青贮收获机机身设计

目 录摘要21绪论41.1课题研究的目的和意义41.2国内玉米收获机的研制状况51.3 国外玉米收获机的研制状况及趋势21.4现有玉米秸秆青贮机械收获的方法31.5 课题研究的主要内容92. 总体方案的设计92.1设计的基本原理92.2样机结构及工作原理93 关键部件的设计103.1设计指标103.2减速控制器的选择103.3滚筒刀的结构设计134主要部件的选择及强度校核144.1 轴的设计与校核144.2键的强度校核174.3螺旋输送器的计算184.4 V带的选择20结 论21参 考 文 献22致 谢23青贮收获机机身设计 指导老师：摘要：玉米秸秆具有很高的利用价值。近年来，随着畜牧业的快速发展，动物饲料短缺的问题日益严重，在冬季尤为严重。在我国农村，玉米秸秆作为动物饲料有着悠久的历史，但是玉米秸秆在进行收获时大多采用人工收获，费时费力；机器收获则多是将秸秆粉碎还田。目前市场上出现了一种玉米收获机，能够将秸秆粉碎的同时送入集草车，这种方法固然便于收集，但运贮作业费工费时。本毕业设计是一个青贮收获机机身的设计。首先，青贮收获机机身作了简单的概述；接着分析和青贮收获机机身计算方法的选择原则；然后根据这些设计准则与计算基础的设计；然后检查收获机的主要部件的选择。目前，青贮收获机机身向长距离，高速度，低摩擦的方向发展。关键词：青贮收获机机身；传动装置；切碎装置Silage harvester body design Tutor：Abstract：Corn stalks with a high value. In recent years, with the rapid development of animal husbandry, animal feed shortages growing problem, particularly acute in winter. In our countryside, corn stover as animal feed has a long history, but they use when carrying out harvesting corn stalks artificial harvest, time-consuming; machine harvesting is more of the straw chopper. Appear on the market, a corn harvester, at the same time be able to crush the straw into a grass car, this approach is certainly easy to collect, but labor intensive jobs in Transport and Storage.The graduation project is a silage harvester fuselage design. First, silage harvester fuselage briefly outlined; then analyzes and silage harvester fuselage choice principle calculation method; then, based on these design criteria and calculated on the basis of design; then check the selection of the main components of the harvesting machine. Currently, silage harvester body in the direction of the development of long-distance, high-speed, low friction.Key words: Silage harvester body; gear; Chopper1绪论1.1课题研究的目的和意义玉米是我国三大粮食作物之一，是仅次于小麦的主要粮食作物，是优质饲料和重要的工业原料，同时秸秆还是畜牧业的重要饲料。搞好玉米的生产加工和秸秆的综合利用对农业、农民、农村乃至整个国民经济发展都具有重要意义。我国21各省、市、自治区都有玉米种植。种植面积、总产量仅次于美国，居世界第二位，玉米年产量达12029万吨，约占世界玉米总产量的18%。玉米生产对工农业的发展起着举足轻重的作用。目前，我国的小麦收获已基本实现了机械化，而玉米机收水平只有5%，成为玉米生产过程的瓶颈和难点。玉米生产机械化水平低严重影响了农业生产机械化的整体水平，阻碍了农业现代化的进程。造成玉米生产机械化水平低的主要原因，一是农机与农艺不配套。采用一年两作地区多采用套作种植，行距不相等，不便于机械作业；二是现有玉米生产机型少，供农民选择的余地小，功能单一不能很好满足不同用户的需求。有的用户需要灭茬、有的需要秸秆兼收、有的需要青储等等；三是玉米生产机械特别是收获机械造价高，利用率低，农民一次性投资大，投资回收期长。此外，农民焚烧秸秆问题一个重要的原因是没有合适的穗茎兼收型玉米收获机，将玉米秸秆回收利用，用于畜牧饲料，减少对秸秆的焚烧造成的空气污染。玉米收获机械化可以带动玉米的产业化种植，减轻农民劳动强度。而秸秆可以直接粉碎还田增加土壤的有机质含量，或者秸秆回收用于饲料，为大力发展畜牧业提供丰富的饲料保障，有效地改善农牧业的产业结构，使得畜牧业比重进一步提高，农牧业发展处于良性循环，从而增加了农民收入。避免秸秆焚烧带来的资源浪费和大气污染，严重影响道路交通和民航的正常运营。因此，结合我国国情和各种使用条件，研制一种新型穗茎兼收玉米联合收获机（即一次完成玉米果穗、茎秆的收获）既适应农民传统收获玉米的习惯，又增加了茎秆青贮收获，具有十分重要的现实意义。社会经济效益:把农民和畜牧养殖户从繁重的体力劳动中解放出来，一台机械收获效率每天可代替60个手工劳动者的作业效率，大大缩短了秋收秋种时间和养殖户头痛的饲料收集问题，还可带动畜牧业的发展和第三产业的发展。从根本上增加了农民、机手和养殖专业户的收入，解放了生产力，大大减轻了农民的劳动强度，提高了广大农民的生存质量，使农民有更多的时间从事其它产业的发展。环保效益，解决秸秆焚烧造成污染，确保高速公路、机场等公用设施的安全，利于保护环境。1.2国内玉米收获机的研制状况我国玉米收获机械研制起步晚，水平低，玉米机械化收经历了从引进国外样机试用、仿制、改进到消化吸收、自行设计两个阶段，并取得了很好的成果。到目前为止，我国从事玉米收获机研制生产的单位有60多家，已开发研制出的机型有60多个产品。从整体情况看，目前生产玉米联合收获机除悬挂式(背负式)外，大都处于样机研制或试验阶段。各种机型仍需不断改进和完善，到大规模投入生产应用尚需一段时间。我国生产的玉米联合收获机按收获工艺可分为两种:摘穗剥皮果穗收集茎秆粉碎还田(或收集);摘穗果穗收集茎秆粉碎还田(或收集)。玉米收获工艺研制的机型有牵引式、悬挂式(背负式)、自走式和玉米割台等四种机型。国内可实现果穗收获、茎秆切碎一体化的技术已申报专利有很多，代表性的有：立式摘穗茎杆切碎装置；在普通卧式摘穗辊式收获机割台下方安装与摘穗辊平行的刀轴，在刀轴上安装不同形式的切刀，通过动定刀配合、动动刀配合等方式实现玉米收获、秸秆粉碎一体化技术两种技术类型。但总体说来国内的果穗收获、茎秆切碎一体化的技术尚未成熟。我国玉米收获机械化仍然存在着许多问题。首先表现在基础部件研究不足，很多单位只是注重整机的研制开发，从而造成众多机型在收获工艺和机构参数上大同小异、重复制造。其次是产品的稳定性、可靠性差，机器故障频繁，从而造成玉米籽粒破碎率、果穗损失率高等问题。我国目前从事玉米联合收获机研究和制造的单位有30多家，约20个产品，分为自走式、悬挂式、牵引式和谷物联合收获机配玉米割台等四种形式，又分单行和多行。但各厂家的产量都不大，其主要原因就是如上所提到的机具的适应性题、农民的购买力和玉米收获机的关键部件的可靠性等问题。因此必须加快对玉米联合收获机械化关键技术与装备的研究，以加速玉米收获机械化的进程。在自动化程度方面，由于国产玉米收获机以实用为主，主要考虑降低制造成本，对自动化要求不高，因此明显落后于国外产品。目前，在已研制的机型中还有可靠性差、效率低、对作物的不同行距适应能力不强等问题，个别机型的损失率和破碎率还有待进一步降低。国内近期玉米收获机械仍以价格较低的悬挂式机型为主，适应多种行距的玉米收获机具将会随着技术的不断完善迅速占领市场。穗茎兼收型玉米联合收获机，可以实现茎秆资源的回收利用，将是玉米联合收获机近期研究、开发的重点，以适应畜牧业发展的要求，在畜牧业发展就快的地区，这种机型有较好的发展前景，预计未来几年将会出现比较实用的畅销机型。1.3 国外玉米收获机的研制状况及趋势目前国外玉米收获机的研究与生产技术已经成熟，目前在美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家的玉米收获(包括籽粒和秸秆青贮)已基本实现了全部机械化作业。国外多采用一年一作的种植方式，玉米收获时含水率低，主要采用玉米摘穗直接脱粒的收获工艺。如美国的Johndeere公司、Case公司、德国的Mengle公司、道依茨公司生产的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的收获。主要表现在以下几个特点：(1)在保证良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速发展。喂入量已由一般的56千克/秒发展到1012千克/秒所配发动机的功率最大到243千瓦，正在研发的有276千瓦；割台最大割幅已超过9米。配谷物联合收割机的玉米割台由收割46行发展到收割8行。发动机功率为19千瓦。最高作业速度超过3.6千米/小时。(2)向扩大机器的通用性和提高适应性发展。除发展多种专用割台（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割台）外，同一台机器还可配不同割幅的割台以适应不同作物和不同单产的需要；改进机体结构（如收割台的仿型机构、清粮室的自动调平装置等），使其更好地适应不同作物和倾斜地面；行走装置配置多种宽度的轮胎、履带，以提高工作的适应能力。(3)对保持收获中低损失率、高清洁度的主要工作部件的研究更为深入新型脱粒分离装置的研究，以提高生产率，减少谷粒损失为目标，是现代玉米联合收割机最主要的发展趋势。在传统的纹杆切流滚筒及键式逐镐器的脱粒分离装置之后，双滚筒横置的轴流式结构广为应用，继而又研制了单滚筒或双滚筒纵置的轴流式脱粒分离结构，大大提高了脱粒率。(4)新材料和先进制造技术的广泛应用使产品性能更好，可靠性更高将玉米联合收割机机架、割台体加大壁厚或加强骨架，用大直径薄壁钢管作轴，纹杆进行表面硬化处理；各种联合收割机在易堵塞的部件上设置各种快速切离的安全装置，传动胶带采用新的结构和材料；切割装置都进行8小时以上磨合试验和升温运转试验；重要工作部件装机前的磨合试验或试运转，严格保证体系。(5)广泛应用机电一体化和自动化技术，向舒适性、使用安全性、操作方便性方向发展为改善驾驶员工作条件，普遍装有现代化的密闭驾驶室以隔热、隔噪音；转动部件转速、收割机切割高度、谷物损失量、粮箱填充量、排草堵塞等配有信息显示；自控装置包括自动对行、割茬高度自动调节，自动控制车速，自动停车等；安全生产的警报输出和互锁补偿系统有故障警报、信号报警或语音报警、启动耳锁、单柄操作互锁、运输与收获互锁等功能。(6)向智能化收获机发展集全球卫星定位系统，地理信息系统和遥感系统于一身的精准农业技术在智能化玉米收割机上的应用是当今收获机械化最新、最重要的技术发展。通过以上的比较不难发现，我国的玉米联合收获机械的现状跟国外一些先进技术相比还有相当大的差距，我国的科研人员在机器的制造质量和可靠性、发展模式及如何使农艺和农机相结合等科研课题上，应该有很大的发展空间。1.4现有玉米秸秆青贮机械收获的方法现有玉米秸秆青贮机械收获的方法有 5 种：（1）整秆侧后输送铺放。拨禾轮把秸秆拨向割台扶持切割秸秆后，秸秆由输送链输送到机组一侧或侧后方铺放。玉米果穗需要人工提前摘穗或者铺放后摘穗，秸秆收集后利用铡草机粉碎，然后进行青贮或饲喂。 图1-1 4G-2.2C 型玉米收获机 图1-2 4YZQ-4 自走式穗茎兼收玉米收获机（2）运输车伴行饲草收集。玉米果穗由联合收获机或人工收获，秸秆分别由联合收获机的粉碎装置和秸秆切碎回收机（青贮机）粉碎后抛送到伴行的运输车上。代表机型有山东海山集团的 4YZQ-4 自走式茎穗兼收玉米收获机（图1-2）、石家庄中州机械制造有限公司的 4JQHSJ-170 型秸秆切碎回收机等。图1-3 MR-810 细断型玉米青贮收获机 图1-4 穗茎兼收型玉米联合收获机 （3）穗茎兼收玉米联合收获。背负式或自走式玉米收获机收获玉米时，将秸秆切碎回收到集草箱，集满后再卸到运输车上。代表机型有山东向农公司生产的穗茎兼收玉米联合收获等。图1-5 XDNZ-2600 型自走式玉米青（黄）贮饲草料收获机（4）青（黄）贮饲草料收获。采用仿形浮动双圆盘立式割台，将玉米整株（果穗和秸秆）粉碎后抛送到运输车上。这种方法作业效率高，但收集的饲草料不易保存，整机价格昂贵。代表机型如现代农装北方（北京）农业机械有限公司生产的 XDNZ-2600 型自走式玉米青贮饲料收割机。图1-6 4JQHSJ-170 型秸秆切碎回收机（5）秸秆青贮打捆联合收获。玉米秸秆由青贮机收获粉碎，然后抛送至后方的集草箱，集草箱下方有打捆装置，将饲草打成圆捆后用塑网或麻绳捆扎。代表机型有日本 STAR 公司生产的 MR-810 细断型玉米青贮收获机。1.5 课题研究的主要内容在我国小麦玉米一年两熟地区，随着工业燃料的发展，昔日作为农村主要燃料的秸秆成了田间焚烧污染空气的废物，而迅速发展的畜牧业又需要大量的饲料。因此研制新型穗茎兼收型玉米收获机具有重要的意义。青贮收获机机身是一种连续输送，连续收获机是收获或迁移的主要类型，其收获的特点是装载点到装载点之间的连续材料流的形成，通过连续的物料流的整体运动来完成物流从装载点到收获机卸载点，连续收获机是生产过程的一个重要组成部分是由有节奏的流水作业收获线。2总体方案的设计2.1设计的基本原理本设计以现有玉米收获和饲草青贮机械化技术为基础，对各个工作单元进行了改进设计和优化组合，在收获玉米果穗的同时，可完成玉米茎杆的收集、切碎、抛送作业，实现功能集成和运动相位的准确耦合。2.2样机结构及工作原理(1)样机结构青贮收获机机身主要由茎秆切碎装置、碎茎秆抛送器、喂料装置等组成。其结构图（2-1）：图2-1(2)工作原理工作时，往复切割器将茎杆收集、切碎。然后，由传送升运器进入喂入箱，然后经过滚筒刀切碎，最后在碎茎秆抛送器的作用下被抛送至集草箱。集草箱内的穗茎秆由喂料装置喂人打捆装置成捆室，并在打捆装置压缩辊的作用下，将其卷压成园捆，最后，由绕绳机构对曹捆绕绳。3关键部件的设计3.1设计指标要求秸秆切碎长度3cm3.2减速控制器的选择3.2.1 电动控制器类型的选择因本次设计的装置是无调速要求的机械，并且负载平稳；对启动、制动无特殊要求；长期运转；小功率；控制器的使用地点可能有水滴落、飞溅，应选用防滴、防溅、绝缘等级较高的电动控制器；且应选用能和减速器配成减速控制器的型号。故选用SEW三相交流异步电动控制器。3.2.2 电动控制器电压和转速的选择 （1）电动控制器的电压选择由于该装置要求电动控制器需随输送装置构工作性质周期性正反转，根据手册选择交流异步电动控制器，电压为380V，容量范围为0.37 kW0.55kW （2）电动控制器的转速选择在确定电动控制器额定转速时，必须考虑减速装置的传动比，两者相互配合，经过技术、经济全面比较才能确定。通常情况下，电动控制器的转速不低于500r/min。对工作速度较低，经常处于频繁地正、反运行状态，为缩短正、反转过渡时间，应选择适当的电动控制器转速。3.2.3 电动控制器型号规格的选择送装置构的自重故所输出的功率 式中 为单个输送装置构的自重，kg； v 为单个输送装置构往复运动的平均速率，m/s。电动控制器功率式中 单个齿轮轴输出功率； 齿轮传动的效率；轴承的效率；减速器的效率。根据上述计算得出的电动控制器初选功率可初选选出电动控制器的型号DT80K43.2.4 减速器的选择此设计中减速器工作环境为高速轴转速不大于1500r/min，齿轮的圆周速度不大于20m/s（见以下计算）；工作环境温度范围-40+50。可优先考虑标准减速器。总传动比 nm控制器满载转速，nw 收获机转子转速；i=igiv 取ig=1.37 iv=1.72ig一对圆柱转轴的传动比，ivV带传动的传动比；各轴转速计算= 1420r/min =各轴功率计算3.2.5 按强度选用减速器根据整个输送装置构工作的传动比要求，即总的传动比 各轴转速、转矩、功率列表如下：轴号功率（kW）转速n(r/min)转矩(N.m)I1.4914209.98II1.4310361.38III1.3635536.33.2.6 计算功率根据式 式中 传递的功率，kW; 工况系数，见表18-40； 要求的输入转速r/min； 承载能力表中靠近的转速r/min； 时的许用输入功率kW，由手册中查出； 对应于时的许用输入功率kW,当时，取.；工况系数安中等冲击载荷得到；按及相接近的公称转速， ,当时，折算许用公称功率代入上式得： 可选用减速控制器 R27-DT80K43.3滚筒刀的结构设计（1)滚筒刀性能参数的确定滚筒刀装有8把动刀，且有一定的滑切角。摘穗辊线速度为3.5m/s，秸秆切碎长度丛3cm，刀的转速为 经计算得 根据实验资料统计，在无支撑状态下完全切断单根、两根、三根玉米秸秆的切断速度分别为10.3m/s、13.6m/s、15.8m/s，由于田间切割玉米秸秆有单根、两根甚至三根，取刀的线速度为15.8m/s，采用滑切方法可以降低约4.34m/s，则滚筒刀顶圆线速度为11.5m/s。滚筒刀动刀刃运动轨迹为圆柱形，则顶圆直径为 （2）滚筒刀各部分结构设计 由于滚筒刀是进行切碎的，所以是主要的装置。其结构设置如下图3-1滚筒刀的简图3.4动刀的设计动刀采用直刃平板刀，为了使动刀的稳定性更加可靠，动刀安装在动刀托板上，动刀托板安装在动刀盘上，以减小工作过程中动刀的变形。动刀安装后应保持平整所以两者均采用螺钉连接，动刀长度经计算得为420mm，厚度为10mm，切碎秸秆要求动刀刃的运动轨迹必须为圆柱状，因此动刀安装后应进行圆整。图3-2动刀结构简图4主要部件的选择及强度校核4.1 轴的设计与校核（1）动刀轴的设计动刀轴由联轴器传入动力,功率P=2.5kw,转速为n=1000r/min,轴上安装有轴承、动刀盘、外壳和割断刀。估算轴径取C=112(假设材料为45钢) 各部分结构设计轴前端安装割断刀,刀架左向定位用轴肩,轴肩高度取2.5mm,刀架内径为25mm,则左侧轴径为30mm。选用轴承的内径为30mm,定位为轴肩,轴肩高度取2.5mm,则两轴承定位处轴径为35mm。内外侧动刀盘定位为轴肩,轴肩高度为2.5mm,则定位处轴径为40mm。中间动刀盘定位为紧定螺钉,螺钉型号为M8。动刀轴与变速箱通过套筒联轴器连接,连接段为方形,长度为50mm。结构简图如下图所示（2）动刀轴的校核 轴的疲劳强度校核是在轴的结构尺寸确定之后进行的，目的是校验轴对疲劳损坏的抵抗能力，方法是校核危险截面的疲劳强度安全系数S。轴的疲劳强度校核是根据作用在轴上的最大载荷来计算的。危险截面的位置应是受力较大、截面较小及应力集中较严重即实际应力较大的若干截面。其安全系数公式如下： 轴的材料为45钢，经调质处理，其。左端接割断刀出所受的力 （4-2） 为工作情况系数，取=1.2 =2751.59N右端连接套筒联轴器所受的力 =1.2 为工作情况系数，取=1.2 =859.87N计算支撑反力水平面反力 (794-19)- 173-633=0 =916.03N - +=0 =975.69N垂直面反力 -=0 -=0 =713.56N各个轴段的弯矩 轴前端=743.93N.m 轴后端=125.4 N.m 轴受转矩 =9.5510 =23875N.mm许用应力值 用查表法得：=95Mpa =55Mpa应力校正系数 = =0.58当量转矩 =0.5823875 =13847.5 N.mm当量弯矩 = = =13867.47N.mm= = =11247.64N.mm校核轴径轴径 = =16.2335mm = =17.1435mm结论：此轴是传动轴中受力最大的轴，其安全性能影响整个机器的运转，所以必须对其进行校核，经检验其合格。轴的受力图4.2键的强度校核 校核键的强度应满足下列条件： 其中，键联接的许用挤压应力 ； 键联接的许用剪应力 ； 键联接的挤压应力 ； 键联接的剪应力 ；转矩N.mm； 轴的直径 mm；键的宽度 mm； 键的高度 mm； 键的工作长度 mm ， 对于A型键，； 键与轮毂的接触高度 mm，对于平键，；键的尺寸为：， ，；则； ；结论：键的强度足够4.3螺旋输送器的计算本设计的输送机构采用螺旋杆机构，螺旋杆输送的优点在于不会出现堵塞现象。取输送器的转速，输送器需用功率 式中：输送器长度，m秸秆阻力系数，倾斜安装高度， 输送效率，0.3则：初选螺旋直径=150mm 螺旋线高度=210mm螺距=380mm根据设计需求螺旋杆的杆直径为=50mm= 由螺旋杆的截面尺寸计算抗扭截面系数，轴使用时的最大扭矩：（）轴的最大剪应力为：max, 所以轴满足强度要求。4.4 V带的选择 该带是用来传递拖拉机动力所输出的功率。因此，其必须能够有足够的强度来承受传授中的动力。由拖拉机动力输出轴传到皮带上的功率 式中： 传递到皮带上的功率() 拖拉机的功率（） 带轮的传递效率 轴承的传递效率经过查阅相关文献和已知可得数据： 过计算得到从拖拉机动力输出轴传递出的功率到传递皮带上功率为。由此可以选取合适的皮带来完成动力的传递。查阅相关文献，根据V带传动的设计方法和步骤可知可以通过皮带传递的功率和皮带轮的转速来确定皮带。皮带传递的功率为，皮带轮转速为800r/min，根据V带传动的设计方法和步骤可以选出皮带的型号，最终型号确定为普通V带的A型带。其参数如表4-1所示。表4-1普通V带A型带参数带型节宽顶宽高度单位带长质量普通V带A型带11.013.08.00.1 总 结毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，在设计的过程中应该看到的问题：（1）该机以玉米为对象而设计的，所以其应用范围有局限性，需改进。（2）本设计采用拖拉机为源动力，结构复杂，理论上达到了达到了青贮收获，由于没有实际检验，实际的可行性程度还不能确定，有待改进。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种构件的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。在设计过程中确实遇见一些问题，通过老师的讲解，自己翻阅了大量资料，都得到了解决。参 考 文 献：1陈长林,张彬,沐森林.CX4Q-1A型青贮机的设计及试验研究J.农机化研究,2009,01:185-188.2张科星,王昕伟,贾晶霞.国内外青贮饲料收获机械发展概况与趋势J.农业机械,2009,10:33-34.3郭荣钗.我国青贮收获机械使用现状介绍J. 农业机械,2009,01:53.4王进华.自走式青贮饲料收获机矮秆割台喂入机理研究D.中国农业机械化科学研究院,2011.5王进华,王泽群,贾晶霞,叶红艳.饲料收获机矮秆割台拨禾轮导轨运动轨迹研究J.农业机械学报,2011,S1:152-155.6王进华,王泽群,刘汉武,朱孔欣,赵明. 9265型自走式矮秆青贮饲料收获机研究J.农机化研究,2012,02:109-112+126.7孙国生.多功能自走式玉米青(黄)贮联合收获机研制与推广应用J.农业工程,2012,05:14-16.8赵满全,韩宝生,王春光,佘大庆,赵士杰,刘伟峰,刘汉涛.青贮饲料收获机设计与试验J. 农机化研究,2006,11:106-109.9王泽群,滕绍民,赵明.我国青贮饲料收获机械的发展现状J.中国奶牛,2007,02:43-44.10