大蒜收获机的优化设计[7张CAD高清图纸和说明书全套]
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毕业设计(论文)开题报告 课题名称:大蒜收获机的优化设计 毕业设计(论文)开题报告课题名称大蒜收获机的优化设计课题来源教师科研课题类型工程设计1选题的背景及意义:大蒜作为我国最重要的经济作物之一,对出口经济做出了巨大的贡献,既可调味,又可入药,广受欢迎。种植面积广,伴随而来的是收获难度高。国外已有大蒜联合收获机投入使用,国内的机械化水平却不高。大蒜的最佳收获时间较短,实现机械化能最大限度地减少时间和人力的投入,产品能提前进入市场。目前使用的收获机还有诸多缺陷,这样的问题亟待解决,这也意味着这一方向的研究前景十分广阔。2研究内容拟解决的主要问题:1. 振动分离式大蒜收获机数处关键部件易损坏2. 振动剧烈,人机交互体验差3. 升降装置开关繁琐4. 转向费力而困难5. 整车受力不均,结构欠合理,工艺性差6. 防尘性能差3研究方法技术路线:研究方法:(1)文献研究法。(2)调查法。(3)模型法。(4)定量分析法。(5)定性分析法。技术路线:文献搜集、实地测量建立空间模型有限元分析,进一步找出缺陷优化设计模拟实验、数值分析,判断是否合理修正模型细节优化,制作使用说明书生产试运行4研究的总体安排和进度计划:第一周 布置毕业设计题目,进行毕业设计调研(实习)。第二周 毕业设计调研(实习)。第三周 收集相关资料。完成开题报告。第四周 原理设计、总体结构设计第五周 传动系统设计第六周 工作机构设计第七周 工作机构设计第八周 控制系统设计第九周 强度校核及零部件优化设计第十周 三维实体造型并画必要的零件图及装配图的工程图第十一周 仿真分析第十二周 翻译英文资料第十三周 编写、整理设计说明书5主要参考文献:1 胡志超,吴峰.国内外大蒜收获机械现状J.农业机械,2007,6,47-492 宗立新.4DS-1000型大蒜挖掘机的研制J.山东农机,2005,8,133 张晓辉.4DS-2型大蒜收获机的设计J.农机与食品机械,1997,5,15-164 张钟毓,魏静,张冬.4S-85型大蒜收获机研制开发J.现代农业装备,2007,7,60-615 李金磊,曹东京,王伟.4s-85 型大蒜收获机试验分析J.江苏农机化,2007,4,71-726 刘德然,王延耀,王循进,李运东,徐志瑞.4S-6型大蒜收获机的研制开发J.农机化研究,2010,4,96-987 于向涛,胡志超,胡良龙,彭宝良.4DLB-2型大蒜联合收获机作业性能测试与分析J.中国农业大学学报,2013,4,183-1878 吕小莲,彭宝良,于向涛,高雪梅,胡志超.大蒜联合收获机田间作业性能测试J.扬州大学学报,2012,33:77-809李冠峰,陈亮,李遂亮,等. 柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响J . 农业工程学报, 2006,22(12): 90-93.10 李宝筏农业机械学M北京:中国农业出版社,200311 耿端阳,张道林等.新编农业机械学M.北京:国防工业出版社,201112 林宏明农业机械M北京:高等教育出版社,200613 汪金营,胡霞,闫爱霞等收获机械使用与维修M北京中国农业科学技术出版社,201114 张洪才,何波有限元分析ANSYS13.0从入门到实战M北京:机械工业出版社,201215 王咏梅,李大庆等.Pro/E基础教程M.北京:清华大学出版社,200616 Xiong, S., Zhang, Q.G., Zhang, D.Y. & Olsson, R. (2008). Influence of harvest time on fuel characteristics of five potential energy crops in northern China. Bioresource Technology, 99: 479-48517 Jiannong Song,Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.A. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2C.2004指导教师意见: 指导教师签名: 2015 年 3 月 12 日教研室意见:通过,同意开题。教研室主任签名: 2015 年 3 月 12 日学院意见:通过,同意开题。 教学院长签名: 2015 年 3 月 12 日毕业设计(论文)大蒜收获机的优化设计文献综述 毕业设计(论文)文献综述大蒜收获机的优化设计的文献综述内容摘要本文主要对国内外的大蒜机械化收获技术进行调查,了解国外机械化收获农作物的水平,摸清国内大蒜收获机械化的现状,重点分析不同收获机在作业过程中存在的问题,充分借鉴各型号的优点,学习农机各系统的设计方法,以期形成一套优化设计方案。关键词:大蒜收获机 手扶拖拉机 问题分析 优化设计第1章 前言大蒜,产于中亚和西亚。两千多年前,出使西域的张骞将其带回国来。人们不仅发现它是风味绝佳的调料品,还能去腥杀菌,各家各户大范围地种植起来。现代医学又发现了它的医学价值,有防治心血管疾病、抗氧化的功效,在H7N9禽流感时期发挥着重要的作用。然而广受欢迎的大蒜,收获起来可不是一件容易的事。山东是全国最大的大蒜种植区,当地的蒜农也抱怨收蒜很累,手都要磨出泡,更别说经年累月蹲在田里,面朝黄土背朝天。除此之外,人工收蒜时间长,一旦错过最好的时期,损失就十分严重。于是,在国内,一些大蒜收获机应运而生。大蒜收获机是指在大蒜的成熟时期,用于对大蒜进行挖掘、去土、输送、整理、切茎、收集、转运等农艺环节或单项、或多项、或全部环节进行收获的农机具。山东省在2013年以一定规模采用了大蒜收获机,其较高的效率受到蒜农的欢迎,河南、江苏等地也纷纷仿效。然而,这几年过去,大蒜收获机暴露出越来越多的问题。第2章 国内外大蒜收获机分析2.1国外大蒜收获机2.1.1美国TopAir公司GW和GL系列以下是美国TopAir公司GW 4400型大蒜收获机1实体结构示意图:前方由动力源拖拉机带动液压及动力连接机构实现整机的行走功能。在作业过程中,挖掘铲深入泥土将大蒜蒜须切断,连同部分泥土一起挖掘上来,到达分离输送链,经分离输送之后到达铺条机构。若无其他辅助农机,挖掘的大蒜将直接抛入田中。因其分离输送链并没有特殊的分离土块的装置,所以有一个比较明显的缺点是土块分离不完全,这也是部分国产大蒜收获机一个待解决的问题。下图是该公司GL 2400大蒜捡拾机,为在GW 4400上加装捡拾装置后的农机:其装备捡拾装置之后,配合一名工作人员,能够完成大蒜挖掘、去土、输送、捡拾、整理等功能,已经是初具雏形的联合收获机,在国内外处于领先水平。其收蒜效率大大提升。但是全程带蒜秧作业,经过的环节越多,机器的负担越大,消耗的能源越多。2.1.2法国ERME公司RL系列和RE系列法国是欧洲农业最发达的国家之一,其机械化、现代化程度高,以中小农场的经营方式为主。法国政府鼓励建立高等、中等农业教育,极大提高了农民的素质。在其大蒜种植区,农民们愿意投资大蒜收获机,收获机械得到广泛应用。下图是法国打捆式大蒜收获机:RL1型收获机适合于逐行收获。在其对准一行大蒜之后,分禾器将此行大蒜与别行区分开来,然后进行挖掘作业,夹持胶带将大蒜送至打捆机构,拍土。当大蒜数量达到一定值时,打捆机构进行打捆。然后工作人员操纵开关把蒜捆送至后侧。此机器的操作对工作人员要求有点高:工作人员不仅要控制整机前进方向,避免驶入其它蒜行,还要随时注意捆蒜机构中蒜秧的数量,长时间作业容易出错。下图是该公司RE1型单行切秧式大蒜联合收获机:其工作原理与RL1型有许多相似之处,但其具备切秧机构,还配备工人清洗切下的大蒜头,无疑为后续工作省去了许多麻烦。我们仔细观察就能发现,无论是RL1还是RE1,都是单行收获。虽然之后推出的RL和RE其他系列能一次收获最多达5行,但是为了不损伤大蒜,对蒜行的要求是间距50cm左右。在中国,土地资源一向是农民们十分珍惜的,蒜行间距从13cm到35cm不等,主要集中在20cm左右。照搬国外的技术肯定是行不通的。但是其切秧机构的配置值得我们学习。2.1.3西班牙J.J.BROCH 公司 西班牙是世界第二大大蒜出口国,近几年更是成为欧洲最大的大蒜生产商。大蒜的机械化收获占据着重要地位。西班牙J.J.BROCH 公司也生产打捆式和切秧式收获机:相比较法国ERME公司的产品,西班牙公司注重了舒适性,给打捆式加上了顶棚,也更注重效率,针对打捆式和切秧式分别研制出两行和四行的机型,但同时两行打捆式需要2名操作人员。但不适用于国内,原因与上面是一样的。切秧式要求的最小行距是35cm,不能满足国内大部分蒜距要求。2.2国内大蒜收获机2.2.1 4DS_1000型大蒜挖掘机需求是发明之母。山东金乡县是中国著名的大蒜之乡。进出口、致富增收的愿望让人们不堪重负,迫切需要实现收获的机械化。4DS_1000型大蒜收获机2根据山东省农业机械管理局的“大蒜挖掘机”的项目合同书终于研制出来。其可与泰山-12型拖拉机配套使用。拖拉机经齿轮箱将动力传至挖掘系统和拨禾器的变速箱。其主要采用旋转刀具进行挖掘。作业过程中,旋转刀具在土中不断旋转,切断大蒜根系,同时松动泥土,将大蒜拱起,一次来是蒜土分离。前后拨禾器将蒜头拨向两边,防止轮胎压蒜。然而,土表之下的情况难以确定。如遇石块较多的土壤,旋转刀具的损失就会过多。同时,原研究人员也提出,此机型适用于平原地区。对于起伏幅度过大或者过于频繁的地貌就不适宜了。不过4DS_1000型一改国外通过“挖”的起蒜方式,采用旋转刀具,为大蒜的挖掘提供了新思路。2.2.2 4DS-2型大蒜挖掘机3 它与拖拉机的挂接方式采用的是三点悬挂式,驱动轮附加同轴的链轮作为动力源。作业过程中,驱动轮带动大链轮,接着带动小链轮转动。小链轮作为一个动力枢纽,通过锥齿轮、离合器的传动使抛掷轮转动。抛掷轮的作用是将挖掘铲挖掘上来的蒜土进行分离。然而,效率并不高。通过实地实验,作业效率大概是4DS_1000型的2/3。不过,其紧凑的结构值得学习,蒜土分离的方案值得借鉴。2.2.3 4S-85型大蒜挖掘机4S-85型大蒜收获机4,主要由挖掘装置、碎土装置、分离装置、输送装置、铺放装置等部分组成。4S-85与东风12型手扶拖拉机配套可一次完成破土、碎石、切根、筛选集条等各项作业。机器到达田间,液压升降装置降下,挖掘铲靠自身重力入土至指定深度。行进过程,挖掘铲切断大蒜根须,蒜土一起进入碎土辊,再进过泥土分离器的作用将土去除。去土的大蒜从两防滑轮之间落入田里。在实地实验过程中,出现了一些故障:一是振动挖掘铲臂偏心连杆机构中的螺纹连杆螺丝损坏,主要是因为加工材料选用45钢,而且后期淬火和退火处理工艺不过关;二是振动挖掘铲断裂,经仔细检查发现,铲身使用的65Mn钢板上有缺口,当振动挖掘铲碰上田埂等造成应力集中导致断裂。52.2.3 4S-6型大蒜挖掘机6该机具与8.8kW以上的手扶拖拉机配套使用,限深轮一端为前进方向。工作时操作液压装置使机身下沉到指定深度,大蒜经过旋转犁刀8、分秸器9、犁刀-振动筛联合体之后被抛入田中。期间,工作人员操作位于机身后部的方向盘和液压手柄。振动分离的方案值得借鉴,但是大蒜在振动筛上的行程较短,蒜土分离未必充分;另一方面,操作人员位于机身后部,视野不够开阔,所以对方向的操控要求比较高。第3章 总结经过对文献资料的分析,发现:1.国外的大蒜收获机已经有较高的自动化水平,能够完成大蒜挖掘、去土、输送、捡拾、整理等功能,具备捡拾装置和切秧装置的机型大大减少了工作量。但是有些机型蒜土分离不充分。收获机对行距的要求也不符合我国国情。2.国内的收获机设计的思路还是比较开阔的:有使用旋转刀具切断蒜须的,有使用抛掷轮或者振动筛来分离蒜土的。但是机器暴露在外的部分较多,一方面零部件容易损坏老化,另一方面蒜秧易缠结在机身上,除此之外易操作性(视野、方向盘是否省力)和舒适性(振动引起的不适)这样的人机交互体验还需改进。自动化水平还需向发达国家看齐。3.我们要借鉴国外先进机型的优点,结合国产机器的问题,在结构上进行优化,使机器更加稳定;在功能上进行优化,使机器更易用;在细节上进行优化,使操作人员更舒适。4.下一步的目标:以一体的刚性结构为基础,改善传动路线,优化挖掘、分离蒜土的机构,合理安排操作人员的位置来改善视野和工作环境。参考文献1 胡志超,吴峰,王海鸥,谢焕雄,胡良龙.国内外大蒜收获机械现状J.农业机械,2007,6,47-492 宗立新.4DS-1000型大蒜挖掘机的研制J.山东农机,2005,8,133 张晓辉.4DS-2型大蒜收获机的设计J.农机与食品机械,1997,5,15-164 张钟毓,魏静,张冬.4S-85型大蒜收获机研制开发J.现代农业装备,2007,7,60-615 李金磊,曹东京,王伟.4s-85 型大蒜收获机试验分析J.江苏农机化,2007,4,71-726 刘德然,王延耀,王循进,李运东,徐志瑞.4S-6型大蒜收获机的研制开发J.农机化研究,2010,4,96-987 于向涛,胡志超,胡良龙,彭宝良.4DLB-2型大蒜联合收获机作业性能测试与分析J.中国农业大学学报,2013,4,183-1878 吕小莲,彭宝良,于向涛,高雪梅,胡志超.大蒜联合收获机田间作业性能测试J.扬州大学学报,2012,33:77-809 Xiong, S., Zhang, Q.G., Zhang, D.Y. & Olsson, R. (2008). Influence of harvest time on fuel characteristics of five potential energy crops in northern China. Bioresource Technology, 99: 479-48510 Jiannong Song,Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.A. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2C.2004指导教师意见:文献查阅丰富,条理清楚,具有一定的深度和时间性,能反映出这一专题的历史背景、研究现状和发展趋势,情报学价值。对课题研究具有较高的价值。指导教师签名: 2014年 2 月 17日教研室审查意见: 同意。 室主任签名: 2014 年 2 月 18 日学院审查意见:同意。教学院长签名: 2014 年 2 月 20 日61. 单向定量泵 2.单向阀 3.溢流阀 4.蓄能器 5.三位四通手动换向阀 6.液压缸15432毕业设计(论文) 外文翻译大蒜的机械化收获之回顾宋建军,硕士中国,北京市,中国农业大学,邮编:100083,邮箱:songjncau.edu.cn刘建军中国,北京市,中国农业大学,邮编:100083,邮箱:ljj9751126.com为2004年北京国际农业工程委员会(CIGR)国际会议撰稿,该会议由国际农业工程委员会、加拿大航空医学会(CSAM)和加拿大农业工程学会(CSAE)联合赞助。中国北京2004年10月11日至14日摘要大蒜是中国的主要经济作物之一。最近几年大蒜产业发展迅猛。国内生产的大蒜在国际上占有一席之地。本文介绍的是海内外大蒜的基本情况,并分析了国内大蒜产业的问题。本文通过分析一些机械收获设备的功能,与一些花生和块茎类作物的生物特性及机械化收获方法,提出了可行的大蒜机械化收获工艺。关键词:大蒜;机械化收获;讨论;分析简介大蒜的种植可追溯到中国2000年前的历史,其蒜头和蒜苗都是有益健康的蔬菜,所以广受消费者青睐。中国的可持续发展也离不开大蒜。随着党的一号文件的执行,“农村,农业,农民”三农问题亟待解决,并被推上了战略的高度。约一千万的农民在大蒜种植及附属产业中工作,进一步推动了国家复兴,维护了社会稳定,繁荣了主要大蒜生产区的经济,增加了农民收入。1. 国内及国际大蒜种植的基本情况据联合国粮食与农业组织(FAO)调查,世界范围的大蒜种植面积达1135000平方公顷,产量达12234000吨。在中国,种植面积为630000平方公顷,占全球的56%,产量为8694000,占全球的71%。另外还有一些主要的大蒜种植国家,例如:印度,种植面积为120000平方公顷,产量为500000吨;朝鲜种植面积为37000平方公顷,产量为406000吨;其次是美国,种植面积为18000平方公顷,产量为336800吨。在美国,大蒜的种植面积是20年前的4倍,并且增长趋势日益明显。中国的最早种植区在山东、江苏、陕西、山西、以及河南省。目前国内70%的种植区在这些地方。位于山东省西南方的金乡县,地处平原,是中国最大的大蒜种植县。其种植面积大约为40000平方公顷,农民70%的收入来源于大蒜产业。成武县、巨野县、定陶县、单县、嘉祥县、鱼台县和微山县,环绕着金乡县,形成了中国最大的大蒜种植区,面积达70000平方公顷。另外,还有中等水平的种植区位于苍山县、莱芜市、商河县、广饶县、平度市、聊城市、曲阜市等。山东的总种植面积达6700平方公顷。河南省豫东平原杞县拥有30000平方公顷的种植区,仅次于金乡县。中牟县的种植面积为20000平方公顷。宜阳县、通许县、临颍县等地的农民也种植大蒜。河南省是中国第二大大蒜种植区。1江苏省的种植面积为25000平方公顷,其中射阳县超过12000平方公顷,大丰县为8000平方公顷。另外泰昌市、宝应县也有种植区。以下的城市也有部分种植区:河北永年县,安徽亳州、怀远县、来安县,陕西武功县、兴平市、耀县、洋县,广西桂林全州,云南大理,四川温江,湖北枝江、当阳,上海嘉定区,甘肃天水、民乐县,哈尔滨阿城区。大蒜是传统的出口农产品,每年的出口量超过2亿美元,居所有出口蔬果产品第一,覆盖60%的国际市场份额。2001年,超过100个人国家和地区从中国进口大蒜。其中,印尼是最大的进口国。其进口量从1999年开始激增,从2001年163600吨到现在已经是376000吨。荷兰是第二大进口国,曾在2001年进口51600吨。其中一部分在国内销售,大多数转运到其他欧洲国家。其他的进口国包括:马来西亚,进口150700吨;日本35100吨;朝鲜30000吨;阿拉伯联合酋长国21000吨;菲律宾17500吨。美国在2001年前很少向中国进口大蒜,当年进口了5000吨,从2003年看出进口量上升趋势迅猛。1.1目前中国存在的主要问题1.机械化操作程度低。在大蒜的种植、田间管理、收获和加工过程中,几乎没有机械运作,基本全由手工完成,因此劳动力紧张,产量低下。这些因素都制约着大蒜产量的提升。2.长期以来,由于无序的竞争和走私,企业依靠降价来赢得消费者,结果就是价格一年不如一年。比如2001年,中国大蒜在国际市场上是0.38美元/千克,而平均国际市场价格是0.58美元/千克。这样的低价使得美国、加拿大、朝鲜、墨西哥、巴西等国抵制中国的大蒜并征收高额的税款,欧洲的国家实行定额限制。3.科学研究的投入资金不足,因此缺乏高附加值的产品。目前,大蒜的加工让停留在简单的工作上,如腌制、切片和晒干,附加值极其低。进一步加工的产品比例较低。大蒜油的生产还不成规模。科学研究的投入不够,新产品的研发也无力。24.产品商标意识低,使产品在国际市场上的竞争力不足。大蒜基本要通过二次出口才能进入国外市场,即外国客户用小包装再次打包并出口。32. 国外大蒜种植的最新进展国外的种植面积远远不及国内。研究主要针对以下方面。1. 对新品种的大蒜进行选种育种。目前,世界范围内有种类繁多的大蒜育种研究主要针对高质量、特殊口味、防攀缘植物、防虫这几个方面。新的育种方式在传统的育种方式上引进了高新科技。据报道,并未产生难闻气味的大蒜种类。42. 大蒜的标准化育种生产。大蒜产品开始专门化、标准化和精细化。发达国家开始实行大蒜的专业化生产。标准流程是这样的:用茎培育出基本种子,在寒冷的区域加速它的繁殖,在产品的病毒检测中形成严格的规程,建立优质大蒜品种系统。收获的大蒜会经过清洗、分类、打包和存储。53. 大蒜的防毒技术。大蒜的病虫害是减产的主要原因,因此造成的损失从30%上升到50%。我们把防止和治愈病毒的有效技术应用于组织培育、病毒检查、无毒生产。64. 大蒜的培育管理机械化。每个地区有各自的播种、收获、储存晒干方法。大多数国家开始研究大面积的覆膜技术、可行的种植技术、均匀的施肥技术以及灌溉管理技术等。许多国家正在研究播种时令、播种密度、品种数量、肥料种类、肥料数量、喷雾灌溉、滴灌技术,提出了管理条例、施肥量、灌溉指标。3. 国内国外大蒜收获地位的发展收获是种植的最重要一环,也是目标实现机械化的地方。这一工作直接影响商业价值和农民收入。传统的方法是用特制的挖掘铲将大蒜从土里挖出,按田的走向铺放,后收获的大蒜叶覆盖之前收获的大蒜头,避免阳光灼射。在田间工作5天后,农民将蒜头的泥土抖落,打捆,铺在架子上,用草覆盖避免阳光直射。另外,人们常用塑料棚来防雨。机械化程度非常低,人力投入极其大,允许的作业时间非常短。由于收获季时间段,最好的收获时间大约2天。紧张的收获时间给农民带来了很大的不便;人们时常错过了好时机,因此不得不延迟收获。这与大规模种植的矛盾日益尖锐。3.1国外大蒜收获的发展莱玻里(Lepori)曾用风扇来吹洋葱,剪除洋葱叶。相比于大蒜,蒜头比茎秆大得多。如果采用这种方法,风扇可能把大蒜从田里整个卷起。,所以不适于大蒜收获。7伯克哈特(Burkhardt)曾研究带藤蔓的甘薯的收获,用一个振动机构将块茎从藤蔓上分离出来。用到大蒜上来却不能去除茎秆。8达冈(Dagan)的研究是将甘薯地犁松,夹紧运送至上方的振动链条,块茎就掉落到下方的链条上。茎秆就运送至切碎机构。由于这种方法采用了夹紧装置,如果夹紧大蒜,其茎秆就会弯折,切碎就会很不方便且不均匀。9卡纳福吉斯卡将甜菜地犁松,用链平衡装置调整夹紧位置,用旋转刀具切碎叶片。我们可以参考运输速度和行进速度来设计大蒜收获机。无疑,它将在切碎装置上耗费大量能源。总之,现存的收获机不能直接用于收获大蒜。大蒜收获机必须重新设计。3.2国内大蒜收获的发展在国内,大蒜收获机大约有10项发明和专利。以其中的主要几个为例,列如下:1.4DS-2型收获机由山东农业大学发明,由12马力的轮式拖拉机驱动。11工作过程中,大链轮通过张紧轮驱动小链轮旋转,以此来传递动力。同时,小链轮通过锥齿轮使抛掷轮转动。启动后,挖掘铲一预先设置好的深度将蒜头从土里挖出,旋转抛掷轮将大蒜从土里分离出来,把蒜头抛向机器右方。限深轮的作用是调整挖掘深度。2.4DS-75A型由山东省农业机械局制造,由11kw的拖拉机驱动。12该机器不仅能用于大蒜的收获,还能用于花生、土豆的收获。全车由四部分组成。挖掘部分装在前部,由限深轮、挖掘铲、网格输送装置组成。水平运输部分用网格将土里的大蒜筛选出来。垂直运输带在运输过程中使大蒜与地面脱离,并把大蒜运到拖拉机后面。升降部分采用液压系统,负责整个机器的起落。3.山东农业工程学院正在研究收获和培育机器。它与12马力的拖拉机配套使用。它的前部就像个小型协同工作的机器它安装在拖拉机的缓冲器上,依靠液压控制升降。收获的大蒜在前方整齐排列,以避免与拖拉机碰擦产生磨损。4.张昭君发明了一种收获大蒜的机器,需12马力的轮式拖拉机配合使用。13安装在前方的挖掘装置将大蒜从土里挖出。挖掘装置是由冷轧钢表面镀铬制成。随着拖拉机缓慢运转,铲子不断从指定深度将大蒜掘起。混合物进入运输带。运输部分由4个链轮以及链条构成。它的线速度远大于行进速度。相互啮合的齿轮带着链条深入泥土里大蒜的两侧,抖掉尘土。然后振动筛开始振动分离。之后我们就得到了干净的大蒜。5.钟奋JH-3型大蒜收获机由河南省农业机械局研制,其配备有小功率的拖拉机。14大蒜由犁刨出,用带状装置夹紧,抖土,切茎,留下完整的大蒜头。3.3块茎类作物与块根类作物特性的对比人们常用块根类和块茎类作物的收获机来收获大蒜,比如收获土豆、甘薯、胡萝卜等的机器。但从生物特性来看,它们是不同的。土豆是一年生草本植物,隶属于茄科,生长在中国的大部分地区,是一种重要的食品、工业材料、饲料,茎秆直立,约有80cm高。它的叶子是绿色的,且复叶较大。它的块根分布集中,有圆形,椭圆形、纵向等几种。15收获土豆大多采用挖掘铲直接从土里把土豆挖出来,这样,利用清理部分的振动筛,得到干净的土豆。从生物特性可以看出,土豆生长得并没有大蒜集中。如果我们将大蒜和泥土一起收上来,能源大部分消耗在抖土上,无用功很多。同时,土豆茎的抗拉能力不及大蒜茎,土豆的种植方法也与大蒜不同,所以我们不能直接用这种方法收获大蒜。1.甘薯是多年生蔓生草本块根类植物,属旋花科,遍布大江南北。它茎秆细长,在土里蔓延,有绿色的顶叶。它的果实有纺锤形、长椭圆形、掌型、片型等等。16对收获甘薯的研究目前已经少多了,大多采用虚拟的手段。收获过程从田边开始,农民按照块根的长度挖出沟,直至块根暴露出来,然后手握上部,用铲子切断下面的根,小心取出,避免损伤。从生物特性来看,甘薯的块根比大蒜大,种植深度比大蒜深,所以收获甘薯需要更大的动力,同时甘薯表皮的抗破坏能力更好。2.萝卜是两年生草本蔬菜,属十字花科,由根头、根茎和真根组成。它的主根能达到地下一米左右的深度,大多数旁根散布在地下20-40cm之间。前者有狭长、圆形、圆锥形等形状。主花茎能达到1.5m高,茎节比较硬,叶片有直立、半直立以及平坦这几种状态。17因萝卜的种植并没有形成规模,故很少有机械化收获萝卜的研究。从生物特性来看,萝卜根是最大的,较重也更深。如果直接挖掘,消耗能量巨大,故我们采用松土和握持机构。3.胡萝卜是两年生草本植物,属于伞形科。它的根蔓延非常广,能达地下两米,主根分布在地下20-90cm之间。茎叶有1.5米高;茎节巨大而有强度。它有绿色的叶子,但很小,表面长有细软的绒毛。果实呈长橄榄型。18很少人研究机械化收获胡萝卜,因为其经济价值不高。从生物特性来看,胡萝卜的果实比大蒜更深,较适合用握持的方法收获。4.洋葱是多年生植物,属百合科,有单套结根系。它的主根分布在30cm的土壤下,水平半径约30cm,叶子笔直,长圆形,中空。收获洋葱大多采用人力,手犁,晒干,初步打捆。从生物特性来看,机械化收获洋葱还是比较简单的,因为大多数果实在地表之上,适合握持,但是必须测试握持力,以免夹伤洋葱。5.大蒜是多年生植物,属百合科,有单套结根系,喜暖怕寒,有馥郁气味,必备的应季食品。它的根主要分布在土下20-25cm,水平半径约30cm,根须较少,吸收能力弱。上部的茎呈绿色,下部呈白色或紫色,长20cm。叶子呈针状,表面平滑,长约30cm。从生物特性可以看出,蒜头分布集中,较浅,抗拉能力强。但是值得注意的是,收获的时候伤蒜率大,直接影响了大蒜的价格、质量以及品级等。4. 机械化收获大蒜的解决工艺以大蒜的生物学特性为基础,结合机械化分析,我们试图找出可行的方案。1. 我们采用松土工艺来减少夹紧力。同时,这种方法也有助于减少大蒜顶部的伤害。分析了松土部件后,我们发现了松土工艺的重要性。另外,在优化设计中,我们可以减少动力损耗,减轻蒜头与泥土之间的力,然后就可以放下可行的松土工艺。2. 我们找出了大蒜的重心,计算出植株的惯性参数,把它作为夹持部位、夹持高度以及牵引部位的依据。通过对方差的分析,我们确定,顶部要尽量少破坏。同时,我们考虑采用可调整的方式来适用于不同种类的大蒜。3. 通过力学分析,我们测试了大蒜的夹持力,以及握持角度,牵引角度,牵引高度。同时,必须考虑夹持设计的稳定性以及伤蒜问题。4. 精准定位以及排列好之后,我们必须清理蒜头周围的粘土。5. 我们能切去大蒜的茎秆,并把干净的蒜头输送回地面来为收集做准备。综合所有的工艺顺序,我们得出结论:一个可行的收获工艺,包括松土、夹持、清土、按长度排列,切除茎秆等。来源:Jiannong Song,Jianjun Liu. Mechanized Harvest of Garlic: A Review.A. Collection of Extent Abstracts of 2004 CIGR International Conference Volume.2C.2004图书分类号:密 级:毕业论文大蒜收获机的优化设计 毕业论文摘要大蒜是我国最重要的经济作物之一,对出口经济做出了巨大的贡献,既可调味,又可入药,广受欢迎。种植面积广,伴随而来的是收获难度高。国外已有大蒜联合收获机投入使用,国内的机械化水平却不高。大蒜的最佳收获时间较短,实现机械化能最大限度地减少时间和人力的投入,产品能提前进入市场。大蒜收获机,是指在大蒜的成熟时期,用于对大蒜进行挖掘、去土、输送、整理、切茎、收集、转运等农艺环节或单项、或多项、或全部环节进行收获的农机具。通过对国内外大蒜收获机的原理分析,结合国内的生产实际,确定了此次课题的主要设计内容。在收集了大量收获机的资料,对其初步设计之后,再采用了一些优化设计的方法进行了设计计算、强度校核。关键词:大蒜收获机;优化设计;Abstract. Garlic is one of the most important economic crops in China, which makes an enormous contribution to export economy. It enjoys great popularity for its special flavor and medical value. However, massive planting makes it difficult for farmers to harvest. Combine harvesters are widely used overseas while degree of mechanization in our country is still at a poor level. Time for harvesting is limited. Mechanization helps us to save time and labor, making it easy for products to have access to markets in advance. Garlic harvester is a kind of agriculture machinery, which performs a series of functions, such as digging, cleaning, transmission, arranging, cutting, collecting, and transportation. By analyzing garlic harvesters both at home and abroad, as well as the situation of our country, I determined main content of this design. I made my preliminary design after studying much data about harvesters. Some methods of optimize design was used to calculate and check this design. Pro/E and Ansys were applied to construct and analyze 3D models of several important components. Hydraulic system plays an important role in hydraulic lifting device. Finally, I finished operation instruction of garlic harvester.Keywords Garlic harvester Optimal Design Simulated analysisIII毕业论文目 录摘要IIAbstractIII1 绪论11.1 农作物收获机概述11.1.1 水稻、小麦收获机11.1.2 玉米收获机11.1.3 其他作物收获机11.2 国内大蒜种植情况11.3 国内外大蒜收获机研究情况22大蒜收获机本体设计及计算42.1大蒜收获机原理设计42.1.1 设计原则42.1.2 基本结构52.1.3 工作原理52.2 技术参数52.3柴油机选型及计算52.3.1 配套动力的选用52.3.2 连接装置的的设计62.4 传动路线设计及计算72.4.1 动力传递路线72.4.2 柴油机输出参数72.4.3 各级传动设计计算72.5转向方式设计及计算132.5.1 转向方案比较132.5.1内外齿轮啮合转向机构设计计算152.6挖蒜原理设计及计算162.6.1 挖蒜方案比较162.6.2 铲齿设计计算182.6.3 摆动机构设计计算192.7 去土方式213液压升降系统设计223.1明确系统的设计要求223.2分析工作情况,确定基本参数223.2.1 分析工况223.2.1 确定基本参数223.3拟定液压系统原理图233.3.1 液压回路的功能233.3.1拟定液压系统原理图233.4选用液压元件244.1 安装264.2 试运行26结论27致谢28参考文献29附录30附录130附录230331 绪论1.1 农作物收获机概述1.1.1 水稻、小麦收获机为了使耕地资源更加集中,我国部分地区已经实行种田大户承包农田的方式,统一规划、统一播种、统一管理、统一收获。耕地的集中经营,方便了种植户,提高了生产效率,为机械化收获开辟了广阔的空间。米和面,作为中国人的主食,需求量巨大。稻麦收获机的使用,使大部分农民从种植收获的体力活中解放出来。随着稻麦收获的机械化程度和效率越来越高,农民能更好地减少损失,增收致富。自上世纪80年代中期开始,我省便开始推广稻麦收获机械化技术,从分段收获逐步过渡到联合收割,经历了十多年的时间。目前,我国稻麦收获的机械化技术已趋于成熟,能根据区域、作物收获的特点,省时高效地做好收获工作。1.1.2 玉米收获机玉米,在我国的种植区域最为广泛,分布于31个省、市、自治区。同时,作为第二大粮食作物,机械化收获的需求一直存在。除了作为粮食作物,其籽粒和茎秆在环保和能源方面也有其用途。借鉴国外成熟的技术,国内对于玉米收获机的研究有了长足的进步,发展出自走式、悬挂式和牵引式的机型,各有特点,能适用于不同面积、不同土质的收获需求。自走式能自动开道,效率较高,成型的联合收获机能完成摘穗、剥皮、装车、切碎茎秆的功能;牵引式适合在大面积地块上作业,转弯半径大;悬挂式因其动力可以分离,拖拉机可以在农闲的时候另作他用。虽然和国外的机型比较,存在的主要问题是可靠性差、效率低,但能满足玉米收获的基本要求。1.1.3 其他作物收获机其他作物收获机主要有大蒜收获机、花生收获机、薯类收获机、甜菜收获机、棉花收获机和牧草收获机等。大蒜因其重要的经济价值以及食用价值,使我国成为世界上最主要的大蒜生产国和出口国。但是,大蒜收获的机械化却远远比不上稻麦收获机以及玉米收获机。因此,大蒜收获机市场前景比较广阔。1.2 国内大蒜种植情况大蒜是传统的出口农产品,每年的出口量超过2亿美元,居所有出口蔬果产品第一,覆盖60%的国际市场份额。中国的最早种植区在山东、江苏、陕西、山西、以及河南省。目前国内70%的种植区在这些地方。位于山东省西南方的金乡县,地处平原,是中国最大的大蒜种植县。其种植面积大约为40000平方公顷,农民70%的收入来源于大蒜产业。成武县、巨野县、定陶县、单县、嘉祥县、鱼台县和微山县,环绕着金乡县,形成了中国最大的大蒜种植区,面积达70000平方公顷。另外,还有中等水平的种植区位于苍山县、莱芜市、商河县、广饶县、平度市、聊城市、曲阜市等。山东的总种植面积达6700平方公顷。河南省豫东平原杞县拥有30000平方公顷的种植区,仅次于金乡县。中牟县的种植面积为20000平方公顷。宜阳县、通许县、临颍县等地的农民也种植大蒜。河南省是中国第二大大蒜种植区。江苏省的种植面积为25000平方公顷,其中射阳县超过12000平方公顷,大丰县为8000平方公顷。另外泰昌市、宝应县也有种植区。河北永年县,安徽亳州、怀远县、来安县,陕西武功县、兴平市、耀县、洋县,广西桂林全州,云南大理,四川温江,湖北枝江、当阳,上海嘉定区,甘肃天水、民乐县,哈尔滨阿城区,也有部分种植区。1.3 国内外大蒜收获机研究情况1.3.1 国外大蒜收获机现状大蒜及其附属产品在美国深受欢迎,美国的大蒜产业也十分发达。目前,美国大蒜已经实现了规模化种植,播种、管理、收获均已实现机械化。美国TopAir公司生产的GW4400型大蒜收获机能进行4行大蒜的挖掘铺条,配套有型号为GL2400型双行大蒜捡拾机,可以完成大蒜收获全程机械化操作。其上还装有实时监测与监控装置。法国也发展出较为完善的大蒜联合收获机。法国ERME公司生产的机型中,打捆式以RL1型和RL2型为代表,分别可实现单行和双行大蒜同时收获。其工作原理是将分禾器对准蒜行,一方面将蒜秧导入夹持带,另一方面挖掘铲将大蒜根部挖松。大蒜经夹持带夹持输送至打捆机构,拍土,当蒜秧累积到一定数量就进行打捆,输送到横向输送带上。切秧式以RE1型为代表,原理与RL系列类似,只是夹持后输送至切秧装置将蒜秧切除,蒜头便掉入横向输送带上。西班牙J.J.BROCH公司的双行打捆式大蒜收获机与四行切秧式大蒜收获机与法国ERME公司的机型采用相似的工作原理。另外其切秧式机型还有单行、三行、五行式可供选择,以满足不同的蒜行间距要求。1.3.2 国内大蒜收获机现状国内大蒜收获机主要有以下特点:1) 设计思路比较开阔。国外的机型都采用挖掘铲的方式挖掘,我国4DS-1000型大蒜收获机通过两片旋转的刀具,在土下高速旋转,将大蒜根系切断,达到相同的目的;国外的机型均采用拍土器使蒜土分离,我国4DS-2型收获机使用抛掷轮拨齿杆把土块大蒜,使蒜头从中分离出来,并抛在挖掘铲的一侧;另外,国外机型机器前进方向与蒜行必须保持平行,我国4S-85型收获机的前进方向与蒜行保持平行或垂直均可。2) 机具适用性差。不同的土壤类型严重制约着大蒜收获机的使用推广。种植方法的差异,例如植株间距、地膜覆盖情况也是需要考虑的问题。夹持型收获机不适用于收获倒伏的作物。同时,植株的缠绕,机具的维护问题也需要解决。3) 稳定性差。目前大多数机具结构存在不合理的地方,没有深入地进行优化,例如某些零部件受力不合理,易受损。4) 人机交互差。部分收获机采用振动的碎土方案,没有使用良好的隔振吸振装置,间接影响了工作人员。田间环境恶劣,收获机应适当配备防护设施以保证工作人员有个尽量舒适的工作环境。2大蒜收获机本体设计及计算2.1大蒜收获机原理设计本设计以徐州市巧力威机械厂的4S1000型大蒜收获机(如图2-1)为原形(以下称原型机)。左端方向盘用于作业过程中的方向调整,动力是另一端的拖拉机,以倒档推动机身;非作业过程中,以拖拉机的前进挡拉动机身。其主要优点是:1. 作业过程中视野开阔,能观察到方向盘所控制的车轮周围的情况;2. 能避免手扶拖拉机宽大的轮胎压蒜的问题;3. 单轮转向比双轮转向有更小的转弯半径。本文旨在针对原型机在实际使用过程中暴露出来的问题,结合国内外其他大蒜收获机的优点进行改进。图2-12.1.1 设计原则总体的设计方案拟将传动系统、升降系统、挖掘系统、筛土系统与手扶拖拉机连接成为一体,使整体结构紧凑,机构简单可靠,布局趋于合理,操作安全舒适,将大蒜挖掘、筛土、条铺等过程一次性完成,方便后续工作。挖掘系统需要有较强的破土碎土能力,通过合理的设计减少伤蒜率;筛土系统需要具有运输和蒜土分离能力,控制振动频率提高分离效果;操作系统要安全可靠,保证操作的简易性和舒适性。2.1.2 基本结构大蒜收获机由传动系统、升降系统、挖掘系统、筛土系统组成。动力由手扶拖拉机提供。其动力输出轴将动力输出到作业机的第一轴上。第一轴上的两侧的两个带轮空转,离合器从动件在拨杆的作用下与驱动液压泵的带轮或者驱动第二轴的带轮合上,传递动力。第二轴外侧是链轮,通过链条与曲柄摇杆机构的曲柄连接;摇杆上固定铲齿。2.1.3 工作原理在普通行驶过程中,第一轴动力驱动液压泵工作,将机身提升,使铲齿离地,正常行驶此时第二轴上的带轮空转;田间开始作业时,拨动离合器拨杆使第二轴上的带轮将动力传递给轴,通过链传动到达摆动机构,实现铲齿摆动,然后拨动液压换向阀使液压回路直接卸载,机身依靠自身重力下降,在下降的同时,依靠铲齿一边摆动一边铲土的动作破土到达指定深度,开启柴油机的倒车档进行收获作业。2.2 技术参数1)外形尺寸(长宽高):2400mm1050mm1300mm;2)配套动力:8.813.5kW;3)工作幅宽:1000mm;4)挖掘深度:15cm;5)作业速度:1m/s;6)连接方式:插销铰接。2.3柴油机选型及计算2.3.1 配套动力的选用根据对机具的功率估算以及我国现有手扶拖拉机生产情况,拟选择东风DF-12手扶拖拉机,作为动力源,将动力通过带传动传递给作业机的第一轴。第一轴一方面驱动液压泵进行作业机的升降控制,另一方面作为作业机挖掘的动力来源。东风DF-12手扶拖拉机的主要参数如下:类别东风牌系列手扶拖拉机东风12型拖拉机型号东风12型 外形尺寸(长宽高)(毫米)26809601250轮距(毫米)800(常用) 740 640离地间隙(毫米)182结构重量(千克)345使用重量(包括旋耕机)(千克)475轮胎规格6.00-12行驶速度(千米/小时)前进1.4 2.5 4.1 5.3 9.4 15.3后退1.1 3.8发动机型号S195/ZS195额定功率8.8kW/12hp转速(转/分)2000/2200(选装)主要配套机具(选购)冷却方式蒸发水冷式1、100-640N型防滑轮2、1LS-220型双铧犁3、1LS-220Y型圆盘犁4、1LYQ-320型驱动圆盘犁5、8Y-80型喷灌机6、4GL-130型割晒机7、2BG-6A型条播机8、7C-1.5BH型拖车(液压自卸型)2.3.2 连接装置的的设计在生产过程中,原机型易损件之一就是机架与拖拉机的连接部件。原型机机架与手扶拖拉机的连接方式为螺纹连接的面接触(配图)。在直线行驶过程中,推力以均布载荷的方式施加在接触面上,能够平稳地将推力传递给机架;然而在转弯过程中,实际受力面积只有一半,且受到的是线性分布载荷,边缘位置受力最大。农具与拖拉机的连接方式一般分为悬挂式、半悬挂式以及牵引式等。由于本文的设计中拖拉机的配置方式,故提出一种新型的连接方式。(如下图)该连接机构主要是将原来的平面接触改为圆弧曲面接触,采用榫卯的方式,并用插销作为铰接点,使榫卯两部分能相对转动。主要特点是:1. 在直线行驶过程中,接触面增大,改善了受力情况;2. 在转弯的过程中,榫卯两部分能相对转动,和原型机相比,接触面受力情况不再是线性分布载荷,而是介于线性分布载荷与均布载荷之间的一种情况。这样的设计,需要考虑的问题是不能使榫卯之间相对转动的角度过大。根据其他连接方式的经验数据,相对转角应不超过10,故在榫头上下两面加上限位块来限定转角。2.4 传动路线设计及计算2.4.1 动力传递路线图2-2 动力传递示意图2.4.2 柴油机输出参数根据以上选用的东风DF-12柴油机的参数,可确定:发动机额定功率:P0=8.8kW;后退速度:3.8km/h。根据JB/T 7278-1994手扶拖拉机动力输出轴标准和GB/T 1592.1-2008农业拖拉机后置动力输出轴 1、2和 3型标准,可知其有1000r/min和540r/min两种转速。这里选用1000r/min。根据经验数据,在考虑了负载的情况下,柴油机除去行走所消耗的功率,输出轴的功率大约为额定功率的85%,即输出轴功率:P出=85%P0=7.48kW。2.4.3 各级传动设计计算根据GB/T 2778-1992农业拖拉机动力输出皮带轮、圆周速度和宽度标准,皮带轮圆周转速规定为161m/s,皮带轮传递功率和轮缘宽度应满足下表所列胶带宽度的要求:皮带轮传递功率/kW胶带宽度20100203015030451754560225查阅机械设计手册第一卷P1-5,可知,各传动副的机械传动效率:V带传动效率:1=0.96;滚动轴承传动效率:2=0.99;滚子链传动效率:3=0.96。2.4.3.1传动装置动力设计由以上的分析可知,拖拉机输出轴功率P总=7.48kW,而正常作业工程中液压泵消耗功率很少,在此忽略(如不能忽略,再调整相应参数进行计算),因此可以计算出各轴的功率:P1=P总1=7.480.96=7.18kWP2=P112=7.180.960.99=6.82kWP3=P223=6.820.990.96=6.69kW2.4.3.2传动比分配(1)总传动比i总=1000/528=1.89(2)各级传动比分别设为i1、i2、i3,有i总=i1i2i3。由于总传动比不大,故各级传动比尽量均匀分配。链传动的传动比一般比带传动大。故各级传动比取为i1=1.2,i2=1.21,i3=1.3。2.4.3.3一级带轮传动带传动,按照横截面形状的不同,可以分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动。V带的横截面为等腰三角形,在带轮上有相应的轮槽。V带所允许的传动比大,结构紧凑,且大多少V带已经标准化,所以V带传动已经得到广泛的应用。本设计一级带传动使用普通V带传动。(1) 确定计算功率Pca以每天工作810小时计算,由机械设计(濮良贵著)表8-8查得工作情况系数KA=1.1,故Pca=KAP=1.17.48=8.228kW(2) 选择V带类型根据Pca,转速n1=1000r/min,选用B型。(3) 确定带轮的基准直径dd并验算带速v1) 初选小带轮的基准直径dd1。由机械设计表8-7和表8-9可取小带轮的基准直径dd1=140mm。2) 验算带速v因为5m/sv30m/s,故带速合适3) 计算大带轮的基准直径dd2=i1dd1=1.2140mm=168mm根据普通V带轮基准直径系列,选取标准值dd2=170mm(4) 确定V带的中心距a和基准长度1) 根据0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)计算,得217 a0120(6) 计算带的根数z1) 计算单根带的额定功率Pr由dd1=140mm和n1=1000r/min,查机械设计表8-4可得单根V带基本额定功率P0=2.08kW。根据n1=1000r/min,i=1.2和B型带,查机械设计表8-5可得P0=0.17kW。查机械设计表8-6的K=0.99,表8-2得KL=0.90,所以Pr=(P0+P0)KKL=(2.08+0.17)0.990.90kW=2.00kW2) 计算V带的根数zz=Pca/Pr=8.228/2.00=4.114取5根(7) 计算单根V带的初拉力F0由机械设计表8-3得B型带的单位长度质量q=0.170kg/m,所以F0=5001/Kzv(2.5-K)Pca+qv2=5001/(0.9957.32)(2.5-0.99)8.228+0.1707.322=180.55N(8) 计算压轴力FpFp=2zF0sin(1/2)=25180.55sin(176/2)=1804N(9) 主要设计结论选用B型普通V带5根,基准长度1370mm。带轮的基准直径dd1=140mm,dd2=170mm,中心距控制在a=465539mm。单根V带初拉力F0=180.55N。2.4.3.4二级带轮传动本设计一级带传动使用普通V带传动。(1)确定计算功率Pca以每天工作810小时计算,由机械设计(濮良贵著)表8-8查得工作情况系数KA=1.1,故Pca=KAP=1.17.18=7.898kW(2) 选择V带类型根据Pca,转速n2=1000/1.2=833.3r/min,选用A 型。(3) 确定带轮的基准直径dd并验算带速v1) 初选小带轮的基准直径dd3。由机械设计表8-7和表8-9可取小带轮的基准直径dd3=132mm。2) 验算带速v因为5m/sv30m/s,故带速合适3) 计算大带轮的基准直径dd4=i2dd3=1.21132mm=160mm根据普通V带轮基准直径系列,选取标准值dd4=160mm(4) 确定V带的中心距a和基准长度1) 根据0.7(dd3+dd4)a02(dd3+dd4)计算,得204.4 a0120(6)计算带的根数z1)计算单根带的额定功率Pr由dd3=132mm和n2=833.3r/min,查机械设计表8-4可得单根V带基本额定功率P0=1.40kW。根据n2=833.3r/min,i=1.2和B型带,查机械设计表8-5可得P0=0.055kW。查机械设计表8-6的K=0.99,表8-2得KL=0.93,所以Pr=(P0+P0)KKL=(1.40+0.055)0.990.93kW=1.34kW2)计算V带的根数zz=Pca/Pr=7.898/1.34=5.89取6根(7)计算单根V带的初拉力F0由机械设计表8-3得B型带的单位长度质量q=0.105kg/m,所以F0=5001/Kzv(2.5-K)Pca+qv2=5001/(0.9965.76)(2.5-0.99)7.898+0.1055.762=177.8N(8)计算压轴力FpFp=2zF0sin(2/2)=26177.8sin(176/2)=2132.3N(9)主要设计结论选用A型普通V带6根,基准长度1250mm。带轮的基准直径dd3=132mm,dd4=160mm,中心距控制在a=377434mm。单根V带初拉力F0=177.8N。2.4.3.5链传动链传动与带传动相比,无弹性滑动,传动效率高,与齿轮传动相比,适用于远距离传输,总体来说工作可靠,能用于恶劣的环境。传动链分为滚子链、齿形链等类型。滚子链一般用于传动系统的低速部分,可以承受较大载荷。第二轴的动力分为两部分,第一部分为驱动曲柄摇杆机构使铲齿进行摆动挖蒜作业,约占用总功率的65%,第二部分驱动输送链条用于输送挖起的大蒜到作业机后部,约占用总功率的35%。P3=6.69kW。挖蒜所需功率P蒜=P365%=4.35kW输送所需功率P输=P335%=2.34kW主动链轮转速n3=1000/(1.21.21)=688.7r/min传动比i3=1.3(1) 挖蒜链传动1) 选择链轮齿数取小链轮的齿数为z1=23,则大齿轮的齿数为z2=iz1=1.323=29.9302) 确定计算功率在机械设计上表9-6查得工作情况系数为KA=1.0,图9-13查得主动链轮的齿数系数为KZ=1.1,计算功率为Pca=KAKAP=1.01.14.35kW=4.785kW3) 选择链条的型号和节距因为Pca=4.785kW,n3=688.7r/min,且PcaPc,查图9-11,选择10A-1.查表9-1,链条的节距选为p=15.875mm。4) 计算链节数和中心距初选中心距为a0=(3050)p=(3050)15.875=476794mm。取a0=640mm。相应的链长节数为Lp0=2a0/p+(z1+z2)/2+(z2-z1)/2)2p/a0=2640/150875+(23+30)/2+(30-23)/2)215.875/640=107.16为了避免使用过渡链节,将链长节数圆整为偶数,取Lp=108。因为z1、z2比较接近,故链传动的最大中心距为amax=pLp-(z1+z2)/2/2=647mm5) 计算链速v,确定润滑方式v=n3z1p/(601000)=688.72315.875/(601000)=4.19m/s通过v=4.19m/s、链号10A-1,查图9-14,应该选用油盘飞溅润滑6) 计算压轴力Fp有效圆周力:Fe=1000P/v=10004.35/4.19=1038.2N链条倾斜布置,故取压轴力系数KFp=1.1压轴力大小为Fp=KFpFe=1.11038.2=1142N7) 主要设计结论链条型号为10A-1,大小链轮齿数分别为z1=23,z2=30,链节数为Lp=108中心距为a=647mm。(2) 输送轴传动1) 选择链轮齿数取小链轮的齿数为z1=23,则大齿轮的齿数为z2=iz1=1.323=29.9302) 确定计算功率在机械设计上表9-6查得工作情况系数为KA=1.0,图9-13查得主动链轮的齿数系数为KZ=1.1,计算功率为Pca=KAKAP=1.01.12.34kW=2.574W3) 选择链条的型号和节距因为Pca=2.574kW,n3=688.7r/min,且PcaPc,查图9-11,选择08A-1.查表9-1,链条的节距选为p=12.7mm。4) 计算链节数和中心距初选中心距为a0=(3050)p=(3050)12.7=383639mm。取a0=510mm。相应的链长节数为Lp0=2a0/p+(z1+z2)/2+(z2-z1)/2)2p/a0=2510/12.7+(23+30)/2+(30-23)/2)212.7/510=106.8为了避免使用过渡链节,将链长节数圆整为偶数,取Lp=106。因为z1、z2比较接近,故链传动的最大中心距为amax=pLp-(z1+z2)/2/2=505mm5) 计算链速v,确定润滑方式v=n3z1p/(601000)=688.72312.7/(601000)=3.35m/s通过v=3.35m/s、链号08A-1,查图9-14,应该选用油盘飞溅润滑6) 计算压轴力Fp有效圆周力:Fe=1000P/v=10002.34/3.35=698.5N链条倾斜布置,故取压轴力系数KFp=1.1压轴力大小为Fp=KFpFe=1.1698.5=768N7) 主要设计结论链条型号为08A-1,大小链轮齿数分别为z1=23,z2=30,链节数为Lp=106中心距为a=505mm。2.5转向方式设计及计算2.5.1 转向方案比较(1)牵引式农机的转向机构图2-3牵引式农机的转向机构示意图牵引式农机前两轮为拖拉机的两轮,后两轮为安装在机具上的两轮。转向由拖拉机两轮来完成。在转向过程中,四轮应围绕一个中心旋转(如左图)。事实上,从右图可以发现,四轮的中心不重合。在部分研究中,采用了转向梯形的方式。单拉杆式转向系统中,横拉杆和两根转向侧臂及前轴组成转向梯形,可以使四轮近似围绕一个中心旋转。图2-4 两种转向梯形(2)普通汽车的转向机构普通汽车转向机构以转向梯形为原理。在转向梯形前端,采用了转向器以及助力机构。常采用的转向机构主要有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式以及蜗轮指销式。助力装置一般为机械式液压助力和电子式液压助力。其结构较为复杂,是否采用还有待于比较。图2-5 液压转向装置(3)原型机转向机构如下是实物图。图2-6 4S-85转向机构其原理是方向盘的转动带动主动齿轮,经过中间齿轮,传递给不完全齿轮。其用3个齿轮的目的是为了保证方向盘的转向与车轮转向保持一致。通过不完全齿轮的转动,使车轮转向。从简图看出,不完全齿轮的轴线与车轮转向轴轴线不重合。在转向过程中,不完全齿轮轴线在空间的位置不变,车轮与地面的接触部分则在地上划过一道弧线。故在此过程中,接触部分需要克服摩擦力做工,大大增加了转向负担。(4)内外齿轮啮合转向机构内外齿轮啮合,以外齿轮带动内齿轮的方式。小齿轮与方向盘轴保持同轴,大齿轮与车轮转向轴保持同轴。优点是:1、结构简单。一组内外齿轮的使用就可以保证方向盘的转向与车轮转向保持一致,减少了齿轮个数;2、在空间的布局上更加紧凑,可以减少机身长度方向上的尺寸。 评测项目转向方式是否省力机构是否简单成本可更换性三齿轮传动(原形机)不省力简单低好机械转向装置(普通汽车)省力复杂高不好梯形机构(普通农机)不省力较简单一般不好直接转向(三轮车)不省力简单低好内外齿轮啮合省力简单低好综上,决定采用内外齿轮啮合转向机构。2.5.1内外齿轮啮合转向机构设计计算(1)确定齿轮类型、精度等级、材料1)按照设计方案,选用内外齿轮啮合传动方式,压力角取202)参考机械设计(第九版)(濮良贵编)表10-6,选用10级精度3)选用材料为40Cr,齿面硬度为280HBS(2)确定齿数和模数1)选小齿轮齿数z1=202)参照原机型,为了使转弯半径相对较小,试确定为最大转弯角度为左右各60;为了使转弯时,作业人员更容易将方向盘打到极限位置,试确定方向盘极限位置为左右各240;故传动比初步确定为u=240/60=4。3)z2=uz1=420=804)由于齿轮低速运行,不进行齿面解除疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度校核,同时考虑内齿轮的大小,选择标准模数第一系列模数m=1.5(3)确定齿轮的其他参数取压力角0=20,ha*=1.0,c*=0.25,=3.14,则齿距p=m=3.141.5=4.71mm分度圆直径d1=mz1=1.520=30mm d2=mz2=1.580=120mm基圆直径db1=mz1cos0=1.520cos20=28.1908mm db2=mz2cos0=1.580cos20=112.7631mm齿顶高ha=ha*m=11.5=1.5mm齿根高hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)1.5=1.875mm齿顶圆直径da1=d1+2ha=30+21.5=33mm da2=d2-2ha=120-21.5=117mm齿根圆直径df1=d1-2hf=30-21.875=26.25mm df2=d2+2hf=120+21.875=123.75mm全齿高h1=ha1+hf1(见如何计算内啮合齿轮几何尺寸的探讨)齿厚s=p/2=2.355mm中心距a=(d2-d1)/2=45mm2.6挖蒜原理设计及计算2.6.1 挖蒜方案比较(1)国外的大蒜收获机作业过程中,机具前进方向与蒜行保持平行。进行双行或多行同时收获就必须保证分禾器的间距和蒜行间距保持一致。在该机具的相关设计中,为了保证通用型,分禾器间距可调,最小为40cm。根据国内大蒜种植情况,蒜行平均间距为20cm。(2)4DS-1000型大蒜收获机利用的是旋转刀具在地下不断旋转的运动切断大蒜根系,并将蒜头拱起的方式。直接切断大蒜根系,起蒜的效率非常明显,也比较容易伤及掩埋更深的大蒜。同时土下情况复杂,高速旋转的刀具一旦遇到石块较多的情况,非常容易崩刃。图2-7 4DS-1000型大蒜收获机转动布局图2-8 4S-6大蒜收获机机构简图(3)以上是4S-6型大蒜收获机,其采用的挖掘铲是长条状,配合摇臂能实现一边挖掘,一边摇动的复合运动。(4)本文以4S-6型长条状挖掘铲为基础,拟设计锯齿形挖掘铲,用曲柄摇杆机构带动,以增加碎土能力。 评测项目挖掘装置是否对行距有要求入土能力碎土能力是否易坏国外大蒜收获机有强不易损坏4DS-1000型无弱低易损坏4S-6型无较弱强不易损坏锯齿状无强强不易损坏2.6.2 铲齿设计计算(1)铲齿的设计锯条型铲齿的参数主要有铲刃斜角、铲刀与地面的倾角以及铲刀的宽度B。1) 铲刃斜角:铲刃上不应积土,必须要有比较大的斜角,经相关优化设计实验,2选为1602) 倾角:倾角应小于22,倾角越小,机具在作业过程中所受阻力越小。按照类似机具的经验数据,取为153) 宽度B:取为60mm另外,铲齿上锯齿的形状为等边三角形,尖角部分为防止崩刃,以小半径圆弧代替。(2)挖掘铲振动频率和幅度的设计前苏联的农业机械制造研究所的相关资料表明,挖掘铲的每分钟摆动次数宜为507625之间;美国方面对振动铲性能进行研究试验后,认定为每分钟摆动450次比不振动时阻力减少一半,超过这个频率,阻力基本保持不变。所以,初步选定振动频率为528次/min。根据筛子的振动原理,振幅f有下式: 即 取g=9.8,其中安装用角15振动方向角12.5K0=cos15/sin12.5=4.4因此,1.74.42.64.4得到23.9mmf50000工作压力p/Mpa0.811.522.53344557还有一个重要的参数是最大流量,可以根据皮带轮输出到液压泵的功率计算得到。3.3拟定液压系统原理图3.3.1 液压回路的功能通过对液压系统的工况分析,所设计的液压机构对稳定性有较大的要求,主要体现在换向的时候。因此,需要选择蓄能器等一些元件。在压力达到合适的值时,液压泵需要卸载。另外,所设计的液压系统应该结构简单、安全可靠、尽量减少能源的消耗,并且经济实惠。3.3.1拟定液压系统原理图通过以上分析,综合考虑,提出以下的设计方案:图3-1 液压系统原理图普通行驶过程前,需要作业机进行提升,三位四通换向阀5处于右位,油液从右侧进入,柱塞向左运动;进行挖蒜作业时,换向阀5处于左位,油液从左侧进入液压缸,同时在自重的情况下,作业机会快速下降到指定位置,然后位于第一轴上的离合器便和与液压泵相连的带轮分开,液压泵停止工作。在换向阀换向的时候,油路内油液易发生扰动,压力可能发生骤减。在进油路上加设单向阀2,并且加上蓄能器4,能保证在换向过程中,即使发生上述不稳定的情况,蓄能器也能在第一时间对油路进行补压作用。另外单向阀2、蓄能器4以及溢流阀3的组合实现了卸荷功能。在进油路油压达到溢流阀3的标定压力时,油液经液压泵,通过3直接流回油箱,而不会影响到单向阀以上的油路,从而实现可靠平稳的卸荷3.4液压缸的设计、计算和校核其他未知的参数需要根据工作压力以及流量来进行计算。整车质量的估算值大约为500kg。为了简化计算,同时也为了操作人员控制方便,整个过程不再详细分析减速、制动过程,不加入变速回路。拟定:活塞杆上升行程为200mm,速度为0.1m/s转向升降装置与竖直方向呈10动摩擦系数fd=0.13.4.1负载分析(1) 工作负载a重力负载:FL= FGcos10=5000cos10=4924Nb摩擦阻力:Ffd=fdFGsin10=0.15000sin10=86.8Nc 密封阻力密封阻力放入机械效率中考虑,取机械效率m=0.9则液压缸推力F =(FL+Fd)/m=5568N(2) 初定液压缸尺寸a. 选定液压缸工作压力按表3-1,选定工作压力p1=1.5Mpa。b. 计算液压缸尺寸选用单杆式活塞缸,A1=2A2。工进阶段,液压缸的推力计算公式F/m=A1P1-A2P2hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压缸有杆腔压力因无需设置背压阀,故p2=0则A1=F/(p1-1/2p2)=5568/(1.5106)=37.12cm2根据液压泵的最大工作压力计算方法,液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。pp=p+p损泵的输入功率P即为第一轴旋转的功率,可以通过计算得到。取泵的总效率为0.75,则实际输出流量为qp=Pp/pp设工进阶段流量为q,在总流量的计算时应考虑泄漏量。泄漏量按照工进阶段流量的0.1来计算,则总流量为qp=1.1q故工进阶段流量为q=qp/1.1在工进阶段,有q=AvA进油腔的面积v工进速度故工进速度v=q/A将计算的工进速度与估算的进行比较。(1) 通过计算得出各元件工作时的流量后,选择元件的具体型号;(2) 确定油管。选定液压泵后,液压缸的工进速度、时间以及流量就与前面计算的数据不尽相同了。需要重新计算流量、流速。通过公式计算得油管直径,并圆整为标准值。(3) 油箱的设计。按照液压泵的额定流量以及经验公式计算缸体的容积,并根据散热要求进行校核。(4) 温升的验算。液压系统工作过程中,存在许多压力损失,动力损失。这些损失最终转化为热能,使液压系统内油液的粘度发生变化,同时使系统性能不再处于最佳工作状态。因此必须进行温升验算。发热量可以通过下式估算:Hi=Pi-PoPi输入功率Po输出功率如发生过热情况,则应设置冷却器。4 安装与运行4.1 安装在安装前,安装人员需按照图纸和配件单仔细检查所需部件是否遗漏、损坏。确认无误后方可安装。安装顺序1 焊接(暂不焊接铲尺与曲柄摇杆机构)。尤其注意8个轴承支座底座以及方向盘定位板的位置。焊接之后形成整体车架。2 安装方向盘和内外齿轮转向机构、以及下方的车轮。3 安装手扶拖拉机。通过挂接装置将拖拉机安装在机架上。此时整机中部悬空,方便安装其它部件。4 安装液压泵、液压缸。5 安装轴及轴承支座。每个支座与其底座用2个螺栓紧固。每一对轴承支座之间安装轴。上方两根轴是动力轴,下方两根轴用于安装输送链条的引导轮。同时安装V带,调整好带轮中心距。6 安装输送链条以及曲柄摇杆机构。安装好曲柄摇杆机构后将铲尺焊接在摇杆上。7 安装液压管路以及其他液压元件。注意转向装置与升降装置不要互相干涉。8 安装传动链条。完成后,检查是否安装可靠。4.2 试运行试运行需注意一下几点:1. 检查各部件,确保达到正确的技术状态;2. 试运行前应对各轴承及链轮链条部位进行润滑;3. 试运转。首先用手拨动柴油机上的带轮,确保没有碰撞、卡滞现象,然后用小油门运转机器,再逐步调大油门观察运转情况。4. 停机检查各紧固件有无松动迹象。确认正常后即可入田作业。结论本人通过查阅书籍和手册等资料最终完成了该课题。在该过程中,我了解到许多其他作物收获机械的原理,分析了他们的优缺点,旨在运用到自己的设计之中;同时了解到中外农作物收获机械化的水平差异,使我下定决心要保质保量地完成这个课题。文献作者们的研究方法给了我很大的启迪。在这段时间里,我不仅加深了对专业知识的综合运用能力,还更加熟练了软件的操作;不仅了解到农业机械里一些基础知识,更培养了一种优化设计的思维。对本设计做总体分析之后,有一些结论,罗列如下:1. 目前的设计还是理论上的,但其是基于已有的机械做
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