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小型多功能马铃薯收获机—收获机构、机架及总体装配设计【含37张CAD图纸和文档资料】

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小型多功能马铃薯收获机—收获机构、机架及总体装配设计【含37张CAD图纸】
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内容简介:
为农业机械提供位置数据测量 Herman Speckmann 原文来源:Federal Agricultural Research Centre Braunschweig (FAL), Institute for Biosystems Engineering, Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany 摘要农业机械、车辆需要位置数据来指导和控制执行最佳工作位置。位置数据也被需要用在像精细农作这样的应用上。位置数据的必要的准确性、分辨率和频率依照不同的应用而变化。只有一个系统,安装在中央车辆(例句、拖拉机),应该提供对每项任务的位置数据。提出的关于中央系统的基本概念是位置数据按照特定应用程序计算并且直接被传送到它需要被应用到的那个点上。这片论文阐述了测量的基本原理和位置数据的计算,还对现有的传送数据的农业网络进行了简要介绍。它集中建议了一个提供和转移位置数据的网络服务。被讨论的解决方案是以农业BUS(总线)系统为基础(DIN 9684, ISO 11783). 2000 Elsevier Science B.V. 版权所有.1.前言 位置指导的目的是给生长在农田里一个固定的区域上的庄稼带来增产的方法。庄稼或者它们在农田里所处的位置是指导的重要参照。位置数据被用来指导农用车、实现控制和支持精耕农业。准确性、分辨率和频率取决于他们的具体应用。必须强调的是本文没有合适的解决这个问题的传感器来产生数据。更确切的说,这里研究的问题是参照移动单位的一定的位置进行了一个位置信号产生,但是这个位置和需要的位置数据并不是完全一致的。此外,位置信息有可能在同一时间被需要用于几种目的, 车辆和工具组合的结构可能会经常改变。正如 Freyberger 和 Jahns (1999), Wilson (1999)所提到的, 测量系统可以是一个绝对定位系统,比如Bell(1999)描述的卫星系统,或者是一个相对的系统,比如Debain et al. (1999), Hague et al. (1999)描述的机器视觉系统。它可能也包括辅助传感器。传感器只有在参考具体位置情况下测量位置,比如相机的安装点、天线的底部。在接下来的描述中,这个位置被称为测量点。由于各种原因,这位置测点的是预先设定好的,意味着卫星天线将尽可能安装在拖拉机的车顶上以便减少测量不到的区域。摄像机将会安装在有保障最佳视觉的位置。粗糙或倾斜的表面引起的运动可能导致测量位置和运动表面的位置不同。例如,一辆车顶上装有卫星天线的车辆,大约3.5m,驾驶在10的斜坡表面,倾斜方向造成的区别相差60cm。图1阐述了这个情形。在这个例子中,计算一个参考点的位置可能更适当一些。贝尔(1999)提出把拖拉机的后方轴的中点作为参考点。表面上的一个点,例如,后方轴中间的下垂直面似乎显得更适合与某些应用。像一些应用,比如控制实现,工具的一定点的位置可能最终重要。这个点将被称作目标点。在某些情况下位置数据需要用于不同的目的,分别为每个目的以一种独立的测量系统测量位置不是很有效。当位置测量只有一次时多个硬件可以避免,同时工具上其他点的位置或者工具也被计算。假如位置和方法被测量,实验测量和空间向量之间的地点测点的计算是众所周知的,那么这种情况是可能的。如果两个点严格耦合,这意味着两点都在拖拉机上、两点之间的向量是常数,一个简单的矩阵运算就能产生结果。如果这些点没被严格耦合,这意味着,例如,一处拖拉机,另一个是在附加工具上,矢量是可变的。额外的测量成为必要用来建立两点之间的向量或必须应用其他原理计算目标点的位置。2.数据处理和数据转移通过计量点上的测量位置和方法,在车辆或工具上任何点的位置数据可以被计算出来。计算结果可以被测量系统(中央数据处理)或由请求目标位置数据的各个系统(分布式数据处理)计算出来。2.1 分布式数据处理在分布式数据的情况下,测量系统仅作为智能传感器服务。它测量需要的位置和计算,和提供这些未经处理的数据。频率和精度等特点取决于请求的单位。这个单位执行所有处理来计算位置。单位必须知道测点的位置和各有关参数。这样处理的好处是测量装置可以相对简单。另一方面,每个请求的单位需要的充分的能力来履行这一运算。2.2 中央数据处理测量单位被扩展包括计算目标位置的各个组件。这个测量和处理系统形成了一个所谓的位置和导航服务的单元,这个单元提供任何目标点的最终位置数据。在这种情况下,只有一个测量与处理系统是必要的,即使位置数据必须被更多的用户要求。这样做,只有PNS必须知道所有相关的参数来进行计算。2.3 数据传送 无论数据在哪里处理,一个数据传输是必要的。对于这样一个数据传输,一个标准的网络是适当的。为了用于农业领域,存在一个在移动单位和固定农场电脑之间传输数据的汽车。农业总线系统(LBS)也已被标准化以便能在网路的各个电子单元(LBS节点或BUS节点)之间进行信息交换。这个标准定义了物理层网络,网络协议,系统管理,数据对象和常见任务的服务程序(Speckmann andJahns, 1999)。LBS以DIN9684(DIN,19891998)作为标准。目前,正在努力建立一个国际标准(Nienhaus,1993),ISO 11783,为了这个目的,像LBS,ISO 11783也将定义一个农业BUS作为一个农业机械交换数据的开放系统,特别是在拖拉机-执行工具的组合和从移动单位到静止不动的农场计算机。这个标准是基于控制器区域网络数据协议(CAN; BOSCH, 1991)。市场上有相应的硬件设备。在LBS中,为一般位置数据(地理位置:经度、纬度、高度,或轨道位置)的传输定义了数据对象。这标准允许定义的额外的数据对象,例如多维的距离,方向和速度。没有几何实施参数的数据对象目前存在在LBS中。ISO 11783提供,在第7部分(信息实现应用层),实施航行偏移的第一个定义。现行标准没有定义数据在哪里进行处理。因此,关于BUS中哪个单元计算目标点的数据,哪个或那些单元测量数据不具体。LBS提供所谓的LBS服务来执行常见任务。LBS服务是为LBS的参与者频繁地执行复发的任务的功能单元。LBS用户站就是这样的一项服务。这是一个为用户提供输入和输出BUS上节点(BUS参与者)处置的数据中央接口。另一项服务提供在移动单位和固定的电脑,农场的电脑之间的数据交换。一些服务在LBS中被定义但尚未有详细的标准,例如诊服务断或“Ortung und Navigation”(位置和导航),将在下面作为PNS被讨论。在图2中,一个典型的农业网络的简化方案展示了一个拖拉机-喷雾器的组合。这个图表包括物理BUS线路,即骨干网络。在这个BUS上,参与单元如拖拉机的电子控制单元(ECUs)、雾化器被连接协作起来。另外,两项LBS服务也被连接到BUS上。一项服务代表LBS用户站。另外一项是位置和导航服务,即位置数据的测量和处理系统。2.4 分布式和中央数据处理的比较一个分布式数据处理,农业BUS,根据DIN 9684 或者ISO 11783, 定义了在测量系统和任何参赛者之间必要的数据交换;独自地,任何一个ECU。每一个ECU怎样得到计算机位置数据计算必要的几何和运动参数的问题保持开放。每一个ECU知道从各自的结合点到目标点的参数,但它不知道从结合点到测量点的参数。这些参数必须由其他ECU提供。没有标准定义相应的数据对象或请求数据的程序。对于分布式数据处理,这些定义必须补充。另外,对于中央数据处理,一定要知道测量点和目标点之间所有的运动参数。此外,方法必需被定义以便使用中央服务计算目标点的位置数据。一个位置和导航服务需要扩展标准,但以下的优点在实际使用中是至关重要的。 为了确定目标点的位置数据,相应的控制单元(ECU)只有一个对话伙伴网络。它独立工作于各自的网络配置,仅仅发送自己的参数和只接受它特定位置数据。 PNS从所有的ECU上接受参数。它知道所有一切几何条件和车辆-工具组合的运动参数。因此,任何目标点位置的确定是可能的。 这个标准的定义了计算程序和明确的提出了目标点的位置数据。 计算位置数据的计算性能完全由PNS提供。没有计算能力需要用于这个目的。在前一节提到,提供位置和导航数据的服务已经在LBS的计划中。在下文中,将提到PNS的一个试例解决方案。3.一项定位和导航服务的提议此时,应当指出,下面的PNS的介绍是一项建议。它提供了一个平台进行讨论,这可能导致这个服务标准化。3.1 PNS的主要特征PNS的特征首先依赖于它的使用目的。从前面所讲的,很明显的是,测量的位置数据在一个地点,用在不同的地点。为了提供需要的数据来指导车辆,控制工具的位置和协助任何一种精耕农业,下面的条件必须满足: PNS提供有关测量点的数据。 PNS提供有关参考点的数据。 PNS提供有关目标点的数据。这项服务的特点如下:1.数据的请求和传播的方式已经标准化,数据被LBS (DIN 9684)定义和将被ISO 11783标准化。因此,它将不会在此讨论。在下面,LBS将作为一种标准化的农业BUS系统被使用。2.数据的容量、准确性、频率和范围是由数据的目的决定的。3.满足这些要求的硬件和软件不应被规范,应该取决于生产厂家。3.2关于位置数据测量和计算方法标准的影响各种测量系统和PNS中用于决定位置数据的方法不再标准的范围之内。基于卫星,机器视觉、惯性导航、地磁或这些情况的组合可能被应用。作为一种结果,生产企业可以决定如何产生位置数据,只要他满足了规定的要求和准确性。3.3 PNS在农业BUS系统中的整合在LBS中整合定位和导航服务存在一些好处,因为许多特性已经被定义。LBS已经包括在PNS的选项作为试验的标准。它允许实现服务作为一个独立的物理单位或者为另外一个物理单位的逻辑单位。BUS接口和BUS协议的物理性能(DIN 9684, part 2)已经被标准定义。为LBS中服务的集成,系统的功能的定义是果断的(DIN 9684,part3)。他们在LBS中定义节点的性能。第三部分也给了LBS服务一般的定义。一项LBS服务形成与LBS参与者点对点的连接。LBS参与者使用服务时不会被其它使用者影响,一个LBS参与者也不能影响其他参与者对服务的使用。所有进一步PNS的定义还不规范。3.4 PNS操作的一般模式PNS设计应用以下的基本假设:1.每一个ECU的只知道它自己的参数,包括参考点、目标点、结合点位置、车辆类型或轴距的坐标和数量。2.只有ECU根据工作条件可以定义必要的时间间隔,准确度和位置数据的分辨。3.每一个ECU的可以选择不同的任意时刻的位置数据。4.参数和计算和提供的位置数据的方法将会在田野机械开始运作过程之前被定义。5.PNS提供了一些程序为实施标准和车辆类型计算位置数据。6.位置数据自动(周期性)地或根据需求被提供。 为了满足这些要求,服务窗口提供适当的工具,同时 ECUs 决定如何使用及使用哪个工具。这意味这它们定义一个或者多个任务。这样一项任务基本上代表了一个命令表,包括激活具体工具使用的命令。这些任务被送到PNS,随后PNS执行这些任务。一个ECU的不同的任务相互独立的被执行。图3阐明了PNS与一个ECU之间的数据传递。同时,也显示了PNS的主要部分。PNS的这些工具包括位置测量系统和测量点的数据,以及一系列处理这些数据的程序方法。程序如下:1. 计算位置数据(位置程序);2. 计算位置数据值的平均值,最大值、最小值和积分的方法(算术程序);3. 输入和输出数据(传输程序);4. 传递数据到ECU(传递程序);5. 控制数据处理(数据控制程序);为了这些方法的执行,ECU必须定义相应的参数。它同时也定义位置数据的数据对象。PNS的主要工具是一项执行ECU定义的任务的程序系统。简而言之,程序系统解释任务指令,调动相应的方法,计算要求的位置以及把数据送到ECU(电子控制单元)。为了一项任务的定义,ECU生成一个任务库。一个务库主要是一系列调动PNS的程序法或者调动内嵌的任务库的指令。各种参数被定义并且放置在参数库里。为了存储被计算的位置数据,ECU必需定义数据库。数据库必需在激发相应任务程序之前通过BUS从ECU传送到达PNS。3.5 PNS预定义的程序PNS预定义的程序是一些处理位置数据或者控制数据处理的程序。不同的程序执行不同的功能。不同的程序被一些独特的标识符区别。这些程序被称为“内部任务”(任务库)。他将会成为标准的一部分用来定义标识符,功能规格和调用程序规格。3.5.1 位置程序位置程序(计算位置数据的程序)是计算目标点位置数据的数据。这些方法计算从最初的位置(输入位置数据、资料的参考点的数据或以前计算的数据)到一种新的点的位置(输出的位置数据、数据的目标点或作为中间结果)。位置程序能够满足不同结构位置的计算(考虑一、二或三维模型,严格耦合点,几个基本类型车辆的不严格耦合点,工具和车辆-工具的结合)。这些程序从有关ECU执行定义的参数库得到他们的实际参数(目标点的坐标,车辆的长度、宽度、高度、类型或轴距)这是确定的有关实施ECU的。图4显示了使用一个位置程序的一段任务库。PNS的程序系统执行这个程序库。在任务库的某一点上,它发现调用位置程序的指令。这个调用指令包括特定程序的标识符和有关参数库的引用。这时,程序系统拥有由以上的操作产生的实际位置数据。现在它使用这些实际数据作为输入数据,和引用参数库用于位置程序。然后,它执行特定的程序。该程序使用指定的参数计算输出的位置数据。然后,它返回到程序系统。位置程序的输出数据成为新的实际位置数据。程序系统继续执行下面的指令。3.5.2 算术程序算术方法被用来计算位置数据的平均值,最大值、最小值或者积分值。一个算术程序从程序系统的实际位置数据或从特定数据库得到位置输入数据。它使用在调用指令里决定的参数库中的参数计算输出位置数据。然后,计算结果数据被存储在一个被定义的数据库里。图5展示了一个算术程序使用的例子。在任务库的某一点上,它发现调用算术程序的指令。这个调用包括具体程序的标识符,一个有关参数库的引用,一个目的数据库的引用和源数据库选择性的引用。这个程序系统采用实际数据和参考数据用于程序计算。根据调用规格,算术程序从程序系统(没有定义的数据库参考)或一种数据资源(数据资源I)得到输入数据。它计算被要求的值并把计算结果存储在一个数据库里(数据库II)。计算参数是从定义的参数库中得到的。程序发挥到程序系统并继续执行。实际的位置数据没有被改变。3.5.3 传输程序 PNS定义了三种类型的传输程序。输入程序是用来装载作为实际位置数据的确定的数据库位置数据到PNS的程序系统。输出程序存储实际位置数据到一个在调用指令里预先定义了的数据库。输入/输出程序被用来从一个源数据库到目的数据库之间传输数据。 图6显示了一个使用输入和输出程序的例子。输入程序的调用指令包括具体程序的标识符和源数据库的引用。在执行输入程序之前,程序系统为程序提供源数据库的引用。然后,程序执行和得到位置数据,并将它作为实际位置数据返回给程序系统。以前的实际位置数据被损坏。系统继续进行。对于输出程序的使用,实际位置数据与目的位置数据库提供参考。输出程序将实际数据放到目的数据库并返回到程序系统。实际位置数据仍然有效。3.5.4 传递程序 传递程序发送具体的位置数据到ECU。源数据在调用指令(或一个数据库或程序系统的实际数据)里被定义。当执行一个传递程序时,它得到具体的位置数据并传送到ECU。3.5.5 数据控制程序数据控制程序控制一个任务库的执行。程序流程是控制时间或距离。PNS的程序系统调查任务库。假如确定的时间间隔已过期或已超出距离限制,程序将执行下列指令。否则,程序系统跳到数据库的结尾。马铃薯收获机的设计摘要:马铃薯为地下产物,且是块茎繁殖,收获受季节和天气限制。据我的了解,马铃薯这种农作物的收获难度系数很大,而且从季节的角度看它的季节性很强而且,由于长年都没游戏的关于这方面的机械研究产品,所以给农民带来了很大的困扰,本课题就是以为了解决上述问题为研究目的来对马铃薯收获机进行研究,对这个机械产品进行应用上的分析。同时我设计的这是组合分离式马铃薯收获机。主要就是对此机械产品的主要参数进行了准确的选择选择,对主要零部件的设计进行了精准的理论计算。同时做出相应的CAD图纸用来一目了然的了解到我的设计。最重要的是要从实际情况中来确定研究思路,所以我就深入到种植场地上认真观察实际情况,这一举措对我的设计确实帮助不少。而且从往年国内外的期刊杂志上了解了很多情况,让我对此设计又增加了不少信心,思路更加清晰,做出的设计必须要满足实际要求。关键词:马铃薯;收获机;农业机械;机械;挖掘铲IDesign of potato harvesterAbstract: the potato is a product of the underground, and it is the tuber propagation. The harvest is restricted by seasons and weather. According to my understanding, the potato crop harvest difficult coefficient and from the point of view of the season see its seasonal very strong and, due to the long-term game of on the study of mechanical products, so to farmers brought great distress, the subject is in order to research purpose to study of potato harvester, the mechanical products for application on the analysis of the problem to solve. At the same time I designed this is a combination of separate type of potato harvester. Mainly is the main parameters of this mechanical products to choose the correct choice, the design of the main parts of the precise theoretical calculation. At the same time make the corresponding CAD drawings for a clear understanding of my design. The most important is to determine the research ideas from the actual situation, so I went deep into the planting site carefully observe the actual situation, this initiative to my design really help a lot. And from the domestic and foreign periodicals in previous years to understand a lot of things, so I designed to add a lot of confidence, ideas more clearly, to make the design must meet the actual requirements.Key words: potato; harvester; agricultural machinery; machine; digging shovelII目 录摘要IAbstract目录1马铃薯收获机的分析11.1马铃薯收获机研究的目的和意义11.2国外马铃薯收获机的发展现状11.3国内马铃薯收获机的现状分析21.4多功能马铃薯收获机的发展趋势32总体方案的设计42.1整体布局的设计42.2工作原理43传动比的确定与减速器的选择63.1传动比的确定63.2减速器的选择64带轮和链轮的设计74.1带轮的设计74.2链轮的设计125联轴器的选择及其轴的设计155.1联轴器的选择155.2联轴器上轴的设计156链轮轴的设计和校核166.1链轮轴的设计166.2链轮轴的校核167分离输送器的设计187.1分离输送器的机构及工作过程18III7.2杆条参数的确定187.3分离输送器线速度的确定198挖掘装置的设计208.1挖掘铲的构成208.2挖掘铲的设计209地轮和机架的设计249.1地轮的设计249.2机架部分的设计2410使用说明和结论2510.1使用说明2510.2结论25参考文献26致谢28IV1 马铃薯收获机的分析1.1 马铃薯收获机研究的目的和意义在国内的马铃薯的种植面积可以说是以 10 万 hm2/年的增长速度逐年持续增加,2001 年将会达到 472 万hm2,产量讲位居世界第 1 位1-2。纵观全世界来看我国马铃薯的生产量位居首位,但却是马铃薯成果转化比较差的国家。目前看来发展中国家对马铃薯的需求量将是 2000 年的 2 倍3-7。随着近几年市场对马铃薯需求量的持续增加,国外的一些有名气大公司纷纷来到我国从事马铃薯生产与加工业务,国内的一许多生产企业也纷纷加入这块儿领域来发展,因此使马铃薯得生产开始趋向生产基地的规模化、标准化迈进了一大步7-10。但是,一个残酷的现实又将摆在了面前,马铃薯的收获作业用工 70%以上至今都还是停留在传统的人工割秧、镐头刨薯、人工捡拾的阶段,非常严重的影响了马铃薯的规模生产,从而导致了市场的供不应求。国内马铃薯的种植面积跟规模越来越大,从而使马铃薯收获机成为了我们要研究的课题。从全世界来看,大小企业对马铃薯收获机的研究投入了非常大的人力和物力。国内的现状依然是落后的收获方式,而国外已经有了很大的改善,所以我们要把我们的知识运用到新设备的研究,用来提高马铃薯行业的工作效率。这样的思想前提才能产生好的思路来做出好的设计,这将对我以后从事的行业有很大的帮助,在没有任何约束的前提下,我能够让我的大脑开足马力来跟我一起应对即将要面对的所有难题。1.2 国外马铃薯收获机的发展现状国外的机械行业相对过了你来说发展的较快,相对来说国外马铃薯收获机在20世记初,欧洲国家有了畜力牵引收获机来替代手工挖掘马铃薯、之后又改用拖拉机。随后又出现了升运链式和抛掷轮式马铃薯收获机。在20世纪40年代初,前苏联、美国就开始研制马铃薯收获机械,50年代末己实现了马铃薯收获的机械化,随后相继好多国家亦相继实现了马铃薯作物生产机械化。70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合收获机,且以收获垄作种植为主11。这些机型是大功率拖拉机变型,为了加强筛选效果,分离器有四个液压泵带动。图1.2.1 EURO-V1400L马铃薯收获机 图1.2.2 Spirit8200马铃薯收获机发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业,发达国家的马铃薯作物收获已基本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合收获机在自动化控制马铃薯分离以及减少马铃薯作物损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三A公司久保田公司等都生产适合小地块作业的中小型自走式马铃薯作物收获机12-15。1.3 国内马铃薯收获机的现状分析通过我对近几年马铃薯收获机的了解,也有能人才子在国内对此类机械做了研究,比如大蒜挖掘机。不过呢就是有很多机械在现实的实用性上都存在着一些新的问题还需不断改进,其中这些问题我总结了一下主要体现在两个方面吧,第一就是是对农作物的损伤,因为像大蒜、生姜此类作物,他本身比较脆弱,就容易造成损伤,损伤后产量就会减少,而且到了市场上价格也会比平常卖的更低;第二就是适应性很差,因为每个地方跟每个地方的种植技术不同,地形啊种植的田垄高低也不同,造成非常差的适应性。综观国内外多功能马铃薯收获机的发展特点及外部环境,专家预测未来多功能马铃薯收割机的主要发展趋势是:1) 开发节能、高效、可靠、环保型产品的多功能马铃薯收割机。2) 安全性及通用性是产品发展的重要目标。3) 大型化与小型化仍是产品系列化的两极方向。4)技术进步、操作方便和售后服务将成为企业生存的三大关键因素。1.4 多功能马铃薯收获机的发展趋势1.4.1 向适应性,通用性发展我们可以在一台马铃薯收获机的基础上能够更换不同型号的清选、分离装置,还有摘果装置16-19。采用可以互换的滚筒式分离机构和圆盘割刀式分离机构,而且可以用于花生、大蒜、洋葱等多种根茎类作物的联合收获,从而实现一机多用的状态来满足我们的需求。还可以选用适应性比较强通用性好的的果秧分离机构,适用于不同种类根茎类作物的秧蔓与果实的结构、形状、尺寸将两者分离,以适应多种作物和多种形式马铃薯作物的收获要求。1.4.2 向智能化方向发展通过我尽量年在国内各大机械厂实习的见识,对我来说影响最深的,要想成为一个机械大国,必须把机械往智能化的方向发展 20,给我们研制出来的农机产品配备上最精准的多功能的农业系统,我想这将成为未来农机发展的潮流,我还发现近几年花生、大蒜、胡萝卜、马铃薯等种植面积不断扩大,所以我觉得经济作物的耕作机械应重点开发根作物的收获。1.4.3 向多功能联合型机械发展增加农业机械的使用方向,避免机械的单一性,实现一机多用,可用于花生、大蒜等多种根茎类作物的联合收获等作业联合在一起,并可增加其收割功能,以提高机具利用率21。1.4.4 向精量化农业机械发展开发安装有精量收获的传感器以达到提高收获率的目的。1.4.5 简化操作还有一大关键就是要提高收获机的工作速度,简化操作流程,这将是提高收获作业生产率的又一途径,还有就是在收获后装箱时,尽量使用大点的集装箱以提高没必要的装卸次数,而且在装卸过程中会出现很多垃圾,这样也能从减少打扫时间上来提高生产效率1.4.6 创新改造在原有单一挖掘机械的基础上创新改造,可增加挖掘机械的科技含量,提高自动化成效,极大限度的加强机械化。2 总体方案的设计2.1 整体布局的设计其传动图如图2.1.1图2.1.1传动图1、万向联轴2、链轮 3、减速器4、动力输出轴 5、输送链驱动轴 6、抖动轮轴其总体结构图如图2.1.2图2.1.2总体结构图1、V带轮 2、V带 3、机架 4、抖动轮 5、减速器 6、联轴器7、悬挂架 8、挖掘铲 9、链轮 10、传动链 11、地轮2.2 工作原理本机主要由V带、减速器、抖动轮、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。拖拉机产生动力通过减速器和带轮将所需要的动力传送到链轮上,链轮带动链条从而带动分离装置运动,将从挖掘铲部挖出的马铃薯向机器后方运送,同时由于有抖动轮的作用,使得马铃薯在输送的过程中实现马铃薯与土的分离,而达到了分离的目的。最后马铃薯落入收集箱中。表2.2.1马铃薯主要性能参数工作宽度1800 mm作业行数2 行作业深度200 mm主轴转速540 r/min配套动力(拖拉机)80-100 马力作业速度0.6 1 m/s纯小时生产率0.25 0.60 hmh集薯类型铺条理论明薯率 95%理论挖净率 98%理论破损率 3%行距700 900 mm3 传动比的确定与减速器的选择3.1 传动比的确定该多功能马铃薯收获机的配套动力为100马力的拖拉机,其输出轴的转速为540r/min,通过一级减速器和带传动,设其总的传动比减速器的传动比。带传动的传动比为了能满足分离器上的线速度为1.3m/s的要求,因为所以所以链轮半径3.2 减速器的选择其传动比为2,所以选择传动比为2的减速器,其型号为ZDY,ZDZ100型圆柱齿轮减速器。其结构如图3.2.1:图3.2.1 减速器结构图4 带轮和链轮的设计4.1 带轮的设计收获机的工作功率为1.5KW。故: (式4-1)-工作情况系数 取=1.2。4.1.1 选择V带的型号根据计算功率和小带轮转速,故选择A型带。4.1.2 确定带轮基准直径:1. 初选主动轮的基准直径D1 根据所选V带型号参考,选取,选。2. 验算带的速度V 3. 计算从动轮直径D2 取D2为107mm4.1.3 确定传动的中心距和带长初定中心距,由 即:即:,所以可取 根据公式(820)计算基准带长: 选取带的基准长度,查表得:根据公式(821)计算实际中心距:考虑安装调整和补偿初拉力的需要,中心距的变动范围为: 4.1.4 验算主动轮的包角根据公式(86)及对包角的要求,应保证: 4.1.5 确定V带的根数由公式(822)知 (式4-2)取Z=4根。考虑包角不同时的影响系数,简称包角系数;考虑带的长度不同的影响系数,简称长度系数;计入传动比的影响时,单根V带所能传递的功率的增量;查得:=0.45 =0.98 =0.91 =0.0244.1.6 确定带的初拉力单根V带的初拉力确定:4.1.7 求带传动作用在轴上的压力 ( 式4-3)式中: Z带的根数; 单跟带的初拉力; 主动轮上的包角。4.1.8 V带计算结果表 V带设计计算列表设计计算项目结果说明工作情况系数k1.2计算功率P1.8选取V带型号A小带轮直径D80mm可选比表中大的值大带轮直径D107mm验算V带的速度V1.1304m/s初定中心距a350参考实际机械结构确定初算V带所需的基准长度L1068.2选V带的基准长度L1153mm续表3定V带公称长度L1120mm定中心距a392.4mm包角175120,合适包角系数k0.98V带规格:A型,长1153mmV带根数:4根中心距: 392.4mm4.1.9 材料的选择 带轮常用材料是铸铁,因为带速v25ms,所以选用HTl50。4.1.10 带轮的形式带轮采用实心式。同样大带轮的基准直径D(2.53)d,所以大带轮也用实心式。4.1.11 带轮尺寸的计算小带轮的轴孔直径,小带轮与减速器相连,故取=40mm。因为, 所以 小带轮的宽度: 小带轮的直径: 大带轮的轴孔直径,大带轮与链轮主动轴直径一致。设大带轮轴孔直径。大带轮的宽度:大带轮的直径: 带轮的结构如图: 图4.1 .11.1 带轮4.2 链轮的设计4.2.1链轮的设计目的设计该链轮的主要目的是为了能带动分离机构的运动。通过链轮使得链的线速度为1.6m/s。为了达到这一目的,所设计的链轮传动比应为1,即两链轮的直径应当相等。由前面的计算已经得出链轮的直径r=62mm。4.2.2链轮的设计1. 选择链轮的齿数由已知得链轮的传动速度为1.3m/s,传动比为1。通过查表所以取2. 初定传动中心距 根据公式 初取3. 确定链长 节4. 确定链条节距p 由表查得链节距p为15.875mm。5. 验算链速V 与原假设相符。6. 计算实际中心距7. 作用在轴上的压力Q 圆周力 故:8. 润滑方式根据和,选择滴油润滑。4.2.3 链轮材料的选择链轮的材料应当能够满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中,链轮可采用中碳钢制造;中速、中载时,采用中碳钢淬火处理,其硬度40HRC45HRC; 4.2.4 链轮机构的尺寸计算该链轮为滚子链轮。1. 分度圆直径 2. 齿顶园直径 3. 齿根园直径 4. 最大齿根距离 5. 齿侧凸缘直径 所以取 链轮结构如图:图 链轮5 联轴器的选择及其轴的设计5.1 联轴器的选择该马铃薯收获机的设计宽度为712mm。两侧的机架壁厚度各位10mm。所以整个机架的内部空间为692mm。所选的减速器的输出轴的外伸长度为110mm。 输出轴的直径为48mm,所以选择联轴器时其孔径也应当为48mm。通过查阅手册21,可以选择HL4型联轴器。其长度为112mm。5.2 联轴器上轴的设计联轴器上轴的作用是为了将减速器和带轮通过联轴器相连接的。其设计过程如下:1) 轴4部分:此部分轴是装联轴器的。联轴器的长度为112mm。所以在设计时可以把该部分长度设计为110mm。2) 轴3部分此部分上装滚动轴承。因为机架内壁到机架中心线的距离为346mm,减速器中线到输出轴端的距离为214mm,联轴器长112mm。所以联轴器到机架内壁的长度为346-214-112=20mm。所选的轴承为角接触球轴承。其宽度为24.75mm。所以设计时该轴段长度为42mm。3) 轴2部分:该部分装同时有轴承端盖。为了让V带轮输出机架为20mm,所以该段长度可设计为44mm。4) 轴1部分:该部分上装V带轮,V带轮宽为65mm,所以设计该段长为63mm。6 链轮轴的设计和校核6.1 链轮轴的设计该轴的设计步骤如下:1)轴2和轴4部分:这两部分都是装链轮的。因为链轮的厚度为75mm,所以设计该部分轴长度为70mm。2)轴1和轴5部分:这两部分都是装轴承的,所选轴承为角接触球轴承,其宽度为24.75mm。设计两轮侧面距机架内壁距离为20mm,所以设计该部分轴长为50mm。3)轴6部分:该部分上装轴承端盖,设计其长度为33mm。4)轴7部分:该部分上装大带轮,所以其设计长度也为70mm。5)轴3部分:该部分通过计算可得其长度为488mm。其结构如图6.1:图6.1.1 链轮轴6.2链轮轴的校核先作出轴的受力计算简图,取集中载荷作用于带轮、链轮和轴承中点。6.2.1 带轮上作用力的大小压轴力 则 6.2.2 链轮上作用力的大小压轴力 则 求垂直面上轴承的支反力画主要截面弯矩图 垂直面受力图 见图(b)主要截面弯矩图 见图(c)6.2.3 求水平面上轴承的支反力,画主要截面弯矩图 水平面受力图 见图(d)主要截面弯矩图 见图(e)40截面D处垂直面,水平面合成弯矩 弯矩图见图图7 分离输送器的设计7.1 分离输送器的机构及工作过程7.1.1 机构形式的确定机构简单,带面倾斜30时也能工作,因此是一种应用比较广泛的分离工作部件。链杆式分离输送器是由园杆组成,杆的两端焊接在链条上。形成具有筛选马铃薯而分离土壤的栅。7.1.2 分离输送器的工作过程工作过程是被掘起的土壤、马铃薯等向上输送,在输送链的作用下,土壤被疏松,土壤通过杆之间的间隙筛出来,马铃薯则被输送器输送到机器的尾部,从而将马铃薯收集到后面的收集箱中,达到收获马铃薯的目的。其结构如图:图 分离输送器图1、主动轮 2、链条 3、抖动轮 4、从动轮7.2 杆条参数的确定在欧洲的许多国家里,杆间距离通常为25-28mm。而在美国,甚至为40-48mm。亚洲的日、韩等国为30-40mm。这个间隙主要于马铃薯作物的品种和马铃薯的尺寸由很大关系。在波兰,一个马铃薯的平均重量大约为60-80g,而美国可以达到200g左右。分离输送器的杆条间隙如图13,从图中可以看出下面的关系: (式7-1)式中: 其结构如图7.2.1:图7.2.1杆条间隙图7.3 分离输送器线速度的确定线速度是分离输送器设计的主要参数。输送器的寿命、尺寸及机器的重量都与它的速度有关。输送器的长度关系到马铃薯分离和整机的尺寸,因此它必须适当。试验表明:当线速度高于2m/s,土壤含水量大于等于20%时,分离能力下降。若机器的前进速度为,分离传送器的线速度为,则有:,的取值一般为0.82.5机器工作时的速度为1.2m/s,分离输送器的速度为1.3/s,所以算出的为1.08。在0.8到2.5的范围之内,所以该参数的确定符合要求。8 挖掘装置的设计8.1 挖掘铲的构成挖掘铲由铲片固定板、独立的铲片和角度调节机构组成的。铲尖角度设计为钝角,这样可以减小铲前的入土深度,从而降低无效挖掘深度的动力消耗。我对于挖掘铲的设计比较新颖,它的形状像英文字幕w,我个人比较喜欢这个设计,它的入土性能比较好,可以省最少的力就能够进入到土内,大大减小进入土地里的阻力,减少不必要浪费的资源,更加省成本。最终效果,这也是提高我们马铃薯收获机工作效率的一个重大举措,这都是细节问题,细节决定一切,而且它的入土面积较大,从而大大地减少漏挖,减少收获后土地里马铃薯的残留量,大大提高收获量,大大提高工作效率,减少不必要后期工作与工作量。图8.1.1马铃薯根系和薯块一般分布状况8.2挖掘铲的设计挖掘铲的铲片铲片与铲片之间留有间隙的,而且是多片铲的变形,因而带来很多的优点。1)一方面是减少铲尖与土壤的接触面积,达到减少阻力的目的。2)另一方面是减轻了机器前部的重量,防止铲尖下陷。 (式8-1) 式中: 为作用于铲刃上的阻力。 为铲刃上的正压力。 为铲刃上的滑切力。 为铲刃与土壤之间的摩擦力,且,为摩擦角。 代入得:一般土壤对钢的摩擦角为,取,所以。若铲片数量为5个,单个铲片宽度为100mm,长度为250mm,铲刃倾斜角度,铲面倾角为,铲间间隙为25mm。在实际考察当中,我还当发现一个较为严重的问题,就是在挖掘铲工作中,收获后的马铃薯会从挖掘铲两侧掉出,从而加大一定的劳动量,降低收获效率,所以我决定,在挖掘铲的两侧,焊接尺寸相当的金属挡板,从而解决这个问题。只有在不断地研究,不断地测试,不断的改进,才能研究出好的机械产品。其结构如图8.2.1:图8.2.1 挖掘铲 图8.2.2 挖掘铲参数1图8.2.3 挖掘铲参数 图8.2.4 受力分析图8.2.5 铲尖受力分析图8.2.6 铲面水平倾角及铲的末端离地高度示意图9 地轮和机架的设计9.1 地轮的设计地轮的作用主要是在机器行走过程中的平衡支撑作用。为了克服收获机收获时挖掘铲前部较大的阻力,设计的地轮应当有较好的通过性,且能够保证在凹凸不平的地表情况下准确控制挖掘深度。地轮材料可以选择铸铁,结构采用腹板式。在机架上设置不同的安装位置,可根据种植情况调节深度。9.2 机架部分的设计收获机组的入土性能、挖掘深度稳定性能、机组牵引性能、运输通过性能及对地表的适应性能等主要工作性能都收多功能马铃薯收获机悬挂装置的影响。悬挂架及机架部分大部分采用矩形管,这样即可以减轻质量、降低成本,而且还能够满足结构的刚度和强度的要求。10 使用说明和结论10.1使用说明使用时将多功能马铃薯收获机悬挂在拖拉机后面。1) 要经常检查关键部件的连接,定期加注油,零件不合格是应及时换掉。2) 各相对运动部件表面要保持清洁。3) 尽量使多功能马铃薯收获机所处的环境清洁,通风、干燥。4)经常检查分离输送器,因为它直接关系到分离的好坏。10.2结论通过本次毕业设计,我对产品的设计过程有了一个系统的认识,掌握了基本的设计过程,真正地将所学的理论知识与实践结合起来,提高了独立思考解决问题的能力,在设计的过程当中,难免有不妥之处。在今后的学习工作中我会继续努力,弥补自己在专业知识上的缺欠。此次设计,我认为最重要的就是使我明白了,无论做什么事情,要想做好,必须态度端正;要善于学习,时刻学习;做事要严谨、认真,细致、不怕吃苦,还要有创新精神。参 考 文 献1 孙芸.我国马铃薯加工产业化现状及展望J.农业机械,2000,(7):26282 谷茂,马慧英,薛世明.中国马铃薯栽培史考略J.西北农业大学学报,1997, 27(1): 77813 (马铃薯)起源历史EB/OL. http:lpotato%20history.htm,2001-03-09/2001-03-104 安思民,白淑霞,冯学赞,等.试论我国马铃薯产业化的发展道J.马铃薯杂志,2000, 14(1):4647.5 马铃薯专业委员会种薯生产加工组.马铃薯加工企业研讨会会议纪EB/OL. http:/xxtb/jghyjy.htm, 2001-03-08 / 3001-04-106 张勋.马铃薯生产机械化与产业发展战略.中国农业机械学会农业机械化分会第七届全国代表大会论文集C.杭州萧山.2007:2067 Bruno Agard,Bernard Penz.
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