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山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 1 - 檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 1 緒論 1.1 課題的提出和意義 檸條是豆科錦雞兒屬的一個種,多年生長灌木植物，檸條抗旱、抗寒、耐瘠 薄、耐風(fēng)沙、具有極強的生命力和抗逆性。由于對沙地干旱自然環(huán)境條件的適 應(yīng)結(jié)果，葉退化為刺。株高 1～3m，冠幅 1m以上。軸根系，根長 4～5m。自然 生長狀態(tài)下，壽命 10年左右，如果平茬，壽命 20年以上。檸條莖稈灰白色， 直徑多 10～20mm，木質(zhì)堅硬緊實 [1]。 鑒于檸條獨特的生物特性，多年來它一直是內(nèi)蒙古西部及山西西北部和陜 西、甘肅等防風(fēng)固沙、防止水土流失的重要選用植物。全國檸條種植面積已達 到 666.66萬 hm2 ，僅山西大同市檸條種植面積達到 2萬 hm2 [2]。檸條含有豐 富的蛋白質(zhì)，開花期鮮檸條干物質(zhì)含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纖維 39.3%，無氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可見，檸條還是優(yōu)良的經(jīng)濟飼料。 未實施禁牧前，種植檸條的經(jīng)濟效益主要以牲畜的自然采食來體現(xiàn)，采食率一 般在 20%～30%之間。然而由于種植檸條的地區(qū)都是生態(tài)狀況較差的地區(qū)，這類 地區(qū)實行了嚴(yán)格的禁牧舍飼圈養(yǎng)后，使檸條的經(jīng)濟價值很難體現(xiàn)。其中最關(guān)鍵 的問題就是檸條的機械化平茬收獲技術(shù)沒有得到根本解決。一方面，因為大部 分地區(qū)圈養(yǎng)牲畜的主要飼草青貯或壓縮后的玉米秸稈，牲畜采食種類單一，營 養(yǎng)成分不全，導(dǎo)致肉奶品質(zhì)部高，抗病能力下降，不少牲畜都處于亞健康狀態(tài)； 另一方面，含有多種營養(yǎng)成分的檸條得不到利用。另外，根據(jù)檸條生長特性， 最好 3～4 年平茬一次，否則它的生長速度就會減慢甚至消失 [3]。為解決這些問 題，給生態(tài)建設(shè)和舍飼圈養(yǎng)創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的空間，當(dāng)務(wù)之急是研制一種可實 現(xiàn)對檸條進行聯(lián)合收割的機械。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在國內(nèi)外暫時還沒有出現(xiàn)對檸條聯(lián)合收割機成型機械的報道，現(xiàn)有的對 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 2 - 檸條進行收割的裝置只有普通的割草機，還有適用于檸條的平茬機。普通的圓 盤鋸齒式和甩刀式機具切割后，切口表面形成不光滑的所謂“毛口” ，不利于次 年發(fā)芽生長 [3]。這些機械只能把檸條切割，并沒有處理和收集裝置，切割完以 后直接散落到地里，還需要人工進行收集。這些機械的適應(yīng)性差，很多地方還 是需要人工砍切收割。由于檸條莖稈木質(zhì)化較高，而且莖稈上多硬刺，人工砍 割和收集都非常不容易，收割效率極低而且效果非常差。 1.3 本文的研究內(nèi)容及方法 根據(jù)國內(nèi)外檸條聯(lián)合收割機研究的發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)對檸條聯(lián)合收割機 的需求，本文對檸條聯(lián)合收割機的整體設(shè)計進行了研究，首先設(shè)計有效的撥禾 裝置把檸條撥入收割臺，采用了往復(fù)式切割器對檸條進行切割，隨后送入立式 壓扁輸送輥系統(tǒng)進行壓扁及輸送，然后送入立式滾筒切割系統(tǒng)對檸條進行切碎， 最后切碎的檸條掉入集料箱實現(xiàn)莖稈的收集。本文著重對切割以后的工作部分 進行了研究。整機工作流程圖見圖 1-1。立式割臺的立式壓扁輸送輥配置立式 滾刀屬獨特設(shè)計，其特點是立式壓扁輥兼作滾刀的喂入輥，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，問 題是秸稈喂入方向與滾刀軸線的垂直性如何，需要進行試驗驗證；優(yōu)點是秸稈 在切碎后輸送相對容易 [4] 。 撥禾鏈 往復(fù)式切割器 立式切割滾筒 收集料斗 夾持輸送鏈 立式壓扁輸送輥 圖 1-1 整機工作流程圖 綜上所述，我國檸條收割機的研制勢在必行，尤其是既能對檸條進行收獲， 又能對檸條進行切斷和收集的聯(lián)合收割機械的研制更有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。 在分析了國內(nèi)外有關(guān)研究現(xiàn)狀之后，發(fā)現(xiàn)本文針對檸條所設(shè)計的立輥式壓扁切 割系統(tǒng)還沒有相關(guān)研究，所以有必要進行研究分析。設(shè)計中確定了立式滾刀切 碎裝置，與立輥式壓扁方式相配套，結(jié)構(gòu)緊湊、切碎質(zhì)量好，大大減輕了整個 割臺部分的前伸量和重量 [5]，為檸條收割后的莖稈切碎問題提供了解決方案。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 3 - 2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 檸條是一種很難收割的防風(fēng)固沙的植物，經(jīng)常需要人工砍切收割，即使是 使用機械平茬，莖稈也是散落在地里，工作人員在回收的時候經(jīng)常弄傷自己。 本設(shè)計主要目的是既能完成收割也要完成收集，在切割完成以后經(jīng)過簡單的碾 壓，輸送進切碎裝置中，進行切碎粗加工，最后掉入集料箱中。 由于現(xiàn)在對檸條的力學(xué)研究還很少，所以本設(shè)計中有部分參數(shù)和計算公式 需要套用相似機械的經(jīng)驗數(shù)據(jù)或公式。本設(shè)計的關(guān)鍵問題是壓扁輸送輥的長度 設(shè)計、碾壓輸送速度、及壓扁輸送輥和滾筒式切碎裝置的安裝角度。若碾壓輸 送速度過快，則后面的切碎質(zhì)量無法保證，速度過慢則會產(chǎn)生莖稈的堆積，兩 種情況均對機器作業(yè)不利，最終確定輸送線速度為 ，滾筒切割轉(zhuǎn)速為sm/5.3 ，壓扁輸送輥與滾筒式切碎裝置的安裝角度定為與豎直面成 。min/210r ?30 3 設(shè)計計算說明書(SS) 3.1 傳動方案的確定 傳動方案的設(shè)計是本次設(shè)計的難點和重點，只有傳動方案設(shè)計合理，才 能保證整體機構(gòu)的運作，各個環(huán)節(jié)才能有效配合，高效率、高質(zhì)量的實現(xiàn)檸條 的聯(lián)合收割。 本次設(shè)計的檸條聯(lián)合收割機傳動部分的難點在于各部分所需轉(zhuǎn)速不相同， 壓扁輸送輥對的轉(zhuǎn)向相反，要實現(xiàn)相對運動，撥禾鏈組也要實現(xiàn)相對運動。 本文所設(shè)計的傳動方案簡圖如圖 2-1所示： 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 4 - 1.往復(fù)式切割器 2.壓扁輸送輥-1 3.滾筒切碎器 4.壓扁輸送輥-2 5.撥禾鏈 圖 2-1 檸條聯(lián)合收割機傳動簡圖 此檸條聯(lián)合收割選取 65馬力柴油發(fā)動機，輸出轉(zhuǎn)速 2400r/min,經(jīng)過一級 減速器減速，傳入各個機構(gòu)。兩個壓扁輸送輥安裝在同一平面內(nèi)，形成一個壓 扁輸送輥對，為了方便表示，把后面的壓扁輸送輥-2 畫到了側(cè)面。 轉(zhuǎn)速的傳遞是：柴油機輸入的轉(zhuǎn)速傳入一級減速器后，首先不經(jīng)過減速， 轉(zhuǎn)速通過減速器主動軸直接傳出，再通過一組皮帶輪和錐齒傳入滾筒切碎器； 從滾筒切碎器傳出的轉(zhuǎn)速通過一組二級皮帶輪減速，傳入壓扁輸送輥-1；主動 軸傳出的轉(zhuǎn)速通過一組直齒輪改變方向，經(jīng)由一個錐齒輪組和一個二級皮帶輪 減速傳入壓扁輸送輥-2，這樣就實現(xiàn)了壓扁輸送輥對的相對運動。同理，由減 速器從動軸傳出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過一系列的齒輪和皮帶輪傳動，可以實現(xiàn)撥禾鏈的相 對運動，往復(fù)式切割器則再通過一組曲柄搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)往復(fù)運動。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 5 - 3.2 傳動皮帶輪的設(shè)計計算 3.2.1 減速箱主動軸傳出的皮帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速 2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 2100r/min, 。14.20?i （1）V 帶型號的選擇：V 帶星號應(yīng)根據(jù)計算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速 來選取，caPn 。計算功率是根據(jù)傳遞的功率 ，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運轉(zhuǎn)時間的長短P 等因素來確定的。 （1）Kac? 式中： ——計算功率， ；csPkW ——傳遞的額定功率， ； ——工作情況系數(shù)。AK 其中： = ， =1.3，則計算出 = 。Pk5.12AcsPkW25.16 （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1d V帶型號，選取 為 B型 140mm，則根據(jù)傳動比算出 =160mm。1d 2d （3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a （2）)(2)(7.021021 dda??? 則最小 =210mm。0a 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：'dL （3）0 212104)()(2' addaLd ????? 得出 =891.48。根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度 ，則'd'd'dLdL =900mm。再根據(jù) 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，dLd 故可采用下式做近似計算： 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 6 - （4）2'0dLa??? 計算得最小中心距 =214mm (4)驗算主動輪上的包角 ：1? （5）??? 1203.578021 ????ad 計算得 = ，符合要求。1???26.74? （5）確定帶的根數(shù) z （6）LcaKP?)(0??? 式中： ——包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)；?K ——長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)；L ——單根 V帶所能傳遞的功率， ；0PkW ——單根 V帶 時的功率增量， 。?1?i 計算得 =4.7 5根。z? 3.2.2 滾筒到減速軸的皮帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速 2100r/min，傳動比 3.76，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 558.5r/min。?i （1） =2 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1d V帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據(jù)傳動比算出 =376mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪1d 2d 直徑，選擇 =375mm。2 （3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a 根據(jù)式（2）計算可得 =332.5mm。0 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 7 - 根據(jù)式（3）得 =1467.6mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd ，則 =1600mm。再根據(jù) 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =399mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要1?1???205.4?? 求。 （5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz? 3.2.3 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速 558.5r/min，傳動比 2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 233r/min。?i （1） =2 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1d V帶型號，選取 為 A型 112mm，則根據(jù)傳動比算出 =280mm。 1d 2d （3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a 根據(jù)式（2）計算可得 =275mm。0 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL 根據(jù)式（3）得 =1191mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd ，則 =1250mm。再根據(jù) 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =305mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要1?1???204.8?? 求。 （5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz39? 3.2.4 減速器從動軸到撥禾鏈齒輪箱的帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速 533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 192r/min，則傳動比為 2.5。?i （1） =1.6 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.08 。PkWcsPkW （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1d 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 8 - V帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據(jù)傳動比算出 =278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪1d 2d 直徑，選擇 =280mm。2 （3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a 根據(jù)式（2）計算可得 =266mm。0 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL 根據(jù)式（3）得 =1159mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd ，則 =1250mm。再根據(jù) 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =312mm。a (4)驗算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要求。1?1???209.46?? （5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz5? 3.3 切割器的選擇 切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷。目前， 已廣泛使用和報道的切割器有：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、甩刀式、帶式等。這方面的 研究國內(nèi)外均有報道?；厩闆r是： 1.往復(fù)式切割器：往復(fù)式切割器由動刀片和定刀片組成，動刀片多數(shù)在刀 刃上面刻有齒紋，少數(shù)在下面刻有齒紋，防止禾株在從剪切口滑出，并有自磨 刃作用。在機器前進的同時，動刀片與定刀片組成割幅，定刀片與護刃器成為 切割時的兩個固定支撐點，動刀片以一定的速度在兩支撐點之間做往復(fù)切割。 往復(fù)式切割是目前國內(nèi)外稻麥?zhǔn)崭顧C上應(yīng)用最廣的一種切割器，現(xiàn)基本標(biāo)準(zhǔn)化。 其切割速度一般為1.5～2m/s作業(yè)速度低，一般不超過9km/h。這種切割器平均 切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，廣泛用于谷物收割機上。 它的缺點是往復(fù)憤性力大，割臺振動和噪聲大，存在重割和漏割，割茬不整齊。 2.回轉(zhuǎn)式切割器： 回轉(zhuǎn)式切割器主要用于收獲牧草、 青飼料等粗莖稈作 物，少數(shù)谷物收獲機上也使用這種切割器。回轉(zhuǎn)式切割器切割速度高，一般是， 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 9 - 可適應(yīng)10～25km/h的高速作業(yè)，慣性力易平衡，震動較小，結(jié)構(gòu)簡單，但回轉(zhuǎn) 半徑小，不宜寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費用高。 3.甩刀式切割器：甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機上，目前國內(nèi) 外收割機上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護罩等組成。 刀片鉸接在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面(與前進方向平行)內(nèi)回轉(zhuǎn)。這種切 割器轉(zhuǎn)速高，圓周速度達50～70m/s，但割幅較窄，一般為0.8～2m。在割幅較 大的機器上，多采用多組并聯(lián)結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外最大的割幅為6m。 4.回轉(zhuǎn)帶式切割器：這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀，一邊為帶體，連 接兩端構(gòu)成傳動帶，一邊為刀體，刀體間有一定距離，刀體端開有刀齒，刀齒 為梯形。工炸時，在驅(qū)動帶輪的帶動下，帶體在水平面內(nèi)繞兩帶輪作回轉(zhuǎn)運動 刀齒切割作物。可實現(xiàn)高速作業(yè)、高速切割及無支承切割，切割速度可高于 17m/s，作業(yè)速度可高于15km/h，無往復(fù)慣性力，割刀工作平穩(wěn)，割臺振動小， 工作平穩(wěn)，割茬整齊，無撕裂、漏割和堵刀現(xiàn)象，適于收割小麥、水稻等細莖 稈作物和牧草。 5.齒形鏈?zhǔn)角懈钇鳎簞拥队疑喜繛榍懈疃?，呈梯形，根部為傳動齒，同齒 形鏈節(jié)板，將其與標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈節(jié)板鉸接成一封閉的刀鏈，刀鏈在主動鏈輪的驅(qū) 動下，在上下水平導(dǎo)軌的引導(dǎo)下，在水平面內(nèi)作高速回轉(zhuǎn)運動，其緊邊與護刃 器構(gòu)成切割幅，對作物莖稈切割。 綜上所述，根據(jù)檸條的生物學(xué)特性，從切割效果、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、動力配 置等多放面綜合考慮，本設(shè)計選擇了技術(shù)比較成熟的往復(fù)式割刀。 3.4 撥禾裝置的設(shè)計 衡量作物收獲質(zhì)量好壞的一個最主要指標(biāo)是損失率。由于收獲流程的前后 順序所致，割臺損失率首當(dāng)其沖。撥禾裝置位于收割機的最前端，收獲作物時， 它扶起并歸攏作物，撥向切割器；在切割器切割作物時，前方扶持莖稈以防止 向前傾倒；最后把切斷的作物及時推向壓扁輥。 撥禾輪的結(jié)構(gòu)簡單、可靠，多用于大中型收割機上的聯(lián)合收獲機上。但是 由于檸條莖稈硬度高切有比較高的柔性，采用撥禾輪的效果不好，且撥禾輪一 般應(yīng)用于臥式收割臺的結(jié)構(gòu)中，不適用于本設(shè)計的立式收割臺。本設(shè)計最終采 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 10 - 用鏈?zhǔn)綋芎唐?，可有效的把檸條撥入切割裝置。 3.5 夾持輸送裝置的設(shè)計 夾持輸送裝置是本機的重要部分，它影響著本機的結(jié)構(gòu)、復(fù)雜程度和工作 可靠性。檸條植株由撥禾禾鏈強制撥入夾持鏈，在夾持同時，切割器把檸條植 株切斷，被切斷的植株在夾持鏈作用下向后輸送直至喂入摘穗輥。 3.6 立輥式檸條壓扁輸送裝置的設(shè)計 壓扁輸送裝置是檸條前割臺的核心，直接影響到整機的各項指標(biāo)，如損失 率、切割達標(biāo)率等。該裝置能在壓扁檸條莖稈的同時將莖稈強制喂入滾刀切碎， 使壓扁輥與滾刀間莖稈輸送通暢，不堵塞。其次，莖稈及莖節(jié)被碾壓后對切碎 和提高飼料的品質(zhì)起很好的作用 [5]。 立輥式壓扁輸送裝置的壓扁輥兩軸線所在平面與垂直面成前傾 25°～35° 夾角，檸條植株由往復(fù)式割刀割斷后經(jīng)夾持鏈輸送至壓扁輥，通過立式壓扁輥 壓扁。植株在弧形擋禾板和加持的作用下與壓扁輥軸線成 50°～70°角。由于 螺旋線的提升作用，壓扁后的植株基本與壓扁輥成垂直角度向后輸送進切碎滾 筒切碎。 3.6.1 壓扁輸送輥的整體設(shè)計 立式壓扁輸送輥上設(shè)有螺旋線凸棱，見圖 3-1。檸條莖稈由切割器切斷后 被輸送鏈夾持輸送至壓扁輥，頂部首先進入兩輥之間，隨著壓扁輸送輥對的相 向旋轉(zhuǎn)，莖稈以速度 沿軸線上升，以速度 向后輸送，當(dāng)輸送到一定高度時，2v1v 莖稈僅依靠壓扁輥對莖稈的推擠和慣性力作用向上移動，同時以速度 1快速向v 后輸送 [6]。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 11 - 圖 3-1 壓扁輸送輥結(jié)構(gòu)圖 3.6.2 壓扁輸送輥的長度設(shè)計 壓扁輸送輥的長度既要滿足不同長度莖稈的要求，又要滿足沿輥長容納莖 稈的株數(shù)。 設(shè) 為滿足最長莖稈高度的壓扁輸送輥長度。設(shè)莖稈以根部單株均勻喂入'L 壓扁輸送輥對中，初始喂入角 ，莖稈受壓扁輸送輥拉壓力的作用沿徑向后移，0? 受螺旋推動力的作用沿軸線方向上移，設(shè)徑向速度 ，軸向速度 ，則1v2v)'(601????Dnv （7） )(2s （8） 式中： ——壓扁輸送輥螺旋凸棱的螺距；s ——壓扁輸送輥直徑；D ——壓扁輸送輥轉(zhuǎn)速；n ——莖稈沿軸線移動的打滑率；? ——莖稈沿徑向移動的打滑率。' 經(jīng)查閱資料 =0.05～0.08； 與壓扁輸送輥間隙、莖稈含水率、莖稈的直'?? 徑等因素有關(guān)，變化范圍較大，經(jīng)驗值一般為 0.4～0.6。為避免莖稈堆積，壓 扁輸送輥的速度應(yīng)較高一些，一般情況下，壓扁輥主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)是機器前進速 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 12 - 度的三倍以上 [7]。本設(shè)計中機器前進速度定為 ，所以8.0sm/ 。smn/4.238.0??? 莖稈沿自身方向輸送的速度 ?cossin21vvj?? （9） 設(shè)計要求 ，即 ，否則不能正常工作，則0?jvssi21j 0? （10）1varctg? 莖稈從進入位置到與壓扁輸送輥軸線垂直位置， 角由初始喂入角 變化?0? 到 ，所以平均速度為2? （11）???dvvj )cossin(21210???? （12）)]sin1([202010 ????vj 牽引莖稈從割茬根部至最高點的時間 ，莖稈從割茬根部至最高點的長度 。t l 則牽拉莖稈長度 所需的時間為l （13）)sin1(cos2001? ???vlvltj （14）)si(cs' 02012vltL 設(shè) 為滿足沿壓扁輸送輥長度方向容納莖稈株數(shù)的工作長度。機器行走世'L 間 內(nèi)，收獲玉米株數(shù)為t （15）tpvzm?? 式中： ——機器前進速度， ；mvs/ 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 13 - ——單位長度（ ）內(nèi)檸條株數(shù)， 。pm米株 / 沿壓扁輸送輥工作長度 ，容納的莖稈數(shù)位'L （16）dkz''? 式中： ——莖稈的平均直徑；d ——壓扁輸送輥呢秸稈充滿系數(shù)。k 設(shè)計時要求容納的莖稈數(shù) 大于收獲的莖稈株數(shù) ，即'zz （17）dLkptvm'? （18）?' （19）)sin1(cos )2' 001???vkplLm 實際設(shè)計長度既要滿足 又要滿足 的要求，即 。''L]',ax[L? 各參數(shù)取值范圍為， = ～ ， ， [8]，0??5?7svm/8.?米株 /3?p ， ～ 。md30?3.k6 設(shè)計原則是壓扁輸送輥的工作長度在滿足大于 和 的要求下，盡可能取'L' 小值，以使結(jié)構(gòu)緊湊，一般取 400～550 。本設(shè)計最終選定輥長為 500 。m 3.6.3 壓扁輸送輥材料的選擇 現(xiàn)在市面上的壓扁輥有三種類型： 1.鋼-鋼壓扁輥：兩個壓扁輥均由鋼材料加工而成，優(yōu)點是碾壓力大，耐磨 損，適合碾壓較硬的植物枝條；缺點是造價高，重量大，需要機器的動力大。 2.橡膠-橡膠壓扁輥：兩個壓扁輥均為橡膠材料，優(yōu)點是吸入性好，丟失率 率低，碾壓力小，適用于柔軟的牧草，在不破壞其形狀的同時對其進行壓扁處 理；缺點是磨損大，尤其是在對較硬植物枝條進行作業(yè)的時候，壓扁輥的磨損 尤其嚴(yán)重，容易造成卡機。 3.鋼-橡膠壓扁輥：介于前兩者之間的一種壓扁輥。兼顧了吸入率和低損耗 的優(yōu)點，但是對于硬度較高的植物枝條依然存在磨損較大的缺點。 結(jié)論：檸條枝條有較高的木化程度和柔韌性，對壓扁裝置的損耗很大，鑒 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 14 - 于這種生物學(xué)特性，以及三種類型的壓扁輥的物理特性，綜合考慮，本設(shè)計選 擇采用鋼-鋼結(jié)構(gòu)的壓輥，兼顧了本設(shè)計需要碾壓力大和損耗低要求。 綜上所述，本章主要對立式割臺的各個部件進行了方案的選擇和設(shè)計，重 點對壓扁輸送輥進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)計算。壓扁輸送是本章的難點，壓扁輸 送裝置的可靠性決定了整體機械的穩(wěn)定性，文中將這一問題作為重點和難點， 設(shè)計了立式壓扁輸送輥。這個設(shè)計不僅能歸整切割下來的檸條，使其變的有序， 并對其進行壓扁處理，而且能與后面設(shè)計的立式滾刀組成單元結(jié)構(gòu)，使莖稈切 碎裝置變得簡單。 3.7 立式莖稈切碎裝置的設(shè)計 立式莖稈切碎裝置是本次設(shè)計的重點，立式莖稈切碎裝置與立輥式壓扁輸 送裝置配套實現(xiàn)檸條的收割和粗加工，結(jié)構(gòu)簡單，莖稈切碎效果好、功耗低， 能和割臺配置緊湊。 現(xiàn)有的設(shè)備技術(shù)是立式輥配套盤刀或臥式滾刀切碎裝置，它不但結(jié)構(gòu)龐大， 甩刀則為無支撐切割，動力消耗也大。立式莖稈切碎裝置安裝在檸條壓扁輸送 輥的后方，并與機架相連，其驅(qū)動部件與收獲動力系統(tǒng)相連，且與壓扁輸送輥 有速比約束。 3.7.1 滾筒式切碎刀的設(shè)計 滾筒式切碎刀最初設(shè)計為螺旋刃刀片，螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平穩(wěn)， 但制造工藝復(fù)雜，成本高。到 20世紀(jì) 70年代末，直刃斜裝滾刀在我國得到迅 速推廣 [9] 。直刃斜裝滾刀制造簡單，但功耗較大且系統(tǒng)振動。后來出現(xiàn)的橢圓 刃口平板刀既功耗小，又制造方便、成本低，但須與拋送葉片連接，以達到機 械式氣流輸送的目的。本課題立式滾刀在設(shè)計時采用橢圓刃口的平板刀，既能 使在切割過程中實現(xiàn)滑切，又能使結(jié)構(gòu)緊湊，易于在壓扁輸送輥后布置。 3.7.2 平板動刀刃口線的形成 平板刀刃口曲線是橢圓曲線的一部分，結(jié)構(gòu)見圖 3-1。圖中是一平面與圓 柱軸線傾斜相截時形成的曲線就是橢圓刃口的曲線。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 15 - 圖 4-1 橢圓刃口的形成 圖中有效高度 ，半徑為 。截平面與圓筒軸線之間夾角為 ，與圓筒上LR? 端面截交于 A、B 兩點，下端面截交于 C、D 兩點。其截交點 A、B 的連線與圓心 距離為 ，與半徑 夾角為 ；截交點 C、D 的連線與圓心距離為 ，與uHO'mu? dH 半徑 夾角為 ；若圓筒按順時針方向轉(zhuǎn)動。則平板刀前面與圓柱表面的C'md? 截交線 AC是平板刀的橢圓刃口曲線。 設(shè)計中選圓筒長 ，直徑 ， ， 。L560?20?mHu52?d80? 則有截平面的傾斜角 （20）?86.arctn?Lud? 橢圓長軸： ；橢圓短軸： ；焦距：mDa5.40si2?Db20? ；離心率： 。4022??bc 197.?ae 由此可知該橢圓極為扁平，圓筒上的全部橢圓刃口曲線有著較大的曲率半 徑?，F(xiàn)做如下討論。 橢圓方程為 （21）2xaby??? 則曲率為 （22）3/2]'1[Kx? 得 （23）2'aby?? 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 16 - （24）3/2)('xaby?? 故 （25）3/224)]([bKx 由圖幾何關(guān)系可得 （26）?sinXH? 則 （27）8.1045.2A （28）6siC 由以上各點數(shù)據(jù)，還可通過解出 的一階、二階導(dǎo)數(shù)，求出曲率半徑和曲Y 率中心 ，對此曲線段定量分析。從這些數(shù)據(jù)和圖形可以看出刀刃雖在橢)(??、 圓曲線段的曲率半徑從 到 ，由小變大， 對應(yīng)的曲線之平'O' 86.52??ACX 均曲率半徑 ，可見刀刃線趨向平直。13485?R 3.7.3 刀片安裝前傾角 的確定? 平板刀刀刃 AB的運動軌跡為圓柱面。刃口曲線是圓柱被平面所切的橢圓曲 線的一段，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 4-2所示。從圖中可得到所切橢圓曲線方程為： （29）1)sin/(22???RZXoo 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 17 - 圖 4-2 平板刀在滾筒體上的結(jié)構(gòu)參數(shù) 平板刀結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系可用下式表示： （30）??sinRZtg? 式中： ——刀刃上 A點的坐標(biāo)值；Z ——扭轉(zhuǎn)角，平板刀刀面所在平面與滾筒中心線的夾角；? ——切碎滾筒刀刃軌跡半徑；R ——平板刀刀刃上 A點的安裝前傾角。? 從理論分析中可知：當(dāng)?shù)度袨榛⌒稳锌跁r，這樣的刀刃線回轉(zhuǎn)起來是一個 圓柱面。因此，平板刀式滾筒切碎器的動刀是平板刀，定刀是平直刃刀的情況 下，定刀安裝位置正常而不傾斜，這樣可獲得一定的滑切角，切割回轉(zhuǎn)角也較 大，故切碎器的性能較好。 實驗表明， 角越大，其切碎性能越好，但拋送性能越差。因此在設(shè)計中，? 角選取應(yīng)在保證可靠拋送切碎物的前提下，盡量大一些。本設(shè)計中采用? ?? ～ 。 [10]?57?60 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 18 - 3.7.4 扭轉(zhuǎn)角 的確定? 扭轉(zhuǎn)角 即刀片刃線相對于回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)角，與滾筒長度或直徑有關(guān)。由 于受平板刀切碎滾筒的結(jié)構(gòu)限制，一般取扭轉(zhuǎn)角 = ～ 。 [11]本設(shè)計取值為??47 。?7?? 3.7.5 平板刀尺寸設(shè)計 平板刀結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4-3所示。 圖 4-3 平板刀結(jié)構(gòu)尺寸 平板刀刃角 一般都較小，常取 ～ ，考慮到刀刃的強度，我們?nèi)??21?5 。?25?? 為保證切割的平穩(wěn)性，連續(xù)性，使每把刀的切割阻力矩小，我們采用多把 動刀。單邊刀數(shù) 把，雙邊攻擊 把，呈八字形排列。如圖。每把刀片長取48 ，材料選擇 50CrA,刃口淬火硬度為 55～60HRC。m301? 3.7.6 莖稈切碎長度的計算 為了滿足儲存和加工的要求，應(yīng)規(guī)定莖稈切碎的長度。技術(shù)要求小于 。30 莖稈理論切碎長度 ：l 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 19 - （31）4106)1(znvlzidl???或?? 式中： ——滾刀與壓扁輸送輥的傳動比；i ——壓扁輸送輥直徑；d ——動刀片數(shù)量；z ——莖稈對壓扁輸送輥的打滑率；? ——滾刀轉(zhuǎn)速；n ——莖稈喂入速度。v 由上式可知，改變壓扁輸送輥與滾刀的傳動比 或刀片數(shù)量 ，可以改變莖iz 稈的切碎長度。經(jīng)過查閱相關(guān)資料 [3]～[5] ，設(shè)計中應(yīng)用參數(shù)，壓扁輸送輥喂入 速度 ，滾刀轉(zhuǎn)速 ，動刀片數(shù)量 ，理論切碎長度 。sm/5.3min/210r8m25 這部分章節(jié)主要介紹了立式莖稈切碎裝置的研制過程，設(shè)計中采用了先進的 滾刀式圓筒切碎器。該切碎裝置由固定安裝的定刀片組和與其配套切割的滾刀 組成，采用立式安裝，與立式壓扁輸送輥相配置。滾刀采用橢圓刃口的平板刀， 本章詳細分析了橢圓刃口的形成和刀刃的幾何角度，指出橢圓刃口平板刀既有 功耗小、制造方便、成本低的特點，又有其自身難以克服的缺點。這種方案的 提出為檸條莖稈提供了新的切碎方法。 3.8 收集料斗的設(shè)計 集料箱安裝在滾筒切碎刀下方，可活動拆卸，能從機器后部人工取出，方 便物料的卸出。 由于本設(shè)計滾筒切碎裝置為傾斜豎直面 安裝，所以首先需要在滾筒外?30 延安裝適當(dāng)?shù)膿醢?，使物料下落方向改變，便于收集。設(shè)計集料箱時，可根據(jù) 整機內(nèi)部空間確定各項數(shù)據(jù)。集料箱材料為普通鐵皮，形狀設(shè)計上選擇性大， 在作業(yè)過程中，盡可能的提高集料箱的容積，可提高作業(yè)效率。 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 20 - 4 使用說明書(SM) （1）使用前應(yīng)檢查減速器中冷卻系統(tǒng)是否能正常工作。 （2）注意每個齒輪箱中軸承的潤滑，沒潤滑油時及時添加。 （3）檢查每個傳動皮帶輪的松緊，太松容易脫離，太緊容易斷裂。 （4）檢查往復(fù)式割刀是否在軌道，如果不在，立馬停止運行。 （5）在使用中經(jīng)常檢查傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，注意各緊固機件是否松動， 如果松動立刻停止運行。 （6）當(dāng)工作一定時間后，應(yīng)當(dāng)檢查撥禾鏈上是否有割下來的雜物，及時清 理，否則影響切割。 （7）收料箱滿后及時處理，以免影響正常工作。 （8）在收割作業(yè)時，機器應(yīng)盡量走直線，保持勻速作業(yè)，根據(jù)負荷的狀況 調(diào)節(jié)好油門，避免因負荷大小變化突然增、減速，更不能突然拐彎，以免影響 作業(yè)質(zhì)量。 （9）聯(lián)合收割機在日常工作中，要定期進行潤滑保養(yǎng)，檢查各部件的技術(shù) 狀態(tài)。對工作負荷大、轉(zhuǎn)速高、振動大的部件要重點檢查保養(yǎng)。當(dāng)某一部件出 現(xiàn)損壞時應(yīng)及時更換，切不可將就使用，這樣做不僅可延長機器的使用壽命， 還可減少事故發(fā)生，降低作業(yè)成本和提高工作效率。 （10）聯(lián)合收割機在投入正常作業(yè)之前，應(yīng)根據(jù)作物的狀況，對機器割茬 高度、作業(yè)速度等作業(yè)性能進行調(diào)整。 （11）聯(lián)合收割機的使用具有季節(jié)性，一般存放時間較長，所以出車前應(yīng) 注意檢查機器的各部件是否完好；離合器、制動踏板自由行程是否適當(dāng)；螺栓、 螺母是否松動等，以確保機器的技術(shù)狀態(tài)良好。還要檢查隨車備件，如刀片、 皮帶等易損配件是否配備；常用工具及相關(guān)證件是否齊全等。 5 標(biāo)準(zhǔn)化審核報告（BS） 5.1 產(chǎn)品圖樣的審查 檸條聯(lián)合收割機的傳動裝置和刀具設(shè)計已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 21 - 和一線基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對其進行標(biāo)注化審查，結(jié)果如下： （1） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB4440- 84、GB-83《機械制圖》的規(guī)定。 （2） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 （3） 產(chǎn)品圖樣的編號符合 JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機械行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)》產(chǎn)品圖樣及設(shè)計的完整性。 （4） 圖紙的標(biāo)題欄與明細欄符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989 的規(guī)定。 （5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83《表面特征代號及注法》的規(guī) 定。 （6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號符合 GB324-80《焊縫代號》的規(guī)定。 5.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語符合 ZB/TJ01和 0351-90《產(chǎn)品圖樣及 設(shè)計文件術(shù)語》及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2） 量和單位符合 GB3100—GB3102-93的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998《機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助 管理信息分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整 性》的規(guī)定及農(nóng)機部門的有關(guān)具體要求。 5.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況 本設(shè)計所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，材料及材料代號也符合國家標(biāo)準(zhǔn) 和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 5.4 審查結(jié)論 經(jīng)過對剪草機裝置和傳動設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計基本貫徹了國家 最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)，圖紙和設(shè)計文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化得要求。 張曉舟：檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設(shè)計 - 22 - 結(jié)論 設(shè)計這款檸條聯(lián)合收割機，可以對檸條進行收割，并且完成檸條莖稈的粗 加工和收集，可以滿足廣大檸條種植地區(qū)對檸條收割的要求，便于后續(xù)的加工 處理。但是設(shè)計中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)采用類似機械的數(shù)值，對于檸條這種特殊的固沙 植物來說，必然有不適合之處，比如輸送壓扁輥與滾筒切碎裝置間的距離、植 株的喂入角度、滾筒切碎筒轉(zhuǎn)速與喂入速度的關(guān)系等，這些數(shù)據(jù)的確定都需要 大量的針對檸條的試驗數(shù)據(jù)，才能進行調(diào)整優(yōu)化，從而使得本設(shè)計成為進行后 續(xù)試驗研究的基礎(chǔ)和方向。相信此款檸條聯(lián)合收割機經(jīng)過完善后，會成為檸條 聯(lián)合收割的優(yōu)秀機械。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 - 23 - 參考文獻 [1]劉晶,魏紹成,李世鋼.檸條飼料生產(chǎn)的開發(fā)[J].草業(yè)科學(xué),2003,20(6):32 [2]孫毅斌.檸條生物特性分析與產(chǎn)業(yè)化途徑研究[M]. 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