专业方向课程设计-玉米秸秆回收装置的研制.doc

北华大学专业方向课程设计说明书 专业方向课程设计说明书题目名称： 玉米秸秆回收装置的研制 学 院： 机械工程学院 专业年级： 机械设计制造及其自动化XX级 姓 名： XXX 班级学号： 机设XX-1-04 指导教师： XXX 二一五 年 十二 月 十一 日摘 要玉米作为作为我国第二大农作物， 与之相对应的我国玉米秸秆收割机发展十分迟滞。本文的出发点正鉴于此，以现有的玉米秸秆收割机为什么不能适应中国的玉米种植农艺为出发点，选取最具代表性的前悬挂式玉米秸秆收割机进行改进创新设计，使改进后的机型能够让农机与农艺得到最大限度的结合。本文对玉米收割机进行了整体的机构理论研究。 分析国内外的各种型号的玉米秸秆收割机的使用与现状，找到适应我国情况的相应机型，并对其中的关键部位进行了设计计算，主要包括锥齿轮、摘穗辊和动力输入的传动轴的设计，保证了机构运行的可靠性。关键词：玉米收割机，锥齿轮，摘穗辊AbstractAs Chinas second-largest corn crop,and the corresponding development ofChinas corn harvest machinery is hysteresis. In this paper, the starting point is to theexisting maize harvest machine, why cant adapt to Chinas corn agronomic as astarting point, to select the most representative before hanging corn harvest machinedesign improvement, improved model can make farm machinery and agricultural getmaximum.First is the overall pick ear of corn, the structure design of the key parts of designcalculation, such as bevel gear, harvest roll and the design of the input shaft,guarantee the reliability of the operation. Key words: Corn harvester, Bevel gear, harvest roll目录摘 要IAbstractII一 课题研究的目的意义及国内外研究概况11.1课题来源11.2课程设计目的1二 课程设计题目2三 国内相关研究发展现状3四 原理方案设计54.1设计原理54.2玉米秸秆回收装置的组成54.3切割刀单元64,4传送单元64.5打捆单元7五 传动零件设计计算85.1数据调研与发动机参数85.2 传动计算95.3结构尺寸计算95.4 锥齿轮数据计算95.4.1 主轴锥齿轮与轴 4 端锥齿轮95.4.2锥齿轮 1，锥齿轮 2，锥齿轮 3105.5 主轴及轴 1，轴 2，轴 3，轴 4 的设计115.5.1主轴的尺寸设计115.5.2轴 1 的尺寸设计125.5.3 轴 2 的尺寸设计125.5.4 轴 3 的尺寸设计135.5.5 轴 4 的尺寸设计145.6皮带轮的尺寸设计15六 结论17参考文献19致 谢 信21II一 课题研究的目的意义及国内外研究概况1.1课题来源 2014年创新创业计划训练项目1.2课程设计目的本课程设计是使现代机械设计方向的学生全面、系统地掌握和深化机械设计类课程的基本知识、基本理论与基本方法的专业性、综合性实践教学环节。其作用和目标是：1、通过工程设计过程各主要环节的训练，使学生树立正确的设计思想，了解现代机械设计技术及其在实际工程中的应用，掌握一般机械设计的基本方法和技能，培养观察、提问、分析和解决问题的独立设计工作能力，训练设计构思和创新能力。2、培养学生综合运用机械设计类课程及其他有关先修课程的知识、理论与方法分析和解决机械设计问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展所学到的理论知识，并使理论知识与生产实践紧密结合。3、培养学生的计算机辅助设计能力、现代设计理论与方法的运用能力和标准、规范、手册、图册及网络信息等有关技术资料的查阅与运用能力，为今后成为高级机械设计工程技术人员进行基本技能和基本素质训练。二 课程设计题目玉米秸秆回收装置的研制已知条件：市场需要一批玉米秸秆回收装置的研制，你所在的工厂（一般机械制造厂）决定开发该产品，并按中等批量制造后投放市场。表4.1玉米秸秆回收装置的研制工作参数表功率（kw）2.1捆材直径d（m）0.7捆材长度L（m）3工作效率40捆/时三 国内相关研究发展现状我国是农业大国，玉米是主要粮食之一，玉米在我国31个省、市、自治区里都有种植，种植面积广泛。近十年来我国的玉米种植面积持续增长。例如，1999年全国农作物秸秆总量约 6.4 亿吨，其中玉米秸 1.7 亿吨，占世界秸秆总量的 30%左右。2010年我国粮食种植面积为10987万公顷,比2009年增长了89万公顷,其中玉米种植面积约为3000万公顷。约占全国粮食播种面积的27.3%,产出的玉米秸秆约为2.5亿吨。据统计，农作物秸秆中有 40的农民用作生活燃料和养畜饲料，剩下 60丢弃或就地焚烧，造成很大的浪费。虽然近年来产生了很多利用方法，但目前主要还是秸秆燃烧、秸秆还田和秸秆青贮等几种较为成熟的方法。随着我国畜牧业和工业的大力发展,玉米秸秆作为饲料和工业生产的原料对其需求越来越多,玉米秸秆的保留回收问题越来越受到人们的重视。20世纪初世界上第一台玉米联合收获机被研制出来,随后在一些发达国家开始生产与使用，玉米收获机的研制成功与使用,引起了一些世界经济发达国家的关注,从此掀起了一场玉米收获机械研究热潮。在几代农机人的共同努力下,经过几十年的发展,国外玉米收获机械化的研究与生产技术己经成熟,目前一些西方经济发达国家如美国、英国、德国、俄罗斯、乌克兰等国,已经基本实现了玉米生产全程机械化作业,大大节省了劳动时间和工作强度,为农业的机械化和现代化做出了巨大的贡献。如图3-1所示国内外市场现有的玉米收获机。图3-1 国内外现有的玉米收获机然而我国的农业机械化进程还是十分缓慢，20世纪50年代,我国才开始引进和仿制国外玉米收获机,对玉米收获机械的研究起步比较晚,发展也比较缓慢,经历了从引进试用、仿制改进、消化吸收再创新再到自主设计以及示范推广等阶段。目前,我国的玉米的收货方式主要有人工收获和大型机械收获。如图3-2所示: 图 3-2 现有玉米秸秆的收获方式四 原理方案设计4.1设计原理基于目前玉米秸秆回收存在的问题，本项目提出了一种简便、高效、经济、环保的玉米秸秆收集、处理方法。其工艺流程如图4-1所示，主要由秸秆的收割、传送、打捆、等几个工艺组成。图4-2所示为玉米秸秆整杆打捆后的形状：传送聚拢打捆抛送收割 图 4-1 玉米秸秆收获装置的功能流程图 4-2 玉米秸秆打捆后的预想形式4.2玉米秸秆回收装置的组成 玉米秸秆收获装置有收割单元，传送单元、打捆单元组成如图4-3所示。 切割单元玉米秸秆回收装置 传送单元打捆单元 图 4-3 玉米秸秆回收装置的组成同类.产品的调研4.3切割刀单元切割单元是玉米秸秆收获装置的主要工作部件，其工作性能直接影响到整机的性能和切割质量。前方的切割装置由齿轮传动系统为切割刀提供动力，旋转滚刀部分示意图，如图4-4所示；主要由左轴头、切割滚筒体、滚刀刀片、固定螺栓及右轴头等组成；随着玉米收获机的前进,滚刀刀片在切割滚筒体的高速旋转的带动下,将摘穗后保留在地面上的玉米植株切割成段并向后抛送到玉米茎秆输送器。211 43 1.锥齿轮1 2.锥齿轮2 3.皮带轮 4.切割刀片图4-4切割刀示意图4,4传送单元传送单元通过皮带传动将切断的玉米植株聚拢在一起传送到打捆单元如图4-5所示。 1. 皮带轮1 2.传动齿轮1 3.皮带轮2 4.传动齿轮2 5.皮带轮36.传动带 7.螺钉 8.皮带轮4 9.拨动轮图4-5 传送单元方案图4.5打捆单元打捆单元的安放位置在机器中很重要，它要考虑到空间分布的合理性和机器位置的安全性。玉米秸秆通过传送单元将秸秆送到打捆单元，打捆单元首先挤压，然后打捆后每行走约十米抛出打好的玉米秸秆捆。如图4-6为打捆单元示意图： 图4-6打捆单元模型五 传动零件设计计算5.1数据调研与发动机参数表5-1玉米植株数据名称理论数据（mm）设计参考数据（mm）玉米株高1000-20001500玉米茎粗30-5040结穗高度3/5玉米株高900玉米穗直径60-7070表5-2拖拉机及发动机参数机型东方红-X1304型式4X4轴距（mm）2688.5前轮轮距（可调）（mm）1822-2153最小离地间隙（mm）495速度范围 前进（km/h）2.34-30.55发动机型号LR6108ZT52形式六缸 立式 水冷四冲程直喷冲压柴油机标定功率（kw）95.6额定转速（r/min）2400动力输出轴转速（r/min）520-1000动力输出轴最大功率（kw）81.75.2 传动计算 经实地考察与数据参数的分析，辊子转速一般大于 40r/min 并且小于 45r/min 达到最好的收割效率,因此取 42 r/min。收割台链轮转速大致与棍子转速相同取 42 r/min。因此轴1,2,3,4 的转速为分别 42 r/min。切割刀的转速为 200 r/min，取 210 r/min，所以各轴锥齿轮 1 与锥齿轮 2 之间的传动比为 1:1，轴 1 与轴 4的锥齿轮 1 与锥齿轮 3 的传动比为 1:5。 发动机的动力轴输出转速为 520 r/min，确定发动机与主轴用皮带轮完成动力传递，传动比为 4:1，因此主轴转速为 130r/min，则主轴锥齿轮与轴 1 和轴 4 的传动比为 3:1。5.3结构尺寸计算根据拖拉机尺寸参数及玉米株参数，确定收割台得宽度为 1300mm,辊子直径 200mm,辊子之间的距离为 30mm，沿收割台左侧均匀分布，左侧辊子与左侧边缘留有 30mm 距离。根据玉米植株数据参数统计，摘穗台链条间距离应大于 30mm 小于 60mm，取 55mm。由此可以确定各轴中心线的距离是 430mm， 。收割台上的链轮直径为155mm，这样才可以符合原理尺寸要求。由此可以得知，轴 4 上传动带轮的直径应小于 230mm。5.4 锥齿轮数据计算5.4.1 主轴锥齿轮与轴 4 端锥齿轮表5-3锥齿轮尺寸名称主轴锥齿轮轴4锥齿轮大端分度圆直径（mm）150150齿数2060大端模数0.750.25分锥角（度）1881外锥距（mm）500500齿宽（mm）7070齿宽系数0.30.3齿顶高（mm）108.24齿顶圆直径（mm）1601525.4.2锥齿轮 1，锥齿轮 2，锥齿轮 31. 轴 4 或轴 1 2.锥齿轮 1 3.锥齿轮 2 4.锥齿轮 3图 5-1锥齿轮 表5-4锥齿轮尺寸名称锥齿轮1锥齿轮2锥齿轮3大端分度圆直径（mm）15015080齿数505010大端模数0.350.351.5分锥角（度）454545外锥距（mm）12512563齿宽（mm）373737齿宽系数0.30.30.3齿顶高（mm）10109齿顶圆直径（mm）177.5177.5905.5 主轴及轴 1，轴 2，轴 3，轴 4 的设计5.5.1主轴的尺寸设计如图 3-2 所示轴承的尺寸选择与额定载荷图 5-2 主轴设计尺寸图表5-5轴承选择轴承基本尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承代号1dDTBCCrCdr30000型275160403731252318303153110205653464306653222241001906868524987703322157516040373125231830315主轴键槽左右对称，键槽及轴槽和榖槽的尺寸如下表5-6键的尺寸键轴径/mm键的公称尺寸/mm键槽尺寸/mmbhL轴操深t毂槽深r1/4752214109/1109.05.42/31002816109.510.06.45.5.2轴 1 的尺寸设计图 5-3 轴 1 设计尺寸图轴承的尺寸选择与额定载荷表5-7轴承尺寸轴承基本尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承代号dDTBCCrCdr30000584.8110331082508526262089.2125331103751604037312523183031547516058554534848232315键槽及轴槽和毂槽的尺寸如下表5-8键的尺寸键轴径/mm键的公称尺寸/mm键槽尺寸/mmbhL轴操深t毂槽深r140128505.03.32501610506.04.33902514749.05.447522142359.05.45.5.3 轴 2 的尺寸设计如图 3-4图 5-4 轴 2 设计尺寸图轴承的尺寸选择与额定载荷表 5-9 轴承尺寸轴承基本尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承代号dDTBCCrCdr30000584.811033108275160403731252318303153751604037312523183031547516058554534848232315键槽及轴槽和榖槽的尺寸如下表5-10键的尺寸键轴径/mm键的公称尺寸/mm键槽尺寸/mmbhL轴操深t毂槽深r1752214509.05.42902514749.05.43902514749.05.45.5.4 轴 3 的尺寸设计如图 5-5图 5-5轴 3 设计尺寸图轴承的尺寸选择与额定载荷表5-11轴承尺寸轴承基本尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承代号dDTBCCrCdr30000584.8110331082508526262089.2125331103751604037312523183031547516058554534848232315键槽及轴槽和榖槽的尺寸如下表5-12键的尺寸键轴径/mm键的公称尺寸/mm键槽尺寸/mmbhL轴操深t毂槽深r1501610506.04.32902514749.05.437522142359.05.45.5.5 轴 4 的尺寸设计如图 5-6图 5-6 轴 4 尺寸设计图轴承的尺寸选择与额定载荷表 5-13 轴承尺寸轴承基本尺寸/mm基本额定载荷/KN轴承代号dDTBCCrCdr30000584.811033108275160403731252318303153751605555423305003321847516058554534848232315键槽及轴槽和榖槽的尺寸如下表5-14键的尺寸键轴径/mm键的公称尺寸/mm键槽尺寸/mmbhL轴操深t毂槽深r140128525.03.32752214529.05.43902514749.05.44902514749.05.457522142359.05.45.6皮带轮的尺寸设计如图 5-7图 5-7皮带轮选择普通 v 带 C 型带传动，带的数据参数表 3-11 v 带数据参数/mm型号节宽顶宽高度楔角（度）最大/最小露出高度普通V带C型192214440+1.5-2.0配合 v 带尺寸，皮带轮槽型选用 C-SPC 型皮带轮槽型。以下为皮带轮数据参数。表 3-12 C-SPC 型皮带轮槽型数据项目C-SPC型皮带轮槽型（mm）基准宽度19.0基准线上槽深4.8基准线下槽深19.0槽间距25.5第一槽对称面至端面最小距离16槽间距计极限偏差1.0带轮宽107轮槽角34度极限偏差0.5度六 结论2015 年 11 月，我开始了我的课程设计工作，经过长时间的数据调研、设计计算与 Auto CAD 二维图形的绘制，到现在设计基本完成。课程设计是一个长期的过程，需要不断的进行精心的修改，不断地去研究各方面的资料数据，为我所用，认真总结。历经了这么久的努力，终于完成了课程设计说明书。在这次课程设计的过程中，我拥有了无数难忘的经历和收获。当任务书定下来之后， 我便立刻在学校的图书馆着手工具图书资料的收集工作中，当时面对众多学校图书馆资料和网络资料库的文章真是有些不知所措，不知如何下手。经过仔细筛选，终于了解了应该怎么样利用学校的丰富的资源找到自己需要的玉米秸该方面的资源，找了大概 5 篇左右相关的论文，10 本左右的关于农业机械的杂志报纸和图书还有若干的机械设计方面的工具丛书， 经过认真的浏览，总结笔记，为自己的设计思路打好基础。浏览这些资料主要是为了了解玉米秸秆回收装置的工作原理并且自己总结出属于自己的一套设计方案，避免有重复，争取从一个全新的角度去进行玉米秸秆回收装置的设计。在搜集资料后，我在电脑中都进行分类的整理，然后针对自己不同部分的设计内容进行归纳和总结，然后逐渐摸清玉米秸秆回收装置整套系统的工作原理，并运用所学的内容进行自己的方案构思11 月中旬，我的方案基本已经设计出来，并且的到老师的认可。虽然我的方案与资料中的玉米秸秆回收装置有一些相同的地方，而且我的设计思路并不是非常严谨，但是其中的大部分机械构造都是我通过研究总结自己设计出来的。12月初，方案的构造原理设计已基本完毕了，我开始着手机械构造的尺寸及数据计算。因为玉米秸秆回收装置是有很多非常复杂的机械机构，而且每个机构之间都需要非常完美的配合才能使玉米秸秆回收装置的所有部分正常运转，所以结构的设计是一个非常辛苦的工作，每一个环节都需与别的机构环节结合在一起考虑计算。由于对设计方面工作的经验不足，在设计过程中我还出现了一些失误，比如说在整个设计完成时发现我的玉米秸秆回收装置的收割台宽度远远宽于拖拉机前端的安装宽度，所以我不得不放弃前面的计算，重新进行设计计算数据尺寸，最终终于完成了玉米秸秆回收装置尺寸参数计算。根据各个零件的尺寸数据参数，我开始使用 Auto CAD 绘制零件图和装配图，Auto CAD 软件是一款非常简单而且方便的绘图工具，他对我的绘图工作帮助非常大，所以我的进度也很快。但是因为我对机械绘图的相关知识掌握的不牢，在老师检查我的图是发现很多问题，后来都被我一一改正过来。绘图工作完成后，我进入了说明书撰写的阶段，因为前期收集资料和设计计算的准备工作时的资料都保存在电脑里，所以说明书的撰写并没有花费很长时间就完成了。课程设计是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得课程设计是一个很困难的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完了毕业论文的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。在这次课程设计过程中，我还获得了非常多的专业知识，这些知识都是今后的工作中的一笔宝贵的财富。这次设计是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次课程设计中同学之间互相帮助， 共同商量相关专业问题,这种交流对于即将面临毕业的我们来说是一次很有意义的经历,大学四年都一起走过了,在最后我们可以聚在一起讨论学习,研究专业问题,进而更好的了解我们每个人的兴趣之所在,明确我们的人生理想,进而在今后的生活和工作中更好的发挥自己的优势,学好自己的专业,成为一个对于社会有用的人.在此更要感谢我的指导老师，是您的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成课程设计。 老师对于学生总是默默的付出,尽管很多时候我们自己并没有特别重视课程设计,没有按时完成老师的任务,但是老师还是能够主动的和我们联系,告诉我们应该怎么样修改方案， 怎么样进行设计,怎么样按要求完成设计相关的工作。老师的检查总是很仔细的，可以认真的看论文的每一个细小的格式要求，认真的读每一个同学的论文，然后提出最中肯的意见，这是很难得的。在这我要向老师致以最真诚的感谢。参考文献1 赫俊林,佟金.我国玉米收获机的现状及其发展J.农机化研 究.2006.(2):29-31,362 郝用兴，杨杰，华林等.背负式纵卧辊玉米收获机整体配置优化研究J.农机画研究.2005.(4):84-863 北京农业工程大学.农业机械学(上册,下册)M.北京.农业出版社.19994 中国农业机械化科学研究所.农业机械设计手册(上册下,册)M.北京.机械工业出版社.19985 Benson.E.R.Development of automated combine guidance sysmm.2000 ASAE Annual Intenational Meeting.2000,P941-9516 李其昀,周治洁.玉米收获机摘穗辊结构特性研究J现代化农业,2000,(12):12-267 陈玉清,李广德,玉米组合式摘穗辊装置研究及应用J,中国科学人.2000(5):32-33.8 范国昌,王惠新,籍俊杰等.影响玉米摘穗规程中籽粒破损和籽粒损失率的因素分析J.农业工程报.2002(4):72-749 张园.玉米收获机械化实验浅析J.农业装备技术,2003,(3):14-15.