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甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的設(shè)計(jì) 蘇磊 1 吳明清 1 1 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘要 本文通過(guò)對(duì)殺秧機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)介紹了殺秧機(jī)的發(fā)展歷史 種類 工作原理及其主要參數(shù) 并詳細(xì)的 分析了殺秧機(jī)的構(gòu)成 以及殺秧機(jī)的日常維護(hù)和基本安全操作規(guī)程 并分析了殺秧機(jī)的日常檢修及其常見 故障分析 通過(guò)自身的實(shí)踐 更加的認(rèn)識(shí)到對(duì)殺秧機(jī)專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí) 提高操作技能 了解殺秧機(jī)的 內(nèi)部構(gòu)造 大概了解殺秧機(jī)的客觀運(yùn)用 敘述了利用傳統(tǒng)的方法 結(jié)合先進(jìn)的知識(shí) 科學(xué)的邏輯思維方法 來(lái)客觀的闡述分析殺秧機(jī)出現(xiàn)的一般事故以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì) 并對(duì)殺秧機(jī)的未來(lái)發(fā)展前景有著很好的憧 憬 關(guān)鍵詞 馬鈴薯 殺秧機(jī) 三維設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào) TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 0 引言 馬鈴薯是糧 菜 飼 加工兼用型農(nóng)作 物 其適應(yīng)性廣 豐產(chǎn)性好 營(yíng)養(yǎng)豐富 經(jīng) 濟(jì)效益高 已成為世界上繼水稻 小麥和玉 米之后的第四大糧食作物 根據(jù)世界聯(lián)合國(guó) 糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì) 全世界馬鈴薯種植面積達(dá)到 1833 萬(wàn)公頃 3 2958 億噸 我國(guó)馬鈴薯種 植面積為 475 26 公頃 馬鈴薯產(chǎn)量為 6905 97 萬(wàn)噸 占世界馬鈴薯種植面積的 27 2 亞洲種植面積的 56 3 是全世界馬 鈴薯種植面積最大的國(guó)家之一 近幾年來(lái) 國(guó)內(nèi)馬鈴薯種植面積也在穩(wěn)步增長(zhǎng) 隨著國(guó) 內(nèi)馬鈴薯種植面積逐年增加 農(nóng)村勞動(dòng)力短 缺 農(nóng)民對(duì)馬鈴薯種植 收獲機(jī)械的需求越 來(lái)越大 目前 國(guó)內(nèi)外研制的大部分馬鈴薯 收獲機(jī) 在收獲前不殺秧 在作業(yè)過(guò)程中 馬 鈴薯莖秧纏繞機(jī)器桿件 行進(jìn)阻力增大 容 易壅堵 導(dǎo)致機(jī)具動(dòng)力消耗增大 影響馬鈴 薯的挖掘 因此 馬鈴薯在收獲之前 須對(duì) 地表的莖秧進(jìn)行處理 然后再機(jī)械收獲馬鈴 薯 馬鈴薯莖秧可通過(guò)化學(xué)或人工的方法將 其除去 化學(xué)殺秧會(huì)污染環(huán)境和土壤 馬鈴 薯莖秧人工清除工作量大 效率低 影響馬 鈴薯機(jī)械收獲 馬鈴薯收獲前機(jī)械殺秧可使 馬鈴薯塊莖的表皮充分木栓化 與莖秧分離 更加容易 表皮老化可顯著減少收獲 運(yùn)輸 和貯藏中的損傷 還可提高馬鈴薯收獲效率 保證馬鈴薯機(jī)械收獲順利進(jìn)行 近幾年來(lái)我 國(guó)馬鈴薯機(jī)械化作業(yè)雖然有了較快的發(fā)展 但是 我國(guó)在中小型馬鈴薯種植和收獲機(jī)方 面的機(jī)具較多 而馬鈴薯殺秧機(jī)的機(jī)型較少 國(guó)外生產(chǎn)的馬鈴薯殺秧機(jī)各類產(chǎn)品 體積結(jié) 構(gòu)龐大 工作幅寬大 零配件供應(yīng)渠道不暢 通 在我國(guó)地區(qū)適應(yīng)性差 難以適應(yīng)我省馬 鈴薯種植大多分布在小地塊 山地和水平梯 田上的現(xiàn)狀 因此 為了減輕打秧勞動(dòng)強(qiáng)度 解決馬鈴薯挖掘過(guò)程中莖秧纏繞機(jī)器出現(xiàn)堵 塞的問(wèn)題 提高馬鈴薯收獲機(jī)后續(xù)挖掘的工 作效率 使馬鈴薯機(jī)械收獲順利進(jìn)行 研制 一種能有效打秧并適合我省實(shí)際情況的馬鈴 薯殺秧機(jī)具有重要意義 1 總體設(shè)計(jì)思路 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的主要功能是用旋 轉(zhuǎn)的甩刀把莖秧從馬鈴薯地表的根部砍斷切 碎 高速拋入罩殼 沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部 在出口處拋撒到田間 因此對(duì)它的設(shè)計(jì)要求 是 1 將全部莖秧打碎 避免漏打現(xiàn)象 2 殺秧的高度基本均勻 并能根據(jù)種植模 式進(jìn)行調(diào)節(jié) 適應(yīng)不同地表狀況 3 甩刀 能將倒伏的 壟溝的莖秧切割 并能將打碎 的莖稈均勻拋撒到田間 4 殺秧時(shí) 不帶 薯 不傷薯 5 在工作過(guò)程中能量消耗最 少 防止莖稈 雜草纏繞甩刀和刀軸 1 1 設(shè)計(jì)原理 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)與輪式拖拉機(jī)配套 拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸 將動(dòng)力輸入中間 齒輪箱 由傳動(dòng)軸傳送到主動(dòng)皮帶輪 主動(dòng) 皮帶輪通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳送到刀軸皮帶輪 刀軸皮帶輪帶動(dòng)刀軸高速旋轉(zhuǎn) 刀軸上鉸接 的甩刀 繞刀軸高速旋轉(zhuǎn) 同時(shí)隨機(jī)組前進(jìn) 前進(jìn)中 旋轉(zhuǎn)的甩刀把莖秧從根部砍斷切碎 被高速拋入罩殼 沿罩殼內(nèi)壁滑到尾部 在 出口處拋撒到田間 1 2 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 1 所示 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 殺秧裝置 輔助裝置三大部分組成 其整機(jī) 總裝圖如圖 1 所示 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由傳動(dòng)軸 齒輪箱和皮帶裝置組成 其作用是將拖拉機(jī) 的動(dòng)力傳給工作部件進(jìn)行打秧作業(yè) 殺秧裝 置由罩殼 刀軸和鉸接在刀軸上的甩刀組成 用于粉碎 拋撒馬鈴薯莖秧 輔助裝置包括 懸掛架和限深輪等 通過(guò)調(diào)整限深輪的高度 可調(diào)節(jié)甩刀的離地間隙即留茬高度 傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙軸式結(jié)構(gòu) 中間軸上安 裝有皮帶盤 后軸上裝有甩刀 根據(jù)田間實(shí) 際工作情況 動(dòng)力傳遞分兩級(jí) 一級(jí)傳動(dòng)為 齒輪箱輸入軸與輸出軸的傳動(dòng) 二級(jí)傳動(dòng)為 齒輪箱輸出軸與甩刀刀軸的傳動(dòng) 拖拉機(jī)動(dòng) 力傳動(dòng)路線為 1 齒輪箱輸入軸 2 齒輪箱 3 齒輪箱輸出軸 4 皮帶輪 皮帶 5 甩刀 軸 高速旋轉(zhuǎn)的甩刀強(qiáng)力沖擊馬鈴薯莖稈 在負(fù)壓的作用下將莖稈吸入機(jī)殼內(nèi) 經(jīng)過(guò)甩 刀的多次剪切 搓擦和撕裂將莖稈粉碎 并 在氣流和離心力的作用下 將其均勻的拋撒 在田間地面上 圖 1 甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖 1 齒輪箱輸入軸 2 齒輪箱 3 齒輪箱輸出軸 4 皮帶輪 5 刀軸 6 甩刀 7 機(jī)殼 2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 2 1 齒輪箱的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪箱在工作中承受的載荷 較大 為提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 箱體采用高強(qiáng)度 鑄鐵材料 齒輪箱主要由主軸 箱體 主軸 圓錐齒輪 滾動(dòng)軸承 從動(dòng)軸 從動(dòng)軸圓錐 齒輪幾部分組成 齒輪箱中變速機(jī)構(gòu)為一對(duì) 錐齒輪 主動(dòng)錐齒輪有 50 個(gè)齒 從動(dòng)錐齒 輪有 28 齒 故傳動(dòng)比 1 2 1 2850 0 56 該馬鈴薯殺秧機(jī)的齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊 能 夠有效利用拖拉機(jī)動(dòng)力資源 降低生產(chǎn)成本 齒輪箱輸入軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器與拖拉機(jī)后部 的動(dòng)力輸出軸相連 然后通過(guò)齒輪箱內(nèi)部的 一對(duì)錐齒輪變速換向后由動(dòng)力輸出軸輸出動(dòng) 力 再通過(guò)皮帶傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)甩刀工作 2 2 刀具部分的設(shè)計(jì) 甩刀是殺秧機(jī)的關(guān)鍵部件 且容易磨損 其形狀和尺寸不僅對(duì)刀軸的設(shè)計(jì)和甩刀排列 有較大影響 而且直接影響殺秧的效果 甩刀按形狀分類主要有直刀 L 型及其 改進(jìn)型刀 T 型刀 錘爪 Y 型刀等 其中 L 型及其改進(jìn)型刀切割莖秧是斜切 刀片與 莖秧成一定斜角 可減少切割阻力 降低功 耗 Y 型甩刀 雙面開刃 剪切力強(qiáng) 莖秧 粉碎率高 具有較強(qiáng)的耐磨和抗沖擊韌性 2 3 甩刀軸的設(shè)計(jì) 殺秧機(jī)刀軸一般為空心軸 需滿足以下 四個(gè)條件 1 強(qiáng)度條件 2 臨界轉(zhuǎn)速條件 3 扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)條件 4 制造工藝條件 按以上四個(gè)條件 根據(jù)已知參數(shù)為刀軸 管長(zhǎng) L 700mm 傳遞扭矩 Mn 1128Nm 危 險(xiǎn)截面彎矩 M 1354Nm 刀軸的最高轉(zhuǎn)速 1580r min 取臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù) 2 由此設(shè)計(jì) 該刀軸的截面尺寸 取刀軸最大外徑 d 80mm 2 4 行走輪的設(shè)計(jì) 殺秧機(jī)的行走輪由輪轂和輪胎組成 輪 轂根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求材料選取 45 號(hào)鋼 輪 胎在此要與輪轂配合 輪胎的大小尺寸應(yīng)與 殺秧機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連 輪胎的 外徑是 210mm 而其具體形狀是參照 現(xiàn)代 機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 中驅(qū)動(dòng)輪的形狀尺寸 外圈材料為橡膠 材料選擇依據(jù) 45 號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 用鋼 硬度不高易切削加工 模具中常用來(lái)做模 板 導(dǎo)柱等 但須熱處理 隨著現(xiàn)代工業(yè)的 飛速發(fā)展 儀器設(shè)備的功率越來(lái)越大 轉(zhuǎn)速 越來(lái)越快 振動(dòng)和噪聲的危害也越來(lái)越突出 輪式拖拉機(jī)通過(guò)車輪與路面接觸 支承整機(jī) 的重量 通過(guò)車輪與地面的附著力作用傳遞 驅(qū)動(dòng)力矩 制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)向力矩并轉(zhuǎn)換成相 應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力 制動(dòng)力和側(cè)向力 通過(guò)輪胎緩 和地面不平引起的沖擊和振動(dòng) 3 總結(jié) 通過(guò)檢索國(guó)內(nèi)外的大量文獻(xiàn)資料 了解 了國(guó)內(nèi)外馬鈴薯莖秧處理的研究進(jìn)展及研究 現(xiàn)狀 根據(jù)的馬鈴薯收獲過(guò)程中出現(xiàn)的馬鈴 薯莖秧纏繞機(jī)器桿件 莖秧和土塊裹在一起 造成壅堵的問(wèn)題 在薯類聯(lián)合收獲裝置的性 能特點(diǎn)等調(diào)查研究基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了一種甩刀 式馬鈴薯殺秧機(jī) 圍繞所研究?jī)?nèi)容開展了以 下工作 1 本文對(duì)甩刀式馬鈴薯殺秧機(jī)從理論上主 要對(duì)該機(jī)的結(jié)構(gòu)方案 原理和參數(shù)及主要部 件進(jìn)行設(shè)計(jì) 分析 確定了動(dòng)力連接方式及 動(dòng)力傳動(dòng)路線 傳動(dòng)比 通過(guò)建立殺秧機(jī)甩 刀模型 并對(duì)此模型進(jìn)行理論分析和計(jì)算 確定了主要設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)收獲的實(shí)際情況 研究并確定了馬鈴薯殺秧機(jī)主要參數(shù)及取值 2 對(duì)關(guān)鍵部件甩刀的形狀 數(shù)量 排列和 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論分析 確定其結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 并建立甩刀的三維模型 對(duì)其模型進(jìn)行分析 檢驗(yàn)了甩刀及軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性 3 對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵進(jìn)部分進(jìn)行建立模型分析 可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 在設(shè)計(jì)過(guò)程中可快 速 靈活地修改方案 便于得到最適合實(shí)際 情況的設(shè)計(jì)參數(shù) 能較準(zhǔn)確計(jì)算出不同振幅 和頻率條件下甩刀軸的受力 為減少甩刀式 馬鈴薯殺秧機(jī)的振動(dòng)提供了理論依據(jù) 為后 續(xù)的設(shè)計(jì)提供了參考 參考文獻(xiàn) 1 孫東升 劉合光 我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前 景展望 J 農(nóng)業(yè)展望 2009 3 25 28 2 王福義 馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展研究 J 農(nóng)業(yè)科技與 裝備 2010 12 84 85 3 謝從華 馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展 J 華中農(nóng)業(yè)大 學(xué)學(xué)報(bào) 社會(huì)科學(xué)版 2012 1 1 4 4 初旭宏 黃丙申 馬鈴薯收獲機(jī)械存在的主要問(wèn) 題及解決辦法 J 農(nóng)機(jī)使用與維修 2010 1 46 47 5 戴 飛 韓正晟 魏宏安等 中國(guó)馬鈴薯莖葉處 理現(xiàn)狀及相關(guān)機(jī)械化技術(shù)發(fā)展 J 湖北農(nóng)業(yè)科 學(xué) 2012 51 10 1975 1981 6 賈晶霞 李 洋 楊德秋等 國(guó)內(nèi)外馬鈴薯殺秧 機(jī)發(fā)展概況 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2011 7 78 80 7 賈晶霞 馬鈴薯收獲機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究 D 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2006 8 劉 楊 馬鈴薯收獲機(jī)械發(fā)展綜述 J 機(jī)械產(chǎn)品與 科技 2001 4 2 7 9 夏 陽(yáng) 張 華 4UJH 85 型秧莖切碎還田機(jī)試 驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2009 98 98 99 10 吳建民 高煥文 免耕播種機(jī)鋸片式防堵切刀 的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2001 32 1 38 41 11 何玉靜 楊星釗 孫衛(wèi)平等 甘薯秧莖切碎還 田機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2009 43 6 639 641 12 涂建平 徐雪紅 夏忠義等 棉稈粉碎還田機(jī) 刀具優(yōu)化排列的研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2003 2 102 104 13 張佳喜 王學(xué)農(nóng) 陳 發(fā)等 秸稈粉碎還田回收 機(jī)刀輥工作參數(shù)的研究 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2007 38 6 82 85