毕业设计（论文）-履带式果园枝条粉碎机设计

摘要丘陵果园枝条处理存在效率低下、劳动强度大等问题，严重制约了果园的可持续发展。因此，本文对丘陵果园履带式果园枝条粉碎机进行了设计，该机器具有履带式行走、高效粉碎和便于移动的特点，能够实现对果园枝条的快速粉碎处理，提高果园枝条的利用率，降低果园管理的成本。在设计过程中，主要完成了总体结构设计、传动系统设计和关键部件结构设计等工作。通过合理的方案选择和参数设计，确保了履带式枝条粉碎机的性能稳定和可靠性高。该设计不仅为丘陵果园的枝条处理提供了一种新的解决方案，也为相关领域的机械设备设计提供了有益的参考。关键词：粉碎机；履带；轴目录1绪论 绪论1.1设计背景及意义执行定期、科学及合理的修剪对果树的健康成长、树冠扩展和结构优化至关重要，这一管理策略在全国范围内被广泛采用。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，2023年，中国的修剪枝条量达到了5667万吨，显示出果树修剪枝条再利用的巨大潜力。随技术进步，特别是机械化和自动化的提升，对果园作业环境的要求日益增加，合理处理修剪后的果树枝条成为产业发展的新趋势。这不仅对减少环境污染、提升资源使用效率、促进生态环境的可持续发展具有显著意义。目前处理方法多样，包括运出果园集中处理、堆积自然分解、焚烧以及粉碎等，但前三种方式存在资源浪费、增加病虫害风险、引发火灾和环境污染等问题，减少了其经济价值。相比之下，果园修剪枝条的粉碎处理不仅减少了运输和环境污染，而且枝条可作为木材加工、发电、生物燃料生产和作物栽培养料等资源的原料，具有较高的再利用价值，特别是在菌类栽培领域展现了优异的应用效果。因此，发展和应用枝条粉碎机技术，以提升修剪枝条的附加价值，成为不可逆转的趋势。然而，当前树枝粉碎机的自动化程度不高，结构复杂，多为需要人工辅助的半自动操作方式，且粉碎效率不理想，难以满足部分果园的需求。主流的树枝粉碎机多以电动机为动力，采用削片刀盘作为主要工作机构，虽能完成修剪枝条的粉碎任务，但仍面临结构复杂、木屑合格率低和粉碎效果不佳等挑战，这些问题限制了在果园环境中进行树枝粉碎作业的效率和效果。因此，针对现有树枝粉碎机存在的问题，本文针对丘陵山地果园，设计了一种履带式果园枝条粉碎机，以期提高枝条粉碎机工作效率和方便性，从而促进我国水果种植行业的进一步发展。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国际上，树枝粉碎设备的研发较早开始，技术水平较高，设备种类繁多。美国、德国、日本等国是此领域的主要先进国家。特别是在美国，得益于其广阔的森林和果园面积以及高度机械化的水平，主要采用的是牵引式的大型树枝粉碎机。以美国生产的VermeerBC1000XL大型树干和树木粉碎机为例，这种机器配置了四缸水冷涡轮增压发动机，具有每分钟82m的高送料速度，并采用了无离合的PTO传动系统。它还装备了发动机转速感应器、自动刹车系统、机油压力感应系统、发动机预热系统及程序控制管理系统等，确保了其高效的粉碎性能和强大的适应能力。因此，在中国市场上，此类高效的粉碎机器享有较高的占有率。图1.1威猛VermeerBC1000XL大型树干树木粉碎机德国在开发大型树木粉碎机的过程中，针对本地需求，生产了许多既灵活又高效的大型树枝粉碎机。举例来说，LIN'ON（林昂）公司的TG7000型大型树根和木材粉碎机，这款设备采用了自动液压进料系统和大功率柴油动力系统，并集成了降噪系统，不仅功能全面、高效耐用，而且安全可靠，对大尺寸树木的粉碎能力尤其出色。此外，LIN'ON公司还推出了BC200XL/BC200XL型移动式树枝粉碎机，这款机器以其先进的工艺、刀片的高耐用性、紧凑的结构和长寿命等特点脱颖而出，适合于社区物业、公园景区、学校和各类企业单位等场所用于处理废弃树枝。图1.2BC200XL/BC200XL型移动式树枝粉碎机由日本松本产业研发的KF-150A型树枝粉碎机采用了创新的高速滚筒切割技术，可以有效地将树枝细化成颗粒状物料，该设备在安全性和操作便捷性方面表现出色。此外，玛雅公司生产的CXC-703-1E型树枝粉碎机，具有12cm的粉碎直径能力和搭载13马力柴油发动机，由于其较轻的重量和小巧的尺寸，非常适合一般果园的农户使用。图1.3CXC-703-1E型树枝粉碎机1.2.2国内研究现状在我国，针对树枝粉碎设备的研发较为滞后，初期设备主要针对饲料和作物秸秆的粉碎。鉴于国内多数果园位于丘陵和山地区域，近年来，学者和专家开始密集研究树枝粉碎机理，借鉴国际经验，与相关企业合作，推出了众多树枝粉碎设备。以下是几种较为典型的产品：由中国农业机械化科学研究院开发的一种移动式树枝粉碎机，配备了强制液压进料系统、鼓式切割机构和电子控制系统，能够处理直径最大达250mm的枝条，具有高作业效率、良好的可靠性，且可由拖拉机拖动，具有良好的移动性和适应性。南京农业大学的贺亮等研究者，针对传统粉碎机操作时噪音大、能耗高等问题，开发了一款低噪音树枝粉碎机。该机器通过使用低噪音的切割工具，通过咬合和挤压枝条以达到粉碎效果，工作时产生的噪音低于80分贝，特别适合于对噪音敏感的城市道路和园林修剪场景。浙江省农业机械研究院研发的一款专为山区果树设计的履带式树枝粉碎机，该机械采用双汽油发动机驱动，分别负责机械的移动和粉碎操作。具备强大的生产能力和高破碎率，能耗低，能够处理直径最大达100mm的枝条，非常适合丘陵山地果园的作业需求。图1.4山区果树履带式枝条粉碎机河北中农博远农业装备有限公司开发的3ZF-200型树枝粉碎机，创新性地改进了传统的粉碎机设计，使其能够直接在田间对树枝进行粉碎并还田。该设备可通过拖拉机进行上下挂接，并利用齿轮变速箱联同侧边的三角带驱动刀轴进行高速旋转，实现最大80mm直径树枝的高效粉碎，展现出良好的田间树枝处理性能。图1.5中农博远3ZF-200果园枝条粉碎机1.3设计的主要内容设计的主要内容如下：第1章为绪论，介绍了设计背景及意义，对国内外研究现状进行了概述，包括国外和国内在履带式枝条粉碎机领域的研究进展和成果。第2章为履带式枝条粉碎机总体设计，明确了设计要求，对行走装置和粉碎装置进行了方案分析，比较了不同方案的优缺点，并确定了履带式枝条粉碎机的总体结构和工作原理。第3章为履带式枝条粉碎机传动设计，首先进行了电动机的选型，确保电动机能够满足机器的动力需求。接着，对粉碎机的基本参数进行了估算，为传动设计提供了数据支持。然后，确定了传动类型，包括带传动和齿轮传动等。随后，详细设计了带传动和齿轮传动的相关参数和结构，确保了传动的可靠性和效率。最后，对传动轴进行了设计和校核，包括Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴和Ⅳ轴的设计，确保各轴能够满足强度和刚度的要求。第4章为履带式枝条粉碎机结构设计，主要对履带式行走底盘、粉碎装置以及箱体及附件进行了设计，并完成了整机三维模型的建立。第5章为结论，对全文工作进行总结。2履带式枝条粉碎机总体设计2.1设计要求我国果园广泛分布于山地和丘陵地带，地形复杂多变，因此履带式枝条粉碎机不仅需要高效地完成果园枝条的粉碎作业，还需具备优秀的自走性能，确保在复杂的果园地表环境中畅通无阻。考虑到我国果园面积相对较小且分布较为分散的特点，这对履带式枝条粉碎机的设计提出了更高的要求。理想的履带式枝条粉碎机应结构紧凑、适应性强、操作简单，并具备低成本的维修保养特性。为了实现丘陵山地果园履带式枝条粉碎机械的多功能化，本次设计的枝条粉碎机必须集成行走、粉碎以及其他预留功能端等核心功能，以满足果园作业的多重需求。（1）行走功能，由于果园地面结构复杂多变，作业平台需具备出色的操控性和灵活性，确保果园作业机械能够便捷、准确地在果园地面行走，进而满足果园辅助管理机械的各项要求。作业平台应能够适应不同地形，确保行走平稳、安全。（2）粉碎功能，粉碎装置的主要功能是将果园枝条进行破碎和粉碎，将其从较大的枝条转化为更小的颗粒或粉末。粉碎装置需要具有较高的破碎效率，能够快速而有效地处理大量的果园枝条。同时，它还应具有均匀的破碎能力，确保粉碎后的颗粒大小一致，为后续利用提供便利。果园枝条含有一定的水分和杂质，粉碎装置应能够应对这些特殊情况，保持稳定的性能和较长的使用寿命。2.2方案分析2.2.1行走装置分析结合丘陵山地果园的地势特点，针对行走装置结构设计提出了轮式和履带式两种方案，具体如下：方案一：轮式行走底盘（1）优点：1）结构简单：轮式底盘通常结构简单，维护容易，制造成本相对较低。2）灵活性高：在平坦和坚硬的地面上，轮式底盘能够提供较好的速度和灵活性。3）能耗较低：相对于履带式，轮式底盘在硬平面上的行驶阻力小，能耗较低。（2）缺点：1）附着力有限：在湿滑的斜坡或不均匀的地面上，轮子可能缺乏足够的抓地力。2）通过性差：在软土地、泥泞或多石的地形上，轮式底盘容易陷入或无法有效前进。方案二：履带式行走底盘（1）优点：1）通过性强：履带式底盘分布压力更均匀，能够在泥泞、湿滑及不平整的地面上提供更好的抓地力和稳定性。2）附着力大：履带提供的较大接触面积增加了抓地力，特别是在爬坡和越过障碍物时。3）适应性强：适用于多种地形，尤其是在丘陵山地这种复杂地形上。（2）缺点：1）成本高：履带式底盘的制造和维护成本高于轮式底盘。2）能耗较大：在硬平面上行驶时，履带式底盘比轮式底盘有更高的能耗。3）灵活性较低：转向和速度调整不如轮式底盘灵活。经过对比分析，尽管履带式行走底盘在成本和能耗方面可能不如轮式行走底盘，但其在丘陵山地果园这种复杂地形中的出色适应性、优异的通过性和稳定性显著优于轮式底盘。履带式底盘提供的大面积接触和高抓地力是确保在多变地形中安全、有效作业的关键。因此，考虑到丘陵山地果园的地势特点，最终确定采用履带式行走底盘为最终方案。2.2.2粉碎装置分析粉碎是一种依靠机械力克服固体材料内部聚合力，进而达到破碎目的的操作方法。在物料处理和加工中，常见的粉碎方式包括压碎、击碎、锯切和磨碎四种主要形式。（1）压碎粉碎在这种方法中，物料放置在粉碎设备内，受到转速一致的压碎辊的压迫和破碎。当所施加的压力超过材料的最大承受压缩强度时，物料将发生破碎。这种粉碎方式直接作用于物料，如图所示。但是，该方法在粉碎效果上可能不够理想，因为它往往不能实现物料的充分和均匀粉碎。因此，在对粉碎后的粒度均匀性有更高要求的场合，一般不采用压碎粉碎方法。图2.1压碎粉碎示意图图2.2击碎粉碎示意图（2）击碎粉碎打击式粉碎机制依赖于粉碎装置转子上装配的锤片，在高速旋转中产生的强大冲击力来破坏物料。物料在锤片反复打击下逐步受损，直到被粉碎到所需的细度。粉碎完成后，物料通过筛网被筛选出来。这一过程为打击式粉碎的基本原理，适用于例如果园枝条等的粉碎。在处理水分含量较高或者条件较为苛刻的枝条时，由于材料本身的韧性和弹性特点，可能会影响到击碎粉碎的效率和成品质量。（3）锯切式粉碎锯碎式粉碎利用具有一定速差的沟齿磨辊的劈裂作用来破坏材料。当材料在劈裂面上所受的应力超过其最大断裂应力时，材料就会发生破碎。这是锯碎磨的直观描述，如图2.3所示。锯碎式粉碎机具有高效的处理能力，可以通过调整齿辊间距来实现不同粉碎粒度和大小的作业要求。图2.3锯切碎粉碎示意图图2.4磨碎粉碎示意图（4）磨碎粉碎磨碎粉碎主要依靠上下具有槽齿的磨盘与物料之间的压力和搓擦作用来实现。当压力或剪切力达到物料的最大剪切强度或应力时，物料就会被破坏并逐渐被粉碎。磨盘通常由金属或石头制成，分为固定的定盘和传动的动盘。具体的粉碎原理可见图2.4。磨盘粉碎通常用于对材料进行加工和干燥，能将物料磨成各种粒度的成品。然而，成品中粉末含量较高，料温也相对较高。此外，磨盘的配套功率较小，且由于磨石磨损较大，物料纯度不高，因此其应用逐渐减少。通过这四种粉碎机理的分析，确定该履带式枝条粉碎机的粉碎装置采用锯切式粉碎机理，即双齿辊结构。2.3总体结构和工作原理经过上述分析，最终确定履带式枝条粉碎机的整体结构如图2.5所示。其主要由粉碎装置、喂料口、粉碎电机、机身、履带式行走底盘等组成。1.粉碎装置2.喂料口3.粉碎电机4.机身5.履带式底盘图2.1履带式枝条粉碎机该履带式枝条粉碎机在工作过程中，首先通过履带式行走底盘将整机移动至待工作地点，当到达目的地后，履带式行走底盘停止工作。启动粉碎装置电动机，将收集好的果园枝条放入喂料口，然后在双齿辊的作用下，完成枝条的粉碎作业。粉碎完成的枝条颗粒从出料口排出。3履带式枝条粉碎机传动设计3.1电动机的选型在粉碎装置设计领域，粉碎功率的准确计算是核心要素之一，它为电动机的选型提供了理论基础。电动机的恰当选择对于整个设计项目的成功至关重要。传统上，粉碎机功率的确定主要依赖于经验公式法和理论计算法。针对新型的双齿辊粉碎机，由于缺乏足够的经验数据，必须采用理论计算法。目前，确定单位产量功耗的理论计算方法主要包括四种：Rittinger法、Kick-Kirpichev法、Bond法以及Holmes法。这些方法各有侧重，其中Rittinger法主要适用于微细粉碎过程，Kick-Kirpichev法适用于粗粉碎阶段，Bond法位于这两者之间，而Holmes法则尝试对前三种方法进行整合，提供一个综合的计算公式：式中：W——单位生产量的功耗，kW·h/t；M——Bond功指数，煤的Bond功指数为7.91kW·h/t；E——占排料粒度80%以上的部分的粒度尺寸，；A——占给料粒度80%以上的部分的粒度尺寸，；j——取值范围0.2～1.4，取j=0.58。所以下述方法是基于电机的功率应与单位时间的破碎物料的功耗相同的原则，即认为电动机的功率应如下求得：式中：Q——设计要求的生产能力，3~17t/h；F——电动机的功率，kW；——粉碎机的传动效率，0.85。故kW通过以上分析，考虑到粉碎机工作环境和过载系数的影响，选取YB3-160M1-8电动机，如图3.1所示：图3.1电动机YB3-160M1-8技术特征：额定功率：4kW满载时额定电流：10.3A满载时额定转速：720r/min满载时效率：81%满载时功率因数：0.733.2粉碎机基本参数的估算齿辊粉碎机的工作转速分为两种模式：快速和慢速。其中，快速模式下齿辊的圆周速度范围大约在2.8至4.7m/s，而慢速模式下的圆周速度则在1.2至1.9m/s之间。考虑到快速模式下会产生较多煤粉，目前用于煤炭粉碎的齿辊机多采用慢速模式。在设计初期，齿辊轴的转速被设定为r/min。初步确定粉碎机辊齿的形状及比例如图3.2所示，经有关资料结合设计要求，特制定以下估算方案：L——辊轴有效长度，500mm；D——齿辊直径，750mm；D1——辊齿大径，528mm；a——辊轴中心距，500mm；R——辊轴半径，147mm；h——辊齿高度，118mm；a1——梯形上底，88mm；a2——梯形下底，78mm；h1——梯形高度，90mm；——物料密度，1.27t/m3S——梯形面积，mm2；mm2——角速度rad/s；rad/s图3.2齿辊截面图3.3确定传动类型总传动比7.2结合慢速双齿辊粉碎机的传统设计理念，因此高速级采用带传动，低速级采用直齿圆柱齿轮传动。取带传动比为所以齿轮传动比为传动装置的传动效率如表3.1。表3.1机械传动和摩擦副的效率概略值种类效率V带传动0.968级精度的一般圆柱齿轮传动(油润滑）0.97球轴承（稀油润滑）0.99滚子轴承（稀油润滑）0.98长齿齿轮传动0.97（1）各轴转速确定：Ⅰ轴（电机轴）：r/minⅡ轴：r/minⅢ轴（齿辊主轴）：r/minⅣ轴：r/min（2）各轴的输入功率确定Ⅰ轴：kWⅡ轴：kWⅢ轴：kWⅣ轴：kW（3）各轴的转矩确定：Ⅰ轴：N.mⅡ轴：N.mⅢ轴：N.mⅣ轴：N.m3.4带传动设计参考教材《机械设计》的第四章。已知输入轴转速，输入功率P=4kW（1）确定V带型号工作情况系数，查表4.6得：＝1.3。计算功率：kWV带型号选择：根据和值查图4.6，确定为B型（2）确定带轮基准直径小带轮直径查机械设计手册中表4.7取：mm大带轮直径：mm，圆整取：mm（3）验算带速m/s要求带速在5～25m/s范围，符合要求。表3.2B型V带轮（基准宽度制）轮缘尺寸项目B型槽尺寸基准宽度14.0基准线上槽深3.5基准线下槽深10.8槽间距19槽边距11.5最小轮缘厚7.5带轮宽外径（4）确定V带长度和中心距初取中心距mm，由式：初算带的基准长度：mm按表4.3圆整取：mm由此可得：mm（5）验算小带轮包角（6）确定V带根数单根V带试验条件下许用功率，查表4.4得：kW；传递功率增量，查表4.5()得：kW；包角系数，查表4.8得：；长度系数，查表4.3得：。所以圆整取。（7）计算初拉力每米带质量，查表4.2得：kg/m。则：N（8）计算压轴力N（9）带轮其它主要尺寸计算带轮宽mm小带轮外径mm大带轮外径mm图3.3带轮3.5齿轮传动传动设计参考教材《机械设计》的第六章。已知输入轴转速r/min，输入功率kW（1）选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选小齿轮：调质HBS大齿轮正火HBS许用接触应力，由式接触疲劳极限，查图得：N/mm2，N/mm2。接触强度寿命系数，应力循环次数N由式查图6-5得：，接触强度最小安全系数，则N/mm2N/mm2故N/mm2许用弯曲应力，由式弯曲疲劳极限，查图6-7（双向传动乘0.7）知N/mm2N/mm2弯曲强度寿命系数，查图6-8知。弯曲强度尺寸系数，查图6-9（设模数m小于5）知。弯曲强度最小安全系数，取。则N/mm2N/mm2（2）齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度m/s查表6.7，表6.8，选取Ⅱ公差组8级小轮分度圆直径，由下式得式中：齿宽系数，查表6.9，按齿轮相对于轴承为对称布置，取；小轮齿数，在推荐值，选。大轮齿数：，圆整取。齿数比u：传动比误差：小轮转矩：N.mm载荷系数：式中：—使用系数，查表6.3，选—动载系数，由推荐值，选—齿间载荷分配系数，由推荐值，选—齿向载荷分配系数，由推荐值选，所以材料弹性系数，查表6.4知；节点区域系数，查图6-3（），取；重合度系数由推荐值选；故mm齿轮模数m取标准m=3标准中心距mm小轮分度圆直径圆周速度v与估取值1.03m/s~1.74m/s近似，符合要求。齿宽b：圆整取：b=69mm大轮齿宽：小轮齿宽：，取76mm。（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式式中：齿形系数，查表6.5可知：小轮：，大轮：；应力修正系数，查表6.5可知：小轮：，大轮：；重合度计算公式：代入数据得：重合度系数：故N/mm2N/mm2故齿根弯曲强度符合要求。（4）齿轮及其他主要尺寸计算大轮分度圆直径：mm根圆直径：mmmm顶圆直径：mmmm图3.4齿轮3.6长齿齿轮设计在齿辊粉碎机的操作过程中，可动齿辊可能会进行往复移动，因此，为了保证两齿辊间的传动齿轮能够适应这种移动而不影响其啮合，需使用专门设计的长齿齿轮。这种长齿齿轮的基圆直径需依据齿辊的直径及齿间隙（即破碎后物料的粒度）来确定。齿轮的齿高和齿形设计要确保在齿辊相对移动过程中齿轮能够正常啮合，同时也要确保齿根部分具有充分的强度。这类特殊设计的齿轮通常是通过铸造并随后进行加工修整来制造的。工作齿辊的直径：d=450mm两齿间的平均间隙：b=50mm因此长齿齿轮的分度圆直径：d=500mm要保证齿辊相对移动时仍能良好的啮合，故长齿齿轮的齿顶圆直径设计为：mm齿根圆直径设计为：mm3.7传动轴设计与校核轴作为机械装置中的关键组件，承担着支撑旋转部件和传递运动与动力的双重功能。为此，选择轴的材料和进行适当的热处理显得尤为重要，这需要综合考虑强度、刚性和耐磨性等因素。通常，轴的材料选用碳素钢或合金钢。碳素钢因其成本较低和较低的应力集中敏感性而被广泛应用，45号钢是其中最常用的一种。对于不那么关键或承受力较小的轴，Q235等钢材也是一个合理的选择。相比之下，合金钢提供了更高的机械强度和良好的热处理特性，尽管它对应力集中更敏感。在需要减小轴的尺寸和重量、提高轴颈耐磨性，或者在高温、腐蚀条件下工作的场合，合金钢是更优的选择。值得注意的是，在工作温度低于200℃时，合金钢与碳素钢的弹性模量并无显著差异，故仅凭材料替换并不能有效提升轴的刚性。适当的热处理能显著增强轴的强度（尤其是疲劳强度）和耐磨性，选择合适的热处理方法对于满足特定工作条件至关重要。在轴的结构设计上，需要根据轴上零件的安装、定位和制造工艺要求，合理确定轴的形状和尺寸。此外，通过对强度、刚度和振动稳定性的计算，确保轴具备充分的工作能力和可靠性是设计的关键。大部分情况下，仅需进行强度计算以防止断裂和塑性变形；对于刚度要求高的轴，如机床主轴，则需进行刚度计算，以避免过大的形变；而对于高速旋转的轴，还必须进行振动稳定性计算，防止共振发生。设计轴时的常规步骤包括先制定零件装配方案，根据装配和制造要求确定轴的结构形状和尺寸，最后进行强度校核，并在必要时对刚度或振动稳定性进行计算。3.7.1Ⅰ轴设计Ⅰ轴（高速轴）为电机轴，其上装小带轮，其轴颈为d=48mm，总长l=110mm。图3.5电机轴（1）计算作用在带轮上的力：转矩：小带轮直径：mm初拉力：N压轴力：N（2）绘制轴的弯矩图和扭矩图：求弯矩：Nmm扭矩：Nmm（3）按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩：取折合系数a=0.6，则齿宽中点处当量弯矩：Nmm轴的材料为40Cr，调质处理。由表查得：N/mm2材料许用应力：N/mm2轴的计算应力为：N/mm2以下为轴的受力分析图如图3.6：图3.6电机轴的计算简图3.7.2Ⅱ轴设计（1）计算作用在带轮及齿轮上的力：转矩：N·mm带轮直径：mm压轴力：N齿轮分度圆直径：mm圆周力：N径向力：N（2）初步估算轴的直径：因为II轴是齿轮轴，应与齿轮1的材料一致，故其材料选取40Cr调质钢作为轴的材料。由式：计算轴的最小直径，并加大1.03以考虑键槽的影响。查表，取，则：mm（3）轴的结构设计：1）确定轴的结构方案（如图3.7所示）图3.7Ⅱ轴结构图右侧轴承通过轴的右端安装，并利用其左侧端面与轴肩相接触进行定位。左侧轴承则通过轴的左端安装，同样依靠轴肩实现定位。这两个轴承都使用深沟球轴承，并通过轴承端盖进行固定。而大带轮则从轴的左端滑入，其右端面紧靠轴肩进行定位，并使用普通平键来实现周向的固定。2）确定各轴段直径和长度：①段：装带轮，根据圆整取mm长度比带轮宽短，取mm②段：为使带轮定位，轴肩高度：mm则：mm取端盖宽度10mm，端盖外端面与带轮14mm，则mm。③段：为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T276--94，暂选深沟球轴承型号为：6014，则：mm，其宽度：mm。轴承润滑方式选择：mm·r/minmm·r/min故选择脂润滑。齿轮与箱体内壁间隙取17mm，则mm④段：为轴齿轮，所以其分度圆直径：mm取其长度等于齿轮宽，即：mm⑤段：装左轴承，mm，mm3）确定轴承及齿轮作用力位置：根据下面轴的受力简图3.8，先确定各段长度：mm，mm4）绘制轴的弯矩图和扭矩图：求轴承反力H水平面：N，NV垂直面：N求弯矩H水平面：Nmm，NmmV垂直面：Nmm合成弯矩：Nmm，Nmm扭矩：Nmm5)按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩：取折合系数a=0.6，则齿宽中点处当量弯矩：NmmNmm轴的材料为40Cr，调质处理。由表查得：N/mm2材料许用应力：N/mm2轴的计算应力为：N/mm2以下为轴的受力分析图如图3.8：图3.8Ⅲ轴计算简图3.7.3Ⅲ轴设计Ⅲ轴即齿轮主轴（1）计算作用在齿轮及齿辊上的力：转矩：Nmm直齿圆柱齿轮分度圆直径：mm圆周力：N径向力：N齿辊直径：mm圆周力：N径向力：N长齿齿轮直径：mm圆周力：N径向力：N（2）初步估算轴的直径：选取45号钢作为轴的材料，调质处理。由式：计算轴的最小直径，并加大1.03以考虑键槽的影响。查表，取，则：mm（3）轴的结构设计：1）确定轴的结构方案（如图3.9所示）图3.9Ⅲ轴结构图齿辊，右轴承，直齿圆柱齿轮依次从轴的右端装入，齿辊及齿轮左侧端面靠轴肩定位。左轴承，长齿齿轮依次从轴的左端装入，长齿齿轮靠轴肩定位。采用调心滚子轴承。齿辊，直齿圆柱齿轮及长齿齿轮均采用普通平键得到周向固定。2）确定各轴段直径和长度：①段：装直齿圆柱齿轮，根据圆整取，mm长度比齿轮宽度短(1~4)mm，取②段：为使齿轮定位，且便于拆装轴承内圈，轴肩高度：mm查设计手册，暂选调心滚子轴承型号为：22326C，则mm，mm，长度为轴承宽度，两个轴承端盖的宽度，齿轮壁的宽度，齿辊箱壁的宽度以及套筒长度的总合，初步定为mm。③段：为便于装拆齿辊及齿辊箱壁定位，取轴肩高度mm，则：mm其长度比齿辊长度短(1~4)mm：mm④段：装齿辊箱壁，mm；取其长度：mm⑤段：装轴承端盖，mm，取其长度：mm⑥段：装左轴承mm，mm⑦段：装长齿齿轮mm，mm3）确定轴承及齿轮作用力位置：根据下面轴的受力简图，先确定各段长度：mm，mm，mm。4）绘制轴的弯矩图和扭矩图：求轴承反力H水平面：N，NV垂直面：N，N求弯矩H水平面：，V垂直面：合成弯矩：，扭矩：5)按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩：取折合系数a=0.6，则齿宽中点处当量弯矩：NmmNmm轴的材料为45号钢，调质处理。由表查得：N/mm2材料许用应力：N/mm2轴的计算应力为：以下为轴的受力分析图如图3.10：图3.10Ⅲ轴计算简图3.7.4Ⅳ轴设计（1）计算作用在齿轮及齿辊上的力：转矩：齿辊直径：圆周力：径向力：N长齿齿轮直径：mm圆周力：N径向力：N（2）初步估算轴的直径：选取45号钢作为轴的材料，调质处理。由式：计算轴的最小直径，并加大1.03以考虑键槽的影响。查表，取。则：mm（3）轴的结构设计：1）确定轴的结构方案（如图3.11所示）图3.11Ⅳ轴结构图齿辊和右侧轴承分别从轴的右端顺序安装，其中齿辊通过其左侧端面与轴肩接触实现定位。从轴的左端，依次装入左侧轴承和长齿齿轮，长齿齿轮同样通过与轴肩的接触进行定位。这些部件使用调心滚子轴承以适应装配过程中可能出现的轴线偏差。齿辊和长齿齿轮都通过普通平键实现周向的固定。2）确定各轴段直径和长度：①段：装轴承。考虑该轴的承载，查设计手册，暂选调心滚子轴承型号为：22326C，则mm，mm。长度为轴承宽度，一个轴承端盖的宽度，齿辊箱壁的宽度以及套筒长度的总合，初步定为mm。②段：为便于装拆齿辊及齿辊箱壁定位，取轴肩高度mm，则：mm其长度比齿辊长度短(1~4)mm：mm③段：装齿辊箱壁，mm。取其长度mm④段：装轴承端盖：mm，mm⑤段：装左轴承：mm，mm⑥段：装长齿齿轮：mm，mm3）确定轴承及齿轮作用力位置：根据下面轴的受力简图，先确定各段长度：mm，mm4）绘制轴的弯矩图和扭矩图：求轴承反力H水平面：N，NV垂直面：N，N求弯矩H水平面：N·mm，N·mmV垂直面：N·mm合成弯矩：N·mm，N·mm扭矩：N·mm5）按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩：取折合系数a=0.6，则齿宽中点处当量弯矩：N·mmN·mm轴的材料为45号钢，调质处理。由表查得：N/mm2材料许用应力：N/mm2轴的计算应力为：以下为轴的受力分析图如图3.12：图3.12Ⅳ轴计算简图4履带式枝条粉碎机结构设计本章主要利用solidworks软件完成履带式枝条粉碎机的结构设计和三维建模、装配。4.1履带式行走底盘本设计中的履带式行走底盘主要构成包括履带、驱动轮、导向轮等部件。与轮式行走机构相比，履带式机构由于其较大的接地面积，提供了更高的操作稳定性、平顺的行进体验以及优越的越障和爬坡能力。此外，这种较大的接地面积还意味着较低的地面压力，使得机械更适合在复杂地形中行走，有效避免打滑或下滑现象。履带接地长度与履带中心距离的比值e，在很大程度上决定了履带式枝条粉碎机的转向性能。当e大于1.7时，转向性能会受到影响；而e小于1.0时，行进性能会有所下降。一般情况下，这一比值介于1.2至1.4之间。考虑到地质条件的限制，本设计选择了1.25作为该比值，据此综合设定履带中心距为1.2m，履带接地长度则为1.5m。履带宽度的计算公式确定Cl的范围在253mm到309mm之间。对于重型履带机构，当履带宽度与履带接地长度的比值ε等于0.3时，转向阻力达到最小。通常，ε的取值范围是0.18至0.22，对于机械来说，则是0.24至0.28。综合考虑，本设计选定ε为0.2，对应的履带宽度Cl为300mm。（3.27）式中，Cl为履带宽度；m=150kg；该履带式底盘最大载重量取值200kg，g=9.8m/s²。下式为履带节距dl计算公式，经计算得dl=114mm~133mm。（3.28）综合考虑，履带式枝条粉碎机采用橡胶履带AC型纹理，履带宽度Cl=300mm，dl=140mm，节数N=28。具体结构如图4.1所示。图4.1履带式行走底盘4.2粉碎装置粉碎装置的进料斗是由2mm厚的钢板制成，设计为喇叭形状，以便在进料口处通过其缩小的形状同时引导多根不规则残枝进入。进料口利用螺栓与粉碎机箱体连接固定。为了便于喂料，进料斗的开口设计为0.6m的正方形，且开口深度设置为0.05m。该结构的整体设计示意图如图4.2所展示。图4.2粉碎装置4.3箱体及附件的设计4.3.1箱体设计粉碎机的箱体构成了粉碎机各零件安装的基座，它在设备运行期间承担着显著的冲击负荷，其质量占到了整个机器重量的较大比例（铸造型机架约占50%，焊接型机架约占30%），同时其加工和制造工作量也相对较大。机架的刚性和强度直接影响到整机的性能及关键部件的使用寿命，因此，粉碎机箱体的设计要求应是结构简约、重量轻，同时具备足够的强度和刚度。根据机构类型，粉碎机架分为整体式和组合式；按照制造工艺分类，则分为铸造机架和焊接机架。箱体的主要功能是支撑和固定轴承等组件，确保轴承的运转精度、良好的润滑和可靠的密封。通常选择灰铸铁作为材料制造，因为灰铸铁具有优异的铸造和减震性能，便于制造出既美观又性能优良的外形。图4.3箱体4.3.2附件设计减速齿轮箱和传动齿轮箱都配备了窥视孔、窥视孔盖和通气器等附属设备。窥视孔主要用于观察传动部件的啮合状况、润滑情况、接触印迹以及齿面间隙等，并可通过其加注润滑油。随着机器的运行，箱体内部温度和气压会上升，这对箱体的密封性能构成挑战。为了应对这一问题，在箱体盖顶或窥视孔盖处装设通气器，允许热胀气体从箱体内逸出，确保内外压力平衡，从而增强箱体密封处的密封效果。轴承盖的作用是封闭减速器箱体上的轴承座孔，并固定轴部件的轴向位置，承担轴向力。在完成履带式枝条粉碎机关键机构的建模工作后，进行整机的装配工作，最终形成了履带式果园枝条粉碎机的完整机械模型，如图4.4所展示。图4.4履带式枝条粉碎机整机模型结论本文主要完成了丘陵果园履带式果园枝条粉碎机的设计，该机器具备履带式行走、高效粉碎以及便于移动的功能，对丘陵果园的枝条处理起到了积极的推动作