多功能耕作机的改进设计.doc

天津大学毕 业 设 计 中文题目: 多功能耕作机的改进设计 英文题目: The Improving Design of The Multifunctional Cultivated Machine 学生姓名 系 别 机电工程 专业班级 指导 成绩评定 2010年6 月 目 录1 前言11.1 耕作机概述11.2 多功能耕作机的国内外发展现状及发展趋势11.2.1 我国耕作机的现状及发展趋势11.2.2 国外耕作机的现状及发展趋势21.3 设计的意义32 旋耕刀的设计42.1 旋耕刀参数的确定52.1.1 刀齿运动轨迹的分析52.1.2 刀齿的工作深度62.1.3 切土进距72.2 旋耕刀种类的选择82.3 旋耕刀强度的校核102.3.1 旋耕刀的抗弯强度校核102.3.2 旋耕刀轴的抗扭强度校核113 蒲滚的设计113.1 蒲滚的参数设计113.1.1 蒲滚的速度分析及半径的确定114.2 蒲滚的强度校核134.2.1 蒲滚的抗弯强度校核134.2.2 蒲滚的抗压强度校核134 蒲滚轴的设计144.1 蒲滚轴的材料选择及结构的设计144.2 蒲滚轴强度的校核155 总结18参考文献19致谢20附件1外文文献21附件2外文文献中文翻译271摘 要 土地平整是建设稳产高产农田必不可少的重要措施。搞好土地平整，对合理灌排，节约用水，提高劳动生产率，发挥机械作业效率，以及改良土壤、保水、保土、保肥等方面，都有着重要的作用。设计是以多功能耕作机为依据，通过分析对多功能耕作机的部件进行改进设计，设计出体积小、重量轻、操作灵活、结构简单合理、维修方便、生产率和作业质量高的多功能耕作机械。对旋耕刀及蒲滚进行改进设计，提高了机械的工作效率，延长了机械的使用寿命。关键词： 多功能耕作机；旋耕刀；蒲滚；改进设计；校核ABSTRACT The land leveling is the essential and important measures of constructing the high and stable yield farmland essential important measure. To do well the land leveling plays the vital roles in the following aspects: to irrigate the platoon reasonably; to economize the water; to raise the labor productivity; to exert mechanical work efficiency, as well as to improve soil, to conserve water, to protect soil, to protectfertilizer and so on.The topic is multi-function farming machine as basis, according to the characteristics of north agriculture, analyzing the parts of the the multifunctional cultivated machine to improve design. One small and light weight is designed. The improvement of design promote l work efficiency and prolonged mechanical service life.Key words: Multifunctional Cultivated Machine;Blade;Ridger；Improvement of Design;Check 1 前言 11 耕作机概述旋耕机是与拖拉机配套完成耕、耙作业的耕耘机械，如图1所示。因其具有碎土能力强、耕后地表平坦等特点，而得到了广泛的应用。我国的农业机械起步较晚，但发展较快，耕作机的开发生产有30多年的历史。在20世纪70年代生产的耕作机主要功能仅限于稻麦作业的犁耕、旋耕和收割等；20世纪90年代，随着种植业的发展，特别是经济作物种植和蔬菜大棚的推广，耕作机的功能扩展到深旋耕、铺膜、中耕除草、地下收获等，其产品品种已达20多种1。 图1 耕作机图1 耕作机1.2 多功能耕作机的国内外发展现状及发展趋势1.2.1 我国耕作机的现状及发展趋势目前，耕作机的形式各种各样，但其功能大同小异，由于大多体积较小，使得在狭小地块丘陵、山坡地、果园林间中应用相对广泛。但由于其生产效率低、作业质量差等问题，不易为广大农民所接受，远远不能满足当前农业发展的需要。其表现有： （1）操作中耕作深度达不到标准。据调查，大多数旋耕机耕深。不足15厘米，35%的地块耕深只的有8厘米。近15%的地块因多年连续旋耕已形成了坚硬的犁底层。致使耕层越来越浅2。 （2）两轮或单轮的微耕机占主体地位，但由于微耕机其动力性差，越来越难以适应生产要求。 （3）耕作机械安全性能较差。据农机部门的统计，2008年湖南省耕作机事故达300多起，对农机操作人员的安全造成了严重的威胁3。 （4）可靠性较差，国产旋耕机平均无故障使用时间为370h左右，为国外先进水平的2/34。 （5）材料和制造水平相对较低，我国农机行业低于国内一般机械工业的水平。近几年来，我国不断将高新技术运用到农业机械上来，使得农业机械不断向智能化发展。目前，国内多功能耕作机的发展趋势主要有以下几个方面：（1）向自动化，智能化发展。我国农产品生产成本较国外高的主要原因是劳动力所占比例太高，机械成本占有比例较低。所以，如果我国农业生产若能大幅度提高机械化和自动化水平，必然可以提高农业生产率，达到降低农产品成本的目的。（2）向边缘发展，拾遗补缺。在主要作物主要作业机械化基本满足生产需要以后，蔬菜、花卉、经济作物所需要的耕作机械，特殊要求的耕作机械将成为开发的重点。1.2.2 国外耕作机的现状及发展趋势目前，在外国如日本、韩国、美国以色列等国家在农业生产中已实现了机械化，耕作机以其作业性能稳定、功能齐全的特点，广泛地运用于农田生产。国外多功能耕作机经过多年的发展，发展趋势主要表现在以下几个方面：（1）耕作机械产品向多品种、系列化方向发展。专业生产大中型耕作机械的松山株式会社和小桥工业株式会社的产品有50多个系列200多个品种，驱动耙产品有近30多个系列100个品种，且具有不同的配套动力、耕深、供用户选用。（2）向宽幅、高速、高效方向发展。意大利“CELLI”公司的KRP600型动力耙与132176kW拖拉机配套，作业幅宽达到6m，耕深可达30cm；日本松山和小桥公司制造的宽幅水田驱动耙可折叠，配套动力为25.747.8kW，作业。幅宽达34.17m，行驶或入库时机体可对折将幅宽缩至1.8cm5。（3）向降低功耗、减少土壤有害压实、联合作业机具方向发展。将松土、碎土、作畦、起垄、开沟、播种、施肥和喷药等多种作业中的几项结合在一个机组中，1次性作业行程即可同时完成耕耙作业（4）耕作机械向智能化与自动化方向发展。由于先进的制造技术、新材料的涌现，电子技术、通讯技术等的进步，电子监控、液压和自动控制等技术在耕作机械上得到了广泛的应用。（5）向工厂化农业小型多功能机具发展。日本、西班牙以及韩国等国家采用了先进的小型动力和耕整机具，其动力一般为2.23.7kW的汽油机，可以减少棚室内的污染；同时操纵把手可水360方向及垂直方向多级调整位置，使机具操纵灵活，并可在棚室侧边作业6。1.3 设计的意义通过对多功能旋耕刀的改进设计，已达到搞好土地平整、节约用水、改良土壤、保水、保土等效果。设计以四轮驱动代替通常使用的两轮驱动，以提高其动力性；对旋耕刀的改进设计，达到加深耕深、提高工作效率的目的。旋耕刀是旋耕机的主要部件，对旋耕刀的改进设计，大大提高旋耕机的工作效率。2 旋耕刀的设计旋耕刀是旋耕机的主要部件，对旋耕刀的改进，会大大提高旋耕机的工作效率。如图2所示，旋耕机的刀齿,无论其为何种形状,它在工作时的绝对运动系由两种运动合成.如图1所示一种运动是由于安装刀齿的轴转动时刀齿绕轴心旋转所形成的圆周运动,另一种运动是机器不断前进时所具有的直线运动.旋耕机在工作时,这两种运动同时在刀齿上产生,刀齿的绝对运动就是由这两种运动合成的结果。 图2 旋耕刀速度分析2.1 旋耕刀参数的确定2.1.1 刀齿运动轨迹的分析 图3 刀齿端点轨迹 如图3所示,设位于坐标轴y上的刀齿以角速度经过t秒钟转动后,其角位移为,此时刀齿轴心移动的距离为,点m的水平位移为x，铅垂位移为y，则因故.又因,所以。刀齿的轨迹曲线系由运动的m点所形成，故其曲线的方程式为 公式(1) 公式(2)式中：R为刀片端点的回转半径；将公式分别对时间t求导数,即可求得x及y轴方向的分速度: 公式（3） 公式（4） 刀片端点绝对速度 公式（5） 的方向余弦 公式（6）设机组为等速前进(为常量),则刀片端点的加速度受圆周速度的影响,其值为 公式（7）的方向指向圆心,此曲线即解析几何上的摆线。 从刀齿运动的轨迹方程式得知，刀齿运动轨迹曲线的形状与刀齿半径R、圆周线速度u以及机器前进速度有关。由于R、u和的不同，此曲线具有以下的特性： 当时，此为一标准的摆线，。具有这种运动特性的刀齿只能刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。 当时，刀片端点在任何位置的绝对运动水平位移的方向均与机器前进方向相同，故刀齿不能拨土向后。刀齿对土壤的作用还不如被动式牵引机具的作用大。 当时，刀齿转动到一定部位，它的端点绝对运动的水平位移就会与机器前进的方向相反，因而能以刀齿的刃口切削土壤。具有这种运动的曲线称长辐摆线，此种摆线具有一个绕扣。2.1.2 刀齿的工作深度 刀齿的运动轨迹曲线的绕扣大小与的值有关。的值越大时，绕扣越小；反之，则绕扣越大。若（即机器停止前进时），则绕扣与轨迹曲线均为一个半径为R的圆。刀齿在最大横弦处的绝对速度的方向是垂直向下。于是有，故最大横弦距离沟底的高度为: 公式（8）在最大横弦的点以上，刀齿沿水平方向的分速度为向前，最大横弦点以下则向后。因此一般用途的旋耕机刀齿入土处，均在最大横弦点以下，以利用向后抛土，减少功耗。为此，旋耕机的工作深度，通常是以不超过最大横弦处为度的。2.1.3 切土进距 在刀齿旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀齿的切土间距，称为进距。亦即在两刀齿相继切土的时间间隔内，机器前进的距离。假设某旋耕机的刀盘上均布安装z把刀齿，则刀盘旋转一周时，刀齿相继切土的时间间隔为。在此时间内，机器前进的距离即为切土进距7。 公式（9） 式中：n为刀盘转速（）设定在作业时效率为4亩/小时，工作幅宽为1.3m，则有机器的前进速度为 公式（10） 速度比对旋耕机的工作性能有重要影响，的选择既要保证旋耕机正常工作及满足农业生产耕深要求，还要综合考虑旋耕机结构、功率消耗及生产率等其他因素。常用的速度比为。选时， 公式（11） 刀齿的最大工作深度为0.15m，则 公式（12）可以得出。切土进距： 公式（13） 公式（14） 公式（15） 所以刀齿数： 2.2 旋耕刀种类的选择根据GBT 56691995，刀座式旋耕刀的型式根据使用要求分为型刀、型刀和型刀三种。型刀主要用于水旱田耕作。刀辊回转半径R有225、245、260mm三种。型刀主要用于水田较多的田地作业。刀辊回转半径R有195、210、225、245、260mm五种。型刀主要用于浅耕灭茬作业。刀辊回转半径R有150、175mm两种。旋耕刀片的尺寸如图表1和图4所示：表1 弯刀形旋耕刀片结构参数的尺寸标准刀型号3545505.02.0455535454555455525353710201201202535102030120120 注：1)侧切刃曲线推荐采用公式： 。2)表中符号的说明见下符号说明 图4 旋耕刀尺寸示意图由于上述我们已经通过计算得出刀辊回转半径R=175mm,而且刀片配用于四轮驱动式的作业耕作