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地表种植土剥离装置设计【优秀答辩农业用机械设备计+含12张CAD图纸】

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地表 种植 剥离装置 机械设计 毕业设计 地表种植土剥离装置的设计 农业用机械全套课程毕业设计
资源描述：

地表种植土剥离装置的设计【优秀含12张CAD图纸+农业用机械全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【22页@正文9000字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

中期检查表.doc

任务书.doc

外文翻译=液压传动系统=2000字符.doc

封皮.doc

开题报告.doc

文献综述.doc

查重报告

设计说明书.docx

诚信承诺书.doc

连杆.dwg

销座.dwg

销轴.dwg

刀板.dwg

刀架.dwg

压板.dwg

地表种植土剥离总装图.dwg

大转轴.dwg

套筒.dwg

偏心套.dwg

小转轴.dwg

振动支架.dwg

任务书

毕业设计题目    地表种植土剥离装置的设计

毕业设计（论文）主要内容和要求：

1.调研相关产品，搜集相关资料。

2.分析资料，拟定可行的设计方案。

3.对比方案，确定最终方案。

4.详细设计，包括总体结构等。

5.绘制装配图及部分零件图。

6.撰写设计说明书。

温室大棚建设过程中，需要将棚内区域的土质挖出，棚室盖好后再将土回填，进行种植作物，而适合作物生长土质是地表200mm以内的阳土，所以需要将地表土进行剥离。本设计任务在于设计开发将深150mm的地表土切层分离的装置。装置幅宽900mm。

毕业设计（论文）主要参考资料：

1.农业机械设计手册

2.机械设计教材

3.液压与气动教材

4.机械设计课程设计（第三版）

5.非标准机械设备设计手册

6.中国农机研究院， 农业机械设计手册(上下)  中国农业科学技术出版社，2007-10-01

7. 濮良贵，陈定国，吴立言，等. 机械设计教材第九版 高等教育出版社， 2013.5

8. 桂新春，林艾光，等.  液压与气压传动教材 北京航空航天大学出版社，2011.5

9. 袁祖强，等.  机械设计基础课程设计指导书 北京航空航天大学出版社，2013.2

10. 胡宗武，石来德，徐履冰，等.  非标准机械设备设计手册 机械工业出版社，2003-1


毕业设计（论文）应完成的主要工作：

1.确定最终方案。

2.详细设计。

3.用计算机绘制较完整的装配图及相关零件图。不少于3张0号图纸。

4.撰写设计说明书一篇，不少于6000字，论文格式按照科技论文的写作格式进行。

5.完成3000字英文文献翻译一份。

6.完成开题报告一份

7.完成文献综述一份

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1收集设计资料2015年1月初-2015年2月初

2调整资料，讨论设计方案，绘制结构草图等2015年2月初 - 2015年2月中旬

3设计阶段 绘制装配图，零件图2015年2月中旬 - 2015年3月中旬

4编写设计说明书2015年3月中旬 - 2015年4月初

5文献综述，期中检查表2015年4月初 – 2015年4月中旬

6毕业设计终稿2015年4月中旬 – 2015年五月初

7结题和答辩2015年5月

摘  要

本文首先对地表种植土剥离装置的研究现状进行了叙述，并且介绍了地表种植土剥离的意义与重要性。同时结合振动切削减阻理论与二维切削原理，提出了自动化精确种植土剥离方案，设计出一种地表种植土剥离装置，并对刀具单体的运动特性进行了分析，得到刀具单体的运动轨迹为类椭圆，刀具在上止点的急回特性作者称之为跳脱现象，有利于切削阻力的减小。使用三维软件Pro/E制作出地表种植土剥离装置各个部件的三维模型，并组装成剥离装置的三维模型，并进行了地表种植土剥离装置关键部件的受力分析和切土阻力计算，同时进行了发动机的选型计算。

关键词：减阻；二维切削； Pro/E； 剥离机； 椭圆轨迹； 振动频率

ABSTRACT

     This paper on the surface planting soil stripping device in this article, the author describes the research status and introduces the meaning and importance of the surface planting soil detachment. At the same time, combining the theory of vibration cutting cutting resistance and two-dimensional cutting principle, puts forward the automatic stripping solution precision planting soil, planting design a surface soil stripping device, and analyzes the movement characteristics of cutting tool monomer, get monomer trajectory for a class of elliptic tool, cutting tool the fast-returning characteristic of the check point on the author called jump phenomenon, is beneficial to the decrease of cutting resistance. Using 3 d software Pro/E to make the surface planting soil stripping device 3 d model of the parts, and assemble into three-dimensional model of stripping device, and the planting soil surface stripping device key components of stress analysis and cutting soil resistance calculation, at the same time, the engine type selection calculation.

Key words: vibrating drag reduction; The two-dimensional cutting; Pro/E; Stripping machine; The elliptical locus; The vibration frequency

目  录

1绪论1

1.1 研究背景与现状1

1.2 研究意义2

1.3 本文研究内容2

2地表种植土剥离装置的设计依据与方案选择3

2.1 设计原理与依据3

2.2整体方案的选择3

3地表种植土剥离装置关键部件的设计5

3.1 刚柔混联振动剥离机构5

3.1.1刚柔混联振动剥离机构参数5

3.1.2 运动分析6

3.2 牵引装置8

3.2.1履带式牵引车8

3.2.2发动机的选择8

3.3自由随动式可控仿形装置10

4地表种植土自动剥离机的整体设计与三维建模11

4.1 CAD/CAE技术11

4.2 Pro/ENGINEER简介12

4.3 地表种植土剥离装置模型建造13

4.3.1 零件模型装配13

5结论15

参考文献16

致  谢17

1绪论

1.1 研究背景与现状

随着我国现代农业的发展，在高标准农田建设和设施农业中，地表可耕农业种植土更换、移植越来越受到重视，采用地表种植土自动化精确剥离替代以往粗放式种植土剥离是目前现代农业建设亟待解决的问题。

国家农发办自2009年开始组织实施“国家农业综合开发高标准农田建设示范工程”项目，2009中央一号文件明确提出：加快高标准农田建设，大力推进土地整治，大规模开展中低产田改造，提高高标准农田比重。2010中央一号文件明确提出：加快建设高产稳产基本农田，支持农田土地整治，继续增加农村土地整治投入。以上文件充分反映了地表种植土精准剥离对发展现代农业的重要意义，也充分体现了国家对农田建设工作的重视。

调查研究表明农业地、园林地、自然生态地地表深度在100mm～150mm范围内种植土价值最高。种植土的移植与更换是农田新建、农田改造、设施农业建设的重要工作，种植土的自动化精确剥离可为农田建设提高效率、提高建设质量。

目前，市场上没有专门用于种植土剥离的设备，只能使用工程机械进行粗放式剥离，剥离精度差，种植土的质量很低，急需研制一种精确剥离设备。

参考文献

[1]  蔡春源主编.机械设计手册（第三版）.北京:冶金出版设,1996.

[2]  吴宗泽主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，1999.

[3]  李继庆主编.机械设计基础[M].北京;高等教育出版社,1997.

[4]  詹启贤主编.自动机械设计[M].北京:中国轻工出版社,1994.

[5]  史西敏主编.精密机构设计[M].上海:上海科学技术出版社,1987.    

[6]  王建华、杨文通、胡凤来.运动自行车车架结构的参数化设计. 北京工业大学  ：185～230

[7]  谢庆森、林俊聪、黄艳群.基于Pro/Engineer二次开发的自行车参数化设计.天津大学

[8]  张祥林、邓磊、徐雁冰.面向装配的自行车CAD系统研究.华中科技大学 .材料学院.

[9]  陈东祥、胡冬梅.基于Pro/Engineer的自行车参数化快 速设计系统.天津大学.机械工程学院

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[11]  邓磊.基于参数化模板的自行车快速设计方法研究.华中科技大学. 2007

[12]  王璞.儿童自行车个性化定制儿童参与设计研究.天津大学.2012

[13]  宋贤敦.自行车设计.中国自行车.1989年.第03期

[14]  林俊聪.自行车模块化概念设计系统的研究与开发.天津大学.2006

[15]  邓国光.自行车运动员蹬踏方式的研究.山西体育科技报 .1993

[16]  刘军、耿国强. Solidworks自上而下设计方法初探.

[17]  林修成、张朝阳.自行车行驶稳定性及后进动性的力学分析

[18]  李立顺、孟祥德.基于Solidworks的整车自装卸车虚拟设计与运动仿真.天津大学机械工程学院

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[20]  郑向华.基于Solidworks的机械手运动仿真设计.成都工业学院机电工程系.

[21]  杨艳红、周红生、鈡相强.液压传动自行车车自顶向下设计及传动分析.安徽工程大学机械与汽车工程学院.

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[23]  M.L.Hull and R.R.Adeyefa, Measurement of pedal loading in bicycling,J.Biomech,1981

[24]  刑启恩.《Solidworks装配体设计与案例精粹》.机械工业出版社.

[25]  蓝荣香.高翔.刘文.《Solidworks零件设计技术与实践》.电子工业出版社.

[26]  濮良贵、纪名刚：《机械设计》.北京.高等教育出版社.2006年.


内容简介：
中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 地表种植土剥离装置的设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 彭江鹤 学 号 05211534 指导教师 王泽河 职 称 教 授 2015 年 5 月 2 日 nts 摘 要 本文首先对地表种植土剥离装置的研究现状进行了叙述，并且介绍了地表种植土剥离的意义与重要性。 同时结合振动切削减阻理论与二维切削原理，提出了自动化精确种植土剥离方案，设计出一种 地表种植土剥离装置 ，并对刀具单体的运动特性进行了分析，得到刀具单体的运动轨迹为类椭圆，刀具在上止点的急回特性作者称之为跳脱现象，有利于切削阻力的减小。使用三维软件 Pro/E制作出地表种植土剥离装置各个部件的三维模型，并组装成剥离装置的三维模型，并进行了地表种植土剥离装置关键部件的受力分析和切土阻力计算，同时进行了发动机的选型计算。 关键词 ： 减阻；二维切削； Pro/E； 剥离机； 椭圆轨迹； 振动频率 nts ABSTRACT This paper on the surface planting soil stripping device in this article, the author describes the research status and introduces the meaning and importance of the surface planting soil detachment. At the same time, combining the theory of vibration cutting cutting resistance and two-dimensional cutting principle, puts forward the automatic stripping solution precision planting soil, planting design a surface soil stripping device, and analyzes the movement characteristics of cutting tool monomer, get monomer trajectory for a class of elliptic tool, cutting tool the fast-returning characteristic of the check point on the author called jump phenomenon, is beneficial to the decrease of cutting resistance. Using 3 d software Pro/E to make the surface planting soil stripping device 3 d model of the parts, and assemble into three-dimensional model of stripping device, and the planting soil surface stripping device key components of stress analysis and cutting soil resistance calculation, at the same time, the engine type selection calculation. Key words: vibrating drag reduction; The two-dimensional cutting; Pro/E; Stripping machine; The elliptical locus; The vibration frequency nts 目 录 1绪论 . 1 1.1 研究背景与现状 . 1 1.2 研究意义 . 2 1.3 本文研究内容 . 2 2地表种植土剥离装置的设计依据与方案选择 . 3 2.1 设计原理与依据 . 3 2.2整体方案的选择 . 3 3地表种植土剥离装置关键部件的设计 . 5 3.1 刚柔混联振动剥离机构 . 5 3.1.1刚柔混联振动剥离机构参数 . 5 3.1.2 运动分析 . 6 3.2 牵引装置 . 8 3.2.1履带式牵引车 . 8 3.2.2发动机的选择 . 8 3.3自由随动式可控仿形装置 . 10 4地表种植土自动剥离机的整体设计与三维建模 . 11 4.1 CAD/CAE技术 . 11 4.2 Pro/ENGINEER简介 . 12 4.3 地表种植土剥 离装置模型建造 . 13 4.3.1 零件模型装配 . 13 5结论 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 17 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 1 绪论 1.1 研究背景与现状 随着我国现代农业的发展，在高标准农田建设和设施农业中，地表可耕农业种植土更换、移植越来越受到重视，采用地表种植土自动化精确剥离替代以往粗放式种植土剥离是目前现代农业建设亟待解决的问题。 国家农发办自 2009 年开始组织实施“国家农业综合开发高标准农田建设示范工程”项目， 2009中央一号文件明确提出：加快高标准农田建设，大力推进土地整治，大规模开展中低产田改造，提高高标准农田比重。 2010 中央一号文件明确提出：加快建设高产稳产基本农田，支持农田土地整治，继续增加农村土地整治投入。以上文件充分反映了地表种植土精准剥离对发展现代农业的重要意义，也充分体现了国家对农田建设工作的重视。 调查研究表明农业地、园林地、自然生态地地表深度在 100mm 150mm 范围内种植土价值 最高。种植土的移植与更换是农田新建、农田改造、设施农业建设的重要工作，种植土的自动化精确剥离可为农田建设提高效率、提高建设质量。 目前，市场上没有专门用于种植土剥离的设备，只能使用工程机械进行粗放式剥离，剥离精度差，种植土的质量很低，急需研制一种精确剥离设备。 目前本领域可以借鉴的相关地表种植土剥离装备，共有如下几种： 第一种主要是起草坪机如图 1所示 ,这种机器的原理主要是机械四连杆抖动。这种机械主要缺点就是对草坪破坏较大，虽然机械四连杆结构简单但性能可靠性不高有待改进。 图 1 起草皮机 第二种进行地表土 剥离作业的主要工具是挖掘机如图 2所示，挖掘机 普及应用于温室大棚建设过程，地表土，使用工程机械进行粗放式剥离，剥离精度差，功耗大，而且不能仿地表形状，种植土的质量很差。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 2 图 2 挖掘机作业 除此之外国内外并没有关于针对地表土剥离机械的相关报道和产品，针对以上情况，本课题开展了种植土土剥离的机具研究，为了减少能量损耗及减少对土地的破坏，获得较高质量的种植土土质。 1.2 研究意义 推进设施农业快速发展，必须发展相适应的机械装备。目前在高标准农田建设示范工程中，农业种植土更换、移植越来越受到重视，采用自动化精确种植土剥离代替粗放式种植土剥离是亟待解决的问题。 针对农业地表种植土移植的需要，研制一种能自动进行地表仿形、准确调节剥离深度自动化设备 -地表种植土自动剥离机。对发展现代农业的具有重要意义。 地表种植土自动剥离机，对促进林地改造、园林建设、设施农业发展等具有重要的现实意义，在农田建设及土地开发整理中具有广阔的应用前景。 1.3 本文研究内容 本文首先介绍了地表种植土剥离的意义与重要性，然后对地表种植土剥离装置的研究现状进行了叙述。使用三维软件 Pro/E制作出地表种植土剥离装置各个部件的三维模型，并组装成剥离装置的三维模型，并进行了地表种植土剥离装置关键部件的受力分析。其主要内容有： （ 1）查阅相关文献资料，并对文献进行深度分析，初步确定整体方案； （ 2）研究刀具与其运动轨迹，确定其剥离工作方式； （ 3）刀具与其他工作部件的选材，材料的力学性能的试验研究； （ 4）模拟仿真，干涉检验； （ 5）设计装置的控制系统； （ 6）总结本文 ,详细介绍本次设计的心得。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 3 2 地表种植土剥离装置的设计依据与方案选择 2.1 设计原理与依据 振动型二维切削的意思就是刀板切削土壤的方向有两个，一个是刀具推进方向，另一个是垂直于刀具推进方向，而振动方向垂直于刀具前进方向。 1993 年 Sakai 等调查研究发现振动会对牵引的阻力和功率的消耗产生影响，土壤剪切力的波动主要是振动过程中垂直方向上的加速度引起的。 本机的振动发生机构采用类似的四连杆机构，不同的是用板簧作为柔性部件代替摇杆，来连接机架与刀架。刀板在下止点时，板簧处于自然状态；刀板提升阶段带动板 簧弯曲，在回程阶段，依靠板簧弹力迅速与土垡脱离，作者称之为跳脱现象。采用转轴与偏心套组合代替偏心轴，这样振幅由偏心套的偏心距决定，转向器起到转向与减速的作用。 铲刃在插入土体过程中产生的阻力可应用土力学的原理加以分析。 铲刃阻力 可推导表示为 = + + （公式 2-1） 土壤自重引起的阻力， N； 土壤水平方向单位面积压力引起的阻力； 由土壤粘聚力引起的阻力， N； 土壤在振动时其强度发生变化，并具有与静态时不同的破坏机理。对于振动切削减阻原理，国内学者的说法各有不同，作者认为振动将能量以波的形式传递给土壤，土壤内能增加，从而破坏了土壤粒子与粒子之间粘聚力，土壤松碎发生流变稀释 1。因此由土壤粘聚力引起的阻力 Fc大大降低；设想对于完全沙化的土壤，刀具在推进过程所受到的阻力主要为沙土包裹刀具所产生的摩擦力即土壤自重引起的阻力 Fy，振动对阻力的减小影响甚小；跳脱现象主要减少了刀板与沙土的接触时间，从而使土壤自重引起的阻力 Fy相对减小。旋耕机同样可以实现地表种植土的剥离，但功率主要浪费在土壤的粉碎上，不符合节能减排的要求，而剥离机单纯的通过切削实现地表种植土的剥离会浪费更大的功率。而振动减功就是使土壤尽可能降低土壤松碎程度的前提下，使功率损耗达到最低，从而实现剥离机的优化设计。本毕业设计的目的就是设计一款振动剥离机，通过实验获得剥离机合适的振动频率与振幅进而确定偏心套的偏心距与减速器的的减速比。刚柔混联振动机构，能够在最大限度降低功耗 的前提下获得较高质量的地表种植土；自由随动式地表仿形装置有利于控制剥离土壤的深度。 2.2 整体方案的选择 本文采用振动的方式实现地表种植土的剥离，有两种方案。 方案 1：如图 3 所示，柴油发动机（ 1）一方面将动力输送给履带车（ 2），驱动履带车行驶。另一方面将动力经软轴（ 2）与转向器（ 8）输送给转轴（ 7）。转轴（ 7）通过偏心套带动刀架（ 10）运动，转轴与偏心套通过键连接，刀架下端与机架之间通过板簧（ 12）nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 4 连接；转向器可以实现转轴的正反转，从而实现刀板（ 9）不同的振动方式。仿形轮（ 11）与地面接触，在整机行进过程 中，仿形轮带动信号盘动作，光电传感器检测仿形轮的动作通过液压回路控制升降液压缸（ 4）的动作，实现地表仿形，达到精确剥离。 工作过程中刀板在履带车的牵引下水平切削土壤的同时，上下振动，实现振动型二维切削；板簧起到隔振与牵引刀架的作用。整体结构简单，能承受高速旋转和振动。 图 3 地表种植土自动剥离机 1.柴油发动机 2.软轴 3. 履带车 4.升降液压缸 5. 机架 6.信号盘 7. 转轴 8.转向器 9. 刀板 10.刀架 11.仿形轮 12.板簧 13.连杆 方案二：将取土装置中置，形式机构在向前行进的过程中将地表土剥离，并通过输送带将种植土收集于收集箱内，利用三角履带增大了行驶机构与地面的摩擦力，并增大了底盘与地面的离地间隙，有利于取土装置的布置。但没有振动的刀盘，使切削土壤的阻力增大，整机结构庞大，不利于温室作业。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 5 图 4 方案 2 的整体结构 通过方案 1与方案 2的比较，因温室大棚空间的限制，因此决定采用方案 1更符合要求。 3 地表种植土剥离装置关键部件的设计 3.1 刚柔混联振动剥离机构 3.1.1 刚柔混联振动剥离机构参数 刚柔混联式振动剥离机构包括转轴、偏心套、板簧、刀架、刀板，转轴与转向器通过联轴器连接，转轴通过偏心套带动刀架运动，转轴与偏心套通过键连接；刀架下端与机架之间通过板簧连接，刀板与刀架通过螺栓连接，如图 4所示；板簧一端与机架固定副连接，另一端与刀架转动副连接；刀板为铲型设计长度 1000mm，入土角 020 ，偏心距 4.4mm。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 6 图 5 刚柔混联振动剥离机构 3.1.2 运动分析 目前振动机构多采用四连杆机构，或类似装置。如果刀具通过摆杆直接驱动，则按圆弧振动；如果刀具由连杆直接驱动则刀具则按类似椭圆轨迹振动。 本机采用类似的四连杆机构，即对于刀架下端与机架的连接采用板簧连接来代替连杆连接，板簧一端与机架固定副连接，一端与刀架旋转副连接，其结构简图如图 5。采用四连杆机构代替板簧连接，刀板的运动轨迹同样可以实现。但是由于土壤中不可预测的切削情况，四连杆机构使刀板与土壤硬物不可避免的进行刚性接触，非常容易损坏刀板和四连杆，在高频振动下四连杆机构很难完成工作。相反采用板簧作为柔性部件将刀架 和振动支架连接，刀板在和土壤硬物接触时会不由自主的发生弹脱现象，提高了刀板在土壤切削过程中的柔性，与此同时板簧依靠自身柔性能够承受高频振动。大大降低了刀板的损坏，有利于提高刀板的使用寿命。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 7 图 6 刚柔混联振动机构结构简图 板簧因弯曲在水平方向上的位移很小可忽略不计。初始位置为刀板处于下止点时。设O 点为初始位置时刀板上的 B 点在机架上的投影，以 O 点为坐标原点，水平切削方向为 X轴的正向，竖直向上为 Y轴的正向。 t （公式 3-1） sinae （公式 3-2） 22s ins in aeLL （公式 3-3） 2222 22 s i nc o s LeLaLL （公式3-4） 012AOXLaLL （公式 3-5） 1021 2 1 2- c o s c o sAOAOLaXLLY e L L e L L (公式 3-6)nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 8 0OOX vtY(公式 3-7) A O AOA O AOX X XY Y Y（公式3-8） 00c o ss i nBABAX X LY Y L（公式3-9） 3.2 牵引装置 3.2.1 履带式牵引车 行驶机构主要使机器能改变速度与方向行驶，该机构主要由底盘、柴油发动机、变速箱、液压系统组成；该机构有三个前进档和一个倒档，采用履带行驶增大与地面接触面积，提高牵引力；驾驶员能在座位上通过操纵杆改变行驶方向，整体结构紧凑安全可靠，方便操纵，如图 7所示。 图 7 行驶机构 3.2.2 发动机的选择 刮土板作为平地部件切土时受力最大，由于刮土板上刮刀切削土层的深度较小，地面nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 9 起伏情况变化亦大，阻力计算一般采用简单的经验公式。当刮刀与前进方向成一水平转角 时，其沿作 业方向的水平总阻力 Px可视为有以下几部分组成： 1 2 3 4 5P x P P P P P (公式 3-10) 式中：1P 切土阻力； 2P 刮刀前土堆沿地面移动阻力； 3P 刮刀与地面间的摩擦阻力； 4P 土屑沿刮土板上升阻力； 5P 土屑沿刮土板侧移阻力。 （ 1）切土阻力 1P：1 s inbP K B h (公式 3-11) 式中：bK 单位面积上土的切削阻力（ Pa），一般取 425 10 /Nm ； B 刮土板宽度（ m），根据结构取 3.06m； h 平均切土深度（ m），根据要求取 0.1m； 刮土板水平回转角，取 90。 441 5 1 0 3 . 0 6 0 . 1 s i n 9 0 1 . 5 3 1 0PN (公式 3-12) （ 2）刮刀前土堆沿地面移动阻力 2P：22c o s s i n /tsP G K (公式 3-13) tmG V g(公式 3-14) 20 .6 9 3mV BH (公式 3-15) 2 土与土的摩擦系数，中等粘土取 0.5； sK 土的松散系数，一般取 1.06； H 刮土板高度（ m），根据结构取 0.5m； 土的密度（ 3/kg m ），北方轻质土为 331 .2 1 0 /kg m ； 230 . 6 9 3 3 . 0 6 0 . 5 0 . 5 3mVm (公式 3-16) 31 . 2 1 0 0 . 5 3 9 . 8 6 2 3 3tGN (公式 3-17) 2 6 2 3 3 0 . 5 c o s 0 s i n 9 0 / 1 . 0 6 2 9 4 0PN (公式 3-18) （ 3）刮刀切削刃与地面间的摩擦阻力 3P： 43 2 110P K B (公式 3-19) 式中：2K 刀刃磨损后压入土的比压力（ MPa ），一般取 0.4； 刀刃磨损后的接地长度（ cm），一般取 0.5； 1 土与钢的摩擦系数，一般中等粘土取 1。 43 1 0 0 . 4 3 . 0 6 0 . 5 1 6 1 2 0PN (公式 3-20) （ 4）土屑沿刮土板上升阻力 4P： 24 0 . 5 c o s s i ntPG (公式 3-21) 式中： 刮刀切削角，取 50。 24 0 . 5 6 2 3 3 c o s 5 0 s i n 9 0 1 2 8 9PN (公式 3-22) （ 5）土屑沿刮土板侧移阻力 5P：5 0 1 c o sPR (公式 3-23) 式中：0R 作用在刮土板上的法向合力， 0 0 . 5 c o s 0 . 5 6 2 3 3 c o s 5 0 2 0 0 3tR G N (公式 3-24) nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 10 5 2 0 0 3 1 c o s 9 0 0PN (公式 3-25) 则作业方向的水平总阻力： 441 2 3 4 5 1 . 5 3 0 . 2 9 4 0 . 6 1 2 0 . 1 2 8 8 0 1 0 2 . 5 6 5 1 0P x P P P P P N 行走阻力 fP: co sfsP G f (公式 3-26) 式中： sG 整机重量（ N ），取 45.6 10 N ； f 滚动阻力系数，一般取 0.25； 坡度角（），取 0 . 445 . 6 1 0 0 . 2 5 c o s 0 1 . 4 1 0fPN (公式 3-27) 作业阻力： 4 4 42 . 5 6 5 1 0 1 . 4 1 0 3 . 9 6 5 1 0xfP P P N (公式 3-28) YC6B 柴 油机是根据农业机械的使用工况特点而开发的高性能发动机，其中 YC6B增压发动机 采用高性能增压器 ,进气更充分，燃烧更完全，油耗更低。主要技术参数：YC6B150Z-T，输出最大扭为 550NM ，最大扭矩时发动机转速为 14001600 /minr 。 1 0 0 0 9 5 5 0w wwF v T nP (公式 3-29) 式中： wP 发动机提供的功率（ Kw）； F 整机提供的最大牵引力（ N）； v 最大输出扭矩时整机速度（ /ms）； T 发动机阻力矩（ NM ）； n 发动机最大输出扭矩的转速（ /minr ）； w 传动效率。 45 5 0 1 5 0 0 7 . 7 8 1 09 . 5 5 9 . 5 5 4 0 0 0 / 3 6 0 0TnFNv (公式 3-30) 因不同路面的摩擦系数不同，由整机所能提供的最大牵引力也各不相同，一般按摩擦系数 0.7 计算，因此整机可提供的最大牵引力为 45.45 10 N ，大于最大切削深度时的作业阻力，所以选取该型号发动机合适。 3.3 自由随动式可控仿形装置 自由随动式可控仿形装置由信号盘、仿形轮、支撑杆、支撑轴、光电传感器、连杆、升降液压缸、液压阀构成，如图 8所示。仿形轮（ 11）与地面接触，在整机行进过程中随地面起伏变化，从而带动信号盘（ 6）动作，光电传感器（ 16）检测到仿形轮（ 11）的动作通过液压回路控制升降液压缸（ 4）的动作，实现地表仿形，达到精确剥离。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 11 图 8 地面仿形机构 6.信号盘 11.仿形轮 14.支撑杆 15.支撑轴 16.光电传感器 4 地表种植土自动剥离机的整体设计与三维建模 4.1 CAD/CAE 技术 现代设计技术是由设计方法学、控制技术、优化设计技术、系统仿真技术、有限元技术及 CAD技术等基础技术组成的。 CAD技术经过三十多年的开发与发展，已经越来越成熟，像 PRO/E、 CATIA、 UG、 SolidWorks那样的大型集成 CAD支撑系统已能实现三维造型设计、优化计算、有限元分析、二维绘图、数控加工编程一体化，使设计、分析、试验和制造的全过程中的所有工作能同步进行。随着科技的不断进步，制造业正向着数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。计算机辅助设计 /计算机辅助制造技术，即 CAD/CAE 技术，作为数字化技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、仿真优化、制造加工等广阔领域中具有重大影响的革新技术。 CAD/CAE 技术将计算机高速而精确的运算功能，大容量存储和处理数据的能力，丰富而灵活的 图形、文字处理功能与设计者的创造性思维能力、综合分析及逻辑判断能力结合起来，形成一个设计者思想与计算机处理能力紧密结合的系统。 CAD 主要包括数据测量、几何建模、计算机分析、绘图及技术文档生成、工程数据库的管理和共享等功能。 CAE 技术是利用计算机和技术的成果，建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。 作为国民经济的基础，各个国家和地区一直很重视制造业的发展， CAD/CAE 技术与制造业的结合使制造业发生了巨大的变革，也使制造业产生了良好的经济效益。目前，制造nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 12 业企业精良的设备、优良的工作环境、优厚的待遇和高速增长的产值，不仅使其在该行业中所占比重、就业人数、社会贡献位居前列，还为制造业的新技术应用、新产品的开发和生产能力的提高提供了重要的物质基础，是现代经济不可缺少的战略性产业。 目前三维设计软件现在有很多。 SolidWorks 软件的设计思路是模型采用参数化驱动，采用数值参数和几何约束来完成三维几何体建模过程，从而生成三维零件进而装配成装配体模型；再根据实际生产需要将三维模型转换成二维视图并生成各种标注，完成零件工程图和装配工程图的绘制。从几何体模型直至工程图 的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。另外还有 UG， PROE 和 CATIA 等， UG 属于高端三维软件， PROE 属于中端三维软件，所以就其功能而言就显而易见，当然学习起来 UG 肯定要比PROE难点，而 PROE则比较容易学习， UG可以集设计、编程及分析与一体化，尤其在模具设计以及数控编程方面比较突出， PROE 在外形设计方面比较有优势， PROE 的设计过程为全参数化设计，而 UG 设计则为全参数加半参数化设计，各有优缺点。就目前来讲，由于UG一体化发挥作用的结果使 UG近来有赶超 PROE 的发展趋势。 CAD/CAE 软件技术也在飞速发展，出现了很多软件产品，应用范围比较广的有：Pro/ENGINEER、 AutoCAD、 CATIA、 Unigraphics、 SolidWorks、 ANSYS、 Mastercam等等。 三维 CAD/CAE 技术主要包括以下内容：三维造型设计、计算机辅助工程分析、机构运动仿真分析、装配干涉检验、三维图转二维图和图样档案管理等。本次设计中，我们使用的为 Pro/E WildFire5.0 软件。 4.2 Pro/ENGINEER 简介 Pro/E （ Pro/Engineer 操 作 软 件 ） 是 美 国 参 数 技 术 公 司（ Parametric Technology Corporation，简称 PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占据着重要地位，并作为机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的广泛认可和推广，是现今最成功的 CAD/CAM软件之一。 Pro/E 是第一个提出了参数化设计概念的软件，并且采用单一数据库来解决相关性的问题。另外 Pro/E 采用模块化方式，用户可以根据自身的需要选择要安装的模块。 Pro/E基于特征建模的建模方式，能够将设计到生产的全过程集成到一起，实现并行设 计。 Pro/E不但可以应用于单机，而且也可以应用到工作站上。 本设计中主要使用到 Pro/E软件中的建模和装配两个模块，前期使用建模功能建立 地表种植土剥离装置 零部件三维模型，然后装配成 剥离装置 三维模型，最后使用 Pro/E中的机构功能，对 地表种植土剥离装置刀板的运动 进行软件仿真。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 13 4.3 地表种植土剥离装置 模型建造 在 Pro/E软件中建好各零部件的三维模型，然后根据实际的连接情况进行装配。 图 9 剥离机构三维图 4.3.1 零件模型装配 图 10 整体结构三维图 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 14 图 11 整体结构二维图 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 15 5 结论 本文首先介绍论文背景，简述 地表种植土剥离 的研究现状与研究意义，详细介绍了 地表种植土剥离装置 的结构形式、设计依据等等。并针对 地表种植土剥离装置的运动轨迹 进行了细致分析。 前期，在毕业设计准备阶段，主要是资料收集工作，特别是 地表种植土剥离 方面的资料。通过在图书馆资料室和电子阅览室中的搜索，找到很多关于 地表种植土剥离装置 的资料文献，为论文的撰稿、设计的制造打下坚实的理论基础。 中期，零件建模过程中，对于单个零件，应该尽量做的与实际形状结构相似，功能相同。对于后面需要连接的多个零件之间，连接处应该规范、合理的设计连接头。简单的零件模型，主要使用 Pro/E 中的拉伸、旋转等特征来完成。对于某些复杂的构件模型，如升降连杆，则需要通过草绘来定位各个部分的位置，顺序建造各个部分来完成模型。为了美观、形象，零件模型中的棱角、棱边需要进行倒圆角或倒直角，个别部位需要进行拔模等。如果零件的尺寸需要修改时，应该按照制作的相反步骤来修改，避免因修改某项数据而使相关联的其他部位发展变化。 装配模型时， 应注意实际中的连接形式。 Pro/E 软件提供了多种的连接形式，如刚性、销钉、圆柱、球、轴承等连接形式。进行销钉连接时，需要进行轴对齐、面对齐和旋转轴确定，并且可以对旋转的角度进行设定。值得注意的是，各个零件的连接顺序，原则上因为由上到下连接。连接好后，可以按 Ctrl+Alt 同时鼠标点击模型的原件，手动拖动起落架运动，来测试连接的正确。某些零件有时需要多个零件时，在连接定义中要建立多个连接集，并注意尺寸，防止因为尺寸错误而无法正确连接。 后期，为论文撰稿和完善阶段。通过前面搜索的文献资料和手册，结合设计过程及 结果，撰写论文主体。论文的结构主要为，前部分主要叙述地表种植土剥离的研究现状和研究意义，后部分为设计原理及依据；最后进行整机三维模型的建立，并经行了关键部件的受力分析。 nts中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 16 参考文献 1 蔡春源主编 .机械设计手册（第三版） .北京 :冶金出版设 ,1996. 2 吴宗泽主编 .机械设计手册 .北京：化学工业出版社， 1999. 3 李继庆主编 .机械设计基础 M.北京 ;高等教育出版社 ,1997. 4 詹启贤主编 .自动机械设计 M.北京 :中国轻工出版社 ,1994. 5 史西敏主编 .精密机构设计 M.上海 :上海科学技术出版社 ,1987. 6 王建华、杨文通、胡凤来 .运动自行车车架结构的参数化设计 . 北京工业大学 ： 185 230 7 谢庆森、林俊聪、黄艳群 .基于 Pro/Engineer 二次开发的自行车参数化设计 .天津大学 8 张祥林、邓磊、徐雁冰 .面向装配的自行车 CAD 系统研究 .华中科技大学 .材料学院 . 9 陈东祥、胡冬梅 .基于 Pro/Engineer 的自行车参数化快 速设计系统 .天津大学 .机械工程学院 10 林霜 .自行车设计中的人机因素分析与研究 .昆明理工大学 .2008 11 邓磊 .基于参数化模板的自行车快速设计方法研究 .华中科技大学 . 2007 12 王璞 .儿童自行车个性化定制儿童参与设计研究 .天津大学 .2012 13 宋贤敦 .自行车设计 .
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