立式旱地驱动耙设计
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专家系统与应用程序基于模糊集理论的有效性的评估农业机械摘要:农业机械生产的服务质量是代表农业成功的基本因素之一。从这个意义上说,有一个明确需要定义这些机器质量的具体指标,它有可能决定哪些机器适合不同工作条件。服务的技术系统概念的有效性代表质量的一个综合指标。本文运用模糊集理论定义的有效性和可靠性、可维护性和功能作为影响指标的有效性。在这个意义上的模型评估的有效性拖拉机作为农业的典型代表机器已经形成。本模型是基于集成上述的语言描述。利用模糊集理论和max-min成分影响指标,模型进行了测试。同一类别的三个拖拉机为例,利用的气候和土壤条件在更广泛的贝尔格莱德(塞尔维亚)地区。即使在这个实验中条件是非常重要参数 , 相比于其他操作,实现的效果差异也达到大致相等。1.介绍为达到扩张的全球农产品的要求,实现更大的农业技术的发展。人们普遍认识到当代农业系统中需要适当的机器和设备,仔细和详细规划的需求和控制所有相关的生物、技术、技术和其他进程。最终结果的准确、可靠的预测为每个指定的操作,以及完整的作物生产过程中,。要求加强了引入复杂的实验,数学,农业科学统计,机械和其他方法都是特别重要的。在过去的几十年。除了上述的要求,一个适当的技术体系必须满足生产力的标准,期望的作物生产。在大多数情况下,在塞尔维亚,tractor-machinery农场系统的能力远远超过最优级别(尼克里奇,2005),增加成本作物生产。目前,现有的数学优化方法、支持的高性能计算机有效地解决优化问题(Dette &韦伯达菲et al .,1990;1994;Mileusnic,2007;等等)。一个最优的技术体系的形成为我们生产了更便宜的食品,高度影响拖拉机的可靠性、可维护性和系统的功能。与系统科学发展同样,实际上的开始是IIWorld战争后,在适当的工程和科学文献定义了一系列的概念,来描述技术系统的基本特征的点的服务质量。可靠性的指标是技术系统和行为操作,技术指标和可维护性systembehaviors期间的失败可以表示为大多数可辨认的概念。这两个概念及其实现最先进的发展。有效性的概念被定义在试图描述同时技术操作系统的行为和失败的时期。这概念考虑可靠性和可用性的表演,以及提出了技术系统设计的功能(Papic&Milovanovic2007)。换句话说,一个技术系统的有效性的概率,一个成功的功能系统技术和执行所需的准则函数限制允许的差异对于给定时间和给定的周围条件。虽然在相同的精神,一些作者定义有效性有所不同。在(Ebramhimipour &铃木,2006)被定义为总体有效性的指标包含效率、可靠性和可用性。这两个引用定义包括并行关于可靠性和可用性,虽然可用性包括可靠性和可维护性(Ivezic,Tanasijevic,& Ignjatovic,2008)。因此它可以商定有效性是影响可靠性、可维护性的功能。可靠性系统不断的被定义为特征保持操作abilitywithin允许的差异极限在现在;可维护性的能力是预防和发现故障及损坏,系统更新通过参加技术和操作能力和功能维修,功能实现功能的程度要求,即调整环境,或更准确系统运行的条件。监测的可靠性和可维护性是常见的监控时间的状态显示(图1)可靠性和可维护性的函数可以确定,以及操作的平均时间和平均时间相关。主要问题出现在形成时间的照片数据监控和记录。在现实条件的机器应该连接到信息系统将准确记录每一个失败、持续时间和修复程序。这通常是昂贵或简易监测机器的性能,即关闭的,是不精确的。此外,提供的统计数据处理时间的状态要求所有的机器在平等的条件下工作,这是难以实现。至于技术体系的功能,没有共同的方法测量和量化。这在本文的原因,为了评估的有效性, 将使用专业知识和分析机器判断工作的工作过程。应用专业知识判断主要用于文学,主要是为数据处理和评估的技术系统而言:风险(Li 廖,2007)、安全(王2000;王、杨、&森1995)或可靠性,用专业知识判断自然的语言形式。因此,数学和逻辑概念模型进行处理的经验判断,即计算的语言描述,模糊集合理论使用(Klir &元,1995;枝,1996)。应用模糊今天集代表了最常用的工具之一各领域解决问题的优化(黄顾,&杜,2006)和识别(陈,1996)过程问题。Cai(1996)提出了不同的概述应用程序方面的模糊方法在系统失败工程,这是一个接近效能评估问题。应用模糊逻辑理论和专家系统(辽、一般2011;Liebowitz,1988)也用于解决优化问题的农业机械领域。(Abbaspour-Fard Rohani & Abdolahpour,2011)的基础上神经网络的应用程序,在拖拉机预测失败。(Yu,你们&赵,2010)模糊数学、可靠性理论和多目标优化技术应用设计拖拉机最终传动。机器的可预测性和可靠性,显著依赖于其有效性的技术系统。本文的观点是根据模糊集理论的利用率建立模型的有效性。从而说明模糊集是用于分析可靠性、可维护性和功能表现(部分指标的有效性)以及为他们融入效率。他们的工作是以这种有效模型质量的方式评估技术系统。模型可以作为标准购买决策相关的任何程序,系统的操作或维护,修理的预测和维护成本。质量和功能的建议模型有效性的确定农业所示机械、拖拉机。2。基于模糊集的有效性表现评估理论数学和概念模型的有效性评估实际上是在两个步骤:总结模糊命题的部分的效性指标;模糊提到的分成一个指标合成。模糊命题过程为代表的声明,包括语言变量基于可用的信息技术系统。在这个意义上它必须定义语言的名字变量,代表不同的等级的效果考虑技术系统和定义的模糊集描述提到的变量。作文是一个模型,它提供了影响结构有效性性能的指标。2.1。模糊模型解决问题第一步创建的模糊有效性模型(E)评估本身和定义语言变量以及可靠性(R)、可维护性(M)和功能(F)有关.许多语言变量,它可以发现最大数量的理性,人类可辨认的表达式可以同时识别(王et al .,1995)。然而,识别的考虑甚至较小的特征数量的变量可以有用,因为专家的判断(Ivezicet al .,2008)模糊集的灵活性一般包括过渡现象。根据以上,五个语言变量为代表的有效性表现包括:穷,充足,平均,和优秀。这些语言形式变量给出适当的三角模糊集(Klir 元,1995),图2所示。在图2中,j = 1,。实际上,5代表的计量单位有效性。因此,部分指标的有效性:R、M和F,隶属函数l:在下一步中,执行max-min组成。马克斯-敏成分,也称为悲观,经常用于模糊代数作为一个综合模型(Ivezicet al .,2008;Tanasijevic et al .,2011;王王et al .,1995;2000)。这个想法是为了让整体评估(E)等于部分虚拟代表评估。这评估被确定为之间的最好的一个最坏的打算部分成绩(R、M或F)。它可以得出的结论是,所有的元素(R、M和F)E有同等影响E,max-min组成以并行方式被使用,这将部分的到综合指标。在文学(Ivezicet al .,2008;etal .,1995)max-min成分通过运营商”和“和”或“提供一个优势在其他的某些元素在合成的过程中,也使用。准确地说,如果我们看看三个部分指标,即他们的隶属函数(1),可以使C:= j3 = 53组合的隶属度函数。每一种组合代表一个可能的合成效果评估(E)。这个表达式(6)有必要映射回E模糊集(图2)。最佳(王et al .,1995),用于转换方法E描述(6)形成定义等级的会员模糊集:贫穷、充足,平均,和优秀的好。这个过程被公认为识别。最佳方法是使用距离E(d)之间通过“max-min”成分(6)和每个人E表达式(根据图2)来表示的程度E是确认每个模糊集的有效性(图2)。越接近勒(6)是第i个语言变量,小迪。距离di等于零,如果勒(6)只是第i个相同隶属度函数的表达式。在这种情况下,E不应该评估其他表达式,由于这些表达式的排他性。假设迪民(i = 1,。,5)是最小的距离对Ej,让a1,。,a5代表相对的倒数距离(计算相应的比率距离di(7)和迪民提到的值)。然后,人工智能:1.一个说明性的例子作为一个说明性的例子对农业机械的评价有效性,比较分析三个拖拉机A1 B2、本文给出和C2。在拖拉机7.146 l发动机LO4V TCD 2013安装。谢谢从35%的扭矩储备,拖拉机是能够满足所有需求预期表现最差的农业操作在农业。总拖拉机质量是16000公斤。根据经济合作与发展组织(代码2)报告最大动力输出轴功率测量在2200转243千瓦的燃油消耗率吗198 g /千瓦小时(ECE-R24)。发动机的最大扭矩1482海里在引擎1450 rpm的政权。传动装置是精心“不一样的”传达。事业联动机制是一个类别II / III与提升11800公斤。在拖拉机B2和C2 8.134 l发动机6081 hrw37 JD安装,储备扭矩的40%,这能够满足所有的拖拉机需求预期表现最差的农业在农业操作。拖拉机总重量是14000公斤。根据经合组织(代码2)报告最大的权力来衡量动力输出轴在2002转217千瓦燃料消耗率193克/千瓦小时(ECE-R24)。在发动机最大扭矩1320海里转速为1400 rpm。传播是“AutoPower。联动机制是一个类别II / III 10790丹的提升力。两个模型都是电子控制拖拉机发动机和燃料供给系统,满足排放法规。从提交的技术特点的拖拉机,B和C看到所有三个拖拉机全功能forperforming困难操作不同的农业技术生产。拖拉机B和C有相同的技术特征,和实践是相同的类型和模式,除了拖拉机B进入操作在2007年5月,一辆拖拉机C 6月2007年。一辆拖拉机实验农场,这是技术文档的基本模型,在7月份进入操作2009年。保持农业技术的主要任务提供功能和机器的可靠性。维护所有三个拖拉机是通过机器商店所拥有的用户升级选择。十个工程师(分析师)致力于维护和操作拖拉机的采访。他们评价R,D和F表1中给出。首先,拖拉机是计算的有效性。可以看出可靠性是由十的分析师评为优秀(6/10 = 0.6),平均三(0.3)和一样好(0.1)。以这种方式获得评估R在表单中,在下一步中,这些评估是映射在模糊集(图1)为了获得评估(1)。例如,可靠性在这个例子中确定(11),它是语言0.6变量优秀加入重量。因此,模糊集优秀定义为:Rexc=(1/0,1/0,1/0,4/0.25 5/1.0)(据吗图1)。这样的特定的值模糊集优秀Rexc0.6 =(1 / 0.6(0),2 / 0.6(0),3 / 0.6(0),4 /(0.25 - 0.6),5 /(1.0 - 0.6)。剩下的四个语言变量被以同样的方式对待。最后对于每个j = 1,。5具体隶属度函数(最后一行,表2)被添加到最后拖拉机可靠性模糊形式(1):这些fuzzificated评估(11)和(12)是合成所必需的评估的有效性,使用max-min逻辑。在这种情况下可以使C = 53 = 125组合,走出48的结果。第一个结果是组合2-2-3:E2-2-3(0.025,0.05,0.125),哪里X2-2-3 =(2 + 2 + 3)/ 3 = 2(四舍五入为整数)。最小值的隶属度函数这一结果的是0.025。其他的结果和相应的我的值如表3所示。所有这些结果都可以围绕尺寸X = 2、3、4和5。拖拉机在很大程度上为0.30065(与30%)评估那么好,拖拉机在很大程度上0.27538(27.5%)评估一样好,而拖拉机C在很大程度上为0.25468平均(25.5%)评估。它可以得出的结论是,C是最糟糕的,当拖拉机只是稍微比B,特别是如果我们看到的评估为优秀的28.8%,而B的程度23.8%的程度。分析了拖拉机可以提出的有效性如图3。,它可以更清楚地看到,拖拉机的最大的效果。如果这个评估(EA,EB,EC)defuzzificated是重心点计算- Z(Bowles & Pelaez,1995),我们得到了评估的效果如下:这就意味着在1 - 5(即从贫困的规模优秀)拖拉机是最好的和拖拉机C是最坏的打算。验证的实现结果,统计分析的可用性,像家庭与有效性概念,已经被使用。那在我们的模型显示,拖拉机是最好的,和C的坏的效果。在现实中,如果我们分析的可用性,它是看到2904 moto-hours拖拉机在工作3130年可用moto-hours;如果10000 moto-hours计算,在9244年的工作将花费moto-hours。拖拉机B的10004年moto-hours可用,它花9069moto-hours在工作,和拖拉机C 9981可用moto-hours花了9045年的工作。实验表明,更可靠和有效的拖拉机是少是延迟。在某种程度上,这个初始的优势消灭更糟糕的物流交付备件的时候涉及到拖拉机,拖拉机a . 1100年moto-hours工作可怜的物流在维护希望8个工作日, 一个给定的拖拉机和它极大地影响了可维护性的下降带来的好处,因此相同的效率(内部技术PKB)总剥削的下降。1.结论本文提出一种模型有效性的评估技术系统、精确农业机械、基于模糊集理论。表现作为整体的有效性指标系统的服务质量,即为整个测量技术系统的可用性。可靠性、可维护性和功能表演已经公认的有效性参数或指标。语言可以被任命为形式所有提到的共同特征指标。因此模糊集理论出现自然工具建模的有效性。在本文中,应用模糊集理论,这是必要的定义:语言变量及其描述隶属函数、模糊规则的组成和模型集成和去模糊化。模糊的成分即max-min逻辑已经被用于集成的有效性指标有效性的整体性能,最适合集成的方法模糊集的隶属函数和质心点去模糊化的模糊数的计算数值。Max-min组合模型,它暴露在这篇文章中,没有以这种方式处理相应的文献。另外,在案例研究中,模型的模糊化的问卷调查的结果,它代表的正是所积累的方式工程师的知识和技能。提出的模型可以作为一个简单的工具的快速估计的有效性即为农业服务的质量机械、基于专家判断和估计。在同时,该模型不需要复杂的IT基础设施。分析实现模糊集和适当的模糊有效性可靠性、可维护性和功能表现可以纠正措施的指导购买的方向吗的设备,结构调整,改变的维护政策或管理/运营商变更本文具体分析了三个拖拉机,标志着一个B和C,这表明更高效的拖拉机越频繁宕机。在某种程度上,这种最初的优势就终止了穷交付备件物流。感谢研究工作得到了塞尔维亚共和国教育部和科学界的支持。江西农业大学毕业设计(论文)任务书论文(设计)课题名称立式旱地驱动耙设计学生姓名黄叶朋院(系)工学院专业班级机制051指导教师曾一凡职称学历毕业设计(论文)要求:毕业设计(论文)内容与技术参数:毕业设计(论文)工作计划:接受任务日期: 年 月 日要求完成日期: 年 月 日 学 生 签 名: 指导教师签名: 院长(主任)签名: 备注:本表格一式三份,其中一份交学院存档,一份发给所要指导的学生,一份装订到毕业设计(论文)的第二页上。学校代码:10410 序 号:050397本 科 毕 业 设 计题目: 旱地立式驱动耙设计 学 院: 姓 名: 学 号: 专 业: 机械设计制造及其自动化 年 级: 指导教师: 二OO九年 五 月摘 要本文对旱地立式驱动耙的整体结构和工作原理及旋刀运动轨迹进行分析,并对主要的结构参数和工作参数与旋刀平均工作阻力及每个刀盘功耗之间的关系进行了分析。在满足农业机械设计要求和机组配套挂接的要求下,给出了三套结构设计方案,结合结果分析,拟确定了一套具有较强实用性和经济性的结构设计方案。关键词立式驱动耙 旋刀 参数分析 结构设计 Vertical 1BLQ dryland harrow driverAbstractIn this thesis, dryland vertical rake drive the overall structure and working principle of rotary cutter trajectory analysis, the establishment of a mathematical model of the major structural parameters and operating parameters of rotating knives and an average of resistance and power consumption between each cutter Analysis of the relationship Agricultural machinery to meet the design requirements and unit articulated supporting the request, given the structural design of three sets of programs, combined with the results of analysis, to determine the practicality of a strong structure and economic design.Key words Vertical drive rake Rotary knife Parametric Analysis Structural Design 立式旱地驱动耙毕业设计 目 录第一章 绪论 21.引言 22.农业土壤耕作的作用与要求 22.1土壤耕作的作用 22.2耕整地农艺要求 3第二章 设计内容 41.设计任务 41.1 耙地的意义及质量要求 41.2 旱地驱动耙的优越性及应用场合41.3 旱地驱动耙的作业参数42. 整机结构设计分析52.2 旋刀的运动学分析 52.3 刀盘分布设计 63. 传动方案设计73.1 旱地立式驱动耙主体结构方案设计 73.2 传动比的分配 94. 扭矩功率分析104.1单盘作业扭矩与功率分析 104.2 驱动耙的功率消耗 115. 传动件的设计与校核 135.1 齿轮的设计与校核 135.2 轴的设计与校核176. 其它零部件设计266.1悬挂机构266.2箱体的设计266.3刀具的设计276.4 轴承的选用与校核27第三章 总结 29致 谢 30参考文献 31附录 32第一章 绪 论1.引言我国是一个农业大国,要实现农业现代化,首先要实现生产手段现代化。农业机械化就是农业生产中产前、产中、产后全部实现机械化。其中,土壤耕作实现机械化是减轻农业劳动强度、改善劳动条件、保证作业质量、提高土地单位面积收获量和提高劳动生产率的重要手段。作为在农业生产中消耗于土壤耕作劳力、动力比重很大的耕地机械就是一种通过机械化土壤耕作形成良好水、肥、气、热梯度,创造有利于作物生长发育的耕层构造要求的专用作业农机具。驱动式耕耘机械,在现代农业机械中形成了一个新兴品种。此类耕耘机械由拖拉机的动力输出轴通过传动系统将动力以扭矩的形式直接作用于工作部件,使之旋转或往复运动,以提高切土能力并使土壤高度松土。其切土、碎土能力很强,一次就能达到耕、耙几次的效果,耕后地表较为平整、且松软,且能抢农时,减少拖拉机进地次数,降低作业成本,达到农艺要求。它对土壤湿度的适应范围较大,因此,我国南方地区多用于秋耕稻茬种麦,水稻插秋前的水耕水耙。在我国北方地区,用于大田作物的浅耕灭茬,起到秸秆还田的作用。另外,还适于盐碱地种水稻的整地作业等。因此,近几年驱动式耕耘机械的研究与使用有了很大的发展。目前世界各国生产的驱动式耕耘机械主要有水平横轴式、立轴式、往复式和联合作业式几大类。 水平横轴式旋耕机 该类旋耕机的旋转轴辊与地面平行并与前进方向垂直,其工作部件为安装在水平轴上的旋刀,旋刀在拖拉机动力输出轴驱动下,垂直切削土壤,达到切土和碎土的目的。 立轴式旋耕机 它是刀齿和刀片绕立轴旋转的旋耕机,其突出的功能是可以进行深耕,一般能达到3035cm,较深的能达到4050cm,而且可使整个耕层土壤疏松细碎,但前进速度较慢。目前在水田耕耘的机型有:立轴浆叶式旋耕机、立轴爪式旋耕机(英国)、立轴笼式旋耕机(日本)、立轴转齿式旋耕机。国内采用立轴式的旋耕机较。2. 农业土壤耕作的作用与要求2.1 土壤耕作的作用农业生产的实质是通过作物的光合作用,对气候资源和土地资源的加工。机械化土壤耕作,则是通过农机具对农田土壤的加工。机械化土壤耕作不同于以人畜力为动力的土壤耕作,因为它对土壤的控制和管理作用比以人畜为动力要大得多,也深刻得多。原苏联土壤学家和耕作学的创始人威廉斯有句名言:“没有不良的土壤,只有不良的耕种方法”。他所指的耕种方法也包括土壤耕作在内。通过国内外土壤耕作方法的发展和多样化,也证明土壤耕作可能使土壤环境变好,也可能使土壤环境变坏。农田土壤在自然力作用下呈现出自上而下的层次结构,从而导致土壤的水、肥、气、热的层次梯度。这种层次的土壤结构和土壤因素的梯度,有时对作物生育是有利的,有时是不利的。通过机械化土壤耕作,要创造出有利于作物生育的土壤层次结构耕层构造,形成良好的土壤水、肥、气、热的梯度。良好的耕层构造(以土壤密度梯度或孔隙梯度、三相比梯度为指标)应在不同土壤农田中,具有充分协调多变气候对土壤的影响,以满足各类作物生育对土壤生活因素的要求。因此,良好的耕层构造不是一成不变的。机械化土壤耕作,创造良好的耕层构造,它和农业生态系统一样,也是一个多目标、多因素、多变量的系统,既土壤作物大气机器系统(SPAMC)的复杂系统。农艺对土壤机械化耕整作业的中心任务要求是调节并创造良好的耕层结构,适宜的三相(固相、液相和气相)比例,从而协调土壤水分、养分、空气和温度状况,以满足作物生长的农艺要求。 土壤翻耕的作用主要有: 松碎土壤 根据各地不同的气候条件和不同作物的要求,以及耕层土壤的紧实状况,每隔一定时期,需要进行土壤耕整作业,使之疏松而多孔隙;以增强土壤通透性。 翻转耕层 通过耕翻将耕作层土壤上下翻转,改变土层位置,改善耕层理化及生物学性状,翻埋肥料、残茬、秸秆和绿肥,调整耕层养分的垂直分布,培肥地力。同时可消灭杂草以及附着的某些病菌、害虫卵等,消除土壤有毒物质。 混拌土壤 混拌土壤,将肥料均匀地分布在耕层中,使土肥相融,成为一体,改善土壤的养分状况。并可使肥土与瘦土混合,使耕层形成均匀一致的营养环境。2.2 耕整地农艺要求 耕翻地有以下的农艺要求: 适时耕翻,既能抢农时,又能保证作业质量; 耕深适当,并符合农业技术要求,深度均匀一致; 翻垡良好,无立垡、回垡,残株杂草要覆盖严密; 耕后地面平整松碎,无重耕、漏耕,尽量减少开闭垄,地头、地边整齐; 坡地耕翻时应沿坡度的等高线进行,以防雨后冲刷土壤,造成水土流失。 整地有以下的农艺要求: 旱田整地作业的农业技术要求 整地作业须适时,以利防旱保墒和提高整地质量; 整地深度应符合农艺要求,深度一致、不漏耙、不漏压; 整地后的地表平整,无垄沟起伏、碎土均匀,表层松软、下层密实; 修筑畦田要做到地平、土碎、埂直; 水田整地作业的农业技术要求 耙后土壤松碎,起浆好,能覆盖绿肥,田面平坦而无垄沟; 在原浆田中以耙代耕作业时,应将稻茬直接压入糊泥中,灭茬起浆性能良好。第二章设计内容1、设计任务设计满足农艺要求的高效率低能耗的旱地立式驱动耙,适用在犁耕后土块大且结实的地方,耙后土层不乱,表土颗粒小且表面平整,根据国内外旱地驱动耙产品数据和参考有关书籍,其主要技术参数如下:1.1 耙地的意义及质量要求 整地作业须适时,以利防旱保墒和提高整地质量; 整地深度应符合农艺要求,深度一致、不漏耙、不漏压; 整地后的地表平整,无垄沟起伏、碎土均匀,表层松软、下层密实; 修筑畦田要做到地平、土碎、埂直;1.2 旱地驱动耙的优越性及应用场合作业质量的技术指标如下: 耕深: 设计耙深为H=20cm 调节范围1621 cm,耙深一致。 碎土程度:基本上碎土颗粒的大小都应该小于2.5cm。 土地耙后应该保持平整。 耙后没有漏耙的现象。1.3 旱地驱动耙的作业参数 作业系数: ( :刀盘的线速度; :机组前进速度 ) 耙地深度:16cm 21cm 单盘功率: 1.3 kW表1扭矩检测综合表刀盘转速r/mina=6(kg.m)a=9(kg.m)R=800 mm(kg.m)均值上下限值均值上下限值均值上下限值1203.01832.953.103.37263.283.482.81432.652.951401.76651.651.902.93242.823.052.03061.902.151601.69781.621.782.23462.162.352.13802.052.25 刀盘转速:壤土与沙壤土180r/min;粘土220r/min碎土程度:最小颗粒2.5cm2、 整机结构设计分析2.1结构设计要求:本课题目的是设计满足农艺要求的高效率低能耗的旱地立式驱动耙。其设计要求如下:(1)耕深设计耙深为h=15cm,调节范围1018cm,耙深一致;(2)碎土程度沿地块对角线选择具有代表性的5个测点(每点面积为1m2),若测点耕层内有直径5cm以上的土块超过5个时,即为碎土不良;(3) 尽量降低整机生产的成本,提高工作效率其结构要求如下:(1) 符合FS275的悬挂机构的几何尺寸要求:(2) 符合FS275拖拉机工作参数和功率输出轴的相关参数要求。(3) 机车通过万向节将动力输入机具变速箱驱动旋刀转动,为了尽量减小传动的不均匀性,机具与万向节之间的衔接点的位置设置不可过高。2.2 旋刀的运动学分析 旋刀在工作时的运动为复合运动,其中绕刀盘中心旋转的运动为相对运动,设圆周速度为,机组匀速前进运动为牵连运动,前进速度。为旋刀旋转的角速度,则,圆周速度与机组前进速度之比,称为速度比。的大小对旋刀的运动轨迹及立式驱动耙的工作状况有重要影响,它确定了工作部件的运动轨迹如果旋刀以角速度转动,并以速度 前进,那么旋刀的端点A的运动轨迹为余摆线(如下图)。图2-1:旋刀运动示意图 仅是旋刀在工作进程中不发生推土的必要条件,但是否能满足耙地疏松土壤的需要,还取决于机器前进速度Vm与旋刀工作转速的合理配合而当时,当刀具运动到一定位置时,就会出现Vx0的现象,即刀具的绝对速度与机器的前进方向相反,因而能以刀刃切削土壤,其运动轨迹为余摆线。本课题所取的满足刀刃一直切土的要求。2.3 刀盘分布设计在允许的工作幅宽范围内机具横向放置六个刀盘,每个刀盘上对称放置两把旋刀,刀盘2和刀盘5是主动刀盘,刀盘1和刀盘3由刀盘2上的齿轮驱动,刀盘4和刀盘6由刀盘5上的齿轮驱动。刀盘1、2、3的运动相互关联组成一组,刀盘4、5、6运动相互关联组成另外一组,为了防止两刀盘组在传动和工作过程中产生运动干涉,刀盘3和刀盘4之间余留一个20mm的间隙。为了减小或抵消刀盘在工作过程中前进时的横向分力(横向分力过大会导致机具的横向振动,增大机具的损耗,增加机组工作的不平稳性),防止同组相邻两刀盘上的旋刀与旋刀之间的运动干涉,采取以下措施:1. 主动刀盘(刀盘2和刀盘5 )旋转方向相反(由机具的传动装置实现);2. 主动刀盘与相邻两刀盘呈60度夹角放置。此时刀盘2和刀盘5、刀盘1和刀盘4、刀盘3和刀盘6的运动是两两对称关系,每个刀盘产生的横向分力正好被相对称的那个刀盘产生的横向分力相抵消。图2-2:刀盘分布示意图3、传动方案设计3.1驱动耙主体结构方案设计:在满足农业机械设计要求和配套机车FS-275的挂接要求的前提下进行结构方案设计,并参考国内外旱地驱动耙产品数据和参考有关书籍,动力由万向节输入,首先机具上需要设计一组变速箱使得转速由输入时的540r/min变成输出时的190r/min;其次要求将万向节输入的水平方向的动力转变成竖直方向的动力(由锥齿传动实现),再次实现主动刀盘相互间的反向传动。为此在设计过程中拟定了以下三种方案:方案一:万向节输入动力传给两个圆柱齿轮(级传动),这两个圆柱齿轮再将动力分别传递给左右两个圆锥齿轮(级传动),圆锥齿轮组将水平方向的动力转变成竖直方向的动力(级传动),进而驱动旋刀的转动。齿轮的转速是在动力传递过程中实现的,两个主动刀盘相对应的反向转动由圆锥齿轮的放置位置的不同而实现,具体情况见图53:结构设计方案一示意图。本方案的不足之处在于级传动的传动轴采用的是悬臂支承结构,当工作环境比较恶劣(多石土壤)时,会产生较大的振动和噪音,并会降低该机具的使用寿命。整机几何参数为:长(1654mm)、宽(450mm)、 高(820mm)、工作时万向节衔接点的位置离地面的高度(470mm)。图3-1:结构设计方案一示意图方案二:与方案一相似,也由三级传动组成,与方案一所不同的是在级传动和级传动之间放置了一个中间圆柱齿轮用以实现两个主动刀盘相对应的反向转动,并且在级传动的传动轴上安装了一个平衡机构,用于弥补悬臂支承结构带来的不利影响。具体情况见图54:结构设计方案二示意图。整机几何参数为:长(1654mm)、宽(450mm)、高(910mm)、工作时万向节衔接点的位置离地面的高度(470mm)。 图3-2:结构设计方案二示意图方案三:与方案一、方案二有着很大的区别:万向节输入动力直接传给圆锥齿轮组(级传动),在级传动便把水平方向的动力转变成竖直方向的动力,并且在级传动的传动轴上安装了两个圆柱齿轮,上面的那个齿轮与另外两个圆柱齿轮组成右方向上的传动(级传动、级传动),下面的那个齿轮与另外四个圆柱齿轮组成左方向上的传动(级传动、级传动、级传动),其中级传动实现了两个主动刀盘之间相对应的反向转动。具体情况见图55:结构设计方案三示意图。整机几何参数为:长(1654mm)、宽(693mm)、高(930mm)、工作时万向节衔接点的位置离地面的高度(540mm)。 图3-3:结构设计方案三示意图从结构上考虑虽然方案三的整机几何尺寸比方案一、方案二大,但由于结构设计合理、齿轮布置紧凑、传动轴受力均匀、动力传递平稳,使得整机工作时有很高的稳定性,从而提高了机具的使用寿命;其次,从成本上考虑方案一只使用了一对圆锥齿轮,而方案一、方案二都使用了两对圆锥齿轮,但变速箱的齿轮总量大致相同,这使得整机的加工费用大幅度下降,从而提高了整机的经济性;第三,方案三的变速箱由两部分组成,这便于机具的安装和修理。 方案三的结构设计不足之处在于:工作时万向节与变速箱之间衔接点的位置相对方案一、方案二衔接点的位置偏高,在级传动中有可能存在传动的不均匀性。综上所述,方案三在各方面的优势都比较明显,整机的实用性和经济性尤为突出,因此选定方案三的结构设计为最终确定方案。3.2 传动比的分配如方案三设计,总传动比,万向节输入动力直接传给圆锥齿轮组构成级传动,传动比,把水平方向的动力转变成竖直方向的动力。在级传动的传动轴上安装了两个圆柱齿轮,上面的那个齿轮与另外两个圆柱齿轮组成右方向上的传动构成级传动和级传动,下面的那个齿轮与另外四个圆柱齿轮组成左方向上的传动构成级传动、级传动、级传动,其中级传动实现了两个主动刀盘之间相对应的反向转动。 , ,。4、扭矩与功率分析4.1单盘作业扭矩与功率分析4.1.1 单盘切削、破碎土壤所需的扭矩图314示意了单把旋刀切削、破碎土壤时所需的扭矩变化规律,设单把旋刀的扭矩曲线为:图2-3 单把旋刀切削土壤扭矩图单把旋刀每转所需扭矩为: (N.m.rad)每个刀盘有z把旋刀,则单个刀盘的扭矩为: (N.m.rad)因此根据单个刀盘上的扭矩可求得消耗的功率为:4.2 驱动耙的功率消耗不考虑转移的力,旱地立式驱动耙单个刀盘在一个周期所消耗的总功等于:式中: 旋刀一个周期内所经过的路程(m)旋刀平均阻力(N) 单个刀盘上旋刀数在一个周期内,旋刀所经轨迹长度为L,因为旋刀运动轨迹的参数方程为:, 因此在一个周期内,计算平面曲线的弧长:令:,则:令:则:令:;则:所以:将、代回(25)式,可得:则旱地驱动耙所需功率为:将,代入(27)式,得:其中:式中:旋刀平均阻力(N)单个刀盘上的旋刀数目立式驱动耙消耗的总功率:其中:刀盘的个数扭矩与功率在各级传动过程中传递的数值如下表所示:传递参数扭矩 Nm功率 Kw级传动141.478.0左向级传动 79.584.0右向级传动106.104.0左向级传动226.164.0右向级(左向级)传动 226.163.9单盘旋刀301.551.35、传动件的设计与校核5.1 齿轮的设计与校核齿轮箱里面级传动是一组圆锥齿轮,将水平方向的动力转变成竖直方向的动力,减速箱是几组直齿圆柱齿轮。5.1.1 选择齿轮的材料选择齿轮的材料为40Cr,经调质处理,其机械性能由参考书机械设计中表11.1和表11.4查得:硬度范围 :235275(HBS) ; 硬度取值 :255 (HBS) ; 接触强度安全系数S(H2) :1.10 ;弯曲强度极限应力b(F2): 291 弯曲强度安全系数S(F2):1.40 ; 弯曲强度许用应力 (F2):395 5.1.2 齿轮的功率P,转速n和转矩T取该级圆锥齿轮传动的效率(包括轴承效率在内)由联轴器传递给锥齿轮的功率为p=8.0 Kw传递转矩为,转速为,齿数均为,传动比,齿数比5.1.3齿轮的校核 受力分析:在理想情况下,作用于齿轮上的力是沿接触线均匀分布的,法向力垂直于齿面,将法向力在节点处分解为两个互相垂直的力,即圆周力和径向力。由于齿轮实际工作要受到各种因素的影响,因此需对理想状况下的载荷进行修正,故实际圆周力为: 齿面接触疲劳强度分析: 齿根弯曲疲劳强度分析: 级传动(圆锥齿轮组)(由于齿轮数目比较多,故校核过程省略)齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 513.18 接触强度计算应力H 486.74 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 382.59 齿轮1弯曲强度计算应力F 70.56 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 382.59 齿轮2接触强度计算应力F 70.56 满足 级传动齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 513.18 接触强度计算应力H 431.91 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 394.42 齿轮1弯曲强度计算应力F 51.81 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 394.42 齿轮2接触强度计算应力F 51.81 满足级传动齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 513.18 接触强度计算应力H 423.66 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 387.32 齿轮1弯曲强度计算应力F 47.96 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 387.32 齿轮2接触强度计算应力F 43.74 满足3 级传动齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 392.73 接触强度计算应力H 392.46 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 394.42 齿轮1弯曲强度计算应力F 70.91 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 289.52 齿轮2接触强度计算应力F 63.03 满足级传动 齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 513.18 接触强度计算应力H 477.87 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 394.42 齿轮1弯曲强度计算应力F 58.25 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 394.42 齿轮2接触强度计算应力F 58.25 满足 级传动 齿轮1接触强度许用应力H1 513.18 齿轮2接触强度许用应力H2 513.18 接触强度计算应力H 403.17 满足齿轮1弯曲强度许用应力F1 394.42 齿轮1弯曲强度计算应力F 65.69 满足齿轮2弯曲强度许用应力F2 394.42 齿轮2接触强度计算应力F 65.69 满足5.2 轴的设计与校核根据相关理论知识,可知:在传递功率相同的情况下,转速小时其传递的转矩大,由此需要刀轴的截面大,轴的直径大,轴的强度须进行强度校核。并且在传递较大功率时,要求其相应的轴的直径大。由以上理论可知,在轴的设计校核过程中,在此只需要对轴I和刀轴进行强度校核,其他轴可据此进行设计校核。齿轮箱里面轴I是传动轴主要承受扭距,刀轴为转轴既承受弯距又承受扭距。5.2.1 选择轴的材料选择轴的材料为45钢,经调质处理,其机械性能由参考书机械设计中表11.1和表11.4查得:。5.2.2 轴上的功率P,转速n和转矩T取该级圆锥齿轮传动的效率(包括轴承效率在内)由联轴器传递给锥齿轮轴I的功率为,传递转矩为,转速为。根据锥齿轮传递功率,考虑功率余量和传动的功耗(万向节、锥齿、直齿传动),可得每刀轴传递的功率为,传递转矩为,转速为。 5.2.2 确定轴的最小直径对只受扭矩或主要受扭矩的传动轴,安扭转强度条件计算轴的直径。若有弯矩作用,可用降低许用应力的方法来考虑其影响。扭矩强度条件为 式中 轴的扭转切应力,MPa; 轴所受的扭矩,; 轴的转速,; 轴所传递的功率,; 轴的许用扭转切应力,见表11.3.对实心的圆轴, ,以此代入式(19),可得轴的直径 式中,为取决于轴材料的许用扭转切应力的系数,其值可查表11.3.。当弯矩相对转矩很小时,取较小值,根据表11.3选=112,代入上式,则1 轴I结构设计:将上述数据代入(式5.1),计算可得,考虑到轴截面上开有花键,对于的轴,轴径增大20.可取轴的最小直径。图5-1 轴结构图参考相关轴的设计,可设计如上的轴的结构2 刀轴结构设计:将上述数据代入(式5.1),计算可得,考虑到截面上开有花键,对于的轴,轴径增大20,并加上需在轴上钻有内孔,可取轴的最小直径。图5-2 刀轴结构图5.2.3轴的强度校核1.轴I的受力分析图5-3 轴安装图图5-4 轴受力分析图1)轴传递的转矩2)齿轮受力 法向载荷直齿锥齿轮齿面所受的通常都视为集中作用在平均分度圆上,受力分别为 为法向载荷分解的周向分力 为法向载荷分解的垂直于分度圆锥母线的分力 分解的径向分力 分解的轴向分力其中满足关系,.代入,可得153,代入上式,可得, ,3)支承反力的计算a,水平面支承反力由,得 ,代入计算得, =499N由,得 ,代入计算得,=572Nb,垂直面的支承反力由得 ,代入计算得,,=7574)作弯矩图和扭矩图a,水平面弯矩图 ,b,垂直面弯矩图垂直面弯矩 ,C、合成弯矩图,d、扭矩图前已算得4)按当量弯矩计算直径查表15-8得,根据表15-7公式计算A截面轴径 ,在结构设计时,取是满足强度要求的2.刀轴的受力分析图5-5 刀轴安装图 图5-6 刀轴受力分析图3 轴传递的转矩 2)齿轮受力 直齿圆柱齿轮传动时,沿啮合线作用在齿面上的法向载荷Fn垂直于齿面,在节点处分解为两个相互垂直的分力,即圆周了Ft与径向力Fr,如上图所示。且满足:式中:齿轮传递的转矩,单位为; 齿轮的节圆直径,多标准齿轮即为分度圆直径,单位为; 啮合角,对标准齿轮,.其中,将上式数据代入可得:,.3)支承反力的计算a,水平面支成反力由得,代入数据计算得,,b.垂直面支承反力由得,,代入数据计算得,,.4)作弯矩图和扭矩图a,水平面弯矩图b,垂直面弯矩图C,合成弯矩图d,扭矩图前已算得4 按当量弯矩计算轴径查表15-8得,根据表15-7公式计算B截面轴径 ,在结构设计时,取是满足强度要求的。6、其它零部件设计6.1悬挂机构本旱地立式驱动耙采用标准的三点式悬挂机构,具有较强的稳定性。6.2箱体的设计 箱体用8mm的优质碳素结构钢板制成,转子由重型圆锥轴承支称,整体轴承座确保齿轮与轴承对中,轴承座由螺栓固定在齿轮箱上如有损害可以方便更换,如下图示:6.3刀具座的设计刀具座用花键轴和锥形定心装置固定在轴上更换简易,刀具座与刀盘用螺栓进行连接,刀具可以直接插入刀具座,拆卸方便。上下刀盘的厚度为15mm。如下所示:6.4轴承的选用和校核 轴承的作用是支撑轴及轴上的零件,保持轴的旋转精度,减少转轴与支撑之间的摩擦和磨损。 滚动轴承的类型应根据所受的载荷大小、性质、方向、转速及工作要求来选择。在圆锥齿轮变速箱及刀盘中,由于轴同时受径向载荷和轴向载荷,且为方便安装,外圈分离,所以圆锥滚子轴承。滚动轴承在同时承受径向和轴向联合载荷时,为了计算轴承寿命在相同条件下比较,需将实际工作载荷转化为当量动载荷。在当量动载荷作用下,轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。当量动载荷P的计算公式是 式中,径向载荷,N; 轴向载荷,N; 径向动载荷系数和轴向动载荷系数。由于机械工作时常具有震动和冲击,为此,轴承当量动载荷应按下式计算:,其中,均可通过查表获得。若轴承工作转速为,可求的以小时数为单位的基本额定寿命,寿命指数,球轴承,滚子轴承。1)刀盘轴:d=35mm,D=80mm,B=21mm, 基本额定动载荷,轴承代号:GB30307轴的转速为,.动载荷系数,派生轴向力,当时;时;。图6-1 轴承受力分析图两支点反力 (对轴承1的中心取矩),得(力平衡)两轴承的当量动载荷,如上图所示,所以轴系有右移的趋势,所以轴承2被“压紧”,轴承1被“放松”。轴承寿命 符合要求。2)轴I:由刀轴的计算可知,以上基准所选出的轴承符合要求,且刀轴受力大,依上面可知,在选择轴承时,选取:d=40mm,D=80mm,B=18mm,轴承代号:GB30208第三章 总结通过此次课题设计,学习和掌握了常见机械零件,机械传动装置或简单机械的一般设计方法和原则。培养了分析和解决机械设计问题的能力,为以后进行相关的设计工作打下了基础。使我对相关的专业知识的综合运用,有了一定程度上的把握。使理论知识和生产实践密切地结合起来,使这些知识得到了进一步巩固、加深和扩展。通过此次课题设计,还使我在使用掌握计算机绘图、运用并熟悉相关设计资料(包括手册,标准和规范等)以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高。总之,此次设计为我今后的学习和工作打下了坚实而牢固的基础,为今后从事设计工作奠定了广阔,深厚的基础。 致 谢(Acknowledgement)本论文是在曾一凡老师的悉心指导下完成的。从论文选题论文设计到论文的修改,曾老师都给予了莫大的支持和帮助。老师凭借他渊博的知识和丰富的实践经验对论文的设计和改进给予了指导,使得我的论文得到顺利完成。老师严谨的治学态度、深厚的知识底蕴和一丝不苟的工作作风重塑了我的人生观和价值观,将使我终生受益。学生在此致以崇高的敬意和忠心的感谢!同时感谢本组成员赵群同学的帮助,是我们的团结协作才顺利完成了本次毕业设计最后还要感谢各位评委老师,您们辛苦了! 黄叶朋 2009 年 5月参考文献1孙耀邦主编. 土壤耕作技术与应用.北京:中国农业出版社,1996.22北京农业工程大学主编. 农业机械学(第二版).北京:中国农业出版社, 2002.13国家自然科学基金委员会主编. 土壤学. 北京: 科学出版社, 1997. 1,4 李守仁 林金天编. 驱动型土壤耕作机械的理论与计算. 北京:机械工业出版社, 1997. 25 镇江农业机械学院主编. 农业机械学. 北京 :中国农业机械出版社,1981.26沈昌蒲主编. 机械化土壤耕作. 北京:中国农业出版社,1995. 107刘景泉主编. 农机实用手册. 北京:人民交通出版社, 1998. 88北京农业机械化学院主编.国外耕耘机械技术水平(一)北京:农业出版社1980.109北京农业机械化学院主编. 国外耕耘机械技术水平(二).北京农机学院科研处科技情报资料室, 1980.1010 张松明 吴湘鑫编著. 农用机械运用学原理. 北京:中国农业机械出版社,199011 郑文伟, 吴克坚. 机械原理(第七版).北京:高等教育出版社, 1997. 712 南京农业大学主编. 农业机械学(上册). 北京:中国农业出版社, 199613 高尔光. 我国耕整种植机具产品现状与展望. 农业机械化, 1997(1):131414 郑庆伟 .整地机械集锦. 农业机械, 2001(1):5015 郑庆伟. 新型驱动式耕整地机械荟萃. 农业机械 ,1998(12):2616夏晓东. 发展中的驱动型耕作机械. 农机与食品机械, 1996,(5):4617赵经文, 王铎主编. 理论力学(上下册第五版).北京: 高等教育出版社,1997 .718 郑庆伟. 介绍几种整地机械. 新农业, 2003(4):49附录FS275型拖拉机主要技术参数型号FS275型式水旱兼用44轮式主要参数外形尺寸(mm)长(至下连杆)3060宽1400高至消声器顶1880至方向盘顶1520轴距(mm)1660轮距(mm)前轮1100后轮1050-1350地隙(mm)340转向圆半径(m)半轮制动3.0 不用制动3.5 结构质量kg1270配重kg前配置无后配置75额定牵引力N水田4500旱地5500动力输出轴变负荷试验平均燃油消耗率g/kwh365最大牵引率工况下,牵引比油耗g/kwh355理论速度km/h前进挡/倒退挡1.4、1.9、3.5、6.1、7.4、9.8、18.0、31.6/1.7、8.6发动机型号NJ480T型式直列、水冷、四冲程柴油机气缸数3气缸直径mm85活塞行程mm95发动机活塞总排量L1.617压缩比2223气缸套型式干式燃烧室型式涡流式标定功率/转速 1小时功率kw/prm22.06/235012小时功率kw/prm19.85/2350最大扭矩Nm91.29最大扭矩时转速prm1725燃油消耗率g/kwh281机油消耗率g/kwh3.4 传动系离合器单片、干式、单作用变速箱(4+1)2,主变速箱为平面三轴式中央传动齿轮螺旋锥齿轮,传动比34/9差速器锥齿轮式差速锁有末端传动直齿圆柱齿轮,内置外啮合工作装置液压系统油泵类型CB310HZ齿轮泵预选耕深调节力位综合调节理论流量L/min20.8安全阀开启压力Mpa12.5标准框架上的最大提升质量N4310提升时间s3托挂装置托挂销直径mm30托挂卡离地高度mm403动力输出轴型式非独立式转速540/720花键型尺寸矩形634.790.0628.90.058.6934
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