花生收割機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、1 緒論1.1 課題研究背景 1.1.1 課題綜述：花生是世界上廣泛栽培的主要油料作物，同時(shí)也是主要的創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品之一。在世界油料生產(chǎn)和國(guó)際貿(mào)易中僅次于大豆居于第二位。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，世界花生種植面積由20世紀(jì)60年代的0.16h增至20世紀(jì)70年代的0.19億h，并有上升趨勢(shì)。世界花生年總產(chǎn)量20世紀(jì)60年代為150億，20世紀(jì)70年代后期達(dá)180億，20世紀(jì)80年代中期增至190億，至1988年世界花生年總產(chǎn)量達(dá)到224.6億，創(chuàng)生產(chǎn)紀(jì)錄。我國(guó)作為花生的主要產(chǎn)地，2002年花生播種面積500萬(wàn)h，總產(chǎn)147.5億，單產(chǎn)393.4。近幾年，隨著花生種植面積、產(chǎn)量在不斷增加，花生生

2、產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展就顯得尤為重要。目前，國(guó)際經(jīng)濟(jì)趨于全球化，花生生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械化己成為提高生產(chǎn)效益，增加農(nóng)民收入的重要組成部分。花生生產(chǎn)無(wú)論對(duì)我國(guó)還是對(duì)世界的農(nóng)業(yè)均起著舉足輕重的作用。我國(guó)花生生產(chǎn)是一種勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。長(zhǎng)期以來(lái)，花生種植、收獲和加工等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本都是靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下，制約著花生生產(chǎn)，影響著農(nóng)民朋友的花生種植積極性，對(duì)花生收獲機(jī)的研制提出了更高的要求。目前，我國(guó)花生播種機(jī)械化技術(shù)已基本成熟。多種系列化的多功能花生播種覆膜機(jī)已在花生產(chǎn)區(qū)得到了大面積的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)花生播種種植的機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化。花生收獲方式大部分地區(qū)仍以人工收獲為主，部分地區(qū)用花生挖掘犁，少部分

3、地區(qū)采用花生收獲機(jī)，花生機(jī)械化的聯(lián)合收獲幾乎為零。廣大農(nóng)民朋友迫切要求實(shí)現(xiàn)花生收獲的機(jī)械化，以提高生產(chǎn)效益，增加收入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，花生的收獲期，正值“三秋”大忙之際，勞力緊張。實(shí)現(xiàn)花生收獲的機(jī)械化，可以提高勞動(dòng)效率，縮短花生的收獲日期，減少花生收獲損失，提高花生品質(zhì)。為此，實(shí)現(xiàn)花生收獲的機(jī)械化作業(yè)己成為當(dāng)前社會(huì)的迫切需求。1.1.2 花生的特性分析： 花生是一年生草本植物，其果仁含50的非干性油和35左右的蛋白質(zhì)?；ㄉ陀筒?、大豆并列為我國(guó)三大油料作物，在我國(guó)的南方各省和華北地區(qū)均有廣泛種植。花生的種植有壟作和平作兩種，行距為4050cm?；ㄉ植荚谝灾髑o為中心，半徑為20cm的范圍

4、內(nèi)。 花生植株的形態(tài)，可分為蔓生型、半蔓生型和直生型三類。蔓生型花生除主莖外，分枝均鋪在地面，行與行之間的花生莖葉不易分開，其生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，果實(shí)分散，單株產(chǎn)量較高，但收獲時(shí)易落果，主要種植于北方丘陵地區(qū)的瘠薄砂壤土上。直生型花生的主莖與分枝夾角約為30一40，植株生長(zhǎng)緊湊，果實(shí)集中，不易落果，且生長(zhǎng)期短，能密植，可獲得較高的單位面積產(chǎn)量。半蔓生型花生的形態(tài)介于上述兩類花生之間，其主莖與分枝的夾角為45。由于直生型和半蔓生型品種適于密植、生長(zhǎng)期短、出油率高，便于田間管理和收獲，故有逐步取代蔓生型花生的趨勢(shì)。1.1.3 花生的收獲工藝：花生的收獲過(guò)程主要包括;挖掘拔?。ㄓ袝r(shí)需割蔓）、分離、鋪條晾曬、

5、撿拾摘果、清選等項(xiàng)作業(yè)。收獲花生的方法有分別收獲法和聯(lián)合收獲法兩種。它們的工藝框圖如下圖1.1所示：圖1.1花生收獲的工藝框圖我國(guó)北方收獲花生時(shí)，氣候干燥，一般采用帶蔓收獲的分段收獲法。挖起的花生先分離泥土，再在田間鋪成條堆晾曬，然后運(yùn)回摘果。南方氣候潮濕，要求采用隨收隨摘果的聯(lián)合收獲法，一次完成上述各項(xiàng)作業(yè)。6。91.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外花生收獲機(jī)械的研究起步較早， 技術(shù)也比較先進(jìn)，多采用兩段收獲法。較有代表性的是美國(guó) Courtesy of Lilli ston Mfg. 公司生產(chǎn)的 LP-2 型花生收獲機(jī)，荷蘭 Michigan 公司生產(chǎn)的 PH-2 型花生收獲機(jī)及美國(guó) Kelley

6、Manufacturing 公司生產(chǎn)的 2，4，6，8 行系列花生挖掘機(jī)，這些機(jī)型都采用了用挖掘鏟與分離鏈相結(jié)合的工作原理。我國(guó)對(duì)花生收獲機(jī)的研制是從上世紀(jì)60年代開始的，在70年代末80年代初從美國(guó)引進(jìn)的花生挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上得以發(fā)展起來(lái)。從研制花生收獲機(jī)以來(lái)，我國(guó)已有多種類型的樣機(jī)和產(chǎn)品問(wèn)世，如東風(fēng)-69型、4HW-800型、4H-150型花生收獲機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)花生生產(chǎn)從傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)到機(jī)械化的部分轉(zhuǎn)變，在我國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展過(guò)程中起到了一定的積極作用。國(guó)內(nèi)外花生收獲機(jī)械的種類較多，也都得到了不同程度的應(yīng)用。但是就我國(guó)目前的狀況來(lái)看，由于種植農(nóng)藝的不同，我國(guó)大部分地區(qū)實(shí)行分段式收獲或聯(lián)合

7、收獲。對(duì)花生聯(lián)合收獲機(jī)的研究相對(duì)比較晚，技術(shù)還有待于完善，目前尚沒有成型的花生聯(lián)合收獲機(jī)能夠滿足生產(chǎn)要求?，F(xiàn)有的花生收獲機(jī)械普遍存在功能單一、技術(shù)性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠性差等問(wèn)題，而引進(jìn)的一些花生收獲機(jī)或?qū)σM(jìn)的產(chǎn)品經(jīng)消化吸收后制造出來(lái)的花生收獲機(jī)都有一定的缺陷，不能很好的適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段花生收獲的實(shí)際情況。1.3 幾種花生收獲機(jī)的性能比較1.3.1 允全牌43型散裝機(jī)/允全牌43型袋裝機(jī)1）主要參數(shù)：機(jī)體尺寸：全長(zhǎng) （mm）： 4300全寬(mm)： 2100全高(mm)： 2650機(jī)體重量 （Kg）： 2850引擎種類： 43型水冷4沖程立式4缸柴油引燃燒方式： 直接噴射啟動(dòng)方式： 電啟動(dòng)總排

8、氣量（cc）： 2000出力/回轉(zhuǎn)速度（PS/rpm）： 43/2800燃油箱容量（l）： 40行走部履帶（寬接地長(zhǎng)）(mm)：4001390履帶中心距離(mm)： 1000平均接地壓力(Kg/)： 0.2變速方式： HST(無(wú)級(jí)變速) 行走速度（m/秒）： 0.79-2.39傳動(dòng)方式 ： 以液壓傳動(dòng)為主采收效率（公頃/小時(shí)）： 0.20-0.25 出果方式： 散裝機(jī)儲(chǔ)果箱儲(chǔ)放果 / 袋裝機(jī)隨車接裝果2）主要特點(diǎn)表現(xiàn)： 能夠一次完成花生的挖掘、抖土、摘果、清選、集果等工序，自動(dòng)化水平較高；采用夾持輸送方式，對(duì)收獲環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，平作壟作，花生蔓高矮立伏皆可適用；采用履帶式行走利于農(nóng)田保護(hù)性耕作即

9、使在雨后沙質(zhì)土地塊，仍可順利進(jìn)行收獲；前置式收獲作業(yè)，操作簡(jiǎn)單，行走靈活；泥土分離裝置與摘果裝置，泥土分離效果好，摘果率高，破殼率低，夾雜率低，并極適合鮮株摘果；地盤、引擎等關(guān)鍵部件一般都從日本進(jìn)口，提高了整體性能，降低了故障率；并與當(dāng)?shù)厮臼崭顧C(jī)地盤、引擎通用互配，在花生收獲季節(jié)可拆下水稻機(jī)引擎裝配到花生收獲機(jī)上，既提高了配件的通用性又提高了機(jī)械利用率；作業(yè)效率高，較人工操作節(jié)省90%以上的人力。1.3.2 4HL2型收獲機(jī)1）主要參數(shù)配備動(dòng)力： 0.8814.8kW小四輪拖拉機(jī)適應(yīng)行距（cm）： 3545一次收獲行數(shù)： 2行果料收獲率（）： 95摘凈率（）： 98破碎率 （）： 2清潔度（

10、）： 95損失率（）： 3生產(chǎn)率為（hm2/h）： 0.150.22）主要特點(diǎn)表現(xiàn)：履帶行走裝置，無(wú)極變速（HST）液壓操控裝置，車體自動(dòng)水平裝置等；能夠一次完成花生的挖掘、抖土、除膜、摘果、清選、集果等工序，聯(lián)合作業(yè)，自動(dòng)化水平較高；采用夾持輸送方式，對(duì)收獲環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，花生蔓高矮立伏皆可適用。1.3.3 4HD-1型收獲機(jī)1）主要參數(shù)配套動(dòng)力（KW）： 1114.3 外型尺寸（長(zhǎng)寬高）（mm）： 340020002200 作業(yè)效率： 0.8-1.5畝/時(shí) 挖掘深度（mm）： 120150 摘果率： 98% 破碎率： 1% 夾雜率： 0.8% 整機(jī)質(zhì)量（kg）： 580 2）主要特點(diǎn)表現(xiàn)能一

11、次完成花生的挖掘、除土、摘果、清選、集果等項(xiàng)作業(yè)；適合壤土及沙土花生收獲具有生產(chǎn)效率高、作業(yè)損失少、轉(zhuǎn)移速度快、方便靈活；集挖掘、提升、清選、摘果、集果為一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)型；使用安全可靠、投資成本低等特點(diǎn)，是目前花生實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲的理想機(jī)具。3）主要結(jié)構(gòu)及工作原理 主要結(jié)構(gòu)。該機(jī)由機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、挖掘部分、碎土器、夾秧輸送系統(tǒng)、摘果器、震動(dòng)篩、橫向輸果器、提升器、集果箱等部件組成。 工作原理。該機(jī)通過(guò)機(jī)架與拖拉機(jī)后部連接，升降支架與拖拉機(jī)前部連接，挖掘部分與夾秧輸送系統(tǒng)等位于拖拉機(jī)的右側(cè)。機(jī)組進(jìn)入田間工作時(shí)，降下拖拉機(jī)液壓升降機(jī)構(gòu)，拖拉機(jī)的動(dòng)力通過(guò)側(cè)動(dòng)力輸出軸、離合器、萬(wàn)向聯(lián)結(jié)軸等部

12、件傳遞給該機(jī)的各部分，該機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組向前行駛時(shí)，挖掘鏟進(jìn)入地下把花生掘起，同時(shí)夾秧輸送系統(tǒng)上的一對(duì)齒型鏈條夾持花生秧，把花生連秧帶果向后輸送。經(jīng)過(guò)拍土裝置時(shí)對(duì)花生果上帶的土進(jìn)行拍打，除掉部分土。然后花生根部進(jìn)入摘果器，摘果器采用一對(duì)帶葉片的輥?zhàn)訉?duì)滾，把花生果從秧上摘下。此時(shí)花生秧由齒型鏈條向后傳送，通過(guò)甩秧鏈條整齊地鋪放到收獲過(guò)的地面上，花生果進(jìn)入震動(dòng)篩，通過(guò)震動(dòng)篩的震動(dòng)使花生果與雜質(zhì)進(jìn)行分離，花生果進(jìn)入橫向輸果器，經(jīng)鏈條的帶動(dòng)花生果進(jìn)入提升器的小碗中，然后提升到集果箱內(nèi)。 4）主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 傳動(dòng)系統(tǒng)由拖拉機(jī)側(cè)動(dòng)力輸出軸與變速箱聯(lián)結(jié)，通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)結(jié)軸傳到變速箱，再分別傳送到提升器、橫向

13、輸果器、夾秧輸送系統(tǒng)、拍打器、摘果器等部件。 升降系統(tǒng)利用拖拉機(jī)后懸掛液壓升降系統(tǒng)的升降臂，配置花籃螺栓、定滑輪、鋼絲繩等與前部升降支架上的拐臂連接，從而實(shí)現(xiàn)升降。 挖掘部分的挖掘鏟經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)合理設(shè)計(jì)了鏟頭刃口的形狀和鏟面的彎曲弧度，不堵秧不纏草，既能松土又不把花生翻起。挖掘鏟前部的外側(cè)有可調(diào)的限深輪，控制挖掘鏟入地的深度。限深輪前部有分秧器，利于對(duì)行。 夾秧輸送系統(tǒng)位于拖拉機(jī)的右側(cè)，該系統(tǒng)前部有V型扶秧器，經(jīng)挖掘鏟疏松過(guò)的花生棵由扶秧器進(jìn)入由一對(duì)齒型鏈條組成的夾秧器中。 摘果器由一對(duì)帶有葉片的輥?zhàn)咏M成，輥?zhàn)佑?0的無(wú)縫管制成，表面沿軸向焊有四條60mm高5mm厚的鋼板。當(dāng)花生棵的根部從兩輥?zhàn)?/p>

14、中間通過(guò)時(shí)，花生果被鋼板掃落。 震動(dòng)篩的篩葉上帶有弧型齒，篩葉之間的間隙可調(diào)，震動(dòng)篩的吊桿長(zhǎng)度可調(diào)，可以改變升角，篩子的長(zhǎng)度、寬度、振動(dòng)頻率、振幅等進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，獲得了理想的效果。 1.3.4 4HW-65D型收獲機(jī)1）主要參數(shù)配套動(dòng)力： 12-20匹四輪拖拉機(jī)作業(yè)寬度： 65cm；作業(yè)深度： 4-16cm；生產(chǎn)率： 3-4畝/小時(shí)；損失率： 3%；重量： 228；外型尺寸： 24540100cm。2）主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)解決了花生收獲不能機(jī)械化的難題，減輕了農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工效40多倍；它通過(guò)分秧、挖掘、破土、抖土、鋪放等工序一次性完成花生收獲；具有工效高、損失率小、性能穩(wěn)定、入土行程短、適應(yīng)

15、性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于不同地區(qū)各種土壤條件； 該機(jī)不僅能收獲花生，還能收獲馬鈴薯、大蒜、洋蔥、紅薯及地下塊莖中藥材等。1.3.5 4H140型花生收獲機(jī)1）主要參數(shù)挖掘深度： 80120毫米；挖掘幅度： 140厘米；工作效率： 47005340平方米；配套動(dòng)力: 36.5kw；2）主要特點(diǎn)表現(xiàn)工作時(shí)掘鏟鏟出花生，并由輸送鏈條向后輸送；輸送的同時(shí)把花生根部的泥土脫凈，最后把花生放置成行；操作簡(jiǎn)便，不掛秧、花生脫果少等優(yōu)點(diǎn)。1.4 課題研究的意義進(jìn)入21 世紀(jì)之后, 我國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段, 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化, 也對(duì)花生機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響, 不僅拉動(dòng)了新的有效需求

16、, 而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái), 為花生生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機(jī)械化的過(guò)程中, 相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械、開展作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施, 調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械的積極性, 形成了新的市場(chǎng)需求。并且我國(guó)各級(jí)政府正在加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化的法規(guī)建設(shè)步伐, 培育和完善農(nóng)機(jī)市場(chǎng), 保護(hù)農(nóng)機(jī)經(jīng)營(yíng)者的權(quán)益, 采取積極的政策措施,加快農(nóng)機(jī)服務(wù)產(chǎn)業(yè)化, 促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的健康發(fā)展。因此, 隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快, 花生生產(chǎn)機(jī)械市場(chǎng)也必將呈現(xiàn)旺盛的需求態(tài)勢(shì)。本課題要研究的花生機(jī)要求獨(dú)立行走，作業(yè)對(duì)象是針對(duì)小花生果，也就是要挖掘的花

17、生果是除蔓后散布在土壤中的。因此本課題以花生收獲機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)中國(guó)農(nóng)村分散經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)體制，適應(yīng)國(guó)內(nèi)的花生種植方式，重點(diǎn)研究花生收獲機(jī)總體及行走部件，探索新的工作方式和新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低功耗，減少成本，提高作業(yè)質(zhì)量為目標(biāo)。對(duì)花生收獲機(jī)的改進(jìn)研究，將為縮小我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的收獲機(jī)械化差距，加快花生生產(chǎn)機(jī)械化的推廣，推動(dòng)花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。1.5 課題研究的目標(biāo)和主要任務(wù)傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖動(dòng)鏈相組合的方式。這種裝置是20世紀(jì)70年代中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)和消化吸收后推廣應(yīng)用的，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、動(dòng)力消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便

18、于人工揀拾。本設(shè)計(jì)所研究的收獲裝置擬采用能夠獨(dú)立行走的全新結(jié)構(gòu)，以減少功耗、機(jī)體尺寸以及收獲損失；并對(duì)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進(jìn)行合理配置，確保動(dòng)力傳遞高效可靠，操縱調(diào)整簡(jiǎn)便。而本課題研究的主要任務(wù)是：1.查閱關(guān)于花生收獲機(jī)設(shè)計(jì)的資料，進(jìn)行可行性研究，確定設(shè)計(jì)方案。2.花生收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.繪制花生收獲機(jī)裝配圖以及部分零件圖。4.英文資料的翻譯1.6 小結(jié)通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上成型產(chǎn)品的比較以及小花生的果實(shí)地下比較分散，不易帶蔓收割的，充分考慮到小花生多為個(gè)體種植，雖然分布比較廣泛，但是多為個(gè)體農(nóng)戶獨(dú)立操作不宜采用大型的花生聯(lián)合收獲機(jī)械。因此該設(shè)計(jì)產(chǎn)品充分考慮到了花生分布的地形、土壤、等特征，在破果率、

19、碎果率、配套動(dòng)力等都能滿足相關(guān)指數(shù)。擬設(shè)計(jì)方案如圖1.1所示。圖1.2花生收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2 動(dòng)力的傳輸部件選擇2.1 傳動(dòng)類型選擇的依據(jù)選擇傳動(dòng)類型時(shí)應(yīng)綜合考慮以下一些條件：1）工作機(jī)的工作情況；2）動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速特性；3）對(duì)傳動(dòng)的尺寸、載重量、布置方面的要求；4）工作環(huán)境的考慮：如多灰塵、低溫、高溫、潮濕、腐蝕、易燃等惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，噪聲的限制等；5）經(jīng)濟(jì)性：工作壽命、傳動(dòng)效率、出世費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和調(diào)試費(fèi)用等；6）操作方法和控制方法；7）其他要求：如國(guó)家的技術(shù)政策（材料的選用、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化）、現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)條件（能源和制造能力）環(huán)境保護(hù)等。上述條件有時(shí)候時(shí)是相互矛盾的，因此可能不會(huì)

20、得到全部的滿足，所以應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合及條件，全面的分析考慮，抓住主要矛盾，給以合適的解決。2.2 傳動(dòng)類型的選擇原則當(dāng)動(dòng)力機(jī)的性能完全滿足工作機(jī)的工作情況要求時(shí)候，可以采用聯(lián)軸器聯(lián)接，當(dāng)動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)形式和輸出軸的幾何位置不適合的時(shí)候，必須采用傳動(dòng)裝置。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時(shí)時(shí)選擇傳動(dòng)裝置的時(shí)候要考慮的首要原則，因此，在審定之前，特別時(shí)大功率傳動(dòng)，必須對(duì)各種傳動(dòng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)做具體細(xì)致的、科學(xué)的綜合的分析和對(duì)比。1） 小功率傳動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)在滿足工作性能的要求下，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳動(dòng)裝置盡可能降低初始的費(fèi)用；2） 大功率傳動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該有限考慮傳動(dòng)的效率，節(jié)約能源降低運(yùn)轉(zhuǎn)和維修的費(fèi)用；3）

21、 當(dāng)工作機(jī)要求又速度的變化的時(shí)候，若能與動(dòng)力機(jī)的調(diào)速比相適應(yīng)，可以直接聯(lián)接或采用定傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置；當(dāng)工作機(jī)要求變速范圍大的時(shí)候，用動(dòng)力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)特性的要求的時(shí)候，則應(yīng)采用變傳動(dòng)比傳動(dòng)；出工作機(jī)需要需要連續(xù)變速外應(yīng)盡量采用有級(jí)調(diào)速；4） 當(dāng)載荷變化頻繁時(shí)，且可能出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，應(yīng)該考慮過(guò)載保護(hù)；5） 工作機(jī)要求與動(dòng)力機(jī)同步，應(yīng)采用無(wú)滑動(dòng)裝置的傳動(dòng)裝置；6） 傳動(dòng)裝置的選用必須與制造技術(shù)水平相適應(yīng)，應(yīng)盡可能采用專業(yè)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)元件。2.3 花生收獲機(jī)的功率的計(jì)算花生收獲機(jī)所需的總功率可分為三部分即： （式2.1）挖掘裝置及地輪行走所需的功率；分離裝置所需的功率；機(jī)械傳動(dòng)消耗的功

22、率。 可根據(jù)郭略契金院士的阻力理論公式進(jìn)行計(jì)算。 （式2.2）式中：平均牽引阻力（取7142N） 花生收獲機(jī)重量（取750千克） 綜合摩擦系數(shù)（=0.250.5） 土壟抵抗變形的性能系數(shù)（=0.21） 動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)（?。?機(jī)組前進(jìn)速度（0.28）；挖掘深（10）；挖掘幅度（160）。式中：為摩擦阻力，包括挖掘鏟和溝底、溝壁之間及輪軸之間的摩擦阻力，地輪對(duì)土壤的滾動(dòng)阻力及摩擦阻力；為土壟變形的阻力；為動(dòng)力變化阻力，土壤動(dòng)量發(fā)生變化時(shí)所產(chǎn)生的阻力。 （式2.3）式中：牽引阻力利用系數(shù)（0.80.9） （式2.4）式中：分離鏈上土壤的百分含量； 土壤的容重。 （式2.12）式中：機(jī)械傳動(dòng)功率?；ㄉ?/p>

23、獲機(jī)所需的總功率為： （式2.5）將本次設(shè)計(jì)中所采用的數(shù)據(jù)帶入公式的：根據(jù)所計(jì)算出的花生收獲機(jī)的大概功率，取安全系數(shù)0.8，得出所要使用的花生收獲機(jī)的配套動(dòng)力約為35KW。2.4 行走裝置的功率計(jì)算式中： （式2.6）G花生收獲機(jī)的總重量(f)Vm花生收獲機(jī)的作業(yè)速度（m/s）fg驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力系數(shù)，普通輪胎在較干的田地上為0.080.13，在濕地上為0.3左右。行走裝置的傳動(dòng)效率系數(shù)，大約0.850.9將本次設(shè)計(jì)中所采用的數(shù)據(jù)帶入公式的：根據(jù)所計(jì)算出的花生收獲機(jī)的行走裝置的大概功率，去安全系數(shù)0.8，得出驅(qū)動(dòng)行走裝置的配套動(dòng)力動(dòng)力約為5KW。2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類和選擇2.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的分

24、類車用內(nèi)燃機(jī)（internal combustion engine），根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要構(gòu)件的型式，可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動(dòng)方式分為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)（reciprocating engine）和旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)兩種。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在汽車上應(yīng)用最為廣泛,是本課研究的重點(diǎn)。汽車（automobile）發(fā)動(dòng)機(jī)（主要指車用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)）分類方法很多，按照不同的分類方法可以把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)分成不同的類型，下面是其分類情況。(1) 按照所用燃料分類內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油機(jī)（gasoline engine）和柴油機(jī)(diesel engine)(圖

25、2.1)。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為汽油機(jī)；使用柴油機(jī)為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為柴油機(jī)。汽油機(jī)與柴油機(jī)比較各有特點(diǎn)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造成本低；柴油機(jī)壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。圖2.1 汽油機(jī)和柴油機(jī)(2) 按照行程(stroke)分類內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)(operating cycle)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機(jī)(four - stroke cycle engine)和二行程內(nèi)燃機(jī)(two - stroke cycle engine) (圖2.2 )。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四行

26、程內(nèi)燃機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二行程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用四行程內(nèi)燃機(jī)。圖2.2 四行程和二行程內(nèi)燃機(jī)(3) 按照冷卻方式分類內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)(liquid - cooled engine)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)(air - cooled engine)(圖3.3)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液(coolant)作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片(fins)之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地

27、應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3.3 水冷和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)(4) 按照氣缸(cylinder)數(shù)目分類內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)(single - cylinder engine)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)(multi - cylinder engine )(圖4.4)。僅有一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。圖4.4 單缸和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)(5) 按照氣缸排列方式分類內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式(圖5.5)。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)(inline engine

28、)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角120滿足要求6) 確定帶的根數(shù)z由式3.4: z= （式3.4）式中:Ka-考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù),簡(jiǎn)稱包角系數(shù),查表3-5KL-考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù),簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度系數(shù)P0-單根V帶的基本額定功率P0-計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí),單根V帶額定功率的增量 代入數(shù)據(jù): Pca=1.43kw P0=1.44KW P0= 0.15KW KL=1.00 Ka=0.95z=經(jīng)計(jì)算的: z=0.94考慮到帶的受力，所以選擇: z=27) 確定帶的預(yù)緊力F0單根V帶的所需的預(yù)緊

29、力為:F0=用Fec=代入上式,則:F0= 500()+ （式3.5）式中: F0-單根V帶的所需的預(yù)緊力; Pca計(jì)算功率，單位KW; Ka-考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù),簡(jiǎn)稱包角系數(shù),查表3-5; z-帶的根數(shù); v-帶的速度;q-V帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量;代入數(shù)據(jù): Pca=1.43kw, Ka=0.95, z=2, v=4.3m/s, 經(jīng)計(jì)算得: F0=500=135.6 N 由于新的帶輪容易松弛,所以對(duì)非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng),安裝新的帶輪的時(shí)候,預(yù)緊力應(yīng)該為上述預(yù)緊力的1.5倍.8) 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力(簡(jiǎn)稱壓軸力)Fp 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承,保證軸和軸承的設(shè)計(jì)安全,必須確定帶傳動(dòng)作用在

30、軸上的力Fp 。不考慮帶的兩邊的拉力差,則壓軸力可以近似的按帶的兩邊的預(yù)緊力F0的合力來(lái)進(jìn)行計(jì)算.即 Fp= （式3.6）式中: z-帶的根數(shù);F0-單根V帶的所需的預(yù)緊力;1-主動(dòng)輪上的包角;代入數(shù)據(jù): z=2 1= 160 F0=135.6 N則, Fp=516.4N2. 傳動(dòng)軸2帶的設(shè)計(jì)和校核1) 計(jì)算功率Pca由公式：PCA=KAP；由于設(shè)計(jì)時(shí)花生收獲機(jī)的每天工作時(shí)間為10-15個(gè)小時(shí)，而且花生收獲機(jī)的載荷變動(dòng)微小，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，選取工作情況系數(shù)KA=1.3。由公式的：Pca=KaP=1.31.1=1.43KW2) 選擇帶型由計(jì)算功率Pca=1.43KW和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1由圖3.1選定

31、帶型由查表的選擇SPZ型。3) 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2。(1)初選帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1 根據(jù)V帶的截型，參考表3.1選取dd1ddmin.為了提高V帶的壽命。宜選取較大的直徑。由表3-3的，選取直徑 dd1=40mm。(2)驗(yàn)算帶的速度根據(jù)式：v1=計(jì)算帶的速度，并應(yīng)該使vvmax。對(duì)于普通V帶vmax=20-30m/s;對(duì)于窄V帶，vmax=35-40m/s。如果vvmax，則離心力過(guò)大，即應(yīng)減小dd1；如果v過(guò)小，則表示所選的dd1過(guò)小，這將使所需的有效拉力Fe過(guò)大，即所需的帶的根數(shù)z過(guò)多，于是帶輪的寬度、軸徑等的尺寸都要隨之增大。一般v20m/s。帶入數(shù)據(jù)得：V1=3.8m/s

32、由于V1=3.8m/s20m/s，所以帶的速度符合要求。4) 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld由于沒有給出中心距，可以根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定中心距a0,取0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2）由于 i=3 所以dd2=230mm；則：224 mma0640mm 選a0=500mm，根據(jù)帶的傳動(dòng)的幾何關(guān)系按下式計(jì)算所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld:Ld2a0+（dd1dd2）+帶入數(shù)據(jù)的: Ld=2300+=1000+502+12=1514mm由表3.2得: Ld=1600mm由于V帶的傳動(dòng)的 中心距一般上可以調(diào)整的,故可以采用下式作近似計(jì)算,即:aa0+帶入數(shù)據(jù)得：a=300+則, a=300+42=3

33、42mm考慮到安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力的需要,中心距的變動(dòng)范圍為:amin=a-0.015Ld amax=a+0.03Ld帶入數(shù)據(jù)得: amin=342-24=318mm amax=342+48=390mm在設(shè)計(jì)時(shí),考慮的整數(shù)的簡(jiǎn)易,故取中心距a0=320mm.5) 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角1根據(jù)式:1=180-(dp1-dp2)=180-(dp1-dp2)2=180+(dp1-dp2) =180+(dp1-dp2)以及對(duì)包角的要求,應(yīng)該保證1=180-帶入設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)得：1=180-=180-18=160120滿足要求6) 確定帶的根數(shù)z由式: z=代入數(shù)據(jù): Pca=1.43kw P0=1.44KW

34、P0= 0.15 KL=1.00 Ka=0.95z=經(jīng)計(jì)算的: z=0.94同樣考慮帶的受力，取: z=27) 確定帶的預(yù)緊力F0 單根V帶的所需的預(yù)緊力為: F0=用Fec=代入上式,則:F0= 300()+式中: F0-單根V帶的所需的預(yù)緊力; Pca計(jì)算功率，單位KW; Ka-考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù),簡(jiǎn)稱包角系數(shù),查表3-5; z-帶的根數(shù); v-帶的速度;q-V帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量;代入數(shù)據(jù):Pca=1.43kw, Ka=0.95, z=2, v=3.8m/s,經(jīng)計(jì)算得:F0=300=142.5N 由于新的帶輪容易松弛,所以對(duì)非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng),安裝新的帶輪的時(shí)候,預(yù)緊力應(yīng)該為上述預(yù)緊力的

35、1.5倍.8) 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力(簡(jiǎn)稱壓軸力)Fp 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承,保證軸和軸承的設(shè)計(jì)安全,必須確定帶傳動(dòng)作用在軸上的力Fp .不考慮帶的兩邊的拉力差,則壓軸力可以近似的按帶的兩邊的預(yù)緊力F0的合力來(lái)進(jìn)行計(jì)算.即 Fp=式中:z-帶的根數(shù);F0-單根V帶的所需的預(yù)緊力;1-主動(dòng)輪上的包角;代入數(shù)據(jù): z=2 1= 160 F0=142.5 N則, Fp=570N3. V帶輪的設(shè)計(jì)1) V帶輪設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)該滿足的要求有:(1) 質(zhì)量小,結(jié)構(gòu)工藝性要好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力;(2) 質(zhì)量分布均勻,轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡;(3) 輪槽工作面要精細(xì)加工,以減小帶的磨損;(4

36、) 各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度,以使載荷分布較為均勻;2) V帶輪的選材帶輪的材料主要采用鑄鐵,常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200;轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成);小功率時(shí)可以用鑄鋁或塑料,在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到材料的價(jià)格、可比行等因素,在花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì)中,V帶輪的設(shè)計(jì)材料選用的是球墨鑄鐵,型號(hào)為HT200.3) 結(jié)構(gòu)尺寸鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式:實(shí)心式;腹板式;孔板式;橢圓輪輻式.帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2.5d(d為軸的直徑)時(shí),可以采用實(shí)心式; dd300mm時(shí),可以采用腹板式; dd300mm時(shí),可以采用輪輻式.由上述可知,在電機(jī)軸上的V帶輪采用實(shí)心式

37、;在傳動(dòng)軸和空心桶軸上的V帶輪采用腹板式.其尺寸設(shè)計(jì)如下:由于選擇的帶型為SPZ型窄V帶，所以有如下基本尺寸： 基準(zhǔn)寬度：bd=8.5mm 基準(zhǔn)線上槽寬:hamin=2.0mm 基準(zhǔn)線下槽寬：hfmin=9.0mm 槽間距：e=12mm 第一槽對(duì)稱面至端面的距離：f=8mm(1) 傳動(dòng)軸1上的V帶輪1的尺寸:帶輪寬度:B=(z-1)e+2f=12+16=28mm;帶輪的總寬度:L=B B1.5d時(shí)帶輪外徑:da=dd+2ha=207mm結(jié)構(gòu)圖見3.2： 圖3.2 V帶輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(2) 傳動(dòng)軸1上的V帶輪2的尺寸: 帶輪寬度:B=(z-1)e+2f=12+16=28mm; 帶輪外徑:da=dd

38、+2ha=230+4=234mm;結(jié)構(gòu)圖見3.3： 圖3.3 V帶輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(3) 傳動(dòng)軸1上的V帶輪3的尺寸: 帶輪寬度:B=(z-1)e+2f=28; 帶輪外徑:da=dd+2ha=134mm 結(jié)構(gòu)圖見3.4： 圖3.4 V帶輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.2 軸的設(shè)計(jì)和校核1 傳動(dòng)軸上1的軸的設(shè)計(jì)和校核1)求軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n2、和轉(zhuǎn)矩T若取帶輪的每級(jí)傳動(dòng)效率(包括軸承的效率在內(nèi))=0.97,則 P1=P=1.10.97=1.067KW n2=n1/i=910/3=303.3r/min T=9550000 P1/ n2=33600N.mm2) 初步確定軸的最小直徑先按式:d A0初步估算軸的最小直

39、徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3,取A0=112,于是得: dmin= A0=1120.15=21.24mm （式3.7） 軸的最小直徑顯然是安裝V帶輪處的直徑.考慮到設(shè)計(jì)的安全性和耐久性,參考其收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的尺寸,此次轉(zhuǎn)動(dòng)軸的最小結(jié)構(gòu)尺寸選擇為dmin=40mm。 設(shè)計(jì)完傳動(dòng)軸帶輪處的結(jié)構(gòu)尺寸,現(xiàn)在考慮和軸承相連接的軸的設(shè)計(jì),由于軸的直徑d=45mm,則軸承的內(nèi)徑也應(yīng)為d=4504mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),找出相應(yīng)的軸承,選擇滾動(dòng)軸承(GB/T 276-94),代號(hào)為6009。另外一處是d=45mm,所以軸承內(nèi)徑也為d=45mm的軸承，選擇代號(hào)為6009?，F(xiàn)在根據(jù)

40、軸承的安裝尺寸進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)。滾動(dòng)軸承的軸肩一般為4mm。考慮到選擇零件的簡(jiǎn)易性,軸承處軸肩的厚度為5mm。3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 擬訂軸上零件的裝配方案由于前面已經(jīng)對(duì)軸的裝配方案進(jìn)行了分析,故設(shè)計(jì)的軸的外形如圖3.5： 圖3.5 傳動(dòng)軸1的外型圖 (2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段的直徑和長(zhǎng)度 為了滿足帶輪的軸向定位的要求,左側(cè)2軸段右端需制出一軸肩,故取3段的直徑d=50mm。左端用螺母定位。 初步選擇滾動(dòng)軸承。軸承受的徑向力較大,而軸向力較小,和徑向力相比較,軸向力可以忽略。參照工作要求并根據(jù)d=50mm、d=40mm,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的滾動(dòng)軸承600

41、9,其尺寸為dDT=45mm75mm16mm。 (3) 軸上零件的周向定位 帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)結(jié)。根據(jù)直徑由手冊(cè)查的平鍵截面bh=12mm8mm (GB 1095-79),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為110mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見GB 1095-79），同時(shí)為了保證帶輪與軸有良好的配合，故選擇帶輪內(nèi)徑和軸的配合為H7/k6。 (4) 確定軸上圓角和到角尺寸參考表3.3 ，取軸端的倒角為1.545 表3.3 零件到角C與圓角半徑R的推薦值 mm直徑d6-1010-1818-3030-5050-8080-120120-180C或R0.50.60.81.01.21.62.02.53.04) 求軸上的載荷由軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，由于采用的是滾動(dòng)軸承，所以支撐點(diǎn)在他的中間。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨度L=104.5mm。從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩和扭矩圖可以看出左邊滾動(dòng)軸承的截面是軸的危險(xiǎn)截面。以下是各個(gè)截面的彎矩與扭矩值：F2=629N M2=37111NF3=10N M3=1710NT=33600Nmm5) 按彎扭合