马铃薯薯类收获机研究

第一章绪论1.1马铃薯薯类收获机研究的目的和意义世界马铃薯研究中心的数据表明：目前在世界范围内所有国家和地区对于马铃薯的需求量到2020年前后将预计增长27.4%，将超越水稻玉米等其他农作物的增长。中国对于马铃薯的需求更是达到了2010年的一倍。随着国际市场对马铃薯需求的不断扩大，有一些国外的大公司纷纷在中国市场从事马铃薯的生产与加工业务，国内只有屈指可数的生产商户加入这一个全新的领域，这就导致了马铃薯收获机的生产开始向生产工程国际化统一化，大规模化的大方向前进。马铃薯已经是我国后继小麦、水稻、玉米以后种植规模第四大产量的农作物，主要分布在我国的东北黑吉林地区，以及辽内蒙古自治区、宁夏自治区、山西省、云南省、新疆省、青海省甘肃省、贵州省区，每年的年产鲜薯近6500万吨左右。我国得马铃薯培育面积以15万hm²/年的增加速度逐年增长，2000年更是达到400万hm²，产量位居世界第一名。虽然产量位居世界第一，但是一个可怕的现实却是，我国国内占生产总量65%以上的马铃薯收获工作一直到现在基本上还依然停留在传统的人工收获的初级阶段，这就严重影响了我国马铃薯的大规模生产，使得国内马铃薯的年产量远远满足不了现有的国内外市场大量需求，尤其是对于欧美国家的国外市场高品质马铃薯的需求。加上近年来马铃薯种植面积增长和产量的增长，马铃薯收获机怎样才能实现机械化自动收获成为了一个有意义的重要研究课题。1.2马铃薯收获机的国内外发展概状国际上马铃薯的种植人工费用高，劳动强度大效率低下，尤其是针对马铃薯的人工收获更加如此，收获既能关系到马铃薯的品质好坏，又能成为限制该行业未来发展的重要因素。所以目前如何才能有效的提高马铃薯机械化的收获，已经成为了在未来我国马铃薯行业能否顺利健康发展的关键性重要问题。随着马铃薯产业，国内的马铃薯种植规模不断扩大以及收获速度的缓慢程度，马铃薯收获自动化机械化的需求与日俱增，从而迅速推动了有关自动化收获机的研究与发展。1.2.1国内发展概状“十五”期间时，我们国家就已经开始研发自走式马铃薯收获机。中华人民共和国国家农业部机械化科学研究院旗下直属企业现代化农装北京农业有限公司，不但成功容纳效仿了国内外先进技术的基础之上，而且还努力开发了我国国内具有自主知识产权的中华人民共和国第一台专业的自走式马铃薯收获机,也就是我国科技项目计划成果当中农的美诺机系列1800自走式型马铃薯收获机。在1800型的功能上安装了输送机械手，研制成19000自走式型马铃薯收获机，可以完全实现升降马铃薯至运装车，配合专门为其打造的1910自走式马铃薯运输车，能够大大节省收获马铃薯人工劳动力和劳动强度。此次马铃薯收获机可一次完成三个步骤，实行一步到位的自动化机械化收获，其分为挖掘地下马铃薯、输送马铃薯至分离装置，以及完全分离马铃薯和土块、于此同时除秧，侧输出作业等一并完成；装有与其匹配的自走式马铃薯收获机的仿形镇压轮，可以达到不同要求的挖掘深度；伤薯率大幅下降，已经降低至国际标准，此次采用两级输送分离装置进行熟土分离，加上配以高强度振动等机构，使分离效果更加完美，不损伤马铃薯与薯秧。然而在我国建国初期，马铃薯采用低端人工用手刨或挖掘，从而实现收获成熟的马铃薯。早在我国上个世纪70年代，不断学习了欧美国家收获机技术的基础上，还研发了自主创新的升降链式马铃薯收获机。上世纪70年代，在黑龙江农机所研发出了与45kW拖拉机配套的P1500型马铃薯收获机，并在东北地区进行了推广。1980年，20国农业机器展会后，我国将全部的P1500型马铃薯收获机的样机都安放在东北地区研究所，为制作新型的马铃薯收获机的创新工作创造条件。上个世纪90年代，由于国内拖拉机的大量应用，先后有很多的自走式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放到国内市场。伴随着马铃薯收获的未来发展，中国大陆境内先后有多家科研公司研发马铃薯收获机，如安徽省阜阳市的农机所研制的U–95型收获机，吉林省长春市农机研究所生产的VMSA型，VW2SA型自走式马铃薯收获机，黑龙江省哈尔滨市机械厂研制的U02型马铃薯收获机，中国农科院研制成功了各式各样的马铃薯收获机，如BO1060型马铃薯收获机、RUL10型马铃薯收获机、RUW20型马铃薯挖掘机、RTSW-2型马铃薯收获机机等多种机型。1.2.2国外发展概状第一类意大利、挪威、德国等北欧国加生产的收获机为代表的与各国家小中型拖拉机设施配套的牵引方式收获机。意大利一家上市公司生产的CBpp-BU-180/S型号系列的马铃薯收获机，动力为37kW。这款收获机结构简单，可以一次性同时完成马铃薯的挖掘、分离和装载工作。挪威KuermelandNabebAB公司所生产的PU2600型号系列马铃薯收获机，技术尤为先进，其中包括了液压、电控、机械为一体。德国在上世纪90年代开始生产马铃薯收获机，自动捡拾机和具有自动分离装置的马铃薯收获机。德国的格力莫（Grinmer）公司是现在世界上生产马铃薯收获机最大的生产商，生产有RU700型号马铃薯收获机和BP180型号马铃薯收获机。第二类是以美国、俄罗斯等国家的大规模农场，运用超大功率自走式马铃薯收获机。上世纪80年代，俄罗斯莫斯科研究院就已经开始生产本国的自走式马铃薯收获机。俄罗斯的很毕业设计中文题目多公司，比如农机科学研究所生产的马铃薯PCL收获机型、PCL-1型等新的机型，搭配了动力为100kW，机器质量10t，收获行数1~5行，收获效率1.6hm²/h，挖掘深度30~50cm，破损率<6.5%，损失率为1%～6%。1.3本次课题研究的方法及内容1.3.2研究方法（1）首先通过大量的查阅资料，以及和课题有关的论文，了解课题的技术水平，在国内外的发展情况和未来的前景。（2）通过对其他相关材料的分析得出结论，主要获取我国现存小型马铃薯收获机和德日收获机各自存在的问题以及优缺点，再继续对我国马铃薯种植情况和种植特点的基础上，结合在我们国家地区马铃薯的种植农艺特点，得出本次研究课题的综合规划方向以及总体方案。（3）对总体方案进行初步的可行性分析，一直到得出一个最适合的制造方案。然后陆续进行马铃薯整体结构设计，在这个基础之上，再进行各传动装置的分配还有剩余主要部件设计。（4）最后进行调试，进一步得出各部分的尺寸与参数。1.3.1研究内容马铃薯收获机课题的研究内容难点和重点在于如何进行马铃薯收获机结构设计，还有马铃薯分离装置，收获装置和收集装置的设计。根据我国现在的马铃薯种植情况，品种的多样化，作业情况，农业经济现状，农村现存状况、主要研究一种目前适合于我国农村马铃薯小型作业的新型马铃薯收获机，也就是包括土壤分离、马铃薯挖掘、马铃薯收集装箱等。最大限度地提高分离率并且减人力物力财力，工作阻力，减少伤薯率，提高收获质量。

第二章自走式马铃薯联合收获机整体机械结构设计2.1方案参考马铃薯收获机是于开始挖掘，其次清理，最后装载及三合一为一体的农业收割机。普通的马铃薯收获机一般分为牵引式以及自走式两种。由于我国农村马铃薯的种植情况为分散型种植，所以不适宜牵引式马铃薯收获机。因为牵引式马铃薯收获机体积庞大。所以本次课题我采用马铃薯收获机为自走式的马铃薯收获机方案一：该方案采用一级横向输送装置和一级分离输送装置合成。工作原理：收获机通过第一次挖掘，挖出的土块儿与马铃薯的初步混合物。经过马铃薯收获机的第一级分离装置，后续被分离出来的马铃薯在由横向输送装置收集到集薯箱当中。集薯箱的位置分布在输送链的侧面。特点：本类行马铃薯收获机克服原有二级薯土分离装置尺寸过大的问题。由于增加了侧向输送装置。所以伤薯率也由此降低达到了要求。但缺点是进一步增大了薯土转动的复杂性，所以功率消耗大不可避免。方案二：第二种方案则是采用国内外现有的薯土二级分离装置。工作原理：本款马铃薯收获机首先挖掘出薯土混合物，进行第一次薯土分离。第一级薯土分离装置主要作用是使土块儿被破坏击碎。达到与马铃薯分离的效果。然后紧接着进入二级薯土分离输送装置。二级薯土分离装置主要是用于将分离好的马铃薯输送到集薯箱里。特点：本款马铃薯收获机传动装置复杂，整体结构较大，尺寸较大，但分离效果好，伤薯率较高。由于二级传送功率消耗大，适用于大型马铃薯收获。方案三：该款马铃薯收获机采用单级薯土分离输送装置。工作原理：本款马铃薯收获机将挖掘出来的马铃薯与土块儿用单及分离装置直接分离成功后送入集薯箱。不再经过第二次薯土分离以及侧向分离输送装置。特点：功率消耗小，分离效果好，伤薯率符合要求。收获机整体结构尺寸小，适合小型马铃薯收获机作业。2.2方案确定通过对以上三个方案的特点进行具体的比较。很容易得出方案三为可行性最高最佳方案。由于方案三只有一次一级薯土分离输送装置，所以输送路程长度可以比方案一方案二的更长一些。由此一来薯土分离效果会比前两者更优越。马铃薯收获机的整体结构尺寸也较小，适用于小型作业。而且由于没有二级薯土分离装置的过渡，消除了在此过程当中的对马铃薯的损伤，所以由此降低了伤薯率。其次，由于方案三的传动装置布局简单，传动效率会有所提高并减少动荡的损耗所以功率由此降低。由于以上的原因采用方案三。毕业设计中文题目长春工业大学毕业设计（论文）2.3自走式马铃薯收获机总体布局结构图2-3自走式马铃薯收获机结构图镇压限深仿形轮7.偏心链轮13.机架19.前地轮切土盘8.张紧轮14.驾驶室20.V带挖掘铲子9.主动链轮15.挖掘装置液压缸21.从动带轮栅栏条10.倾斜斗16.反向螺丝杆22.后地轮从动链轮11.集薯箱17.动力输出带轮抖动链12.翻斗液压缸18.减速带轮自走式马铃薯收获机主要由挖掘铲，截图盘，集薯箱，行走装置以及机架，动力装置等组成。物流方向为从挖掘铲开始到抖动链，其次为倾斜斗最后到集薯箱。自走式马铃薯收获机挖掘部件在整个机组前进的右前方向。收获机的左前端视为驾驶室，在驾驶室的正下方有变速箱。其后面放置推进发动机。挖掘铲后面紧接着是薯土分离装置。在最后面挂有集薯箱。该款马铃薯收获机的变速箱发动机以及行走控制装置，驾驶室液压装置都是选用目前国内现有的产品直接安装运在本次设计当中将不做细致的具体介绍。毕业设计中文题目2.4自走式马铃薯收获机具体工作原理本次自走式马铃薯收获机为单垄单行或单垄双行小型作业。有二十千瓦左右的发动机提供牵引动力。在进行马铃薯收获前需要人工将马铃薯地面上的杂草除掉。收获机进行作业时需要对垄，作业时将挖掘机构放下，通过螺栓挖掘头上固定挖掘铲。传动装置在机架上安，通过V带传递，将发动机的动力由变速箱过渡到抖动链主动轴，轴端上的从动带轮上，主动轴上不但含有两个主动链轮，而且均与抖动链啮合传动，主动轮的转动通过，抖动链链轮带动自下向上运行。收获机的抖动链中前方安插两个偏心链轮以及抖动链儿相互啮合。由于偏心链轮是没有动力输入的。所以他依靠抖动链儿的运动传递，随之作业。偏心轮的作用是抖动而产生上下幅度的震动。目的是把土块儿破坏从而有效的进行马铃薯和土块儿的分离。由挖掘装置挖出的薯土混合物。慢慢通过筛条的筛选达到抖动链儿之后进行抖动分离。抖动链不但可以使马铃薯与土块儿进行分离。而且具有上升运输的主要目的。分离完成的马铃薯可以经过抖动链儿的上升运行。从而达到抖动链后端的倾斜斗。倾斜斗具有导向作用，使得马铃薯落入到后方的集薯箱当中，每当后方集薯箱作业完成，装满收获完成的马铃薯之后。就可以将收获机驾驶到指定地点。进一步开启后方的挡板。由集薯箱下的液压缸伸长。以至于达到集薯箱翻转。掉落进行卸载。这种马铃薯收获机的动力传递路线为，从发动机开始到变速箱，再由侧向输出到减速带轮。最后到抖动链主动轴再到抖动链。该马铃薯收获机的行走装置为前轮驱动后轮转向。

第三章马铃薯收获机主要部件设计3.1前端挖掘部件的设计自走式马铃薯收获机挖掘主要构件有一起匹配的仿形镇压轮，挖掘深度调节杆，匹配的挖掘产架以及匹配的挖掘头架等组成。其中H表示挖掘的深度，它可由深度调节杆件对挖掘深度进行控制调节。L仿形镇压轮对挖掘铲工作时候的相对提前量，它的作用是为了大幅度的消除挖掘产入土的影响。一般为马铃薯株距0.8到1.6倍。图3-1挖掘部件结构图深度调整杆组件5.铲架仿形镇压轮组件6.延长栅条切土盘组件7.挖掘头架挖掘铲有上图一和图二，可以看出来该自走式马铃薯收获机的升降转点放到输送链的最上方。输送链以及从动轮安装到了可以自由升降的挖掘部件上。简单的说。当液压缸促使挖掘头做上下运动时。从动链轮及输送链儿可以随着挖掘头一起做上下运动。当自走式马铃薯收获机工作时候可以保证挖掘铲在地面以下，可以顺利的使土块儿输送到输送链上。从动轮也会紧贴地面，再自走式收获机工作时这个位置是完全理想的。但是当马铃薯收获机在行走作业的时候，由于前轮儿有可能与地面发生摩擦碰撞。所以必须与从动轮及输出链轮的前段一起升起。在图示中，我们依然可以看出。输送链的机架与挖掘部件的机架是分开的。如果一但设计成整体的。那么整体的大机架在做升降的运动时，可能接触到前地轮轴。而且如果一旦作为整体。整个部件的质量会很大。对液压缸的需求会比现在更高。增加很多不必要的成本，如果设计成分开式可以解决以上两点的问题。既能减少整个部件的质量，也能降低了机器的成本。3.1.1挖掘铲的设计优秀的挖掘铲的设计思想。主要是带出少量的泥土，尽快尽可能使得土壤稀松。在克服挖掘阻力时所消耗的能量最低。要是想让马铃薯收获机在不同的土壤情况下满足这一任务。是很困难的，因为不同的土壤温度和湿度，粘度是不相同的。所以以至于挖掘铲的设计是非常关键非常困难的。在挖掘铲的设计当中，为了尽可能满足上述的所有技术条件。此次马铃薯收获机采用了便于拆装的组合式的挖掘部件。分别有装有匹配的切图盘，挖掘铲架和尖锐的挖掘铲子等组成。挖掘头上固定刚性的挖掘铲子（强度较高不宜被破坏）。通过调整固定杆与头架的相对位置从而实现切土深度是切土盘儿工作原理。主要用于切土的深度。挖掘铲采用三角式相对于结构简单，制造工艺精简。所以目前被广泛的应用于自走式马铃薯收获机的挖掘部件当中。挖掘产理论上由三片挖掘铲面组成，虽然理论上两者是刚性固定，但是实际情况下固定在铲架上，各个铲片之间存在留有间隙用于滑草。图3-1重要参数如上图所示，本款马铃薯收获机挖掘铲的重要参数有：挖掘铲的长度L,以及场地的宽度B,刀切口夹角度θ，挖掘铲与地面夹角α。此次马铃薯收获机的挖掘铲刀口夹角值的选择必须使茎秆干草等都能顺利滑离铲口。使茎秆滑离刃口的力如上图所示，所以应该满足不等式：其中R是作用于铲架上铲刃的相对阻力（牛顿）；是作用于杂草等对钢刃的摩擦系数；取=0.9左右；从上图示中可列平衡方程得到下列不等式：由此可得：，一般取40—50，所以该挖掘铲取用θ=90°挖掘部件得到挖掘铲倾角α和挖掘铲的长度L可由上图对挖掘铲子的客观受力分析列出平衡方程可以求得。根据土壤的温度湿度不同情况做出一个平均取值，在挖掘铲上的受力分析可建立平衡方程式可以见下面的平衡方程：在公式中P作为沿着挖掘铲移动是顺方向所掘起的薯土物混合物需的力(牛顿)；N作为挖掘铲对平均情况土壤的反作用力(牛顿)；G作为挖掘铲面上平均情况土壤的重力(牛顿)；F作为平均情况土壤对铲面的正向摩擦力(牛顿)；作为平均情况土壤对挖掘铲面的正摩擦系数。我们将上述三组平衡方程联立，可以推得下方恒等式：挖掘机构中挖掘铲的作业时所受到的平均阻力。不但有挖掘铲铲起的薯土混合物。因为滑移而产生的。绝大部分也是由切土片儿进行切割土壤所造成的。若不考虑挖掘铲子移动速度变化的影响。挖掘铲的阻力运用到下列关系式来明确表达。算式中是土壤对港人的摩擦角；K是挖掘时垄沟的阻力系数()，轻质土壤平均K值=15000～20000（），中等轻质土壤平均K值=20000～25000（），中等坚实土壤平均K值=25000～30000（）；A作为挖掘时垄沟的平均横截面积（）。挖掘铲的作业长度可由挖掘深度h与其相对应的倾角α计算，即翻阅我国作物工艺要求。可查到挖掘的深度15至30厘米时才能将成熟的马铃薯完全挖掘出来。从而并不损坏马铃薯的表面。根据上述个个平衡方程可得出。挖掘铲的最大倾角为25度左右。Φ=30度左右。（平均中等轻质土壤）。挖掘铲的最大长度为50厘米。取合适点的长度为40厘米。相应的即可计算出，挖掘构架挖掘铲在中等轻质土壤当中。挖掘最大倾角为25度时挖掘的阻力为大概为3050牛顿。运用上述平衡方程确定挖掘构件挖掘铲当中的重要参数后。其次设计计算挖掘铲的挖掘宽度。挖掘铲的挖掘宽度必须保证每次挖掘时土地里的每一个马铃薯都被挖掘出来。根据科学家的观察。马铃薯的分布最大宽度可达到50厘米左右，因此挖掘宽度必须大于这个50厘米。在进行挖掘宽度的设计时需要进行考虑以下几点重要因素。马铃薯的平均宽度分度值。宽度偏差范围。在常态分布时。马铃薯中心线的平均偏距记为，再加入驾驶员的机器误差参数，取最常使用的。综上所述，在单行收获机的挖掘铲子宽度确定为s1用下方平衡方程来进一步确定。带入推得：由上述公式可推得挖掘铲的挖掘宽度最小为57.66厘米。进一步考虑到我国部分地区采用双行是自走式马铃薯收获机。这样计算宽度会大于这个值。所以取总宽度为60厘米。挖掘构挖掘铲子的厚度为1厘米。下图是挖掘铲的结构图图3-1-1挖掘铲3.1.2挖掘铲架的设计挖掘铲被固定在马铃薯收获机的铲子架上。是连接挖掘头与挖掘铲的零件，需要优越的强度保证挖掘铲倾角的变化幅度。挖掘铲架的结构，如下图所示。挖掘铲架被刚性地固定在挖掘头架上。并用螺栓穿过孔刚性连接。以便于固定在挖掘产后部扎条上。 铲架结构图3.1.3仿形镇压轮的设计仿形镇压轮的工作原理是帮助挖掘铲在确定的路径轨迹上，进行相同深度的挖掘。等挖掘铲确定挖掘深度之后，不管土壤的参数是如何变化的都会保持一致挖掘深度。附带有将表面硬土撞碎的作用。在自走式马铃薯收获机当中。仿形挖掘铲基准有两大类，一种是以垄顶为基准，第二种则是以沟底为基准。该款马铃薯收获机采取第一种方案。进行仿形基准。目前来说，各个国家马铃薯收获机最长用的仿形基准也是这种。原因有两点;第一是挖掘铲掘出最少量的土，防止过量挖取带来的不方便，第二就是防止造成挖掘较浅,造成较大的功率损失和马铃薯的遗漏。仿形镇压轮儿的结构是钢板卷制焊接而成。其工作宽度大概为500毫米。工作时直径为300毫米。他被固定在仿形轴上。下图为马铃薯收获机的房型镇压轮结构.仿形镇压轮3.1.4切土盘部件的设计图3-1-4切土盘1切土盘4固定螺母2轴承座5固定杆3轴6固定螺钉切土盘主要由以上六个构件组成。他被固定在挖角头的两端。其作用是将没有用的杂草和薯经切断。避免挖掘出的尘土散落至机器的两端。两端的切土盘有相当可观的距离。有利于崛起土块儿及马铃薯。但不可以把马铃薯直接切开，所以二者之间要有一定的宽度。保证正常作业。而且切土盘的深度可以通过调整挖掘头架的相对位置来实现。截图盘直径为300毫米，厚度为二毫米至三毫米。3.2输送分离部件的设计如何能将马铃薯完好无损的从挖掘混合物当中成功分离出来。从古至今都是马铃薯收获机设计的难题。普遍的马铃薯收获机分离装置一般分为两个阶段，分别是一级分离装置和二级分离装置。也就是输送分离装置以及专用分离装置。前者的主要作用是作业时能够将马铃薯成功地从土壤当中分离出来。并且成功将马铃薯运输到二级分离装置当中。后者则是进行进一步的细致分离，通常的类型有振动筛选，滚筒筛选，抖动筛选等等其他合理的方式。本次设计的自走式马铃薯收获机的分离装置完全采用抖动式输送装置如下图所示。EMBEDPBrush图3-2输送分离装置结构简图3.2.1抖动链类型的选择马铃薯收获机当中的抖动链儿是经常容易见到的薯土分离装置之一。主动链儿分为两种组合方式，第一种是组合带式抖动链，第二种是组合链条式抖动链。由于前者皮带非常容易断裂，导致失效。工作周期短，寿命低。作业过程中土块儿大量散落，容易进入皮带与带轮之间，这样会对皮带造成非常严重的破坏，影响作业效果。所以本款马铃薯收获机选用的是组合链条式抖动链。对上述所有情况有所改善。避免以上的缺点为马铃薯收获机工作室带来不便。3.2.2链条式抖动链的基本结构这款自走式马铃薯收获机的链条抖动链儿基本结构主要是由外联板，内联板弹簧销，调平垫圈等组成。内联板与外联板上安装有两个直径相同的通孔。有这两个通孔进行螺栓连接。固定到刚性闸条上。外连接板外侧装有平垫圈儿，内联结板内侧由轴肩定位。闸条两端由两毫米的孔用于弹簧销的顺利安装。在平垫圈与弹簧销的相互作用下。内链板以及外联版和筛条就紧紧地连接到了一起。筛条与筛条之间相互平行。而且每个筛条之间的距离也相等。筛条与链条的滚子以及偏心轮和主动链轮啮合。随着主动轮的转动。从而跟随运动。挖掘出来的薯土混合物在同步向后方进行移动。并在偏心链轮儿的引导下。上下幅度进行抖动分离，当破碎的土块儿到达一定尺寸就会在筛条的间细落下。每当有新的薯土混合物进入时，就有被分离完成的马铃薯向后运动到集装箱。由于偏心轮的上下抖动土块儿会源源不断落下。从而达到薯土分离的最佳效果。用这种方式进行薯土分离，结构简单方便制造，分离效果优良。也能大幅度降低伤薯率，是一种国内外新型的分离机构，所以目前选用此方案是正确的。图3-2-2抖动链结构图1.筛条束2.内链板3.外链板4.平垫圈5.弹簧销3.2.3抖动链基本参数的确定在德国以及欧洲的众多国家当中。连接杆儿的间隙一般选为25到30毫米。在亚洲的众多国家当中，其中日本，韩国，朝鲜等国家选为30到40毫米。而在北美，如美国，加拿大等国家为40到50毫米，由于我国马铃薯的种植特点，以及对马铃薯收获机的制造一般采用的间隙为30到35毫米左右，本次我们选用30毫米。这个取值主要跟马铃薯的品种和种植特点有关。马铃薯的体积基本可分为椭园儿，园儿。扁圆或长筒形状。在马铃薯的长宽高尺寸，假设一个最小的长度为A。升降杆之间的间距如下图所示，从而可以列出关系方程。图3-2-3杆间隙示意图L为杆间距；L为杆间隙；D为杆直径。满足关系式：L=l+D为了保障马铃薯的茎块最小尺寸是大于连杆的间隙。能顺利使马铃薯茎块不会从杆的间隙当中落下，造成遗漏。所以要使得升降器的间隙高度应该满足l<A的条件。就可以保证不遗漏。我国马铃薯的基本尺寸大概在40毫米到80毫米之间。一般把小于30毫米的马铃薯不计算在损失当中。综合以上材料。连杆儿的间距应该为40毫米左右。杆儿的直径为10毫米左右。根据上述公式，杆儿间隙为40毫米。得到升降器的基本结构，如下图所示。 图3-2抖动链结构参数3.2.4偏心轮参数设计及输送链速度的确定【1】偏心链轮的设计在这次马铃薯收获机的设计当中。抖动器采用的是偏心齿轮。按照常规设计的要求。输送器作业时分离的线速度为1.6米每秒左右。也就是说，偏心齿轮的线速度也是1.6米每秒左右。半径为85毫米左右。偏距为35毫米左右。若最高和最低速度分别用，表示。我们可以推出下列的关系方程：至此我们可以用偏心齿轮的频率以及转数便可以用平均角速度来进行计算：可以将上述方程代入后推得。平均角速度为：如果理想情况下，就可以得到：这个等式当中的含义是理论上偏心轮的半径，我们用来表示，也就是说是一个推导公式，这样一来可以继续变化为这个样子，更为简便直观。这就转换为半径与平均角速度用来求解椭圆齿轮的重要参数了，在进行下一步的精算可以得到：0.070m，代入上述公式就可推得（rad/s）反解出n=220.78r/min，约等于3.65r/s，如此一来抖动齿轮的周期大概为0.25秒左右，其频率为Hz，换句话说，此椭圆齿轮每秒钟要震动3.65次。为了使分离效果能进一步提高。在本次设计当中，当偏心链轮的半径为最小值时，整个链轮平面为一整个平面。因此可以推断偏心齿轮的偏心距离以及偏心齿轮的半径。就可以计算出偏心齿轮工作时的抖动幅度。大概为零到75毫米。抖动器作业时的运动状态分析为了使得更方便的探究马铃薯收获机的运动分析，我们将输送分离器与水平面夹角大约为20度左右，上角起的物体作用力进行了受力分析以及简化。把熟土混合物看作为质量，为小M的质点。并且。在偏心论语。赶条的连接。也就是弧长ab部分。他做的是圆周运动。质量为M的物体位于转角为β，使其作用力一般有离心力。重力。摩擦力和法向反作用力的合力。把这些力投影到二维坐标系当中，X和Y可列的平方方程如下：图3-2-4振动器上方物料受力分析Psin(β-α)+Rsin(β-α)+Tcos(β-α)=0Tsin(β-α)-Pcos(β-α)-Rcos(β-α)=0在这组公式中：T作为物体所受摩擦力；P作为薯土混合物物体所受离心力，P=m·²·；R作为薯土混合物物体所受法向作用力；G作为薯土混合物物体所受重力，G=mg。在理想状态下，当土块和马铃薯离开分离输送器的同时，表面的瞬时时刻，只存在重力和离心力，不发生反作用力以及摩擦力，也就是R=0，T=0，则方程式可以推得如下公式：Pcos(β-α)=0Psin(β-α)=G由上述公式中的Pcos(β-α)=0可得出两种情况：cos(β—α)=0或β—α=90°推得β=90°+α其中上述式中的Psin(β-α)=G可以推得：上述算式当中的K的意义。作为链上薯土混合物运动的特征值。代入方程可以解出来。K等于一。在此瞬时当中薯土混合物在最高点与输送分离装置相对位置其实仍然没有改变，要使薯土混合物在输送分离装置上完全摆脱。他的运动特征值应该满足k>1。由于要使得k＞1这一条件，物体向上过度时的转角应满足下列条件：β＜90+α 图3-2-5偏心链轮的结构图1安装孔2.调整孔3.轮齿本次马铃薯收获机的偏心链轮儿的结构如上图所示。在这个结构图当中我们不难看出。在链轮儿中间放置一个安装孔以及两个调整孔。前者的作用主要用于与轴承和轴配合。而后者的作用不但是为了减轻材料的重量。还有一个主要的作用是用来调整链轮儿的质心。把链轮的质心调整至与轴的回转中心完全重合。这样设计的主要原因在于可以减小转动惯量，从而减少作业时的机架振动。 图3-2-6偏心链轮装配图偏心链轮滚动轴承当土盘a弹簧卡圈挡土盘b固定轴上图是马铃薯收获机偏心链轮的结构安装简图。这种安装结构跟以往的安装结构相比，有所不同不同之处在于额外的增加了两个挡土盘。因为抖动分离装置，作业时，伴随大量的混合物从链轮的两侧源源不断的掉落。因此会有土块儿，颗粒粉尘等等进入滚动轴承的内部。这就影响了轴承的寿命和工作效果以及润滑效果。降低了轴承的使用效率。在短时间内虽然不会破坏轴承，但是不能使作业时间达到要求。设置两个挡土盘的作用就是如此。大大防止土块和颗粒进入轴承内部。引起轴承的失效和破坏。链轮安装孔的内径是大于挡土盘的外圈直径的。这样。不会使得他与链轮摩擦，又可以起到挡土的作用。进一步使得土块和颗粒进入轴承的可能性降低。由于上述的结构非常简单，容易制造，安装便捷。所以本次设计在抖动器和张紧轮主动轮从动轮。通通都采用了这种结构。图1.从动轮 图2.张紧轮【2】分离输送器的速度输送分离器在完全投入到作业当中时。其本身的速度应该稍微大于机器前进的速度。这样才能保证挖掘的熟土混合物输送通畅。在许多实验当中，都证实了每当速度高于两米每秒时。土壤当中的含水量约等于在20%左右。分离能力有所下降。如果继续前进的速度为。分离输送器的线速度为。可以得到以下的关系算式：λ的取值一般为1.0～2.0当机械作业时。平均速度大概为1.4米每秒左右。如果λ取值为1.1则可以。算出输送分离器的线速度。大致为1.6米每秒。分离输送器的最优先速度大致为1.5米每秒钟左右。正因如此所选的参数符合要求。从上一章的简图不难看出，马铃薯收获机的前轮轴安装到了抖动链儿的上筛选面与下筛选面中间。这样设计的结构原因是由于输送链儿的倾角有所限制。如果输送带放置在行走轮儿的上侧。这就导致输送链倾角必然很大。会超过平均参数的范围。如果放置行走轮的下侧则会导致挖掘部分提升空间不足，并且输送链的输送高度也达不到要求，比平均标准低，没有办法输送到集薯箱当中去。所以才用在上下筛面之间这种结构布置方法。3.3集薯箱的设计在马铃薯收获机的最后方有一个集装箱叫做集薯箱。它的作用主要是暂时收获被收获机分离好的马铃薯进行保存。节省了人工拾取这一步骤。节省更多的劳动力提高收获的平均效率。也同时降低了许多收获成本。马铃薯收获机区别于其他收获机的主要特点就在于是否具备集薯箱。集薯箱的结构设计需要考虑它的容积。容积越大收货效率越高。本次设计的集薯箱是在整个收获机的尺寸允许范围内尽量使得集薯箱的容积达到最大。集薯箱的。外一个设计要点就是要尽量降低它的伤薯率。以保证马铃薯收获的效率，因为马铃薯通过分离装置完全进行薯土分离之后。会落入下方的集薯箱里。这样就有一个落差的过程，如果使马铃薯直接落入集薯箱的底面必然会造成马铃薯的磕碰以及损坏，所以要想尽办法使马铃薯进行一个软着陆。本次马铃薯收获机就上问题所提出的解决方法是。用一块儿高强度的抹布。边缘带孔用弹性好皮条将抹布完整的连接到集薯箱的四壁，抹布处于悬空的状态。位置大约处于整个集薯箱空间当中的中间部分。这款实现软着陆的抹布工作原理很简单。在集薯箱没有进行作业时，由于受到弹性皮条的拉动，抹布属于悬空的状态，一旦有马铃薯落入，集薯箱进入作业状态。马铃薯不是与集薯箱底面直接进行磕碰。而是先与抹布碰撞。实现了上述所说的软着陆。随着作业的不断增加，马铃薯的数量会已逐渐增多。他们总共的质量会进一步增加。正因为他们所受到的重力作用。四周的皮条不会被拉断，反而会被拉长，所以抹布的位置会随着马铃薯的增多而继续下降。直到与集薯箱底部造成接触。在这个时候由于马铃薯大量的堆积。马铃薯的体积也会逐渐增加。这导致薯堆面与输送抖动链之间的距离已经减少很多，所以新的马铃薯落入薯堆上的速度也会减小。马铃薯与马铃薯之间的碰撞，也不会使马铃薯损伤。由此降低了伤薯率，集薯箱完成一次完整的作业时，可以将四周的皮带从集薯箱上拿下，进行倾倒回收，完成一次作业非常方便。保证上述率大大降低。图3-3集薯箱结构图1.集薯箱壁2.弹性皮条 3.麻布

第四章传动系统设计4.1传动系统的确定本次设计的这款马铃薯收获机需要完成收集，升运，分离以及挖掘等许多复杂性的作业。所以就要采取合理的结构布局来进行简化，使传动系统更加稳定连贯高效率和简单。主要设计要求为结构紧凑能量损失少，功率消耗低，稳定性高，运行作业时平稳。正因如此，根据前面的挖掘装置和输送分离装置的作业方式。特点以及原理设计了如下的传动方案。 图4-1系统传动简图1.变速箱动力输出带轮6.输送链主动轴2.减速大带轮 7.主动链轮3.减速小带轮 8.输送链4.V带 9.偏心链轮5.动力输入带轮 10.输送链从动轮在上述系统传动简图当中，我们可以明确地观察到动力输出由马铃薯收获机自走式装置的变速箱输出。一直到带轮儿V带传递到大带轮2，然后穿过带轮2和带轮儿3的减速作用达到作业要求的相对速度之后，再到下一级的V带进行传递。这些动力输入带轮儿5。带轮5的作用可以降低转速。因为带轮3已经进行了一次降低了转速，带轮5会进一步降低旋转速度输送功率。主动轴之间进行传动，这样动力便被传递到下一级，轴6上主动链轮与轴6之间通过完整的键连接。轴的转动一定会带动链轮儿的旋转。由于主动链轮和输送链7相互啮合，动力一定被传送至输送链，这会使得输送链进行前后运动。最后偏心链轮9与输送链进行啮合，受到输送链的影响带动后续偏心链轮的转动，输送链会由此上下抖动。最后一级从动轮10起到了支撑与导向的作用。4.2各级轴的转速4.2.1输送链主动轴转速上面提到的第二章确定了输送链的运动速度大概为为1.6m/s左右，主动链轮所在的分度圆直径大致算出是，由此就可以算出主动链轮的角速度如下：其中转速为：4.2.2变速箱当中动力输出轴转速目前我国的各个地区拖拉机的总动力输出轴的理想转速为大致为550~700r/min，所以本款马铃薯收获机的行走结构，其变速箱理想的动力输出轴转速暂定选为540r/min。4.3计算功率需求自走式马铃薯小型收获机的功率消耗大致可以分为几个部分，分别是挖掘部分功率消耗P1、升降运输功率消耗P2、自行行走结构功率消耗P3。4.3.1收获机挖掘部分功率消耗上述第二章中，理想挖掘铲作业在中等轻质土壤，挖掘最大倾角25°时，他的最大阻力估计计算为R=3000N左右。其机器客服这个阻力的最大前进速为Vm=0.54m/s左右。由上述两个数据我们可以计算出，收获机在挖掘时所消耗的功率可以算得：P1=RVm=3086×0.54=1.67kw初步设计功率为Pd=P1KAKA作为工作况系数KA=1.4，推得Pd=2.34kw4.3.2升降运输链功率消耗升降运输链工作时作用于，后方驱动链轮上最大圆周力F，由于薯土混合物的重力引起的摩擦力F1，以及升降运输链、马铃薯块和土块的作用在其上的阻力F2，由于土运链上的重力是不断变化的，根据升降运输链倾角与目标土壤筛分掉的缘故，平均单位面积土块的重量按80%计算得到,用来估算最大圆周力F：F=F1+F2=GM（L1B）cosf+[GDLp+GM(L1B)]sin式中:GD作为杆条式升运链的重量，3.4N/节f作为杆条式升降运输链工作时的摩擦阻力系数，取f=0.72L1作为升降运输链工作长度，2200mmGM作为单位面积马铃薯块和土块的重量，0.92KN/m2Lp作为链节数，大概为124节左右B作为升降运输链工作宽度，0.6m左右作为升降运输链倾角30°左右，可以推得结果：F=969N左右运链所消耗的功率为:P2=FV=1.55kw分离输送器传动是靠第一股动力，通过两对带轮传给升运链驱动轴来实现的，带轮传递效率，则升运系统的总传动效率为：因此升降运输链工作时所需的功率为:设计功率与计算功率为:作为工况系数=1.4可以退出得:4.3.3自行行走装置的功率消耗马铃薯收获机机组运行必须克服由于来自地面土壤的滚动阻力，马铃薯收获机在作业时车轮的滚动，轮子与土壤的滚动接触区域产生正方向法向、切向的相互作用力，与此同时相应的轮子和克服制土壤所带来的变形。根据理论滚动阻力系数f的数值，选择在平均温度粘度湿度土壤的条件下，滚动阻力系数为0.20～0.25,取f=0.20。根据CAD的计算得到整个马铃薯收获机的质量大概在m=1600kg左右。集薯箱作业完成满载时马铃薯的重为m=100kg左右。根据理论上滚动阻力牛顿第二定律计算公式：F=mg，就可以求出滚动阻力大概在F=333N左右。马铃薯收获机机组前进速度算出来为Vmax=0.54m/s，所以，我们可以推出牵引功率为P3max=FVmax=180W。4.3.4机体总功率消耗自走式马铃薯小型收获机的几个主要部分的功率消耗在上述已经计算出，总消耗功率P可计加和算出：功率储备大致增幅为:。4.4机体主要传动部件设计4.4.1主动轴传动设计输送分离器在收获机主动轴上传递总功率大约为，下列公式推算得到:上述公式可以初步估计出主动轴轴的最小直径。我们选取主动轴轴的材料为45号钢，进行调质处理。查表可以得到，取即可，代入公式得到左右，由于主动轴轴上有三个大小相等的键槽，所以最小直径尺寸理论上应扩大10%，最后算得左右，为使主动轴寿命达到要求，我们取。主动轴的其它部位的结构，一定要根据所要安装的零件类型来决定，我将在附属的零件图当中进行表达。4.4.2设计主动链轮输送链儿的功率由主动轴的旋转来传递。输送分离装置的后部安装主动链，通过他传递功率输送链才能进行前后运动。因为输送链与链轮的啮合。必须要保证输送链与链轮的某些参数达到一致，两者才能完全配合。由于赶条间距为40毫米，所以该款链轮的节距应该与之相同，也取p=40毫米。在设计过程当中，链轮的齿数一般通常都取奇数个。这样可以使寿命延长。所以以我们取链轮齿数为15个。具体尺寸计算如下列各公式所示。主动链轮分度圆直径：主动链轮齿顶圆直径：我们取da=220主动链轮分度圆齿高：我们取；主动链轮齿根圆直径：主动链轮齿宽：主动链轮齿宽选为15。上述算式中的主要参数为：Z作为主动链轮的齿数。P作为主动链轮的节距，与杆条之间的距离相同。作为滚子的直径，即杆条的直径。主动链轮的材料我们选用了优质碳素结构钢20，热处理方法为先渗碳后淬火，回火之后硬度可达到完全符合要求。4