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I 图 书 分类号： 密 级： 多功能根茎类作物联合收获机研究设计 I 摘要 随着我国的农业产业结构不断优化升级，根茎类农作物的种植面积不断扩大。在根茎类农作物的生产中 ,有一个重要部分，就是这些农作物的挖掘。就现在的收获情况而言，大多数的根茎类作物收获，只是依靠农民动手挖掘、清理等，不仅劳动工程量相对较大，而且工作效率很低。因此，为了提高生产效率，改善农民工作环境，我们急需设计一种多功能根茎类作物联合收获机来提高收获效率，减少农民劳动强度。 多功能根茎类作物联合收获机主要组成部分有动力源 、传动装置、减速装置、挖掘装置、农作物输送装置等。这次设计根据阻力计算，选用东风 收获机安装在拖拉机机头部位，通过带传动驱动收获机。挖掘机构采用振动式挖法，增加破土能力，并减少挖掘过程中的功率消耗，增加挖掘效率。农作物输送机构采用链式输送机构，在传送的过程中，可以使农作物与土壤分离有效的分离。 本次设计的多功能根茎类作物联合收获机，小巧灵活，适合于个体农户使用，在工作的过程中可以将目标作物用挖掘铲从土壤中铲起，并通过链式输送机构整齐的码放在田间。 关键词 收获机；振动挖掘铲；多功 能；根茎类作物 s s to of is an is of on of in to we to a to of a to of F as a on by to in of a in of it of to to up in of a on I 目 录 摘要 . I . 绪论 . 3 究的目的和意义 . 3 国 根茎类作物生产现状 . 3 国 根茎类作物种植方式 . 3 功能根茎类作物联合收获机国内外研究状况 . 4 国功能根茎类作物联合收获机研究状况 . 4 外多功能根茎类作物联合收获机研究状况 . 5 究内容 . 6 2 多功能根茎类作物联合收获机的总体方案设计 . 7 计要求 . 7 表性农作物物理特性分析 . 7 动方案设计 . 8 率计算与拖拉机型号选择 . 9 挂连结机构的设计 . 10 3 挖掘机构的设计 . 10 动 挖掘铲的工作原理 . 10 柄的工作转速 . 11 掘铲铲部结构设计及参数确定 . 13 4 链式输送机构的设计 . 13 式输送机构参数的确定 . 13 式输送机构的结构设计 . 14 5 传动部件设计 . 15 速箱的总体结构设计与工作原理 . 15 速箱主要零部件设计 . 16 要参数的设计选择 . 16 要工作部件设计计算 . 16 动装置的动力计算 . 16 动齿轮的设计计算 . 17 6 关键问题 的解决 . 20 土能力 . 20 牵引问题的解决 . 20 过性问题 . 20 动铲与输送链之间配合问题 . 20 组附着力问题 . 21 7 多功能根茎类作物联合收获机设计过程的注意事项 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 3 1 绪论 究的目的和意义 国根茎类作物生产现状 最近几年，我国的农业产业结构不断优化升级，大蒜、洋葱、土豆、花生等 【更多毕业设计， 【代做毕业 设计， 根茎类农作物的种植面积不断扩大。如世界上种植面积较为广泛的主要油料作物花生， 2009年时候世界总种植面积已经达到 2710122.2 ，单位产量达23 /1021.1 ，总的产量达到 ，比 20世纪 90年代的时候分别增长了 % % %而我国在 2006 的时候花生的种植总面积已经达到了 261057.4 ，大约占据了世界总量的 % ，大约占据了世界总产量的 %40 ，为世界第一 1。又如原产于中亚的洋葱，自从 20世纪初传入我国以来，在我国已经获得了广泛的认可 2。根据联合国粮食及农业组织（ 统计，在 2004 年的时候全世界的全球的 洋葱栽培面积大概为 26103 ，总的年产量达到 ，居于全球前十位的洋葱栽培大国分别为：中国、印度、美国、土耳其、巴基斯坦、俄罗斯、伊朗、日本、巴西、西班牙 3。当前，我国的洋葱总产量大约占据全国总产量的 34%，其栽培面积为全球第一，根据 国的洋葱总栽培面积在 1993 年为251086.2 ，在 2004年为 25105.8 ，其总产量从 。在我国，洋葱的主要栽培地区在山东、辽宁、河南、河北、江苏、安徽等省，另外在四川、宁夏、黑龙江、甘肃、内蒙古等地区也已经呈现出了规模化种植。 3再如我国广泛种植的大蒜，为全球产量最高的大蒜生产国 4，在 2012年的时候，我国的大蒜栽培总面积约为 231033.3 ，为全球总的栽培面积的三分之一 5。我国主要的大蒜栽区域有河南、河北、江苏、山东等，目前在我国有大 约 70多个大规模的大蒜栽培区域，在这些区域中，山东省的金乡县为最大的打算栽培县。最为我国第二大大蒜生产区的河南省，他的豫东平原的杞县大蒜栽培总面积大约为 40 万亩，其中牟县大蒜总的栽培面积大约为 30万亩，在宜阳和临颍等地区的大蒜栽培也有一定的规模 6。 国根茎类作物种植方式 由于花生、大蒜、洋葱的总的栽培数量相当大，因此我们在此以花生、大蒜、洋葱为例简述其种植方式。 4 对于花生，我国的花生栽培方式主要有裸地种植和地膜覆盖种植两种种植方式，其中裸地种植方式是常规的传统种植方式，而地膜覆盖种植是可以带 来较高产量的新兴技术。对于这两种种植技术，根据其整地的方法不同又可以将其划分为三种类型： （ 1）平作方式 平作方式为南方与北方干旱花生种植区域的一种主要种植方法。在种植区域灌溉条件比较差、土壤的肥力条件比较低的情况下，其土壤的保水性能比较差，水分较为容易流失，这种种植方法对于争取全苗、保摘抗旱，在劳动力少而耕地比较多的时候可以较少整地时候的工作量。 （ 2）垄作方式 垄作的耕作方式是在北方的多数肥水地与肥田的一种栽培方法，在土层比较深厚、地势比较平坦、灌溉条件比较齐全的大田中，这种种植方法对于花生的合理密植、 田间的通分与透光都相当有利，可以活的较高的产量。对于花生垄种这种方式，在播种前需要整地起垄，并在垄上开穴播种或者开沟，根据具体的操作方式，垄种可以分为双行垄种和单行垄种两种方式。 （ 3） 高畦栽培方式 我国的大多南方地区在春季的时候雨水充沛，为了浇水和排水的方便，防止在花生种植田地产生积水，种植户们经常起畦栽培花生。 对于大蒜，其每亩地栽培的大蒜的株数、每一个大蒜头上含有的大蒜的瓣数决定了每一亩地大蒜产量，若能合理的增加大蒜种植的密度，则可以较大的提高大蒜的总产量。种植户们经过长期的栽培实践并总结了不同的栽培区域和 自然条件的大蒜种植农业要求。 7若大蒜的成熟期比较早，那么大蒜的植株一般比较矮小、生长周期比较短、叶片的数量也比较少，这时候可以适当的增加大蒜的栽培密度，大约为 2/50000 行间距大约为 4 ，每一株之间的间距大约为 。若大蒜的成熟期为中晚期，那么大蒜的植株一般比较大，其叶片也相对较多，为了让每一株大蒜都能够充分的就收光照，这个时候的应该将种植密度适当的减小，大约为 2/40000 行间距大约应在 6 ，每一株之间的间距大约为 0 ，栽培的深度 ，播种好后覆盖的土壤厚度大约为 对于洋葱，在我国的长江流域和黄河流域以南地区大多数是秋季播种，春天和夏天收获；早我国的东北地区则是早春的时候进行播种，秋季的时候进行收获。8洋葱与大蒜类似，既可以进行垄 作也可以进行作，在育苗后在定值栽培，定值 5 栽培的深度大约为 。黄皮洋葱的种植密度早熟的品种行间距大约为右，植株之间的间距大约为 栽培密度大约为 2667/35.2 对于中晚期成熟的大蒜品种，其植株行间距大约为 右，栽培密度大约为2667/.2 。 综上所述，我国根茎类作物种植面积广泛，种植方式多种多样。因此，在根茎类作物的生产上花费了大量的人力物力，多余多功能根茎类作物的研究非常重要。 功能根茎类作物联合收获机国内外研究状况 国多功能根茎类作物联合收获机研究状况 我国的多功能联合收获机从上个世纪 50 年代末期开始发展，其技术来源于前苏联，那时共生产了牵引式和自行走式两种联合收获机。其中牵引式联合收获机是我国最早开始使用的类型，第一代的 号的收获机是北京机械厂引进前苏联的 发 成功以后转让给了开封联合收割机厂生产，该种型号机器一直生产到 1982 年，它的收割幅度 物喂入量为 s/自身携带 发动机，通过 大型拖拉机牵引其工作。 我国的第一代自行走形式的联合收获机是 1963 年的时候开封联合收割机厂引进了前苏联的 号的收获机自行改造成功后转让给四平农业机械厂制造，产生了东风系列的自行走式联合收获机如 种自行走式联合收获机的收割幅度为 物喂入量为 s/自身携带 发动机。 在 1981年的时候，我国又引入了美国的约翰 075、 1065和 1055三种联合收获机的生产许可证与专有的技术，这次引进项目不但引进了产品技术而且同时引进了这种机器的制造技术，使得我国的联合收获机产品实现了升级与换代，总体技术达到了外国在 20 世纪 80年代初期时候的技术水平 。这种机器的收割幅度为 物喂入量达到s/ ，自身携带 1172 的发动机。这次技术引进填补了我国大型联合收获机的生产空白，也同时打破了我国的大型联合收获机全部依靠进口的局面。 在 1984年的时候，我国的四平联合收割机厂又从原来的民主德国的前进工厂引进了 514E 型号的联合收获机的制造技术，对其进行组装和生产制造从而形成了 514东风 54 个系列联合收割机产品。在 1992年的时候，我国的农业机械化科研院和新疆联合收割机一起研发了一种完全拥有我国自主知识产权的新型产品 新疆 2型自走式联合收获机。这种联合收获机把国外的技术精 6 华与我国的具体实际情况相结合，其不但结构紧凑而且分离损失比例较低，价格也较为适中 10。 外多功能根茎类作物联合收获机研究状况 国外对联合收获机器的技术研究起步比国内早很多，投入的物力与人力也比过内大很多，其发展较快，很早就已经实现了专用化与标 准化和系列化。如花生收获机，在 20世纪 40年代初期的时候，美国、荷兰、加拿大以及前苏联等等一些国家就开始进行花生收获机的研究与使用推广。经过一段时间的努力，最终在50年代末的时候实现了花生的全面机械化收获。加拿大与美国对于花生的收获均已大型的收获机为主，他们对于收获机的驱动一般采用液压驱动或者轮式拖拉机地盘，并且以全作物喂入形式为主。牵引式的花生联合收获机的具有代表性的机器型号有弗吉尼亚的 司开发的 9997 型号 4行收获和 2100 型号的 6行收获联合收获机；美国的 司开发的 牵引式联合花生收获机；自行走式联合花生收获机的代表性机器型号主要有美国的弗吉尼亚 司开发的 9900自行走时式联合花生收获机。除了美国之外，英国、德国、法 国、瑞士、匈牙利、波兰、意大利与挪威等一些欧洲的国家在 20世纪 80年代的时候也陆陆续续实现了花生的机械化收获。 再如大蒜与洋葱收获机，像美国、西班牙、法国等较为发达的国家在很早的时候就已经实现了大蒜的机械化种植、机械化田间管理、机械化收获作业 11，在大蒜的栽培过程中，通过大蒜播种机可以一次性实现大蒜的各个播种过程。在大蒜的收获过程中全面采用机械化工作，使得收获的效率较高。根据大蒜收获机的工作工艺不同，其可以分为联合收获机与分段收获机两种形式。如下图图 1 图 1合收获机 7 图 1段收获机 使用分段收获方法的代表性机器型号有美国的 司设计研发的大蒜洋葱收获机 12先使用 号的 2 行大蒜收获晾晒机器将大蒜挖出并晾晒然后使用 号的 2行大蒜捡拾机进行大蒜的捡拾清洗和装箱等一些工作。采用联合大蒜收获机的代表机器有法国的 司与西班牙的牙宝奇公司分别生产的大蒜打捆收获机和大蒜切秧收 获机，他们的工作原理相同，都是由拖拉机动力输出驱动。具有代表性的型号有牙宝奇公司的 1 、 2 、1 、 2 型机器 13。 由上述分析可知，我国的根茎类作物种植面积大，年产量也不断的提高，当前我国对这些农作物的收获主要以人工收获为主，主要是因为现有的收获机器大多整体结构庞大，价格较为昂贵，适合宽行距、大收获幅宽的种植情况 ，而我国的种植情况却多是个体种植，这些机器无法适应我国的具体生产情况，因此设计出一款适用范围广，体积结构精巧，价格低廉的适合个体种植户的多功能根茎类作物联合收获机显得非常必要。 究内容 结合我国现有的多功能根茎类作物联合收获机机型，设计出一种适合个体小单位种植户的收获设备，提高类似于大蒜、洋葱等作物的生产机械化程度，提高这些根茎类作物的生产效率，可以大幅度降低农民的劳动强度，从而可以解决现在农村人口老龄化、劳动力不足等问题。 在问题研究的过程中，首先查阅文献并进行市场调查对已有的研究成果进行汇总参考 并考虑我国当前的实际情况提出机器的整体方案和主要的参数，然后对机器的主要构建和零部件进行设计，在设计过程中根据强度条件和刚度条件不断的进行校核，直到强度条件与刚度条件同时满足为止，最终完成零件图与装配图的绘制，完成样机的设计。 8 2 多功能根茎类作物联合收获机的总体方案设计 在本设计中，收获机与拖拉机相配套使用，将收获机安装在拖拉机的前面，避免行走的过程中拖拉机碾压农作物。在工作过程中，拖拉机推动收获机前进，收获机在前进的同时挖掘铲振动铲土，将大蒜或者洋葱铲起，然后落到链式传送装置上，在经过传送链传送过程 中，农作物与土壤进一步分离。 计要求 根据农户在收获大蒜或者洋葱时候的基本要求，同时考虑大蒜在出售时的基本质量要求，在设计收获机的时候应该满足一下的农业技术要求： （ 1）可以把大蒜或者洋葱从泥土中挖掘出来，并且不损害蒜头，在输送的过程中要可以分离大蒜上的泥土。 （ 2）为了增加挖掘效率，挖掘铲应该采用振动式的，并且为了适应不同的种植深度，挖掘铲的入土深度应该是可以调节的。 （ 3）挖掘铲在工作时的工作宽度要适当，不可以漏掉农作物。 （ 4）对于收获过程中的产品质量应该有一定的控制。 表性农作物物理 特性分析 为了使设计的多功能根茎类作物联合收获机能够充分发挥作用，我们需要提前分析农作物的物理性能指标。 参考陈翠娟等人的研究结果 6，大蒜的基本物理性能指标如下表： 表 2蒜的基本物理性能表 物理性能名称 均值 标准差 方差 最大值 最小值 变异系数 杆直径 高度 头高 头重 重 上表可以看出大蒜的杆直径一般在 株的高度一般为 34蒜的蒜头高度一般为 右，蒜头的总量一般为 91右，大蒜的总的总量一般为 右。我国大多数地方种植大蒜都采用下图的种植模式： 9 图 3蒜种植模式示意图 这种种植模式的平均行间距大约为 20株大蒜之间的间距大约为 115垄的宽度 大约为 40个畦的宽度大约为 个畦一般种植 6 行的大蒜。 动方案设计 由于本机在工作过程中，拖拉机推动收获机前进，收获机在前进的同时挖掘铲振动铲土，将大蒜或者洋葱铲起，然后落到链式传送装置上，在经过传送链传送过程中，农作物与土壤进一步分离，最终农作物落在拖拉机后方等待捡拾。所以本机的执行机构可以看出挖掘铲和链式传送机构，且两者所需动力相对较小，因此在设计传动方案的时候考虑将拖拉机的动力通过带传动减速器，然后减速器将动力分成两部分，一部分通过偏心机构使挖掘铲振动，一部分通过带传动使得传 送链运动。传动路线示意图如下图图 3示： 图 3 10 率计算与拖拉机型号选择 拖拉机在工作的时候要克服滚动阻力引工作时要克服前进阻力 在本多功能根茎类作物联合收获机的能耗计算过程中，挖掘铲与传送链的功耗较小，因此主要考虑的是机组在行驶过程中受到的前进阻力 及土壤的滚动阻力计算出总的功耗后考虑 挖掘铲与传送链的功耗引入修正系数计算最终功耗。机组的前进速度为 则机组的行驶功耗为： 21K）N 式 (又： ， 式 (式中： K 土壤比阻， N/ 2 取 K = 9 N/ 2B 工作幅宽， ； H 耕深， ； f 滚动阻力系数，取 ； 轮式拖拉机的使用总质量作用在拖拉机上的总重力， N； 1K 考虑挖掘铲振动时的修正系数； 2K 考虑传送链工作时的修正系数； 将数据代入式（ 得 = 14580N , 100N . 代入式（ ， 2N = 根据以上功率消耗的计算，可得整个机组总共耗为 于此计算，我们选择 东风 扶 拖拉机，其主要参数如下表所示： 表 2风 手扶拖拉机主要参数 类别 东风牌系列手扶拖拉机东风 12 型 拖拉机 型号 东风 12 型 外形尺寸 (长宽高 )(毫米 ) 26809601250 轮距 (毫米 ) 800(常用 ) 740 640 离地间隙 (毫米 ) 182 结构重量 (千克 ) 345 使用重量 (包括旋耕机 )(千克 ) 475 11 轮胎规格 驶速度 (千米/小时 ) 前进 退 动机 型号 定功率 2速 (转 /分 ) 2000/2200(选装 ) 挂连结机构的设计 由于本设计采用拖拉机推动收获机的方式工作，与拖拉机拉动收获机工作的方式有着很大的区别，在工作的过程中 若限制收获机相对于拖拉机的左右摆动，则连接处需要足够的强度，否则很容易造成连接处压溃从而损坏机器。因此在本文中，我们考虑增加收获机摆动时收获机与拖拉机连接处的接触面积，从而减小压溃的可能性。 在结构上本机采用圆形的接触面，来应对直线行驶，以及转弯过程中受力不均匀的问题。为了防止行进过程中的不稳 14，在接触面后方有个限制凸块，保证在行驶的过程中，拖拉机与工作装置的夹角不超过 10。 图 3接机构立体图与投影图 12 3 挖掘机构的设计 动挖掘铲的工作原理 根据相关文献资料可知，利用振动效应，最多可以将挖掘时的阻力减小达到百分之四十，日本的 人在实验的时候发现当振动角是 30振动幅度是50动频率是 时候，挖掘阻力减小最大。 在本文中，我们采用曲柄连杆驱动振动挖掘铲，其工作原理图如下图所示： 图 3动挖掘铲工作原理图 在工作的时候，变速器将动力传递给偏心轮，然后偏心轮运动带动连杆运动，最终带动振动臂绕其铰接点摆动。上图分别是振动臂在中间位置、自下端位置、最上端为止时的状态图。 振动铲振动机构的结构图如下图所示： 图 3动机构结构图 该机构主要的组成部分是偏心轮、连杆、振动臂、支点轴等。在挖掘铲工作的时候，其有铲头可以分解为两个运动，一个是水平方向的运动，一个是竖直方向的运动。这两个分运动速度的大小不同可以形成不同的挖掘角度。更进一步，根据水平方向的机组运动和竖直方向的振动运动，可以计算出挖掘铲的运动轨迹方程。由上述分析，本文采用的是曲柄连杆驱动挖掘铲工作，因为曲柄连杆的速 13 度是按照正弦规律变化的，所以在次本文进行简化，把挖掘铲的运动轨迹近似的看成是正弦方程。 令 表示挖掘铲工作时入土的角度， 表示挖掘铲工作的时候铲头振动方向与水平面之间的夹角，n 表示曲柄的转动速度。则挖掘铲工作的时候运动轨迹的正弦曲线高度 h 可以表示为： ) 式 (当 曲柄旋转一周的时候挖掘铲前进的距离 s 可以表示为： m式 (根据实际情况，本文在此规定曲柄旋转一周的时候挖掘铲前进的距离 s 不可以大于 60挖掘铲工作的时候运动轨迹的正弦曲线高度 h 应该小于 柄的工作转速 驱动挖掘铲的驱动转速即为变速箱轴 3 的转速，在设计该轴转速的时候，我们需要充分考虑减小挖掘铲工作阻力、挖掘铲碎土能力、减小挖掘铲对农作物的损害率。在挖掘铲将土壤挖起来的时候，通过振动效应可以将土壤抛向空中，然后再降落到挖掘铲的铲面上，在与挖掘铲的铲面接触的时候会产生撞击，通过撞击使得土壤破碎脱落，达到去土的目的。 在此，本文以碎土能力为优先考虑准则，选择曲柄的半径为 20 ，挖掘铲工作的时候铲头振动 方向与水平面之间的夹角 15 ， 挖掘铲工作时入土的角度 20 ， 曲柄旋转一周的时候挖掘铲前进的距离 40 ，机器在前进时候的速度 hV m 。 为了增加振动挖掘铲的破碎土壤的能力，最直接的方式是增加土壤与挖掘铲之间撞击强度。在此令挖掘铲的振动周期为 T ，土壤从离开挖掘铲到落下时正好与挖掘铲接 触的过程中在空中运动的时间为 t ，如果二者的大小相等，那么土壤在被挖掘铲振动效果带飞后，在降落的时候相当于降落到一个相对静止的挖掘铲面上。假设土壤被振动飞起的为止为坐标原点 O ，那么土壤降落点 A 的坐标可以表示为： 2y 式 （ x 式（ 由于土壤在受到振动挖掘铲的作用飞起时的初始数度等于挖掘铲工作时候的速度，又因在上述分析中我们把挖掘铲的运动轨迹简化为正弦方程曲线，那么： t 式（ 14 将公式 (公式 (入上述公式可以得到： ta n 式（ 又由于 )s ， )VV x ，将其带入上式可得： g 式（ 根据挖掘铲的运动曲线是正弦方程曲线，容易知道： 2T 式（ 考虑到挖掘铲的振动周期 T 与土壤从离开挖掘铲到落下时正好与挖掘铲接触的过程中在空中运动的时间 t 相等。则由式 (得： s s s 式（ 根据正弦函数的规律，容易直到当 1)t 的时候，可以得到： rs c o s m 式 (又考虑到60 ，则上式可以化简为： s r c o s 式 (带 入数值并计算得： 824 r / m i ns i n 150. 015 c 0i n r c 在此，我们去 n 为 850r/曲柄的转速为 850r/ 掘铲铲部结构设计及参数确定 由于整体式的挖掘铲在工作的时候与土壤之间的直接接触面积很大，这牙膏的话，挖掘过程中的挖掘阻力也会相对比较大，且整体式的挖掘铲不利于土壤与农作物的分离。因此综合考虑，我们将挖掘铲设计成多片式结构，每片之间都有一定的空隙。这样，即可以通过减小挖掘铲与土壤的接触面积减小挖掘阻力，又可以让土壤从每片之间的缝隙中漏出去，有利于土壤与农作物的分离 。而且当某一个铲片磨损到无法工作的时候，可以将此铲片拆卸下来重新焊接新的铲片。增加了机器的使用寿命。 15 对于挖掘铲的宽度选择，我们主要考虑农作物的行间距，以及行间距和农作物植株对田垄中线的偏差值。令 n 表示收获农作物的行数， D 表示没行大蒜之间的行间距， 3，那么挖掘铲的宽度 B 可以表示为： 此收获机每次收获五行的农作物，即 5n ，参考有关文献带入数值得到挖掘铲的宽度为 900 对于挖掘铲的长度选择，我们主要考虑挖掘铲的挖掘深度，挖掘铲在工作时候的入土的角度。令 h 表示挖掘铲的挖掘深度， a 表示挖掘铲工作时候入土的角度。则根据他们之间 的几何关系，挖掘铲的长度 L 可以表示为： 入数值计算的挖掘铲的长度为了 180了保守起见，我们将其长度适当增大，取为 220 综上所述，挖掘铲采用分片式机构，挖掘铲的宽度为 1000掘铲的长度为 220 16 4 链式输送机构的设计 在我们这个多功能根茎类作物联合收获机的农作物传送机构设计中，我们选择采用链式传送机构，这种机构主要的组成部分包括链、杆条、驱动链轮、从动链轮 。两个链轮的中心连线与地面之间的夹角为 30，有良好的输送能力。这种机构与滚动等一些输送机构相比具有更强的输送能力和土壤与农作物分离的能力。 式输送机构参数的确定 为了确定该机构的相关参数，我们首先分析有关农作物的相关参数，以大蒜为代表。当考虑相邻两个杆条之间的距离时候，我们着重研究大蒜的尺寸，将大蒜看成椭圆形，椭圆的主要参数是长轴尺寸和短轴尺寸。根据上述农作物的相关参数统计，我们知道大蒜短轴尺寸大于 50数量大约占据了总数量的 %85 。根据正态分布 3 准则，我们在此取保证大蒜不从相邻两杆条之间掉落的极限尺寸即杆条的间距 ，选取的杆条直径为 20 。其示意图如下图4 图 4条间隙示意图 从上图可以看出杆条中心距与杆条间隙以及杆条直径之间的关系可以表示为： 2 式 (因此我们选择杆条之间的安装间距为 63 式输送机构的结构设计 在根茎类的农作物收获中，经常用到的输送结构有皮带形式的输送链、链杆形式的输送链、钩杆形式的输送链。经过综合分析，本多功能根茎类作物联合收 17 获机采用链杆式输送机构，这种机构不但结构简单，而且价格比较低廉，也可以很好的进行土壤与农作物的分离。这种机构是由两条链组成的环形链机构。在链上相隔间距 63结构形式如下图所示： 图 4式输送机构的结构示意图 图中， 1 为 分离链的从动轮、 2 为链条、 3 为抖动轮、 4 为分离链的主动轮、5 为杆条。这种机构的具体参数如下，从动轮的齿数为 91Z ,主动轮的齿数为252 Z ；在选择中心距的时候，两个链轮之间的中心距越小，则小链轮上的包角就越小，这样不利于动力的传递，而两个链轮之间的距离越大的时候，输送链的不规则抖动就越厉害，而且链轮上的传送链容易松动，造成传送链滑落，造成生产事故；在选择链轮的转速时候，本机考虑到传送链的的运动速度是周期变化的，当链轮的转 速越高的时候，且链轮的齿数越少的时候，传送链的速度变化就越大，综合考虑，我们设置传送链的运动速度不可以超过每秒 12米。否则的话，机器的动载荷过大，容易造成机器的损坏；在选择链的节距时，考虑到如果链条的节距太大的时候，该机构承受载荷的能力也就越强，同时链条的拖动能力也就越大，在这个时候，传送链在运动时的就会变得极不均匀。所以本机在满足传送机构承受载荷的前提下，选择比较小的链条节距。 采用链条的节数来表达链条的长度，令P 表示链条的节距， a 表示两链轮的中心距，参考带传动求带的长度的公式可得： 21221p 2 式 (根据上式 4以计算出链的节数，但是计算的结果不一定为整数，所以我们需要将结果圆整为整数，并且尽量圆整为偶数。对上式进行变形，用传送链的节数去表示去表示两链轮的中心距为： 212221 式 ( 18 选取主动链 轮的转速为 540r/带入数据计算得中心距 1230 ，小链轮分度圆直径为 164大链轮分度圆直径为 328 19 5 传动部件设计 速箱的总体结构设计与工作原理 减速箱示意图如下图图 5示： 图 5速箱总体示意图 多功能根茎类作物联合收获机的减速箱（如图 5示），主要由箱盖、三个 直齿齿轮、中间箱体、齿轮轴组成。该减速箱可以实现变速、换向等功能。根据实际的需要，完成挖掘铲振动、作物传送复合式作业。 该减速箱起到分级降速的作用。拖拉机的驱动力经由 V 带传递给小直齿轮轴，在经过小齿轮与中间齿轮传递给中间轴，最后由中间齿轮和大齿轮将动力传递给第三根轴。中间轴带轮与 v 带驱动传动链运动，实现农作物的传递，第三根轴通过曲柄连杆机构驱动振动挖掘铲的运动，实现挖掘铲的振动动作。 速箱主要零部件设计 要参数的设计选择 （ 1）配套动力： 12 马力的拖拉机（所选择的拖拉机型号为 东风 手扶拖拉机 ，输出轴转速为 2000/2200 每分钟 (选装 )，额定功率为 （ 2）作业耕深： 12 。 （ 3）挖掘铲曲柄转速为： 850r/ （ 4）输送链主送链轮转速为： 540r/ （ 5）传送链运动速度： 12m/s 。 要工作部件设计计算 20 各传动副的效率为： 直齿圆柱齿轮： 1 = 球轴承： 2 = 带轮：3=5 动装置的动力计算 由以上分析知选定的 东风 手扶拖拉机 额定功率为 各个轴的功率计算如下所示： 1 0 3 2 k 9 71 0 9 . 8 4 k 9 80 . 9 81 0 . 2 4 3 2112 9 . 5 4 k 9 80 . 9 99 . 8 4123 由上述计算可知轴 1 上承受的功率为 2 上承受的功率为 3 上承受的功率为 8 动齿轮的设计计算 该变速器的总的传动比是： ，我们考虑以齿轮组满足齿根弯曲疲劳强度与齿面接触疲劳强度进行齿轮组的设计计算。 选定齿轮的齿轮类型、精度等级、材料以及齿数，该机多功能根茎类作物联合收获机机为农用机械，齿轮类型选择直齿圆柱齿轮，精度等级选用 8 级精度。材料选用 45 号钢，硬度为 240齿轮齿数为 24 ，大齿轮齿数为 56 。这样，实际传动比就变为 。 对于这种农用机械，工作环境较为复杂。轮在工作的时候有可能发生轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形。在设计封闭齿轮传动的时候，一般情况下优先保证齿面接触疲劳强度，但是如果齿轮的齿芯强度低而齿面硬度高，又或者齿轮的材质较为脆的时候，那么需要优先保证齿轮的齿根弯曲强度。在设计半封闭或者开式齿轮传动时，按道理应该齿面磨损和齿根折断两种损坏的形式，但是迄今为止，对齿面磨损的有关计算还不完善。所以对于这种开式或者半开式的齿轮组，我们只保证齿根弯曲疲劳强度。在 本机的减速器设计中，我们在设计计算的时候既要考虑齿面接触疲劳强度又要考虑齿根弯曲疲劳强度。 动力由拖拉机经过 V 带传动到减速箱，拖拉机的输出功率是确定的， V 带的工作情况也是确定的。则传递到减速箱的计算功率 式 (上式中 示工作情况系数，由于该机工作环境较为复杂，一般为轻载启动。所以我们 查表后选择 ，则 a to o 1997) a to 8:1,21o to (2327 18 013. to ? of be at 13 016, 01:24 25 a to to a A to 95 in a 93 in a of a to of to a 13to be at as of of be at be of as in of to in in to be of is a at to of a in 11. in to of of a or on to in a as s is On be is to of to in of be of be in of of a to in in in to of in is is as no 4. is s) of a as a of of to be 26 on is a of of be by of be by in of V/ in in in to is to of of by to 5】 , in to in 015110120100 2 3 . of in 1 1 % of 0 cm at 2 up .5 m 3 of he a 120 a ). 50 in A to of . S $ 93 000. to be S $ 15 000. (
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