0051-带式割灌机的结构设计【全套9张CAD图+说明书】
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带式割灌机
结构设计
全套
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摘 要
割灌机作为林业机械的一种，可以用于灌木切割、幼林抚育、采伐等作业。本次设计的带式割灌机是悬挂在拖拉机后方的，靠拖拉机输出动力，通过带传动传递动力完成割灌作业，它能切割半径9cm以内的灌木。本次设计主要是设计带式割灌机的主传动系统，通过万向轴连接拖拉机动力输出轴和主传动轴，用锥齿轮将动力传递给以及传动轴，完成主要的动力传动；设计带式割灌机的切割系统，通过带传动将动力传递给切割轴，切割轴下端装夹锯片；设计带式割灌机的张紧系统，使用张紧轮张紧的方法；确定带式割灌机各个部件的布局方式，完成带式割灌机的设计。
关键词：割灌机；带传动；张紧机构
- 内容简介：
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带式割灌机的结构设计I摘要割灌机作为林业机械的一种，可以用于灌木切割、幼林抚育、采伐等作业。本次设计的带式割灌机是悬挂在拖拉机后方的，靠拖拉机输出动力，通过带传动传递动力完成割灌作业，它能切割半径9CM以内的灌木。本次设计主要是设计带式割灌机的主传动系统，通过万向轴连接拖拉机动力输出轴和主传动轴，用锥齿轮将动力传递给以及传动轴，完成主要的动力传动；设计带式割灌机的切割系统，通过带传动将动力传递给切割轴，切割轴下端装夹锯片；设计带式割灌机的张紧系统，使用张紧轮张紧的方法；确定带式割灌机各个部件的布局方式，完成带式割灌机的设计。关键词割灌机；带传动；张紧机构IIABSTRACTCUTTINGMACHINEASAKINDOFFORESTRYMACHINERY,CANBEUSEDFORSHRUBCUTTING,YOUNGFORESTTENDINGANDCUTTINGETCTHEDESIGNOFBELTTYPECUTTINGMACHINEISAHANGINGONINTHEREAROFTHETRACTOR,RELYONTHETRACTORPOWEROUTPUT,CUTTHROUGHTHEBELTTRANSMISSIONPOWERFILLINGOPERATION,ITCANCUTTINGRADIUSSHRUBSWITHIN9CMTHISDESIGNMAINLYISTODESIGNTHEBELTTYPECUTTINGMACHINEMAINDRIVESYSTEM,THROUGHTHEUNIVERSALSHAFTCONNECTIONANDTHEMAINTRANSMISSIONSHAFT,THETRACTORMOTIVEPOWEROUTPUTSHAFTWITHBEVELGEARPASSPOWERANDTRANSMISSIONSHAFT,COMPLETEDTHEMAINPOWERTRANSMISSIONDESIGNTHEBELTTYPECUTTINGMACHINECUTTINGSYSTEM,PASSPOWERTOCUTBYBELTTRANSMISSIONSHAFT,SHAFTBOTTOMCLAMPINGBLADECUTTINGDESIGNTHEBELTTYPECUTTINGMACHINETENSIONSYSTEMUSINGTHETENSIONWHEELTENSIONINGMETHODDETERMINETHEBELTCUTTINGMACHINEPARTSLAYOUT,COMPLETETHEDESIGNOFBELTTYPECUTTINGMACHINEKEYWORDSCUTTINGMACHINETAPEDRIVETENSIONINGMECHANISMIII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111割灌机的概述112国内、外带式割灌机的发展现状113割灌机的市场前景414割灌机的发展趋势415割灌机存在的问题516割灌机的特点和用途517割灌机的分类518割灌机的正确使用619本文主要研究设计的内容7第2章割灌机总体结构设计821带式割灌机的设计要求822带式割灌机的总体构造823本章小结9第3章割灌机的重要零部件结构设计1031主传动系统设计10311带传动的设计10312轴的设计12313主传动轴的设计13314带轮轴的设计1432切割机构的设计1633张紧机构的设计1734机架的设计1935本章小结22第4章校核计算2341轴的校核计算23IV42轴承的选择与校核计算2443机架的校核计算2544本章小结25结论26致谢27参考文献281第1章绪论11割灌机的概述割灌机可以对半径在9CM以内的各种灌木和杂草进行切割，它的结构比较简单，操作起来比较方便，是一种较为理想的用于抚育幼林的林业机械，它是靠高速旋转的锋利刀片对灌木进行切割，是一种用途广、操作简单的林业机械，主要用于低矮灌木的割除以及中幼林的抚育、人工林的间伐等。我国林业发展的一个非常重要的方向是抚育间伐，所谓抚育间伐，就是在尚未长成的树林中定期地、重复多次地对部分林木进行砍伐，为其余部分的树木创造良好的生长环境，促使其更好的生长，一般从幼林生长开始，一直到树木成熟可以采伐前的木材要进行34次的抚育间伐。我国林业部门的近年来的统计数据显示我国林木总面积的71约80万HM2都是中幼林，其中约有82的中幼林未能及时的进行抚育，迫切需要抚育的约有55万HM2，所以割灌机的抚育幼林的作用就得以应用在大面积的幼林抚育中来。众所周知，我国的国土面积巨大，所以我国的灌木资源极为丰富，而且近几年来，为了防止水土流失，改善我国的生态环境，国家在西部地区持续大面积的种植灌木。灌木是一种防止水土流失物种，生物学家指出，根据沙生灌木的生物学特性，每隔3至5年就需要对生长中的灌木进行一次切割，切割可以使灌木更好的生长。在切割时如果采用人力资源进行割灌作业，对于大面积的灌木林来说，其劳动强度太大而且效率也非常低，而且不能及时的完成整个割灌作业因此只有使用割灌机械才能更好的提高切割的效率，保证短时间内大面积的灌木切割。割灌机有很多种，手扶式割灌机、悬挂式割灌机、侧挂式割灌机等等，不同种类的割灌机适用于不同的割灌环境和工作量。而且它们的动力来源也不同，由拖拉机牵引的割灌机是由割灌机来提供动力，手扶式割灌机是由汽油或柴油发动机来提供动力。21世纪，科技正在日益发展和创新，所以割灌机也在不断的发展和进步，我们必须与技术进步保持一致的步伐，使割灌机的技术越来越成熟，创造出更为先进的割灌机。12国内、外带式割灌机的发展现状国外对于割灌机的开发研究是比较早的，我们不得不承认由于国外的科技水平发达，起点高，水平也较高，广泛采用先进的科学技术，达到减轻整机的质量，增大功率的目的，并形成了系列化的产品。欧洲中以德国STILHL公司为代表的生产厂家，其产品的动力排量和功率种类多，可见其产品应用范围非常广。前苏联生产的CEKOWP3型割灌机可用于幼林的抚育、灌木的采伐等。到了20世纪90年代，这些先进国家的灌木收割机械陆续的被引入国内。国外生产的割灌机械有着非常完善的技术，性能可靠，但价格比较昂贵，个人使用不划算目前为止，国外很多国家几乎所有的农业机械制造公司都在生产割灌机械，能满足各种割灌作业的需要。割灌机的主要结构以及技术性能指标目前为止都没有太大的变化，只是在操作的灵活性和自动化应用方面有一定的改变。2国内林业收割机械的开发研制的时间比较晚，与欧美的一些发达国家相比，在技术水平、制造方法等方面还有一定的距离，主要缺点就是产品的种类少，产品所应用的技术水平也较低。我国割灌机的开发、研究开始于1960年，目前国内的割灌机生产厂家依然很少，而且产品的质量不够轻便，性能不先进，种类单一，无法满足各种用户的不同需求。1992年原国家林业部为了研发制造一种可以提高割灌效率的收割灌木的机械给，黑龙江省木材采运研究所下发了“山地清林机的研制”的项目。2G200型悬挂式割灌机是该项目的一个重要成果，非常适合我国广大农村的各种经营作业。如图11，为现有一种手扶式割灌机，单人即可操作进行割灌作业，缺点是作业范围小，浪费人力、时间。图11本田LTCG2601型割灌机我们必须承认我国由于建国之前的很多坎坷，国家建立的很晚，这就导致在很多领域我们不能和欧美的一些国家相比较，但是我们也应该看到，建国60多年来，我国能发展到今天这个水平已经是个奇迹了，所以我们必须坚信只要我们继续努力，积极进取，我们有一天会追上那些发达国家的。割灌机的发展也是一样，虽然我们的技术落后，但是我们必须认识到时间带来的差距，所以随着时间的推移，国内创造的割灌机一定会在各个方面赶上国外的割灌机的。我国灌木树种资源极为丰富，近几年来，为了防风固沙、保持水土、改善生态系统、维持生态平衡，正在持续大面积种植灌木，仅内蒙古鄂尔多斯市就有沙生灌1200多万亩，我国西部地区沙生灌木资源也非常丰富且集中。根据沙生灌木的生物学特性，每3到53年就需进行平茬，平茬后生长加快，萌发力加强，具有复壮作用。平茬收割时若手工劳作，其劳动强度大且生产效率低，因此只有使用专业的割灌机械才能提高生产效率。国外对割灌机的开发研究较早，起点高，水平亦较高，广泛采用现代科学技术，如工程塑料、CDI无触点电子点火，整机质量轻，功率大，使用操作灵巧，并形成了系列产品。以德国STIHL公司、SOLO公司为代表的厂家，其产品动力排量从2CC到565CC，功率从06KW到28KW。日本生产的割灌机型号很多，其中XENOAH杰纳亚割灌机有轻、中和重型三种。轻型有QT20和BCF01，中型的有BCD20、BCD29、FBC12、FBC22、FBC24、FBC26、FBC26和FBC28，重型的只有FBC33。其中，工作部分使用尼龙除草丝、圆锯片和除草刀盘，可用于不同高度枝条的收割。1993年日本研制成功了割灌带宽90CM、且能自动调平驾驶座椅的坡地用自行式割灌机。前苏联生产的CEKOP3型割灌机可用于幼林的抚育、灌木的采伐和割草等。割灌机主要由发动机、传动部分和锯木圆锯片组成。工作时操作人员可将割灌机背在肩上，用右手操作机器，左手扶着锯切的树木。前苏联制造的MNC大型除灌机装在白俄罗斯型拖拉机上，前部为压灌部分，后部为割灌切碎部分。机器前进时，压灌部分先将灌木压弯压挤在一起，再由割灌装置自根茎处切断，最后由切碎装置将割下的灌木切碎并撒抛在地上，该机可用于大面积的除灌作业。加拿大WINDSOR公司最近也生产了一种ENSO除灌机，它在割灌装置后面加装了除草剂喷洒装置，能同时进行机械和化学抚育，可大大节省化学药剂的喷洒量。此外，中小型的灌木收割机还有瑞典制造的帕尔特内尔B173和胡斯克法尔纳165R割灌机，后者还带有可以更换的尼龙除草丝转盘。德国制造的FS200AV割灌机上还配有减振装置。我国林木收获机械产业化起步晚，与欧美等发达国家相比在技术、制造手段和工艺等方面都还有一定的差距，主要是产品的品种不全，适应性和配套性差，产品的技术水平比较低。我国割灌机的开发、研究起步于20世纪60年代，目前国内生产厂家仍较少，而且产品质量大，性能落后，品种单一规格少，不能形成系列产品，无法满足各种用户需求。1992年原国家林业部下达给黑龙江省木材采运研究所“山地清林机的研制”项目，目的在于研制一种重、中型可提高割灌效率与质量的割灌木设备。2G200型悬挂式割灌机是“山地清林机的研制”项目的阶段性成果，该机主要是为适应营造短周期工业用材林以及人工速生丰产林发展的需要，它是以J50履带拖拉机为动力，在拖拉机前悬挂具有仿行特点的多圆锯片的中型割灌木设备。辽宁省法库县农机推广站对东风2型小麦收割机进行了设计改造。由于小麦种植量少，设备使用时间短，该机每年绝大部分时间处于闲置状态，对其设计改造后可收获苜蓿。其主要以东风2型收割机的主机为动力和行走平台，通过重新设计割台、铺放装置和传动连接装置，改造成9GY23型牧草收割机，达到了收割苜蓿的要求。只要更换割台就可以进行小麦的收割作业。此项研发缩短了苜蓿收割机的研制周期，降低了设计和制造成本，实现了一机多用。4山西省广灵县新特服务部研制成功了柠条收割机和麻黄收割机。其主要用途有柠条类丛林灌木的平茬、收割；桑树、茶树更新换代的平茬；冬青、草坪等园林绿化的草和灌木植物的修整；草原牧草如红柳、沙柳、花棒、踏郎、紫花苜蓿、沙打旺、草木栖、柠条和篙籽等的收割。福建省林科所研制成功的2GB081型背负式割灌机具有质量轻、振动小、适应性强、用途广、易于综合配套等特点，非常适合广大农村多种经营使用。广西柳州索罗小型动力机厂1999年研发的3GC15割灌机，主要性能指标具有国内先进水平。该割灌机已在东北林区、各地公园、机关和厂矿等广泛应用。此外，该机还可用于收割南方水稻，深受农民的欢迎。13割灌机的市场前景抚育间伐是我国林业发展的一项重要工作，所谓抚育间伐，即在未成熟的林分中定期而重复地砍伐部分林木，为保留的林木创造良好的生长环境，促使其生长发育，一般自幼林郁闭开始到成熟林主伐前的用材要进行3至4次抚育间伐。据统计，我国林分总面积的70约80万HM2是中幼林，其中约80的中幼林未及时进行抚育，待抚育的约53万HM2。目前我国中幼林抚育间伐作业只有少量利用机械，大部分还靠手工作业大斧子、弯把锯伐木，其劳动强度大，生产效率低，已不能适应抚育生产的要求。割灌机可以切割直径18CM以内的各种林木和杂草，其结构紧凑，质量轻，操作灵活，是一种理想的抚育机械。国家对林业政策的合理调整，使林业系统有一大批产业工人从采伐业转向种植业。国家还将投入资金营造生态环保林，特别是中幼林的改造。按1台/HM2计算，林业系统对割灌机的总需求量在50万台左右，每年需求量在5万台以上。我国灌木树种资源极为丰富，灌木林不仅是重要的生态林，而且是经济效益很高的商品林。灌木具有耐干旱、抗风沙、天然更新快、萌发能力强和根系发达等特点，是我国造林绿化的重要树种，也是西北地区防沙治沙和一些特殊自然地理区植被建设的重要森林群落。同时，灌木林还是重要的薪炭林、饲料林、工业原料林和景观观赏林，在林业生产和经营中具有不可替代的地位。大力发展灌木林，充分发挥灌木林在生态建设、生态安全、生态文明中的突出优势，已经成为经济和社会可持续发展的迫切需要。14割灌机的发展趋势割草机开始逐步取代步行自走式割草机手推式剪草机。特别是能实现零转弯半径，机动性能非常好，能一机多用的全液压草坪拖拉机一问世，就得到了广大用户的普遍欢迎，预计不久的将来，还会有自动化程度更高、操作更舒适的草坪机械出现。国内21世纪生产的草坪割草机仍然以步行推手推割草机为主，是国外打发达国家20世纪80年代的水平，在国外已属淘汰产品。进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国除草机行业保持着多年高速增长，并随着我国加入WTO，直到2012年，除草机行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国除草机行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，除草机行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面。52009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国除草机行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。进入2010年，全球经济复苏的前景面临波折，国内经济结构调整的呼声逐渐升温，贸易保护主义的抬头，除草机行业中技术含量低的人力密集型企业，缺乏品牌的出口导向型企业面临发展危机，而注重培养品牌和技术创新能力较强的企业将占得先机，除草机行业企业如何面对新的经济环境和政策环境，制定适合当前形势和自身特点的发展策略与竞争策略，是除草机行业企业在未来两年我国经济结构调整大潮中立于不败之地的关键。20102016年中国除草机行业市场研究及投资发展预测报告将从宏观和微观环境对我国除草机行业的发展现状，政策环境，竞争策略，投资前景，市场容量，进出口形势等方面进行全面而权威的分析。15割灌机存在的问题随着割灌机的应用越来越广泛，工作环境和工作量的不同导致了我们对不同类型割灌机的需求，所以现有割灌机所存在的问题也就逐渐的显现出来了。目前市场上存在着不同品牌的、国内、外生产的各种各样的割灌机，但是通过我们对现有割灌机的调查研究发现，大多数割灌机都属于手扶式小型割灌机，这种割灌机只能应用于小范围内的割灌作业，并且需要工作人员投入很大的体力来完成割灌。国内研制生产的一些型号的割灌机存在着很多问题，比如性能不先进，只徘徊在一、两个品种规格上，没能形成系列化的产品，面对国内众多的用户，无法满足其使用要求。对于这么多的缺陷，我认为割灌机发展到了今天，技术水平逐日提高，我们必须充分利用现代的先进技术，努力开发研制，使国内生产的割灌机早日达到国际的先进水平。根据上述的许多问题，我们认识到必须要增加割灌机的类型，以保证可以适用于不同的割灌作业。所以本次设计的带式割灌机是一种悬挂式割灌机，可以用于大面积的切割灌木的林区作业。16割灌机的特点和用途割草机主要应用在园林装饰修剪、草地绿化修剪、城市街道、绿化景点、田园修剪、田地除草，特别是公园内的草地和草原，足球场等其他用草场地，私人别墅花园，以及农林畜牧场地植被等方面的修整，还可用在秋收之时。不过，割草机在乡村田边、地头、山地割草时具有一定的局限性，主要原因在于地势不平、供电方式和割草机的重量便携性等问题。现今常用的割草机为汽油割草机，又名汽油锯。用途广泛，主要用于公园草地、绿化带、工厂草地、高尔夫球场、家里花园、草地、果园等场所的草坪修剪和美化。其特点是工作平稳，操作简单，对所需要切割的对象，主要是草类的切割性强，适用于高产草场与大型公园等。割草机依靠切割器上动刀和定刀的相对剪切运动切割草类，其特点是割茬整齐，所需功率较小，但对牧草的适应性差，易堵塞，适用于平坦天然的草场和人工草场作业。80年代中期开始生产并使用旋转式割草机。依靠高速旋转刀盘上6的刀片冲击切割牧草。随着科技的提高，新改良的割草机产品的工作能力增强许多，在速度方面提高很多，节省了除草工人的作业时间，节约了大量的人力资源。17割灌机的分类割灌机的工作头部分有两种，即刀片和尼龙头，一般情况下，对于作业环境较好，没有石块等杂物时，可采用带有刀片的割灌机，反之，则选用尼龙头式割灌机，这样更能提高工作效率，同时作业也更安全。按照动力的不同，割灌机分为电动和内燃动力，而内燃动力又可分为二冲程和四冲程汽油机；按照传动方式的不同，割灌机分为直杆传动和软轴传动；按照发动机供油方式的不同，割灌机分为浮子式、泵膜式。目前，我国的割灌机大多是背负式轻型割灌机，而大功率的割灌机则都悬挂在履带拖拉机上，其体积庞大、耗油量大，不适合小林区作业。背负式轻型割灌机可分为侧挂式割灌机和后背式割灌机。侧挂式割灌机国产2GC3、DG3型割灌机即属侧挂式割灌机，此类型的割灌机又称硬轴割灌机，靠背带上的吊钩挂在操作者的侧面，两手握住手柄操纵机器，其发动机的曲轴与传动轴位于同一直线上，动力通过离心式离合器、刚性轴传至减速器，带动工作部件旋转进行作业。后背式割灌机国产FBG13型割灌机即属后背式割灌机，此类型的割灌机又称软轴割灌机，其发动机和皮带减速装置安装在机架上，用背带背负进行作业，发动机的动力通过离心式离合器、减速器、钢丝软轴及轴承架带动工作部件，由于传动轴与刀片的夹角可以调整以适应不同身高的操作者及在不同坡地上作业，为此操作者只需用手握托住手把就可操纵工作部件。两种割灌机在构造上存在一定的差异，致使其具有不同的使用特点，为此，使用者需根据具体的使用条件及作业对象来正确选择合适的割灌机机型，并通过使用实践来掌握各自的操作要领。18割灌机的正确使用熟悉割灌机的构造、工作原理和使用规则是正确、安全使用割灌机的前提。因此，操作人员必须经过培训，在首次使用割灌机前要认真、仔细地阅读使用说明书，在详细了解其操作规则的基础上方可进行操作，否则不能使用。为了保证操作人员的安全，以下几类人群不能使用割灌机未成年人、过度疲劳的人、患病的人、喝酒的人、因吃药而会影响工作的人等。机器的技术状态直接影响使用安全性，因此，使用前和使用后都应做好割灌机各零部件的检查、调整和保养工作，使割灌机始终处于正常的技术状态，尤其是要保证其每个工作部件都符合规定的技术要求。在使用前，首先，要检查割灌机的刀片，看其是否锋利，避乡包“跳刀”事故发生；其次，要检查螺母或螺钉的紧固状况，查看其是否有损坏、断裂的情况，否则立即更换、拧紧。在运用割灌机进行林业操作的过程中，需予以必要的劳动保护。为避免危险，操作人员不可穿短袖、裙子和工作大衣，需穿紧身的长袖上衣、长裤进行作业；作业时要戴好安全工作帽、工作手套、防护眼镜以及耳塞等保护用具，穿防滑工作鞋，不可扎领带、7戴围巾和首饰，留有长发的女士要将之扎起，以防被树权缠住。另外，如连续、强烈的作业，一定要安排好休息和睡眠。在用割灌机进行作业时，应特别注意使用方法。割小灌木及割草时可用连续切割方式，作业时刀片应自右向左切割，不允许反向切割；必须先把安全装置装配牢固后再操作，并注意怠速的调整，应保证松开油门后刀头不能跟着转；操作时一定尽量避免碰撞石块或树根，如碰撞到石块、铁丝等硬物，或是刀片受到撞击时，应将发动机熄火，检查刀片是否损伤，如果有异常现象时，不要使用。作业时要注意环境。作业前要检查工作区域是否存有电线、石头、金属物体及妨碍作业的杂物；在高温和寒冷的天气作业时，不要长时间的连续操作，而雨天为了防止滑倒不要进行作业，大风天气或大雾等恶劣气候下也不要进行作业；在作业点周围应设立危险警示牌，以提醒人们注意，无关人员最好远离15米以外；工作中要想接近其他人，请在10米以外的地方给信号，然后从正面接近。19本文主要研究设计的内容这次设计的是带式割灌机，它是靠液压悬挂系统悬挂在拖拉机的后面，通过带传动带动几组刀具进行灌木切割作业。带式割灌机主要包括主传动系统的设计、切割机构的设计、张紧机构的设计和机架的设计。8第2章割灌机总体结构设计21带式割灌机的设计要求随着地球环境的逐渐恶化，植树造林已经深入人心，各个国家都在大范围的植树造林，我国也在大面积的种植各种树木，为了防止水土流失，灌木是非常有效的树种，由于灌木本身的高度不高，可以很好的保护土壤。垦区林区正在快速发展，大量的人出现在垦区林区，如果只靠人工用刀具抚育管理不能适应大面积造林的需要。对于大面积的灌木，切割时如果只靠人工使用手扶式割灌机不能适应切割积灌木的需要。所以为了提高割灌作业效率，使工作可以及时完成，就需要使用割灌机来配合工作。使用割灌机进行灌木切割可以提高割灌效率，所以割灌机越来越受到人们的青睐。实践证明，林业生产中使用割灌机，既能减轻工人的劳动强度，又能按时完成工作任务，是林业作业上一种高效的工具。目前市场上存在着不同品牌的、国内、外生产的各种各样的割灌机，但是通过我们对现有割灌机的调查研究发现，大多数割灌机都属于手扶式小型割灌机，这种割灌机只能应用于小范围内的割灌作业，并且需要工作人员投入很大的体力来完成割灌。国内研制生产的一些型号的割灌机存在着很多问题，比如性能不先进，只徘徊在一、两个品种规格上，没能形成系列化的产品，面对国内众多的用户，无法满足其使用要求。对于这么多的缺陷，我认为割灌机发展到了今天，技术水平逐日提高，我们必须充分利用现代的先进技术，努力开发研制，使国内生产的割灌机早日达到国际的先进水平。根据上述的许多问题，我们认识到必须要增加割灌机的类型，以保证可以适用于不同的割灌作业。所以本次设计的带式割灌机是一种悬挂式割灌机，可以用于大面积的切割灌木的林区作业。本设计属于悬挂式割灌机，以铁牛724拖拉机为动力，如图21所示为铁牛724型拖拉机，由拖拉机动力输出轴系统、液压悬挂系统、传动系统、张紧机构、割灌机构、机架组成，设计的侧重点是主传动系统、切割机构以及张紧机构。图21铁牛724拖拉机922带式割灌机的总体构造带式割灌机由主传动系统、切割机构、张紧机构以及机架四大部分构成。主传动系统的传动方式为带传动，带传动为一级传动。切割机构由带轮、轴、轴承、轴承座、刀片组成。根据设计特点，张紧机构选用张紧轮进行张紧。机架由整体框架、联架组成。主传动系统中，主传动轴通过锥齿轮传递动力给一级传动轴，使一级传动轴转动，带动带轮转动。切割机构主要由轴、带轮、轴承、轴承座、套筒、锯片、压板、开口圆螺母、垫圈组成。一级传动轴通过带传动将动力传递给切割轴，锯片由压板以及开口圆螺母固定在切割轴下方，随着切割轴的转动，带动锯片转动，进行灌木切割。张紧部分采用张紧轮张紧，我们采用密封轴承作为张紧轮。机架部分主要是将所有的部件结合成一个整体，我们要将整个传动机构和切割机构放在机架中，以达到机架的支撑、固定的作用，除了整体机架以外，带式割灌机是悬挂在拖拉机上的，还应有一个联架，作为拖拉机和带式割灌机之间连接的桥梁。整个带式割灌机是由拖拉机动力输出轴输出动力，经由万向轴和万向轴联轴器传递动力给主传动轴，主传动轴通过锥齿轮将动力传递给一级传动轴，一级传动轴上有带轮，通过带传动将动力传递给切割轴，锯片位于切割轴下方，随着切割轴的转动完成切割作业。如图22所示图22割灌机总体结构23本章小结本章确定了带式割灌机的设计要求为悬挂式割灌机，以铁牛724拖拉机为动力，由拖拉机动力输出轴系统、液压悬挂系统、传动系统、张紧机构、割灌机构、机架组成，设计的侧重点是主传动系统、切割机构以及张紧机构。10第3章割灌机的重要零部件结构设计31主传动系统设计这次设计的带式割灌机是以铁牛724拖拉机为动力，由拖拉机动力输出轴将动力传递给主传动轴，主传动轴再通过锥齿轮将动力传递给带轮轴，带轮轴通过带传动将动力传递给切割机构，完成整个割灌机的动力传动，如图31所示为主传动系统示意图。图31主传动系统示意图311带传动的设计通过查验资料，我们知道在相同条件下，V带能传递较大的功率，即在传递相同的功率时，V带传动的结构更加紧凑，此外V带传动允许的传动比也较大，所以在本次设计中我们选用普通V带传动的传动方式。本次设计的带式割灌机是由铁牛724拖拉机动力输出轴传递动力，铁牛724拖拉机的额定功率为53KW，额定转速为2200R/MIN，动力输出转速720R/MIN，动力输出功率为17KW。1计算功率PC由机械设计一书中查得工作情况系数KA12，PCKAP1217KW204KW2选取普通V带型号根据PC204KW，N1720R/MIN，由资料确定选用B型。113确定带轮基准直径DD，并验算带速V查得，DD应不小于125MM，现取DD170MM，0，传动比I1。实际中可能会有一部分动力损失验算带速VM/SM/S31106ND106724354在525M/S范围内，带速合适。4确定带长和中心距并验算带轮包角由07DD1DD2A02DD1DD2得280A0800初步选取中心距A0500MM，得带长3201D20A4D12）（）（ALMM55）（）（1628MM查资料选用基准长度LD1800MM。可近似计算实际中心距33MAD8621805200小于700MM，中心距满足要求。中心距调整范围AMAXA003LD5860031800MM640MMAMINA005LD5860051800MM496MM验算带轮包角，由式得3435718012AD12086包角合适。5确定V带根数Z查得P0330KW，查得P0017KW查得K100，查得KL095，35LCCKPPZ00951734213取4根。6确定初拉力12查得Q017KG/M，得单根V带的张紧力36NQVKZVPFC2205471052470515N77求压轴力FQ压轴力为37NZFQ4136280SIN51742SIN208带轮结构设计V带轮由轮缘、轮毂和连接这两部分的轮辐或腹板组成，其中轮缘用于安装V带，轮毂与轴相配合，由于V带是标准件，所以V带轮轮缘的尺寸与带的型号和带的根数有关。在前面我求得V带根数为4根，带轮的基准直径DD170MM，我根据实际情况初定带轮段轴的直径为50MM，根据DD253DSDS为轴的直径，MM我采用实心式带轮。查资料我确定BP14MM，HA4MM，F12MM，HF12MM，48MM，DA178MM。V带参数之间的关系如下DH2DS130MM，L15DS120MM，B84MM。如图32为带轮的结构图。DALDSBDH图32带轮结构示意图轮槽的工作面要进行精加工，保证适当的粗糙度值，以减少带的磨损，保证带的疲劳寿命。带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200。312轴的设计本次设计的带式割灌机有主传动轴一根，一级传动轴一根。其中每根传动轴上均有皮带轮一个，轴上采用圆锥滚子轴承进行固定，圆锥滚子轴承主要承受径向载荷，也可13以承受一定的双向轴向载荷。它的摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜，应用范围最广。313主传动轴的设计1初估轴的最小直径轴的材料选用45钢，调质处理，由机械设计一书中查得B640MPA。查资料取C110，得38M5731720133NPCD2轴的结构设计1拟定轴上零件装配方案根据安装要求，首先确定了轴上主要零件的相互位置。从左到右依次是轴承座、轴承、锥齿轮、轴承、轴承座。所以我们确定装配方案为轴承、轴承座依次由轴的左端装入，锥齿轮、轴承、轴承座依次从轴的右端装入，如图33所示图33轴上零件的位置图34主传动轴示意图2初定各段直径如图34所示装轴承轴端，因为D3157MM，所以D40MM；自由段，D55MM；装锥齿轮段，D45MM；14装轴承轴端，DD40MM；自由段，D38MM。3确定各段长度装轴承轴段，L20MM；装套筒轴段，L170MM；装锥齿轮轴段，L38MM；装轴承轴段，L68MM；自由段，L93MM。4轴上零件的周向固定皮带轮与轴的轴向固定采用平键连接。按D由手册查得普通平键剖面BH16MM10MMGB/T10962003，键槽用键槽铣刀加工，长为30MM。5考虑轴的结构工艺性考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R的值为2MM，轴端倒角C2MM。314带轮轴的设计1初估轴的最小直径轴的材料选用45钢，调质处理，由机械设计一书中查得B640MPA。查资料取C110，得39MNPCD57317201332轴的结构设计1拟定轴上零件装配方案根据安装要求，首先确定了轴上主要零件的相互位置。从左到右依次是开口圆螺母、垫圈、带轮、轴承、套筒、锥齿轮。所以我们确定装配方案为开口圆螺母、带轮依次由轴的上端装入，轴承、套筒、锥齿轮、开口圆螺母、垫圈依次从轴的下端装入，如图35所示15图35轴上零件的位置2初定各段直径如图36所示图36带轮轴示意图装皮带轮轴段，由于前面求出皮带轮直径170MM，这段轴的直径D50MM；装开口圆螺母，因为D3157MM，所以D48MM；自由段，D44MM；自由段，D65MM；装轴承轴段，D55MM；装套筒、锥齿轮轴段，D45MM；自由段，D38MM；装开口圆螺母轴段，D42MM。3确定各段长度装开口圆螺母，L31MM；16自由段，L2MM；装皮带轮轴段，L200MM；自由段，L50MM；装轴承轴段，L60MM；装套筒、锥齿轮轴段，L90MM；自由段，L2MM；装开口圆螺母轴段，L18MM。4轴上零件的周向固定皮带轮与轴的轴向固定采用平键连接。按D由手册查得普通平键剖面BH22MM14MMGB/T10962003，键槽用键槽铣刀加工，长为172MM。5考虑轴的结构工艺性考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R的值为2MM，轴端倒角C2MM。32切割机构的设计切割机构是安装在二级传动轴上的，随着轴的转动，下面的刀片对灌木进行切割。本次设计的带式割灌机可以切割直径在18CM以内的各种灌木。首先，我们选择的切割刀具是圆形锯齿刀具，和电锯上的刀类似，灌木虽然比较细，但是也比较硬，所以选择用锯齿刀进行割灌作业。这种锯齿刀在市场上被称为锯片。我们选择木工锯片，市场上锯片的种类很多，材料也有所不同，有铁锯片、钢锯片、合金锯片，合金锯片虽然价格贵一点，但由于结实耐用，现在用的比较多，所以我们选择合金锯片。图39合金锯片17图310合金锯片如图39、310，为现在市场中的两种合金锯片，我们可以根据灌木的种类、粗细选择我们所要用的锯片的型号、种类。切割部分结构的设计图311切割机构示意图切割机构主要由轴、带轮、轴承、轴承座、套筒、锯片、压板、开口圆螺母、垫圈组成。18一级传动轴通过带传动将动力传递给切割轴，锯片由压板以及开口圆螺母固定在切割轴下方，随着切割轴的转动，带动锯片转动，进行灌木切割。33张紧机构的设计采用各种材料制作成的V带都不是完全的弹性体，在带的初拉力的作用下，V带经过一定时间的工作后，就会因为塑性变形而发生松弛的现象，使初拉力F0降低。为了继续保持带传动的工作能力，应该定期的检验初拉力的值，如果检验时发现初拉力值不是初始值时，必须重新进行带的张紧，才能恢复正常工作。我们常用的张紧方式有三种，分别是定期张紧装置、自动张紧装置和采用张紧轮的装置。定期张紧装置是通过定期调整机械的中心距的方法来将带重新张紧。在水平或倾斜不大的传动中，可用图312中A的方法，将带有带轮的电动机安装在制有滑道的基板上。要调节带的拉力时，松开基板上各螺栓，旋动调节螺钉，将电动机向右推移到所需的位置，然后拧紧螺栓。在垂直的或接近垂直的传动中，可用图312中B所示的方法，将带有带轮的电动机安装在可调的摆驾上，通过调节螺杆使摆动架绕一定轴旋转，从而实现张紧的目的。A移动式B摆动式图312定期张紧装置自动张紧装置常用于中、小功率的传动。将带有带轮的电动机安装在浮动的摆驾上，如图313所示，利用电动机和摆驾的自重，使带轮同电动机绕固定的轴线运动，以自动维持张紧力。但当传动功率过大或启动力矩过大时，传动带将摆驾上提此时要在摆驾上加辅助装置以消除振动。自动张紧装置不能应用在高速度的带传动中。19图313自动张紧装置当机械的中心距不能调整的时侯，可以采用张紧轮来将带进行张紧。张紧轮一般应放在带松边的内侧，使带只承受单向弯曲，以减少带使用寿命的缩减。同时张紧轮还应尽量的贴近大带轮，以免影响带在小带轮上的包角。本次设计的是V带的固定中心距传动，根据带传动的张紧要求，我们选择张紧轮装置进行带的张紧。图314张紧机构示意图如图314，为采用张紧轮进行带的张紧的张紧机构示意图。2034机架的设计机架是机器中的典型的非标准零件，是底座、机体、床身、车架、桥架起重机、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑、容纳其他零部件和保证其相对位置的作用。机架根据外形结构的不同，可分为梁柱式、框架式、板块式和箱壳式。按材料不同，可分为金属机架和非金属机架，金属机架的常用制造方法有铸造和焊接两种，分别为铸造机架和焊接机架；按构件的几何特征不同，机架还可以分为杆系结构、板壳结构和实体结构，但有时候很难将一具体机架划归于一种结构进行力学计算，而常常需要将其简化为几种结构的组合，用有限元法计算。机架作为非标准零件，同样应满足零件设计的一般要求，即功能要求、加工工艺要求和经济性等要求。机架设计应着重考虑机架的强度、刚度、精度、尺寸稳定性、吸振性及耐磨性等，还要求造型美观、质量轻、成本低、结构及工艺性合理。根据本次设计的要求，我们选择的机架外形结构为框架式的金属机架。本次设计的机架主要起支撑、固定的作用，采用焊接方法加工，材料选择方钢，方钢的焊接性能好、成本较低、耐磨和吸振性好，所以应用较广。机架需要进行时效处理，以使机架在精加工前释放铸造所产生的内应力，使机架充分变形，形状趋于稳定后再进行精加工，从而保证长期使用的几何精度。机架的抗拉或抗压强度和刚度，一般仅与其断面面积的大小有关，而与断面形状无关。合理调整截面的形状，提高其惯性矩和截面系数，对于机架零件的强度和刚度有较大的提高，从而充分发挥出材料的优点，所以说机架的截面形状的确定是否合理是机架设计中的一个主要方面。截面形状应与机架所受载荷种类相适应，方形截面的抗扭惯性矩较大。首先我们确定机架的形状，如图315所示。图315机架结构示意图21图316机架结构示意图图315、316所示的这个机架是采用焊接手段完成的，材料是方钢，材料的截面为边长35MM、45MM的正方形，材料如图317所示图317方钢示意图机架上还有钢板，肋板，材料如图318所示22图318钢板示意图在本次设计中，机架部分主要是将所有的部件结合成一个整体，我们要将整个传动机构和切割机构放在机架中，以达到机架的支撑、固定的作用，如图319所示图319机架示意图23此外，除了整体机架以外，带式割灌机是悬挂在拖拉机上的，还应有一个联架，作为拖拉机和带式割灌机之间连接的桥梁，联架如图所示图320联架示意图图321联架示意图35本章小结本章主要设计了带式割灌机的主传动系统、带传动、轴、主传动轴、带轮轴、切割机构、张紧机构、机架。对这些部位的尺寸，选材等进行了设计。特别是机架部分，是机器中的典型的非标准零件，是底座、机体、床身、车架、桥架起重机、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称，起到支撑、容纳其他零部件和保证其相对位置的作用。切割机构是割灌机的重要结构，是安装在二级传动轴上的，一级传动轴通过带传动将动力传递给切割轴，锯片由压板以及开口圆螺母固定在切割轴下方，随着切割轴的转动，带动锯片转动，进行灌木切割。选择的切割刀具是圆形锯齿刀具，灌木虽细但硬，所以选择用锯齿刀进行割灌作业，这种锯齿刀在市场上被称为锯片。而选择木工锯片，市场上锯片的种类很多，材料也有所不同，有铁锯片、钢锯片、合金锯片，合金锯片虽然价格贵一点，但由于结实耐用，现在用的比较多，所以我们选择合金锯片。24第4章校核计算41轴的校核计算1轴的受力分析1求轴传递的转矩T41MNNPT36610257015910592求轴上作用力带轮上的圆周力42DTFT2502轴所受的径向力只有由轴的自重而受的重力。2校核轴的强度1作轴的空间受力简图，如图41所示图41轴的空间受力简图2作转矩T图，如图42所示TMN31025图42转矩T图253作当量弯矩图，如图43所示因单向回转，视扭矩为脉动循环，06，则截面处的当量弯矩为43MNMCE1350206T2图43当量弯矩图4按当量弯矩校核轴的强度。由图43可见，截面处当量弯矩最大，故应对此截面校核。截面处的强度公式按式44得44MPAWME64280135查得，对于45钢，故轴的强度足够。BEBPA1,60因为本次设计的三根轴转速一致，所受转矩、弯矩也相同，所以三根轴的强度均满足设计、使用要求。42轴承的选择与校核计算本次设计中的轴承主要工作是将轴固定，轴承的内圈与轴之间是采用过盈配合的。1初选轴承型号根据工作需要和安装轴承段轴的直径，初选GB/T291994圆锥滚子轴承30000型02系列。由手册查得C51000N，E037，Y162轴承寿命的计算因为本次设计中所用的轴承都是一样的，所以按其中的一个来计算轴承的使用寿命。由于工作温度是在1200以下的，由机械设计手册一书中查得FT1。由此可求得45704323205176060131HPCFNLTH26轴承得使用寿命比较长，所以选用圆锥滚子轴承30000型02系列可以承担使用需要。43机架的校核计算我们整个机架所采用的为边长45MM的实心方钢。1计算机架重量G总首先计算总长度L15120486434604725223968MM查资料可知，边宽40MM的方钢每米重量，我们可以计算出我们所采240785用的方钢每米重量为KGW5612400785所以可得机架总重为G396232机架的强度校核根据材料力学所学知识，可计算出机架上最大正应力为836MPA，根据机械设计手册，可查得许用应力460MPA，取安全因数N3，125153MPA。75因为，所以机架强度足够。MAX根据材料力学所学知识，利用叠加法求弯曲变形，计算可得最大变形处挠度为19MM。由机械设计手册可知，在悬臂梁中，受弯构件的跨度为悬臂梁的悬伸长度的两倍。233MM，符合要求，所以机架的刚度满足要求。9GV152L44本章小结本章对轴、轴承以及机架进行了校核计算，轴的受力分析，轴的强度均满足设计、使用要求，因为本次设计的三根轴转速一
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