甜菜起拔机的设计
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前言
我国甜菜收获方式主要以人工为主、机械为辅,用工量大,成本高,产量低,效益差,这些制约了国内甜菜业生产机械化的发展。因此无论从成本、经济效益或从不误农时解决秋收劳力紧张及甜菜收获质量、提高农工生产甜菜积极性等方面来说,甜菜收获机械化都是迫切需要解决的问题。目前，甜菜机械化收获方法分为联合收获、两段法、三段法。联合收获是用一台机器或机组在一次作业过程中,完成甜菜收获过程的各主要作业工序。生产率高、劳动强度低, 但机器结构复杂、成本高,使用水平要求高,只在大面积收获时,才能收到经济效果。二段法、三段法收获：机具结构简单、成本低,且劳动强度不大,生产率也很高,在不完全配套的情况下分段收获机具可以单独使用,完成甜菜收获过程中相应的作业工序。我所设计的甜菜收获机是用于分段收获的配套机具之一,主要用于挖掘收获经切缨机切削清理过叶缨的甜菜。该机用于甜菜两段式收获工艺,一次性完成甜菜挖掘, 将挖掘出的甜菜块根初步清理后集成堆堆放,以便于人工进行辅助清理。本次设计主要的机构有挖掘装置、清理输送装置和传动装置，清楚的反映了收获机结构部件之间的工作关系和整机的工作原理。
关键词：甜菜；收获机械
目 录
1 绪论 1
1.1 甜菜茎叶的利用 1
1.2 菜根的利用 1
1.3 甜菜机械收获现状 2
1.4 块根挖掘收获机 2
1.5 课题研究目的及意义 3
2 设计方案的选择 4
2.1 甜菜收获的农业技术要求 4
2.2 设计可行性分析 4
2.3 整机结构方案的确定 5
2.4 甜菜起拔机整体结构 6
3 传动装置的设计 6
3.1 传动方案的设定 6
3.2 直齿圆锥齿轮的传动设计计算 6
3.3 锥齿轮的校核 7
3.4 轴的设计计算 9
3.5 轴的校核 10
3.6 轴承的选用 14
3.7 轴承的验算 14
3.8 键的选择 14
4 主要零部件的设计 15
4.1 挖掘器的设计尺寸 15
4.2 集条输送装置的设计 16
4.3 机架的设计 17
总 结 19
致 谢 20
参考文献 21
1 绪论
在我国，甜菜是除甘蔗之外的第2 大重要糖料作物，是我国北方地区制糖的主要原料来源。近年来，由于甜菜良种培育技术和先进种植技术的推广普及，我国甜菜单位面积产量有了较大提高，如地区单产已在54～57 t/hm2，接近发达国家先进水平。甜菜作为我国北方传统的糖料作物，种植面积和总产量都将会稳定在一个适当的范围内。为发展甜菜生产，我国甜菜产业研究机构和甜菜产区的农技部门对甜菜良种选育、栽培模式等现代技术进行了大力推广示范，已经形成了一套比较成熟的种植技术和完善的农艺制度，有力地支撑了甜菜种植业的发展。相比之下，我国甜菜生产全程机械化发展和机械装备水平却落后很多，尤其收获环节的机械化问题更为突出，与当前甜菜种植技术发展形势极不适应。我国甜菜产区的种植模式大致相同，普遍以采用地膜覆盖、直接播种的种植方式为主，也有采用育苗移栽方式的，但其成本较高，推广应用的比较少[1]。黑龙江和内蒙古东部地区以垄作为主，垄（行）距为500、600mm，定苗密度一般为6万～9万株/hm2；华北、西北和夏播地区，大部分采用沟播畦作，行距450、500mm，定苗密度一般为7.5万～10.5万株/hm2。随着优良品种选育技术、种植技术的不断进步以及种植条件的日益改善，单位面积产量的提高还有较大空间，种植甜菜的经济效益也将进一步提高[2]。
1.1 甜菜茎叶的利用
甜菜的茎叶是理想的多汁绿色饲料，除含有牲畜所需的一般营养物质外，还富含胡萝卜素，能补充饲料中的甲种维生素之不足，增加其乳制品中甲种维生素的含量。其营养成分见表14-2。甜菜茎叶还可以作为肥料还田，培肥地力，增加土壤中有机质含量。
1.2 菜根的利用
甜菜的块根水分占75%，固形物占25%，固形物中蔗糖占16%～18%，非糖物质占7%～9%。非糖物质又分为可溶性和不溶性两种：不溶性非糖主要是纤维素、半纤维素、原果胶质和蛋白质;可溶性非糖又分为无机非糖和有机非糖。无机非糖主要是钾、钠、镁等盐类;有机非糖可再分为含氮和无氮。无氮非糖有脂肪、果胶质、还原糖和有机酸;含氮非糖又分为蛋白质和非蛋白质。非蛋白非糖主要指甜菜碱、酰胺和氨基酸。甜菜制糖工业副产品主要是块根内3.5%左右的糖分和7.5%左右的非糖物质以及在加工过程中投入与排出的其它非糖物质。果胶的生产及利用。甜菜中的纤维素和半纤维素由于不溶于水，故在浸糖过程中不移入糖汁中而留在废粕内。蛋白质、灰分、皂素等大多也残留在废粕内。唯独果胶质处于与纤维素化合状态，在一定温度和酸性或碱性条件下，能水解成可溶性的水果胶质，进入糖汁后，成为影响清洁和结晶的有害物质。因此在制糖过程中，通过控制浸糖温度，可使90%以上的果胶留在甜菜粕中。从甜菜粕中提取果胶的工艺较简单，即将甜菜粕加温、水解，再使果胶质与废渣分离便生产出初级果胶质。初级果胶质与水泥、石膏炉灰渣混合，便可生产出泡沫硅酸盐制品，达到建筑行业对保温隔热材料的技术要求，从而成本较低。该项技术工艺简单，易于操作且有利于环保，前景很好。废蜜的生产及二氧化碳的利用。在制糖过程中所产生的低度糖蜜，不能再返回煮糖，此类糖蜜称之为废蜜，其产量为甜菜加工量的4%左右。一是生产发酵制品 凡是用淀粉作为原料所生产的发酵制品，绝大部分可以用废蜜制取。由于废蜜价格低，产品产值高;经济效益好，因此目前我国的甜菜制糖厂均利用废蜜生产发酵制品。主要产品有：酒精、有机溶剂(如丙酮、丁醇和乙醇等)、甘油、酵母、谷氨酸、味精、柠檬酸等。二是作饲料 由于废蜜中含有糖分、多种维生素、氨基酸及一些微量元素，可用做作牲畜饲料。如有增进食欲、帮助消化、牛泌乳提高乳量、促进新陈代谢和体质发育等[3]。
1.3 甜菜机械收获现状
目前，我国还没有专门用于甜菜种植的系列机械装备，甜菜种植中的耕整地、铺膜、播种及中耕管理等生产环节使用的机械大部分与大田作物机械通用，或将这些机械稍加改进、改装后使用，机械化水平虽然不高，但是整地、播种、中耕除草和植保等生产环节基本上没有对甜菜的正常生产形成制约性的影响。收获环节则不然，由于机械化程度低，已经严重影响到甜菜不能在最佳收获期内及时收获，对甜菜的增产增收构成直接威胁。机械化收获已然成为我国甜菜种植全程机械化最落后最薄弱环节。
我国甜菜收获机械化水平落后局面的形成，并不是因为甜农不想实现机械化收获，而是渴望早日实现收获机械化，渴望在解决及时收获和保障收获质量的同时，从繁重的体力劳动中解放出来。我国甜菜收获机械化水平落后最重要原因是国产收获机械装备落后，没有完全适合于生产要求的成熟机型可用。由于现有的国产机械不能完全满足使用要求，为了生产急需，近几年开始由国外进口机器，把解决甜菜机械化收获的着眼点瞄向了进口机械装备。尽管进口机器价格昂贵，每年各地还是进口了一定数量、不同类型的甜菜收获机，并在生产中发挥了作用。由此不难看出，实现甜菜机械化收获，关键在于机械装备。目前，甜菜产区的农场和农户对实现甜菜机械化收获的呼声日高，迫切希望先进、适用和价格低廉的国产机械装备尽快取得突破，以满足国内甜菜生产需要。
1.4 块根挖掘收获机
块根挖掘收获机用于收获已切去茎叶的甜菜。它可以分成两类。类用于两段收获法，它具有挖掘、捡拾、分离、装载机构，另一类用于三段收获法，它具有挖掘、检拾、分离、集条机构。总体形式多为牵引式和悬挂式，自走式较少。块根挖掘收获机的主要工作部件有挖掘部件、分离清理部件、贮箱等三部分。挖掘部件：可以分为动方式和非动力式两大类。动力式挖掘部件在工作时振动成转动)，它适于低洼地和粘重土壤，不易堵塞，工作质量好，适应不同气候的能力强。如苏联PKC一6机型上用振动式挖掘叉。法国的一些机型上则多装振动式犁桦挖掘铲。非动力式挖掘部件，工作时不接受动力，靠其与土壤的相对运动来挖掘块根。国外常用的是球面倾斜圆盘与导向滑掌相配合的组合式挖掘器，法国的一些机型上都采用这种挖掘器。分离(清理)部件目前用于生产机型上的分离部件主要有：大转轮式分离部件:始见于美国的一些机型上，它结构简单，分离能力强，在分离同时将块根提升，便于进行下道工序。美国JD一4910型甜菜收获机上的分离部件就属于这种。栅状同转圆盘分离部件:它可以一个、两个、三个搭配使用。用它刘块根进行初次清理、集条、输送。法国的机型普遍采用这种形式。螺旋滚筒分离部件:通过这称分离部件的块根流可转向90。在转向过程中块根上的土壤受叶片冲撞而脱落。法国莫罗公司的CN系列捡拾装载机土就采用了这种分离总 结
该甜菜收获机结构简单，制造方便。铁牛55通过输出轴过减速器减速后把动力传递给清理输送装置，铁牛55型拖拉机牵引能够将甜菜的挖掘、集条一次完成的甜菜收获机。它主要由机架，圆盘挖掘器，圆盘输送器组成。使用本产品能提高生产效率和降低劳动强度。甜菜在我国东北三省、内蒙和西北各省都有大面积种植，其收获大都采用犁将甜菜犁松，然后由人工切削去顶，效力低，劳动强度大。采用本产品可大大改善工作状况。该机设计过程是本着制造简单，效率高，适应性强的原则进行设计的，适合小面积收获。
此次设计的任务是完成甜菜起拔机的设计。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握做设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，把大学四年来所学的知识贯穿起来，使理论知识和生产实践密切的结合起来，为我将来的实际工作打下了坚实的基础。
这是一个非常全面而系统的设计题目，非常锻炼人。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：机械制图，机械原理，工程材料，机械设计等等。通过设计实践，提高我计算、制图能力；使我们能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范，熟悉有关的国家标准。机械方面知识得到系统的巩固和提升。在进行毕业设计的同时，我还学到了许多新的知识，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等软件的应用。
我深刻的认识到，要想成为一名合格的工程设计人员只是掌握本专业的知识是远远不够的，应该具有更加渊博的知识，如应该对计算机应用，农产品的特性，农业经济的发展现状等各个方面能力进行加强。
在设计过程中也曾遇到很多的问题，但通过查阅相关的书籍、手册以及老师的精心指导，都得到了解决，设计过程基本顺利完成。
致 谢
本设计在李传峰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着李老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向李传峰老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向塔里木大学大学，农业工程系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们四年来的辛勤栽培。
参考文献
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[2] 陈柏林.甜菜机械化收获试验[J].农机化,1996,04:8.
[3] 曲文章.中国甜菜学[M].哈尔滨:黑龙江人民出版社,2003.
[4] 王建楠,胡志超,彭宝良,王海鸥,曹士峰,张会娟.国内外甜菜全程机械化生产现状与趋
[J].农业机械.2009:43-45.
[5] 周建朝,陈连江,王绍禹,李铁辉.试谈我国甜菜科研面临的任务及对策[J].中国糖料.1998，
01:32-36.
[6] 陈学庚,贾首星,王序珍,马剑英.浅谈甜菜收获机械化[J].农垦科技.1999,03:72-74.
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119.
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