2826 花生收獲機的設計

2826 花生收獲機的設計,花生,收獲,收成,設計 塔里木大學畢業(yè)論文（設計）任務書學院 機械電氣化工程學院 班級 農(nóng)機 12-1學生姓名 趙歡 學號 8031208104課題名稱 花生收獲機的設計起止時間 年 月 日—— 年 月 日（共 14 周）指導教師 范修文 職稱 講師課題內(nèi)容根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機和塊莖類收獲機，設計用拖拉機牽引的花生收獲機，要求結(jié)構簡單，收獲效果好，損失少，鋪放整齊。具體要求如下：1.選擇合適配套動力，設計工作裝置和傳動裝置。2.繪制二維裝配圖和零件圖。3.要求利用 Solidworks 繪 制三維圖。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(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機和塊莖類收獲機確定花生收獲機的總體設計方案， 繪制總體結(jié)構簡圖 。第 5～6 周 根據(jù)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(jīng)濟性能， 實用性能等方面對產(chǎn)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] 尚書旗,劉曙光,王方艷,姜元志,華偉. 花生生產(chǎn)機械的研究現(xiàn)狀與進展分析[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2005(03) [2] 尚書旗,王方艷,劉曙光,趙忠海,王建春. 花生收獲機械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2004(01) [3] 滕美茹,田立忠 ,陳廣成. 花生收獲機的現(xiàn)狀與展望[J]. 農(nóng)機化研究. 2011(10) [4] 康云友,侯方安. 山東省花生生產(chǎn)機械化現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]. 農(nóng)機推廣與安全. 2003(04) [5] 尚書旗,周亞龍,王曉燕,王方艷,楊然兵. 三種花生收獲機的作業(yè)性能對比試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2008(06) [6] 張智猛,胡文廣,許婷婷,高新華. 中國花生生產(chǎn)的發(fā)展與優(yōu)勢分析[J]. 花生學報. 2005(03)[7] 金攀. 花生收 獲機性能分析及推廣難點[J]. 農(nóng)機科技推廣. 2010(11) [8] 張日紅,朱立學. 花生聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)振動篩運動仿真分析[J]. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學院學報. 2010(04) 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。目 錄1 緒論 ..............................................................................................................................................21.1 研究的目的和意義 ......................................................................................................................21.2 現(xiàn)狀及分析 ..................................................................................................................................21.2.1 國外花生收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................21.2.2 國內(nèi)花生收獲機械的發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................22 振動篩式花生收獲裝置的設計原理 ..................................................................................32.1 設計依據(jù) .............................................................................................................................32.2 設計方案的選擇與分析 .....................................................................................................32.3 總體設計 .............................................................................................................................42.4 工作原理 .............................................................................................................................43 主要參數(shù)確定與關鍵部件設計 .............................................................................................43.1 主要參數(shù)確定 .....................................................................................................................43.1.1 花生收獲機的功率計算 .........................................................................................43.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定 .........................................................................................53.1.4 軸的校核 .................................................................................................................84 結(jié)束語 ........................................................................................................................................10致 謝 ..............................................................................................................................................11參考文獻 .......................................................................................................................................121 緒論1.1 研究的目的和意義中國花生種植面積約為433萬hm 2，是世界第二種植大國 [1]。長期以來，由于花生種植、收獲和加工大都是靠人工完成的。勞動強度大、效率低。據(jù)初步估算，整個花生生產(chǎn)過程中，花生的收獲所用工時為整個過程的三分之一以上。而這一階段的作業(yè)成本占整個花生生產(chǎn)成本的50%以上。很顯然的，對花生收獲機械過程實現(xiàn)機械化作業(yè)是降低收獲時期作業(yè)成本，保證增產(chǎn)增收的有效方法。針對我國尤其是山東、江蘇、河南、河北等省市花生收獲機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展的新形式要求，目前，國際經(jīng)濟趨于全球化,我國農(nóng)業(yè)機械面臨著新的機遇和嚴峻考驗研究設計花生收獲機，對提高我國花生收獲機械化水平具有重要意義 [2]。1.2 現(xiàn)狀及分析1.2.1 國外花生收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達國家，特別是美國，收獲形式為典型的兩段式收獲：即先用花生挖掘機將花生挖掘出來、除土后成條鋪放于田間，待花生晾干后，再用帶撿拾器的花生收獲機撿拾摘果。發(fā)達國家（地區(qū)）的機械化花生收獲主要有兩種技術模式，一種是以美國、加拿大、歐洲等國為代表的大型全程機械化分段收獲技術集成模式，由挖掘機、撿拾機、摘果機和秧蔓處理等設備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國和中國臺灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術模式，由一臺設備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。日本、韓國及中國臺灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術裝備對我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問題。JohnDeere 公司和KelleyManufacturing 公司研制生產(chǎn)的花生分段收獲機械代表了世界最先進的水平 [3]。1.2.2 國內(nèi)花生收獲機械的發(fā)展現(xiàn)狀我國花生收獲機械化水平無論是同其他主要糧食作物相比，還是同世界發(fā)達國家相比，均處于較低水平?；ㄉ斋@機械正處于發(fā)展期，目前以分段收獲為主，部分地區(qū)用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機，聯(lián)合收獲技術剛剛起步。聊城市農(nóng)機研究所與青島即墨市利源金屬制品廠聯(lián)合研制了 4BH-2 小型背負式聯(lián)合收獲機，取得了突破性發(fā)展。山東雙力集團也研發(fā)了 4HD-1 型花生聯(lián)合收獲機，可一次完成挖掘、分離、摘果、清洗、集果等作業(yè)。同時，萊陽農(nóng)學院等單位研制了 4H-2 型花生收獲機，該機突破了以往機型挖掘鏟與分離鏈相配合的傳統(tǒng)工作方式，創(chuàng)建擺動挖掘原理，將挖掘與除土分離兩個機構融為一體：收獲部件利用反平行四邊形機構傳動，實現(xiàn)了兩工作部件的等角度、反方向擺動，使機架承受的側(cè)向力相互平行，機組工作平穩(wěn)：收獲部件擺動前進，工作阻力小。4H2 型花生收獲機是目前應用推廣較好的機械。該機械適應當前的種植體制,選用農(nóng)村普遍應用的 8.8～13 kW 小四輪拖拉機為配套動力,可與多功能花生播種覆膜機配套使用,是唯一可以將殘膜同花生一起收起,減少地膜殘余量的有效機械。但該收獲機的主要參數(shù)未進行系統(tǒng)的優(yōu)化設計與理論分析，特別是重要的傳動部件沒有進行最佳結(jié)構與運動參數(shù)的確定。工作時，有關參數(shù)需要逐步調(diào)試，影響花生收獲機的性能與作業(yè)質(zhì)量。為此，進一步從理論上研究 4H2 型花生收獲機，對其主要參數(shù)進行優(yōu)化分析,對推動花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。1.3 傳動系統(tǒng)的運動機理分析4H2 型花生收獲機主要由限深輪、傳動軸、偏心傳動輪、連桿、長擺桿、立軸、收獲部件、長連桿、擺桿、懸掛裝置、機架等零部件組成。工作過程中，花生收獲機在拖拉機的牽引下一方面前進，一方面動力通過拖拉機的動力輸出軸、萬向節(jié)、傳動軸，帶動偏心傳動輪以一定的速度轉(zhuǎn)動：偏心膠帶輪則通過連桿帶動長擺桿運動，隨之帶動長連桿、擺桿運動。由于長擺桿、擺桿分別通過立軸、收獲部件。由于挖掘鏟后部連接的縱向分離柵條在不停地作扇形擺動，使得被挖起的土壤和花生的混合體松碎。密度大的土壤在運動中從柵條間隙中落下：而密度小的花生莢果，在運動中上浮，實現(xiàn)了花生與土壤良好分離。隨后花生植株繼續(xù)向后歸攏輸送，最后整齊地平鋪在挖掘后的地面 [4]。1.4 國內(nèi)外研究存在問題（1）結(jié)構復雜，安裝、拆卸不方便，操作不便；（2）采用機械振動的方式采收花生，其偏心振動頻率高、振幅小，按要求正確操作；（3）生產(chǎn)率較低，采凈率低，范圍不廣。1.5 研究的內(nèi)容與方法根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機研究現(xiàn)狀與萊陽農(nóng)學院等單位研制了 4H-2 型花生收獲機密植模式的特點急需開發(fā)適于結(jié)構簡單，收獲效果好，對花生損傷少的收獲裝置。該課題的主要研究內(nèi)容有：依據(jù)花生收獲裝置的特點，設計出花生收獲機，并利用 Autodesk、Solidworks等軟件進行繪圖與實體繪制設計出花生收獲機整體結(jié)構主要由設備主要包括底盤、傳動系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤采用 450 型半喂入稻麥聯(lián)合收割機底盤等組成：動力設備提供動力，使整個收獲裝置向前行走；除雜與收集裝置負責收集與除雜工作：傳動系統(tǒng)采用分路傳動，并配有液壓無級變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗考核和示范應用表明，該機性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標為：果實損失率 2.3%，摘果破損率 0.45%，果實清潔度 99%，設備可靠性系數(shù)96.2%，各項檢測指標均達到或超過該機的設計技術指標。討論分析了收獲機的基礎參數(shù)，參考動力設備參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關參數(shù)，由經(jīng)驗公式計算出收獲機移動所需的功率，根據(jù)該功率選擇合適的動力設備。該課題應用的研究方法：理論設計、繪制模擬樣機圖并進行仿真模擬。既要保證工作要求，又要盡量使其結(jié)構簡單。2 振動篩式花生收獲裝置的設計原理中國對花生收獲機械裝置的研究正處在發(fā)展時期，花生收獲機械大面積的推廣還需要一段時間，農(nóng)村分散經(jīng)營的生產(chǎn)體制和農(nóng)民的消費水平，東部與西部地區(qū)的差別，對產(chǎn)品、技術需求的遞進趨勢以及廣大農(nóng)村中小型拖拉機擁有量大的特點，決定了在今后一段時期內(nèi)，中國仍然要以中小型花生收獲機械與裝置為主要的研究和推廣對象 [5]。但是，國內(nèi)對花生收獲裝置的理論研究有待深入，研究工作還基本停留在試制與試驗階段，對花生收獲裝置的工作原理、結(jié)構優(yōu)化、具體的工作情況及規(guī)律性的深入研究尚沒有報道;而現(xiàn)有的花生收獲技術的理論著作過于老化，新理論和學術研究性文章比其它農(nóng)業(yè)機械技術理論相對偏少，且深度不夠，學術價值較低，致使收獲機械與裝置有效供給不足，小型機具多，優(yōu)質(zhì)機械過少，大中型農(nóng)機具跟不上發(fā)展需要，收獲裝置不能滿足花生生產(chǎn)實際的需求，影響了新裝置的開發(fā)改進，最終影響了花生種植業(yè)戶購買機具的積極性。因此，加強理論研究，加快理論與實踐的結(jié)合速度，研制出適合中國當前國情、性能穩(wěn)定、高效優(yōu)質(zhì)的新型花生收獲裝置，以滿足國內(nèi)現(xiàn)階段廣大花生種植用戶及市場的迫切需求，應當是現(xiàn)階段中國花生生產(chǎn)機械化研究的主要方向。2.1設計依據(jù)（1）符合中國國情中國農(nóng)村人口多、土地少，且分散經(jīng)營，大型農(nóng)機具.保有量少，而中小型拖拉機擁有量大。所以，針對中國現(xiàn)階段農(nóng)村生產(chǎn)的實際狀況，所設計的花生收獲裝置應以配用中小型動力為主。（2）作業(yè)可靠、減少收獲損失根據(jù)山東省質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布的《山東省地方標準～農(nóng)業(yè)機械作業(yè)質(zhì)量花生機械收獲》和農(nóng)藝要求，所設計的花生收獲裝置應達到的性能指標為:配套動力:11～13.2kW 小型四輪拖拉機生產(chǎn)率:0.1～0.13hm 2/h損失率: 3%?莢果破碎率: 1%（3）結(jié)構緊湊，降低成本為便于花生收獲裝置的推廣和使用，考慮到中國現(xiàn)階段廣大花生種植戶的消費水平，在保證收獲裝置作業(yè)質(zhì)量的前提下，進一步簡化結(jié)構、降低成本，真正使廣大農(nóng)民買得起、用得上。2.2設計方案的選擇與分析傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖動鏈相組合的方式。這種裝置是20世紀70年代中國從美國引進和消化吸收后推廣應用的，不僅結(jié)構復雜、制造成本高、動力消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便于人工揀拾。本文所設計的收獲裝置擬采用將挖掘和分離兩項功能溶為一體的全新結(jié)構，以減少功耗、機體尺寸以及收獲損失;并對動力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進行合理配置，確保動力傳遞高效可靠，操縱調(diào)整簡便。由于花生的種植模式是兩行壟作，所以收獲裝置的挖掘部件應為兩個挖掘鏟，在收獲裝置作業(yè)過程中擬使挖掘鏟以一定的頻率擺動前進，即擺動式挖掘。這樣，可以最大限度地減少土壤對工作機組的阻力，降低機組功耗。為減少機構尺寸，簡化結(jié)構，收獲裝置的分離部件擬附著在挖掘部件上，在作業(yè)時，通過挖掘部件的擺動使分離機構將花生與泥土分離。所以，設計方案的選擇主要是傳動系統(tǒng)的選擇和挖掘分離裝置的確定。2.3總體設計該機主要由挖掘鏟、振動篩、行走輪、傳動裝置及機架等組成。挖掘鏟的作用是鏟斷花生主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和花生秧果傳輸?shù)角逋裂b置上。對挖掘鏟的要求是前行阻力小、挖掘深度穩(wěn)定、耐磨損、碎土性好、自潔性好、制作工藝方便等。本機挖掘鏟采用整體單鏟式平鏟，并在其后端設有碎土柵，以增加其破碎土功能，也是花生秧果從挖掘鏟升運到振動篩的銜接部件。挖掘鏟選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，固定連接在機架的前下部?；ㄉ斋@機的清土裝置目前主要有抖動升運鏈式和振動篩式兩種，振動篩式結(jié)構緊湊、清土效果好、傷果率低等特點，但較抖動升運鏈式整體震動較大。綜合考慮本設計采用振動篩式清土裝置，振動篩柵條為縱向排布，柵條中心距可以根據(jù)當?shù)鼗ㄉ贩N（主要是花生果大小）來確定，為便于將花生秧果成條鋪放到遠離未收取區(qū)的已收區(qū)，振動篩設計為下傾式，振動篩通過機架兩側(cè)的連桿與機架鉸接，由前上部的偏心驅(qū)振裝置驅(qū)動作往復振動，驅(qū)振裝置上配有偏心平衡塊裝置。為防止作業(yè)時秧草纏繞設備和機器內(nèi)側(cè)挑鄰行花生秧蔓。傳動系統(tǒng)采用帶組合傳動，分別將拖拉機的輸出動力傳輸?shù)絺?cè)向切割器與篩動裝置。設備兩側(cè)配有充氣式橡膠行走輪，行走輪直徑為405mm，寬度為100mm。2.4工作原理此類振動篩式花生收獲機作業(yè)時，拖拉機帶動收獲機具前行，挖掘鏟以一定角度鏟入土中（挖掘深度通常在100～150mm），將花生主根切斷，并將掘起的土壤和花生秧果輸送到振動篩上。掘起的土壤和花生秧果進入往復運動的振動篩，將花生和沙土不斷地向后振動輸送，大部分沙土被振落至篩下，實現(xiàn)清土目的，花生秧果和少部分未去除的沙土隨后從振動篩的側(cè)尾端被拋送到已收區(qū)，實現(xiàn)成條鋪放，待田間晾曬后再進行揀拾作業(yè)。行走輪安裝在機架上，通過選用不同的定位孔可調(diào)節(jié)行走輪的安裝高度，調(diào)節(jié)挖掘鏟的挖掘深度和入土角。本機的主要特點：采用側(cè)尾振動篩清土裝置，清土效果好、條鋪效果好、可靠度高、損失率低；偏心塊與振動篩采用等慣量反配置自平衡設計，不僅可同時實現(xiàn)清土和輸送一體化功能，而且具有震動小、運行平穩(wěn)可靠、駕乘舒適等特點；通過調(diào)節(jié)行走輪安裝高度，來調(diào)整挖掘深度和挖掘鏟入土角，操作簡單方便；11～13.2 kW 拖拉機即可帶動，與現(xiàn)階段大多數(shù)農(nóng)戶擁有的小四輪拖拉機相適應，具有適配動力廣，投資少，收效快等特點。3 主要參數(shù)確定與關鍵部件設計3.1 主要參數(shù)確定參照相關花生收獲機的技術參數(shù)和雙行振動式馬鈴薯挖掘機功率選定原則，本設備適配動力功率為11～13.2 kW的拖拉機，每次收兩行，預期生產(chǎn)率為：0.07～0.1 hm2/h，根據(jù)花生主產(chǎn)區(qū)種植的寬窄行距實際情況，選定作業(yè)幅寬為550mm，因此確定挖掘鏟的寬度為 430mm，同時采用入土角與振動篩升運角一致設計原則，選定挖掘鏟入土角為25°。挖掘深度設計為100～150mm 可調(diào)，通過調(diào)節(jié)行走輪在機架上的上下安裝位置實現(xiàn)。振動篩組振動由偏心輪帶動，偏心距為1cm。 3.1.1 花生收獲機的功率計算花生收獲機所需的總功率可分為3部分，即挖掘裝置及地輪行走所需的功率 振動篩所需的dN功率 和機械傳動消耗的功率 。sNnN（3-1）ds??（3-2）2123mPfGKaBV??式中 P～平均牽引阻力，P=4808.7N ；G～花生收獲機質(zhì)量，G=2234N；f～綜合摩擦系數(shù)，f=0.25～0.5 ；K～土垡抵抗變形的性能系數(shù) K=0.2～l ；～動態(tài)阻力系數(shù)，取 kg/s2·cm4；?3??～機組前進速度， ；mV1.8mVsa～挖掘深度，a=l2cm；B～挖掘幅寬，B=60cm；～摩擦阻力，包括挖掘鏟和溝底、溝壁之間及輪軸之間的阻力，地輪對土壤的滾動阻力及1P摩擦阻力， ；56fGN?～土垡變形的阻力， ；2214PKaBN?～動力變化阻力，即土壤動量變化時所產(chǎn)生的阻力， ；3 372.3mPaBVN??（3-3）.10mdVkW?式中 ～牽引阻力利用系數(shù)，取 =0.8-0.9。（3-4）sin102sfNVaB????式中 ～分離鏈上土壤的百分含量；?～土壤的容重。?（3-5）()ns??式中 ～機械傳動效率。?則花生收獲機所需的總功率為：=8.1kW （3-6）(2)i1010fmdsnVaBPN????????故采用8.8kW以上的四輪拖拉機作為配套動力。所以11～13.2kW的拖拉機作為動力配套裝置可以使用。通過傳動部件的運動機理與參數(shù)分析，得到了該部件主要參數(shù)間的關系表達式與傳動部件的運動規(guī)律，為進一步的分析研究提供了理論依據(jù)。3.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定如圖3-1所示:三角形平面鏟的主要參數(shù)有入土角α 、鏟面長度 L、鏟刃斜角γ 、鏟面寬度B和鏟后端高度h等。圖3-1 挖掘鏟的結(jié)構參數(shù)（1）入土角α挖掘鏟入土角較小時，其入土性能差，鏟面上土壤后移速度較快，漏土較少；當入土角較大時，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度減慢，易雍土。機器前進作業(yè)時，位于鏟面上的土壤受力情況如圖3-2所示。圖3-2 鏟面受力分析利用達朗伯原理，為使土壤能夠后移應滿足：（3-7）Pcosα-TGin0R=???????式中：P-沿著挖掘鏟移動的掘起物所需的力;R-鏟對上壤的反作用力;T-鏟面與上壤的摩擦力;G-掘起物的重力;α-挖掘鏟的入上角;μ-上壤對鏟的摩擦系數(shù)μ=tgφ,φ為掘起物與鏟面之間的摩擦角。簡化（7）式得：p Gtan(α+μ) （3-8 ）?式（8）表明牽引阻力P與挖掘鏟的入土角α為正切函數(shù)關系，在不同土質(zhì)中作業(yè)時，入土角的改變對阻力P的影響規(guī)律如圖3-3 中曲線所示。當φ較小時，曲線變化平緩，隨著φ增大，曲線變陡，說明入土角的改變對牽引阻力的影響，在重質(zhì)土壤中比在輕質(zhì)土壤中敏感，當入土角α較小時，牽引阻力P隨α 增長較慢，當 α 以后，牽引阻力急劇上升，因此，挖掘鏟的入土角應取α25?為宜。?25?（2）鏟面長度 L鏟的長度 L分為L 1和L 2， L1是挖掘鏟的入土長度，L 2是鏟在地面以上過渡部分的長度。入土長度由圖3-2可得：（3-9）1H=sinα式中H- 挖掘深度?；ㄉY(jié)果通常在地表以下100mm深處，取挖掘深度H=120mm，L 1隨α的變化如圖3-3 中曲線所示，入土部分長度L 1隨入土角α 的增大而減小，當α取較小值時 L1會較長，入土性能差且結(jié)構不緊湊，一般取α> ，這里取α= 。由公式（3-9 ）得L 1 284mm。5?25? =過度部分長度L 2 ：過渡部分L 2為土壤和花生向分離裝置輸送的必經(jīng)區(qū)段，土壤在這里將發(fā)生膨松、變形，并消耗動能，過渡部分長度L 2應盡量短，以便土壤在鏟面上的后移速度未達零值之前，就被送至分離裝置。L2的長度可根據(jù)能量守恒定律確定。設質(zhì)量為m的掘起物，在L 2區(qū)段的始點 A的速度為V A，移到B 點時的速度為V B，掘起物由A 點向上移動到B點時，其動能消耗等于克服重力、摩擦力所作的功，由能量守恒守律得到：（3-10）1-V=+2GF式中， —重力所作的功，AGG2A=mgLsinα—摩擦力所作的功， Fμco將A G、A F帶入（10）式得：（3-11）22(sincs)ABVLg?????式（3-11）表明，當速度VA增大時，L 2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以，在確定時L2應考慮工作檔位。當入土角α 取較大值時，L 2應減小。另外 L2隨μ 增大而減小。所以實際設計挖掘鏟時，為減少摩擦力，避免壅土，將挖掘鏟入土部分的一段和過渡部分設計為柵條式，以便于土壤順利后移，并使部分土壤分離。根據(jù)以上條件取L 2 266mm。?（3）鏟刃斜角γ挖掘鏟工作時!切斷根蔓的能力主要取決于鏟刃斜角 γ。γ 過大時，根蔓易纏結(jié)鏟刃，嚴重時產(chǎn)生堵塞。γ過小時，根蔓不易被切斷而發(fā)生滑脫現(xiàn)象。圖3-4 鏟刃劃切受力分析如圖3-4所示，設φ為根蔓和土壤對挖掘鏟鏟刃的摩擦角，P為作業(yè)時土壤對鏟的反作用力，則P沿挖掘鏟鏟刃的分力Q=Pcosγ 使根蔓和土壤后移，阻止根蔓和土壤向后滑移的摩擦力T=Rtanφ式中R=Psinγ為使根蔓能滑離鏟刃，產(chǎn)生滑切的條件是Q>T 即Pcosγ>Psinγtanφ化簡該式得：γ= -φ （3-12）90?為使挖掘鏟具有良好的切割性能，鏟刃斜角的選擇應滿足式（12） 。γ越小滑切性能越好，但在幅寬不變時鏟刃斜角γ減小會增加鏟刃長度，使整機縱向尺寸變大，對機組的提升和行走均不利。因此鏟刃斜角不宜過小，土壤對鋼的摩擦系數(shù)tanφ=0.4 ～ 0.8，所以γ< ～ 一般γ 取為51.3?68.2?左右。為了使未切割的莖葉和雜草順利地滑出鏟刀，鏟刃末端應離機器側(cè)板及其他零件40mm50?以上的距離。因此，所設計的鏟刀刃角度取 。 （4）鏟面寬度B50?鏟的寬度主要取決于花生地下分布寬度、行距的不均勻性、植株對垅中心的偏移和機器工作行駛時的偏差。一般單行花生收獲機挖掘鏟的寬度不小于400mm ～600mm 可按下式計算：（3-13）132bBc???式（13）中b—花生分布平均寬度(mm)—花生分布寬度標準差(mm)c—機器行駛偏差，可取 c=50～80mm。根據(jù)以上條件取B 1=430mm。在保證鏟刃的自動清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，從理論上推導出挖掘鏟的入土角、鏟面長度、鏟刃斜角、鏟面寬度的計算方法，為設計挖掘鏟提供了理論依據(jù)。（5）鏟面離地表最高距離h α根據(jù)以上計算確定鏟面長度為L=L 1+L2=550mm，入土角α= 。25?h=sinα·L=233mmhα= h－H=233mm－120mm=113mm所以確定鏟面離地表最高距離h=233mm3.1.3平行連桿機構的主要參數(shù)及行走輪的設定振動篩組由平行連桿機構練接，振動篩傾斜角（相對水平位置）為 0.5o ，使得在運動過程中振動篩上的所收獲的花生有向下的加速度，保證收獲的花生可以順利脫土并滑落到滑板實現(xiàn)一側(cè)倒伏。根據(jù) Solidworks 實體作圖得出連接振動篩一側(cè)的兩根桿的桿長為 670mm，距離為250mm。設定振動篩的振幅為 12mm，則根據(jù)實體圖得出連桿比例為 1：10，所以偏心輪的偏心距為 1.2mm。行走輪高度為人工可調(diào)，輪直徑為 405mm，寬為 200mm。支架上設有空，可通過螺栓連接來調(diào)節(jié)高度。行走輪裝置如圖 3-7 所示。圖 3-8 行走輪3.1.4 軸的校核軸在實際工作中，承受各種載荷。設計計算是確保軸可以承受載荷、可靠工作的重要保證。根據(jù)軸的失效形式，對軸的計算內(nèi)容通常為強度計算、剛度計算和臨界轉(zhuǎn)速計算。軸如圖 3-9 所示 圖 3-9 軸考慮軸的剛度、強度、及耐摩性要求，并且考慮材料成本等問題，選擇了 45 鋼，并進行調(diào)質(zhì)處理，使 HBS 達到 217-255，查機械設計手冊確定軸的直徑，軸的直徑為 30mm，軸上的鍵槽用于連接皮帶輪和凸輪，下面進行強度驗算。集中載荷作用于凸輪，在草稿上繪制受力簡圖，得出：（1）凸輪上作用力大小轉(zhuǎn)矩 ??558.19.109.0348PT Nmn??????偏心輪最小處直徑為 59.88mm圓周力??1253481729.tTFNd???徑向力 )(54360costr??軸向力??0aN?（2）求軸承上軸承的支反力及主要截面彎距 ??91543092rBVFN???截面處彎距為 6BVCMm???左 ??????001543920459DrBVFNm?????右（3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎距9178254tBHFN??????5637DtBH?截面處的彎距為0120CMm??（4）截面處垂直面和水平面的合成彎距??2224965748CHV N??????左 左571C m右 右（5）按彎距合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面的強度，取 =0.6，計算應力：???????2 222375480.65481.19vMTMPaW????????查表得 ，由于 ，故安全。??160Pa???v???軸承座的選用及壽命計算：軸承座的選擇：選擇深溝球軸承，型號為 6207，因為主要承受徑向載荷，當量摩擦系數(shù)最小。而且價格最低。軸承座的壽命計算：由設計手冊可查得 6207 軸承的基本額定動載荷 ，基本額定靜載荷305rCN?。具體計算如下：02rCN?（1）計算兩軸承的內(nèi)部軸向載荷110.5.4371.5sRFN???220（2）計算兩軸承的軸向載荷左端軸承 1 127. 3.55361.5s Aa FN?????兩 者 中 取 最 大 值右端軸承 210 70..saF???兩 者 中 取 最 大 值（3）計算兩軸承當量動載荷載荷平穩(wěn)，查得載荷系數(shù) 1.pf?10 1113506.22.70.56,.74ArRFeCXY???????1.430394pRAPfXYFN??????同理可知： 20N（4）計算軸承壽命工作溫度低于 120 度，查的溫度系數(shù) tf?左端軸承 ??310671670548249thfCL hnP????????????????右端軸承 02tf?經(jīng)過上面的計算，可以得出左端軸承比右端的容易失效，應該在 5482 小時也就是工作 7.6 個月后換，右端的只要 3 年換一次就可以。3-10 受力圖4 結(jié)束語本文通過對花生的產(chǎn)量，及對國內(nèi)花生收獲機的情況分析，通過運算得出各組件的參數(shù)，設計出了包括可調(diào)節(jié)行走輪、振動篩、可調(diào)節(jié)高度的挖掘鏟、傳動輸出組件等。根據(jù)圖得出一些無法計算的數(shù)據(jù)，并利用此軟件中的強度試驗證明機器的一切部件達到使用要求。設計成功的振動篩式花生收獲機適用于花生分段收獲作業(yè)模式，可完成花生挖掘、清土、鋪放功能，本機用于花生收獲，節(jié)省工時，減緩農(nóng)村勞力不足，降低收獲作業(yè)成本。致 謝通過這一階段努力，我的畢業(yè)論文《振篩花生收獲機械機的設計》終于完成了。此時意識到大學四年的求學生涯即將結(jié)束，在大學階段，我在思想上和學習上都受益匪淺。這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心和關心、支持和努力是分不開的。論文從選題到做論文這幾個月的時間里，我深刻體會到畢業(yè)論文創(chuàng)作過程的艱辛并為能夠經(jīng)歷這種歷練心存感激。感謝那些給予我無私幫助與熱情幫助的老師、同學和朋友。正是在他們的幫助和鼓勵下，才使我能夠順利提交這篇論文。在此，向所有關心與支持我的人致謝！本論文是在范修文老師的悉心指導下完成的。范老師以特有的嚴謹態(tài)度、淵博知識與開闊思路指導本文的寫作，從論文的選題到形成開題報告以及論文的一稿二稿再到最后定稿過程中，自始自終得到了指導老師的無私幫助。同時，指導老師勇于探索和求知的精神、嚴謹務實的治學風范、把握科學前沿和追求創(chuàng)新的意識深深地銘刻在學生心里，使我受益終身，在此，謹向指導老師范修文老師致以由衷的感謝和崇高的敬意！感謝農(nóng)機 12 屆各位同窗好友四年來給予我的無私幫助。感謝四年里指導我學習的各位老師，你們教會了我很多科學知識，做人之道。是你們的支持和付出給予叫我戰(zhàn)勝困難的堅韌力量！論文的最終完成建立在學術界前輩的大量探索研究結(jié)果基礎之上，本文的很多地方應用了他們的研究成果和學術觀點，在此謹致謝意。最后，再次向關心我和幫助我的所有老師、同學、朋友及家人致以由衷的謝忱！參考文獻[1]尚書旗,王延耀,周亞龍.花生收獲機的應用現(xiàn)狀與推廣[J].農(nóng)機科技推廣. 2004(08) [2]郭紅利,張李嫻,盧軍.最小傳動角在曲柄滑塊機構優(yōu)化設計中的應用[J].農(nóng)機化研究. 2004(03) [3]楊然兵,尚書旗,王方艷等.花生收獲機械的應用現(xiàn)狀與進展[J].農(nóng)業(yè)機械. 2008(02) [4]孫同珍,尚書旗,李國瑩,等. 4HQL-2 型花生聯(lián)合收獲機摘果及清選部件的研制[J].農(nóng)機化研究. 2009(06) [5]尚書旗,王方艷,劉曙光,趙忠海,王建春.花生收獲機械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2004(01) [6]尚書旗,劉曙光,王方艷,等.花生生產(chǎn)機械的應用現(xiàn)狀與進展分析[J].花生學報. 2003(S1) [7]金攀.花生收獲機性能分析及推廣難點[J].農(nóng)機科技推廣.2010(11) [8]張日紅,朱立學. 花生聯(lián)合收獲機清選系統(tǒng)振動篩運動仿真分析[J].仲愷農(nóng)業(yè)工程學院學報. 2010(04)[9]魏崢，三維計算機輔助設計-Solidworks實用教程，高等教育出版社， 2007。[10] 張智猛，胡文廣，許婷婷等，中國花生生產(chǎn)的發(fā)展與優(yōu)勢分析[J] ．花生學報，2005。[11] 顧克軍，楊四軍，李 博，等，幾個特色花生新品種（系）特征特性及其配套栽培技術 [J]，江蘇農(nóng)業(yè)科學，2006。[12] 呂翠芳，春花生高產(chǎn)栽培技術[J] ，河北農(nóng)業(yè)科技，2007 。[13] 王冠華，陳宗法，胡明娟等，綠色食品花生高產(chǎn)栽培技術[J] 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圖紙標示等規(guī)范。在畢業(yè)設計中期，我們通過所學的基本理論、專業(yè)知識和基本技能進行結(jié)構設計。在設計過程中同學之間齊心協(xié)力、互助合作，發(fā)揮了積極合作的團隊精神。在畢業(yè)設計后期，主要進行設計手稿的電子排版整理，并得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設計任務，在此我表示衷心的感謝。畢業(yè)設計的兩個月里，在指導老師的幫助下，經(jīng)過資料查閱、設計計算、論文撰寫以及外文的翻譯，使我加深了對新規(guī)范、規(guī)程、手冊等相關內(nèi)容的理解，鞏固了專業(yè)知識，提高了綜合分析、解決問題的能力。在繪圖時熟練掌握了各種 CAD 設計制圖軟件，以及多種結(jié)構設計軟件。以上所有這些從不同方面達到了畢業(yè)設計的目的與要求?；ㄉ斋@機的設計與仿真開題報告一、課題研究的意義中國花生種植面積約為433萬hm 2，是世界第二種植大國 [1]。長期以來，由于花生種植、收獲和加工大都是靠人工完成的。勞動強度大、效率低。據(jù)初步估算，整個花生生產(chǎn)過程中，花生的收獲所用工時為整個過程的三分之一以上。而這一階段的作業(yè)成本占整個花生生產(chǎn)成本的50%以上。很顯然的，對花生收獲機械過程實現(xiàn)機械化作業(yè)是降低收獲時期作業(yè)成本，保證增產(chǎn)增收的有效方法。針對我國尤其是山東、江蘇、河南、河北等省市花生收獲機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展的新形式要求，目前，國際經(jīng)濟趨于全球化,我國農(nóng)業(yè)機械面臨著新的機遇和嚴峻考驗研究設計花生收獲機，對提高我國花生收獲機械化水平具有重要意義。二、現(xiàn)狀及分析花生收獲作業(yè)包括挖掘花生、除土、鋪條晾曬、撿拾、摘果和清洗等。由于世界各地經(jīng)濟、生產(chǎn)力發(fā)展不平衡，國外花生聯(lián)合收獲機械的研究起步較早，收獲的全過程已全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，而我國基本上還是以人工和畜力為主，機械化程度低。2.1 國外花生收獲機械發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達國家，特別是美國，收獲形式為典型的兩段式收獲：即先用花生挖掘機將花生挖掘出來、除土后成條鋪放于田間，待花生晾干后，再用帶撿拾器的花生收獲機撿拾摘果。發(fā)達國家（地區(qū)）的機械化花生收獲主要有兩種技術模式，一種是以美國、加拿大、歐洲等國為代表的大型全程機械化分段收獲技術集成模式，由挖掘機、撿拾機、摘果機和秧蔓處理等設備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國和中國臺灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術模式，由一臺設備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。日本、韓國及中國臺灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術裝備對我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問題。JohnDeere 公司和 KelleyManufacturing公司研制生產(chǎn)的花生分段收獲機械代表了世界最先進的水平。2.2 國內(nèi)花生收獲機械的發(fā)展現(xiàn)狀我國花生收獲機械化水平無論是同其他主要糧食作物相比，還是同世界發(fā)達國家相比，均處于較低水平?；ㄉ斋@機械正處于發(fā)展期，目前以分段收獲為主，部分地區(qū)用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機，聯(lián)合收獲技術剛剛起步。聊城市農(nóng)機研究所與青島即墨市利源金屬制品廠聯(lián)合研制了 4BH-2小型背負式聯(lián)合收獲機，取得了突破性發(fā)展。山東雙力集團也研發(fā)了 4HD-1型花生聯(lián)合收獲機，可一次完成挖掘、分離、摘果、清洗、集果等作業(yè)。同時，萊陽農(nóng)學院等單位研制了 4H-2型花生收獲機，該機突破了以往機型挖掘鏟與分離鏈相配合的傳統(tǒng)工作方式，創(chuàng)建擺動挖掘原理，將挖掘與除土分離兩個機構融為一體：收獲部件利用反平行四邊形機構傳動，實現(xiàn)了兩工作部件的等角度、反方向擺動，使機架承受的側(cè)向力相互平行，機組工作平穩(wěn)；：收獲部件擺動前進，工作阻力小。4H2 型花生收獲機是目前應用推廣較好的機械。該機械適應當前的種植體制,選用農(nóng)村普遍應用的8.8～13 kW小四輪拖拉機為配套動力,可與多功能花生播種覆膜機配套使用,是唯一可以將殘膜同花生一起收起,減少地膜殘余量的有效機械。但該收獲機的主要參數(shù)未進行系統(tǒng)的優(yōu)化設計與理論分析,，特別是重要的傳動部件沒有進行最佳結(jié)構與運動參數(shù)的確定。工作時,，有關參數(shù)需要逐步調(diào)試,，影響花生收獲機的性能與作業(yè)質(zhì)量。為此,，進一步從理論上研究 4H2型花生收獲機,，對其主要參數(shù)進行優(yōu)化分析,對推動花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。2.3 傳動系統(tǒng)的運動機理分析4H2型花生收獲機主要由限深輪、傳動軸、偏心傳動輪、連桿、長擺桿、立軸、收獲部件、長連桿、擺桿、懸掛裝置、機架等零部件組成。工作過程中,，花生收獲機在拖拉機的牽引下一方面前進,，一方面動力通過拖拉機的動力輸出軸、萬向節(jié)、傳動軸,，帶動偏心傳動輪以一定的速度轉(zhuǎn)動;：偏心膠帶輪則通過連桿帶動長擺桿運動,，隨之帶動長連桿、擺桿運動。由于長擺桿、擺桿分別通過立軸、收獲部件。由于挖掘鏟后部連接的縱向分離柵條在不停地作扇形擺動,，使得被挖起的土壤和花生的混合體松碎。密度大的土壤在運動中從柵條間隙中落下;：而密度小的花生莢果,，在運動中上浮,，實現(xiàn)了花生與土壤良好分離。隨后花生植株繼續(xù)向后歸攏輸送,，最后整齊地平鋪在挖掘后的地面。2.4 國內(nèi)外研究存在問題（1）結(jié)構復雜，安裝、拆卸不方便，操作不便；（2）采用機械振動的方式采收花生，其偏心振動頻率高、振幅小，按要求正確操作；（3）生產(chǎn)率較低，采凈率低，范圍不廣。2.5 研究的內(nèi)容與方法根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機研究現(xiàn)狀與萊陽農(nóng)學院等單位研制了 4H-2型花生收獲機密植模式的特點急需開發(fā)適于結(jié)構簡單，收獲效果好，對花生損傷少的收獲裝置。該課題的主要研究內(nèi)容有：依據(jù)花生收獲裝置的特點，設計出花生收獲機，并利用Autodesk、Solidworks 等軟件進行繪圖與實體繪制設計出花生收獲機整體結(jié)構主要由設備主要包括底盤、傳動系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤采用 450型半喂入稻麥聯(lián)合收割機底盤等組成；：動力設備提供動力，使整個收獲裝置向前行走；除雜與收集裝置負責收集與除雜工作；：傳動系統(tǒng)采用分路傳動，并配有液壓無級變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗考核和示范應用表明，該機性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標為：果實損失率 2.3%，摘果破損率 0.45%，果實清潔度 99%，設備可靠性系數(shù) 96.2%，各項檢測指標均達到或超過該機的設計技術指標。討論分析了收獲機的基礎參數(shù)，參考動力設備參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關參數(shù)，由經(jīng)驗公式計算出收獲機移動所需的功率，根據(jù)該功率選擇合適的動力設備。該課題應用的研究方法：理論設計、繪制模擬樣機圖并進行仿真模擬。既要保證工作要求，又要盡量使其結(jié)構簡單。2.6 預期目標（1）整機結(jié)構簡單，質(zhì)量輕，尺寸小，機動性好。 ；（2）電動機為動力源，造價低、可靠性高、使用簡便，而且可以避免土壤壓實，對溫室環(huán)境的污染小。 ；（3）適于溫室土壤耕作，有利于減輕勞動強度，提高工作效率和生產(chǎn)率，對提高溫室機械化作業(yè)的水平有一定的價值。三、重點研究的關鍵問題及解決思路根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機設計適用于山東、江蘇、河南、河北等省市密植模式的花生收獲裝置，要求結(jié)構簡單，采摘效果好，對花生損傷少。1.選擇合適配套動力，設計工作裝置、收集除土裝置和行走裝置。2.運用 Autodesk繪制二維裝配圖和零件圖。3.利用 Solidworks繪制三維圖。四、工作條件及解決方法塔里木大學位于南疆中心位置，花生有一定的種植面積，為項目開展提供了便利的原材料基地。這是本項目順利實施應具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學機械電氣化工程學院擁有先進的實驗室和加工設備，校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量，這些都為課題的實施提供了保障。4.1 工作條件指導教師一名，電腦一臺（必須有 windows 辦公軟件，CAD 制圖軟件，proe 三維制圖軟件）設計地點（如實驗室） ，機械原理，機械設計等各種相關專業(yè)書籍及機械設計手冊等工具書。4.2 解決方法指導教師由學院分配，電腦自備能滿足要求，設計地點由學院提供，各種書籍可自備或者到圖書館借。五、工作方案及進度第 1～2 周 查閱相關文獻，撰寫開題報告。第 3～4 周 根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機確定花生收獲裝置的總體設計方案，繪制總體結(jié)構簡圖。第 5～6 周 根據(jù)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(jīng)濟性能，實用性能等方面對產(chǎn)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。六 參考文獻[1] 尚書旗,王延耀,周亞龍.花生收獲機的應用現(xiàn)狀與推廣[J].農(nóng)機科技推廣. 2004(08) [2] 郭紅利,張李嫻,盧軍. 最小傳動角在曲柄滑塊機構優(yōu)化設計中的應用[J].農(nóng)機化研究. 2004(03) [3] 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