4U-750马铃薯收获机设计
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毕业设计中文摘要4U-750马铃薯收获机摘 要 马铃薯作为中国重要粮食作物之一,薯类的收获机械化已经得到了高度重视。本文对4U-750型牵引式马铃薯收获机进行研究和设计。这款马铃薯收获机利用安装在机器前侧的挖掘铲,把马铃薯挖掘出来,然后通过分离装置把马铃薯和泥土分离开,分离出来的马铃薯通过分离输送筛把马铃薯铺于地面,最后由人工捡拾收集。马铃薯收获机的整机设计包括:马铃薯收获机挖掘部件、分离输送部件、传动机构的设计。挖掘部件直接或间接与机架形成刚性连接,本机通过对比采用组合式平面三角铲进行挖掘,对挖掘铲主要参数进行设计。分离部件配置在挖掘铲后面,通过对比采用杆条式升运链搭配抖动轮完成输送和分离,这部分对抖动轮进行理论设计,输送杆条通常选用直径10mm的细长圆杆。传动装置采用链轮传动,由拖拉机提供动力,减速器和链轮将动力传输到分离输送部件上,完成马铃薯的收获。通过对马铃薯收获机主要部件的设计以及对地形得分析,可以确定马铃薯收获机的尺寸,这时可以用AutoCAD完成装配图以及各个零件图的绘制。关键词:马铃薯收获机;挖掘部件;分离部件;传动部件;机械设计毕业设计英文摘要4U-750Potato harvesterAbstractAs one of the most important food crops in China, potato harvest mechanization has been highly valued. This paper will research and design the potato harvester.This potato harvester uses the digging shovel installed in the front of the machine to dig out the potatoes, and then separate the potatoes and soil through the separation device. The whole machine design of potato harvester includes: the design of digging parts, separating and conveying parts and transmission mechanism.The digging parts directly or indirectly form a rigid connection with the frame. Through comparison, the machine adopts the combined plane triangle shovel to dig, and designs the main parameters of the digging shovel.The separation part is arranged behind the digging shovel. By comparison, the rod type lifting chain is used with the shaking wheel to complete the conveying and separation. In this part, the theoretical design of the shaking wheel is carried out. The conveying rod is usually a slender round rod with a diameter of 10 mm.The transmission device is driven by chain wheel, which is powered by tractor. The reducer and chain wheel transmit the power to separate conveying parts to complete potato harvest.Through the design of the main parts of the potato harvester, the size of the potato harvester can be determined. At this time, the assembly drawing and each part drawing can be completed with AutoCAD.Keywords:The potato harvester;The mining parts;The separating parts;Transmission parts;Machine design 山西农业大学农业工程学院本科毕业设计目 录4U-750马铃薯收获机11 绪论11.1 研究的目的与意义11.2国内外现状11.2.1国外现状11.2.2国内现状31.3马铃薯收获机的研究内容42 设计总体方案62.1马铃薯物理特性62.2马铃薯种植模式分析62.3马铃薯收获机的设计构思72.3.1设计要求72.3.2机器参数的确定82.3.3马铃薯收获机所需功率的确定82.3.4工作原理93 传动机构的设计103.1确定传动机构103.2功率的计算及传动比分配103.3链传动设计113.3.1链传动的优缺点113.3.2传动链条的选择113.3.3链传动的设计内容及步骤113.4轴的设计193.5 键的校核204 关键部件的设计214.1挖掘铲的设计214.1.1挖掘铲的选择214.1.2挖掘铲的设计224.2土薯分离输送装置的设计254.2.1分离装置的选择254.2.2输送装置设计254.2.3抖动轮的设计264.3机架的设计和选材28参 考 文 献31致 谢334U-750马铃薯收获机1 绪论1.1 研究的目的与意义我国是马铃薯种植最大的国家,根据2018年中国马铃薯大会的生产数据,我国马铃薯年种植面积与产量分别在533.3万(8000多万亩)和9000多万吨,均居世界首位1。尽管我国马铃薯的种植面积很大,但产量似乎并不尽如人意,在世界上种植马铃薯的国家之中,我国的机械化水平最低,同时这也造成我国的马铃薯产量低的原因。我国马铃薯机械化率只有42.6%,这使得我国在马铃薯的市场竞争中不仅没有优势,反而造成土地资源的浪费,人力资源的浪费。所以实现马铃薯机械化收获是顺应马铃薯市场需求的必要条件。我国地形广阔,不同地区种植模式不同导致马铃薯机收难,也是造成国外先进机械在中国难以广泛应用的原因之一。设计一款适应中国农业,功能全面的马铃薯收获机可以大大解放农民的劳动力,增加生产效率。马铃薯联合收获机的设计开发是大势所趋的。1.2国内外现状1.2.1国外现状国外的马铃薯收获机械发展比较早,机械化的程度比较高。在20世纪早期,一些欧美国家收获马铃薯已经开始使用机械,生产力水平得到大大提高。20世纪中期,欧美国家基本实现机械化。20世纪末,一些亚洲国家,如日本,韩国也开始实现马铃薯收获机械化2。机械化收获大大解放了人们的双手,提高了收获效率。国外机械目前采用两种收获机械。一种是马铃薯联合收获机直接收获,另一种是挖掘拾捡装载机1。比利时、美国、德国采用自走式联合收获机,如图 1所示。图中可以看出,这款收获机可以在收获过程中将马铃薯的除秧、收获、装载运输集为一体。韩国、日本、意大利、波兰等国家由于地形原因,山地种植多,所以主要使用挖掘机。国外中小型联合马铃薯收获机的特点为生产效率高,体积小,与拖拉机配套使用过程中,对牵引机械马力要求不高。图 1 自走式联合收获机第二次工业革命期间,前苏联最早发明出马铃薯收获机械,首先发明出半悬挂式的马铃薯收获机,随后为了提高效率又发明了自走式的马铃薯收获机。德国的马铃薯收获机技术一直以来都处于国际领先地位,德国的格瑞莫(GRIMME)公司以生产马铃薯收获机而闻名于世,这个公司生产的产品质量上乘,受到各国一致好评。以VENTOR4150型4行收获机为例,其功率达到390kW,配备15吨料斗,整地效率和分离效率高1。图 2为格瑞莫公司设计制造的一款马铃薯收获机。从图中可以明显看出该收获机体型巨大,适应于大面积平地种植的马铃薯进行收获,并且可以一次性完成收获和收集两个任务,还节省时间,解放劳动人民的双手。图 2 格瑞莫马铃薯收获机1.2.2国内现状在发展之初,马铃薯收获多采用人工收获或者畜力挖掘,现代化水平低,造成人民劳动强度大,然而生产效率低。所以马铃薯收获机械化开始发展。起初我们借鉴国外先进技术研制出了第一代升运链式马铃薯收获机,由于地域特殊,并不能很好适应,随后马铃薯种植面积扩大,马铃薯收获机也开始向智能化,联合化的方向发展2。目前我国农机市场以中小型马铃薯收获机为主,如4U-2、4U-170等机型,通常以农村常用的拖拉机配套使用,适应性强,收获效率高。如图 3所示,这款收获机是我国自主研发的适应我国种植模式的联合收获机,可以很明显的看到收获机前的两个地轮,使用地轮是对国外机械的一种改进,可以很好适应中国土质,解决了国外机械在中国难以为继的局面。图 3 4U-170型马铃薯收获机在马铃薯收获生产厂家中,中机美诺科技股份有限公司在中国是具有代表性的企业,作为中国最早从事马铃薯收获装备的企业,其研发的美诺1700和1710系列马铃薯收获机,实现了国内大中型马铃薯收获机的突破1。图 4为美诺的一款代表机型1700。除美诺之外,青岛洪株农业机械有限公司、山东富邦农业机械有限公等企业也是中国具有代表型的马铃薯收获机的研发厂家。图 4 美诺1700国内的马铃薯收获机在这几年间迅速发展,在适应地形的同时提高效。收获机生产厂家逐渐增多,收获机种类也随之增多,已经从单一功能的挖掘发展到联合收获。但是国内马铃薯收获机械由于国家重视程度低,资金投入少,仍存在一些问题。首先国内收获机对比国外来看,机械化程度不高,大多数使用中小型,虽然受限于地形地势,但总体来看还是处于低效率的。其次,机械标准化程度低,中国地形复杂,不同地形需要使用不同机型这就导致中国的马铃薯收获机难以实现标准化生产。最后,我国的马铃薯收获机在机械化,创新化,智能化程度上比国外要落后。随着我国综合国力的提升,低水平的农业收获机械必然难以为继,所以我国的马铃薯收获产业乡创新化、集成化方向发展是必然趋势也是重大挑战。1.3马铃薯收获机的研究内容通过收集资料对4U-750型马铃薯收获机有了一定的认识,在认识的基础上,要设计一款马铃薯收获机,这款马铃薯收获机应满足机械收获的条件,完成马铃薯的挖掘,土薯分离,运输,和集条,并且以拖拉机为输出动力,这正好可以与现代农村的设备相匹配。根据马铃薯的农艺要求,完成马铃薯收获机关键部件的理论设计和计算机绘图。设计的技术路线如下:352 设计总体方案2.1马铃薯物理特性马铃薯作为日常生活中餐桌上一道必不可少的美食,它含有高淀粉含量,是一种地下生长的作物,与花生不同的是,马铃薯生长喜水喜肥,所以才有高淀粉含量。由于马铃薯的生长特点,导致马铃薯含水量较高,含水量高决定其储存方式以及收获方式需要小心,否则极其容易造成马铃薯外表损伤。马铃薯对种植地要求不高,土壤随着含水量不同,对应的形态也不尽相同。固态时,土壤含水量低互不粘结,土薯分离比较容易;在塑性状态时,土壤含水量高容易粘结,土薯分离容易,但机器很难在田间行走。所以实践表明,在湿度低,土质疏松的田地更适合机械化收获马铃薯。马铃薯与机械化收获有关的一些物理,力学特性如表 1所示27。表 1马铃薯物理特性 特性数值生长深度(cm)1322薯块分布宽度(cm)1830长度(mm)60120宽度(mm)4675厚度(mm)3756单个薯块重量(g)3756薯块容重(kg/m3)20290破坏薯块的静压(kN)650750茎叶拉断力(平均)(kN)0.30.92.2马铃薯种植模式分析我国幅员辽阔,地形复杂,马铃薯种植方式也因地形而异。而且我国各地马铃薯的品种多种多样,用途不一,这就导致各个地区马铃薯收获的作业要求也不一样。而且有的地区采用覆膜种植来增加产量,收获时地膜或者杂草的缠绕等对马铃薯联合收获机的工作性能会产生较大的影响,所以各种复杂的作业环境对马铃薯联合收获的作业要求就提出了一个较大的考验22。我国马铃薯种植通常采用垄作或者平作,在有灌溉条件的地区多采用垄作,在平地多采用平作,除此之外还有垄间套作,因地形而异。我国山西大部分地区地形平坦,水源充足,适合于平作,有的地区也采用垄作。2.3马铃薯收获机的设计构思2.3.1设计要求 通过对马铃薯收获机的调查,找出一款适合于山西种植形式的马铃薯收获机,根据市场需求做出如下要求:1、确保马铃薯收获机的作业质量,设计的马铃薯收获机在田间实际作业时能够顺利地完成挖掘、输送分离、铺放等功能23。2、配套动力要与农村现有的拖拉机相匹配。3、通用性强、可靠性高,能够在实现作业功能的基础上降低作业成本。根据中国农业行业标准,马铃薯收获机作业质量的规定,马铃薯作业地的土壤绝对含水率不大于25%,马铃薯联合收获机的作业质量要求和马铃薯挖掘机的作业质量要求如表 2和表 12。表 2 马铃薯联合收获机作业质量要求检测项目质量指标要求,%伤薯率破皮率含杂率损失率3.5444表 3 马铃薯挖掘机作业质量要求检测项目质量指标要求,%伤薯率破皮率明薯率3.03.5962.3.2机器参数的确定4U-750马铃薯收获机主要技术参数如表 :表 4 主要技术参数项目参数长宽高/(mm)结构质量/kg 配套动力/KW作业幅宽/mm作业深度/mm作业速度/(m/s)1000x1160x95017058.8600-800180-2201.62.3.3马铃薯收获机所需功率的确定机器的行走、挖掘铲在挖掘时的工作阻力以及驱动工作部件的工作是马铃薯收获机的主要消耗的功率,其总功率计算公式为:(1)式中机器所需的总功率机器向前滚动消耗的功率挖掘铲消耗的功率机器传动消耗的功率(1) 机器的牵引功率为,既:(2)式中机器滚动阻力(N)挖掘铲工作阻力(N)实际工作速度(m/s)机器滚动阻力可由下式计算:(3)式中机器滚动摩擦系数,取机器使用质量,取可求得得。(2)若以1.06m/s得速度前进得话,由此可得:。2.3.4工作原理工作时,拖拉机通过悬挂机构牵引马铃薯收获机前进,拖拉机提供传动所需的总动力,减速器作为传动机构一部分,通过输出轴将动力传动到链轮,链轮通过轴使分离输送装置的抖动轮抖动,升运杆向后输送;随着拖拉机的前进,挖掘铲挖出土垡,土垡沿挖掘铲至升运杆上进行分离,在抖动轮的抖动作用下薯块和泥土分离,并将薯块成条状铺放在挖掘机的后面,以便人工捡拾24。3 传动机构的设计3.1确定传动机构传动机构如图 5所示。本次设计的马铃薯收获机选择后悬挂80-100马力的拖拉机配套作业;减速器选用ZDY100-2-I型圆柱形齿减速器,输出转速为500r/min。马铃薯收获机所需动力通过拖拉机的输出轴传送到减速器输入轴,然后通过减速器输出轴传送到小链轮,通过链轮带动分离输送机构进行工作,工作的时候要对行。图 5 传动机构图1.万向连轴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3.2功率的计算及传动比分配通过查机械设计手册,确定减速器,链轮,轴的传动效率如下:减速器传动效率:=0.97链传动效率:=0.96轴传动效率:=0.98总的传动效率:计算链轮输出功率为:一般进行传动比分配时,我们应该尽量使得各级传动的承载能力大致相等,为了在降低生产成本的同时适应马铃薯的种植模式,我在这里设计总传动比为i=5,减速器传动比为i=2,链传动比为i=2.5。3.3链传动设计3.3.1链传动的优缺点链传动是具有中间挠性件的啮合传动,它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。与带传动相比,链传动是没有弹性的,不会产生弹性滑动,所以传动的效率比较高;由于它的张紧力小,使得轴与轴承所受载荷小;结构紧凑,在传动相同功率时,结构尺寸比带传动小26。与齿轮传动相对比,链传动的中心距可以更大;链传动比较稳定,气候变化对链传动影响小;链传动成本低。链传动缺点有:链传动时随着传送过程中总有波动,难以维持恒定的速度运行;若用于高速运转,则容易产生较大的张力和冲击载荷;中心距小和频繁转动方向的场合会使得链条磨损快,减短链条使用寿命;所以链传动只能用于平行轴之间的传动25。综上所述,链传动可以很好适应马铃薯收获机的工作环境,所以本次设计选用链传动。3.3.2传动链条的选择根据我国链条标准GB1.243.1-83,传动链分为A系和B系,常用A系列。选用单排滚子链可以适应工作时的动力传动要求,并且可以缓和工作时的冲击。3.3.3链传动的设计内容及步骤3.3.3.1链条设计及校核1、已知链传动传动比为i=2.5;选择小链轮齿数,大链轮齿数根据,得:。2、计算设计功率 (4)式中工况系数,查机械设计手册表13-2-6,得传递功率,3、计算单排链条传递的功率(5)式中小链轮的齿数系数,查机械设计手册表13-2-7得排数系数,查机械设计手册表13-2-8得4、确定链条节距根据和由图13-2-6确定链条为,查表13-2-2可知节距5、验算小链轮轴孔直径(6)链轮轴孔最大许用直径,见机械设计手册表13-2-9,6、初选中心距一般取:(7)7、计算链条节数(8)取链条节数为82节。8、计算链条长度(9)9、计算实际中心距计算中心距,查表13-2-11得;。实际中心距为。10、链条速度(10)时为低速链传动。11、计算有效圆周力(11)作用在轴上的力(倾斜传动)12、确定润滑方式根据机械设计手册查表13-2-47、13-2-48和图13-2-5可选择定期人工润滑。13、滚子链失效形式分析及校核(1) 滚子链主要失效形式如表 。失效形式原因疲劳磨损在链传动中,在应变力下,当达到某循环次数时,链板发生断裂,表现为滚子和套筒表面出现疲劳裂纹和点蚀。铰链磨损销轴与套筒在运转过程中承受的压力以及相对滑动共同导致铰链磨损。铰链胶合在载荷作用下导致销轴与套筒之间的油膜破坏,产生胶合。静强度破断在低速重载工作时,易发生静强度不足而断裂。表 5 滚子链失效形式(2) 链条静强度计算马铃薯收获机在运行中,属于低速重载,此时链条静强度是主要问题,因此仅需对链条静强度进行校核即可25。链条静强度计算公式:(12)式中静强度安全系数;链条抗拉载荷,取,见机械设计手册表13-2-2;有效圆周力,见机械设计手册表13-2-5;离心力引起的力,;链条质量,见机械设计手册表13-2-2;链条速度,;悬垂力,在和中选较大者;(13)(14)式中系数,见图13-2-7,取;链传动中心距,;两轮中心线对水平面倾角;许用系数,;可得,取得所以链条符合静强度验算。3.3.3.2 链轮的设计本次设计链轮的材料选用45钢,齿面硬度为4050HRC,热处理方式采用淬火,回火处理。链轮设计的基本参数如表 。表 6 基本参数名称数值大链轮齿数小链轮齿数链条节距最大滚子直径431738.1022.231、 计算齿顶圆直径计算公式如下:(15)可求得,取,。2、 计算齿根圆直径齿根圆直径可按下式确定:(16)计算可得,3、 计算分度圆直径分度圆直径可有下式确定:(17)可得,。4、 计算齿高齿高计算公式为:(18)可得,取。5、 计算尺侧凸缘直径(19)计算得。6、 计算齿面圆弧半径最大齿槽形状:(20)最小齿槽形状:(21)求得,取。7、 计算齿沟圆弧半径最大齿槽形状:(22)最小齿槽形状:(23)可求得,取。8、 计算齿宽根据公式计算单排链轮齿宽为:(24)得。9、 倒角宽由公式(25)可得到。10、 圆角半径(26)可得。11、 倒角半径(27)12、 齿沟角(28)(29)计算可得,取。13、 倒角深(30)大、小链轮的尺寸如表 和表 所示。表 7 大链轮尺寸设计参数数值分度圆直径(mm)齿顶圆直径(mm)齿根圆直径(mm)齿高(mm)齿面圆弧半径(mm)齿沟圆弧半径(mm)倒角宽(mm)圆角半径(mm)尺侧凸缘直径(mm)倒角半径(mm)倒角深(mm)齿沟角()5225405001026011.33.811.524482.1538.119.05120 表 8 小链轮尺寸设计参数数值分度圆直径(mm)齿顶圆直径(mm)齿根圆直径(mm)齿高(mm)齿面圆弧半径(mm)齿沟圆弧半径(mm)齿宽(mm)倒角宽(mm)圆角半径(mm)尺侧凸缘直径(mm)倒角半径(mm)倒角深(mm)齿沟角()207220185106011.3243.811.524165.438.119.051203.4轴的设计1、轴的选材因为轴所受载荷较小,选用45钢,调质处理。轴传递的功率为;轴的的转速为;转距为。2、 轴的设计过程(1)初选轴的最小轴径最小轴径公式为:(31)式中查现代机械设计手册表6-1-12可取,可求得:。(2)轴的外形结构设计图 6 轴L1段:此处放置轴承,取最小轴径d1=60mm,基本尺寸为dxDxB=60x130x31mm;右侧采用档圈定位,直径d=60mm,D=70mm,H=5mm,材料为35钢。根据轴径选用深沟球轴承,型号为6312。L2段:此处放置主动轮,根据主动轮的轴孔设计轴的直径为70mm,主动轮的右侧采用轴肩定位,键连接的类型为GB/T 1096 bxhxL=20x12x70mm。L3段:此处设计为定位轴肩,故取d=80mm。L4段:此处放置从动轮,根据从动轮的轴孔设计轴的直径为70mm,键连接的类型为GB/T 1096 bxhxL=20x12x70mm。L5段:根据链轮的轴孔设计轴的尺寸为d=60mm,选用键进行连接,键的类型为GB/T 1096 bxhxL=20x12x18mm。至此,已经初步确定了轴的各段长度和直径。3.5 键的校核我们都知道采用普通平键时,一般没有过大的载荷,不会造成键的断裂,然而却会造成键表面被压坏,所以仅按工作面上的挤压应力进行强度校核。普通平键连接的强度校核公式为:(32)式中键中最弱材料的许用挤压应力,MPa,取。T传递的转矩,K键与轮毂键槽的接触高度,mmd轴的直径,mmL键的工作长度,mm可求得,所以符合强度校核。4 关键部件的设计4.1挖掘铲的设计4.1.1挖掘铲的选择4.1.1.1挖掘铲的工作状况通过观察,马铃薯收获机的挖掘铲总是首先与地面接触,收获机通过挖掘铲把土和薯输送到抖动筛,完成初步收获。挖掘铲工作时,既要保证不能剩薯,又要保证不能伤薯,而且还要防止挖掘铲壅土和铲草,使得进入机器的土量少,机器能量损耗少。4.1.1.2挖掘铲的种类 从铲的形状上分类,主要有条形铲,凸面铲,三角形铲,栅条式挖掘铲。其优缺点对比如表 3。对比而言,选择组合式三角形平面铲可以铲最少的土挖净薯块,并且这种铲常用于升运链式挖掘机,有良好的自洁能力和入土性能27。挖掘铲的结构图如图 7 挖掘铲。图 7 挖掘铲表 3 挖掘铲类型对比挖掘铲形状优点缺点条形铲可以均匀进入挖掘面使用于有振动筛的收获机凸面铲碎土性能好挖掘阻力大,容易造成铲面的磨损三角铲入土性能最好,挖掘阻力小,强度高挖掘时,碎土功能不好栅条式挖掘铲结构简洁,碎土功能好强度不好,不耐用,容易断裂1、 挖掘铲主要参数三角平面铲的主要参数有:铲刃斜角、铲的倾角、铲的长度、铲的宽度、铲的高度26。铲平面受力分析如图 8 受力分析图。图 8 受力分析图4.1.2挖掘铲的设计1、 铲刃斜角为保证铲刃的自动清洁,铲刃斜角应满足下式:(33) 为土壤对钢的摩擦角,山西土质为壤土,山西大部分地区为粉壤土,查农业机械设计手册可知,现在取,求得2、 铲刃倾角铲的倾角应小于24,虽然 角增大有利于破碎土块,但是同时增大了工作时的阻力,并且也导致挖起物壅在铲面上,无法输送至分离装置。挖掘铲的牵引阻力总是受土壤类型,挖掘深度,铲得形状和倾角的影响,根据图 8的受力分析图可列如下方程式:(34)式中P沿着挖掘铲移动掘起物所用的力(N)R铲对土壤的反作用力(N)G铲面上土壤的重力(N)铲的倾角()土壤对铲的摩擦系数,根据农业机械设计手册查得经过推导,可得:(35)(36)如果超过上值,土壤就会壅在铲面上,并散落在两侧,不能输送到分离装置上。所以取。3、 铲的长度在图中铲的长度分为和,可由下式确定:(37)式中平均挖掘深度,可求得。铲的后半段通过能量定理可以进行计算,这一段马铃薯克服摩擦力做功,到铲顶部速度为零,计算过程如下:整个过程动能:(38)克服摩擦做功:(39)克服重力做功:(40)式中机器前进速度,在条件不利的情况下,一般取值为。当角为时,挖掘铲的最佳长度为,较低值适用于砂质土,较高值适用于中等坚实土。当角越大,挖掘铲的长度可以越短,机器速度可以越高,长度可以越大27。联立得:(41)可得挖掘铲总长。4、 铲的宽度铲的宽度主要决定因素为薯地的行距,一般单行马铃薯收获机的宽度应为。山西马铃薯行距为,所以铲的总宽取。在实际配置中,应留滑草间隙,一般双铲为,多铲为。所以设计铲的总数为,滑草间隙为,每个铲的宽度为。5、 铲的高度由铲的倾角可求得铲的高度:(42)4.2土薯分离输送装置的设计分离输送装置在工作时要承载的载荷较大,其单位宽度喂入达,要求分离掉的土壤达,再不伤薯块的情况下,还要求向后输送,以便进一步清选和分离。4.2.1分离装置的选择目前,马铃薯收获机在作业生产上常用的是按几何尺寸进分离的工作装置,如杆条式升运器、分离筛、滚筒筛等26。现将这几种分离装置进行对比如表 0所示。通过对比,发现杆条式升运器比较适合用于山西土地的收获。杆条式升运器是由细长杆和连接这些杆条的链连接而成,中间配置有抖动轮。根据收获条件和使用要求的不同,杆条式升运器可按不同方案进行配置26,本设计采用的是被动椭圆轮抖动装置与升运链进行配置。表 10 分离装置对比分离装置类型优点缺点杆条式升运器分离能力强,适应条件广由于是金属连接而成,容易磨损分离筛分离能力强,还可以向后输送冲击力大,对薯皮伤害也大滚筒筛节省能耗,分离效率高容易产生损伤,对土壤含水量有要求4.2.2输送装置设计升运链采用的链带形式有钩形链、套筒链、套筒滚子链(标准型或非标准型)、平胶带和齿形橡胶带27,对比如表 41。本次设计选用套筒链。表 4 传动链带型对比链带型式特点特点钩形链这种链条使用寿命较短,易磨损,常用双排钩来增加使用寿命套筒链链条耐磨性好,使用寿命长套筒滚子链这种链条耐磨性好,使用寿命比较长,经常采用标准化,方便更换平胶带这种链条类似于带传动的弹性形变,弹性形变比起金属的摩擦要更耐用,但是与之配合的杆条易磨损,使用寿命较长橡胶带这种链条与平胶带类似,噪声小,但是胶带的强度低,使用寿命不长线速度越高的升运链,冲击会越大,越容易造成马铃薯外表的损伤,而且升运链过长会导致马铃薯不能及时落到土地上,导致马铃薯外部破裂,因此在挖掘机上,升运链的长度一般为左右比较合适,在挖掘铲后面升运链线速度一般为。通过对比我国一些典型的马铃薯收获机,发现常采用节距为,细长杆的直径不宜过细,一般选取或的钢制成27。在本次设计中取升运链长度为,线速度为,节距为,杆条直径选,升运链宽度为。4.2.3抖动轮的设计升运链在工作时会拨动抖动轮一起转动,因为抖动轮的形状不同于齿轮或链轮,在转动过程中会类似于凸轮上下振动,从而达到土薯分离的效果。抖动轮的形状主要有椭圆形,双头的和三头的。椭圆形抖动轮由于外形过渡平稳,在工作时对链条产生的冲击力小,对薯块的冲击小,噪声小,工作性能温和,而且结构简单,可以很好的满足在正常条件下的工作27。所以本次的设计选择使用椭圆形抖动轮进行设计。但调节振幅和频率时需要更换不同形状的抖动轮。抖动轮设计如下:(1)初选抖动轮大节圆半径为,小节圆半径为。(2)抖动轮和升运链线速度关系如下:(43)式中:抖动轮转速抖动轮周长升运链线速度由于抖动轮周长为:(44)可求得。抛起物体的升运链最低线速度为:(45)式中,可求得。抖动轮抖动频率可按下式计算:(46)式中为抖动轮凸顶数,取,可求得。抖动轮结构如图5所示。图 9 抖动轮4.3机架的设计和选材一般马铃薯收获机的机架尺寸设计受限于垄宽或者行距,根据马铃薯种植的行距或者垄宽可以确定马铃薯收获机的外形尺寸:长X宽X高=1800X1160X950mm;两侧板的厚度为80mm,为放置抖动分离装置的驱动轴与从动轴需要在侧板上设计两个轴孔,同时需要设计放置减速器的位置。减速器的放置需考虑拖拉机的输出轴位置,所以在机架上方设计两个横梁,作为放置减速器以及连接拖拉机的构件。机架下方为挖掘铲架,需要在机架侧面留出放置挖掘铲架的位置。为了增加机架的横向刚度,机架后方设计一个支撑杆。整个机架结构图如图 10机架的整个结构通过组装或者局部焊接的形式完成。各个组件的选材如下,因为采用拖拉机牵引前进,所以前后横梁要连接牵引装置和传动装置,受力较大,故采用80X80X80mm的空心钢,如图 11和图 12。后方的支撑杆受力小,选用圆钢,如图 13。整个机架采用Q235钢,连接牵引装置的横梁组件采用材料为Q235钢,如图 14和图 15。图 10 机架图 11 前梁图 12 后梁图 13 支撑杆图 14 牵引机构连接板1图 15 牵引机构连接板2参 考 文 献1 李震,常清,刘继柱,董小靖.国内外马铃薯收获机械发展现状及趋势J.现代制造技术与装备,2020,56(09):207-208.2 赵庆亮.国内外马铃薯收获机械研究现状及发展展望J.农业工程,2020,10(06):7-10.3 窦青青,孙永佳,孙宜田,沈景新,李青龙.国内外马铃薯收获机械现状与发展J.中国农机化学报,2019,40(09):206-210.4 陈迎君.试论马铃薯收获的机械现状及发展趋势J.农民致富之友,2019(05):112.5 马莉.4UR-1520型马铃薯收获机设计及试验J.当代农机,2020(08):55-57.6 刘嘉程,魏梦阳,康宏彬,汪宇,周敬东.基于滚筒式分离的马铃薯收获机设计与试验J.农机化研究,2021,43(05):96-103.7 郑媛媛,郭栋,王政增,杨然兵.马铃薯挖掘铲的改进设计与试验J.农机化研究,2021,43(03):137-140.8 杨曦. 丘陵山地马铃薯收获机的设计与试验研究D.昆明理工大学,2020.9 史明明,魏宏安,刘星,胡忠强,杨小平,孙广辉.国内外马铃薯收获机械发展现状J.农机化研究,2013,35(10):213-217.10 万恩超,尚书旗,王东伟,何晓宁,刘晓东.牵引式马铃薯联合收获机的设计与试验J.农机化研究,2019,41(07):80-84.11 彭正昶,陆祥辉,牛旭东,刘尔玺.4U1400型薯类联合收获机刮板输送装置的设计J.中国农机化学报,2017,38(02):7-11+23.12 刘成莲.4U-51型马铃薯收获机关键部件的设计J.当代农机,2016(06):76-79.13 姜彦武. 4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究D.甘肃农业大学,2016.14 郭世鲁. 小型马铃薯收获机关键部件的优化与试验研究D.石河子大学,2016.15 李智勇,蒙贺伟,李亚萍.马铃薯收获机械研究现状及存在问题J.新疆农机化,2016(02):19-22+25.16 詹小旭,刘小谭,任丹华,王西瑶. 马铃薯收获机研究进展A. 中国作物学会马铃薯专业委员会.马铃薯产业与现代可持续农业(2015)C.中国作物学会马铃薯专业委员会:中国作物学会马铃薯专业委员会,2015:7.17 陈宇熠,于尧,唐兴隆.马铃薯挖掘机的设计J.农产品加工,2015(11):59-60+64.18 陆祥辉. 4U1400型马铃薯联合收获机的设计与研究D.甘肃农业大学,2015.19 刘剑君,邓明俐,贾世通,贺智涛.马铃薯收获机械现状与发展趋势J.农学学报,2015,5(01):95-99.20 王泽.4U-2型马铃薯收获机仿形切割系统的改进设计J.农机使用与维修,2015(01):21-22.21 史明明. 4U1400型马铃薯联合收获机的研究与设计D.甘肃农业大学,2014.22 孟利,孟维.小型马铃薯挖掘机薯土分离装置的设计J.北京农业,2012(03):199-20023 万恩超,尚书旗,王东伟,何晓宁,刘晓东.牵引式马铃薯联合收获机的设计与试验J.农机化研究,2019,41(7):80-84.24 王政增,吴秀丰,杨然兵,杨晓龙,赵晗,崔功佩.S型链式马铃薯收获机挖掘装置的设计及有限元分析J.农机化研究,2020(8):142-146.25 康璟. 4U-1000型马铃薯收获机的设计与研究D.甘肃农业大学,2014.26 秦大同,谢里阳.现代机械设计手册 第三卷M.北京:化学工业出版社,2011.27 中国农机研究院.农业机械设计手册(下册)M.北京:中国农业科学技术出版社,2007.28 秦大同,谢里阳.机械传动设计M.北京:化学工业出版社,2013.29 王少怀.机械设计师手册M.北京:电子工业出版社,2006.致 谢2017年9月,我带着希望和憧憬来到这个校园,如今我即将带着知识与梦想走进社会这个大家庭。回想这四年来的点点滴滴,有过最美好的回忆,也有过最糟糕的时候。我永远难以忘记被挂科支配的恐惧,难以忘记和朋友打打闹闹的经历,更难以忘记四年来和舍友每个彻夜畅聊的时刻。以人为镜,可以知得失,从每个人身上我都或多或少学到一些东西。至此毕业之际,我真诚的向各位表达感激。首先,我要向我的论文指导老师老师致谢。从开题到答辩,多亏了老师的耐心指导,也感激他付出的时间和精力。老师在我完成毕业设计的这段时间里,给予我许多指导,在老师的帮助下我才有可能完成我的毕设,在此向老师致以我最诚挚的敬意。其次,我非常感激我的舍友和同学们的帮助,在我毕业设计的过程中,我们互相鼓励,互帮互助,一起克服了很多困难。尤其要感激在我迷茫的时候指点迷津,感激在我困难的时候暖心安慰,有了她们的陪伴我才能完成设计任务,在此向她们表示真心的感激。然后,我要感激各位代课老师对我的帮助与教导,你们让我四年来不负韶华,不虚此行,学到了许多东西。从你们身上我感受到了努力拼搏的奋斗精神,也学到了认真负责的敬业精神。在毕业之际,我想向你们致敬,我承诺未来一定不辱师门,将你们教给我的东西传承下去。最后,我要感谢学校这个平台,可以给我一个学习的机会,让我能更好的走进社会,服务社会。也要感谢父母的支持和帮助,让我的四年学习生活可以更加丰富多彩,没有他们就没有我的今天。在这即将分离的时刻,愿同学们历尽千帆,归来仍是少年。惟愿我的母校再接再厉,再创辉煌。希望我可以心怀梦想,不忘初心的对待以后生活中的每一件事。
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