【JX16-52】 联合作业机械切碎还田装置的设计（二维+三维+论文）
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JX16-52
【JX16-52】 联合作业机械切碎还田装置的设计二维+三维+论文
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目录目录I摘要IIAbstractIII第一章 绪论11.1 我国农作物秸秆资源情况11.2 秸秆还田技术的发展状况21.3 国内外发展现状31.4 秸秆还田在农业生产中的主要作用及应用前景51.5 本设计的指导思想及应解决的问题61.6 研究内容和方法71.7 本章小结8第二章 结构设计92.1 设计方案论证92.2 还田机传动装置的总体设计92.3 减速箱机构设计计算142.3.1 减速器锥齿轮设计计算142.3.2 减速器轴径校核计算192.3.3箱体结构设计252.3.4 带轮结构设计262.3.5切刀设计282.3.6切刀固定盘设计292.3.7 支架的设计302.4 本章小结30第三章 切碎工作部件设计313.1 刀轴的机构设计313.2 刀轴强度校核313.3 刀片结构设计353.4 刀片的主要结构参数确定353.5 刀片的排列37第四章 结论与讨论394.1 结论394.2 讨论39谢 辞41考文献4245摘要 玉米秸秆中含有大量的有机质，为更好的利用秸秆，把其粉碎还田，增加土壤有机肥料，有必要设计玉米秸秆还田机。该玉米秸秆还田机机动灵活，一般中小型机械厂、农机厂均可生产制造的要求。如果设计成功，该机器可以进行秸秆粉碎还田，秸秆掩埋，平整地面，能弥补现有秸秆还田机功能较单一，生产效率低等不足之处。 我设计的是一台玉米秸秆还田机。与东方红-500型号的拖拉机配套使用，专门用于玉米秸秆还田。 本设计与东方红-500型号拖拉机相匹配，中间传动，固定连接。设计内容包括，机架，传动系统，刀辊，尾轮等，要求结构简单，紧凑，中心平衡。该机器专门用于玉米地秸秆还田。各项性能指标到达国家标准和农艺要求。通过还田机旋耕与土壤相互作用力学特性分析，经过优化设计，研制旋耕辊，使该驱动轮具有良好的动力性能。关键词 玉米秸秆还田机；粉碎；驱动轮性能AbstractThe corn straws and stalks reusing machine has small size，light weight， performance，and easy to use，easy rotation. it wide adaptability and affordable. Floods，droughts and dual-use rotary machine has tiller-mobile and and medium-sized general machinery factory. The agriculture of factories can manufacturing requirements. If it can successful design，this machine can be floods and drought rotary，and it can rake the whole paddy fields operations.It can to cover the existing functions of a rotary-existences single and low production efficiency，such as inadequate. I design is one of corn straws and stalks reusing machine，and it matchs with the Dongfanghong-300 tractor for rotary of paddy field，but also for upland farming. The existing floods，droughts and dual-use rotary tiller machines rate is the 0.6-metres site in the old models，but the issue of floods，droughts and Rotary machines design for the 1-meter site. The design mach with the Dongfanghong-300 tractor. It makes the middle transmission and fixed link. The design elements include rack，drive system，knife rolls， round tail and so on. It requires frame simple and compact，and it requires the focus of balance. The aircraft not only can be used for paddys rotary and formation，but also for upland Rotary. Key words: corn straws and stalks reusing machine;comminute; the performace of driving wheel第一章 绪论 秸秆通常是指小麦，水稻，玉米，薯类，油菜，棉花，甘蔗和其他农作物在收获籽实后剩余的部分。作物秸秆作为一种农业生产的副产品，产量大、分布广，同时也是一项重要的生物资源，其含氮、磷、钾、碳的平均含量分别为0.6%、0.3%、10%、45%。农作物光合作用的产物有一半左右存在于秸秆中，农作物秸秆主要有植物细胞壁组成，秸秆主要含纤维素，木质素，淀粉，粗蛋白，酶等有机物和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种成分，也是一种具有多种用途的可再生生物资源，水稻草谷比为1.02.4，小麦草谷比为0.8-1.2。据联合国环境规划署（UNEP）统计，世界上种植的各种农作物每年所产生的秸秆多达17亿吨，其中绝大数没有得到充分利用。 秸秆也是农产品，秸秆占农作物总量的50%左右，不要让秸秆成为“被放错地方的资源”，要形成浪费秸秆就是浪费耕地、浪费水资源和浪费农业投入的经济意识、生态意识。开发秸秆利用的新方法对农作物的增值、农民的增收、减少焚烧秸秆带来的环境污染、发展生态畜牧业和退耕还林还草有较大的推动作用。1.1 我国农作物秸秆资源情况我国是一个农业大国，拥有耕地15亿亩，农作物秸秆年产量约为7亿吨，年产农作物秸秆数量相当于北方草原打草量的50多倍，秸秆产量约占全世界秸秆总量的30%，列世界之首。其中稻草秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆被称为三大农作物秸秆。国际能源机构的有关研究表明，秸秆是很好的清洁可再生能源，秸秆热值约为15000千焦/千克，相当于标准煤的50%，秸秆平均含硫量只有0.38%，而煤的平均含硫量约为1%。据统计，1998年全年各种秸秆的产量为6.05亿吨，折合标准煤3.03亿吨。表1 1998年我国主要农作物秸秆产量 单位： 万吨名称 数量 折合标准煤 水稻 11539.83 4950.59 小麦 13961.89 6980.95 玉米 22398.00 1184.454 其他杂粮 1669.0 834.50 豆类 2681.25 1455.92 薯类 1631.00 792.67 油料 4500.60 2380.82 棉花 1430.50 776.71 甘蔗 654.17 288.49 合计 60466.14 30309.19 我国在20062010年间秸秆总量将呈增长趋势，到2010年将达到8亿吨，相当于3.54吨标准煤（表2）表2 2000年秸秆资源分布及2010年的预计可获得量 单位：万吨 年份 秸秆 造肥还田及 作为饲料 造纸 用作能源总产量 收集损耗 2000 64792.3 9718.8 17744.7 2100 35229.82010 80000 18500 19700 4900 36300秸秆中含有大量的有机质，氮磷钾和微量元素，是农业生产重要的有机肥源之一。秸秆还田可以改善土壤的结构，培肥地力，增加有机质含量。1.2 秸秆还田技术的发展状况在20世纪30年代由于过度开垦耕作，导致美国二次黑色风暴，后开始研究发展以秸秆还田为核心的保护耕作技术，其后在美国，英国，加拿大，法国，澳大利亚等农业发达国家相继进行了秸秆还田技术研究与推广，目前全世界已有30多个国家开展秸秆还田免耕技术的研究与推广，且绝大数集中在旱地，西方国际还将秸秆还田作为发展有机食品（绿色食品）的主要手段。我国秸秆资源相当丰富，可作为改土培肥材料施入土壤的秸秆主要有玉米秸秆、稻草秸秆、麦秸等。在化学肥料出现和使用之前，作物秸秆就以多种形式（包括堆沤、垫栏、燃烧后的草灰直接还田）与厩肥、圈肥和人畜粪尿等一起参与土壤作物循环，随着农村经济发展，劳动力发生转移，继续推广秸秆堆沤肥间接还田遇到困难，同时考虑到燃料结构调整以及工业用秸秆难度较大等原因，所以迫切需要秸秆直接还田。采用机械化作业使秸秆还田，既可以省去大量人力，又可以提高工作效率，此外，还可以利用高温型菌种制剂将小麦，玉米，水稻，等秸秆快速发酵成高效，优质有机肥。第二十世纪六十年代开始，中国直接将秸秆还田，最早是在一些北方国家玉米秸秆直接还田的秸秆还田，以及国内个别测试技术，70年代初和山东省农业科学院开始覆盖和免耕试验和大面积秸秆覆盖。在20世纪80年代的南部地区，北部和北部的三重种植制度开始在一个大范围内推广应用。1986，浙江省，该省的稻草面积达到亩，在1989个领域的秸秆还田亩，小麦秸秆还田。“第八个五年计划”期间，秸秆还田一场直接的形式发展到高留茬，行间香蒲，沟埋草、草菇、机械化还田近10种形式，上个世纪90年代开始农机与农艺的系统测试，在适合我国条件和保护性耕作机械设计和栽培技术已经取得了重大的进展相结合，总结出适合山西三玉米机械化保护性耕作技术体系和3小麦机械化保护性耕作系统。1996个国家秸秆覆盖面积超过5亿亩，每年农作物秸秆还田量超过1吨，占秸秆总量的20%。目前，秸秆还田利用主要集中在华北地区，下游的长江下游，以及西北、西南等地区的秸秆还田，目前国内外鲜有研究报道和秸秆利用干余水稻。1.3 国内外发展现状1.2.1国外机械化秸秆切碎技术研究现状由于机械化的秸秆切碎技术是利用秸秆资源最经济最有效的技术，最具有经济效益，生态效益和社会效益。由于国外在研制和生产方面起步较早，发展也很快。尤其是意大利、美国、英国、丹麦、德国、法国、西班牙等发达国家在该领域处于绝对领先地位。意大利的OMARV公司尤为突出，它的产品配套动力26-132kw工作幅宽1.2-6米，刀片的转速为1950r/m（Takashi Kataoka ，2002）。美国万国公司International Harvester Company Co.）、美国埃兹拉、隆达尔有限公司在此方面的研究生产水平都均很高（MSalokhe，2002）。此外，国外还研制出了拖拉机带动的卧式转子切碎机，幅宽6m，刀片可更换，转子的最高转速为2000r/min,外壳上有挡板，使茎秆撒布均匀，而且还带有遇到障碍物的安全机构。还有一种立式切碎机，既可用于秸秆得切碎，又可用来修剪草坪和灌木丛（KSLee，2003）。综合国外机械化秸秆切碎技术，技术比较完善，机具品种多，性能可靠，但是价格也很昂贵。我们可以借鉴国外现有技术，通过我们自己的消化吸收，开发出适合我国国情的产品。1.2.2国内机械化秸秆切碎技术及现状目前，我国农作物秸秆综合利用技术主要就是切碎的方式，过去由于在认识上，政策上及经济上的原因，机械化秸秆切碎技术发展还是比较缓慢的（李竞超，2002）。近年来，随着农业生产水平的人民生活的提高，剩余秸秆也越来越多（夏萍，2002）。为了利用珍贵秸秆资源，政府鼓励并且大力支持发展机械化的秸秆切碎技术，根据秸秆的处理方式不同，我国机械化秸秆切碎主要包括秸秆整株切碎技术、秸秆粉碎切碎技术、根茬粉碎及耕翻切碎技校术和联合作业切碎技术（相俊红，2005）。我国近几年来才开始研制田间秸秆粉碎切碎机器，而且以硬秸秆为主（主要是玉米、高粱等作物的秸秆），国内起步较早的北方地区，由于当地农业生产发展的需要，要求解决玉米留茬、秸秆的粉碎切碎，河北、山东、山西、河南、陕西、天津等省市先后研制出了多种玉米、高粱等秸秆切碎机，通过消化吸收国外的先进技术，比较成功地解决了硬秸秆的田间粉碎切碎机具问题，并且对这一类机具的工作原理、结构参数、运动参数展开了分析研究（赵大勇,李明金，2006）。1.2.3机械化秸秆切碎技术发展趋势由于我国幅员辽阔，南北差异很大，各地区耕作制度和农艺要求也不同，同时不同作物秸秆的物理性能和机械性能差异也很大，这就决定了我国机械化秸秆切碎技术及配套机具的多样化，不可能以两机具一统天下。以下几方面是将来的发展趋势： 高割茬稻麦秸秆的切碎技术及机具是难点，也是一个热点，它重点解决稻麦两熟地区，高割茬给耕整地区和后续作物的生长带来了难题，直刀型刀片多支承切割秸秆切碎机具是开发方向之一。 北方在解决秸秆及根茬 单项作业的基础上将开发新的联合作业机具现已起步，将逐渐取代单项作业机具。 水田秸秆切碎技术将会另辟蹊径，水田旋耕埋草机和水田埋草驱动耙是一个发展方向。 秸秆及高茬翻埋机具有广阔的市场，无论是翻埋秸秆还是高茬，都是大部分翻地机具所不能适应的，甚至因堵塞面无法作业，研制新型的秸秆及高茬翻耕机具也是一个方向。 联合收割机附带的切碎装置是作物收获和秸秆切碎的有机结合，使作业成本大大下降，并且灵活方便，是最有前途的秸秆切碎方式之一。 总之，机械化秸秆切碎这个领域前景乐观，但面临课题也比较多，得到政府的高度重视和大力支持，现在正是开发这一技术的大好时机。1.4 秸秆还田在农业生产中的主要作用及应用前景农作物秸秆的成分主要是纤维素和半纤维素，还含有一定数量的木质素和少量的蛋白质及灰分元素。农作物秸秆中的养分含量，因作物种类而有所不同 （表3）表3 各种作物秸秆的养分含量占干物质量 秸秆名称 氮（N） 磷酸 氧化钾 钙 硫稻草 0.51 0.12 2.70 0.16 0.11小麦杆 0.50 0.20 0.60 0.16 0.12大麦杆 0.64 0.29 1.07玉米杆 0.60 1.4 0.90 0.39 0.26油菜杆 0.56 0.25 0.35改善土壤的结构，培肥地力，增加有机质含量（1） 改善土地蓄水抗旱能力，提高作物产量（2） 前景客观，发展潜力巨大1.5 本设计的指导思想及应解决的问题本设计属于机械化粉碎还田技术。在摘穗结束后，由东方红-500拖拉机牵引玉米秸秆还田机进入田间实施机械粉碎还田。本设计主要由传动部分，悬挂部分和破碎部分组成。悬挂部分是连接拖拉机和还田机重要部件，传动部分将拖拉机的转动转化为还田机粉碎秸秆的转动，粉碎部分是最主要的机构，它要把土壤里的玉米茬打碎，把玉米秸秆打碎，并且翻耕土壤把秸秆碎末和土壤均匀搅拌，而且可以起到平整地面的作用。设计要求达到国家标准和农艺要求。玉米秸秆还田是指用玉米秸秆还田机将玉米秸秆粉碎后直接还田，有利于增加土壤有机质，培肥地力，减少环境污染，提高下茬作物产量。但在一些地方，因机手不熟悉其操作程序，造成还田秸秆过长，耕作时秸秆难以入土，或秸秆入土后长期不腐烂分解，直接影响了下茬农作物的机播和生长。因此，应根据玉米秸秆还田中存在的问题采取相应的解决办法。一、玉米秸秆还田机作业后秸秆过长。 原因一：可能是玉米秸秆还田机作业速度太快。解决办法：机手应根据地块及玉米生长情况，选择最佳的作业速度。 原因二：玉米秸秆还田机的锤爪磨损严重。解决办法：作业中应经常检查玉米秸秆还田机的锤爪，如发现其磨损严重，应及时更换。 原因三：玉米秸秆还田机挡板内污泥过厚，锤爪转动受阻。解决办法：经常检查玉米秸秆还田机的挡板并及时清理污泥。原因四：玉米秸秆还田机的锤爪离地间隙太大。解决办法：调整玉米秸秆还田机后面地轮两侧板的倾斜度，使玉米秸秆还田机的锤爪距离地面5厘米左右(但严防锤爪入土)。 原因五：给玉米培土时起垄太高，一些倒伏在垄沟内的玉米秸秆无法粉碎。解决办法：将玉米秸秆拔掉，放到未作业地段待下次粉碎。 二、粉碎后玉米秸秆没有被翻压入土。 原因：没有使用配套的深耕犁。 解决办法：采用深耕犁作业。 三、翻压入土的玉米秸秆长期不腐烂分解。 原因一：缺少加速玉米秸秆腐烂分解的氮、磷等元素。解决办法：秸秆还田后，每亩地按500公斤秸秆计算，一般需要补施2040公斤速效氮肥或12公斤尿素。 原因二：土壤中缺少水分。解决办法：在小麦播种前要浇足水。本设计的指导思想：设计体积小，重量轻，性能好，操作容易，转动方便，适应性光，价格合宜的玉米秸秆还田机。要求机动灵活，一般中小型机械厂、农机厂均可生产制造 本设计主要要解决的问题是：把收获过玉米穗的玉米秸秆及地下的玉米根，粉碎并与土壤搅拌均匀。加速其腐烂，转化为有机肥。改善土壤，保持水土。1.6 研究内容和方法1.6.1研究内容（1）确定还田机的整体功能（2）还田机的结构设计（3）秸秆还田机的主要结构参数的设计和校核1.6.2研究方法 本文研究的秸秆还田机的主要功能是对秸秆及碎茬进行有效的粉碎还田，达到较高的覆盖率，秸秆还田机的基本参数和性能参数符合农艺要求，因此我们需要设计合理的主机机构和部件，来实现不同的功能。例如要使机具具有较高还田覆盖率就需要将刀片的结构和机具的结构及运动参数相结合，为了使机具耕经济节能，就需要对机具的传动、运动等部分进行优化设计、使机具结构紧凑、工作质量高。经过对机具的功能分析和部件设计后，将要采用适宜的连接承载部件使得机器的各个功能部件得以合理的组合搭配，在完成了上述的几个步骤后就进入到了各个主要部件的校核阶段以满足工作时的强度要求。在设计过程中，需要使用CAD、SolidWorks等主要软件及数学软件，借助理论分析和时间相结合的方法，对机械整体结构和性能参数进行辅助设计，对刀片、刀轴及一些重要的位置参数进行设计，并设计出秸秆还田机使其能实现它的功能。1.7 本章小结 秸秆是农作物的主要的一部分，特别对玉米来说，占整个作物70%。玉米秸秆中含有大量的有机质和微量元素。玉米秸秆还田对改善土壤结构，保持土壤营养元素比例有重大作用，有利于农业的可持续发展。第二章 结构设计2.1 设计方案论证 本设计的玉米秸秆还田机，主要是机械化粉碎秸秆还田。由传动装置将动力传递给刀辊，带动刀辊转动，刀辊上的刀具将玉米秸秆和玉米茬打碎。并翻动土壤，使土壤和玉米秸秆混合均匀，并将秸秆埋在地下。这样既可以加速秸秆腐烂速度，又不对田地继续耕种造成不便。 本设计的传动装置主要分为两部分：齿轮箱传动和带传动。设计结构简单，紧凑。还田机跨度较大，原动力机拖拉机动力强劲，保证工作效率高。 高速秸秆粉碎技术的核心机具是中拖配套的高速秸秆粉碎机，该机通过旋转的爪片或甩刀将玉米秸秆粉碎并抛于田间，而后再实施播种。这一技术是目前玉米秸秆还田的主要实施技术，为玉米种植区的秸秆还田事业作了重大贡献，其缺陷是分段作业，工效不高，作业成本偏高。 经各种方案比较，秸秆还田劳动强度大，时间短，为了保证还田质量，减轻劳动强度，提高工作效率，应采用机械进行秸秆还田作业。秸秆还田作业用机具是保证秸秆还田质量、减轻劳动强度、提高工作效率必不可少的工具，也是大面积推广秸秆还田必需的条件。2.2 还田机传动装置的总体设计机器通常由原动机、传动装置、工作机和机架四部分组成。玉米秸秆还田机传动装置的总体设计。包括传动方案的拟定和分析，原动力拖拉机型号的选择，总传动比的计算及其分配，传动装置的运动参数和动力参数的计算。它为各级传动设计和装配草图绘制提供了依据。在本次设计中原动机采用东方红-500型号拖拉机，下面是东方红-500型号拖拉机的主要技术规格。1.主要技术规格样品型号东方红-500样品名称轮式拖拉机型式42（两轮驱动）发动机型号东方红YTR4105T54A柴油机发动机编号X613360（拖拉机编号为0609122）发动机型式四缸、立式、水冷、四冲程、直喷燃烧室发动机标定功率，kW37(铭牌)发动机标定转速，r/min2200(铭牌)发动机生产企业中国一拖集团有限公司总长，mm3882总宽，mm1715总高，mm1720（至方向机）前轮距，mm13501450后轮距，mm13001600轴距，mm2127前轮胎型号6.5-16胎压，kPa195250前轮数量2后轮胎型号13.6-28胎压，kPa80120后轮数量2最小使用质量，kg2044最小离地间隙，mm400前配重，kg160后配重，kg300理论速度，km/h前进:2.45 3.56 5.53 7.47 10.51 15.25 23.73 32.05后退:3.63 5.27 8.21 11.07额定牵引力，kN10.5最大提升力(悬挂点后610mm处)，kN8.8液压系统型式半分置式动力输出轴最大功率，kW32.5动力输出轴转速，r/min766、选装540/1000由上表可得出动力输出轴的转速为766r/min，动力输出轴最大功率为32.5KW。确定传动方案该设计动力由拖拉机动力输出轴输入，经万向传动轴（1）和齿轮箱输入轴（2）动力传入齿轮箱（3）.经过齿轮箱变速，齿轮箱输出轴经带传动与刀辊（4）连接。刀辊带动刀具高速旋转对玉米秸秆和玉米茬实施粉碎。传动装置总传动比的计算及其分配正确选择刀辊转速，为保证刀辊在工作中碎土符合农艺要求，由土壤动力学在旱地时可选低档，转速为200r/min左右.前面可知拖拉机动了输出轴的转速选定为766r/min。可以计算出传动装置的总传动比代入数据可得 i=3.83传动装置的总传动比是各级传动比的连乘积，即式中 ，本别为齿轮箱传动比，带传动比。其中2 1.91传动装置的运动参数和动力参数的计算传动装置的运动和动力参数，主要是指各轴的转速，功率和转矩，它是进行传动零件设计计算为重要依据。 图2.1设、 1、2、3轴的转速（r/min）;、1、2、3轴的输入功率（kw）;、1、2、3轴的输入转矩（N.m）;拖拉机动力输出轴的实际输出功率（kw）；1. 各轴的输入功率 =(kw) = (kw) =(kw)式中 万向传动轴的传动效率 对滚动轴承的效率 齿轮的啮合效率 经查表可知：=0.99=0.98 =0.95代入数据可得=32.1（kw）=29.9（kw）=27.8（kw）2. 各轴的转速 =（r/min） =（r/min）=（r/min）代入数据可得 =766r/min =383 r/min=200.5 r/min3. 各轴的输入转速 =9550 =9550 =9550代入数据可得 =400.2N.m=745.5N.m=1324.1N.m2.3 减速箱机构设计计算减速器是用于原动机和工作机之间的封闭式机械传动装置，它由封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动所组成，主要用来减速，增大转矩或改变运转方向。减速器由于结构紧凑，润滑条件良好，传动准确可靠，效率高，噪声小，寿命长，得到广泛应用。本设计还田机用到的减速箱的传动型式是一级减速，锥齿轮传动，本设计的减速器主要部件有锥齿轮，轴，箱体。2.3.1 减速器锥齿轮设计计算轴夹角I=90 小齿轮悬臂支承 大齿轮两端支承 传递功率P=32.1kw 直尺圆锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面。小齿轮选用Cr，调质处理，硬度为240HB286HB，取平均硬度为260HB；大齿轮选用42SiMn，调质处理，硬度为217HB255HB，取平均硬度为230HB。计算步骤如下：计算项目及计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算齿数Z和精度等级 取=36，=i=236=72 估计=5m/s，表12.6使用寿命 由表12.9动载系数 由图12.9齿间载荷分配系数 由表12.10 估计100N/mm Cos =0.894 Cos =0.447 =40 （表12.19） =160 =1.88-3.2（+）cos （式12.6） =1.88-3.2（+）=1.78 = （式12.10） =齿轮载荷分布系数 由表12.20 及注3 取=1.9载荷系数K K= =1.25 1.18 1.32 1.9转矩 =9.55=404189N.mm弹性系数 由表12.12节点区域系数 由表12.16接触疲劳极限 由图12.17c 接触最小安全系数 由表12.14接触寿命系数 由题意 许用接触应力 = =小轮大端分度圆直径 取=0.3 （式12.39）验证圆周速度及 =（1-0.5） （表12.19） =（1-0.50.3）157=134mm =5.37m/s (与估计值相近)=6064Nb= =45.3mm=114.5N/mm100N/mm（与原估计相符）确定传动主要尺寸大端模数m m=4.38 由表12.3 实际大端分度圆直径d =m=4.536162mm =m=4.572324mm锥距R R= = =201.25齿宽b b=0.3201.25=60.3736 72选8级精度1.251.1853.236.80.871.321.9K=3.7404189 N.mm189.82.5=680Mpa=710Mpa=1.051.0=676MPa=648Mpa0.3157mm取m=4.5162mm324mmR=201.25mmb=61mm注:计算中所查表格和图参照 机械设计邱宣怀 高等教育出版社 计算完毕 后 经过齿根弯曲疲劳强度计算验算 锥齿轮合格. 用Solid Edge三维制图绘制两齿轮。并用导成二维。 绘制成的二维图见下图：图2.2 小带轮二维图图2.3 大锥齿轮二维图2.3.2 减速器轴径校核计算用安全系数法校核减速器转轴的强度图2.4判断危险截面计算项目及计算内容计算结果经分析 1、2、3三个截面有较大的应力和应力集中，经判断可知截面1为最危险截面.对称循环疲劳极限 轴材料选为45刚调质，=650Mpa，=360 Mpa，由表3.2所列公式可求得疲劳极限： =0.44=0.44650 =0.30=0.30650脉动循环疲劳强度 =1.7=1.7286 =1.6=1.6195等效系数 = = = = (截面I上的应力)弯矩(截面) =1100(25+55)弯曲应力幅 =弯曲平均应力 =0扭转切应力 =扭转切应力幅和平均切应力 =（应力集中系数）有效应力集中系数 因此在此截面处，有轴直径变化，过渡圆角半径r=2mm，由D/d=40/35=1.14，r/d=2/35=0.057和=650Mpa，从附录表1中查出（用插值法）=1.77，=1.31 如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值表面状态系数 由附录表5查出=0.92（=3.2m，=650Mpa）尺寸系数 由附录表6查得=0.88，=0.81（按靠近应力集中处的最小直径35查得）。安全系数弯曲安全系数 设为无限寿命，=1，由式16.5得 =扭转安全系数=复合安全系数 S=286 Mpa=195 Mpa=486 Mpa=312 Mpa=0.18=0.25=88000N.mm=20.5Mpa=0 =9.9Mpa=4.95Mpa=6.38=19.62S1.5S注：计算中所用到的表格和图见 ：机械设计 邱宣怀 高等教育出版社校核完毕用SolidWorks完成三维制图，并导出二维图。生成的小锥齿轮轴的二维图如下：图2.5 小锥齿轮二维图大锥齿轮轴的校核计算图2.6判断危险截面计算项目及计算内容计算结果经分析 1、2、3三个截面有较大的应力和应力集中，经判断可知截面3为最危险截面.对称循环疲劳极限 轴材料选为45刚调质，=650Mpa，=360 Mpa，由表3.2所列公式可求得疲劳极限： =0.44=0.44650 =0.30=0.30650脉动循环疲劳强度 =1.7=1.7286 =1.6=1.6195等效系数 = = = = (截面I上的应力)弯矩(截面) =3230（64+30）弯曲应力幅 =弯曲平均应力 =0扭转切应力 =扭转切应力幅和平均切应力 =（应力集中系数）有效应力集中系数 因此在此截面处，有轴直径变化，过渡圆角半径r=2mm，由D/d=40/35=1.14，r/d=2/35=0.057和=650Mpa，从附录表1中查出（用插值法）=1.77，=1.31 如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值表面状态系数 由附录表5查出=0.92（=3.2m，=650Mpa）尺寸系数 由附录表6查得=0.88，=0.81（按靠近应力集中处的最小直径35查得）。安全系数弯曲安全系数 设为无限寿命，=1，由式16.5得 =扭转安全系数=复合安全系数 S=286 Mpa=195 Mpa=486 Mpa=312 Mpa=0.18=0.25=285008N.mm=62Mpa=0 =10.1Mpa=5.01Mpa=6.38=19.62S1.5S注：计算中所用到的表格和图见 ：机械设计 邱宣怀 高等教育出版社校核完毕用SolidWorks完成三维制图，并导出二维图。生成的大锥齿轮轴的二维图如下：图2.6 大锥齿轮轴二维图类似以上两轴，可以用同样的方法校核其他轴，合格。2.3.3箱体结构设计 减速器的箱体是一个十分重要的零件，它的作用是保持传动件正确的相对位置，承受作用与减速器上的载荷，防止外界污物侵入，并防止内部润滑油的渗漏。减速器一般兼做润滑油的油箱。因此，合适的箱体是保证传动件正确啮合，运转平稳，润滑充分和密封良好的必要条件。 箱体结构设计应满足的基本要求1. 箱体要有足够的刚度 本设计箱体壁厚10mm，为使联结螺栓紧靠座孔，应在轴承座旁设置凸台结构。2. 保证箱座与箱盖接合面的紧密性3. 箱体结构要有良好的铸造工艺性4. 箱体应有良好的加工工艺性2.3.4 带轮结构设计 V带传动设计 计算项目与计算内容计算结果定V带型号和带轮直径工作情况系数 表11.5计算功率 =P=1.227.8 （式11.15）选带型号 由图11.15 小带轮直径 由表11.6大带轮直径 =（1-） （设=1%）大带轮转速 =（1-） 计算带长求 =求 =初取中心距 a=650mm带长 L=+2a+ （式11.2） =202.5+2650+基准长度 由图11.4求中心距和包角中心距 a=+ （式11.3）小轮包角 =180-60 (式11.4)求带根数带速 v=2.64m/s传动比 i=1.9带根数 由表11.8 =1.93Kw；表11.7 =0.969 由表11.12 =1.03 表11.10 =0.17Kw Z= (式11.2)求轴上载荷张紧力 =500()+q 由表11.4 （ q=0.10kg/m）轴上载荷 = （式11.23）=1.2=33.36KwA型取=132mm选=250mm=200r/m=191=2000mma=677.4m700=166.3120V=2.64m/si=1.9 取z=3=200N=2089.6N注：计算中所用到的表和图见 机械设计 邱宣怀 高等教育出版社计算完毕后，用SolidWorks 三维实体建模。然后在导成二维图。其二维图如下 图2.8 大带轮二维图 图2.9 小带轮二维图2.3.5切刀设计切刀是还田机粉碎玉米秸秆、翻耕土壤、均匀混合秸秆与土壤的主要部件。切刀对结构形状和材料硬度都有一定的要求。切刀主要由侧切刃、过渡刃和正切刃组成。刀片的形状和参数直接影响还田机的工作质量和功率消耗。因此从功率最小角度出发，对还田机刀片上的各条刀刃都进行分析，提高还田机的工作效率和工作质量。切刀结构如下图所示：2.3.6切刀固定盘设计 切刀固定盘是加持刀片的主要部件。它带动刀片高速旋转，将秸秆粉碎，土壤翻耕。切刀固定盘带动刀片的旋转运动和拖拉机的直线运动合成，完成还田机的工作。每个刀片固定4把切刀，切刀均匀分布，每个刀片由2个螺栓固定。刀片镶嵌在固定盘上。 由于还田机工作时，刀片施加给固定盘的力很大。故选择固定盘的材料为45号钢。 固定盘二维图图中标示的镶嵌槽，用于固定刀片。它需要两个固定盘对齐后将刀片镶嵌在里面，然后用螺栓固定。2.3.7 支架的设计支架是连接横梁和还田机固定盘的主要部件，并为带轮传动提供支撑架。支架材料选铸铁，可以减少震动。支架的二维图2.4 本章小结 在本章中主要对还田机的各个结构进行设计计算，使设计能够达到预期的设计要求和功能要求。在设计计算中按照国家标准和农艺要求。力求做到安全，实用，低功耗。第三章 切碎工作部件设计3.1 刀轴的机构设计 刀轴中间部分采用无缝焊接，两端分别焊接轴头用来支撑刀轴，其中左右刀轴起支撑作用，中间刀轴起到的是传递力矩的作用，刀轴上任意两个刀盘对应的侧面距离为100mm，为了尽量避免漏耕现象的发生，在同一刀盘上两侧的刀片要采取相对安装而不是背靠背的安装形式，刀盘的厚度为8mm，刀片厚度也为8mm，因此两侧面上左右弯刀外侧距离为224mm。由上述的数据，通过计算可以得到单刀的耕幅为100mm，刀尖距离为10mm。鉴于本机的机器是比较小型的还田机，耕幅我们设计的为1.2m，因此确定刀盘的数量为10其中刀轴上刀盘每个有2个刀齿，因此总刀片数量为20。（1）依空心轴公式则有下式： （3-1）其中P是刀轴的传递功率，n是刀轴的转速，是刀轴的外径和内径之比（2）我们取带入则有(机械设计P370)=mm（3）刀轴内径d=D=97.50.7=68mm (3-2)综合以上计算得到数据，我们可以得到刀轴的内径为68mm，外径为97.5mm，壁厚为14.25mm。3.2 刀轴强度校核 还田机在工作的时候，影响其力矩的主要因素有土壤状况，刀片结构，耕深，机组行进速度以及转速等的影响，而且刀片的排列方式的不同，刀轴受到的力矩也是不断变化。为了方便计算，刀轴强度的校核按照经验方法进行确定，如下图3-1所示，切削阻力Q在刀轴的均布载荷，其中，即刀片阻力作用点的平均半径r与刀辊的旋转半径R的关系是0.9倍的关系图3-1 刀轴受力图由下式 (3-3)通过计算可以得出 虽然每个刀片的位置，安装方向不同，但刀片入土的状态是在入土的时候仅有一把刀片入土，因此可把其力学模型进行简化以方便分析，如下图3-2所示。图3-2 刀轴受力示意图本机中设计的刀盘数量为10，其中两端刀盘距离支撑点A，B的距离分别我30mm和28mm，中间刀盘间的距离为100mm，将这10个刀盘一次编号为1到10，假设i个刀盘的刀片作用于刀轴时，（1）A和B两支撑点受力为 (3-4）（2）截面所受的弯矩为 （3-5） 分析上面的式子，可以得出：刀轴在水平和垂直方向的弯矩都是两段线性方程，并且都在x=L位置取得最大值为 （3-6）对该式求最大值，当处M取得最大值，最大值为，弯矩图如下所示图3-3刀轴弯矩扭矩图1)危险断面的合成弯矩 （3-7）2)抗弯截面模量 （3-8）3)依第三强度理论，则有= （3-9）4)轴的计算应力为 （3-10）显然根据强度的校核，刀轴是安全的。3.3 刀片结构设计 切碎机在工作的时候依靠刀片的合成运动来完成对根茬的粉碎还田，刀片是机器与土壤接触的直接部件，因此刀片的设计直接影响了机器的工作效率，功耗以及使用寿命等性能，刀片主要由正切面，侧切面和过渡面这三部分组成。 还田机的刀齿有刚性和弹性两大类，刚性刀又可以分为直刀，L形刀，锥爪型，T型，Y型等几个类型（中国农业机械化科学研究院，1988），如下图所示。图3-4刀齿类型图对上述几种刀片的性能分析直刀型适用于小麦、水稻等比较细软、质轻的秸秆，L型的适用于牧草、甜菜等软而脆的作物，锥爪型的刀片质量大，转动惯量也比较大、打击性能好但缺点是其功耗也比较大，主要适用于大中型机具厂。Y型主要适合于玉米，高粱等秸秆，这类秸秆粗而脆，刚度较好，粉碎主要以打击和切割相结合为主。T型使用于小灌木。通过对这几种刀具的性能分析本设计选取L型的刀片作为碎茬机的刀片。3.4 刀片的主要结构参数确定（1） 弯折角，即刀得正切面与侧切面的夹角。弯折角过大时刀尖首先接触土壤或根茬使刀得受力增加，降低了刀具的使用寿命，过小则刀具在工作的时候首先在玩着处接触土壤或者根茬容易使刀辊堵塞，切割阻力增大。（2） 正切面刃角，随着刃角的减小，刀具将变得锋利，功耗小但这样会减小刀具的使用寿命，增大时效果相反（3） 滑切角如图所示，角度增大则会使切割阻力增大，碎茬作用减小，减小到0的时候则除茬入土性差，滑切角为负值时刀具缠草，会使刀辊堵塞（4） 弯曲半径，除茬刀弯曲处要有合适的弯曲半径r，过小将使刀具的弯曲强度降低，减少了碎茬刀的使用寿命。（5） 切削宽度，增大宽度会减少刀得排数但增大单刀阻力，沿弯曲处易打断，过小又导致碎茬率低下。（6） 刃厚，当刃厚大于0.6mm时碎茬性能显著下降，在疏松土壤中尤其严重，所以刀具应该比旋耕刀的刃口更加锋利一些，刃厚控制在0.6mm以内。（7） 刀辊半径，还田机在工作的时候，在机器前进速度和除茬深度一定的前提下，应该尽量选择小转速，大回转半径。 综上所述，对于本机选取的刀片参数为：弯折角为112，滑切角为5，弯曲半径为30mm，刀辊半径250mm，刃厚为0.5到1mm，切削宽度86mm，其简图如下图3-5所示。图3-5 刀片简图3.5 刀片的排列刀片的排列方式直接影响了耕作质量和功率消耗，为了使机组能够最大效率的工作，刀片的排列应该遵循以下几个原则：（1） 刀片在左右刀辊上分别按螺旋线规则排列，两刀辊的旋向相反。（2） 左右刀辊上对称位置出的刀片按规定次序依次入土。（3） 在回转一周的过程当中，同一相角只有一把刀入土，而且应该是左右刀片交错顺序入土以保证工作的稳定。（4） 在同一回转平面内，若要配置两把以上的刀片，每把刀片的切土比应当相等。（5） 制造及装配要方便，功率消耗尽量小。（6） 刀盘或者稻作应便于刀齿的安装。刀片的排列方式有双线当向螺旋排列，人字形排列，V字型排列等，在本机中采取双线双向的排列方式（1） 将刀盘从左至右进行排序，由于每个侧面都有10把刀并且他们的排列方式一样，因此我们只需要研究一个侧面上的刀片即可（2） 刀片排列原理图如下图所示图3-6 刀片排列原理图（3） 画出刀齿螺旋排列展开图，图下图所示，横坐标表示角度值，相邻两线的夹角为18表3-1 偏转角度表编号12345678910度数07214436108162541261890(4) 实体排列效果图如下所示，该种排列方法的特点是每个切入角的刀片数量为1，刀片为双线双向排列，符合现有旋耕机械的排列原则，当然还可以进一步通过实验优化设计来确定最优的排列方式使刀轴受力均匀效率最高。图3-7 刀片排列展开图第四章 结论与讨论4.1 结论本次设计按期完成，设计产品到达预期的要求和目的。完成对玉米秸秆还田机的三维建模，二维制图。从理论上能够实现高效，低耗的目标。本设计的特点在于产品结构紧凑，操作方便快捷，转速高，切刀比同类产品多且刀片长，因此使秸秆粉碎地更细小，秸秆与土壤的混合更均匀，加速秸秆的腐烂速度。本设计的辊筒跨幅长，原动力拖拉机动力大，这样就保证了本设计的还田机工作效率高。在设计过程中遇到过很多问题，通过翻书、上网查资料，咨询老师同学基本都一一解决。当然也产生了好多不错的创新想法，鉴于时间紧迫与能力有限没有逐个论证设计。在以后的使用和改进中希望能够添加施肥结构，这样可以结合土壤中的营养成分合理地配比肥料，实现秸秆还田并施肥；再者本设计的秸秆还田机在秸秆还田后还需要耕地，在以后的改进中可以加入耕地机构并结合施肥，成为复合型多功能秸秆还田机。4.2 讨论（1） 刀片的排列方式有很多种，由于知识面和篇幅的局限，本文只列举出了一种，这样是不能确定出来最佳的满足功能要求的刀片，要确定不同方式的优劣有以下几种主要方法：a，采用理论计算，对刀轴刀片进行受力分析；b采用计算机软件，对刀轴不同的排列方式进行模拟仿真；c，采用试验的方法对不同的刀轴排列进行研究来确定最佳的排列方式。（2） 由于时间和条件有限，本文仅提出了一些部件设计方法并没有进行性能参数的优化设计，也未对模型进行求解，模型的求解可以采用MATLAB等软件中的优化模块。（3） 本文未能确定整机结构的合理性，也没有对其进行效果分析，我们可以采用SolidWorks等软件对其结果进行静态，动态仿真以校核征集的设计参数，同时在条件允许的条件下我们还可以通过试验的方法来对其可靠性进行研究。谢 辞历时半载，从论文选题到搜集资料，从开题、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、痛苦和彷徨，在写论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。在毕业设计规定的时间内，我做了大量的调查和研究，收集了较为全面的技术资料，阅读了大量的专业文献，并将它们运用到毕业设计当中，在设计中做了广泛的对比分析，设计计算。对每个数据都进行了反复推敲，琢磨，不懂的问题，逐渐得到了解，独立工作的能力也大大的增强了。在毕业设计的过程中，我体会到了作为劳动者的乐趣，也认识到学海无涯的深刻含义，同时也为我以后走向工作岗位，好好工作打下了坚实的基础。此次毕业设计能够顺利完成与指导老师的辛勤劳动及耐心细致的教导是分不开的，本课题在选题及研究过程中得到王博老师的亲切关怀和悉心指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到课题的最终完成，王博老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母。同时，我也要感谢四年的大学生活，感谢吉林大学珠海学院的所有老师以及那些永远也不能忘记的朋友，他们的支持与感情是我永远的财富！时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误，恳请阅读此篇论文的老师多予指正，不胜感激！考文献1杨文钰，王兰英.作物秸秆还田的现状与展望J.四川农业大学学报，1999，17(2):2112162中国农机学会农机化学会科技交流中心.农作物秸秆利用与设备M.北京:中国农业出版社，1996.3孙文峰.秸秆根茬还田联合作业机的研究与设计J.农机化研究，2001，11(4):59-60.4毛罕平，陈翠英.秸秆粉碎掩埋复式作业的实验研究J.农业机械学报，1996，9(3):42-46.5吴子岳，高焕文.根茬处理技术的现状与发展J中国农业大学学报，2000，5(4):46-49.6苗长印，赵革，袁庆福.根茬还田技术及适用机械的实验研究J.农机化研究，1995，11(4):55-38.7陈小兵，陈巧敏.我国机械化秸秆还田技术现状及发展趋势J.农业机械，2000，10(4):14-15.8刘丽香，吴承祯，洪伟等.农作物秸秆综合利用的进展M.亚热带农业研究，2006.2(1)：75809中国农机学会农机化学会科技交流中心.农作物秸秆利用与设备M.北京:中国农业出版社，1996.10董佑福， 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