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課題申報表
指導教師
XX
職稱
XX
教研室
XX
申報課題名稱
紅薯收獲機的設計與仿真
課題類型
工程設計類
課題來源
B.社會生產(chǎn)實踐
課
題
簡
介
傳統(tǒng)的紅薯、土豆等根莖類農作物收獲一直是靠人工刨土收獲，這是農業(yè)生產(chǎn)領域中一項重體力勞動，人工收獲勞動強度大，生產(chǎn)效率低。雖然市面上也有一些機械化收獲設備，但由于價格、性能，尤其是收凈率等各方面原因，始終未能大范圍應用。
課題要求
（包括所具備的條件）
要求完成紅薯收獲的小型機械化設備一臺，包括動力源、傳動系統(tǒng)、挖土機構、振動篩、薯塊收集等結構，并且要適應山區(qū)、丘陵等小地塊作業(yè)要求，并且保證收凈率在95%以上。
課題工作量要求
1、裝配圖1張；自選零件圖若干，要求圖紙總量不少于2張0號圖；
2、采用proe完成三維建模，并進行動畫仿真；
3、翻譯英文資料5000字；
4、不少于15000字的設計說明書一份。
教研室
審定意見
同意
教研室主任簽字：
學 院
審定意見
同意
教學院長簽字：
任 務 書
1．畢業(yè)設計的背景：
傳統(tǒng)的紅薯、土豆等根莖類農作物收獲一直是靠人工刨土收獲，這是農業(yè)生產(chǎn)領域中一項重體力勞動，人工收獲勞動強度大，生產(chǎn)效率低。雖然市面上也有一些機械化收獲設備，但由于價格、性能，尤其是收凈率等各方面原因，始終未能大范圍應用。
2．畢業(yè)設計(論文)的內容和要求：
要求完成紅薯收獲的小型機械化設備一臺，包括動力源、傳動系統(tǒng)、挖土機構、振動篩、薯塊收集等結構，并且要適應山區(qū)、丘陵等小地塊作業(yè)要求，并且保證收凈率在95%以上。
1、裝配圖1張；自選零件圖若干，要求圖紙總量不少于2張0號圖；
2、采用proe完成三維建模，并進行動畫仿真；
3、翻譯英文資料5000字；
4、不少于15000字的設計說明書一份。
3．主要參考文獻：
[1]李建東,楊薇,杜永琪,賈晶霞,李洋.4UL-1型多功能根莖類作物挖掘機的設計.農業(yè)工程.2015.05
[2]甘方地.紅薯種植與機械化作業(yè).湖南農機.2014.01
[3]宋龍鎮(zhèn).HX-85A多功能收獲機.農村新技術.2015.10
[4]雙驅動薯類收獲機的研發(fā)應用.馬世文,黃桂紅.農機質量與監(jiān)督.2017.10
[5]夏陽.紅薯機械化收獲機具的試驗研究.河南農業(yè)大學碩士論文.2009年
4．畢業(yè)設計(論文)進度計劃(以周為單位)：
1周：布置畢業(yè)設計題目，進行畢業(yè)設計實習。
2周：收集相關資料。完成并提交開題報告。
3周：翻譯英文資料。
4-5周：初步構設并確定設計方案。完成裝配圖草圖的繪制。
6周：計算確定各零件基本尺寸。
7-8周：繪制總裝配圖。
9周：編寫設計說明書。
10周：繪制零件圖。
11周：修訂初稿。
12周：完成答辯。
教研室審查意見：
教研室主任簽名： 年 月 日
學院審查意見：
教學院長簽名： 年 月 日
開題報告
課題名稱
紅薯收獲機的設計與仿真
課題來源
B.社會生產(chǎn)實踐
課題類型
工程設計類
1．選題的背景及意義：
傳統(tǒng)的紅薯、土豆等根莖類農作物收獲一直是靠人工刨土收獲，這是農業(yè)生產(chǎn)領域中一項重體力勞動，人工收獲勞動強度大，生產(chǎn)效率低。雖然市面上也有一些機械化收獲設備，但由于價格、性能，尤其是收凈率等各方面原因，始終未能大范圍應用。紅薯收獲機從目前國際經(jīng)濟全球化發(fā)展來看我國農業(yè)機械方面面臨著嚴峻考驗和新的機遇。因此為了了解國內紅薯生產(chǎn)機械化和發(fā)展動態(tài)對于大力發(fā)展，以促進我國紅薯收獲機對農民財富收入問題展開了針對性調查，盡快普及紅薯收獲機的機械化創(chuàng)造更多的財富。 開發(fā)一種能適應我國農業(yè)生產(chǎn)體制的紅薯收獲機及時在必行這樣有效的降低勞動強度，解放了勞動生產(chǎn)力使農民在有限的時間內創(chuàng)造更多的財富收入，因此開發(fā)技術對于提高紅薯種植效益，降低生產(chǎn)成本增加農民財富收入具有重大的意義。
2．研究內容擬解決的主要問題：
研究的內容:
l.紅薯收獲機的總體方案設計。
2.挖掘機構的設計與分析計算。
3.薯士及薯秧分離機構的設計與分析計算。
解決的主要問題，對挖掘鏟的要求:
l.挖出所有薯塊，盡可能不漏薯(即明薯率高);
2.盡可能使進入機器的土壤少;
3.能將掘起的紅薯輸送到分離裝置，并且盡可能細化土壤，減少負荷; 挖掘鏟的任務是在克服各種阻力時消耗的能量最少的情況下將紅薯挖出。
3．研究方法技術路線：
畢業(yè)設計分為紅薯收獲機的設計與仿真的傳動系統(tǒng)、挖土機構、振動篩、薯塊收集等結構設計，裝配圖和主要零件圖及論文。研究并完成基本傳動計算、帶傳動、機架部分的設計，減速器的選擇，聯(lián)軸器的選擇挖掘鏟的設計，鏈輪設計以及地輪設計。
4．研究的總體安排和進度計劃：
1周：布置畢業(yè)設計題目，進行畢業(yè)設計實習。
2周：收集相關資料。完成并提交開題報告。
3周：翻譯英文資料。
4-5周：初步構設并確定設計方案。完成裝配圖草圖的繪制。
6周：計算確定各零件基本尺寸。
7-8周：繪制總裝配圖。
9周：編寫設計說明書。
10周：繪制零件圖。
11周：修訂初稿。
12周：完成答辯。
5．主要參考文獻：
[1]李建東,楊薇,杜永琪,賈晶霞,李洋.4UL-1型多功能根莖類作物挖掘機的設計.農業(yè)工程.2015.05
[2]甘方地.紅薯種植與機械化作業(yè).湖南農機.2014.01
[3]宋龍鎮(zhèn).HX-85A多功能收獲機.農村新技術.2015.10
[4]雙驅動薯類收獲機的研發(fā)應用.馬世文,黃桂紅.農機質量與監(jiān)督.2017.10
[5]夏陽.紅薯機械化收獲機具的試驗研究.河南農業(yè)大學碩士論文.2009
[6]呂金慶.《紅薯收獲機的設計》[M].農業(yè)機械出版社:1576
[7]上海市大專院校機械制造工藝學協(xié)作組.《機械制造工藝學》:97~125
[8]農業(yè)部農機化技術開發(fā)推廣總站編.《農機化適用新技術讀本》[M]。兵器工業(yè)出版社,2000:45～103?
[9]沈再春.《農產(chǎn)品機械與設備》[M].農業(yè)出版社,1993:12～66
[10]李自華.《農業(yè)機械學》[M].農業(yè)出版社:1～22
[11]張耀宸主編.《機械加工工藝設計手冊》[M].航空業(yè)出版社，1987；102～180
[12]戴曙.《金屬切削機床》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001：65～84
[13]濮良貴，紀名剛.《機械設計》（第七版）[M].高等教育出版社77～99
[14]劉鴻文.《材料力學》[M].北京：高等教育出版社,66～88
[15]中國機械工程學會.《中國機械設計大典》[M].南昌:江西科學技術出版社，2002：903～912
[16]崔洪斌，方憶湘，張嘉任等.《計算機輔助設計基礎及應用》[M].北京:清華大學出版社，2002:71～88
指導教師意見：
對“文獻綜述”的評語：文獻查閱完整，兼顧中文與外文文獻，能夠滿足設計基本需求。
對總體安排和進度計劃的評語：研究的總體安排和進度計劃合理，同意開題。
指導教師簽名： 年 月 日
教研室意見：
通過，同意開題
教研室主任簽名： 年 月 日
學院意見：
教學院長簽名： 年 月 日
紅薯收獲機設計演講稿 第一章 緒論1.1 課題研究意義1)隨著人力成本的提高、大量農村勞動力向城市轉移、我國城市化進程的8加快、勞動力的的減少經(jīng)以及成本的提高等，因此馬鈴薯種植區(qū)急需機械化作業(yè)代替人工作業(yè)。2)馬鈴薯機械化收獲是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。3)當前，馬鈴薯收獲多采用犁翻人撿，費工、費時，漏薯和傷薯現(xiàn)象嚴重，制約了農民種植的積極性。4)提高分離率，降低傷薯率以及勞動強度的重點是輸送系統(tǒng)的結構和輸送工作諸機理的研究，包括輸送性能與運動參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設計。5）我國馬鈴薯種植面積大幅攀升，這對我國馬鈴薯收獲機械生產(chǎn)無疑是一個非常好的機遇。6)馬鈴薯收獲是時間緊，耗工多的一項作業(yè)。1.2 研究內容1)在滿足馬鈴薯收獲農藝條件的前提下，研究并確定該機挖掘與分離系統(tǒng)各機構的主要參數(shù)。2)研究并確定挖掘與分離各組成部分的結構，并對其進行理論分析，使其結構、性能達到最佳。3)馬鈴薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過程中極易傷害表皮，對儲存極為不利，因此需在輸送過程中研究應用新結構、新材料，避免在薯塊輸送過程中損傷馬鈴薯。4)用AUTO-CAD畫出各個組成部分的零件圖紙。1.3 研究方法1)通過到我省馬鈴薯種植地進行實地考察，查閱大量的文獻資料，吸收并借鑒國內外馬鈴薯收獲機械及其它收獲機械輸送系統(tǒng)的成功之處，研究并確定馬鈴薯聯(lián)合收獲機起獲與分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。2)對起獲與分離主要機構進行設計，并分析確定主要參數(shù)。3）運用CAD軟件對主要機構進行二維繪圖4）主要技術路線如下：文獻檢索-調研-綜合分析-提出預設計方案-確定主要參數(shù) 繪制圖樣-結構優(yōu)化-改進-完善設計第二章 馬鈴薯收獲機總體方案設計2.1整體布局的設計本任務設計的馬鈴薯收獲機與80-100馬力的拖拉機配套作業(yè)，掛接方式為后懸掛，作業(yè)時需對行。其傳動圖如圖1如下圖1 傳動圖1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅動軸 6、抖動輪軸2.2工作原理本機主要由V帶、減速器、抖動輪、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構成。拖拉機產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的馬鈴薯向機器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得馬鈴薯在輸送的過程中實現(xiàn)馬鈴薯與土的分離，而達到了分離的目的。最后馬鈴薯落入收集箱中。第三章 傳動比的確定與減速器選擇3.1傳動比的確定3.2減速器的選擇由于其傳動比為2，所以可以從市場上選擇傳動比為2的減速器，其型號為ZDY，ZDZ100型圓柱齒輪減速器。第四章 機械傳動部分計算4.1功率的計算4.2傳動比4.3鏈輪之間的鏈傳動設計4.4 軸的設計4.5軸的校核4.6 鍵的校核4.7 軸承的校核第五章 主要部件的設計5.1 挖掘部件的設計5.2 挖掘鏟的設計5.3挖掘裝置的設計5.4 分離部件的設計5.5 地輪和機架的設計第六章 三維圖的設計圖6-1 支架圖6-2 螺栓圖6-3軸承座圖6-4 三角板圖6-5 壓板圖6-6 鏈條圖6-7 撥動盤圖6-8 連桿圖6-9 叉形支架圖6-10 側板圖6-11 圓形壓板圖6-12 支撐桿圖6-13 支撐架圖6-13 鏈輪圖6-14 減速箱圖6-15 總裝配圖
學 院
畢 業(yè) 論 文
論文題目 紅薯收獲機
系 別 電子信息工程系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
學 號
學生姓名
指導教師（簽名） ×××
完成時間 2013 年 5 月
摘要
本文主要對4TU-2型紅薯聯(lián)合收獲機的起獲與分離系統(tǒng)進行研究，并對該機挖掘與旋齒的主要部件和機構進行系統(tǒng)地設計計算和理論探討。
紅薯收獲機總體結構設計：總體結構分為傳動裝置，分離裝置和挖掘裝置。傳動裝置由萬向聯(lián)軸器、鏈傳動傳動組成；分離裝置通過連桿機構擺動柵條分離篩實現(xiàn)紅薯和土壤雜草的分離；挖掘鏟由獨立鏟片、鏟片固定板和角度調節(jié)機構組成。
整機結構主要由拖拉機減速器、抖動輪、電動機、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構成。由拖拉機產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將需要的動力傳遞到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條，從而帶動分離裝置運動，將挖出的紅薯運送到收集箱，同時通過抖動輪的作用使得紅薯和泥土雜草分離。
本論文研究內容摘要：
(1)紅薯收獲機總體結構設計。
(2)紅薯收獲機工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4)對紅薯收獲機的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設計。
(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。
(6)運用計算機輔助設計，對設計的零件進行三維建模。
(7)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。
關鍵詞： 紅薯收獲機；拖拉機；紅薯；機械設計
The Design of Potato Harvester
Abstract
This paper mainly researched the 4TU-2 potato harvester of the seized and separation system, discuss the calculation and theory of system design and the main part of the machine mining and tooth and mechanism.The overall structure of potato harvester design: the overall structure consists of driving device, separating device and a digging device. The driving device is composed of a universal coupling, chain transmission component; separation through the connecting rod mechanism of swing bar screen to achieve the separation of weeds in potato and soil; mining shovel shovel, shovel by independent film fixing plate and angle regulating mechanism.
The structure is mainly composed of tractor retarder, jitter wheel, motor, rack, a digging shovel, transmission chain, wheel. The tractor to generate power through a speed reducer and a belt wheel will need power delivered to the chain wheel, chain wheel drives the chain, thus separating device movement, to carry out the potatoes into the collection box, at the same time by shaking wheel function caused the weeds of potato and soil separation.
Abstract this thesis research:
(1) the overall structure design of potato harvester.
(2) analysis of potato harvester working performance.
(3) the choice of motor.
(4) on the transmission system, potato harvester executive components and frame design.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) the use of computer aided design, 3D modeling on Design of parts.
(7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.
Key words: potato harvester, tractor, potato, mechanical design
目 錄
摘要 II
Abstract III
第一章 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2 研究內容 2
1.3 研究方法 3
第二章 紅薯收獲機總體方案的設計 4
2.1整體布局的設計 4
2.2工作原理 5
2.3主要性能參數(shù) 5
第三章 傳動比的確定與減速器的選擇 6
3.1傳動比的確定 6
3.2減速器的選擇 6
第四章 機械傳動部分計算 8
4.1功率的計算 8
4.2傳動比 8
4.3鏈輪之間的鏈傳動設計 9
4.3.1 設計要求 9
4.3.2 設計過程 9
4.4 軸的設計 11
4.4.1鏈輪上力的計算 11
4.4.2材料 12
4.4.3計算軸的最小直徑 12
4.4.4軸的結構設計 12
4.5軸的校核 13
4.6 鍵的校核 14
4.7 軸承的校核 15
第五章 主要部件的設計 17
5.1 挖掘部件的設計 17
5.2 挖掘鏟的設計 17
5.3挖掘裝置的設計 18
5.3.1挖掘鏟的構成 18
5.3.2挖掘鏟的設計 18
5.4 分離部件的設計 19
5.5 地輪和機架的設計 20
5.5.1 地輪的設計 20
5.5.2 機架部分的設計 20
第六章 三維圖的設計 21
結論 30
參考文獻 31
致謝 32
第一章 緒論
本課題研究的意義、 內容及方法：
1.1 課題研究意義
1)隨著人力成本的提高、大量農村勞動力向城市轉移、我國城市化進程的8加快、勞動力的的減少經(jīng)以及成本的提高等，因此紅薯種植區(qū)急需機械化作業(yè)代替人工作業(yè)。甘肅是全國紅薯的主要產(chǎn)區(qū)，但98%以上的紅薯種植和收獲仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻開溝點種和收獲等原始的生產(chǎn)方式進行作業(yè)，存在著勞動強度大，費時費工，損失率高，不便貯藏等缺點[5]，甘肅定西為國家級紅薯之鄉(xiāng)，但其機械化水平僅為1%，大部分收獲完全靠人工作業(yè)方式，作業(yè)手段落后，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，有時在冬季封凍之前不能完成收獲作業(yè)，給紅薯種植戶造成很大的經(jīng)濟損失。因此，紅薯種植區(qū)急切需求能夠適應種植區(qū)氣候、土壤、環(huán)境、作物等特點的紅薯聯(lián)合收獲機械。
2)紅薯機械化收獲是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。要發(fā)展紅薯產(chǎn)業(yè)，首先應實現(xiàn)紅薯種植及收獲機械化，紅薯種植及收獲機械化離不開性能優(yōu)良的收獲機械，因此研發(fā)適合我國農藝種植要求的新機具，尤其是紅薯聯(lián)合收獲機械，顯得尤為重要[6]。2005年8月省人民政府和中國農業(yè)科學院簽訂了紅薯產(chǎn)業(yè)科技合作協(xié)議，這標志著甘肅省紅薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁上新臺階。但甘肅紅薯種植、中耕作業(yè)以及收獲機械化落后，機械化水平達不到1%的水平，嚴重制約著甘肅紅薯產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。解決這些問題，把這一特色產(chǎn)業(yè)做大做強，就必須依靠科技，把先進的科學實用技術運用到紅薯的育種、種植、加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值，真正使科學技術成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，促進農民增收得實惠、農業(yè)發(fā)展有后勁。
3)當前，紅薯收獲多采用犁翻人撿，費工、費時，漏薯和傷薯現(xiàn)象嚴重，制約了農民種植的積極性。紅薯收獲的難題是紅薯的掘出、集中、分撿(需回收2遍)，為了擴大紅薯生產(chǎn)的規(guī)模，需走機械化發(fā)展的道路。我國雖然有十幾家紅薯收獲機的科研、生產(chǎn)單位，研制生產(chǎn)出了不同類型的紅薯收獲機械，但其明薯率低、傷薯率較高，勞動強度大，費時費力，輸送系統(tǒng)的工作性能直接影響著這些重要指標，因此，對輸送系統(tǒng)等部件進行機理研究具有現(xiàn)實意義。
4)提高分離率，降低傷薯率以及勞動強度的重點是輸送系統(tǒng)的結構和輸送工作諸機理的研究，包括輸送性能與運動參數(shù)分析，參數(shù)優(yōu)化設計。因此，在現(xiàn)有機型基礎上不斷攻關完善，對輸送系統(tǒng)的工作機理進行分析研究，對影響工作性能的運動和結構參數(shù)進行優(yōu)化，以提高分離率，減少傷薯率，降低勞動強度，具有現(xiàn)實應用的意義。
5）我國紅薯種植面積大幅攀升，這對我國紅薯收獲機械生產(chǎn)無疑是一個非常好的機遇，近幾年各個行業(yè)對紅薯的需求不斷增加，隨著全國農業(yè)機械化步伐的加快，紅薯機械化生產(chǎn)的程度要求進一步提高，由此可以看出，紅薯收獲機械還存在巨大的發(fā)展空間。
6)紅薯收獲是時間緊，耗工多的一項作業(yè)。由于紅薯生長期僅80～90天，集中種植區(qū)多在我國北部，氣候寒冷，無霜期短，如收獲過早，生長期不夠，干物質積累少，影響產(chǎn)量和質量，如收獲過晚，易遇霜凍，造成更大損失。而目前紅薯收獲主要靠人畜力，效率低，使收獲期拖長，造成減產(chǎn)，嚴重制約紅薯生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展和效益的發(fā)揮。因此，穩(wěn)定、擴大紅薯種植而積，提高單位面積產(chǎn)量，促進生產(chǎn)發(fā)展，必須采用機械化收獲。
1.2 研究內容
針對國內外紅薯收獲機械的主要問題，研制出一種挖掘、分離、輸送、集裝等為一體的聯(lián)合作業(yè)機械，該機采用了新型的分離裝置進行土薯分離，完成分離后可將薯塊通過輸送裝置輸送到機械尾部，然后是薯塊覆蓋在土壤的表面。本文主要對4TU-2型紅薯聯(lián)合收獲機的起獲與分離系統(tǒng)進行研究，并對該機挖掘與旋齒的主要部件和機構進行系統(tǒng)地設計計算和理論探討。國內外關于谷物聯(lián)合收獲機械輸送系統(tǒng)的研究比較成熟，但是關于紅薯聯(lián)合收獲機械中的分離系統(tǒng)的精確理論分析和計算還比較欠缺。因此，針對以上問題，必須在薯塊挖掘與分離工作性能方面有所突破，使其達到功耗小，適應性強、效率高、耐用性強，在滿足損傷率和丟失率等農業(yè)要求的前提下，降低勞動強度，達到機械化收獲的目的。其主要內容概括如下：
1)在滿足紅薯收獲農藝條件的前提下，研究并確定該機挖掘與分離系統(tǒng)各機構的主要參數(shù)。
2)研究并確定挖掘與分離各組成部分的結構，并對其進行理論分析，使其結構、性能達到最佳。
3)紅薯柔性輸送系統(tǒng)的研究。薯塊在輸送過程中極易傷害表皮，對儲存極為不利，因此需在輸送過程中研究應用新結構、新材料，避免在薯塊輸送過程中損傷紅薯。
4) 用AUTO-CAD畫出各個組成部分的零件圖紙。
1.3 研究方法
1)通過到我省紅薯種植地進行實地考察，查閱大量的文獻資料，吸收并借鑒國內外紅薯收獲機械及其它收獲機械輸送系統(tǒng)的成功之處，研究并確定紅薯聯(lián)合收獲機起獲與分離輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)。
2) 對起獲與分離主要機構進行設計，并分析確定主要參數(shù)。
3）運用CAD軟件對主要機構進行二維繪圖
4）主要技術路線如下：
文獻檢索 調研 綜合分析 提出預設計方案 確定主要參數(shù) 繪制圖樣 結構優(yōu)化 改進 完善設計
29
第二章 紅薯收獲機總體方案的設計
拉機產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的紅薯向機器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得紅薯在輸送的過程中實現(xiàn)紅薯與土的分離，而達到了分離的目的。最后紅薯落入收集箱中。
2.1整體布局的設計
本任務設計的紅薯挖掘機與80-100馬力的拖拉機配套作業(yè)，掛接方式為后懸掛，作業(yè)時需對行。該機主要由懸掛機架、轉動輸送篩、挖掘鏟及鏟架、切土圓盤刀、傳動機構、擺動篩等機構組成。鏟架通過螺栓安裝在懸掛機架的側板上，在鏟架上安裝有挖掘鏟。在機架上焊有2點懸掛的地方，與拖拉機的懸掛機構相連。在機架中部安裝有傳動機構，它由傳動箱、一對錐齒輪和傳動軸組成。傳動機構通過傳動軸與拖拉機的動力輸出軸連接，拖拉機的動力傳動到轉動輸送篩和擺動分離篩上，使轉動輸送篩轉動，將挖掘出的紅薯輸送到擺動篩上達到分離效果。轉動輸送篩的主動軸的轉動作用由鏈條帶動，從而使轉動篩達到轉動的效果。傳動機構末端上有一偏心輪，偏心輪使與其相連的連桿一端作回轉運動，在連桿另一端帶動擺動篩使其擺動，使紅薯和土壤達到分離的效果。
其傳動圖如圖4：
圖4 傳動圖
1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器
4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅動軸 6、抖動輪軸
2.2工作原理
拖拉機通過懸掛機構牽引紅薯收獲機前進，拖拉機的動力輸出軸與收獲機的機傳動機構通過傳動軸相連接，在拖拉機啟動后，結合動力輸出軸使其轉動，并通過傳動機構傳送動力，使轉動輸送篩轉動、擺動篩轉動擺動；在拖拉機前進過程中，挖掘鏟挖出土垡，土垡沿挖掘鏟傳到轉動輸送篩上進行初次分離，然后由傳動篩輸送到擺動分離篩上再次分離，在擺動篩的擺動作用下薯塊和泥土分離，并將薯塊成條狀鋪放在挖掘機的后面，以便撿拾。
本機主要由V帶、減速器、抖動輪、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構成。拖拉機產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的紅薯向機器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得紅薯在輸送的過程中實現(xiàn)紅薯與土的分離，而達到了分離的目的。最后紅薯落入收集箱中。
2.3主要性能參數(shù)
紅薯主要性能參數(shù)見表1所示：
表1 紅薯主要性能參數(shù)
作業(yè)寬度
1700 mm
作業(yè)行數(shù)
2 行
作業(yè)深度
150 mm
配套動力（拖拉機）
80-100 馬力
第三章 傳動比的確定與減速器的選擇
3.1傳動比的確定
該多功能紅薯收獲機的配套動力為80-100馬力的拖拉機，
80-100馬力=59-73.5KKW
拖拉機其輸出軸的轉速為540r/min，通過一級減速器和鏈條傳動，
設其總的傳動比
減速器的傳動比。鏈條的傳動比
3.2減速器的選擇
由于其傳動比為2，所以可以從市場上選擇傳動比為2的減速器，其型號為ZDY，ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
第四章 機械傳動部分計算
4.1功率的計算
1、輸入功率的計算
選擇拖拉機型選擇功率80馬力（功率為59KW）的柴油機。
2、 傳動效率
查《機械設計手冊》得：
減速器的損失：=0.97
鏈傳動的損失：=0.96
滾動軸承：=
軸系效率：=0.98
由以上算出的總的傳動效率：
==0.83
所以鏈輪的輸出功率為
4.2傳動比
根據(jù)傳動比的一般分配原則，我們應該使各級傳動的承載能力接近相等，考慮到在騎乘紅薯收獲機時一般分配的傳動比為2.5左右，為了適應和習慣在陸地上的運動習慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動比為2.5的傳動比。
4.3鏈輪之間的鏈傳動設計
4.3.1 設計要求
確定鏈條型號、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結構、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤滑方式、張緊裝置
已知設計條件：低速平穩(wěn)運轉，傳動2.5。
鏈輪材料的選擇
鏈輪的材料應當能夠滿足強度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作時的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC～60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。
本多功能紅薯收獲機為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC。
4.3.2 設計過程
（1）選擇鏈輪齒數(shù)、
在17-114之間選取齒數(shù)。
（2）計算當量的單排鏈的計算功率
根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動的功率修正為當量的單排計算功率
，查《機械設計》表9-6得
，查《機械設計》圖9-13得
，由于是單排鏈，所以
故
（3）確定鏈條型號和節(jié)距
鏈條型號根據(jù)當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速由《機械設計》圖9-11得到。然后由《機械設計》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。
確定鏈條型號為：08A
確定鏈條節(jié)距為：12.7
（4）計算鏈節(jié)距和中心距
初選中心距，按下式計算鏈節(jié)數(shù)
將圓整為偶數(shù)
鏈傳動的最大中心距為：
式中，為中心距計算系數(shù)，查《機械設計》表9-7得=0.24907
（5）計算鏈速，確定潤滑方式
根據(jù)鏈速V，查《機械設計》圖9-14得，潤滑方式為定期人工潤滑
（6）計算鏈傳動在軸上的壓軸力
有效圓周力N
壓軸力==1.10x59.49=65.439 N
（7）設計總結
鏈輪
大鏈輪
小鏈輪
齒數(shù)
45
18
分度圓直徑()
181.43
73.41
齒頂圓直徑()
186
80.00
齒根圓直徑()
173.51
65.49
分度圓弦齒高()
3.00
4.00
齒側凸緣直徑()
<164.25
<58.71
節(jié)距()
12.7
軸間距()
623.148
鏈長()
1270
鏈節(jié)數(shù)()
130
鏈速()
0.57
鏈號
08A
4.4 軸的設計
4.4.1鏈輪上力的計算
轉矩=9550000=9550000x48.15/150=1950110N.mm
4.4.2材料
可選軸的材料為45鋼，調質處理。
4.4.3計算軸的最小直徑
查《機械設計》表15-3可取=120，
由于軸的直徑小于100mm，且由3個鍵槽，故將軸徑增加15%，即
d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm
將軸徑圓整為標準直徑，取d=10 mm
4.4.4軸的結構設計
1、軸的外形結構
2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。
（1）、根據(jù)內徑可得d67=30 mm，根據(jù)的寬度可得出L67=20 mm，右側采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關系，計算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關系，計算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機械設計手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關系計算得出，L34=L1011=40 mm。
至此已經(jīng)確定了軸的各段長度和直徑。
4.5軸的校核
需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通常可驗算傳動軸中點處撓度（誤差<%3）.
當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。
：通過受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
4.6 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：
4.7 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。
②軸傳遞的轉矩
∴
受力
根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
第五章 主要部件的設計
5.1 挖掘部件的設計
挖掘部分的作用是把薯塊和土壤一起挖起，并把薯塊和土壤輸送到分離篩上。對挖掘部件的要求如下：
a 在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；
b 挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進行調整；
c 挖掘鏟應有較強的碎土能力，對粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；
d 要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。
為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件。這種挖掘部件由三角平面多鏟、鏟架和切土圓盤刀組成。挖掘鏟與鏟架通過螺釘連接，鏟架固定在機架上。切土圓盤刀安裝高度可調節(jié)。
5.2 挖掘鏟的設計
挖掘鏟是挖掘機的主要部件，而挖掘鏟的參數(shù)的選擇是紅薯挖掘機的設計基礎。
主要依據(jù)是薯塊的分布寬度、結薯深度和薯塊成簇性等生長狀況（圖1）, 以及土壤土質和根系的抓土程度。
按收獲農藝相關指標——挖凈率、傷薯率、明薯率等, 對挖掘鏟的設計要求是:
a 將所有薯塊掘起, 保證挖凈且不鏟薯。
b 能流暢地將掘起物送往分離裝置。
c 盡早漏土, 減小挖掘阻力, 避免機前壅土,且減小篩分部件負荷, 提高整機收獲的明薯率。
固定式三角平面多鏟是挖掘機的主要工作部件之一，結構比振動式挖掘鏟和主動圓盤挖掘部件結構簡單，制造方便，不需要動力傳動。其缺點是容易產(chǎn)生壅土現(xiàn)象。
壅土現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：
a 土壤板結，有大土塊、大石塊和雜草纏繞；
b 懸掛連接尺寸不正確，挖掘鏟工作傾角過大或過??；
c 挖掘深度和前進速度超過設計值。
但在土壤條件好的情況下，正確使用挖掘機是可以避免和減少壅土現(xiàn)象發(fā)生的。因此，固定式三角平面多鏟在國內外仍得到廣泛應用。
5.3挖掘裝置的設計
5.3.1挖掘鏟的構成
挖掘鏟由獨立鏟片、鏟片固定板和角度調節(jié)機構組成。鏟尖角度設計為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“w”型，前進阻力較小，入土性能好。
5.3.2挖掘鏟的設計
挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這帶來很多優(yōu)點。
（1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達到減少阻力的目的。
（2）另一方面是減輕了機器前部的重量，防止鏟尖下陷。
多片鏟在工作時發(fā)生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表下120-200mm之間。
為了保證鏟刃的自動清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即：
式中： 為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個，單個鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
為了保證挖掘鏟挖進的土壤和塊莖不會從兩側滑落，因此需要在挖掘鏟的兩側加設擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機架上。
其結構如圖
圖14 挖掘鏟
挖掘鏟主要參數(shù)見表2：
表2 挖掘鏟主要參數(shù)
鏟的傾角α
23°
鏟的寬度B
130 mm
邊鏟寬度B
165 mm
總鏟寬度B
1800 mm
三角平面鏟個數(shù)
11個（包括邊鏟2個）
鏟間隙
27 mm
鏟的長度L
340 mm
鏟刃斜角γ
55°
挖掘阻力受土壤類型、挖掘深度、鏟的形狀和鏟的傾角等影響很大，因此該機采用三角平面多鏟，由11個三角平面鏟組成，各單鏟之間留有27mm的間隙，間隙過大，易漏掉紅薯，間隙過小會增大挖掘阻力。
5.4 分離部件的設計
配置在挖掘鏟后面的分離部件在工作時承受的負荷大，其單位寬度的喂入量達100～150kg/s.m，且要求分離掉的土壤達70%～80%。該部件工作可靠，對薯塊的損傷小，并在分離的同時把剩余部分向后輸送，以便進行下一步的清選和分離。
作業(yè)時為了防止石塊卡在挖掘鏟和轉動輸送篩之間，避免轉動輸送篩喂入口堵塞，在挖掘鏟和轉動輸送篩之間設計了防石裝置。被分離物料的成份主要有土壤、薯塊、莖秧、雜草等。根系土壤交織粘合在一起，要想在較小的結構尺寸下提高分離明薯率，亦是設計難題之一。
本設計采用轉動輸送篩和擺動篩組合式分離裝置，轉動輸送篩為有效分離面積較大的桿式鏈組成，它相當于柵格式閉合回轉篩。在輸送篩上輸送邊的中部設有偏心抖動輪，起到邊輸送邊抖動掉土壤的效果。擺動篩連接在輸送鏈的后部, 垂直機器前進方向振擺, 完成二次篩分和向機后鋪放薯塊的作用。
轉動輸送篩分離裝置（運動簡圖見圖7）具有較強的分離性能，并且在傾角達30°時仍有良好的輸送能力，結構簡單，但是金屬用量較大，金屬鏈磨損較快。
輸送篩是由桿條和連接這些桿條的平膠帶、被動式抖動輪、側壁、架子等部分組成。桿條是由直徑為10mm的圓鋼，按一定間距固定在兩條帶子上組成。在輸送篩上工作面的桿條下，設置有隨動型的抖動輪，抖動輪直接與輸送篩的升運鏈工作面的桿條相接，由升運鏈桿條帶動，其轉動的圓周速度與輸送篩的工作速度相同，橢圓形抖動器的長半徑和短半徑之差使輸送篩工作面的運動方向發(fā)生瞬時的周期性變化，從而抖動輸送篩上的掘起物。
5.5 地輪和機架的設計
5.5.1 地輪的設計
地輪的作用主要是在機器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服收獲機收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設計的地輪應當有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結構采用腹板式。在機架上設置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調節(jié)深度。
5.5.2 機架部分的設計
收獲機組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機組牽引性能、運輸通過性能及對地表的適應性能等主要工作性能都收多功能紅薯收獲機懸掛裝置的影響。本設計采用三點懸掛式機構，由拖拉機后置三點懸掛和收獲機懸掛架機構成一個空間機構，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機構。這兩個四連桿機構具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個瞬心的轉動趨勢轉動，以保持平衡。懸掛架及機架部分大部分采用矩形管，這樣即可以減輕質量、降低成本，而且還能夠滿足結構的剛度和強度的要求。
第六章 三維圖的設計
本次三維圖是由PROE5.0版本制圖。以下是部分零件圖和總裝配圖效果：
圖6-1 支架
圖6-2 螺栓
圖6-3軸承座
圖6-4 三角板
圖6-5 壓板
圖6-6 鏈條
圖6-7 撥動盤
圖6-8 連桿
圖6-9 叉形支架
圖6-10 側板
圖6-11 圓形壓板
圖6-12 支撐桿
圖6-13 支撐架
圖6-13 鏈輪
圖6-14 減速箱
圖6-15 總裝配圖
結論
經(jīng)過幾個月的努力，并且在指導老師和同學的幫助下完成了此次的畢業(yè)設計，從最開始查找各種關于本次畢業(yè)設計的資料到確定總體方案，機械傳動部件的選型，最后到撰寫說明書，這是一個學習的過程，更是一個實踐的過程。在大學四年當中，我接觸和吸收了大量機械知識，通過此次的畢業(yè)設計設計，讓我能有機會把學到的理論知識用到實踐中。在今后的學習生活中，這次畢業(yè)設計的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過設計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。
通過這次的畢業(yè)設計，我對機電一體化系統(tǒng)設計方案的擬定有了一定的認識，機械傳動部件的選用原則，機械傳動部件設計計算方案的原理等方面都有了一定的認識。此次設計，我認為最重要的事情就是讓我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學習，時刻學習；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
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致謝
通過本次設計我可以更加系統(tǒng)的了解方面的知識；能夠加強紅薯收獲機結構設計；能夠加強紅薯收獲機功能部件的選型和設計計算；能夠加強紅薯收獲機的方法和理論；能夠檢驗自己能否將三年學習的理論知識轉化為實際應用；能夠培養(yǎng)自己自學和與人合作的能力。
本次畢業(yè)設計涉及的全部內容是在指導老師XX老師的悉心指導下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導。當然還有本院其他老師的指導。在此我向各位給予我指導的老師表示忠心的感謝和致敬。讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導。當然還有本院其他老師的指導。在此我向各位給予我指導的老師表示忠心的感謝和致敬。