馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計(jì)
馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計(jì),馬鈴薯挖掘機(jī),設(shè)計(jì)
長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
編號(hào) 20141051420
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)
The Design of Potato Excavator
學(xué) 生 姓 名
蒲云婷
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
1051420
指 導(dǎo) 教 師
吳翠紅
分 院
機(jī)電工程分院
2014年 6 月
摘 要
本論文對(duì)馬鈴薯挖掘機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)了組合分離式馬鈴薯挖掘機(jī)。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖， 其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費(fèi)時(shí)費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀、馬鈴薯收獲機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計(jì)了組合分離式馬鈴薯收獲機(jī)。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論計(jì)算。
關(guān)鍵詞：馬鈴薯 挖掘機(jī) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
ABSTRACT
This paper introduces the research and application of potato and analysis, portfolio separate potato excavator is designed.To choose the machine's main parameters, the design of main components of the theoretical calculation and structural optimization.Potatoes for underground, and tuber propagation, the harvest season and weather restrictions.As a result of the potato harvest time consuming, labor intensity and strong seasonality, therefore cause great difficulty for the farmers.At home and abroad in order to solve the above problem, in this paper, the present situation of potato harvester, potato harvester introduction and analysis, research and application of the combination of separate potato harvester is designed.To choose the machine's main parameters, the design of main components of the theoretical calculation.
Key words: potato excavator optimize the structure
目 錄
緒 論 1
第一章 馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概括 3
1.1 國外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2 國內(nèi)塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 3
第二章 總體方案的設(shè)計(jì) 5
2.1 整體布局的設(shè)計(jì) 5
2.2 工作原理 6
第三章 傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇 7
3.1 傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇 7
3.2 減速器的選擇 7
第四章 帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì) 8
4.1 帶輪的設(shè)計(jì) 8
4.1.1 選擇V帶的型號(hào) 8
4.1.2 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 8
4.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 13
4.2.1 鏈輪的設(shè)計(jì)目的 13
4.2.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 13
4.3 鏈輪材料的選擇 15
4.4 鏈輪機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算 15
第五章 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì) 17
5.1 聯(lián)軸器的選擇 17
5.2 聯(lián)軸器上軸的設(shè)計(jì) 17
第六章 鏈輪軸的設(shè)計(jì)和校核 18
6.1 鏈輪軸的設(shè)計(jì) 18
6.2 鏈輪軸的校核 18
第七章 分離輸送器的設(shè)計(jì) 21
7.1 分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過程 21
7.2 桿條參數(shù)的確定 22
7.3 分離輸送器線速度的確定 23
第八章 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 24
8.1 挖掘鏟的構(gòu)成 24
8.2 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 24
第九章 地輪和機(jī)架的設(shè)計(jì) 26
9.1 地輪的設(shè)計(jì) 26
9.2 機(jī)架部分的設(shè)計(jì) 26
第十章 馬鈴薯收集裝置的設(shè)計(jì) 27
結(jié) 論 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
緒 論
馬鈴薯的營養(yǎng)價(jià)值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場。在國內(nèi)，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學(xué)術(shù)年會(huì)上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財(cái)稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段?！?
馬鈴薯作為經(jīng)濟(jì)作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費(fèi)時(shí)費(fèi)事，勞動(dòng)強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產(chǎn)等不必要的損失，農(nóng)民對(duì)馬鈴薯挖掘機(jī)械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應(yīng)用小型馬鈴薯挖掘機(jī)勢在必行。應(yīng)用馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率，降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，增產(chǎn)增收，減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)我國馬鈴薯挖掘機(jī)械多年研制生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以看出， 日本、意大利、美國等國外機(jī)具適應(yīng)壟作，很難適應(yīng)我國平作種植形式。各類型機(jī)械需要進(jìn)行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗(yàn)和多輪改進(jìn)，才能提高適應(yīng)性。
馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對(duì)調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯挖掘機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動(dòng)力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。鑒于動(dòng)力的限制，與14kw一下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓薯塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套的過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對(duì)馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大。
馬鈴薯是我國北方主要糧食作物之一， 在內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、河北、山西、黑龍江、河南等省大面積種植，特別是內(nèi)蒙、甘肅、河北北部等地因常年干旱少雨，氣候寒冷，沙質(zhì)土壤多，不利于其它作物的生長，馬鈴薯使成為這些地區(qū)的主產(chǎn)糧食作物。近幾年來，馬鈴薯迅速以經(jīng)濟(jì)作物走向市場，大量銷售到北京、天津、上海、廣州等各大城市，美國百事食品有限公司等國外企業(yè)也紛紛在我國以承包大面積種薯地形式而參與到馬鈴薯種植和深加工行業(yè)。隨著馬鈴薯向規(guī)?；N植的發(fā)展，農(nóng)民要求機(jī)械化收獲的愿望日趨強(qiáng)烈。由于各地土壤、氣候、地形及種植習(xí)慣的差異，種植機(jī)械發(fā)展相對(duì)滯后，多采用犁翻人工點(diǎn)播種植，行距不統(tǒng)一。小行距平作與大行距壟作形式共存，平作行距在400-550mm 之間，壟作在600—900mm之間。近幾年，隨著早上市鮮薯需求量的增加，收獲季節(jié)提前，馬鈴薯莖葉生長旺盛，薯皮鮮嫩，機(jī)械收獲更易破皮和纏繞擁土，使農(nóng)藝要求與機(jī)械收獲適應(yīng)性的矛盾更加突出。機(jī)械化收獲馬鈴薯技術(shù)，關(guān)鍵問題是收獲機(jī)械適應(yīng)性差，傷薯率高。因此，研制開發(fā)性能優(yōu)良，適應(yīng)性強(qiáng)，傷薯率低，多型號(hào)，價(jià)格適中，并能同大中馬力拖拉機(jī)配套的收獲機(jī)械是非常必要的。
新中國成立初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到20世紀(jì)60年代中期,馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國外機(jī)具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但是由于受當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，沒能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用。
20世紀(jì)70年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用, 國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī), 但受當(dāng)時(shí)的配套動(dòng)力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。1979年，12國農(nóng)機(jī)展覽會(huì)后，國家將全部馬鈴薯收獲機(jī)樣機(jī)都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的研究工作創(chuàng)造了良好的條件。
到 20 世紀(jì) 90 年代中期, 由于國產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用, 研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場,并占據(jù)了很大的市場份額。
第一章 馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展概括
1.1 國外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機(jī)械，50年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實(shí)現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機(jī)，且以收獲壟作種植為主。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。
美國在1948年以前用挖掘機(jī)來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機(jī)， 20世紀(jì)90年代，美國已基本實(shí)現(xiàn)了塊莖挖掘機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機(jī)最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合挖掘機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機(jī)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率比其它行挖掘機(jī)提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作挖掘機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機(jī)械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合挖掘機(jī)，并研制適合日本國情的聯(lián)合挖掘機(jī)，對(duì)于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機(jī)，如韓國高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械。
發(fā)展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè),發(fā)達(dá)國家的塊莖作物收獲已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。如德國、美國的聯(lián)合挖掘機(jī)在自動(dòng)化控制塊莖分離以及減少塊莖作物損傷等方面都有獨(dú)到之處。東洋農(nóng)機(jī)公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式塊莖作物挖掘機(jī)[9]。
1.2 國內(nèi)多功能塊莖挖掘機(jī)的現(xiàn)狀分析
近年來,國內(nèi)市場上也出現(xiàn)了一些此類機(jī)械，如大蒜挖掘機(jī)就有對(duì)行松土鏟式和不對(duì)行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數(shù)機(jī)型在適應(yīng)性和質(zhì)量可靠性方面仍然不同程度地存在著一些問題,主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是損傷作物的問題,因?yàn)橄蟠笏?、生姜此類作?收獲時(shí)皮質(zhì)鮮嫩易損,而損傷后會(huì)嚴(yán)重影響其價(jià)格;二是適應(yīng)性差,因各地農(nóng)藝不同,行距及株距存在著差異,機(jī)具難以滿足這種要求。
由于進(jìn)口農(nóng)機(jī)具價(jià)格較高,農(nóng)民難以接受,根莖挖掘機(jī)械還是要走國產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)中國國情,不能盲目照搬。主機(jī)利用現(xiàn)有的機(jī)型,如田園管理機(jī)、手扶拖拉機(jī)及四輪拖拉機(jī),對(duì)國外的機(jī)型原理加以消化吸收,研制出適合中國國情的機(jī)具。
國內(nèi)根莖作物的機(jī)械化收獲還有較長的路要走,不僅需要科研部門及企業(yè)的大力研制及投入,還牽涉到農(nóng)民的認(rèn)識(shí)和接受問題。
國外發(fā)達(dá)國家（如日本、美國、法國、意大利等國）地下作物的收獲已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，對(duì)于長根作物（蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機(jī)械，工藝十分的先進(jìn)，但機(jī)械價(jià)位較高，全部引進(jìn)國內(nèi)無法接受，例如，意大利產(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機(jī)，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設(shè)備不太適應(yīng)我國地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上分析，在國內(nèi)外現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國農(nóng)村市場的實(shí)際情況，分析國內(nèi)塊莖類作物的農(nóng)藝要求和土壤的物理特性而研制出的多功能塊莖類挖掘機(jī)。
綜觀國內(nèi)外多功能塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境，專家預(yù)測未來多功能塊莖收割機(jī)的主要發(fā)展趨勢是：
1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能塊莖收割機(jī)。
2） 安全性及通用性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。
3）大型化與小型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。
4） 技術(shù)進(jìn)步、操作方便和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵因素。
33
第二章 總體方案的設(shè)計(jì)
2.1 整體布局的設(shè)計(jì)
其傳動(dòng)圖如圖2.1：
1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器4、動(dòng)力輸出軸 5、輸送鏈驅(qū)動(dòng)軸 6、振動(dòng)篩軸
圖2.1傳動(dòng)圖
其總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.2：
1、V帶輪 2、V帶 3、機(jī)架 4、抖動(dòng)輪 5、減速器 6、聯(lián)器
7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動(dòng)鏈 11、地輪
圖2.2 總體結(jié)構(gòu)圖
2.2 工作原理
本機(jī)主要由V帶、減速器、抖動(dòng)輪、機(jī)架、挖掘鏟、傳動(dòng)鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過減速器和帶輪將所需要的動(dòng)力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動(dòng)鏈條從而帶動(dòng)分離裝置運(yùn)動(dòng)，將從挖掘鏟部挖出的土豆網(wǎng)機(jī)器后方運(yùn)送，同時(shí)由于有抖動(dòng)輪的作用，使得塊莖在輸送的過程中實(shí)現(xiàn)的塊莖于土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后塊莖從機(jī)器的尾部從新落入土地的表面。
第三章 傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇
3.1 傳動(dòng)比的組成
該多功能塊莖挖掘機(jī)的配套動(dòng)力為25-35馬力的拖拉機(jī)，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級(jí)減速器和帶傳動(dòng)，設(shè)其總的傳動(dòng)比
減速器的傳動(dòng)比。帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為了能滿足分離器上的線速度為1.3m/s的要求，
因?yàn)? 所以 （3.1）
（3.2）
所以鏈輪半徑 （3.3）
3.2 減速器的選擇
由于其傳動(dòng)比為2，所以可以從市場上選擇傳動(dòng)比為2的減速器，其型號(hào)為ZDY,ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
其結(jié)構(gòu)如圖3.1：
圖3.1 減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖
第四章 帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì)
4.1 帶輪的設(shè)計(jì)
因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)是多功能塊莖挖掘機(jī)，故屬于載荷變動(dòng)較大的機(jī)械，原動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)（普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式），工作時(shí)間小于10小時(shí)/天，啟動(dòng)形式為軟啟動(dòng)。挖掘機(jī)的工作功率為1.5KW。
故： （4.1）
：工作情況系數(shù) 取=1.2。
4.1.1 選擇V帶的型號(hào)
根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，故選擇A型帶。
4.1.2 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
（1）初選主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑D1
根據(jù)所選V帶型號(hào)參考，選取，選。
（2）驗(yàn)算帶的速度V
（4.2）
（3）計(jì)算從動(dòng)輪直徑D2
（4.3）
取D2為107mm
（4）確定傳動(dòng)的中心距和帶長
初定中心距，
由 （4.4）
即：
即：，
所以可取
根據(jù)公式計(jì)算基準(zhǔn)帶長：
（4.5）
選取帶的基準(zhǔn)長度，查表得：
根據(jù)公式計(jì)算實(shí)際中心距：
（4.6）
考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償初拉力的需要，中心距的變動(dòng)范圍為：
（5）驗(yàn)算主動(dòng)輪的包角
根據(jù)公式及對(duì)包角的要求，應(yīng)保證：
（6）確定V帶的根數(shù)
由公式知
（4.7）
取Z=4根。
式中： ——在包角=180度，特定長度，工作平穩(wěn)情況下，單根普通帶的許用功率值；
——考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)；
——考慮帶的長度不同的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)；
——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶所能傳遞的功率的增量；
查得：=0.45 =0.98 =0.91 =0.024
（7）確定帶的初拉力
單根V帶的初拉力由公式確定：
（4.8）
（8） 求帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力
由公式
（4.9）
式中： Z——帶的根數(shù)；
——單跟帶的初拉力；
——主動(dòng)輪上的包角。
（9）V帶計(jì)算結(jié)果
表4.1 V帶設(shè)計(jì)計(jì)算列表
設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目
結(jié)果
說明
工作情況系數(shù)k
計(jì)算功率P
選取V帶型號(hào)
小帶輪直徑D
大帶輪直徑D
驗(yàn)算V帶的速度V
初定中心距a
初算V帶所需的基準(zhǔn)長度L
選V帶的基準(zhǔn)長度L
定V帶公稱長度L
定中心距a
包角
包角系數(shù)k
1.2
1.8
A
80mm
107mm
1.1304m/s
350
1068.2
1153mm
1120mm
392.4mm
175
0.98
可選比表中大的值
參考實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)確定
〉120，合適
(10) 帶輪的形式
帶輪的結(jié)構(gòu)由帶輪直徑大小而定，因小帶輪基準(zhǔn)直徑D≤（2.5～3）d，所以采用實(shí)心式。同樣大帶輪的基準(zhǔn)直徑D≤（2.5～3）d，所以大帶輪也用實(shí)心式。
（11）帶輪尺寸的計(jì)算
小帶輪的軸孔直徑，小帶輪與減速器相連，
故取=40mm。
因?yàn)椋?
所以
小帶輪的寬度：
（4.10）
小帶輪的直徑：
（4.11）
大帶輪的軸孔直徑，大帶輪與鏈輪主動(dòng)軸直徑一致。
設(shè)大帶輪軸孔直徑。
大帶輪的寬度：
大帶輪的直徑：
小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.1：
圖4.1 小帶輪
大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.2：
圖4.2 大帶輪
4.2 鏈輪的設(shè)計(jì)
4.2.1 鏈輪的設(shè)計(jì)目的
設(shè)計(jì)該鏈輪的主要目的是為了能帶動(dòng)分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。通過鏈輪使得鏈的線速度為1.6m/s。為了達(dá)到這一目的，所設(shè)計(jì)的鏈輪傳動(dòng)比應(yīng)為1，即兩鏈輪的直徑應(yīng)當(dāng)相等。由前面的計(jì)算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mm。
4.2.2 鏈輪的設(shè)計(jì)
（1）選擇鏈輪的齒數(shù)
由已知得鏈輪的傳動(dòng)速度為1.3m/s，傳動(dòng)比為1。通過查表
所以取
(2) 初定傳動(dòng)中心距
根據(jù)公式 （15）
初取
(3) 確定鏈長
（4.12）
節(jié)
(4) 確定鏈條節(jié)距p
（4.13）
由表查得；由圖按小鏈輪轉(zhuǎn)速估計(jì)，鏈工作在功率曲線凸峰左側(cè)，可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。由表查得；選單列鏈，由表查得
根據(jù)于，由圖選用鏈號(hào)為10A，并且也證實(shí)了原估計(jì)鏈工作在額定功率曲線凸峰左側(cè)是正確的。
由表查得鏈節(jié)距p為15.875mm。
(5) 驗(yàn)算鏈速V
（4.14）
與原假設(shè)相符。
(6) 計(jì)算實(shí)際中心距
（4.15）
(7) 作用在軸上的壓力Q
圓周力 （4.16）
故：
(8) 潤滑方式
根據(jù)和，選擇滴油潤滑。
4.3 鏈輪材料的選擇
鏈輪的材料應(yīng)當(dāng)能夠滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作時(shí)的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC～60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。
本多功能塊莖挖掘機(jī)為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC。
4.4 鏈輪機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算
1)分度圓直徑
（4.17）
2) 齒頂園直徑
（4.18）
3 )齒根園直徑
（4.19）
4) 最大齒根距離
（4.20）
5) 齒側(cè)凸緣直徑
（25）
所以取
鏈輪結(jié)構(gòu)如圖4.3：
圖4.3 鏈輪
第五章 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì)
5.1聯(lián)軸器的選擇
該多功能塊莖挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)寬度為712mm。兩側(cè)的機(jī)架壁厚度各位10mm。所以整個(gè)機(jī)架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為110mm。為了使機(jī)器能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個(gè)機(jī)架的外面，因?yàn)闇p速器外伸軸長度不夠，所以必須選擇一個(gè)聯(lián)軸器。
通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm,所以選擇聯(lián)軸器時(shí)其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過查閱手冊(cè)，可以選擇LH4型聯(lián)軸器。其長度為112mm[20]。
5.2聯(lián)軸器上軸的設(shè)計(jì)
聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯(lián)軸器相連接的。其設(shè)計(jì)過程如下：
1） 軸4部分：此部分軸是裝聯(lián)軸器的。聯(lián)軸器的長度為112mm。所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以把該部分長度設(shè)計(jì)為110mm。
2） 軸3部分此部分上裝滾動(dòng)軸承。因?yàn)闄C(jī)架內(nèi)壁到機(jī)架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為214mm，聯(lián)軸器長112mm。所以聯(lián)軸器到機(jī)架內(nèi)壁的長度為346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為24.75mm。所以設(shè)計(jì)時(shí)該軸段長度為42mm。
3） 軸2部分：該部分裝同時(shí)有軸承端蓋。為了讓V帶輪輸出機(jī)架為20mm，所以該段長度可設(shè)計(jì)為44mm。
4） 軸1部分：該部分上裝V帶輪，V帶輪寬為65mm，所以設(shè)計(jì)該段長為63mm。
其結(jié)構(gòu)如圖5.1：
圖5.1 聯(lián)軸器上的軸
第六章 鏈輪軸的設(shè)計(jì)和校核
6.1鏈輪軸的設(shè)計(jì)
鏈輪軸的作用是將大帶輪上的動(dòng)力傳送到兩個(gè)主動(dòng)鏈輪上，從而帶動(dòng)分離輸送器運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到分離輸送的目的。
該軸的設(shè)計(jì)步驟如下：
1） 軸2和軸4部分：這兩部分都是裝鏈輪的。因?yàn)殒溳喌暮穸葹?5mm，所以設(shè)計(jì)該部分軸長度為70mm。
2） 軸1和軸5部分：這兩部分都是裝軸承的，所選軸承為角接觸球軸承，其寬度為24.75mm。設(shè)計(jì)兩輪側(cè)面距機(jī)架內(nèi)壁距離為20mm，所以設(shè)計(jì)該部分軸長為50mm。
3） 軸6部分：該部分上裝軸承端蓋，設(shè)計(jì)其長度為33mm。
4） 軸7部分：該部分上裝大帶輪，所以其設(shè)計(jì)長度也為70mm。
5） 軸3部分：該部分通過計(jì)算可得其長度為488mm。
其結(jié)構(gòu)如圖6.1：
圖6.1鏈輪軸
6.2鏈輪軸的校核
先作出軸的受力簡圖，取集中載荷作用于帶輪、鏈輪和軸承中點(diǎn)。
圖6.2 軸的受力圖
1)帶輪上作用力的大小
壓軸力
則 (6.1)
2) 鏈輪上作用力的大小
壓軸力
則 (6.2)
(6.3)
求垂直面上軸承的支反力畫主要截面彎矩圖
(6.4)
3)求水平面上軸承的支反力，畫主要截面彎矩圖
(6.5)
主要截面彎矩圖見下圖所示：
圖6.3 平面彎矩圖
4)截面D處垂直面，水平面合成彎矩
(6.6)
圖6.4 合成力矩圖
第七章 分離輸送器的設(shè)計(jì)
7.1分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過程
1） 機(jī)構(gòu)形式的確定
桿條式分離輸送器是一種分離器，其上以等距平行地配置桿條，由撓性元件相連。機(jī)構(gòu)簡單，帶面傾斜時(shí)也能工作，因此是一種應(yīng)用比較廣泛的分離工作部件。但是此類分離輸送器因工作面種類的不同而不同，而工作面是由許多桿組成連續(xù)移動(dòng)的一個(gè)柵，工作面的種類對(duì)移動(dòng)土壤的壓碎程度和過篩強(qiáng)度起著決定作用，同時(shí)還影響到分離輸送器的耐用性。在馬鈴薯、塊根等作物的挖掘機(jī)上，常見的分離輸送器有鉤桿式、鏈桿式和帶桿式等。其中鉤桿式和鏈桿式的制造工藝比較簡單，成本較低，而且其鏈桿于土壤的接觸面積較小，過篩強(qiáng)度最大，分離效果明顯。
因此，從零件的購買方便，裝卸簡單等因素考慮，本機(jī)器的分離輸送器采用鏈桿式分離輸送器來完成分離輸送的目的。
鏈桿式分離輸送器是由園桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上。形成具有篩選塊莖而分離土壤的柵。鏈桿式分離輸送器通過依靠固定在主動(dòng)軸上和從動(dòng)軸上的鏈輪來帶動(dòng)，桿條形成一條環(huán)形的鏈帶。
2) 分離輸送器的工作過程
鏈桿式分離輸送器是一種分離器兼輸送器，其工作過程是，當(dāng)被掘起的土壤、塊莖等向上輸送時(shí)，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過桿之間的間隙篩出來，塊莖則被輸送器輸送到機(jī)器的尾部，從而將塊莖重新放回地表。達(dá)到挖掘塊莖的目的。
作業(yè)時(shí)，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將塊莖整個(gè)掘起，掘起的土塊在挖掘鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還受到抖動(dòng)器的作用而上下抖動(dòng)，使大部分土壤變松并落回地里。塊莖則被輸送器運(yùn)送到機(jī)器的尾部。
其結(jié)構(gòu)如圖7.1：
1、主動(dòng)輪 2、分離輸送器 3、抖動(dòng)輪 4、從動(dòng)輪
圖7.1 分離輸送器圖
7.2桿條參數(shù)的確定
在歐洲的許多國家里，桿間距離通常為25-28mm。而在美國，甚至為40-48mm。亞洲的日、韓等國為30-40mm。這個(gè)間隙主要于塊莖作物的品種和塊莖的尺寸由很大關(guān)系。一般情況下塊莖作物的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便我們可以統(tǒng)一采用長、寬、厚三個(gè)特征尺寸來描述塊莖的物理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個(gè)尺寸。
式中：
要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤，保留塊莖的目的，桿條間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足＜c的條件，即保證塊莖最小特征尺寸大于桿條間隙，從而使塊莖不至于在桿條間隙間隨土壤一起漏下。根據(jù)資料和實(shí)際的測量，我國塊莖的厚度尺寸大多在30-80mm之間，因此若取桿間距L為45mm，桿條直徑為10mm，代入式中，可得桿條的間隙為35mm。
桿條是由直徑為10mm的圓鋼，按一定間距固定在兩條帶子上組成。在輸送篩上工作面的桿條下，設(shè)置有隨動(dòng)型的抖動(dòng)輪，抖動(dòng)輪直接與輸送篩的升運(yùn)鏈工作面的桿條相接，由升運(yùn)鏈桿條帶動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周速度與輸送篩的工作速度相同，橢圓形抖動(dòng)器的長半徑和短半徑之差使輸送篩工作面的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生瞬時(shí)的周期性變化，從而抖動(dòng)輸送篩上的掘起物。
其結(jié)構(gòu)如圖7.2：
圖7.2 桿條間歇圖
7.3分離輸送器線速度的確定
多功能塊莖挖掘機(jī)抖動(dòng)分離輸送器的線速度和抖動(dòng)器的性能是影響分離率和塊莖損傷率的主要因素。而抖動(dòng)器的抖動(dòng)和拋起性能，除了受其本身的幾何形狀影響外，主要取決于其速度。也就是說，線速度是分離輸送器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。通過對(duì)分離輸送器和抖動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，來闡述分離輸送器與抖動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，并分析抖動(dòng)器的抖動(dòng)和拋起性能，為分離輸送器線速度的確定提供理論依據(jù)。
在選定輸送器的線速度時(shí)，必須考慮它的類型、長度、運(yùn)動(dòng)特性（加速度）及由這些因素造成的塊莖的損傷問題。輸送器的壽命、尺寸及機(jī)器的重量都與它的速度有關(guān)。分離輸送器的線速度和作用在其上的加速度越高，它的尺寸就可以越小，但它對(duì)塊莖的損傷也就會(huì)越大，耐用性會(huì)降低。輸送器的長度關(guān)系到塊莖分離和整機(jī)的尺寸，因此它必須適當(dāng)。
分離輸送器在工作時(shí)，其線速度應(yīng)略大于機(jī)器的前進(jìn)速度，以保證掘起物往后傳送的正常進(jìn)行。試驗(yàn)表明：當(dāng)線速度高于2m/s，土壤含水量大于等于20%時(shí)，分離能力下降。若機(jī)器的前進(jìn)速度為，分離傳送器的線速度為，則有：等于分離傳送器的線速度比上機(jī)器的前進(jìn)速度， 的取值一般為0.8～2.5
機(jī)器工作時(shí)的速度為1.2m/s，分離輸送器的速度為1.3/s，所以算出的為1.08。在0.8到2.5的范圍之內(nèi)，所以該參數(shù)的確定符合要求。
第八章 挖掘鏟的設(shè)計(jì)
8.1挖掘鏟的構(gòu)成
挖掘鏟由獨(dú)立鏟片、鏟片固定板和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。鏟尖角度設(shè)計(jì)為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動(dòng)力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“w”型，前進(jìn)阻力較小，入土性能好。
8.2挖掘鏟的設(shè)計(jì)
挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這便帶來很多優(yōu)點(diǎn)。
1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。
2）另一方面是減輕了機(jī)器前部的重量，防止鏟尖下陷。
多片鏟在工作時(shí)發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的最大分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表一下120-200mm之間。
為了保證鏟刃的自動(dòng)清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即：
式中：為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對(duì)鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個(gè)，單個(gè)鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
為了保證挖掘鏟挖進(jìn)的土壤和塊莖不會(huì)從兩側(cè)滑落，因此需要在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機(jī)架上。
其結(jié)構(gòu)如圖
圖8.1挖掘鏟
第九章 挖掘鏟的構(gòu)成
9.1地輪的設(shè)計(jì)
地輪的作用主要是在機(jī)器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服挖掘機(jī)收獲時(shí)挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計(jì)的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機(jī)架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
9.2機(jī)架部分的設(shè)計(jì)
挖掘機(jī)組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機(jī)組牽引性能、運(yùn)輸通過性能及對(duì)地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能塊莖挖掘機(jī)懸掛裝置的影響。本設(shè)計(jì)采用三點(diǎn)懸掛式機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)后置三點(diǎn)懸掛和挖掘機(jī)懸掛架機(jī)構(gòu)成一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)具有各自的瞬心，挖掘工作時(shí)，在各種作用力及相對(duì)瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個(gè)瞬心的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持平衡。
其結(jié)構(gòu)如圖9.1：
圖9.1 機(jī)架
第十章 馬鈴薯收集裝置的設(shè)計(jì)
由于本馬鈴薯收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，其主要功能以挖掘馬鈴薯為主，收集裝置可以簡單化。不過要設(shè)計(jì)其收集裝置的話，可用較為大的蛇皮袋子套于機(jī)器后方，要保證蛇皮袋子口完全把機(jī)器后方包住，這樣是使馬鈴薯在輸送過程中不至于散落在地下而是全部落于袋中。此換袋子過程須人工控制，當(dāng)袋子裝滿馬鈴薯后，人工換袋，繼續(xù)進(jìn)行馬鈴薯收獲工作。因考慮到此設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單，假如設(shè)計(jì)自動(dòng)收集裝置的話有點(diǎn)困難而且需要改動(dòng)較大，因此就運(yùn)用簡單的袋裝設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)馬鈴薯的收集。準(zhǔn)備的蛇皮袋子須是較為大的袋子，袋口要遠(yuǎn)大于機(jī)器后方寬度，材料也需抗摩擦力強(qiáng)度要求較大。這就是關(guān)于收集裝置的簡單設(shè)計(jì)。
結(jié)論
本次設(shè)計(jì)對(duì)馬鈴薯挖掘機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，根據(jù)目前國內(nèi)外對(duì)塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀做了深入分析。首先進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)，接著是傳動(dòng)比的確定與減速器的選擇；帶輪和鏈輪的設(shè)計(jì)；聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計(jì)；鏈輪軸的設(shè)計(jì)和校核；分離輸送器的設(shè)計(jì)；挖掘鏟的設(shè)計(jì)；地輪和機(jī)架的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了馬鈴薯收集裝置的設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)的機(jī)器性能滿足要求，能較好的與農(nóng)村現(xiàn)有動(dòng)力配套使用，能較好的把握挖掘機(jī)收獲過程中的要求。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，掌握了基本的設(shè)計(jì)過程，真正地將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，提高了獨(dú)立思考解決問題的能力。由于所掌握的知識(shí)的限制和經(jīng)驗(yàn)的不足，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，難免有不妥之處。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會(huì)繼續(xù)努力，彌補(bǔ)自己在專業(yè)知識(shí)上的缺欠。
此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
致 謝
在四年的大學(xué)生活期間，感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)們！本課題是在導(dǎo)師吳翠紅的悉心指導(dǎo)下完成的。四年的學(xué)習(xí)中吳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)，精益求精的工作精神令我受益匪淺。在生活中吳老師積極樂觀的生活態(tài)度，做任何事情充沛的精力和執(zhí)著的態(tài)度，這都將對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有很大的幫助。至此在論文定稿之日，謹(jǐn)向恩師致以衷心的感謝，感謝導(dǎo)師在各方面的幫助，感謝導(dǎo)師的信任和支持。
在論文進(jìn)行的過程中，還得到了寢室同學(xué)以及各位同窗好友無私的幫助和熱情的鼓勵(lì)，在此一并表示衷心的感謝!
感謝長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院的各位老師在我四年的學(xué)習(xí)生活期間，對(duì)我思想、生活、學(xué)習(xí)上的指導(dǎo)和關(guān)心，使我不斷的成長。最后，特別感謝的是我的父母，他們是我這四年最主要的動(dòng)力，是他們時(shí)刻的關(guān)理解和支持才使我能夠順利完成學(xué)業(yè)！
參 考 文 獻(xiàn)
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