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塔里木大学毕业论文（设计）中期检查记录表2016年 04 月 18 日学生姓名刘海斌班级机械设计16-2课题名称拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计与仿真课题完成进度（学生自述）1. 完成三维图的绘制；2. 完成了部分二维零件图的绘制；3. 开始书写说明说部分；存在的问题及整改措施（学生自述）1. 二维图纸还不够标准，需要更多、更标准的修改；2. 图纸绘制过程中出现一些不会的问题，对软件的运用不够熟练，这需要询问同学和指导老师；3. 说明书结构不正确，需要参考标准模板说明书的格式编写。指导教师意见（课题进展情况、优缺点、整改措施等）指导教师签名 年 月 日学院意见负责人签名 年 月 日塔里木大学毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级机械设计16-2学生姓名刘海斌学号8011212212课题名称拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计与仿真起止时间2015年10月15日2016年6月2日（共18周）指导教师王旭峰职称教授课题内容课题内容主要是拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计，首先对联合作业机械总体进行设计，主要对现有拔棉杆粉碎及残膜回收机械进行改进，进而用实体软件进行实体绘制，并对实体图进行仿真。拟定工作进度（以周为单位）第 1-3周 查阅相关文献，撰写开题报告。第 3-4周 对现有的拔棉杆、粉碎及残膜回收机械参观，比较分析，决定最优设计方案。第 5-7周 根据工作要求，查阅相关手册，对机器总体设计、布局。第8-10周 运用AutoCAD、Soildwork等软件，设计零件图，装配图，进行数据处理。第11-12周 对实体图进行仿真。第14-17周 完成设计说明书。第18周 整理资料，准备答辩。主要参考文献1胡凯.棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验J. 农业工程学报,2013.2饶刚,刘莺,罗会信.三维设计系统中零部件虚拟装配及运动仿真J.武汉工程职业技术学院学报,2003.3孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理M.8版.北京:高等教育出版社,2013.4濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计M.9版.北京:高等教育出版社,2013.5单辉祖.材料力学M.3版.北京:高等教育出版社,2009.6吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:北京高等教育出版社,2012.7马少辉,赵宝新,杨海.4MC-1500型拔棉杆机的设计J.塔里木大学学报,2010. 8戚江涛,张涛,蒋德莉,潘亮亮.残膜回收机械化技术综述J.安徽农学通报,2013.9王频,孙学军.残膜回收联合作业机的现状与思考J.新疆农机化,2000. 10李明洋,马少辉.我国残膜回收机研究现状及建议J.农机化研究,2014. 11高杰.残膜回收机发展现状及存在问题J.新疆农机化,2007.任务下达人（签字） 年 月 日任务接受人意见 任务接受人签名 年 月 日塔里木大学毕业论文（设计）开题报告 课题名称 拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计与仿真 学生姓名 刘海斌 学 号 8011212212 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 16-2 指导教师 王 旭 峰 起止时间 2015.10.152016.6.2 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。塔里木大学毕业论文（拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计与仿真）开题报告1、 本课题来源及研究的目的和意义新疆棉地地膜覆盖种植已有30多年历史，棉花种植面积占全疆农作物总播种面积的 1/3，地膜覆盖面积达150万公顷以上，每年仅棉花生产新增残膜约10万吨。地膜植棉是农田残膜污染的主要源头，解决残膜污染应以棉田残膜为主。目前回收残膜有人工捡拾和机械回收两种方法，当前以人工捡拾为主。但人工捡拾残膜劳动强度大、效率低；机械残膜回收可以克服人工捡拾残膜的弊端，是残膜回收的有效方法。残膜回收机按照农艺要求和残膜回收时间可分为：苗期回收揭膜回收、播前整地回收、秋后回收等类型。苗期揭膜技术及机具已在新疆得到应用，但是该技术不适应于灌溉条件较差的棉区，特别是河灌区下游的干旱缺水地区。同时，近年来推广的膜下滴灌技术，管道布置在地膜下面，为利于作物生长时期保墒，减少水分蒸发，节约用水，苗期已不能收膜；播前整地时间紧，残膜破碎严重，残膜回收率低；秋季作物收获后当年使用的地膜的强度相对较高，且在地表连成一片，便于机械回收。但秋后田间大量秸秆对残膜回收影响较大，作物收获后作物秸秆直立在地表，这种情况下几乎无法用机械收膜。目前秸秆的收获加工利用量相对较少，棉秸秆的处理以粉碎还田为主。另外，若机械收起的残膜含秸秆等杂物太多，残膜箱在较短时间盛满，在长地块作业时要频繁到地头停机卸膜，这不仅繁琐，影响作业效率，而且不便回收物的进一步处理，因此，收获后回收残膜必须先将秸秆与待收残膜分离，以减少地面秸秆对机收残膜的影响。 据统计，我国每公顷棉田棉秆产量为 22503750kg，仅新疆棉区棉秆年产量就可达 600750 万t。 棉秆含有丰富的木质素、纤维素，是重要的可再生生物质能源，利用生物质能转化技术，对棉柴进行固化、炭化或汽化处理，可转化成木炭、可燃气体或电力。据统计，每吨棉秆经加工可产木炭 300 千克、木醋油 220 千克、木焦油 24 千克。棉柴发电燃烧生产的草木灰，可作为高品质钾肥还田使用。棉柴还可用于加工饲料、合成园艺栽培基质、合成化工产品原材料、培育食用菌、制作一次性餐具等。目前世界范围内主要产棉区对棉柴的处理主要有田间粉碎还田和收获两种方式。棉柴木质化程度较高，粉碎后埋伏在田内不易腐烂，影响后茬作物的生长，且易导致病虫害的传播，因此我国提倡收集棉柴。同样由于棉柴收获农时紧迫、程序多且劳动强度大，农民对棉柴收获机械化要求迫切。而地膜覆盖技术自20世纪70年代末引入我国以来，以其增温、保墑、抑制杂草生长、增加作物产量等显著特征，深受广大棉民的欢迎。但是，地膜覆盖栽培技术在带来显著经济效益的同时也是土壤遭到严重的残膜污染。塑料膜是高分子化合物，在自然环境下极难降解，在土壤中可存在200400年。据农业部门专项调查，每年残存在田野、土壤、沟壑中的塑料膜至少占总量的10%，现累计残存量已在百万吨左右。根据调查测算，连续覆膜3年的棉田，地表每平方米大小碎片47.3块，折算每公顷有残膜52.1kg，耕层30cm内每平方米有残膜56.6块，这算每公顷有残膜57.9kg，两者合计每公顷有残膜110kg。塑料地膜中含有聚乙烯或聚氯乙烯等有毒物质，可抑制土壤微生物的生长，影响农产品的质量。残膜破坏土壤的物理和化学结构，使土壤的透气性、蓄水性变差，作物吸收水分、养分的能力降低，最终导致作物难以发芽出苗，根系难以下扎，导致作物减产。据新疆生产兵团130团测定，连续覆膜35年的土壤，种棉花产量下降10%23%。膜污染只要是一种物理污染，它完全可以通过提高地膜产品质量和强化回收手段等方法来减少或者避免。国家环保局提出：对“白色污染”必须综合治理，在“减少产生，重复使用，加强回收，开发可降解塑料”几个方面共同努力。因此，残膜回收同样是此次设计的重要难关。为了减小残膜的白色污染和实现秸秆的再利用，设计拔棉杆粉碎及残膜回收联合作业机势在必行。两者的结合能有效地提高工作效益，减少工作时间，尤其是在新疆这样有大量地膜覆盖的土地，它的优势更是明显。因此，拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机的设计对于我国绿色农业的发展有着不可替代的作用，研制适应我区自然、经济条件的拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机对于减少土地污染及保持农业的可持续发展具有十分重要的现实意义。2、 本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析国内目前用于收获后回收残膜的主要机型有由新疆农科院农机化所研制的4JSM-1800型抛送式棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机和新疆农垦科学院农机化所研制的4SJ-1.6型残膜回收与秸秆粉碎还田机，上述机型用横割器、横向输送装置、圆盘式切碎器和护罩等组成，残膜回收装置由松土齿、链齿耙、搂膜弹齿、脱膜轮、底板和仿形轮组成。美国、加拿大等国家的棉花秸秆大部分用于还田。国外的茎秆还田机具结构大多为立式结构，具有机具结构简单，作业效率高等特点。同时还有对秸秆根部进行处理加工的整株秸秆粉碎还田机具。目前国外茎秆还田机具普遍向宽幅、与大马力轮式拖拉机配套的方向发展，宽幅秸秆粉碎还田机具采用液压折叠的方式进行运输。宽幅秸秆粉碎还田机具在小范围的工作面内可以单独仿形，保证工作面内秸秆留茬高度一致。如美国约翰迪尔公司，其茎秆切碎还田机幅宽由12m到54m，配套动力由50kW到l80kW的规格齐全。其工作幅宽为54m的秸秆切碎还田机由三个分体组成，左右两个分体可以折叠，并可以单独随地仿形。日本采用的是在半入式联合收割机后面安装切草装置，一次能完成收获和秸秆粉碎。在大功率、多功能为主的粗饲料粉碎机占优势的情况下，西欧国家还重视生产小型粗饲料粉碎机，其特点是体积小、重量轻、动力消耗小。意大利塞科公司生产的小型粗饲料粉碎机的粉碎刀片沿螺旋线分布，机具振动小，粉碎均匀；英国艾里温公司生产的38MK型草捆粉碎机，粉碎转子只有六个铰链锤片，结构简单，生产率达2t/h，粉碎室的结构和性能继续改进提高。3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析课题要求完成对拔棉杆粉碎残膜回收联合机的设计及关键零件的工艺设计，设计出一种可靠、高效、节能的拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机。课题预期实现目标是设计的拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机工作可靠、回收效率高，棉杆残膜分离率高，使棉地的残膜回收率高、最大程度的减少污染。新疆地膜覆盖棉花种植地的面积十分广阔，只有实现机械化回收残膜才能有效减少地膜的白色污染，这种要求很迫切，拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机的发展是可行的。4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路完成本课题需要查阅有机械设计基础、机械制造基础、理论力学等方面的文献资料，了解产品性能、用途，以及各个部件、装置的用途，这就要求我们对机械设计、机械原理、机械制图等课程熟练掌握。通过上网查阅相关资料了解各部件的作用，根据简图想象实物，在草稿纸上画出草图。完成本课题除需要大量的文献资料外，还需要学校提供计算机等硬件设备，需要用制图软件CAD完成对拔棉杆粉碎残膜回收机械总体设计，及各部分零件的设计并用Solidworks软件进行绘制仿真。5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法工作条件： 1.必须了解熟悉现有拔棉杆粉碎及残膜回收机械的组成结构及工作原理； 2.对自己以前所学的机械类专业课程必须熟悉掌握； 3.掌握CAD软件对零部件及机械总体进行绘制； 4.掌握Solidworks软件对拔棉杆粉碎及残膜回收机械进行仿真。解决方法： 1.到学校图书馆借阅相关类书籍以及网上查阅相关资料； 2.对学过的的CAD及Solidworks软件再次进行学习已达到熟悉掌握。6、完成本课题的工作方案及进度计划设计并改进拔棉杆粉碎及残膜回收机械，主要内容：1. 完成拔棉杆粉碎及残膜回收机械的整体结构设计；2. 完成拔棉杆粉碎及残膜回收机械的二维图形绘制并进行仿真；3. 撰写设计说明书；工作进度： 第 1-3周 查阅相关文献，撰写开题报告。 第 3-4周 对现有的拔棉杆、粉碎及残膜回收机械参观，比较分析，决定最优设计方案。 第 5-7周 根据工作要求，查阅相关手册，对机器总体设计、布局。 第8-10周 运用AutoCAD、Soildwork等软件，设计零件图，装配图，进行数据处理。 第11-12周 对实体图进行仿真。 第14-17周 完成设计说明书。 第18周 整理资料，准备答辩。7、 主要参考文献（不少于7篇） 1胡凯. 棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验J. 农业工程学报,2013. 2马少辉,赵宝新,杨海. 4MC-1500型拔棉杆机的设计J. 塔里木大学学报,2010. 3戚江涛,张涛,蒋德莉,潘亮亮.残膜回收机械化技术综述J.安徽农学通报,2013. 4王频,孙学军.残膜回收联合作业机的现状与思考J.新疆农机化,2000. 5李明洋,马少辉.我国残膜回收机研究现状及建议J.农机化研究,2014. 6高杰.残膜回收机发展现状及存在问题J.新疆农机化,2007. 7饶刚,刘莺,罗会信. 三维设计系统中零部件虚拟装配及运动仿真J. 武汉工程职业技术学院学报,2003. 8刘进宝,郭辉,杨宛章.棉秆粉碎机的研究现状及展望J.中国农机化学报,2013. 9孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理M.8版.北京:高等教育出版社,2013. 10濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计M.9版.北京:高等教育出版社,2013. 11单辉祖.材料力学M.3版.北京:高等教育出版社,2009. 12吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:北京高等教育出版社,2012.学生签名 刘海斌 2015 年11 月13 日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日 16届毕业设计拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机设计与仿真学生姓名 刘海斌 学 号 8011212212 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 16-2 指导教师 王旭峰 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言新疆现普遍应用宽膜植棉技术，每年新产生约10万吨残膜。残膜遗留在田间不能及时回收将造成土壤及环境的严重污染。同时秋后田间大量秸秆对残膜回收影响较大，若机械直接回收残膜，其中混合着秸秆等杂物太多，残膜箱在较短时间就会盛满，影响作业效率，因此，收获后回收残膜必须先将秸秆与待收残膜分离，以减少地面秸秆对机收残膜的影响。而棉秆资源作为一种重要的生物质能源，在我国产量巨大，将其单独回收也能带来一定效益。本文通过分析目前国内外拔棉杆粉碎残膜回收联合机，针对新疆的实际情况，对现有的拔棉杆粉碎残膜回收联合机进行一定改变，设计了新的机型。介绍了拔棉杆粉碎残膜回收联合机的工作原理及其结构，还对其传动关系、棉杆粉碎还田、残膜回收起膜机构进行了分析说明，并对整个过程进行了总结。 关键字：拔棉杆；棉杆粉碎；残膜回收；联合作业机目 录1 引言11.1 设计的目的与意义11.2 拔棉杆粉碎残膜回收机的发展现状12 总体结构和原理设计32.1 设计原则32.2 工作原理33 关键零部件设计33.1 传动装置的设计43.2 棉杆喂入装置和拔棉杆装置的设计43.3 粉碎装置的设计43.4 残膜回收装置的设计43.5粉碎棉杆运输装置与残膜运输装置的确定53.6机械牵引装置与行走装置的确定53.7总装配图的设计54 性能指标和技术参数65 主要工作部件的参数选择与计算75.1棉杆喂入辊的设计计算75.2 拔棉杆辊的设计计算85.3棉杆粉碎装置的设计计算85.4粉碎棉杆运输装置的设计计算95.5起膜装置的设计115.6残膜运输及回收装置的设计125.7传动比的分配135.8带传动的设计计算135.9拔棉杆辊直齿圆柱齿轮传动设计计算165.10横轴的选择计算与校核196 机架的设计22总 结23致 谢24参考文献25工程概况本机主要有棉杆喂入装置、棉杆拔起装置、棉杆切碎装置、残膜抛起装置、残膜运输装置、残膜回收装置和机架等组成。其中棉杆及残膜输送装置采用链耙式输送，运行可靠，维修费用低。棉杆粉碎部分的设计中，喂入装置和拔棉杆装置是两个个关键部位，关系到整机的切碎效率和质量等技术问题。本机喂入装置采用棘齿喂入辊，抓取能力强，能连续把棉杆输送到拔棉杆辊处。拔棉杆装置有上下两相对运动的辊组成，结构简单，工作可靠。切割棉杆采用辊刀切割，棉杆粉碎后由链耙从盛料挡板箱体中运输还田。残膜回收部分主要由起膜器将残膜抛起，链耙挂住抛起的残膜并运输到回收箱中。本机主要由两部分组成，棉杆粉碎装置从原理和结构上看工作部件为转动的辊刀，起粉碎作用，转其转速属于高速转动，又因为刀片片采用螺旋布置，能将物料推向一侧，易于集中运输。残膜回收部分的工作部件是起膜器，它能将残膜与土壤部分分离，利于残膜的回收。塔里木大学毕业设计1 引言1.1 设计的目的与意义新疆棉地地膜覆盖种植已有30多年历史，棉花种植面积占全疆农作物总播种面积的 1/3，地膜覆盖面积达150万公顷以上，每年仅棉花生产新增残膜约10万吨。地膜植棉是农田残膜污染的主要源头，解决残膜污染应以棉田残膜为主。目前回收残膜有人工捡拾和机械回收两种方法，当前以人工捡拾为主。但人工捡拾残膜劳动强度大、效率低；机械残膜回收可以克服人工捡拾残膜的弊端，是残膜回收的有效方法。残膜回收机按照农艺要求和残膜回收时间可分为：苗期回收揭膜回收、播前整地回收、秋后回收等类型。在新疆由于膜下滴灌技术的大面积使用，苗期已不能收膜；播前整地时间紧，残膜破碎严重，残膜回收率低；秋季作物收获后当年使用的地膜的强度相对较高，且在地表连成一片，便于机械回收。但秋后田间大量秸秆对残膜回收影响较大，作物收获后作物秸秆直立在地表，这种情况下几乎无法用机械收膜。目前秸秆的收获加工利用量相对较少，棉秸秆的处理以粉碎还田为主。另外，若机械收起的残膜含秸秆等杂物太多，残膜箱在较短时间盛满，在长地块作业时要频繁到地头停机卸膜，这不仅繁琐，影响作业效率，而且不便回收物的进一步处理，因此，收获后回收残膜必须先将秸秆与待收残膜分离，以减少地面秸秆对机收残膜的影响。同时，棉秆资源作为一种重要的生物质能源，在我国产量巨大，但至今却一直没有得到充分利用，因此，秸秆资源大量过剩的问题越来越严重。目前，利用生物质能转换技术，将丰富的秸秆资源变废为宝，转换为优质燃料，是国内解决秸秆浪费问题的一个很好的方法。为了减小残膜的白色污染和实现秸秆的再利用，设计拔棉杆粉碎及残膜回收联合作业机势在必行。两者的结合能有效地提高工作效益，减少工作时间，尤其是在新疆这样有大量地膜覆盖的土地，它的优势更是明显。因此，拔棉杆粉碎残膜回收联合作业机的设计对于我国绿色农业的发展有着不可替代的作用。1.2 拔棉杆粉碎残膜回收机的发展现状1.2.1 国外棉杆粉碎机械的发展状况美国、加拿大等国家的棉花秸秆大部分用于还田。国外的茎秆还田机具结构大多为立式结构，具有机具结构简单，作业效率高等特点。同时还有对秸秆根部进行处理加工的整株秸秆粉碎还田机具。目前国外茎秆还田机具普遍向宽幅、与大马力轮式拖拉机配套的方向发展，宽幅秸秆粉碎还田机具采用液压折叠的方式进行运输。宽幅秸秆粉碎还田机具在小范围的工作面内可以单独仿形，保证工作面内秸秆留茬高度一致。如美国约翰迪尔公司，其茎秆切碎还田机幅宽由12m到54m，配套动力由50kW到l80kW的规格齐全。其工作幅宽为54m的秸秆切碎还田机由三个分体组成，左右两个分体可以折叠，并可以单独随地仿形。日本采用的是在半入式联合收割机后面安装切草装置，一次能完成收获和秸秆粉碎。在大功率、多功能为主的粗饲料粉碎机占优势的情况下，西欧国家还重视生产小型粗饲料粉碎机，其特点是体积小、重量轻、动力消耗小。意大利塞科公司生产的小型粗饲料粉碎机的粉碎刀片沿螺旋线分布，机具振动小，粉碎均匀；英国艾里温公司生产的38MK型草捆粉碎机，粉碎转子只有六个铰链锤片，结构简单，生产率达2t/h，粉碎室的结构和性能继续改进提高。1.2.2 国内秸秆粉碎机械及残膜回收机械现状目前用于收获后回收残膜的主要机型有由新疆农科院农机化所研制的4JSM-1800型抛送式棉秆粉碎还田及残膜回收联合作业机和新疆农垦科学院农机化所研制的4SJ-1.6 型残膜回收与秸秆粉碎还田机，上述机型用横割器、横向输送装置、圆盘式切碎器和护罩等组成，残膜回收装置由松土齿、链齿耙、搂膜弹齿、脱膜轮、底板和仿形轮组成。24塔里木大学毕业设计2 总体结构和原理设计2.1 设计原则该机由拔棉杆粉碎部分、残膜回收部分以及机架等主要部件组成，拔棉杆粉碎部分由传动装置、输送装置、喂入装置、切碎装置组成；残膜回收部分由残膜抛起装置、残膜运输装置、残膜回收装置组成，实现喂料、送料、粉碎、出料、残膜回收等功能。整机结构紧凑，尺寸合理。喂料平稳流畅，功耗小，切碎粉碎、残膜回收效果理想。2.2 工作原理本机通过蜗轮蜗杆减速器将拖拉机动力分别传递给把棉杆粉碎部分和残膜回收部分。传动装置中，首先通过蜗轮蜗杆减速器换向，将垂直于装置的动力输入转换为水平于装置动力输出，在水平动力输出轴上安装有一个带轮，在另一与输送装置平行的轴上同样安装一个带轮。通过该带轮将动力传递到轴上，再在该轴的两端分别安装一个带轮，由该轴上一端的带轮与棉杆喂入辊、拔棉杆上辊、棉杆粉碎滚筒刀上的带轮连接，之后拔棉杆上辊与拔棉杆下辊在另一侧通过齿轮啮合，实现拔棉杆部分的功能，这样就实现了喂入装置、拔杆装置、粉碎装置的工作；该轴另一端的带轮与棉杆粉碎后的运输装置、残膜回收部分传动轴通过带传动连接。残膜回收部分传动轴在另一侧通过带传动传递动力到残膜抛起装置上，残膜运输装置与残膜抛起装置运动方向相反，通过平带交叉传动的方式传递动力，这样就实现了整个机械的工作。 1三点牵引架 2机架 3棉杆喂入辊 4拔棉杆上辊 5拔棉杆下辊 6棉杆粉碎器 7棉杆盛放箱固定件 8棉杆盛放箱 9棉杆抛起器 10平带交叉传动 11残膜运输链耙主动轴 12行走轮 13液压杆 14残膜运输链耙 15残膜回收箱 16棉杆粉碎还田后挡板 17棉杆粉碎运输链耙 18普通V带 19横轴 20带轮3 21减速箱。 图2-1 整体结构图 3 总体方案确定3.1 传动装置的设计传动装置的设计目的主要有两个： 1）将拖拉机的动力传递给喂入装置、拔棉杆装置、粉碎碎装置、运输装置、残膜回收装置； 2）按切碎粉碎等的长度要求达到速度匹配。3.2 棉杆喂入装置和拔棉杆装置的设计棉杆喂入装置采用滚筒带式输送方式，在棉杆喂入装置和棉杆切碎装置之间安装一对喂入辊，喂入辊做相对回转时，把棉杆挤压夹持后，送入到切碎装置处，这样能保证棉杆被拔起且棉杆切割稳定，工作效率高，且自动化程度明显提高。其中，上喂入辊采用压簧式固定方式，使得上喂入辊可以随喂入棉杆直径的大小上下调节，使得进料装置更灵活多变。1棉杆喂入辊 2上拔棉杆辊 3下拔棉杆辊 4棉杆粉碎装置 图3-1 拔棉杆粉碎装置侧视图3.3 粉碎碎装置的设计目前，秸秆切碎方式主要有盘刀式切碎和滚刀式切碎两种。在研究棉秆等硬茎杆切碎时将两种切碎方式进行了比较，滚刀式切碎滑切作用强，切割阻力小，有较好的推挤作用，刀具强度大，有很强的切碎效果，也不影响切碎物的排出，适用于棉杆等硬茎杆作物的切碎。滚刀式切碎中又可以根据刀具的形状分为旋转刀切碎和直刃刀切碎两种方式。早在2003年就有人做了对直刃刀切碎、螺旋刀切碎两种不同切碎方式的比较试验：在相同转速下，旋转刀切碎的单位质量棉杆能耗最低。根据实际情况，结合制造，清洗，磨刀等方面因素，采用旋转型刀切碎更有利，因此，经过比较选择了旋转刀切碎作为棉秆切碎的设计方案。3.4 残膜回收装置的设计残膜回收装置有弹齿式、滚筒式、梨耙式等等，考虑到弹齿与梨耙的尺寸太大，不适合本次机械最初的设想，决定采用滚筒式。滚筒式又有滚筒齿式和滚筒刀式两种方式滚筒齿将残膜刮起后不易脱落，容易残留在滚筒上，影响工作，而滚筒刀是通过将土与残膜同时抛弃，利用重力，一部分土与残膜就会分离，且不会附着在滚筒上。最后决定采用滚筒刀式。3.5粉碎棉杆运输装置与残膜运输装置的确定运输装置考虑有运输带运输、链耙式运输、由于棉杆粉碎后堆积在盛料箱内，只有链耙式运输才能实现运输目的，所以选用链耙式运输；残膜较轻，不易附着到运输带上，不能实现目的，链耙式运输可以勾住残膜实现运输，所以采用链耙式运输装置。3.6机械牵引装置与行走装置的确定该机械整体尺寸不是很大，在运输途中可采用三点悬挂方式牵引，在地里工作时机械要完全放下，若土质较松，可能会陷入地里，所以设计一个液压杆驱动的行走轮，以方便工作。3.7总装配图的设计 根据以上各部分装置的选择设计，可以确定总装配图如下所示。 图3-2 二维-总装配图 图3-3 三维-总装配图4 性能指标和技术参数表4-1 设计要求主要技术指标项目技术指标牵引方式三点悬挂式整机尺寸(mmmmmm)332523001506配套动力(kW)3066作业幅宽(mm)2300棉杆粉碎长度(mm)150残膜回收率(%)85结构质量(kg)1520作业速度(km/h)5.5膜杆分离率(%)95 5 主要工作部件的参数选择与计算5.1棉杆喂入辊的设计计算主动喂入辊采用棘齿式喂入辊，棘齿式喂入辊抓取能力强，夹持作物稳定可靠，下喂入辊通过链轮和主输送带链联结，固定在机架上，上喂入轮也固定在机架上， (5-1)式中： k 拨杆齿的数量； a 喂入口的宽度，单位m； b 喂入口的高度，单位m； l 切碎长度，单位m； n 喂入辊转速，单位r/min； r 棉杆的密度，单位Kg/m3；由已知条件 Q=5000kg/h, r=275kg/，k=2，a=0.4m，b=0.02m，l=0.3m，代入Q=60中，得n=63.1 r/min。动刀转速取经验值n=500r/min，则切碎机构与喂入机构的传动比为i= n/n=500/63.1=7.9，由 l= (5-2) 式中： k 动刀的数量； d 喂入辊的直径，单位m； 打滑系数，0.050.07； i 切碎器主轴转速与喂入辊转速的比值，即n/n；由已知条件，取切碎长度为300mm，k=2，=0.06，代入公式(5-2)，得d=160.6mm，因此，喂入辊的直径为160.6mm。棘轮齿高h=5mm，棘轮齿距p=25mm，棘轮倾角=15，宽度l=300mm。 图5-1 棉杆喂入辊5.2 拔棉杆辊的设计计算根据喂入辊规格选拔棉杆滚筒长1600mm,滚筒直径180mm。拔棉杆上滚筒主动端与传动系统的横轴相连，另一端套有齿轮，通过齿轮传动带动拔棉杆下滚筒运动，上辊与下辊相对运动。上辊下辊是同样大小的齿轮，尺寸相同，以实现转速大小相同，方向相反的相对运动。上下拔棉杆辊通过轴承座固定在机架上，内嵌圆珠滚子轴承。 图5-2 拔棉杆上辊 图5-3 拔棉杆下辊5.3棉杆粉碎装置的设计计算因为切碎轴的动力都是横轴左带轮将电机的动力传递过来的，所以P=14.25kW，。初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A=112,于是得 d= A (5-3) 其中： P输出轴上的功率，单位kW； n轴的转速，单位r/min；把已知数据代入计算得d=58.79mm输出轴的最小直径显然是安装带轮处的轴的直径，故最小直径为58.79mm，根据实际需要，取。图5-4 棉杆粉碎装置 辊上的圆角和倒角尺寸：取轴端倒角为245，其他圆角为2。 动刀转速v最小为12m/s时，刀具的切碎效果才能实现。因为动刀转速为500m/s，所以。所以动刀半径。由拔棉杆辊尺寸宽度400mm,高度180mm及宽度1700mm，设计刀的参数如下： 刀采用滚筒固定刀，半径150mm,刀厚3mm，材料为65Mn,调质处理，刃口淬火，硬度为HRC62-65。 5.4粉碎棉杆运输装置的设计计算5.4.1运输装置传动方式的选择链传动是属于带有中间挠性的啮合传动，与摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；张紧时作用于轴上的径向压力较小，结构较紧凑；能在高温及速度较低的情况下工作；链传动安装制造精度要求低，成本低廉。主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜用齿轮传动的地方。棉杆粉碎运输装置中心距较远，需要平稳运动，所以选择链耙进行运输。选择链齿轮齿数：取小链轮齿数z=19，大链轮的齿数z。确定计算功率：由表查得，由图查得，单排链，则计算功率为 (5-4)选择链条型号和节距：根据及，查图可选20A-1。查表得节距为P=31.75mm。计算链节数和中心距：初选中心距。取。相应的链长节数为： (5-5) 取链长节数节。查表得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为： (5-6)计算链数v，确定润滑方式： (5-7)由v=0.9m/s,查图可知应采用滴油润滑。计算压轴力：有效圆周力为： 链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力为5.4.2链耙传动轴的设计计算链耙传动轴的设计：假设联轴器的传递效率=0.99，带轮传动的效率是0.95，则输出轴上的功率 P=0.95P 其中： P电机输出功率，单位kW； 联轴器的传递效率；把已知数据带入可得P=150.990.95=14.1075kW已知输出轴转速n=500r/min,初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表取=112,于是得 (5-8)其中： P输出轴上的功率，单位kW； n轴的转速，单位r/min；把已知数据带入式得： 输出轴的最小直径显然是安装带轮处的轴的直径，故最小直径29.8mm，根据带轮直径，取。轴的结构设计：1）拟定轴上零件的装配方案：根据各种方案分析比较，选用如下图所示图5-5 链耙传动轴根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度： 为了满足V带轮的轴向定位要求，轴最右端I段需制出一轴肩，故取该部分轴的直径；II段轴要满足链耙链条外部小孔径齿轮的定位要求，故取该部分轴直径，该段轴肩直径为33mm；III段轴要满足链耙链条内部大孔径齿轮的定位要求，故取该部分轴直径，该段轴肩为37mm；IV段轴、V段轴带轮分别与III段轴、II段轴情况相同，故，；I段与带轮配合的长度为，II段轴长度,II段轴肩长度为10mm，II-III段之间的轴的长度，III段轴长度，轴肩长度为10mm，III-VI段轴的长度为，IV段长度为，轴肩为10mm，,轴肩长度为10mm，最后一段轴长度为300mm。轴上零件的周向定位：带轮、齿轮与轴均采用平键联结。在、II、III、IV、V处，按、，查手册的平键截面bh=10mm8mm，平键长25mm，键槽用键槽铣刀加工，配合为H7/n6； 确定轴上的圆角和倒角尺寸：取轴端倒角为245，其他圆角为2。5.5起膜装置的设计因为起膜器的动力都是横轴2左带轮动力传递过来的，所以P=14.25kW，。初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A=112,于是得 d= A (5-9)其中： P输出轴上的功率，单位kW； n轴的转速，单位r/min；把已知数据代入计算得d=58.79mm输出轴的最小直径显然是安装带轮处的轴的直径，故最小直径为58.79mm，根据实际需要，取。 图5-6 起膜器 辊上的圆角和倒角尺寸：取轴端倒角为245，其他圆角为2。 起膜刀转速v最小为20m/s时，刀具的切碎效果才能实现。因为动刀转速为500m/s，所以。所以动刀半径。预计起膜器的刀片深入土地6mm，设计起膜器刀片的参数如下： 起膜刀片采用滚筒固定刀，半径190mm,刀厚6mm，材料为65Mn,调质处理，硬度为HRC65-67。5.6残膜运输及回收装置的设计 残膜具有质量轻，形状呈带状，常用的回收及运输残膜的方式是钉耙类的齿条，这里我也设计用链耙来运输残膜。起膜器将残膜抛起到空中后，由链耙上的丁齿挂住残膜，实现运输。由于只是在空中钩住残膜，丁齿与残膜粘连并不紧密，所以运输到残膜回收箱上时，可以通过重力和链耙运输产生的抖动将丁齿上的残膜抖落到残膜回收箱里。 图5-7 残膜运输链耙图5-8 残膜回收箱5.7传动比的分配已知拖拉机输出转速为5000r/min，链耙转速取经验值为150r/min， 残膜抛起器的转速取500r/min，横轴转速为500r/min，横轴与涡轮轴之间通过带传动实现传动，传动比取为1:1，则减速器输出转速为500r/min，拖拉机输出轴与蜗杆通过联轴器链接，则减速器输入转速即为拖拉机输出转速500r/min。 所以减速器传动比。5.8带传动的设计计算5.8.1带及带轮的设计带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛采用。多楔带传动和同步带传动等。平带传动结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。V带传动允许的传动比较大，结果比较紧凑。多楔带兼有平带和V带的优点。另外V 带多已经标准化且大量生产，所以在本设计中被采用，因为要实现两轴的反向差速带传动，设计中将应用到平带的交叉传动。根据计算功率P=18kW和转速n=500r/min(拖拉机经减速器减速后)，查表选用C型。根据带型、转速初步初选蜗杆轴带轮的基准直径d=180mm。验算带速v V= (5-10)因为5m/sv651.1N计算压轴力F：压轴力的最小值为 (5-16)之后横轴1与横轴2、棉杆粉碎刀及横轴2与起膜器的传动比均为1:1，所以设计的带轮直径相同，中心距有所不同，其中的计算与涡轮轴输出带轮和横轴1之间的带传动计算相似，不在此累述，仅将中心距写出。横轴1与横轴2带传动中心距，横轴1与棉杆粉碎刀带传动中心距，横轴2与起膜器带传动中心距，带的根数均为4根。下面计算横轴1与棉杆喂入辊之间的带传动：已知Pca=16kw 和，查表选用B型带。根据带型、转速初步初选横轴1左带轮的基准直径=180mm，取棉杆喂入辊从动轮带轮直径为。根据公式，故验算带速 (5-17)因此带速合适。确定V带中心距和基准长度 ：根据公式确定中心距，代入数据得：，初步确定中心距 =700mm计算所需要的带的基准长度： (5-18)数据代入计算: =1608.3mm。选取基准长度=1800mm。计算实际的中心距： (5-19)数据代入得：=860mm。验算带轮包角： (5-20) 数据代入得 (5-21)此带轮的包角合适。 计算V带的根数Z： 1)计算单根V带的额定功率Pr由d=180mm，n=500r/min，查表得P=5.2kW，于是 (5-22) 2)计算V带的根数 (5-23)所以取三根带，即。 计算单根V带的初拉力的最小值（F）：已经C型带的单位长度质量q=0.3Kg/m，所以 (5-24)应使带的实际拉应力F909.9N计算压轴力F：压轴力的最小值为 (5-25)横轴1与拔棉杆上辊、棉杆粉碎后运输链耙，残膜抛起装置与残膜运输链耙的传动比均为1:3，所以设计计算相同，这里只给出最后结果。横轴1与拔棉杆上辊之间带传动中心距，横轴1与棉杆粉碎后运输链耙轴之间带传动中心距，残膜抛起装置与残膜运输链耙之间带传功中心距，V带的根数均为3根。5.8.2带轮的计算：已知，蜗轮轴轴径为d=55mm，对于带轮在减速器上的结构应该紧凑，故选用实心式，横轴1带轮选择相似设计，也为实心式。普通V带轮的截面尺寸为：基准宽度=14mm 基准线上槽深=3.5mm基准线下槽深=10.8mm槽间距e=190.4mm第一槽对称面至端面的距离=11.5 mm带轮宽B=(Z-1)e+2f=30 mm外径da=+2ha =180 mm其他带轮的设计类似，将不在此重复叙述。5.9拔棉杆辊直齿圆柱齿轮传动设计计算选定精度等级、材料及齿数：1）根据实际工况，定义选用7级精度2）上、下齿轮均选用40Cr，硬度为280HBS。3）齿轮齿数，i=1。按齿面接触强度设计：由已有计算公式进行试算，即 (5-26)确定公式内的各计算数值：1）试选载荷系数2）计算齿轮传递的转矩： (5-27)3）选取齿宽系数4）查得材料的弹性影响系数5）按齿面硬度查得大、小齿轮的接触接触疲劳强度极限6）计算应力循环次数： (5-28) 7）查得接触疲劳寿命系数8)计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，则 (5-29)代入计算：1）试算齿轮分度圆直径，代入中较小值： (5-30)2)计算圆周速度v： 。 (5-31)3）计算齿宽b： (5-32) 4）计算齿宽与齿高之比：模数 齿高 5）计算载荷系数：根据v=4m/s，7级精度，由图查得动载荷系数；直齿轮；使用系数；用插值法查得7级精度、齿轮相对支承非对称布置时，由，查得；故载荷系数 (5-33) 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径： (5-34)按齿根弯曲强度设计：弯曲强度的设计公式为：确定公式内的各计算数值：1）查得上、下辊齿轮的弯曲疲劳强度极限2）取弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 (5-35) 4）计算载荷系数K。 5）查取齿形系数。查表得6）查取应力校正系数查表得7）计算上、下齿轮的并加以比较， = (5-36) 因为本设计的圆柱齿轮的大小是相同的，所以的值也是一样的。代入计算： (5-37)因此选取m=2.5，这样设计出的齿轮传动既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算：分度圆直径齿距R ：， 齿宽：取，根据，得。直齿圆柱齿轮的设计计算参数：模数m=3.5，上、下齿轮齿数，分度圆直径，中心距，齿轮宽度 ，取齿宽。5.10横轴的选择计算与校核V带传动效率取=0.96，则P2=P1=370.96=35.52kwN2=1911r/min (5-38)初步确定轴最小直径： 选取轴的材料为45钢，调质处理。取=126，于是得： mm (5-39)输出轴的最小直径是轴的第一段，它和带轮过盈配合。按扭转强度计算：这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。之后对轴进行强度的校核时按照弯扭强度计算，强度不够再进行调整。轴的扭转强度条件为： (5-40)式中：扭转切应力，MPa； 轴所受的扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，mm3； 许用扭转切应力，MPa； 轴传递的功率，kW； 轴的转速，r/min。实心轴的抗扭截面系数计算式为： (5-41)式中：d轴的直径；由公式可得轴的直径 (5-42)得：35.52mm。这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的最小直径 ，取=40mm。I-II之间装带轮，III-IV之间装轴承和套筒，V-VI之间装带轮，VII-VIII之间装轴承和套筒，XI-XII之间装轴承。根据周向定位要求确定各段长度与直径：1.为了满足轴上带轮的配合并符合最小直径要求，设计，。带轮右边轴端固定用轴肩固定，所以选择，。2. 初步选择滚动轴承。根据，设计，因此选用圆锥滚子轴承32213型。其尺寸的dDB=65mm120mm31mm。取。 轴承右端用轴肩固定，所以选择，。3. 由于IV-V段、VI-VII段、VIII-IX段、X-XI段是过渡轴，取，。4. 轴V-VI是安装带轮的一段轴，设计，。右边设计轴肩，目的是带轮轴向固定，左边安装套筒。取，。5. VII-VIII段与IX-X段和III-IV段设计相同，初步选择滚动轴承。，因此选用圆锥滚子轴承32213型。其尺寸的dDB=65mm120mm31mm。取，。轴承左端用轴肩固定，所以选择，。设计的轴总长为1145mm。如下图所示。 图5-9 横轴按弯扭合成应力校核轴的强度：通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即危险截面处的强度，取=0.8，W=0.1d3 (5-43)故安全。6 机架的设计机架和箱体等零件，在一台机器的总质量中占有很大的比例，同时在很大程度上影响着机器的工作精度及抗振性能。所以正确选择机架和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性等的重要途径。机架对刚度要求较高，同时兼顾考虑经济性，机架材料选用铸铁，局部对刚度要求较高的采用铸钢，所以，初步选定适用角铁。机架部分地方需要安装轴承的部件，所以传动装置那一部分的机架采用肋板式布置，这样不但增加强度和刚度，而且避免材料的浪费。图6-1 机架塔里木大学毕业设计总 结本论文主要全面阐述了拔棉杆粉碎及残膜回收联合作业机的设计意义及棉杆粉碎、残膜回收在国内外的状况，着重介绍了拔棉杆粉碎及残膜回收联合作业机思想，设计原理和整体结构，在科学分析和参阅很多资料基础上，确定了各部件参数，提出了关于本设计的总体设计方案。本机主要有棉杆喂入装置、棉杆拔起装置、棉杆切碎装置、残膜抛起装置、残膜运输装置、残膜回收装置和机架等组成。其中棉杆及残膜输送装置采用链耙式输送，运行可靠，维修费用低。棉杆粉碎部分的设计中，喂入装置和拔棉杆装置是两个个关键部