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小型烟秆切割机的设计【8张图纸】【优秀】【带三维】【机械毕业设计】

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a0059 小型 切割机 设计
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目      录

摘要I

AbstractII

1 引言1

1.1  烟秆切割机构的研究目的和意义1

1.2  目前国内外切割机械的研究现状1

1.2.1  国外切割机械的研究现状1

1.2.2  国内切割机构的研究现状1

1.3  烟草在我国种植的特点2

1.3.1  我国烟草的种植分布2

1.3.2  烟草收割的技术难度2

1.4本文研究的主要内容2

2 切割机构的选择4

2.1  往复式切割器4

2.2  螺旋切割器5

2.3  双圆盘旋转式切割器5

2.4  单圆盘旋转式切割器6

3 烟秆切割机介绍7

3.1  总体结构7

3.2  主要工作原理7

4 设计主参数确定9

4.1  主机动力9

4.2  切割转速确定9

4.3  变速箱传动比的确定11

5 主要机构设计12

5.1  切割机构的设计12

5.2  传动机构的设计12

5.3  强度校核13

5.3.1  转动轴的强度校核13

5.3.2  皮带的强度校核14

6 总结17

致谢18

参考文献19



摘要

本课题设计的是小型烟秆切割机。我国一直是一个农业大国,如今农民的数量依然占了我国人口的五分之三以上。然而,我国的农业规模却相当落后。就如烟秆的收割方式而言,在国外已经可以全程机械化收割的情况下,我国大部分烟秆收割依然采用手工收割方式,效率地下而浪费劳动力。在如今这个快节奏、生产力高度发达的社会中,机械化农业替代手工农业是必然的趋势。本课题就是在这种背景下产生的。

我国的烟秆种植与地形方面与国外有很大的不同,我国的烟秆种植地有大有小,并不规范,这使得国外的高精度高效率的收割设备并不适合我国的国情。我的设计是基于简单实用,经济高效的目标要求下进行的。力图使用最简单有效的结构发挥出适合大部分个体烟草种植农业户使用的机械切割设备。

本文根据设计研究的主要方向及技术要求,介绍了不同烟秆切割结构对切割效果的主要分别和结构的工作原理,利用已有的发动机设备和尺寸参数及切割机用途对切割机结构进行Pro/e三维建模,并对构建完成的切割机进行性能、强度进行综合的分析,证明本次设计的切割结构是合理的。

关键词:烟草;烟秆;切割机构;Pro/e


Abstract

   This topic design a small smoke stem cutting machine. Our country has been an agricultural country, and now the number of farmers still accounts for more than three 5 of the population in our country. However, our country agricultural scale is quite backward. For smoke sticks way of harvest, in foreign countries have been able to fully mechanized harvesting, under the condition of our country most of the tobacco stalk still use manual harvest, harvest efficiency underground and the waste of labor. In today's fast-paced, highly developed social productivity, agricultural mechanization replace manual agriculture is the inevitable trend. This topic is in this context.

   The smoke stem planting and terrain and abroad are very different, our country's tobacco stalk gardens have greatly small, is not standard, which makes foreign high accuracy high efficient harvesting equipment is not suitable for national conditions of our country. My design is based on a simple and practical, economic and efficient of the goals and objectives. Tries to use the most simple and effective structure play is suitable for most individuals to tobacco growing agricultural households use mechanical cutting equipment.

   In this paper, according to the main direction of the research design and technical requirements, this paper introduces the different tobacco stem cutting cutting effect of the main structure and structure respectively the working principle of the use of existing equipment and engine size parameters and cutting machine use Pro/e 3 d modeling was carried out on the cutter structure, and to construct a complete comprehensive analysis of the cutting machine performance, strength, prove that the design of the cutting structure is reasonable.

Key words: tobacco; Smoke stem; Cutting mechanism; Pro/e


内容简介:
设计题目:小型烟秆切割机的设计学院:金山学院专业年级:机械设计制造及其自动化 2011 级学号:116712151学生姓名:王鹏鹏指导教师、职称:郑文鑫助教2015 年5 月18日I目录目录摘要. IAbstract. II1 引言.11.1烟秆切割机构的研究目的和意义.11.2目前国内外切割机械的研究现状.11.2.1国外切割机械的研究现状.11.2.2国内切割机构的研究现状.11.3烟草在我国种植的特点.21.3.1我国烟草的种植分布.21.3.2烟草收割的技术难度.21.4 本文研究的主要内容.22 切割机构的选择.42.1往复式切割器.42.2螺旋切割器.52.3双圆盘旋转式切割器.52.4单圆盘旋转式切割器.63 烟秆切割机介绍.73.1总体结构.73.2主要工作原理.74 设计主参数确定.94.1主机动力.94.2切割转速确定.94.3变速箱传动比的确定.115 主要机构设计.125.1切割机构的设计.125.2传动机构的设计.125.3强度校核.135.3.1转动轴的强度校核.135.3.2皮带的强度校核.146 总结.17致谢.18参考文献.19福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书I摘要摘要本课题设计的是小型烟秆切割机。我国一直是一个农业大国,如今农民的数量依然占了我国人口的五分之三以上。然而,我国的农业规模却相当落后。就如烟秆的收割方式而言,在国外已经可以全程机械化收割的情况下,我国大部分烟秆收割依然采用手工收割方式,效率地下而浪费劳动力。在如今这个快节奏、生产力高度发达的社会中,机械化农业替代手工农业是必然的趋势。本课题就是在这种背景下产生的。我国的烟秆种植与地形方面与国外有很大的不同,我国的烟秆种植地有大有小,并不规范,这使得国外的高精度高效率的收割设备并不适合我国的国情。我的设计是基于简单实用,经济高效的目标要求下进行的。力图使用最简单有效的结构发挥出适合大部分个体烟草种植农业户使用的机械切割设备。本文根据设计研究的主要方向及技术要求,介绍了不同烟秆切割结构对切割效果的主要分别和结构的工作原理,利用已有的发动机设备和尺寸参数及切割机用途对切割机结构进行 Pro/e 三维建模,并对构建完成的切割机进行性能、强度进行综合的分析,证明本次设计的切割结构是合理的。关键词关键词:烟草;烟秆;切割机构;Pro/e福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书IIAbstractThis topic design a small smoke stem cutting machine. Our country has been anagricultural country, and now the number of farmers still accounts for more than three 5 of thepopulation in our country. However, our country agricultural scale is quite backward. Forsmoke sticks way of harvest, in foreign countries have been able to fully mechanizedharvesting, under the condition of our country most of the tobacco stalk still use manualharvest, harvest efficiency underground and the waste of labor. In todays fast-paced, highlydeveloped social productivity, agricultural mechanization replace manual agriculture is theinevitable trend. This topic is in this context.The smoke stem planting and terrain and abroad are very different, our countrys tobaccostalk gardens have greatly small, is not standard, which makes foreign high accuracy highefficient harvesting equipment is not suitable for national conditions of our country. Mydesign is based on a simple and practical, economic and efficient of the goals and objectives.Tries to use the most simple and effective structure play is suitable for most individuals totobacco growing agricultural households use mechanical cutting equipment.In this paper, according to the main direction of the research design and technicalrequirements, this paper introduces the different tobacco stem cutting cutting effect of themain structure and structure respectively the working principle of the use of existingequipment and engine size parameters and cutting machine use Pro/e 3 d modeling wascarried out on the cutter structure, and to construct a complete comprehensive analysis of thecutting machine performance, strength, prove that the design of the cutting structure isreasonable.Key words: tobacco; Smoke stem; Cutting mechanism; Pro/e福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书11 引言引言1.1烟秆切割机构的研究目的和意义烟秆切割机构的研究目的和意义烟草,拉丁语学名:Nicotianatabacum,烟草是我国重要的经济作物之一。烟草属茄科一年生草本植物,原产地为南美洲。我国引种烟草比较早,种植面积也比较大,产量很高。我国的烟叶生产排在世界第一,烟草行业在国民经济中具有重要地位,行业市场超过万亿规模。从最近几年国内的烟草种植情况来看,我国烟草的种植面积和产量呈现基本平稳的生产态势,年际间的数据略有波动。在“十一五”期间,我国烟叶的年均产量超过 275 万吨4,即意味着相应余留下来的烟秆也将达到 275 万吨。2010年,中国烟草莳植面积为 2018 万亩4,在烟叶收成今后,残留下大量的烟秆未能充分的获得资源回收利用,同时为了避免因烟秆腐败致使的病虫害滋长,在收成烟叶后必须实时铲除残留在田间的烟秆。拔取后的烟秆中,烟秆上部分可以进行多种资源化利用。国内外烟秆可利用的资源化方式:1、利用烟秆制造纤维板1;2、利用烟秆制造刨花板;3、利用烟秆制取活性炭;4、利用烟秆制取果胶;5、利用烟秆制取烟碱、烟酸、硫酸钾、纸浆等,其制造工艺都需要预先进行切割处理;6、烟秆还田。在整个烟秆的收割过程中,最好预先进行切割处理,因为经过切割处理后的烟秆,在田地中腐烂加速,腐烂成肥后,在田地中分布更均匀。传统烟草拔秆机是将烟秆整根拔起,但易导致烟秆打碎残留,根土分离不够理想,故现在提出两段式的收获工艺,即采用先切割烟秆,再挖掘烟根。为了实现这种新工艺,需要设计出一种小型烟秆切割机来先切割烟秆。1.2目前国内外切割机械的研究现状目前国内外切割机械的研究现状1.2.1国外切割机械的研究现状国外切割机械的研究现状在国外,大部分小麦、玉米等作物稻秆的处理办法是用于还田,因此国外的稻秆切割机构研究与应用在起步线上就较国内要有优势,国外的稻秆切割技术和切割机械相较于国内要更发达。国外现有的秸秆切割还田机械结构简单,作业效率高,结构大多采用立式结构等特点。其中,秸秆切割还田机是国外已研制出的各种切割机械中,最主要的代表。目前,国外稻秆切割还田机具普遍向宽幅的方向发展3。切割还田机具的宽幅化优点在于可在小范围的工作面内,单独仿形,使稻秆在切蔸后留茬高度一致。然而,由于国内在土壤、地型上与国外土地的较大差异,导致国外的机具直接用在我国土地上对稻秆的切割效果并不是很好,加上价格昂贵。使得自主研发适应本国土地的切割机具势在必行。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书21.2.2国内切割机构的研究现状国内切割机构的研究现状随着我国经济结构的转型(粗放型经济转向集约型经济),我国的畜牧业也相应的得到了长足的发展,秸秆的资源化利用也得到了长足的发展和广泛的应用。目前,国内已出现了多种秸秆切割机具,主要包括秸秆切割机、秸秆挖掘机、秸秆粉碎机和秸秆培土机等。稻秆切割机是重要的草饲料加工机械,主要用于切断牧草、谷物、小麦秆和玉米稻秆等。由国内外对稻秆切割机构的研究现状,我们可以发现,国内外针对小麦、玉米等稻秆切割机构的研究己经有很多,但是针对烟秆的作业环境和物理特性所进行研究的烟秆切割器反而还未真正发展起来。1.3烟草在我国种植的特点烟草在我国种植的特点1.3.1我国烟草的种植分布我国烟草的种植分布我国的烟草莳植地域主要散布在云南、贵州、重庆、河南、湖南、四川等几个省份的贫困山区。从烟草农业的收益比较来看,在油菜籽、玉米、土豆、粳稻、烟草这 5类作物中,烟草的现金收益是最高的,烟草莳植已经成为我国贫苦山区农人解脱贫苦的重要途径3。在烟草的烟叶被收获后,余留在田间的烟秆秆长在 0.8m1.5m 范围之内。烟秆在经过拔秆和切蔸后,余下的烟秆长约有 0.6m1.2m、大部分烟秆的直径范围在 I.5cm4cm 之间,烟草的生长并不整齐,其外形、高度、大小和硬度各不相同3。1.3.2烟草收割的技术难度烟草收割的技术难度烟草的收获期在每年的 8 月份,而 8 月份正好是农作物丰收,劳动力紧张的时间点,加上烟秆的切割基本上采用手工砍切,切割条件不好,砍切的难度也较大,耗时耗力,效率低下,这样往往导致田地在下一季耕种期到来前来不及及时处理好残留的烟秆。所以研发简单高效的烟秆切割机械,实施对烟秆的机械切割,提高工作效率对整个烟草生产、发展都起到重要作用。目前,烟秆拔切机械化的关键点在于实现机械化拔秆和机械化切割,而切割又是烟秆拔切的主要工序,因为烟秆的生长特性导致烟秆长得粗壮、坚韧且秆身粗细不一致,不容易切断1。1.4 本文研究的主要内容本文研究的主要内容本课题研究的主要内容是通过烟秆切割机理研究与结构设计,逐步探求比较合理的切割刀形状、切割方式和切割刀设计参数,设计出一种能将烟秆顺利切断且符合正常工作要求的机械装置。主要设计内容:主要设计内容:福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书3(1)确定设计的总体方案及相关参数;(2)根据烟秆的物理特性和所需达到的作业效果要求,进行导向机构、切割机构、传动机构、行走机构等主要机构设计;(3)根据烟秆物理特性选择合适的切割参数;(4)绘制图纸并完成设计说明书。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书42 切割机构的选择切割机构的选择切割机构的选择是整个设计中的重要一环,其性能的好坏对于切割作业的顺利进行,降低动力损失等都具有很大的作用。好的切割器应该满足一些必要的要求,例如:1、结构简单、适应性强;2、功率消耗少,振动小;3、不漏割、不堵刀;4、割茬低而整齐6。本文主要选取了四种切割机构供参考选择。包括:往复式切割器、螺旋切割器、双圆盘切割器和普通单圆盘切割器。2.1往复式切割器往复式切割器往复式切割器是指割刀工作时作往复运动的切割器,其结构比较简单,适应性广6。往复式切割器具有切割性能较好,功率消耗低,价格便宜,使用调整方便等特点。目前在谷物收割机、牧草收割机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多。它能适应一般或较高作业速度(6-10km/h)的要求,工作质量较好。但同时因其往复惯性力较大,振动较大。切割时,茎秆有倾斜和晃动,因而对茎秆坚硬、易于落粒的作物易产生落粒损失(如大豆收获)6。对粗茎秆作物生产上的要求,容易出现堵刀、切不断粗茎秆牧草、生产率低等问题。图 2.1 往复式切割机福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书52.2螺旋切割器螺旋切割器螺旋切刀式切割器,此种切割器切断速度快,每分种可达 500 次以上。螺旋切刀式切割器的工作效率比直刃切刀式切割器高数倍,同时也以其生产效率高而受到用户的欢迎,但也由于其切刀外星的独特性使得螺旋切刀一旦损坏便难于进行再加工与刃磨,最终使得螺旋切刀式切割器对秸秆的切断质量低于直刃切刀式切断器,使超长纤维超过规定的质量指标,甚至产生倍长纤维,(一般棉型纤维长度为 38 毫米时,超过40 毫米的超长纤维不能高于 5%,且不允许有倍长纤维)7。因此,螺旋切刀式切割器的大量推广使用受到了限制。图 2.2 螺旋切割器2.3旋转式双圆盘切割器旋转式双圆盘切割器旋转式双圆盘切割器主要用于收割牧草、青饲料等粗茎秆作物,少数谷物收割机上也使用了这种切割器。这种切割器结构简单,惯性力平衡,漏洞较小;但旋转半径小,不宜宽幅切割,割刀的寿命较短,维修费用较高。一般牧草收割机上多采用双盘或多组盘式切割器,每个刀盘主要由刀盘架、刀片锥形送草盘和拔草鼓等部件组成7。旋转式双圆盘切割器由小型拖拉机前悬挂作业,主要有挂接、升降、传动、切割等机构组成,设计简单,结构紧凑。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书6图 2.3 双圆盘切割器2.4旋转式单圆盘切割器旋转式单圆盘切割器目前,国内外存在的旋转式圆盘割草机大多以多圆盘为主,有六盘、四盘、两盘的收割机,有的机器装有用于调节割茬高度的游动轮,有的装有螺旋手柄,容易升降,都能适应地面的凹凸情况,不损伤草地但是价格较贵,结构复杂,不便于使用和维修,不适于家庭使用8。为了解决这些问题,为了配合实验室里已有的发动机主机参数。我试图通过研究和计算希望设计出一台单圆盘烟秆切割机,由拖拉机牵引,前悬挂作业,主要的动力及切割力都是拖拉机供给,使用维修方便,灵巧灵活,价格适中,可适应大部分地表粗秆收割。图 2.4 单圆盘切割器福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书73 烟秆切割机介绍烟秆切割机介绍烟秆切割机构设计对烟秆切割机的切割性能有重要的影响,因此根据烟轩的物理特性要求和所需达到的作业效果要求,进行机构的设计,切割机构设计重点解决切割切段率不高与堵秆的问题。分别介绍其总体结构的构成及工作原理。3.1总体结构总体结构烟秆切割机力求操作简单、维修方便,具有独立的动力装置,较实用的行走机构和切割机构以及稳定的传动机构、导向机构。本次设计的烟秆切割机采用汽油发动机为动力,动力经过皮带轮传送至主变速箱,再经主变速箱传送至行走机构和副变速箱,由副变速箱输出动力,通过带传动传动至前悬挂式(挂接采用的是标准三点悬挂装置形式)切割机构进行切割作业。确定合适的设计方案,运用 pro/e 三维软件画出实体图。1、汽油发动机 2、切割机构 3、圆锥齿轮减速器图 3.1 烟秆切割机整机图福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书83.2主要工作原理主要工作原理旋转式切割机是利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的机具。它的工作部分有一个或几个圆盘和用螺栓连接在刀盘上的几把刀片组成的。垂直轴由拖拉机动力输出轴经增速齿轮带动,使切刀以相当于拖拉机行驶速度 100 倍圆周速度旋转。在惯性力的作用下,切刀能够很容易地将数厘米高的秸秆切断。旋转式切割机利用三点悬挂装置挂在拖拉机前方。切割机上装有用于调节割茬高度的支架,工作时利用调节装置自行根据地形的起伏调节切割机构高度。单圆盘切割器是本次设计的小型烟秆切割机上最主要的工作部件,切割器的工作性能将直接决定了烟秆切割机整机的使用性能。本设计中,小型烟秆切割机的切割部件由主输出轴、外防护罩、刀盘和刀片等主要零件组成。主输出轴上接一个一级曲齿圆锥齿轮减速器,减速器的动力来自功率 7.5kW,输出转速 1800r/min 的汽油发动机经带轮传动输入。经过减速后,切割机构的切割转速将达到 6r/s,可以完成切断烟秆的任务。1、皮带轮 2、一级曲齿圆锥齿轮减速器 3、刀盘刀片图 3.2 切割机构整体图福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书94 设计主参数确定设计主参数确定4.1主机动力主机动力本次设计使用给定的主机,参数如下:表 1主发动机参数汽油机功率、转速7.5kW1800r/min行走轮直径(mm)400小皮带轮直径(mm)87大皮带轮直径(mm)231主机变速箱动力输出轴转速(r/min)678表 2主机变速箱参数行走档位主机变速箱行走输出轴转速 r/min前进 115.60前进 229.25前进 338.56前进 472.30前进 549.93前进 693.62前进 764.94福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书10前进 8121.75倒退 123.16倒退 243.424.2切割转速确定切割转速确定由于条件限制,本次设计使用的数据均参考已有研究数据,参考表 3 可得:在实验机中,当烟秆的切割角度为 0、刀片为光刀时,烟秆的受力最小。参考表 4 可得:在实验机中,当切割器的切割速度为 300mm/s、刀片材料选用光刀时,烟秆的切割受力最小。所以可得到烟秆切割的最优方案为:切割速度为 300 mm/s,切割刀片为光刀,切割角度为 0。由于数据出于实验机上得出,所以实际切割转速取十倍大小,即暂设切割速度选 3000mm/s。出于条件和成本方面的考虑,此次设计中刀片使用普通锰钢刀,切割角度为 0,也就是垂直与烟秆秆身。本设计的切割机构在装配后刀片最外端离刀盘旋转轴中心的距离约为 316mm,取刀片上一点为研究点,研究点和旋转轴中心的距离为 L。可取 L=200mm,则刀片切割烟秆时的速度为:V=L*求得=3000/200=15r/s即切割转速需要大于每秒 15 转才能符合切割要求。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书11表 3实验机上不同切割角度切割烟秆的切割力2试样直径/mm切割角度/()切割力/N锯齿形刀光刀38.50382.37681.4220654.86679.7340712.43712.0634.50542.25539.8720543.71544.8840664.21663.9130.50529.73526.3920537.87537.6440558.32549.4726.50436.85449.5520438.12443.8640519.45521.83福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书12表 4实验机上不同切割速度切割烟秆的切割力24.3变速箱传动比的确定变速箱传动比的确定此次设计的变速箱采用简单实用的一级弧齿圆锥齿轮减速器,由表 1 可知发动机的输出转速为 1800r/min,换算为 30r/s。两个皮带轮的直径分别为 58.4、42传动比:i1=(58.4/42)0.871.2(带传动传动效率100)0.87 为普通 V 带的传动效率。试样直径/mm切割速度/(mm*s-1)切割力/N锯齿形刀光刀38.5200789.66791.43250757.36749.86300612.74607.4634.5200742.25741.76250623.74620.31300618.28626.9830.5200619.73615.08250543.64543.71300523.56518.4426.5200492.17496.16250468.12464.22300457.55446.97福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书13由 4.2 中得出刀盘的输出转速应该大于 15r/s,则:取发动机输出转速经皮带轮和圆锥齿轮减速器减速后的转速为 17r/s所以,刀盘的转速=30xi总17r/s求得:i总=0.57则;总传动比:i总=i减i皮带=i减1.2=0.57求得圆锥齿轮减速器的传动比:i减=0.57/1.20.475根据圆锥齿轮减速器的传动比和整机的总体尺寸参数,令圆锥齿轮减速器的主从动轮齿数分别为 14、30。 其中主动轮轮齿数为 14,从动轮轮齿数为 30。则传动比为i=14/30=0.46。此时,可求得圆锥齿轮减速器和皮带轮的总传动比 i=0.461.2=0.552刀盘的实际转速:=300.552=16.56r/s切割转速大于理论最低转速 15r/s所以切割机构足够完成烟秆切割任务。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书145 主要机构设计主要机构设计5.1切割机构的设计切割机构的设计本次设计采用的方案为单圆盘切割机,切割机构由一个圆盘带四个刀片组成。工作时,由发动机输出动力经带传动传到圆锥齿轮减速器变速后输出动力令切割刀旋转,由旋转的刀片切断烟秆。整体结构主要由刀盘 1、刀片 2、带轮 3、一级圆锥齿轮传动装置、传动机构外壳体、防护罩、连接杆等几个部分组成,其三维图如下图 3.1.1 所示。切割机构工作时,发动机动力经皮带传动至带轮 3,带轮 3 连接着一级圆锥齿轮传动装置,动力经一级圆锥齿轮减速后传动至刀盘 1 和刀片 2。在旋转力的作用下起到切断烟秆的作用。1.刀盘 2.刀片 3.皮带轮图 5.1 切割机构整体图5.2传动机构的设计传动机构的设计本次课题的传动机构包括了两个减速装置,分别为一个皮带轮传动和圆锥齿轮传动。其中,皮带轮的优点有皮带轮的优点有9:(1)带传动是具有中间挠性件的一种传动方式,能缓和载荷冲击;(2)运行平稳,无噪声;福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书15(3)制造和安装精度要求不高,相较于齿轮啮合来说更简单;(4)带传动工作时如果过载将引起带在带轮上大话,因而可防止其他零件的损坏;(5)可增加带长以适应中心距较大的工作条件(最高可增长至 15 米)。圆锥齿轮传动的特点圆锥齿轮传动的特点9:(1)圆锥齿轮加工困难,所以一般只在需要改变轴的布置方向时采用,并尽量放在高速级和限制传动比,以减小大锥齿轮的直径和模数。(2)曲面齿轮传动机构的平稳性比直齿轮和斜齿轮都要好,常用于高速级或要求传动平稳的场合。(3)开式齿轮传动的工作环境一般较差,润滑条件不好,容易磨损,寿命较短,应布置在低速级。已知发动机功率为 7.5kW,输出转速为 1800r/min,本次设计是前悬挂式单圆盘切割器,动力来自发动机直接输出,转速为 1800r/min,传动方式选用带传动和齿轮传动,带传动从发动机接入动力由两根普通 A 型 V 带传动传送至下级的圆锥齿轮减速器,经过减速后输出到切割器。1.皮带轮 2.主动轮 3.从动轮 4.角接触球轴承 5.深沟球轴承图 5.2 切割器的传动机构福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书165.3强度校核强度校核5.3.1转动轴的强度校核转动轴的强度校核本文设计的两根轴都为转动轴,所以可以使用扭转强度条件估算法估算轴径。为增强强度和尺寸方面考虑,本文都使用实心轴,材料为 45#钢。计算实心轴扭转强度,计算条件:nPTdTWTTTT631055.92 .0说明:P传递的功率(kW);n轴的转速(r/min);d轴的直径(mm);T 材料的许用扭剪应力 (Mpa)由上式可得,轴的最小直径 d 为:dA0nP不同材料轴的T值大小不一,常用材料的轴,T值见下表:表 5不同材料的T值轴的材料Q235,2035451Cr18Ni9Ti40Cr,35sSiMn2Cr13,42SiMnt/N*mm12-2020-3030-4015-2540-52A160-135135-118118-107148-125100.7-98则,查表得知,45#钢的 A0 值取 110。又有发动机的输出功率最高为 7.5kW,输出转速为 1800r/min,经过带传动后(传动比为 0.44)传进输入轴,则:福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书17mm7 .1044. 018005 . 7110nPAd110min当转动轴材料为 45#钢实心轴时,需要的最小轴径为 7.1mm。又因为转动轴有键槽导致强度降低。所以,需要求得有一个键槽的轴的最小直径:mm45.11717 .1071ddminmin)()(本文设计的输入输出轴的最小直径分别为 13mm 和 20mm,所以设计的输入输出轴均符合强度要求。5.3.2皮带的强度校核皮带的强度校核根据小型烟秆切割机的工作性质可知切割机属白天人工操作设备,设切割机每天工作小于十小时,则查表 6 可得:KA=1.0。表 65工作情况系数 KA工况KA空、轻载启动重载启动每天工作小时数(h)1010161610101616载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机(7.5kW)、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机1.01.21.3载荷变动小带式输送机(不均匀负荷)、通风机(7.5kW)、旋转式水泵和压缩机(非离心式)、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机 和木工机械福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书18载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机 械、重载输送机载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等)、磨碎机(球磨、棒磨、管磨)图 5.35普通 V 带选型图已知发动机功率 Pc=7.5kW;n1=1800r/min;则根据图 5.3 可选用 A 型普通 V 带。经测量,可得带轮主动轮直径为 dd1=58.4mm;从动轮直径为 dd2=110mm;带轮在发动机的带动下速度可达:V=s/m4 . 91000601800100c10060nd11d带的传动速度满足 5m/sV25m/s 范围内。带轮的中心距 a;0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)其中,dd1=58.4、dd2=110福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书19则:a0的值 0.7(58.4+110)a02(58.4+110)117.88a0336所以可取中心距 a0=300mm基准长度 Ld:Ld0=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd1-dd2)/4a0Ld0 =2300+3.14(58.4+110)/2+(110-58.4)/4300Ld0 =866 mm根据表 8-25,选择带的基准长度 Ld=790则,带的实际中心距 a;a=2a0+20LLd =3002790866=338主动轮上的包角 a136.1713384 .5811011801180121addadda1=171.36120所以包角合适计算根数 z上面已知的数据有、n1=1800r/min、dd1=58.4mm、dd2=110mm、皮带为 V 型带,查表 8-55得WPk17. 00, 查 表 8-65的 K99. 0, 查 表 8-25得 KL=0.99 , 于 是kW99. 099. 0)22. 004. 2(r00LKKPPP)(计算 V 带的根数 z:38. 322. 25 . 7PPzrca所以皮带数量应取四根合适,其中两根皮带输入动力至主机变速箱,则输入至传动机构的皮带也应有两条。结果表明本文设计参数符合强度要求。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书206 总结总结从 05 年一月份定下本次毕业设计的题目开始,经过近四个月的努力终于是到了尾声。本次设计令我们所有人都受益匪浅,感慨良多。本文从国内烟草生产产量及烟秆的资源化利用率不足的背景和意义开始,到国内外公司对烟秆切割机构的研究发展现况,体现出国内烟秆切割机械需要发展的必然性,由此基础提出了本次课题。本文设计的是单圆盘烟秆切割器,在给定主机的前提下设计出与主机相配合的切割组件,并用三维绘图软件 pro/E 做出三维实体图。整个设计工作包括车轮的选择和绘制、传动机构的选择和绘制、切割部件的设计和绘制、悬挂件的设计和绘制、连接件的设计和绘制、减速器外壳的设计和绘制、输入输出轴的设计和绘制、护罩的设计和绘制、以及零件装配和主要动力传动零件的强度载荷计算。虽然本次的烟秆切割机设计还有很多的缺陷和不足,也不一定能真的完成开始预期的目标,但我相信相关的切割设备会在以后的时间里不断发展,令中国的农业机械化真的取得长足进步。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书21致谢致谢大学时光一晃而过,回首走过的大学时光,心中倍感充实,当我做完这份毕业设计的时候,有一种如释重负的感觉,感慨良多。首先真挚的感谢我的毕业设计指导老师郑文鑫老师。他在忙碌的教学工作中抽出时间指导我毕业设计。还有教过我的所有老师们,你们严谨细腻,一丝不苟的工作作风将是我工作和学习中的榜样。他们循循善诱的教导和不拘一格的的思路给予了我无尽的启迪。福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书22参考文献参考文献1 张承龙.烟秆的资源化利用技术现状.2002.63-65.2 陈魁.烟秆切割机构的设计与试验研究.湖南农业大学硕士学位论文.2013:1-2.3 陈魁.烟秆切割力影响因素试验研究.湖南农业大学学报(自然科学版).2013,第 39 卷第 2期:2154 /wzsy/gysd/1076761.shtml.樊雪志.中国烟草农业的发展现状及趋势分析.2013-12-31.5 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计.第九版.高等教育出版社.2013:145-157.6/link?url=mQbAm25j8Q3Ixf_pdWZTSzujf3FT7_77klmq0VyOEJJrrZfnXe2trmzmEvC8wWV4IJ5demRg_pkqgG9pW3xMSozMMnY-g_ljTusZno-ya_.切割器7 麻纺织技术杂志编辑部.麻纺织技术.苎麻纺织科技.1994 年第 03 期8 段天青.双圆盘旋转式割草机切割器的研究与设计.农业机械.2010 年 18 期.9 马晓春.割草机的设计与动态特性研究.东北林业大学硕士学位论文.2005:9附表1:本科毕业设计任务书信息与机电工程系 填写时间: 年 月 日课题名称小型烟秆切割机的设计学生姓名专业、学号机械设计制造及其自动化 毕业设计 基本要求、重点需要研究的问题基本要求: 查阅相关的文献资料,善于思考,能够理论联系实际。独立完成整机设计及相关图纸。语句通顺,布局合理。按照格式要求,统一排版打印。主要设计内容: (1)确定总体方案及相关参数;(2)根据烟秆的物理特性和所需达到的作业效果要求,进行烟秆切割机构、传动机构、等主要机构设计;(3)根据烟秆物理特性选择合适的切割参数;(4)绘制图纸并完成设计说明书。关键问题: 1总体方案选择 2.切割机构设计 3.切割参数选择计划进度安排2014.11.1-2015.1.23毕业设计选题,查阅相关文献,提交开题报告2015.1.24-2015.3.31列出毕业设计说明书基本框架并完成主要内容2015.4.1-2015.4.10 中期检查2015.4.11-2015.4.29 完成毕业设计说明书初稿2015.4.30-2015.5.14 补充、完善,完成毕业设计说明书终稿3015.5.15-2015.5.20 提交毕业设计说明书2015.5.21-2015.5.30 毕业设计答辩应收集的资料及主要参考文献应收集的资料:1、 烟秆的资源化利用效能; 2、国内外切割机构的研究现状; 3、南方烟区烟草烟叶收获后烟秆的特点;4、烟秆切割机的设计参考文献:1 张承龙.烟秆的资源化利用技术现状.2002.63-65.2 陈魁.烟秆切割机构的设计与试验研究.湖南农业大学硕士学位论文.2013:1-2.3 /wzsy/gysd/1076761.shtml.樊雪志.中国烟草农业的发展现状及趋势分析.2013-12-31.指导教师(签名): 职称: 系(教研室)主任(签名):分管院长(签章):附表2:本科毕业设计开题报告 设计题目: 小型烟秆切割机的设计 专业年级: 2011级机械设计制造及其自动化 学 号: 姓 名: 指导教师、职称: 年 月 日1、 本设计课题的目的意义,主要及拟解决的关键性问题(附参考文献)我国的烟叶生产排在世界第一,烟草行业在国民经济中具有重要地位,行业市场超过万亿规模。“十一五”期间,我国烟叶的年均产量超过275万吨3,即意味着相应余留下来的烟秆也将达到275万吨。烟秆上部分化学组成主要有木质部、韧皮部和髓部三部分组成,上部烟秆可以资源化利用。国内外烟秆资源化利用的现状:1、利用烟秆制造纤维板;2、利用烟秆制造刨花板;3、利用烟秆制取活性炭;4、利用烟秆制取果胶;5、利用烟秆制取烟碱、烟酸、硫酸钾、纸浆等,其制造工艺都需要预先进行切割处理;6、烟秆还田;最好预先进行切割处理,因为经过切割处理后的烟秆,在田地中腐烂加速,腐烂成肥后,在田地中分布更均匀。传统烟草拔秆机是将烟秆整根拔起,但易导致烟秆打碎残留,根土分离不够理想,故现在提出两段式的收获工艺,即采用先切割烟秆,再挖掘烟根。为了实现这种新工艺,需要设计出一种小型烟秆切割机来先切割烟秆。参考文献:1 张承龙.烟秆的资源化利用技术现状.2002.63-65.2 陈魁.烟秆切割机构的设计与试验研究.湖南农业大学硕士学位论文.2013:1-2.3 /wzsy/gysd/1076761.shtml.樊雪志.中国烟草农业的发展现状及趋势分析.2013-12-31.2、 本设计课题的主要设计、预期设计结果主要设计内容:(1)确定总体方案及相关参数;(2)根据烟秆的物理特性和所需达到的作业效果要求,进行烟秆切割机构、传动机构、行走机构等主要机构设计;(3)根据烟秆物理特性选择合适的切割参数;(4)绘制图纸并完成设计说明书。预期设计结果:通过烟杆切割机理研究与结构设计,逐步探求比较合理的切割刀形状、切割方式和切割刀设计参数,设计出一种能将烟秆切割的机械装置。3、 设计方法和步骤设计方法:(1)调查法:搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料。(2)文献研究法:通过书籍或网络查找相关的文献资料,并进行整理。(3)定量分析法:通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化。(4)经验总结法:通过对实践活动中的具体情况归纳与分析,使之系统化、理论化,上升为经验的一种方法。设计步骤: (1)根据本研究的主要内容,查找相关文献。主要包括国内烟秆切割机或其它茎秆切割机设计等方面的内容。 (2)总体方案选择 (3)切割机构、传动机构、行走机构等主要机构设计 (4)切割参数选择 (5)绘制图纸完成设计说明书4、 设计工作的总体安排及进度2014.11.1-2015.1.23毕业设计选题,查阅相关文献,提交开题报告2015.1.24-2015.3.31列出毕业设计说明书基本框架并完成主要内容2015.4.1-2015.4.10 中期检查2015.4.11-2015.4.29 完成毕业设计说明书初稿2015.4.30-2015.5.14 补充、完善,完成毕业设计说明书终稿3015.5.15-2015.5.20 提交毕业设计说明书2015.5.21-2015.5.30 毕业设计答辩五、指导教师审查意见:签字: 年月日六、系(教研室)审查意见: 签字: 年月日七、学院审查意见: 分管院长签章: 年月日说明书 设计题目: 小型烟秆切割机的设计 专业年级:机械设计制造及其自动化 2011级 学 号: 1 学生姓名: 指导教师、职称: 2015年 5 月 27 日目 录摘要IAbstractII1 引言11.1 烟秆切割机构的研究目的和意义11.2 目前国内外切割机械的研究现状11.2.1 国外切割机械的研究现状11.2.2 国内切割机构的研究现状11.3 烟草在我国种植的特点21.3.1 我国烟草的种植分布21.3.2 烟草收割的技术难度21.4本文研究的主要内容22 切割机构的选择42.1 往复式切割器42.2 螺旋切割器52.3 双圆盘旋转式切割器52.4 单圆盘旋转式切割器63 烟秆切割机介绍73.1 总体结构73.2 主要工作原理74 设计主参数确定94.1 主机动力94.2 切割转速确定94.3 变速箱传动比的确定115 主要机构设计125.1 切割机构的设计125.2 传动机构的设计125.3 强度校核135.3.1 转动轴的强度校核135.3.2 皮带的强度校核146 总结17致谢18参考文献19摘要本课题设计的是小型烟秆切割机。我国一直是一个农业大国,如今农民的数量依然占了我国人口的五分之三以上。然而,我国的农业规模却相当落后。就如烟秆的收割方式而言,在国外已经可以全程机械化收割的情况下,我国大部分烟秆收割依然采用手工收割方式,效率地下而浪费劳动力。在如今这个快节奏、生产力高度发达的社会中,机械化农业替代手工农业是必然的趋势。本课题就是在这种背景下产生的。我国的烟秆种植与地形方面与国外有很大的不同,我国的烟秆种植地有大有小,并不规范,这使得国外的高精度高效率的收割设备并不适合我国的国情。我的设计是基于简单实用,经济高效的目标要求下进行的。力图使用最简单有效的结构发挥出适合大部分个体烟草种植农业户使用的机械切割设备。本文根据设计研究的主要方向及技术要求,介绍了不同烟秆切割结构对切割效果的主要分别和结构的工作原理,利用已有的发动机设备和尺寸参数及切割机用途对切割机结构进行Pro/e三维建模,并对构建完成的切割机进行性能、强度进行综合的分析,证明本次设计的切割结构是合理的。关键词:烟草;烟秆;切割机构;Pro/eAbstract This topic design a small smoke stem cutting machine. Our country has been an agricultural country, and now the number of farmers still accounts for more than three 5 of the population in our country. However, our country agricultural scale is quite backward. For smoke sticks way of harvest, in foreign countries have been able to fully mechanized harvesting, under the condition of our country most of the tobacco stalk still use manual harvest, harvest efficiency underground and the waste of labor. In todays fast-paced, highly developed social productivity, agricultural mechanization replace manual agriculture is the inevitable trend. This topic is in this context. The smoke stem planting and terrain and abroad are very different, our countrys tobacco stalk gardens have greatly small, is not standard, which makes foreign high accuracy high efficient harvesting equipment is not suitable for national conditions of our country. My design is based on a simple and practical, economic and efficient of the goals and objectives. Tries to use the most simple and effective structure play is suitable for most individuals to tobacco growing agricultural households use mechanical cutting equipment. In this paper, according to the main direction of the research design and technical requirements, this paper introduces the different tobacco stem cutting cutting effect of the main structure and structure respectively the working principle of the use of existing equipment and engine size parameters and cutting machine use Pro/e 3 d modeling was carried out on the cutter structure, and to construct a complete comprehensive analysis of the cutting machine performance, strength, prove that the design of the cutting structure is reasonable.Key words: tobacco; Smoke stem; Cutting mechanism; Pro/eI1 引言1.1 烟秆切割机构的研究目的和意义烟草,拉丁语学名:Nicotianatabacum,烟草是我国重要的经济作物之一。烟草属茄科一年生草本植物,原产地为南美洲。我国引种烟草比较早,种植面积也比较大,产量很高。我国的烟叶生产排在世界第一,烟草行业在国民经济中具有重要地位,行业市场超过万亿规模。从最近几年国内的烟草种植情况来看,我国烟草的种植面积和产量呈现基本平稳的生产态势,年际间的数据略有波动。在“十一五”期间,我国烟叶的年均产量超过275万吨4,即意味着相应余留下来的烟秆也将达到275万吨。2010年,中国烟草莳植面积为2018万亩4,在烟叶收成今后,残留下大量的烟秆未能充分的获得资源回收利用,同时为了避免因烟秆腐败致使的病虫害滋长,在收成烟叶后必须实时铲除残留在田间的烟秆。拔取后的烟秆中,烟秆上部分可以进行多种资源化利用。国内外烟秆可利用的资源化方式:1、利用烟秆制造纤维板1;2、利用烟秆制造刨花板;3、利用烟秆制取活性炭;4、利用烟秆制取果胶;5、利用烟秆制取烟碱、烟酸、硫酸钾、纸浆等,其制造工艺都需要预先进行切割处理;6、烟秆还田。在整个烟秆的收割过程中,最好预先进行切割处理,因为经过切割处理后的烟秆,在田地中腐烂加速,腐烂成肥后,在田地中分布更均匀。传统烟草拔秆机是将烟秆整根拔起,但易导致烟秆打碎残留,根土分离不够理想,故现在提出两段式的收获工艺,即采用先切割烟秆,再挖掘烟根。为了实现这种新工艺,需要设计出一种小型烟秆切割机来先切割烟秆。1.2 目前国内外切割机械的研究现状1.2.1 国外切割机械的研究现状在国外,大部分小麦、玉米等作物稻秆的处理办法是用于还田,因此国外的稻秆切割机构研究与应用在起步线上就较国内要有优势,国外的稻秆切割技术和切割机械相较于国内要更发达。国外现有的秸秆切割还田机械结构简单,作业效率高,结构大多采用立式结构等特点。其中,秸秆切割还田机是国外已研制出的各种切割机械中,最主要的代表。目前,国外稻秆切割还田机具普遍向宽幅的方向发展3。切割还田机具的宽幅化优点在于可在小范围的工作面内,单独仿形,使稻秆在切蔸后留茬高度一致。然而,由于国内在土壤、地型上与国外土地的较大差异,导致国外的机具直接用在我国土地上对稻秆的切割效果并不是很好,加上价格昂贵。使得自主研发适应本国土地的切割机具势在必行。1.2.2 国内切割机构的研究现状随着我国经济结构的转型(粗放型经济转向集约型经济),我国的畜牧业也相应的得到了长足的发展,秸秆的资源化利用也得到了长足的发展和广泛的应用。目前,国内已出现了多种秸秆切割机具,主要包括秸秆切割机、秸秆挖掘机、秸秆粉碎机和秸秆培土机等。稻秆切割机是重要的草饲料加工机械,主要用于切断牧草、谷物、小麦秆和玉米稻秆等。由国内外对稻秆切割机构的研究现状,我们可以发现,国内外针对小麦、玉米等稻秆切割机构的研究己经有很多,但是针对烟秆的作业环境和物理特性所进行研究的烟秆切割器反而还未真正发展起来。1.3 烟草在我国种植的特点1.3.1 我国烟草的种植分布我国的烟草莳植地域主要散布在云南、贵州、重庆、河南、湖南、四川等几个省份的贫困山区。从烟草农业的收益比较来看,在油菜籽、玉米、土豆、粳稻、烟草这5类作物中,烟草的现金收益是最高的,烟草莳植已经成为我国贫苦山区农人解脱贫苦的重要途径3。在烟草的烟叶被收获后,余留在田间的烟秆秆长在0.8m1.5m范围之内。烟秆在经过拔秆和切蔸后,余下的烟秆长约有0.6m1.2m、大部分烟秆的直径范围在I.5cm4cm之间,烟草的生长并不整齐,其外形、高度、大小和硬度各不相同3。1.3.2 烟草收割的技术难度烟草的收获期在每年的8月份,而8月份正好是农作物丰收,劳动力紧张的时间点,加上烟秆的切割基本上采用手工砍切,切割条件不好,砍切的难度也较大,耗时耗力,效率低下,这样往往导致田地在下一季耕种期到来前来不及及时处理好残留的烟秆。所以研发简单高效的烟秆切割机械,实施对烟秆的机械切割,提高工作效率对整个烟草生产、发展都起到重要作用。目前,烟秆拔切机械化的关键点在于实现机械化拔秆和机械化切割,而切割又是烟秆拔切的主要工序,因为烟秆的生长特性导致烟秆长得粗壮、坚韧且秆身粗细不一致,不容易切断1。1.4本文研究的主要内容本课题研究的主要内容是通过烟秆切割机理研究与结构设计,逐步探求比较合理的切割刀形状、切割方式和切割刀设计参数,设计出一种能将烟秆顺利切断且符合正常工作要求的机械装置。主要设计内容:(1)确定设计的总体方案及相关参数;(2)根据烟秆的物理特性和所需达到的作业效果要求,进行导向机构、切割机构、传动机构、行走机构等主要机构设计;(3)根据烟秆物理特性选择合适的切割参数;(4)绘制图纸并完成设计说明书。2 切割机构的选择切割机构的选择是整个设计中的重要一环,其性能的好坏对于切割作业的顺利进行,降低动力损失等都具有很大的作用。好的切割器应该满足一些必要的要求,例如:1、 结构简单、适应性强;2、 功率消耗少,振动小;3、 不漏割、不堵刀;4、 割茬低而整齐6。 本文主要选取了四种切割机构供参考选择。包括:往复式切割器、螺旋切割器、双圆盘切割器和普通单圆盘切割器。2.1 往复式切割器往复式切割器是指割刀工作时作往复运动的切割器,其结构比较简单,适应性广6。往复式切割器具有切割性能较好,功率消耗低,价格便宜,使用调整方便等特点。目前在谷物收割机、牧草收割机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多。它能适应一般或较高作业速度(6-10km/h)的要求,工作质量较好。但同时因其往复惯性力较大,振动较大。切割时,茎秆有倾斜和晃动,因而对茎秆坚硬、易于落粒的作物易产生落粒损失(如大豆收获)6。对粗茎秆作物生产上的要求,容易出现堵刀、切不断粗茎秆牧草、生产率低等问题。图2.1 往复式切割机2.2 螺旋切割器螺旋切刀式切割器,此种切割器切断速度快,每分种可达500次以上。螺旋切刀式切割器的工作效率比直刃切刀式切割器高数倍,同时也以其生产效率高而受到用户的欢迎,但也由于其切刀外星的独特性使得螺旋切刀一旦损坏便难于进行再加工与刃磨,最终使得螺旋切刀式切割器对秸秆的切断质量低于直刃切刀式切断器,使超长纤维超过规定的质量指标,甚至产生倍长纤维,(一般棉型纤维长度为38毫米时,超过40毫米的超长纤维不能高于5%,且不允许有倍长纤维)7。因此,螺旋切刀式切割器的大量推广使用受到了限制。图2.2 螺旋切割器2.3 旋转式双圆盘切割器旋转式双圆盘切割器主要用于收割牧草、青饲料等粗茎秆作物,少数谷物收割机上也使用了这种切割器。这种切割器结构简单,惯性力平衡,漏洞较小;但旋转半径小,不宜宽幅切割,割刀的寿命较短,维修费用较高。一般牧草收割机上多采用双盘或多组盘式切割器,每个刀盘主要由刀盘架、刀片锥形送草盘和拔草鼓等部件组成7。旋转式双圆盘切割器由小型拖拉机前悬挂作业,主要有挂接、升降、传动、切割等机构组成,设计简单,结构紧凑。图2.3 双圆盘切割器2.4 旋转式单圆盘切割器目前,国内外存在的旋转式圆盘割草机大多以多圆盘为主,有六盘、四盘、两盘的收割机,有的机器装有用于调节割茬高度的游动轮,有的装有螺旋手柄,容易升降,都能适应地面的凹凸情况,不损伤草地但是价格较贵,结构复杂,不便于使用和维修,不适于家庭使用8。为了解决这些问题,为了配合实验室里已有的发动机主机参数。我试图通过研究和计算希望设计出一台单圆盘烟秆切割机,由拖拉机牵引,前悬挂作业,主要的动力及切割力都是拖拉机供给,使用维修方便,灵巧灵活,价格适中,可适应大部分地表粗秆收割。图2.4 单圆盘切割器3 烟秆切割机介绍烟秆切割机构设计对烟秆切割机的切割性能有重要的影响,因此根据烟轩的物理特性要求和所需达到的作业效果要求,进行机构的设计,切割机构设计重点解决切割切段率不高与堵秆的问题。分别介绍其总体结构的构成及工作原理。3.1 总体结构烟秆切割机力求操作简单、维修方便,具有独立的动力装置,较实用的行走机构和切割机构以及稳定的传动机构、导向机构。本次设计的烟秆切割机采用汽油发动机为动力,动力经过皮带轮传送至主变速箱,再经主变速箱传送至行走机构和副变速箱,由副变速箱输出动力,通过带传动传动至前悬挂式(挂接采用的是标准三点悬挂装置形式)切割机构进行切割作业。确定合适的设计方案,运用pro/e三维软件画出实体图。1、汽油发动机 2、切割机构 3、圆锥齿轮减速器图3.1 烟秆切割机整机图3.2 主要工作原理旋转式切割机是利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的机具。它的工作部分有一个或几个圆盘和用螺栓连接在刀盘上的几把刀片组成的。垂直轴由拖拉机动力输出轴经增速齿轮带动,使切刀以相当于拖拉机行驶速度100倍圆周速度旋转。在惯性力的作用下,切刀能够很容易地将数厘米高的秸秆切断。旋转式切割机利用三点悬挂装置挂在拖拉机前方。切割机上装有用于调节割茬高度的支架,工作时利用调节装置自行根据地形的起伏调节切割机构高度。单圆盘切割器是本次设计的小型烟秆切割机上最主要的工作部件,切割器的工作性能将直接决定了烟秆切割机整机的使用性能。本设计中,小型烟秆切割机的切割部件由主输出轴、外防护罩、刀盘和刀片等主要零件组成。主输出轴上接一个一级曲齿圆锥齿轮减速器,减速器的动力来自功率7.5kW,输出转速1800r/min的汽油发动机经带轮传动输入。经过减速后,切割机构的切割转速将达到6r/s,可以完成切断烟秆的任务。1、 皮带轮 2、一级曲齿圆锥齿轮减速器 3、刀盘刀片图3.2 切割机构整体图4 设计主参数确定4.1 主机动力本次设计使用给定的主机,参数如下:表1 主发动机参数汽油机功率、转速7.5kW1800r/min行走轮直径(mm)400小皮带轮直径(mm)87大皮带轮直径(mm)231主机变速箱动力输出轴转速(r/min)678 表2 主机变速箱参数行走档位主机变速箱行走输出轴转速r/min前进115.60 前进229.25 前进338.56 前进472.30 前进549.93 前进693.62 前进764.94 前进8121.75 倒退123.16 倒退243.42 4.2 切割转速确定由于条件限制,本次设计使用的数据均参考已有研究数据,参考表3可得:在实验机中,当烟秆的切割角度为0、刀片为光刀时,烟秆的受力最小。参考表4可得:在实验机中,当切割器的切割速度为300mm/s、刀片材料选用光刀时,烟秆的切割受力最小。所以可得到烟秆切割的最优方案为:切割速度为 300 mm/s,切割刀片为光刀,切割角度为 0。由于数据出于实验机上得出,所以实际切割转速取十倍大小,即暂设切割速度选3000mm/s。出于条件和成本方面的考虑,此次设计中刀片使用普通锰钢刀,切割角度为0,也就是垂直与烟秆秆身。本设计的切割机构在装配后刀片最外端离刀盘旋转轴中心的距离约为316mm,取刀片上一点为研究点,研究点和旋转轴中心的距离为L。可取L=200mm,则刀片切割烟秆时的速度为:V=L* 求得=3000/200=15r/s即切割转速需要大于每秒15转才能符合切割要求。表3 实验机上不同切割角度切割烟秆的切割力2试样直径/mm切割角度/() 切割力/N锯齿形刀光刀38.5 0382.37681.42 20654.86679.73 40712.43712.0634.5 0542.25539.87 20543.71544.88 40664.21663.9130.5 0529.73526.39 20537.87537.64 40558.32549.4726.5 0436.85449.55 20438.12443.86 40519.45521.83表4 实验机上不同切割速度切割烟秆的切割力2试样直径/mm切割速度/(mm*s-1) 切割力/N锯齿形刀光刀38.5 200789.66791.43 250757.36749.86 300612.74607.4634.5 200742.25741.76 250623.74620.31 300618.28626.9830.5 200619.73615.08 250543.64543.71 300523.56518.4426.5 200492.17496.16 250468.12464.22 300457.55446.974.3 变速箱传动比的确定此次设计的变速箱采用简单实用的一级弧齿圆锥齿轮减速器,由表1可知发动机的输出转速为1800r/min,换算为30r/s。两个皮带轮的直径分别为58.4、42 传动比:i1=(58.4/42)0.871.2(带传动传动效率100)0.87为普通V带的传动效率。由4.2中得出刀盘的输出转速应该大于15r/s,则:取发动机输出转速经皮带轮和圆锥齿轮减速器减速后的转速为17r/s所以,刀盘的转速=30xi总17r/s 求得:i总=0.57则;总传动比:i总=i减i皮带=i减1.2=0.57求得圆锥齿轮减速器的传动比:i减=0.57/1.20.475 根据圆锥齿轮减速器的传动比和整机的总体尺寸参数,令圆锥齿轮减速器的主从动轮齿数分别为14、30。 其中主动轮轮齿数为14,从动轮轮齿数为30。则传动比为i=14/30=0.46。此时,可求得圆锥齿轮减速器和皮带轮的总传动比i=0.461.2=0.552刀盘的实际转速:=300.552=16.56r/s 切割转速大于理论最低转速15r/s 所以切割机构足够完成烟秆切割任务。5 主要机构设计5.1 切割机构的设计本次设计采用的方案为单圆盘切割机,切割机构由一个圆盘带四个刀片组成。工作时,由发动机输出动力经带传动传到圆锥齿轮减速器变速后输出动力令切割刀旋转,由旋转的刀片切断烟秆。整体结构主要由刀盘1、刀片2、带轮3、一级圆锥齿轮传动装置、传动机构外壳体、防护罩、连接杆等几个部分组成,其三维图如下图3.1.1所示。切割机构工作时,发动机动力经皮带传动至带轮3,带轮3连接着一级圆锥齿轮传动装置,动力经一级圆锥齿轮减速后传动至刀盘1和刀片2。在旋转力的作用下起到切断烟秆的作用。1. 刀盘 2.刀片 3.皮带轮图5.1 切割机构整体图5.2 传动机构的设计本次课题的传动机构包括了两个减速装置,分别为一个皮带轮传动和圆锥齿轮传动。其中,皮带轮的优点有9:(1) 带传动是具有中间挠性件的一种传动方式,能缓和载荷冲击;(2)运行平稳,无噪声;(3)制造和安装精度要求不高,相较于齿轮啮合来说更简单;(4)带传动工作时如果过载将引起带在带轮上大话,因而可防止其他零件的损坏;(5)可增加带长以适应中心距较大的工作条件(最高可增长至15米)。圆锥齿轮传动的特点9:(1) 圆锥齿轮加工困难,所以一般只在需要改变轴的布置方向时采用,并尽量放在高速级和限制传动比,以减小大锥齿轮的直径和模数。(2) 曲面齿轮传动机构的平稳性比直齿轮和斜齿轮都要好,常用于高速级或要求传动平稳的场合。(3) 开式齿轮传动的工作环境一般较差,润滑条件不好,容易磨损,寿命较短,应布置在低速级。已知发动机功率为7.5kW,输出转速为1800r/min,本次设计是前悬挂式单圆盘切割器,动力来自发动机直接输出,转速为1800r/min,传动方式选用带传动和齿轮传动,带传动从发
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