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软件名称:[B]玉米秸秆还田机工作结构的设计[/B]
软件类型:注塑模毕业设计
运行环境:Win9X/Win2000/WinXP/Win2003/
软件语言:简体中文
授权方式:共享版
软件大小:0 Bytes
官方主页:Home Page
更新时间:2019-05-30 22:50:56
软件简介:


本科毕业设计(论文)

论文题目:玉米秸秆还田机工作结构的设计
专 业:机械设计制造及其自动化
班 级:2015级1班
学生姓名:芦绍宇
学 号:03991501013
指导教师:
答辩日期:

黑龙江工业学院机械工程系

摘要

保护性耕作技术是全世界农业技术发展的必然趋势,秸秆还田技术是机械化保护性耕作中的重要技术,在繁忙的农业期间,运用机械化的秸秆还田技术可以使耕作变得更有效率,同时还能有力推动机械化还田技术可以防止因为秸秆焚烧而带来的一系列环境污染。本文根据现有的玉米秸秆还田机研发了功率消耗小,粉碎率高的玉米秸秆还田机工作机构。
在对秸秆粉碎的基本理论分析的根源上,我们提出了秸秆还田机得详细结构方案设计。采用卧式结构的方法,主要由悬挂装置,变速箱和秸秆粉碎机构组成,拖拉机输出动力由万向节传递给变速箱,减速后带动刀轴进行秸秆粉碎达到秸秆粉碎还田的目的。

关键词:保护性耕作,玉米秸秆还田机,工作机构

Abstract

Conservation farming technology is an inevitable trend in the development of global agricultural technology. Straw returning technology is a key technology in mechanized conservation tillage. During the busy farming period, the use of mechanized straw returning technology can make farming more efficient. At the same time, mechanization can avoid a series of environmental pollution caused by straw incineration. In this paper, the working mechanism of corn straw returning machine with low power consumption and high crushing rate was developed according to the existing corn straw returning machine.
Based on the analysis of the basic theory of straw crushing, we put forward the concrete structure design of straw returning machine. The horizontal structure is mainly composed of suspension device, gearbox and straw crushing mechanism. The output power of tractor is transferred to the gearbox through universal joint. After deceleration, the tool shaft is driven to crush straw to return to the field.
Keywords:Conservation farming, corn straw returning machine, working mechanism

目录
摘要 III
Abstract IV
第1章 绪论 3
1.1 课题的意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.3 课题的研究内容 5
2总体结构及基本参数的确定 7
2.1总体结构 7
2.2工作原理 7
2.3拖拉机的选择 7
2.4基本参数计算以及各轴功率、转矩分配 9
2.4.1基本参数的计算 9
2.5玉米秸秆还田机主要参数 10
2.6 拖拉机的性能参数 10
3 设计计算说明书 14
3.1 总体设计 14
3.1.1 传动机构 14
3.2秸秆粉碎刀辊工作原理 14
3.3链轮的设计 16
3.4甩刀选择 17
3.5甩刀排列方式 18
3.6 还田刀轴结构设计 19
3.6.1 还田刀轴转速的确定 19
3.6.2 还田刀轴的校核 24
3.6.3 还田轴轴承的校核 30
3.6.4 键的校核 32
3.7 机架的设计 33
参考文献 36


第1章 绪论
1.1 课题的意义
我国具有耕地15亿亩,秸秆每年的产值为7亿吨,年产秸秆数量的总值相当于北方打草量的50多倍,秸秆产值约占全国际秸秆总量的30%。玉米秸秆一直以来是首要的日子动力和家畜的饲料,特别是玉米秸秆在乡村作为日子燃料的更是占很大比重。可是,近些年呈现了大面积燃烧秸秆和秸秆滞留在田间地头的现象。呈现这种现象的首要原因收集起来,首要为:一方面跟着农人进城打工的人数添加,乡村劳动力逐步削减;另一方面秸秆搜集和运送的本钱高,售卖一车秸秆,除掉运费和人工费,所剩无几;别的为了抢农时,抢积温,也需求快速处理秸秆。
为了处理玉米秸秆的运用问题,大力开展和发展研究秸秆粉碎还田技能,势在必行。多年的试验和许多的发展研究标明,秸秆粉碎还田关于农业出产有如下几点含义:
(1) 玉米秸秆中含有许多的钙、氮、磷、钾及微量元素。其间,豆科植物的秸秆含氮量许多,玉米秸秆能够供给的养分能够占我国有机肥总养分的13%~19%,是农业出产中十分重要的有机肥源。玉米秸秆在粉碎还田后,秸秆在分化过程中开释养分,而且还进行腐殖质化,将一些有机质化合物缩合而且脱水,变成愈加杂乱的腐殖质,以此改进土壤的结构。也能够起到吸水、保水、保温、透气、粘结等的作用,改变了土壤的本身调节水、肥、温、气的才干,分化的养分能够让下一季作物更好地吸收,以此能够完成养分元素在土壤与作物之间循环
(2)改进土壤的情况,添加土壤团粒结构。土壤容重和土壤孔隙度是衡量土壤物理性状的两个重要目标,别离反响土壤的结构和紧实度。玉米秸秆粉碎还田还可让土壤质地变得愈加疏松,通气性更强,犁耕遭到的阻力削减,储存水分、养分成分才干增强。土壤内含有的有机质、容重和总孔隙度的添加与削减能够影响到土壤有机质含量,土壤容重,土壤孔隙度。对土壤聚会体和结合态腐殖质的影响使土壤中的微聚会体增强,小于0.01mm的微聚会体削减,对土壤的物理性质和富含养分总量具有杰出的作用。
(3)改进土壤蓄水的才干。水分是作物成长的必要条件,秸秆还田后,随同土壤聚会体数量的添加,土壤孔隙度加大,提升了蓄水才干。
(4)具有杰出的环境生态效益。秸秆还田,能够减轻降雨时对土壤的冲刷作用,削减水土流失现象的发作,使生态环境向着更好的方向开展。
将玉米秸秆粉碎后还田,能更有功率的处理秸秆的燃烧问题。夏收时节秸秆燃烧问题十分严峻,而处理秸秆的技能和机具并不是十分老练,不能既有用节省农时,又能处理燃烧问题。所以推行玉米秸秆粉碎还田不仅仅是变废为宝,还能够维护环境,使人与自然的联系调和健康的开展
1.2 国内外发展研究现状
玉米秸秆是粮食出产中的首要副产品之一,是农业出产的重要资源,具有丰厚的直接或间接运用性价值。能够作为造纸、碳、建筑材料等的肥料、饲料、燃料的质料运用。
增强玉米秸秆的收集运用水平,是开展高产、优质、高效农业、为农人殷实的急需和重要手法。农作物秸秆资源的运用联系到土壤肥力、环境安全和乡村动力在整个农业生态系统中的有用运用现已引起国际各国的注重,成为可继续开展的重要方面。因而,秸秆的运用成为有必要赶快处理的问题,成为农业出产资源开发的新焦点。秸秆资源数量巨大,开发价值巨大,开发运用的远景十分宽广。
可继续农业开展已成为国际农业开展的一起趋势。另一方面,可继续农业是:“办理和维护自然资源根底,从头确认技能和体制改革,以保证满意和保持当代子孙的需求,并保证可继续开展维护农业和水资源、植物和动物遗传资源、不形成环境退化,而是技能上适宜,经济上可行,社会上能够承受。”玉米秸秆问题也涉及到土壤肥力、土壤和水维护、环境维护、可再生资源的有用运用等。作为农业出产最基本的出产资料,可继续土地运用是一个永久的课题。因为我国大部分农业用地长时刻栽培,土壤现已形成了坚固的耕地,再加上多年来农业化肥的缺少,以及广泛运用化学肥料和杀虫剂,形成了土壤污染。因而,有机土地年复一年的削减、作物产值的削减或产值的不稳定都不利于可继续农业和生态农业的开展。农田生态环境的恶化将带来一场不可思议的灾祸,有必要对加强秸秆还田的作业有必要予以满足的注重。
国外机械化秸秆切碎技能发展研究现状
因为机械化的秸秆切碎技能是运用秸秆资源最经济最有用的技能,最具有经济效益,生态效益和社会效益。因为国外在研发和出产方面起步较早,开展也很快。尤其是意大利、美国、英国、丹麦、德国、法国、西班牙等发达国家在该范畴处于肯定领先地位。意大利的OMARV公司尤为杰出,它的产品配套动力26-132kw作业幅宽1.2-6米,刀片的转速为1950r/m、美国埃兹拉、隆达尔有限公司在此方面的发展研究出产水平都均很高。此外,国外还研宣布了拖拉机带动的卧式转子切碎机,幅宽6m,刀片可替换,转子的最高转速为2000r/min,外壳上有挡板,使茎秆撒布均匀,而且还带有遇到障碍物的安全组织。还有一种立式切碎机,既可用于秸秆得切碎,又可用来修剪草坪和灌木丛。收集国外机械化秸秆切碎技能,技能比较完善,机具种类多,功能牢靠,可是价格也很贵重。咱们能够学习国外现有技能,经过咱们自己的消化吸收,开宣布合适我国国情的产品。
国内机械化秸秆切碎技能及现状
现在,我国农作物秸秆收集运用技能首要便是切碎的方法,曩昔因为在知道上,方针上及经济上的原因,机械化秸秆切碎技能开展仍是比较缓慢的。近年来,跟着农业出产水平的人民日子的增强,剩下秸秆也越来越多。为了运用宝贵秸秆资源,政府鼓舞而且大力支持开展机械化的秸秆切碎技能,依据秸秆的处理方法不同,我国机械化秸秆切碎首要包含秸秆整株切碎技能、秸秆粉碎切碎技能、根茬粉碎及耕翻切碎技校术和联合作业切碎技能。我国近几年来才开端研发田间秸秆粉碎切碎机器,而且以硬秸秆为主,国内起步较早的北方地区,因为当地农业出产开展的需求,要求处理玉米留茬、秸秆的粉碎切碎,河北、山东、山西、河南、陕西、天津等省市先后研宣布了多种玉米、高粱等秸秆切碎机,经过消化吸收国外的先进技能,比较成功地处理了硬秸秆的田间粉碎切碎机具问题,而且对这一类机具的作业原理、结构参数、运动参数展开了分析发展研究。
1.3 课题的研究内容
本文研究的秸秆还田机的主要功能是对秸秆进行有效的粉碎还田,达到较高的覆盖率,秸秆还田机的基本参数和性能参数符合农艺要求,因此我们需要设计合理的主机机构和部件,来实现不同的功能。例如要使机具具有较高还田覆盖率就需要将刀片的结构和机具的结构及运动参数相结合,为了使机具耕经济节能,就需要对机具的传动、运动等部分进行优化设计、使机具结构紧凑、工作质量高。经过对机具的功能分析和部件设计后,将要采用适宜的连接承载部件使得机器的各个功能部件得以合理的组合搭配,在完成了上述的几个步骤后就进入到了各个主要部件的校核阶段以满足工作时的强度要求。
(1)对玉米秸秆还田机研制所需要的基础理论分析,为样机的设计奠定科学依据。
(2)提出玉米秸秆还田机总体结构设计方案;根据实际作业要求初步选择与其相配套的动力并以此为依据确定各项设计参数及具体结构。
(3)刀具的选择与还田刀轴设计。


2总体结构及基本参数的确定
2.1总体结构
该玉米秸秆还田机主要由动力输入、变速箱、带传动、工作部件秸秆还田机构等组成。结构形式为卧式结构,刀轴水平配置。还田机工作时,依靠三点悬挂装置与拖拉机后输出轴通过万向联轴器挂接。
2.2工作原理
该机作业时,拖拉机输出轴经万向节将动力传递给变速齿轮箱,齿轮箱传递到带轮。在进行秸秆粉碎作业时,轴经过齿轮箱、巨细带轮两级增速后,带动粉碎刀轴上的甩刀高速旋转,秸秆遭到一次切开。当秸秆进到机箱内后,遭到剪切、搓擦和撕拉效果,将进一步粉碎,粉碎完后被均匀抛撒,到达还田的意图。
2.3拖拉机的选择
拖拉机的挑选便是发动机的挑选,依托还田机要求来挑选。假如发动机功率太大,必定添加本钱,形成功率的糟蹋;相反,假如容量太小,就不能确保还田机的正常粉碎,或使发动机长时间处于过载状况,导致过早损坏。考虑到功率储藏以及传递过程中的功率丢失,所选发动机功率有必要大于还田机运用功率。
拖拉机与农业机械进行配套研究时,需求正确估核算拖拉机的能够使用的功率,关于传统的两轮和四轮拖拉机能够使用下列经历公式,预算各种土壤条件下的牵引功率,具有必定的准确度。
A=发动机的最大功率
B=最大动力输出轴功率=0.86 A
C=最大牵引功率(混凝土路面)=0.95 B
D=最大牵引功率(坚实泥土)=0.95C
E=可用牵引功率(坚实泥土)=0.9D
F=可用牵引功率(耕耘土壤)=0.86E
本研究选用90马力的拖拉机。
所以,可用的牵引功率 影响功率消耗的要素许多,主要有刀轴转速、机组跋涉速度、耕深、土壤含水率和土壤坚实度、土质等,此外,残茬、还田刀的类型及摆放诸要素也对此发作不同程度的影响,具体影响如下:
1) 刀轴转速:刀轴转速和跋涉速度越高所消耗的功率增加越剧烈。较为志向的协作是低刀轴转速和较高的跋涉速度,虽然功耗要增加,但生产率提高了,仍可以下降单位面积的功耗。
2) 跋涉速度:在刀轴转速坚持不方便的情况下,还田所需的功率随跋涉速度增加近似线形增加。
3) 土壤含水率和土壤坚实度:在同一块土壤上试验,所需功率随土壤含水率的(或土壤坚实度的减小)而减小。
还田机的功率消耗主要由还田机刀片切削土壤,抛掷土垡,推动还田机跋涉,传动部分消耗及打败土壤沿水平方向作用于刀轴上的反力所消耗的功率组成:

Nt 代表还田机行进功率耗费
Np 代表抛土功率耗费
Nn 代表战胜土壤水平反力的功率耗费
N代表还田机总功率耗费
Nq 代表切土功率耗费
Nf 代表传动和冲突功率耗费
在还田机的总功率耗费中,以切土和抛土功率耗费为主,占总功率耗费的70%-80%。
可以用经验公式估算:
式中
含义为还田比阻(N/ cm2),
含义为机组前进速度(m/s),取0.15m/s;
B含义为耕幅(m),本机器2.2m;
a含义为耕深(cm),本机器22cm;
其间:Kg代表理论还田比阻 (N/cm2)   取Kg =12;
K4代表作业方法批改系数 取K4=0.66;
K3代表残茬批改系数 取K3=1.1;
K1代表耕深批改系数  取K1 =11;
K2代表土壤含水率  取K2=0.92; 

本研究为分层切土,需求耗费功率远远小于凿形和直角刀片形还田机的功率耗费。至少能够节省30%,即64.01×70%=44.81kW,占配套动力总功率的67.7%,后备功率很足够。家用型的玉米秸秆还田机可选择55-60马力左右中型拖拉机与其配套。
2.4基本参数计算以及各轴功率、转矩分配

2.4.1基本参数的计算
现已知粉碎轴及刀轴的工作转速是n3=1800r/min,拖拉机输出轴的转速n拖=523r/min。
所以总的传动比

锥齿轮传动比

则轴2的转速

则带轮传动比

2.5玉米秸秆还田机主要参数
外型尺寸(毫米) 1750×1350×1050
作业幅宽(mm) 1050
抛撒幅宽(mm) 1050
整机重量(公斤) 450
粉碎轴转速(转/分) 1800
粉碎刀数(片) Y型刀30
滚筒回转直径(mm) 496
切碎长度 ≤10cm
配套功率 55-60马力
切碎合格率 ≥90%
2.6 拖拉机的性能参数
表一 悬挂机构的技术参数
下拉杆后球铰孔径D2 28 下拉杆后球铰宽度b2 38
链接三角形的高度H 530-680 悬挂轴的长度M 800
上拉杆连接销直径d1 22 销孔到台肩距离l1 102
上拉杆后球铰直径D1 22 上拉杆后球铰宽度b1 58

表二 拖拉机悬挂装置升降机构的特性
升降机构形式 液压分置式 液压油泵型号 CB-32型齿轮泵
分配器形式 型滑阀式 液压油缸形式 型双作用式
油缸最大推力(公斤) 推出 7500 悬挂轴的提升能力(公斤) 额定 1100
推入 6250 最大 1500
油缸尺寸及行程(缸径*最小长度*行程) 悬挂机构形式 球铰接四连杆机构
安全阀开启压 130 农具联接形式 后置双轴三点悬挂

表三 拖拉机的参数
拖拉机的型号 铁牛—55 后轮配重(公斤) 150(重块)210(流水)
发动机额定功率 55马力 一档速度、传动比 1.37 296.89
牵引力(公斤) 1400 二档速度、传动比 1.69 241.29
结构重量(公斤) 2900 三档速度、传动比 2.15 189.96
最小使用重量 3300公斤 四档速度、传动比 3.52 115.54
前轮分配重量 1100公斤 五档速度、传动比 4.82 84.41
后轮分配重量 2200公斤 六档速度 6.32
重心坐标(mm) 七档速度 7.76
外形尺寸(长宽高) (mm) 额定功率(马力) 55
前轮轮距(b) 1200-1800(mm) 额定转速 1500
后轮轮距(b1) 1200-1800(mm) 最大扭矩(公斤/米) 4115
轴距(L) 2493(mm) 离地间隙(h1) 450(mm)
最小转弯距(单边制动) 3.7(m) 最小转弯距(不制动) 5.75(m)


表四 悬挂机构的技术参数
下拉杆尺寸 R 800 上拉杆固定点坐标 X2 493
R1 400 Y2 190
下悬挂点间距 M 800 升降臂夹角 α 0
下拉杆固定点
坐标 X1 285 悬挂轴变化范围 h1 195
Y1 -200 h2 895
B1 245 上拉杆长度 Lmin 535
B2 490 Lmax 800
油缸固定点坐标 X4 438 动力输出轴坐标 X5 400
Y4 -264 Y5 -62.5
B2 154 B3 0
升降臂转轴坐标 X3 398 提升吊杆长度 L1min 430
Y3 340 L2max 515
悬挂轴在最高点与后轮外援间隙 e 145 拖拉机后轮半径 r 760
升降臂长度 r1 260 拖拉机后轮中心到地面的距离 Rk 720
r2 140
表五 拖拉机动力输出轴技术参数
动力输形式 半独立式 位置 后置离地560
旋转方向(朝前进的方向看) 顺时针 转速(转/分) 523
花键公称尺寸(键数-外经*内径*键宽) 8-38×32×6 花间末端到凹端距离 40
花键工作长度 76

2.7悬挂设计
(1)农具和拖拉机的联结型式
牵引力:农具走轮。农具在运输或工作时,其重量均由本身的轮子承受。机组的稳定性好,对不平地面的性较差,金属消耗最大。多用于各种宽幅,重型农具。
悬挂式:农具在机承受。重量轻,结构紧凑,机动性好,效率高。但稳定性差,使用调整较复杂,对地表的适应性不如牵引式和半悬挂式。广泛应用于各种农具,在大部分场合有取代牵引式的趋势。
半悬挂式:农具有自己的行走轮,运输是承受部分重量,另一部分重量由拖拉机承受,其优、缺点介于悬挂式和牵引式农具之间,当大型、重型农具用悬挂式有困难时可用半悬挂式。
根据实际情况和以上特点,所以本设计选悬挂式
(2)农具在拖拉机上悬挂的位置
后悬挂:特点 农具配置在拖拉机后面,增大驱动轮载荷,提高了牵引性能。拖拉机走在未耕地上,工作后不留轮辙。但不便于观察作业情况,运输时稳定性和操作性较差。
前悬挂:农具配置在拖拉机前面,拖拉机走在以工作过的地面上,能满足收获机械要求,但可能使前轮负荷过大,转向费力或轮胎超载。
中间悬挂:农具配置在拖拉机前、后轴之间,便于观察作业情况。但装卸费事,农具和拖拉机配套行强,通用性小。
侧悬挂:农具配置在拖拉机侧面,视线好。但横向稳定性较差,不适于配带较重的农具作业。
分组悬挂:农具分几组分别顺次悬挂在拖拉机侧面、前面或后面,机组稳定性较好。
根据所设计还田机的特点和以上所说的特点选择后悬挂。
(3)农具在拖拉机上悬挂的方法
单点悬挂:农具通过拉杆与拖拉机相连,可以在垂直面内一点O自由转动,结构简单。但农具工作性能受地面起伏影响较大,不易控制。拉杆容易和拖拉机发生干涉,O点的位置选择不受限制。常在一些简易的或无专门悬挂系统的拖拉机上用。
两点悬挂:两点悬挂点A、B布置在水平面内,农具绕A-B轴线转动杆件,与农具刚性连接,相当于两个单点悬挂并联。悬挂机构通常是专用的。用于没有或不宜采用三点悬挂系统的地方。
三点悬挂:农具通过上拉杆和两个下拉杆与拖拉机三点相连。在垂直面和水平面内各有一个瞬时转动中心O1、O2,农具上下左右可自由运动。虚牵引点0、O1的位置不受结构限制。O在农具入土过程中位置有变化有利于农具入土。通用性好,可挂各种农具。
根据本设计的要求,选用三点悬挂,因为通用性好。

3 设计计算说明书
3.1 总体设计

1—箱传动轴2—变速3—皮带出动部分4—粉碎机罩壳5—工作部件
图1总体设计示意图
3.1.1 传动机构
其功用是将迁延机的动力传递到作业部件,进行粉碎作业,它有万向联轴器传动轴、齿轮箱和侧边传动装置组成。
(1)万向联轴器传动轴衔接迁延机动力输出和齿轮箱输入轴。装置时,带套的夹叉装在粉碎就输入轴端,且有必要使两个夹叉的开口处在同一平面内。
(2)齿轮箱:它内部装有一对圆锥齿轮,起改变方向和增速的效果。
(3)侧边传动装置:由三角皮带轮组成,选用单侧边传动方法(原因前文已说到),要起传递动力的效果,别的也有起过载维护效果和传动比分配的效果。
3.2秸秆粉碎刀辊工作原理
拖拉机前横梁首先将玉米秸秆推斜,秸秆还田机横梁A点就抵住玉米秸秆,A点起必定的支承效果,这时甩刀砍切秸秆较简单。
现在,秸秆还田机根本都是选用甩刀、弯刀等,以高速砍、切、撞、搓、撕的方法将玉米秸秆粉碎还田。


粉碎部件是核心工作部件。甩刀数量越多,线速度越大,秸秆粉碎效果越好。
刀片回转速度与机组前进速度的配合
根据还田机的运动方程可以知道:的大小对还田机工作状况有重大影响。
其中:
VP代表还田刀片端点的线速度
Vx代表刀片端点在X轴与Y轴方向的分速度
R代表还田刀端点转动半径
代表还田机的前进的速度
代表刀轴旋转角速度
如果λ<1,VP< 不管还田么方位,都有Vx>0,即刀片端点的水平分速度一向与还田机的跋涉方向相同,其运动轨迹是短摆线,这时还田刀不能向后切土,而出现土的现象,使还田机不能正常作业。
假设λ>1,则还田刀转到必定的方位时,就会出现Vx<0的情况,即刀片端点绝对运动的水平分速度与还田机的跋涉方向相反,起运动轨迹为余摆线,还田刀能够向后切削土壤。只需刀片在初步切土时Vx<0,整个切土进程刀刃上切土部分各点的运动轨迹都是余摆线,即圆周速度Vp大于还田机的跋涉速度。
因为刀片从开始切土到切土完毕都不应顶土,则必须满足
令,λ称为还田速比

则:

由于 得:

即只要拖拉机的还田刀轴的转速超过38.22r/min,即可满足还田速比的要求。
考虑动力匹配及安全性,选用卧式结构。刀盘回转直径D=512mm;刀轴转速n=1800r/min;甩刀最大线速度v=40m/s。
3.3链轮的设计
在锥齿轮完成增速之后,需求链轮把动力传递给切碎刀辊。我挑选链轮的原因是,链传动比较平稳,传动功率很高。并且能习惯十分恶劣的作业环境,比方湿润或许高温下,不必忧虑秸秆切碎还田机在作业的过程中,传动系统会被环境所影响。
在本研究中,由于锥齿轮现已完成了增速,链轮的传动比便研究为=1,仅需求它传i2递动力,而不需求增速或许减速。链传动是依托轮齿以及链条的啮合运动,把主动轮的动力传递给从动轮,然后驱动从动轮运动,因而来完成动力的传递。
我挑选链传动,而不挑选带传动,是由于和后者比较,前者不会呈现弹性滑动,也不会有打滑的现象。
由于要完成传递动力的效果,所以此处我研究运用传动链中的一种,也便是滚子链。资料挑选40号钢,热处理办法是淬火、回火,热处理之后可以有40-50HRC的硬度。运用此种资料的链轮,能让其具有较好的接受冲击的才能,并且在作业时不会发生剧烈运动或许噪音。
此处,研究运用单排链传动,类型挑选12A。链条数添加,链轮的承载力也会添加。但并不是链条越多就越好,太多的话,其制作精度的要求也就十分高,作业时会呈现许多问题。并且,链条的排数也不是越多越好,最多也就四排。一般情况下,都是用单排链、或许双排链。
3.4甩刀选择
刀辊是秸秆切碎还田机上最重要的一个零部件,其刀片以及刀座可用于一切的切碎还田机,可是刀片的形状和摆放方法并不通用。
玉米秸秆还田机在工作的时候依靠刀片的合成运动来完成对秸秆的粉碎还田,刀片是机器与土壤接触的直接部件,因此刀片的设计直接影响了机器的工作效率,功耗以及使用寿命等性能,刀片主要由正切面,侧切面和过渡面这三部分组成。
还田机的刀齿有刚性和弹性两大类,刚性刀又可以分为直刀,L形刀,锥爪型,T型,Y型等几个类型(中国农业机械化科学研究院,1988),如下图所示

刀齿类型图
对上述几种刀片的性能分析
直刀型适用于小麦、水稻等比较细软、质轻的秸秆。L型的适用于牧草、甜菜等软而脆的作物。锥爪型的刀片质量大,转动惯量也比较大、打击性能好但缺点是其功耗也比较大,主要适用于大中型机具厂。T型刀片是一种可以完成双向切开的刀片。刀尖在切碎秸秆的一起,刀柄尾部的横向刀片可以把秸秆的茎秆悉数切碎。Y型主要适合于玉米,高粱等秸秆,这类秸秆粗而脆,刚度较好,粉碎主要以打击和切割相结合为主。
通过对这几种刀具的性能分析本设计选取Y型的刀片作为玉米秸秆还田机的刀片
Y型刀的长处是缓解了甩刀角落处的会集应力;刀片的功率耗费小,Y型刀是斜粉碎切动秸秆,所以达到了省力的作用。大多数秸秆还田机都会选用这种刀型。
此类型刀片已构成规范,代号为ZBB98008-88.
刀片的资料挑选及其热处理:考虑刀片常常与泥土地、秸秆等磨擦,工作条件极端恶劣,所以选材要好,要求有较强的耐 磨性和较强的抗冲击耐性。本机选 用20CrMnTi,热处理工艺:将刀片加热至880―900。c,再保温10分钟。然后用10%的NaCl水溶液淬火,最终在180-200。C回火2小时,可到达3.16ha/g的耐磨性和290J/cm以上的抗冲击耐性。

3.5甩刀排列方式
刀片的摆放办法:刀片的摆放办法关于秸秆是至关重要的,合理的摆放办法不只能使还田机破坏秸秆质量前进,而且还能够使还田机平衡功能更好,减轻还田机的颤动。甩刀的摆放办法会对刀辊翻滚时的平衡有极大影响。因此,甩刀的摆放办法,应将物料在破坏室分布均匀,并有利于转轴动平衡。
摆放办法有螺旋线摆放、对称式摆放、交错平衡式摆放等三种办法。
本机选用螺旋线式摆放办法。
3.5.1刀片密度
选择刀片密度在必定的旋耕幅宽和刀轴转速之下,运用多少个刀片对旋耕效果和切碎效果都有很大的影响。刀片的数目得在一个适合的数量上。刀片数目过少,秸秆没有遭到满意的切削,不能被完全切碎。刀片数目过多,会增加本钱,耗费了过多的动力。而且,刀片太多,会导致旋转滚筒里面过火拥堵,会构成秸秆的堵塞。
3.5.2刀片的摆放
刀片摆放的办法根据交错设备法的原理,将刀片摆放成双头螺旋线的办法。在切碎还田机两端各自只设备一把向内的甩刀,但是中心的其他全部部分都设备两把双向的甩刀。这样研讨的利益是全部甩刀的受力都是均匀的,旋耕往后的地表不会高低不平。
刀片摆放的条件根据相关资料对秸秆切碎还田机的研讨和开展研讨,得出以下能够增加机具工作效率和运用寿数的条件:1.每个刀片的摆放都以必定的轴向间隔间隔,避免秸秆碎茬的堵塞,也避免出现漏割或许切碎不完全的问题;2.挨近的两把甩刀的径向夹角需求满意大;3.甩刀的设备办法要简略便当,出了缺点立马就能换;4.刀片的质量要好的一同,价格也要适合,也就是有出色的经济效益;5.每把刀片的摆放间隔都相同,每把刀片的摆放夹角也得相同。
依据以上几种摆放办法的利害得出一种新的摆放办法————均力免震法。摆放办法如图所示
刀得排列示意图
特点是:①刀轴受力均匀。②刀轴旋转时不震动,无需加配重块。
3.6 还田刀轴结构设计
3.6.1 还田刀轴转速的确定
还田部件既要具有必定的还田才能,一起也应该可以把秸秆切碎到必定程度,这就需求确认合理的还田速度和刀齿进给量。
依据农业生产要求,还田后的碎茬长度不得大于 80mm。这就要求还田刀片的进给量不得过大,还田刀每次的进给量为:
(3-1)
式中:
-机具前进速度,。
Z-甩刀数。
由公式能够得出,改动刀数、机具行进速度或刀辊转速可以改动进给量。下降机具行进速度能够改变削减刀齿的进给量,可是将会导致生产率下降;添加刀数会导致作业中环绕现象增多,在结构上将受到约束;添加刀辊转速,功率耗费急剧上升,因而不宜选用过高转速,而应在刀齿进给量满足农业生产要求的前提下,尽可能运用较小转速。为此挑选齿进给量S=50mm。为确保粉碎秸秆质量,刀齿有必要具有足够的切开速度。实验标明:刀轴转速、机具的行进速度,刀齿的摆放形状、刃口的尖细程度、秸秆密集程度、土壤的性质和刀齿进给等影响粉碎质量,尤其是刀轴转速和机具的行进速度,经实验剖析,刀齿切开玉米秸秆是问题的要害。为了将玉米秸秆切断,刀齿必须具有足够的切割速度v。该速度为刀齿的边缘速度的水平分量与机具前进速度向量之和,即:
(3-2)

图3.3
由式(3-3可知,无论是机具前进速度的改变,或是刀齿边缘线速度的改变,都将导致粉碎速度改变,机器前进速度、刀齿边缘线速度的水平分量速度方向一致,作业中不变,当向前增加时,则要相应地向后增加,这样才能保证合理地进行粉碎作业和大小相等,方向相反。
根据本机的设计,,就是保证切碎秸秆作业质量的首要运动参数。
在机具匀速前进作业时,刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀辊的回转运动所合成。为使机组正常工作,必须在整个作业过程中不产生推土现象,因此要求其绝对运动轨迹为余摆线(中国农业机械化科学研究所,1988;南京农业大学,1996),如图所示:


图3.4 还田刀具运动轨迹示意图
还田刀具运动轨迹(如上图所示)可用下列方程式表示:
(3-3)
(3-4)
式中:
代表刀轴角速度,; R代表还田刀锟回转半径,m; 代表刀轴运动时间,; 代表机组前进速度,。
这是一个以时间t为参数的摆线方程式,将上述方程式微分后,可得出下列速度方程式:
(3-5)
(3-6)
式中:-刀端线速度在水平方向的分量;
-刀端线速度在垂直方向上的分量。
由上式可知水平速度分量是个变量,这个变量对还田旋耕作业质量的好坏有着十分重要的影响,从图中可知,当0时,还田刀不能向后切土,而出现刀片端点向前推土的现象,无法正常工作。为了确保正常作业,则必须有一个向前的足够的分量,其绝对值的大小不得低于所需的还田速度,即;
(3-7)
这是卧式还田机能够进行还田作业的条件。
(3-8)
式中:h-还田深度,。
将式(3-7)、(3-8)带入式(3-5)中得:

又:
所以: (考虑打滑率5%) (3-9)
式中:n-为还田刀辊转速,。
由式(3-9)可知:还田刀辊转速的挑选首要取决于还田速度和机具行进速度。收集考虑整机结构的要求,确认还田刀辊回转半径为200mm。经过核算和比较优选,确认还田旋耕刀轴的转速为,还田刀轴为反向旋转。则 (3-10)
(3-11)
满足还田的需要。
本机选用对行还田,又要考虑到行距可调的功能以便习惯不同行距的作业,还田刀座应焊接在轴管上,轴管能够在还田轴上自在移动以便还田刀具移动。还田轴选用mm大直径薄壁钢管,再加上轴管的厚度(10mm),这样能够增强主轴刚度和转动惯量、缩短刀座的高度(或刀具的长度),一起因为加长了刀座与轴管间的焊缝长度而增强了焊缝的承载才能。轴管经过销轴定位再还田轴上,选用开口销固定,拆开便利。详细结构如下图所示:

图 3.5 部分还田刀轴部装图
焊接了甩刀的轴管套在还田轴上,还田轴的每端各排列三个销轴孔,便于调整出不同的刀间距以适应不同的行距,这样大大增加了还田机的适用性能,各销轴空之间的距离见下图:


图 3.6 部分还田轴示意图
由上图可知,该还田机适用的行距:540mm860mm。这就提高了还田机的适用性能,避免了传统对行还田很难保证还田部件准确对行(垄)粉碎秸秆, 以致造成粉碎不完全甚至漏切的缺点。突出了在对行还田时,还田刀沿着行(垄)在秸秆范围内旋转切茬, 实际作业幅宽缩短, 动土量随之减少, 动力消耗降低等优点。
3.6.2 还田刀轴的校核
还田轴的转速为415r/min,对双行玉米进行还田所需功率为P=7.4kw。选择轴的材料为45钢,经调质处理,由轴的常用材料及其主要力学性能表中查得其材料力学性能数据为 (机械设计手册编委会,2005):

因为甩刀是按双螺旋线摆放在刀轴上,每次只要一把刀入土还田,所以不同方位的刀在作业时对轴的影响是不同的,依据草算和开始制作的轴受力求及当量弯矩图可知当第5或第6把甩刀作业时对轴的影响最大。下面将对当第5或第6把甩刀作业时的轴进行校核。
还田刀的作业示意图:


图3.7 还田刀工作示意图
轴的计算步骤列于下:
由链传动设计内容可知:链轮作用在轴上的力2640N,水平方向。
表 3-3
计算项目 计算内容 计算结果
还田刀端线速度 由公式(3-9)知
对轴的作用力
圆周力 由图3.6
径向力 由图3.7
画轴的受力图 见表3.8.(b)
计算支撑反力
水平面反力

续表:
计算项目 计算内容 计算结果

垂直面反力

水平面受力图 见图3.8.(c)
垂直面受力图 见图3.8.(d)
画轴弯矩图
水平面弯矩图 见图3.8.(e) 图
垂直面弯矩图 见图3.8.(f) 图
合成弯矩图 见图3.8.(g)
画轴转矩图
轴受转矩
转矩图 见图3.8.(h)
许用应力
许用应力值 查资料得:

应力校正系数

续表
计算项目 计算内容 计算结果
画当量弯矩图
当量转矩 ,见图3.7.(h)
当量弯矩 在工作甩刀中间截面处



在右轴颈中间截面处



当量弯矩图 见图3.8.(i)
校核轴径
轴径

为空心轴的内径和外径之比,


(a)轴结构图
(b) 轴受力图
(c) 水平面(xy平面)受力图

(d) 垂直面受力图
(e) 水平面弯矩图
(f) 垂直面弯矩图
(g) 合成弯矩图

(h) 转矩图
(i) 当量弯矩图

3.6.3 还田轴轴承的校核
根据设计要求,按照轴承的工作载荷(大小、性质、方向)、轴的转速及其使用要求选用一对深沟球轴承,轴承代号为6216,查机械设计手册得=55.0 =44.8
滚动轴承的主要失效形式是疲劳点蚀,因此轴承的尺寸应按疲劳强度即寿命计算,同时还要进行静强度的计算。
预期寿命为
寿命计算
轴承轴向力
X、Y值 ,查表得
冲击载荷系数 考虑中等冲击,查表得
当量动载荷

轴承寿命

静载荷计算
当量静载荷 因=0
安全系数 根据轴承工作情况,查得
计算额定静载荷


3.6.4 键的校核
依照键的运用要求、工作条件和轴与带轮衔接的结构特色选定键的类型为圆头一般平键(A型),,,即键 GB1096-1979。安装带轮处的轴受转矩100470
轴的挤压应力    



轴的剪切应力



式中 -轴径,  
-键的长度,;
-键的宽度,;
-键高,  ;
-键的工作长度,A型键;
-键与轮毂的接触高度,平键;
-许用挤压应力,查表得;
-许用切应力,查表得。
3.7 机架的设计
机架由两边板、弧形罩板焊合而成,归于钢架板壳的组合结构,具有满足的强度和刚度。后边的弧形罩板用两合页连接在顶部壳体上,有焊接在两边版上的后托板来支撑和定位。之所以不直接把后弧形板与前面焊合,是因为能够将后弧形板翻开以便于对还田轴进行修理和保养。罩板内侧上部装有两行横向角钢起定刀效果。在还田过程中会有很多的杂草以及漏收的玉米秸秆随还田刀的旋转而缠绕在还田刀上伴随着旋转,这些杂草和秸秆会阻塞罩板内部空间,一起还会有很多泥土附在还田刀上,这都会影响还田刀的旋转,从而下降还田质量且增大功耗。在机壳内侧上部装有定刀能够将附在还田刀上的杂草、秸秆切碎抛洒到田间,也能将附在还田刀上的泥土铲除,保持刀的尖利,确保了还田的质量。
传动组织、刀辊、限深组织与两边板相连并固定,罩壳上焊有悬挂板,以完成与拖拉机的三点悬挂。
地轮经过调理板用螺栓连接在壳体两边板上,螺栓空有多个方位,以便来调理地轮方位用于操控粉碎刀锟深度。


总结
这些年来,随着经济的不断发展和生活水平的不断提高,生态环境的维护越来越被人们所注重,简略方便而又高效的机械化农业生产也被越来越多的区域和农户所推行。秸秆还田这种机械化处理秸秆的办法,十分方便,又维护了生态环境,又充分使用了资源,对生态农业的可持续发展有着极大的作用。
(1)在充分地查阅材料和讨论发展研究之后,确认了拖拉机的型号,以及玉米秸秆还田机工作机构的初步计算。
(2)粉碎秸秆是玉米秸秆还田的主要目的,所以对刀片有很高的要求,本文对刀具进行了挑选以及刀具排列。
(3)刀轴是秸秆还田机的重要承载部件,也是输出的重要部分,本文对刀轴进行了设计和校核计算。


致谢

论文答辩完成了,我从此毕业了,我将从学校走向社会争取一个对社会发展有用的人。在这里我首先要感谢我的指导老师,老师在指导我论文期间,不遗余力的帮我查找错误.小到标点符号,大到内容逻输,每一字符都挥酒着老师的心血,是导师的博学多识和一丝不苟的负责任的工作态度让我在大学西上一个完美的句号。在此我要表示真心的感谢,谢谢老师的帮助。
其次 ,我要感谢我的母校,正是因为母校这块丰沃的土地才能让我健康茁壮的成长!
感谢所有的良师益友给我的宝贵建议和帮助,让我愉快的完成论文。正是因为有你们的存在,才让我享受了充实而美好的大学生活。
最后,感谢所有在百忙之中抽出时间对本论文的提出宝贵意见的专家和老师!


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