青貯飼料收獲機的設計【含三維圖紙二維圖紙和說明書】

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畢業(yè)設計 青貯飼料收獲機 設計說明書 學生姓名 學 號 所屬學院 專 業(yè) 班 級 指導教師 日 期 機械電氣化工程學院制 200 年 月 第 期 青貯玉米收獲機的設計 代山林 （塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300） 摘 要：玉米秸稈具有很高的利用價值。近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動物飼料短缺的問題日益嚴重，在冬季尤為嚴重。在我國農村，玉米秸稈作為動物飼料有著悠久的歷史，但是玉米秸稈在進行收獲時大多采用人工收獲，費時費力；機器收獲則多是將秸稈粉碎還田。目前市場上出現了一種玉米收獲機，能夠將秸稈粉碎的同時送入集草車，這種方法固然便于收集，但運貯作業(yè)費工費時。本實用新型提供一種玉米收獲機的摘穗莖稈切碎復合裝置，包括摘穗棍，工作時，穗莖兼收割臺將果穗摘下并將莖稈收集、切碎，然后，果穗經果穗升運器進入果穗箱，碎玉米莖稈在碎莖稈拋送器的作用下被拋送至集草箱。 關鍵詞：穗莖兼收；摘穗裝置；切碎裝置 中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號： - 4 - 0 引言 玉米是我國三大糧食作物之一，是僅次于小麥的主要糧食作物，是優(yōu)質飼料和重要的工業(yè)原料，同時秸稈還是畜牧業(yè)的重要飼料。搞好玉米的生產加工和秸稈的綜合利用對農業(yè)、農民、農村乃至整個國民經濟發(fā)展都具有重要意義。我國21各省、市、自治區(qū)都有玉米種植。種植面積、總產量僅次于美國，居世界第二位，玉米年產量達12029萬噸，約占世界玉米總產量的18%。玉米生產對工農業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國的小麥收獲已基本實現了機械化，而玉米機收水平只有5%，成為玉米生產過程的瓶頸和難點。玉米生產機械化水平低嚴重影響了農業(yè)生產機械化的整體水平，阻礙了農業(yè)現代化的進程。 造成玉米生產機械化水平低的主要原因，一是農機與農藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機械作業(yè)；二是現有玉米生產機型少，供農民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲等等；三是玉米生產機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農民一次性投資大，投資回收期長。此外，農民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產業(yè)化種植，減輕農民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質含量，或者秸稈回收用于飼料，為大力發(fā)展畜牧業(yè)提供豐富的飼料保障，有效地改善農牧業(yè)的產業(yè)結構，使得畜牧業(yè)比重進一步提高，農牧業(yè)發(fā)展處于良性循環(huán)，從而增加了農民收入。避免秸稈焚燒帶來的資源浪費和大氣污染，嚴重影響道路交通和民航的正常運營。因此，結合我國國情和各種使用條件，研制一種新型穗莖兼收玉米聯合收獲機（即一次完成玉米果穗、莖稈的收獲）既適應農民傳統收獲玉米的習慣，又增加了莖稈青貯收獲，具有十分重要的現實意義。 社會經濟效益:把農民和畜牧養(yǎng)殖戶從繁重的體力勞動中解放出來，一臺機械收獲效率每天可代替60個手工勞動者的作業(yè)效率，大大縮短了秋收秋種時間和養(yǎng)殖戶頭痛的飼料收集問題，還可帶動畜牧業(yè)的發(fā)展和第三產業(yè)的發(fā)展。 從根本上增加了農民、機手和養(yǎng)殖專業(yè)戶的收入，解放了生產力，大大減輕了農民的勞動強度，提高了廣大農民的生存質量，使農民有更多的時間從事其它產業(yè)的發(fā)展。 環(huán)保效益，解決秸稈焚燒造成污染，確保高速公路、機場等公用設施的安全，利于保護環(huán)境。 1 設計原理及機構 1.1 設計原理 造成玉米生產機械化水平低的主要原因，一是農機與農藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機械作業(yè)；二是現有玉米生產機型少，供農民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲等等；三是玉米生產機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農民一次性投資大，投資回收期長。此外，農民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產業(yè)化種植，減輕農民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質含量，或者秸稈回收用于飼料，為大機配套使用。首次采用分體式結構設計實現了一機多用，提高了各部分的通用性能，減少了機具的進地次數，降低了作業(yè)成本，對冬小麥搶時搶種增收效果十分明顯。 1.2 總體設計 分體式小麥免耕播種機結構示意，如圖1所示 圖1 青貯飼料收獲機結構示意圖 工作時，由切斷刀將莖稈從植株根部割斷，摘穗輥夾持摘穗，在摘穗輥夾持摘穗并向下導送莖稈的過程中，切碎刀切碎莖稈并將其甩入并經由橫向攪龍進入拋送器切斷，拋送器將碎莖稈輸送到集草箱。 2 關鍵部件設計 2.1摘穗輥 摘穗輥分為前后兩部分，前部為導流錐，后部是摘穗段和強拉段，在軸上裝有軸承，軸承安裝在軸承座上，軸承座安裝在機架上，并且可通過調節(jié)軸承座與機架的間距來改變兩個摘穗輥之間的間隙。后段為強拉段，主要作用是將秸稈的末梢和摘穗中拉斷的秸稈強行拉出以防堵塞。強拉段上是與軸線平行的凸棱，為了加強拉引和喂入效果，強拉段采用五棱式。其作用是對莖稈進行徑向引流和拉斷。其結構簡圖如圖2 為減小果穗損傷和損失，摘穗輥直徑應較小，摘穗輥直徑一般為40mm~l00mm，因此采用50mm。同樣為了減少果穗的損傷和籽粒的損失，應減少果穗在摘穗輥上停留的時間，因此兩個摘穗輥有一個高度差，外側摘穗輥要高于內側摘穗輥，這個高度差一般為35mm。外側摘穗輥軸線高于內側摘穗輥，一般摘穗輥最低點應在一個水平面上，但實際作業(yè)中倒流錐的功能與長度的關聯程度不大，因此兩摘穗輥總長均取1100mm。摘穗輥線速度v是保證摘穗輥正常工作的重要因素。當v小于2.5m／s時，由于摘穗輥與秸稈之問產生打滑，容易造成堵塞。當線速度過高時，將是果穗和摘穗輥撞擊力增大，果穗落粒加劇。臥式摘穗輥水平配置傾角為35～40時，其頂圓線速度為3.3m／s～3.8m／s，考慮到果穗損失采用3.5m／s。摘穗輥的轉速一般為600～820r／mi n，當摘穗輥頂圓線速度為3.5m／s時，摘穗輥的轉速為 可見轉速在許可范圍內。摘穗輥之間的間隙也是影響摘穗性能的因素，兩摘穗輥之間的問隙較秸稈直徑小，約為秸稈直徑的30％~50％。玉米秸稈平均直徑為25mm，間隙約為7.5mm~12.5mm，調節(jié)摘穗輥前端的軸承可以調節(jié)間隙。 圖2 摘穗輥結構簡圖 2.2傳動軸 動刀軸由聯軸器傳入動力,功率P=2.5kw,轉速為n=1000r/min,軸上安裝有軸承、動刀盤、外殼和割斷刀。 ①估算軸徑取C=112(假設材料為45鋼) ②各部分結構設計 軸前端安裝割斷刀,刀架左向定位用軸肩,軸肩高度取2.5mm,刀架內徑為25mm,則左側軸徑為30mm。選用軸承的內徑為30mm,定位為軸肩,軸肩高度取2.5mm,則兩軸承定位處軸徑為35mm。內外側動刀盤定位為軸肩,軸肩高度為2.5mm,則定位處軸徑為40mm。中間動刀盤定位為緊定螺釘,螺釘型號為M8。動刀軸與變速箱通過套筒聯軸器連接,連接段為方形,長度為50mm。 ③結構簡圖如下圖3所示 圖3 傳動軸結構簡圖 2.3螺旋輸送器 本設計的輸送機構采用螺旋桿機構，螺旋桿輸送的優(yōu)點在于不會出現堵塞現象。 取輸送器的轉速，輸送器需用功率 （4-16） 式中：—輸送器長度，m —秸稈阻力系數， —傾斜安裝高度， — 輸送效率，0.3 則： 初選螺旋直徑=150mm 螺旋線高度=210mm 螺距=380mm 根據設計需求螺旋桿的桿直徑為=50mm L= 軸的最大剪應力為 max<, 所以軸滿足強度要求。 其結構簡圖如圖3 圖3 輸送螺旋器結構簡圖 3 總結 （1）該機以玉米為對象而設計的，所以其應用范圍有局限性，需改進。 （2）本設計采用拖拉機為源動力，結構復雜，理論上達到了達到了摘穗并對穗桿進行分節(jié)收獲，由于沒有實際檢驗，實際的可行性程度還不能確定，有待改進。 4 參考文獻 [1]陳長林,張彬,沐森林.CX4Q-1A型青貯機的設計及試驗研究[J].農機化研究,2009,01:185-188. 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[17]孫仕明,常建國,陳寶昌,李世柱.我國青貯玉米收獲機械技術現狀及發(fā)展建議[J].農機化研究,2004,01:25-27. 青貯飼料收獲機的設計開題報告 1、本課題來源及研究的目的和意義 隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，對青貯飼料的需求急劇增長。傳統的青貯飼料收獲方式已經滿足不了畜牧業(yè)發(fā)展的需求，由此刺激了青飼收獲機械的快速發(fā)展。目前，我國青貯飼料收獲機的研發(fā)和生產還處于起步階段，在收獲效率、功能、可靠性和適應性等方面還達不到畜牧業(yè)對青貯飼料的需求，造成飼料收獲不及時或收獲質量達不到要求，阻礙了青貯飼料收獲行業(yè)的發(fā)展。 隨著畜牧業(yè)的規(guī)范化和規(guī)?；l(fā)展，對青貯飼料質量的要求也在提高。 (1)為了使飼料的營養(yǎng)多樣化，現在的青貯已經從單純的青貯玉米秸稈逐步向青貯作物多樣化發(fā)展，如青貯牧草、苜蓿和大麥等，這就對青飼收獲機械提出了能適應多樣化青貯飼料作物的要求。 (2)青貯飼料收獲是一項對及時性要求極高的作業(yè)，收獲太早含水率超過70%，飼料青貯后會大量滲出液體，造成干物質太少而減產；同時，飼料含水率 太高極易導致酸敗，青貯飼料酸敗使奶牛采食量大大降低。收獲太晚，飼料干物質含量大于40%同樣導致減產，另外由于水分太少，導致青貯霉變，還會因消化 率的降低，使蛋白質和維生素A、E的含量都隨之降低。如此種種，青飼料收獲機械工作效率的問題就至關重要。 本設計通過對玉米、高粱等高稈作物和青貯大麥、燕麥、首稽等矮稈作物。針對現有矮稈割臺存在撥禾輪返草和底部秸稈殘留的現象研究。解決各運動與結構參數對于技術指標的影響。最終確定自走式青飼收獲機來完成所需的要求。提高了青貯飼料收獲效率以及經濟效率。 2、本課題所涉及的問題及國內（外）研究現狀及分析 國外從20世紀40年代初開始使用青貯飼料收獲機。到20世紀70年代中期,先后推出甩刀型和通用型兩代產品。通用型青貯飼料收獲機,一般有高稈割臺、矮稈割臺和草條撿拾器3種附件，機具結構合理、性能日臻完善。 國外青貯飼料收獲機的生產技術日臻成熟，自走式、牽引式和懸掛式并行發(fā)展。目前，大馬力、高生產率的自走式青貯飼料收獲機發(fā)展速度很快，它可以滿足收貯青飼料的農業(yè)技術要求和集約化經營的需要。主要有通用型和甩刀型2種類型。通用型青貯飼料收獲機，因其適應性廣、飼料切碎質量好、切段均勻，受到市場普遍歡迎。目前，國外生產的自走式青貯飼料收獲機，它除了可以收獲青飼玉米、高粱等高稈作物外，還可以收獲大麥、燕麥和首楷等矮稈作物，而且可以進行不對行收割。 自走式青貯飼料收獲機自身配有發(fā)動機和行走系統,使得機身與動力及行走裝置融為一體,從而具備了可操控性好、生產效率高、機動性能好、適應性廣等特點,適合大型奶牛場及大面積種植青貯作物的農牧場使用。根據飼料作物品種、收獲方式及收獲后的用途不同,一臺自走式青貯飼料收獲機的主機一般配三種割臺,即高稈割臺、矮稈割臺(又稱牧草割臺)和撿拾器。國外自走式青貯飼料收獲機以配備高稈割臺和撿拾器為主。 我國青貯飼料收獲機械研究生產起步較晚,現階段我國青貯飼料收獲機生產企業(yè)整體實力不太強,自研能力相對較弱,生產相對分散,加上國內機械制造水平相對落后,導致產品質量參差不齊。國內青貯飼料收獲機械產品質量技術同國際先進水平還有相當大的差距。目前，國內青貯飼料收獲機類型主要代表有： 一、自走式青貯飼料收獲機。主要代表有： (1)中機美諾科技股份有限公司生產的9265和9265A型自走式青貯飼料收獲機。該機可一次完成收割、切碎并將切碎飼料拋入拖車等作業(yè),屬于通用型青貯飼料收獲機。收獲不同作物時, 可更換相應割臺,主機部分通用。 (2) 機械研究院研究的牧神9QSZ一3000型自走式青(黃)貯飼料收獲機。該機主要用于青貯玉米、高粱等桿狀類飼料作物秸稈的不對行收獲,亦可一次性連續(xù)完成收割、切碎、調質、拋送裝車等多項作業(yè)。 二、懸掛式青貯飼料收獲機。代表產品主要有黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院的4QX系列玉米青貯收獲機。該機屬于不分行高稈作物青貯飼料收獲機，適用于青貯玉米、高粱和蘇丹草等高稈作物的青貯收獲。該機可一次完成兩行青貯玉米的割倒、喂入、切碎、拋送和裝車等多項作業(yè)。 從總體情況看，目前國內青貯飼料收獲機械化仍存在3大問題。 一、機具問題，主要表現在適應性普遍較差和損失率過大。 二、農藝與農機結合的問題，主要表現在農機要為農業(yè)服務，要為農業(yè)的增產、增收、優(yōu)質、低耗和安全服務，但目前農藝與農機結合性較差。 三、使用問題，主要體現在由于機手操作不當，造成作業(yè)效果差，使用效率低。 3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析 成功設計出青貯飼料收獲機應有以下幾個任務要求： 青飼料收獲是一項對作業(yè)及時性要求極高的作業(yè)項目,因為青貯飼料對養(yǎng)分含量切碎度、發(fā)酵性能要求高,收獲過早或過遲都會對其產生較大影響,收獲過早,則干物質及養(yǎng)分含量低,水分含量過高;收獲過遲,則過度纖維化,水分含量過低,不利于充分發(fā)酵。因此，自走式飼料收獲機需集收割、切碎、拋送裝車于一體,作業(yè)質量好,作業(yè)效率高,損失小,轉移方便。 可行性分析：通用型青貯飼料收獲機可用來收獲各種青飼草料。有牽引式、懸掛式、半懸掛式和自走式四種結構型式,目前四種都有應用。其中前三種機型需要拖拉機提供動力,自走式機型有獨立行走底盤,具有生產效率高、機動性能好、主機可帶多種割臺,適應性廣,適合大中型奶牛場及農牧場。通用自走式機型一般由矮稈割臺、高稈不對行割臺、高稈對行割臺、撿拾器(又稱拾禾臺)四個附件和一個主機組成。主機可以和任一附件組合。當直接收獲禾本科和豆科牧草等矮稈作物時,采用矮稈割臺；直接收獲青貯玉米、高粱等高稈青貯作物時,采用不對行割臺和對行割臺；收獲在田間晾曬成條的牧草時,采用撿拾裝置。 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路 4.1 研究內容 本課題重點研究自走式青貯飼料收獲機設計，實現對大麥、燕麥及禾本科、豆科牧草等青貯作物收獲。 4.2解決思路 解決的思路如下： 首先查找有關青飼料收獲機的資料，了解國內外有關青飼料收獲機的發(fā)展狀況。從而，明確要解決的問題；掌握我國青飼料收獲機的發(fā)展情況。通過文獻調研、理論分析來確定設計方案。根據國內外現有的青貯飼料收獲機總體設計方案，繪制總體結構簡圖。根據工作要求，計算并查閱相關手冊，選擇和設計各零部件。利用CAD繪制二維裝配圖和零件圖，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。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。 5、完成本課題的工作方案及進度計劃 完成本課題的方案：在原有自走式青貯飼料收獲基礎上，對關鍵收獲部位進行設計。采用正交分析，改進撥禾輪，達到作業(yè)效率高 ，動力消耗小、機械效率高、工作可靠、適于不同種植密度。 第1～2周 查閱相關文獻，撰寫開題報告。 第3～4周 根據國內外現有的青貯飼料收獲機總體設計方案，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。 6、主要參考文獻 [1]陳長林,張彬,沐森林. 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玉米秸稈具有很高的利用價值。近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動物飼料短缺的問題日益嚴重，在冬季尤為嚴重。在我國農村，玉米秸稈作為動物飼料有著悠久的歷史，但是玉米秸稈在進行收獲時大多采用人工收獲，費時費力；機器收獲則多是將秸稈粉碎還田。目前市場上出現了一種玉米收獲機，能夠將秸稈粉碎的同時送入集草車，這種方法固然便于收集，但運貯作業(yè)費工費時。 本實用新型提供一種玉米收獲機的摘穗莖稈切碎復合裝置，包括摘穗棍，工作時，穗莖兼收割臺將果穗摘下并將莖稈收集、切碎，然后，果穗經果穗升運器進入果穗箱，碎玉米莖稈在碎莖稈拋送器的作用下被拋送至集草箱。 關鍵詞：穗莖兼收；摘穗裝置；切碎裝置 目錄 1緒論 1 1.1課題研究的目的和意義 1 1.2國內玉米收獲機的研制狀況 1 1.3 國外玉米收獲機的研制狀況及趨勢 2 1.4現有玉米秸稈青貯機械收獲的方法 3 1.5 課題研究的主要內容 5 2. 總體方案的設計 5 2.1設計的基本原理 5 2.2樣機結構及工作原理 5 3 關鍵部件的設計 6 3.1設計指標 6 3.2摘穗輥設計 6 3.3滾筒刀的結構設計 8 4主要部件的選擇及強度校核 10 4.1 軸的設計與校核 10 4.2鍵的強度校核 13 4.3螺旋輸送器的計算 13 4.4 V帶的選擇 15 結 論 16 致 謝 17 參 考 文 獻 18 塔里木大學畢業(yè)設計 1緒論 1.1課題研究的目的和意義 玉米是我國三大糧食作物之一，是僅次于小麥的主要糧食作物，是優(yōu)質飼料和重要的工業(yè)原料，同時秸稈還是畜牧業(yè)的重要飼料。搞好玉米的生產加工和秸稈的綜合利用對農業(yè)、農民、農村乃至整個國民經濟發(fā)展都具有重要意義。我國21各省、市、自治區(qū)都有玉米種植。種植面積、總產量僅次于美國，居世界第二位，玉米年產量達12029萬噸，約占世界玉米總產量的18%。玉米生產對工農業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國的小麥收獲已基本實現了機械化，而玉米機收水平只有5%，成為玉米生產過程的瓶頸和難點。玉米生產機械化水平低嚴重影響了農業(yè)生產機械化的整體水平，阻礙了農業(yè)現代化的進程。 造成玉米生產機械化水平低的主要原因，一是農機與農藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機械作業(yè)；二是現有玉米生產機型少，供農民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲等等；三是玉米生產機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農民一次性投資大，投資回收期長。此外，農民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產業(yè)化種植，減輕農民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質含量，或者秸稈回收用于飼料，為大力發(fā)展畜牧業(yè)提供豐富的飼料保障，有效地改善農牧業(yè)的產業(yè)結構，使得畜牧業(yè)比重進一步提高，農牧業(yè)發(fā)展處于良性循環(huán)，從而增加了農民收入。避免秸稈焚燒帶來的資源浪費和大氣污染，嚴重影響道路交通和民航的正常運營。因此，結合我國國情和各種使用條件，研制一種新型穗莖兼收玉米聯合收獲機（即一次完成玉米果穗、莖稈的收獲）既適應農民傳統收獲玉米的習慣，又增加了莖稈青貯收獲，具有十分重要的現實意義。 社會經濟效益:把農民和畜牧養(yǎng)殖戶從繁重的體力勞動中解放出來，一臺機械收獲效率每天可代替60個手工勞動者的作業(yè)效率，大大縮短了秋收秋種時間和養(yǎng)殖戶頭痛的飼料收集問題，還可帶動畜牧業(yè)的發(fā)展和第三產業(yè)的發(fā)展。 從根本上增加了農民、機手和養(yǎng)殖專業(yè)戶的收入，解放了生產力，大大減輕了農民的勞動強度，提高了廣大農民的生存質量，使農民有更多的時間從事其它產業(yè)的發(fā)展。 環(huán)保效益，解決秸稈焚燒造成污染，確保高速公路、機場等公用設施的安全，利于保護環(huán)境。 1.2國內玉米收獲機的研制狀況 我國玉米收獲機械研制起步晚，水平低，玉米機械化收經歷了從引進國外樣機試用、仿制、改進到消化吸收、自行設計兩個階段，并取得了很好的成果。到目前為止，我國從事玉米收獲機研制生產的單位有60多家，已開發(fā)研制出的機型有60多個產品。從整體情況看，目前生產玉米聯合收獲機除懸掛式(背負式)外，大都處于樣機研制或試驗階段。各種機型仍需不斷改進和完善，到大規(guī)模投入生產應用尚需一段時間。我國生產的玉米聯合收獲機按收獲工藝可分為兩種:摘穗—剝皮—果穗收集—莖稈粉碎還田(或收集);摘穗—果穗收集—莖稈粉碎還田(或收集)。玉米收獲工藝研制的機型有牽引式、懸掛式(背負式)、自走式和玉米割臺等四種機型。 國內可實現果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術已申報專利有很多，代表性的有：立式摘穗莖桿切碎裝置；在普通臥式摘穗輥式收獲機割臺下方安裝與摘穗輥平行的刀軸，在刀軸上安裝不同形式的切刀，通過動定刀配合、動動刀配合等方式實現玉米收獲、秸稈粉碎一體化技術兩種技術類型。但總體說來國內的果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術尚未成熟。我國玉米收獲機械化仍然存在著許多問題。首先表現在基礎部件研究不足，很多單位只是注重整機的研制開發(fā)，從而造成眾多機型在收獲工藝和機構參數上大同小異、重復制造。其次是產品的穩(wěn)定性、可靠性差，機器故障頻繁，從而造成玉米籽粒破碎率、果穗損失率高等問題。 我國目前從事玉米聯合收獲機研究和制造的單位有30多家，約20個產品，分為自走式、懸掛式、牽引式和谷物聯合收獲機配玉米割臺等四種形式，又分單行和多行。但各廠家的產量都不大，其主要原因就是如上所提到的機具的適應性題、農民的購買力和玉米收獲機的關鍵部件的可靠性等問題。因此必須加快對玉米聯合收獲機械化關鍵技術與裝備的研究，以加速玉米收獲機械化的進程。在自動化程度方面，由于國產玉米收獲機以實用為主，主要考慮降低制造成本，對自動化要求不高，因此明顯落后于國外產品。目前，在已研制的機型中還有可靠性差、效率低、對作物的不同行距適應能力不強等問題，個別機型的損失率和破碎率還有待進一步降低。 國內近期玉米收獲機械仍以價格較低的懸掛式機型為主，適應多種行距的玉米收獲機具將會隨著技術的不斷完善迅速占領市場。穗莖兼收型玉米聯合收獲機，可以實現莖稈資源的回收利用，將是玉米聯合收獲機近期研究、開發(fā)的重點，以適應畜牧業(yè)發(fā)展的要求，在畜牧業(yè)發(fā)展就快的地區(qū)，這種機型有較好的發(fā)展前景，預計未來幾年將會出現比較實用的暢銷機型。 1.3 國外玉米收獲機的研制狀況及趨勢 目前國外玉米收獲機的研究與生產技術已經成熟，目前在美國、德國、烏克蘭、俄羅斯等西方國家的玉米收獲(包括籽粒和秸稈青貯)已基本實現了全部機械化作業(yè)。國外多采用一年一作的種植方式，玉米收獲時含水率低，主要采用玉米摘穗直接脫粒的收獲工藝。如美國的Johndeere公司、Case公司、德國的Mengle公司、道依茨公司生產的玉米聯合收獲機，絕大部分是在小麥聯合收獲機上換裝玉米割臺，并通過調節(jié)脫粒滾筒的轉速和脫粒間隙進行玉米的收獲。主要表現在以下幾個特點： (1)在保證良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速發(fā)展。喂入量已由一般的5~6千克/秒發(fā)展到10~12千克/秒所配發(fā)動機的功率最大到243千瓦，正在研發(fā)的有276千瓦；割臺最大割幅已超過9米。配谷物聯合收割機的玉米割臺由收割4~6行發(fā)展到收割8行。發(fā)動機功率為19千瓦。最高作業(yè)速度超過3.6千米/小時。　　 (2)向擴大機器的通用性和提高適應性發(fā)展。除發(fā)展多種專用割臺（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割臺）外，同一臺機器還可配不同割幅的割臺以適應不同作物和不同單產的需要；改進機體結構（如收割臺的仿型機構、清糧室的自動調平裝置等），使其更好地適應不同作物和傾斜地面；行走裝置配置多種寬度的輪胎、履帶，以提高工作的適應能力。 (3)對保持收獲中低損失率、高清潔度的主要工作部件的研究更為深入新型脫粒分離裝置的研究，以提高生產率，減少谷粒損失為目標，是現代玉米聯合收割機最主要的發(fā)展趨勢。在傳統的紋桿切流滾筒及鍵式逐鎬器的脫粒分離裝置之后，雙滾筒橫置的軸流式結構廣為應用，繼而又研制了單滾筒或雙滾筒縱置的軸流式脫粒分離結構，大大提高了脫粒率。 (4)新材料和先進制造技術的廣泛應用使產品性能更好，可靠性更高將玉米聯合收割機機架、割臺體加大壁厚或加強骨架，用大直徑薄壁鋼管作軸，紋桿進行表面硬化處理；各種聯合收割機在易堵塞的部件上設置各種快速切離的安全裝置，傳動膠帶采用新的結構和材料；切割裝置都進行8小時以上磨合試驗和升溫運轉試驗；重要工作部件裝機前的磨合試驗或試運轉，嚴格保證體系。 (5)廣泛應用機電一體化和自動化技術，向舒適性、使用安全性、操作方便性方向發(fā)展為改善駕駛員工作條件，普遍裝有現代化的密閉駕駛室以隔熱、隔噪音；轉動部件轉速、收割機切割高度、谷物損失量、糧箱填充量、排草堵塞等配有信息顯示；自控裝置包括自動對行、割茬高度自動調節(jié)，自動控制車速，自動停車等；安全生產的警報輸出和互鎖補償系統有故障警報、信號報警或語音報警、啟動耳鎖、單柄操作互鎖、運輸與收獲互鎖等功能。 (6)向智能化收獲機發(fā)展集全球衛(wèi)星定位系統，地理信息系統和遙感系統于一身的"精準農業(yè)"技術在智能化玉米收割機上的應用是當今收獲機械化最新、最重要的技術發(fā)展。通過以上的比較不難發(fā)現，我國的玉米聯合收獲機械的現狀跟國外一些先進技術相比還有相當大的差距，我國的科研人員在機器的制造質量和可靠性、發(fā)展模式及如何使農藝和農機相結合等科研課題上，應該有很大的發(fā)展空間。 1.4現有玉米秸稈青貯機械收獲的方法 現有玉米秸稈青貯機械收獲的方法有 5 種： （1）整稈側后輸送鋪放。撥禾輪把秸稈撥向割臺扶持切割秸稈后，秸稈由輸送鏈輸送到機組一側或側后方鋪放。玉米果穗需要人工提前摘穗或者鋪放后摘穗，秸稈收集后利用鍘草機粉碎，然后進行青貯或飼喂。 圖1-1 4G-2.2C 型玉米收獲機 圖1-2 4YZQ-4 自走式穗莖兼收玉米收獲機 （2）運輸車伴行飼草收集。玉米果穗由聯合收獲機或人工收獲，秸稈分別由聯合收獲機的粉碎裝置和秸稈切碎回收機（青貯機）粉碎后拋送到伴行的運輸車上。代表機型有山東海山集團的 4YZQ-4 自走式莖穗兼收玉米收獲機（圖1.2）、石家莊中州機械制造有限公司的 4JQHSJ-170 型秸稈切碎回收機等。 圖1-3 MR-810 細斷型玉米青貯收獲機 圖1-4 穗莖兼收型玉米聯合收獲機 （3）穗莖兼收玉米聯合收獲。背負式或自走式玉米收獲機收獲玉米時，將秸稈切碎回收到集草箱，集滿后再卸到運輸車上。代表機型有山東向農公司生產的穗莖兼收玉米聯合收獲等。 圖1-5 XDNZ-2600 型自走式玉米青（黃）貯飼草料收獲機 （4）青（黃）貯飼草料收獲。采用仿形浮動雙圓盤立式割臺，將玉米整株（果穗和秸稈）粉碎后拋送到運輸車上。這種方法作業(yè)效率高，但收集的飼草料不易保存，整機價格昂貴。代表機型如現代農裝北方（北京）農業(yè)機械有限公司生產的 XDNZ-2600 型自走式玉米青貯飼料收割機。 圖1-6 4JQHSJ-170 型秸稈切碎回收機 （5）秸稈青貯打捆聯合收獲。玉米秸稈由青貯機收獲粉碎，然后拋送至后方的集草箱，集草箱下方有打捆裝置，將飼草打成圓捆后用塑網或麻繩捆扎。代表機型有日本 STAR 公司生產的 MR-810 細斷型玉米青貯收獲機。 1.5 課題研究的主要內容 在我國小麥玉米一年兩熟地區(qū)，隨著工業(yè)燃料的發(fā)展，昔日作為農村主要燃料的秸稈成了田間焚燒污染空氣的廢物，而迅速發(fā)展的畜牧業(yè)又需要大量的飼料。因此研制新型穗莖兼收型玉米收獲機具有重要的意義。 本實用新型提供一種玉米收獲機的摘穗莖稈切碎復合裝置，包括摘穗棍，工作時，穗莖兼收割臺將果穗摘下并將莖稈收集、切碎，然后，果穗經果穗升運器進入果穗箱，碎玉米莖稈在碎莖稈拋送器的作用下被拋送至集草箱。 2總體方案的設計 2.1設計的基本原理 本設計以現有玉米收獲和飼草青貯機械化技術為基礎，對各個工作單元進行了改進設計和優(yōu)化組合，在收獲玉米果穗的同時，可完成玉米莖桿的收集、切碎、拋送作業(yè)，實現功能集成和運動相位的準確耦合。 2.2樣機結構及工作原理 (1)樣機結構 青貯玉米收獲機主要由穗莖兼收割臺、碎莖稈拋送器、喂料裝置等組成。其結構圖（1-1）： 圖1-1 (2)工作原理 工作時，穗莖兼收割臺將果穗摘下并將莖桿收集、切碎。然后，果穗經果穗升運器進入果穗箱，碎玉米莖桿在碎莖稈拋送器的作用下被拋送至集草箱。集草箱內的穗莖稈由喂料裝置喂人打捆裝置成捆室，并在打捆裝置壓縮輥的作用下，將其卷壓成園捆，最后，由繞繩機構對曹捆繞繩。 3關鍵部件的設計 3.1設計指標 要求秸稈切碎長度<3cm 3.2摘穗輥設計 （1)輥型的設計 摘穗輥分為立式和臥式兩種，臥室摘穗輥分為前中后三段，前端為導流錐，是帶有螺旋凸棱的錐體，作用是將秸稈引導進入兩摘穗輥間的間隙，中段為摘穗段，摘穗段主要有兩種結構，一種是在輥體上帶有螺旋狀凸棱，一種是單螺旋摘穗輥。摘穗輥的后段為強拉段，作用是將玉米秸稈的梢部和在摘穗過程成被拉斷的秸稈強行拉出摘穗輥，以防堵塞。帶有螺旋狀凸棱摘穗輥的簡圖見圖3-1。 圖3-1 多螺旋凸棱的摘穗輥 根據有關資料顯示圖3-1所示的多螺旋摘穗輥摘穗性能比單螺旋輥型好，因此本設計采用的是多螺旋臥式摘穗輥。 （2）摘穗輥性能參數的確定 摘穗輥式玉米割臺配置方式為縱向傾斜，前低后高，軸線與水平線夾35～40．兩輥的軸線基本平行。 為減小果穗損傷和損失，摘穗輥直徑應較小，摘穗輥直徑一般為40mm~l00mm，因此采用50mm。同樣為了減少果穗的損傷和籽粒的損失，應減少果穗在摘穗輥上停留的時間，因此兩個摘穗輥有一個高度差，外側摘穗輥要高于內側摘穗輥，這個高度差一般為35mm。外側摘穗輥軸線高于內側摘穗輥，一般摘穗輥最低點應在一個水平面上，但實際作業(yè)中倒流錐的功能與長度的關聯程度不大，因此兩摘穗輥總長均取1100mm。摘穗輥線速度v是保證摘穗輥正常工作的重要因素。當v小于2.5m／s時，由于摘穗輥與秸稈之問產生打滑，容易造成堵塞。當線速度過高時，將是果穗和摘穗輥撞擊力增大，果穗落粒加劇。臥式摘穗輥水平配置傾角為35～40時，其頂圓線速度為3.3m／s~3.8m／s，考慮到果穗損失采用3.5m／s。摘穗輥的轉速一般為600~820r／mi n，當摘穗輥頂圓線速度為3.5m／s時，摘穗輥的轉速為 （3-1） 可見轉速在許可范圍內。摘穗輥之間的間隙也是影響摘穗性能的因素，兩摘穗輥之間的問隙較秸稈直徑小，約為秸稈直徑的30％~50％。玉米秸稈平均直徑為25mm，間隙約為7.5mm~12.5mm，調節(jié)摘穗輥前端的軸承可以調節(jié)間隙。 （3）摘穗輥各部分結構設計 摘穗輥分為前后兩部分，前部為導流錐，后部是摘穗段和強拉段，在軸上裝有軸承，軸承安裝在軸承座上，軸承座安裝在機架上，并且可通過調節(jié)軸承座與機架的間距來改變兩個摘穗輥之間的間隙。后段為強拉段，主要作用是將秸稈的末梢和摘穗中拉斷的秸稈強行拉出以防堵塞。強拉段上是與軸線平行的凸棱，為了加強拉引和喂入效果，強拉段采用五棱式。 ①導流錐的結構設計 內外側摘穗管導流錐的長度均取100mm，表面凸棱寬度為10mm，高度為5mm，螺距取42mm。導流錐如圖3-2所示。 圖3-2導流錐簡圖 ②摘穗輥中段的結構設計 摘穗輥的中段為主要摘穗區(qū)域，其表面有螺旋狀凸棱，且兩個棍子的螺旋方向相反，并且交錯配置。中段長度一般為500mm~1000mm，螺距一般為160~170mm。為了保證摘穗質量中段長度取900mm。 ③摘穗輥強拉段的結構設計 強拉段長度一般為120~320mm，強拉段表面有與軸線平行的凸棱，主要有雙長六棱，雙短八棱式和單長六棱式。因摘穗輥作業(yè)中同時也是切碎滾筒的喂入輥，因此為加強喂入效果，強拉段長度取150mm。 ④調節(jié)裝置的結構設計 兩摘穗輥之間的間隙應可調，以適應不同的玉米種植情況，并且摘穗輥前端需要支撐，同時摘穗輥工作中是高速旋轉的，在連接導流錐和摘穗輥后段的軸上安裝雙列軸承來支撐摘穗輥，因摘穗輥軸向力主要由變速箱內圓錐輥子軸承承受，此處軸承主要受徑向力，因此此處采用雙列深溝球軸承安裝在軸承座上嗎，軸承座有凸臺，凸臺上有圓柱銷安裝孔，以便于軸承座安裝在機架上，通過調節(jié)機架上的螺母，可以實現對摘穗輥間隙的調整。 3.3滾筒刀的結構設計 （1)滾筒刀性能參數的確定 滾筒刀裝有3把動刀，且有一定的滑切角。摘穗輥線速度為3.5m/s，秸稈切碎長度叢3cm，刀的轉速為 （3-2） 經計算得 根據實驗資料統計，在無支撐狀態(tài)下完全切斷單根、兩根、三根玉米秸稈的切斷速度分別為10.3m/s、13.6m/s、15.8m/s，由于田間切割玉米秸稈有單根、兩根甚至三根，取刀的線速度為15.8m/s，采用滑切方法可以降低約4.34m/s，則滾筒刀頂圓線速度為11.5m/s。滾筒刀動刀刃運動軌跡為圓柱形，則頂圓直徑為 （3-3） （2）滾筒刀各部分結構設計 由于滾筒刀是進行切碎的，所以是主要的裝置。其結構設置如下 圖3-3 滾筒刀的簡圖 3.4動刀的設計 動刀采用直刃平板刀，為了使動刀的穩(wěn)定性更加可靠，動刀安裝在動刀托板上，動刀托板安裝在動刀盤上，以減小工作過程中動刀的變形。動刀安裝后應保持平整所以兩者均采用螺釘連接，動刀長度經計算得為420mm，厚度為10mm，切碎秸稈要求動刀刃的運動軌跡必須為圓柱狀，因此動刀安裝后應進行圓整。其簡圖如圖3-4。 圖3-4動刀結構簡圖 3.5割斷刀的設計 割斷刀安裝在動刀軸的最前端，作用是將玉米秸稈割斷，以利于后面秸稈的切碎。割斷刀分為刀片和刀架兩部分，在刀架上共裝有3把刀片，刀刃為扇葉狀，其圖如3-5。 圖3-5 割斷刀簡圖 4主要部件的選擇及強度校核 4.1 軸的設計與校核 （1）動刀軸的設計 動刀軸由聯軸器傳入動力,功率P=2.5kw,轉速為n=1000r/min,軸上安裝有軸承、動刀盤、外殼和割斷刀。 ①估算軸徑取C=112(假設材料為45鋼) （3-4） ②各部分結構設計 軸前端安裝割斷刀,刀架左向定位用軸肩,軸肩高度取2.5mm,刀架內徑為25mm,則左側軸徑為30mm。選用軸承的內徑為30mm,定位為軸肩,軸肩高度取2.5mm,則兩軸承定位處軸徑為35mm。內外側動刀盤定位為軸肩,軸肩高度為2.5mm,則定位處軸徑為40mm。中間動刀盤定位為緊定螺釘,螺釘型號為M8。動刀軸與變速箱通過套筒聯軸器連接,連接段為方形,長度為50mm。 ③結構簡圖如下圖所示 （2）動刀軸的校核 軸的疲勞強度校核是在軸的結構尺寸確定之后進行的，目的是校驗軸對疲勞損壞的抵抗能力，方法是校核危險截面的疲勞強度安全系數S。軸的疲勞強度校核是根據作用在軸上的最大載荷來計算的。危險截面的位置應是受力較大、截面較小及應力集中較嚴重即實際應力較大的若干截面。其安全系數公式如下： （4-1） 軸的材料為45鋼，經調質處理，其。 左端接割斷刀出所受的力 （4-2） （4-3） 為工作情況系數，取=1.2 =2751.59N 右端連接套筒聯軸器所受的力 =1.2 （4-4） （4-5） 為工作情況系數，取=1.2 =859.87N 計算支撐反力 水平面反力 (794-19)- 173-633=0 （4-6） =916.03N -- +=0 （4-7） =975.69N 垂直面反力 --=0 （4-8） -=0 （4-9） ===713.56N 各個軸段的彎矩 軸前端==743.93N.m 如圖所示 軸后端==125.4 N.m 軸受轉矩 =9.55×10 =23875N.mm 許用應力值 用查表法得：[]=95Mpa []=55Mpa 應力校正系數 = =0.58 當量轉矩 =0.58×23875 =13847.5 N.mm 當量彎矩 = （4-10） = =13867.47N.mm = （4-11） = =11247.64N.mm 校核軸徑 軸徑 = （4-12） =16.23<35mm = （4-13） =17.14<35mm 結論：此軸是傳動軸中受力最大的軸，其安全性能影響整個機器的運轉，所以必須對其進行校核，經檢驗其合格。 軸的受力圖 4.2鍵的強度校核 校核鍵的強度應滿足下列條件： ＝ （4-14） （4-15） 其中，——鍵聯接的許用擠壓應力 ； ——鍵聯接的許用剪應力 ； ——鍵聯接的擠壓應力 ； ——鍵聯接的剪應力 ； ——轉矩N.mm； ——軸的直徑 mm； ——鍵的寬度 mm； ——鍵的高度 mm； ——鍵的工作長度 mm ， 對于A型鍵，； ——鍵與輪轂的接觸高度 mm，對于平鍵，； 鍵的尺寸為：， ，，； 則＝； ； 結論：鍵的強度足夠 4.3螺旋輸送器的計算 本設計的輸送機構采用螺旋桿機構，螺旋桿輸送的優(yōu)點在于不會出現堵塞現象。 取輸送器的轉速，輸送器需用功率 （4-16） 式中：—輸送器長度，m —秸稈阻力系數， —傾斜安裝高度， — 輸送效率，0.3 則： 初選螺旋直徑=150mm 螺旋線高度=210mm 螺距=380mm 根據設計需求螺旋桿的桿直徑為=50mm = （4-17） （4-18） （4-19） （4-20） （4-21） （4-22） 由螺旋桿的截面尺寸計算抗扭截面系數， （4-23） （4-24） 軸使用時的最大扭矩：（） （4-25） 軸的最大剪應力為： （4-26） max<, 所以軸滿足強度要求。 4.4 V帶的選擇 該帶是用來傳遞拖拉機動力所輸出的功率。因此，其必須能夠有足夠的強度來承受傳授中的動力。由拖拉機動力輸出軸傳到皮帶上的功率 （4-27） 式中： ——傳遞到皮帶上的功率() ——拖拉機的功率（） ——帶輪的傳遞效率 ——軸承的傳遞效率 經過查閱相關文獻和已知可得數據： 過計算得到從拖拉機動力輸出軸傳遞出的功率到傳遞皮帶上功率為。由此可以選取合適的皮帶來完成動力的傳遞。 查閱相關文獻，根據V帶傳動的設計方法和步驟可知可以通過皮帶傳遞的功率和皮帶輪的轉速來確定皮帶。皮帶傳遞的功率為，皮帶輪轉速為800r/min，根據V帶傳動的設計方法和步驟可以選出皮帶的型號，最終型號確定為普通V帶的A型帶。其參數如表4-1所示。 表4-1普通V帶A型帶參數 帶型 節(jié)寬 頂寬 高度 單位帶長質量 普通V帶A型帶 11.0 13.0 8.0 0.1 總 結 畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，在設計的過程中應該看到的問題： （1）該機以玉米為對象而設計的，所以其應用范圍有局限性，需改進。 （2）本設計采用拖拉機為源動力，結構復雜，理論上達到了達到了摘穗并對穗桿進行分節(jié)收獲，由于沒有實際檢驗，實際的可行性程度還不能確定，有待改進。 雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統的適用條件，各種設備的選用標準，各種構件的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求。在設計過程中確實遇見一些問題，通過老師的講解，自己翻閱了大量資料，都得到了解決。 致 謝 這次畢業(yè)設計能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是在所有指導過我的老師的教育下，同學的幫助下完成的。在這里，我要給他們表示我最真誠的謝意，是他們不僅讓我完成了設計，還讓我學到了許多書本上都學不到的東西，同時也給我提供了充足完備的學習條件和寶貴的交流機會，真是受益匪淺。在這里，我最想把我的感謝獻給我尊敬的李傳峰老師，從課題的選定到設計的順利完成，都是由您熱情指導和點撥的，是您的潛移默化讓我對設計有了全新的認識。可以說沒有您的幫助，我的設計是沒有辦法很好完成的。您的治學嚴謹的作風對我產生了很大的影響，這對我是一種很好的熏陶，對我以后的學習和生活都有很大的幫助。 在這里我要感謝所有教授過我課程的老師們，沒有你們的悉心教導，沒有你們傳授給我的知識，還有你們的躬親示范，我也不會在大學中順利的成長。 再次，我還要感謝我的同學，在畢業(yè)設計過程中我得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導和建議。在此向所有支持、關心、幫助我的人表示由衷的感謝!我們一起走過了大學這個人生最美好的季節(jié)，并建立了深厚的友誼，也許以后我們不會再見面，但我會永遠記得你們，祝你們永遠健康、幸福! 大學四年學習時光已經接近尾聲，在此我還想對我的母校表達我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學習和提高。塔里木大學四季如歌的校園，美麗如詩的風景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學習期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質得到了極大的鍛煉?！白詮姴幌?，求真務實”的校訓我將銘記于心，在未來的學習和工作中躬身踐行。 最后，祝愿各位老師身體健康，工作順利！ 參 考 文 獻 [1]陳長林,張彬,沐森林.CX4Q-1A型青貯機的設計及試驗研究[J].農機化研究,2009,01:185-188. 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