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振动式马铃薯收获机的设计说明书.doc

振动式马铃薯收获机的设计【带SolidWorks三维】【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+答辩稿】

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关键词：: 振动式马铃薯土豆收获机收成设计 solidworks三维 cad图纸毕业论文开题报告振动式马铃薯收获机答辩

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振动式马铃薯收获机的设计

20页 9100字数+论文说明书+答辩稿+5张CAD图纸【详情如下】

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前言

马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾。

市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状，马铃薯的拣拾还需要破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制出了一种小型家用振动式马铃薯收获机。该振动式马铃薯收获机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且马铃薯挖掘效率高，只需要小型拖拉机进行牵引带动，就可以很好地进行马铃薯挖掘收获。

本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。

关键词：振动式；挖掘；马铃薯

1.绪论 1

1.1课题研究的意义 1

1.2国内外葵花籽去壳机发展状况 1

1.3国内外马铃薯收获机存在的问题 3

1.4研究的内容和方法 3

1.5预期目标 4

1.6重点研究的关键问题及解决思路 4

1.7工作条件及解决方法 4

2.振动式马铃薯收获机总体设计 4

2.1收获机的典型方法和方案选择 4

2.2振动式马铃薯收获机的振动工作原理 5

2.3整机主要的技术参数 6

3.整机关键部件结构设计及运动学分析 6

3.1牵引架设计 6

3.3挖掘铲的结构设计 8

4.整机关键部件结构设计及运动学分析 8

4.1挖掘铲、振动分离筛机构运动学分析 8

5.动力装置的设计与选用 12

5.1传动系统的确定 12

5.2轴的校核 12

总结 14

致谢 15

参考文献 16

1绪论

1.1课题研究的意义

马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来[ ]。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾[ ]。

本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容[ ]。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。

1.2国内外葵花籽去壳机发展状况

1.2.1国外马铃薯收获机发展现状

国外很早就研制马铃薯收获装置了，从农业机械化发展过程来看，马铃薯收获机发展较迟缓，只是近50年才发展到较高水平。国外马铃薯机械化收获起步早、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马铃薯收获机了，50年代末期全面实现了生产机械化。70～80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马铃薯生产机械化。国外马铃薯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。如采用振动、液压技术进行挖掘；采用传感技术控制土壤喂人量、马铃薯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及利用微机进行监控操作等[ ]。原苏联是生产收获机最早的国家。1960年，马铃薯联合收获机保有量是3万台，1976年，保有量是6万台，1979年，马铃薯收获机械工业化程度达到77%(其中国营农场为84%，集体农庄为73%)；到20世纪90年代除，马铃薯收获机共有16种机型，其中10种是联合收获机，其中劳动生产率比其他2行收获机提高1-2倍。美国在1948年以前用收获机来收获马铃薯，然后人工捡拾。直到1967年，开始使用联合收获机，劳动生产率达到100kg/(h?人)。20世纪80年代初期，联合收获机和分段收获的面积占马铃薯种植面积的85%，其中联合收获已经达到50%以上、20世纪到90年代，美国已经基本实现了马铃薯收获机械化[ ]。

德国20世纪在40年代主要生产和使用抛掷式收获机；50年代主要生产和使用升运链式收获机和捡拾装载机，进行分段收获；到1970年保有量达到6205台；70年代开始生产联合收获机，机型有20多种，均是原联合收获机的变型，其保有量达到6万台；90年代开始生产收获-捡拾装载机和具有自动分选装置的联合收获机。日本在1955年以前使用畜力挖掘机，1955年到1965年生产悬挂式的抛掷式和升运链式收获机。70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合收获机，并研制适合日本国情的联合收获机[ ]。目前，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。由于国外马铃薯采用机械化垄作种植形式，适应这种特点而设计的收获机械在中国难以适应平作收获[ ]。以内蒙百事食品(中国)有限公司种薯基地进口机为例，其全部实现机械化作业，种植方式采用垄作，行距为900mm，收获机械为牵引式双行联合作业，多级链输送，配套动力在59.7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分离，并可实现薯块大小自动分捡、自行装车等功能该机为全液压操纵，各机构可实现自动折叠运输，伤薯率极低。机体与薯块可能接触部位均用橡胶件保护。又如，芬兰康克公司生产的双行马铃薯收获机为牵引式，配套动力为33.6kW以上，在拖拉机右侧实现挖掘，土、薯、茎叶分离，薯块直接装袋装箱。同时，该机可作为捡拾机使用，后部工作台为液压升降式，薯块或石头可直接运至田地头。日本生产的主要为单行履带自走式联合作业机，行走与输送链HST无级变速，发动机为水冷4冲程3缸柴油机[ ]。

总结

此次设计经过了一年左右的时间，大致经过了以下阶段

1.查阅研究国内外马铃薯的发展现状的相关资料。

2.设计选择振动式马铃薯收获机的主要动力输入装置、传动装置、挖掘装置、振动装置组成。

3.根据要求制作机器三维模型，及分析主要零件受力情况。

4.对相关数据进行计算，选择合适材料。最终设计出能满足工作要求的机械。

最终设计完成的模型，我在市场上原有的产品进行了改进，在振动筛后面加了一个可以调节刀具和地面夹角的轴，使他的适用性更强。

致谢

经过一个学期的辛勤与忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，在设计过程中难免有许多问题会考虑不周，如果没有吴明清老师的悉心指导与督促，以及设计小组的同学们的帮助与支持，也许毕业设计不会这么顺利的完成。

毕业设计过程中，吴明清老师耐心的指导使我们受益匪浅，他扎实的理论知识与丰富的实践经验给我留下了深刻的印象，也正是老师认真负责的教学态度使我们从毕业设计中真正的学会了学以致用，将课本知识与实际设计中所遇到的问题相联系，整合了自己在校所学的专业知识，同时提高了我们发现问题、解决问题的能力。从机械设计开始到最后的设计完成，吴老师对于专业知识严谨的学习精神以及对于设计过程严格的要求态度成为我们在今后学习以及工作中良好的榜样，在此谨向为我们毕业设计小组辛苦了一学期的老师致以最真诚的谢意。

回望这一学期，似乎忙碌与紧张充满了整个设计过程，但是因为有了小组成员们的关怀与帮助，使得设计的过程也充满了欢乐。我们共同研究，相互讨论，遇到问题一起解决，毕业设计不仅是对我们学习的检验，同时也是锻炼我们与他人协同工作的好机会。

在最后我要感谢学校、学院对我们的培养，为我们的学习以及毕业设计创造良好环境、提供优质的学习研究条件。伴随着毕业设计的结束，我们也将离开校园，有过少耕耘就有多少收获，相信我们走出校园后能将自己的价值体现出来，回报父母、回报学校，为社会做自己力所能及的贡献。再一次感谢在毕业设计中给予我帮助的老师和同学们，感谢母校给我的一切学习机会，最后祝大家在今后的工作和生活中一切顺利！

参考文献

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[15] 李宝筏. 农业机械学[M]. 北京:中国农业出版社,2003:199-201.

内容简介：: 毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级学生姓名学号课题名称振动式马铃薯收获机的设计起止时间 2015 年 10 月 15 日 2016 年 5 月 27 日（共 12 周）指导教师职称讲师课题内容马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占 40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。拟定工作进度（以周为单位）第 1 9周：根据学校有关毕业论文的文件与要求，确定论文题目，的搜集和整理工作，查找相关资料、熟悉课题内容。第 10 20周：写作开题报告，制定论文大纲。第 20 30周：完成毕业论文的初稿，设计振动式马铃薯收获机装置的三维实体模型图，并生成关键部件及装配图工程图。第 30 40周：在老师的指导下，修改毕业论文至定稿，对振动式马铃薯收获机试验装置进行传动设计和机构设计。第 41周：编写答辩提纲，准备答辩。第 42周：答辩要参考文献 1王公仆，蒋金琳，田艳清，等 J12 夏振远，陈学永 . 振动挖掘机的研究综述 J. 机电技术，333谷茂，薛世明 J74王博炜马铃薯挖掘收获机 J7. 5孙芸望 J66孙恒 M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注： 1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。 2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。 3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。 200 年月第期 - 94 - 振动式马铃薯收获机的设计摘要：本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。关键词：振动式；马铃薯；设计；收获机中图分类号：文献标识码： A 文章编号：引言马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占 40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来 i。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状，马铃薯的拣拾还需要破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制出了一种小型家用振动式马铃薯收获机。该振动式马铃薯收获机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且马铃薯挖掘效率高，只需要小型拖拉机进行牵引带动，就可以很好地进行马铃薯挖掘收获本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。 1 设计原理及机构设计原理根据我国马铃薯收获机的发展现状和存在问题以及未来马铃薯收获机的发展要求，我选择的是振动式马铃薯收获机的设计。家用振动式马铃薯收获机主要由动力输入装置、传动装置、挖掘装置、振动装置组成。其中，动力装置是通过人操作小型拖拉机进行牵引收获机提供动力，只需把马铃薯收获机通过三点悬挂连接在拖拉机上进行田间作业。先确定我国已有马铃薯收获机的类型，根据已有马铃薯收获机的原理及结构来进行设计振动式马铃薯收获机，使收获效率能满足家庭及小型企业生产的要求，也就是马铃薯收获机要能工作稳定，操作简便，成本低，保证挖掘率高，马铃薯完整率高，果实和土壤分离效果好等优点。挖掘机通过家用小型拖拉机的三点悬挂方式进行马铃薯挖掘作业，挖掘铲和分离筛的振动动力由拖拉机动力输出轴提供动力输出，通过万向传动轴3 经偏心轮 8 一端输入，偏心轮与另一端通过铰接臂与振动架的约束将动力传递给振动架 7，振动架 7的上下运动通过连接板带动挖掘铲 9 和振动分离筛5 产生在机架内的上下往复运动，最终实现挖掘铲与分离筛同时的振动，完成马铃薯挖掘和分离，铺放于地面工作，从而完成马铃薯的分段收获作业。总体设计振动式马铃薯收获机结构示意，如图 1 所示。 200 年月第期 - 95 - 图 1 振动式马铃薯收获机主视侧视的整体结构示意图铃薯挖掘机主要应用于西南山区，小地块、坡度大、多石块等条件地块，其设计结构符合西南地区、小地块区域、小区育种等马铃薯种植的农艺要求，该机采用偏牵引结构，以适应小垄马铃薯挖掘作业，避免拖拉机作业时压垄或挖掘机不能正对垄挖掘等问题的出现，提高马铃薯收获的效率和收获质量。该机主要技术参数如下列所示。其主要技术参数如下 : 外形尺寸 /1550 866 1050 播种幅宽 /460 播种行距 /800（可调）开沟深度 /100 200（理论）开沟宽度 /60 70（理论）转速 /r 540 配套动力 /20上的拖拉机 2 关键部件设计牵引架设计马铃薯挖掘机不能正对垄进行挖掘作业，可以选择三点悬挂的牵引方式。这种牵引方式的设计使该机器有更好的通用性，可以满足多地区小地块的马铃薯挖掘作业。牵引架结构如图所示悬挂图 2引架振动分离筛设计振动分离筛主要完成土薯分离工作，不同长度200 年月第期 - 96 - 的杆条焊接在 U 型支架上，杆条间距 40 动分离筛通过弯板支架与摇臂相连接，在振动架的驱动下振动，筛面对挖掘的土薯混合物有抛起的作用，有较强的整机关键部件结构设计及运动学分析。其它部件挖掘铲主要完成土薯挖掘工作，挖掘机振动架带动挖掘铲斜拉杆使挖掘铲前后摆动，挖掘铲尾部焊接杆条，杆条间距 37.5 杆条的主要作用是分离土薯避免挖掘铲与振动分离筛之间由于间隙过大使薯块掉落。采用一体式挖掘铲、三角铲韧，切土效果更好，挖掘铲两侧向上折起，可以避免薯块从挖掘铲的两侧漏出被机器挤压和被土壤覆盖。 3 田间试验与结果试验基本条件 2014 年 9 月末在东北农业大学香坊农场试验基地（作业面积黏土）、黑龙江省农业科学院试验基地（作业面积 4 黏土）进行了田间收获试验。试验地为旱地垄播，试验区的垄长长度大于 200 m，垄距为 800 高 250 种为：东农 303、东农 304、克新 9、荷兰 15、大西洋，垄播株距约为 200 薯深度为 150 200 铃薯挖掘机配套动力为约翰迪尔 280 型拖拉机，功率为 20.6 试验结果本收获机试验结果，如表 1 所示。表 3 试验方案及试验结果 l e 3 p an d ex p ta l d 试验号试验因素空列明薯率可靠性伤薯率 E x p e r i m e n t a l f a c t o r s Te s t Va c a n t O b v i o e l i a b i n j u r y n u m b e r A B C c o l u mn r a t e / % /% r a t e /% 1 1 ( 2 ) 1 ( 0 . 6 ) 1 ( 9 ) 1 9 0 . 7 6 9 5 . 5 2 0 . 7 2 1 2 ( 0 . 8 ) 2 ( 1 0 ) 2 9 2 . 2 1 9 3 . 2 1 1 . 2 3 1 3 ( 1 . 1 ) 3 ( 1 2 ) 3 9 4 . 3 7 8 5 . 5 2 1 . 6 4 2 ( 5 ) 1 2 3 9 6 . 4 3 9 4 . 3 5 1 . 5 5 2 2 3 1 9 7 . 6 8 8 8 . 9 2 1 . 8 6 2 3 1 2 9 1 . 8 7 9 2 . 4 5 0 . 2 7 3 ( 8 ) 1 3 2 9 5 . 3 1 8 9 . 7 0 1 . 9 8 3 2 1 3 8 7 . 4 6 9 4 . 5 3 0 . 4 9 3 3 2 1 9 0 . 3 6 9 1 . 1 2 1 . 0 选取 34 )正交表安排试验，因素 A 水平根据振动筛倾角极限范围（ 0 1 0 ）选定。因素 B 水平根据机器实际作业速度选定， 4 型振动式马铃薯挖掘机设计要求作业速度在 2 4 k m/h 之间， B 1 选定为 0 m/s， B 3 选定为 1 m/ s，此时挖掘机作业速度约为 4 k m/h，该因素范围的选定恰好满足设计要求的作业速度。因素 C 水平根据拖拉机动力输出轴转速选定，拖拉机动力输出轴转速有 540。 4 结论 1) 整机能够满足多种垄作地形工作，不受地表平整度所影响，入土深度大概在 20右。 2) 本振动式马铃薯收获机首次提出了铰臂连接机构，可以实现各个指标参数的调节，本收获机机动土量在 25% 30%左右，土壤扰动性较小。 3) 挖掘后的果实裸露在地表，完整度高，整个工作过程简单，抗干扰能力强。由于是单行收获，所以效率稍微低一些。参考文献： 1 王公仆 M化学工业出版社 ,2004:1192 高焕文 ,李问盈 ,李洪文 2003,19(3):14. 3 贾延明 ,尚长青 ,张振国 J2002,18(1):78 4 李洪文 ,陈君达 ,邓健 ,等 J 2000,5(4):685 孙福辉 ,封俊 ,宋卫堂 ,等 J1998,8(29):316 徐迪娟 ,李问盈 ,王庆杰振动式马铃薯挖掘机的设计与试验 JJ 中国农业大学学报 ,2006, 11(3):757 姚宗路 ,王晓燕 ,李洪文 ,等 J2005,23(5):468 张波屏 ,现代收获机械工程 M机械工业出版社 ,1997:190200 年月第期 - 97 - of i （ 43300， A of to of be up by of of of in in is 5% 0%. of of is in in in cropping毕业设计答辩振动式马铃薯收获机学生姓名：指导老师：答辩时间： 1 2 3 4 课题研究的目的及意义课题研究的主要内容关键部件的设计创新与改进 1 课题研究的目的马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占 40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状没有完全破碎，马铃薯的拣拾还需要二次破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制一种小型家用振动式马铃薯收获机，不仅可以提高工作效率，而且还可以节约劳动力。 2 课题研究的主要内容动装置、挖掘装置、振动装置组成。分析主要零件受力情况。择合适材料。最终设计出能满足工作要求的机械。振动式马铃薯收获机通过家用小型拖拉机的三点悬挂方式进行马铃薯挖掘作业，挖掘铲和分离筛的振动动力由拖拉机动力输出轴提供，通过万向传动轴经偏心轮一端输入，偏心轮与另一端通过铰接臂与振动架的约束将动力传递给振动架，振动架的上下运动通过连接板带动挖掘铲和振动分离筛产生在机架内的上下往复运动，最终实现挖掘铲与分离筛同时的振动，完成马铃薯挖掘和分离。机器铺放于地面工作，从而完成马铃薯的分段收获作业。 . 万向传动轴力传输的流程拖拉机牵引万向传动轴三点悬挂换向器偏心轮传动铰臂振动架振动板振动筛挖掘铲 3 关键部件的设计马铃薯挖掘机不能正对垄进行挖掘作业，可以选择三点悬挂的牵引方式。这种牵引方式的设计使该机器有更好的通用性可以满足多地区小地块的马铃薯挖掘作业。振动分离筛主要完成土薯分离工作，丌同长度的杆条焊接在 U 型支架上，杆条间距 40 动分离筛通过弯板支架不摇臂相连接，在振动架的驱动下振动，筛面对挖掘的土薯混合物有抛起的作用，有较强的整机关键部件结构设计及运动学分析。如图所示。 4 创新设计为了满足实际工作需要，挖掘铲和地面要有一定的倾角，根据不同的地形，土质情况，倾角要适当地调整，如图所示，零件 1是一个可拆装的表面光滑的金属杆，两端有固定支架，它可以随意的插入振动筛任意两杆条之间，从而调整振动筛和挖掘铲与地面的倾角，同时还可以撞击比较大的土块，使没有与土完全分离的果实裸露出地表，使机器适用性更强。设计图纸 1 谢谢大家！诚请各位老师指正！振动式马铃薯收获机的设计学生姓名学号所属学院机械电气化工程学院专业农业机械化及其自动化班级指导老师日期塔里木大学机械电气化工程学院制前言马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占 40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾。市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状，马铃薯的拣拾还需要破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制出了一种小型家用振动式马铃薯收获机。该振动式马铃薯收获机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且马铃薯挖掘效率高，只需要小型拖拉机进行牵引带动，就可以很好地进行马铃薯挖掘收获。本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。关键词：振动式；挖掘；马铃薯目录 . 1 . 1 . 1 . 3 . 3 . 4 . 4 . 4 . 4 . 4 . 6 . 6 . 6 . 6 . 8 . 8 动分离筛机构运动学分析 . 8 . 12 . 12 . 12 总结 . 14 致谢 . 15 参考文献 . 16 塔里木大学毕业设计 1 1绪论马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占 40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来 1。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段马铃薯收获机是当代马铃薯收获不可或缺的设备。在进行田间马铃薯收获时，必须将土层里的马铃薯翻出再进行拣拾 2。市场上的马铃薯收获装置挖掘效率低，费时费力。因为传统的马铃薯收获设备不能高效的进行挖掘收获，需要大量人力进行收获，而且工作后的土地成块状，马铃薯的拣拾还需要破碎土壤进行收获。因此根据这一情况，研制出了一种小型家用振动式马铃薯收获机。该振动式马铃薯收获机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且马铃薯挖掘效率高，只需要小型拖拉机进行牵引带动，就可以很好地进行马铃薯挖掘收获 3。本文设计的振动式马铃薯收获机是一种常用机械设备，能够高效的进行马铃薯的挖掘工作。本次设计能够大大的提高收获效率；可以减少人力物力，同时也节省时间。本课题设计的主要内容是振动式马铃薯收获机的设计。主要通过对数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了收获机的总体设计，振动原理的设计，分离装置的设计以及传动方案的选择等内容 4。在此基础上对马铃薯收获机机体的结构尺寸、传动比等进行了详细的计算和说明。国外很早就研制马铃薯收获装置了，从农业机械化发展过程来看，马铃薯收获机发展较迟缓，只是近 50 年才发展到较高水平。国外马铃薯机械化收获起步早、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马铃薯收获机了， 50年代末期全面实现了生产机械化。70 80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马铃薯生产机械化。国外马铃薯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。如采用振动、液压技术进行挖掘；采用传感技术控制土壤喂人量、马铃薯传运量以及分级装载；采用气塔里木大学毕业设计 2 压、气流、光电技术进行碎土和分离及利用微机进行监控操作等 5。原苏联是生产收获机最早的国家。 1960 年，马铃薯联合收获机保有量是 3 万台， 1976 年，保有量是 6 万台， 1979 年，马铃薯收获机械工业化程度达到 77%(其中国营农场为 84%，集体农庄为 73%)；到 20 世纪 90 年代除，马铃薯收获机共有 16种机型，其中 10种是联合收获机，其中劳动生产率比其他 2行收获机提高 1 美国在 1948 年以前用收获机来收获马铃薯，然后人工捡拾。直到 1967 年，开始使用联合收获机，劳动生产率达到 100h人 )。 20 世纪 80 年代初期，联合收获机和分段收获的面积占马铃薯种植面积的 85%，其中联合收获已经达到 50%以上、 20 世纪到 90 年代，美国已经基本实现了马铃薯收获机械化 6。德国 20世纪在 40年代主要生产和使用抛掷式收获机； 50年代主要生产和使用升运链式收获机和捡拾装载机，进行分段收获；到 1970年保有量达到 6205台； 70年代开始生产联合收获机，机型有 20多种，均是原联合收获机的变型，其保有量达到 6万台； 90年代开始生产收获本在 1955年以前使用畜力挖掘机， 1955年到 1965年生产悬挂式的抛掷式和升运链式收获机。 70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合收获机，并研制适合日本国情的联合收获机 7。目前，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。由于国外马铃薯采用机械化垄作种植形式，适应这种特点而设计的收获机械在中国难以适应平作收获 8。以内蒙百事食品 (中国 )有限公司种薯基地进口机为例，其全部实现机械化作业，种植方式采用垄作，行距为 900获机械为牵引式双行联合作业，多级链输送，配套动力在上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分离，并可实现薯块大小自动分捡、自行装车等功能该机为全液压操纵，各机构可实现自动折叠运输，伤薯率极低。机体与薯块可能接触部位均用橡胶件保护。又如，芬兰康克公司生产的双行马铃薯收获机为牵引式，配套动力为上，在拖拉机右侧实现挖掘，土、薯、茎叶分离，薯块直接装袋装箱。同时，该机可作为捡拾机使用，后部工作台为液压升降式，薯块或石头可直接运至田地头。日本生产的主要为单行履带自走式联合作业机，行走与输送链动机为水冷 4冲程 3缸柴油机 9。新中国成立初期 , 我国收获马铃薯采用人工刨或旧犁挖掘的落后方式。直到 20 世纪 60 年代中期 ,马铃薯收获机具的研制工作才逐步发展起来。研究人员在研究原西德、原苏联、日本、瑞士等国外机具的基础上，研制成功了升运链式马铃薯收获机，但是由于受当时历史条件的限制，没能实现大面积推广和使用。 20世纪 70年代中期，由于手扶拖拉机的大量推广应用 , 国内又掀起了为手扶拖拉机配套的马铃薯收获机的研制高潮 , 成功研制了鼠笼式马铃薯收获机 , 但受当时的配套动力限制 , 塔里木大学毕业设计 3 未能生产和推广。 1979年， 12国农机展览会后，国家将全部马铃薯收获机样机都投放在黑龙江省农业机械工程科学研究院，从而为马铃薯收获机的研究工作创造了良好的条件 10。到 20世纪 90年代中期 , 由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用 , 研制马铃薯收获机已被列入重要日程。而此后 , 其市场需求旺盛 , 先后有小型升运链式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放市场 ,并占据了很大的市场份额 11。我国研究马铃薯收获机起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前市场上流行的一些机具中，存在如下问题，因此，难以大范围推广应用。 (1)挖掘效率低。有些田间作业时，马铃薯挖掘不完全，有许多果实还在土层里，机器入土较浅。所以挖掘效率低是推广使用马铃薯收获机机具的最大障碍。 (2)损失率高。因为设计时参数选择不合理，造成挖掘不完全现象比较严重，果实在许多大的土块里，不能直接呈现在人们眼前，需要二次收获。 (3)果仁完整性差。有些厂家设计的收获机具，为了改善漏剥或田间挖掘不完全现象，一味追求挖掘率的提高，造成很多果实破碎，从而降低了产品的商品价值。 (4)机具性能不稳定，适应性不高。当土壤的含水率、硬度，果实形状、大小、品种等因素发生变化时，专门为某类马铃薯研究开发的专用机型马铃薯收获机性能也会变的不理想。从而国内能够完成挖掘、振动分离的马铃薯收获机设备由于实用性，技术性等原因，还未在全国范围内实现大规模使用 12。国外马铃薯收获机的发展历史已经有上百年了，其特点主要是能够根据用户的不同需求，在收获机上配备多种工作装置。国外马铃薯收获机的使用比较广范，且以简单、高效的振动式收获机为主的马铃薯收获机抢占着全球很大市场 13。根据我国马铃薯收获机的发展现状和存在问题以及未来马铃薯收获机的发展要求，我选择的是振动式马铃薯收获机的设计。家用振动式马铃薯收获机主要由动力输入装置、传动装置、挖掘装置、振动装置组成。其中，动力装置是通过人操作小型拖拉机进行牵引收获机提供动力，只需把马铃薯收获机通过三点悬挂连接在拖拉机上进行田间作业。先确定我国已有马铃薯收获机的类型，根据已有马铃薯收获机的原理及结构来进行设计振动式马铃薯收获机，使收获效率能满足家庭及小型企业生产的要求，也就是马铃薯收获机要能工作稳定，操作简便，成本低，保证挖掘率高，马铃薯完整率高，果实和土壤分离效果好等优点。塔里木大学毕业设计 4 （ 1）收获机操作方便，结构简单，通用性好，成本低，使用寿命长。（ 2）马铃薯完整率高、马铃薯和土壤分离效果好。（ 3）可以在各种田间作业，安装灵活，挖掘效率高，人工劳动量少，同时动力上要消耗少。（ 4）制造价格便宜，容易普及，能满足家庭使用的要求。该机动力源于拖拉机提供牵引动力和动力输出的回转力实现动力的传输，再经偏心轮把回转力变化成上下振动，该振动为挖掘的碎土和果实进行振动分离。（ 1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。（ 2）运用制二维零件图和装配图。（ 3）利用成整机各零部件的三维建模。塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、微机室、土槽实验室、农业工程重点实验室等，设计条件良好，为项目开展提供了场地和基本条件。校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，可以满足对振动式马铃薯收获机设计的工作条件。 2振动式马铃薯收获机总体设计振动式马铃薯挖掘机主要由机架、正牵引架、偏牵引架、振动筛、振动挖掘铲、万向传动轴、地轮、振动筛倾角调整机构等组成，挖掘机整体结构如图 2示塔里木大学毕业设计 5 图 2动式马铃薯收获机主视侧视的整体结构示意图塔里木大学毕业设计 6 挖掘机通过家用小型拖拉机的三点悬挂方式进行马铃薯挖掘作业，挖掘铲和分离筛的振动动力由拖拉机动力输出轴提供动力输出，通过万向传动轴 3 经偏心轮 8 一端输入，偏心轮与另一端通过铰接臂与振动架的约束将动力传递给振动架 7，振动架 7 的上下运动通过连接板带动挖掘铲 9 和振动分离筛 5 产生在机架内的上下往复运动，最终实现挖掘铲与分离筛同时的振动，完成马铃薯挖掘和分离，铺放于地面工作，从而完成马铃薯的分段收获作业。马铃薯挖掘机主要应用于西南山区，小地块、坡度大、多石块等条件地块，其设计结构符合西南地区、小地块区域、小区育种等马铃薯种植的农艺要求，该机采用偏牵引结构，以适应小垄马铃薯挖掘作业，避免拖拉机作业时压垄或挖掘机不能正对垄挖掘等问题的出现，提高马铃薯收获的效率和收获质量。该机主要技术参数如下表所示。表 2机主要的技术参数项目参数整机外形 1550 866 1050（动力 18 整机质量 110左右（作业行数 1 作业幅宽 460左右（挖掘深度 100 挖掘铲与地面倾角 20左右适应行距 700 3整机关键部件结构设计及运动学分析马铃薯挖掘机不能正对垄进行挖掘作业，可以选择三点悬挂的牵引方式。这种牵引方式的设计使该机器有更好的通用性，可以满足多地区小地块的马铃薯挖掘作业。牵引架结构如图所示。塔里木大学毕业设计 7 A B 图 3引架振动分离筛主要完成土薯分离工作，不同长度的杆条焊接在 U 型支架上，杆条间距 40 动分离筛通过弯板支架与摇臂相连接，在振动架的驱动下振动，筛面对挖掘的土薯混合物有抛起的作用，有较强的整机关键部件结构设计及运动学分析。如下图所示图 3动筛塔里木大学毕业设计 8 挖掘铲主要完成土薯挖掘工作，挖掘机振动架带动挖掘铲斜拉杆使挖掘铲前后摆动，挖掘铲尾部焊接杆条，杆条的主要作用是分离土薯、避免挖掘铲与振动分离筛之间由于间隙过大使薯块掉落。采用一体式挖掘铲，切土效果更好，挖掘铲平滑锋利，可以避免薯块从挖掘铲的两侧漏出被机器挤压和被土壤覆盖。动分离筛机构运动学分析图 4掘铲、振动分离筛机构运动分析 1a 为构件 i 铰链点连线在平面内与 x 轴的角度 ;质心到铰链点时针为正）；构件 4质心到铰链点 D 连线与两铰链点连线的角度（逆时针为正；O、 D 两点连线在平面内与 x 轴的角度（逆时针为正）；为转动的角速度，根据挖掘铲、振动分离筛的三维模型，设置相应的材料属性，确定各自质心坐标，进而确定质心位塔里木大学毕业设计 9 置，由于挖掘铲与振动分离筛有质量对称平面，且平行于此平面运动，可将挖掘铲与振动分离筛机构转化为对称平面上的平面连杆机构。挖掘铲、振动分离筛机构简图如图 4示。以 O 为原点建立封闭矢量多边型，建立矢量方程如下 B=B (4E=E (4由矢量方程建立位移方程有： 5544554433223322s o sc o ss o sc o 构件上某点 j(铰链点或任意点 A、 B、 C ) 的坐标；构件 i (1、 2、 3 )的两铰链点间的距离； 1a 为构件连线在平面内与 x 轴的角度（逆时针方向为正）。对于整机连杆机构本文只对挖掘铲、振动分离筛机构进行运动学分析，目的是分析 2 个构件工作时质心加速度的变化规律，进而分析 2个构件惯性力的抵消情况。如图 3始位置时针摆动，角位移为，角速度为，角加速度为。 (参数为与时间 t 有关的变量 ) 将方程组 (3)中的第一式对时间求导，得： 33322211 s in A （ 4 式中：构件上点 A（铰链点或任一点）与 1a 为 s。将点逆时针旋转 3，由式（ 4得： 322 3112 s in s in A 将点逆时针旋转 2，由式（ 4： 3222113 s in s in A 将式 (5)对时间求导，得： 32333322222212111 c o ss i nc o ss i nc o ss i n A (4 式中：塔里木大学毕业设计 10 将标系绕，由式（ 4 : 233232332222121211 s i n c i n 将方程组 (4的第一式对时间求导，得： 555444 s in （ 4式中：O、 D 两点连线在平面内与 x 轴的角度（逆时针方向为正）， ( )；件上点 D（铰链点或任一点）与标系绕，由式（ 4： 54454 s in s in 将点逆时针旋转 4，由式（ 4得： 54545 s in s in 将式 (4时间求导，得： 5255554244442 c o ss i nc o ss i nc o ss i n (4将标系绕式（ 4： 544 542445252554 s i n c i n s o s （ 4 挖掘铲 s （ 4 式中：C 连线与梁铰链点连线的角度 (逆时针方向为正 )， ( )；3 质心与铰链点 C 的距离，动分离筛心位移方程为：塔里木大学毕业设计 11 s o s(4 o sc o ss (4式中：， D 点在 x， y 方向上的加速度， mm/ 挖掘铲 i nc o sc o ss i n (4式中：为 x， mm/动分离筛 i nc o sc o ss i n (4式中： 4质心与铰链点 D 的距离，图 3c 所示在位置开始逆时针摆动时的振动位置为起点，分析挖掘铲、振动分离筛质心加速度变化规律。根据杆件设计尺寸及极限状态位置可知： 66 61 30 在整个周期内角度变化范围为： 3+3C4+4D 23， 3C= 4D=14（角度以逆时针方向为正），根据构件在两个极限位置的各个参数值及运动学方程分析挖掘铲振动分离筛心在 x， y 方向的加速度变化规律。挖掘铲位置变化规律为：初始位置逐渐减小（ x 正向），到达极限位置之前逐渐增加（ x 负方向），回程运动逐渐减小（ x 负方向），到达初始极限位置之前逐渐增大（ x 正方向）。振动分离筛心加速度在整个运动行程的 2 个极限位置变化规律为：初始位置逐渐减小（ x 负方向），到达极限位置之前逐渐增加（ x 正方向），回程运动逐渐减小（ x 正方向），到达初始极限位置之前逐渐增加（ x 负方向）。挖掘铲心加速度在整个运动行程的 2 个极限位置变化规律为：初始位置逐渐减小（ y 正方向），到达极限位置之前逐渐增大（ y 负方向），回程运动逐渐减小（ y 负方向），到达极限位置之前逐渐增大（ y 正方向）。振动分离筛心加速度在整个运动行程的两个极限位置变化规律为：初始位置逐渐减小（ y 正方向），到达极限位置之前逐渐增加（ y 负方向），回程运动逐渐减小（ y 负方向），到达初始极限位置之前逐渐增加（ y 正方向），直到回到初始极限位置。理论分析得出一个行程周期内，挖掘铲、振动分离筛 x 方向质心加速度在 2 个极限位置附近时方向相反， y 方向质心加速度在 2 个塔里木大学毕业设计 12 极限位置附近时加速度方向相同。 5动力装置的设计与选用本机械所适用的作业田的垄长长度大于 200m，垄距为 800高 250薯深度为 150200 铃薯挖掘机可配套动力为约翰迪尔 280型拖拉机，功率为力输出轴的转速为540r/拉机提供牵引，如图过万向传动轴对机器进行动力传输，经过万向传动轴传给振动式马铃薯收获机振动所需的力。该机器前进的动力是由拖拉机三点悬挂所提供的牵引力，使其在田间作业 14。图向传动轴在机器工作过程中，轴的工作需要克服机架施加的摩擦和撞击，要计算其可靠性。所以可以先计算出轴的最小直径。经过查阅机械设计基础第五版可得知

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