3676 小型棉花秸稈收獲機(jī),小型,棉花,秸稈,收獲,收成
12 屆畢業(yè)論文小型棉花秸稈收獲機(jī)設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名 韓喜東 學(xué) 號 8031208228 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級 12-2 指導(dǎo)教師 李鳳娟 日 期 2012.06 塔里木大學(xué)教務(wù)處制前 言是我國的主要產(chǎn)棉地區(qū)，在自治區(qū)國民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位，特別是確定“一黑一白的發(fā)展戰(zhàn)略以來，棉花的種植面積大幅度的增長，棉花畝產(chǎn)不斷提高，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)和增加農(nóng)民收入起了積極的作用。作為我國棉花生產(chǎn)主要基地，每年將產(chǎn)生大量的棉花秸稈，合理有效的將這些棉桿開發(fā)利用成可再生資源，對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)將起到積極地推動(dòng)作用。目前，處理棉花棉花秸稈的方法有兩種：一是直接燃燒，熱效率低并且污染環(huán)境。焚燒棉花秸稈會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生大量的煙氣，污染環(huán)境并伴隨多種有害氣體，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。二是就地掩埋，由于棉桿密實(shí)且產(chǎn)棉區(qū)氣候干燥，難以腐蝕。棉花秸稈較粗，不能及時(shí)變?yōu)榉柿隙啻窝诼裨黾恿送寥赖呢?fù)擔(dān)，使土壤肥力下降。以上兩種方法都沒有充分利用棉花秸稈自身優(yōu)質(zhì)，反而是一種浪費(fèi)。另外，目前，棉花秸稈成型燃料主要用于大中城市工業(yè)鍋爐。隨著國家節(jié)能減排政策的實(shí)施，大中城市取締燃煤的工業(yè)鍋爐將成為必然，將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)成型燃料鍋爐則是一個(gè)可行的選擇。全國各大中城市在燃煤鍋爐約有 48萬臺(tái)，每年耗原煤約 4 億噸，其中 20 噸以下鍋爐超過百分之八十。棉花秸稈是一種用途非常廣泛的寶貴資源，處理直接還田作有機(jī)肥料外，可以回收后進(jìn)行工業(yè)化利用。第一，棉花秸稈是一種很好的木材代替品，可用來生產(chǎn)制造人造圍板等板材，造紙?jiān)?，一次性餐具等。第二，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，經(jīng)過微化處理后其蛋白質(zhì)含量可高達(dá)百分之十二，可做為牛羊上等飼料。第三?？捎米鳠o公害食用菌的培養(yǎng)基種植蘑菇。第四，可作為生物質(zhì)發(fā)電廠的原料，采用生物質(zhì)直接發(fā)電技術(shù)，也是經(jīng)軋碎和高溫?zé)峤獾冗^程產(chǎn)生一氧化碳為主的生物質(zhì)氣體，作為新型能源。因此，為了發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入，棉花秸稈收獲回收具有重要的意義。我國在 20 世紀(jì) 60 年代中期就開始了對棉花秸稈收獲機(jī)械的研制工作，70 年代到 80年代達(dá)到高潮，但由于種種原因，都未能形成定型產(chǎn)品生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。到了 20 世紀(jì) 90年代，棉花秸稈收獲機(jī)械研制又活躍起來，近年來，全國各地高等院校，科研院所和企業(yè)在過去的 30 多年研究的基礎(chǔ)上研制了各種棉花秸稈收獲機(jī)械，按其工作部件的收獲原理可分為挖掘式和提拔式；按部件結(jié)構(gòu)可分為除鏟式，刀輥式，圓盤式，提拔式包括拔輥式，鏈?zhǔn)?，齒盤式。處于國內(nèi)主要棉花種植區(qū)的種植農(nóng)藝要求和模式不同，棉花品種和土壤條件差異較大，所以上述各種棉花秸稈收獲機(jī)械多數(shù)都沒有大面積推廣應(yīng)用，大多數(shù)地區(qū)還是人工收獲，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生茶效率低。農(nóng)民急需經(jīng)濟(jì)實(shí)用，高效的棉花秸稈收獲機(jī)械。目 錄1 緒論 ...............................................................................................................................................11.1 課題的來源，目的與意義 ..................................................................................................11.2 秸稈收割機(jī)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 ..............................................................................11.3 任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期的可行性分析 ..................................................................................21.4 研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ..............................................................................................32 傳動(dòng)方案的確定 ........................................................................................................................32.1 設(shè)計(jì)思路 ..............................................................................................................................32.2 動(dòng)力參數(shù)的選擇 ..................................................................................................................32.3 工作原理 .............................................................................................................................33 齒盤式棉花秸稈收獲機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析 ...................................................................................43.1 齒盤拔取棉花秸稈的運(yùn)動(dòng)軌跡 ..........................................................................................43.2 齒盤盤拔取棉花秸稈的運(yùn)動(dòng)分析 .....................................................................................64 齒盤式棉花收獲機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .............................................................................................74.1 齒盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................74.2 陷深輪的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................74.3 地輪軸的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................74.4 機(jī)具掛接方式的選擇 ..........................................................................................................84.5 錐齒輪的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................84.5.1 錐齒輪材料的選取 ...................................................................................................84.5.2 錐齒輪參數(shù)的確定 ...................................................................................................85 地輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)速的計(jì)算 .............................................................................................86 齒輪的參數(shù)計(jì)算 ........................................................................................................................97 錐齒輪上作用力，強(qiáng)度計(jì)算與校核 ....................................................................................97.1 錐齒輪上作用力的計(jì)算 ......................................................................................................97.2 錐齒輪上強(qiáng)度計(jì)算 ............................................................................................................117.2.1 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .................................................................................................117.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .................................................................................................118 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 .............................................................................................................128.1 軸的材料的選擇 ................................................................................................................128.2 大齒輪軸最小直徑的計(jì)算 ................................................................................................128.3 大齒輪軸的設(shè)計(jì) ................................................................................................................138.4 小齒輪軸的最小直徑的計(jì)算 ............................................................................................138.5 小齒輪軸的設(shè)計(jì) ................................................................................................................148.6 大齒輪軸的校核 ................................................................................................................148.7 小齒輪軸的校核 ................................................................................................................159 滾動(dòng)軸承的選擇與計(jì)算 .........................................................................................................1610 鍵的選擇和校核 ....................................................................................................................1710.1 鍵的選擇 ..........................................................................................................................1710.2 校核鍵的強(qiáng)度 ..................................................................................................................1710.2.1 大齒輪軸連接鍵 ...................................................................................................1710.2.2 小齒輪軸連接鍵 ...................................................................................................17總 結(jié) ............................................................................................................................................18致 謝 ..............................................................................................................................................19參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................20 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)01 緒論1.1 課題的來源，目的與意義人類要真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就必須切實(shí)保護(hù)生態(tài)與環(huán)境,于是發(fā)展可再生資源就成為了世界各國發(fā)展的主要任務(wù)。我國已經(jīng)把經(jīng)濟(jì)發(fā)展生物質(zhì)能源作為一項(xiàng)重要的國家能源戰(zhàn)略。我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國與消費(fèi)國，已形成長江流域、黃河流域、西北內(nèi)陸三大棉花主產(chǎn)區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)。2007 年全國種植面積 548 萬公頃，月產(chǎn)棉花秸稈 200 萬噸。目前由于人工收獲棉桿強(qiáng)度大，又缺乏規(guī)模化收獲適用設(shè)備，在現(xiàn)有種植模式下，除部分還田之外，剩余秸稈隨意丟棄或就地焚燒，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。而棉桿是一種木質(zhì)化程度高，韌皮纖維豐富的硬秸稈，容重，熱值高，已成為我國生物質(zhì)發(fā)電的主要燃料之一 [1]。但是棉桿量大，收儲(chǔ)季節(jié)性強(qiáng)；人工收集棉桿勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低；缺乏合適的配套棉桿收獲機(jī)。稈是棉花種植業(yè)的副產(chǎn)物，經(jīng)粉碎壓縮后也是一種很好的生物質(zhì)成型燃料。近年來棉花秸稈成型燃料產(chǎn)業(yè)在政府的大力支持下得到很快的發(fā)展 [2]。所以加快棉桿的綜合利用，實(shí)現(xiàn)秸稈的資源化，商品化，是國家促進(jìn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)民增收的重大措施。而棉花秸稈收獲機(jī)械化又是秸稈資源化、商品化的重要環(huán)節(jié)。 目前，國內(nèi)的棉花收獲機(jī)械從類型上可分為分段收獲機(jī)械和聯(lián)合收獲機(jī)械。分段收獲機(jī)械包括拔桿機(jī)、撿拾切碎機(jī)等。棉花的拔取、切碎、收集需要不同的機(jī)械來完成。拔棉柴機(jī)只是單純的將棉桿拔起放在田間，撿拾切碎機(jī)只是將放在田間的棉桿撿拾起來，送入粉碎裝置粉碎 [3]。這樣造成作業(yè)量作業(yè)量增加，勞動(dòng)強(qiáng)度大，收獲效率低。現(xiàn)有的自走式聯(lián)合作業(yè)機(jī)械，對棉花棉桿不是拔取，而是剪短收獲，棉花根茬還留在田間，不但造成棉桿利用率低，還使后續(xù)耕作困難，同時(shí)由于該類機(jī)械價(jià)格昂貴，運(yùn)營成本大，農(nóng)民迫切需要同時(shí)拔棉柴和粉碎收集的中型棉桿收獲機(jī)。因此，研發(fā)一種棉花秸稈聯(lián)合收獲機(jī)械，一次性的完成棉桿的拔除，撿拾，切碎，集箱等作業(yè)工序，將棉桿的傳統(tǒng)收獲環(huán)節(jié)濃縮成聯(lián)合收獲一個(gè)環(huán)節(jié)，對于提高棉花秸稈收獲機(jī)械化水平，提高棉花秸稈的利用率，減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，增加農(nóng)民收入都有重要的意義。1.2 秸稈收割機(jī)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 美國，印度，烏茲別克斯坦、澳大利亞以及俄羅斯等主要是棉花的生產(chǎn)大國和貿(mào)易大國，其棉桿機(jī)械設(shè)備技術(shù)主要以對行式為主 [4]。按照收獲原理分為 3 種；鏟切，刨挖和拔桿。棉桿鏟切技術(shù)：由挖掘鏟深入土層中，把棉桿跟切斷，利用旋轉(zhuǎn)星輪撥取棉桿達(dá)到桿土分離。常用的機(jī)型有烏茲別克斯坦生產(chǎn)的 KV-3.6A 和 KV-4A 型，行距分別為.0.6 米和0.9 米，由機(jī)架，挖根鏟，柵狀導(dǎo)向板，星型喂入輪和錐形齒輪減速器組成。由拖拉機(jī)牽引，一般收獲 4 行棉桿，鋪放成條，棉桿曬干后，由人工和打捆機(jī)成捆以備后用。此技術(shù)入土切割鏟動(dòng)力消耗較大，磨損嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)是行距要求不嚴(yán)。棉桿刨挖技術(shù)；主要采取對稱傾斜雙圓盤刨挖，原理類似于雙圓盤開勾器。典型代表是美國的 DAVE KOENIG 和ORTHMAN 棉花刨挖 [5]機(jī)。前者可以進(jìn)行 2、4、6、8 行棉桿，對不同棉桿適應(yīng)性強(qiáng)；后者圓盤角度和高度可調(diào)，為了減少運(yùn)輸幅度，拔桿可以折疊起來。作業(yè)時(shí)，其機(jī)構(gòu)自動(dòng)伸展，采用平行四桿仿形，在拔桿后面安裝切碎裝置，實(shí)現(xiàn)秸稈拔取與還田。此技術(shù)動(dòng)力消耗相對較少，但是一般要求對行行就強(qiáng)棉桿拔取技術(shù)；采用 45 度傾角安裝的橡膠對輥夾取。典型的澳大利亞的 Muti 拔棉桿機(jī)械和美國的 AMADASM 棉桿拔取切碎收獲機(jī)。前者可進(jìn)行 8 行棉桿，作業(yè)速度高達(dá) 22Km/h 直接將棉桿平鋪地上。后者連根拔取并切碎，作業(yè)行走速度快，而且還有傳動(dòng)安全保護(hù)措施。缺點(diǎn)是對種植行距的標(biāo)準(zhǔn)性要求高，對機(jī)手操作的熟練程度要求很高。適用于標(biāo)準(zhǔn)化栽培的規(guī)模種植。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1在國外，棉花的主要處理方式有兩種；一是田間粉碎還田 [6]。如美國棉花種植區(qū)秋季收花后將棉花秸稈粉碎還田，或者將面秸稈拔取后經(jīng)粉碎散落于地表。如美國 USM 棉花桿整根拔取收獲機(jī)。二是收獲；如俄羅斯，蘇丹，烏茲別克等國還用棉桿代替木材造紙，造板材等，取得了良好的效果，并形成了先進(jìn)的、適用的、可靠的利用模式。抓喲采取先進(jìn)的可一次實(shí)現(xiàn)棉桿收獲、粉碎、打捆的機(jī)械化技術(shù)。代表機(jī)型有烏茲別克生產(chǎn)的 KV-3.6A 和 KA-4A 型。機(jī)具作業(yè)時(shí)由拖拉機(jī)牽引，一般收獲 4 行棉桿，鋪放成條，棉桿曬干后由人工或打捆機(jī)打成捆。雖然其棉桿加工先進(jìn)技術(shù)不完全適合我國國情，但已經(jīng)形成的棉桿收獲及初加工工藝技術(shù)路線和循環(huán)利用模式為我國提供了值得借鑒的成熟的經(jīng)驗(yàn) [7]。在六十年代中期，我國就開始了對棉花收獲機(jī)械的研制 [8]。到七八十年代末，家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的推行，棉花產(chǎn)量劇增，引發(fā)棉花收割機(jī)的研制熱潮。到九十年代初，隨著棉花價(jià)格的上升和棉花輪種技術(shù)的發(fā)展，棉花種植面積擴(kuò)大，棉花機(jī)械迫切需要，中國農(nóng)機(jī)院成立了專業(yè)課題組，進(jìn)行研制。近年來，棉花已被光泛用于能源，造紙以及生物基材料等。多年來，我國發(fā)展研制出的機(jī)型大致分為鏟切式，提拔式和聯(lián)合作業(yè)式。（1）鏟切式： 主要研究前蘇聯(lián)二行鏟切式棉桿收獲機(jī)。這類機(jī)械的收獲部件，一般設(shè)計(jì)成一個(gè)“人”子形狀的大鋤鏟，作業(yè)時(shí)，懸掛在拖拉機(jī)前面，拖拉機(jī)高速行駛，而人字形鏟入土一定深度穿行，利用拖拉機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力切斷根棉，并使面干向上抬起，自然堆放到地面；有的機(jī)型再拖拉機(jī)后牽引一把摟杷，把棉桿樓集成鋪條，此機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，適用方便，但是效率低，殘留棉桿跟較多，鋪放不整齊。主要與小型拖拉機(jī)配套使用。（2）提拔式：提拔式棉花收割機(jī)是用起拔機(jī)構(gòu)把棉桿從土壤中提拔出來，按起拔器的形狀和結(jié)構(gòu)分為輥式、夾式和鏈桿式 3 種。輥式起拔器又分為圓柱輥、半圓柱輥、圓椎、圓柱圓錐綜合輥等；夾式起拔器分為平動(dòng)夾式，鉗夾式、盤夾式；鏈桿式起拔器分為單鏈桿，雙鏈桿、齒盤鏈桿式和鏈抓式。以上機(jī)型由于個(gè)地點(diǎn)研發(fā)單位根據(jù)棉花生長特點(diǎn)和本地地域環(huán)境初步試制的機(jī)型，沒有得到廣泛推廣。目前，具有代表性的有 4MJ-2 盤式棉花秸稈收獲機(jī)。工作時(shí)有拖拉機(jī)前進(jìn)帶動(dòng)機(jī)具前移，地輪傳動(dòng)帶動(dòng)拔盤轉(zhuǎn)動(dòng)，前進(jìn)中拔盤遇到棉花秸稈將秸稈拔起，并將其撥向后方，帶集成一堆放置于田間 [9]。（3）聯(lián)合收割機(jī)；此類機(jī)型雖沒有推廣使用，但從原理上給予設(shè)計(jì)上的啟示。綜合國內(nèi)外技術(shù)基礎(chǔ)，綜合聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)。中國機(jī)械化農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院組織開發(fā)了一種切割式聯(lián)合收獲機(jī)械，一次完成收割，切碎，集箱作業(yè)，克服了種植行距的限制，解決了密植，細(xì)桿和西部內(nèi)陸土地凍結(jié)后收獲難題，成為了以棉桿為原料的生物質(zhì)秸稈直燃發(fā)電廠配套的主要燃料設(shè)備 [10]。由于受到割刀工作原理，地面平整程度的限制，特別是壟作時(shí)做到低茬收割有一定難度，跟茬依然留在地里，沒有從根本上解決。為 了滿足我國長江流域，黃河流域棉花主要產(chǎn)區(qū)棉桿粗大，高大，先拔取后收獲的分段工作方式，中國農(nóng)機(jī)院又開發(fā)了棉桿撿拾聯(lián)合收割機(jī)，集棉桿自動(dòng)撿拾、喂入、輸送、切碎、拋送、裝箱、切料一體化，該機(jī)重點(diǎn)突破了棉桿類冠狀植物強(qiáng)制抓取，連續(xù)喂入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了棉桿分離高效聯(lián)合收獲作業(yè) [11]。綜上所述，小型拖拉機(jī)配套的棉桿收獲機(jī)型，收獲效率受到限制，中間處理環(huán)節(jié)較多，無法滿足棉桿規(guī)模化工業(yè)利用需求，大型高效規(guī)?；占夹g(shù)裝備成為主導(dǎo) [12]。作為一種優(yōu)質(zhì)的可再生生物質(zhì)資源，棉桿規(guī)?；鲋导庸だ眯枨笃仍诿冀?，因此，深入開發(fā)研究長江流域，黃河流域，西北內(nèi)陸棉花主產(chǎn)區(qū)種植模式和生長特點(diǎn)的棉花收獲成套設(shè)備，形成聯(lián)合收獲和分段收獲兩大作業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)棉桿田間收獲機(jī)械化作業(yè)，為棉桿資源規(guī)?；I(yè)利用提供原料收集技術(shù)裝備支撐，成為必然趨勢，且發(fā)展前景廣闊 [13]。 1.3 任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期的可行性分析通過此次設(shè)計(jì)棉花秸稈收割機(jī)，可形成聯(lián)合收獲秸稈的方法，實(shí)現(xiàn)棉桿收獲機(jī)械技術(shù)的提高，使切斷，收獲，粉碎同時(shí)進(jìn)行，大大的提高作業(yè)效率，從而改變以前棉桿收獲困 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2難，而且也使收獲成本大大降低。聯(lián)合收獲，促進(jìn)了棉桿規(guī)?；a(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)秸稈能夠有效地綜合利用。秸稈作為一種優(yōu)質(zhì)能源，此技術(shù)也阻止了人們隨便焚燒秸稈，浪費(fèi)資源，防止環(huán)境污染，秸稈大量浪費(fèi)。1.4 研究的關(guān)鍵問題及解決思路（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)課本所學(xué)知識(shí)及外部相關(guān)資料，概括總結(jié)出該機(jī)器的工作原理，根據(jù)工作原理，看需要什么機(jī)構(gòu)，幾個(gè)機(jī)構(gòu)；什么裝置，幾個(gè)裝置，不能重復(fù)，也不能缺少。（2）傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的方案必須要滿足棉花收獲的各項(xiàng)工作性能要求。（3）關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵零部件直接影響著機(jī)器的性能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要結(jié)構(gòu)合理。所選的零件必須要經(jīng)過充分的試驗(yàn)研究，每個(gè)零件結(jié)構(gòu)參數(shù)必須準(zhǔn)確。2 傳動(dòng)方案的確定2.1 設(shè)計(jì)思路一般情況下拔樹的時(shí)候如果垂直向上拉就會(huì)受到所有樹根的反作用力而非常費(fèi)力，該方式消耗功率大, 棉桿易拔斷。如果向水平方向拉, 僅受到一側(cè)根的作用而很容易將樹拔出， 該種拔桿將有效解決現(xiàn)有機(jī)型因夾持力不夠而漏拔, 或夾持力過大拔斷的現(xiàn)象, 且結(jié)構(gòu)簡單, 消耗功率小。如圖 2-1 所示。因此該設(shè)計(jì)的思路就是對棉花秸稈的收獲，進(jìn)行水平拉拔原理。圖 2-1 水平拉拔原理圖2.2 動(dòng)力參數(shù)的選擇配套動(dòng)力 14.7kw 的小四輪拖拉機(jī)拔斷率 I。齒盤夾持棉稈點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線(如圖 5 所示)，余擺線有一個(gè)繞扣，MN 為繞扣的最大弦．當(dāng)齒盤夾持棉稈點(diǎn)在最大弦右側(cè)時(shí)，均有
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