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4544履带式播种机浅耕开沟机构结构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,履带式,播种机,浅耕,机构,结构设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩

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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 向威 学 号 200940615126 年级专业及班级 2009级农业机械化及其自动化 (1)班 指导教师姓名 吴明亮 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 履带式多功能播种机浅耕开沟机构结构设计 毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 图绘制 4，设计说明书的编写 指导教师意见 签名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注： 也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 选 题 审 批 表 学 院 ： 工学院 毕业论文 （设计）题目 履带式多功能播种机浅耕开沟机构结构设计 选题来源 结合科研课题 课题名称： 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础研究 应用研究 其他 选题完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 指导教师姓名 吴明亮 职称 教授 是否主持或参与过科研课题 是 否 选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要 为解决南方冬油菜产区田间前茬作物留茬高及杂草丛生对油菜苗期生长的影响，有必要在播种同时对土壤进行浅耕除草、灭茬 耕率小浅耕开沟机构将极大的解决浅耕开沟困难效果不理想的问题，并达到增产增收的目的 。 对学生有无特殊要求： 无 有： 专业委员会意见 专业委员会主任签名： 年 月 日 注： 黑；对学生的要求是指该选题对学生在计算机、英语、绘图、语言文字等方面有何特殊要求。 可打印，但意见栏必须由相应责任人亲笔填写，如不够填写， 可另加页。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）开题报告 学生姓名 向威 学 号 200940615126 年级专业及班级 2009级农业机械化及其自动化(1)班 指导教师及职称 吴明亮 教授 学 院 工学院 20 年 月 日 毕业论文（设计）题目 履带式多功能播种机浅耕开沟机构结构设计 文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不 少于 1000字） 一 履带式播种机是一种直播机，它以增产、增收、培肥地力、改善土壤结构、减少杂草、减少病虫害、为农作物创造良好的生活环境。是我国正在大面积推广发展的新型高效农业机械 也是我国农业可持续发展的重要内容。 它一次性可完成碎土、碎秸杆、起垄、开沟、灭茬、施肥、播种等多项作业。在我国南方地区 油菜是主要油料作物，中国食用植物油自给率仅 油菜生产的重要性已被提高到国家战略安全的高度。传统的油菜种植方式效率低，劳动强度大。而留在农村从事农业生产者以老弱病残居多。依靠这种 劳动力结构采用传统的生产方式无法满足大规模扩大油菜面积、增加油菜总产的要求。因此研制油菜生产系列机械，组装、集成油菜高效栽培技术，实现机械化生产是降低油菜生产劳动强度、提高生产效率，达到大规模扩大油菜种植面积、增加菜籽总产、解决中国食用油安全问题的根本途径 。 南方冬油菜产区冬前雨水充足，导致田间杂草丛生，严重影响油菜苗期生长，而前茬作物收获后田间留茬高，也严重影响油菜出苗，为此，在现有油菜免耕直播机的基础上 ，通过改进设计和优化组合，研制出了集浅耕、灭 茬、开排水沟、播种和施肥一次完成的油菜直播机 履带式播种机。 此作业机械的关键结构为浅耕开沟机构，因此在现有的机械上优化设计出灭茬率高，漏耕率小浅耕开沟机构将极大的解决浅耕开沟困难效果不理想的问题，并达到增产增收的目的。 其作业顺序为：先将肥料播撒在未耕地表面，随后浅耕旋刀对土壤表层浅耕，将表层土、杂草、稻茬与肥料拌和均匀，同时由开沟刀盘开出排水沟并将沟内土壤抛撒至厢面实施覆土，最后排种器将种子经排种管直接条播到厢面细碎的土壤表层而完成一个作业流程 二 1)国外自 20世纪 50年代开始研制并推广联合作业机。在西欧各地气候条件复杂且变化急骤 ,适播期短 ,抢农时适时耕种成为十分突出的问题。因而在德、法、英等国家生产和使用整体型联合作业机比较普遍。北美一带气候条件好 ,土地面积大、适播期长 ,仍使用宽幅单项作业机 ,但近几年美国凯斯和迪尔公司也推出了为大功率拖拉机配套使用的宽幅、高效联合整地机械。在日本、韩国等地 ,因地块小 ,使用耕整、施肥、播种、铺膜联合作业机较多。 2)总的看 ,国外驱动型耕作机 ,近几年发展很快。其趋势是 :整机和工作部件多系列、多品种化 ,生产批量趋小 ;适应少免耕法新农艺 ,以旋耕机为主体的整地、施肥、播种联合作业机得以优先发展 ;向宽幅、大功率、高效能发 展 ;采用新结构、新部件和增加附件 ,如快速挂卸装置、动力输出轴离合器、保护器等 ;由机械式传动向液压传动、气力传动方向发展 ;机电一体化、微电子技术用于作业机组的自动监测、显示和控制 ,自动调节耕深、机组水平、作业速度等 三国内研究现状 我国的驱动型耕耘机械 ,自农村实行家庭联产承包以来 ,因地块小 ,所以近些年飞速发展。目前旋耕机生产厂 100余家 ,年产量达 40万台左右。近几年 ,我国也同国际发展趋势一样 ,受作业成本增加、地块缩小等因素的影响 ,联合作业机的研制和推广迅速崛起。全国各 地结合当地的农艺要求研制了以旋耕机、灭茬机为主体的联合作业机 ,品种繁多、功能各异例如有湖南农业大学研制的 2阳农业大学的 2北农业大学 2旋耕条播机，旋耕施肥播种机，松旋起垄机，灭茬施肥起垄机，灭茬旋耕机，耕整播种联合作业机等已有 60多种规格型号 ,年产量在 万台左右。目前 ,黑龙江省已研制推广了多功能旋松起垄机、松旋起垄机、灭茬起垄机、玉米大垄灭茬起垄机 、耕整播种联合作业机，而湖南省的稻茬田油菜免耕播种机取得了极大地突破，并逐渐向形式结构的多样化发展 。但 由于受国内特殊的稻田环境等因素的影响， 从整体技术水平看 ,与国际先进水平相比 ,仍有许多需要改进的地方。 其主要表现在 : (1)结构及运行性能水平低。因受拖拉机技术的制约和配套农具本身研究开发水平的限制 ,一些国际已采用的先进结构尚未采用 ,如快速挂接 ,短尺寸广角万向节传动轴 ,可调机罩、耕深和水平自控调节 ,快速换刀结构和安全减振装置等。 (2)可靠性差。国产旋耕机无故障使用时间最长为 370h,仅为国外的 2/3。 (3)(材料和制造工艺水平低。材料以市场供应为标准 ,但满足不了设计要求 ;而国际上已普遍采用新材料、新工艺 ,如高强铸铁、低合金钢模锻。如西德杜齐耕作机 ,刀齿强度为 10,并箱形零件薄壁铸造新工艺、热处理新工艺、多刀加工中心和柔性加工自动线等。 (4)机型杂乱 ,三化水平低 ,重复低水平设计 ,缺乏科学严密的试验。从国际和国内今后耕作机械的方向和走势看 ,从学术观点上 ,以减少能源消耗、降低作业成本和维持粮食单产为目标的少耕、免耕技术和以增加粮食产量为目标的精耕细作两者之间 ,进行长时间的争论。近年来两者共同寻求更合理的以节省能 源、降低投入、增加产量为统一目标的耕作技术与配套设备。因此 ,研制耕作施肥播种为一体的联合作业机 ,成为当今国内外共同的发展方向。 四发展方向和需要解决的问题 随着精播技术的发展、国家对农业的重视和机械加工技术水平不断提高 ,一些更精确的排种器相继出现 ,如山东省研制的内充种式排种器、吉林大学的气吹式排种器、黑龙江省农机院近年通过鉴定的高速气吸式精密排种器。 2)精密播种机大、中、小型并举。如哈尔滨沃尔科技有限公司生产的 6/7/8/9/11行气吸式精播机、佳联公司生产的 9/11行气吹式精量播种机、瓦房店播种机 厂生产的 4/6行精播机、勃利农机制造厂和海伦农机二厂生产的两行垄耕施肥精播机。 3)向联合作业方向发展。黑龙江省农机院研制了耕整播种联合作业机 ,一次完成灭茬、施肥、播种、镇压、喷药等联合作业。 4)已开始研制麦茬免耕播种机 ,急需研制高茬免耕地、灭茬、开沟、播种、复土的土壤耕作部件。 5)向电子自动控制播种方向发展。 )国内播种机存在的问题有以下几点 :播种部件的结构型式繁杂、三化水平低。其工艺水平低、制造质量差、铸铁质量大、塑料部件寿命短 ,粗制滥造现象严重。 2)主要研究方向 :从配套机型上 看 ,给大、中型拖拉机配套急需更新换代。应研制开发中、小型联合作业播种机 ;研制为大功率拖拉机配套的大豆宽幅窄行密植和大垄密植精量播种机 ;急需提高工艺水平提高制造质量 ,广泛采用新工艺、新材料。 五 1 吴明亮 农业工程学报， 2010 2 周宏明 ,薛伟等 农业机械学报 3 曲国良等 J1991(2):224 曲国良 J1991 ,14(1):45 刘永清 ,桑正中 J2001,22(4):156 孔令德 J1999,20( 2) : 119124. 7 孔令德 J. 南京农业大学学报 ,1999, 22( 4) : 1 4. 8 孔令德 ,桑正 中等 J2000,31(2):309 5669 2008，旋耕机械刀和刀座 S 10 吴明亮等： 211 蔡洪 . 论 术在机械设计中的应用 J. 2010 (23) 61. 12 丁为民 南京农业大学 1999 13 旋耕机系列设计专业组 苏省农业机械化研究所。 注：此表如不够填写，可另 加页。 研究方案 （ 研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等） 研究目的：此作业机械的关键结构为浅耕开沟机构，在现有的机械上优化设计出灭茬率高，漏耕率小浅耕开沟机构解决浅耕开沟困难效果不理想的问题，并达到增产增收的目的。 研究内容： （ 1） 理解履带式播种机浅耕开沟机构的工艺过程，明确机械的工作原理，确定总体方案设计； （ 2） 浅耕开沟工作机构设计计算 包含运动计算 动力计算 （ 3） 驱动 /传动方案的计算和设计； （ 4） 变速箱及部件结构绘图设计 （ 5） 其他部分的计算和设计（ 制总体结构装配图） 研究方法： 课题拟通过研究现有成果、经验设计和理论设计并与我国农艺要求相结合的方法来开展设计。通过查阅相关资料计算得到有用数据，并用 制出总体结构的装配图和部分零件的零件图，达到设计目标。 预期成果：计划在 3月中下旬完成旋耕刀片，开沟器，齿轮，轴等零部件设计计算。 4月份完成零部件的 制， 5月上旬完成侧边传动系统及工作总图的设计， 5月中下旬完成毕业设计。按期完成完成目标任务后，预计该机构将具有一定的先进性（高灭茬率，低漏耕率），开 沟性能好，可以改进现有机构的存在的一些不足。 进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等） 1. 2012年 12月 25日 1月 5日 2. 2013年 1月 2月，文献查询和软件学习 3. 2013年 3月 4月，确定设计方案，展开设计。 4. 2013年 5月，进行零部件的设计 5. 2013年 6月，提交毕业设计文档，准备答辩 6. 答辩后进行修改，完善，最总提交设计材料。 论证小组意见 组长签名： 20 年 月 日 专业委员会意见 专业委员会主任签名： 20 年 月 日 注： 可打印， 但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 1 履带式播种机浅耕开沟机构结构设计 学 生 ： 向威 指导老师： 吴明亮 （湖南农业大学 工 学院，长沙 410128） 摘 要 ： 本文在分析 履带式播种机浅耕开沟机构 的结构组成和工作原理的前提下，介绍说明了 履带式播种机浅耕开沟机构 的设计原则和设计步骤。并根据设计原则的要求，首先选择了 浅 耕机的类型，确定 浅 耕机的 耕幅、传动型式、刀轴转速的选择等内容。然后具体设计了 浅耕机 的传动装置 包括齿轮箱的结构设计、关键零件的强度校核、耕深调节装置和工作部件总成的设计 （包含浅耕刀片的选择以及开沟器的设计） 。其中 浅耕开沟机构以 及传动装置 是本次设计中的主要内容，它包含了大量的工作：资料的整理，参数的设定，相关计算，绘图等。 关键词 ： 履带式播种机 ； 旋耕刀片；耕幅；浅耕 ； 开沟 ； f s 10128) of of of to of s of s is of of of is of of of of 2 1 前言 履带式播种机是一种直播机，它以增产、增收、培肥地力、改善土壤结构、减少杂草、减少病虫害、为农作物创造良好的生 活环境。是我国正在大面积推广发展的新型高效农业机械 也是我国农业可持续发展的重要内容。 它一次性可完成碎土、碎秸杆、起垄、开沟、灭茬、施肥、播种等多项作业。在我国南方地区油菜是主要油料作物，中国食用植物油自给率仅 油菜生产的重要性已被提高到国家战略安全的高度。传统的油菜种植方式效率低，劳动强度大。而留在农村从事农业生产者以老弱病残居多。依靠这种劳动力结构采用传统的生产方式无法满足大规模扩大油菜面积、增加油菜总产的要求。因此研制油菜生产系列机械，组装、集成油菜高效栽培技术，实现机械化生产是降低油菜生 产劳动强度、提高生产效率，达到大规模扩大油菜种植面积、增加菜籽总产、解决中国食用油安全问题的根本途径。南方冬油菜产区冬前雨水充足，导致田间杂草丛生，严重影响油菜苗期生长，而前茬作物收获后田间留茬高，也严重影响油菜出苗，为此，在现有油菜免耕直播机的基础上，通过改进设计和优化组合，研制出了集浅耕、灭茬、开排水沟、播种和施肥一次完成的油菜直播机 履带式播种机。此作业机械的关键结构为浅耕开沟机构 。 浅耕开沟机 是一种由动力驱动的土壤耕作机械。它的耕作部件为旋耕刀辊 ,刀 辊 上由多把浅耕弯刀按螺旋线排列以及一个位于刀轴侧边 的开沟装置构成 。 浅耕机开沟机灭茬开沟切土 能力强，耕后地表平整、松软，能满足精耕细作要求，且缩短工序间隔，有利于抢农时抗旱保墒，减少拖拉机进地次数，减轻对土壤压实，减少能源消耗，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率，加之近年来国内还田技术和免耕少耕技术的推广应用， 浅耕开沟 机 构 得到了迅猛发展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。 浅 耕机于 19世纪中叶问世以来，得到了迅速发展和推广使用。日本二战之后为了尽快恢复经济发展 ,引进 浅 耕机用于农业生产。但是由于日本大多为水田 ,直角形旋耕刀不适宜于进行水田耕作。一大批日本 学者开始致力于水田用旋耕刀的研究 ,如吉田富穗、松尾昌树、坂井纯等人研制出了旋耕弯刀 ,成功地解决了刀轴缠草等问题。为了解决刀轴缠草的问题本文对旋耕弯刀进行了设计说明。对弯刀的刃口曲线提出了相应的要求，目前能达到这种要求的刃口曲线有阿基米德螺线、等角对数螺线、正弦指数曲线等 ,其中阿基米德螺线应用最广。 到目前为止， 浅耕开沟 机产品虽然在理论上可以配套 拖拉机，但实际上因受传动系统强度及结构尺寸、机架结构强度的限制，配套合理范围仅达 48深亦局限在旱耕 12 16耕 14 1820 世纪 90 年代以来，为适 3 应市场需要，有些企业试图开发大型旋耕机，但因水平有限，仅采用原有产品外延放大和堆砌材料的方法，没有着重结构的改进和参数的优化，因而走了弯路。因此，现有旋耕机产品在品种上尚有大型和深耕型的 空缺 。 我国作为农业大国，不少农机学者在旋耕机方面进行了大量的研究工作。为了促进驱动型耕作机械的发展，本人选择了浅 耕 开沟 机 构 作为自己的毕业设计论文课题，借鉴了不少知名学者的重要研究成果，书写成文。由于资料搜集的局限性和水平有限，错误和不足之处在所难免，欢迎读者批评指正。 开发 浅 耕机的 目的和意义 土壤耕作是种植业生产过程中的重要一环，对于农作物增产具有重要作用。因此，土壤耕作机械的发展一直受到人们的关注。由于土壤耕作是一项能耗很大的作业，传统的土壤耕作机械，如犁，耙等都需要多次书耕作会对土壤造成破坏，不利于水土保持，消耗较大。长期以来，人们一直在探讨新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在这种形势下，驱动型耕作机械诞生了。这种机械之所以引人注目，一是强化土壤耕作过程，可以满足不同条件下的不同土壤类型；二是一次耕作可以联合作业；三是有动力驱动，质量好；四是作业时几乎不需要牵引功 率，减少了功率的消耗。 驱动型机具有多种，如旋耕机，振动土壤耕作机械等，目前广泛使用的，应用前景最好的就是旋耕机。耕机切土、碎土能力强，一次旋耕能够达到一般犁耙作业几次的碎土效果，耕后地表平整、松软，能满足精耕细作要求，且缩短工序间隔，有利于抢农时抗旱保墒，减少拖拉机进地次数，减轻对土壤压实，减少能源消耗，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率，加之近年来国内还田技术和免耕少耕技术的推广应用， 浅 耕 开沟 机得到了迅猛发展，已成为拖拉机的主要配套机具之一。 国内外旋耕机的发展动态、存在问题及发展方向 国外研究现状 1)国外自 20世纪 50年代开始研制并推广联合作业机。在西欧各地气候条件复杂且变化急骤 ,适播期短 ,抢农时适时耕种成为十分突出的问题。因而在德、法、英等国家生产和使用整体型联合作业机比较普遍。北美一带气候条件好 ,土地面积大、适播期长 ,仍使用宽幅单项作业机 ,但近几年美国凯斯和迪尔公司也推出了为大功率拖拉机配套使用的宽幅、高效联合整地机械。在日本、韩国等地 ,因地块小 ,使用耕整、施肥、播种、铺膜联合作业机较多。 4 2)总的看 ,国外驱动型耕作机 ,近几年发展很快。其趋势是 :整机 和工作部件多系列、多品种化 ,生产批量趋小 ;适应少免耕法新农艺 ,以旋耕机为主体的整地、施肥、播种联合作业机得以优先发展 ;向宽幅、大功率、高效能发展 ;采用新结构、新部件和增加附件 ,如快速挂卸装置、动力输出轴离合器、保护器等 ;由机械式传动向液压传动、气力传动方向发展 ;机电一体化、微电子技术用于作业机组的自动监测、显示和控制 ,自动调节耕深、机组水平、作业速度等 国内研究现状 我国的驱动型耕耘机械 ,自农村实行家庭联产承包以来 ,因地块小 ,所以近些年飞速发展。目前旋耕机生产厂 100余家 ,年产量达 40万台左右。近几年 ,我国也同国际发展趋势一样 ,受作业成本增加、地块缩小等因素的影响 ,联合作业机的研制和推广迅速崛起。全国各地结合当地的农艺要求研制了以旋耕机、灭茬机为主体的联合作业机 ,品种繁多、功能各异例如有湖南农业大学研制的 2阳农业大学的 2北农业大学2旋耕条播机，旋耕施肥播种机，松旋起垄机，灭茬施肥起垄机，灭茬旋耕机，耕整播种联合作业机等已有 60多种规格 型号 ,年产量在 万台左右。目前 ,黑龙江省已研制推广了多功能旋松起垄机、松旋起垄机、灭茬起垄机、玉米大垄灭茬起垄机、耕整播种联合作业机，而湖南省的稻茬田油菜免耕播种机取得了极大地突破，并逐渐向形式结构的多样化发展 。但 由于受国内特殊的稻田环境等因素的影响， 从整体技术水平看 ,与国际先进水平相比 ,仍有许多需要改进的地方。 其主要表现在 : (1)结构及运行性能水平低。因受拖拉机技术的制约和配套农具本身研究开发水平的限制 ,一些国际已采用的先进结构尚未采用 ,如快速挂接 ,短尺寸广角万向节传动轴 ,可调机罩、耕深 和水平自控调节 ,快速换刀结构和安全减振装置等。 (2)可靠性差。国产旋耕机无故障使用时间最长为 370h,仅为国外的 2/3。 (3)(材料和制造工艺水平低。材料以市场供应为标准 ,但满足不了设计要求 ;而国际上已普遍采用新材料、新工艺 ,如高强铸铁、低合金钢模锻。如西德杜齐耕作机 ,刀齿强度为 10,并箱形零件薄壁铸造新工艺、热处理新工艺、多刀加工中心和柔性加工自动线等。 (4)机型杂乱 ,三化水平低 ,重复低水平设计 ,缺乏科学严密的试验。从国际和国内今后耕作机械的方向和走势看 ,从学术观点上 ,以减少 能源消耗、降低作业成本和维持粮食单产为目标的少耕、免耕技术和以增加粮食产量为目标的精耕细作两者之间 ,进行长时 5 间的争论。近年来两者共同寻求更合理的以节省能源、降低投入、增加产量为统一目标的耕作技术与配套设备。因此 ,研制耕作施肥播种为一体的联合作业机 ,成为当今国内外共同的发展方向。 发展方向及需要解决的问题 目前浅耕机逐渐向 向联合作业方向发展。黑龙江省农机院研制了耕整播种联合作业机 ,一次完成灭茬、施肥、播种、镇压、喷药等联合作业。 且 已开始研制麦茬免耕播种机 ,急需研制高茬免耕地、灭茬、开沟、 播种、复土的土壤耕作部件。向电子自动控制播种方向发展。存在的问题及研究方向 1)国内播种机存在的问题有以下几点 :播种部件的结构型式繁杂、三化水平低。其工艺水平低、制造质量差、铸铁质量大、塑料部件寿命短 ,粗制滥造现象严重。主要研究方向 :从配套机型上看 ,给大、中型拖拉机配套急需更新换代。应研制开发中、小型联合作业播种机 ;研制为大功率拖拉机配套的大豆宽幅窄行密植和大垄密植精量播种机 ;急需提高工艺水平提高制造质量 ,广泛采用新工艺、新材料。 设计依据： 浅耕开沟机构中耕深 50 H 100(单位： 浅耕宽度： B=1800沟机构畦沟沟深： 100 h 150(单位： 沟宽 B =200效： 56亩 /h 切土节距 S=46 余摆线 1 设计的浅耕开沟机构应挂接在履带式行走底盘上，且沟深可调。 建议：开沟刀盘与浅耕刀辊在一根轴上 建议：浅耕机构采用旋耕，开沟机构采用旋转刀盘 建议：开沟刀盘上采用起垄刀 注意 ：考虑沿田埂周边开畦沟时，土壤不抛洒出田埂上及外延 6 注意：应考虑刀片的安 装方向 注意：应考虑刀辊的旋转半径，开沟刀盘旋转半径，轴上的布置位置及关系，开沟铲与浅耕机构机架的连接关系，整个机构与底盘的连接关系。 2 总体方案确定及主要参数的选择 浅 耕 开沟 机 工作部件支架的选定 依据南方农作物种植农艺要求，箱面宽度为 可配套侧边传动幅宽为 浅 耕 开沟 机耕幅 及配套动力 的确定 根据主机动力输出功率和旋耕作业时单位幅宽功耗可对 配套动力 进行初步选定 ,而 幅宽过大 (刀片增多 )将导致发动机工作过载 ,合适 的幅宽则可保证主机功率的充分利用。实际中 配套动力 的初选可采用经验公式 B=但最终的确定必须经过试验验证。事实上 ,对于同一种旋耕机 ,主机功率大的配套并不一定有好的作业质量 ,相反却有可能造成功率的浪费 ,通过试验能合理确定对应幅宽的最佳配套功率 ,可以避免“大马拉小车”的情况。耕幅与拖拉机的功率有关，并影响旋耕机与拖拉机的配置方式。耕幅 B 与拖拉机动力输出轴的额定输出功率大体成以下关系（已考虑拖拉机提升能力在内）： B= 式中 N 拖拉机发动机的额定功率（ 本设计 中考虑到南方农作物的农艺学特点，为使浅耕开沟机构具有更好的适应性故选取 : B= N=11配套的动力为 55虑到所设计的浅耕机耕深较旋耕机要浅，因此可配套动力为 60马力的牵引机构。 浅耕开沟机构与履带式底盘的挂接方式 浅耕开沟 机 构 与 履带式底盘的挂接方式 有三点悬挂，直接连接和牵引等三种连接方式，我国 各种类型的 旋耕机 构 目前采用前两种联接方式。三点悬挂式旋耕机的悬挂方法 类似铧式犁，动力 由 拖拉机动力输出轴通过万向节传动轴传递至 浅耕机构的中间齿轮箱 ， 然后再由万向节轴传递至侧边齿轮箱驱动刀轴转动。 7 浅 耕 开沟 机 最优传动方案的选择 本文设计中所采用的支架是大型旋耕机的支架，而对于旋耕机其传动形式一般有全齿轮传动及齿轮 轮 力传动的路线大致有两种，第一种是拖拉机动力输出轴万向节传动轴中间齿轮箱旋耕刀辊，第二种是 拖拉机动力输出轴万向节传动轴中间齿轮箱侧边传动箱（链传动及齿轮传动）旋耕刀辊。 一般耕幅小于拖拉机拖拉机后轮 宽度的旋耕机多用于侧边传动，耕幅大于拖拉机后轮外缘宽度的旋耕机，多采用中间传动。根据前面的设想，这里我们选用侧边传动。 图 1 传动方案一 1 8 方案一可行性分析：动力由动力输出轴万向节中间齿轮箱输入轴经一对锥齿轮减速再由圆柱齿轮三级减速在由侧边链传动箱将动力传递至刀轴 优点：侧边链传动可时间较远距离的精准传动且噪音小。 缺点：中间齿轮箱结构复杂，侧边链传动相比齿轮传动无法传递较大的力。 图 2 传动方案二 2 案二可行性分析：动力传入到中间齿轮箱的输入轴 经一对锥齿轮减速后万向节由侧边齿轮箱里的圆柱齿轮减速后传递至刀轴。 优点：结构简单，传动精准，可传递较大的扭矩，且易于制造。 缺点：传动距离有限。 综合考虑两种方案的优缺点，方案 2 结构简单，可传递较大的功率及扭矩，且易于制造，其传动距离满足性能要求，故选择方案 2做为传动方案。 9 浅 耕 开沟 机的刀轴转速选定 在机组前进速度不变的情况下， 浅 耕机 灭茬及耕地的效率 随刀轴转速的增加而增加，较理想的配合是 较高的 刀轴转速和较高的前进速度，虽然功耗要增加些，但因生产率提高了，仍可降低单位面积的能耗。近年来，刀轴转速 有增加的趋势 。 浅 耕机的刀轴转速 逐渐增加至 300r/着土壤比阻不同，旋耕机的刀轴转速也不同，粘性重的土壤比阻大，转速应偏低，砂性土壤比阻小，转速可偏高 。 为了提高生产率及地区适应性，减少能耗，本设计旋耕机刀轴转速选择 300r/在后文中将根据传动方式确定具体 的刀轴转速。 3 浅耕弯刀 的 选取及排列方式 旋耕刀的结构组成 旋耕刀主要有侧切面、正切面、过渡面三部分组成，旋耕刀各部位名称下图，侧切面具有切开土垡，切断或推开草茎 、 残茬的功能；正切面除了切土外还具有翻土 、碎土 、 抛土等功能。 过渡面正切面正切刃过渡刃弯折始线侧切刃侧切面图 3 刀的结构设计图 浅耕刀片的选择 刀片型号的选择 旋耕刀是浅耕机构的主要工作部件，刀片的形状 和参数直接影响旋耕的工作质量，目前国内外对旋耕刀刃口曲线形状和结构参数作了大量的研究，就横轴旋机上的刀齿而言主要有刚性和弹性两大类，刚性刀按其外形分有直刀、 刀、凿形 10 刀等类型。根据 5669耕刀分为型刀，型刀和型刀。 型刀主要用于水旱田耕作。刀辊回转半径 R 有 225、 245、 260种； 型刀主要用于水田绿肥，稻茬，麦茬较多的田地作业。刀辊回转半径有 195、210、 225、 245、 260种； 型刀主要用于浅耕灭茬作业，刀辊回转半径 R 有 150、 175种。 根据设计要求，选用 浅耕弯刀，刀辊回转半径为 175结构如上图所示。 刀座间距 b 和弯刀总数 z 的设计和计算 弯刀端部对土壤适当的撕裂挤压作用可以降低功耗。但撕裂过大又使土块均匀性较差，并使用同一截面相继入土刀片的切土节距加大而功耗增加。适当提高刀座间距和选用刀幅较宽的刀齿，可以减少刀齿总数和降低功耗 ,翻阅相关研究文献及考虑到南方作物的农艺学特点， 现选用单刀幅宽 b=45毫 米。弯刀总数 z 可按下式计算 : /1000z （ 1） =1000 45/12 = ) 取整 z =44 式中： B 耕幅（米） b 刀座间距（毫米） Z 每切削平面内刀齿数 z 弯刀总数取整偶数 弯刀在刀轴上的优选排列设计 弯刀的排列是否合理，在很大程度上决定了旋耕作业质量的好坏，旋耕阻力的大小和功率消耗等重要性能指标。本设计吸取了国 内 外样机的先进技术，采用了以幅宽中央为基准，左右分成几个小区段的匀称、对称和左右螺旋线排列。着重考虑了刀轴回转入土的动平衡，也考虑了静平衡等角布置；左右弯刀应相继顺序交替对称入土，尽量减少刀齿 数目，以求受力均衡、稳定，力求土块大小匀称，区段适中，表层平整；相邻两刀齿的夹角应尽量大些，以免夹土、堵泥，又便于制造。根据 相关文献 综合分析 可 提出了三种可行的排列， 对其进行比较， 并对个别刀齿作调整，从而改善旋耕机的动力性能。最后优选出一种比较合理先进的排列方案。从上述理论和优选结果， 所设计的刀齿排列方案 应尽量满足以 下 要求 ： a、刀轴每转过 18一把弯刀入土， 保证均匀性。 b、 要 以幅宽中央为基准，左右分开几个区段呈均匀、对称和左右螺旋线排列，不 11 平衡横力矩分布比较均匀。 c、左右弯刀从 幅宽中央基准线两边相继交替对称入土，轴向受力平衡、稳定性好。 d、土块大小比较匀称，碎土性能好。 e、相邻两个小区的刀齿相互交替工作，使相继入土刀齿的轴向距离较大，使刀轴上的扭矩和弯矩较为分散。 f、每个区段由三把弯向相同的弯刀组成，耕后地表面起垄适中、表层平整。 g、每米幅宽 约 20 把弯刀，减少了刀齿数目，有利于旋耕阻力和金属耗能的减少 材料和技术条件 用 65 规定的 65制造。切削部分必须进行淬火处理，淬火区硬度为5。旋耕弯刀应用样板进行 检查，刃口曲线形状误差不得大于 3 4 开沟器 的设计 开沟部件具体结构参数的确定 结合履带式底盘的结构特点，利用旋耕机刀轴的空心结构，在刀轴上安装一圆盘式开沟部件。为能开出形状规则深度均匀沟内干净沟型整齐的排水沟，需要考虑多个方面因素，即对各工作部件进行确定。其中包括刀片型号及刀片数量，刀盘的结构和尺寸参数，开沟铲的结构参数及挡土板的结构等，现分以下几个方面，逐步进行选择设计。 刀片型号 旋耕刀是旋耕机的主要工作部件，刀片的形状和参数直接影响开沟工作质量，目前国内 外对旋耕刀刃口曲线形状和结构参数作了大量研究，就横轴旋耕机上的刀齿而言主要有刚性和弹性两大类，刚性刀按其外形分有直刀、 L 形刀、弯刀、凿形刀等型。其中直刀主要用于对已经翻耕的土地进行碎土作用， L 形刀、弯刀 (铊 刀 )、凿形刀则用于初耕， L 形刀结构简单，但工作稳定性差，且易缠草 ;凿形刀主要适应在早作砂性土壤中采用超进距旋耕作业，可节约动力消耗 ； 而弯刀有好的滑切性能，脱草性能好，工作平稳，多用于水田耕作和草原耕作，在稻田旋耕得到广泛应用。 针对以上情形选用弯刀片作为开沟的刀片 。 弯刀片由侧切刃 (包括侧切面 )和 正切刃 (包括正切面 )两部分组成。其中主要尺寸有 :旋耕起始半径， 侧切刃口上任一点半径， 刀片在弯折处的刃口半径， b 为刀 12 片切土宽度，为刀片弯折后角 (包括左弯和右弯两种 )。 弯刀结构如图； 图 4 旋耕弯刀结构图 4 of 片的选择：由于弯形刀片对土壤的适应性较强，它的特点是切割能力强，有自清作用，不易缠草，而且 有一定的翻土能力。因此刀片选用国际旋耕机弯刀 弯形刀片的刃口的形成原理是根据阿基米德螺旋线形成的，其材料是用 5 规定的 65制造。切削部分必须进行淬火处理，淬火区硬度为 5。旋耕弯刀应用样板进行检查，刃口曲线形状误差不得大于 3 切土进距及刀片数量 开沟切土过程是刀盘作复杂运动切割土壤。在刀片旋转的同一纵向平面内，前后两相邻刀片的切土间距，称为切土进距，记作 S。相继作用与土壤的两片刀片，描绘出相同的彼此移开一个切土节距 S 的曲线，形成断面变化的垡片。如 图 5 所示： 13 图 5 正转开沟土壤垡片形成示意图 5 of in 土节距 S 由开沟刀盘的运动参数和结构参数确定。 S 是刀盘转动z2角的时间旋耕刀辊轴前进的距离， z 是刀盘上同一切 削面上刀齿的安装数量。可计算为 : zn z 01222 （ 2） 式中 : 机器前进速度 ,m/s t 一机组前进时间 , t z 一旋转切削面刀片数 ; 一刀辊角速度 ,s; n 一刀辊转速 ,r/ 一切土进距 ,m 垡片的厚度及土壤破碎程度由 S 值确定，因此切土进距的大小直接影响碎 土质量。 由上式知降低机组前进速度、提高刀轴转速、增加每切割小区内的旋耕刀数，都能减少切土进距，提高碎土质量。但机组前进速度过慢，生产率底 ;刀轴转速过快，机组的安全性能降低 ;刀数增加，刀间空隙度小，容易缠草堵泥。因此，切土进距不能设计过小，一般在中等粘度的土壤 (含水率 20%30%)中作业，正转作业切土进距 46右， 14 耕作质量即能满足农艺要求。现取较小值 4距作计算，结合 水稻联合收割机履带底盘的行进速度，开沟作业采用一档操作其速度约为 h,代入公式中得： 6 00/1 0 Sn vz m (片） （ 3） 圆整计算结果，选取单位切割面上刀片数量为 2 片。 刀片直径计算 刀片最大切削半径 确定与设计耕深和传动箱结构结构有关，耕深增大，要求 R 增大，切削扭矩也随之增大，因此在满足耕深的要求及传动箱结构尺寸允许的情况下， 刀片切土宽度 b（工作幅宽）： b 的大小影响旋耕机的工作质量及功率消耗，若 相邻刀片间距增大，有利于减少堵塞现象， 功率消耗不变，但碎土质量差，为了保证碎土质量，就要减少机器的行进速度，故 b 不宜过大。 为了保证耕深及适宜的刃口长度，刀片切削半径 大小可由下式确定： 2022 2m a a （ 4） 式中： S 刀片最大进给量， mm a 最大设计耕深， 沟刀盘的正切回转半径与许多结构参数有关，现拟开沟结构尺寸如图 6 所示： 图 6 开沟部件结构尺寸示意图 6 of of 15 正切面回转直径取决于最大开沟深度 r，开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙 1，刀轴中心与变速箱的距离 L 和正切面与变速箱的安全间隙 2，其数学表达式为 : 21m LR （ 5） 结合履带式底盘的结构特点，以及设计 任务要求，各参数的 设计尺寸为 :00 r=55 L=350 1 =10 2 80 计算得： 270265 R 为提高抛土距离，尽量选取 较大的旋耕半径，因此取最大回转切削半径 R 回 为270 刀片正反转的确定 正转旋耕与反转旋耕概念 旋耕机的刀片，无论其为何种形状，它在工作时的绝对运动均由两种运动合成。如图所示，一种运动是由于安装刀片的轴转动时刀片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片上产生，刀片的绝对运动是这两种运动合成的结果。 正转旋耕 旋耕机的刀辊的旋转方向和拖拉机前进时轮子的转向相同，旋耕刀由地表向下切土，刀辊的切土反力 的水平分力与拖拉机前进方向一致。 反转旋耕 旋耕机的刀辊的旋转方向和拖拉机前进时轮子的转向相反，旋耕刀由已耕土中入土，从底部开始往上切土，刀辊的切土反力的水平分力与拖拉机前进方向相反 。 通过分析比较，为了提高开沟质量和拖拉机的附着性能，采用正转切削方式。 刀盘转速 采用旋耕机自身的链传动，根据相关文献得 :开沟需要的刀盘转速要求为200300r/沟刀盘安装在旋耕刀轴上并与刀轴一起旋转。其转速为 线速度计算如下 : 0/ （ 6） 16 刀盘结构及刀片布置原则 刀盘结构 由前面刀片直径计算得出，刀盘最大回转半径 R 回 =270刀最大工作半径 45此刀盘直径要略大于原弯刀安装尺寸。具体尺寸如图 :刀盘最大直径 20盘上刀座布置中心圆直径 5盘内圆直径取 2大于刀轴外径。 由前面计算得出同一切削面上刀片数量为 12 片，考虑到在近沟边两侧的抛土能力较中间强， 在刀盘最外侧各安装两片，靠近刀盘中间的两个切削面各安装一片刀片，共 6 片弯刀。同时为了方便刀盘在旋耕轴上安装，采用哈夫式刀盘对接安装，如图 2. 8示，上下刀盘通过两边焊接的钢板 3 螺栓连接，整个刀盘靠定位孔 4 固定在旋耕刀轴上。为增加弯刀片的纵向切削面，在刀盘上左右两边横向焊接了 U 型钢，向外扩展了两个切削面，即由紧贴刀盘的两个切削面增加到四个切削面。 图 7 刀盘结构图 7 of 外，为使得开出的沟型整齐，在刀轴原有刀座上、开沟刀盘两侧各 加装一片切壁刀，以利于沟壁光洁成型。切壁刀为一直面弧形刀，弧形刀最大回转直径 R 略大于开沟刀盘最大回转直径 R 回 2317 刀片布置原则 刀片布置原则 : 1、同一回转平面内，若配置两片以上的刀齿，每片刀的进距应相等， 使之切土均匀； 2、 整个刀轴回转一周的过程中，在同一相位角上，应当只有一片刀入土， 以保证工作稳定和刀轴负荷均匀。 3、左刀和右刀应尽量交替入土，以保证刀辊的侧向稳定。 安装方式为左右弯刀各置于刀盘两侧，保证每隔 60 角有一刀片入土，且保证左右交替入土，以利于刀盘的受力稳定均衡 。按照 下 述规则安置刀片见图 8： 图 8 切壁刀结构及排列图 8 of 开沟铲 开沟铲的设计及位置确定 :为了将已切削的土壤抛出沟底，必须将土壤的水平后抛改为上抛，为此加装一个圆弧形开沟铲，圆弧和刀盘为的同心圆 ， 开沟铲与刀盘刀片回转面间的间隙尽量取较小值，一般为 1 开沟铲安装位置要求 :最低点略低于刀盘最低点，保证将沟内的土壤抛干净 ;水平最高点基本和旋 耕刀盘刀盘圆心位置平齐，有利于提高土壤抛掷高度，延长抛土行程， 保证足够的抛土宽度。 18 5 中间齿轮箱的设计及强度校核 选取 齿轮的材料 由机械设计手册，考虑到工厂加工条件和减速器要承受很大的转矩，选择大小齿轮材料都为 20碳 淬火 处理 后， 硬度为 55 60拉强度 b，屈服强度 s。 材料加工后有较高的心部强度 ， 主要用 于制造承受中等载荷，要求足够冲击韧度和耐磨性的汽车拖拉机齿轮等零件。 浅 耕机为工作功率较大的工作机器，但速度不高，故选用 7级精度（ 齿轮传动参数确定 表 1 确定齿轮齿数及传动比 of 的序号 1 2 3 4 5 齿数 传动比 总传动比 7 8 7 1 5 表 2 选择传动形式 动形式 齿数 模数 传动比 圆锥齿轮传动 圆柱齿轮传动 7 8 7 1 5 8 8 6 6 6 动力计算 圆锥齿轮传动 1 =对圆柱齿轮的传动效率 2 =19 链传动 的传动效率 3 =向节的传动效率 4 =(a)拖拉机 动力输出轴的额定输出功率： 根据有关资料和经验估算，其额定输出功率为： 0 （能耗计算） (b)算第一轴齿轮 的 功率、转速和扭矩： 9 83 5 额 n =720(转 /分 ) 1161 1055.9 106 N c)第二轴功率、转速、扭矩。 2n = 11/720/ 61162 (d)第三轴功率、转速、扭矩。 m 663363 (e)第 四 轴功率、转速、扭矩 m 234 664464 (f)第 五 轴功率、转速、扭矩 m 1/ 345 20 664465 主要技术参数 of 次 动力输