水田平地機的設(shè)計-整平機 稻田攪漿平地機械設(shè)計

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Because of my ability is limited, this article only focuses on the design of its gear and leveling of hydraulic equipment. Grader for paddy field feature of the design is simple, uniform, stable operation, high efficiency.Keywords: grader for paddy field; cultivator; hand; design of hydraulic systems III目 錄摘要摘要.ABSTRACTABSTRACT.前言前言.1 1緒論緒論.1 11.11.1 水田平地機在國內(nèi)外的發(fā)展和使用水田平地機在國內(nèi)外的發(fā)展和使用.1 11.21.2 設(shè)計水田平地機的意義設(shè)計水田平地機的意義.1 11.31.3 作品的結(jié)構(gòu)特點與優(yōu)勢作品的結(jié)構(gòu)特點與優(yōu)勢.2 22 2 水田平地機的方案選擇水田平地機的方案選擇.3 3 2.12.1 柴油機的選擇柴油機的選擇.4 4 2.22.2 減速箱的設(shè)計減速箱的設(shè)計.5 52 2.3.3 設(shè)計設(shè)計 V V 帶帶.6 62 2.4.4 齒輪的設(shè)計齒輪的設(shè)計.8 82 2.5.5 軸的設(shè)計軸的設(shè)計.11113 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及整體方案的確定液壓系統(tǒng)的設(shè)計及整體方案的確定.21213 3.1.1 確定液壓系統(tǒng)的壓力和流量確定液壓系統(tǒng)的壓力和流量.21213 3.2.2 液壓缸主要尺寸的確定液壓缸主要尺寸的確定.22223 3.3.3 各主要液壓器件選擇及其工作原理各主要液壓器件選擇及其工作原理.2 22 24 4 潤滑方式的確定以及其它的一些要求潤滑方式的確定以及其它的一些要求.26265 5 總結(jié)總結(jié).2727參考文獻參考文獻.2828 IV致謝致謝.2929 V前 言稻田攪漿平地機是我省廣泛采用的主要水田平地機械，手推式攪漿平地機適應(yīng)了我省山丘為主的主要地形形式，并且也滿足了耕地的主要作業(yè)要求。稻田攪漿平地機之所以有廣泛的輔助作業(yè)能力，是由于它能完成 360 度運動。他們可以單獨進行，也可以組合進行。本次研究的是一款能在我省水田中平地攪漿的機械，作業(yè)后疏松、平整的土壤更加利于之后的播種以及收割。水耙地是水稻插秧的基礎(chǔ)，是提高水稻單產(chǎn)的保證措施之一。近幾年水田攪漿技術(shù)在廣大的水稻種植戶中已經(jīng)逐步得到廣泛認(rèn)可并已進行推廣和應(yīng)用。攪漿平地機工作到也隨著生產(chǎn)的需求加以改造，種類繁多。我在前水田平地機的基礎(chǔ)上結(jié)合平地機的工作原理對在水田平地機的基礎(chǔ)上增添了攪漿裝置，平地攪漿裝置的集合不僅節(jié)省時間，減少進地次數(shù)的同時也增加了平地的水平，減少了水田耕作的成本。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 01 緒論1.1 水田平地機在國內(nèi)外的發(fā)展和使用隨著高新技術(shù)的發(fā)展及在工程機械產(chǎn)品上的應(yīng)用，以現(xiàn)代微電子技術(shù)為代表的高科技正越來越普遍地用來改造工程機械產(chǎn)品的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。成熟技術(shù)的移植應(yīng)用已大大促進了平地機綜合技術(shù)水平的進一步提高。在滿足新的技術(shù)要求前提下選擇合理的價位，適應(yīng)不同檔次的用戶需求是目前平地機的發(fā)展方面。中國市場與國外市場不同，國外發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化基本已經(jīng)形成，平地機的市場走勢處于低谷，而中國平地機市場剛剛開始啟動，另一方面中國是發(fā)展中國家，經(jīng)濟實力等遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，多種因素決定了現(xiàn)階段的中國市場對平地機不需要很高的技術(shù)含量和高的配置，只要具有同樣的作業(yè)功能和較好的可靠性，具有性能價格比的優(yōu)勢，就會有高的市場份額。近年來，國外平地機之所以從中國市場逐步退出不是因為國外產(chǎn)品的技術(shù)水平不高，而是價位太高。進口機的價位約是國產(chǎn)同類機型的 3 倍以上。因此，國產(chǎn)平地機必須在保持或略高于原同類機型價位的基礎(chǔ)上，盡量提高整機的可靠性和操作舒適性來適應(yīng)中國的市場。 從技術(shù)發(fā)展角度考慮，中國平地機的發(fā)展，依然要跟蹤國際領(lǐng)先水平。展望迅速發(fā)展的中國市場，加入0 后國內(nèi)市場國際化的趨勢日趨明顯。參與國際交換和分工，充分利用國際先進的配套資源和科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)資源的優(yōu)化配置，成為國內(nèi)平地機制造業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。中國平地機技術(shù)發(fā)展的基本特征應(yīng)是：高、中、低檔產(chǎn)品并存。廣泛使用新材料、新工藝，提高制造工藝水平，提高產(chǎn)品的可靠性和壽命，這是國產(chǎn)平地機的發(fā)展趨勢。 1.2 設(shè)計水田平地機的意義隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)越來越緊迫。但由于我國土地形狀復(fù)雜，類型繁多，且緯度跨越大，故我國各省的農(nóng)業(yè)機械各有差異，其現(xiàn)代化程度不同。我省土地類型主要以丘陵為主，但又是以水稻為主要糧食的地區(qū)。無法適用于大規(guī)模的生產(chǎn)，但又是水田，泥濘土地的作業(yè)有一定的難度。因此我省水田對平地類型的機械有一定的要求。使用方便，外形較小，移動方便是我省現(xiàn)階段水田平地機的研究意義。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 11.3 作品的結(jié)構(gòu)特點與優(yōu)勢 1）通過小型柴油機作為動力源，具有小型水田也能快速工作的特點 2）體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、保養(yǎng)方便、成本低廉，無廢氣及噪音等污染。 3) 平地的高度可在 2060mm 之間，橫向 100200mm，,質(zhì)量 400kg 左右（材料由45 鋼制作）； 4)前輪采用雙輪耕整機構(gòu)，具有良好的導(dǎo)向性，后面的平地船通過鉸鏈與行走機構(gòu)相連，可以大幅度拐彎。 5) 平地的效果較理想，且成本低，是小面積平地的首選產(chǎn)品。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 水田平地機的方案選擇 據(jù)本次設(shè)計要求：設(shè)計出一臺水田平地機，由現(xiàn)有雙輪耕整機牽引，工作部件平地船通過振動、對土壤擠壓，刮平、推送，實現(xiàn)水田中土壤的平整。經(jīng)參考眾多農(nóng)機類型，我設(shè)計了如圖 1 所示雙輪拖掛式水田平地機。 隨著國家惠農(nóng)政策的不斷出臺，黑龍江省水稻種植面積的不斷擴大，水田農(nóng)機裝備的不斷提高，水稻攪漿平地機以其適用、穩(wěn)定、易行、節(jié)本特點成為我國水稻種植必備的平地機械。水田攪漿平地是水稻生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，長期以來，水田耕整地一直延續(xù)著傳統(tǒng)的耕整地作業(yè)模式。主要有旱田水整、旱田滅茬水整兩種形式，所以使用機具多為拖拉機配套水田犁、旋耕機、水田耙等。這種耕作方式，機具進地次數(shù)多，費工費時，勞動強度大，作業(yè)效率低，資源浪費嚴(yán)重，不僅增加水田生產(chǎn)成本，而且作業(yè)質(zhì)量不能滿足插秧作業(yè)要求。水田攪漿平地機能一次完成碎土，攪漿，壓茬及平地等聯(lián)合作業(yè)，田塊能滿足機械插秧要求。水田平地技術(shù)的應(yīng)用與傳統(tǒng)方法相比，降低生產(chǎn)成本、增產(chǎn)、增收，還可以減少整地用水，聯(lián)合作業(yè)又可以縮短整地時間，節(jié)省能源消耗，提高作業(yè)效率，實現(xiàn)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，對促進農(nóng)業(yè)增收、農(nóng)民增收和保證糧食安全生產(chǎn)具有重要的意義。因此，我設(shè)計的水田攪漿平地機是以柴油機為動力源，經(jīng)過 V 帶傳動將功率傳給減速器，經(jīng)歷兩級減速后又利用 V 帶傳動將功率傳遞給行走的雙輪，雙輪拖動平地船在水田上行走，平地船與拖拉機具采用三點懸掛方式連接，三點懸掛裝置的兩個提升桿改用兩個雙作用油缸，其動作可分別控制，以實現(xiàn)平地具左右兩側(cè)提升和下降的獨立控制，保證平地機具始終處于水平位置工作。懸掛點以鉸鏈連接，人站在平地船上通過手柄掌控方向。液壓控制系統(tǒng)控制平底船左右水平。. 柴油機的選擇 有常識得知：正常成年人的移動速度為 3.55km/h，考慮安全問題取v=4km/h=66.67m/min。按水田耕整作業(yè)： (2-1) KPTNnnhb黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 3式中： 耕寬，取 100cmnb耕深，取 10mmnh土壤比阻，根據(jù)資料取 0.36K所以=3.60kwTNP1.175F1 型柴油機 2.底座 3.耕整雙輪 4.鉸鏈5.平地船 6 液壓裝置 7.手柄 8.減速箱圖 2-1 總裝配簡圖Fig 2-1 General Assembly Drawing通過對家鄉(xiāng)柴油機的使用情況了解，175F1 型柴油發(fā)動機的使用率特別廣，它是最適合本地環(huán)境狀況與交通狀況的柴油機，它能滿足輕小型農(nóng)業(yè)機構(gòu)的要求，故本次研究以龍舟-175F-1 型柴油為動力源驅(qū)動。其規(guī)格如圖 2 所示： 型號 175F-1缸徑行程（mm）7570 1h 功率（kw/ps） 3.65/4.95 馬力 12h 功率（kw/ps） 3.81/4.5 馬力 標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min） 2600 潤滑方式 離心飛濺 凈質(zhì)量（kg） 44圖 2-2 柴油機銘牌Fig 2-2 diesel engine nameplate黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 42.2 減速箱的設(shè)計2.2.1 減速箱的傳動比分配 圖 2-3 傳動裝置示意圖Fig 2-3 Schematic diagram of transmission device 按常識，取 170cm，體重取 70kg，雙臂抬起高度 h=800mm。柴油機高 500mm，為了讓人前方視野開闊，取雙輪半徑 r=500mm 那么輪子的轉(zhuǎn)速 n=51.54r/min。 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比：總傳動比： 53.5045.512600輪總nni (2-2) 分配傳動比：取 則 05. 3帶i49.1605. 353.5021ii 取 經(jīng)計算 21)5 . 13 . 1 (ii213 . 1 ii 56. 32i56. 41i注：為帶輪傳動比， 為高速級傳動比，為低速級傳動比。帶i1i2i2.2.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)將傳動裝置各軸由高速到低速依次定為 1 軸、2 軸、3 軸、4 軸黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 5依次為電機與軸 1，軸 1 與軸 2，軸 2 與軸 3，軸 3 與軸 4，之間的傳01122334,動效率。（1）各軸轉(zhuǎn)速：min/85205. 32600n1rinm帶 (2-3)min/18463. 405. 32600n12ri inm帶 (2-4)min/71.5156. 363. 405. 32600n213rii inm帶 (2-5) （2）各軸輸入功率：kwppd52. 396. 067. 3011kwpppd21. 396. 099. 096. 067. 312011212kwpppd05. 396. 099. 096. 099. 096. 067. 32312012323 kwpppd3993. 099. 096. 099. 096. 099. 096. 067. 3342312013434（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩： (2-6) mNnPTwdd1 .13260065. 395509550m4 .3896. 005. 31 .13011NiTTd帶mNiTTTd8 .16896. 099. 063. 44 .3812112mNiTT8 .57696. 099. 056. 38 .16823223mNTT58.53196. 096. 08 .5763434各軸動力參數(shù)結(jié)果如下表：表 2-1 各軸動力參數(shù)Table 2-1 the axial dynamic parameters軸名輸入功率 P KW輸出功率 P KW輸入轉(zhuǎn)矩 T Nm輸出轉(zhuǎn)矩 T Nm轉(zhuǎn)速 r/min柴油機軸3.6536.52600高速軸3.523.4813.138.4852中間軸3.213.1838.4168.8184低速軸3.053.02168.8576.851.71黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 62.3 設(shè)計 V 帶 (1)確定 V 帶型號查機械設(shè)計手冊表 13-6 得： 205P2 . 1AK則 (2-7) KWPKPdAc4 . 467. 32 . 1根據(jù) ,由機械設(shè)計圖 13-5，選擇 A 型 V 帶，。4 . 4cPmin2600rno205P1125d 121213.05 125 0.98373.63nddn取。 2375d 為帶傳動的滑動率。 02. 001. 0 （2）驗算帶速：帶速在范圍內(nèi)，合smdvmV01.171000602600125100060sm255適。 (3)取 V 帶基準(zhǔn)長度和中心距 a：dL初步選取中心距 a：，取。750)375125(5 . 1)(5 . 121ddao0750a 所以： (2-8)8 .23054)()(2221221oooaddddaL查資料取。那么實際中心距：。2500dL1 .8472odoLLaa驗算小帶輪包角： 。 (2-9)2118057.3163120dda求 V 帶根數(shù) Z： (2-10)00LcPZPPK K根據(jù)內(nèi)插值法得 。38. 1oP108. 0op EF=0.1 38. 11 . 037. 1oP黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 EFAFBCAC 。 10. 0108. 0op08. 0EF09. 1tK由內(nèi)插值法得 。 959. 0aK0 .1631aACAFBCEF009. 0EF959. 0009. 095. 0K (2-11)09. 1959. 0)108. 038. 1 (4 . 4)(KWKKPPPZLaooc取 Z=3 根。 （4）求作用在帶輪軸上的壓力：QF 有 q=0.10kg/m，單根 V 帶的初拉力： (2-12) 2205002.5500 4.42.5(1)(1)0.10 6.28190.93 6.280.959cPFqvNzvK作用在軸上壓力： 01632sin2 3 190.9 sin1132.822cFZFN 2.4 齒輪的設(shè)計2.4.1高速齒輪的設(shè)計（1）材料：高速級小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 250HBS。高速級大齒輪選用45鋼正火，齒面硬度為 220HBS。45 （2）查機械設(shè)計表 11-7 得： 。lim 1550HMpalim 2540HMpa又由表 11-4 得： 。1.1HS 1.3FS 故 。MpaMpaSHHH5001 . 15501lim1MpaMpaSHHH4901 . 15402lim2查機械設(shè)計第 168 頁表 11-10C 圖得： 。MpaF2001limMpaF1502lim故 。MpaMpaSFFF1543 . 12001lim1MpaMpaSFFF1153 . 11502lim2黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 （3）按齒面接觸強度設(shè)計：9 級精度制造，取載荷系數(shù)，取齒寬系數(shù)2 . 1K 計算中心距：由機械設(shè)計第 165 頁式 11-5 得：4 . 0a3 .17263. 44 . 010384. 02 . 1490335163. 4335135231121uKTuan考慮高速級大齒輪與低速級大齒輪相差不大取 210a 2.5m 則 取 168221maZZ291Z1392Z實際傳動比：79. 429139傳動比誤差：。%5%5 . 3%10063. 463. 479. 4齒寬： 取 842104 . 0aba842b901b高速級大齒輪： 高速級小齒輪： 842b1392Z901b291Z（4）驗算輪齒彎曲強度：根據(jù)機械設(shè)計第 167 頁表 11-9 得： 12.6FY 22.2FY 按最小齒寬計算：284b 1111132222 1.2 106.9 2.6 1043.584 2.529FFFKT YMpabm Z 所以安全。2212136.8FFFFFYMpaY （5）齒輪的圓周速度： smndV19. 11000608 .3145 . 22910006011查課本第 162 頁表 11-2 知選用 9 級的的精度是合適的。2.4.2 低速級大小齒輪的設(shè)計材料：低速級小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 250HBS。低速級大齒選用鋼正火，4545齒面硬度為 220HBS。查機械設(shè)計第 166 頁表 11-7 得： 。lim 3550HMpalim 4540HMpa查機械設(shè)計第 165 頁表 11-4 得： 。1.1HS 1.3FS 故 MpaMpaSHHH5001 . 15501lim3MpaMpaSHHH4901 . 15404lim4黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 9查課本第 168 頁表 11-10C 圖得： 。lim 3200FMpalim 4150FMpa故 。MpaMpaSFFF1543 . 12003lim3MpaMpaSFFF1153 . 11504lim4按齒面接觸強度設(shè)計：9 級精度制造，查課本第 164 頁表 11-3 得：載荷系數(shù)，取1.2K 齒寬系數(shù)0.5計算中心距： 由課本第 165 頁式 11-5 得：3 .23163. 44 . 010688. 12 . 1490335156. 3335135232222uKTuan (2-13)取 則 取250a 4m 342125aZZm327Z 498Z 計算傳動比誤差：983.5627100%1.9%5%3.56齒寬：則取 0.5 250125ba4125b 34510130bb低速級大齒輪： 4125b 498Z 低速級小齒輪： 3130b 327Z 驗算輪齒彎曲強度：查課本第 167 頁表 11-9 得：32.65FY 42.25FY 按最小齒寬計算：4125b (2-14) 3333332222 1.2 1591.5 2.65 1047.9125 427FFFKT YMpabm Z安全。4234340.7FFFFFYMpaY齒輪的圓周速度：3227 4 680.12/60 100060 1000d nVm s 查機械設(shè)計教材第 162 頁表 11-2 知選用 9 級的的精度是合適的。2.5 軸的設(shè)計2.5.1 高速軸的設(shè)計與校核黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 10（1）材料：選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理。查機械設(shè)計第 230 頁表 14-2 取 35MpaC=100。 （2）各軸段直徑的確定：根據(jù)機械設(shè)計課本第 230 頁式 14-2 得： (2-15)1min1333.5210022.4314.8PdCn又因為裝小帶輪的電動機軸徑，又因為高速軸第一段軸徑裝配大帶輪，38d 所以取。L1=1.75d1-3=60。10.81.238d 136d 因為大帶輪要靠軸肩定位，且還要配合密封圈，所以根據(jù)機械設(shè)計手冊手冊 85 頁240d 表 7-12 取，L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。240d 段裝配軸承且，所以由表 6-1 取。選用 6009 軸承。3d32dd345d L3=B+2=16+10+2=28。3段主要是定位軸承，取。L4根據(jù)箱體內(nèi)壁線確定后在確定。裝配齒輪段直徑：4d450d 5d判斷是不是作成齒輪軸： 412.52fddetm查機械設(shè)計手冊 51 頁表 4-1 得： e=5.96.25。mm3 . 3t1段裝配軸承所以 L6= L3=28。6d6345dd校核該軸和軸承：L1=73 L2=211 L3=96作用在齒輪上的圓周力為：NdTFt9815 . 229104 .3822311徑向力為2984201073rtFFtgtgN 作用在軸 1 帶輪上的外力： 1132.8QFFN求垂直面的支反力： (2-16)2112211107380073211rVl FFNll黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 11211073 800273VrVFFFN求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖：322273 211 1057.6 .avvMF lN m311800 73 1057.4 .avvMF lN m求水平面的支承力：由得1122()HtFllFlNFlllFtH21972948211732112121NFFFHtH7512197294812求并繪制水平面彎矩圖：3112197 73 10158.2 .aHHMF lN m322751 211 10158.4 .aHHMF lN m求 F 在支點產(chǎn)生的反力：311296 1132.8384.373211Fl FFNll21384.3 1132.81517.1FFFFFN求并繪制 F 力產(chǎn)生的彎矩圖：3231132.8 96 10108.7FMFlN311384.3 73 1027.7aFFMF lNF 在 a 處產(chǎn)生的彎矩：311384.3 73 1027.7aFFMF lNm求合成彎矩圖：考慮最不利的情況，把與直接相加。aFM22avaHMM222227.757.6158.2196.1 .aaFaVaHMMMMN m222227.757.4158.4196.2 .aaFaVaHMMMMN m黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 12求危險截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m 處截面最危險，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）0.6 NmTMMe4 .2064 .386 . 02 .19622220 (2-17)計算危險截面處軸的直徑：因為材料選擇調(diào)質(zhì)，則，許用彎曲應(yīng)力，則有：#45650BMPa160bMPa (2-18)3331206.4 1032.50.10.1 60ebMdmm因為，所以該軸是安全的。5450adddmmd彎矩及軸的受力分析圖:圖 2-4 高速的彎矩及受力分析圖Fig2-4 Bending moment and stress analysis of high speed shaft（3）鍵的設(shè)計與校核: 根據(jù)，確定 V 帶輪選鑄鐵 HT200，參考機械設(shè)計教材表 10-9,由于1136,106.9dT在范圍內(nèi)，故軸段上采用鍵：, 136d 30381db h10 8采用 A 型普通鍵:軸1黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 13鍵校核.為 L1=1.75d1-3=60 綜合考慮取 =50l （2-19）3144 106.9 1037.136 850 10pTMpapdlh 查課本 155 頁表 10-10所選鍵為： 5060b:10 8 50b h l 2.5.2 中間軸的設(shè)計與校核（1）材料：選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理。查機械設(shè)計課本第 230 頁表 14-2 取C=100。 35Mpa故 (2-20)2min2333.2110036.168PdCn段要裝配軸承，所以查手冊第 9 頁表 1-16 取，查手冊 62 頁表 6-1 選用 62081d140d 軸承，L1=B+(23)=18+10+10+2=40。32裝配低速級小齒輪，且取，L2=128，因為要比齒輪孔長度少(23)。2d21dd245d 段主要是定位高速級大齒輪，所以取，L3=10。3d360d 4裝配高速級大齒輪，取 L4=84-2=82。4d445d 段要裝配軸承，所以查手冊第 9 頁表 1-16 取，查手冊 62 頁表 6-1 選用 62085d545d 軸承，L1=B+（23）=18+10+10+2=43。233 （2）校核該軸和軸承：L1=74 L2=117 L3=94作用在 2、3 齒輪上的圓周力：322222 470.3 102707139 2.5tTFNd徑向力：22270720985rtFF tgtgN 338709203169rtFF tgtgN 求垂直面的支反力:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 14NlllllFlFFrrV316941177494316994117985321322331231231693169852500VrVrFFFFN計算垂直彎矩：311316 74 1023.9 .aVmVMF lN m31122 2()316 (74 117)985 1171053.5 .aVnVrMFllF lN m求水平面的支承力： NlllllFlFFttH45869411774211270794870932132233122312707870945866830HttHFFFFN計算、繪制水平面彎矩圖：3114586 74 10323 .aHmHMF lN m32123 2()6830 (74 117)8709 11710295 .aHnHtMFllF lN m 求合成彎矩圖，按最不利情況考慮： (2-21)222223.9323323.8 .amavmaHmMMMN m222253.5295300 .anavnaHnMMMN m求危險截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m,n-n 處截面最危險，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）0.6 NTMMame4118 .1686 . 03002222NTMMame4138 .1686 . 08 .32322222計算危險截面處軸的直徑： n-n 截面: 3331411 1040.90.10.1 60ebMdmm m-m 截面:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 3331413 1040.90.10.1 60ebMdmm由于，所以該軸是安全的。4245ddmmd軸承壽命校核：軸承壽命可由式進行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以hffn6010pt6h）（PCL ，查課本 259 頁表 16-9，10 取，取rPF1 . 1, 1ptff3 (2-22)222211131645864596rvHFFFN2222222250068307273rvHFFFN6633210101 29.5 10()()2.126060 681.1 7273thPCfLhynPf軸承使用壽命在年范圍內(nèi)，因此所該軸承符合農(nóng)用機械要求。23圖-5 中間軸的彎矩及受力分析圖Fig 2-5 Intermediate shaft bending moment and Stress Analysis2.5.3 低速軸的設(shè)計與校核 1) 彎矩及軸的受力分析圖如下圖：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 16圖 2-6 低速軸的彎矩及受力分析圖Fig 2-6 Moment and stress analysis of the Low-speed Shaft2）鍵的設(shè)計與校核：已知NmTdd8 .168,45242參考機械設(shè)計表 10-11，由于所以取)5044(2d:14 9b h因為齒輪材料為 45 鋼。查表 10-10 得120100bL=128-18=110 取鍵長為 110. L=82-12=70 取鍵長為 707根據(jù)擠壓強度條件，鍵的校核為： bbMPadhlT8 .401470945108 .1684432 (2-23) bbMPadhlT8 .5314100945108 .1684432 所以所選鍵為: :14 9 70b h l :14 9 110b h l 確定各軸段直徑計算最小軸段直徑。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 17因為軸主要承受轉(zhuǎn)矩作用，所以按扭轉(zhuǎn)強度計算，由式 14-2 得： 考慮到該軸段上開有鍵槽，因此取mmnPCd1 .571 .1956. 310033331查手冊 9 頁表 1-16 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，取157.1 (1 5%)59.9dmmmmd631為使帶輪軸向定位，在外伸端設(shè)置軸肩，則第二段軸徑。查手冊 85 頁表 7-mmd7022，此尺寸符合軸承蓋和密封圈標(biāo)準(zhǔn)值，因此取。mmd702設(shè)計軸段，為使軸承裝拆方便，查手冊 62 頁，表 6-1，取 ，采用擋油環(huán)給軸承定位。3d選軸承 6215:75.84,25,1303ddBDa設(shè)計軸段，考慮到擋油環(huán)軸向定位，故取4d804d設(shè)計另一端軸頸，取，軸承由擋油環(huán)定位，擋油環(huán)另一端靠齒輪齒根處7dmmdd7573定位。輪裝拆方便，設(shè)計軸頭，取，查手冊 9 頁表 1-16 取mm。6d76dd 806d設(shè)計軸環(huán)及寬度 b5d使齒輪軸向定位，故取取mmhdd2 .97)38007. 0(280265mmd1005,1.41.4 (0.07 803)12bhmm 確定各軸段長度。帶輪的尺寸決定1l,1071mmLl2550lmeL ,225425 1019mLBmm 所以mmLeml5052軸頭長度因為此段要比此輪孔的長度短1223125)32(6hll32332338lB 其它各軸段長度由結(jié)構(gòu)決定。 （3）校核該軸和軸承：L1=97.5 L2=204.5 L3=116黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 18求作用力、力矩和和力矩、危險截面的當(dāng)量彎矩。作用在齒輪上的圓周力： 33422 1591.5 10811998 4tTFNd徑向力：8119202955rtFFtgtgN 302 1591.50.25102947270FFN求垂直面的支反力： 2112204.5 2955208897.5204.5rVl FFNll2129552088867VrVFFFN計算垂直彎矩：322867 204.5 10180.8 .avvMF lN m求水平面的支承力。2112204.5 81191038302tHl FFNll21571437551959HtHFFFN計算、繪制水平面彎矩圖。3113755 84.5 10317.aHHMF lN m3221959 162 10317.aHHMF lN m求 F 在支點產(chǎn)生的反力31122497 1161158302FFlFNll21115829474105FFFFFN求 F 力產(chǎn)生的彎矩圖。3232947 116 10341FMFlN3111158 97.5 10100.1mFFMF lN黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 19F 在 a 處產(chǎn)生的彎矩：3111158 97.5 10100.1mFFMF lN考慮最不利的情況，把與直接相加。mfM22aHavMM 2222100.1180.8476.3628 .ammFavaHMMMMN m求危險截面當(dāng)量彎矩。從圖可見，m-m 處截面最危險，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）0.6 22223()628(0.6 1591)1142 .ameMMTN m 計算危險截面處軸的直徑。因為材料選擇調(diào)質(zhì)，查機械設(shè)計手冊得，許用彎曲應(yīng)力，#45mpab650mpab60則： 3331142 1057.50.10.1 60ebMdmm考慮到鍵槽的影響，取所以該軸是安全的。mmd803 .605 .5705. 1（4）鍵的設(shè)計與校核：因為 d1=63 裝帶輪查課本 153 頁表 10-9 選鍵為 bh:1811 查 155 頁表 10-10 得 100120b因為 L1=107 初選鍵長為 100,校核 344 1637.5 1011563 100 18 11bTMpadlh所以所選鍵為: :18 11 100b h l 裝齒輪查課本 153 頁表 10-9 選鍵為查機械設(shè)計 155 頁表 10-10 得680d :22 14b h 100120b因為 L6=122 初選鍵長為 100,校核 344 1665.2 1076.280 10022 14bTMpadlh所以所選鍵為:.:22 14 100b h l 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 202.6 齒輪及帶輪的設(shè)計因 采用腹板式結(jié)構(gòu)：347.5500admm表 2-2 高速大齒輪的設(shè)計Table2-2 Design of high Speed Gear 代號結(jié)構(gòu)尺寸和計算公式結(jié)果輪轂處直徑1D1.61.6 45sd 72輪轂軸向長度LLB84倒角尺寸n0.5nnm1齒根圓處的厚度00(2.5 4)nm10腹板最大直徑1D102fDd321.25板孔直徑0d0110.25()dDd62.5腹板厚度c0.3cb齒寬25.2 表 2-3 柴油機帶輪的設(shè)計Table 2-3 Design of diesel Engine Pulley 代號結(jié)構(gòu)尺寸和計算公式結(jié)果sd 手冊 157 頁90mmhd908 . 128 . 1shdd162mmL905 . 1)25 . 1 (sdL135mmrd2()1252 2281raddHmm 81mm0d02hrddd143.5mm黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 s(0.2 0.3)0.2 50sB10mm1s11.51.5 10ss15mm2s20.50.5 10ss5mm 表 2-4 減速箱的帶輪設(shè)計Table 2-4 The belt wheel gear Box Design代號結(jié)構(gòu)尺寸和計算公式結(jié)果sd 手冊 157 頁38mmhd(1.8 2)1.8 38hsdd68.4mmL(1.5 2)1.5 38sLd取 60mmrd2()1252 2281raddHmm 81mm0d02hrddd74.7mms(0.2 0.3)0.2 50sB10mm1s11.51.5 10ss15mm2s20.50.5 10ss5mm 表 2-5 行走機構(gòu)的帶輪設(shè)計Table 2-5 The belt wheel walking Mechanism Design代號結(jié)構(gòu)尺寸和計算公式結(jié)果sd 手冊 157 頁45mmhd458 . 1)8 . 1 (2Sndd81mmL455 . 1)25 . 1 (sdL67.5mmrd2()1252 2281raddHmm 81mm0d02hrddd74mm黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 22s(0.2 0.3)0.2 50sB10mm1s11.51.5 10ss15mm2s20.50.5 10ss5mm3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其整體方案確定黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 23在分析國內(nèi)外平地控制系統(tǒng)的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，借鑒它們的成功經(jīng)驗，根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品的現(xiàn)狀，以及現(xiàn)有的技術(shù)水平，以單片機為控制，以液壓系統(tǒng)為執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)計了一種精密水田平地控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計中，結(jié)合實驗的實際需要，主要以耕整水田為研究對象。利用電磁閥的控制，實現(xiàn)油泵的不同排量，從而實現(xiàn)排種器的轉(zhuǎn)速控制。3.1 確定液壓系統(tǒng)的壓力和流量液壓油缸受力分析：當(dāng)下拉桿與地面平行時，平地機具重力方向與左拉桿垂直，此時平地機具所產(chǎn)生的力矩最大。根據(jù)力矩平衡原理得: 112LGLF式中 G 平地機具的質(zhì)量，力臂，1Lm5 . 01L 平地機具重心位置，2Lm12L 液壓油缸靜態(tài)最大拉力的垂直向上分力。1FmaxF圖 3-1 平地機具靜態(tài)受力圖Fig 3-1 land leveler static force黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 24經(jīng)計算=4000N，力 F 的最大值。平地機具工作時會增加慣性負(fù)載，根據(jù)1FNF4620max經(jīng)驗及相關(guān)文獻取 0.5 倍，則液壓缸工作時必須提供最大拉力 F=6930N。由于采用兩液壓缸，可知單缸最大拉力為 3465N。3.2 液壓缸主要尺寸的確定(1) 油缸工作壓力。根據(jù)經(jīng)驗本系統(tǒng) p=6MPa。 (2) 確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d?？紤]安裝因素活塞工作時塞桿受拉，經(jīng)推導(dǎo) D 可按下式計算，即 2121d14FDDPPFP式中 F 是液壓缸外負(fù)載，已計算 F=3465N 液壓缸的機械效率，本系統(tǒng)取 0.95 p1 是液壓缸工作壓力，已知 p=6MPa P2 是液壓缸回油腔背壓力，因該系統(tǒng)屬于簡單的中壓系統(tǒng)，可取 0.5MPa 由于活塞桿受拉，取 d=0.5D。 將數(shù)據(jù)代入式中可得 D=0.048m圓整后，取 D= 63mm 因 d=0.5D，圓整后取活塞桿直徑 d=35mm由此可計算單缸活塞桿工作時能產(chǎn)生的拉力為 7659N，大于 3465N，滿足要求。 （3）計算液壓缸工作時所需的流量 q 為 式中 v油缸活塞伸縮速度，根據(jù)相關(guān)文獻取 v=4m/min。 系統(tǒng)工作時，經(jīng)常需要兩個液壓油缸同時工作，故系統(tǒng)所需流量為 2q，即25L/min。3.3 各主要液壓器件選擇及其工作原理3.3.1 液壓馬達(dá)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達(dá)是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達(dá)工況；反之，當(dāng)液壓馬達(dá)的主軸由外力矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因為它們具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素-密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機構(gòu)。10 但是，由于液壓馬達(dá)和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以同類型的液壓馬達(dá)和液壓泵之間，仍存在許多差別。首先液壓馬達(dá)應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱；液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求。因此，它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承；其次液壓馬達(dá)由于在輸入壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起動轉(zhuǎn)矩。由于存在著這些差別，使得液壓馬達(dá)和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似，但不能可逆工作11。 該系統(tǒng)液壓泵由拖拉機（型號為清江504）的動力輸出軸驅(qū)動。已知動力輸出軸高擋轉(zhuǎn)速為 1000r/min，再根據(jù)系統(tǒng)工作壓力及流量等要求選用淮安市液壓件總廠生產(chǎn)的 CBTF532 型齒輪泵。該泵的技術(shù)參數(shù)如下：排量為 32mL/r，額定壓力為 20MPa，額定轉(zhuǎn)速為 1000r/min，容積效率為 0.92。3.3.2 選擇液壓閥 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)選用深圳亞德客（AIRTAC）液壓氣動件廠生產(chǎn)的三位四通電磁換向閥，其額定工作電壓為 12V 直流電，響應(yīng)頻率為 5Hz。根據(jù)擬定的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理選定液壓元件，如下表所示： 表 3-1 液壓元件的選擇Table 3-2 The choice of Hydraulic Components序 號元件名稱規(guī)格最大流量 L/min1漏油器XUB32302齒輪泵CBTF532403壓力表4KF10D1/4溢流閥AF10D/DP132黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 265三位四通電磁換向閥ED3C2G02D1326單向節(jié)流閥LAF10DB1327囊式蓄能器CQJ16163.3.3 確定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸由選用的液壓元件接口尺寸確定，即油管內(nèi)徑為 8mm。3.3.4 液壓油箱容積的確定 為了提高液壓系統(tǒng)的動作靈敏度，采用恒壓系統(tǒng)，即油泵壓力恒為工作壓力 6MPa，液壓油箱有效容量按齒輪泵的流量的 10 倍來確定，即選用容量為 320L 的油箱17 。3.3.5 液壓系統(tǒng)溫升驗算系統(tǒng)為恒壓系統(tǒng)，所以在整個田間作業(yè)過程中若液壓缸不動作，則泵的輸入功率全部轉(zhuǎn)化為熱量。 此時液壓油的溫升最大，單位時間發(fā)熱量 Q 為 kw127. 3pq Q式中 p油泵的理論泵油排量，為 32L/0.92， q液壓泵的理論泵出壓力，估算為系統(tǒng)的工作壓力，即 6MPa。郵箱的散熱面積可近似為 A=3.14由于系統(tǒng)的散熱狀況一般，可取 K，則系統(tǒng)的溫升為： 液壓系統(tǒng)油溫一般不應(yīng)超過 70，因此必須設(shè)置散熱器。散熱器選用汽車空調(diào)散熱器，其入口與溢流閥的回油箱口相連。實驗表明，設(shè)置散熱器后，液壓系統(tǒng)油溫不超過 70,工作正常，如液壓系統(tǒng)油路圖所示。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 273.3.6 溢流閥溢流閥是一種液壓壓力控制閥。在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用和安全保護作用。定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時，會使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力，即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動開啟）。安全保護作用：系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進行過載保護，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高 1020）19。3.3.7 其他應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)雖然壓力較為穩(wěn)定，但平地機具在上升和下降的過程中存在較大的沖擊，影響了平地機具的升降控制精度。為此，建議采用頻率響應(yīng)高于 5Hz 的電磁換向閥，或應(yīng)用電液伺服閥，以提高平地機具的位置控制精度。詳情請見如下原理圖：1,7.油缸 2,8.單向節(jié)流閥 3 蓄壓器 4,6.截止閥 5.油壓表 9,17.三位四通電磁閥 10.溢流閥 11.散熱器 12.郵箱 13.溫度計 14.濾網(wǎng) 15 油泵 16.單向閥圖 7 液壓系統(tǒng)油路圖Fig 7 hydraulic system schematic黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 284 潤滑方式的確定已經(jīng)其他的一些要求 因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以采用脂潤滑，箱體內(nèi)選用 SH0357-92 中的 50 號潤滑，裝至5(1.5 2) 10. /minmmr規(guī)定高度。 其他有關(guān)數(shù)據(jù)見裝配圖的明細(xì)表和手冊中的有關(guān)數(shù)據(jù)。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 29黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 0 總 結(jié) 本次設(shè)計旨在研究出一款體積小、質(zhì)量輕、噪音小、操作靈活，適合小面積平地的水田平地船，基于以上的設(shè)計要求，經(jīng)歷了幾次大的方案變動，最后決定采用以雙輪耕整機構(gòu)作為動力源，通過 V 帶輪軸傳動到齒輪機構(gòu)實現(xiàn)減速速，拖動平地船在水田中行走。使用前首先要仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說明書和機具上的安全標(biāo)志,對機具的潛在危險要做到心中有數(shù)!按說明書的要點進行具體操作，避免安全事故發(fā)生。每次作業(yè)前應(yīng)檢查旋耕機的傳動箱是否加足潤滑油，軸承是否加足潤滑脂，連接螺栓是否緊固。作業(yè)中如發(fā)現(xiàn)異常聲音，應(yīng)立即停車檢查，排除故障。手扶拖拉機配套旋耕機陷車時，嚴(yán)禁未熄火時人站在機器前拉、抬機器。機器經(jīng)過較高的田埂時應(yīng)熄火抬過田埂。使用前應(yīng)檢查各部件，尤其要檢查旋耕刀是否裝反和固定螺栓及萬向節(jié)銷是否牢靠，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，確認(rèn)穩(wěn)妥后方可使用。工作時應(yīng)經(jīng)常注意傾聽旋耕機是否有雜聲或金屬敲擊聲，如有異常應(yīng)停車檢查排除。地頭轉(zhuǎn)彎和倒車時嚴(yán)禁工作!以免損壞機件。機組起步時要先接合動力輸出軸，再掛上工作檔，緩慢松放離合器踏板；同時操作液壓升降手柄，使旋耕刀逐漸入土，隨之加大油門，使刀滾達(dá)到規(guī)定耕深時為止。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 0參考文獻1 鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機械學(xué)院 .農(nóng)業(yè)機械學(xué)M.北京:中國農(nóng)業(yè)機械出版社 , 1981:135 2 濮良貴, 紀(jì)名剛. 機械設(shè)計M. 高等教育出版社, 2002.12.5-10-36-2213 徐希民，黃宗益. 鏟土運輸機械設(shè)計M. 機械工業(yè)出版社, 1985：320-344.4 何挺繼，展朝勇. 現(xiàn)代公路施工機械R.人民交通出版社, 1999：81-104.5 徐福玲，陳曉明. 液壓與氣壓傳動M. 北京：機械工業(yè)出版社，2003:34-35. 7 成大先，王德夫等. 機械設(shè)計手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社，2002，4:16-17-786.8 趙顯新. 工程機械液壓傳動裝置原理與檢修M. 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2000:25-35.9 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謝在此論文完稿之際，向所有關(guān)心和支持我的老師、同學(xué)和朋友表示衷心地感謝!導(dǎo)師實事求是、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、豐富的經(jīng)驗和淵博的專業(yè)知識、腳踏實地的工作作風(fēng)和專業(yè)的學(xué)術(shù)水平給我留下了深刻的印象，并將使我終生受益!在此，向李老師表示崇高的敬意和衷心的感謝!設(shè)計期間，得到了李玉清老師熱情耐心的幫助和十分中肯的點評，設(shè)計才得以順利完成，深表謝意。