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塔里木大學 畢業(yè)論文 設計 中期檢查記錄表 2016年 4 月 18 日 學生姓名 楊佳佳 班級 農機 16 4 課題名稱 山藥挖掘收獲機的設計 課題完成進度 學生自述 1 通過大量查閱有關文獻和資料 已確定整個設計的設計思路 已畫好大部分零件圖 2 大部分裝配體已完成 大體模型已經畫好 3 寫好設計說明書 初步寫好 5000 字論文 存在的問題及整改措施 學生自述 1 零件不足 還要繼續(xù)畫有些小零件 有些零件圖尺寸與裝配圖不 符 零件圖需要改進 2 還要上網及去圖書館查閱資料完善論文內容 抓緊時間寫說明書 及繪制二維圖 3 將所寫論文中重復的部分進行刪改 指導教師意見 課題進展情況 優(yōu)缺點 整改措施等 指導教師簽名 年 月 日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 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 農機 16 4 學生姓名 楊佳佳 學號 8031212430 課題名稱 山藥挖掘收獲機設計 起止時間 2015 年 10 月 11 日 2016 年 5 月 28 日 共 14 周 指導教師 李傳峰 職稱 副教授 課題內容 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較長 深入地下 難以采收 如果收獲技術不夠成熟 根莖破損率就會很高 我國大部分地 區(qū)山藥的收獲都是依靠人工來完成的 不但勞動強度大 作業(yè)效率低 而 且在挖取時容易鏟斷 鏟傷山藥 影響其品質和商業(yè)價值 因而研制開發(fā) 山藥收獲機械 已成為山藥產業(yè)發(fā)展的迫切需求 本課題的研究內容 1 查找相關文獻 了解山藥挖掘收獲機的工作原理 2 查找專利及相關文獻 熟悉了山藥挖掘收獲機的結構 3 利用力學原理 對螺旋提土機構進行優(yōu)化設計 4 依據查找到的專利及文獻 設計山藥挖掘收獲機平面圖 擬定工作進度 以周為單位 第 一 周 查找相關資料 熟悉課題內容 第 二 周 撰寫開題報告 并制定總體方案 第三到十周 設計山藥挖掘收獲機平面圖 第 十一 周 對山藥挖掘收獲機進行傳動設計和機構設計 第 十二 周 撰寫畢業(yè)論文 修改圖紙中存在的問題 第十三周 編寫答辯提綱 準備答辯 第十四周 答辯 主要參考文獻 2 濮良貴 紀名剛 機 械 設 計 第八版 M 北京 高等教育出版社 2006 3 梁學強 張景崎 翟雯雯 丁潤鎖 尚立 運杰 農業(yè)技術裝備 M 天津 2012 4 孫桓 陳作模 葛文杰 機械原理 M 北 京 高 等 教 育 出 版 社 2006 5 5 劉鴻文 材料力學 I 第五版 M 北京 高等教育出版社 2011 1 6 洪忠德 簡 明 機 械 設 計 手 冊 上海 同濟大學出版社 2002 5 7 孫桓 陳作模 葛文杰 機械原理 M 北京 高等教育出版社 2006 5 8 于萬勝 河北工業(yè)大學 M 河北 2014 9 許波 韓有泉 王亞旭 關玉明 農機化研究 M 河北 2015 10 江洪 酈 祥 林 李 仲 興 SolidWorks 2006基礎教程 M 北 京 機 械 工 業(yè) 出版社 2006 1 11 繆明 山 藥 機 械 化 種 植 技 術 的 研 究 與 開 發(fā) J 江蘇農機化 2002 2 12 李壘 李善文 多功能山藥收獲機 P 中國專利 201310650116 5 2013 12 06 任務下達人 簽字 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 200 年 月 第 期 0 山藥挖掘收獲機的設計 楊佳佳 塔里木大學機械電氣化工程學院 阿拉爾 843300 摘 要 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較長 深入地下 難以采收 如果收獲技術不夠成熟 根莖破 損率就會很高 隨著計算機技術的快速發(fā)展 虛擬制造和運動仿真在農機設計中得以實現(xiàn) 從而大大縮短了設計周期 降低生產 成本 提高了設計的準確性和可靠性 本設計利用三維設計軟件 對農業(yè)機械進行產品設計 本文設計了一種山藥收獲裝置 結構簡單合理 能夠完成山藥的機械化收獲作業(yè) 不僅極大地提高山藥收獲效率 而且對深 土農作物的規(guī)?；N植起到了推廣作用 本次的設計對傳統(tǒng)山藥收獲機進行了改進 著重設計了山藥收獲機的整體結構 傳動方式 工作方式 論述了裝置在收獲過 程中的的工作原理 在完成設計構想之后 基于 SolidWorks 進行了三維模型建立 整個過程包括各零件圖三維設計 裝配體三維 圖 關鍵詞 三維設計 傳動方式 動態(tài)仿真 中圖分類號 文獻標識碼 A 文章編號 0 引言 山藥對當地氣候要求不嚴 但喜溫暖濕潤 忌積水 怕干旱 宜種植于肥沃疏松 土層深厚 排水良好的砂 質壤土上種植 原產地位于河南焦作 現(xiàn)在分布于中國 西北 華北 和長江流域的湖南江西等地 由于其營養(yǎng) 比較豐富 一直以來都被視為比較理想的補虛佳品 不 僅可作為主糧 又可作為蔬菜食用 有很高的藥用價值 和食用價值 隨著現(xiàn)代社會人們更加注重養(yǎng)生和健康 而山藥的藥用價值和使用價值使得其成為很多人的選擇 特別是近幾年 山藥的種植面積和種植規(guī)模不斷上升 因此 山藥生產和收獲的機械化越來越得到行業(yè)的重視 1 長期以來 山藥的收獲都是靠傳統(tǒng)的人力收獲方式 山藥的根莖較長 難以采收 如果收獲技術不夠成熟 根莖破損率就會很高 我國大部分地區(qū)收獲山藥的方法 是 從山藥種植壟的一端開始 先挖出 60 70cm 左右的 土坑來 人坐在坑的邊上 然后用特制的山藥鏟 沿著 地面上山藥生長的 20cm 處的兩邊開始挖 將根兩邊泥 土鏟出 一直挖到山藥溝下見到根莖的尖端為止 最后 輕輕鏟斷剩下的細根 手握著根莖的中上部分 小心拔 出山藥的根莖 一定要小心精細鏟土 避免山藥根莖的 損傷和折斷 采收山藥時 一定要按著山藥種植的順序 一株一株地挨著挖 這樣才能有效減少破損率 又能避 免漏收 由于山藥一般在下層土壤延伸 最深可延伸到 地下 70 100cm 處 靠人力收獲相當費力 最重要的是 人力收獲的過程中容易挖到山藥塊莖 影響山藥的品質 和市場 而且勞動強度大 生產效率低 為此 山藥收 獲的機械化問題就亟待解決 山藥收獲技術如果能夠實現(xiàn)機械化 將有力地推動 山藥生產的規(guī)?；?顯著降低山藥生產成本 節(jié)省勞動 力和農活作業(yè)量 使山藥種植戶增加更多的收入 提高 農業(yè)生產的經濟效益 本課題研究了我國山藥收獲機械化的發(fā)展現(xiàn)狀 山 藥收獲機的未來研究方向 為山藥收獲方式以及推廣山 藥收獲機械化 促進山藥生產效率提供了理論依據 1 設計方案及結構 1 1 設計方案的優(yōu)化分析及確定 通過對山藥收獲機的現(xiàn)狀研究 對市場上已經開 發(fā)成功的山藥收獲機的分析 總結山藥收獲機需要滿足 的條件 分析現(xiàn)有山藥收獲機的優(yōu)缺點 最終確定山藥 收獲機的最佳優(yōu)化方案 首先總結設計山藥收獲機要完成的任務 1 通過 山藥收獲機能實現(xiàn)山藥收獲的簡易化 提高山藥收獲的 效率 2 此裝置在收獲山藥的時候不能損壞山藥的塊 莖 3 山藥收獲機的設計要盡量簡易 方案要符合實 際情況 設計方案可以投入生產 并且可以推廣 其次通過對上述現(xiàn)有山藥收獲機的研究與考察 發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機有兩個無法實現(xiàn)的難題 1 裝置 在開溝后仍然需要大量的人力勞動來完成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采收的工程中 比較容易損壞山藥的塊 莖 想要克服這些問題 必須盡量使山藥收獲機開溝后 山藥所在土塊要有所松動 使山藥與土壤的結合不在緊 密 在裝置作業(yè)之后 人工收山藥的過程中 能夠更直 接 這樣就能提高山藥的完整性 盡量少的破壞山藥的 塊莖 1 2 整體結構 200 年 月 第 期 1 山藥收獲機的組成部分大致可由支撐部分 動力部 分 工作部分和傳動部分 支撐部分 主要就是山藥收獲機的機架和山藥收獲 機與拖拉機連接部分 用于支撐整個山藥收獲機能夠順 利切協(xié)調的完成收獲工作 動力部分 用于連接拖拉機傳輸的動力 把動力提 供給山藥收獲機的傳動部分 傳動部分 傳輸動力 并起到減速作用 工作部分 這部分入土 用螺旋鉆桿開溝 達到收 獲山藥的目的 裝置選擇在山藥的兩側同時開溝 并且在開溝后利 用一個簡易的裝置 來松動山藥種植行的土塊 這樣山 藥采收的后續(xù)過程就能很大程度上減少人力 而且如果 山藥所在土塊松動之后 人們后續(xù)收山藥的方式就不僅 僅是從溝下一點一點挖掘 而是可以更直觀的 更簡易 的收獲山藥 這樣一來 就減少了山藥塊莖的破壞 這 個簡易的裝置不能給收獲機帶來太大的阻力 在此裝置 之前的開溝裝置 能夠很好地提供前進的空間 利用送 土器 在開溝后之后 將提升到地面的泥土放置到溝的 兩側 機器走過的地方就開出了一道深溝 這樣 人就 可以下去把山藥撿拾出來 設計構想簡圖如下圖 1 圖 1 山藥收獲機整體結構 1 2 總體設計 山藥挖掘收獲機整體結構示意 如圖 2 所示 圖 2 山藥收獲機結構 1 花鍵軸 2 差速箱 3 絲杠 4 傳動軸 5 滑套 6 齒輪 7 齒輪 8 軸承座 9 齒輪 10 螺栓 11 架子 12 機架 13 送土器 14 螺旋鉆桿 15 帶輪 16 軸承座 17 螺帽 2 1 2 山藥收獲機的工作原理 以拖拉機為動力源 在拖拉機的尾部安裝一個螺旋 鉆桿機構進行鉆土 前面的兩個螺旋鉆桿開溝 起到收 獲機的開溝作用 在開溝之后利用安裝在機架后面的送 土器將土放置到溝的兩側 起到提升山藥種植行土塊的 作用 機器走過的地方就開出了一道深溝 2 關鍵部件設計 2 1 傳動機構的設計 傳動機構的設計主要就是 根據拖拉機的輸出功率 和輸出軸所需輸出功率 經過傳動機構的傳輸達到一個 整機和諧工作的設計過程 即傳動齒輪和傳動軸的合理 選擇 200 年 月 第 期 2 2 2 送土器的設計 送土器的設計 可以更好的將螺旋鉆桿松動的土塊 提升到溝的兩側 大大提升了山藥收獲裝置的優(yōu)越性 送土器要橫跨山藥種植行 與機架連接 起到固定的作 用 送土器通過皮帶輪與拖拉機的皮帶輪相連 這樣拖 拉機就能帶動送土器工作了 如下圖 3 2 所示 圖 3 送土器 2 3 軸的初步設計 根據山藥收獲過程中 開溝軸的實際工作情況 工作過 程中 軸的轉速為 200 300r h 左右 3 山藥收獲機的整體結構設計 本次設計的主要內容有 1 山藥收獲裝置的整體 結構設計 2 開溝螺旋鉆桿工作部分的設計 使收獲 裝置更有效采收山藥 3 齒輪機構的傳動設計 符合 拖拉機功率傳輸 使開溝軸得到適合的輸出功率 3 1 箱體機架的設計 根據山藥收獲作業(yè)的要求 需要確定符合采收山藥 裝置的總體結構設計 設計出特殊而且簡單的機架 機 架不僅要起到對螺旋鉆桿和送土器的支撐作用 而且還 對螺旋鉆桿起到提升和下降作用 如下圖 4 3 2 傳動方案的確定 傳動方案確定不僅要考慮輸入功率和輸出功率的轉 換 還要考慮山藥收獲時的具體情況 比如山藥種植行 之間的距離基本能確定工作周之間的距離 然結合減速 器的校核 一起確定工作軸傳動齒輪的分度圓直徑 裝置選擇配備 24 匹 17 7 千瓦的拖拉機 裝置作 業(yè)時 拖拉機轉速達到 2000r min 拖拉機與收獲裝置 采用錐齒輪傳動 拖拉機傳動軸通過兩個錐齒輪將動力 傳送到山藥收獲裝置的傳動軸上 傳動軸通過齒輪將動 力傳送到螺旋鉆桿上 兩個螺旋鉆桿同速轉動 通過考 察 確定山藥收獲裝置的開溝深度為 1000mm 開溝寬度 為 400mm 開溝速度為 400 500m h 6 4 結論 1 此次此次設計的任務是山藥挖掘收獲機的設計 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較 長 深入地下 難以采收 如果收獲技術不夠成熟 根 莖破損率就會很高 通過這次設計發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲 機有兩個無法實現(xiàn)的難題 1 裝置在開溝后仍然需要 大量的人力勞動來完成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采 收的工程中 比較容易損壞山藥的塊莖 根據設計要求 設計出簡單而且特殊的機架 在機架上安裝螺旋鉆桿進 行開溝 畢業(yè)設計是作為我在大學學習階段的最后一個環(huán)節(jié) 是對所學基礎知識和專業(yè)知識的一種綜合應用 是一種 綜合的再學習 再提高的過程 這一過程對我的學習能 力和獨立工作能力也是一個培養(yǎng) 這次的畢業(yè)設計工作 總體來說 時間較長 畢業(yè)設計內容也較充實 每個同 學都有各自重點深入的部分 通過本次畢業(yè)設計我對山藥收獲機有了進一步的了 解 也對三維設計軟件 SolidWorks 可以熟練地進行軟 件的操作 更重要的是學會了利用所學知識進行機械設 計的方法和過程 在設計過程中也曾遇到很多的問題 但通過查閱相 關的書籍 手冊以及老師的精心指導 都得到了解決 設計過程基本順利完成 圖 4 收獲裝置機架 參考文獻 1 繆明 山藥機械化種植技術的研究與開發(fā) J 江蘇 農機化 2002 2 40 42 2 李壘 李善文 多功能山藥收獲機 P 中國專利 201310650116 5 2013 12 06 3 倪凡喜 山藥收獲機 P 中國專利 201220165331 7 2012 04 18 4 王茂成 山藥收獲種植兩用機 P 中國專利 201110034816 2 2011 01 25 5 李善文 山藥收獲機 P 中國專利 200510038969 9 2005 04 18 200 年 月 第 期 3 6 劉百合 劉保義 超低速拖拉機與開溝機 J 農業(yè) 機械 2010 12 59 60 山藥挖掘收獲機的設計 學生姓名 楊佳佳 學 號 8031212430 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 16 4 指導老師 李傳峰 日 期 2016 05 16 屆畢業(yè)設計 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的根莖較長 深入地下 難以采收 如果收獲 技術不夠成熟 根莖破損率就會很高 隨著計算機技術的快速發(fā)展 虛擬制造和運動仿真在農機 設計中得以實現(xiàn) 從而大大縮短了設計周期 降低生產成本 提高了設計的準確性和可靠性 本 設計利用三維設計軟件 對農業(yè)機械進行產品設計 本文設計了一種山藥收獲裝置 結構簡單合理 能夠完成山藥的機械化收獲作業(yè) 不僅極大 地提高山藥收獲效率 而且對深土農作物的規(guī)?；N植起到了推廣作用 本次的設計對傳統(tǒng)山藥收獲機進行了改進 著重設計了山藥收獲機的整體結構 傳動方式 工作方式 論述了裝置在收獲過程中的的工作原理 在完成設計構想之后 基于 SolidWorks 進 行了三維模型建立 整個過程包括各零件圖三維設計 裝配體三維圖 關鍵詞 三維設計 傳動方式 動態(tài)仿真 目 錄 1 引言 1 1 1 課題來源及研究課題的意義和目的 1 1 2 山藥收獲機的現(xiàn)狀及方案說明 1 2 設計方案分析 3 2 1 設計方案的說明 3 2 2 設計方案選擇與對比 3 2 3 設計方案的優(yōu)化分析及確定 5 3 傳動機構的設計 8 3 1 軸的初步設計 8 3 2 v 帶傳動的設計 9 3 3 齒輪傳動的設計計算 11 4 山藥收獲機的整體結構設計 15 4 1 箱體機架的設計 15 4 2 送土器的設計 15 4 3 傳動方案的確定 16 總 結 17 致 謝 18 參考文獻 19 塔里木大學畢業(yè)設計 塔里木大學畢業(yè)設計 1 1 引言 1 1 課題來源及研究課題的意義和目的 山藥對當地氣候要求不嚴 但喜溫暖濕潤 忌積水 怕干旱 宜種植于肥沃疏松 土層深厚 排水良好的砂質壤土上種植 原產地位于河南焦作 現(xiàn)在分布于中國西北 華北 和長江流域的 湖南江西等地 由于其營養(yǎng)比較豐富 一直以來都被視為比較理想的補虛佳品 不僅可作為主糧 又可作為蔬菜食用 有很高的藥用價值和食用價值 隨著現(xiàn)代社會人們更加注重養(yǎng)生和健康 而山藥的藥用價值和使用價值使得其成為很多人的選擇 特別是近幾年 山藥的種植面積和種植 規(guī)模不斷上升 因此 山藥生產和收獲的機械化越來越得到行業(yè)的重視 1 長期以來 山藥的收獲都是靠傳統(tǒng)的人力收獲方式 山藥的根莖較長 難以采收 如果收獲 技術不夠成熟 根莖破損率就會很高 我國大部分地區(qū)收獲山藥的方法是 從山藥種植壟的一端 開始 先挖出 60 70cm 左右的土坑來 人坐在坑的邊上 然后用特制的山藥鏟 沿著地面上山藥 生長的 20cm 處的兩邊開始挖 將根兩邊泥土鏟出 一直挖到山藥溝下見到根莖的尖端為止 最 后輕輕鏟斷剩下的細根 手握著根莖的中上部分 小心拔出山藥的根莖 一定要小心精細鏟土 避免山藥根莖的損傷和折斷 采收山藥時 一定要按著山藥種植的順序 一株一株地挨著挖 這 樣才能有效減少破損率 又能避免漏收 由于山藥一般在下層土壤延伸 最深可延伸到地下 70 100cm 處 靠人力收獲相當費力 最重要的是人力收獲的過程中容易挖到山藥塊莖 影響山 藥的品質和市場 而且勞動強度大 生產效率低 為此 山藥收獲的機械化問題就亟待解決 山藥收獲技術如果能夠實現(xiàn)機械化 將有力地推動山藥生產的規(guī)?；?顯著降低山藥生產成 本 節(jié)省勞動力和農活作業(yè)量 使山藥種植戶增加更多的收入 提高農業(yè)生產的經濟效益 本課題研究了我國山藥收獲機械化的發(fā)展現(xiàn)狀 山藥收獲機的未來研究方向 為山藥收獲方 式以及推廣山藥收獲機械化 促進山藥生產效率提供了理論依據 1 2 山藥收獲機的現(xiàn)狀及方案說明 1 2 1 我國山藥收獲機的現(xiàn)狀 為了克服山藥收獲過程中易折斷的損傷的難題 我國廣大設計者和科學家們進行了刻苦的鉆 研 以下是現(xiàn)階段我國對山藥收獲機械化的研究現(xiàn)狀 資料內容查自中國知識產權局專利檢索網 站 第一種山藥收獲機的發(fā)明者是李壘和李善文 這個發(fā)明設計了一種多功能山藥收獲機 可以看到 中履帶底盤 設置在履帶底盤上的操作臺 豎直機架 電機 向上提升機構 安 裝在機架上并且能夠沿固定的機架上下移動的齒輪箱的總成 安裝在齒輪箱結構下面的用于開溝 的螺旋鉆軸和提土板 所述電機結構與齒輪箱結構由傳動軸實現(xiàn)傳動連接 提升機構與齒輪箱 結構連接 實現(xiàn)對齒輪箱結構的升降操作 山藥收獲裝置還包括設于箱結構一側 能夠將開溝軸 塔里木大學畢業(yè)設計 2 開出的土 向外送給送土器 以及設于履帶下部前面的能夠實現(xiàn)把土填回功能的送土器 這種山 藥收獲機的結構比較靈活 而且功能多樣化 能夠同時實現(xiàn)收獲山藥和溝內填土的兩項功能 除 了采收山藥外 還可以開電纜溝 管道溝 實現(xiàn)一機多種用法 省時省工 具有相當大的市場價 值 2 第二種山藥收獲機發(fā)明者倪凡喜 這個創(chuàng)新專利目的在于 克服現(xiàn)階段生產技術的不足之處 提供一種山藥收獲機的理論設計 在不損傷山藥塊莖的前提下 可以很大地提高生產效率 降低 采收山藥時的成本 此專利所述的山藥收獲機 包括振動破土機構 破土機構的固定架 旋轉型 軸承座 液壓油缸 可以左右移動的軸承固定支架 懸掛型四軸固定支架 手輪 擋土板 開溝 刀片 開溝鏈條 鏈條固定支架和從動輪 破土機構固定架是這個專利的主體支撐架 整體呈現(xiàn)方形的框架結構 破土機構固定支架的 后端 連接著設置的振動破土機構 破土機構固定支架的前端 連接著旋轉式軸承座 旋轉軸承 座的前面連接著液壓油缸 液壓油缸的前端連接到左右移動軸承座固定架 左右移動軸承座固定 架設置在懸掛式四軸連接在固定架上 在懸掛型四軸固定支架的一邊 設計的有手輪 在懸掛型 四軸固定支架的兩端后側 設計有擋泥板 在旋轉型軸承座的下端 連接設計有鏈條固定支架 鏈條固定支架的前端設計有主動輪 鏈 條固定支架的后端設計有從動輪 繞過主動輪與從動輪 設計有開溝鏈條 開溝鏈條的外表面上 設置有開溝刀片 連接到鏈條固定架上 設置有張緊固定架 張緊固定架的下端設置有張緊輪 張緊輪與開溝鏈條的內表面相接觸 3 第三種山藥收獲機的發(fā)明者是盧雙貴 這種山藥收獲機 由切割鋸 松土板與螺旋提升機構 組成 帶鋸上部連接旋轉輪 中間穿過狹長形的開口 下面套有軸承 中間的松土板在后面隨著將 土松動 松土板固定在套管上的伸縮桿上 液壓氣泵來提供動力 后面的螺旋提升機構在切割后 的土方下面向上轉動 即可把山藥向上頂出 由于是采用的拖拉機為動力 切割的土方要大于山 藥溝 從山藥的下面向上拱 不僅保證了山藥的完整度 不損壞山藥的塊莖 而且保持了山藥溝 的原來樣子 工作的效率極大提高 每天可挖掘山藥三到五畝 4 1 2 2 山藥收獲機的設計要求 傳統(tǒng)的農業(yè)機械設計 存在著設計周期長 設計成本高 設計質量差 圖紙識別困難等問題 隨著計算機技術的快速發(fā)展 虛擬制造和運動仿真在農機設計中得以實現(xiàn) 從而大大縮短了設計 周期 降低生產成本 提高了設計的準確性和可靠性 本設計利用三維設計軟件 對農業(yè)機械進 行產品設計 5 具體內容 塔里木大學畢業(yè)設計 3 1 對農機進行總體結構方案設計 滿足其功能要求 力求結構簡單 功能合理 2 進行農機零件設計 強度和結構上符合要求 3 進行產品裝配 4 產品的動態(tài)仿真 本方案設計山藥收獲機用于山藥的收獲作業(yè) 提高山藥收獲效率 降低勞動力 節(jié)約山藥收 獲成本 創(chuàng)新設計或改進現(xiàn)階段市面上已有的山藥收獲機 使山藥收獲作業(yè)起來更簡單 給定的條件和要求翻土作業(yè)時的作業(yè)量為 400 500m 小時 采用螺旋排除浮土 螺旋鉆桿轉 速為 300 轉 分鐘左右 塔里木大學畢業(yè)設計 4 2 設計方案分析 2 1 設計方案的說明 2 1 1 山藥挖掘收獲機整體結構簡介 通過現(xiàn)階段山藥收獲機的專利以及考察實際情況 可以得出 山藥收獲機的工作原理和組成 部分 山藥收獲機的組成部分大致可由支撐部分 動力部分 工作部分和傳動部分 支撐部分 主要就是山藥收獲機的機架和山藥收獲機與拖拉機連接部分 用于支撐整個山藥 收獲機能夠順利切協(xié)調的完成收獲工作 動力部分 用于連接拖拉機傳輸的動力 把動力提供給山藥收獲機的傳動部分 傳動部分 傳輸動力 并起到減速作用 工作部分 這部分入土 用螺旋鉆桿開溝 達到收獲山藥的目的 2 1 2 山藥收獲機的工作原理 以拖拉機為動力源 在拖拉機的尾部安裝一個螺旋鉆桿機構進行鉆土 前面的兩個螺旋鉆桿 開溝 起到收獲機的開溝作用 在開溝之后利用安裝在機架后面的送土器將土放置到溝的兩側 起到提升山藥種植行土塊的作用 機器走過的地方就開出了一道深溝 2 2 設計方案選擇與對比 在最終確定山藥收獲裝置的設計方案前 做了很多的準備工作 首先 查閱了中國專利網上的一些專利申請 仔細閱讀并理解了山藥收獲機現(xiàn)階段的理論設 計情況 也看到了很多比較好的方案或者設計 其實還都在理論階段 很多設計者們的精妙設計 都還沒有通入生產 這也從一方面表現(xiàn)了現(xiàn)階段山藥收獲機的落后程度 同時山藥收獲的大難題 亟待解決 其次 在網絡上檢索山藥收獲機 會發(fā)現(xiàn)很多廠家有在直銷 仔細研究后 也對山藥收獲機 在設計之后 開發(fā)生產的可能性有了一定的認識 明確了 在現(xiàn)階段哪些設計是不能開發(fā)的 哪 些設計更容易開發(fā) 現(xiàn)在開發(fā)成功的山藥收獲機大致可以分為三種 1 單側山藥開溝機 2 雙側山藥開溝機 3 鏈式山藥收獲機 下面聽過對三種收獲機的優(yōu)缺點分析確定設計方案 2 2 1 單側山藥開溝機 現(xiàn)在的很多設計和市面上已經投入使用的山藥收獲機 一般都是在山藥種植壟的一側進行挖 塔里木大學畢業(yè)設計 5 溝 然后通過人力下溝進行二次挖掘 這樣確實省了一部分人力 但是進行二次挖掘時 還是很 費力 而且容易損傷和折斷山藥的莖塊 如下圖 2 1 所示 圖 2 1 單側山藥收獲機實物圖 這種山藥收獲機工作原理簡單 作業(yè)效率高 而且易推廣 在一些土壤比較肥沃 疏松的地 區(qū)比較適合 但是缺點也比較明顯 收獲機開溝之后 山藥依然埋一側的土壤中 剩下的的工作 必須依靠人力 從溝中向山藥一側進行挖掘 挖掘的過程不僅難以操作 而且容易損傷山藥 影 響山藥的銷售品質 2 2 2 雙側山藥開溝機 已經投入使用山藥收獲機中 現(xiàn)在比較流行是一種是在山藥兩側開溝 確定山藥種植行的寬 度 設計出兩個開溝鉆的距離 從而從山藥種植行的兩側進行挖溝 實物圖如下圖 2 2 塔里木大學畢業(yè)設計 6 圖 2 2 雙側山藥收獲機實物圖 這種山藥收獲機與單側開溝機相比 有很大的優(yōu)勢 降低了靠人力進行二次挖掘困難程度 但是這種收獲機也有明顯的缺點 它雖然降低而人工挖掘強度 但是山藥和土塊還是緊密結合在 一塊 無法克服采收過程中的損傷山藥塊莖的問題 并且在此裝置開溝采收后的土地上 會留下 兩道很深的溝壑 這將影響下一季山藥的種植 導致種植山藥時需要填平溝壑 變相提升了山藥 種植的難度 2 2 3 鏈式山藥收獲機 鏈式山藥收獲機與以上兩種開溝機原理不同 收獲山藥之后不會再地上留下很深的溝 這樣 下一季的種植就不會受到影響 而且這種山藥收獲機所需功率小 相對以上兩種在收獲的時候更 經濟 更節(jié)約成本 但是鏈式山藥收獲機也沒有以上兩種開溝機的有點 依靠鏈上面的刀片進行 開土 很難達到很深的程度 而山藥塊莖很深 這樣在后續(xù)的采收中還是需要大量的人力來完成 甚至還需要人力來進行二次開溝 這樣一來 鏈式收獲機在采收中起到的作用就會很局限 下圖 2 3 為鏈式收獲機的的實物圖 塔里木大學畢業(yè)設計 7 圖 2 3 鏈式山藥收獲機 2 3 設計方案的優(yōu)化分析及確定 通過對山藥收獲機的現(xiàn)狀研究 對市場上已經開發(fā)成功的山藥收獲機的分析 總結山藥收獲 機需要滿足的條件 分析現(xiàn)有山藥收獲機的優(yōu)缺點 最終確定山藥收獲機的最佳優(yōu)化方案 首先總結設計山藥收獲機要完成的任務 1 通過山藥收獲機能實現(xiàn)山藥收獲的簡易化 提 高山藥收獲的效率 2 此裝置在收獲山藥的時候不能損壞山藥的塊莖 3 山藥收獲機的設計要 盡量簡易 方案要符合實際情況 設計方案可以投入生產 并且可以推廣 其次通過對上述現(xiàn)有山藥收獲機的研究與考察 發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機有兩個無法實現(xiàn)的難 題 1 裝置在開溝后仍然需要大量的人力勞動來完成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采收的工程中 比較容易損壞山藥的塊莖 想要克服這些問題 必須盡量使山藥收獲機開溝后 山藥所在土塊要 有所松動 使山藥與土壤的結合不在緊密 在裝置作業(yè)之后 人工收山藥的過程中 能夠更直接 這樣就能提高山藥的完整性 盡量少的破壞山藥的塊莖 收獲機的整體結構如下圖 2 4 所示 塔里木大學畢業(yè)設計 8 圖 2 4 山藥挖掘收獲機整體結構 1 花鍵軸 2 差速箱 3 絲杠 4 傳動軸 5 滑套 6 齒輪 7 齒輪 8 軸承座 9 齒輪 10 螺栓 11 架子 12 機架 13 送土器 14 螺旋鉆桿 15 帶輪 16 軸承座 17 螺帽 圖 2 5 山藥挖掘收獲機二維圖 裝置選擇在山藥的兩側同時開溝 并且在開溝后利用一個簡易的裝置 來松動山藥種植行的 塔里木大學畢業(yè)設計 9 土塊 這樣山藥采收的后續(xù)過程就能很大程度上減少人力 而且如果山藥所在土塊松動之后 人 們后續(xù)收山藥的方式就不僅僅是從溝下一點一點挖掘 而是可以更直觀的 更簡易的收獲山藥 這樣一來 就減少了山藥塊莖的破壞 這個簡易的裝置不能給收獲機帶來太大的阻力 在此裝置 之前的開溝裝置 能夠很好地提供前進的空間 利用送土器 在開溝后之后 將提升到地面的泥 土放置到溝的兩側 機器走過的地方就開出了一道深溝 這樣 人就可以下去把山藥撿拾出來 設計構想簡圖如下圖 2 5 圖 2 5 送土器三維設計圖 這是設計裝置的側視圖 從側視圖可以看出來 前面的兩個螺旋鉆桿開溝 起到收獲機的開 溝作用 在開溝之后利用安裝在機架后面的送土器將土放置到溝的兩側 起到提升山藥種植行土 塊的作用 為了更直觀的解釋此方案設計 可以結合正視圖看到送土器在山藥收獲過程中起到的 作用 結構見圖正視圖如下圖 2 6 塔里木大學畢業(yè)設計 10 圖 2 6 送土器正視圖 正視圖中兩個開溝鉆分別開挖山藥種植行的兩側 通過齒輪傳動裝置 帶動兩側同時開溝 下面的送土器在開溝后之后 將提升到地面的泥土放置到溝的兩側 機器走過的地方就開出了一 道深溝 塔里木大學畢業(yè)設計 11 3 山藥收獲機的整體結構設計 本次設計的主要內容有 1 山藥收獲裝置的整體結構設計 2 開溝螺旋鉆桿工作部分的設 計 使收獲裝置更有效采收山藥 3 齒輪機構的傳動設計 符合拖拉機功率傳輸 使開溝軸得到 適合的輸出功率 3 1 箱體機架的設計 根據山藥收獲作業(yè)的要求 需要確定符合采收山藥裝置的總體結構設計 設計出特殊而且簡 單的機架 機架不僅要起到對螺旋鉆桿和送土器的支撐作用 而且還對螺旋鉆桿起到提升和下降 作用 如下圖 3 1 圖 3 1 收獲裝置機架 3 2 送土器的設計 送土器的設計 可以更好的將螺旋鉆桿松動的土塊提升到溝的兩側 大大提升了山藥收獲裝 置的優(yōu)越性 送土器要橫跨山藥種植行 與機架連接 起到固定的作用 送土器通過皮帶輪與拖 拉機的皮帶輪相連 這樣拖拉機就能帶動送土器工作了 如下圖 3 2 所示 塔里木大學畢業(yè)設計 12 圖 3 2 送土器 圖 3 3 山藥挖掘收獲機部分裝配圖 3 3 傳動方案的確定 傳動方案確定不僅要考慮輸入功率和輸出功率的轉換 還要考慮山藥收獲時的具體情況 比 如山藥種植行之間的距離基本能確定工作周之間的距離 然結合減速器的校核 一起確定工作軸 傳動齒輪的分度圓直徑 裝置選擇配備 24 匹 17 7 千瓦的拖拉機 裝置作業(yè)時 拖拉機轉速達到 2000r min 拖拉 機與收獲裝置采用錐齒輪傳動 拖拉機傳動軸通過兩個錐齒輪將動力傳送到山藥收獲裝置的傳動 軸上 傳動軸通過齒輪將動力傳送到螺旋鉆桿上 兩個螺旋鉆桿同速轉動 通過考察 確定山藥 收獲裝置的開溝深度為 1000mm 開溝寬度為 400mm 開溝速度為 400 500m h 6 塔里木大學畢業(yè)設計 13 4 傳動機構的設計 傳動機構的設計主要就是 根據拖拉機的輸出功率和輸出軸所需輸出功率 經過傳動機構的 傳輸達到一個整機和諧工作的設計過程 即傳動齒輪和傳動軸的合理選擇 4 1 軸的初步設計 根據山藥收獲過程中 開溝軸的實際工作情況 工作過程中 軸的轉速為 200 300r h 左右 由此可以確定傳動比的分配情況 7 總傳動比及其分配 總傳動比 4 1 102 gmni 根據山藥種植行的距離 可以進行傳動比的分配 塔里木大學畢業(yè)設計 14 10251 i 其中 為傳動軸傳動傳動比 51 i 為工作軸傳動比 2 裝置中各軸轉速計算 把傳動軸定為 軸 工作軸定為 軸 min 405 211 rinm 222 裝置傳動各軸功率計算 8 首先計算傳動裝置的的總效率 903 7 960221 其中 為帶傳動的效率 96 01 為圓柱齒輪之間傳動效率 7 2 再來計算各軸的功率 kW9 16 0711 dp 4 2 483 9622 工作各軸功率 轉速 轉矩列表如下 表 4 1 各軸功率 軸號 功率 P kW 轉速 n r min 轉矩 T N m 16 99 16 48 400 200 405 15 786 92 按許用應力估算軸的最小直徑 4 3 3minPCd 塔里木大學畢業(yè)設計 15 查機械設計手冊取 C 112 軸 md07 394 16231 此軸有兩個鍵槽 需要加 7 取 5 軸 md74 820 4 1632 同樣有兩個鍵槽 加 7 取 d52 4 2 v 帶傳動的設計 1 確定 V 帶型號和帶輪直徑 工作情況系數 KA 由查表確定 計算功率 4 4 kWpkdAc 237 1 選帶型號 查機械設計手冊 9 小帶輪直徑 由表得 mD30in1 大帶輪直徑 設 mn 10 4 5 211 nD 大帶輪轉速 mn 1in 405 1823 0 2 rD 2 計算帶長 求 mD 塔里木大學畢業(yè)設計 16 4 6 mDm9021531 求 4 7 6023152 初取中心距 ma10 帶長 4 8 ma DLm08 256910292 基準長度 查手冊 取 Ld250 3 求中心距和包角 中心距 4 9 m DLLamm39 65608 160 418022 小輪包角 4 10 9 1723 596018 12 aD 4 求帶根數 先求帶速 塔里木大學畢業(yè)設計 17 4 11 sm nD 7 150621 帶根數 查閱機械設計手冊 10 kWP08 2 96a L kP350 4 12 7 29 06 35 082 La ckpz 取 z 3 4 3 齒輪傳動的設計計算 1 首先選擇齒輪的材料 11 小齒輪 40Cr 熱處理方式 調質處理 2601 HB 大齒輪 45 熱處理方式 調質處理 4 2 初步計算齒輪的參數 查機械手冊齒輪傳動得 12 齒寬系數 d 取 1 接觸疲勞極限 limH MPaH7201lim 59li 初步計算的許用接觸應力 塔里木大學畢業(yè)設計 18 MPaH6487209 01lim1 4 13 H531 9 2li2dA 值 查機械設計手冊 取 dA 82 估算 10 初步計算的小齒 4 14 mTdHd 5 104 25310 468213321 3 齒輪面接觸疲勞強度計算 精度等級 查閱機械設計手冊 齒輪齒數 Z 取 則401 z 4 15 804212 zi 模數 m 4 16 54021 zdmt 使用系數 AK 動載荷系數 v 查機械手冊 齒間載荷分配系數 H 4 17 73 19 0 cos 22 bFK 齒向載荷分布系數 H 由機械設計手冊 塔里木大學畢業(yè)設計 19 4 18 46 1 610 61 07 13221 bCdbBAKH 載荷系數 K 4 19 58 46 1723 51 HAK 彈性系數 由機械設計手冊 EZ 節(jié)點區(qū)域系數 由機械設計手冊H 重合度系數 查表因 1 25 1 取 故 4 20 7 0 1 1 34 Z 接觸應力最小安全系數 查機械設計手冊minHS 應力循環(huán)次數 LN 4 21 hth180235 811 1064 60 Ltn 4 22 822 352 104 iNL 接觸壽命系數 查機械設計手冊NZ 許用接觸應力 MPaSHN6905 127 min11 4 ZN07 8 in22 塔里木大學畢業(yè)設計 20 23 4 1 478 5 21610 458 27 06292 1HHEMPaubdKTZ 24 通過以上計算 結果表明 齒輪的接觸疲勞強度符合要求 故所選齒輪符合要求 可以使用 如果達不到要求 應調整齒輪參數或改變齒輪材料 并再次進行驗算 4 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑 112286 7 35FF 15402dmZm 4 8 25 中心距 4 12 d 04 30ma 26 5 齒根彎曲疲勞強度驗算 齒形系數 FaY 4 634 10cos 25 3321 Zv 27 查機械設計手冊得 28 6 21FaFaY 應力修正系數 SaY5 1 S75 12S 塔里木大學畢業(yè)設計 21 重合度系數 4 Y 70 14cos 63125 81 2 vVavZ 28 69 07 107 0 avY 螺旋角系數 1 取 4 75 012 5 0min Y 29 4 min91 024101 Y 30 齒間載荷分配系數 前面已求的 FK73 1 FHK 齒向載荷分布系數 查機械設計手冊 13 4 4 1 8 0 5 2 61 FKhb 31 載荷系數 K 47 13 25 1 FvAK 彎曲疲勞極限 由彎曲疲勞極限圖得limF MPaPaFF450 602lim1lim 考慮本題齒輪為雙向運轉 可將其彎曲疲勞極限乘以系數 0 85 結果變?yōu)?aaFF 5 38 502lim1lim 塔里木大學畢業(yè)設計 22 彎曲最小安全系數 由機械設計手冊得 14 minFS 彎曲壽命系數 由彎曲壽命系數圖得 NY 95 0 21 NY 尺寸系數 由尺寸系數表得 X 0 XY 許用彎曲應力 F MPaSFXNF 2 36725 109 min11 4 YFXNF 38 in22 32 驗算彎曲強度 4 MPa YmbdKTSaFnF97 86 91 0658 13210 42111 33 MPaYSaFF 5 83 16279 81212 12286 7 35FF 經以上計算 齒根彎曲強度符合要求 塔里木大學畢業(yè)設計 23 總 結 此次設計的任務是山藥挖掘收獲機的設計 長期以來 山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲 山藥的 根莖較長 深入地下 難以采收 如果收獲技術不夠成熟 根莖破損率就會很高 通過這次設計 發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機有兩個無法實現(xiàn)的難題 1 裝置在開溝后仍然需要大量的人力勞動來完 成后續(xù)的采收 2 在后續(xù)人力采收的工程中 比較容易損壞山藥的塊莖 根據設計要求設計出 簡單而且特殊的機架 在機架上安裝螺旋鉆桿進行開溝 畢業(yè)設計是作為我在大學學習階段的最后一個環(huán)節(jié) 是對所學基礎知識和專業(yè)知識的一種綜 合應用 是一種綜合的再學習 再提高的過程 這一過程對我的學習能力和獨立工作能力也是一 個培養(yǎng) 這次的畢業(yè)設計工作總體來說 時間較長 畢業(yè)設計內容也較充實 每個同學都有各自 重點深入的部分 通過本次畢業(yè)設計我對山藥收獲機有了進一步的了解 也對三維設計軟件 SolidWorks 可以 熟練地進行軟件的操作 更重要的是學會了利用所學知識進行機械設計的方法和過程 在設計過程中也曾遇到很多的問題 但通過查閱相關的書籍 手冊以及老師的精心指導 都 得到了解決 設計過程基本順利完成 塔里木大學畢業(yè)設計 24 致 謝 畢業(yè)在即 四年的大學生活已接近尾聲 經過三個多月的努力 在李傳峰老師的悉心指導 下 設計任務基本完成了 在撰寫論文期間 我要衷心的感謝我的指導老師李傳峰 從設計的 選題 實施到撰寫 修改和定稿 李老師均傾注了大量的心血 導師的悉心指導 熱忱鼓勵不 僅使我樹立了深遠的學術目標 掌握了基本的研究方法 還使我明白了許多待人接物與為人處 事的道理 還有 導師淵博的專業(yè)知識 嚴謹的治學態(tài)度 精益求精的工作作風 誨人不倦的 高尚師德 嚴以律己 寬以待人的崇高風范 樸實無華 平易近人的人格魅力將使我終生受益 同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助 感謝他們四年來的辛勤 栽培 他們的關懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐 最后 也感謝和我一起學習的同窗朋友 他們給了我無數的關心和鼓勵 也讓我的大學生 活充滿了溫暖和歡樂 感謝他們的陪伴與幫助 愿我們以后的人生都可以充實 多彩與快樂 塔里木大學畢業(yè)設計 25 參考文獻 1 繆明 山藥機械化種植技術的研究與開發(fā) J 江蘇農機化 2002 2 40 42 2 李壘 李善文 多功能山藥收獲機 P 中國專利 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