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16 屆畢業(yè)設(shè)計
振動式馬鈴薯收獲機的設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級
指導(dǎo)老師
日 期
機械電氣化工程學(xué)院制
前 言
馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進入消費市場。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，以馬鈴薯條、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)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強、經(jīng)濟價值大的作物，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稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段馬鈴薯收獲機是當(dāng)代馬鈴薯收獲不可或缺的設(shè)備。在進行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進行揀拾。
市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費時費力。因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設(shè)備不能高效的進行挖掘收獲，需要大量人力進行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機。該振動式馬鈴薯收獲機因其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機進行牽引帶動，就可以很好地進行馬鈴薯挖掘收獲。
本文設(shè)計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設(shè)備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設(shè)計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設(shè)計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設(shè)計。主要通過對原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設(shè)計，振動原理的設(shè)計，分離裝置的設(shè)計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上對馬鈴薯收獲機機體的結(jié)構(gòu)尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
關(guān)鍵詞：振動式；挖掘；馬鈴薯
目 錄
1.緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機存在的問題 3
1.4研究的內(nèi)容和方法 3
1.5預(yù)期目標(biāo) 4
1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 4
1.7工作條件及解決方法 4
2.振動式馬鈴薯收獲機總體設(shè)計 4
2.1收獲機的典型方法和方案選擇 4
2.2振動式馬鈴薯收獲機的振動工作原理 5
2.3整機主要的技術(shù)參數(shù) 6
3.整機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析 6
3.1牽引架設(shè)計 6
3.3挖掘鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
4.整機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析 8
4.1挖掘鏟、振動分離篩機構(gòu)運動學(xué)分析 8
5.動力裝置的設(shè)計與選用 12
5.1傳動系統(tǒng)的確定 12
5.2軸的校核 12
總 結(jié) 14
致 謝 15
參考文獻 16
畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1課題研究的意義
馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進入消費市場。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，以馬鈴薯條、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)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強、經(jīng)濟價值大的作物，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稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段馬鈴薯收獲機是當(dāng)代馬鈴薯收獲不可或缺的設(shè)備。在進行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進行揀拾[
]。
市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費時費力。因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設(shè)備不能高效的進行挖掘收獲，需要大量人力進行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機。該振動式馬鈴薯收獲機因其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機進行牽引帶動，就可以很好地進行馬鈴薯挖掘收獲[
]。
本文設(shè)計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設(shè)備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設(shè)計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設(shè)計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設(shè)計。主要通過對數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設(shè)計，振動原理的設(shè)計，分離裝置的設(shè)計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容[
]。在此基礎(chǔ)上對馬鈴薯收獲機機體的結(jié)構(gòu)尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1國外馬鈴薯收獲機發(fā)展現(xiàn)狀
國外很早就研制馬鈴薯收獲裝置了，從農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。國外馬鈴薯機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在20世紀40年代初前蘇聯(lián)、美國就開始研制推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機了，50年代末期全面實現(xiàn)了生產(chǎn)機械化。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現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機械化。國外馬鈴薯收獲機械的技術(shù)水平相當(dāng)高，不但生產(chǎn)率高而且高新技術(shù)已融于機具之中。如采用振動、液壓技術(shù)進行挖掘；采用傳感技術(shù)控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運量以及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進行碎土和分離及利用微機進行監(jiān)控操作等[
]。 原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機最早的國家。1960年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機保有量是3萬臺，1976年，保有量是6萬臺，1979年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到77%(其中國營農(nóng)場為84%，集體農(nóng)莊為73%)；到20世紀90年代除，馬鈴薯收獲機共有16種機型，其中10種是聯(lián)合收獲機，其中勞動生產(chǎn)率比其他2行收獲機提高1-2倍。 美國在1948年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機，勞動生產(chǎn)率達到100kg/(h·人)。20世紀80年代初期，聯(lián)合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已經(jīng)達到50%以上、20世紀到90年代，美國已經(jīng)基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化[
]。
德國20世紀在40年代主要生產(chǎn)和使用拋擲式收獲機；50年代主要生產(chǎn)和使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機，進行分段收獲；到1970年保有量達到6205臺；70年代開始生產(chǎn)聯(lián)合收獲機，機型有20多種，均是原聯(lián)合收獲機的變型，其保有量達到6萬臺；90年代開始生產(chǎn)收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的聯(lián)合收獲機。日本在1955年以前使用畜力挖掘機，1955年到1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運鏈式收獲機。70年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯(lián)合收獲機，并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機[
]。目前，國外馬鈴薯收獲機械大多采用升運鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達到相當(dāng)高的水平。由于國外馬鈴薯采用機械化壟作種植形式，適應(yīng)這種特點而設(shè)計的收獲機械在中國難以適應(yīng)平作收獲[
]。以內(nèi)蒙百事食品(中國)有限公司種薯基地進口機為例，其全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為900mm，收獲機械為牽引式雙行聯(lián)合作業(yè)，多級鏈輸送，配套動力在59.7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分離，并可實現(xiàn)薯塊大小自動分撿、自行裝車等功能該機為全液壓操縱，各機構(gòu)可實現(xiàn)自動折疊運輸，傷薯率極低。機體與薯塊可能接觸部位均用橡膠件保護。又如，芬蘭康克公司生產(chǎn)的雙行馬鈴薯收獲機為牽引式，配套動力為33.6kW以上，在拖拉機右側(cè)實現(xiàn)挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接裝袋裝箱。同時，該機可作為撿拾機使用，后部工作臺為液壓升降式，薯塊或石頭可直接運至田地頭。日本生產(chǎn)的主要為單行履帶自走式聯(lián)合作業(yè)機，行走與輸送鏈HST無級變速，發(fā)動機為水冷4沖程3缸柴油機[
]。
1.2.2國內(nèi)馬鈴薯收獲機發(fā)展現(xiàn)狀
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60年代中期,馬鈴薯收獲機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、瑞士等國外機具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運鏈式馬鈴薯收獲機，但是由于受當(dāng)時歷史條件的限制，沒能實現(xiàn)大面積推廣和使用。20世紀70年代中期，由于手扶拖拉機的大量推廣應(yīng)用, 國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機配套的馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當(dāng)時的配套動力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。1979年，12國農(nóng)機展覽會后，國家將全部馬鈴薯收獲機樣機都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機的研究工作創(chuàng)造了良好的條件[
]。
到20世紀90年代中期, 由于國產(chǎn)小四輪拖拉機的大量推廣和應(yīng)用, 研制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場,并占據(jù)了很大的市場份額[
]。
1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機存在的問題
我國研究馬鈴薯收獲機起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達國家相比只能望其項背，目前市場上流行的一些機具中，存在如下問題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。
(1)挖掘效率低。有些田間作業(yè)時，馬鈴薯挖掘不完全，有許多果實還在土層里，機器入土較淺。所以挖掘效率低是推廣使用馬鈴薯收獲機機具的最大障礙。
(2)損失率高。因為設(shè)計時參數(shù)選擇不合理，造成挖掘不完全現(xiàn)象比較嚴重，果實在許多大的土塊里，不能直接呈現(xiàn)在人們眼前，需要二次收獲。
(3)果仁完整性差。有些廠家設(shè)計的收獲機具，為了改善漏剝或田間挖掘不完全現(xiàn)象，一味追求挖掘率的提高，造成很多果實破碎，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。
(4)機具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性不高。當(dāng)土壤的含水率、硬度，果實形狀、大小、品種等因素發(fā)生變化時，專門為某類馬鈴薯研究開發(fā)的專用機型馬鈴薯收獲機性能也會變的不理想。
從而國內(nèi)能夠完成挖掘、振動分離的馬鈴薯收獲機設(shè)備由于實用性，技術(shù)性等原因，還未在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模使用[
]。
國外馬鈴薯收獲機的發(fā)展歷史已經(jīng)有上百年了，其特點主要是能夠根據(jù)用戶的不同需求，在收獲機上配備多種工作裝置。國外馬鈴薯收獲機的使用比較廣范，且以簡單、高效的振動式收獲機為主的馬鈴薯收獲機搶占著全球很大市場[
]。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國馬鈴薯收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來馬鈴薯收獲機的發(fā)展要求，我選擇的是振動式馬鈴薯收獲機的設(shè)計。家用振動式馬鈴薯收獲機主要由動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。其中，動力裝置是通過人操作小型拖拉機進行牽引收獲機提供動力，只需把馬鈴薯收獲機通過三點懸掛連接在拖拉機上進行田間作業(yè)。
先確定我國已有馬鈴薯收獲機的類型，根據(jù)已有馬鈴薯收獲機的原理及結(jié)構(gòu)來進行設(shè)計振動式馬鈴薯收獲機，使收獲效率能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是馬鈴薯收獲機要能工作穩(wěn)定，操作簡便，成本低，保證挖掘率高，馬鈴薯完整率高，果實和土壤分離效果好等優(yōu)點。
1.5預(yù)期目標(biāo)
（1）收獲機操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，成本低，使用壽命長。
（2）馬鈴薯完整率高、馬鈴薯和土壤分離效果好。
（3）可以在各種田間作業(yè)，安裝靈活，挖掘效率高，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。
（4）制造價格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。
1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機動力源于拖拉機提供牽引動力和動力輸出的回轉(zhuǎn)力實現(xiàn)動力的傳輸，再經(jīng)偏心輪把回轉(zhuǎn)力變化成上下振動，該振動為挖掘的碎土和果實進行振動分離。
（1）選擇合適動力傳遞方式，設(shè)計工作裝置和傳動裝置。
（2）運用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）利用Solidworks進行虛擬樣機設(shè)計，完成整機各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習(xí)工廠、微機室、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，設(shè)計條件良好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學(xué)院擁有先進的實驗設(shè)備和機械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，可以滿足對振動式馬鈴薯收獲機設(shè)計的工作條件。
2振動式馬鈴薯收獲機總體設(shè)計
2.1收獲機的典型方法和方案選擇
振動式馬鈴薯挖掘機主要由機架、正牽引 架、偏牽引架、振動篩 、振動挖掘鏟、萬向傳動軸、地輪、振動篩傾角調(diào)整機構(gòu)等組成，挖掘機整體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示
1.軸承 2.正牽引架 3.萬向傳動軸 4.機架 5.振動篩 6.地輪 7.振動架 8.偏心輪 9.挖掘鏟
圖2-1 振動式馬鈴薯收獲機主視側(cè)視的整體結(jié)構(gòu)示意圖
2.2振動式馬鈴薯收獲機的振動工作原理
挖掘機通過家用小型拖拉機的三點懸掛方式進行馬鈴薯挖掘作業(yè)，挖掘鏟和分離篩的振動動力由拖拉機動力輸出軸提供動力輸出，通過萬向傳動軸3經(jīng)偏心輪8一端輸入，偏心輪與另一端通過鉸接臂與振動架的約束將動力傳遞給振動架7，振動架7的上下運動通過連接板帶動挖掘鏟9和振動分離篩5產(chǎn)生在機架內(nèi)的上下往復(fù)運動，最終實現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時的振動，完成馬鈴薯挖掘和分離，鋪放于地面工作，從而完成馬鈴薯的分段收獲作業(yè)。
2.3整機主要的技術(shù)參數(shù)
馬鈴薯挖掘機主要應(yīng)用于西南山區(qū)，小地塊、坡度大、多石塊等條件地塊，其設(shè)計結(jié)構(gòu)符合西南地區(qū)、小地塊區(qū)域、小區(qū)育種等馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求， 該機采用偏牽引結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)小壟馬鈴薯挖掘作業(yè)，避免拖拉機作業(yè)時壓壟或挖掘機不能正對壟挖掘等問題的出現(xiàn)，提高馬鈴薯收獲的效率和收獲質(zhì)量。該機主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。
表2-3 整機主要的技術(shù)參數(shù)
項目
參數(shù)
整機外形
15508661050（mm）
動力
18-21（KW）
整機質(zhì)量
110左右（kg）
作業(yè)行數(shù)
1
作業(yè)幅寬
460左右（mm）
挖掘深度
100-200（mm）
挖掘鏟與地面傾角
20°左右
適應(yīng)行距
700-900（mm）
3整機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析
3.1牽引架設(shè)計
馬鈴薯挖掘機不能正對壟進行挖掘作業(yè)，可以選擇三點懸掛的牽引方式。這種牽引方式的設(shè)計使該機器有更好的通用性，可以滿足多地區(qū)小地塊的馬鈴薯挖掘作業(yè)。牽引架結(jié)構(gòu)如圖所示。
A B
1.上懸掛 2.下懸掛 3.萬向傳動軸
圖3-1 牽引架
3.2振動分離篩設(shè)計
振動分離篩主要完成土薯分離工作，不同長度的桿條焊接在 U 型支架上，桿條間距 40 mm，振動分離篩通過彎板支架與搖臂相連接，在振動架的驅(qū)動下振動，篩面對挖掘的土薯混合物有拋起的作用，有較強的整機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析。如下圖所示
圖3-3 振動篩
3.3挖掘鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計
挖掘鏟主要完成土薯挖掘工作，挖掘機振動架帶動挖掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動，挖掘鏟尾部焊接桿條，桿條的主要作用是分離土薯、避免挖掘鏟與振動分離篩之間由于間隙過大使薯塊掉落。采用一體式挖掘鏟，切土效果更好，挖掘鏟平滑鋒利，可以避免薯塊從挖掘鏟的兩側(cè)漏出被機器擠壓和被土壤覆蓋。
4.整機關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)分析
4.1挖掘鏟、振動分離篩機構(gòu)運動學(xué)分析
圖4-1 挖掘鏟、振動分離篩機構(gòu)運動分析
為構(gòu)件 i 鉸鏈點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度;為構(gòu)件3質(zhì)心到鉸鏈點C連線與兩鉸鏈點連線的角度（逆時針為正）；為構(gòu)件4質(zhì)心到鉸鏈點D連線與兩鉸鏈點連線的角度（逆時針為正； 為 O、D 兩點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆時針為正）；ω為OA 桿轉(zhuǎn)動的角速度，rad·s-1。
根據(jù)挖掘鏟、振動分離篩的三維模型，設(shè)置相應(yīng)的材料屬性，確定各自質(zhì)心坐標(biāo)，進而確定質(zhì)心位置，由于挖掘鏟與振動分離篩有質(zhì)量對稱平面，且平行于此平面運動，可將挖掘鏟與振動分離篩機構(gòu)轉(zhuǎn)化為對稱平面上的平面連桿機構(gòu)。挖掘鏟、振動分離篩機構(gòu)簡圖如圖4-1所示。以O(shè)為原點建立直角坐標(biāo)系，作封閉矢量多邊型，建立矢量方程如下
OA+AB=OC+CB (4-1)
OD+DE=OF+FE (4-2)
由矢量方程建立位移方程有：
式中：，為構(gòu)件上某點 j(鉸鏈點或任意點 A、B、C…) 的坐標(biāo)；Li為構(gòu)件i (1、2、3…)的兩鉸鏈點間的距離；為構(gòu)件i鉸鏈點6連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向為正）。
對于整機連桿機構(gòu)本文只對挖掘鏟、振動分離篩機 構(gòu)進行運動學(xué)分析，目的是分析 2 個構(gòu)件工作時質(zhì)心加速度的變化規(guī)律，進而分析2個構(gòu)件慣性力的抵消情況。如圖3c所示，起始位置OAD 逆時針擺動，角位移為φ，角速度為ω，角加速度為α。(參數(shù)為與時間 t 有關(guān)的變量)
將方程組(3)中的第一式對時間求導(dǎo)，得：
（4-5）
式中：LOA 為構(gòu)件上點A（鉸鏈點或任一點）與O的距離，mm；為i構(gòu)件的角速度，rad/s。
將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)α3，由式（4-5）得：
將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)α2，由式（4-5）得：
將式(5)對時間求導(dǎo)，得：
(4-6) 式中：為i構(gòu)件的角加速度，rad/s2。
將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)α2，由式（4-6）得:
將方程組(4-4)中的第一式對時間求導(dǎo)，得：
（4-7)
式中： 為 O、D 兩點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向為正），(°)；LOD 構(gòu)件上點 D（鉸鏈點或任一 點）與O的距離，mm。將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)α5，由式（4-7）得：
將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)α4，由式（4-7）得：
將式(4-7)對時間求導(dǎo)，得：
(4-8)
將坐標(biāo)系繞O點逆時針旋轉(zhuǎn)，由式（4-8）得：
D點的位移方程：
（4-9）
挖掘鏟BC位移方程：
（4-10）
式中：為質(zhì)心到鉸鏈點 C 連線與梁鉸鏈點連線的角度 (逆時針方向為正)，(°)；為構(gòu)件 3 質(zhì)心與鉸鏈點 C 的 距離，mm。振動分離篩 DE 質(zhì)心位移方程為：
(4-11)
D點的加速度方程為：
(4-12)
式中： ， 為 D 點在 x，y 方向上的加速度，mm/s2。 挖掘鏟BC質(zhì)心加速度方程為：
(4-13)
式中：xi， 為i構(gòu)件質(zhì)心在 x，y方向上的加速度，mm/s2。振動分離篩DE質(zhì)心加速度為：
(4-14)
式中：L4D為構(gòu)件 4質(zhì)心與鉸鏈點 D 的距離，mm。以圖3c 所示OA 所在位置開始逆時針擺動時的振動位置為起點，分析挖掘鏟、振動分離篩質(zhì)心加速度變化規(guī)律。根據(jù)桿件設(shè)計尺寸及極限狀態(tài)位置可知：
L3C=166 mm，L4D=461 mm，LOD=330 mm，在整個周期內(nèi) 角度變化范圍為：171.5°<α3+α3C<175.5°，20.5°<α4+α4D< 23°，α3C=113.5°，α4D=14°（角度以逆時針方向為正），根據(jù)構(gòu)件在兩個極限位置的各個參數(shù)值及運動學(xué)方程分析挖掘鏟 BC 和振動分離篩 DE 質(zhì)心在 x，y 方向的加速度變化規(guī)律。
挖掘鏟BC質(zhì)心加速度在整個運動行程的兩個極限-位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 正向），到達極限位置之前逐漸增加（x 負方向），回程運動逐漸減?。▁ 負方向），到達初始極限位置之前逐漸增大（x 正方向）。 振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 負方向），到達極限位置之前逐漸增加（x 正方向），回程運動逐漸減?。▁ 正方向），到達初始極限位置之前逐漸增加（x 負方向）。挖掘鏟 BC 質(zhì)心加速度在整個運動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▂ 正方向），到達極限位置之前逐漸增大（y 負方向），回程運動逐漸減?。▂ 負方向），到達極限位置之前逐漸增大（y 正方向）。振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運動行程的兩個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▂ 正方向），到達極限位置之前逐漸增加（y 負方向），回程運動逐漸減?。▂ 負方向），到達初始極限位置之前逐漸增加（y 正方向）， 直到回到初始極限位置。理論分析得出一個行程周期內(nèi)，挖掘鏟、振動分離 篩 x 方向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時方向相反，y 方 向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時加速度方向相同。
5動力裝置的設(shè)計與選用
5.1傳動系統(tǒng)的確定
本機械所適用的作業(yè)田的壟長長度大于200m，壟距為800mm，壟高250mm，結(jié)薯深度為150～200 mm。馬鈴薯挖掘機可配套動力為約翰迪爾280型拖拉機，功率為20.6kW,動力輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min。拖拉機提供牽引，如圖5-1.2所示萬向傳動軸機構(gòu)，通過萬向傳動軸對機器進行動力傳輸，經(jīng)過萬向傳動軸傳給振動式馬鈴薯收獲機振動所需的力。該機器前進的動力是由拖拉機三點懸掛所提供的牽引力，使其在田間作業(yè)[
]。
圖5-1.2 萬向傳動軸
5.2軸的校核
在機器工作過程中，軸的工作需要克服機架施加的摩擦和撞擊，要計算其可靠性。所以可以先計算出軸的最小直徑。經(jīng)過查閱機械設(shè)計基礎(chǔ)第五版可得知計算軸的最小直徑的公式。軸的最小直徑為：
（7-1）
式中： ——滾軸最小直徑（mm）；
——軸的許用扭切應(yīng)力（）；
P——傳遞到軸上的功率（）；
——軸的轉(zhuǎn)速（）；
C——軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。
根據(jù)上面算出來的已知數(shù)據(jù)可知：
軸的轉(zhuǎn)速:
n=540r/min
軸的輸入功率:
P=20.6kw
軸的扭矩:
由于此軸是用來實現(xiàn)果秧分離工作的，因此是比較重要的軸，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,抗拉強度,屈服強度。
因此經(jīng)過計算和查閱相關(guān)資料可得：
P=0.23 n=290r/min
將數(shù)據(jù)代入式7-1得：
因此此軸滿足受力要求，可以滿足工作需要。
總 結(jié)
此次設(shè)計經(jīng)過了一年左右的時間，大致經(jīng)過了以下階段
1.查閱研究國內(nèi)外馬鈴薯的發(fā)展現(xiàn)狀的相關(guān)資料。
2.設(shè)計選擇振動式馬鈴薯收獲機的主要動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。
3.根據(jù)要求制作機器三維模型，及分析主要零件受力情況。
4.對相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算，選擇合適材料。最終設(shè)計出能滿足工作要求的機械。
最終設(shè)計完成的模型，我在市場上原有的產(chǎn)品進行了改進，在振動篩后面加了一個可以調(diào)節(jié)刀具和地面夾角的軸，使他的適用性更強。
致 謝
經(jīng)過一個學(xué)期的辛勤與忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，在設(shè)計過程中難免有許多問題會考慮不周，如果沒有吳明清老師的悉心指導(dǎo)與督促，以及設(shè)計小組的同學(xué)們的幫助與支持，也許畢業(yè)設(shè)計不會這么順利的完成。
畢業(yè)設(shè)計過程中，吳明清老師耐心的指導(dǎo)使我們受益匪淺，他扎實的理論知識與豐富的實踐經(jīng)驗給我留下了深刻的印象，也正是老師認真負責(zé)的教學(xué)態(tài)度使我們從畢業(yè)設(shè)計中真正的學(xué)會了學(xué)以致用，將課本知識與實際設(shè)計中所遇到的問題相聯(lián)系，整合了自己在校所學(xué)的專業(yè)知識，同時提高了我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。從機械設(shè)計開始到最后的設(shè)計完成，吳老師對于專業(yè)知識嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)精神以及對于設(shè)計過程嚴格的要求態(tài)度成為我們在今后學(xué)習(xí)以及工作中良好的榜樣，在此謹向為我們畢業(yè)設(shè)計小組辛苦了一學(xué)期的老師致以最真誠的謝意。
回望這一學(xué)期，似乎忙碌與緊張充滿了整個設(shè)計過程，但是因為有了小組成員們的關(guān)懷與幫助，使得設(shè)計的過程也充滿了歡樂。我們共同研究，相互討論，遇到問題一起解決，畢業(yè)設(shè)計不僅是對我們學(xué)習(xí)的檢驗，同時也是鍛煉我們與他人協(xié)同工作的好機會。
在最后我要感謝學(xué)校、學(xué)院對我們的培養(yǎng)，為我們的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)造良好環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)研究條件。伴隨著畢業(yè)設(shè)計的結(jié)束，我們也將離開校園，有過少耕耘就有多少收獲，相信我們走出校園后能將自己的價值體現(xiàn)出來，回報父母、回報學(xué)校，為社會做自己力所能及的貢獻。再一次感謝在畢業(yè)設(shè)計中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們，感謝母校給我的一切學(xué)習(xí)機會，最后祝大家在今后的工作和生活中一切順利！
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