【《夹指链式残膜回收机关键零部件的设计及计算案例》3700字】

夹指链式残膜回收机关键零部件的设计及计算案例1.1整机结构与工作原理夹指链式残膜回收机通过采用夹持原理对地膜进行回收，使用拖拉机牵引机架带着夹指链式残膜回收装置沿着铺膜的方向前进，传动系统通过地轮得到动力带着夹指链运动，同时也通过传动系统带动曲柄摇杆机构反复运动脱膜，夹指链运动线速度小于机组前进速度，下链轮与地面接触。当夹指随夹指链转过下链轮时，夹指向机组前进方向张开、入土，并在地表土层中滑行，地表残膜被挂在夹指上，随着夹指链的运动，夹指离开土层，夹指随即闭合，挂在夹指上的残膜被夹在夹指与收膜链之间并向上输送；当夹指转过上链轮时，夹指再次张开，残膜在自身重力和脱膜装置的作用下落入残膜箱，同时部分残膜由脱膜装置脱落，实现残膜回收。1.2收膜机构的设计收膜机构的主要作用是将残留在土地里的地膜夹起并进行输送，其结构如图所示。下链轮固定安装与下轮轴上，上链轮置于上方，其主要作用是在保证夹指链在工作时由于张紧装置的作用使得时刻处于张紧状态。1.2.1夹指链的设计夹指链中夹指的设计确定夹指的材料根据设计要求，查阅《机械设计课程设计》表13-3，选取应用较为广泛的45号钢。该材料综合力学性能较好，通常在正火或调制下使用。尺寸结构设计收膜链在通过下收膜轮轴时，处于收膜链外侧的夹指相对于下收膜轮轴在圆轴方向的转动量很小，因此其入土刚度很大，更好的夹取土中的地膜。夹指的入土角度影响着其入土时的刚度与入土深度，角度越小，入土深度、刚度也会随之降低。同时，除了入土时刚度外夹指的长度也会影响收膜效率，若夹指的长度过长则在相同的收膜链中心距情况下，会使得每一根夹指需要夹起的地膜面积更大，容易降低收膜的效率。过短的夹指则常常无法深入土壤，难以夹起地膜，且在田间作业中较短的夹指会导致残膜、泥土、秸秆等杂物在下收膜轮处堆积，使得机器连续作业受阻。因此，结合田间实验的结果，夹指链的工作角度ɑ=40°时，入土深度、刚度较为适宜。而夹指的工作为长度L=155mm效果最好。夹指链的总体设计。确定夹指链链条材料根据设计要求，查阅《机械设计》表9-1，选取应用广泛的12A号滚子链。尺寸设计由于单个夹指链收膜效率十分有限，为提高机具的作业效率，从而在收膜装置上同时设置多排夹指链，同时根据作物收获后残膜的强度，两夹指链间距b=110mm。计算确定夹指与收膜链间角度收膜链所用的是滚子链，由外链节与内链节铰接而组成，夹指的一端固定在滚子链的外链节两链板中间，在作业过程中另一端夹指也需要对收膜链具有一定压力，才能使收膜链张紧，因此需要将夹指与收膜链链节间加上一定的安装角度θ，以保证在作业过程中不会出现绷断的状况。图所示即为夹指链在张紧时单个夹指及所固定位置收膜链之间间的受力图，当收膜链拉后，夹指以销轴O为回转中心，F1、F2为夹指两侧收膜链所收到的张紧拉力/N；而N是夹指末端所受到的来自于收膜链的支反力/N；L是夹指的有效工作长度/mm；θ是外链节与夹指间的夹角/(°)。以上各个力对于回转中心O的力矩的关系有：F1lsinθ=NL由此可计算出收膜链的支反力NN=F由式可得夹指链末端所收到的支反力N与收膜链的张紧力F1和夹指与外链节间的夹角θ的度数呈现正相关。在夹指链的作业过程中，支反力可以提高夹指对于残膜的夹持能力，为了提高夹持效率，还应该考虑由于残膜自身重力、土壤对于残膜的拉力、夹指链入土角度等因素。同时，θ作为外链节与夹指之间的夹角，若是其度数过大则夹指在工作过程中难以流畅作业，因此在对θ进行增大的同时还应该及时考虑实际作业中的情况。由此可知，结合田间作业的实况，在不影响滚子链运动的情况下，取值θ=20°。1.2.2张紧机构的设计张紧机构是用于提高夹指链作业效率的一个重要部件，通过张紧机构可以改变夹指链在作业时期的张紧程度，从而避免夹指夹持到大型异物时使得夹指链过度张紧，使得夹指链出现问题，进而导致作业受阻。本设计中使用螺栓进行张紧，主要由螺栓、支架等组成，通过调节螺栓的深度改变对夹指链的力来调节张紧度，该张紧机构并排设置于收膜架的中部。如图所示即为张紧机构设置，通过螺栓对支架进行压紧，从而对夹指链进行张紧调节。在田间作业时，因为地膜的大小、重力等不确定因素，当夹指的夹持力过小会导致残膜在夹起后输送的过程中掉落，但若是一味的增加夹指的夹持力度，虽然会使得夹指收膜效果更好，同时也会使得对于滚子链的张紧拉力F1、F2更大，容易在遇到坚硬物体时出现断链、脱链等现象从而导致无法进行连续作业。因此，结合田间实际作业情况后，本设计选用GB5782外六角螺栓M22，长度为90mm，b=50。1.2.3收膜机构传动设计从机具的实地作业可观察到，若在下收膜部分采用传统的传动系统，则容易因为秸秆、土块等杂物导致链轮传动受阻，无法进行连续性作业，导致收膜效率降低。因此，在本设计中，通过对下收膜部分改进，使用辊子的形式一方面可以统一各夹指链间的作业速度；另一方面有利于对夹指链的间距进行调整，可以更好的适应不同的作业环节。因此，采取将轴固定于辊子中心，由轴统一带动辊子进行旋转的作业形式。确定轴的材料根据机具实际运行情况及作业要求，查阅《机械设计》表15-1，选取应用最为广泛的轴的材料45号钢，并对其进行调质处理，提高轴的刚度方便其在田地中更好的进行作业。轴的设计查阅相关资料并结合实际的作业情况，夹指链式残膜回收机的作业速度大约为1.5m/s，由d≥A根据现有《机械设计》表15-3查得A0取110，初步估算取d=35mm。同时，根据该轴上共安装四个深沟球轴承，根据深沟球轴承的主要安装参数B、d确定选用6207深沟球轴承，轴安装在调节支架上，轴向由螺母进行锁紧固定，因此车螺纹50mm，其示意图如图所示。1.3脱膜机构的设计脱膜机构主要由刮板总成、曲柄摇杆机构组成，其结构示意图如图所示。其中，曲柄摇杆机构中的曲柄通过传动轴上的轴承座安装在机架的两侧，通过焊接将刮板总成与曲柄轴套相连，同时连杆也焊接在刮板总成上。，摇杆通过铰接的方式接在机架与连杆之间，传动轮位于两侧传动轴的端部。当机组进行作业时，动力通过两侧带轮传动到摇杆上，使得摇杆随着作业带动刮板进行运动，从而实现对残膜的刮落。1.1.1刮板总成的设计在机具进行脱膜作业时，刮板在曲柄摇杆机构的作用下进行往复运动，当刮板总成运动至夹指链的上收膜轮处，将通过刮板将残留在夹指间的地膜刮落，从而完成脱膜作业。该机构与传统的滚筒式脱膜装置相比较，其在作业过程中与夹指链相接触的次数频率更低，通过对刮板的层数进行设计，可以增加单个夹指所受到脱膜作业的的次数，增强脱膜的效率。但是若一味的增加刮板的层数，则会使得残膜难以从刮板上分离，同时也会增加作业消耗，因此设置刮板层数为单层。刮板总成由安装架、加强筋、刮板等组成，刮板有1层，共17片。其轴向的安装间距为120mm，相邻两刮板间设置20mm的安装间隙，避免由于刮板间隙过大而导致刮板无法与经过上链轮的夹指链相接触，同时能够有效避免因间隙过小而引起与夹指链的碰撞导致机具的连续性降低。根据实验可得，单个刮板的宽度约为100mm，长度L≥130mm时效率最高。由于机具的工作环境，为避免由于作业过程中惯性力引起的刮板形变，从而选择150mm长度的刮板可有效避免对工作性能的影响，可以顺利作用直至夹指的根部。而加强筋将固定安装在安装架上，选用材料为45号钢，长度为100mm，在加强筋的作用下，刮板在与夹指和夹指链的接触过程中不容易发生形变，不会影响到脱膜的效果。1.1.2曲柄摇杆机构的设计由于刮板需要进行复杂的往复运动才能达到脱膜的最终目的，因此选择曲柄摇杆机构进行驱动，因为曲柄摇杆机构结构较为简单、加工更为方便，且曲柄摇杆机构可以很轻松的驱动从动件进行复杂的运动。该机机构的结构示意图如图所示，其中OA为曲柄，AB为连杆，BC为摇杆，OC为机架，AD为连杆AB的的连接部分，代表刮板。曲柄摇杆机构开始工作的时候，由带轮带动整个曲柄摇杆机构进行往复运动，而此时的AD（刮板）也因此在沿着运动轨迹进行运动，经过一系列运动至上收膜链轮处与夹指、夹指链相接触，进行脱膜。因此，根据曲柄摇杆机构中曲柄存在的条件，图中的各杆件应满足的条件为：l由此公式并结合机构在实际作业中所遇到的情况，初步对各段长度进行确定，其中曲柄长度为170mm，连杆长度为370mm，摇杆长度为290mm，机架长度为445mm。同时，机具的安装位置：曲柄的回转中心与上收膜轮正中心的水平安装距离约为290mm，竖直安装距离为200mm，当机构如此安装时方能将黏附在夹指、夹指链间的残膜刮落。1.4压紧机构的设计由于夹指需要插入地面方能对地膜进行回收，而田间的地形较为复杂，若是下收膜轮的离地距离过大，则会导致夹指无法进入地面，降低收膜效率，而此时通过压紧机构会给予下收膜轮一个向下的作用力，使得作业时下收膜轮套尽可能贴近地面。其结构如图所示，其中压紧弹簧套在导杆上，导杆设在机架上，通过调节张紧螺母可以