小麥割曬機的設計【全套含CAD圖紙+三維SolidWorks+說明書文檔+答辯PPT】

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[2]景曉村主編.當代中國的農業(yè)機械工業(yè)[J].北京:中國社會科學出版社，1988.[3]農牧漁業(yè)部農業(yè)機械化管理司，北京農業(yè)工程大學[J].中國農業(yè)機械化重要文獻資料.北京農業(yè)大學出版社，1988,12:27+30. [4]胡偉.我國聯合收割機技術與市場發(fā)展分析[J].農村機械化，1998,(2):38-39. [5]楊家軍主編.機械創(chuàng)新設計技術[J].北京:科學出版社，2008. [6]韓正最，栗震霄，魏宏安等.齒形鏈式切割器的研究實驗[J].農業(yè)工程學報,1998 14(2):86-89. [7]日本農機學會.農業(yè)機械手冊[D].北京:機械工業(yè)出版社，1991. [8](俄)卡那沃依斯基編，吳春江譯[J].收獲機械.北京:中國農業(yè)機械出版社，1983. [9]沈鴻.機械工程手冊(七)[M].北京:機械工業(yè)出版社，1982. [10](日)江崎春雄，姜領雄譯.割捆機和聯合收割機[M].北京:機械工業(yè)出版社，1980. [11]魏道德.工程力學[J].北京:機械工業(yè)出版社，2002,10:53-54+68. [12]張民安.圓柱齒輪精度[J].北京:中國標準出版社，1995,03:210-211. [13]淮良貴等主編.機械設計[M].第八版.北京:高等教育出版社，2009. Design of the Wheat Harvesting Dryer Li Guowei （College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China） Abstract: Wheat is a widely cultivated edible crops around the world, it is the birthplace of the Middle East. Because the wheat is one of the world total production second only to the corn and more than rice crops, so the problem of wheat harvest is facing one of the more important issue all over the world. Entering the 21st century, with the few development of science and technology, large-scale harvester has been in the plains of the world and is widely used on large areas of land. But, our country most of planting wheat in addition to plain or large pieces of land, and on the plateau and mountain, and some wheat planting area of smaller areas, they are unable to apply large harvester, in order to solve these problems, we studied the existing harvester, design a small tractor driver harvester. The cutter can be used in mountain, small plots of land and irregular plot planting areas. Based on the design of small harvester, on the basis of reference to many of the combine harvester, in line with the simple structure, low requirements for the work environment as the goal of also follow the principle of reliability, the design as much as possible, improve production efficiency, suitable for a variety of conditions, but also environmental protection and resource conservation drive type harvester. Key words:Wheat;Wind rower;Design 學 院：機械電氣化工程學院專 業(yè)：農業(yè)機械化及其自動化姓 名：指導教師：小麥割曬機的設計小麥割曬機的設計1.1.課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義2.2.國內外現狀的分析國內外現狀的分析3.3.設計產品的介紹設計產品的介紹4.4.小麥割曬機的總體結構及小麥割曬機的總體結構及主要零部主要零部 的設計的設計 5.5.工作原理工作原理6.6.優(yōu)化與改進優(yōu)化與改進目錄目錄 小麥收割是農業(yè)生產的重要環(huán)節(jié)，必須及時進行，以保證豐產豐收。小麥一般要求在5-8天的黃熟期或完熟初期內收獲完畢。收獲過早，籽粒不滿，影響產量；過遲，易造成脫離損失。小麥收獲時期又正值雨季。若不及時收割，會造成植株倒伏、穗上發(fā)芽和種子霉爛等損失。小麥割曬機成本小、對作業(yè)環(huán)境要求底，特別適合我國現在的土地狀況。1.1.課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義 （1 1）國外現狀的分析國外現狀的分析 世界上種植小麥的國家除中國外還主要有，美國、加拿大、澳大利亞、阿根廷等國家。這些國家耕地面積大、人口少、而從事農業(yè)生產勞動人口更少。因此，國外的農業(yè)主要以大型農場為主，并且機械化程度高且先進。因此，現在小麥割曬機在國外很少使用。（2 2）國內現狀的分析）國內現狀的分析 我國的土地使用狀況是，土地面積小且不集中。對小塊土地及部分山地、高原等地區(qū)，非常適用于小麥割曬機。2.2.國內外現狀的分析國內外現狀的分析計設計3.3.設計產品的介紹設計產品的介紹（1）本產的的設計主要針對小塊兒土地而設計。（2）產品的設計是懸掛式機械，通過拖拉機的發(fā)動 機來源使動力通過傳動軸傳送給切割器和撥禾輪裝置。（3）該產品體積較小，安裝和拆卸方便。（1 1）三維總裝圖三維總裝圖：4.4.小麥割曬機的總體結構及主要零部件小麥割曬機的總體結構及主要零部件 1.齒輪箱 2.三角帶輪 3.聯軸器 4.軸承端蓋 5.軸 6.撥禾輪 7.皮帶輪 8.輸送帶 9.滾動軸承 10.支撐柱 11.基座 12.曲柄13.連桿 14.與機架相連的柱 15.柱 16.割刀 17.撥禾輪 18.分禾器 19.割刀擋板 20.分禾器 21.機架 22.軸（2 2）主要零部件）主要零部件切割裝置的設計切割裝置的設計傳動裝置的設計傳動裝置的設計5.5.工作原理：工作原理：6.優(yōu)化與改進優(yōu)化與改進（1）考慮到田間道路、配套動力選用和田間種植規(guī)模，設計割臺的幅寬為1.5m。（2）考慮到小麥植株成熟后麥穗下垂、重心高、易倒伏。割曬作業(yè)時，谷 桿割斷后受谷穗重力作用，倒向很難控制。因此，要加高扶禾器的高度，以便使割倒的麥稈被整齊的排除。（3）考慮到小麥收獲時成熟度不一致、田間雜草較大，大多數地區(qū)小麥收獲時莖稈含水量很高，割曬機作業(yè)時，可能發(fā)生堵塞和纏繞撥禾輪傳送帶的現象。因此，在割曬機的出口段，設計加裝了防纏繞裝置，將 小麥莖稈和傳送帶強行分離開，避免發(fā)生纏繞。 畢業(yè)論文（設計）任務書 學院 機械電氣化工程學院 班級 學生姓名 學號 課題名稱 小麥割曬機的設計 起止時間 2015年11月 01 日—— 2016 年05 月 29日（共 14 周） 指導教師 職稱 講師 課題內容 是一種特殊型式和用途的收割機。割倒小麥禾稈，將其攤鋪在留茬上，成為穗尾搭接的禾條，以便于晾曬的谷物收獲機械。晾曬后的禾條由帶撿拾器的谷物聯合收割機撿拾收獲，進而最終實現整個收獲過程的裝置。 擬定工作進度（以周為單位） 第1～2周 查閱相關文獻，撰寫開題報告。 第3～4周 根據國內外現有的谷物收獲機械，確定小麥割曬機的總體設計方案，繪制總體結構簡圖。 第5～6周 根據工作要求，計算并查閱相關手冊，選擇和設計各零部件。 第7～9周 運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 第10～11周 運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。 第12周 從工藝性能，經濟性能，實用性能等方面對產品進行綜合評價、校核、修正。 第13周 完成設計說明書。 第14周 整理材料，準備答辯。 主要參考文獻: [1] 於海明 李石 吳威 葉長文 康睿 陳彩蓉.??麥粒質量近紅外光譜預測模型的波長選擇方法[J]. 農業(yè)機械學報. 2015(11) [2] 施印炎,陳滿,汪小旵,孫國祥,狄嬌,於海明.??小麥精準追肥機執(zhí)行機構的設計與試驗[J]. 華南農業(yè)大學學報. 2015(06) [3] 黃玉萍,陳桂云,夏建春,於海明.??檢測技術現狀與發(fā)展趨勢分析[J]. 農業(yè)機械學報. 2015(01) [4] 陸靜霞,於海明,陳士進,凌威龍,丁為民.??基于植物電信號的環(huán)境因子預測模型[J]. 農業(yè)機械學報. 2013(11) [5] 陳坤杰,吳貴茹,於海明,劉德營.??基于分形維和圖像特征的牛肉大理石花紋等級判定模型[J]. 農業(yè)機械學報. 2012(05) [6] 陳青春,劉勇輝,於海明,何瑞銀.??一種新型大蒜栽植機蒜種輸送機構的設計[J]. 江蘇農業(yè)科學. 2012(04) [7] 於海明.??彌霧機的工作原理及使用中的注意事項[J]. 江蘇農機化. 2012(06) [8] 陸靜霞,丁為民,於海明,凌威龍.??基于模糊最優(yōu)小波包的植物脅迫因子識別[J]. 農業(yè)機械學報. 2012(12) [9] 何岳平,陳青春,何瑞銀,於海明.??大蒜栽植機栽植系統優(yōu)化設計與運動分析[J]. 農業(yè)機械學報. 2011(02) [10] 於海明.??聯合收獲機收獲方法與作業(yè)質量標準評析[J]. 江蘇農機化. 2011(06) [11] 趙桂龍,於海明.??半喂入聯合收割機的結構、使用與維修(連載)[J]. 江蘇農機化. 2000(04) [12] 王國勇.??聯合收割機幾種常見故障的原因及其排除方法[J]. 現代農業(yè)科技. 2006(09) [13] 唐黎標.??如何延長聯合收割機的使用壽命[J]. 農業(yè)機械. 2010(07) 任務下達人（簽字） 同意按此計劃進行設計 年 月 日 任務接受人意見 任務接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。 2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。 屆畢業(yè)設計 小麥割曬機的設計 學生姓名 學 號 所屬學院 專 業(yè) 班 級 指導老師 日 期 機械電氣化工程學院制 前 言 小麥是一種在全世界各地被廣泛種植的食用作物，它的發(fā)源地是中東地區(qū)。因為小麥是世界上生產總量僅次于玉米且高于稻米排名第二的糧食作物，所以小麥收割的問題是全世界面臨的一個較為重大的課題。進入21世紀，隨著科技的不多發(fā)展，大型的收割機已在世界各國的平原和大片的土地上廣泛使用。但是，我國大部分種植的小麥除了在平原或大塊的土地上，還有在高原或山地上，以及一些小麥種植面積較小的地區(qū)，它們都無法應用大型的收割機，為解決這些問題，我們對現有的收割機進行了研究，設計出小型拖拉機驅動的收割機。該收割機可以應用在山地、小塊土地和不規(guī)整地塊種植地區(qū)。 本文在對該設計的小型收割機的基礎上、借鑒許多聯合收割機，本著結構簡單、對工作環(huán)境要求低等為目標的同時還要遵循可靠性的原則，設計出盡可能提高生產效率、適合于多種環(huán)境下工作、而且具有環(huán)保和節(jié)約資源的驅動式收割機。 收割機設計方案設計農業(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、收割方式與加工成本，確定最合理的方案。然后對割麥機的整體結構與關鍵組成機構做了具體設計與理論研究，設計內容主要包括：機架、割臺、分禾器、撥禾輪、曲柄連桿機構等部分。并且對收割機的重要部件如軸承、齒輪等進行了設計計算和理論校核，使所選機構為最優(yōu)，以保證機構的可靠性，裝配后的收割機最優(yōu)。 關鍵詞：小麥；割曬機；設計 目 錄 1緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國內外小麥割曬機發(fā)展狀況 1 1.3小麥割曬機存在的問題 4 1.4研究的內容和方法 4 1.5預期目標 5 1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 5 1.7工作條件及解決方法 5 2小麥割曬機總體設計 5 2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 5 2.2小麥割曬機機的結構 6 3收割機的基本參數的確定及相關設計 7 3.1作業(yè)速度 7 3.2割幅 7 3.3喂入量 8 3.4割刀速度和機器前進速度的關系 8 3.5小麥收割機下刀的直徑，拔麥尺寸和收縮比 9 3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙收割機的軸距 10 3.7割刀切割數據計算 10 4切割系統的設計 12 4.1收割機的上、下刀設計 12 4.2切割器的確定 13 5其他結構的確定 14 5.1軸、軸承、鍵的設計計算及校核 14 5.2小麥割曬機輸送系統的設計 19 5.3總體結構尺寸 19 5.4外形結構尺寸確定和中心估算 20 總 結 21 致 謝 22 參考文獻 23 1緒論 1.1課題研究的意義 小麥是世界的主要糧食作物之一，是我國大多數地區(qū)的主要主食，我國2014年小麥播種面積為3.69億畝，全國小麥產量高達1.26億噸左右，比2013年增長3%左右。到目前為止，全國小麥收獲的機械化水平已遠超70%，尤其是南方平原地區(qū)，其機械化已達到了世界先進化水平。但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素，導致我國小麥收割機的研發(fā)相比較與國外有著明顯的差距。近半個世紀以來，我國不斷地通過研究國外收割機的的先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來，并且某些方面已接近或達到世界先進水平。一般，對種植在平原或大塊的土地上的小麥，使用大型的收割機。但，對種植于山地上的和較為分散的小塊土地上的小麥不適合用大型的收割機，所以在區(qū)域進行勞作的農民只能運用最原始的方法進行作業(yè)——使用鐮刀進行人力收割。該方法勞動量非常大，工作效率非常低。 小麥收割是農業(yè)生產的重要環(huán)節(jié)，必須及時進行，以保證豐產豐收。如小麥一般要求在5-8天的黃熟期或完熟初期內收獲完畢。收獲過早，籽粒不滿，影響產量；過遲，易造成脫離損失。小麥收獲時期又正值雨季。若不及時收割，會造成植株倒伏、穗上發(fā)芽和種子霉爛等損失。俗語說“麥熟一晌，龍口奪糧”、“八成熟，十成收”、“十成收，兩成丟”，說明小麥及時收獲的重要性。因此，實現具有生產效率高、谷物損失少、高效優(yōu)質特點機械收割，對確保糧食豐產豐收起著重大作用。其中，小麥割曬機成本低、割收后小麥的浪費率低、特別適合我國現在的土地狀況。為使了更好的了解我國的農業(yè)生產現狀和盡出自己的貢獻，自己將會對傳統小麥割曬機制作、設計及優(yōu)化等。 1.2國內外小麥割曬機發(fā)展狀況 1.2.1國外小麥割曬機發(fā)展現狀 國外農業(yè)發(fā)展主要以大型農業(yè)生產模式為主，而具有高生產率和良好穩(wěn)定性的聯合收割機則具有廣闊的市場。為了適應能夠趕上這一變化潮流，近些年，國外聯合收割機研發(fā)生產在不斷地改進與進步，如增大分離系統結構尺寸、裝用大功率發(fā)電機、采用電子和信息技術系統等。聯合收割機的發(fā)展方向體現出的特點為:寬割幅、大喂入量;通用型、組合型收割;人機舒適性、操作簡易性并且更加的智能化和數控化。 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。其中全喂入脫粒收割機大多應用在歐美等地區(qū)，由于該機型具有體積大和高生產率等特點，因此可以在小麥生產量較大的地區(qū)應用;而日本則以中小型機為主，其特點是半喂入，體積較小，其工作效率比歐美等地區(qū)的收割機的工作效率要低。大型收割機，喂入量一般為5-6公斤/秒，高者達10-20公斤/秒，裝有功率為130-160馬力的發(fā)動機，甚至還配有功率達250左右馬力的發(fā)動機，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。斯佩里一新荷蘭(Sperry-New Holland)公司研制成一種采用傳統脫粒裝置，加分離輪和軸流式分離裝置的聯合收割機TF42型和TF44型。 圖1-1國外最新小麥聯合收割機 1.2.2國內小麥割曬機發(fā)展現狀 在二十世紀五十年代我國開始研制鋪放式收割機，經過不斷地研究外國收割機的基礎上才逐漸發(fā)展起來并形成規(guī)模[2]。1960年，我國開始應用國外的畜力搖臂收割機，這種收割機產自荷蘭、捷克等一些西方國家，然后我們在對國外的這些收割機進行研究與分析，逐漸設計了許多適應我國收割特點的蓄力收割機，其中太谷號和霍邱號是其中的佼佼者。但由于其設計的結構有缺陷，可靠性系數低，后期保養(yǎng)不健全和受畜力條件的限制等多方面的原因，未能夠實現普遍的應用。而在此時，中國農業(yè)機械化科學研究院和吉林省東風機械裝備有限公司自行研究與開發(fā)了許多前懸掛式和后牽引式的收割機，它們是由大中型拖拉機為動力，其割幅大約是在2.0 -4.9m之間，GS-4.6型、4SX-3.8型等是其主要代表。但是它們存在著較大的限制，它們的鋪放方式還存在著一定的問題，那就是只能應用于聯合收割機分段收獲階段當中的揀拾階段，而不能應用于分堆打捆。為了達到分堆打捆的作業(yè)目的，二十世紀五十年代后期全國各地開始致力于研發(fā)新機型致力于解決上訴問題，其中具有代表性是臥式割臺雙帆布轉向條放式和上海一108型立式割臺式收割機。但由于多方面的原因(結構的不合理、后期的維護等)一直得不到普遍的應用。一直到1970年，我國小麥收割機的研制與開發(fā)才日益走向成熟。我國再對日本立式割臺收割機進行了分析與研究，摒棄其缺點，然后增加了一個構件一一星輪扶禾器，并且被切割割下來的作物鋪放垂直于與機器前進方向，這樣做的目的是為了更好地人工打捆。北京一18-5型以及130(140)型、160型等鋪方式聯合收割機是其中較具有代表性地。二十世紀八十年代以后，由中國農業(yè)機械化科學研究院聯合全國許多省份的農機研究部門以及十多個廠家對該類收割機重新進行了改進設計并對其結構加以完善，進而再原機的基礎上設計出一款新型的收割機，并且確定了其定型的依據是靠其配套的動力裝置(手扶和小四輪拖拉機)而決定的。至此在全國掀起了大規(guī)模的推廣小型鋪放式收割機的熱潮，其中在二十世紀八十年代末和九十年代初這一期間得到了較快的進步。 在國外收割機器和技術的基礎上我國研發(fā)了谷物聯合收割機，它的逐步發(fā)展是通過消化、吸收、仿制國外的收割機。到目前為止，己經形成了以大、中、小型并重，自走式、牽引式以及拖拉機懸掛式共存，自主研發(fā)式機占主導的局面，而且己有不少產品出口國外，走向世界。 我國最開始投入生產的聯合收割機是牽引式，其第一代產品是由北京農機廠研發(fā)的，該產品命名為GT-4.9。它是在原蘇聯C-6型樣機的基礎上進行研制的，于1956年開始投入生產。該機是在以東方紅54/75等大型拖拉機的牽引下進行收割的，其割幅是4.9m，并且配有功率為29.4kW的發(fā)動機，其喂入量大約是，其上配有釘齒式脫粒滾筒、輸送帶平臺式割臺、回轉帶式分離裝置、兩級風扇篩子式清選裝置、糧箱卸糧以及可以攜帶的草車。隨后開封聯合收割機廠便開始大規(guī)模的投入生產，并且對許多地方進行了重新設計和改進創(chuàng)新，改進后其各項指標均得到了大幅度的提高，其市場占有率也是很高的。該機不僅僅是在一些私營農場上應用，而且在國營大型農場得到了廣泛的使用，并且對早期小麥的收割的機械化上起到了至關重要的作用，但由于其體積過于大，且不易拆卸和轉移，因此一般不在農村使用。 縱觀我國歷史，中小型自走式聯合收割機始創(chuàng)于二十世紀70年代，此后十年的時間里中小型自走式聯合收割機得到了高速的發(fā)展，并且完成了質的飛躍。這些機型大多是傳統結構，其結構特點是機型較小，成本低廉,適合一般較為平整的大塊土地。 目前，由于地貌的不同而導致種植區(qū)域的不同，進而引發(fā)收割的方式也不盡相同，如山東、河南等華北平原區(qū)和東北三省等東北平原區(qū)擁有較大的種植面積并且這些地域處于交通方便地段，所以說己經完全采用機械化收割，主要利用機動式大型聯合播種機、收割機完成農作物播種收獲，根據動力供給方式的不同主要有牽引式、懸掛式、和自走式三種類型的收割機，如圖1-2所示。 圖1-2常見的收割機 然而在我國丘陵山區(qū)、偏遠的農村以及小塊土地上則還無法應用大型機械，農機化程度不高。我國正大力實施農業(yè)機械化的環(huán)境下，為實現丘陵山區(qū)農機化，許多小型機動型農機具發(fā)展態(tài)勢迅速，且技術日趨成熟，故比較多見的小型農機具多為動力型，如圖1-3所示。 圖1-3小型收割機 1.3小麥割曬機存在的問題 我國不斷地通過研究國外收割機的的先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來，但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素，導致我國小麥收割機的研發(fā)相比較與國外有著明顯的差距。主要表現在以下幾個方面：（1）割臺升降速度較慢。（2）撥禾輪彈尺夾帶谷物。（3）散鋪器位置過低，割茬過高等等。 1.4研究的內容和方法 1.4.1研究的內容 （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設計與研發(fā)； （3）完成小麥收割機傳動系統、執(zhí)行機構的設計； （4）完成小麥收割機整體機構的設計； （5）建立整機的三維模型。 1.4.2研究的方法 （1）利用文獻搜索方法進行中外文獻資料的收集; （2）調查研究國內外微型收割機的設計； （3）利用機械設計理論對整機進行設計計算； （4）利用SolidWorks軟件進行三維建模； （5）試制樣機； （6）到田間進行試驗和各性能的檢驗； （7）改進和完善樣機，確定最終圖紙。 1.5預期目標 （1）對切割器刀片切割麥稈的切入方式和所受的阻力進行； （2）對機器中的各個部件，進行受力分析。進而使動力在機構的傳遞過程中減少損失； （3）對機器整體輪廓的優(yōu)化設計。 1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 （1）盡可能多的搜集一些相關的資料，在充分了解的基礎上，獲得更多的思路去解決問題； （2）結合自己查閱的資料，對小麥割曬機機構的相關知識進行梳理，整合出最適合于小 麥收割的機器； （3）借鑒前人設計相關機械過程中的經驗，取長補短完成設計。同時積極與指導老師商討，確定最佳方案； （4）選擇合適動力傳動方式，設計循環(huán)裝置和傳動裝置； （5）利用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖； （6）利用有限元分析和SolidWorks進行虛擬樣機設計，完成整機各零件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學位于南疆中心位置，校內有實習工廠、土槽實驗室、農業(yè)工程重點實驗室等，為項目開展提供了場地和條件。校內擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小麥割曬機機設計的工作條件。 2小麥割曬機總體設計 2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 2.1.1收割的幾種典型方法 目前，常見的小麥收割方法如下： （1）分段收獲法：收割機將小麥切割后在田間鋪放或捆束；在田間或運至脫粒場地用脫粒機脫粒。這種方法技術上比較成熟，機型較多、生產率底，在捆、垛、運、脫等工序中會有損失，勞動強度較大。 （2）聯合收貨法：一次性完成收割、脫粒、分離莖稈、清選谷粒、裝袋或隨車卸糧各項工作。這種方法機械化程度高，生產效率高，省工、省時，清選效果好，損失小，但機器的年利用率低。 （3）分段、聯合收獲法：收割機、拾禾器與聯合收割機配合使用，實現前期收割、中期拾禾、晚期直接收獲。機器利用率高，購機投資回收快；生產率高；機械化水平高；緩解收獲期緊張，強農時；利用谷物的后熟作用，提高小麥的質量和品質。該方法，經常被使用。 2.1.2收割方法的選擇 我國自改革開放以來，實行包產到戶的家庭聯產承保責任，將大塊的土地分配給個人所有，便形成了每家每戶土地少且不集中。對于只是小塊的土地，用大型的收獲機不方便、成本高。而使用最原始的方法，用人工用鐮刀進行收割。但該方法勞動強度太大，生產效率很低。故，最好采用小型的用拖拉機驅動的割曬機進行收獲。 2.2小麥割曬機機的結構 小麥割曬機是通過拖拉機右側皮帶輪動力輸出傳動到離合分離主軸，離合隨時控制割曬機的運動和停止，再把主軸動力傳動割曬機齒輪箱中。齒輪箱變速后把動力一部分輸送到曲柄搖桿機構上，為割刀切割小麥莖稈提供動力；另一部分動力帶動皮帶轉動，將割刀切割后的小麥輸送至該機構的一側。從而實現割曬機各個工作部位完成小麥割倒、輸送、鋪放工作。小麥割曬機是通過拖拉機為機構提供動力。減少了對勞動力的需求、提高了工作效率。非常適合我國現階段的土地使用狀況“每家每戶土地少且不集中”。并且，小麥割曬機適用于多種工作環(huán)境條件，山地、高原等。小麥割曬機極大的方便人們收獲小麥。 1. 齒輪箱 2.三角帶輪 3.聯軸器 4.軸承端蓋 5.軸 6.撥禾輪7.皮帶輪 8.輸送帶 9.滾動軸承 10.支撐柱 11.基座 12.曲柄 13.連桿 14.與機架相連的柱 15.柱 16.割刀 17.撥禾輪 18.分禾器 19.割刀擋板 20.分禾器 21.機架 22.軸 圖2-1小麥割曬機 3收割機的基本參數的確定及相關設計 確定小麥收割機各工作部件的基本依據有作業(yè)速度、喂入量、生產率、割幅等參數，他們之間相互影響、相互關聯。 3.1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3-1。 表3-1割曬機作業(yè)速度經驗值 收割小麥種類 割曬機作業(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 小麥鋪放 1.2-1.5 小麥割曬 1.2-1.8 3.2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3.2為經驗數據，可供設計參考。 表3-2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B還應滿足如下關系: （3-1） 式中:W-為兩驅動輪外側寬; Y-割臺超出驅動輪外側的余量。 綜合考慮，先設定割幅B =0. 5m 3.3喂入量 根據公式： (3-2) 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B =1; =1.33 將以上數據帶入式(3-2)中可以求得:q=0.3 -0.5 Kg/s 由式(3-2)可以得出，當其他條件不變時，與成反比關系。對于收割一定的喂入量，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。從小麥收割機的受自身結構的限制出發(fā)來看:割幅越大收割機的尺寸和重量也就越大;進而導致增加行走消耗的功率，進而引發(fā)勞動強度的增加，也就是人要提供更大的動力。 3.4割刀速度和機器前進速度的關系 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。上刀盤的速度(圓周速度)和機器前進的速度的關系可以用進距來表示: （3-3） 式中: -收割機行走的速度； -齒輪組的轉速； -齒輪組的角速度。 也可以用切割速度比/L9表示割刀速度與機器前進速度之間的關系。 （3-4） 式中：-平均速度； -前進速度； -行程； -進距。 綜上所訴實際工作當中的上刀盤若凡過小，則割斷刃口容易發(fā)生雜亂的現象，將會影響切割質量，進而誘發(fā)莖桿折斷和拉斷等問題;反之，重割現象將不可避免，進而引發(fā)劇烈的震動。據大量實驗總結出經驗數據:當前進速度=1 m/s并且凡為1.6，則割斷刃口雜亂或切割質量不穩(wěn)定的現象將不會發(fā)生。但是凡是隨著收割機的速度變化而變化的為1 m/s時臨界切割速度比為1.6，而我設計的人力收割機車速控制在2.0m/s 。 3.5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h可按下式求得。 （3-5） 式中： h-莖桿在自然狀態(tài)時的厚度，m； Q-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，=B/(1+B)( B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0.3m； N-上下刀盤之間的寬度利用系數，取為0.7； R-莖桿在自然狀態(tài)時的容重，由經驗值得，小麥的容重約為30kg/m； -莖桿層沿逐稿器運動的平均速度，一般情況下從0.4m/s 。 數據代入上式中，可以求得h=0.01-0.15m之間。下撥麥盤的直徑為310mm，中撥麥盤的直徑為340mm，上撥麥盤的直徑為360mm。 3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙聯合收割機的軸距 輪式小麥收割機的軸距是由小麥生長的地域而決定的，而且它要綜合考慮小麥收割機的機動性和穩(wěn)定性，通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸。其中軸距的大小與轉彎半徑成正比關系，軸距小可以提高整機動性，但會降低使縱向穩(wěn)定性。由于設計的人力收割機的整體尺寸不大，中心高度不太高，而且為了滿足收割機運轉靈活，同時還得考慮整機的穩(wěn)定性，故本設計取80mm 。 小麥收割機輪距的大小確定也要受小麥生長的地域條件的限制，同時也要考慮到整機的機動性和穩(wěn)定性，通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸，總車的寬度應該大于輪距，因此取輪距為238 mm，輪子半徑為140mm 。 小麥收割機的整體的通過性能與收割機距離地的最小間隙有關，一般最小離地間隙應該介于60-80 mm之間。 3.7割刀切割數據計算 3.7.1切割速度計算及其運動分析 偏置的曲柄連桿機構示意圖如圖2-4所示。割刀的運動特性對切割器性能有直接影響，往復式切割器工作時動刀片在曲柄連桿機構的驅動下做橫向的往復直線運動，且運動是間歇的。通過對該機構的運動分析找出割刀位移與速度之間的關系，為確定合理的割刀速度提供理論依據，表3-3為切割試驗臺切割器部分參數。 表3-3切割器主要參數 項目 參數 偏距mm 102.1 曲柄半徑mm 39 連桿長度mm 181.2 圖 3—1 切割系統 建立動刀片的運動方程，動刀片的行程S為: （3-4） 簡化后可得: （3-7） 式中:L一連桿長度，mm;r一曲柄長度，mm;e一偏距，mm。 在對曲柄連桿進行運動分析時，由于連桿長度遠大于曲柄半徑r，動刀片的運動可以近似看做簡諧運動，以曲柄中心為原點，X軸右方向為正，可得到動刀片位移x、速度v和加速度a: （3-8） 3.7.2切割速度與進給速度設計 在小麥收獲過程中，其生產率取決于收割機的作業(yè)速度，而作業(yè)速度又與切割速度息息相關，只有當切割速度與作業(yè)速度相適應時才能保證不漏割，否則將產生漏割。往復式切割器割刀的運動是由水平橫向運動和機組前進運動合成的，割刀橫向運動平均速度與機組前進運動速度}m的比例關系，決定了割刀的運動軌跡。 往復式切割器割刀的速度是實時變化的，在實際運用中多采用割刀的平均速度，割刀平均速度表示的是割刀完成一個行程的平均速度，而實際的切割速度都大于割刀平均速度，割刀平均速度是往復式切割器中用來確定曲柄轉速的重要參數之一，由此可得割刀平均速度： （3-9） 式中：t-割刀運動一個行程S=2r內所用時間，s； n-曲柄轉速，r/min,r-曲柄半徑，m。 往復式切割器機組前進速度為： (3-10) 割刀橫向運動平均速度與機組前進速度的比值為，的大小對切割質量影響較大，確定與之間的數量關系，即給出相應只值的大?。? (3-11) 4切割系統的設計 4.1收割機的上、下刀設計 切斷莖稈要求個到必須克服其橫切面內的切割阻力，但是由于水稻、小麥等作物的莖稈剛度小，在受到極小的外力作用下就會發(fā)生彎斜，從而導致切割較困難。因此，為了能夠順利切割莖稈，就必須采取一定的措施和方法。比如說增加割刀的速度、給予被切割的莖稈適當的支撐或是提高切割效率等。 圖4-1單支撐切割 圖4-2雙支撐切割 圖4-3無支撐切割 支撐莖稈的切割器分為有支撐和無支撐兩類。 有支撐切割:單支撐和雙支撐(圖4-1和圖4-2 )。實驗結果表明:在切割時取兩點支撐切割可使莖稈不彎曲從而達到切割較省力的效果。 無支撐切割:它是動刀片直接切割莖稈，其過程如圖4-3所示。無支撐的莖稈在較低速度被切割時，會很容易被推倒或折斷，從而失去了切割效果。其原因是莖稈無支撐，只能依靠其自身的彎曲、是很難與動刀的切割力相平衡的。這就導致動刀必須以一定的切割速度才能使原來靜止的莖稈在瞬間獲得來自其傳遞的速度，隨即莖稈產生較大的加速度及與其反方向的慣性力，當時，莖稈就可以被切割。所以，在使用無支撐切割時就必需要有較大的切割速度才能實現切割，而且還能提高切割效率。但是，卻增加了功率的消耗、增加了整機的振動和徒添一些不必要的空割。由試驗觀察表明:有支撐的切割器其割刀速度在0.3m/s與0.6m/s之間小麥的稈莖有被擠壓撕破的現象，可知阻力逐漸減少;當速度超過0.6m/s時，則上述現象會消失，同時阻力也在緩慢減少，因此我們在設計時一般割刀的速度應該大于0.6m/s 。因此我們可以得出速度越大其慣性力也就越大，因而導致莖稈的抗彎能力也就越大，這樣會完成順利的切割。 4.2切割器的確定 本設計的切割器是通過兩個刀片(動、定)之間的剪切將作物莖進行切割的。我們知道，兩個刀片加持著莖稈，在其接觸點A、 B兩處存在著正壓力N1、N2和摩擦F1。若R1為N1與F1的合力，而R2另兩個的合力，我們進而就可以得到莖稈被加持時兩刀片應滿足的條件:R1與R2必須在同一條直線上。 圖4-14加持莖稈的受力分析 圖中的三角形OAB的我們可以得知: （4-4） 從四邊形OACB中我們可以得出: （4-5） 由此，我們可以得出： （4-6） 我們可以得出當 時，莖稈被加持住。 此式即為收割機前進速度與刀盤轉速應滿足的關系。由此也可以得出從切割器切割時所需的尺寸。 5其他結構的確定 5.1軸、軸承的設計計算 5.1.1軸的設計計算 確定軸的最小直徑，初步估算軸的最小直徑，選擇軸的材料為45號鋼，調質處理。取A0=112，于是得 （5-1） =112 =19.6mm 軸的設計的結構與尺寸關系如下圖： 圖5-1 軸的校核 T=9.55 （5-2） P=1.5Kw n=500/2 r=250r/min T=9.551.5/250=51570N （5-3） δ1=26.5° =130mm =20 圓周力： （5-4） 徑向力： （5-5） 軸向力： N （5-6） 合力： （5-7） 水平方向： （5-8） m 垂直方向： （5-9） 彎矩： m 合成彎矩： （5-10） = =30061.8Nmm 當量彎矩： （5-11） = 初步認為A截面有較大應力集中，確定其為危險截面，進行安全系數校核 前面通過計算得A截面合成彎矩： 抗彎截面系數： （5-12） 彎曲應力： 扭轉切應力 ： （5-13） 切應力副和平均切應力： （5-14） 求綜合影響系數： （5-15） 過盈配合時軸的有效應力集中系數： 配合為: 材料為碳鋼毛胚直徑: 表面狀態(tài)系數： 求安全系數設按無限壽命(Kn=1)計算： （5-16） （5-17） 復合安全系數由式： （5-18） 所以，軸的強度安全。 5.2.1軸承的選用 已知：設計的齒輪軸向載荷為0，徑向載荷是1591.2N軸承轉速n=250r/min裝軸承處的直徑為30-40毫米范圍之間選擇，運動平穩(wěn)。由工作條件和環(huán)境可知：選用深溝球軸承 選擇軸承的型號 （1）求比值 =0/1758.75=0 （5-19） 根據表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44故此時＜e。 （2）初步計算當量載荷P，根據式（13-8a） P= （5-20） 按照表13-6，=1.0-1.2,取=1.2。 按照表13-5，X=1，Y=0，則P=1.2×1655.75=1986.9N （3）求軸承應有的基本額定動載荷值 （4）按照設計手冊選用C=1021.2N的軸承6007此軸承的基本額定動載荷C=26000N 軸承的驗算。 （5）求相對軸向載荷e值與Y值，對深溝球軸承取f=14.7,則相應軸向載荷為零。 （6）用線性插值法求Y值Y=0。 （7）求當量動載荷P P=1.2×1571.75=2110.5N （5-21） 所以選用的軸承合適 5.2小麥割曬機輸送系統的設計 輸送系統是油菜割曬機的重要裝置，其輸送通暢性能直接決定作業(yè)效率和收獲損失。本設計的輸送系統由立輥總成、伸縮撥指滾筒總成和輸送帶總成構成如圖5-1，采用輸送比較可靠、損失較低的立式輸送形式。工作時被切斷的小麥莖稈跳上割臺之后在撥指的作用力下被推向輸送帶，割臺兩端的小麥莖稈則再經由做相向運動立輥的輥齒作用力下被橫向推至伸縮撥指滾筒中間位置，再被推向輸送帶，到達輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送至割曬機右側，再經鋪放置田間。整個輸送系統在三個部分的匹配協同作用下完成小麥莖稈流的輸送。 圖5-2 傳動系統 5.3總體結構尺寸 小麥收割機的總長、總高、總寬由最后的總裝配圖確定。小麥收割機的機動性靈活性以及穩(wěn)定性限制其尺寸。本設計中取總長為550mm，高300mm，寬160mm 。 5.4外形結構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。 總 結 此次設計的任務是完成小麥割曬機機的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，為自己在大學四年所學習知識的全面總結和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把大學四年來所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產實踐密切的結合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。 這是一個非常全面而系統的設計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設計，涉及的領域包括：機械制圖，機械原理，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關的國家標準。機械方面知識得到系統的鞏固和提升。在進行畢業(yè)設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。 我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該具有更加淵博的知識，如應該對計算機應用，農產品的特性，農業(yè)經濟的發(fā)展現狀等各個方面能力進行加強。 在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關的書籍、手冊以及老師的精心指導，都得到了解決，設計過程基本順利完成。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學生活已接近尾聲，經過三個多月的努力，在范修文老師的悉心指導下，設計任務基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導老師范修文，從設計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，范老師均傾注了大量的心血。導師的悉心指導、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學習的同窗朋友，他們給了我無數的關心和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實、多彩與快樂！ 參考文獻 [1]魏宏安.我國小麥收獲機械的發(fā)展與研究現狀[J].甘肅農業(yè)大學學報，2001,36(10):2-6. 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