新型穗茎兼收型玉米收获机果穗和秸秆收集装置的设计

毕业设计（论文）题 目： 新型穗茎兼收型玉米收获机 果穗及茎秆收集装置的设计 学 院 ： 轻 工 与 农 业 工 程 学 院 专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 生 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 摘 要- - I摘 要穗茎兼收型玉米联合收获机可一次完成玉米果穗和茎秆的收获，本文对其输送装置进行了分析研究，输送装置分为果穗升运器和茎秆升运器，为了节省空间，两装置均采用下刮式刮板升运器，其作用分别是把由摘穗辊摘落的果穗和由辊刀切碎的秸秆向后输送到溜槽中。升运器主要由升运器体，主、被动链轮，链条，刮板等组成。工作时，由中间轴传递来的动力，通过主动链轮与被动链轮使刮板输送链作输送运动。两升运器上下配置，果穗升运器配置在两对摘穗辊中间，秸秆升运器配置在两对立式辊刀中间。通过对果穗和秸秆升运器的设计，理论校核，在理论上其结果表明,完全适合农村普通玉米收获过程中的收集。该文还介绍了在对该玉米收集装置设计研究过程中一些新的认识。关键词：穗茎兼收，收集装置，刮板升运器，下刮式Abstract 英文摘要IIAbstractCombine harvester for corn and stalk can complete the corn stalk and ear of corn harvest once. This paper analysis the transmission device which include ear and stalk elevator.To save space, both the two devices use the drag-flight of down scraping and the respective role is to transmit the corn ear and stalk which picked down by the roll and knives to the chute in the back. This elevator is made up of the main-body, initiative and passive sprocket, chain, scraper and other components. When work, the power transferred by the middle of the shaft make the scraper transferred chain do the transportation campaign through the initiative and passive sprocket. The two elevators are top to bottom configuration, hereinto ear elevator configured in the middle of two pairs of rollers and the stalk elevator configured in the middle of two groups of knives. Through the design and theory verification, in theory, their results show that the devices are total suit to maize harvest for the rural ordinary in the course of the collection. This paper also introduced some new understanding in the course of the study and design of the collection devices.Key words: corn and stalk harvesting, collection devices, drag-flight elevator, down scraping目 录- III -目 录摘 要 . IABSTRACT（英文摘要） . 目 录 . 第一章 引 言 . 11.1 课题研究的目的和意义 . 11.2 国内外研究开发的现状及趋势 . 21.2.1 国内玉米收获机的研制状况 . 21.2.2 国外玉米收获机的研制现状及趋势 . 31.3 课题研究的主要内容 . 51.4 课题的创新设计 . 5第二章 总体方案的设计 . 72.1 方案的比较与选择 . 72.2 总体结构与工作原理 . 82.2.1 果穗升运器的结构及工作原理 . 82.2.2 茎秆升运器的结构及工作原理 . 91.4 刮板升运器的特点 . 10第三章 升运器的结构分析及计算 . 113.1 果穗升运器的参数选择 . 113.1.1 刮 板 参 数 . 113.1.2 果 穗 升 运 器 的 生 产 率 和 功 率 消 耗 . 113.1.3 链 轮 的 参 数 选 择 及 计 算 . 123.1.4 果 穗 升 运 槽 箱 的 构 造 . 163.2 茎 秆 升 运 器 的 参 数 选 择 . 173.2.1 刮板参数 . 173.2.2 茎 秆 升 运 器 的 生 产 率 和 功 率 消 耗 . 183.2.3 链 轮 的 参 数 选 择 及 计 算 . 19目 录- IV -3.2.4 茎秆升运槽箱的构造 . 21第四章 升运器主要部件的校核计算 . 234.1 轴的设计与校核 . 234.2 轴承的设计校核 . 274.3 键的强度校核 . 28结 论 . 30参考文献 . 31致谢及声明 . 32第一章引 言1第一章 引 言1.1 课题研究的目的和意义玉米是我国三大粮食作物之一，是仅次于小麦的主要粮食作物，是优质饲料和重要的工业原料，同时秸秆还是畜牧业的重要饲料。搞好玉米的生产加工和秸秆的综合利用对农业、农民、农村乃至整个国民经济发展都具有重要意义。我国 21 各省、市、自治区都有玉米种植。种植面积、总产量仅次于美国，居世界第二位，玉米年产量达 12029 万吨，约占世界玉米总产量的 18%。玉米生产对工农业的发展起着举足轻重的作用。目前，我国的小麦收获已基本实现了机械化，而玉米机收水平只有 5%，成为玉米生产过程的瓶颈和难点。玉米生产机械化水平低严重影响了农业生产机械化的整体水平，阻碍了农业现代化的进程。造成玉米生产机械化水平低的主要原因，一是农机与农艺不配套。采用一年两作地区多采用套作种植，行距不相等，不便于机械作业；二是现有玉米生产机型少，供农民选择的余地小，功能单一不能很好满足不同用户的需求。有的用户需要灭茬、有的需要秸秆兼收、有的需要青储等等；三是玉米生产机械特别是收获机械造价高，利用率低，农民一次性投资大，投资回收期长。此外，农民焚烧秸秆问题一个重要的原因是没有合适的穗茎兼收型玉米收获机，将玉米秸秆回收利用，用于畜牧饲料，减少对秸秆的焚烧造成的空气污染。玉米收获机械化可以带动玉米的产业化种植，减轻农民劳动强度。而秸秆可以直接粉碎还田增加土壤的有机质含量，或者秸秆回收用于饲料，为大力发展畜牧业提供丰富的饲料保障，有效地改善农牧业的产业结构，使得畜牧业比重进一步提高，农牧业发展处于良性循环，从而增加了农民收入。避免秸秆焚烧带来的资源浪费和大气污染，严重影响道路交通和民航的正常运营。因此，结合我国国情和各种使用条件，研制一种新型穗茎兼收玉米联合收获机（即一次完成玉米果穗、茎秆的收获）既适应农民传统收获玉米的习惯，又增加了茎第一章引 言2秆青贮收获，具有十分重要的现实意义。社会经济效益:把农民和畜牧养殖户从繁重的体力劳动中解放出来，一台机械收获效率每天可代替 60 个手工劳动者的作业效率，大大缩短了秋收秋种时间和养殖户头痛的饲料收集问题，还可带动畜牧业的发展和第三产业的发展。从根本上增加了农民、机手和养殖专业户的收入，解放了生产力，大大减轻了农民的劳动强度，提高了广大农民的生存质量，使农民有更多的时间从事其它产业的发展。环保效益，解决秸秆焚烧造成污染，确保高速公路、机场等公用设施的安全，利于保护环境。1.2 国内外研究开发的现状及趋势1.2.1 国内玉米收获机的研制状况我国玉米收获机械研制起步晚，水平低，玉米机械化收经历了从引进国外样机试用、仿制、改进到消化吸收、自行设计两个阶段，并取得了很好的成果。到目前为止，我国从事玉米收获机研制生产的单位有 60 多家，已开发研制出的机型有 60 多个产品。从整体情况看，目前生产玉米联合收获机除悬挂式(背负式) 外，大都处于样机研制或试验阶段。各种机型仍需不断改进和完善，到大规模投入生产应用尚需一段时间。我国生产的玉米联合收获机按收获工艺可分为两种:摘穗剥皮果穗收集 茎秆粉碎还田(或收集); 摘穗果穗收集茎秆粉碎还田( 或收集 )。玉米收获工艺研制的机型有牵引式、悬挂式(背负式)、自走式和玉米割台等四种机型。国内可实现果穗收获、茎秆切碎一体化的技术已申报专利有很多，代表性的有：立式摘穗茎杆切碎装置；在普通卧式摘穗辊式收获机割台下方安装与摘穗辊平行的刀轴，在刀轴上安装不同形式的切刀，通过动定刀配合、动动刀配合等方式实现玉米收获、秸秆粉碎一体化技术两种技术类型。但总体说来国内第一章引 言3的果穗收获、茎秆切碎一体化的技术尚未成熟。我国玉米收获机械化仍然存在着许多问题。首先表现在基础部件研究不足，很多单位只是注重整机的研制开发，从而造成众多机型在收获工艺和机构参数上大同小异、重复制造。其次是产品的稳定性、可靠性差，机器故障频繁，从而造成玉米籽粒破碎率、果穗损失率高等问题。我国目前从事玉米联合收获机研究和制造的单位有 30 多家，约 20 个产品，分为自走式、悬挂式、牵引式和谷物联合收获机配玉米割台等四种形式，又分单行和多行。但各厂家的产量都不大，其主要原因就是如上所提到的机具的适应性题、农民的购买力和玉米收获机的关键部件的可靠性等问题。因此必须加快对玉米联合收获机械化关键技术与装备的研究，以加速玉米收获机械化的进程。在自动化程度方面，由于国产玉米收获机以实用为主，主要考虑降低制造成本，对自动化要求不高，因此明显落后于国外产品。目前，在已研制的机型中还有可靠性差、效率低、对作物的不同行距适应能力不强等问题，个别机型的损失率和破碎率还有待进一步降低。国内近期玉米收获机械仍以价格较低的悬挂式机型为主，适应多种行距的玉米收获机具将会随着技术的不断完善迅速占领市场。穗茎兼收型玉米联合收获机，可以实现茎秆资源的回收利用，将是玉米联合收获机近期研究、开发的重点，以适应畜牧业发展的要求，在畜牧业发展就快的地区，这种机型有较好的发展前景，预计未来几年将会出现比较实用的畅销机型。1.2.2 国外玉米收获机的研制状况及趋势.目前国外玉米收获机的研究与生产技术已经成熟，目前在美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家的玉米收获(包括籽粒和秸秆青贮)已基本实现了全部机械化作业。国外多采用一年一作的种植方式，玉米收获时含水率低，主要采用玉米摘穗直接脱粒的收获工艺。如美国的 Johndeere 公司、Case 公司、德国的 Mengle 公司、道依茨公司生产的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的收获。主要表现在以下几个特点：1在保证良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入第一章引 言4量和高速发展。喂入量已由一般的 56 千克秒发展到 1012 千克秒所配发动机的功率最大到 243 千瓦，正在研发的有 276 千瓦；割台最大割幅已超过 9米。配谷物联合收割机的玉米割台由收割 46 行发展到收割 8 行。发动机功率为 19 千瓦。最高作业速度超过 3.6 千米小时。2向扩大机器的通用性和提高适应性发展。除发展多种专用割台（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割台）外，同一台机器还可配不同割幅的割台以适应不同作物和不同单产的需要；改进机体结构（如收割台的仿型机构、清粮室的自动调平装置等） ，使其更好地适应不同作物和倾斜地面；行走装置配置多种宽度的轮胎、履带，以提高工作的适应能力。3对保持收获中低损失率、高清洁度的主要工作部件的研究更为深入新型脱粒分离装置的研究，以提高生产率，减少谷粒损失为目标，是现代玉米联合收割机最主要的发展趋势。在传统的纹杆切流滚筒及键式逐镐器的脱粒分离装置之后，双滚筒横置的轴流式结构广为应用，继而又研制了单滚筒或双滚筒纵置的轴流式脱粒分离结构，大大提高了脱粒率。4新材料和先进制造技术的广泛应用使产品性能更好，可靠性更高将玉米联合收割机机架、割台体加大壁厚或加强骨架，用大直径薄壁钢管作轴，纹杆进行表面硬化处理；各种联合收割机在易堵塞的部件上设置各种快速切离的安全装置，传动胶带采用新的结构和材料；切割装置都进行 8 小时以上磨合试验和升温运转试验；重要工作部件装机前的磨合试验或试运转，严格保证体系。5广泛应用机电一体化和自动化技术，向舒适性、使用安全性、操作方便性方向发展为改善驾驶员工作条件，普遍装有现代化的密闭驾驶室以隔热、隔噪音；转动部件转速、收割机切割高度、谷物损失量、粮箱填充量、排草堵塞等配有信息显示；自控装置包括自动对行、割茬高度自动调节，自动控制车速，自动停车等；安全生产的警报输出和互锁补偿系统有故障警报、信号报警或语音报警、启动耳锁、单柄操作互锁、运输与收获互锁等功能。6向智能化收获机发展集全球卫星定位系统，地理信息系统和遥感系统于一身的 精准农业 技术在智能化玉米收割机上的应用是当今收获机械化最新、最重要的技术发展。通过以上的比较不难发现，我国的玉米联合收获机械的现第一章引 言5状跟国外一些先进技术相比还有相当大的差距，我国的科研人员在机器的制造质量和可靠性、发展模式及如何使农艺和农机相结合等科研课题上，应该有很大的发展空间。1.3 课题研究的主要内容在我国小麦玉米一年两熟地区，随着工业燃料的发展，昔日作为农村主要燃料的秸秆成了田间焚烧污染空气的废物，而迅速发展的畜牧业又需要大量的饲料。因此研制新型穗茎兼收型玉米收获机具有重要的意义。本课题对研究玉米收获过程中果穗和茎秆的收集输送装置进行了分析和研究。收集装置的作用是将摘穗辊摘落的玉米果穗以及切刀切碎的茎杆进行收集升运，再通过二级升运器将果穗及茎杆集箱，达到收集目的。也就是说，本课题主要研究一级果穗升运器和茎秆升运器。从结构简单、安全可靠、功率消耗低来考虑，采用刮板式升运器。目前市场上的玉米收获机多是只收果穗，茎杆还田，因此一级升运器均是配置在两对摘穗辊之间，且多是上刮式。但由于此收获机是穗茎兼收，因此需考虑两个升运器如何安装配置。为了节省收获机下部空间，便于二级果穗升运器和茎杆抛送器的合理配置，同时考虑到安全可靠及外观美观，两升运器采用上下配置方式。如此就需要保证下面切刀的足够空间，为了解决这个问题，两升运器的刮板均采用下刮式。刮板升运器由升运器体、主被动链轮、刮板、链条等组成。升运器体是升运器的骨架和主体，刮板输送链是套筒滚子链。本文论述了两升运器的工作原理以及结构分析与设计。1.4 课题的创新设计现有国内外玉米收获机的果穗收集装置大多数是采用上刮式刮板升运器，物料由刮板经过中间隔板的上方刮送出去，因为在出口处物料由上向下倾倒，所以卸粮干净，但容易在链条和链轮处夹碎物料。另外，由于该收获机穗茎兼收，上刮式装置下部占用空间大，那么茎秆升运器及摘穗辊和切刀安放位置很低，或者倾斜角度小，那样对于倒斜的玉米植株将会有漏收现象，果穗损失率第一章引 言6升高，收获效率降低。为了减小收获机下部的空间和二级果穗升运器及茎杆抛送器的配置空间，本课题两升运器均采用下刮式刮板升运器。下刮式的工作原理：物料由刮板经过下面的外壳刮运，从外壳上端送出。采用下刮式装置的优点：一是可以节省总空间，保证收获效率，降低果穗损失率；二是可以使果穗二级升运器和茎杆抛送器分别配置在收获机的两端，既可靠又美观；三是可以避免卸料过程中链条和链轮处夹碎物料。第二章总体方案的设计7第二章 总体方案的设计2.1 方案的比较与选择目前，玉米收获机果穗收集装置已成熟，多采用刮板式升运器，因其具有传动可靠、输送能力强、可大角度输送物料等优点。刮板输送器输送时物料由下端送入，由回转的刮板将物料刮送升运，在外壳上端经排料口卸出。根据传动方式的不同，可分为上刮式和下刮式两种。因此，有两种方案可选择。现对这两种方案的优缺点进行比较。方案一：上刮式（如图 2-1） ；物料由刮板经过中间隔板的上方刮送出去，升运过程中空间较大，因为在出口处物料由上向下倾倒，所以卸粮干净。缺点是容易在链条和链轮处夹碎物料，且下部占用空间较大。另外，由于本设计是兼收玉米果穗和茎秆，若用上刮式刮板，如果两升运器上下配置，则下部空间较小，如果并排配置，则槽箱的宽度较小，收获过程中果穗和茎秆容易堵塞堆积，机器易出现故障。图 2-1 上刮式刮板升运器第二章总体方案的设计8方案二：下刮式（如图 2-2） ；物料由刮板经过下面的外壳刮运，从外壳上端送出，缺点是，如果设置不当，否则容易将物料带回，造成卸粮不净。因此根据其升运速度必须在出口处配合一定的开口长度。使用下刮式的优点是：1、升运器的工作位置整体上移，节省了下部空间，也使得两个升运器更方便配置；2、由于物料由下面刮运，可避免果穗落入槽箱时弹跳出壳体外；3、由于出料时直接从升运槽箱的底板落下，因此不会在链条和链轮处夹碎物料。图 2-2因割台中间部位需要配置两个刮板升运器，综合上述两方案的优缺点，采用方案二，下刮式方式，因为用此方式可以大大节省下部的空间。为了避免果穗在升运过程中堵塞堆积或被带回，在设计刮板的时候应保证果穗顺利通过的足够空间，还应保证刮板与升运槽箱底板的距离，距离不能太大，以免果穗刮不上去，也不能太小，防止刮板与槽箱底板产生摩擦。2.2 总体结构与工作原理2.2.1 果穗升运器的结构及工作原理果穗升运器用来输送由摘穗辊摘落的果穗，此过程果穗中混杂的茎秆和碎茎叶较多，因此，输送空间应当宽敞，防止造成堵塞或堆积。工作时，由中间第二章总体方案的设计9轴传来的动力，通过链条带动链轮，链轮又通过链条和链轮将动力传给刮板输送链。果穗升运器主要由升运槽箱，主、被动链轮，链条，刮板等组成。升运槽箱由钢板、带钢等焊合而成，是升运器的骨架和主体。摘穗辊摘落的果穗滑落到槽箱底板，通过刮板输送链的回转运动输送到槽箱后上方，由重力作业滑落到溜槽，然后到达第二升运器，最后进入果穗箱。刮板输送链是套筒滚子链，链条经过改造，用钢制刮板座将刮板和链条铆接在一起。主动链轮在刮板升运器的前下方，被动链轮在刮板升运器的后上方。刮板是由胶帆布袋制造，和钢制的刮板护板用螺栓连接在一起。主动链轮的位置，可以通过丝杆调整，用以张紧刮板输送链的链条。果穗升运器的链传动带是一条双排套筒滚子链，布置在升运器槽箱的中间，这样，在玉米果穗在由摘穗辊落入槽箱时，避免果穗碰到链条或弹跳出来，增加了输送空间，更容易将玉米果穗收集输送。2.2.2 茎秆升运器的结构及工作原理茎秆升运器是用来输送由切刀切碎的茎秆，其工作原理和果穗升运器一样，都是由中间轴传来的动力，通过链条带动链轮，链轮又通过链条和链轮将动力传给刮板输送链。茎秆升运器也是由升运槽箱，主、被动链轮，链条，刮板等组成。升运槽箱由钢板、带钢等焊合而成，是升运器的骨架和主体。刮板输送链是套筒滚子链，链条经过改造，用钢制刮板座将刮板和链条铆接在一起，主动链轮在刮板升运器的前下方，被动链轮在刮板升运器的后上方。刮板是由胶帆布袋制造，和钢制的刮板护板用螺栓连接在一起。主动链轮的位置，可以通过丝杆调整，用以张紧刮板输送链的链条。茎秆升运器的链传动带是两条单排的套筒滚子链，布置在槽箱的两侧，使得传动更加平稳。第二章总体方案的设计102.3 刮板升运器的特点刮板式升运器具有结构简单、安全可靠、功率消耗低等特点，因此在玉米收获中应用广泛。刮板升运器输送时物料从下端送入，由回转的刮板将物料刮送升运，在外壳上端经排料口卸出。刮板升运器由主动链轮、张紧链轮、刮板、链条和输送机槽等组成。刮板有橡胶板制成，刮板的形状为长方形或梯形，尺寸根据输送物料和生产率而定，刮板的间隔尺寸 a 应大于物料的尺寸，一般 a=(3-6)h。刮板升运器槽箱的形状和尺寸随刮板及输送物料而定，一般多采用钢板制造。刮板与侧壁间留有(2-8)mm 的间隙，防止挤塞或损坏物料。刮板链条是物料的牵引件，由刮板和链条组合而成，链条主要有套筒滚子链、双板链、V 型套筒辊子输送链。对玉米收获机来说，影响升运器性能的因素，主要是输送速度和输送槽的规格。输送速度快，刮板对果穗有冲击，果穗易碰伤落料，且输送不稳定。输送速度过慢，容易产生果穗堆积造成堵塞。输送槽过窄、过浅，果穗容易横在槽内卡死或果穗跳出机外，造成故障或损失。第三章升运器的结构分析及计算11第三章 升运器的结构分析及计算3.1 果穗升运器的参数选择3.1.1 刮板参数下刮式的刮板高度应大于玉米果穗的最大直径，以使果穗能顺利被刮送升运，因此，刮板的高度取 h=120mm，但在果穗落入槽箱的过程中容易碰到果穗，使果穗弹起而不能顺利被刮送升运，为了解决这个问题，刮板的根部可倒一个斜角，倒角尺寸为刮板高度的 1/3，以便于果穗落下而被刮运( 见图 3-1)；由于摘穗过程中，果穗混杂的茎秆和碎茎叶较多，因此输送空间应当宽敞，防止造成堵塞或堆积，因此链条选用一条双排套筒滚子链。取升运器中间槽宽为400mm,刮板宽度 B=380mm。刮板的材料选择胶帆布袋。图 3-1 果穗升运器刮板3.1.2 果穗升运器的生产率和功率消耗（1）刮板升运器的生产率果穗刮板输送器常用的输送速度为 0.41.3m/s。因此选取 v=1m/s。刮板式输送器的生产率可按下式计算：gKBhvQ360式中： 刮板的宽度和高度 （m） ；、第三章升运器的结构分析及计算12刮板输送链的线速度 （m/s） ；v物料输送的密度 （Kg/ ） ；3m刮板输送器的充满系数，当链速度 v 为 1m/s 时， 为g g0.92；刮板输送器的倾斜系数，当输送器与水平夹角 为gK 时， 为 0.5；30gK综上，已知：B=0.38m,h=0.12m,v=1m/s, =0.92, =0.5, ggK的参数选择可通过推测输送物料的最大密度，令=312 Kg/ 。可计算得果穗刮板升运器的生产率3mQ=23.56t/h。（2）刮板升运器的功率消耗功率消耗为)(360HLWQgN式中：Q刮板输送器的生产率（Kg/h） ；L输送器的水平投影长度（m） ；H输送高度（m） ；W刮板的运动阻力系数；g重力加速度（ ） ；2/s已知：Q=23.56t/h，L=0.8m，H=0.8tan30，W=1.3则 N=0.11KW。刮板升运器的传递功率应大于消耗功率，取其传递功率 P=0.22KW。工作拉力 NvPF201作用在轴上的力 NFKAQ 8.31620.1. 第三章升运器的结构分析及计算133.1.3 链轮的参数选择及计算（1）链条的选择根据前面的选择计算，链条选取节距为 19.05 的 12A 型套筒滚子链，按照升运器总高度最小原则，从机械设计手册选取链轮的最小齿数，销轴直径 ，mdzk36,13轮 毂 直 径 mhmdr 08.191. ， 内 链 板 高 度。pbbta78.24.257.2，刮板的间隔尺寸应大于物料的尺寸，初取其间隔尺寸约 300mm，根据玉米收获机整体布局，初定链的中心距 ，那么a0链条标记：12A-2-96 GB/T1243-1997每 16 节连接一个刮板，共6 个刮板。刮板之间的距离为： 。m8.3045.19（2）被动链轮的设计计算根据上述构件的参数选择与计算，链轮各部分的尺寸为： min/28.41063.5263.576.04.18cot7239.5.0.6cos8.7)10t54.(6.798sin12rnzpvhldhzpmbdzLdmzpdkgtff rxrfa链 轮 转 速取经计算得被动链轮的形状如图 3-2 所示。maazzLccpaLczpczpapp782)0.1.(6.93),2(, 8496.50,132 21121221 011则其 中实 际 中 心 距则其 中理 论 中 心 距圆 整 为 偶 数 得则其 中链 长 节 数第三章升运器的结构分析及计算14图 3-2 果穗升运器的被动链轮（2）主动链轮的设计计算主动链轮的动力是由中间传动箱通过一次链传动传递到主动链轮，主动链轮带动主动轴运转，再通过链轮带动链条进行回转运动，实现对果穗的收集输送工作。主动链轮各部分的尺寸为： ， 销 轴 直 径， 齿 数节 距 3705.19zmp， 内 链 板 高 度 hmdr 08.191. ,26dk轮 毂 孔 直 径mbhldhzpmdzpfkgrfa94.15.038.6276.04.18cot23)t5.0(6.248sin取经计算得主动链轮的形状如图 3-3 所示。第三章升运器的结构分析及计算15图 3-3 主动链轮3.1.4 果穗升运槽箱的构造果穗升运槽箱主要由前、后弧板，前、后堵侧板，底板及溜槽组成，各部件的材料主要是钢板 Q235，后堵侧板上焊接调节支座，手工焊接螺柱来调节链条的中心距，张紧或放松链条来满足工作需要。为了加大中间槽箱的空间，让玉米顺利的进入槽箱被输送升运上去，槽箱不加侧板，但为了增加强度，槽箱两侧上部均焊接加强筋。由于摘穗过程中，果穗混杂的茎秆和碎茎叶较多，因此输送空间应当宽敞，防止造成堵塞或堆积。果穗升运槽箱的宽度设计为400mm。下刮式卸料口的长度可用下述方法确定（见图 3-4） 。设计刮板根部 A 点为坐标原点，沿刮板方向 AB 为 x 轴，物料质量为 m，当输送到出口时，物料质点上所受的力为：mg物料重力；N物料受到刮板的法向力；F物料沿刮板相对运动的摩擦力。第三章升运器的结构分析及计算16图 3-4 下刮式卸料时的受力分析卸料时的受力为：Fmgdtxcos2但 ，代入上式得ansimgFcos)()sinta(cs2 gtx式中 为物料与刮板的摩擦角物料质点 沿 x 方向移动的距离 AB 即为刮板高度 ：h2)sinta(cos2tgh质点走完刮板高度 h 这段距离所需的时间：)cos(gt故卸料口长度：)cs(2hvtl式中：刮板输送器链条的速度（m/s） ；v重力加速度( ）g2/sm第三章升运器的结构分析及计算17经上述分析计算可知： 30,12,/mhsv参考手册常用材料的摩擦系数得： .1.tan， 因 此综上可得 ml1793.2 茎秆升运器的参数选择3.2.1 刮板参数由于茎秆由切刀切碎后成为散料，因此刮板的高度不需果穗升运刮板那么高，茎秆升运器刮板的高度取 h=60mm，为使加工及安装方便且美观，也为了增大输送空间，防止茎秆堵塞堆积，茎秆升运器槽箱的宽度与果穗升运槽箱相同，槽宽为 400mm,同样刮板宽度 B=380mm。刮板的材料也选择胶帆布袋。其形状如图 3-5 所示。图 3-5 茎秆升运器刮板3.2.2 茎秆刮板升运器的生产率和功率消耗（1）茎秆刮板升运器的生产率茎秆刮板输送器常用的输送速度为 1.54m/s，因此选取 v=2.5m/s。刮板式输送器的生产率可按下式计算：gKBhvQ360式中： 刮板的宽度和高度 （m） ；、刮板输送链的线速度 （m/s） ；物料输送的密度 （Kg/ ） ；3刮板输送器的充满系数，当链速度 v 为 1m/s 时， 为g g第三章升运器的结构分析及计算180.92；刮板输送器的倾斜系数，当输送器与水平夹角 为gK 时， 为 0.5；30gK综上，已知：B=0.38m,h=0.06m,v=2.5m/s, =0.92, =0.5, ggK的参数选择可通过推测输送物料的最大密度，令=200 Kg/ 。可计算得果穗刮板升运器的生产率3mQ=18.88t/h。（2）茎秆刮板升运器的功率消耗功率消耗为)(360HLWQgN式中：Q刮板输送器的生产率（Kg/h） ；L输送器的水平投影长度（m） ；H输送高度（m） ；W刮板的运动阻力系数；g重力加速度（ ） ；2/s已知：Q=18.88t/h，L=0.81m，H=0.47m，W=1.3则 N=0.088KW。刮板升运器的传递功率应大于消耗功率，取其传递功率 P=0.16KW。工作拉力 NvPF160作用在轴上的力 NFKAQ 4.23016.2. 3.2.3 链轮的参数选择及计算（1）链条的选择第三章升运器的结构分析及计算19通过计算与比较，确定茎秆升运器链条的选择与果穗升运器链条同样是节距为 19.05 的 12A 型套筒滚子链，此链条选取两条相同的单排链，齿数 z=13,轮毂直径 为 36mm，销轴直径 dr=11.91mm，内链板高度kdh=18.08mm，b1=12.57mm。根据玉米收获机整体布局，初定茎秆输送链的中心距 ，那么ma810链条标记：12A-1-98 GB/T1243-1997每 14 节连接一个刮板，共 7 个刮板。刮板之间的距离为： 。m.2605.194（2）被动链轮的设计计算链轮各部分的尺寸为： mhldhzpbmdzLdzpmdkgf rxrfa38.5623.57.04.18cot95.02.6s8.7)10cot54.(6.798sin1取经计算得被动链轮的形状如图 3-6 所示。maazzLccpaczpaczpaLpp802).1.(65.913),2(,084980,132 21121221 011则其 中实 际 中 心 距则其 中理 论 中 心 距则 圆 整 后其 中链 长 节 数第三章升运器的结构分析及计算20图 3-6 茎秆升运器的被动链轮（3）主动链轮的设计计算茎秆升运器的主动链轮选择与果穗升运器同样。各部分的尺寸及结构同上。3.2.4 茎秆升运器槽箱的构造茎秆升运槽箱也是由前、后弧板，前、后堵侧板，底板等组成，各部件的材料主要是钢板 Q235，后堵侧板上焊接调节支座，手工焊接螺柱来调节链条的中心距，张紧或放松链条来满足工作需要。槽箱前后堵头之间不加侧板，但前弧板上部与果穗升运器底板用螺栓连接固定。茎秆升运槽箱的宽度设计也为400mm。此槽箱下刮式卸料口的长度也用上述方法确定（见图 3-4） 。设计刮板根部A 点为坐标原点，沿刮板方向 AB 为 x 轴，物料质量为 m，当输送到出口时，物料质点上所受的力为：mg物料重力；N物料受到刮板的法向力；F物料沿刮板相对运动的摩擦力。卸料时的受力为：Fmgdtxcos2但 ，代入上式得ansimgF第三章升运器的结构分析及计算21cos)()sinta(cos2 ggdtx式中 为物料与刮板的摩擦角物料质点 沿 x 方向移动的距离 AB 即为刮板高度 ：mh2)sinta(cos2tgh质点走完刮板高度 h 这段距离所需的时间：)cos(gt故卸料口长度：)cs(2hvtl式中：刮板输送器链条的速度（m/s） ；v重力加速度( ）g2/sm经上述分析计算可知： 30,6,/mhv参考手册常用材料的摩擦系数得： 6.25.tan， 因 此综上可得 l8.2第三章升运器的结构分析及计算22第四章升运器主要部件的强度校核23第四章 升运器主要部件的强度校核4.1 轴的设计与校核轴是保证升运器正常工作的重要部件，轴连接了链轮输送带，是传递扭矩的零件，它的强度直接影响升运器的工作寿命，虽然此收集装置中轴的受力较小，轴的转速也较小，但为了保证升运器的工作安全可靠性，还是要对轴进行校核。以下对本课题所设计的四个轴中受力最大的轴果穗升运器主动轴进行计算校核。计算项目 计算内容 计算结果计算轴上受力 根据前面的计算可知大链轮处的轴径为 26mm，小链轮处的轴径为 36mm。大链轮处轴上的力 112.FKAQ10vP为工作情况系数，取 =1.2 =253.4NAA1QF小链轮处轴上的力 =1.2 2QF2KA210vP为工作情况系数，取 =1.2 =316.8NAA2QF画出轴的受力图 见图计算支撑反力水平面反力 (223+223+54) - 446 -223 =0 =125.7N1QF1R2QF1R- - + =0 =189.1N1Q2R2 2第四章升运器主要部件的强度校核24垂直面反力 - =01RF254 -(223+223+54) =0 = =0 2RF1RF2水平面（x,y）受力图 见图垂直面（x,z）受力图 见图画轴弯矩图 水平面弯矩图 见图 M 图xy垂直面弯矩图 垂直面弯矩为 0合成弯矩图 见图 合成弯矩 M= 2xzyM画轴转矩图轴受转矩 T=9.5510 T=19709N.mm61nP转矩图 见图许用应力 许用应力值 用查表法得： =95Mpab0 =55Mpa1应力校正系数 = =0.5801b画当量弯矩图当量转矩 T=0.5819709 T=11431N.mm当量弯矩 在左轴径中间截面处M = 22)(T= M =17830N.mm14368在被动链轮中间截面处M = 22)(T第四章升运器主要部件的强度校核25= M =43683N.mm221436当量弯矩图 见图校核轴径轴径 = =14.8rC rC结论：轴承满足条件4.3 键的强度校核在本设计装置中键连接都是链轮与轴的连接。下面对果穗升运器主动轴上链轮连接处的键进行强度校核。校核键的强度应满足下列条件：p dklT2pbl其中， 键联接的许用挤压应力 ；paMP键联接的许用剪应力 ；键联接的挤压应力 ；p a键联接的剪应力 ；转矩 N.mm；T轴的直径 mm；d键的宽度 mm；b键的高度 mm；h键的工作长度 mm ， 对于 A 型键， ；l bLl键与轮毂的接触高度 mm，对于平键， ；k 2hk在大链轮处，键的尺寸为：d=26mm,b=8mm,h=7mm,L=45mm；则 ；p aMPdklT7.135.2690pbla2.8在小链轮处，键的尺寸为：d=36mm,b=10mm,h=8mm,L=28mm；第四章升运器主要部件的强度校核29则 ；p aMPdklT2.1584369702pbla.结论：键的强度足够结 论30结 论通过以上的论述计算已完成了新型穗茎兼收型玉米联合收获机果穗及茎杆收集装置的设计。现归纳如下：果穗收集装置采用下刮式刮板升运器，主要由以下几部分组成：1.刮板、刮板护板、刮板座；2.主、被动轴；3.主、被动链轮；4、链条；5.升运器槽箱，其中槽箱又包括前、后弧板，前、后堵侧板，底板，加强筋。辅助部分包括：张紧装置、带凸台圆形座外球面球轴承等。茎杆收集装置也采用下刮式刮板升运器，主要由一下几部分组成：1.刮板、刮板护板、刮板座；2.主、被动轴；3.主、被动链轮；4、链条；5.升运器槽箱，其中槽箱又包括前、后弧板，前、后堵侧板，底板；辅助部分包括：张紧装置、带凸台圆形座外球面球轴承、轴套等。本装置的设计主要围绕减小整个升运的空间，升运器使用的安全性、简易性，减少玉米籽粒的破碎率，降低成本四个目的开展。因此在设计上选用了