机械毕业设计（论文）-小麦割晒机的设计（全套图纸）

小麦割晒机的设计小麦割晒机的设计 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16-2 指导老师 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 前前 言言 小麦是一种在全世界各地被广泛种植的食用作物， 它的发源地是中东地区。 因为小麦是 世界上生产总量仅次于玉米且高于稻米排名第二的粮食作物， 所以小麦收割的问题是全世界 面临的一个较为重大的课题。进入 21 世纪，随着科技的不多发展，大型的收割机已在世界 各国的平原和大片的土地上广泛使用。 但是， 我国大部分种植的小麦除了在平原或大块的土 地上，还有在高原或山地上，以及一些小麦种植面积较小的地区，它们都无法应用大型的收 割机， 为解决这些问题， 我们对现有的收割机进行了研究， 设计出小型拖拉机驱动的收割机。 该收割机可以应用在山地、小块土地和不规整地块种植地区。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本文在对该设计的小型收割机的基础上、借鉴许多联合收割机，本着结构简单、对工作 环境要求低等为目标的同时还要遵循可靠性的原则， 设计出尽可能提高生产效率、 适合于多 种环境下工作、而且具有环保和节约资源的驱动式收割机。 收割机设计方案设计农业机械收割机，通过对比研发，综合考虑传动效率，结构外观、 收割方式与加工成本， 确定最合理的方案。 然后对割麦机的整体结构与关键组成机构做了具 体设计与理论研究，设计内容主要包括：机架、割台、分禾器、拨禾轮、曲柄连杆机构等部 分。并且对收割机的重要部件如轴承、齿轮等进行了设计计算和理论校核，使所选机构为最 优，以保证机构的可靠性，装配后的收割机最优。 关键词关键词：小麦；割晒机；设计 目目 录录 1 绪论绪论 . 1 1.1 课题研究的意义. 1 1.2 国内外小麦割晒机发展状况 . 1 1.3 小麦割晒机存在的问题 . 4 1.4 研究的内容和方法 . 4 1.5 预期目标 5 1.6 重点研究的关键问题及解决思路 . 5 1.7 工作条件及解决方法 . 5 2 小麦割晒机总体设计小麦割晒机总体设计 5 2.1 收割的典型方法及收割方案的选择 5 2.2 小麦割晒机机的结构 6 3 收割机的基本参数的确定及相关设计收割机的基本参数的确定及相关设计 7 3.1 作业速度 . 7 3.2 割幅 . 7 3.3 喂入量 . 8 3.4 割刀速度和机器前进速度的关系 8 3.5 小麦收割机下刀的直径，拔麦尺寸和收缩比 9 3.6 轴距、轮距、接地压力和最小离地间隙收割机的轴距 10 3.7 割刀切割数据计算 10 4 切割系统的设计切割系统的设计 . 12 4.1 收割机的上、下刀设计. 12 4.2 切割器的确定 13 5 其他结构的确定其他结构的确定 . 14 5.1 轴、轴承、键的设计计算及校核 . 14 5.2 小麦割晒机输送系统的设计 . 19 5.3 总体结构尺寸 19 5.4 外形结构尺寸确定和中心估算 . 20 总总 结结 . 21 致致 谢谢 . 22 参考文献参考文献 23 塔里木大学毕业设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的意义课题研究的意义 小麦是世界的主要粮食作物之一，是我国大多数地区的主要主食，我国 2014 年小麦播 种面积为 3.69 亿亩，全国小麦产量高达 1.26 亿吨左右，比 2013 年增长 3%左右。到目前为 止，全国小麦收获的机械化水平已远超 70%，尤其是南方平原地区，其机械化已达到了世 界先进化水平。 但由于我国建国较晚和科技较为落后等因素， 导致我国小麦收割机的研发相 比较与国外有着明显的差距。 近半个世纪以来， 我国不断地通过研究国外收割机的的先进收 割机和开发自主机器才逐步发展起来，并且某些方面已接近或达到世界先进水平。一般，对 种植在平原或大块的土地上的小麦，使用大型的收割机。但，对种植于山地上的和较为分散 的小块土地上的小麦不适合用大型的收割机， 所以在区域进行劳作的农民只能运用最原始的 方法进行作业使用镰刀进行人力收割。该方法劳动量非常大，工作效率非常低。 小麦收割是农业生产的重要环节，必须及时进行，以保证丰产丰收。如小麦一般要求在 5- 8 天的黄熟期或完熟初期内收获完毕。收获过早，籽粒不满，影响产量；过迟，易造成脱 离损失。小麦收获时期又正值雨季。若不及时收割，会造成植株倒伏、穗上发芽和种子霉烂 等损失。俗语说“麦熟一晌，龙口夺粮” 、 “八成熟，十成收” 、 “十成收，两成丢” ，说明小 麦及时收获的重要性。因此，实现具有生产效率高、谷物损失少、高效优质特点机械收割， 对确保粮食丰产丰收起着重大作用。其中，小麦割晒机成本低、割收后小麦的浪费率低、特 别适合我国现在的土地状况。 为使了更好的了解我国的农业生产现状和尽出自己的贡献， 自 己将会对传统小麦割晒机制作、设计及优化等。 1.2 国内外小麦割晒机发展状况国内外小麦割晒机发展状况 1.2.1 国外小麦割晒机发展现状 国外农业发展主要以大型农业生产模式为主， 而具有高生产率和良好稳定性的联合收割 机则具有广阔的市场。为了适应能够赶上这一变化潮流，近些年，国外联合收割机研发生产 在不断地改进与进步，如增大分离系统结构尺寸、装用大功率发电机、采用电子和信息技术 系统等。联合收割机的发展方向体现出的特点为:宽割幅、大喂入量;通用型、组合型收割; 人机舒适性、操作简易性并且更加的智能化和数控化。 国外收割机比较有代表性的国家和地区为欧美和日本等地。 其中全喂入脱粒收割机大多 应用在欧美等地区， 由于该机型具有体积大和高生产率等特点， 因此可以在小麦生产量较大 塔里木大学毕业设计 2 的地区应用;而日本则以中小型机为主，其特点是半喂入，体积较小，其工作效率比欧美等 地区的收割机的工作效率要低。大型收割机，喂入量一般为 5- 6 公斤/秒，高者达 10- 20 公斤 /秒，装有功率为 130- 160 马力的发动机，甚至还配有功率达 250 左右马力的发动机，从而 提高了效率，降低投资和使用成本，节省了能源。据约翰迪尔公司的有关资料分析，喂入 量为 1.5- 2 公斤/秒的机器与喂入量为 6- 7 公斤/秒的机器相比，单位生产率所配的发动机的 功率和机器购置费用要高一倍。 七十年代末期，北美几家公司研制了几种轴流型联合收割机。这种机器收割效率高，适 于收割干燥地区的小麦、大豆，玉米，籽粒破碎率低。但对收获潮湿小麦适应性差，能源消 耗较多，未能推广。 欧洲几家公司现在研制出一些新型联合收割机，这些新机型采用了传统型脱粒装置， 用离心分离装置替代逐稿器，提高了联合收割机的效率，如克拉斯(Class)公司研制了一种带 有多轮式分离装置的联合收割机 D0116cs，据称喂入量可达 10 公斤/秒以上。斯佩里一新荷 兰(Sperry- New Holland)公司研制成一种采用传统脱粒装置， 加分离轮和轴流式分离装置的联 合收割机 TF42 型和 TF44 型。 图 1- 1 国外最新小麦联合收割机 1.2.2 国内小麦割晒机发展现状 在二十世纪五十年代我国开始研制铺放式收割机， 经过不断地研究外国收割机的基础上 才逐渐发展起来并形成规模 2。1960 年，我国开始应用国外的畜力摇臂收割机，这种收割机 产自荷兰、捷克等一些西方国家，然后我们在对国外的这些收割机进行研究与分析，逐渐设 计了许多适应我国收割特点的蓄力收割机， 其中太谷号和霍邱号是其中的佼佼者。 但由于其 设计的结构有缺陷，可靠性系数低，后期保养不健全和受畜力条件的限制等多方面的原因， 未能够实现普遍的应用。 而在此时， 中国农业机械化科学研究院和吉林省东风机械装备有限 公司自行研究与开发了许多前悬挂式和后牵引式的收割机，它们是由大中型拖拉机为动力， 其割幅大约是在 2.0 - 4.9m 之间，GS- 4.6 型、4SX- 3.8 型等是其主要代表。但是它们存在着 塔里木大学毕业设计 3 较大的限制， 它们的铺放方式还存在着一定的问题， 那就是只能应用于联合收割机分段收获 阶段当中的拣拾阶段，而不能应用于分堆打捆。为了达到分堆打捆的作业目的，二十世纪五 十年代后期全国各地开始致力于研发新机型致力于解决上诉问题， 其中具有代表性是卧式割 台双帆布转向条放式和上海一 108 型立式割台式收割机。但由于多方面的原因(结构的不合 理、后期的维护等)一直得不到普遍的应用。一直到 1970 年，我国小麦收割机的研制与开发 才日益走向成熟。我国再对日本立式割台收割机进行了分析与研究，摒弃其缺点，然后增加 了一个构件一一星轮扶禾器， 并且被切割割下来的作物铺放垂直于与机器前进方向， 这样做 的目的是为了更好地人工打捆。 北京一 18- 5 型以及 130(140)型、 160 型等铺方式联合收割机 是其中较具有代表性地。 二十世纪八十年代以后， 由中国农业机械化科学研究院联合全国许 多省份的农机研究部门以及十多个厂家对该类收割机重新进行了改进设计并对其结构加以 完善， 进而再原机的基础上设计出一款新型的收割机， 并且确定了其定型的依据是靠其配套 的动力装置(手扶和小四轮拖拉机)而决定的。 至此在全国掀起了大规模的推广小型铺放式收 割机的热潮，其中在二十世纪八十年代末和九十年代初这一期间得到了较快的进步。 在国外收割机器和技术的基础上我国研发了谷物联合收割机，它的逐步发展是通过消 化、吸收、仿制国外的收割机。到目前为止，己经形成了以大、中、小型并重，自走式、牵 引式以及拖拉机悬挂式共存，自主研发式机占主导的局面，而且己有不少产品出口国外，走 向世界。 我国最开始投入生产的联合收割机是牵引式， 其第一代产品是由北京农机厂研发的， 该 产品命名为 GT- 4.9。它是在原苏联 C- 6 型样机的基础上进行研制的，于 1956 年开始投入生 产。该机是在以东方红 54/75 等大型拖拉机的牵引下进行收割的，其割幅是 4.9m，并且配 有功率为 29.4kW 的发动机，其喂入量大约是，其上配有钉齿式脱粒滚筒、输送带平台式割 台、回转带式分离装置、两级风扇筛子式清选装置、粮箱卸粮以及可以携带的草车。随后开 封联合收割机厂便开始大规模的投入生产， 并且对许多地方进行了重新设计和改进创新， 改 进后其各项指标均得到了大幅度的提高， 其市场占有率也是很高的。 该机不仅仅是在一些私 营农场上应用， 而且在国营大型农场得到了广泛的使用， 并且对早期小麦的收割的机械化上 起到了至关重要的作用， 但由于其体积过于大， 且不易拆卸和转移， 因此一般不在农村使用。 纵观我国历史，中小型自走式联合收割机始创于二十世纪 70 年代，此后十年的时间里 中小型自走式联合收割机得到了高速的发展， 并且完成了质的飞跃。 这些机型大多是传统结 构，其结构特点是机型较小，成本低廉,适合一般较为平整的大块土地。 目前，由于地貌的不同而导致种植区域的不同，进而引发收割的方式也不尽相同，如山 塔里木大学毕业设计 4 东、 河南等华北平原区和东北三省等东北平原区拥有较大的种植面积并且这些地域处于交通 方便地段，所以说己经完全采用机械化收割，主要利用机动式大型联合播种机、收割机完成 农作物播种收获，根据动力供给方式的不同主要有牵引式、悬挂式、和自走式三种类型的收 割机，如图 1-2 所示。 图 1- 2 常见的收割机 然而在我国丘陵山区、 偏远的农村以及小块土地上则还无法应用大型机械， 农机化程度 不高。我国正大力实施农业机械化的环境下，为实现丘陵山区农机化，许多小型机动型农机 具发展态势迅速，且技术日趋成熟，故比较多见的小型农机具多为动力型，如图 1- 3 所示。 图 1- 3 小型收割机 1.3 小麦割晒机存在的问题小麦割晒机存在的问题 我国不断地通过研究国外收割机的的先进收割机和开发自主机器才逐步发展起来， 但由 于我国建国较晚和科技较为落后等因素， 导致我国小麦收割机的研发相比较与国外有着明显 的差距。主要表现在以下几个方面： （1）割台升降速度较慢。 （2）拨禾轮弹尺夹带谷物。 （3） 散铺器位置过低，割茬过高等等。 1.4 研究的内容和方法研究的内容和方法 1.4.1 研究的内容 （1）熟悉小麦收割机各个机构的构成； （2）完成小麦收割机动力驱动系统设计与研发； （3）完成小麦收割机传动系统、执行机构的设计； （4）完成小麦收割机整体机构的设计； （5）建立整机的三维模型。 塔里木大学毕业设计 5 1.4.2 研究的方法 （1）利用文献搜索方法进行中外文献资料的收集; （2）调查研究国内外微型收割机的设计； （3）利用机械设计理论对整机进行设计计算； （4）利用 SolidWorks 软件进行三维建模； （5）试制样机； （6）到田间进行试验和各性能的检验； （7）改进和完善样机，确定最终图纸。 1.5 预期目标预期目标 （1）对切割器刀片切割麦秆的切入方式和所受的阻力进行； （2）对机器中的各个部件，进行受力分析。进而使动力在机构的传递过程中减少损失； （3）对机器整体轮廓的优化设计。 1.6 重点研究的关键问题及解决思路重点研究的关键问题及解决思路 （1）尽可能多的搜集一些相关的资料，在充分了解的基础上，获得更多的思路去解决问 题； （2）结合自己查阅的资料，对小麦割晒机机构的相关知识进行梳理，整合出最适合于小 麦收割的机器； （3）借鉴前人设计相关机械过程中的经验，取长补短完成设计。同时积极与指导老师商 讨，确定最佳方案； （4）选择合适动力传动方式，设计循环装置和传动装置； （5）利用 Auto CAD 软件，绘制二维零件图和装配图； （6）利用有限元分析和 SolidWorks 进行虚拟样机设计，完成整机各零件的三维建模。 1.7 工作条件及解决方法工作条件及解决方法 塔里木大学位于南疆中心位置， 校内有实习工厂、 土槽实验室、 农业工程重点实验室等， 为项目开展提供了场地和条件。 校内拥有优良的硬件环境， 机械工程学院拥有先进的实验设 备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足小麦割晒机机设计的工作条件。 2 小麦割晒机总体设计小麦割晒机总体设计 2.1 收割的典型方法及收割方案的选择收割的典型方法及收割方案的选择 2.1.1 收割的几种典型方法 塔里木大学毕业设计 6 目前，常见的小麦收割方法如下： （1）分段收获法：收割机将小麦切割后在田间铺放或捆束；在田间或运至脱粒场地用脱 粒机脱粒。这种方法技术上比较成熟，机型较多、生产率底，在捆、垛、运、脱等工序中会 有损失，劳动强度较大。 （2）联合收货法：一次性完成收割、脱粒、分离茎秆、清选谷粒、装袋或随车卸粮各项 工作。这种方法机械化程度高，生产效率高，省工、省时，清选效果好，损失小，但机器的 年利用率低。 （3）分段、联合收获法：收割机、拾禾器与联合收割机配合使用，实现前期收割、中期 拾禾、晚期直接收获。机器利用率高，购机投资回收快；生产率高；机械化水平高；缓解收 获期紧张，强农时；利用谷物的后熟作用，提高小麦的质量和品质。该方法，经常被使用。 2.1.2 收割方法的选择 我国自改革开放以来， 实行包产到户的家庭联产承保责任， 将大块的土地分配给个人所 有，便形成了每家每户土地少且不集中。对于只是小块的土地，用大型的收获机不方便、成 本高。而使用最原始的方法，用人工用镰刀进行收割。但该方法劳动强度太大，生产效率很 低。故，最好采用小型的用拖拉机驱动的割晒机进行收获。 2.2 小麦割晒机机的结构小麦割晒机机的结构 小麦割晒机是通过拖拉机右侧皮带轮动力输出传动到离合分离主轴，离合随时控制割晒 机的运动和停止， 再把主轴动力传动割晒机齿轮箱中。 齿轮箱变速后把动力一部分输送到曲 柄摇杆机构上，为割刀切割小麦茎秆提供动力；另一部分动力带动皮带转动，将割刀切割后 的小麦输送至该机构的一侧。 从而实现割晒机各个工作部位完成小麦割倒、 输送、 铺放工作。 小麦割晒机是通过拖拉机为机构提供动力。减少了对劳动力的需求、提高了工作效率。非常 适合我国现阶段的土地使用状况“每家每户土地少且不集中” 。并且，小麦割晒机适用于多 种工作环境条件，山地、高原等。小麦割晒机极大的方便人们收获小麦。 塔里木大学毕业设计 7 1.齿轮箱 2.三角带轮 3.联轴器 4.轴承端盖 5.轴 6.拨禾轮 7.皮带轮 8.输送带 9.滚动轴承 10.支撑柱 11.基座 12.曲柄 13.连杆 14.与机架相连的柱 15.柱 16.割刀 17.拨禾轮 18.分禾器 19.割刀挡板 20.分禾器 21.机架 22.轴 图 2- 1 小麦割晒机 3 收割机的基本参数的确定及相关设计收割机的基本参数的确定及相关设计 确定小麦收割机各工作部件的基本依据有作业速度、喂入量、生产率、割幅等参数， 他们之间相互影响、相互关联。 3.1 作业速度作业速度 根据耕作制度、稻麦种类、田块大小、田面平整、潮湿程度和操作者劳动强度而定，其 经验值见表 3- 1。 表 3- 1 割晒机作业速度经验值 收割小麦种类 割晒机作业速度（米/秒） 稻田 割易掉粒籼稻 0.75- 1.0 割梗稻 1.0- 1.3 麦田 小麦铺放 1.2- 1.5 小麦割晒 1.2- 1.8 3.2 割幅割幅 割幅根据耕作制度、生产规模、田地大小、收获习惯、脱粒方式和可能供应的动力机而 定。而有时动力机及整机重量几乎是决定性的因素，表 3.2 为经验数据，可供设计参考。 塔里木大学毕业设计 8 表 3- 2 根据动力机功率决定割幅 动力机功率（马力） 整机重量（公斤） 割幅（米） 3- 4 200 左右 1.0 10- 12 500 左右 1.5- 1.8 20- 30 1500- 1800 2.0- 3.0 40- 50 2000 以上 4.0- 5.0 割幅大小还有保证收割机轮子不压未割的小麦和铺放的小麦杆， 割幅 B 还应满足如下关 系: B Wy=+ （3- 1） 式中:W- 为两驱动轮外侧宽; Y- 割台超出驱动轮外侧的余量。 综合考虑，先设定割幅 B =0. 5m 3.3 喂入量喂入量 根据公式： (1 1/ )/ m qBV WC=+ (3- 2) 式中: m V- 机器前进速度，m/s ; W - 作物单位面积产量，kg/亩，取 450kg/亩; B- 喂入谷粒和茎杆之比，简称谷草比，取 B =1; C=1.33 将以上数据带入式(3- 2)中可以求得:q=0.3 - 0.5 Kg/s 由式(3- 2)可以得出，当其他条件不变时，B与 m V成反比关系。对于收割一定的喂入量， 根据情况具体分析， 对比采用小割幅配以较快的前进速度， 还是采用较大割幅配以较低的速 度。从小麦收割机的受自身结构的限制出发来看:割幅越大收割机的尺寸和重量也就越大;进 而导致增加行走消耗的功率，进而引发劳动强度的增加，也就是人要提供更大的动力。 3.4 割刀速度和机器前进速度的关系割刀速度和机器前进速度的关系 小麦收割机工作时，收割机向前运动，行走轮拨动齿轮传递动力，通过传动机构将动力 传至收割机刀盘，上刀盘做快速旋转运动，下刀盘不动。上刀盘快速转动做圆周运动。上刀 塔里木大学毕业设计 9 盘的速度(圆周速度)和机器前进的速度的关系可以用进距来表示: /30/ mm HVJLVn= （3- 3） 式中: m V- 收割机行走的速度； n- 齿轮组的转速； - 齿轮组的角速度。 也可以用切割速度比/L9 表示割刀速度与机器前进速度之间的关系。 /(/30)(/30)/ jdmmm VVSHSH = （3- 4） 式中： jd V- 平均速度； m V- 前进速度； m S- 行程； m H- 进距。 综上所诉实际工作当中的上刀盘若凡过小，则割断刃口容易发生杂乱的现象，将会影响 切割质量，进而诱发茎杆折断和拉断等问题;反之，重割现象将不可避免，进而引发剧烈的 震动。据大量实验总结出经验数据:当前进速度 m V=1 m/s 并且凡为 1.6，则割断刃口杂乱或 切割质量不稳定的现象将不会发生。但是凡是随着收割机的速度变化而变化的 m V为 1 m/s 时临界切割速度比为 1.6，而我设计的人力收割机车速控制在 2.0m/s 。 3.5 小麦收割机下刀盘托的直径，拔麦盘尺寸和收缩比小麦收割机下刀盘托的直径，拔麦盘尺寸和收缩比 对全喂入小麦收割机的工作部件的研究指出，上下刀盘的分离损失率是限制小麦收割机 喂入量的关键。上下刀盘的分离损失率与茎杆层的厚度有密切关系，当其他条件不变时，随 着喂入量的增加，茎杆层变厚，损失率加大，当喂入量超过额定值时，损失率急剧增加。小 麦在茎杆层中占的体积很小，可以忽略不计，则上下刀盘上茎杆层的厚度 h 可按下式求得。 (1) / zz hq BV= （3- 5） 式中： h- 茎杆在自然状态时的厚度，m； Q- 机器作物的喂入量，kg/s ； - 谷物中谷粒的含量，以质量百分比计，=B/(1+B)( B 为谷草比)； 塔里木大学毕业设计 10 B- 逐稿器宽度，本设计中由于采用了割幅为 0.4m，小麦收割机下刀盘托的跨距 为 0.3m； N- 上下刀盘之间的宽度利用系数，取为 0.7； R- 茎杆在自然状态时的容重，由经验值得，小麦的容重约为 30kg/m； z V- 茎杆层沿逐稿器运动的平均速度，一般情况下从 0.4m/s 。 数据代入上式中，可以求得 h=0.01- 0.15m 之间。下拨麦盘的直径为 310mm，中拨麦盘 的直径为 340mm，上拨麦盘的直径为 360mm。 3.6 轴距、轮距、接地压力和最小离地间隙联合收割机的轴距轴距、轮距、接地压力和最小离地间隙联合收割机的轴距 轮式小麦收割机的轴距是由小麦生长的地域而决定的， 而且它要综合考虑小麦收割机的 机动性和稳定性， 通过对比同类机型以及总体的布局来确定其尺寸。 其中轴距的大小与转弯 半径成正比关系，轴距小可以提高整机动性，但会降低使纵向稳定性。由于设计的人力收割 机的整体尺寸不大，中心高度不太高，而且为了满足收割机运转灵活，同时还得考虑整机的 稳定性，故本设计取 80mm 。 小麦收割机轮距的大小确定也要受小麦生长的地域条件的限制，同时也要考虑到整机的 机动性和稳定性， 通过对比同类机型以及总体的布局来确定其尺寸， 总车的宽度应该大于轮 距，因此取轮距为 238 mm，轮子半径为 140mm 。 小麦收割机的整体的通过性能与收割机距离地的最小间隙有关，一般最小离地间隙应该 介于 60- 80 mm 之间。 3.7 割刀切割数据计算割刀切割数据计算 3.7.1 切割速度计算及其运动分析 偏置的曲柄连杆机构示意图如图 2- 4 所示。割刀的运动特性对切割器性能有直接影响， 往复式切割器工作时动刀片在曲柄连杆机构的驱动下做横向的往复直线运动， 且运动是间歇 的。 通过对该机构的运动分析找出割刀位移与速度之间的关系， 为确定合理的割刀速度提供 理论依据，表 3- 3 为切割试验台切割器部分参数。 表 3- 3 切割器主要参数 项目 参数 偏距 mm 102.1 曲柄半径 mm 39 连杆长度 mm 181.2 塔里木大学毕业设计 11 图 31 切割系统 建立动刀片的运动方程，动刀片的行程 S 为: 2222 ()()sACABlrelre=+ （3- 4） 简化后可得: 2 22 4 1 24 se r ls = （3- 7） 式中:L 一连杆长度，mm;r 一曲柄长度，mm;e 一偏距，mm。 在对曲柄连杆进行运动分析时，由于连杆长度远大于曲柄半径 r，动刀片的运动可以近 似看做简谐运动，以曲柄中心为原点，X 轴右方向为正，可得到动刀片位移 x、速度 v 和加 速度 a: 2 222 22 2 cos() sin() 1 cos () sin () cos() x xrt Vrt rt rrt rx art = = = = = = （3- 8） 3.7.2 切割速度与进给速度设计 在小麦收获过程中，其生产率取决于收割机的作业速度，而作业速度又与切割速度息息 相关，只有当切割速度与作业速度相适应时才能保证不漏割，否则将产生漏割。往复式切割 塔里木大学毕业设计 12 器割刀的运动是由水平横向运动和机组前进运动合成的，割刀横向运动平均速度 p V与机组 前进运动速度m 的比例关系，决定了割刀的运动轨迹。 往复式切割器割刀的速度是实时变化的，在实际运用中多采用割刀的平均速度 p V，割刀 平均速度表示的是割刀完成一个行程的平均速度，而实际的切割速度都大于割刀平均速度， 割刀平均速度是往复式切割器中用来确定曲柄转速的重要参数之一， 由此可得割刀平均速度 p V： 3015 p SnSnr V t = （3- 9） 式中：t- 割刀运动一个行程 S=2r 内所用时间，s； n- 曲柄转速，r/min,r-曲柄半径，m。 往复式切割器机组前进速度为 m V： 30 m HnH V t = (3- 10) 割刀横向运动平均速度 p V与机组前进速度 m V的比值为，的大小对切割质量影响较 大，确定 p V与之间的数量关系，即给出相应只值的大小： 30 30 p m nS V S nH VH = (3- 11) 4 切割系统的设计切割系统的设计 4.1 收割机的收割机的上、上、下刀设计下刀设计 切断茎秆要求个到必须克服其横切面内的切割阻力，但是由于水稻、小麦等作物的茎秆 刚度小，在受到极小的外力作用下就会发生弯斜，从而导致切割较困难。因此，为了能够顺 利切割茎秆，就必须采取一定的措施和方法。比如说增加割刀的速度、给予被切割的茎秆适 当的支撑或是提高切割效率等。 塔里木大学毕业设计 13 图 4- 1 单支撑切割 图 4- 2 双支撑切割 图 4- 3 无支撑切割 支撑茎秆的切割器分为有支撑和无支撑两类。 有支撑切割:单支撑和双支撑(图 4- 1 和图 4- 2 )。实验结果表明:在切割时取两点支撑切割 可使茎秆不弯曲从而达到切割较省力的效果。 无支撑切割:它是动刀片直接切割茎秆，其过程如图 4- 3 所示。无支撑的茎秆在较低速 度被切割时，会很容易被推倒或折断，从而失去了切割效果。其原因是茎秆无支撑，只能依 靠其自身的弯曲P、是很难与动刀的切割力相平衡的。这就导致动刀必须以一定的切割速 度才能使原来静止的茎秆在瞬间获得来自其传递的速度， 随即茎秆产生较大的加速度及与其 反方向的惯性力，当 w PPP=+时，茎秆就可以被切割。所以，在使用无支撑切割时就必需 要有较大的切割速度才能实现切割，而且还能提高切割效率。但是，却增加了功率的消耗、 增加了整机的振动和徒添一些不必要的空割。由试验观察表明:有支撑的切割器其割刀速度 在 0.3m/s 与 0.6m/s 之间小麦的秆茎有被挤压撕破的现象，可知阻力逐渐减少;当速度超过 0.6m/s 时，则上述现象会消失，同时阻力也在缓慢减少，因此我们在设计时一般割刀的速 度应该大于 0.6m/s 。因此我们可以得出速度越大其惯性力也就越大，因而导致茎秆的抗弯 能力也就越大，这样会完成顺利的切割。 4.2 切割器的确定切割器的确定 本设计的切割器是通过两个刀片(动、定)之间的剪切将作物茎进行切割的。我们知道， 两个刀片加持着茎秆，在其接触点 A、 B 两处存在着正压力 N1、N2 和摩擦 F1。若 R1 为 N1 与 F1 的合力，而 R2 另两个的合力，我们进而就可以得到茎秆被加持时两刀片应满足的 条件:R1 与 R2 必须在同一条直线上。 塔里木大学毕业设计 14 图 4- 14 加持茎秆的受力分析 图中的三角形 OAB 的我们可以得知: 12 += （4- 4） 从四边形 OACB 中我们可以得出: OABOBC+= （4- 5） 由此，我们可以得出： 12 + （4- 6） 我们可以得出当 12 + 时，茎秆被加持住。 此式即为收割机前进速度与刀盘转速应满足的关系。 由此也可以得出从切割器切割时所 需的尺寸。 5 其他结构的确定其他结构的确定 5.1 轴、轴承轴、轴承的设计计的设计计算算 5.1.1 轴的设计计算 确定轴的最小直径，初步估算轴的最小直径，选择轴的材料为 45 号钢，调质处理。取 A0=112，于是得 min D= 3 1/ 1Ao Pn （5- 1） =112 3 1.35/250 =19.6mm 轴的设计的结构与尺寸关系如下图： 塔里木大学毕业设计 15 图 5- 1 轴的校核 T=9.55 6 10n P （5- 2） P=1.5Kw n=500/2 r=250r/min T=9.55 6 10 1.5/250=51570N （5- 3） 1=26.5 1m d=130mm =20 o 圆周力： 1 1 1 2 794 t m T FN d = （5- 4） 径向力： 111 tancos794tan20cos26.5258.6 rt FFN = （5- 5） 轴向力： 11 tansin794tan20sin26.5144 t F = N （5- 6） 合力： 1 794 794.5 cos20 cos t n F FN = （5- 7） 水平方向： 塔里木大学毕业设计 16 3648 tBH FF= （5- 8） 36794 36 595.5 4848 t BH F FN = 3628584 AHt MFN m=m 垂直方向： 3648 rBV FF= （5- 9） 36 194 48 r BV F FN = 弯矩： 369309.6 AVr MFN m=m 合成弯矩： 22 AVAHA MMM+= （5- 10） = 22 4811615285.8+ =30061.8Nmm 当量弯矩： ()2 2 TMM AA += （5- 11） = () 2 2 30061.80.3 51570 33809N mm + = 初步认为 A 截面有较大应力集中，确定其为危险截面，进行安全系数校核 前面通过计算得 A 截面合成弯矩：30061.8 A MN mm= 抗弯截面系数： 33 1.0 32 ddW= （5- 12） 3 3 0.1 35 4287.5mm = = 33 0.2 16 T Wdd = 塔里木大学毕业设计 17 3 3 0.2 35 8575mm = = 弯曲应力： 33809 7.8 4287.5 A a M MPa W = 扭转切应力 ： 51570 6 8575 T T TMPa W = （5- 13） 切应力副和平均切应力： 6 3 22 am T TTMPa= （5- 14） 求综合影响系数： () 1 KK A = () t t A t KK 1 = （5- 15） 过盈配合时轴的有效应力集中系数： MPa B 640= 配合为: 6 7 R H 88 . 1 6 . 2 = = k k 材料为碳钢毛胚直径: 81 . 0 88 . 0 = = MPa B 640= mRa2 . 3= 表面状态系数： 94 . 0 = 塔里木大学毕业设计 18 ()14 . 3 88 . 0 94 . 0 6 . 2 = = k k A ()46 . 2 81 . 0 94 . 0 88 . 1 = = k k A 求安全系数设按无限寿命(Kn=1)计算： ma K S + = 1 （5- 16） 34 . 5 02 . 0 4 . 16 4 . 31 275 = + = ma K S + = 1 （5- 17） 6 . 4 2 . 91 . 0 3 . 1346 . 2 155 = + = 复合安全系数由式： 509 . 3 6 . 434 . 5 6 . 434 . 5 2222 = + = SS SS S （5- 18） 所以，轴的强度安全。 5.2.1 轴承的选用 已知：设计的齿轮轴向载荷为 0，径向载荷是 1591.2N 轴承转速 n=250r/min 装轴承处 的直径为 30-40 毫米范围之间选择，运动平稳。由工作条件和环境可知：选用深沟球轴承 选择轴承的型号 （1）求比值 a r F F =0/1758.75=0 （5- 19） 根据表 13-5，深沟球轴承的最大 e 值为 0.44 故此时 a r F F e。 （2）初步计算当量载荷 P，根据式（13-8a） P=() Pra fXFYF+ （5- 20） 塔里木大学毕业设计 19 按照表 13- 6， P f=1.0- 1.2,取 P f=1.2。 按照表 13- 5，X=1，Y=0，则 P=1.21655.75=1986.9N （3）求轴承应有的基本额定动载荷值 （4）按照设计手册选用 C=1021.2N 的轴承 6007 此轴承的基本额定动载荷 C=26000N 轴承的验算。 （5）求相对轴向载荷 e 值与 Y 值，对深沟球轴承取 f=14.7,则相应轴向载荷为零。 （6）用线性插值法求 Y 值 Y=0。 （7）求当量动载荷 P P=1.21571.75=2110.5N （5- 21） 所以选用的轴承合适 5.2小麦割晒机输送系统的设计小麦割晒机输送系统的设计 输送系统是油菜割晒机的重要装置， 其输送通畅性能直接决定作业效率和收获损失。 本 设计的输送系统由立辊总成、伸缩拨指滚筒总成和输送带总成构成如图 5- 1，采用输送比较 可靠、 损失较低的立式输送形式。 工作时被切断的小麦茎秆跳上割台之后在拨指的作用力下 被推向输送带， 割台两端的小麦茎秆则再经由做相向运动立辊的辊齿作用力下被横向推至伸 缩拨指滚筒中间位置， 再被推向输送带， 到达输送带上的油菜茎秆由输送带输送至割晒机右 侧，再经铺放置田间。整个输送系统在三个部分的匹配协同作用下完成小麦茎秆流的输送。 图 5- 2 传动系统 5.3 总体结构尺寸总体结构尺寸 小麦收割机的总长、总高、总宽由最后的总装配图确定。小麦收割机的机动性灵活性以 及稳定性限制其尺寸。本设计中取总长为 550mm，高 300mm，宽 160mm 。 塔里木大学毕业设计 20 5.4 外形结构尺寸确定和中心估算外形结构尺寸确定和中心估算 外形尺寸的长、宽、高主要取决于割麦盘、行走机构、作业者以及离地间隙、行走轮大 小、中心轴距、行走轮间距等尺寸，本设计的小麦收割机的总体尺寸以确定。 塔里木大