机械毕业设计（论文）-双动力微型耕作机械研究与开发【全套图纸】

键入文字 目录 第一章 绪论.1 1.1 微型耕作机械的发展历程与特点2 1.2 微型耕作机械的应用现状2 1.3 微型耕作机械的发展趋势5 1.3.1 微耕机的发展趋势.5 1.3.2 我国微耕机发展存在的问题.5 1.4 微型耕作机械的市场前景分析6 1.4.1 中国微型耕作机市场分析.6 1.4.2 市场前景.7 1.4.3 发展思路.7 1.5 本次毕业设计的意义和目的8 第二章 微型耕作机原理及设计方案选择.9 2.1 整机结构及工作原理9 2.2 微型耕作机的设计方案9 第三章 双动力微型耕作机的机构设计计算.11 3.1 设计的原始数据11 3.1.1 旋耕机主要技术参数.11 3.1.2 减速器主要参数.11 3.2 设计计算书11 3.2.1 动力源的选择.11 3.2.2 带传动设计.13 3.2.3 链传动设计.24 3.2.4 机架设计.28 3.2.5 轴的校核.30 3.2.6 轴承的校核.34 3.2.7 履带行走机构计算.34 第四章 总结.37 参考文献.39 致谢 41 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 2 第一章 绪论 我国在蔬菜生产上所利用的大棚源自廿世纪 30 年代。我国园艺学科的奠基人吴耕 民先生在杭州览桥园艺场设置木框玻璃覆盖温床，开创了夏菜玻璃温床育苗技术，后 来改木框为土墙。到了 50 年代后期，杭州市蔬菜研究所(原杭州市蔬菜试验场)采用玻 璃土温室栽培番茄、辣椒。60 年代，从日本引进塑料薄膜，开始应用塑料薄膜进行小 拱棚栽培蔬菜。60 年代后期、70 年代初，塑料中小棚开始在各地推广，主要在冬春季 育苗及果菜类蔬菜的早熟栽培；同期，占地约 667 平方米的简易钢架塑料大棚在长春 市投入使用，而后上海等地也开始生产钢架大棚用于种植蔬菜。值得一提的是，1974 年杭州市江干区首次利用竹架塑料大棚栽培蔬菜获得成功，这为大棚的迅速发展起了 重要作用。 但是，从 20 世纪 30 年代至 70 年代，我国的大棚蔬菜生产仅仅处于探索阶段，特 别在我国南方地区，并未形成规模。目前所使用的大棚实际上开始于 20 世纪 80 年代 初，这是以装配式镀锌薄壁钢管大棚的开发成功为标志的。但由于当时处于计划经济 时代，大棚的推广经历了一个艰难的过程，这不仅因为广大菜农对塑料大棚的优越性 不甚了解，人们对大棚的性能未充分认识和掌握，而且与昂贵的价格有关(菜农的经济 实力较低)，另外，大棚蔬菜生产的配套技术尚不完善以及南方地区冬春季的气候特点 等均在一定程度上影响了大棚的大面积发展。所以，在我国南方地区，大棚的推广经 历了菜农被动接受到主动要求这样一个质变的过程。到了 80 年代后期，特别是 90 年 代初，随着我国市场经济体制的确立，以及农村种植业结构的调整，大棚蔬菜得到了 飞速发展。浙江省的大棚发展过程可以说是我国南方地区大棚发展的一个缩影。目前 我国南方地区的大棚面积已经发展到了前所未有的程度，如上海市有 2000 公顷，江苏 省有 60000 余公顷，整个南方地区的大棚面积已达到 15 万公顷以上。 大棚的耕作是大棚蔬菜种植生产过程中第一道工序，也是保证大棚蔬菜丰产丰收 的一个关键环节。大棚人工耕作的劳动强度大、作业量大，而且效率低。随着农村产 业结构的不断调整, 温室大棚面积的不断增加, 人工耕作的缺点更加凸显。微型耕作 双动力微型耕作机的机构设计计算 3 机是近几年发展起来的一种微型机动耕作机械，其主要特点是施耕和除草作业时，工 作部件与行走装置合二为一，其机具体积小，操作简单，机动灵活，可广泛用于大棚、 菜地、果园等小块地作业，配上相应农具可完成犁耕、播种、开沟、覆膜、起垄和运 输等牵引作业，也可抽水，喷药等固定作业。其耕作不仅能够提高生产效率，减少农 民劳动强度，还可以提高作业量，节省劳动时间，不务农时，适时种植，据有关统计 显示可提高工效 5 倍以上，特别是在淡季，蔬菜能提前上市，经济效益可提高 2-4 倍， 实现节本增效，具有很高的社会和经济效益，大大增加了农民的收入。发展机械化耕 作业也是实现农业机械化的一个重要方面，对于推动农业产业结构调整，拉长农业产 业链，提高农业资源利用率，大幅度提高农业产出，增加农民收入，具有重要战略意 义。同时使劳动生产率大大提高, 也减轻了农民的劳动强度, 增加了农民的收入, 推 进了农村产业化、农业机械化的发展进程。 1.1微型耕作机械的发展历程与特点 我国的设施农业起步较晚，但发展较快，微型耕作机的开发生产有 30 多年的历史。 在 20 世纪 70 年代生产的微型耕作机的主要功能仅限于稻麦作业的犁耕、旋耕和收割 等；20 世纪 90 年代，随着种植业的发展，特别是经济作物种植和蔬菜大棚的推广，微 型耕作机的功能扩展到深旋耕、辅膜、中耕除草、地下收获等。其产品品种已达 20 多 种。 我国很早就开始了微耕机的开发，但由于多种原因没有形成产品，直到 20 世纪 80 年代未和 90 年代中期，随着土地联产承包责任制的发展、农民收入的提高及我国小型 柴油机和汽油机趋于成熟等，我国多功能微耕机的发展开始起步。这一时期，主要是 仿照国外产品，但由于材料、热处理工艺和国外的差距，所以刚开始时齿轮箱和刀具 部分存在的问题比较多，微耕机工作不长时间，齿轮箱就发热严重、漏油或齿轮损坏， 还有旋刀不入土、刀片易断裂等故障。 20 世纪 90 年代中期至 2001 年，随着我国农村种植结构的调整，工厂化设施农业 的迅猛发展，经济类作物种植面积的增加及农民收入的继续提高，我功能微耕机有了 一个较大的发展。这一阶段，除了许多农机厂和农机研究所外，一些发动机厂、拖拉 机厂、机床厂、林业机械厂、汽车配件厂和摩托车厂等也都纷纷涉足微耕机行业。如 安徽长江农业装备股份有限公司(安徽六安手扶拖拉机厂)生产长江系列田园管理机， 山东常林集团(山东手扶拖拉机厂)生产沭河系列耕耘机，浙江四方集团公司(浙江省永 康拖拉机厂)生产四方系列管理机，东风农机集团公司(常州拖拉机厂)、福建拖拉机厂、 广西南宁手扶拖拉机厂等也开始生产微耕机，就连重庆的 3 大摩托车生产厂(嘉陵、隆 鑫和宗盛)也都先后涉足微耕机。据估计，仅山东省 2000 年生产微耕机的企业就超过 了 30 家，到 2001 年底全国生产微耕机的厂家达 100 多家。众多厂家依据自身的特点 开发和生产不同类型的微耕机，有的还根据当地农作物的种植特点给微耕机增加了一 4 些新功能，比如开发了一些用于套种的配套机具等。 从 2002 年起的约 5 年内，我国的微耕机应该处于成熟阶段。机型和质量将基本稳 定，生产厂家的数量也将趋于稳定。 微型耕作机具有先进的耕作技术、多功能的优势、小巧灵活、适应温室大棚和果 园林间等小地块作业、安装拆卸方便、使用收益高等特点。 1.2 微型耕作机械的应用现状 改革开放以后，广大农民的经济生活水平逐渐提高，同时农村剩余劳动力向工业、 城市转移，促使农民生活水平迅速提高，这样又激发了农民购买使用微型耕作机的热 情。 据不完全统计，到目前为止，全国研究开发的单位大约有 30 多家，但生产规模都 不大，最高年产量均未超过 3000 台，大部分在试生产和小批量生产中。就目前全国的 年总产量来看，耕作机还不足 2 万台。 我国微型耕作机开发生产有 30 多年历史，在 20 世纪 70 年代生产的微型机主要功 能仅限于稻麦作业的犁耕、旋耕和收割等。到 20 世纪 90 年代，随着种植业的发展， 特别是经济作物种植和蔬菜大棚的大力推广，微型耕作机的功能扩展到深旋耕、铺膜、 中耕锄草、地下收获等。其产品品种已达 20 多种，具有代表性的机型见下表。 - 序号 型号 配套动力（kW） 生产厂家 主要功能 - 1 1GXZ-50 4.2kW 汽油机 浙江宁海粮食机械厂 旋耕、播种 2 LT 兰天 4.41kW 柴油机 广西兰天集团公司 旋耕、犁耕、喷灌 3 WGJ-5-6 3.68，4.41kW 柴油机 胶州青骏农机厂 旋耕、犁耕、播种 4 1ZD-20 2.2kW 柴油机 湖南耒阳插秧机厂 水田犁耕、耙 5 多面手 4.41kW 柴油机 北京市农机技术开发公司 旋耕、犁耕、收割 6 KM 4.41kW 柴油机 无锡华源凯马机械有限公司 旋耕、犁耕 7 禾丰 3.68kW 柴油机 天津静海兴盛机械厂 旋耕、犁耕、碎土 8 博昌牌 山东博昌农机股份有限公司 旋耕、犁耕、铺膜 9 亚细亚 5.1kW 柴油机 韩国 旋耕、犁耕、铺膜 10 小牛 5.1kW 柴油机 台湾元凯机械公司 旋耕、中耕 11 JN-31 4.41kW 柴油机 广西容县微型手持拖拉机厂 犁耕、耙田 12 农丰 4.41kW 柴油机 扬州苏扬机械厂 旋耕、犁耕、中耕 13 41Y 手扶 4.41kW 柴油机 河南三门峡农康拖拉机厂 旋耕、犁耕 14 SF5 3.68kW 柴油机 浙江四方集团公司 旋耕、中耕 15 1Z-105 4.41kW 柴油机 重庆合盛工业有限公司 旋耕、开沟、抽水 16 佳毫 4.41kW 柴油机 福州柴油机总厂 旋耕、犁耕 17 51CA 4.41kW 柴油机 上海市农机研究所 旋耕、犁耕 18 JC-6 4.41kW 柴油机 金坛柴油机有限公司 旋耕、犁耕、地下收获 盐城市农机化研究所 双动力微型耕作机的机构设计计算 5 - 微耕机目前在国内生产和销售的机型主要有两款： 一款是由风冷汽油机或水冷 柴油机作为动力，皮带或 链条式齿轮箱作为传动装置， 配以耕作宽度为 500- 1200mm 的旋耕刀具，价格一般 在 2000-3500 元之间， 经济性较好，但多用途扩展 能力有限，结构也较为简 单，适合经济条件较差，用途 较为简单的地区使用。 生产厂家主要集中在 山东、重庆、湖南、 河北、湖北、 四川等地。 另一款是由风冷柴油机或大马力风冷汽油机作为动力，全轴全齿轮牙箱作为传 动装置，配以耕作宽度为 800-1350mm 的旋耕刀具， 价格一般在 4500-6000 元之间，整机采用齿轮传动， 动力无损，耕幅宽，耕深深， 适应性强，各种土质 均能适应，部件钢性好，使用 寿命长。变速箱体采 用球墨铸铁精铸毛坯加工令强度 更高，使用 寿命更 长。离合方式采用摩擦 片式离合器，可轻松实现换 档，倒档等功能。该类 机型价格较高，但扩展能力 出众，配备相应 农具可完成旋耕、犁耕、播种、脱粒、 抽水、喷药、发电和运输 等多项作业，能实现真正的多功能多用途。生产厂家主要集中在重庆、湖北、 云 南、四川等地。 目前，微型耕作机的形式各种各样，但功能大同小异，由于其体积相对较小，使 得在狭小的空间、温室大棚和果园林间特别是在设施农业中应用相对集中广泛。但到 目前为止，国内应用仅限于此，对于城市建设、社区管理、营林植树、园林园艺等使 用领域几乎是空白。城市建设社区公共服务建设及绿化营林中使用机械化水平低下， 市场提供的机械设备极度匮乏和薄弱，特别是适合人群居住的城镇和社区建设的低噪 音、低污染排放符合环保要求的微小型多功能机械尚属空白。 中国的设施机械发展较慢，作用机械应用较少，作业机具的配置水平不高，多为 借用现有陆地用小型耕作机械。由于其机构大、适应性差、生产效率低、作业质量差、 种类少，甚至有些是空白和价格偏高等问题，不易为广大农民所接受，均未得到很好 推广应用，远远不能满足当前设施农业发展的需要。 1.3 微型耕作机械的发展趋势 在国外，如日本、韩国、美国、以色列等国家在发展温室的过程中对温室作业机 具进行了研究推广和应用。许多温室内作业项目均已实现了机械化，尤其是耕作机械， 6 作业性能稳定、功能齐全、小巧轻质，广泛地应用于设施农业和农田作业方面。但是 从目前中国直接进口的使用情况来看，普遍存在价格偏高、维修服务弱，难以适合中 国实际使用情况，很难广泛应用。国内一些科研、生产单位也尝试开发了一些温室作 业的小型作业机械和管理机产品。从技术上讲，有两种类型：一是从国外引进样机， 合作生产。这类机型一般比较先进，可配套多种机具进行作业，性能教优越；质量较 稳定，工作部件较齐全，返修率低，但价格较高，难以适应我国大量低窄小温室、大 棚作业，仅限于少量地区试用，难以被广泛接受。二是国内自主开发，同时吸取有关 先进机型经验，较能结合国情，价格较适中，结构一般都简单，功能相对较少。这类 机型由于大多配用柴油机为动力，噪音、污染排放等问题难以解决，大部分仍处于试 制或少量试生产阶段，性能不稳定、可靠性差，直接影响和限制了其应用与推广。中 国小型手扶拖拉机经历了 40 余年的发展，以其低廉的价格、较稳定的性能，得到了广 泛的应用和发展，为中国农业发展发挥了应有的作用。随着农村经济的发展和市场竞 争的激烈，许多厂家也陆续开发了一些工艺继承性较强的园艺手扶拖拉机。但由于产 品档次不高，大多以柴油机为动力，结构质量和外形尺寸大，限制了其应用领域，特 别是小块地作、林间作业，愈来愈不能满足形势发展的需要。 1.3.11.3.1 微耕机的发展趋势微耕机的发展趋势 （1）多功能化。不断配套新机具，增加新功能，在完善农用功能的基础上，逐步 向城市园林、园艺领域扩展，如配套剪草、清雪、枝叶粉碎机具等。目前，山东华兴 机械集团正与中国农业机械化科学研究院合作开发与其生产的主导机型 TG4 型配套的 多种园艺机具。 （2）选用适应性强的发动机。低噪声、排放少、动力强劲和适应性强的发动机将 更多地被应用。 （3）操作更加简单。操向手柄、前进和后退速度的调节更加方便 。 （4）更换工作部件快速化。为了减轻操作者的劳动强度和节约更换偿同农机具的 时间，微耕机与配套机具的挂接采用快速挂接装置，拆换农具简单、快速。 我国是一个农业大国，而且丘陵和山区占很大面积，地块小，起伏不平，适宜使 用小型机具；此外，经营规模以家庭为主，需要小型机具；随着农业种植结构的进一 步调整，大田作物面积逐步减少，经济类作物种植面积不断增加，尤其是温室大棚的 迅猛发展等，都决定了我国多功能微耕机的潜在市场是巨大的。若是我国每年有 1%的 农户购买微耕机，需求量将超过 100 万台；若是 10%的农户拥有微耕机，保有量将超过 1000 万台。 1.3.21.3.2 我国微耕机发展存在的问题我国微耕机发展存在的问题 （1）规模小、成本高。我国目前生产微耕机的厂家众多，但现阶段市场总量并不 双动力微型耕作机的机构设计计算 7 大，据估计，2001 年全国微耕机总销量为 2 万台左右，平均每个生产企业的年销量不 到 200 台，最多的也不过 2000 台，少的只有几十台。在这种情况下，一方面企业没有 效益，而另一方面，农民又认为微耕机价格太高。 （2） “三化”水平低。由于生产厂家多，参照的机型也多，大家各自为政，所以 “三化”水平非常低。而 2001 年 10 月 1 日开始实施的微型耕耘机 技术条件也 只是在性能参数上作了一些规定，对具体的结构以及产品“三化”并没有具体要求。 （3）使用水平低，维修成本高。使用不当是造成机器故障的一个重要因素。其一 是机主为了减少费用，往往不使用规定标号的燃油，再加上一些地区燃油品质确实较 差(甚至使用当地非法小炼油厂的燃油)，使发动机经常出现故障。 （4）长时间超负荷作业，工作环境差。如在山东寿光，用户购买微耕要机基本上 都是以服务为主，替菜农耕一个棚(约 0.07 公顷)约需 1.5h，可收入 50 元，一天按作 业 8h 算，可获得 260 元左右的报酬。机主为了经济效益，甚至一天工作 10h 以上，两 个月总收入可达 5000-6000 元，基本能收回购买机器的费用，但这时机器开始或已经 出现了问题。由于长时间连续大负荷作业，同时由于棚内环境很差，气温高，尘土飞 扬，发动机滤清器堵塞(加高滤清器可减轻堵塞)等，造成了发动机发热严重，活塞环 和缸体急剧磨损；长时间超负荷作业也造成刀轴齿轮箱严重发热，并出现问题，如齿 轮磨损、轴承损坏等。造成发动机发热的另一因素，是某些发动机(包括一些进口产品)消 音器的位置设置不合理。其消音器布置在发动机贴近缸体的一侧，不仅影响缸体散热， 还起加热作用，这在间断性或短时间工作时不太明显，一旦连续长时间大负荷作业， 问题就突出了。 此外，风冷柴油机和汽油机(包括一些进口产品)没有缸套，一旦出现“拉缸”等问题， 就要更换整个缸体，加上维修工时费等，用户要花费 700-800 元。有些厂家修理此类 机器时，先镗缸，加上缸套(选用现存的代用品，如选用合适的汽车发动机的缸套等)， 以此来降低成本。水冷发动机相对成本就低多了，不仅故障少(不易发热)，即使换个 缸套也就几十元。 （5）经济发展水平的有限和大量剩余劳动力的存在，直接制约了作业机械的需求， 直接影响了管理机产品在各适用领域的应用与推广。我国是一个发展中国家，人民的 收入增长有限，再加上近年来产业结构调整，大量下岗工人的安置与大量农村剩余劳 动力涌入城镇，农村收入增加渠道有限等原因，使得原本许多需提高劳动效率、作业 质量和降低劳动强度的作业领域，对作业机械的需求显得不甚迫切。管理机产品的本 身存在的不足，如前文所述的配套动力不成熟、作业性能不稳定、可靠性差、配套作 业机具偏少、价格偏高等直接影响了其推广与应用。 1.4 微型耕作机械的市场前景分析 1.4.11.4.1 中国微型耕作机市场分析中国微型耕作机市场分析 8 1、中国微型耕作机市场供给结构分布 国内外产品供给结构 国内产出区域结构 2、中国微型耕作机市场需求总量分析 3、中国微型耕作机市场需求区域结构分布 1.4.21.4.2 市场前景市场前景 首先，积极推进城镇化建设和社区建设，为广泛适用于市政建设、园林园艺、环 境绿化美化和社区建设服务的低噪音、低污染排放、符合环保要求的微小型多功能管 双动力微型耕作机的机构设计计算 9 理机及作业机具提供了广阔的应用空间。 其次，我国农业和农村经济结构的调整，特别是以菜篮子工程建设、温室大棚等 设施栽培为代表的设施农业的迅速发展，为污染少、功能全、效率高、作业质量好、 可靠性高的多功能管理机及配合作业机具提供了巨大的市场。 再次，我国现有大量传统型微型耕作机及其配套农机具的更新换代与大量的温室 大棚等小地块种植作业和果园等林间耕作作业多样性的需求将会为多功能管理机及其 配套作业机具的发展提供无限的发展商机。 最后，国家绿化工程建设，天然林草的保护及西部大开发战略的实施等，也将为 多功能微型耕作机及其配套作业机具的发展提供广阔的市场。 1.4.31.4.3 发展思路发展思路 （1）研制的机型必须考虑我国地区差异和农村的经济收入的差异。微型耕作机应 有专用型和通用型。不同地区、作物种植类型不同，专用机型的功能设置也不相同， 其总的特点是功能少而其结构简化，以利降低成本，增强市场竞争力。如广西、湖南 等地湿烂田机型主要功能为水田犁、耙作业，设计上应注重防滑、防陷问题。而对蔬 菜大棚、烟草、花卉作业机型应注重轻便、小巧、操作灵活方便及无污染等问题。配 套动力应选用汽油机。通用型机，底盘设计应考虑南北方通用，应有较多的配套功能， 满足用户的需要，以适应今后的农机市场。 （2）价格定位应合理。尽管农村经济有较大的发展，但从总体上来说人均收入仍 然较低，该机型的价格定位应合理，应低于进口机价格。 （3）因具有旋耕、培土等功能，底盘箱体在旋耕刀回转位置应尽量窄幅，以解决 漏耕问题，底盘零部件应注重可靠性、耐久性等问题。直接旋耕的稳定性问题在很多 机型上没有得到有效的解决，主要与旋耕刀的刀形、刀组转速、阻力铲铲形等因素有 关，应加强这些问题的研究。 （4）应加强配套机具适用性的研究。微耕机的配套机具应多样化，但由于作业地 区的差异，须注重适用性和通用机具的研究，加强配套联合收割机等机具的研究，以 解决小块田的机械化问题。 1.5 本次毕业设计的意义和目的 耕作机械化是农业机械化的重要组成部分和重要的环节，也是我国目前农业机械 化的薄弱环节，实现对温室、大棚和果园微型耕作机械化是一项复杂的系统工程，需 要将科研、生产、推广、管理纳入这个大系统，把这些工作紧密地集合起来。首先要 把握住产品开发、推广方向。农民需要的是能够满足不同农艺要求及性能可靠、操作 简便、价格适应不同经济发展水平、机械效率高的系列化微型耕作机械，这就要求有 关方面应统一规划和制定不同的发展目标，使各环节工作协调一致。其次要依靠科技 10 进步，抓住机遇，稳定推进。微型耕作机械在农机产品中属于复杂程度比较高的机具， 它需要在不同的耕作环境下作业，涉及的技术范围也较广，其设计与制造都有相当的 难度，特别是关键部件的关键技术，除需要经过理论研究外，还需要大量的试验改进， 无论是技术开发还是企业生产都不能逾越生产性试验阶段，科研和技术开发工作更需 要加大投入力度。使微型耕作机成为农民致富的好帮手，促进农业机械化的发展。 微型耕作机原理及设计方案选择 第二章 微型耕作机原理及设计方案选择 2.1 整机结构及工作原理 该微型耕作机主要是由行走系统、传动系统、耕作系统及液压控制系统，其机构 示意图见图 21。 1.旋耕机 2.液压提升装置 3.变速器 4.液压控制装置 5.柴油机 6.离合器 7. 电动机 8.传动带 9.履带 10.机架 图 2-1 双动力微型耕作机的整机结构图 该双动力微型耕作机的行走系统是一个双动力履带拖拉机。工作时，该机通过人 工控制向前行走。行走动力是由电动机或柴油机中的其中一个来提供，当需用电动机 提供动力时，要通过控制离合器是柴油机的传动轮与传动轴分离；当需用柴油机提供 动力时，要合上离合器并使电动机处于断电状态。该机的动力传递是由电动机或柴油 机通过普通 V 带传递给变速器，再由变速器通过轴传递给履带和通过链轮与链条传递 给旋耕机，使其工作，其中速度的控制是通过变速器的档位来控制。旋耕机内部的动 力是通过齿轮传递，其升降由液压升降系统控制。 2.2 微型耕作机的设计方案 由于果园林间作业时所需动力较大，用电动机做为动力源，动力则明显不足；在 蔬菜大棚、城市社区建设中则要符合低噪音、低污染排放符合环保要求，而用柴油机 又明显不符合要求。本微型耕作机采用的双动力方案如图 2-2。 双动力微型耕作机械研究与开发 - 10 - 1.传动链 2.液压提升装置 3.变速器 4. 柴油机 5. 离合器 6. 电动机 7. 传 动带 8. 履带 9. 机架 图 2-2 双动力微型耕作机的动力部分结构图 双动力微型耕作机的动力是由电动机或柴油机中的其中一个来提供，当需用电动 机提供动力时，要通过控制离合器是柴油机的传动轮与传动轴分离；当需用柴油机提 供动力时，要合上离合器并使电动机处于断电状态,其中离合器是手动的。该机的动力 传递是由电动机或柴油机通过普通 V 带传递给变速器，再由变速器通过轴传递给履带 和通过链轮与链条传递给旋耕机。 本次设计方案采用的是双动力源。使其具有低噪声、排放少、动力强劲、操作更加 简单和适应性强等特点，大幅的增强了微型耕作机的适应性。 双动力微型耕作机的机构设计计算 第三章，双动力微型耕作机的机构设计计算 经过设计方案的确定，需要对一些关键零部件进行设计。主要设计的部分有电动 机、柴油机和变速器的选用，电动机、柴油机以及变速器之间带传动的设计、变速器 与旋耕机之间链传动的设计和机架的设计以及主要轴的校核。 3.1 设计的原始数据 3.1.13.1.1 旋耕机主要技术参数旋耕机主要技术参数 工作幅宽：70 mm 工作深度：1012 mm 工作速度：2.1km/h 刀轴传动方式：侧边齿轮 刀轴转速：230 r/min 3.1.23.1.2 减速器主要参数减速器主要参数 1.档位传动比：一挡：20.28、二挡：13.56、三挡：8.30、倒挡：18.07。 2.机组前进速度：挡 1.48km/h、挡 2.1km/h、挡 3.3km/h、倒挡 1.67km/h。 3.2 设计计算书 计 算 与 说 明结 果 3.2.13.2.1 动力源的选择动力源的选择 3.2.1.1 旋耕机功率消耗 旋耕机作业机组负荷程度可以用发动机功率利用率 Ne 表示： Ne Ne Nen Ne发动机提供的有效功率； Nen发动机标定的有效功率。 旋耕机功率消耗： Ne=Nq+Np+Nt+Nc Nq刀片切削土壤时消耗的功率（约占 42%） ； Np刀片抛土时的功率消耗（约占 40%） ； Nt旋耕机作业时推动机组前进的功率消耗（约占 7%） ； Nc旋耕机各传动部分消耗的功率； 旋耕机工作阻力常用旋耕比阻 Kr 表示，Kr 为单位旋耕断面 双动力微型耕作机械研究与开发 - 12 - 积所产生的阻力（KPa） ，其大小与土壤湿度、土质、田地残茬、 耕深、耕速、刀片类型及在刀轴上排列等多种因素有关。 Kr（KPa） Ne BhVz Ne旋耕机驱动部分工作机构所消耗的功率（Kw） ； B幅宽（m） ； h耕深（m） ； Vz机组作业前进速度（m/s） 。 一般旋耕机的旋耕比阻 Kr 约为 120160KPa。旋耕机机组负荷 程度 Ne一般应在 0.750.9 为宜。 Ne Nen NeKrBhVz 138 0.7 0.11 0.6 6.37Kw 发动机的有效功率： NenNe/Ne6.37/0.857.49Kw 3.2.1.2 动力源的选择 1.电动机的选择 由于电动机一般是一机多用, 所以通常选用 Y 系列三相异步电 动机, 这种电动机可以防止大于 1mm 的固形物进入电机内。同 时以选用 4 级转速接近 1500r/ min 的电动机较为合适。 （农用 机械如何选择合适的异步电动机） 由上，查手册选 Y132M4 电动机，主要参数为： Pn=7.5Kw、nn=1440r/min、st=2.2、m2.3、m=81Kg 校核起动能力： 电动机的额定转矩 Mn9549954949.73Nm n n P n 7.5 1440 电动机的起动转矩 MststMn2.2 49.73109.41 Nm 电动机的最大转矩 MmmMn2.3 49.73114.38 Nm 电动机的平均转矩 Msa（0.450.50） （Mst+Mm）（0.450.50） （109.41+114.38） 100.71111.90 Nm Msmax9549954949.40 Nm e n p n 7.45 1440 Ne6.37Kw Nen7.49Kw MsaMsmax， 电动机可带负载起 动。 双动力微型耕作机的机构设计计算 - 13 - MsaMsmax，电动机可带负载起动。 2.柴油机的选择（东明） 购买东明 EMB175，Pn=6.4 马力 8.71Kw、nn=3000r/min、m=40Kg。 旋耕机、变速器和柴油机是配套购买东明的。 3.2.23.2.2 带传动设计带传动设计 3.2.2.1 柴油机为动力源 设计的原始数据：V 带传递的功率 P6.4 马力8.7Kw（柴油机 的额定功率） ，小带轮的转速 n13000r/min（柴油机的满载转 速） 。 1. 选择带型 由公式（1P187 式 11.19）求计算功率 Pc cA PKP: 式中，为工作情况系数，由1P188 表 11.5 查得： A K 1.3， （类工作 1016h，载荷变动小） ； A K P 为带传动的名义功率，P8.7Kw。 计算功率：Pc1.38.711.3Kw 选择带型： 依 Pc 和 n13000r/min，由1P188 图 11.15 选择 V 带的型号为 SPA 型。 2. 确定带轮直径 小带轮直径 D1：由1P179 表 11.4 后的注，选取小带轮直径 D1=95mm 大带轮直径 D2：D2D195198mm 1 2 n n 3000 1440 取 D2200mm （1P179 表 11.4 后的 注） i2.083 1 2 n n 3000 1440 i02.105 2 1 D D 200 95 1.056%5% ，可用。 0ii i 2.1052.083 2.083 3. 求带速 V V14.9m/s ，合乎要求。 1 195 3000 60 100060 1000 D n P8.7Kw n1 3000r/min Pc11.3Kw SPA 型 D1=95mm D2200mm i2.083 V14.9m/s， 合乎要求。 双动力微型耕作机械研究与开发 - 14 - 4. 求中心距、带长及小带轮的包角 （1）初取中心距 a0 由公式 0.7（D1+D2）a02（D1+D2） 可得 0.7（95+200）a02（95+200） 206.5mma0590mm 结合情况，初取中心距 a0560mm （2）计算带的初步基准长度 Ld1 和选取带长 2 21 12 012 24 0 DD LdaDD a 2560+1588mm 2 20095 95200 24 560 由1P179 图 11.4，选取带的基准长度 Ld1600mm。 （3）求实际中心距 a 由公式 aa0+560+566mm 1 2 LdLd1600 1588 2 取中心距 a566mm 调节范围 566-0.0151600542mm min 0.015aLd a 566+0.031600614mm max 0.03aLd a （4）求小带轮上的包角2 由1P182 式 11.4 21 180 1180 DD a 20095180 180 570 ， 合适。169.4120 5. 求 V 带的根数 （由机械设计手册第五版第三卷） 0L Pc Z Pk k 式中，包角系数，由1P190 表 11.7 查取0.98；kk 长度系数，由1P194 表 11.12 查取0.93； L k L k 单根 V 带的许用功率，由1P191 表 11.8 查取0P 5.35；0P a0560mm Ld1600mm a566mm 1169.4 ， 120 合适。 Z310， 合适。 双动力微型耕作机的机构设计计算 - 15 - 2.32 11.3 5.35 0.97 0.99 Z 取 Z310，合适。 6. 计算轴上的压力 （由1P190 式 11.23） 1 2 0sin 2 Q FF Z 式中，F0带的张紧力，由下面公式计算 （由1P190 式 11.21） ； 2 5002.5 01 Pc Fqv vzk 由1P179 表 11.4 查得带的单位长度的质量 q0.12kg/m， 则：222.69N； 2 500 11.32.5 010.12 14.9 3 14.90.98 F 将上述有关参数代人公式，则 1.33N Q F 169.4 2 222.69 3 sin 2 3 10 7. 确定带轮的结构尺寸 由 V14.9m/s ，选取带轮材料为 HT150, (机械设计手册单行本机械传动 P12-10) 由（机械传动 P12-7 表 12-1-10）和附录确定轮缘尺寸 f10mm ,e150.3mm , ,2.75mm ， 0 341 mina h 11mm ，6mm ，11.0mm minf h min p b 选3mm，11mm，6mm a h f h 轮缘宽度：B（z-1）e+2f （z轮槽数） （1P179 表 11.4） 则：B（3-1）15+21050mm 选 B50mm fB-（z-1）e/250-（3-1）15/210mm，在要求范围 内。 槽宽11+2312.83mm 0 22 pa bbh tg:34 2tg 取 b12.83mm 顶圆直径：95+23101mm12 aa dDh 查手册可知 EMB175 柴油机的轴径 d40mm , 轴伸长度 E135mm 由机械设计习题册 P138 例 11.1 得： D95mm（2.53）d（2.53）3895114mm， q0.12kg/m F0222.69N 1.33N 3 10 B50mm f10mm b12.83mm 101mm d40mm E135mm d165mm d2101mm L65mm 双动力微型耕作机械研究与开发 - 16 - 应选用实心式带轮。 参照机械设计手册 P12-10 和机械设计习题册 P138 图 11.1.1 设计带轮。 d1（1.82）d（1.82）305460mm 取 d165mm d2101mm a d L（1.52）d（1.52）304560mm 取 L65mm 图 1xxxxxxx 8. 调整螺钉、柴油机固定螺栓的选择 1.调整螺钉：可选择 GB83-76 的螺钉（见机械设计习题册附表 9） 。由滑轨螺孔 d 为 M16 中心距的调整范围为 40mm，应选长度 60mm 的螺钉。此螺钉型号为：螺钉 M1660 GB83-76。 2.柴油机固定螺栓：可选 GB37-76 螺栓（见机械设计习题册附表 11） 。由柴油机机的 K12mm，选 M10 螺栓；由柴油机的 S25mm，滑轨 h22mm，M10 螺母厚 m9mm，螺栓长度 ls+h+2m+(0.20.3)d25+22+9+(0.20.3) 105758mm，取 l60mm。此螺栓的型号为 M1050 GB37- 76。 9. 从动带轮的结构设计 轮毂与轴的配合处直径可按下面公式估算 螺钉 M1660 GB83-76 螺栓 M1050 GB37-76 112 0 A 满足要求。 双动力微型耕作机的机构设计计算 - 17 - （机械设计习题册 P331） 3 0 P dA n 式中：P 为轴的传动功率，P8.70.968.35Kw； 为系数，对 45 钢制造的轴，126103 0 A 0 A （轴上若有一个键槽，d 应加大 5-7%） ； n 为轴的转速。 （1+7%）21.57mm38mm，满足要求。 3 8.35 112 1440 d 由 V14.9m/s ，选取带轮材料为 HT150,(机械设计手册单行本 机械传动 P12-10) 由（机械传动 P12-7 表 12-1-10）和附录确定轮缘尺寸，如图 3 f10mm ,e150.3mm , ,2.75mm ， 0 341 mina h 11mm ，6mm ，11.0mm minf h min p b 选3mm，11mm，6mm a h f h 轮缘宽度：B（z-1）e+2f （z轮槽数） （1P179 表 11.4） 则：B（3-1）15+21050mm 选 B50mm fB-（z-1）e/250-（3-1）15/210mm， 在要求范围内。 槽宽11+2312.83mm 0 22 pa bbh tg:34 2tg 取 b12.83mm 顶圆直径：200+23206mm22 aa dDh 由机械设计习题册 P138 例 11.1 得： D200mm（2.53）d（2.53）3895114mm， 而 D200mm300mm ，应选用腹板式带轮 参照机械设计习题册 P305 图 3.2.2 设计带轮。 d1（1.82）d（1.82）3868.476mm 取 d172mm D1D-2-2200-211-26166mm f h D1-d1166-72394mm100mm ，腹板上不用设孔。 轮毂宽 L（1.52）385776mm 取轮毂宽 L50mm C（）B（）507.1412.5 mm 11 74 : 11 74 : B50mm f10mm b12.83mm 206mm d172mm D1166mm L50mm C10mm 双动力微型耕作机械研究与开发 - 18 - 取 C10mm 10.柴油机输出轴与带轮之间的联接 柴油机输出轴与带轮之间通过手动联接的牙嵌式离合器联接，牙 嵌式离合器与柴油机输出轴之间用花键来联接。 （1）当需要柴油机作为动力源时，手动操作使离合器与带轮结 合，从而使带轮转动，将柴油机输出轴的输出功率传递到下一个 带轮。 （2）当需要电动机作为动力源时，手动操作使离合器与带轮分 离，从而使带轮空转。 手动牙嵌式离合器如下图 图 2 xxxxx 3.2.2.2 电动机为动力源 设计的原始数据：V 带传递的功率 P7.5Kw（电动机的额定功率） ，小带轮的转速 n31440r/min（电动机的满载转速） 。 1. 选择带型 由公式（1P187 式 11.19）求计算功率 Pc cAPK P : 式中，为工作情况系数，由1P188 表 11.5 查得： AK 1.2， AK （I 类工作 1016h，载荷变动小） ； P 为带传动的名义功率，P7.5Kw。 计算功率：Pc1.27.59Kw 选择带型： 依 Pc 和 n11440r/min，由1P188 图 11.15 选择 V 带的型号为 SPA 型。 P7.5Kw n3 1440r/min Pc9Kw SPA 型 D3=125mm D4250mm i1.946 合乎要求 双动力微型耕作机的机构设计计算 - 19 - 2. 确定带轮直径 小带轮直径 D3：由1P179 表 11.4 后的注，选取小带轮直径 D3=125mm 大带轮直径 D4：D4D3125243.5mm 3 4 n n 1440 740 取 D4250mm （1P179 表 11.4 后的注） i1.946 3 4 n n 1440 740 i02 4 3 D D 250 125 2.8%5%，合乎要求。 0ii i 2 1.946 1.946 3. 求带速 V V10.6m/s ，合乎要求。 3 3140 1440 60 100060 1000 D n 4.求中心距、带长及小带轮的包角 （1）初取中心距 a0 由公式 0.7（D3+D4）a12（D3+D4） 可得 0.7（125+250）a12（125+250） 262.5a1750mm 结合情况，初取中心距 a1880mm。 （2）计算带的初步基准长度 Ld1 和选取带长 2 12 134 24 1 43 LdaDD a DD 2353mm 2 2 880125250 24 880 250 125 由1P179 图 11.4，选取带的基准长度 Ld2500mm（单行本） 。 3.求实际中心距 a 由公式 aa1+880+953mm 1 2 LdLd25002353 2 取中心距 a953mm 调节范围 953-0.0152500915mm min 0.015aLd a 953+0.0325001028mm max 0.03aLd a （4）求小带轮上的包角1 V10.6m/s a1880mm Ld2500mm a953mm 2171.7 ，120 合适。 0.98k 1.00 L k 双动力微型耕作机械研究与开发 - 20 - 由1P182 式 11.4 43 180250 125180 2180180 860 DD a 171.7 ，合适。120 5.求 V 带的根数 （由机械设计手册第五版第三卷） 0L Pc Z Pk k 式中， 包角系数，由1P190 表 11.7 查取0.98；kk 长度系数，由1P194 表 11.12 查取1.00； L k L k 单根 V 带的许用功率，由1P191 表 11.8 查取0P 4.060P Z2.26 9 4.06 0.98 1.00 取 Z310，合适。 6.计算轴上的压力 Q F （由1P190 式 11.23） 2 2 0sin 2 Q FF Z 式中，F0带的张紧力，由下面公式计算 （由1P190 式 11.21） 2 5002.5 01 Pc F vzK qv 由1P179 表 11.4 查得带的单位长度的质量 q0.12kg/m。 则233N0F 2 500 92.5 10.12 10.6 3 10.60.98 将上述有关参数代人公式，则 223331.39N Q F 171.7 sin 2 3 10 7.确定带轮的结构尺寸 由 V10.6m/s ，选取带轮材料为 HT150，(机械设计手册单行本 机械传动 P12-10)。 Z310， 合适。 Q F 1.39N 3