发展趋势 国内水稻收割机技术与国际先进水平仍存在着巨大的差距，存在诸多问题，而解决这些问题的根 本途径就是加大研发力度，从技术层面上打破国外企业的垄断，尽快生产出适合我国水稻产区使用的机型。首先，对于半喂入式联合收割机，割前脱粒技术成为发展趋势，采用梳脱收获工艺，梳脱茎秆切割整齐铺放联合作业的工艺流程，可以很好地解决半喂入机型的技术难题，而全喂入式机型在进一步加大功率，提高适应性的同时对主工作部件结构的进一步改进 ( 如采用轴流滚筒等 )，使收割机结构简化，工作更加可靠 其次，为了提高收割机的通过性，应着重对半链轨和橡胶履带式行走结构进行进一步优化，降低整机质量，从而减轻水稻收获时对土壤的压实作用，这对于 促进免耕和少耕技术的发展具有重要意义。全喂入适应性广，半喂入发展受限。结合我国水稻机收发展严重不平衡的事实，针对西南地区分散的丘陵与山区等作业环境，开发出灵活机动小功率低功耗和可靠性高的小型水稻联合收割机，将成为我国水稻收割机发展的主要方向，借鉴日韩先进技术和发展经验可以看出，采用自走式半喂入式的小型水稻联合收割机非常适合这些地方水稻收获作业，而对其发动机机械结构和主要工作部件等核心技术的研发，将成为我国农业部门与相关企业的重要任务通过采用模块化设计方法，借助于 和 收割机各部件进行建模分析与振动测试等，进一步优化收割机结构，提高收割机可靠性，也将成为水稻收割机设计制造的重要环节随着公顷产量1050上的超级杂交水稻的问世，如何解决现有收割机脱粒装置处理容量与高产大流量不匹配秆青叶茂作物在大流量条件下分离困难等问题，设计生产出适合其特性的机型，也是当前我国收割机发展的重要方向之一。总之，对于当前国内主流机型，在保证良好性能的前提下，保证高效率大功率和大喂入量，从而进一步提高作业效率 ; 采用新材料和先进设计制造工艺，降低收获损失率，提高清洁度 ; 以人为本，运用机电一体 化技术，提高整机舒适性安全性和操作方便性等除了对现有机型的进一步改良和优化之外，借鉴国外经验，针对我国地形复杂，水稻种植农艺作物品种土壤情况和水文条件差异较大等现状，功能更加齐全满足一机多用要求的新机型也必将成为我国水稻联合收割机发展的主要方向。 8 稻收割机的发展趋势 传动系统作为联合收割机的一个重要辅助系统，直接影响着联合收割机各个工作部件的工作状况，联合收割机在使用中出现的工作速度慢、易堵塞、损失大、清洁率低等问题，与传动系统设计不合理有很大的关系。 ( 1 )传动路线设计不合理。原设计中的传动路 线是这样的：由发动机到中间轴，再到轴流滚筒；轴流滚筒后分为 3路，一路为物料搅龙、离心风机、横流风机、前后圆筒筛等，另一路为接力输送器、割台等，最后一路为排草轮。可以看出，在原设计中，各工作部件的动力都是通过轴流滚筒传递的。轴流滚筒不但承担着脱粒的负荷，还要负责为清选装置等其他工作装置传递动力，工作负荷较重。当喂入量过大或作物喂入不均匀时，轴流滚筒本身因负荷变化而引起的转速不稳定，会直接影响到其他工作装置的正常工作；反过来，轴流滚筒的转速又受到其他工作装置负荷变化的影响，从而进一步影响脱粒滚筒所带动的其他工作 装置的速度。这种相互之间的影响使脱粒滚筒和工作装置的堵塞时有发生，各工作部件无法正常工作，从而影响整机的工作质量和工作效率。 ( 2 )各工作部件物料处理能力不匹配。如果某一工作部件对上一部件输送过来 的物料不能快速高效地处理完毕，并顺利输送到下一部件，就会造成喂入量稍一过大，很快就堆积堵塞，影响整车前进速度。这种情况一方面与各工作部件的结构设计有关，另一方面与工作转速有关。这一缺陷突出表现在物料搅龙、籽粒搅龙输送物料的能力不足上，当遇到干焦作物、潮湿作物或喂入量过大时，便无法及时处理脱粒装置输送过来的物料， 造成凹板下面及清选装置堵塞。 水稻是我国第一大粮食作物，常年种植面积约 3000 万公顷。 1995 年以来，我国水稻收割机逐步得到发展。 2000 年水稻机收率提高到 2005 年达到 2007年增长到 46%， 2011 年达到 69%。 虽然与小麦近 90%的机收率相比仍然偏低，但考虑到双季稻产区复杂的地理条件和落后的基础设施现状，当前的机收率实质上与小麦机已经不相上下了。 从 2004 年开始，国家实行对农机购置补贴，拉动了水稻收割机的快速发展。随着机收率的提高，水稻收割机的社会保有量也迅速上 升， 2011 年保有量已超过 38万台，其中半喂入机型约 7 万台。机收率提高后，水稻收割机的市场需求将从增量变成存量，今后更新换代将成为主流需求特征。 需求高潮消退企业理性申报 9 从稀缺变为富余，许多地方不再对水稻收割机实施重点推广和补贴倾斜。而市场冷暖的变化，最先感觉到的一定是企业。 2009 2011 年水稻收割机市场连续 3 年的需求持续低迷，已经让一些企业主动退出了市场，一些本打算进入的企业也望而却步。从近几 年补贴目录的变化上可以看出，大中型拖拉机、玉米收获机和深松机等热门产品数量大幅增长的情 况下，水稻收割机却基本上是原地踏步。截至 2011 年共有 74 家企业申报水稻收割机产品，而目录是 76 家，只增加了 2 家。 2009 2011 年已经有 15 家企业退出或经营方向转移从而消失在补贴目录之中了。全喂 入机型从 2009 年的 32 个生产企业增加到47 个， 3 年间有 15 个企业进入该行业，而半喂入机型 2012 年只有 29 个企业申报，3 年间只增加了 4 个。 从企业进入的多与寡可以看出水稻收割机的需求趋势，企业也在按照市场的需求进行经营方向的调整。适合的才是最好的，全喂入看来并不像某些专家预测的会逐步被半喂入替代。 缺乏核心技术国产半喂入进退维谷 去年在郑州召开的全国农机展上可以发现，与前几年相比，展出的半喂入机型明显减少，参展企业数量也相应减少。 无独有偶，目录也出现了相同的情况。目录中申报的企业和产品数量双双减少，申报的产品型号也都是前几年的老产品，鲜有新产品上榜，且很少有新企业进入。究其原因，没有掌握核心技术的情况下，企业发展无以为继是关建因素。 回顾历史，我国半喂入水稻联合收割机的研究并不晚，中国的半喂入水稻收割机早有建树，但由于客观的工业环境影响，我国自主研发的半喂入水稻机一 直没有发展起来。 日韩企业大举进入中国后，随着技术扩散，国内一些农机或非农企业开始纷纷进入半喂入收割机领域。一些企业采用 机进口或更换包 装的方式，还有一些是发动机和主要工作部件进口，用自制底盘拼装而成。由于我国企业对半喂入收割机没有自主知识产权，未掌握核心工作部件的专有技术，发动 机和主要工作部件靠进口，价格居高不下，国产机无论是在性能上还是在价位上都不具有竞争优势。国内众多厂家对半喂入收割机的投入前赴后继，有的企业为此付 出了沉重的代价，至今没有一家企业拥有完全的自主知识产权，也很少有企业 形成批量生产的能力，能与国外机型相抗衡。 面对日新月异发展的全喂入产品，看着手中没有核心技术而又利润丰厚的半喂入产品，本土企业陷入了两难，在进退维谷之间，失去了发展的方 向，于是一些企业开始两条腿走路，一些企业断臂求生，砍掉了半喂入业务转而进入其他领域，一些企业则因为 “食之无味弃之可惜 ”而仍在徘徊中。 全喂入向大功率延伸 10 半喂入技术发展放缓 受规模化、集约化种植的提高，农机合作社等社会化服务组织的兴起，北方水田增加等因素的影响，收获效率更高的水稻收割机产品需求量在不断增加， 2 3 公斤 /秒喂入量的产品已经是市场的主流，东北地区向 3 公斤 /秒以上的产品发展。 从目录可以看出， 2 3 公斤 /秒喂入量产品的型号在增加，而 3 公斤 /秒及以上产品则增长的更为迅猛，这说明东北市场将是今后有实力的全喂入企业要争夺的焦点，同时也将极大的促进东北地区水稻机械化收获水平。 从目录来看，半喂入机型技术发展逐渐降低。由于市场发展受限及自主品牌的萎缩，日韩主要企业缺乏堆出新产品的动力，无论是产品技术 水平还是产品多样化方面都没有明显的进展。而在原材料上涨的压力下，日韩企业的产品价格不但没有下降，甚至 在变相的涨价，这种结果将影响到用户的选择范 围，增加了用户的购机成本，但最终的结果将是影响半喂入收割机行业整体技术水平的提升，在全喂入技术革新的情况下，半喂入产品市场份额可能进一步萎缩。 以史为鉴企业需创新发展 20 世纪八九十年代，小麦收割机也是呈现百花齐放的局面。进入 21 世纪以来，国家开始实施农机购置补贴，市场需求被重新激活， 2006 年行业整体销量曾接近 5万台，巨大的需求吸引了更多的企业加入，但其时小麦收割机行业产能已经严重过剩，在 2007 年国家取消小麦机的农机补贴之 后， 2008 年众多的中 小型企业受到冲击，福田雷沃重工等实力企业开始进行市场整合。近几年，福田雷沃重工的市场占有率一直在 65%以上，并呈现不断的上 升趋势，而更多的小企业由于形不成规模效应，在无利可图，甚至亏损的情况下忍痛退出了行业。 联想到水稻收割机行业，在经过近 10 年的高速发展之后，目前保有量高企，福田雷沃重工和江苏沃得一南一北两大企业的市场位势逐渐稳固， 柳林、碧浪等奋起直追，星光凭借新产品优势迅速发展，奇瑞重工等企业也在积极布局市场。可以预想，行业集中度将逐步加强，后期这种趋势应该会更明显，广大 中小企业应该通过技术 创新、产品升级、营销模式创新等方式来加快发展，并且密切关注农机购置补贴政策的变化，避免像小麦收割机企业一样，在补贴政策停止后 陷入经营的困境，并最终被市场淘汰。 11 第 2 章 水稻收割机 总体方案设计 体设计的思路 设计 水稻收割机 大体上可分为两个阶段： 一、系统分析阶段 1、 根据系统的目标，明确所采用 水稻收割机 的目的和任务。 2、 分析 水稻收割机 所在系统的工作环境。 3、 根据 水稻收割机 的工作要求，确定 水稻收割机 的基本功能和方案。如 水稻收割机 的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作精度的要 求、所能抓取的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。 二、 技术 设计阶段 1、根据系统的要求的自由度和允许的空间空做范围，选择 水稻收割机 的坐标形式 2、 拟订 水稻收割机 的运动路线和空间作业图。 3、 确定驱动系统的类型。 4、拟订控制系统的控制原理图。 5、选择个部件的具体集体够，进行 水稻收割机 总装图的设计。 6、绘制 水稻收割机 的零件图，并确定尺寸。 下面结合本演示系统的基本要求和设计的基本原则确定本系统的方案。 计方案过程及特点 a. 水稻收割机 必须小巧、灵活、拆卸 方便； b 水稻收割机在工作过程中，其结构可适应应不同道路 的变化情况； c 水稻收割机 自动化程度高，控制方便灵活； 体结构的设计和比较 根据国内外的 水稻收割机 的移动方式大致可分为六种： 活塞移动方式 滚轮移动方式 履带移动方式 足腿移动方式 蠕动移动方式 螺旋移动方式 其各有优缺点。以下分别介绍。 12 活塞移动式依靠其首尾两端管内流体形成的压差为驱动力，随着管内流 多轮方式时牵引力随轮数增加而增加。缺点是着地面积小，维持一定的附着力较困难，这使得结构复杂，越障能力 有限。 履带移动式的优点是着地面积大，易产生较大的附着力，对路面的适应性强，牵引性能好，越障能力强。缺点是体积大不易小型化，拐弯半径大，结构复杂，还要保持履带的张紧。 足腿移动式的优点是对粗糙路面适应性能较好，越障能力极强，可适应不同管径的变化。缺点是结构和控制复杂，行走速度慢。 蠕动移动式的优点是适应微小管径，越障能力强。缺点是移动速度慢， 控制复杂。 螺旋移动式的优点是有一定的越障能力，可适应不同管径的变化，可在垂直路径 中行进。缺点是结构复杂，移动速度慢，驱动力要求高。 根据设计参数和技术 要求，所要研制的 路径水稻收割机 必须要有高可靠性，高效率。所以采用上述 传动系统 的移动方式的组合来实现行走，这样可利用其综合优点避免单一移动方式的缺点。由于 路径 存在不同的弯管，这就要求 水稻收割机 的 传动系统 有一定的拐弯能力和越障能力。所以，设计了一种如下页图所示的可伸缩的三只履带腿式（三只腿成 120分布）组合 传动系统 。 其特点是：移动速度快、转弯比较容易、有较大牵引力、对粗糙路面适应 性好、越障能力强；同时，可伸缩性使得 水稻收割机 对变径 路径 有较好的自适应性。 13 第 3 章 传动系统 的设计和计算 动系 统 的设计和计算 动系统 的驱动电机功率的预算 水稻收割机 受力预取： 1 40012 c o s 6 0 F G F 21F G F =00 =于履带是 二 组；成 180分布；受到的是摩擦阻力 ; 212F F F 驱 （其中 是橡胶与钢之间的摩擦系数） =200 = 路径水稻收割机 的工作行程速度 V 为： V=s 3 3 1 2 . 9 6 0 . 5 1 6 5 6 . 4 8W F V W 驱总（ 由于是 二 组履带，所以每个履带的驱动电机至少为： W= =以，选取电机的功率为 800W;同时电机要能变速，才能在 路径 内转弯；所以 选 择伺服电机，最终选择 服电机（安川公司） 。 342875容 m 150 2F= 驱 =s =14 动系统 结构设 计 确定 传动系统 由于 路径 直径最小时， D=400时总体方案中已经确定采用 2 组履带，相对来说比较狭小；所以 传动系统 尺寸不能太大 。 关于转弯 的功能，它 能转多少 大于150 度的角， 转大概 200转弯半径 . 首先，确定履带的宽度 。 由于履带的宽度较小，那么它 的工作所提供的驱动力就会减 小；而其宽度太大时，所受到的阻力就会很大 。 通过作图的方法，取履带的宽度50 其次， 确定履带的长度 。 履带的长度越长其转弯的灵活性就会受到影响 。 所以，履带的长度不能太长 。 所以其长度 L 为： L=580 最后，确定履带的高度 。 履带的高度受到 路径 的限制，同时还受到撑开杆组的影响；由于撑开杆组要能在 =700000围内变化，所以杆长要达到给定的范围 。 通过对撑开杆组的设计，后最终确定高度 H=175 确定 传动系统 的结构 由于外形尺寸的限制，电机内置在履带组中，同时采用锥齿轮来换向，最后驱动履带轮 。 其结构图如下图所示： 50=58015 H=175构总图 1轴 01 2电机 3小锥齿轮 4驱动带轮 5轴 02 6直齿轮 01 7直齿轮 02 8轴 03 9大锥齿轮 10从动带轮 确定 传动系统 中的履带轮和履带轮 采用同步带的结构来设计履带 。 以下是同步带传动的优点： 1. 适用于两轴中心距较大传动，承载能力较大 。 2. 带具有良好的弹性，可以缓冲 、 吸振，传动平稳，噪声小 。 3. 结构简单，制造和维护较为方便，价格低廉 。 首先，确定同步带 的主要参数：（查机械设计手册 13 齿 形：梯 形 齿距制式：模数制 型 号： 距：次，设计带轮：（查机械设计手册 13 (1)初选带轮的次数： 17z ； 选择切削带轮齿形的刀具类型 切出直线齿廓的特别刀具； 齿槽角： 2=2=40； 节 距 : m= 7 节圆直径 : 7 1 7 1 1 9d m z m m ； 模 数： 7m ； 齿侧间隙： 1； 7z 2=40 119d 7m 1 名义径向间隙：0 ； 16 径向间隙：0 0 . 4 1 . 3 7 0 . 4 7 3 . 8 3 6e e m ； 外圆直径：0 2 1 2 0 2 1 . 7 5 0 1 1 6 . 5 中 = 外圆齿距：00( ) / 3 . 1 4 1 1 6 . 5 1 7 2 1 . 5 2 9p d z m m ； 外圆齿槽宽：0 1 0 . 0 6 1 1 1 . 0 6mb s c m m ； 齿槽深： 4 . 2 3 . 8 3 6 8 . 0 3 6h e ； 齿槽底宽： 7； 齿根圆角半径： 0 . 2 5 0 . 2 5 7 1 . 7 5 ； 0 . 2 5 0 . 2 5 7 1 . 7 5 ； 最后，设计履带：（查机械设计手册 13 由于采用同步带的结构来设计履带，同时履带用于特殊的工作环境，所以不能完全采用同步带的参数，根据具体的结构尺寸设计履带 。 节 距： 齿形角： 2=40； 齿根厚： = 齿 高： 带 高： ； 齿顶厚： 7； 节顶距： = 带 宽： 115sb 0 0d=p=b= 17 =40 = 7 =15sb 确定大小锥齿轮参数 整个行走装置里，锥齿轮的主要作用 递动力 。 同时考虑到其完全在行走装置内部，尺寸受到限制 。 根据以上的因素，设计大小锥齿轮的具体参数 。 根据总体结构设计图，采用轴交角 90 。 齿轮类型为：直齿锥齿轮 、齿形制 为 123691990,齿形角为 20、 齿顶高系数 *、 顶隙系数 * 。（查机械设计手册 14 大锥齿轮的次数1 30z ;小锥齿轮的次数2 23z 。 大小锥齿轮的具体参数分别如下：（查机械设计手册 14 大锥齿轮： 法向模数： 齿 数： 30z ； 法向齿形角： 20 分度圆直径： 3 0 2 . 5 7 5d m z m m 分度圆锥角：11230c o t c o t 5 2 3 1 2 6 23za r c a r 齿顶圆直径： *12 c o d h m =75+212.52 31 26 =18 齿根圆直径： *12 ( ) c o d h c m 大锥齿轮： 30z 20 75d 1 5 2 3 1 2 6 锥 距：221212 s i n 2m z mR z z = 222 0 2 32 = 齿顶角： *a r c ta n = 1 2 3=3143 齿根角： *()a r c t a n c = (1 0 . 2 ) 2 . 5a r c t a . 2 5 3=3471 顶圆锥角： =52 3126 +3143 =55339 根圆锥角： =52 3126 71 =484425 齿 宽 ： b=25 19 R 5 3 3 9 a 4 8 4 4 2 5 f b=25锥齿轮： 法向模数： ； 齿 数： 23z ； 法向齿形角： 20 分度圆直径： 2 3 2 . 5 5 7 . 5d m z m m 分度圆锥角：11230c o t c o t 3 7 2 8 3 4 23za r c a r 齿顶圆直径： *12 c o d h m =12.57 28 34 = 齿根圆直径： *12 ( ) c o d h c m = 1+2.57 28 34 = 锥 距：221212 s i n 2m z mR z z = 222 0 2 32 = 齿顶角： *a r c ta n = 1 2 3=3143 小锥齿轮： 23z 20 d 20 1 37 2834 1 43a 齿根角： *()a r c t a n c = (1 0 . 2 ) 2 . 5a r c t a . 2 5 3=3471 顶圆锥角： =37 2834 +3143 = 41 3017 根圆锥角： =37 2834 71 =33 4133 齿 宽 ： b=25 确定直齿轮的参数 在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力 。 根据 传动系统 的结构和尺寸限制，同时为了减少零件的个数和降低成本，才用两个完全相同的直齿轮，齿顶高系数 *、 顶隙系数 * 。 齿数 z=40，模数 。 其具体参数如下： 分度圆直径：1 2 . 5 4 0 1 0 0d m z m m 齿 顶 高： * 1 2 . 5 2 . 5h m 齿 根 高： *()h c m(1 0 ) 2 = 47 1f a 41 3017 21 f 33 4133b=25d=100mm .5 全 齿 高：h h= 齿顶圆直径：112d h=100+2105 齿根圆直径：112d h=100 齿 厚： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 齿 根 宽： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 中 心 距： 100a d 顶 隙： * 0 . 2 5 2 . 5 0 . 6 2 5c c m 小锥齿轮的设计和校核 选择齿轮的类型 ,精度等级 ,材料和齿数 选择直齿圆锥齿轮 8级精度齿轮 ,软齿面 小齿轮的材料为 40制处理，硬度为 280齿轮的材料为 45钢，调制处理 初选小齿轮的齿数1 21z ；大齿轮的齿数为2 27z 。 按齿面接触疲劳强度设计计算 131 21 9 5 . 1t 根据轴 承布置方式和载荷的冲击情况，取 K= 查附录 2（机械设计 、 机械设计基础课程设计）得小齿轮的接触疲劳极限为： li m 1 600H M p a 大齿轮的接触疲劳极限为： 22 l i m 2 550H M p a 计算接触疲劳许用应力： l i m 11 0 . 9 0 . 9 6 0 0 5 4 0 p a l i m 22 0 . 9 0 . 9 5 5 0 4 9 5 p a 12 5 4 0 4 9 5 5 1 7 . 522 p a 1 540H M 2H 495 计算小齿轮的分度圆直径 131 21 9 5 . 1t =3 21 . 8 3 6 . 11 . 3 0 4 5 1 7 . 5 中 109 5 5 0 / n9 5 5 0 0 . 8 2 1 1 . 0 6 = 按齿根弯曲疲劳强度设计计算 13 2 2 213 . 2 1K T 计算当量齿数并查取齿形系数，两齿轮的分度圆锥角分别为： 12227c o t c o t 5 2 0 7 2 5 21za r c a r 1 37 52 35当量齿数为： 1 1 1/ c o s 2 1 / c o s ( 3 7 5 2 3 5 ) 2 6 . 6 3 1 2 2 2/ c o s 2 7 / c o s ( 5 2 0 7 2 5 ) 4 3 . 9 0 4 23 查附录 2得：124 . 5 8 ; 4 . 7 5F S F 由附录 2得
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