机械毕业设计（论文）-秸秆剪切实验装置结构设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题 目： 秸秆剪切实验装置结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制 1202 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 7 日 沈阳化工大学科亚学院 2012 届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书 论文（设计）题目论文（设计）题目 高粱秸秆剪切试验装置设计 姓名姓名 专业班级专业班级 机制 1202 班 学学 号号 课题的目的与要求：课题的目的与要求： 毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节， 是学生全面运用所学基础理论、 专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分 析和解决问题的能力、创新能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。 具体要求包括：（1）培养学生对资料、信息的获取及分析的能力，本专业外文的阅读和翻 译能力；（2）综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力；（3）较好地掌握本门学科的基 础理论和基本技能及进行方案论证的能力；（4）培养学生的创新意识和创新精神。 论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）：论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）： 通过查阅资料及调研，要求完成高粱秸秆剪切试验装置设计。 查阅参考文献、资料要求：查阅参考文献、资料要求： 1 、期刊作者题名J刊名，出版年，卷(期)起止页码 2、专著作者书名版本(第一版不著录)出版地出版者，出版年起止页码 3、论文集作者题名C编者论文集名，出版地出版者，出版年起止页码 4 、学位论文作者题名D保存地点保存单位年份 5 、专利文献题名P国别专利文献种类专利号出版日期 进度计划：进度计划： （2016.3.13.6）第 1 周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行 （2016.3.74.3）第 2-5 周：文献检索、收集资料，完成开题报告； （2016.4.44.24）第 6-8 周： 中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设 计（论文）完成的进度与质量过程检查。 （2016.4.255.1）第 9 周： 毕业设计（论文）修改 （2016.5.25.8）第 10 周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。 （2016.5.30 之前）第 1113 周：论文评阅。 （2016.6.16.8）第 1314 周：毕业论文答辩。 论文 (设计)工作起止日期： 2016.3.1-2016.6.6 任务下达人（签字）：任务下达人（签字）： 年 月 日 任务接受人 （签字） ：任务接受人 （签字） ： 年 月 日 年 月 日 注：1.此任务书由指导教师填写，指导教师和接受任务的学生均应签字。 2.此表打印，一式两份。一份学生保存，一份以班级为单位上交教务处存档，12 月 28 日前截止。 目 录 第一章 引言 . 1 1.1 研究的目的与意义 . 1 1.1.1 土地培肥 2 1.1.2 粮食增产秸秆还田是有效的增产措施。 . 2 1.1.3 生态环境改善 . 2 1.2 机械化秸秆还田技术及其国内外研究现状 . 3 1.2.1 国内现状 . 3 1.2.2 国外现状 . 7 1.3 主要研究内容 . 9 1.4 技术路线 10 第二章多功能秸秆还田机总体设计 . 11 2.1 整体结构与工作原理 11 2.2 传动系统设计 12 2.2.1 秸秆捡拾喂入切碎传动系统设计 12 2.2.2 秸秆深施传动系统设计 14 2.3 控制系统设计 14 第三章秸秆捡拾与喂入装置设计 . 19 3.1 秸秆捡拾装置设计 19 3.1.1 结构设计与工作原理 19 3.1.2 捡拾过程运动分析 19 3.1.3 受力分析 21 3.1.4 主要结构参数和运动参数的确定 22 3.2 秸秆喂入装置设计 22 3.2.1 结构设计 22 3.2.2 受力分析 23 3.2.3 主要结构参数和运动参数确定 24 第四章切碎装置设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1 结构设计 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 主要工作参数确定 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.1 切碎滚筒转速的确定 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.2 定刀配置高度 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 摘要摘要 我国年高粱秸秆产量丰富， 但是高粱秸秆的利用率较低， 大部分秸秆 用于废弃和焚烧，不仅造成了高粱秸秆的浪费，还造成了环境的严重污 染。秸秆还田具有增加土壤养分含量、改善土壤物理性状、提高土壤微 生物和酶的活性、增加粮食产量等作用，可以增强土壤蓄水保墒能力， 减少水土流失有效解决因秸秆废弃焚烧造成的环境污染问题，同时秸秆 还田还对保护生态环境、实现农业的可持续发展具有十分重要的意义。 针对解决我国东北黑土区水土流失严重、秸秆焚烧污染环境等问题， 结合农机、农艺的要求研发设计了多功能秸秆还田机，该机主要包括秸 秆捡拾装置、秸秆切碎装置、根可一次进地完成秸秆捡拾、秸秆切碎、 并针对其秸秆探施装置的性能进行试验研究。 关键词关键词 ： 高粱秸秆; 环境污染; 捡拾装置; 切碎装置; 水土流失; 性能研究; Abstract Our country is rich in sorghum straw yield, however,the utilization of sorghum straw were lower, most of the straw for abandoned and burned, not only bringing therwaste of the resource, but also making environmental pollute. Straw returning can increase the content of soil nutrient, improve the soil physical properties, increase soil microbial and enzyme activities, increase grain yield and so on. Straw returning also can enhance the soil water holding capacity, reduce soil erosion, can effectively resolve the environmental pollution problems caused by burning of straw. Meanwhile Straw returning has great significance for the protection of the ecological environment and realization sustainable development of agriculture. To solve the serious problem of soil erosion of Northeast China and environmental pollution caused by straw burning, the mutl functional straw machine was designed combined with there quirements of agrichltural machinery and agronomic. This machine mainly include straw pick- up device, straw cutting device, which can complete straws pickup, cutting, and experimental study was carried out according to the deep- application devices performance. Key words: sorghum straw； the environmental pollution； collecting device； chopped device；soil and water loss； performance study； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引言 1.1 研究的目的与意义研究的目的与意义 水土流失是全球所面临的生态问题。致使土地日益贫瘩，甚至土壤被侵蚀殆尽; 同时也会带走土壤大量养分和水，破坏土地资源。但由于多年来的自然侵蚀和过度的 人为开垦，水土流失问题逐渐严重，水土流失面积占黑土区总土地面积的 34%。据统 计:近 50 年来黑土层厚度平均流失了一半以上，而目前黑土层平均厚度只剩下 20 30cm 土壤有机质含量减少了 1/31/2。因此，必须加快防治我国黑土地区水土流失 问题，保护我国黑土资源。 另一方面，秸秆是农作物重要的副产物，我国作为一个农业大国，秸秆资源十分 丰富，秸秆产量居世界首位。随着农业连年丰收，秸秆产量增长，但是秸秆资源的有 效利用率却较低，有一大部分的秸秆被废弃和焚烧。根据统计， 2010 年全国秸秆资 源总量为 8.4 亿 t，其中 31.9%作为牲畜饲料，17.8%作为农村生活能源，15.6%还田 作为肥料，2.6%作为工业原料，2.6%作为种植食用菌基料，而废弃和焚烧量达到了 29.4%。这种焚烧不仅给国家经济带来损失，同时也造成环境的严重污染，影响铁路、 民航等正常的交通运输。近年来，秸秆问题到重视，提出了许多积极促进与推动农作 物秸秆高效合理利用的方案和建议， 以解决秸秆资源的浪费问题及其引发的环境污染 问题。 实践表明:高粱秸秆剪切还田可以减轻土壤的水蚀和风蚀，对预防水土流失问题 有分重大的意义，是提高秸秆利用率、解决剩余秸秆焚烧问题的有效的途径。此外， 秸秆还田在土壤培肥，改善生态环境等方面具有重要意义。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 2 1.1.1 土地培肥土地培肥 （1）增加土壤养分含量）增加土壤养分含量 土壤的养分主要指土壤中有机质、氮磷钾和微量元素。有机质是土壤中含碳的 有机化合物，对农作物生长有重要作用。农作物秸秆含有大量的有机物以及大量的 N. P.K.Ca,Mg, S 等作物生长不可缺少的营养元素和部分微量元素，秸秆还田后，秸秆 经腐熟会增加土壤中养分含量，具有培肥地力的作用。 （2）改善土壤物理性状）改善土壤物理性状 随着大型农业机械的应用以及化肥、农药的广泛使用，农田土壤的物理性状慢慢 变差，直接影响到农作物的正常生长发育。研究表明:长期秸秆还田有利于改善土壤 物理性状。土壤物理性状的改善表现在土壤的通透性增强，提高土壤保水能力，孔隙 度增加，土质变松，有利于增加土壤温度，加强土壤中微生物的活动和养分的分解利 用。 （3）提高土壤微生物和酶的活性）提高土壤微生物和酶的活性 秸秆还田为土壤微生物的活动提供了大量的碳源和氮源， 促进了微生物的生长和 繁殖，从而使微生物的数量收到了极大的变化;同时秸秆还田后土壤酶活性也逐渐增 强，从而使土壤肥力提高，土壤的养分扩大，利用和转化率增强。 1.1.2 粮食增产秸秆还田是有效的增产措施。粮食增产秸秆还田是有效的增产措施。 坚持秸秆还田，可以在培肥阶段有显著的增产作用，而且效果十分明显，有持续 的增产作用。 1.1.3 生态环境改善生态环境改善 (1)增强土壤增强土壤蓄水保墒能力蓄水保墒能力，减少水减少水土土流失流失 秸秆还田后可降低土壤表层水分的蒸发量，增加土壤蓄水量，从而使土壤蓄水 能力增强。 同时秸秆还田还可以减少降雨时雨水对土壤的冲刷， 减少土壤的水土流失， 保护生态环境。Philips.S.H 统计表明，保留地表的作物根茬，能通过减少地表径流、 增加降水的渗率，有效减轻土壤侵蚀。李红等研究表明，连续多年的小麦、玉米桔秆 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 3 还田可提高土壤对水分的保蓄能力，含水量增加 1.04%2.11%。张帅等研究表明秸 秆深施还田后，地表下。020cm 的土壤含水量比未还田提高了 0.5%2.0%。周凌 云等在封丘 3 年试验结果表明，采用秸秆覆盖麦田可有效的降低耗水系数 8.1% 23.2%覆盖后减少了小麦颗间蒸发量 26.3%，节约灌溉用水 270m3/hm (2)减少化肥用量，保护生态环境减少化肥用量，保护生态环境 化肥对农作物获得高产的作用是明显的，但长期使用化肥导致土壤板结、土壤肥 力失衡和环境污染。秸秆还田是弥补化肥使用缺陷的有效方法。通过秸秆还田，可减 少化肥的施用量，避免过量施用化肥造成的生态破坏和环境污染，形成良性的生态循 环，促进农业可持续发展。 1.2 机械化秸秆还田技术及其国内外研究现状机械化秸秆还田技术及其国内外研究现状 机械化秸秆还田技术是指以机械化作业(粉碎、破茬、深耕和耙压等)为主的秸秆 还田技术。根据还田后秸秆与土壤空间位置不同，机械化秸秆还田的方式大致可分为 机械化秸秆覆盖还田(秸秆覆盖在土壤上)和机械化秸秆翻埋还田(秸秆翻埋在土壤 中)。其中机械化秸秆覆盖还田可分为秸秆粉碎覆盖还田、整株秸秆覆盖还田以及留 根茬覆盖还田。覆盖还田用秸秆盖土、根茬固土，有利于保护土壤，减少风蚀、水蚀 和水分无效蒸发， 增加天然降雨利用率翻埋还田是将农作物秸秆随着耕翻掩埋在土壤 中，可分为秸秆粉碎翻埋还田、整株秸秆翻埋还田和根茬粉碎还田。翻埋还田有利于 促进秸秆在土壤中的分解速率，对增加土壤养分含量、培育地力等方面效果突出。随 着机械化秸秆还田技术的发展，近年来又提出了秸秆深施还田这项新技术，它是在不 翻动土壤的情况下，将粉碎秸秆深施于土壤深层(1540cm)的一种还田方式。研究 表明，深施还田相比其它机械化秸秆还田方式在改善土壤蓄水、提高土壤温度方面效 果显著。 1.2.1 国国内内现现状状 我国机械化秸秆还田技术起步较晚，20 世纪 80 年代，在中央政策扶持和项目资 金支持的情况下，各地农机部门积极开展秸秆还田机械化技术的研究开发和推广应 用。20 世纪 90 年代，秸秆根茬粉碎还田机的发展推动根茬还田技术的推广，同时其 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 4 他的秸秆还田机械也在不断发展，且各具特色:由黑龙江省八五四机械厂生产的 XFP 系列茎秆粉碎还田机可与自走式谷物联合收割机配套等。 经过多年的发展和完善，我国己经开发了一些经济实用的机械化秸秆还田机具。 这些机具主要针对我国量大面广的小麦、高粱和水稻秸秆，主要可分为:整株秸秆还 田机具、秸秆粉碎(切碎)还田机具及联合作业机具等。 (1)整株秸秆还田机整株秸秆还田机 整株秸秆还田是将直立或放铺于田间的作物秸秆整株全部还入田中的一种方 法。这种方法具有省时、省事、省费用、简便易行的特点，其适应范围大，技术经济 效果较好。 图为河北农业机械化研究所研制的玉米整株秸秆还田机。该机具由与四轮拖拉 机配套的 ILF230 覆盖型深耕犁和秸秆定向压倒扶顺装置组成，作业时拖拉机前的秸 秆梳压装置将田间直立的玉米秸秆定向压倒扶顺， 随后深耕犁将整株秸秆深埋于犁沟 底部，耕深 2022cm，由深耕犁上安装的合墒器进行合墒，完成玉米秸秆整株还田 作业。 图 1 玉米整株秸秆还田机 1-秸秆梳压装置；2-四杆机构；3-前滑轮；4-后滑轮；5-提升臂；6-下拉杆；7-上拉杆；8-深耕犁 0 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 5 图 2 水稻秸秆整株还田机结构简图 该机具与纽荷兰 90110 型拖拉机配套，主要由主轴、刀盘、切草刀(2 把)、埋 草弯刀(左右方向各 24 把)、挡草栅、限位滑掌、边减速器、主减速器和悬挂架等组 成。适应于水稻秸秆直立和放铺 2 种形式。秸秆整株还田质量良好，覆盖率高，碎土 能力强。 图 3 玉米整株秸秆还田机 1-秸秆梳压装置；2-四杆机构；3-前滑轮；4-后滑轮；5-提升臂；6-下拉杆；7-上拉杆；8-深耕犁 (2)秸秆粉碎还田机具秸秆粉碎还田机具 秸秆粉碎还田是将农作物秸秆粉碎后归还土壤，秸秆粉碎有利于加快其在土壤 中的分解速率，对土壤的改良效果较好。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 6 图 4 秸秆切碎还田机 1-地轮轴焊合件；2-万向节总成；3-皮带罩焊合件；4-刀轴总成； 5-三角皮带；6-传动总成；7-悬挂及壳体总成 图所示为中国一拖股份公司研制的秸秆切碎还田机的结构图。该机与东方红一 18 拖拉机配套，主要由刀轴总成、传动总成、万向节总成、地轮轴焊合件、悬挂及 壳体总成、三角皮带、皮带罩焊合件等组成，配置在拖拉机的后方 ( 3)根茬粉碎还田机具根茬粉碎还田机具 根茬粉碎还田是将直立于地表或垄上的作物根茬直接粉碎，并均匀混拌于 01 0mm 深的耕层中。根茬粉碎还田机适用于轮番耕作的垄作地区，例如东北地区，这 类地区玉米根人工不易刨除。 图 5 秸秆一根茬粉碎还田机结构简图 1-万向节；2-悬挂架；3-还田机架；4-碎茬机架；5-碎茬刀辊； 6-还田刀辊；7-地轮；8-带轮 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 7 (4)秸秆还田联合作业机具秸秆还田联合作业机具 秸秆还田联合作业机具是秸秆还田机具的一个主要发展方向， 此类机具不仅具有 秸秆还田功能，同时还具有其它田间作业功能，例如:旋耕、播种、施肥等作业，实 现了一机多能，作业效率较高。 甘肃农业大学与西北农林科技大学共同研制的快速腐熟秸秆还田机如图所示， 主 要由腐熟剂喷施系统、秸秆粉碎系统两大部分组成，该机可同时完成药剂喷施与秸秆 还田两项作业。腐熟剂喷施系统采用前置安装方式，腐熟药剂喷洒在秸秆上可以加快 其分解腐熟;秸秆粉碎还田机，采用后置安装方式，与拖拉机三点悬挂机构相连接， 由拖拉机动力输出轴驱动，用于将秸秆粉碎还田。 图 6 快速腐熟秸秆还田机 1-喷药管路；2-调节阀；3-逆止回流阀；4-拖拉机；5-秸秆粉碎还田机； 6-BPZ 型自吸泵；7-药箱；8-喷头；9-喷杆 1.2.2 国外现国外现状状 在国外，机械化秸秆还田技术的研究起步相对较早。图所示为目前国外几个知 名农机制造公司生产的秸秆还田机械。图 a 为德国雷肯公司生产的灭茬缺口圆盘耙， 适用于高粱茬地或是高茬地的灭茬作业，工作时与 90 马力以上拖拉机配套，工作幅 宽 2.5 m，工作深度可调节到 15cm，具有灭茬效果好、效率高等特点。图 b 为法国库 恩公司生产的灭茬耕耘机，适用于秸秆根茬比较多的情况，对于留有大量残茬的耕作 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 8 效果十分出色，可一次完成灭茬，混合和镇压工作，工作深度 513cm，多用于少耕 技术中保护土壤的水分，通过表面浅耕、碾压以及将粉碎的秸秆与土壤混合，从而加 速秸秆分解腐化。 图 c 和图 d 分别为美国凯斯纽荷兰公司生产的玉米联合收获机和美 国约翰迪尔公司生产的玉米联合收获机，在收获玉米的同时即可将玉米秸秆粉碎还 田，目前这种大中型联合收获机械普遍集成了秸秆还田功能。 国内外研究现状表明，秸秆还田机械虽然很多，但大多数都是与拖拉机配套使用 的，且多为单一功能的秸秆覆盖还田机型;或者是联合收获类农业机械加装秸秆切碎 装置，使其具有秸秆覆盖还田功能，即其主要作业目的并不是秸秆还田，导致这类农 业机械只适用于特定条件下的秸秆还田作业，例如其适用于收获前直立的秸秆，对于 收获后铺放在田间的秸秆就不能完成秸秆还田作业。 LemKen- Rubin 灭茬缺口圆盘耙 KUHN- Discover XM236 灭茬耕耘机 CSX- 7080 联合收割机 John Deere- Y215 联合收获机 图 7 具有秸秆还田功能的农业机械 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 9 1.3 主要研究内容主要研究内容 本文主要针对解决我国黑土区水土流失严重、秸秆焚烧污染环境等问题，以实现 农业可持续发展，进一步实施与推广秸秆还田技术为目标，设计研究一种多功能秸秆 还田机，该机为自走式，可一次性完成秸秆捡拾、喂入、粉碎、根茬粉碎和秸秆深施 作业，并对其秸秆深施装置的性能进行试验研究，具体研究内容如下: (1)多功能多功能秸秆还田秸秆还田机机的的总体总体设计设计 从总体角度对整机进行结构设计，阐述其工作原理，详细介绍整机的传动系统与 控制系统、动力匹配以及机架设计。其中传动系统的设计主要包括两部分内容:一部 分为秸秆捡拾装置、秸秆喂入装置、秸秆切碎装置同驱动其工作的柴油机间的传动设 计;另一部分为根茬粉碎装置、三组秸秆深施装置同驱动其运转的液压马达间的传动 设计。 (2)主要主要工作装置工作装置设计设计 整机的主要工作装置包括秸秆捡拾装置、秸秆喂入装置、秸秆切碎装置、根茬粉 碎装置和秸秆深施装置。对秸秆捡拾装置和秸秆喂入装置进行结构设计，并对其工作 过程进行动力学分析，确定其主要结构参数和运动参数。对秸秆切碎装置和根茬粉碎 装置进行结构设计，采用三维建模与仿真技术，分别对其主要工作部件进行有限元分 析和仿真分析。 (3)秸秆秸秆深深施施装置装置性性能能的的试验研究试验研究 以深施螺旋转速、输送管径、秸秆长度和秸秆含水率为考察因素，以秸秆深施体 积还田量为试验指标，在秸秆深施试验台上试验研究上述因素对秸秆深施量的影响。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 10 1.4 技术路线技术路线 图 8 技术路线 开始 课题提出 研背景， 查阅文献 确定目标 多功能秸秆还田机设计及秸秆 深施装置性能试验研究 多功能秸秆还田机设计 捡拾、切碎装置设计 撰写论文 结束 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 11 第二章多功能秸秆还田机总体设计 玉米收获后，大量玉米秸秆杂乱铺放在田间，同时玉米根茬残留在田地里。针对 这种情况，本文设计了一种多功能秸秆还田机将这些玉米秸秆及其根茬粉碎还田，该 机可一次完成秸秆捡拾、切碎、深施以及根茬粉碎多道作业工序。设计之初拟提出以 下要求: (1)整机的性能参数必须满足我国的农业技术要求，确定以下设计参数范围:秸秆 捡拾率90%，秸秆切碎长度 1020mm，切碎合格率85%;灭茬深度 812cm，根茬 粉碎长度50mm，破茬率90%;秸秆深施深度 15 40cm，秸秆深施量 0.225 0.375kg/m30。 (2)整机在平作和垄作的耕地中均可作业，且在垄作玉米耕地作业时，秸秆捡拾 和秸秆深施的幅宽为 3 垄(垄距 600700mm )。 (3)一机多用。在不过多增加结构和重量的前提下，尽量丰富其功能。 2.1 整体结构与工作原理整体结构与工作原理 多功能秸秆还田机的总体结构如图 2- 1 所示。整机主要由主机架 3、后机架 13、 柴油机 8、秸秆捡拾装置 6、秸秆喂入装置 2、秸秆切碎装置 1、悬挂装置 12、根茬 粉碎装置 17、秸秆深施装置 16 等组成。秸秆捡拾装置位于整机的最前方，通过捡拾 装置两侧的液压缸进行升降。秸秆喂入装置和秸秆切碎装置安装在主机架上。 作时，位于整机前方的秸秆捡拾装置 6 将秸秆捡起并向后输送，秸秆喂入装置 2 内的喂入辊强行将秸秆拉入压实，并输送至秸秆切碎装置 1，在切碎动刀和定刀共 同作用下，秸秆被切碎。切碎后的秸秆再经抛送筒 19 大部分进入秸秆深施装置 7 中 的秸秆箱 18 内，秸秆箱底部出口与深施输送螺旋相连，通过深施输送螺旋最终将切 碎后的秸秆深施于土壤中。同时根茬粉碎装置 17 将田间的根茬粉碎，并将粉碎后的 根茬均匀混拌于耕层中。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 12 图 9 多功能秸秆还田机结构示意图 1-秸秆切碎装置 2-秸秆喂入装置 3-主机架 4-前轮 5-液压缸 6-秸秆捡拾装置 7-机械传动系统 8-柴油机 9-液压泵 10-液压升降总成 11-后轮 12-悬挂装置 13-后机架 14-灭茬液压马达 15-深施液压马达 16-秸秆深施装置 17-根茬粉碎装置 18-秸秆箱 19-抛送筒 2.2 传动系统设计传动系统设计 传动系统设计是整机设计研发中的一项重要工作。 它是将动力机的运动和动力传 递给执行机构或执行构件的中间装置。 本机的传动系统采用机械传动与液压传动相结 合的方式。 2.2.1 秸秆秸秆捡拾喂入切碎传动系统捡拾喂入切碎传动系统设计设计 图所示为秸秆捡拾装置、 秸秆喂入装置和秸秆切碎装置相对位置关系和作业时的 旋转方向。秸秆捡拾装置的抓取辊 1 反转(即在整机前进方向的右侧看顺时针方向旋 转)，才能将秸秆向后输送;为保证秸秆顺利进入秸秆喂入装置，要求前上、后上喂入 辊 2, 3 正转，前下、后下喂入辊 4. 5 反转，工作过程中，上喂入辊 2,3 还应满足在垂 直方向上可上下浮动以匹配不同厚度的秸秆喂入;进入秸秆切碎装置后，碎刀轴正转， 切碎滚筒上的动刀随着刀轴高速旋转与定刀共同作用将秸秆切碎。针对上述要求，设 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 13 计了图所示的传动系统，各装置的位置关系参见图。 图 10 主要装置位置关系简图 1-秸秆捡拾装置抓取辊；2-前上喂入辊；3-后上喂入辊；4-前下喂入辊； 5-后下喂入辊；6-秸秆切碎装置切碎刀辊 图 11 传动系统简图 图中有 1 组带传动、1 组齿轮传动、3 组链传动和 2 组组式齿轮传动。动力经切 碎刀轴输出后通过一组齿轮传动换向后再通过链传动， 分别将动力传给后下喂入辊和 前下喂入辊。后下喂入辊与后上喂入辊旋转方向相反，用齿轮传动改变其传动方向， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 14 又由于后上喂入辊上下浮动时要保证正常传递动力，选择 1 组组式齿轮传动方式。组 式齿轮由 4 个齿轮组成，分别为后上喂入辊轴上安装的齿轮 1，游动齿轮 2 和 3 和后 下喂入辊轴上的齿轮 4。齿轮 1 通过游动齿轮 2 和 3 带动安在后下喂入辊轴上的齿轮 4，游动齿轮 3 的轴固定不动，游动齿轮 2 的轴分别用销连杆与齿轮 3 和 1 的轴相销 连，这样，当上喂入辊上下移动时，各齿轮可始终保持正常啮合。前下喂入辊的动力 传出后也由 1 组组式齿轮传递给前上喂入辊同时，前下喂入辊轴通过另一组链传动 将动力传递给捡拾装置的输送辊轴。带传动与链传动不改变传动方向，齿轮传动改变 传动方向，图中各装置的转向与图中相同，故该传动方案满足设计要求。 2.2.2 秸秆深施传动系统设计秸秆深施传动系统设计 秸秆捡拾喂入切碎传动系统的动力是由柴油机直接提供的， 而秸秆深施传动系统 的动力由液压马达提供。传动方案如图 2- 4 所示。液压马达输出轴通过弹性联轴器与 水平蜗杆相连， 与水平蜗杆相啮合的 3 个蜗轮分别安装在 3 组秸秆深施装置的竖直深 施螺旋轴上，桔秆深施作业时各深施螺旋轴的旋转方向如图所示，螺旋轴转速范围 150900r/rein 。 2.3 控制系统设计控制系统设计 图 12 传动方案简图 本机采用机一电一液相结合的控制方式。将机械、液压与电控结合起来，既具备 液压传动输出功率适应范围较大的特点，又有电子控制方便灵活的优势，便于实现高 度自动化控制。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 15 图 13 液压控制原理图 1-低压过滤器；2-液压泵；3-单向阀；4-溢流阀；5, 10. 18, 23-压力指示表；6-高压过滤器； 7-电磁溢流阀；8, 12-三位四通电磁换向阀；9-单向节流阀；11, 14.巧-液压缸； 13，16-单向调速阀；17, 22-减压阀；19, 24-二位二通电磁换向阀； 21, 26-液压马达；20, 25-节流阀 YA-电磁铁 图 2- 5 中，油箱里的液压油经低压过滤器 1 流入液压泵 2，过滤器可以滤除液压 油里的杂质。悬挂系统中的电磁溢流阀 7 主要作用是卸荷，当系统不需要高压油，可 以使电磁溢流阀断电，使油泵来的油直接流回油箱。三位四通电磁换向阀(8, 12)用来 实液压缸左腔进油和右腔进油的切换。单向节流阀 9 和节流阀(20, 25）用于调速。二 位二通电磁换向阀 19. 24 的作用相当于开关， 可以独立控制其所在支路的液压马达的 启停，彼此互不影响。 图 2- 6 为整机的控制电路图，电源正极依次连接熔断器 FU 和热保护继电器 KR 来保护整个电路，图中的电磁铁 YA （1- 7)与图 2- 5 中相对应。 下面同时结合图 2- 5 , 2- 6 详细说明实现各功能的控制过程。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 16 图 14 控制电路 (1)三位四通电磁三位四通电磁(电液电液)换向阀换位功能的实现换向阀换位功能的实现 以换向阀 8 为例说明，当需要左位接入工作位置时，首先按下常开按钮 SB2，电 磁铁 YA2得电，将换向阀 8 的左位接入工作位置，同时接触器线圈得电，与 SB:并联 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 17 的常开触点 KM2闭合，实现自锁功能，即 SB2恢复常开状态时电磁铁仍然通电。为避 免电磁铁 YA2和 YA3同时得电，将接触器的常闭触点 K2与 YA3串联，实现互锁功能， 即 YA2通电时 K2断开，YA2就不会得电;当需要将换向阀由左位回到中位时，按开常 闭按钮 SB8，电磁铁断电，复位弹簧将阀芯推回中位。同理，按下 SB3，换向阀 8 的 右位接入工作位置，欲使阀芯回到中位按开 SB8:即可。换向阀 12 的控制与上述步骤 类似。 (2)悬挂系统悬挂系统 按下 SB2，电磁铁 YA2和 KM2得电，常开触点 KM2闭合，实现自锁，换向阀 8 左 位接入工作位置，液压泵输出的高压油经过电液比例方向阀 8，再经过单向节流阀 9 的单向阀进入液压缸的无杆腔， 使后机架提升。 按下开关 SB3， 电磁铁 YA3和 A3得电， 常开触点 K3闭合，实现自锁，换向阀 8 右位接入工作位置，同时按下开关 SB1，线圈 A1得电，常闭触点 KM1断开，电磁溢流阀 7 的电磁铁 YA1断电，此时液压泵输出的 油液经过电磁溢流阀流回油箱，液压泵处于卸荷状态。在机具自重作用下，液压缸无 杆腔的液体被排出，使后机架下降，被排出的液体经单向节流阀的节流阀和比例方向 阀流回油箱。农机具下降的速度由节流阀控制，如下降过快，农机具下降过程会产生 失重现象，使工作不稳定。 (3)捡拾装置控制系统捡拾装置控制系统 按下 SB4，电磁铁 YA4和 KM4得电，常开触点 KM4闭合，实现自锁，换向阀 12 左位接入工作位置，液压油进入液压缸左腔，将活塞杆向右推出，捡拾装置提升。两 个并联的液压缸的进油路上分别串入一个调速阀，仔细调整两个调速阀开口的大小， 可使两个液压缸在一个方向上实现速度同步回路。当活塞杆到合适位置，即达到机架 提升角度时，要使液压缸在一定时间内维持该状态，需断开常闭按钮 SB9，换向阀 12 的中位接入工作位置，此时液压缸左右腔室维持压力恒定，液压缸活塞杆不再移动。 按下 SB5，电磁铁 YA5和 KM5得电，常开触点 KM5闭合，实现自锁，换向阀 12 的右 位接入工作位置，液压油便可进入液压缸右腔，活塞杆向左缩回，后机架落地，断开 常闭按钮 SB9，换向阀 12 的中位接入工作位置，此时液压缸左右腔室保持压力恒定， 液压缸不可移动。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 多功能秸秆还田机总体设计 18 (4)液压马达的启动与停止。液压马达的启动与停止。 灭茬液压马达 21、秸秆深施液压马达 26 所在支路连接形式相同，相应的控制电 路的连接形式也一致。下面以灭茬液压马达 21 为例阐述其启动与停止的操控步骤。 启动:按下 SB6，电磁铁 YA6和 KM6得电，常开触点 KM5闭合，实现自锁，二位 二通换向阀 19 的右位接入工作位置，油路连通，灭茬液压马达 18 启动。工作过程中 可以通过调整节流阀 17 的开口实现进口节流调速。 停止:按开 SB10，电磁铁 YA6断电，二位二通电磁换向阀 19 复位，其左位接入 工作位置，使液压马达供油管路断开，液压马达停止工作。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 秸秆捡拾与喂入装置设计 19 第三章秸秆捡拾与喂入装置设计 秸秆捡拾装置位于多功能秸秆还田机的最前方，其作用是将杂乱铺放在田间的 秸秆拾起起来，并向后输送到秸秆喂入装置。本章主要介绍整机的秸秆捡拾装置。 3.1 秸秆捡拾装置设计秸秆捡拾装置设计 3.1.1 结构结构设计与设计与工作原工作原理理 捡拾装置主要有弹齿滚筒式捡拾装置、偏心伸缩扒指式捡拾装置、滑道升运器式 捡拾装置和带式输送器式捡拾装置四种。其中弹齿滚筒式捡拾装置的弹齿有弹性，对 物料的冲击作用较小，但其弹齿横向间距较大，漏捡率较高，所以其一般多用于牧草 的捡拾作业。偏心伸缩扒指式捡拾装置采用硬指杆，扒指为刚性，强度较大，捡拾时 对物料的冲击作用也较大，且由于采用硬指杆，指杆遇石块等障碍物会发生损坏。而 滑道升运器式捡拾装置和齿带输送器式捡拾装置多用于捡拾谷物， 并不适用于高粱秸 秆的捡拾。 3.1.2 捡拾过程运动捡拾过程运动分分析析 3.1.2.1 拨指拨指的的运动轨迹运动轨迹与与运动方程运动方程 拨指安装在输送链上， 作业时秸秆捡拾装置上拨指的运动可分解为沿整机前进方 向的水平直线运动和沿输送链条的回转运动。捡拾装置的运动分析如图 3- 1 所示，设 机器前进速度 Vm输送链回转速度。此时拨指指根 P，点与输送链 d 点接触，由图 3- 1 可知: )sin(cos)(cos-90=tt，则 dP 段拨指 )cos( )sin( = += tOBy tOBt （3- 1） 式中：t- 为拨指运动的时间，s； - 为拨指安装角， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 秸秆捡拾与喂入装置设计 20 上述两式对时间 t 求导，可得: Vx=Vm+)cos(tOB Vy=)sin(tOB （3- 2） 设输送链的线速度 Vt 与机器前进速度 Vm 之比为兄， 则vmOBvmvt/=代入 式(3- ） 得: Vx=Vm+)cos( Vy=Vm )sin( （3- 3） 当拨指转到 P 点时， 拨指开始随输送链做斜直线运动， 并与机器前进运动合成， 拨指上的任意点都是在做平移运动，因此，P 点的速度为 Vx=Vm cos V （3- 4） Vy= sinV （3- 5） 图 15 运动分析简图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 秸秆捡拾与喂入装置设计 21 3.1.2.2 速比的确定速比的确定 捡拾过程中，为了使被捡拾的秸秆不向前推挤和拉断、减少不必要损失，则在 圆弧运动末端和斜直线运动开始的拨指上 B 点，其水平运动分速度 xp v (弧)和斜直线运 动开始时的水平分速度 xp v （直），应相等并且均等于零。因此: Vm-0)cos(=tOB （3- 6） Vm-0cos=OP （3- 7） 由图 3- 2 可知，=180t，整理式（3- 6）得 Vm-0)cos(=+OB （3- 8） 设eOBOP=/，带入式（3- 7）和式（3- 8），并联立求得： sin/arctantanet= （3- 9） cos/1= （3- 10） 根据实际捡拾作业的需要，倾角 y 应为较小锐角(0 y 450 )。以上是在理想 状态下得到的兄与 y 关系式，实际作业中，在捡拾和输送过程中秸秆依靠自身重力不 能完全与输送链相贴合， 同时考虑振动等实际因素的影响也会造成秸秆与捡拾输送链 不贴和。为了使秸秆与输送链贴合以便于输送，在实际作业中水平分速度应小于等于 零，此时可得: sin/arctantanet （3- 11） cos/1 （3- 12） 即由式(3- 9)得到的是较小值，实际中应选取更大的值，才符合实际需要。而由式 (3- 10)求得的倾角 是较大值，在实际中应选取更小值，才符合实际需要。 3.1.3 受受力力分分析析 秸秆捡拾过程中，拨指挑起秸秆，设被捡拾秸秆的重心在 B 点，并把被捡拾秸 秆当做一个质点