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學生自查表
(中期教學檢查用)
學生姓名
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
班級
指導教師
姓 名
職 稱
課題名稱
小麥收割機的設計與研發(fā)
個人精力
實際投入
日平均工作時間
6小時
周平均工作時間
30小時
迄今缺席天數
0天
出勤率%
100%
指導教師每周指導次數
3~4次
每周指導時間（小時）
6~8小時
備注
隨時答疑
畢業(yè)設計（論文）工作進度（完成）內容及
比重
已完成主要內容
%
待完成主要內容
%
1.接受畢業(yè)設計任務書；
2.收集相關資料、數據，為畢業(yè)設計開題做準備；
3.完成與課題相關的外文翻譯；
4. 完成小麥收割機動力驅動系統(tǒng)設計與研發(fā)；
5. 完成小麥收割機傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構的設計。
6.中期自查表。
50%
1.熟練應用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖。
2.完成小麥收割機整體機構的設計。
3.整理并完成畢業(yè)論文。
50%
存在問題
1.相關資料與數據的收集不夠，需要查找更多的資料。
2.對AutoCAD軟件功能應用還不夠深入，需要進一步學習。
3.對農用機械的特殊化結構處理不到位，需要研究掌握。
指導教師簽字： 年 月 日
車輛系統(tǒng)動力學
第50卷，副刊，2012,277～289
安裝不同類型轉向架有軌電車的動態(tài)特性
Teresa Kuba 和Peter Lugner
維也納科技大學力學與機械電子學研究所：車輛系統(tǒng)動力學和生物力學，Wiedner Hauptstrasse 8-10,1040 Vienna Austria
(2011.10,24接收，截止到2012.2.5)
由于其有利于乘客和系統(tǒng)運營商的優(yōu)點，現代有軌電車都按低地板結構設計制造。關于如何實現整列列車低地板結構有不同的結構方案：一種是在轉向架結構中用獨立車輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)輪對。本次研究中，在整列列車安裝獨立車輪轉向架和安裝輪對轉向架的典型動態(tài)特性通過使用多體仿真模型方法展現出來。因此，本文對帶有不同入口布置的曲線軌道仿真結果進行了比較。結果并沒有給出一個是支持或反對這些軌道設計的明確結論，但它對安裝不同類型轉向架的有軌電車的動態(tài)特性有了更深刻的了解。
關鍵詞：有軌電車；獨立車輪；輪對；不同速度下的曲線特性。
1. 引言
城市化不斷擴大、環(huán)保意識增高和人口數據統(tǒng)計的變化這些僅僅是把當地公共交通變?yōu)槿藗冴P注焦點的其中一些因素。由于有軌電車不產生廢氣，與公共交通相比可以運送更多乘客，且更被乘客所接受，因此有軌電車尤其在人口超過100000的城市中扮演著重要角色。
現代有軌電車必須滿足大量要求，例如可靠性、準時性、舒適性和安全性。為了鼓勵更多的人乘坐有軌電車和方便乘客使用，一個低地板入口或低地板結構有軌電車只是這些要求的一部分。
出于各種理由，乘客和系統(tǒng)運營商更喜歡低地板結構有軌電車。由于活動不便的乘客也能方便上下車和攜帶嬰兒車或沉重行李不再是累贅,所以有軌電車采用側面低地板入口結構。系統(tǒng)運營商甚至可以從簡化乘客使用而受益，這是因為減少乘客換乘次數使整體操作時間更短。
制造商已經嘗試通過建造低地板結構有軌電車來滿足這些需要（e.g.[2]）。結果往往會出現新的結構，即一個主要任務就是轉向架的設計。一個在整個列車長度上實現低地板結構的方法是使用獨立車輪。因此，車輪分別安裝在轉向架上而且速度也是解耦的（e.g.[3,4]）。另一種方法是通過齒輪連接兩個車輪，這樣保證車輪速度相同，就像輪對在工作一樣。典型轉向架結構是建立在帶有同步軸的輪對（e.g.[5]）上，底板水平面通常取決于輪對軸的內置高度和車輪直徑。這就導致車體在坡道上使用所有技術手段。這些轉向架的動態(tài)特性是不相同的，通過Frank對輪對和輪組進行一些限制性假設，對這些底部驅動設計的理論比較已經進行了。大量轉向架結構可能從那些不同輪子或輪對懸掛系統(tǒng)類型中產生，而這個原則已在Schinder[7]早期研究中闡釋過。
本文的目的是檢測安裝不同類型轉向架有軌電車的動態(tài)特性。因此，通過使用多體仿真軟件對獨立車輪和傳統(tǒng)輪對兩種轉向架設計在轉彎時的影響進行了分析比較。由于轉向架設計的特點可能在軌道曲率改變的線路上觀察到，因此在兩種不同曲線設計的入口和出口進行了檢測。
2.模型說明
多體仿真軟件SIMPACK通過考慮當地地質條件和結構特征，用來模擬兩種不同類型轉向架或整列有軌電車。利用鐵路車輛高度非線性輪對接觸的模型是非常必要的。把接觸物體之間的非線性接觸看做一個力元素，在SIMPACK有一個可用的輪軌模塊。這個力元素產生蠕變力，蠕變力是通過接觸物體的位置以及它們的速度和相對速度計算得來的。簡化的Kalker非線性理論（FASTSIM算法[9]）就是用來計算接觸力的。
在研究中摩擦系數一般取μ=0．4，它表示一個理想、干燥的S1002-UIC60剖面配合的輪軌接觸。盡管這種剖面配合主要應用于標準軌距鐵路，很少用于有軌電車，但由于理想的配合類型還是被采用。進一步理想化可以認為沒有鐵路。
研究的基礎是一整列有軌列車，如圖一所示。把五個車體模擬成剛體，車輛連接裝置由一個較低帶有附加旋轉阻尼器的球形接頭和一個橫向彈性元件組成。第二和第三節(jié)車體上面的連接被牽引桿取代。車輛連接裝置和車體都是根據裝有輪對的有軌電車的已知數據設計而來的。為了允許對兩種轉向架進行比較，車輛的五個車體和車輛連接裝置保持不變，轉向架安裝獨立車輪或輪對。
圖一 帶有三個轉向架的待檢有軌電車(安裝獨立車輪)
（a）
（b）
圖二 安裝獨立車輪（a）和輪對（b）轉向架詳細視圖
圖二展示出安裝有獨立車輪（a）和輪對（b）動力轉向架的詳細視圖以及前面輪組和前面輪對的拓撲圖，而且它們也分別用在SIMPACK軟件中。
3 研究條件
研究包括一段半徑50米向右的曲線軌道（圖三）。該曲線設計包括從曲線到直線部分的回旋過渡曲線，由于進入曲線入口的特性和軌道設計的影響同時發(fā)生，所以帶有不同過渡曲線長度的軌道都經過實驗驗證，例如35m的和用于有軌電車不設過渡曲線的軌道。軌道本身是標準軌距（1435mm）并沒有超高和軌道變寬。為了顯示電車整體性能，對三個操作狀態(tài)進行了檢測：
1.運行速度v=7m/s，這將在曲線上產生最大側向加速度ay=1m/s2，而這是安全極限。
2.較高速度v=11.2m/s運行，在轉彎時產生側向加速度ay=2.5m/s2，這已經超出電車正常運行范圍，但它允許研究脫軌安全性能和磨損。
3.電車走形速度v=2.2m/s，在轉彎時產生ay=0.1m/s2的側向加速度。
4. 研究結果
為了證明轉向架設計的特點，軌道橫向位置、導向力、脫軌系數和摩擦功率作為電車選型轉向架的性能指標進行了比較。
此外，安有獨立車輪轉向架和安有輪對轉向架比較結果顯示前外側和后內側的獨立車輪存在較大的橫向偏差。這個結果是由車輪導向的橫向彈性元件產生的。另外，轉向架進入中
圖三 帶有35m過渡曲線的待檢軌道設計
心位置時，它們的恢復特性是不同的。安有輪對的轉向架表現出快速衰減的正弦運動，而安有獨立車輪的轉向架則表現出緩慢的單向重復特性。
每個轉向架也受到其它轉向架在曲線入口和出口時車輛連接裝置的影響，而且，安裝獨立車輪的轉向架更被它們的相互影響所干擾。
在曲線入口無過渡曲線和附有35m長過渡曲線兩種情況中，在曲線內的穩(wěn)態(tài)值沒有什么不同。然而，安有輪對的轉向架第一外輪的導向力遠勝過安有獨立車輪的。每個轉向架都沒有得到充分的擴展，但由于牽引獨立車輪的軸箱拉桿的橫向靈活性，它可以更好地適應曲線半徑的變化。
此外，對看作是磨耗指數的摩擦功率也進行了研究。摩擦功率是通過在局部接觸坐標系里蠕變力和蠕變速度相乘計算得來的[5],圖9分別描述了電車以恒定速度7m/s通過曲線時，第二轉向架第一輪對或輪組的摩擦功率，這是一拖車轉向架。之前討論過的影響現在同樣可以觀察到：與設有一個平緩過渡曲線相比，前外車輪在沒有過渡曲線的入口處出現一個峰值。
縱向位置
圖九 在0m過渡曲線（上面）和35m過渡曲線（下面）軌道上，電車第二轉向架第一輪組和輪對的摩擦功率。
正如預期那樣，脫軌系數隨著速度和橫向加速度的增大而不斷變大。由于曲率的突然改變，無過渡曲線的曲線軌道比有過渡曲線的曲線軌道有著更高的脫軌系數。在速度11.2m/s時,裝有輪對的轉向架的Y/Q值在1.2上，因此有脫軌的危險。
5. 結論
在本次研究中，對裝有獨立車輪和輪對的兩種轉向架設計進行了比較，而這些讓我們掌握了它們的動態(tài)特性以及深入了解它們的優(yōu)點和缺點。比較是在假設輪軌采用S1002—UIC60配合及摩擦程度不變的情況下進行的。盡管所顯示的結果也分別被電車的輪對和轉向架所采用，但這些特點也可以擴展到列車所有的轉向架上。裝有獨立車輪的轉向架對干擾非常敏感和隨后表現出一個緩慢復位過程，然而裝有輪對的轉向架也面對著較大導向力和摩擦功率的問題。
此外，也對在曲線入口和出口處軌道設計的定量影響進行了觀測。正如預期,兩種轉向架進入曲線時，沒有過渡曲線的軌道有較高的脫軌系數和作用在軌道上的力。但是無過渡曲線的軌道比有過渡曲線的要短，在整個運行過程中也表現出更少的輪軌摩擦能量損失。帶有過渡曲線的軌道設計有較小的脫軌系數和在側向位置時較低的離心力，但由于軌道長度也存在較大的摩擦能量損失。
同時也存在影響電車轉向架動態(tài)特性的其他因素。位于車輛連接裝置的改良潛力和參數對轉向架的影響還沒有進行研究，以及當代替理想軌道而使用不規(guī)則軌道時動態(tài)特性發(fā)生的變化。
在實踐中，所有上述標準都會對轉向架概念設計產生一個非常復雜的過程，而且電車的調整也影響制造工藝。
6. 參考文獻
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[2] H.Hondius，entwicklung der Nieder- und Mittelflur-Straβen- und Stadbahnen，Folge 17，Teil 2，Stadtverkehr 49（2004），pp.6-23.
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[11] DIN EN 14363，Bahnanwendungen-Fahrtechnische Prüfung für die fahrtechnische Zulassung von Eisenbahn-fahrzeugen-Prüfung des Fahrverhaltens und station?re Versuche，Deutsches Institut für Normung，Berlin，2005.
11
小麥收割機的設計與研發(fā)
學科、專業(yè)：
學 號：
作 者 姓 名：
指 導 老 師：
摘 要
現代農業(yè)生產中，各類大中型農業(yè)機械已經在大面積作業(yè)的場合下普遍使用，但在山地和小面積的工況，大中型農業(yè)機械就顯得力不從心。為滿足此類要求，本文提出了一種人力割麥機的設計思路。
設計方案涉及農業(yè)機械收割機，通過對比研發(fā)，綜合考慮傳動效率、結構外觀設計、收割方式與加工成本，確定最優(yōu)化的方案。首先對小麥收割機的整體結構與關鍵組成機構做了具體設計與理論研究，設計內容包括小麥收割機的七大組件，分別為：手把、機架、行走輪、刀盤、傳動齒輪組件、換向機構和分麥機構。把手中間可折疊，折疊后收割機整體尺寸會變小，方便包裝、運輸與放置。機架設計主要考慮機器整體結構的合理與輕便，所以結構尺寸較小，連接簡單可靠，所有零件與支板之間采用焊接形式。行走輪直徑變小時，中心軸扭矩就會有所變大，所以行走輪直徑設計的較小。切割部分采用上下刀盤結構，上刀盤轉動時，下刀盤固定不動，切割麥稈主要有上刀盤完成。分麥機構負責撥倒和鋪放割斷后的麥稈，由下撥盤、中撥盤、上撥盤和行星輪系構成，割斷后的麥稈由行星輪系撥出。所有機構選定后，對齒輪嚙合、中心軸強度和軸承強度進行校核驗證，并使用CAD繪圖軟件繪制所有零部件的零件圖和收割機總裝配圖。經過實踐操作證明了設計出的這臺小型收割機滿足山地和小面積小麥的收割作業(yè)工作。
關鍵詞：小麥收割機；設計；校核驗證
Abstract
Modern agricultural production, various types of medium-sized agricultural machinery has been widely used in a large area where the job, but in working conditions and the small mountainous area of ??medium-sized agricultural machinery becomes powerless. To meet such requirements, we propose a human Reaper machine design ideas.
Design involving agricultural machinery harvesters, by comparing the development, considering the transmission efficiency, structural design, the cost of harvesting and processing methods to determine the most optimal solution. First, a key component of the overall structure and organization of wheat harvester made a specific design and theoretical research, design content including wheat harvester seven components, namely: handles, racks, walking round cutter, transmission gear assembly, commutation of wheat agencies and institutions. Intermediate folding handle, folded harvester overall size becomes smaller, convenient packaging, transportation and placement. Rack is designed primarily consider reasonable and the overall structure of the portable machine, so a smaller structure sizes, simple and reliable connection, welded parts and support among all forms of board. Walking wheel diameter becomes smaller, the center would have a larger shaft torque, so walking round design of smaller diameter. Cutting part adopts the structure of the upper and lower cutter when the cutter is rotated under stationary cutter, cut straw mainly on the cutterhead is complete. Reversal of wheat agencies responsible for laying down straw and cut back by lower dial, the dial, the dial and the planetary gear train composed, aside from straw cut after the planetary gear train. After all the institutions selected for gears, the central axis of the strength and bearing strength be checked to verify and use CAD software to draw diagrams and parts harvester general assembly drawings for all components. Operation proved through practice to design a small harvester satisfy this work harvesting operations and a small mountainous area of ??wheat.
Keywords: wheat harvester; design; checking verification
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2 國內外研究現狀 2
1.2.1 國內研究現狀 2
1.2.2 國外研究現狀 6
1.3 設計內容 7
1.3.1 設計目的 7
1.3.2 設計具體內容 7
2 小麥收割機的整體結構設計 9
2.1 小麥收割機的整體設計方案與分析 9
2.2 小麥收割機的整體設計 11
2.2.1 小麥收割機的整機結構 12
2.2.2 小麥收割機的整體布置 13
2.2.3 小麥收割機的整體參數 15
2.3 本章小結 18
3 小麥收割機各工作部件的設計 20
3.1動力系統(tǒng)設計 20
3.1.1 小麥收割機的動力選擇 20
3.1.2 小麥收割機的傳動設計 21
3.1.3 小麥收割機行走輪的設計 21
3.2傳動系統(tǒng)設計 22
3.2.1 軸的設計與強度校核 22
3.2.2 齒輪的設計和齒輪嚙合的相關計算 25
3.2.3 軸承的設計與校核 33
3.3 執(zhí)行系統(tǒng)設計 35
3.3.1小麥收割機上、下刀盤的設計 35
3.3.2小麥收割機撥麥機構設計 37
3.4 本章小結 38
4 小麥收割機的使用說明及維修保養(yǎng) 39
4.1 小麥收割機收割前的使用說明 39
4.1.1使用方法 39
4.1.2適于收割的土地和種類 39
4.1.3不能收割的因素 39
4.2小麥收割機的維修保養(yǎng) 39
結 論 41
致 謝 42
參考文獻 43
43
1 緒論
1.1課題背景
千百年來，中國農民一直遵循著“面朝黃土背朝天”的生產方式。由于個體農民承受不起高價格的動力收獲機械，而且山區(qū)和丘陵地區(qū)也不適應動力收獲機械。因此，個體農戶急需一種價格低廉、效率高、能適宜山區(qū)和丘陵地區(qū)使用的小型小麥小麥收割機。
現代農業(yè)生產中各類大中型收割機已得到廣泛使用，然這些機械均適用于大片土 地和平坦土地，在山地和小塊土地上無法使用，因而在廣大的山區(qū)和不能連成片的小塊土地的麥稈類和豆類作物，還只能由人使用傳統(tǒng)的鐮刀收割，勞動量大，效率低，作業(yè)者很辛苦，必須長時間彎腰操作，極易引發(fā)腰肌勞損等疾病。因此需要有一種適宜山地和小塊地的收割機，以滿足廣大山區(qū)農民的需求。
針對目前尚無適宜山地和小塊地使用的麥稈類作物收割機的現狀，以及用鐮刀收割存在的問題，本實用新型產品提供一種小巧靈活的小麥收割機，既適用于山地和小塊地，也適用于大片平地，從而滿足廣大農村特別是山區(qū)農村的需要，填補了這方面的空白。
早在60年代，我國就廣泛開展過對小麥割麥機的研制。但幾乎所有種類的小麥割麥機只使用了很短一段時間,其切割部分是分為兩片且成一定角度放置的割刀,刀片上刻有斜齒。莖稈從一進入刀片之間便開始被切割。隨莖稈深入，刀片間隙越來越小，對莖稈的擠壓作用增強，直到被切斷。這種小麥收割機的優(yōu)點是：重量輕，結構簡單，成本低。但這種小麥收割機切割時預先被刀片切斷的莖稈只有少數，大部分莖稈還是靠擠壓作用切斷的，這就要求以大力高速向前推進，才能被切斷。這樣，普通勞力如婦女、小孩就很難推得動。成熟了的小麥易脫粒，行與行之間麥穗易纏在一起，推進速度快，對莖稈的沖擊作用增大，麥穗之間相互拉扯，脫粒損失嚴重。鋪放時也要求有一前沖速度，不然，切斷的莖稈容易向前傾倒而使之凌亂。而鋪放時又必須停下來再翻倒鋪放，所以，這種小麥收割機鋪放凌亂不堪。很多地方還須一個人在后面收拾整齊，浪費勞力。由于切割時，大部分莖稈都聚集在刀片底部切斷，這樣，刀片磨損集中在底部，使這部分刀片磨損很快。而且，刀片磨損以后，切割阻力迅速增加，以致推不動，再切割時就基本是砍切，切割效率大大降低。它還有一個弱點就是對于倒伏的莖稈無法切割。
目前，全國小麥收獲的機械化水平已經超過60%，尤其在南方平原地區(qū)已經得到了廣泛的使用。但我國小麥收割機開始使用的時間比較晚，小麥收獲機械的發(fā)展在20世紀50年代初才開始，近50年以來，在引進、仿制國外畜力收割機的基礎上研究、改進、逐步發(fā)展起來。并且某些方面已經接近或達到國際先進水平，但總體技術水平與國外先進收割機相比，還有較大的差距[1]。
圖1.1 小型微動力收割機
國內現有的大型收割機按照麥稈鋪放方式分為收割機、割曬機和割捆機，按照被割麥稈的輸送方式分為立式收割機和臥式收割機，各類大中小型收割機械在現代農業(yè)生產中都已經得到了廣泛使用，收割效率高，速度快，節(jié)省了大量人力，但此類機械無法在山地和小塊的土地上使用。相對大型收割機，小型收割機的設計更隨意。而西北的很多小塊耕地加之地勢的高低不平更適合它，現在國內已經開始嘗試著設計制造小型收割機。這些設計適合本地土地環(huán)境和生產力的小型收割機，這種收割機維修簡單，使用方便，適合多種地形，保養(yǎng)要求低。它一般是個人購買，適合小農戶小規(guī)模的生產。但原有小型收割機是依靠汽油機為動力，通過傳動軸帶動鋸齒片高速度旋轉，從而起到了收割的作用，它的噪音很大，汽油污染嚴重，劇烈的振動給操作者也帶來不適。因此，需要設計一種使用人力并適宜山地高地和小塊地的小麥收割機，具有重要的現實意義。
1.2 國內外研究現狀
1.2.1 國內研究現狀
我國鋪放式收割機是從50年代初期開始的，在引進、仿制、國外畜力收割機的基礎上研究、改進、逐步發(fā)展起來的。60年代，我國華北、西北地區(qū)引進波蘭、捷克斯洛伐克等國的畜力搖臂收割機，仿制、改進和自行設計了一些畜力收割機，有代表性的是太谷號和霍邱號自撥式小搖臂畜力收割機，但因結構設計不夠完善，工作可靠性差，維修維護不完善以及受我國北方小麥產區(qū)畜力條件限制等原因，未能大規(guī)模推廣，于此同時，以中國農機研究院和吉林四平東風農機廠為主的一些研究、生產單位仿制、自行研制了許多以大中型拖拉機為動力的前懸掛式和后牽引式鋪放式收割機，割幅為2.0～4.9m，代表機型如GS-4.6型、4SX-3.8型等。但這些收割機有很大的局限性，只能將麥子鋪放成穗尾相搭接的條鋪，適于聯合收割機分段收獲時揀拾，不適合人工分堆打捆。為適應國內大部分地區(qū)分堆打捆的作業(yè)要求，50年代后期全國各地開始研制便于人工打捆的鋪放式收割機，如臥式割臺雙帆布轉向條放式收割機、上海-108型立式割臺收割機等。但因結構設計上的缺陷，實際得到推廣的很少。直到70年代，我國南方小麥收割機和北方小麥收割機的研制才開始逐步走向成熟。在借鑒日本立式割臺收割機之的優(yōu)點的基礎上，增設了星輪扶禾器，且將割下的作物鋪放成與機器前進方向呈90°角，以便收集打捆。代表機型有中國農機研究院研制的北京-185型收割機以及后來改進設計的130(140)型、160型等。1980年以后，由中國農機研究院牽頭，河南、河北、山東、甘肅、江蘇和安徽等省的一些農機研究部門及10多家工廠參加對該類收割機進行了進一步改進設計和大面積收割試驗，使其進一步完善，并根據配套動力(主要是手扶和小四輪拖拉機)予以定型[2，3]。從此護小型鋪放式收割機在全國開始大規(guī)模的推廣，尤其是80年代末、90年代初期，這類收割機在全國得到了較大發(fā)展。
我國谷物聯合收割機是以引進國外機器、技術為基礎，通過消化、吸收、仿制、逐步國產化不斷發(fā)展起來的。目前已形成了大、中、小型并重，牽引式、自走式和拖拉機懸掛式共存，自行研制開發(fā)機占主導地位的格局，部分產品已走出國門，進入國際市場。
牽引式聯合收割機牽引式聯合收割機是我國最早投入生產的聯合收割機，第一代是北京農業(yè)機械廠根據原蘇聯C-6型樣機研制并于1956年正式投產的GT-4.9型聯合收割機。該機割幅4.9m，帶29.4kw發(fā)動機，喂入量2.5kg/s，由東方紅- 54/75等大型拖拉機牽引作業(yè)，結構上采用了輸送帶平臺式割臺、釘齒式脫粒滾筒、回轉帶式分離裝置兩級風扇篩子式清選裝置、糧箱卸糧且機后設有草車。1963年轉由開封聯合收割機廠生產，并對分離裝置、傳動系統(tǒng)和配套動力等進行了改進(改型為GT-4.9B)，其工作性能大大改善，成為60、70年代我國聯合收割機保有量最多的機型，該機適合于大地塊大面積作業(yè)，當時主要用于國營大型農場，應該說在我國大型農場早期小麥收獲機械化方面曾發(fā)揮了很大作用，但體積龐大，拆卸轉移不便，不適合一般農村使用。
圖1.2 迪馬3228小麥收割機
60年代以后，國內不少單位也曾針對農村條件，研制過許多體積較小、轉移較方便、適合較小地塊作業(yè)的牽引式聯合收割機，如4K-2.5 M、豐收一3.5 M型收割機等，但因設計不夠完善，存在問題較多，有的未投產，有的也只有少量生產。
70年代以后，依蘭收割機廠、中國農機研究院和有關單位借鑒從國外引進和我國仿制的聯合收割機的結構優(yōu)點，先后研制了幾種性能比較理想的小割幅(2.2-2.5m)牽引式聯合收割機，代表機型有五七-2.2型、4LQ-2.5型、2.5A型、豐收-2.5型等，使我國牽引式聯合收割機趨于成熱，這些牽引式聯合收割機的主要結構特點是采用了螺旋式割臺、雙滾簡(釘齒式和紋桿式)脫粒裝置、柵格式分離凹板、鍵式逐稿器、風扇篩子式清選裝置，使脫粒、分離，清選性能顯著改善，而且割幅小，售價較低，便于拆卸轉移，適于農村使用，零件的通用化和標準化程度也有較大提高。
與牽引式聯合收割機相比，自走式聯合收割機具有能自行開道收割、作業(yè)靈活、轉移方便、使用不受現有拖拉機動力的限制等突出優(yōu)點。我國從50年代就開始進行自走式聯合收割機的試驗研究，第一代產品是在引進原蘇聯CK-3型自走式聯合收割機技術資料后，由四平聯合收割機廠等單位合作仿制、1965年投產的東風ZKBD-3型自走式聯合收割機。該機割幅4m，喂入最3kg/s，采用了螺旋式仿形割臺、雙滾筒脫粒裝置、鍵式逐稿器、風扇篩子式清選裝置，井設有懸掛式集草箱，工作性能良好，是50年代末、60年代初期較先進的機型。從60年代末開始，生產廠家對該機進行了不斷改進設計和試驗研究，并陸續(xù)推出了一些新機型。70年代末、80年代初，在東風ZKB-5型的基礎上，進一步改進設計，研制了東風LZ-5型大型自走式聯合收割機(發(fā)動機功率88.2kw，喂入量5kg/s)，這是我國產量最大、保有量最多的大型自走式聯合收割機。與此同時，一些大喂入量、雙滾筒大型自定式聯合收割機如-5型、北大荒-6型也相繼研制成功，但生產不多。70年代，許多單位還進行了大型軸流滾筒自走式小麥聯合收割機的試驗研究，但均未獲得成功。
圖1.3 雙力3588廣譜聯合收割機
80年代，我國引進國外技術，研制、開發(fā)了一些技術上比較先進的大型自走式聯合收割機，如佳木斯、開封聯合收割機廠生產的JL-1055型、JL-1065型、JL-1075型聯合收割機(該系列收割機操縱系統(tǒng)較先進，配有多種割幅不同、收割不同作物的專用割臺，還備有小麥脫粒裝置、履帶行走裝置等多種附件)、四平聯合收割機廠生產的SL-E512型、SL-E514型聯合收割機等。
根據我國農村的實際，國內從70年代開始研制、開發(fā)中小型自走式聯合收割機，80年代以來，這類收割機得到丁長足的發(fā)展。70年代研制開發(fā)的代表性機型有豐收-3.3型、豐收-3.0型、北京K-1.5型、北京4LZ-2.5型等；80年代研制開發(fā)的代表性機型有東風ZKB-58型、-3型、北大荒-3.0型等4-3。這些機型多屬傳統(tǒng)結構，共同特點是體積較小，售價較低，適合一般農村條件。
80年代末、90年代初，我國與德國克拉斯等國外先進收割機制造公司聯合和自行研制開發(fā)的中、小型自走式聯合收割機進一步完善了傳動系統(tǒng)與工作部件的設計，成功地運用了軸流滾筒式脫粒裝置，如KC-070型、-2型，JL-3060型等。這些機型的割幅一般在2-2.5m，喂入量約2kg/s左右，發(fā)動機功率為36.8-44.1kw，收獲質最良好，機器整體結構簡單緊湊，小巧靈活，道路的通過性和對作物的適應性好，轉移方便，較適合當前我國廣大農村的經濟條件、生產力發(fā)展水平和土地經營方式等狀況，幾年來，一直保持產銷兩旺的發(fā)展態(tài)勢，己成為目前我國收割機市場的主體和跨區(qū)作業(yè)的主要機型[4,5]。
1.2.2 國外研究現狀
國外收割機比較有代表性的國家和地區(qū)為歐美和日本等地，歐美多為全喂入脫粒，機型大，生產率高，適合較大規(guī)模的生產條件，日本則以中小型收割機為主，多采用半喂入，機型小，生產率相對較低。
圖1.4 國外最新小麥聯合收割機
大型，喂入量一般為5-6公斤/秒，高者達10-20公斤/秒。所配發(fā)動機的功率一般為120-150馬力，高者達250馬力左右，從而提高了效率，降低投資和使用成本，節(jié)省了能源。據約翰·迪爾公司的有關資料分析，喂入量為1.5-2公斤/秒的機器與喂入量為6-7公斤/秒的機器相比，單位生產率所配的發(fā)動機的功率和機器購置費用要高一倍。
七十年代末期，北美幾家公司研制了幾種軸流型聯合收割機。這種機器收割效率高，適于收割干燥地區(qū)的小麥、大豆，玉米，籽粒破碎率低。但對收獲潮濕小麥適應性差，能源消耗較多，未能推廣。
歐洲幾家公司現在研制出一些新型聯合收割機，這些新機型采用了傳統(tǒng)型脫粒裝置，用離心分離裝置替代逐稿器，提高了聯合收割機的效率，如克拉斯(Class)公司研制了一種帶有多輪式分離裝置的聯合收割機D0116cs，據稱喂入量可達10公斤/秒以上。斯佩里-新荷蘭(Sperry-New Holland)公司研制成一種采用傳統(tǒng)脫粒裝置，加分離輪和軸流式分離裝置的聯合收割機TF42型和TF44型。
1.3 設計內容
1.3.1 設計目的
畢業(yè)設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行工作之前對所學各課程的一次深入的綜合性的實踐與復習，也是一次理論聯系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
通過本次畢業(yè)設計，應該得到下述各方面的鍛煉
(1)能熟練運用機械制造工藝設計中的基本理論及在生產實習中學到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質量。
(2)提高結構設計的能力。通過夾具的訓練，應當獲得根據被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經濟合理而且能保證加工質量的夾具能力。
(3)繪制加工示意圖，掌握表達工藝加工方案的方法。
(4)學會使用手冊及圖表數據。掌握與本設計有關的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
就我個人而言，通過這次設計，基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設計，機床專用夾具等工藝裝備的設計等。并學會了使用和查閱各種設計數據、手冊、和國家標準等。最重要的是綜合運用所學理論知識，解決現代實際工藝設計問題，鞏固和加深了所學到的東西。并在設計過程中，學到了很多課堂上沒有學到的東西。
在設計過程中，由于對零件加工所用到的設備的基本性能和加工范圍缺乏全面的了解，缺乏實際的生產經驗，導致在設計中碰到了許多的問題。但在我們小組成員的共同努力下，我們通過請教老師和咨詢同學，翻閱數據、查工具書，解決設計過程中的一個又一個問題。在這個過程中，使我對所學的知識有了進一步的了解，也了解了一些設計工具書的用途，同時，也鍛煉了相互之間的協(xié)同工作的能力。在以后的學習生活中，我將繼續(xù)刻苦努力，不斷提高自己。
1.3.2 設計具體內容
本次設計的題目是“小麥收割機的設計與研發(fā)”，通過設計小麥收割機結構，繪制其裝配圖，零件圖，并以說明書的形式說明。
其具體內容如下：
(1)熟悉小麥收割機各個機構的構成；
(2)完成小麥收割機動力驅動系統(tǒng)設計與研發(fā)；
(3)完成小麥收割機傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構的設計；
(4)完成小麥收割機整體機構的設計；
(5)熟練應用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖；
(6)撰寫設計說明書、外文資料翻譯。
2 小麥收割機的整體結構設計
總體設計包括收割機的生產率、割幅、作業(yè)速度的決定；切割方式、動力行走方式等的選擇；切割裝置與動力傳動部件、行走輪的配置關系；割臺上分禾器、撥麥盤，倒麥盤裝置的形式的選擇與相互配置關系，以及機器平衡穩(wěn)定性等的核算等。所有這些不僅互相關聯、互相影響，而且都要滿足農業(yè)生產和農業(yè)機械化的要求。
本設計方案首先確定為一種小麥割麥機，即利用人向前的推力使收割機前進并使刀盤轉動,刀盤轉動的速度能達到切割麥稈效果。其目的是用于山坡地和小塊地上，并且實用省力。設計方案首先確定行走輪、支架、傳動部件、刀盤、換向機構和倒麥稈部件組成。
2.1 小麥收割機的整體設計方案與分析
整機設計方案一
主要對收獲方式和切割方式進行了設計，如圖2.1所示。主要是在支承架兩腰上裝帶有軸的軸承架，軸承架上裝的引導輪的支承筋一端與波浪形導槽谷底和外輪圈接點處相接，支承筋另一端與軸承架相接，支承架的兩腰下端與下剪板相接，上剪板與撥桿的各一端相接，撥桿的各另一端與波浪形導槽相接觸，壓緊彈簀片通過上剪板與下剪板相接。
1－上下剪板 2－螺栓 3－壓緊彈簧片 4－固定桿 5－撥桿 6－擋板 7－支承筋 8－支撐架 9－軸 10－端蓋 11－撥桿 12－行走輪 13－波浪形導槽 14－固定環(huán) 15－倒向桿 16－插管 17－手推把 18－外輪圈 19－引導輪
圖2.1 切割式小麥收割機的結構圖
工作原理:用手推動手把使收割機向前運動，引導輪開始轉動，波浪形導槽帶動撥桿左右擺動，撥桿的擺動使上剪板在下剪板上來回做剪切運動，剪斷麥稈，達到割倒麥稈的目的。
該方案考慮了整體的設計，但其傳動過于復雜，在小型收割機上難以很好的實現，機器行走速度較慢時剪板剪切速度也會變慢，剪切力度變小，有卡住的可能性，并且沒有考慮小麥的鋪放整齊，所以這個整體方案被否決。
整機設計方案二
主要是對總體傳動和倒麥機構的一個設計方案，如下圖2.2所示。
1－手把 2－手把折疊結 3－支架固定片 4－支承桿 5－支架 6－換向桿套 7－防滑齒 8－平面撥齒 9－支架固定片 10－行走輪軸套 11－行走輪 12－軸套 13－傳動軸 14－主傳動撥齒 15－刀盤托板 16－傳動軸固定座 17－傳動齒輪組件 18－分麥稈條 19－麥稈導出軌 20－割刀 21－平面轉動齒 22－上刀盤 23－下刀盤 24－分割齒 25－撥麥盤中心軸 26－下撥麥盤 27－上撥麥盤 28－花盤支架 29－花盤傳動齒 30－倒麥稈花盤 31－軸套 32－換向撥叉 33－換向定位桿 34－方向固定簧 35－換向撥桿 36－換向手柄
圖2.2 小麥收割機的結構圖
本方案中，小麥收割機由行走輪、支架、傳動部件、刀盤、換向機構和倒麥稈部件組成，行走輪軸裝于行走輪軸套中，行走輪軸套為整機 基礎件，其他機件都通過連接件固定在行走輪軸套上。支架上裝有撥麥盤和倒麥稈花盤。傳動部 件有傳動軸、齒輪組和主傳動撥齒。刀盤由上、下刀盤組成，上刀盤上有割刀，下刀盤上有分割齒，割刀和分割齒構成切割工作副。工作時推動行走輪前行，通過傳動部件帶上刀盤轉動進行切割，倒麥稈部件將割斷的麥稈推向空地。
工作原理:將換向手柄扳向左邊，換向機構將主傳動撥齒推向右邊，此時主傳動撥齒與右邊行走輪平面撥齒嚙合，將刀盤抬高離地面數公分，對準欲割麥稈，推動收割機，行走輪向前轉動，與主傳動撥齒嚙合的行走輪平面撥齒帶動主傳動 撥齒轉動，主傳動撥齒帶動小齒輪轉動，繼而大齒輪同步轉動，大齒輪撥動上刀盤的平面轉動齒轉動，上刀盤轉動，其割刀與不轉動的下刀盤分割齒對麥稈進行切割，同時上刀盤的轉 動使撥麥盤中心軸轉動，上下撥麥盤、倒麥稈花盤一起轉動，使割掉的麥稈倒向已割完的空地。收割機行走至麥地端頭時，將收割機掉頭，換向手柄扳向右邊，主傳動撥齒與左邊的行走輪平面撥齒嚙合，即可進行同樣的作業(yè)。
在本方案中，基本上能夠實現動力的轉換，傳動較簡單，切割原理簡單明確。整體結構布局合理，換擋機構可以隨時切換刀盤切割方向，并使撥麥盤隨之變換撥動方向，可以有效的解決小麥鋪放方式和方向。綜合考慮，選用方案二為最終方案。
2.2 小麥收割機的整體設計
我的設計思路主要是解決刀片壽命低、切割阻力大的問題，所以擬采用圓盤刀為動力切割，定刀為一直刀支持切割，兩刀上都刻有斜齒。設計使它們可以自磨銳，首要問題是圓盤刀能否切割?為討論這個問題，我設計了一種簡單的圓盤小麥收割機。設計流程如圖2.3所示。整體功能設計
動力系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)
執(zhí)行系統(tǒng)
收割機的動力選擇
齒輪的設計和齒輪嚙合相關計算
車架的設計
傳動軸的設計和有關強度校核
收割機倒麥機構的設計
收割機上、下刀盤的設計
所有零件的零件圖
圖2.3 收割機結構設計流程圖
2.2.1 小麥收割機的整機結構
小麥收割機包括手把、機架和機輪，還包括刀盤傳動齒輪組件、換向機構和分麥稈、倒麥稈部件，手把下段為支承桿，所述機架包括支架和行走輪軸套，支承桿下端焊接在行走輪軸套上，行走輪軸套是整機的基礎件，其中裝有行走輪軸，行走輪軸兩端裝有行走輪，即支承整機重量和行走的機輪，行走輪側緣上制有平面撥齒，支架上裝有撥麥盤中心軸、花盤傳動齒和倒麥稈花盤，撥麥盤中心軸上端裝有上撥麥盤，中部裝有下撥麥盤，支架上部固定在手把支承桿上，下部支桿焊接在行走輪軸套上；所述刀盤由上刀盤和下刀盤組成，上刀盤與撥麥盤中心軸下端連接，其上制有割刀和平面轉動齒，平面轉動齒與傳動齒輪組件的大齒輪嚙合，下刀盤裝在刀盤托板上，其上制有分割齒，刀盤托板通過連接件固定在行走輪軸套上，上刀盤割刀與下刀盤分割齒構成切割工作副；所述傳動齒輪組件包括傳動軸、齒輪組和主傳動撥齒，傳動軸后端裝于軸套中，前段置于傳動軸固定座中，傳動軸前端裝有大齒輪，大齒輪與上刀盤的平面轉動齒嚙合，傳動軸中 部裝有小齒輪，小齒輪與主傳動撥齒嚙合，主傳動撥齒與行走輪側緣上的平面撥齒嚙合，主傳動撥齒裝在活動支架上；所述換向機構包括換向手柄、方向固定簧、換向撥桿、換向撥叉 和換向定位桿，換向撥叉與主傳動撥齒連接 ；所述分麥稈、倒麥稈部件為連接在換向撥桿上的分麥稈條、上下撥麥盤和與撥麥盤中心軸聯動的花盤傳動齒、倒麥稈花盤。小麥收割機裝配圖如下圖2.4所示。
圖2.4 小麥收割機裝配圖
2.2.2 小麥收割機的整體布置
方案二具體概述：小麥割麥機包括手把、機架、機輪，刀盤傳動齒輪組件、換向機構和分麥稈、倒麥稈部件，手把下端為支承桿。
機架：包括支架和行走輪軸套，支承桿下端焊接在行走輪軸套上，行走輪軸套是整機的基礎件，其中裝有行走輪軸，行走輪裝與行走輪軸兩段，即支承整機重量和行走的機輪，行走輪側緣上制有平面撥齒，支架上裝有撥麥盤中心軸、花盤傳動齒和倒麥稈花盤，撥麥盤中心軸上端裝有上撥麥盤，中部裝有下撥麥盤，支架上部固定在手把支承桿上，下部支桿焊接在行走輪軸套上。
刀盤(執(zhí)行機構)：刀盤由上刀盤和下刀盤組成，上刀盤與撥麥盤中心軸下端連接，其上制有割刀和平面轉動齒，平面轉動齒與傳動齒輪組件的大齒輪嚙合，下刀盤裝在刀盤托板上，其上制有分割齒，刀盤托板通過連接件固定在行走輪軸套上，上刀盤割刀與下刀盤分割齒構成切割工作副。
傳動機構：包括傳動軸、齒輪組和主傳動撥齒，傳動軸后端裝于軸套中，前段置于傳動軸固定座中，傳動軸前端裝有大齒輪，大齒輪與上刀盤的平面轉動齒嚙合，傳動軸中部裝有小齒輪，小齒輪與主傳動撥齒嚙合，主傳動撥齒與行走輪側緣上的平面撥齒嚙合，主傳動撥齒裝在活動支架上。
換向機構：換向機構包括換向手柄、方向固定簧、換向撥桿、換向撥叉和換向定位桿，換向撥叉與主傳動撥齒連接。
分禾機構：包括分麥稈、倒麥稈部件為連接在換向撥桿上的分麥稈條、上下撥麥盤和與撥麥盤中心軸聯動的花盤傳動齒、倒麥稈花盤。
具體實施方案：結合附圖說明本實用新型的具體實施方式，如圖2.2所示，整體結構包括手把機架和機輪、刀盤、傳動齒輪組件、換向機構和分麥稈、倒麥稈部件。
手把1用手把折疊結2與支撐桿4連接，手把折疊結2為鉸鏈結構，手把1可向上折疊，手把折疊結2焊接在支承桿上，支承桿4下端焊接在行走輪軸套10上，機架由支架5和行走輪軸套10構成，行走輪軸套10是整機的基礎件，其中裝有行走輪軸，行走輪11即為支承整機重量和行走的機輪，內有輪幅，外緣有防滑齒7，其側緣上制有平面撥齒8，支架5為鋼管焊接件，上部的支架固定片3焊接在支承桿4上，下部支桿通過支架固定片9焊接在行走輪軸套10上，支架5上部和中部斜撐桿前端的交點上裝有軸套31，軸套31中裝有撥麥稈中心軸25，上下軸套分別裝有上撥麥盤27和下撥麥盤26，支架5前上部的花盤支架28上裝有花盤傳動齒29和倒麥稈花盤30，花盤傳動齒29與上撥麥盤27下方的小齒輪嚙合，使倒麥稈花盤30與上撥麥盤27 聯動。
刀盤由上刀盤22與下刀盤23組成，上刀盤22與撥麥盤中心軸25連接，其上制有割刀20和平面轉動齒21，平面轉動齒21與轉動齒輪組件17的大齒輪嚙合，下刀盤23裝在刀盤托板15上，其上制有分割齒24,刀盤托板15通過連接件固定在行走輪軸套10上，下刀盤23不轉動，上刀盤22轉動，上刀盤22的割刀20與下刀盤23的分割齒24相對轉動，構成切割工作副，上刀盤22通過刀盤中心托調整上下刀盤的間隙，保證切割需要。
傳動齒輪組件17包括傳動軸13、大齒輪、小齒輪和主傳動撥齒14，傳動軸13后端裝于焊接在行走輪軸套10上的軸套12中，前段置于傳動軸固定座16上，傳動軸13 前端裝有大齒輪，大齒輪與上刀盤22的平面轉動齒21嚙合，傳動軸13中部裝有小齒輪，小齒輪與主傳動撥齒14嚙合，主傳動撥齒14與行走輪11側緣上的平面撥齒8嚙合，主傳動撥齒14裝在活動支架37上。
分麥稈、倒麥稈部件有連接在換向撥桿35上的分麥稈條18、麥稈導出軌19、花盤傳動齒29、倒麥稈花盤30以及裝于撥麥盤中心軸25上的上撥麥盤27和下撥麥盤26。分麥稈條18將要收割的麥稈收入刀盤部位，繼而被割斷，割斷的麥稈被上下撥麥盤撥向一邊，然后被倒麥稈花盤30撥出，整齊地鋪放在空地上。
2.2.3 小麥收割機的整體參數
(1)設計喂入量
本設計喂入量為。
(2)割幅
割幅根據耕作制度、生產規(guī)模、田地大小、收獲習慣、脫粒方式和可能供應的動力機而定。而有時動力機及整機重量幾乎是決定性的因素，表2.1為經驗數據，可供設計參考。
表2.1 根據動力機功率決定割幅
動力機功率(馬力)
整機重量(公斤)
割幅(米)
3~4
200左右
1.0
10~12
500左右
1.5~1.8
20~30
1500~1800
2.0~3.0
40~50
2000以上
4.0~5.0
割幅大小還有保證收割機輪子不壓未割的小麥和鋪放的小麥桿，割幅還應滿足如下關系：
式中：
－為兩驅動輪外側寬；
－割臺超出驅動輪外側的余量。
綜合考慮，先設定割幅=1.2m
(3)作業(yè)速度
根據耕作制度、稻麥種類、田塊大小、田面平整、潮濕程度和操作者勞動強度而定，其經驗值見表2.2。
表2.2 收割機作業(yè)速度經驗值
收割稻麥種類
收割機作業(yè)速度(米/秒)
稻 田
割易掉粒秈稻
0.75~1.0
割梗稻
1.0~1.3
麥田
小麥放鋪
1.2~1.5
小麥割曬
1.2~1.8
根據公式：
(2.1)
式中：
－機器前進速度，m/s；
－作物單位面積產量,kg/畝，取450kg/畝；
－喂入谷粒和莖桿之比，簡稱谷草比，取=1；
=1333 。
將以上數據帶入式(2.1)中可以求得 ：
=0.35～0.65(m/s)
由式可以知道，當其他條件不變時，割幅和前進速度之間成反比關系。對于既定的設計喂入量，根據情況具體分析，對比采用小割幅配以較快的前進速度，還是采用較大割幅配以較低的速度。從小麥收割機的本身的結構來看，隨著割幅的增大，整體的尺寸和重量也要增大；隨著前進速度的提高，行走消耗的功率也要增大，小麥收割機所需要的動力也要增加。從使用條件來看，如果在小塊田里作業(yè)，割幅太大會運轉不方便，如果小麥收割機使用的地區(qū)的平均田塊面積較大，用較大的割幅和較低的速度可以減少機器往返運行的次數，減少行走的功率消耗并縮短地頭轉彎所花費的空行時間，提高經濟效果，而北方的田塊面積一般不大，所以，應選用小割幅的收割機。
(4) 割刀速度和機器前進速度
小麥收割機工作時，收割機向前運動，行走輪撥動齒輪傳遞動力，通過傳動機構將動力傳至收割機刀盤，上刀盤做快速旋轉運動，下刀盤不動。上刀盤快速轉動做圓周運動時，其絕對速度是圓周速度。上刀盤的速度和機器前進的速度的關系可以用進距來表示(既割刀完成一次行程的時間內機器前進的距離)：
(2.2)
式中：
－機器前進速度，m/s；
－齒輪組的轉速，r/min；
－齒輪組角速度。
也可以用氣割速度比表示割刀速度與機器前進速度之間的關系[6，7]。
－割刀平均速度，m/s；
－機器前進速度，m/s；
－割刀行程，mm；
－割刀進距，mm。
上刀盤在實際工作中，如果切割速度比過小，則割斷刃口不整齊，切割質量不穩(wěn)定，容易發(fā)生莖桿折斷、拉斷等；若過大，則可能發(fā)生重割，或造成機器的振動加劇。根據大量實驗總結出經驗數據：當前進速度在1m/s左右時，如果切割速度比為1.6，不會發(fā)生割斷刃口不齊或切割質量不穩(wěn)定的現象；但臨界切割速度比是隨機器前進速度表化而改變的，若令=1.0m/s的臨界切割速度比為。則：
=0.5m/s 時，=(1.2～1.4)；=2.0m/s 時，=(0.8～1.0)
(5)小麥收割機下刀盤托的直徑，拔麥盤尺寸和收縮比
對全喂入小麥收割機的工作部件的研究指出，上下刀盤的分離損失率是限制小麥收割機喂入量的關鍵。上下刀盤的分離損失率與莖桿層的厚度有密切關系，當其他條件不變時，隨著喂入量的增加，莖桿層變厚，損失率加大，當喂入量超過額定值時，損失率急劇增加。小麥在莖桿層中占的體積很小，可以忽略不計，則上下刀盤上莖桿層的厚度可按下式求得。
(2.3)
式中
－莖桿在自然狀態(tài)時的厚度，m；
－機器作物的喂入量，kg/s；
－谷物中谷粒的含量，以質量百分比計， (為谷草比)
－逐稿器寬度，本設計中由于采用了割幅為0.4m，小麥收割機下刀盤托的跨距為0.31m;
－上下刀盤之間的寬度利用系數，取為0.7；
－莖桿在自然狀態(tài)時的容重，由經驗值得，小麥的容重約為；
－莖桿層沿逐稿器運動的平均速度，一般情況下=0.4m/s。
將數據代入上式中，可以求得 =0.01~0.15m之間。下撥麥盤的直徑為308mm，中
撥麥盤的直徑為342mm，上撥麥盤的直徑為360mm。
(6) 軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙聯合收割機的軸距
主要根據使用地區(qū)的地形條件，考慮小麥收割機整機通過性，機動性和穩(wěn)定性的要求，經過與同類機器比較后，通過總體布置最后確定，輪式小麥收割機的軸距，與整機的機動性和穩(wěn)定行有密切的關系?？s小軸距可以減小轉彎半徑，提高機動性，但會使縱向穩(wěn)定性變壞?？v向穩(wěn)定性是用聯合收割機上坡(下坡)時通過重心鉛垂線與地面的交點不超過前輪與地面接觸點時坡度角來衡量的，本設計方案收割機體積不大，中心不高，為了使機器在作業(yè)時運轉靈活，又要滿足穩(wěn)定性的要求，本設計取78mm。
輪距的確定也要根據使用地區(qū)的地形條件，考慮整機通過性，機動性和穩(wěn)定性的要求，經過與同類機器比較后，通過總體布置最后確定，輪式聯合收割機的軸距，與整機的機動性和穩(wěn)定行性有密切的關系。也要通過小麥收割機的總體布置確定，輪距應當小于總車寬度，本設計中取輪距為96mm。
小型收割機的最小離地間隙與整機的通過性能有密切的關系，最小離地間隙一般不小于50~80mm。
(7) 總體尺寸
小麥收割機的總長、總高、總寬由最后的總裝配圖確定。作為小型機械還必須要滿足機動性，靈活性和穩(wěn)定性的要求。本設計中取總長為559mm，總高291mm，總寬157mm。
(8)外形尺寸確定和中心估算
外形尺寸的長、寬、高主要取決于割麥盤、行走機構、作業(yè)者以及離地間隙、行走輪大小、中心軸距、行走輪間距等尺寸，本設計的小麥收割機的總體尺寸以確定。估定小麥收割機的重量在20kg，根據最后的總裝圖計算得出本小麥收割機的中心約在中心軸套上，且距上刀盤約50mm，根據此重心位置可以計算出傳到動力的導向輪所承受的重量為73%，另一個行走輪輪所承受的重量為27%。
2.3 本章小結
本章首先提出了兩個收割機的初級設計方案，綜合考慮傳動效率、結構外觀、收割方式與加工成本，確定最合理方案。選定為方案二，方案選定后，對收割機整體結構做了概述，收割機包括七大部分，分別為：手把、機架、機輪、刀盤、傳動齒輪組件、換向機構和分禾機構，并對每部分做了具體介紹。然后確定收割機整體參數，包括：設計喂入量、割幅、作業(yè)速度、割刀速度和機器前進速度、小麥收割機下刀盤托的直徑、拔麥盤尺寸和收縮比、合收割機的軸距、總體尺寸、外形尺寸確定和中心估算。整體參數確定完之后，規(guī)劃設計流程，繪制設計流程圖。
3 小麥收割機各工作部件的設計
3.1動力系統(tǒng)設計
3.1.1 小麥收割機的動力選擇
小麥收割機除了要克服行走阻力外，還需要克服各工作部件的阻力。由于田間土壤、
地形的變化，行走速度的差異、作物生長情況和濕度的變化以及雜草等因素的影響，使小麥收割機的工作符合是不穩(wěn)定的，所需的功率經常在變化。為此，考慮小麥收割機動力的時候，不僅要根據功率的平均值，還要考慮到符合最嚴重時所需要功率的最大值，讓人有足夠的儲備功率，以小麥收割機在各種條件下都能正常工作。小麥收割機的符合不穩(wěn)定的特點，不僅使功率消耗經常在變化，而且對工作質量有很大的影響，因為當符合發(fā)生變化時，使的小麥收割機上下刀盤的轉速也相應隨之改變，而工作部件轉速的改變，將直接影響小麥收割機的切割質量、分離損失和子粒破碎率，因此要特別注意小麥收割機負荷變化引起的轉速變化量，使其不超過一定的范圍。在推動小麥收割機的時候要考慮調速特性，選擇工作點；在傳動設計中，則應該使傳動系統(tǒng)（齒輪）具有足夠的轉動慣量，一克服瞬時增大的阻力。下面計算各部分的功率。
行走輪,在牽引力的作用下，策劃能夠手垂直載荷的行走輪，沿著地面均勻轉動時，壓入土中一定深度，并在地面留下輪轍，如上圖所示，此時，土壤與輪子接觸處有土壤對輪子的法向反作用力的合力和切向摩擦力的合力。此外還有作用與輪子軸套中的摩擦力矩。通常 很小，可以忽略不計。法向反作用力垂直于輪緣并通過輪心，設他作用與 點， 點的論心的水平距離為。和的合理為，其水平分量為，垂直分量為。若在某一瞬時外力出與平衡狀態(tài)，則
，；
，；
，；
整車質量躍為20kg,故
又(為輪子滾動阻力系數，這里取)
主動輪：主動輪的受力情況,當忽略掉,時其平衡方程式：
且
總的扭矩為
取車的平均速度為
即行走部分所需的功率為。
3.1.2 小麥收割機的傳動設計
齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。齒輪傳動根據曲軸的相對位置和輪齒的方向，可分為直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、人字齒輪傳動、錐齒輪傳動、交錯軸斜齒輪傳動；根據齒輪的工作條件，可分為開式齒輪傳動式齒輪傳動、半開式齒輪傳動、閉式齒輪傳動；齒輪傳動按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、非圓齒輪傳動、齒條傳動和蝸桿傳動[8，12]。
齒輪傳動有以下優(yōu)點：(l)能夠使用的圓周速度和功率范圍廣；(2)傳動效率較高；(3) 傳動比穩(wěn)定；(4)使用壽命長；(5)工作可靠性高； (6)可實現平行軸、任意角相交軸和任意角交錯軸之間的傳動。考慮到小麥收割機工作最主要的可靠性和平穩(wěn)性，對農業(yè)機械的壽命要求已經傳動效率高，本設計方案的傳動方式選擇齒輪傳動。
本設計涉及齒輪傳動過程：主傳動撥齒與右邊行走輪平面撥齒嚙合，行走輪轉動時,與主傳動撥齒嚙合的行走輪平面撥齒帶動主傳動撥齒轉動，主傳動撥齒帶動小齒輪轉動，繼而大齒輪同步轉動，大齒輪撥動上刀盤的平面轉動齒轉動，上刀盤轉動。
3.1.3 小麥收割機行走輪的設計
本次設計的小麥收割機最大的特點就是采用旱田葉輪驅動，其主要目的就是增加土壤的附著力，它是由多根45號鋼經過焊接而成的，其結構如下圖3.1所示。
圖3.1 小麥收割機行走輪
內盤是用來裝軸承的孔徑為15mm，外圈是由兩跟圓鋼經過壓彎焊接而成的，6根圓鋼的兩端分別焊接在內盤和外圈上，其直接為311mm，圓鋼的外面等分焊接8塊板，每塊板上焊接3塊爪板，與直徑方向成大約25度角，該論的特點就是在田間工作附著力好，維修方便，結構簡單，缺點就是不能在陸地上行駛不便，為了能夠滿足弄戶的需要，可以配帶2個橡膠輪胎。因為該輪胎的安裝十分方便。
3.2傳動系統(tǒng)設計
3.2.1 軸的設計與強度校核
軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件(例如齒輪、蝸輪等)，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功能是支承回轉零件及傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為傳動心軸和固定心軸兩種。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。在本設計中考慮到產品的廉價性及實用性，軸的材料采用45鋼。
軸的定位與固定方法
軸肩、軸環(huán)：結構簡單、定位可靠，可承受較大軸向力。常用于齒輪、帶輪、鏈輪、聯軸器等的軸向定位。套筒：結構簡單、定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋。所以不影響軸的疲勞強度。一般用于零件間距離比較小的場合，以免結構重量。軸的轉速很高時不宜采用。軸端擋板：使用于心軸的軸端固定。彈性擋圈：結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力，常用于固定滾動軸承。緊定螺釘：使用于軸向力很小、轉速很低或者僅為防止零件偶然軸向滑動的場合。為了防止螺釘松動，可加鎖圈。鎖緊擋圈：結構簡單，但不能承受較大的軸向力。常用于光軸上零件的固定。軸的加工和裝配工藝性進行軸的設計時，除了考慮前面的各種因素外，同時還應考慮便于軸的加工、測量、裝配和維修。通常要注意以下幾個主要的方面：考慮加工工藝所必須的結構要素(如中心孔、螺紋退刀槽、砂輪越程槽等)；合理確定軸于零件的配合性質、加工精度和表面粗糙度等；且定各段軸的長度時應盡量使結構緊湊，同時還應保證零件所需要的滑動距離、裝拆或者調整所需要的空間，并注意轉動零件不得于其他零件相撞，與輪轂配裝的軸段長度一般小于輪轂2～3，以保證定位軸向定位可靠。除特殊要求外，一般軸上所有零件都應無過盈地達到配合部位。為便于導向和避免擦傷配合面，軸的兩端及有過盈配合的臺階處應制成倒角；為了減少加工刀具的種類和提高勞動生產率，軸的倒角、圓角、鍵槽等盡可能取相同尺寸，或者盡量減少不同尺寸的倒角、圓角、退刀槽等。
小麥收割機行走輪軸設計如下圖3.2所示。
圖3.2 收割機行走輪軸的設計
軸分為三段。軸的兩段安裝行走輪，端口和行走輪中心焊接在一起，即焊死，不考慮以后拆裝，因為本件為農業(yè)機械，設計使用年限絕對能滿足報廢要求。定位靠軸端定位，軸承安裝在軸的中間段兩側，要求有表面粗糙度為Ra1.6，定位靠軸肩定位，軸的中間段較長為132mm。行走軸套與主軸套內，主軸套長度為行走輪軸中間段長度加上兩個軸承的寬度，起到封閉和固定軸承的作用。
軸有各種破壞形式，如疲勞、腐蝕、磨損、撞擊、微動和蠕變等，但軸的破壞多數屬于疲勞破壞，據統(tǒng)計，機器零件的破壞中由80%的損壞是屬于疲勞破壞，而軸類零件的破壞的比例則更高一些。疲勞破壞分高周(高循環(huán))疲勞、低周(低循環(huán))疲勞、微動疲勞和表面疲勞等。高周疲勞屬于低應力(低于材料屈服限，甚至彈性極限)、長壽命(循環(huán)次數一般大于104 或105)的情況下的疲勞破壞，是最常見的一種。通常簡稱為疲勞。軸的疲勞破壞多屬此類。軸的截面變化處(如軸肩、鍵槽和環(huán)槽等)，會產生應力集中，疲勞破壞往往在此發(fā)生，軸的工作表面應力最大，也會出現疲勞破壞，在軸的結構設計中，應盡量降低應力集中和提高軸的表面質量。降低應力集中的主要措施有加大圓角半徑、加內凹圓角、盲孔改為通孔、孔上倒角、鍵槽底部加圓角以及增大過盈配合處的直徑等等。疲勞強度安全系數校核的目的是校核軸對疲勞破壞的抵抗能力，它是在經過軸的初步計算核結構設計后，根據其實際尺寸，承受的彎矩、轉矩圖，考慮應力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素及軸材料的疲勞極限，計算軸的危險截面處的安全系數值是否滿足許用安全系數值。軸的