胡萝卜联合收获机根叶分离切割装置的设计

青岛农业大学毕 业 论 文（设计）题 目： 胡萝卜联合收获机根叶分离切割装置的设计 姓 名： * 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： * 学 号： * 指导教师： * 2011 年 6 月 18 日毕业设计诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪 论.31.1 研究课题的目的与意义 .31.2 国外研究状况分析 .21.3 国内研究状况分析 .31.4 研究内容及设计要求 .42 总体方案的确定 .52.1 拟定的方案 .52.2 总体方案的分析与确定 .62.3 传动系统方案的确定 .72.4 胡萝卜收获机切割装置方案的确定 .83 传动系统的设计计算 .103.1 功率及传动比的分配 .103.1.1 牵引速度 .103.1.2 种植要求 .113.2 减速器的选择 .123.3 带传动部分的设计计算 .133.4 带速的选择 .153.5 传动轴的设计 .164 切割装置的设计 .174.1 切割刀具的结构设计 .174.2 切割装置的工作过程分析 .195 支撑架的设计 .226 结 论 .23参考文献 .25致 谢 .26III胡萝卜联合收获机根叶分离切割装置的设计摘 要结合国内胡萝卜的种植模式及农艺要求，借鉴国外已有机型的机构功能原理，对一种偏置式胡萝卜联合收获机根叶分离切割装置进行了设计。切割动力由拖拉机动力输出轴经减速器和传动装置获得，切割装置是由两组双曲柄多并行连杆机构组成，每一组机构均是由主动曲柄盘和从动曲柄盘的转动来带动六个结构尺寸相同的刀具连杆做往复合成运动。根据联合收获机本身结构特点，合理地设计和布置两组机构的几何参数和工作参数，使两组刀具在工作过程中既不相互干涉，又能相互配合完成连续剪切的功能，对夹持输送带上的胡萝卜实现根叶的切割分离。关键词：胡萝卜；联合收获机；传动装置；切割装置IIDesign of Driving and Cutting Device Belonged to Carrot CombineAbstractAccording to the plant mode and agricultural requirement of carrot, a sort of cutting device used to separate roots and leaves of carrot was designed based on the principle of carrot harvest from foreign countries. The cutting power is derived from the P.T.O of tractor to reducer. Cutting devices consist of two set of connecting rode, and each connecting rode includes six same cutters which take composite motion with the drive of crank plate. Based on the structural characteristics of the carrot harvester, geometric parameters and work parameters of the cutting device were reasonably designed, so as that the cutters can operate the continually cutting function under the condition of no interference with each other. Carrot roots can be separate from leaves successfully by the cutting device.Key words : carrot; combine harvester; driving device; cutting device青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）11 绪 论1.1 研究课题的目的与意义胡萝卜作为主要经济作物之一，在全球分布较广，我国是全世界胡萝卜收获面积最多的国家，总产量占世界胡萝卜总产量的 1/3。相比其它作物，我国目前胡萝卜机械化作业水平非常低，收获方式还是主要以人工收获和半机械化分段收获为主，机械收获中主要利用挖掘犁将胡萝卜挖掘出来的单一功能的分段收获或利用马铃薯收获机或胡萝卜收获机进行兼收等。因此，设计出专门用于胡萝卜的联合收获机械是我国农业机械研究人员面临的一项重要课题。胡萝卜联合收获机能够实现胡萝卜的挖掘、输送、去土、根叶分离、集收等多项功能。其中根叶分离的切割装置是收获机的重要功能部件，也是设计的难点和重点。本项目的研究目的就是结合我国实际情况，借鉴欧美发达国家及日本、韩国等地区的现有的胡萝卜联合收获机型，研究设计出专门用于胡萝卜联合收获机的根叶分离切割装置，实现胡萝卜联合收获过程中将根叶切割分离的功能，并与其它部件合理衔接 1。根叶分离的切割装置是胡萝卜联合收获机整机设计的重要组成部分，这对于研制开发出实现适合我国国情的胡萝卜联合收获奠定了基础，对于提高工作效率、降低农民的劳动强度以及提高农民的经济效益具有重要意义。胡萝卜既是我国重要的蔬菜作物和粮食作物，也是重要的出口创汇产品和农业结构调整重点发展和扶持方向。但我国胡萝卜作物生产机械化发展严重滞后，长期依靠人工或半机械化作业，特别是收获作业，大部分地区仍以人工为主，机械化联合收获几乎还是空白。人工挖掘和捡拾劳动强度大、用工多、效率低、损失大，国内对胡萝卜机械化收获技术设备的需求日趋迫切。机械化根叶分离切割刀具部件是胡萝卜、马铃薯、大蒜等块茎类作物机械化收获的关键部件。现代机械化收获技术要求收获机具能一次完成挖掘、拍土、切割、清选、集果等项作业的联合作业，切割技术的好坏直接影响到后续作业的质量。随着社会生产对收获技术要求的提高，切割刀具部件研究越来越引起设计者的重视。因此，研究、开发出适合我国国情的，且技术先进、经济实用的胡萝卜联合收获机切割装置，可以提高劳动生产率，减轻劳动强度，增加农民收入，调整农业产业结构 2。因此，本课题对于胡萝卜联合收获机整机的设计具有重要的意义。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）21.2 国外研究状况分析欧美等国家对胡萝卜机械化收获起步早、发展快、技术水平高。在 20 世纪 40 年代初，前苏联、美国就开始研制推广应用胡萝卜收获机了，尤其在两段收获方式的研究技术方面比较成熟。50 年代末期全面实现了生产机械化。7080 年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了胡萝卜生产机械化。国外胡萝卜收获机械的技术水平相当高，不但生产率高，而且高新技术已融于机具之中：采用振动、液压技术进行挖掘；采用传感技术控制土壤喂人量、胡萝卜传运量以及分级装载；采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离；利用微机进行监控操作，其收获形式为典型的联合收获胡萝卜收获机一次将胡萝卜挖掘、去土并通过切割刀具使根叶分离，并且通过抖动运输装置进行进一步的去土和集装。较有代表性的是美国迪沃夫公司生产的胡萝卜联合收获机、日本久保田公司生产的胡萝卜收获机（图 1-3）及美国 KMC 公司生产的系列胡萝卜挖掘机，由于国内外的胡萝卜品种不同，其机械也是针对胡萝卜种植的特点设计的，其挖掘部件多为平面铲，输送部件则多为带式和链杆式，独特的托辊振动筛用于分离泥土和杂物。图 1-3 日本久保田胡萝卜收获机总之，在国外几个主要生产胡萝卜的发达国家，都形成了用联合收获机直接收获，或用挖掘传输去土割秧清选来实现全面实现收获机械化的配套系统，基本上实现了胡萝卜联合收获机械化。由于欧美等国家作业面积大，因此其胡萝卜收获装备具有大型化、高效率、价格昂贵、适应大面积作业等特点，并且都已实现无人驾驶、GPS 导航系统控制。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）31.3 国内研究状况分析我国胡萝卜栽培已有 700 多年的历史，我国种植区域主要分布在华北、华中、西南、西北和东北的部分省份，其中山东、河南、浙江和云南种植最多。我国胡萝卜等经济作物种植面积和产量在世界上都居于世界前列，在国际农产品贸易中占有举足轻重的地位 3。然而胡萝卜等经济类作物收获机械发展相对滞后，主要是由于胡萝卜等经济类作物机械化水平低，尤其是收获环节机械化水平更低，造成生产成本居高不下，一些作物生产成本甚至高出国外五六倍导致国际市场对我国经济作物需求减少，出口量萎缩，也直接影响了农民种植的积极性 4。我国胡萝卜种植区域分布广阔，地理环境复杂，不少地方已呈现规模化种植。但是广大农村仍以分散、小片生产方式为主，而且多数山区和丘陵的地方种植模式复杂，既有垄作又有平作，且栽植品种多样，行、株距差距较大制约了收获机械的发展。目前在我国，目前块茎类收获机械正处在发展时期，联合收获技术还处于研制阶段。现有的块茎类作物收获有人工收获、牲畜牵引犁、 “手拖”牵引犁等收获方法 5 ，多采用分段收获，而且机械化程度普遍不高，通常是将一部分块茎类作物从土里翻到地表，其余作业由人工完成。起步也滞后于花生、大蒜等根茎类收获机械，但主要属于有挖掘犁完成的挖掘翻起作业或由收获机完成挖掘、输送、分离及铺条作业，而后续的去土、切秧、捡拾及装袋等作业则有人工完成，功能简单，并存在能耗大、挖净率低、损伤率高及损失率大等问题。国内的胡萝卜收获机只能在薯类等作物收获机械的基础上增加和拓展功能而已，特别是对于胡萝卜收获部件中的切割装置，我国在该部件上的研究创新还没有什么作为，我国的胡萝卜收获机的切割刀具易伤果，而且切割不够彻底，对专门用于胡萝卜收获的适应性有有待提高，集成度高的胡萝卜机械化联合收获还是空白 6。现在国内已存在多种兼收胡萝卜的收获机，多用小四轮拖拉机或手扶拖拉机配套。作业时能完成胡萝卜的挖掘、抖土。但挖掘后仍需要由人工完成捡拾，摘果，工作效率不高。山东双利集团农业装备研究院研制的 4UD2 型根茎类收获机（图 1-1）是一种与小四轮拖拉机配套的新型收获机，创建了新的挖掘及分离原理，合理的动力传递及操纵装置。它是一种全新的挖掘及分离装置为一体式的结构,具有挂接简单、操作灵活、作业效率高、稳定性好、受力均匀收获后作物成行分布等优点；用于兼收胡萝卜、大蒜等作物，青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）4属光谱类根茎收获机械，生产效率高、作业损失少、安全可靠，是目前根茎类收获机械的理想机具 7。图 1-1 4UD-2 型根茎类收获机 辽宁省农机化研究所研制的 TF-VS 根茎类收获机（图 1-2）与拖拉机配套使用，以其结构简单、价格低、使用成本低却能省去人工收获胡萝卜的大部分劳作而适用现阶段的农村经济。该机械主要针对胡萝卜机械收获过程中的适应性差、壅土阻塞、秧蔓缠绕、损失率高等技术难题，研制的一种与中等功率拖拉机配套的 TF-VS 根茎类收获机。该机主要用于收获胡萝卜、红薯、马铃薯等根茎类收获机械，这一收获机设计中在动力传动系统采用“偏心旋转，中央分离”的专有传动方式，采用异步振动筛将根茎作物从土壤中分离出来，不仅增强了采收作业效果，提高了采收率，而且大大降低了采收时的功率消耗，节省了能源降低了成本，减少对环境的污染，具有适用范围广，作业性能好，操作和维护方便产品可靠性高等特点 8。图 1-2 TF-VS 根茎类收获机青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）51.4 研究内容及设计要求目前，胡萝卜播种机械化技术已基本成熟。多种系列化的多功能胡萝卜播种覆膜机已在胡萝卜产区得到了大面积的推广和应用，实现了我国胡萝卜播种种植的机械化、产业化。但胡萝卜收获方式大部分地区仍以人工收获为主，部分地区用胡萝卜挖掘犁。少部分地区采用胡萝卜收获机，胡萝卜机械化的联合收获几乎为零。1） 研究内容本课题是研究专门用于胡萝卜收获的联合收获机的根叶分离切割装置， 研究内容分两部分：传动装置和切割装置。传动装置主要是传动方案的论证、功率分配、传动比的计算以及传动部件的结构尺寸设计；切割装置主要是确定适合于我国胡萝卜种植模式的方案，刀具的工作原理、运动轨迹分析、受力分析和结构尺寸的设计。2） 设计要求根据偏置式胡萝卜联合收获机本身结构特点，合理地设计和布置两组机构的几何参数和工作参数，使两组刀具在工作过程中既不相互干涉，又能相互配合完成连续剪切的功能，对夹持输送带上的胡萝卜实现根叶的切割分离。切割动力由拖拉机动力输出轴经变速箱和传动装置获得，切割装置是由两组双曲柄多并行连杆机构组成，每一组机构均是由主动曲柄盘和从动曲柄盘的转动来带动六个结构尺寸相同的刀具连杆做往复合成运动。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）62 总体方案的确定2.1 拟定的方案方案一：如图 2-1 所示该方案的动力传动是由皮带轮带动橡胶输送带夹持胡萝卜向上传输，当到达挡盘位置时，由于挡盘之间的缝隙不能使得胡萝卜通过，只允许其茎叶通过，在通过提升轮使得胡萝卜继续向上提升，使胡萝卜在到达切割圆盘时顶在其下盘面，而其胡萝卜和其茎叶继续向前运动，通过切割圆盘将胡萝卜果实和其叶相分离，最后将胡萝卜运送到集装箱。图 2-1 方案一简图1、皮带轮 1 2、挡盘 3、皮带轮 2 4、切割圆盘5 皮带 1 6、皮带 2 7、提升轮首先，通过方案分析可知该机器的带轮过多，生产加工成本过高，增加了农民的负担；其次，造成机体的重量加大，增加了作业机械的功耗，不利于提高切割效率，不符合节约高效的设计理念；其次是零件过多，空间的分配不太合理，胡萝卜收获过程中会出现堵塞的现象。方案二：该方案的胡萝卜收获机与拖拉机偏置式连接，动力传动通过拖拉机动力输出轴由万向节传到变速箱的输入轴上，切割装置（图 2-2）采用带轮传动的方式。拖拉青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）7机动力传到的齿轮箱以后，动力传动路线产生分流，一路由带轮传送到提升输送装置；另一路经带轮传动到安装刀具轴驱动切割刀具，带动刀具进行运转，切割装置是由两个刀具的相互运动，运动可以分解为两个运动，绕轴线的回转运动和横向往复运动共同完成切割的效果。每个刀具上有六个结构尺寸相同的刀片，工作过程每两个刀片的运动通过剪切力的作用达到根叶分离的效果。图 2-2 胡萝卜收获机切割装置2.2 总体方案的分析与确定经过以上两个方案的比较，我们可以看到第一种方案在工作环境良好的条件下适用，而且用的带轮较多，导致机组的重量过大，在收获的过程中占地面积较大，生产成本高，切割的效率降低，对于传输和后续的工作要求比较高，不利于山区和丘陵地区广泛的推广和使用，而且在切割过程中由于刀具结构尺寸的影响，造成果实损伤率较高。因此不建议选择第一种方案。方案二是采用与拖拉机偏置式进行连接，从安装位置考虑节省占地面积，而且采用带传动避免在传动过程中出现抖动影响切割效果，胡萝卜联合收获机采用了一种全新的三带式夹持输送机构。该夹持机构结构较简单，稳定性好，此机械用于单行收获；切割装置由两个刀具十二个刀片两两相互之间的运动所产生的剪切力来是根叶分离，并且出现不间断，避免了漏切，而且在切割的过程中由于刀具特殊的结构尺寸使得果实的损伤率低，因此该设计选择方案二。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）82.3 传动系统方案的确定方案一：由图 2-3 可知，动力从拖拉机动力输出轴出来，通过万向结与减速器相连，在减速器里通过锥齿轮的变向作用使输出轴竖直向上，这样就使得该轴与刀具主动轴以及起到提升和输送作用的带轮所在的轴相平行，这样就在轴与轴之间通过带轮相连接，已完成挖掘、输送、切割时期根叶分离的效果。图 2-3 方案一的简图1、 带轮轴 2、带轮一 3、带轮二 4、带轮三5、轴 6、减速箱 7、带轮四 8、刀具轴 9、皮带方案二：由图 2-4 可知，动力从拖拉机动力输出轴出来后，通过万向节与减速器相连，在减速器里通过锥齿轮的变向作用使输出轴沿水平方向输出，然后将动力分两路，一路是通过带轮传到过渡轴，然后通过锥齿轮的变向将动力提升输送装置所在的轴；另一路是通过齿轮啮合将动力传到过渡轴，然后再将过渡轴上的动力通过锥齿轮传送到刀具轴，从而达到切割的效果。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）9图 2-4 方案二的简图1、减速器 2、联轴器 3、传动轴 4、带轮 5、轴承 6、齿轮 7、过渡轴 8、锥齿轮 9、刀具轴方案一是为了传送动力的方便将减速器输出轴方向向上，但是该方案存在两个缺点，一是将输出轴向上的固定会出现漏油（密封）和润滑问题；二是仅仅通过带轮的传动难以实现两刀具轴和两输送带轮轴相反的转动的方向，因为在输送胡萝卜和使其根叶分离的过程，需要两刀具轴的转动方向相反而产生的剪切力使其达到胡萝卜根叶分离的效果。因此方案一被否定。方案二是将减速器输出轴水平方向放置，这样就避免出现密封漏油和润滑的问题，另外通过过渡轴与刀具轴之间的两套锥齿轮分别与刀具轴相连不仅能够保证动力变向，而且还保证了两刀具轴之间的转动方向相反，能够产生相对运动的剪切力，从而达到切割是根叶分离的效果。通过两个方案的比较，我们看出方案二能够实现我们预期想要达到的效果，其优点明显比方案一好，因此选择方案二。2.4 胡萝卜收获机切割装置方案的确定由于专门收获胡萝卜的联合收获机在我国还是空白，因此采用一些兼收胡萝卜的机器时，仅仅是将胡萝卜从地里挖掘出来，使胡萝卜铺放在地里，对于后续的捡拾以及是胡萝卜根叶分离的工作只能由人工来完成，对于大面积作业种植的农民来说，工作量非常青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）10之大，因此，对于胡萝卜联合收获机挖掘输送之后的切割使其根叶分离的切割装置的设计就显得尤其的重要，这是决定胡萝卜联合收获机收获效率的关键。在确定切割装置方案之前，要先弄清胡萝卜收获根叶分离所达到的预期效果，在收获胡萝卜的过程中，首先要保证的是在不损伤果实的情况下尽量使根叶分离的干净彻底，以减少后续进一步的处理，其次，要保证切割效率高，既不要出现漏切的情况，又能够使资源得到充分的利用，故拟定的切割装置方案的选择如图 2-5 所示：方案一：图 2-5 切割装置的三维仿真图（1）在如上图所示的方案中，我们能够清楚的看到，该切割装置是采用了两个转动方向相反的轴所带的刀具，每个刀具上都带有结构尺寸相同的刀片，由于其刀片结构尺寸的特殊性，来保证在工作的过程中实现根叶分离的效果。 在收获胡萝卜时，将胡萝卜从地里挖出经传送带输送到切割装置的过程中，传送在一边在运动，切割刀具同样也在转动，当胡萝卜输送到切割刀具处时，胡萝卜具有传输带所给的向后运动的速度，同时刀具也在运动，刀具的运动是合成运动，可分解为两个运动：水平方向的往复运动和数值方向的回转运动，两个刀具上的刀片这种相互之间的运动作用在前进的胡萝卜上产生剪切力，从而使胡萝卜根与叶相分离达到预期的效果。在上图所拟定的方案中，我们可以看出该方案能够实现根叶分离的效果，但是当刀具轴旋转一圈时，刀具只进行一次切割，明显效率很低，而且根据胡萝卜株距的要求，在传输过程中，有可能会出现漏切的胡萝卜，从而影响整个收获过程，因此要对其方案进行改进来保证切割效率和避免漏切。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）11方案二：图 2-6 切割装置的三维仿真图（2）图 2-6 是对上一个方案的改进，每个刀具上装有六个尺寸相同的刀片，由于其结构尺寸的特殊性，当刀具轴转动时刀具随着转动，首先保证自身转动时，六个刀片不干涉；其次，在两个刀具配合的过程中，不仅能够保证每个刀具上的刀片两两相配合，靠相对运动产生的剪切力来实现根叶分离的效果，又根据运动过程的分析，在工作的过程中不会出现间断的过程，从而避免了漏切的现象。综上两个方案相比较，方案二的优点很明显，因此我们选择方案二来进行设计。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）123 传动系统的设计计算3.1 功率及传动比的分配3.1.1 牵引速度为保证收获机械的工作效率和机组在田间的正常行走,选用四轮拖拉机的常用工作档位,这里参照类似的市场上现有机器性能参数可选取拖拉机的行驶速度即牵引速度。smv/13.1.2 种植要求根据胡萝卜种植要求选择株距为 5cm，由于其收获方式采用侧置式的特殊需要，种植方式为一垄四行，行距分别为 20cm、25cm、20cm，挖深为 30cm，垄距为 45cm。3.1.3 传动系统功率的分配要确定传动系统的功率，首先要知道工作部件和提升传输部件所需的功率以及转速，在此基础上通过与拖拉机配套以及胡萝卜的株距和拖拉机收获时的行走速度来确定所需拖拉机的功率。参考类似的机械的设计参数数据，可知取提升传输部件功率 N =5Kw。1公式（3-1）kWPNT958.1切割刀具所需功率 =9kw，拖拉机转速 n 。故：2 min/0r= + =18 公式（3-2）T2K取： =20N由于整个收获装置需要液压提升，故拖拉机功率 N 为：公式（3-3） kWT405.2青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）133.1.4 传动比的分配该设计主要是对切割装置进行传动比的设计。动力输出轴通过减速器到传动轴，再到过渡轴，最后到达刀具轴，根据任务书要求刀具的转速为： min/302rn因此总传动比为：公式（3-453012ni）减速器输出轴的转速取 500r/min，故： 501i= 3过渡轴在这里仅仅起到动力传递的作用，因此用两个完全相同的齿轮进行啮合，已达到传递动力而又不改变传动比的效果，故过渡轴的转速也为 500r/min，通过锥齿轮的传递时转速变为 300r/min，得到： 3052i= 1.673.2 减速器的选择减速器的选择是个很重要的环节，它将直接决定传动方案的可行性，以及对后续的设计计算起到很好的依据，考虑到胡萝卜收获机是侧置式与拖拉机悬挂在一起，动力传递时需要换向，所以选择锥面包络圆柱蜗杆减速机，考虑到传动比的要求，只需要一级减速器即可，查机械工程手册可选 KWU 型减速机 JB/T5559-1991（图 3-1） 。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）14图 3-1 KWU 型减速机 JB/T5559-19913.3 带传动部分的设计计算传动装置采用带传动，其主要参数为：主动带轮的传动比 i=0.5，输送带的速度为 1.2 m/s,主动带轮的转速为 36.3 r/min, 分度圆直径 384 mm，节距 31.75 mm，功率 5 kw 被动带轮的直径为 192 mm。具体计算过程：3.3.1 确定计算功率 caP由胡萝卜收获机的工作状况，根据课本机械设计表 8-7 查得工作情况系数故：1.AK公式（3-5）kWPKAca 5.1.53.3.2 选择 v 带的带型根据 根据课本机械设计图 8-11 选用 B 型。1nPca、3.3.3 确定带轮的基准直径 并验算带速d1）初选小带轮的基准直径 d 。根据课本机械设计表 8-6 和表 8-8，取小带轮的1基准直径 d =200mm。1青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）152）验算带速 。公式（3-6）smv /23.51062106nd因为 5m/s（F ）min,取 F =170N003.3.8 计算压轴力 p压轴力的最小值为公式（3-15 ） NFzp 3.169257.13sin4.6952sin21m0min 3.4 带速的选择长距离、大运输量输送机应选取较高的带速；短距离输送机，为提高输送带的使用青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）17寿命，应选取较低的带速。水平或上运输送机应选取较高的带速，其中常用的带速有0.8,1.0,1.25,1.6,2.0 等，与实际相结合选取 1.0 m/s。3.5 传动轴的设计1.求轴上的功率 P 、转速 n 和转矩 T111P = 9 KW，n =300r/min，T =9.5106 =9.55106 =2104680N.m 公式（3-1 1np30916）2.初步确定轴的最小直径按参考文献14 表（15-2）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 A0=103，于是得dmin= A0 =103 =26 mm 公式（3-1/3()Pn3/1.6917）3.轴的结构设计1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度如图 3-2：图 3-2 轴的结构(1)由前面的设计结果可得，1-2 段直径为 26 mm,1-2 轴段端部安装轴承，2-3 段轴套直径为 26.7 mm，无特殊要求，3-4 段直径是 38 mm，通过键与链轮连接。L 1-2= =19 mm,L2-3= 50 mm，L 3-4=36 mm,L4-9=230 mm。(2)初步选择滚动轴承。因为轴承承受径向力，故选用深沟球球轴承。参照工作要求并根据 d1-2=30 mm，由轴承产品目录中初步选取轴承代号为 6810 深沟球轴承，其尺寸为青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）18dDB=30mm67mm17mm,右端采用轴肩定位，同时根据刀具的工作要求，轴肩的高度为 3mm,因此，取 d2-3=26.7 mm,L2-3=50 mm。至此已经初步确定了轴的各段直径和长度。2）轴上零件的周向定位安装齿轮处的 d3-4=36 mm，轴于锥齿轮之间用平键连接。参照14，由表 6-1 选取普通平键的尺寸为 bh=10mm8mm，保证齿轮与轴的配合有良好的对中性。3）确定轴上圆角和倒角尺寸参考14表 15-2，取轴端倒角为 ，各轴肩处的园角半径为 R1。452青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）194 切割装置的设计由于切割装置运动和工作的特殊性，下面着重对切割装置的结构设计和运动分析、受力分析。4.1 切割刀具的结构设计由于要求在切割的过程中刀具不能伤到果实，而且还要保证切除的要干净彻底，因此对于刀具的结构要求的非常高，刀具上刀片的结构尺寸与安装尺寸的设计是收获机能够正常工作并且完成预期的效果的关键所在，刀片结构设计如图 4-1 所示：图 4-1 切割刀片考虑到胡萝卜在刀具剪切力的作用下使根叶分离，而刀具又不能干涉，因此刀具工作位置处的截面要设置为半圆形的弧状，两个刀具上的刀片切割部位的结构尺寸应该相反，以保证切割时有比较大的切割力并且刀片之间又不出现干涉，因此刀具切割部位断面结构如图 4-2 所示。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）20图 4-2 刀具切割部位断面结构根据上图我们可以看到，随着刀具轴的转动，刀具的运动可以分解为两个运动方向：水平方向的往复运动和竖直方向的回转运动，这就不仅仅对其结构尺寸要求严格，对于其安装要求更为重要，使其在剪切的过程中既要有足够的剪切力，又不会使刀具之间有干涉的现象。故安装要求如图 4-3 所示：图 4-3 切割刀具的安装配合4.2 切割装置的工作过程分析 切割装置的工作过程如图 4-4 所示：图 4-4 切割装置的工作过程 图 4-5 切割装置断面图青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）21随着传输带将胡萝卜从地面输送到切割刀具处的同时，切割刀具在不停的转动，两个刀具上的六个刀片分别依次的两两配合，在同一位置对胡萝卜进行切割使其根叶分离，两个刀片剪切完之后相互分离的同时，下一对紧接着进行配合从而避免漏切的情况，这样循环不断的进行切割。本身传送带一直向前传输，在到达刀具还未实现切割的这段过程，传输带对胡萝卜还有个提升的过程，以保证切割时在胡萝卜根与叶的结合面处，避免有残余的叶留在果实上。4.2.1 切割刀具的运动轨迹分析切割装置的工作过程分析是对切割装置在运动过程中的轨迹的分析和在切割过程中胡萝卜所受剪切力的分析计算，如图 4-5 所示刀具切割部位断面结构，在刀具轴转动的过程中，两个刀具上的刀片分别相对运动既有水平的往复运动，又有竖直方向上的往复运动，由于每个刀具上六个刀片的尺寸以及运动轨迹是完全相同的，下面着重对其中的一对配合刀片进行运动轨迹的分析。运用仿真软件对其刀具运动轨迹进行仿真，可以得出刀具上每个点的运动轨迹都为一个圆，而且圆所在的平面与刀具轴转平面平行，来保证切割过程中的不干涉，现选取两刀具对应点，其轨迹如图 4-6 所示：图 4-6 两刀具对应点轨迹视图4.2.2 切割刀具的剪切力分析在此切割过程中，对于拖拉机的前进速度，传输带的输送速度以及刀具的切割速度之间的衔接关系要求较高，一般切割作物茎秆时，切割速度越高，切割性能越好。但过高的切割速度常会使机器产生较大的震动。这不仅会加速机器零件的磨损与破坏，而且会增加机器的功率消耗。而过低的切割速度又会产生切割不整齐甚至出现漏切，因此在机器工作时，必须保证切割刀具有规定的切割速度，已达到良好的工作质量。此外，切割刀具的速度应与机器的前进速度相适应，生产实践告诉我们，在一定的青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）22切割速度和一定的作物条件下，增加机器的前进速度，往往会增加切割器刀刃的负荷，而过大的前进速度，必然导致输送速度也要加快，有可能会造成漏切或损伤果实，但过低的前进速度又会降低机器的生产率和增加切割刀具功率的消耗，故切割刀具的速度与机器的速度必须很好的配合，因此对于切割过程中剪切力的分析至关重要。由于在我国，胡萝卜联合收获还没有成熟，因此对于在收获过程中，切割刀具对胡萝卜产生的剪切力的大小还尚未成熟，而胡萝卜与马铃薯根部组织层的强度相近，因此我们在这里借鉴马铃薯收获时根叶分离切割装置剪切力的测定，如图 4-6 所示：图 4-6 剪切刃上作用的力由上图可知，在刀具切割胡萝卜时，由于其运动为合成运动，故所受的剪切力方向Y 也是随着运动的方向分解为竖直方向和水平方向，总的受力方向为斜切，而不是正切。之所以采用斜切而不采用正切的原因是由于斜切不管其横截面积有多大，其切割阻力和功率消耗都比正切减少很多，这就和我们平常生活中切肉不采用正切而采用斜着滑切的原理相类似，如图 4-7 对于物体受剪切力的简化模型：图 4-7 胡萝卜所受剪切力的简化模型由于胡萝卜与马铃薯根部组织强度的相似之处，我们通过对马铃薯收获时所受剪切力的数据分析可以近似推算出胡萝卜所受的剪切力，如图 4-8 和表一所示：青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）23图 4-8 直径最大剪切力关系曲线由公式: ,得胡萝卜的剪切应力，计算可得最大的剪切应力为 ，最小AQ MPa65.2的剪切应力为 ，平均剪切应力为 ，标准差为 0.19862，变异系数为MPa04.2MPa39.20.08，由于该试验的离散程度较低，故取平均剪切应力为胡萝卜根的抗剪强度。39.青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）245 支撑架的设计支撑架是承受较大载荷的基础零件，它的设计和制造对机器的正常工作和性能影响较大。对支撑架的要求如下：(1)足够的强度和刚度，是保证机械正常运行的基础。同时应尽量减轻其重量，减少材料及能源消耗。(2)合理的结构工艺性，便于制造和加工，支撑架上的零部件的安装、调整、维修等均要求方便。(3)造型尽量美观，经济性好。支撑架设计需要根据支撑架上零部件情况和设计要求来初步确定支撑架的结构形状和尺寸，以保证支撑架内外零件能正常运转。图 5-1 支撑架示意图本设计根据零部件情况选用焊接支撑架，因为焊接支撑架于铸造支撑架相比具有刚度高、强度好、重量轻、周期短及施工简便等优点。因受力较小且无大冲击载荷，固定板材料选用灰铸铁，用尺寸为600mm80mm50mm 方形钢管焊接连接，经济型好，加工简单。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）256 结 论在将近三个月的设计日子里，根据任务书的要求，通过查阅相关领域的各种资料对胡萝卜及相似植物收获的机械有了较全面的理解，特别是对胡萝卜收获的具体过程及原理有了较深入的领悟。在王家胜老师的指导帮助及郭明欣、朱松松同学的合作下，设计了此种新型胡萝卜联合收获机。它的设计优点：（1）其结构简单、价格低、使用成本低却能省去人工收获胡萝卜的大部分劳作而适用现阶段的农村经济。（2）此设备可实现挖掘、清土、切秧，集果等功能。（3）该机械主要针对胡萝卜机械收获过程中挖掘之后的后续切割使根叶分离等不足，研制的一种与拖拉机配套的胡萝卜联合收获机。（4）采用侧置式悬挂收获机，可以有效的解决收获过程中节省占地空间，减少种植要求的影响因素。其设计也不可避免的存在一些缺点：（1） 输送路程较长，输送装置分步较多。（2） 所需的支撑架结构较繁琐，传动系统较复杂。设计的结果不仅仅是出现了这一新型胡萝卜联合收获机，更重要的是在设计的过程中遇到的各种问题。此次设计在一定程度让我们接触到真正设计一台机器的过程及步骤。设计的一开始，我们花了很长的时间确定我们的方案，方案可以说是设计的基调，一旦确定就决定了以后的发展方向及可能遇到的种种问题，也决定了此机械的使用价值及以后的推广程度，它既需要你了解目前此机械的发展状况又需要有自己的创新点，更好满足农民朋友的需要。一旦方案确定下来，那就算真正进入了设计环节。同样的设计方案，最后生产出来的机器可以千差万别。此次的设计只是在大概的情景