花生收获机设计与仿真 【三维模型+全套CAD图纸+论文】
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更多设计 花生收获机设计与仿真 of 本设计，包含配套三维图】更多设计 摘要 从古至今，花生一直是我国主要的农作物，在国际市场上也有着非常紧要的地位。一直以来我国花生的种植面积在世界范围内一直名列前茅，对花生产业的影响也非比寻常。 如今国内花生 主要是由人工收获，因此设计一个合适的花生收获机是非常必要的。 本文主 通过收集花生种植方面的资料和一些国外先进花生收获及的资料，根据实际需求结合和机械设计守则 ，设计了 一种 半喂入 花生 联合 收获 机， 描述了其整体的工作流程，介绍了整机的机构，主要有挖掘清土机构、摘果机构、藤蔓输送机构、动力传输机构、机架机构组成 该 收获机 能够实现 挖掘、 清 土 、收集果实 和铺放 藤蔓 等 作业一体化完成 。通过 对部分零件进行对整机的虚拟装配。通过一些理论的计算，对该机器的挖掘铲、机架、连杆和轴等主要零部件进行了分析设计。 花生 联合 收获机设计 根据当前农业生产的要求，在设计内容上主要将挖掘与清土相结合设计出一种新型的挖掘装置，简化了传统挖掘与清土分开进行的结构，减少了收获机的制作成本，让更广大的农民能够接受。 关键词 花生收获机；挖掘铲； 联合 更多设计 I in a in in on is by so of a is is of to in a in a of to of in of . a of of s is to of in by of a of of of to I 目 录 摘要 . I . 录 . I 1 绪论 . 1 究的目的及意义 . 1 生收获机简介 . 1 生收获机的研究现状 . 2 状分析 . 2 外花生收获机发展现状 . 2 内花生收获机的发展现状 . 6 2 总体方案设计 . 13 计要求 . 13 计方案分析 . 13 走方式 . 14 体方案的确定及工作原理 . 14 3 主要零部件 设计 . 16 送装置的功率确定 . 16 掘铲的设计 . 17 作角度分析 . 17 定挖掘机铲长 D . 18 面宽度分析 . 19 掘铲表面距离土壤表面最高距离的分析 . 20 带轮 的 设计 . 20 行连杆机构的主要参数及行走轮的设定 . 21 的设计与校核 . 21 结论 . 25 致谢 . 25 参考文献 . 26 1 1 绪论 究的目的及意义 花生作为我国的优质优势油料作物，在国际市场上面有着非常紧要的地位 。 依照联合国粮农组织数据统计，我国花生的栽培面积在 2011 年已经达到了 455仅在印度的后面，在世界花生播种面积的排名居于第二，但总产量却以 1570 万 t 的高产排在世界第一位，我国花生生产在世界上的影响是举足轻重的 。但是最近 几年，因为很多的 农民转向城市谋求发展 ， 播种花生的 面积又在不断的 加大 ，使得花生不能在最佳的时间完成收获，这降低了花生产量和后面农作物的播种 。 农民的付出与回报的平衡逐渐失调，严重阻碍了农村经济的发展，进一步拉大了跟城市之间的距离。因此，推动花生机械的前进是当前十分重要的任务。 新中国成立以来，我国一直致力于农业机械化的改革与创新，并且也取得了显著地成效，逐渐机械代替了人力，还有些大型的机器能够解决人力难以完成的工作。 但是一项调查显示，我国机收所占的比例远比机耕与机播少的多。 而且我国对花生一直都没有足够的关注，只 有很少部分人参与花生收获机的设计和研发，这也造成了我国花生收获机与其他国家相比是有差距的。现代农业早已脱离了人工化的时代，普遍的向机械化转变，大规模的引用机械化的技能和技巧有利于农业生产向着更加的集中、更加的专业同时也对农产品的商品化有着很好的作用 。 花生生产机械化的发展不仅对农村的经济收入有所提高，而且还减少了农村人民的劳动强度，对花生产业的健康发展有着非同寻常的影响 。 农业操作机械化对解放劳动力的贡献功不可没，在农业机械化的条件下，大农户依靠原来同等数量雇佣来的劳动力，种植的规模可增加数倍，在相关器械的帮 助下，农户的种植水平也可大大提高，专业性更强，其产量亦成倍增长。普通农户也可节约劳动成本，用以机器来代替。在当今市场经济环境下，花生器械的发展，对于提高花生的商品流动性有巨大的帮助。机械水平的发展大步流星，而国内农户的种植结构却谨小慎微。花生种植业的机械化迟迟没有推进，大部分的农户在花生的种植及收获方面都是以人力为主，器械为辅，其 工作强度大，收获成本高（雇工收获，费用为 4610 6511元 /,效率低，损耗大，已经变成机械花收获发展的重要问题。 结合上面提到的问题，如果能够取长补短【代做毕业设计， 学习国外先进的技术，再根据我们本身的情况进行发展完善，设计出一款经济实惠，性能良好，又能普遍使用的花生收获机械装备，突破我国在花生介些话收获中的瓶颈，对加快我国花生产业的发展、促进农村人民经济收入的增加、实现国产优质优势油料作物与发达国家传统油料作物错位竞争、缓解食用油原料大量依赖进口的局面等都有着非同寻常的影响。 生收获机简介 2 从人工的方面来说，花生成熟后的收获必须进过好几道工序，从土地里挖出来，去除泥土，去壳，在平整土地，处理好残留在土地里的根须等等，而花生收获机的作用就是 代替人工完成这些工作。 生收获机的 研究现状 花生收获历经 徒手去 拔、 用 镢 等工具去 刨、犁耕 然后发展到现在的机械化收获 。目前花生收获机械按发展完善程度可分为分段收获的花生挖掘犁、花生收获机（挖掘机 ） 、花生收复机、花生摘果机和用于联合收获的花生联合收获机。 （ 1）花生挖掘犁：花生挖掘犁 整体的装置是十分简易的 ， 经常与小型的拖拉机组合起来使用。 （ 2）花生收获机：相比于花生挖掘犁，它能够实现花生与土壤的分离的功能，但后面摘果、清选等作业还是没法完成。 (3）花生复收机： 他的功能是从泥土里将收获遗留下来的花 生分离到地面，然后交由后续的人工拾取。 (4）花生摘果机： 主要是实现花生秧果跟藤蔓的分离 ，并且清除其他的杂物。 （ 5）花生联合收获机： 是将 挖掘、清除泥土、摘果、清选和藤曼处理等作业 一体化完成的机器 。 在全世界范围内，【成品毕业设计， 生收获的机械化程度参差不齐，美国等发达国家技术比较完善而其他发展中国家的水平则比较落后。就拿我国而言就是以人工收获为主机械收获为辅。只有少部分地区普及了机械化的花生收货工具，绝大部分地区都少有机械花收获。 而花生联合收获机械却依然没有得到完美投入使用；一德国 为代表的少数发达国家，他们的花生收获机械化的技术已经很成熟，基本全部过程实现机械化。 状分析 外花生收获机发展现状 就全球范围来看，美国的花生生产机械化几乎达到世界最高的级别。由于美国花生的品种和生长条件的限制，他们通常分为两个部分去收集花生，先用挖掘收获机把花生挖掘、去土然后翻转有条理的铺放在田地里，然后晾晒一段时间后再用花生捡拾机进行接下来的工序。 目前花生种植面积和产量排在前十的股价分布可见 表 可知， 全球花生种植主要集中在南美洲、非洲和亚洲等一些欠发达国家，而西方发达国 家中仅有美国等少数国家规模化种植花生，而且占世界比例很少。欧洲地区、日本和韩国均少有花生规模化种植，也没见其有相关的花生收获技术与装备研发报道。 美国花生播种地区与使用的品种较为集中，播种地区大部分在 约为 46 )、致为 16 )、 致为 13 )、 致为 10）等几个州，泥土主要是沙尘；在其中生产的植物种类主要有转轮、弗吉尼亚、西班牙、瓦伦西亚。在这些种 3 植物中轮转占据了八成的产量，其他三种占到了两成。不同品种的花生有着不同的后续制作衍生品方向。主要 的制作品是花生酱，食用油等。 表 10 的国家（ 2010年） 因为美国种植的花生主要 的是 蔓生型，生长周期长，花生除茎 以外的所有 分支都是在地面上的，一年收一次。所以美国的花生收获机一般都是两段收获模式，即先用挖掘收获机挖掘花生、清除泥土和整理藤曼，然后等晾晒几天用捡拾型花 生 联合收获机进行拾取、分离、收集、等作业。 美国在挖掘收获机方面已经有很多产品，例如 获机、 8行系列花生收获机、 2、 4、 6、 8、 12行花生收获机等等。 花生挖掘完成后，放在地面上晾晒 2到 3天，再对其经习惯捡拾摘果作业，这样的话受到的损伤最小，收获质量更好。如果花生秧太干或者太潮的话，联合收获是会造成比较大的损失。 美国花生联合收获机的捡拾过程一般包括： 1. 使用捡拾器把放在地上的花生拾取并且送到摘果杆 2. 从藤蔓上 分离出 花生荚果 3. 把荚果从 秧 蔓和其他杂质中分离出来 排 名 /产 量 万 吨国 家 /占 世 界 比 例 收获面积/万公顷 国 家 占世界比例 / 1 国 85 印 度 度 62 中 国 日 利 22 尼 日 利 国 0 印 尼 尼 7 缅 甸 甸 1 美 国 根 廷 5 越 南 南 1 阿 根 廷 丹 0 巴 西 0 得 巴 基 斯 4 4. 分离果梗 与 花生荚果 5. 运送处理干净的花生到集果箱 6. 倾卸排料 作业过程如图 1示 图 1拾花生联合收获 机作业示意图 花生联合收获从拾取藤蔓开始，拾秧装置前行的时候紧贴着地面，缓缓地把花生藤蔓送进螺旋喂料装置中。拾取的速度要和前行的速度保持一致，用来保证输送工作进行顺利。在摘果阶段中花生藤蔓受到摘果滚筒的作用被输送到后方，摘果杆在凹板上，它会对花生秧果的移动速度有一定程度的阻碍，摘果抓用的是弹性适宜的齿片，可以把花生从藤蔓上摘去。然后花生荚果掉入振动筛，进行清选，把残留的泥土和枝叶等杂物去除。茎叶又逐镐器送到收获机后面。花生荚果则通过气流输送管道运送到集果箱内。 美国研发生产出的捡拾花生联合收获机有很多，例 如 21009997牵引式和自走式 99608， 10）（见图 11。 5 图 1 1此以外，美国正在把一些先进的技术应用到花生捡拾联合收获机上。 为了能够在收 6 获时就可以得知花生的产量 ， 收获机上可以进行安装产量检测器，通过传感的方式来完成花生联合收获的产量实时在线测试 ， 这是为以后进一步的更新改进花生收获机 打下了很好的基础 。 内花生收获机的发展现状 花生收获机械化目前在我国正处于发展阶段，其水平不管是与发达国家比较，还是跟别的主要农作物比，都处在较低的水平。我国引入 的花生收获机 或者经过学习 改良后生产的收获机都存在不小的 问题 ，普遍都有功能不全、产品性能不可靠适应能力不高等问题，对我国目前花生收获的实际问题不能较好的适应，所以花生收获机械还不能普遍的推广。目前，花生收获很多地方仍然依靠人力，仅大规模生产区运用了分段收获，而联合收获大部分正处在研发阶段，可是花生的收获消耗时间长，有很高的劳动强度，已经成为了花生生产地方的农民最繁累的工作之一。 生收获机 我国根据从美国引进的花生收获机，大部分都能完成挖掘花生、清除泥土、铺放藤蔓等工作。国内近几年已有湖人能否 种类的样机跟产品问世，具体产品参数见图 （ 1）挖掘铲跟升运装置的组合 这种类型的收获机是基于美国花生收获机改良的，最有代表性的是 4花生收获机，照片如图 11 表 1号名称 4花生收获机 5花生收获机 4花生收获机 5花生收获机 配套动力 /扶拖拉机 损失率 /% 15 ， 我们这 =25 。 根据 公式（ 8）得 1D =284 在 地表上 部分的长度 2D ： 在地表上 部分对挖掘出的东西输送至分离器起至关重要的影响 ，土壤在这一过程时土壤在这一获会产生变形、蓬松的情况，大部分收获时所需的能 量都是在这里消耗的，所 以 为 了 确 保 结 构 的 合 理 性，我们要使得 2D 比 1D 短一些，如此就能够让土壤跟花生一直从挖掘铲的表面运动到下一步的工序中。我们能够依照能量守恒原则去计算出 2D 的长度。第一我们假设泥土和花生的质量是 M,在 2D 区域间的开始点 I 的速度为 1V ,移动到 的速度是 2V ,挖掘出的花生和泥土从 I 点移动到 力等力所做的功是等同的，所以能够得出 式（ 221 2 G M V A 19 克 服 重 力 作 功, 克 服 摩 擦 力 作 功, c 把入 3 11（ ） ： 式（ 通过 （ 3们 能够得出 ， 当 速度 1V 变大 之时 ， 2D 会改变的很快，这样对泥土的后移和上升有很大帮助，能量的 消耗会有所降低，所以在确定 2D 之时需非常关注作业档位的选取，如果插入土壤的角度 选取的值非常小， 2D 就必须增大一定的数值。而且 2D 与 的变化是成变化是程反比的。所以在制定挖掘铲之时，想要使摩擦力尽量减小的话，通常将挖掘铲插入土壤的部分设计成锯齿状，过度部分则设计为栅栏结构，那就可以让泥土移动的比其他情况下更流畅，并且能除掉一些土壤，依靠上面所述选取 50 面宽度 分析 铲 的 宽 度 大 部 分 是 由 花生 在 泥 土 里 的 宽 度 、 行 花生 距的 参 差 不 齐 、植 株 对 垅 中 心 的 偏 移 和 机 械 作 业 运 动 时 的 偏 差。 普遍的 单行花生收获机 的 铲 宽在 40000 挖掘铲的宽度 还被其他一 些部分限制 ： 花生 在泥土里的 宽度、行 花生 距的 参差不齐 、机器行走是出现的 。 普遍的 单行花生收获机 的 铲 宽在 400600围内。 ，我们 能够依靠以 下的公式 运算 31 式 （ 式中 b 表 示 花 生 分 布 宽 度( 表 示 花 生 分 布 宽 度(D 收获机运行 偏差 ， 能 取 d= 0 。 依据上面的所述来取 1B = 在 确保 铲刃 能够自行 清理 与较不错 的入土 能力和 碎土 的性能情况后 ， 依靠 理论推 算得挖掘铲的入土角、 铲 面 长 度 、铲刃斜角、 铲 面 宽 度 的 计 算 方 法， 替研制 挖掘铲 给出 了理论 上的可行性 。 在研究机器的过程中 要 以保证功能可以体现的前提下 ， 同时找 出 些许 对 关键性的 数据， 像上述 的 挖掘铲 的设计，我们要 确保挖掘铲可以达到需 求： 能 有 良好 的 插入土壤 的性能与 实现泥土破碎 ，在 此前提下 我们从 纸面 上 得到 了挖掘铲的 插进土壤 的角度 与 挖掘铲的外形尺寸 的 计算所需 ，这 替花生收获机的 挖掘 铲的 研发和制造给予 了 能够信任 的参考资源。 )c s 0 掘 铲 表面距离土壤表面 最高距离 的分析 我 们 通 过 上 述 的 计 算， 能够得到 铲面长度 为 21 13式（ 所以 能够确定挖掘铲的铲面到泥土的表面最高高度可为 233mm=h 带轮 的 设计 求解 功率 给出 P= c 式 （ 寻找翻阅一些文献 ，我们 能够得到 型 小带轮节圆直径 25d 1 计算带轮基准直径 上 述 能 够 得 出 的 带 型 号 查 表 和 思 考 到 带 轮 直 径 标 准 系 列 值， 我们 能够得到 ； 计算 带的 速度 V， 由 理 论 可 得 ，带速 要保证 在 s/ 区域之间 。 假设验算 出的带的转速 超出这个区域之外 ，我们 还需继续选出另一个 1d ，依靠运算我们能够得出速度是 s ， 因为 1d 在我们所需的区域之内 ，所以 取 。小带轮如图所示。 运算 大 带轮直径 式（ 大带轮如图 3 计算 中心距 a 和带的长度 根 依照上述的 数据我们 能够简单地运算出 中心距 0a ， 假设问题 中没 能给出 中心距， 本文 可 能够依照 下式 去判 断 中心距的 范围 )(2)(1021 式 ( 因 此 中 心 距 的 范 围 为 0 7 80 式（ （ 6） 根据 中心距，我们 能够 初 算出 带 的 长 度 212210 a d 式（ （ 7）确定中心距 a 54220 式（ 21 行连杆机构的主要参数及行走轮的设定 平行连杆 机 连接着振动筛组 ， 振 动筛 与水平面的夹角 是 这 可以使振 动筛在 图 3带轮 图 3带轮 上下 往复 运动时使 收获的花生 获得相应 的加速度，这样 不但能够保证 花生与泥土分离 而且又可以让花生移动到 滑板。 根据 作图我们 能够发现连 接 振 动筛的杆 长为 70 ，之间距离为 提供振动筛的振幅为 因此其连杆比例为 10:1 ，所以偏心轮的偏心距为 行走轮的高度本文能够依照所需去自行设定，这样能很大程度提高了其使用的范围，轮直径是 宽度是 支架上方留出一些空余空间，本文能够通过 连接的螺栓去调节它的高度。 37行 走 轮 如 下 图 所 示 的设计与校核 22 图 3走轮 载荷 是机械生产工作中避不开的，机械工件总的轴是承载载荷的重要主体，在我们看来需要对轴做出非常必要的检查是否能承担起载荷 ， 一次来确保 轴 可以 正常工作。 翻查有关书籍 ， 本文从 轴 受到 的破坏方式， 通 常 状 况 下 对 轴 的 校 核 含 有 临 界 转 速 校 核、 强度和刚度 的校核。 在此情况下很多时候 轴还 需要符合相应程度 的耐磨性， 成本计算在内是必不可少的 。 因 此 我 们 通 常 要 选 择 性 价 相 对 高 的45 钢， 调质处理在运用的时候也是必不可少的 ，使其 255间 ， 翻找 相关手册我们 得出 轴的直径 为 轴上的键槽 用来完成凸轮和皮带连接 的， 之后 我们 在检查轴的强度， 载荷 集中 作用 在 凸轮 上 ， 在草案上画出拉力的简易图 ，得出： 图 3（ 1） 凸轮所受的作用力 转矩 )(5 3 34 式（ 偏 心 轮 直 径 最 小 是 圆周力 7822 1t 式（ 23 径向力 )(154330c o s 式（ 轴向力 12a 式（ （ 2）计算轴承上面的轴承的主要截面弯矩与支反力 9 0F 9 9 2 5 0式 （ 3 截面处弯距为 )(4 9 6 0 0501 式（ )(4 9 5 9 0902 式（ （ 3） 求得 水平的轴承的截面弯矩 和它的 支反力 )(1 1 4 55090 90 式（ 37式（ 截面弯距 是 ) 7 2 5 050 （ 4）依照 弯矩合成应力 去检查 轴的强度 是不是满足 我们的 题目需求 在 检查 的 时候 ，我们 通常状况 下 仅仅 要 检查 轴上所 需 承受的扭矩 和 弯 矩最大值 时 截面上的强度， 也就是检查 在 承受到极限 值时是 不是满足 我们的 所需 ， 假如 在我们 所需 的 区域之间 ，那么 其余 也 符合所需 ， 查找有关文献 我们 得 ： )a( 22 式（ 翻阅有关的资料确定 1 60M ， 因为 1v， 因此 轴是 满足 我们 所需 的 。 轴 承 座 的 选 择 和 它 所 用 时 长 的 运 算： 轴 承 座 的 选 择 ： 翻阅部分 资料最 后确定 型号 为 6207 的 深沟球轴承， 我们做出这种 选择 的原因 是它只 主要承受的载荷是来自径向的 ， 因此其 当量 摩擦系数 和 其 它状况比较 就是 最小 ， 最主要的时 ，它的价格 较为划算 。 轴承座的 使用时长的运算 ： 翻找部分 文件 我们 能够确定 6207 轴承基本额定静载荷 是0 20000额定动载荷 为30500， 以下 我们 开始 一些 具体计算 。 24 1（ ） 运 算 两 轴
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