水田平地机的设计-整平机 稻田搅浆平地机械设计【cad高清图纸和说明书全套】
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稻田搅浆平地机械设计,姓名:吕佳祺 指导老师:李玉清 学号:20104024212,. 水田在我省的适用情况,我省土地以丘陵为主,但又以水稻为主的主要粮食的地区。无法适应于大规模的生产,但又是水田,泥泞的土地作业有一定的难度。本文基于机械设计和相关的研究,利用减速箱,和液压装置设计了一台水田搅浆平地机。,搅浆平地机的实体图:,设计的一些不同: .平地板更加灵活,实用。 .增加了座椅,作业时更加舒适。 .行走轮同搅浆装置同样有疏松土壤的作用,提高作业效率。,装配简图:,.175-1型柴油机 .底座 .减速箱 .铰链 .手柄 .液压装置 .平地船 .搅浆装置 .耕整双轮,. 结构特点与优势,)通过小型柴油机作为动力源,具有小型水田也能快速工作的特点。 )体积小、质量轻、结构简单、操作方便、保养方便。 )良好的导向性,平地效果理想。,. 工作原理,设计一台稻田搅浆平地机械,由现有双轮耕整机牵引,工作部件通过搅浆,平底船的振动,对土壤的挤压,刮平、推送以实现水田中土壤的平整,经参考众多农机类型,我设计了如图所示双轮拖挂式水田平地机。柴油机为动力源,经过V带传动将功率传给减速器,经历两级减速后又利用V带传动将功率传递给行走的双轮,双轮拖动平地船在水田上行走,平地船与拖拉机具采用三点悬挂方式连接,三点悬挂装置的两个提升杆改用两个双作用油缸,其动作可分别控制,以实现平地具左右两侧提升和下降的独立控制,保证平地机具始终处于水平位置工作。悬挂点以铰链连接,人站在平地船上通过手柄掌控方向。液压控制系统控制平底船左右水平。,. 柴油机的选择,通过对家乡柴油机的使用情况了解,175-1型发动机的在手推式水田搅浆平地机的使用率很高,很适合本地环境与交通状况的柴油机,能满足小型农业机构要求,故本次设计以龙舟-175F-1型柴油为动力源规格如下:,5 . 减速箱的设计,按常识,取170cm,体重取70kg,双臂抬起高度h=800mm。柴油机高500mm,为了让人前方视野开阔,取双轮半径r=500mm那么轮子的转速n=51.54r/min.确定传动装置的总传动比和分配传动比,以此设计减速器。,传动装置示意图:, 搅浆机具,耕深20-60cm,转速150-200转,旋耕刀:,名称:左弯刀 回转半径:245mm 耕深,名称:左弯刀,名称:右弯刀,回转半径:245mm 耕深:16cm,7. 液压装置,在分析国内外平地控制系统的产品的基础上,借鉴它们的成功经验,根据国内现有产品的现状,以及现有的技术水平,以单片机为控制,以液压系统为执行机构,设计了一种精密水田平地控制系统。在系统设计中,结合实验的实际需要,主要以耕整水田为研究对象。利用电磁阀的控制,实现油泵的不同排量,从而实现排种器的转速控制。,平地机具静态简图:,总结:,本次设计旨在设计一款体积小、质量轻、噪音小、操作灵活方便,适合小面积平地的水田搅浆平地机械,基于以上设计要求,经过几次大的设计方案的变动,最后决定用双轮耕整轮作为动力源,通过带传动到齿轮机构以实现减速、搅浆、拖动平底船在水田行走。 至此,我的设计过程结束,谢谢!, I 摘 要 由于我国土地形状复杂,类型繁多,且纬度跨越大,故我国各省的农业机械各有差 异,其现代化程度不同。我省土地类型主要以丘陵为主,但又是以水稻为主要粮食的地 区。无法适用于大规模的生产,但又是水田,泥泞土地的作业有一定的难度。本文基于 机械设计和相关的理论研究,利用减速箱,单片机和液压装置设计了一台水田平地机。 由于本人能力有限,此文只着重设计了其传动装置与平地的液压装置。此次设计的水田 平地机特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,工作效率高。 关键词:水田平地机 ;耕整机 ;手推 ;液压系统设计 II Abstract due to land complex shapes, type range and latitude spans, of agricultural machinery in all the different, varying degrees of its modernization. I mainly hilly land in type, but with rice as the main food of the region. Cannot be applied to large-scale production, but paddy fields, muddy land a job with a certain degree of difficulty. This article is based on research on mechanical design and theories related to the, using gearboxes, hydraulic design of single-chip and a grader for paddy field. Because of my ability is limited, this article only focuses on the design of its gear and leveling of hydraulic equipment. Grader for paddy field feature of the design is simple, uniform, stable operation, high efficiency. Keywords: grader for paddy field; cultivator; hand; design of hydraulic systems III 目 录 摘要 . ABSTRACT. 前言 . 1 绪论 1.1 水田平地机在国内外的发展和使用 1.2 设计水田平地机的意义 . 1.3 作品的结构特点与优势 2 水田平地机的方案选择 3 柴油机的选择 4 减速箱的设计 4.1 减速箱的传动比分配 . 4.2 计算传动装置的运动和动力参数 . 4.3 设计 V 带 4.4 齿轮的设计 4.5 轴的设计 11 4.6 高速大齿轮及带轮的设计 22 5 液压系统的设计及整体方案的确定 24 5.1 确定液压系统的压力和流量 24 5.2 液压缸主要尺寸的确定 24 IV 5.3 各主要液压器件选择及其工作原理 .25 5.4 其他 .27 6 润滑方式的确定以及其它的一些要求 30 7 总结 31 参考文献 .32 致谢 .33 V 前 言 稻田搅浆平地机是我省广泛采用的主要水田平地机械,手推式搅浆平地机适应了我 省山丘为主的主要地形形式,并且也满足了耕地的主要作业要求。稻田搅浆平地机之所 以有广泛的辅助作业能力,是由于它能完成 360 度运动。他们可以单独进行,也可以组 合进行。本次研究的是一款能在我省水田中平地搅浆的机械,作业后疏松、平整的土壤 更加利于之后的播种以及收割。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 0 1 绪论 1.1 水田平地机在国内外的发展和使用 随着高新技术的发展及在工程机械产品上的应用,以现代微电子技术为代表的高科 技正越来越普遍地用来改造工程机械产品的传统结构。成熟技术的移植应用已大大促进 了平地机综合技术水平的进一步提高。在满足新的技术要求前提下选择合理的价位,适 应不同档次的用户需求是目前平地机的发展方面。中国市场与国外市场不同,国外发达 国家的农业现代化基本已经形成,平地机的市场走势处于低谷,而中国平地机市场刚刚 开始启动,另一方面中国是发展中国家,经济实力等远远落后于发达国家,多种因素决 定了现阶段的中国市场对平地机不需要很高的技术含量和高的配置,只要具有同样的作 业功能和较好的可靠性,具有性能价格比的优势,就会有高的市场份额。近年来,国外 平地机之所以从中国市场逐步退出不是因为国外产品的技术水平不高,而是价位太高。 进口机的价位约是国产同类机型的 3 倍以上。因此,国产平地机必须在保持或略高于原 同类机型价位的基础上,尽量提高整机的可靠性和操作舒适性来适应中国的市场。 从技术发展角度考虑,中国平地机的发展,依然要跟踪国际领先水平。展望迅速发 展的中国市场,加入0 后国内市场国际化的趋势日趋明显。参与国际交换和分工,充 分利用国际先进的配套资源和科学技术,实现技术资源的优化配置,成为国内平地机制 造业发展的必经之路。中国平地机技术发展的基本特征应是:高、中、低档产品并存。 广泛使用新材料、新工艺,提高制造工艺水平,提高产品的可靠性和寿命,这是国产平 地机的发展趋势。 1.2 设计水田平地机的意义 随着我国现代化建设事业的迅速发展,农业现代化的建设越来越紧迫。但由于我国土 地形状复杂,类型繁多,且纬度跨越大,故我国各省的农业机械各有差异,其现代化程 度不同。我省土地类型主要以丘陵为主,但又是以水稻为主要粮食的地区。无法适用于 大规模的生产,但又是水田,泥泞土地的作业有一定的难度。因此我省水田对平地类型 的机械有一定的要求。使用方便,外形较小,移动方便是我省现阶段水田平地机的研究 意义。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 1 1.3 作品的结构特点与优势 1)通过小型柴油机作为动力源,具有小型水田也能快速工作的特点 2)体积小、质量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉,无废气及噪音 等污染。 3) 平地的高度可在 2060mm 之间,横向 100200mm,,质量 400kg 左右(材料由 45 钢制作); 4)前轮采用双轮耕整机构,具有良好的导向性,后面的平地船通过铰链与行走机构 相连,可以大幅度拐弯。 5) 平地的效果较理想,且成本低,是小面积平地的首选产品。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 2 2 水田平地机的方案选择 据本次设计要求:设计出一台水田平地机,由现有双轮耕整机牵引,工作部件平地 船通过振动、对土壤挤压,刮平、推送,实现水田中土壤的平整。经参考众多农机类型, 我设计了如图 1 所示双轮拖挂式水田平地机。 柴油机为动力源,经过 V 带传动将功率传给减速器,经历两级减速后又利用 V 带传 动将功率传递给行走的双轮,双轮拖动平地船在水田上行走,平地船与拖拉机具采用三 点悬挂方式连接,三点悬挂装置的两个提升杆改用两个双作用油缸,其动作可分别控制, 以实现平地具左右两侧提升和下降的独立控制,保证平地机具始终处于水平位置工作。 悬挂点以铰链连接,人站在平地船上通过手柄掌控方向。液压控制系统控制平底船左右 水平。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 3 3 柴油机的选择 有常识得知:正常成年人的移动速度为 3.55km/h,考虑安全问题取 v=4km/h=66.67m/min。按水田耕整作业: (1)KPTNnhb 式中: 耕宽,取 100cmnb 耕深,取 10mmh 土壤比阻,根据资料取 0.36K 所以 =3.60kwTNP 1.175F1 型柴油机 2.底座 3.耕整双轮 4.铰链 5.平地船 6 液压装置 7.手柄 8.减速箱 图 1 总装配简图 Fig 1 General Assembly Drawing 通过对家乡柴油机的使用情况了解,175F1 型柴油发动机的使用率特别广,它是最 适合本地环境状况与交通状况的柴油机,它能满足轻小型农业机构的要求,故本次研究 以龙舟-175F-1 型柴油为动力源驱动。其规格如图 2 所示: 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 4 图 2 柴油机铭牌 Fig 2 diesel engine nameplate 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 5 4 减速箱的设计 4.1 减速箱的传动比分配 图 3 传动装置示意图 Fig 3 Schematic diagram of transmission device 按常识,取 170cm,体重取 70kg,双臂抬起高度 h=800mm。柴油机高 500mm,为了 让人前方视野开阔,取双轮半径 r=500mm 那么轮子的转速 n=51.54r/min。 确定传动装置的总传动比和分配传动比:总传动比: 53.04.126轮总 ni (1) 分配传动比:取 则 05.3带i 49.16.2i 取 经计算 21).3(i21i 535i 注: 为带轮传动比, 为高速级传动比, 为低速级传动比。带 2i 4.2 计算传动装置的运动和动力参数 将传动装置各轴由高速到低速依次定为 1 轴、2 轴、3 轴、4 轴 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 6 依次为电机与轴 1,轴 1 与轴 2,轴 2 与轴 3,轴 3 与轴 4,之间的传01234, 动效率。 (1)各轴转速: min/8520.36nrim带 (2)i/14.12i带 (2)in/7.56.305.2n213 rim带 (2) (2)各轴输入功率: 1013.69.52dpkW1012.791dpp32330.963.05k 440124.6.9.93d kW (3)各轴输入转矩: (2)mNnPTwdd 1.3205954.386.01.301 iTd带 .1948212 mNi 57.5.633T8309.744 各轴动力参数结果如下表: 表 1 各轴动力参数 Table 1 the axial dynamic parameters 轴名 输入功率 P KW 输出功率 P KW 输入转矩 T Nm 输出转矩 T Nm 转速 r/min 柴油机轴 3.65 36.5 2600 高速轴 3.52 3.48 13.1 38.4 852 中间轴 3.21 3.18 38.4 168.8 184 低速轴 3.05 3.02 168.8 576.8 51.71 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 7 4.3 设计 V 带 (1)确定 V 带型号 查机械设计手册 表 13-6 得: 205P2.1AK 则 WKdAc 4.67.31 根据 ,由机械设计 图 13-5,选择 A 型 V 带, 。4.minrno 205P125d (3) 123.0512.9837.6d 取 。 375 为带传动的滑动率 。 . (2)验算带速: 带速在 范围内,合smdvmV01.716025160s25 适。 (3)取 V 带基准长度 和中心距 a:dL 初步选取中心距 a: ,取 。750)32(5.)(5.21o 075a 所以: (3)8.42121ooaL 查资料取 。那么实际中心距: 。50d 1.472odoL 验算小带轮包角 : 。 (4) 21857.3610da 求 V 带根数 Z: (5)00L cPK 根据内插值法得 。38.1o18.op EF=0.1 .037.1oP EFABC 。 1.8.op08.EF9.1tK 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 8 由内插值法得 。 95.0aK0.163ACFBE09.E95 (6)09.15.)108.3(4)( KWPZLaoc 取 Z=3 根。 (4)求作用在带轮轴上的压力 :QF 有 q=0.10kg/m,单根 V 带的初拉力: (6) 2 205.504.25(1)(1)0.68190.3689cPFqv NzvK 作用在轴上压力: 0 2sin90.sin32.cZN 4.4 齿轮的设计 4.4.1 高速齿轮的设计 (1)材料:高速级小齿轮选用 钢调质,齿面硬度为 250HBS。高速级大齿轮选用45 钢正火,齿面硬度为 220HBS。45 (2)查机械设计表 11-7 得: 。lim10HMpalim2540Hpa 又由表 11-4 得: 。1.HS.3F 故 。MpaH50.1lim1 MSH91.2li2 查机械设计第 168 页表 11-10C 图得: 。paF01limpaF502lim 故 。paSF1543.201lim1SF13.2li2 (3)按齿面接触强度设计:9 级精度制造,取载荷系数 ,取齿宽系数2K 计算中心距:由机械设计第 165 页式 11-5 得:4.0a 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 9 3.1726.40382.149356.351 512 uKTuan 考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取 a.m 则 取 821maZ 91Z12 实际传动比: 79.43 传动比误差: 。%5.3106. 齿宽: 取 82ab842b901 高速级大齿轮: 高速级小齿轮: 49Z21Z (4)验算轮齿弯曲强度: 根据机械设计第 167 页表 11-9 得: 12.6FY2.F 按最小齿宽 计算:28b (7) 11 1322.106.94.545FF FKTYMpamZ 所以安全。 21 23.8FFFMpa (5)齿轮的圆周速度: smndV19.106834.29106 查课本第 162 页表 11-2 知选用 9 级的的精度是合适的。 4.4.2 低速级大小齿轮的设计 材料:低速级小齿轮选用 钢调质,齿面硬度为 250HBS。低速级大齿选用 钢45 45 正火,齿面硬度为 220HBS。 查机械设计第 166 页表 11-7 得: 。lim30HMpalim450Hpa 查机械设计第 165 页表 11-4 得: 。1.S.F 故 paMSH501.1lim3 MSH91.4li4 查课本第 168 页表 11-10C 图得: 。lim320Fpalim450Fpa 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 10 故 。MpaSF1543.203lim3 MpaSF153.04lim4 按齿面接触强度设计:9 级精度制造,查课本第 164 页表 11-3 得:载荷系数 ,取1.2K 齿宽系数 0.5 计算中心距: 由课本第 165 页式 11-5 得:3.216.40812.493516.31 522 uKTuan (6) 取 则 取504m 34aZm37Z49 计算传动比误差: 983.62710%.955 齿宽: 则取 .21ba4125b34103b: 低速级大齿轮: 448Z 低速级小齿轮: 3037 验算轮齿弯曲强度:查课本第 167 页表 11-9 得: 32.65FY4.F 按最小齿宽 计算:4125b (8) 33 3322.9.651047.94FF FKTYMpamZ 安全。 423 40.7FFFMpa 齿轮的圆周速度: 327680.12/610dnVms 查机械设计教材第 162 页表 11-2 知选用 9 级的的精度是合适的。 4.5 轴的设计 4.5.1 高速轴的设计与校核 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 11 (1)材料:选用 45 号钢调质处理。查机械设计第 230 页表 14-2 取 35Mpa C=100。 (2)各轴段直径的确定:根据机械设计课本第 230 页式 14-2 得: (9) 1min33.520.48PdC 又因为装小带轮的电动机轴径 ,又因为高速轴第一段轴径装配大带轮,3d 所以取 。L 1=1.75d1-3=60。1.82:16 因为大带轮要靠轴肩定位,且还要配合密封圈,所以根据机械设计手册手册 85 页240d 表 7-12 取 ,L 2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。2 段装配轴承且 ,所以由表 6-1 取 。选用 6009 轴承。3 3d345d L3=B+ +2=16+10+2=28。3 段主要是定位轴承,取 。L 4根据箱体内壁线确定后在确定。 装配齿轮段直径:4d450 5d 判断是不是作成齿轮轴: 412.5fetm 查机械设计手册 51 页表 4-1 得: e=5.96.25。3.t1 段装配轴承所以 L6= L3=28。6d6345d 校核该轴和轴承:L 1=73 L2=211 L3=96 作用在齿轮上的圆周力为: NdTFt 9815.20431 径向力为 98407rtFg 作用在轴 1 带轮上的外力: 3.Q 求垂直面的支反力: (10) 2110738rVl N212rVF 求垂直弯矩,并绘制垂直弯矩图: 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 12 3271057.6avMFl Nm184 求水平面的支承力: 由 得12()Htll N 12129481773tFl N215Ht 求并绘制水平面弯矩图: 3197108.2aMFl m2554H 求 F 在支点产生的反力: 312961.83.7l N214.2.157.F 求并绘制 F 力产生的弯矩图: 323.89608.Ml N147127aF F 在 a 处产生的弯矩: 3138.0.l m 求合成弯矩图: 考虑最不利的情况,把 与 直接相加。 aFM2avH2 27.5.618.96.1aFaVHMNm 24 求危险截面当量弯矩: 从图可见,m-m 处截面最危险,其当量弯矩为:(取折合系数 )0.6NmTe .206.38602.1920 (11) 计算危险截面处轴的直径: 因为材料选择 调质,则 ,许用弯曲应力 ,则有:#455BMPa160bMPa 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 13 (12) 3331206.412.50.ebMdm 因为 ,所以该轴是安全的。54add 弯矩及轴的受力分析图 轴 1 图 4 高速的弯矩及受力分析图 Fig 4 Bending moment and stress analysis of high speed shaft (3)键的设计与校核: 根据 ,确定 V 带轮选铸铁 HT200,参考机械设计教材表 10-9,由于16,0.9dT 在 范围内,故 轴段上采用键 : , 81dbh108 采用 A 型普通键: 键校核.为 L1=1.75d1-3=60 综合考虑取 =50 得l (13) 3406.97.1385pTMpadlh 查课本 155 页表 10-10 所选键为:60b:1085bhl 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 14 4.5.2 中间轴的设计与校核 (1)材料:选用 45 号钢调质处理。查机械设计课本第 230 页表 14-2 取 C=100。35Mpa 故 (14) 2min33.106.8PdC 段要装配轴承,所以查手册第 9 页表 1-16 取 ,查手册 62 页表 6-1 选用 62081 140d 轴承,L 1=B+ + +(2 3)=18+10+10+2=40。32 装配低速级小齿轮,且 取 ,L 2=128,因为要比齿轮孔长度少 。2d21d24523: 段主要是定位高速级大齿轮,所以取 ,L 3= =10。3 360d4 装配高速级大齿轮,取 L4=84-2=82。4 4 段要装配轴承,所以查手册第 9 页表 1-16 取 ,查手册 62 页表 6-1 选用 62085d 5 轴承,L 1=B+ + +3+( 23)=18+10+10+2=43。32 (2)校核该轴和轴承:L 1=74 L2=117 L3=94 作用在 2、3 齿轮上的圆周力: 32470.70195tTFNd 径向力: 2298rtgt3870316rtFN 求垂直面的支反力 32311()985(74)3169rrVll N2326120rVrFF 计算垂直弯矩: 31740.9aVmMl Nm32()16(74)851705.nrFl Nm 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 15 求水平面的支承力: 32311()870942714586ttHFll N2370563tt N 计算、绘制水平面弯矩图: 31458612.aHmMFl m3232()80(741)80917295.ntl Nm 求合成弯矩图,按最不利情况考虑: (5) 22.93.amavHmN53.0.nnMm 求危险截面当量弯矩: 从图可见,m-m,n-n 处截面最危险,其当量弯矩为:(取折合系数 )0.6NTame 418.6.03222 M32 计算危险截面处轴的直径: n-n 截面: (7) 333140.906ebMdm m-m 截面: 333140.906ebd 由于 ,所以该轴是安全的。425m 轴承寿命校核: 轴承寿命可由式 进行校核,由于轴承主要承受径向载荷的作用,所以hfn601pth)( PCL ,查课本 259 页表 16-9,10 取 取rPF1,.,tpf3 (8) 22211345896rvHN 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 16 222506837rvHFN63211029.510()()2.87thPCfLhyn 轴承使用寿命在 年范围内,因此所该轴承符合农用机械要求。3: 图 5 中间轴的弯矩及受力分析图 Fig 5 Intermediate shaft bending moment and Stress Analysis 4.5. 低速轴的设计与校核 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 17 弯矩及轴的受力分析图如下页图: 图 6 低速轴的弯矩及受力分析图 Fig 6 Moment and stress analysis of the Low-speed Shaft 2)键的设计与校核: 已知 NmTd8.16,452参考机械设计表 10-11,由于 所以取2(450)d:19bh 因为齿轮材料为 45 钢。查表 10-10 得 10b: L=128-18=110 取键长为 110. L=82-12=70 取键长为 70 根据挤压强度条件,键的校核为: bb MPadhlT8.4017945.6832 (2)bbl .5.32 (2) 所以所选键为: :14970bhl:1490hl 确定各轴段直径 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 18 计算最小轴段直径。 因为轴主要承受转矩作用,所以按扭转强度计算,由式 14-2 得: 考虑到该轴段上开有键槽,因此取 331.56107.19PdCmn 查手册 9 页表 1-16 圆整成标准值,取157.(%). 163dm 为使带轮轴向定位,在外伸端设置轴肩,则第二段轴径 。查手册 85 页表 7-270 2,此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值,因此取 。2dm 设计轴段 ,为使轴承装拆方便,查手册 62 页,表 6-1,取 ,采用挡油环给轴承定位。3d 选轴承 6215: 。10,25,84aDBd375 设计轴段 ,考虑到挡油环轴向定位,故取4 480d 设计另一端轴颈 ,取 ,轴承由挡油环定位,挡油环另一端靠齿轮齿根处7d73m 定位。 轮装拆方便,设计轴头 ,取 ,查手册 9 页表 1-16 取 。667d680dm 设计轴环 及宽度 b5d 使齿轮轴向定位,故取 取56280(.803)7.2h51 ,1.4.(0783)1bhm 确定各轴段长度。 带轮的尺寸决定 ,1l1lL250me ,2249LBm 所以 1650le 轴头长度 因为此段要比此轮孔的长度短632hl: 23:3328lB 其它各轴段长度由结构决定。 (3)校核该轴和轴承:L 1=97.5 L2=204.5 L3=116 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 19 求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。 作用在齿轮上的圆周力: 3342159.08194tTFNd 径向力: 25rtgt3025109477 求垂直面的支反力: 214.28950.rVlFN2167rV 计算垂直弯矩: 3286704.5180.avMFl Nm 求水平面的支承力。 21.9302tHl2157415tFN 计算、绘制水平面弯矩图。 3138.07.aHMl m295621F 求 F 在支点产生的反力 3124780l N21594105F 求 F 力产生的弯矩图。 323476Ml N1589.10.mF F 在 a 处产生的弯矩: 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 20 315897.10.mFMl N 考虑最不利的情况,把 与 直接相加。mFM 2avH 2 22.8.476.38.amFavH Nm 求危险截面当量弯矩。 从图可见,m-m 处截面最危险,其当量弯矩为:(取折合系数 )0.622223()68(0.159)4.ameMT 计算危险截面处轴的直径。 因为材料选择 调质,查机械设计手册得 ,许用弯曲应力 ,#45650BMPa160bMPa 则: (5) 33312057.06ebdm 考虑到键槽的影响,取 所以该轴是安全的。803.61d (4)键的设计与校核: 因为 d1=63 装带轮查课本 153 页表 10-9 选键为 bh:1811 查 155 页表 10-10 得02b: 因为 L1=107 初选键长为 100,校核3467.5108bTMpadlh 所以所选键为: :bl 装齿轮查课本 153 页表 10-9 选键为 查机械设计 155 页表 10-10 得680 :214h12b 因为 L6=122 初选键长为 100,校核 34165.2076.84bTMpadlh 所以所选键为: .:b 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 21 4.6 齿轮及带轮的设计 因 采用腹板式结构:347.50adm 表 2 高速大齿轮的设计 Table2 Design of high Speed Gear 代号 结构尺寸和计算公式 结果 轮毂处直径 1D1.6.45sd72 轮毂轴向长度 LB84 倒角尺寸 n0.nm1 齿根圆处的厚度 0(254) 10 腹板最大直径 1D10fd321.25 板孔直径 0d01.()D62.5 腹板厚度 c.3cb齿 宽 25.2 表 3 柴油机带轮的设计 Table 3 Design of diesel Engine Pulley 代号 结构尺寸和计算公式 结果sd 手册 157 页 90mmh908.12.shd 162mmL5)(sL 135mmrdradHm 81mm0 02hrd 143.5mm s(.3).50sB10mm11.1s 15mm2s20. 5mm 表 4 减速箱的带轮设计 Table 4 The belt wheel gear Box Design 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 22 代号 结构尺寸和计算公式 结果sd 手册 157 页 38mmh(1.82).38hsd 68.4mmL5sL 取 60mmrd()1raHm 81mm0 02hrd 74.7mms(.3).50sB 10mm11.1s 15mm2s20. 5mm 表 5 行走机构的带轮设计 Table 5 The belt wheel walking Mechanism Design 代号 结构尺寸和计算公式 结果sd 手册 157 页 45mmh 458.1).(2Snd 81mmL5sL 67.5mmrd()2radHm 81mm0 0hrd 74mms(.3).50sB 10mm1 11s 15mm2 20 5mm 5 液压系统的设计及其整体方案确定 在分析国内外平地控制系统的产品的基础上,借鉴它们的成功经验,根据国内现有 产品的现状,以及现有的技术水平,以单片机为控制,以液压系统为执行机构,设计了 一种精密水田平地控制系统。在系统设计中,结合实验的实际需要,主要以耕整水田为 研究对象。利用电磁阀的控制,实现油泵的不同排量,从而实现排种器的转速控制。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 23 5.1 确定液压系统的压力和流量 液压油缸受力分析: 当下拉杆与地面平行时,平地机具重力方向与左拉杆垂直,此时平地机具所产生的力矩 最大。根据力矩平衡原理得: (16)12LGF 式中 G 平地机具的质量, 力臂, m5.01L 平地机具重心位置,2L2 液压油缸静态最大拉力 的垂直向上分力。1FmaxF 图 8 平地机具静态受力图 Fig 8 land leveler static force 经计算 =4000N,力 F 的最大值 。平地机具工作时会增加惯性负载,根据1 N4620max 经验及相关文献取 0.5 倍,则液压缸工作时必须提供最大拉力 F=6930N。由于采用两液压 缸,可知单缸最大拉力为 3465N。 5.2 液压缸主要尺寸的确定 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 24 (1) 油缸工作压力。根据经验本系统 p=6MPa。 (2) 确定液压缸内径 D 和活塞杆直径 d。考虑安装因素活塞工作时塞杆受拉,经推 导 D 可按下式计算,即 (15)2124FDP 式中 F 是液压缸外负载,已计算 F=3465N 液压缸的机械效率,本系统取 0.95 p1 是液压缸工作压力,已知 p=6MPa P2 是液压缸回油腔背压力,因该系统属于简单的中压系统,可取 0.5MPa 由于活塞杆受拉,取 d=0.5D。 将数据代入式中可得 D=0.048m 圆整后,取 D= 63mm 因 d=0.5D,圆整后取活塞杆直径 d=35mm 由此可计算单缸活塞杆工作时能产生的拉力为 7659N,大于 3465N,满足要求。 (3)计算液压缸工作时所需的流量 q 为 (16) 式中 v油缸活塞伸缩速度,根据相关文献取 v=4m/min。 系统工作时,经常需要两个液压油缸同时工作,故系统所需流量为 2q,即 25L/min。 5.3 各主要液压器件选择及其工作原理 5.3.1 液压马达 从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件,向任何一种液 压泵输入工作液体,都可使其变成液压马达工况;反之,当液压马达的主轴由外力矩驱 动旋转时,也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素-密闭而又可以周 期变化的容积和相应的配油机构。 10 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 25 但是,由于液压马达和液压泵的工作条件不同,对它们的性能要求也不一样,所以 同类型的液压马达和液压泵之间,仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转,因 而要求其内部结构对称;液压马达的转速范围需要足够大,特别对它的最低稳定转速有 一定的要求。因此,它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承;其次液压马达由于在输入 压力油条件下工作,因而不必具备自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要 的起动转矩。由于存在着这些差别,使得液压马达和液压泵在结构上比较相似,但不能 可逆工作 11。 该系统液压泵由拖拉机(型号为清江504)的动力输出轴驱动。已知动力输出轴高 挡转速为 1000r/min,再根据系统工作压力及流量等要求选用淮安市液压件总厂生产的 CBTF532 型齿轮泵。该泵的技术参数如下:排量为 32mL/r,额定压力为 20MPa,额定 转速为 1000r/min ,容积效率为 0.92。 5.3.2 选择液压阀 液压调节系统选用深圳亚德客(AIRTAC)液压气动件厂生产的三位四通电磁换向阀, 其额定工作电压为 12V 直流电,响应频率为 5Hz。根据拟定的液压调节系统原理选定液 压元件,如下表所示: 表 6 液压元件的选择 Table 6 The choice of Hydraulic Components 序 号 元件名称 规格 最大流量 L/min 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 26 1 漏油器 XUB32 30 2 齿轮泵 CBTF532 40 3 压力表 4KF10D1 / 4 溢流阀 AF10D/DP1 32 5 三位四通电磁换 向阀 ED3C2G02D1 32 6 单向节流阀 LAF10DB1 32 7 囊式蓄能器 CQJ16 16 5.3.3 确定管道尺寸 油管内径尺寸由选用的液压元件接口尺寸确定,即油管内径为 8mm。 5.3.4 液压油箱容积的确定 为了提高液压系统的动作灵敏度,采用恒压系统,即油泵压力恒为工作压力 6MPa, 液压油箱有效容量按齿轮泵的流量的 10 倍来确定,即选用容量为 320L 的油箱 17 。 5.3.5 液压系统温升验算 系统为恒压系统,所以在整个田间作业过程中若液压缸不动作,则泵的输入功率全 部转化为热量。 此时液压油的温升最大,单位时间发热量 Q 为 (9)kw127.3pqQ 式中 p油泵的理论泵油排量,为 32L/0.92, q液压泵的理论泵出压力,估算为系统的工作压力,即 6MPa。 邮箱的散热面积可近似为 A=3.14 由于系统的散热状况一般,可取 K ,则系统的温升为: (7) 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 27 液压系统油温一般不应超过 70,因此必须设置散热器。散热器选用汽车空调散热 器,其入口与溢流阀的回油箱口相连。实验表明,设置散热器后,液压系统油温不超过 70,工作正常,如液压系统油路图所示。 5.3.6 溢流阀 溢流阀是一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。 定压溢流作用:在定量泵节流调节系统中,定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大 时,会使流量需求减小。此时溢流阀开启,使多余流量溢回油箱,保证溢流阀进口压力, 即泵出口压力恒定(阀口常随压力波动开启)。安全保护作用:系统正常工作时,阀门 关闭。只有负载超过规定的极限(系统压力超过调定压力)时开启溢流,进行过载保护, 使系统压力不再增加(通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高 1020) 19。 5.4 其他 应用中发现,该系统虽然压力较为稳定,但平地机具在上升和下降的过程中存在较 大的冲击,影响了平地机具的升降控制精度。为此,建议采用频率响应高于 5Hz 的电磁 换向阀,或应用电液伺服阀,以提高平地机具的位置控制精度。详情请见如下原理图: 1,7.油缸 2,8.单向节流阀 3 蓄压器 4,6.截止阀 5.油压表 9,17.三位四通电磁阀 10.溢 流阀 11.散热器 12.邮箱 13.温度计 14.滤网 15 油泵 16.单向阀 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 28 图 7 液压系统油路图 Fig 7 hydraulic system schematic 6 润滑方式的确定已经其他的一些要求 因为传动装置属于轻型的,且传速较低,所以其速度远远小于 ,所以采用脂润滑,箱体内选用 SH0357-92 中的 50 号润滑,装至5(1.2)0./minr 规定高度。 其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据 20。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 29 7 总结 本次设计旨在研究出一款体积小、质量轻、噪音小、操作灵活,适合小面积平地的水 田平地船,基于以上的设计要求,经历了几次大的方案变动,最后决定采用以双轮耕整 机构作为动力源,通过 V 带轮轴传动到齿轮机构实现减速速,拖动平地船在水田中行走, 方案确定后,我马上查阅了许多关于机械机构的设计与农业机械方面的书籍,以解决方 案中的不足与问题,使之更加合理与可行,随后我对传动机构与减速机构进行了具体的 设计与计算,对于液压系统的设计也查阅了相关书籍,如农业机械学等,了解了其工作 原理和结构,完成了每个机构的设计与计算,然后是装配图的初绘制,一边绘制一边校 正其结构尺寸的合理性与整体性,最后的阶段是说明书的撰写与零件图和装配图的正式 绘制。经历本次毕业设计,使我无论在机械设计创新方面,还是计算机绘图方面的能力 都有了显著地提高,熟练掌握了机械设计的一般规律,培养了我分析与解决问题的能力。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 30 总之,通过这次毕业设计,我的设计与创新能力得到了很大的提升,设计中需要用 到许多大学期间学过的专业知识,以前这些知识都是分散的,现在通过这次设计,我感 觉我能把这些知识都整合在一起,系统合理的运用,这是一个很大的提升,对于我以后 专业知识的运用和解决实际问题很有裨益。 参考文献 1 镇江农业机械学院 .农业机械学M.北京:中国农业机械出版社 , 1981:135 2 濮良贵, 纪名刚. 机械设计M. 高等教育出版社, 2002.12.5-10-36-221 3 徐希民,黄宗益. 铲土运输机械设计M. 机械工业出版社, 1985:320-344. 4 何挺继,展朝勇. 现代公路施工机械R.人民交通出版社, 1999:81-104. 5 徐福玲,陈晓明. 液压与气压传动M. 北京:机械工业出版社,2003:34-35. 7 成大先,王德夫等. 机械设计手册M. 北京:机械工业出版社,2002,4:16-17-786. 8 赵显新. 工程机械液压传动装置原理与检修M. 辽宁科学技术出版社,2000:25-35. 9 周萼秋等. 现代工程机械M. 北京:人民交通出版社,1997:113-117. 10 罗圣国,李平林等主编. 机械设计课程设计指导书(第二版)M.北京:高等教育出版社, 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 31 2003.5:38-150-210. 11 赵显新. 工程机械液压传动装置原理与检修M. 辽宁科学技术出版社,2000:25-34. 12 杨晓辉. 简明机械实用手册M. 科学出版社,2006.258 13 de Sousa P L, A R Dedrick, A J Clemmens,et al.Effect of Furow Elevation Differences on Level- basinPerformanceJ.Transactions of the ASAE,1995,38(1):153-158. 14 张平格 ,赵喜敬 ,张伟杰,等.液压传动与控制 M.北京 :冶金工业出版社 ,2004. 15 王积伟,章宏甲,黄宜.液压传动J.机械工业出版社,2006.12:211. 16 陈真,胡宁,许亮.自动变速器液压控制系统 FMEAJ.机床与液压,2007(35):212 一 214. 17 高炳钊.AMT 液压系统仿真及其应用D.长春:吉林大学,2002:12. 18 朱经昌,魏寰官等.车辆液力传动J.北京:国防工业出版社,1983:98-12. 19 许耀军.水田激光平地机的试验研究D.广州:华南农业大学 ,2004:56. 20 农牧与食品机械杂志社编. 国外农机产品手册J.机械工业出版社,1986:11 21 张淑娟,全腊珍.画法几何与机械制图M.北京:中国农业出版社. 2007:3-15. 22 胡宁.电液控制系统故障的计算机诊断分析方法J .液压与气动,2004. 致 谢 值此论文完稿之际,向所有关心和支持我的老师、同学和朋友表示衷心地感谢!导师 实事求是、一丝不苟的科学态度、丰富的经验和渊博的专业知识、脚踏实地的工作作风 和专业的学术水平给我留下了深刻的印象,并将使我终生受益!在此,谨向李老师表示崇 高的敬意和衷心的感谢! 设计期间,得到了李玉清老师热情耐心的帮助和十分中肯的点评,设计才得以顺利完 成,深表谢意。 黑龙江八一农垦大学毕业论文(设计) 32
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