毕业设计-振动筛式花生收获机的设计1.doc

振动筛式花生收获机的设计振动筛式花生收获机的设计 目目 录录 摘要摘要1 1 前言前言2 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义2 1.1.1 中国花生生产现状中国花生生产现状4 1.1.2 中国花生的种植方式中国花生的种植方式5 1.1.3 花生生产机械化现状花生生产机械化现状6 1.2 研究目标与内容研究目标与内容.7 2 振动筛式花生收获装置的设计原理振动筛式花生收获装置的设计原理8 2.1 设计依据设计依据.8 2.2 设计方案的选择与分析设计方案的选择与分析9 2.3 总体设计简介总体设计简介.10 2.4 作业原理作业原理.11 3 花生收获机功率计算花生收获机功率计算11 4 结构设计结构设计13 4.1 挖掘铲主要参数计算挖掘铲主要参数计算.13 4.1.1 入土角入土角 计算计算.13 4.1.2 铲面长度铲面长度 l 计算计算14 4.1.3 铲刃斜角铲刃斜角 计算计算.15 4.1.4 铲面宽度铲面宽度 b 计算计算16 4.1.5 铲面离地面高度距离铲面离地面高度距离 h h 计算 计算16 4.2 带轮及带的主要参数确定带轮及带的主要参数确定16 4.3 平行连杆机构主要参数及行走轮的设定平行连杆机构主要参数及行走轮的设定18 4.4 轴的校核轴的校核19 5 总体装配总体装配21 6 总结总结.21 7 结束语结束语22 参考文献参考文献22 致谢致谢23 振动筛式花生收获机的设计振动筛式花生收获机的设计 摘 要：花生是重要的油料作物，花生含油量高于油菜和大豆，我国花生产量占油料总产 40%左右。 花生不仅是优质油料作物，而且是主要的蛋白资源，加工品类多，产业链条长，现已成为我国重要的 出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持的种植品种。我国不仅是世界花生的生产大国和消费大 国，也是贸易大国。花生种植， 在世界范围均属劳动密集型产业。中国劳动力丰富， 花生种植和出 口具有明显优势。期以来，由于花生种植、收获和加工大都靠人工完成，但劳动强度大、效率低。而 在整个花生生产过程中，收获环节用工占全过程的 1/3 以上，占整个花生生产成本的 50%以上。推动中 国花生生产机械化发展，对降低作业成本，提高作业效率、促进农民增收，具有现实意义。 本设计的振动筛花生收获机主要由挖掘铲、振动筛、行走轮、动力传动装置及机架等组成，并与 功率为 12kw 左右的拖拉机配套使用，可以同时实现一次完成多行花生收获。收获过程中，挖出来的花 生秧被传送到振动筛上，振动筛的振动可实现去除挖掘出的花生所带有的泥土，最后通过输送板实现 花生秧一侧倒伏的工作原理。能大力提高花生收获的工作效率，降低收获成本，并实现机械化的生产。 关键词：花生; 振动筛;收获机;农业机械 the design of peanut harvester vibrating sieve abstract: peanut is an important oil crops, the peanut oil content is higher than rape and soybean, peanut production in china accounts for about 40% of total oil production. peanut oil is not only a high-quality, and is the main protein resources, processing category, long industrial chain, has become chinas important export products and focus on the development of agricultural restructuring and support the cultivation of varieties. china is not only big country of production and consumption country in the world in peanut, and trade. peanut planting, in the world are labor intensive industry. china has rich labor resources, peanut cultivation and export has obvious advantages. period of time, because the peanut planting, harvesting and processing is mostly done by manual, but high labor intensity, low efficiency. in the whole process of peanut production, harvesting employment accounted for more than the whole process of 1/3, the peanut production costs accounted for more than 50%. promote the peanut production mechanization in china, to reduce operating costs, improve work efficiency, promote the farmers income, has practical significance. peanut harvesting machine mainly by the mining shovel, vibration sieve, a walking wheel, a power transmission device and the frame form a vibration sieve and the design, and the power of the tractor of about 12kw can be achieved at the same time, a plurality of rows of peanut harvester. the process of harvesting, dug out the peanut seedling was sent to the shaker, vibration sieve can be removed with implementation of the peanut soil, the working principle of the transportation board to achieve the side of peanut seedling lodging. peanut harvest can improve efficiency greatly, reduce cost and realize the harvest, mechanized production. key words：peanuts ;vibrating screen; harvesting machines;agricultural machinery 1 前言 1.1 研究的目的和意义 花生不仅是优质油料作物，而且是主要的蛋白资源，加工品类多，产业链条长，现已 成为中国重要的出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持的种植品种。在消费结构和 出口结构不断调整和优化的双重拉动下，花生生产得到长足发展，并逐渐向主产区相对集 中，优势产业带基本形成。但是中国花生生产机械化发展却严重滞后，特别是用工量占生 产全过程 1/3 以上、作业成本占生产总成本 50%以上的收获作业，目前主要依靠人工完成， 劳动强度大、作业成本高、效率低、损失大、成本高已成为生产发展与产业成长的主要瓶 颈，国内对花生机械化收获技术装备的需求日趋迫切1。我国是花生生产大国,目前,中国 花生面积占世界总面积的 20%左右,总产量约占世界的 40%。加入 wto 后,其它作物的经济 效益有所下降,而花生的比较效益优势却更加明显。发展花生种植及加工产业,提高花生产 品的科技含量和附加值,是调整农业产业结构和增加农民收入的有效手段2。 发达国家对花生收获技术与装备的研究开发，起步早、投入大、发展快，早已实现了 专用化、标准化和系列化。中国对花生机械化收获的研制虽较早，但发展十分缓慢，近年 来，随着花生收获机械市场需求的不断趋旺，花生收获机械的研究开发进入了一个新的发 展时期。可实现挖掘、清土、铺放功能的花生收获机，具有无需自带动力、结构简单、价 格低廉、使用成本低等特点，较适合现阶段中国农村经济条件，具有较好的市场需求。但 是长期以来，由于对花生机械化收获技术缺乏深入系统的研究，壅土阻塞、秧蔓缠绕、适 应性差、损失率高等机械化收获中存在的技术难题始终未能得到很好解决。 花生的种植历史悠久，地域广阔，是国际公认的半干旱作物，是世界上广泛栽培的主 要油料和经济作物，同时也是主要的创汇农产品之一。花生以它独有的优势，在世界油料 生产和国际贸易中仅次于大豆而居第二位，在亚洲、非洲、澳洲及南北美洲的绝大多数国 家和地区均有花生的种植和生产，其中，中国是世界上主要的花生生产国和花生消费国， 同时也是最大的花生出口国。 据联合国粮农组织统计数字表明，世界花生种植面积由 20 世纪 60 年代的 166000000 平方公里，增至 21 世纪的 320000000 平方公里 ，并呈上升趋势。随着花生栽 培技术的不断提高，花生 10 总产也在不断提高，世界花生年总产量 20 世纪 60 年代为 105 千万吨,2008 年则增加至 725 千万吨，创花生生产量纪录3。 据相关部门调查数据分析，2013 年花生收获机行业研究报告的核心内容包括以下三 方面： 1、花生收获机行业宏观环境信息：基于 pest 分析模型全面深入研究花生收获机行 业所处的国际国内经济环境，分析花生收获机产业政策以及相关配套政策动向的分析，帮 助企业/投资者把握花生收获机行业发展环境现状及发展趋势，通过企业营销努力来适应 社会环境及变化，达到企业营销目标； 2、花生收获机行业竞争环境分析：依靠强大的数据库资源，透过数据，分析花生收 获机市场供求现状，提供花生收获机行业发展规模、发展速度、产业集中度、产品结构、 所有制结构、区域结构、产品价格、效益状况、技术特点、进出口等重要花生收获机行业 信息，并科学预测未来 3-5 年花生收获机市场供求发展趋势。花生收获机行业主要上下游 产业的供给与需求情况，主要原材料的价格变化及影响因素，花生收获机行业的竞争格局、 竞争趋势，与国外企业在技术研发方面的差距，跨国公司在中国市场的投资布局等； 3、花生收获机行业微观市场环境分析：花生收获机行业当前的市场容量、市场规模、 发展速度和竞争状况，主要企业规模、财务状况、技术研发、营销状况、投资与并购情况、 产品种类及市场占有情况等； 4、客户需求分析：花生收获机行业消费者及下游产业对产品的购买需求规模、议价 能力和需求特征等，花生收获机行业产品进出口市场现状与前景，花生收获机行业产品销 售状况、需求状况、价格变化、技术研发状况、产品主要的销售渠道变化影响等，企业的 重点分布区域，客户聚集区域，产业集群，产业地区投资迁移变化； 5、花生收获机行业发展关键因素和发展预测：分析影响行业发展的主要敏感因素及 影响力，预测花生收获机行业未来五年的发展趋势，花生收获机行业的进入机会及投资风 险，为企业制定行业市场战略、预估行业风险提供参考。 花生收获机行业研究报告依托特有的专家智力资源的优势，以客户需求为导向，以花 生收获机行业为主线，全面整合花生收获机行业、市场、企业等多层面信息源，依据权威 数据和科学的分析体系，在研究领域上突出全方位特色，着重从行业发展的方向、格局和 政策环境，帮助客户评估行业投资价值，准确把握行业发展趋势，寻找最佳投资机会与营 销机会，具有相当的预见性和权威性。可以为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导 层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据。 1.1.1 中国花生生产现状 自 20 世纪 90 年代以来，随着农业结构调整的不断深入，中国花生生产和整体效益增 长很快。 花生种植面积由 2000 年的 462 万平方公里，发展至 2008 年的 692 万平方公里；总产 由 2000 年的 201 万吨，发展至 2008 年的 340 万吨；单产由 2000 年的 3.2 吨 /hm2，发展 至 2002 年的 4.1 吨/hm2；外贸出口花生原料(以籽仁计)由 2000 年的 80 万吨，发展至 2008 年的 170 万吨；出口范围由 2000 年的 82 个国家和地区，扩展至 2008 年的 108 个国 家和地区:创汇额由 2000 年的 4.5 亿美元，增长至 2008 年的 10 亿美元。作为我国主要的 经济作物和油料作物，花生种植面积仅次于印度，居世界第二位。总产量居世界第一。 花生种植在我国分布很广泛，分布不均。虽然中国花生产区发展不平衡，但是花生种 植、生产的发展是显而易见的。其主要原因有两点:一是在国内种植花生的效益较种植其 它作物要高;二是在际市场上具有价格竞争优势。加入 wto 后，国外机械化程度高、生产 规模大的农作物，如小麦、玉米、大豆等都将涌入国内而冲击国内市场，但作为劳动密集 型生产的花生仍具有强劲的国际竞争力。例如 2002 年国内市场花生仁每 kg 价格为 3.64.7 元，而同期国际市场经合组织报价每吨价格为 6.36.8 元，这表明中国花生生 产仍有较大的发展潜力。 在国内农作物中，花生的种植规模已上升到第七位（按 1998-2002 年 fao 发布统计数 据平均） ，排在稻谷（3016.6 万公顷） 、小麦（2669.0 万公顷） 、玉米（2462.9 万公顷） 、 大豆（893.4 万公顷） 、油菜（703.6 万公顷） 、甘薯（584.7 万公顷）之后，但全国花生 种植业年总产值（总产量?生产者价格）跃居国内大宗农作物第五位左右。与大宗粮油作 物比较，花生的价格高，初级产品价格（农民出售价）居上述七大粮油作物首位且稳中有 升，单位面积收益率高，对农民增收作用较大，因此随着全国范围内种植业结构调整的深 入，大宗谷类粮食作物（稻、麦、玉）生产规模呈持续递减趋势，花生的生产规模持续增 长。从市场需求看，我国花生远未饱和，需求总量日益增大，而且花生是我国具有较强国 际竞争力的大宗农产品（指食用花生） ，国外花生在短期内不会对国内市场造成实质性冲 击，这就决定了我国花生生产规模将进一步扩大。预计在 2015 前后达到并稳定在 600 万 公顷、年总产达到 2000 万吨的水平4。 1.1.2 中国花生的种植方式 中国花生的种植方式有裸地栽培和地膜覆盖栽培两种。裸地栽培是传统的常规种植方 式，地膜覆盖栽培是进行高产栽培的新技术，技术性较强。这两种栽培方式根据整地方法 又分为以下三种； （1）平作 平作是北万和南方早薄地花生产区的一种种植方式。在无灌溉条件、土壤肥力低的旱 地或山坡地，土壤保水性差，水分容易流失，花生不易封行采用平作和密植，有利于抗早 保墒，争取全苗，在土地多劳力少的情况下可以减少整地工作量。 （2）垄种 垄种是北方中肥田和肥水地的一种种植方式。在地势平坦、土层深厚、排灌条件齐全 的大田，垄种有利于花生合理密植，有利于田间通风透光，获得高产。花生垄种需要在播 前整地时起垄，在垄上开沟或开穴播种，垄种根据具体操作方式分为单行垄种和双行垄种 两种。 （3）高畦种植 中国南方地区春季雨量充足，为了能排能灌，防止花生田积水，农民往往起畦种植花 生，一般采用直行条播，每畦种植 48 行。 中国北方地区春、秋季节花生播种期间，普遍干旱少雨、温度低，且无霜期短，南方 春季则低温多雨。为了实现花生的丰产和丰收，各生产部门普遍改变种植方式，采用花生 覆膜的种植方式，最终实现了抗早、保墒、提温、防雨、排涝，减少苗期管理的效果，为 花生的早熟增产提供了保障。 地膜覆盖是近年来兴起的一项种植技术，它是传统农业技术与现代农业技术相结合的 一项重大的技术改革，是大幅度提高花生单产的一项有效措施。这项技术的应用，解决了 北方地区低温、干早和无霜期短，南方春季低温多雨等不利自然气候条件，开创了中国花 生生产的新局面。 目前，花生地膜覆盖栽培技术己在华北、东北大面积推广应用，并取得了明显增产效 果，经济效益显著，深受群众欢迎。 但花生覆膜播种的种植方式在使花生增产的同时，也引发了影响农业生态环境的 “白色污染” 目前所用的塑料薄膜， 。大多是聚乙烯或聚氯乙烯为原料的高分子化合物， 在自然中塑料薄膜极难被土壤微生物分解、消化，可存在 400 年之久，农田使用的塑料薄 膜老化后，破碎遗留在田间，使得地下的残膜数量逐年增多，遗留在田间的残余地膜，污 染土壤，降低了土壤的透气性及肥力，阻碍了植物吸收水分及根系生长，直接影响了农作 物的收成和品质5。 1.1.3 花生生产机械化现状 随着花生种植面积的不断扩大和农村劳动力的转移，花生生产机械化的问题就显得尤 为重要。西方发达国家在花生生产机械化方面的研究较早，与其它农业机械相比，几乎是 同步发展的，机械制造与应用技术己比较先进、完善。美国、加拿大等发达国家已实现了 花生生产全过程的机械化作业，在收获环节早已发展到联合收获水平，并且正依照本国的 种植特点，向着大型化、机电一体化、智能化、高可靠、高安全的方向发展.一些发达国 家还不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来，农业机械正向智能化方向发展。 在中国，花生播种机械化技术已基本成熟，根据中国农业人口多、土地分散，而中小 动力拖拉机保有量多的特点，该类机械以小四轮拖拉机为牵引动力，较好地解决了花生人 工或畜力播种劳动量大和生产率低下的问题。近几年，系列化的多功能花生覆膜播种机已 在花生产区得到了大面积的推广应用。 相比之下，中国花生收获的机械化水平低下则极大地影响了花生产业的发展。目前， 花生的收获基本是靠人工、畜力或半机械化(如手扶拖拉机牵引挖掘铲)完成，而从国外引 进、消化吸收的机型则由于不符合中国国情或动力消耗大、作业效果较差等原因，没有形 成较大的生产和使用规模，这就使中国的花生收获机械与装置多年来一直徘徊不前，与世 界发达国家存在很大的差距。 总之，中国现阶段花生收获方法的落后带来了各方面的问题，大体上表现为以下三个 方面： 第一，人工收获劳动强度大，效率低下。长期以来，花生的收获都是靠人工完成的， 特别是近几年来随着农村剩余劳动力的转移，这一矛盾更加突出。据初步估算，整个花生 生产过程中，花生的收获所用工时为整个过程的三分之一以上。这一阶段的作业成本为整 个花生生产成本的二分之一以上(作业成本包括从花生耕地播种开始到收获摘果为止，所 需的种子，肥料、地膜、机具及人工费用等，人工费按同时期普通劳动者的工时费来计算)。 第二，生产成本高。目前的花生收获无论是人工还是畜力以及简易的机械，整个收获 过程都不是一次性完成的，都要经过两道以上的工序，首先是将花生从土里挖掘，然后人 工除土，这种生产方式的主要问题是造成英果的较多损失，并且这种损失大部分情况下， 英果埋到地里，需要进行二次复收，不仅劳动强度大，而且生产成本高。 第三，耽误农时。花生的收获季节，正值“三秋”大忙之际，劳力紧张，如果能缩短 花生的收获日期，会对小麦播种打下一个良好基础。据研究者到农村的实地考察，在山东 省莱阳市，一般的沙壤地收花生(只完成花生的挖掘和去土两道工序)，一个劳力每天工作 8h，可收花生 0.0046 平方公里 ；借助畜力或者是简单的机力(用手扶拖拉机先耕出花生) 每天可收花生面积也仅为 0.130.2 平方公里。 所以，设计研制新型的符合中国国情的花生收获装置是提高中国花生生产机械化水平 的关键。 1.2 研究目标与内容 本文的研究目标为： 以配用中小动力的花生收获装置为研究对象，针对中国农村分散经营的生产体制和中 小型拖拉机拥有量大的特点，适应国内的花生种植方式，重点设计花生收获装置的挖掘及 分离原理，探索新的工作方式和新的结构设计，在充分了解花生植株各组成部分收获时的 生长状态及田间特性的基础上，简介新型传动机构的工作机理和结构优化设计，设计工作 部件的运动特点、所受阻力及对花生与植株的施力方式等。以简化结构，降低功耗，减少 成本，提高作业质量为目标，重点研究花生收获装置及其传动部件的运动机理及最佳工作 参数6。 研究的具体内容为： （1）设计花生挖掘与分离的新的工作原理及结构形式。基本设想是用平行连杆机构 实现花生的振动式挖掘与分离，采取将两项功能通过一个工作部件来完成的全新结构，以 最大程度地减少动力功耗和收获装置的总体结构尺寸； （2）针对不同花生品种、不同地区及土壤条件，优化传动与工作部件的结构，使其 结构参数和运动参数达到最优。 2 振动筛式花生收获装置的设计原理 中国对花生收获机械装置的研究正处在发展时期，花生收获机械大面积的推广还需要 一段时间，农村分散经营的生产体制和农民的消费水平，东部与西部地区的差别，对产品、 技术需求的递进趋势以及广大农村中小型拖拉机拥有量大的特点，决定了在今后一段时期 内，中国仍然要以中小型花生收获机械与装置为主要的研究和推广对象7。 但是，国内对花生收获装置的理论研究有待深入，研究工作还基本停留在试制与试验 阶段，对花生收获装置的工作原理、结构优化、具体的工作情况及规律性的深入研究花生 收获技术的理论著作过于老化，新理论和学术研究性文章比其它农业机械技术理论相对偏 少，且深度不够，学术价值较低，致使收获机械与装置有效供给不足，小型机具多，优质 机械过少，大中型农机具跟不上发展需要，收获装置不能满足花生生产实际的需求，影响 了新装置的开发改进，最终影响了花生种植业户购买机具的积极性。 因此，加强理论研究，加快理论与实践的结合速度，研制出适合中国当前国情、性能 稳定、高效优质的新型花生收获装置，以满足国内现阶段广大花生种植用户及市场的迫切 需求，应当是现阶段中国花生生产机械化研究的主要方向。 2.1 设计依据 （1）符合中国国情 中国农村人口多、土地少，且分散经营，大型农机具.保有量少，而中小型拖拉机拥 有量大。所以，针对中国现阶段农村生产的实际状况，所设计的花生收获装置应以配用中 小型动力为主8。 （2）作业可靠、减少收获损失 根据湖南省质量监督局发布的湖南省地方标准农业机械作业质量花生机械收获 和农艺要求，所设计的花生收获装置应达到的性能指标为: 配套动力:1113.2kw 小型四轮拖拉机 生产率:0.10.13hm2 / h 损失率: 3% 荚果破碎率: 1% （3）结构紧凑，降低成本 为便于花生收获装置的推广和使用，考虑到中国现阶段广大花生种植户的消费水平， 在保证收获装置作业质量的前提下，进一步简化结构、降低成本，真正使广大农民买得起、 用得上。 2.2 设计方案的选择与分析 传统的花生收获装置大多采用挖掘铲和抖动链相组合的方式。这种装置是 20 世纪 70 年代中国从美国引进和消化吸收后推广应用的，不仅结构复杂、制造成本高、动力消耗大、 可靠性差，而且收获损失偏高、花生蔓铺放杂乱，不便于人工拣拾。 本文所设计的收获装置拟采用将挖掘和分离两项功能溶为一体的全新结构，以减少功 耗、机体尺寸以及收获损失;并对动力传递系统和操纵装置进行合理配置，确保动力传递 高效可靠，操纵调整简便9。 由于花生的种植模式是两行垄作，所以收获装置的挖掘部件应为两个挖掘铲，在收获 装置作业过程中拟使挖掘铲以一定的频率摆动前进，即摆动式挖掘。这样，可以最大限度 地减少土壤对工作机组的阻力，降低机组功耗。 为减少机构尺寸，简化结构，收获装置的分离部件拟附着在挖掘部件上，在作业时， 通过挖掘部件的摆动使分离机构将花生与泥土分离。所以，设计方案的选择主要是传动系 统的选择和挖掘分离装置的确定。 2.3 总体设计简介 经初步研究，暂设定总体装配如图 1 所示，由拖拉机为动力输出，带动大皮带轮转动， 大皮带轮带动小皮带轮转动，小皮带轮轴上装有偏心轮，偏心轮的转动带动连杆运动，使 振动筛实现高频率的振动。 该机主要由挖掘铲、振动筛、行走轮、传动装置及机架等组成。 挖掘铲的作用是铲断花生主根、掘起秧土，并将掘起的土壤和花生秧果传输到清土装 置上。对挖掘铲的要求是前行阻力小、挖掘深度稳定、耐磨损、碎土性好、自洁性好、制 作工艺方便等。本机挖掘铲采用整体单铲式平铲，并在其后端设有碎土栅，以增加其破碎 土功能，也是花生秧果从挖掘铲升运到振动筛的衔接部件。挖掘铲选用优质合金钢制成， 固定连接在机架的前下部。花生收获机的清土装置目前主要有抖动升运链式和振动筛式两 种，振动筛式结构紧凑、清土效果好、伤果率低等特点，但较抖动升运链式整体震动较大。 综合考虑本设计采用振动筛式清土装置，振动筛栅条为纵向排布，栅条中心距可以根据当 地花生品种（主要是花生果大小）来确定，为便于将花生秧果成条铺放到远离未收取区的 已收区，振动筛设计为下倾式，振动筛通过机架两侧的连杆与机架铰接，由前上部的偏心 驱振装置驱动作往复振动，驱振装置上配有偏心平衡块装置。为防止作业时秧草缠绕设备 和机器内侧挑邻行花生秧蔓。传动系统采用带组合传动，分别将拖拉机的输出动力传输到 侧向切割器与筛动装置。设备两侧配有充气式橡胶行走轮，行走轮直径为 405mm，宽度 为 200mm。 图 1 总体装配模型示意图 fig.1 schematic diagram of the general assembly model 2.4 作业原理 此类振动筛式花生收获机作业时，拖拉机带动收获机具前行，挖掘铲以一定角度铲入 土中（挖掘深度通常在 100150mm） ，将花生主根切断，并将掘起的土壤和花生秧果输 送到振动筛上。掘起的土壤和花生秧果进入往复运动的振动筛，将花生和沙土不断地向后 振动输送，大部分沙土被振落至筛下，实现清土目的，花生秧果和少部分未去除的沙土随 后从振动筛的侧尾端被抛送到已收区，实现成条铺放，待田间晾晒后再进行拣拾作业。行 走轮安装在机架上，通过选用不同的定位孔可调节行走轮的安装高度，调节挖掘铲的挖掘 深度和入土角。 本设计的振动筛花生收获机主要由挖掘铲、振动筛、行走轮、动力传动装置及机架等 组成，并与功率为 12kw 左右的拖拉机配套使用，可以同时实现一次完成多行花生收获。 收获过程中，挖出来的花生秧被传送到振动筛上，振动筛的振动可实现去除挖掘出的花生 所带有的泥土，最后通过输送板实现花生秧一侧倒伏的工作原理。与现阶段大多数农户拥 有的小四轮拖拉机相适应，具有适配动力广，投资少，收效快等特点。能大力提高花生收 获的工作效率，降低收获成本，并实现机械化的生产。 3 花生收获机的功率计算 此处省略 nnnnnnnnnnnn 字。如需要完整说明书和设计图纸等. 请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！ 该论文已经通过答辩 4.1 挖掘铲主要参数计算 如图 2 所示:三角形平面铲的主要参数有入土角 、铲面长度 l、铲刃斜角 、铲面宽 度 b 和铲后端高度 h 等。 图 2 挖掘铲的结构参数 fig.2 structural parameters of mining shovels 4.11 入土角 计算 挖掘铲入土角较小时，其入土性能差，铲面上土壤后移速度较快，漏土较少；当入土角 较大时，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度减慢，易雍土16。机器前进作业时， 位于铲面上的土壤受力情况如图 3 所示 图 3 铲面受力分析 fig.3 force analysis of the shovel surface by 利用达朗伯原理，为使土壤能够后移应满足： （7） cossin0 sinsin0 tg rgp tt 式中： p沿着挖掘铲移动的掘起物所需的力 r铲对上壤的反作用力 t铲面与上壤的摩擦力 g掘起物的重力 挖掘铲的入上角 上壤对铲的摩擦系数 =tg, 为掘起物与铲面之间的摩擦角。 简化（7）式得： pgtan(+) 上式表明牵引阻力 p 与挖掘铲的入土角 为正切函数关系，在不同土质中作业时，入 土角的改变对阻力 p 的影响规律如图 33 中曲线所示。当 较小时，曲线变化平缓，随振 动筛式花生收获机的设计着 增大，曲线变陡，说明入土角的改变对牵引阻力的影响，在 重质土壤中比在轻质土壤中敏感，当入土角 较小时，牵引阻力 p 随 增长较慢，当 250 以后，牵引阻力急剧上升，因此，挖掘铲的入土角应取 250 为宜。 4.1.2 铲面长度 l 计算 铲的长度 l 分为 l1和 l2 ，l1 是挖掘铲的入土长度，l2是铲在地面以上过渡部分的 长度。 入土长度由图 32 可得： l1=h/sin （8） 式中 h挖掘深度。 花生结果通常在地表以下 100mm 深处，取挖掘深度 h=120mm，l1随 的变化如图 33 中曲线所示，入土部分长度 l1随入土角 的增大而减小，当 取较小值时 l1会较长，入 土性能差且结构不紧凑，一般取 150 ，这里取 = 25 0 。由公式（8）得 l1 = 284mm。 过渡部分长度 l2： 过渡部分 l2为土壤和花生向分离装置输送的必经区段，土壤在这里将发生膨松、变形， 并消耗动能，过渡部分长度 l2应尽量短，以便土壤在铲面上的后移速度未达零值之前， 就被送至分离装置。 l2的长度可根据能量守恒定律确定。设质量为 m 的掘起物，在 l2区段的始点 a 的速 度为 va，移到 b 点时的速度为 vb，掘起物由 a 点向上移动到 b 点时，其动能消耗等于 克服重力、摩擦力所作的功，由能量守恒守律得到： mva - mvb = ag + af （9） 1 2 1 2 式中， ag 重力所作的功, ag=mgl2 sin af 摩擦力所作的功, af= mgl2cos 将 ag、af带入（9）式得： l2 = （10） 22 a vv 2g(sincos) b 式（10）表明，当速度 va增大时，l2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以，在确 定时 l2应考虑工作档位。当入土角 取较大值时，l2应减小。另外 l2随 增大而减小。 所以实际设计挖掘铲时，为减少摩擦力，避免壅土，将挖掘铲入土部分的一段和过渡部分 设计为栅条式，以便于土壤顺利后移，并使部分土壤分离17。根据以上条件取 l2 = 266mm。 4.1.3 铲刃斜角 计算 此处省略 nnnnnnnnnnnn 字。如需要完整说明书和设计图纸等. 请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！ 该论文已经通过答辩 4.1.4 铲面宽度 b 计算 铲的宽度主要取决于花生地下分布宽度、行距的不均匀性、植株对垅中心的偏移和机 器工作行驶时的偏差。一般单行花生收获机挖掘铲的宽度不小于 400mm600mm 可按下 式计算： b1 = b + 3 b +2 c （12） 式（12）中 b花生分布平均宽度(mm) b 花生分布宽度标准差(mm) c机器行驶偏差，可取 c=5080mm。 根据以上条件取 b1=430mm。 在保证铲刃的自动清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，从理论上推导出挖掘铲 的入土角、铲面长度、铲刃斜角、铲面宽度的计算方法，为设计挖掘铲提供了理论依据。 4.1.5 铲面离地表最高距离 h计算 根据以上计算确定铲面长度为 l=l1+l2=550mm，入土角 = 250 。 h=sinl=233mm ha = hh=233mm120mm=113mm 所以确定铲面离地表最高距离 h=233mm。 4.2 带轮及带的主要参数确定 图 5 带传动简图 fig.5 belt transmission schematic diagram 上图 5 即为带传动示意图，根据已知参数可确定带轮相关参数 （1）确定计算功率 p ，已知 p=7.5kw pc = ka p =1.17.5=8.25kw （13） （2）确定 v 带型号为普通 v 带 a 型，小带轮节圆直径 dp1=125mm （3）确定带轮基准直径 d1 和 d2 根据所选 v 带型号查表及带轮直径标准系列值，得到 d1=130.5mm；验算带速 v，应保证 v 在 525m/s 之间，若不能满足这一要求应重选 d1； v = （14） d11 d n 5.2/ 60 1000 m s 所以符合要求取 d1=130.5mm。小带轮如图 6 所示。 （4）根据公式 d2=i d1 (1-)算出大带轮直径，并圆整成标准值， 取为 0.02。 d2 =3.51250.98=428.75mm （15） 大带轮如图 7 所示。 （5）确定中心距 a 及带长 ld 初定中心距 a0 ， 如果未规定中心距 ，则应按下式 给出的范围初选中心距 ： 0.7(d1+ d2) a0 2(d1+ d2) 378.625mm a0 1107.5mm （17） 图 6 小带轮 fig.6 the small pulley 图 7 大带轮 fig.7 the big pulley 取 a0=500mm （6）确定带长 ld1 根据 a0，先初算带长 ld1 2a 0 + (d1+ d2)+ = 1915.95mm (18) 2 2 12 0 d d 4a （7）确定中心距 a a a0 + =542mm (19) dd1 2 ll 4.3 平行连杆机构的主要参数及行走轮的设定 振动筛组由平行连杆机构练接，振动筛倾斜角（相对水平位置）为 0.5 ，使得在 运动过程中振动筛上的所收获的花生有向下的加速度，保证收获的花生可以顺利脱土并滑 落到滑板实现一侧倒伏。根据 pro/e 实体作图得出连接振动筛一侧的两根杆的杆长 670mm，距离为 250mm。设定振动筛的振幅为 12mm，则根据实体图得出连杆比例为 1：10，所以偏心轮的偏心距为 1.2mm。 行走轮高度为人工可调，轮直径为 405mm，宽为 200mm。支架上设有空，可通过螺 栓连接来调节高度。行走轮装置如图 8 所示。 图 8 行走轮 fig.8 the road wheel 4.4 轴的校核 轴在实际工作中，承受各种载荷。设计计算是确保轴可以承受载荷、可靠工作的重 要保证。根据轴的失效形式，对轴的计算内容通常为强度计算、刚度计算和临界转速计算。 轴如图 39 所示 考虑轴的刚度、强度、及耐摩性要求，并且考虑材料成本等问题，选择了 45 钢，并 进行调质处理， hbs 达到 217-255，使查机械设计手册确定轴的直径，轴的直径为 30mm，轴上的键槽用于连接皮带轮和凸轮，下面进行强度验算。 集中载荷作用于凸轮，在草稿上绘制受力简图，得出： 图 9 轴 fig.9 the roller （1）凸轮上作用力大小 转矩 t = 95.5 x 105 x p/n = 95.5 x105x 8.1/1450 = 53348 ( n . mm ) 偏心轮最小处直径为 59.88mm 圆周力 ft = 2 t/d1=2x53348/59.88=1782(n) 径向力 fr = ft cos 300 = 1782 x 0.866 = 1543 ( n ) 轴向力 fa = 0 ( n ) （2）求轴承上轴承的支反力及主要截面弯距 fbv = fr x 90 /(90+50) = 1543 x 90/140 = 992 ( n ) 截面处弯距为 mvc 左 = fbv x 50 = 992 x 50 = 49600 ( n . mm ) mvc 右 = fdv x 90 = ( fr - fbv ) x 90 = (1543 - 992 ) x 90 = 49590 ( n . mm ) （3）求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯距 fbh =ft x 90/(90+50) = 1782 x 90/140 = 1145 ( n ) fdh = ft fbh = 1782 - 1145 = 637 ( n ) 截面处的弯距为 mch = fbh x 50 = 1145 x 50 = 57250 ( n . mm ) （4）截面处垂直面和水平面的合成弯距 mc 左= = = 75748（n mm） 22 vc mm ch 左 22 4960057250 mc 右= = =75741（n mm） 22 vc mm ch 右 22 4959057250 （5）按弯距合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭矩的截面的强度，取 a =0.6，计算应 力： v= = =1.12(mpa) 22 m) w t （ 22 3 75748) 0.1 90 （0. 6 53348 查表得 -1 = 60mpa ，由于v-1 ，故安全。 轴承座的选用及寿命计算： 轴承座的选择： 选择深沟球轴承，型号为 6207，因为主要承受径向载荷，当量摩擦系数最小。而且价 格最低。 轴承座的寿命计算： 由设计手册可查得 6207 轴承的基本额定动载荷 cr = 30500 n ，基本额定静载荷 c0r = 20000 n 。具体计算如下： （1）计算两轴承的内部轴向载荷 fs1 = 0.5fr1 = 0.5 x 1543 = 771.5 n fs2 = 0.5 fr2 = 0.5 x 1140 = 570 n （2）计算两轴承的轴向载荷 左端轴承 fs1 = 771.5 n fs2 + fa = 771.5 + 360 = 1131.5 n 两者中取最大值 fa1 = 1131.5 n 右端轴承 fs2 = 570 n fs1 - fa = 771.5 360 = 311.5 两者中取最大值 fa2 = 570 n （3）计算两轴承当量动载荷 载荷平稳，查得载荷系数 fp = 1.1 fa1 / c0r = 1131.5 / 20000 = 0.056 得 e = 0.26 fa1 / fe1 = 1131.5 / 1543 = 0.73 e 得 x1 = 0.56 ，y1 = 1.71 p1 = fp ( x1 fr1 + y1 fa1 ) = 1.1 x ( 0.56 x 1543 + 1.71 x 1140 ) = 3094 n 同理可知： p2 = 2207 n （4）计算轴承寿命 工作温度低于 120 度，查的温度系数 ft = 1 左端轴承 l10h = (ftc/p)e x 16670 / n = (1 x 30500/3904)3 x 16670/1450 = 5482 (h) 右端轴承 l10h = (ftc/p)e x 16670 / n = (1 x 30500/3904)3 x 16670/2207 = 30343(h) 经过上面的计算，可以得出左端轴承比右端的容易失效，应该在 5482 小时也就 是工作 7.6 个月后换，右端的只要 3 年换一次就可以。 5 总体装配 有上述计算最终得出，总体装配由拖拉机为动力输出，输出转数为 n=414r/min，以 1：1 的传动比带动大皮带轮转动，大皮带轮于小皮带轮以 1：3.5 的传动比带动小皮带轮 转动，小皮带轮轴上装有偏心轮，偏心轮的转动带动连杆运动，使振动筛实现高频率的振 动。拉簧最大拉力为 650n，其作用是用来减小筛体自重对振动平衡性的影响。 振动筛的振动频率和振幅大小对设备的清土效果、输送顺畅性以及机具震动性、可 靠性等影响很大。振动筛对物料的抛掷力与筛动频率的二次方和振幅的一次方乘积成正比， 综合考虑，并比照多种同类机型，本设计采用大振幅高频率型振动筛结构形式，振动筛的 振幅选定为 20mm。 6 总结 在本设计中，执行工作的花生收获机机架与拖拉机的连接是本文省略的一个重要部分。 在实际操作的过程中，由于提供动力的源可由不同型号的拖拉机执行，故机架与拖拉机的 练级可在挖掘铲的上方机架处进行进一步改造和创新。由于本人知识水平有限，且该部分 非本次设计重点设计部件，予以省略。另外由于考虑到生产成本和市场营销定位，