棉花拔杆机的研究设计

棉花拔杆机的设计1机械电气工程学院本科毕业设计题目： 棉花拔杆机的设计院（系）：专 业：学 号：姓 名：全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文系841677322指导教师：完成日期：棉花拔杆机的研究设计摘 要棉花拔杆机的设计2本次设计主要针对农作物的茎秆采用机械化收获进行了一定的研究,并设计出一种棉花拔杆机。设计的这种拔杆机在满足普通拔杆机的功能的基础上还做了一些改进，设计一种拔杆更快更干净、更加小型轻便，成本低，且效率更高，性能更好的拔杆机，广泛适用于中小型田间作业。阐述了小型农作物拔杆机的工艺流程、结构特点。根据设计要求，确定了基本参数及主要技术性能指标。对小型农作物拔梗机所需功率进行分析确定，通过实验分析得出了结论。改进后的拔杆机能一次完成农作物茎秆的破土、夹持、拔出、提升和成堆集放，工序集中，生产效率高，结构简单、制造、安装、操作方便、使用维护简便，功能齐全，适应性强，故障少，使用寿命长，能一机多用。关键词：棉花拔杆机；小型轻便；作物茎秆；实验分析of a of to of on a of to of to is .课题背景.统总体方案设计. 棉花拔杆机工作原理分析.花拔杆机的动力分析.拔杆机总体方案的设计.杆机的设计.拔杆机动力的选择.机配套功率.锥齿轮的设计.拔杆盘的设计.花键轴的设计与校核.调节装置与调节装置箱体的设计.传动轴的设计与计算.它零部件的设计与选取.轴承的选取及润滑.机架的设计.杆机使用时应注意的事项.开车前应注意事项.开车时应注意事项.开车后应注意事项.计总结.花收获后的棉秆是一种用途非常广泛的宝贵资源。首先，棉秆是一种很好的木材代用品，可用作生产人造纤维，同时又可制造刨花板、纤维板和吸音板等板材，或用作建材造纸原料，质量远胜于稻草和麦秆；其次，棉秆具有很高的营养价值，经过微化处理后，其蛋白质含量可高达12%，比麦草和稻草的蛋白质含量高56倍，可作为牛羊的上等饲料；再次，棉秆经轧碎和高温热解等化学过程，产生以一氧化塘为主的生物质气，可作为一种新型能源；棉秆粉碎后还可作为无公害食品食用菌的培养基，此外用秸秆做成的一次性餐具无污染、可降解且可再生。因此，从发展绿色农业来说，棉秆回收后可为农业的深加工提供充足的和必需的原材料。目前，棉秸秆的一般处理方法：一是直接粉碎还田，这种做法虽可增加土壤的有机肥，但却会增加来年棉花病虫害的发病几率；二是焚烧棉秸秆，这不仅是一种浪费，而且严重污染环境；三是手工收获棉秸秆，劳动强度大，效率低。而且棉杆可以生产出多种轻化工产品,满足工农业生产发展的需要,同时,通过加工增值,不仅能大大增加棉花收益,致富棉区农民,而且能加速农业剩余劳动力的转移,促进棉区乡镇企业的发展。因此,认真做好棉花副产品的综合开发利用工作十分重要。在秸秆人造板原料中，棉杆是作物秸秆中木质化程度最好的秸秆之一，是制备人造板的上等原料。利用棉杆制作的秸秆重组材，其强度、纹理结构可以和木材媲美。但是，采用传统的收获方法收获的棉杆，没有对棉秆作任何加工处理，所以在作为重组材的原料制备过程中，需要用90小时，人工收获棉秆是一项劳动强度大、生产率十分低的工作，非常费时和耗能。棉杆在自然生长状态时，杆中的含水量较高，柔软性较好，收获时如果将棉杆挤压破碎，梳解成纵向不断裂、横向互相关联的网状木质纤维条，就可以大大减少棉杆重组材的原料制备工序，节省能耗。棉花拔杆机主要作业对象是棉花茎杆。其功能是将地间农作物茎杆实现横向拔出的机械化作业。由于棉花拔杆机不仅能大大降低农民的劳动强度、增加农民的工作效率，资源得到合理利用，而且使得农民的作物增产增收。所以棉花拔杆机的研究与设计是目前很有价值和意义的研究课题。棉花拔杆机的设计6本次设计内容是棉花拔杆机，它是由机架，破土圆盘，拔杆盘，拔杆盘调节装置及传动装置组成。机架安装在拖拉机行走底盘的正前方，破土圆盘，拔杆盘，拔杆盘调节装置及传动装置等都安装在机架上。利用调节装置可以调节拔杆盘与地面的相对高度来调节拔杆深度。图1 度、乌兹别克斯坦、澳大利亚以及俄罗斯等国是国外主要的棉花生产和贸易大国,其棉秆收获设备技术主要以对行式为主,按照收获原理主要分为三种,即铲切、刨挖与拔秆。由此,形成了拖拉机牵引式与悬挂式机型。在两种机型中,有些仅仅是铲、割、拔与铺条,有些是铲、割、拔与切碎结合。在切碎后有些是集中,有些是直接还田。（1）棉杆铲切技术由挖掘铲深入土层中,把棉秆根切断,利用旋转星轮拨取棉秆,机架、挖根铲、栅状导向板、星形喂入轮及锥形齿轮减速器组成。机具作业时由拖拉机牵引,一般收获4行棉秆,铺放成条。棉秆晒干后,由人工或打捆棉花拔杆机的设计7机打成捆以备后用。另外,配套有切碎装置的 两行棉秆挖根切碎机由机架、挖根铲、双联拨秆辊、刀盘及输送管组成,为悬挂式机型。作业时,先由挖根铲将棉秆根部斩断,再由拨秆辊将棉秆拨起,经刀盘切碎后,沿输送管送到集装拖车上,棉秆拨净率均接近99%。还有有两个地面仿形轮,以拖拉机动力输出轴为动力,工作部件由主轴驱动,该机由机架、挖根铲、拔秆辊、滚式切刀以及输送管组成。过切碎的棉秆通过输送管送到集装拖车上。此种技术的缺点主要是入土切割铲动力消耗较大、磨损严重,优点是对行距要求不严,挖根较彻底。（2）棉秆刨挖技术主要是采用对称倾斜双圆盘刨挖,这种技术类似于双圆盘开沟器的工作原理。典型代表如美国的图2和图3所示。、6和8行棉秆,对不同湿度棉秆适应性强。了减小运输幅度,拔秆机构可折叠起来。作业时,拔秆机构自动伸展,采用平行四连杆仿形,通常在拔秆机构后面安装切碎装置,实现棉花秸秆拔取与切碎还田。此种技术相对于铲切来说,动力消耗相对减少,但是一般要求对行性较强。图2 ）棉杆拔取技术采用四十五度倾角安装的橡胶对棍夹取。典型机型有澳大利亚的业速度高达22km/h ,直接将棉秆平铺在地上。业行走速度快,即便是拔取茎杆粗壮的秸秆,也具有较高可靠性和稳定性,且设有传动安全防护措施。此种技术最大的缺点是对种植行距的标准性要求较高,对机手操作的熟练程度也要求较高,适合于标准化栽植的规模种植。国就开始了对棉秆收获机械的研制。到七十年代末、八十年代初,家庭联产承包责任制的推行,棉花产量剧增,引发棉秆收获机械研制热潮,如中国农机院,山东、山西、河北、河南以及湖北等省农机研发部门都曾对棉秆收获机进行过研制,但由于种种原因都未能定型生产和推广应用。九十年代初,随着棉花价格的提升与棉麦轮种技术的发展,棉花种植面积扩大,棉秆收获机械迫切需要,中国农机院成立了专业课题组,山东省多个市区也相继对棉秆收获机械进行了研制。近年来,随着社会和科技的发展,棉秆己被广泛应用于能源、造纸以及生物基材料等领域,尤其是棉秆木质成分含量高,可作为优质的可能生能源原料,棉秆收获技术与装备的研究备受关注。总结多年来我国研制出的各类机型,归纳起来有三种:铲切式、提拔式和联合作业式。棉花拔杆机的设计9（1）铲切式主要是研学前苏联二行铲切式棉秆收获机。这类机械的收获部件,一般设计成一个“人”字形状的大锄铲,作业时,悬挂在拖拉机前面,拖拉机高速行驶,而人字形铲入土一定深度穿行,利用拖拉机向前行进的力量切断棉根,并使棉秆向上抬起,自然堆放至地面;有的机型在拖拉机后牵引一搂耙,把棉秆搂集成铺条。这类棉秆收获机械结构简单、制造和使用方便,但是效率低、残留棉根较多、铺放不整齐。主要与小型拖拉机配套使用,由于各地种植农艺的差异,加之缺乏机械化标准种植,这种对行的小型棉秆收获机始终没有得到推广。（2）提拔式提拔式棉秆收获机是用起拔机构把棉秆从土壤中提拔出来,按起拔器的形状和结构又分为辊式、夹式和链杆式三种。辊式起拔器分圆柱辊、半回柱辊、圆锥辊、圆柱圆锥综合辊等;夹式起拔器分平动夹式、钳夹式、盘夹式;链杆式起拔器分为单链杆式、双链杆式、齿盘链杆式和链抓式等。以上机型主要是各地农机研发单位根据本地域条件和棉花生长特点进行初步试制的机型,均没有得到广泛应用,未能形成产品在市场上推广。目前,该类机型中最具代表性的是4业时,由拖拉机前进推动机具前移,地轮传动带动拔盘转动,前进中拔盘遇到棉花秸秆将秸秆拔起,并将秸秆拨向后方,待集成一堆后放置于田间。（3）联合收获式以上主要是与小型拖拉机配套的机型,收获效率受到限制,中间处理环节多,后续作业仍然费时费力,且受地域性影响显著,无法满足规模化收集需要。这类机型虽没有推广使用,但从原理上给予了设计上的启示。综合国内外技术基础,结合青饲收获机和联合收割机技术,中国农业机械化科学研究院组织力量开发了切割式联合收获机械(图 4),一次完成棉秆的切割、切碎和集装作业,克服了种植行距的限制,解决了密植、细秆和西部内陆土地冻结后棉杆收获难题,成为了以棉秆为燃料的生物质秸秆直燃发电厂配套的主要燃料设备。由于受到割刀工作原理、地表平整程度的限制,特别是垄作时做到低茬收割有一定难度,根茬仍留在地里,没有从根本上解决。为了满足我国长江流域、黄河流域棉花主产区棉秆粗壮、高大,通常采用先拨取后收获的分段作业方式,中国农机院又开发了棉秆捡拾联合收获机,集棉秆自动捡拾、喂入、输送、切碎、抛送、装箱、卸料一体化,该机重点突棉花拔杆机的设计10破了棉秆类冠状植株强制抓取、连续喂入技术,实现了棉秆分段高效联合收获作业。图4 切割式联合收获机农民对各种农作物茎秆的收获一直沿用传统的人力拔收方式，不但增加了农民的劳动强度，而且不利于农田腾茬抢种。一个强壮的劳动力一天收不了一亩地农作物茎秆，且满手血泡，腰酸腿疼，苦不堪言。国内虽有几个厂家研制了单一的拔杆机，但都因构造不合理，作业质量差，工作效率低，故障率高、适应性差或作业质量不能满足农艺要求等诸多原因农民不愿接受。一些农民试图用秸秆粉碎还田的方式将其直接粉碎还田，但是有的作物茎秆有着坚实的木质纤维，不易沤制，直接影响下茬作物生长，易导致大面积减产，农友民怨声载道。杆机械化程度较低，发展小型成套机械设备是我国拔杆机械的发展趋势。农作物茎秆作为一种农业生产的副产品，产量大、品类多、地域广，同时也是一项重要的有生命的物质资源。占涉及方面计数，我国年产农作物茎秆6亿吨以上，资源领有量居世界榜首。根据预先推测，跟着农业生产技能的不断提高，茎秆总量将呈增加趋势，至2010年达，于茎秆的利用价值和经济价值，发展施用成本较低的拔梗机械是今朝我国迫切需要处理和完成的题目。棉花拔杆机的设计11由于国外一些发达国家所生产的茎秆收获机械，多为大型或重型，需要配置的动力大，价格又昂贵，加上受种植模式的制约，且我国是种植农作物的大国，需求量大，使得国外的拔杆机很难在我国推广应用。所以，开发小型化适合农业需求的拔杆机设备是促进我国农业发展的必然趋势。市场上比较了几种拔杆机的优缺点后，做出的优化方案。要求拔杆更快更干净、更加小型轻便，成本低，且效率更高，性能更好的拔杆机，适用于中小型田间作业。在综合考虑和比较不同拔杆机的优缺点后，决定此次拔杆机的设计思路为:工作时，由拖拉机提供前进动力，破土圆盘的转动通过传递动力的锥齿轮来将动力传递到拔杆盘上，来实现拔杆。参考其他实例分析及设计，我认为此次拔杆机的设计主要考虑以下问题：（1）棉花拔杆机拔杆盘的设计；（2）棉花拔杆机破土圆盘的设计；（3）棉花拔杆机动力传动系统的选取与计算；（4）棉花拔杆机机架的选取；（5）棉花拔杆机调节装置的选取与计算；花拔杆机工作原理分析棉花拔杆机主要应用于棉花的拔杆工作。其工作原理如下：工作时，由拖拉机推动棉花拔杆机的前进，破土圆盘的转动经动力传动装置锥齿轮将动力传递给拔杆盘，由拔杆盘来完成棉花的拔杆工作。通过调节装置的调节来实现拔杆盘的拔杆高度，尽量贴近棉花的根部，由于棉花根部的纤维强度高，能有效的减少拔断率。棉花杆被水平扭力拔出，由于爬杆盘的水平旋转可将拔出的棉花进行集堆。有利于后期的棉杆收获。花拔杆机的动力分析经市场调查及分析，本设计的棉花拔杆机为小型两行的拔杆机，故选取25马力的拖拉机完全可以为棉花拔杆机提供动力。齿轮适用于两垂直相交轴的转动，圆锥齿轮两轴线间的夹角=90度。面凸凹不平整。因此要求拔杆机在工作时，为了提高拔净棉花拔杆机的设计13率，破土装置入土深度必须保持在一定的范围。经过市场分析，破土深度必须保持在80杆机总体方案的设计设计的拔杆机主要以棉花杆为主，能一次性将农作物茎杆进行除兜根、拔茎秆、集堆等机械化的作业。除兜根的动力通过量垂直的锥齿轮传递而来。其作业工艺流程如下：棉花拔杆机是由拖拉机、破土圆盘、拔杆盘等组成。作业时，首先由破土圆盘将动力传递给拔杆盘，然后由拔杆盘将棉花杆拔出、堆放的全过程。小型农作物拔杆装置悬挂在行走底盘前方，由调节装置对拔杆盘的拔杆高度进行调节。拔杆时，破土圆盘自行开道，再利用拔杆装置将作物茎秆连根拔出，并将作物茎秆倒向堆放在田间，有效地优化了整机结构，同时，提高了拖拉机功率的利用性能。 整机基本参数及主要技术性能指标 表1名称 单位 技术参数 备注外形尺寸 00016007800悬挂形式 前悬挂式配套动力 马力 25 柴油发动机拔幅 60 2行工作速度 m/s 30），两者就更接近。这说明：可用大端背锥上的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形。由于背锥可展开成平面并得到一扇形齿轮，扇形齿轮的模数m、压力角将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，这个虚拟的圆柱齿轮称为该锥齿轮的大端当量齿轮。这样就可用大端当量齿轮的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形，即锥齿轮大端轮齿尺寸（ha、于当量齿轮的轮齿尺寸。图8 量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数下表选取。在0。，齿顶高系数1，顶隙系数c*=2锥齿轮模数锥齿轮模数（摘自 1 8 图可得当量齿轮的分度圆半径 而 2/则有 式中：须圆整。对锥齿轮的轴角等于两分度锥角之和，即21 122 21211 /1/ 1/12/ 棉花拔杆机的设计18图9 锥齿轮的轴向剖面由于直齿锥齿轮传动强度计算及重合度计算的需要引进一对当量齿轮（图9），它们是用该对锥齿轮齿宽中点处的背锥展开所得到的。当量齿轮的分度圆半径和分别为这对锥齿轮齿宽数即为齿宽中点的模数，称为平均模数直齿圆锥齿轮的啮合传动特点一对锥齿轮的啮合传动相当于其当量齿轮的啮合传动。因此有如下特点：(1)正确啮合条件 212121 , )连续传动条件 e1，重合度3)不根切的最少齿数 (4)传动比211 ，故 1221122112 0时，有2112 基本几何尺寸按大端计算，但锥齿轮齿宽中点处及其当量齿轮的几何尺寸必须通过大端导出。(1)齿宽系数 。一般取，且b1=b2=b 。(2)齿宽中点的分度圆直径（平均分度圆直径）) )1122 111 m Rm dd (3)齿宽中点处当量齿轮的分度圆直径量齿数2222 21111 22222 21111 11) 棉花拔杆机的设计20式中齿数比影响分度锥顶角的大小，一般取u3，最大不超过5。参考上图导出标准直齿锥齿轮传动的几何尺寸计算公式列于标准直齿锥齿轮传动的主要几何尺寸计算公式表中。表3 了简化计算，通常按其齿宽中点的当量齿轮进行强度计算。这样，就可以直接引用直齿圆柱齿轮的相应公式。因直齿锥齿轮的制造精度较低，在强度计算中一般不考虑与重合度的影响，即取齿间载荷分配系数合度系数花拔杆机的设计21（1）轮齿受力分析忽略齿面摩擦力，并假设法向力分度圆上可将其分解为圆周力向力图11所示。各力的大小分别为 1121 1121 1 11121 1 22 FF d F 式中 齿轮的名义转矩（N图11 轮齿受力分析各力的方向主动轮圆周力的方向与轮的转动方向相反，从动轮圆周力的方向与轮的转动方向相同；主、从动轮径向力分别指向各自的轮心；轴向力则分别指向各自的大端。（2）齿面接触疲劳强度计算以当量齿轮作齿面接触疲劳强度计算，则式 1 1为棉花拔杆机的设计22 11 1将当量齿轮的有关参数代入上式中，可得直齿圆锥齿轮传动的齿面接触疲劳强度校核公式为 )11 2而齿面接触疲劳强度设计公式为3 2211 )() 式中各参数按前述确定。（3齿根弯曲疲劳强度计算将当量齿轮的有关参数代入式 和 3 2112 中，可得直齿圆锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度校核公式和设计公式 ) 2221 1 1)4 式中据当量齿数，由外齿轮的齿形系数图花拔杆机的设计23图12 外齿轮的齿形系数力修正系数，根据当量齿数，由应力修正系数杆盘的设计拔杆盘是棉花拔杆机中一个关键的零部件，其设计的合理性直接影响到棉花拔杆机的工作效率和工作质量。拔杆盘采用整体铸造技术，一次铸造成型，主要作用是用于棉花拔杆。拔杆盘上打有四个孔可用螺栓固定。工作时，动力由输入轴传递给锥齿轮，再由两锥齿轮啮合传递给花键轴，花键轴的转动带动拔杆盘的转动，用以实现拔棉杆。杆盘（一） 拔杆齿角度的确定 图15 受力图棉花拔杆机的设计25 222222 F 取的值取30。本次设计的拔杆盘具有可拆卸更换的功能，拔杆盘在工作时出现故障可随时更换，拔杆盘开有四个孔，由螺栓将其与上托板固定，简单方便。 1 1n =n =10r/ 1 1 19550 / 9550 0 n n ，查表取A=981 33 n 取 键模数取m=5；齿数取z=29；渐开线齿形，平根，压力角为30。分度圆直径:棉花拔杆机的设计265 29 145 基圆直径: 29 内花键大径基本尺寸： ( 5 m z 内花键小径基本尺寸： e C m 2 2 (0.5 Fe b D D hs m 2 22 (45 ；外花键大径基本值： ( 1) 5 (29 1) 150m z ；外花键小径基本值： ( 5 (29 m z ；花键强度验算：静连接 2p 式中，齿间载荷分配不均匀系数，.8;z花键齿数；h花键齿侧面的工作高度，矩形花键 h D d c ，其中渐开线花键h=m，其中花键的平均直径，矩形花键 d ，对渐开线花键md d ，其中l齿的工作长度，花拔杆机的设计27许用挤压应力为 p 1202202 2 000 9 5 430 145p p p ，强度合格。节装置与调节装置箱体的设计图16调节装置二维图调节装置放置于调节装置壳体中，通过调节杆的控制可以使调节装置在调节装置壳体的位置发生改变，从而来达到调节拔杆盘的目的。25 功率P=3定轴的最小直径， 229200125 1轴最小直径为棉花拔杆机的设计29一轴为普通平键(A)轴传动，且最小直径处安装有深沟球滚子轴承，查手册3取d=35以深沟球滚子轴承的型号为6207，基本尺寸见表3)轴为： 16914 本尺寸/装尺寸/本额定动载荷 基本额定静载荷 极限转速d D B 润滑 油润滑6207 35 62 14 1 41 56 1 000 动箱中四轴承受的转矩、弯矩最大，故校核四轴。轴的材料为45钢材，经调质处理，查得材料力学性能数据为：硬度220拉强度 750b 屈服点 550s弯曲疲劳极限 3501 扭转疲劳极限 2001 许用静应力 300H 许用疲劳应力 2331941 式中 A按 定的系数 取A=100P功率 P=55最小转速 202r/ 31 311 式中 d三轴圆柱齿轮分度圆直径 FF 879 锥齿轮圆周力 312 式中 d三轴锥齿轮分度圆直径 22 轴向力 承的选取及润滑滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要原件间的滚动接触来支承转动零件的。轴承主要是一个支撑轴的零件，在轴的两端必须装有轴承，它可以引导轴的旋转，也可承受轴上空转的零件。此拔杆机选择的轴承型号为6207及30207，深沟球滚子轴承。其基本参数见表3次设计的机器为小型农业机械，主要用于环境比较恶劣的情况下。因此轴承在此条件下很容易失效和破损，所以为了延长轴承的使用寿命，润滑对于滚动轴承具有重要的意义。在高速高温条件下，通常采用油润滑。润滑油的主要性能指标是粘度，转速越高，应选用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用高粘度的润滑油。油润滑时，常用的润滑方法有下列几种：1 油浴润滑把轴承局部浸入润滑油中，当轴承静止时，油面应不高于最高滚动体的中心，这个方法不适宜高速，因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失，以至引起油液和轴承的严重过热。2 滴油润滑适用于需要定量供应润滑油的轴承部件，滴油量应适当控制，过多的油量将引起轴承温度的增高。为使滴油通畅，常使用粘度小的15号全损耗系统油。3 飞溅润滑这是一般闭式传动齿轮装置中的轴承常用的润滑方式，即利用齿轮的转动把润滑齿轮的油甩到四周的壁面上，然后通过适当的沟槽把油引入轴承中。4 喷油润滑适用于高转速、大载荷、要求润滑可靠的轴承。用油泵将润滑油增压，通过油管或特制的油孔，经喷嘴将油喷射到轴承中去；流过轴承后的润滑油，经过过滤冷却后循环使用。为了保证油能进入高速转动的轴承，喷嘴应对准内圈和保持架之间的间隙。5 油雾润滑棉花拔杆机的设计32轴承滚动体的线速度很高时，常采用油雾润滑，以避免其他润滑方法由于供油过多，油的内摩擦增大而增高轴承的工作温度。润滑油在油雾发生器中变成油雾，其温度较液体润滑油温度低，这对冷