畢業(yè)設計（論文）-大蒜收獲機的設計

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1、 大蒜收獲機的設計 GARLIC RECEIPT MACHINE DESIGN 摘要 大蒜作為國內主要農作物之一，它的地位毋庸置疑，并且大蒜的經濟性越來越顯著，所以大蒜機械化收獲受到關注。大蒜的傳統(tǒng)人工收獲包括大蒜的挖掘、剪徑以及拾掇、裝運，人工勞動強度非常大，效率也不高，丟失比較厲害。又因為大蒜的季節(jié)性強，要求收獲時間短，所以大蒜的機械化收獲就顯得尤為重要。 在此制造一種新的自走式的手扶大蒜收獲機。該機包含大蒜的扶苗桿、切莖刀具、挖掘鏟、運輸鏈條、收集網袋等機械裝置。先采用高速旋轉刀具對

2、大蒜進行切徑，并用扶苗桿對大蒜苗進行一個簡單的扶持以便于去除蒜秧。然后利用平面三角挖掘鏟挖起大蒜，通過運輸鏈條實現大蒜與土壤的分離，最后將大蒜收集到機器收集框的網袋里面。設計在上面的柴油機能提供充足的動力，運用二級減速箱減速，保證整個過程的行走速度在合理范圍內。并結合摩擦離合器，來控制大蒜收獲機的啟動和停止。 關鍵詞：大蒜收獲機;挖掘鏟;分離器;減速箱 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 Abstract Garlic is one of the main plant of agricultural in our country, It is in

3、 the position in agriculture is very important, and garlic economy is more and more useful, So people are concerned about garlic mechanized harvest. Traditional artificial way of garlic harvest is digging, garlic harvesting and ripping, shipment, artificial results will be very tired, the efficiency

4、 is not high, the situation of the loss of garlic is very serious. And since the harvest of garlic is very seasonal, require short time of the harvesting, so the garlic mechanized harvesting is particularly important. Therefore, It combined the garlic harvester has a structure, the design of a new

5、 type of self-propelled walking harvester for garlic. The machine of machinery including clamping garlic seedlings tool rod ，the knife cut the seedling of garlic ，digging shovel，transportation chain，collecting bag ，etc. First of all, the use of high speed rotary tool cutting diameter of garlic, and

6、 the tool rod clamp the seedlings of garlic to remove it easily. Then garlic is digging up by Triangle-flat-shovel, garlic and soil be separated by the transport chain, the garlic is collecting mesh the bag of collection box. Design on the diesel engine provides ample power, using gear box reducer t

7、o slow the rotation speed, ensure the whole process of the walking speed in a reasonable range, and combined with the friction-clutch control start and stop of the garlic harvester. Keywords: Garlic?harvester Mining shovel Splitter The gear box II 目 錄 摘要 I Abstract

8、II 1緒論 1 1.1研究的目的和意義 1 1.2大蒜收獲機的國內外機械現狀 2 1.2.1國外大蒜收獲機機械現狀 2 1.2.2國內大蒜收獲機機械現狀 5 1.2.3大蒜收獲機存在的問題 7 1.2.4本文研究內容和預期結果 8 2大蒜收獲機整體結構設計 10 2.1設計要求 10 2.2總體結構及工作原理 10 2.3大蒜收獲機結構組成 11 2.4大蒜收獲機的創(chuàng)新性 12 3部件設計 14 3.1動力源 14 3.2減速裝置 15 3.3離合器 20 3.4液壓系統(tǒng)的設計 22 3.4.1明確該系統(tǒng)設計的要求 22 3.4.2分析其工作情況與基本的

9、參數 23 3.4.3擬液壓系統(tǒng)的原理圖 23 3.5切莖裝置設計 24 3.5.1刀具的形狀以及參數 25 3.5.2限深輪 25 3.5.3扶禾稈 26 3.5.4清理裝置 26 3.5.5切莖裝置的傳動 27 3.6起蒜和蒜土分離裝置設計 27 3.6.1起蒜裝置 27 3.6.2蒜土分離裝置 29 3.6.3挖掘鏟部位輔助裝置 29 4設計相關的計算 30 I 4.1傳動效率的計算 30 4.1.1傳動裝置功率計算 30 4.1.2傳動比計算 30 4.2帶輪傳動的設計與計算 30 4.3行走輪及其軸的校核 34 4.3.1行走輪 34

10、4.3.2行走輪軸的校核 34 結論 38 致謝 39 參考文獻 40 II 1緒論 1.1研究的目的和意義 近年來，大蒜在人們心中的地位日益提高。它為草本植物半年生長，百合科蔥屬，富含營養(yǎng)，用途廣泛[2]。大蒜具有奇強的抗菌消炎作用，現在知道能有抗菌效果的天然植物中大蒜是最明顯的作物。既能抗疲勞、抗衰老、保護肝功能，也能抗癌、防癌、治療陽痿、保護心血管。另外大蒜在工業(yè)方面，可做一些調味品，食品添加劑原材料，也可以用來做飼料添加劑和美容化妝品的原材料。 由聯(lián)合國糧農組織統(tǒng)計，有一年全球大蒜收獲了約1400萬噸且收獲面積大約為1706萬畝。當中，國內收獲為

11、956萬畝，收貨為1060萬噸，占了世界總量的3/4，為世界第一大蒜生產國，統(tǒng)計到參與的蒜農多達500多萬戶[1]。國內把大部分大蒜使用于內銷和深加工。江蘇邳州市、廣西玉林市、河南沈丘縣等地是大蒜主要出口的地域。臨港口的山東、江蘇、河南三省的接壤地受氣候條件和地理位置影響，種植的規(guī)模很突出，也就是說在山東金鄉(xiāng)縣500公里范圍內集中種植的大蒜長勢以及質量明顯的好于其他種植地區(qū)[1]。目前由于國內處于社會產業(yè)轉型階段，大部分青壯年進城打工，導致農村勞動力相對短缺時代，留在農村大多是老人、婦孺以及讀書的孩子。因此每到大蒜收獲季節(jié)，大蒜收獲的人工價格為每畝500元~700元，人工收獲是要從地里把大蒜挖

12、出來并用剪刀剪斷大蒜根須和蒜莖，并且這個時候處于農忙時，蒜農都得集中在一星期把大蒜收獲，缺工短力。所以把人工收獲轉為機械收獲，不僅能減少勞動力、節(jié)約成本，也能很好的把利益最大化。并由于大蒜收獲季節(jié)主要集中在5月，種植面積大、產量多，若為人工收獲，那么人工勞動強度特別大，其中損傷大蒜的情況也比較多，收獲效率也會降低。大蒜收獲效率低和大蒜損傷率高的這些問題成為了大蒜收獲的關鍵，另外這些也將影響到大蒜后續(xù)產業(yè)的發(fā)展[1]。迫切解決大蒜機械化收獲，把人工收獲轉變?yōu)闄C械收獲，已經成為大蒜產業(yè)的重要的一步。 目前，國外已經有了幾種大蒜收獲機，有的技術與裝備比較成熟，也有的是初代產品，研發(fā)階段。但是，國

13、內外作業(yè)環(huán)境不同，收獲方式也有區(qū)別，所以很難適應國內一些地區(qū)的需求。國內也有個人及團體研發(fā)了幾款大蒜收獲機，目前來說，跟發(fā)達國家開發(fā)的大蒜收獲機相比較，國內的大蒜收獲近還有一些不足，生產力需要提高?，F階段，蒜農還是依靠人工來完成大蒜的收獲，有少部分地區(qū)使用半機械大蒜挖掘犁，但是它容易傷蒜，效率也不高，難以滿足蒜農的需求。所以如果現在有一款的大蒜收獲機作業(yè)效率高，適用性強，那么它就很容易被人采納以及廣泛的推廣。 本論文是根據大蒜收獲的需求，設計一種手扶式的大蒜收獲機是結合農村生產的模式特點來設計。初步計劃設計一款中小型的大蒜收獲機，適用于農村低成本高效率的經濟特點，并且努力提高大蒜收獲機的作業(yè)

14、質量，簡單設計機械結構 ，減少功率上其他方面的浪費。 1.2大蒜收獲機的國內外機械現狀 1.2.1國外大蒜收獲機機械現狀 現在外國大蒜收獲的技術較成熟。法國，西班牙等國家也生產了較好的大蒜收獲機。下面介紹幾種大蒜收獲機生產公司和機型： 1） 美國TopAir公司。它是產大蒜收獲機而出名。且產的大蒜收獲機有挖掘鋪條機和撿拾機，都是以分段式來工作的[5]。 大蒜挖掘鋪條機。如圖1-1，其工作原理：先用挖掘鏟直接從土壤中挖起大蒜，然后由挖掘鏟和挖掘鏟上部的拔輪共同工作，把蒜與泥帶到分離輸送鏈上，且將大部分泥從大蒜里分離出來在運送過程中，去泥之后的蒜頭通過集條裝置被鋪放于地面之上。此

15、機具和90kw功率的拖拉機配套使用，生產效率為20 hm^2/h，一次兩行，壟距為100~112mm。此機通過拖拉機的后驅動的軸從而來提供動力。該機缺點是收獲的大蒜中會有少許土塊，而且該機不能單獨作業(yè)還需要和大蒜撿拾機一起配套作業(yè)[3]、[4]。 圖1-1 GW4400型4行大蒜挖掘鋪條機 1.鋪條機構 2.液壓及動力連接機構 3.挖掘鏟 4.分離輸送鏈 5.車輪 大蒜撿拾機。如圖1-2，其工作原理：一開始通過之前裝置使大蒜是鋪放成條的，使用撿拾鏟撥動輪從土中撿拾于分離輸送鏈上面，通過分離輸送鏈來抖動，大蒜被輸送的過程中清理掉一些土壤，之后蒜通過傳

16、送鏈來傳送是的，到清選機中，此時有兩名人工參與到機具作業(yè)過程中，一處是在凈蒜較多的一側，工人用手撿掉運輸線上的土塊，另外一處是土塊較多的一側，工人從土塊中挑選出大蒜，最后由輸送裝置將大蒜送進其后跟著行走的收集車上，再送到大蒜集中地。此機的配套動力為110KW的功率，且生產效率是為0.82m2/h,作業(yè)的行距400~420mm。此機是通過后驅動的軸來驅動，上面有裝液壓控制等一些的操作系統(tǒng)且效率高。該機不足之處是在收獲過程中，機具容易纏繞雜草，并且預留蒜莖過長[4]。 圖1-2 GL2400型大蒜撿拾機 1.車輪 2.分離輸送鏈 3.清選機 4.人工撿拾平臺 5.輸送器

17、 6.液壓及動力連接 7.撿拾鏟 2）法國ERME公司。該公司在法國是比較有名的農業(yè)機械機具生產廠家，生產的大蒜聯(lián)合收獲機得到眾人廣泛的認可，當中典型機有打捆式與切秧式大蒜收獲機這兩種機型，這兩款收獲機的動力是由拖拉機所帶的液壓裝置提供。這兩種收獲機有一個比較明顯的優(yōu)點就是：經該機收獲后的大蒜，后續(xù)生產非常容易。但是，該機作業(yè)效率相對與其他機具來說比較低[4]。 打捆式大蒜聯(lián)合收獲機。如圖1-3 ，其工作原理：5將大蒜的蒜莖進入夾7中，6挖斷了大蒜的根莖部位，7將大蒜的蒜莖傳送于打捆機構1，同時拍土裝置拍打大蒜根須部，清理其附著在上面的泥土。此機有36.75KW（50hp）功

18、率，并且速度約為4km/h。 圖1-3 RE1型單行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機 1.打捆機構 2.工作人員座椅 3.機架 4.液壓連接系統(tǒng) 5.分禾器 6.挖掘鏟 7.夾持膠帶 8.車輪 9.橫向輸送帶 圖1-4的工作的原理與打捆式的收獲機是有著相類似的地方，其整體的結構主要是有夾持的輸送部分裝置、挖掘裝置與大蒜的清土的裝置等等機械裝置，蒜莖被夾持經過了8送到了1之中，經由刀具來切斷了蒜的莖之后，然后大蒜的蒜頭到了橫向的輸送鏈3上面到最后再通過橫向的輸送鏈3傳送到其后面的網袋中，進行自動化收集。此機需要在那個撿拾工作臺上要有一名工人來人工的認真清選大蒜。此機有著44

19、.1kw（60hp）的功率，速度則大約為3km/h。行距要求為43~55cm[4]。 圖1-4 RE1型單行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機 1.切秧機構 2.揀拾工作臺 3.橫向輸送鏈 4.噸袋拖桿 5.車輪 6.液壓連接系統(tǒng) 7.機架 8.夾持膠帶 9.挖掘鏟 10.分禾器 3）西班牙J.J.BROCH。 打捆式大蒜聯(lián)合收獲機。如圖1-5，其工作原理和RL型的打捆式的大蒜收獲機有著相類似的地方，相當于把其兩個機具組合在一起使用。該機具配套44.1kw（60hp）功率的拖拉機，作業(yè)效率為2~3m2/d,該機作業(yè)是需要兩名工作人員同時工作，該機最小行距為40cm[4]。

20、 圖1-5 兩行打捆式大蒜聯(lián)合收獲機 1.分禾器 2.液壓連接系統(tǒng) 3.工作人員座椅 4.夾持膠帶 5.橫向輸送帶 6.拍土器 7.挖掘鏟 如圖1-6，此機相當于就是把其4個機具組合在一起。此機具有735kw（100hp）的功率，并且工作效率則是為45hm2/h，它的行距是在400mm以上的[4]。 圖1-6 4行切秧式大蒜聯(lián)合收獲機 1.液壓連接系統(tǒng) 2.夾持膠帶3.切秧機構 4.拍土器 5.機架 6.挖掘鏟7.機架 8.分禾器 另外，韓國，日本等也研發(fā)出了幾種大蒜收獲機，韓國有16種

21、以上關于大蒜的機械專利，日本有8種以上關于大蒜的機械專利，基本上是以小型收獲機。以上的這一些機具能夠一次性的對大蒜的挖掘與運輸與去土還有可以自動地收集等等農藝的工序，其中工作行距大約是40cm左右的。它們的工作性能都不錯，但是作業(yè)效率有待提高、經濟性低，不利于在國內大面積推廣。 1.2.2國內大蒜收獲機機械現狀 近幾年來，國內漸漸重視農業(yè)機具方面的生產發(fā)展能力，實行農民購買農業(yè)機器的會有補貼的利民政策，其中大蒜收獲機也慢慢的發(fā)展了起來了，好多的大蒜收獲機被研究并且研發(fā)了出來。這些農業(yè)機具，有的是只能夠收獲大蒜的收獲機具，有的是能夠收獲土豆、花生等共用的收獲地下農作物機具，包括分段式收獲機和

22、聯(lián)合收獲機。但是，由于大蒜播種因各地域的性質不同而沒有統(tǒng)一，大蒜在地里不規(guī)則生長，所以大蒜機械化收獲沒有大面機的推廣。 下面介紹幾款國內的大蒜收獲機： (1)4DS-1000型大蒜挖掘機。如圖1-7，其工作原理：此拖拉機的輸出軸來供應了動力由此通過變速箱來傳達給到了挖掘輪裝置中去，此后傳動的裝置就會將有些部分的動力傳達至后撥禾裝置的減速箱去了實現傳動。這種的挖掘裝置是旋轉式的刀具來實現挖掘。為了避免拖拉機的輪胎在進行行走的時候會壓傷到大蒜，此機具進行了調整，并且也設計了前、后撥禾器就將蒜頭撥向了兩邊從而就實現了降低了大蒜的損傷率。此種機具對行距的要求是為19~30cm，進行一次的作業(yè)為4

23、行且工作的幅度是100cm，此機的生產的效率0.1hm2/h，該機是使用液壓系統(tǒng)來控制的升降[6]。 圖1-7 4DS-1000大蒜挖掘機 1.齒輪箱 2.傳動鏈條 3.旋轉刀具 4.限深輪 5.撥禾器 6.機體 7.后撥禾器 （2）4DS-2型大蒜收獲機。如圖1-8，此機是通過拖拉機來拖動的，是采用了3點的懸掛方式，它的動力源是拖拉機的驅動輪與同軸鏈輪并且也解決了拖拉機的取力困難的一些問題，此機不僅能調動挖掘的深度使整機的縱向的長度較小了，而且它的縱向的穩(wěn)定性好，次機具的一次收獲為2行，挖掘深度在

24、12~150mm范圍內，生產率為0.067hm^2/h[6]。 圖1-8 4DS-2大蒜挖掘機 1.手扶拖拉機 2.限深輪 3.挖掘鏟 4.分離輸送鏈 5.傳動鏈 （3）4S-85收獲機。如圖1-9，該機具可以能夠一次性的完成碎土與斷根、還有將蒜土分離掉而且集條鋪放等等的環(huán)節(jié)。此機一般用在沙性的土地里面來工作而且里面的篩選的裝置還可以讓大蒜的蒜頭與土進行完全的分離開來，并且一起集中然后鋪放到一塊?？傮w來說，該大蒜收獲機工作是效率不錯，大幅度降低了人工收獲的勞動強度，并且此款大蒜收獲機得到了當地蒜農們的肯定[6]。 圖1-9 4S

25、-85大蒜收獲機 1.限深輪 2.液壓千斤頂 3.機體 4.手扶拖拉機離合器 5.拖拉機底盤6.液壓泵 7.柴油機 8.防滑輪 9.左右撥禾輪 10.泥土分離器 11.碎土輥 12.挖掘鏟 1.2.3大蒜收獲機存在的問題 盡管已有了這么多的大蒜收獲機，但是或多或少還存在一些問題： 大蒜收獲機具因為種植模式的阻礙而難以推廣。各地方蒜農的大蒜種植方式各不一樣，沒有形成規(guī)范、統(tǒng)一的大蒜種植模式，使大蒜收獲機具難以去適應各種各樣的種植模式。舉例說明，有些地區(qū)蒜農是采用壟作式種植，有些地區(qū)蒜農是采用平播式種植，并且每行之間的距

26、離不規(guī)范，沒有規(guī)范的種植模式。并且有些蒜農在大蒜地里套種其他農作物，不同蒜農套種農作物不一樣，另外就算套種同一種農作物，它的行距又是不一樣的，單個大蒜收獲機適應不同種植模式的要求就比較困難。綜上所述，因為大蒜收獲機的適用性，造成某一地區(qū)的大蒜收獲機在另外地區(qū)的復雜推廣形勢[2]。 大蒜收獲機設計本身存在的一些問題。①大蒜收獲機適用性不高。有些大蒜收獲機能在土質呈粘性的環(huán)境下很好工作，但是在沙性土壤中工作情況就不行；②有些大蒜收獲機設計缺少清理輔助結構，大蒜收獲機很容易被塑料薄膜和大蒜蒜稈纏繞，從而影響到大蒜機械收獲質量[2]。 1.2.4本文研究內容和預期結果 1）研究內容 本設計針

27、對大蒜收獲時的一些問題，并考慮到大蒜種植的地方大量的使用手扶拖拉機，根據農機動力這些特點，設計一款由9.7KW柴油機提供動力并結合二級減速箱的手扶大蒜收獲機。[5]該自走式手扶大蒜收獲機能夠完成大蒜的切徑、挖掘蒜頭、蒜土分離、輸送蒜頭和自動收集到網袋等作業(yè)。同時該機設計為可拆卸結構，當把切莖裝置拆下來后，剩余作業(yè)部件能夠用于馬鈴薯，花生等農作物的收獲。也可以拆卸柴油機，用作其他用途。以上可知此機提升了一些農業(yè)機具的使用率且有效的避免了資源的嚴重的浪費，從而也減輕了一些農民的經濟的負擔。 2）預期成果 經過本章節(jié)開始所闡述的大蒜收獲機研究目的和意義、研究內容、以及分析了國內外目前大蒜收獲機的

28、現狀后，得出了一個結論：國內現今要適應農業(yè)的需求的大蒜收獲機到現在為止還沒有被設計出來。為此，預針對大蒜收獲機收獲效率不高、推廣難等問題，設計一款手扶大蒜收獲機。本次設計的預期成果是：設計一臺能一次自動完成對大蒜切莖、起蒜、去土、收集等農藝環(huán)節(jié)的大蒜收獲機，并且該機具有收獲效率高，作業(yè)性能良好，推廣容易等特點。 另外本次畢業(yè)設計，先根據已有的資料，初步確定設計方向，并結合所學的機械結構設計方法和步驟，確定設計一款自走式并能夠實行聯(lián)合收獲的大蒜收獲機的方案，并且該機結構有創(chuàng)新點，總結歸納技術路線如圖1-10所示： 文獻檢索、調研 綜合分析已有機具、找出存在問

29、題 設計結構方案 建立三維模型 行走輪軸的強度校核 圖1-10 設計路線 2大蒜收獲機整體結構設計 2.1設計要求 根據有的地下農作物機械收獲技術要求來參考，尤其是塊根、塊莖作物的機械化收獲的技術要求，再依據蒜農基本的需求，大蒜機械化收獲的要求如下： 1）起蒜和蒜土分離。收獲機能完整的挖起大蒜，并且對大蒜的損傷要達到很少或者沒有的情況，大蒜損傷包括蒜皮被劃傷、切傷以及大蒜被壓傷，大蒜的機械化收獲大蒜損傷率應

30、低于1%[8]。 2）有足夠的工作幅度以及不掉蒜、不漏蒜。大蒜的機械化收獲工作幅度是被限制的，所以工作幅度應該盡量大，其收獲效率高。大蒜一次收獲中，不應該有掉蒜、漏蒜的情況發(fā)生，避免人工的再次撿拾，增加勞動強度[9]。 3）防護裝置應該做好。機器作業(yè)地方有很多雜草和蒜秧，防護裝置是保護工作部件不被纏繞，機具工作流暢、不被打斷。 4）有一定的適應性。該機能夠在不同土質、不同濕度的情況下正常工作；能夠在蒜秧倒伏、蒜秧干枯或者青綠的情況下正常工作；在大蒜生長地平坦或者低洼的情況下，也能正常工作[10]。 5)一機多用的機具，能提高機器的使用率。該機不僅能夠在大蒜收獲中，還能夠其他農作收獲過程

31、中使用，提高機器使用效率，減少蒜農購買其他機具。 6)機器便于操作，保養(yǎng)方便。為了使機器便于操作和保養(yǎng)方便，設計該機具時，盡量使其結構簡單，減少不必要的輔助裝置，使用低成本的材料。 2.2總體結構及工作原理 該機由扶禾稈、切莖刀具、挖掘鏟、輸送裝置、收集網袋、以及減速裝置等機械結構組成。圖2-1為大蒜收獲機結構圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

32、 14 15 圖2-1 大蒜收獲機 1.皮帶 2.柴油機 3.變速箱殼 4.換擋器 5.機架 6.手扶架 7.扶禾稈 8.錐齒輪殼 9.刀具稈 10.刀具 11.限深輪12.挖掘鏟 13.傳輸鏈 14.大行走輪 15.收集框 其工作原理為，該機作業(yè)時高速旋轉切徑刀具切斷大蒜的莖；挖掘鏟對深陷土壤中大蒜進行松土和挖起；挖掘鏟后的一塊橫板，把大蒜收到傳輸鏈條上；在傳輸鏈條上對大蒜進行蒜土分離；大蒜運送到鏈條后端，落入套在收集框上的收

33、集網袋，完成大蒜的收集作業(yè)。其中扶禾稈在機具行進時，夾持蒜莖，便于刀具切斷。此機能夠通過一次性的自行弄完對蒜的農藝環(huán)節(jié)的大蒜收獲機。此機的結構設計簡單明了，并且是通過手扶稈來進行控制了其行走的速度與行走的方向。該機由手搖啟動方式，現在有前檔和空檔位，由離合器控制，和減速器聯(lián)合使用。該機由轉速2300r/min、最大功率9.7kw（13馬力）的ZH195A柴油機提供動力。工作幅度為650mm，一次收獲三行，挖掘深度40mm，機具行走速度約為2.52km/h，行距要求為160mm。該機不同于一些收獲機的先起蒜、再切莖過程，而是先切莖、再起蒜。而且它是通過了多行作業(yè)的，對機具的工作的效率有了較大的提

34、高。 該機啟動方式是先將離合器置于空檔，手搖啟動柴油機，然后回到手扶架位置即兩手握住手扶稈，再將離合器置于前檔，機具行走。手扶架上有操縱機構，用來控制制動裝置，機具的行走速度和行走方向的轉變，還包括控制油門和變速等功能。 2.3大蒜收獲機結構組成 大蒜收獲機整體的結構是有許多的裝置進行組成并結合起來的，大蒜收獲機的結構的組成如下圖所示： 動力源 9.7kw ZH195A柴油機 刀

35、具 扶禾桿 切莖裝置 萬向輪 清理裝置 切莖裝置的傳動 挖掘鏟 大蒜收獲機 傳輸抖動裝置 傳輸鏈和抖動輪 傳動裝置 減速箱配套離合器 行走裝

36、置 用了高摩擦力的橡膠輪胎 控制裝置 控制啟動、變向、停止等 其他裝置 制動裝置、收集柵條和收集框 圖2-2 大蒜收獲機 以下會依據大蒜收獲機的相關的結構的組成來對其主要的裝置與結構來做詳細的介紹 2.4大蒜收獲機的創(chuàng)新性 該機在結構上的設計的創(chuàng)新點歸納為： 1.改變的大蒜收獲的順序，把切莖環(huán)節(jié)提前，并能夠完成聯(lián)合收獲； 2.增加了新的結構在大蒜收獲機中，在大蒜收獲機的切莖裝置安裝粉碎刀具，粉碎大

37、蒜秧苗。其裝置不僅能防止雜物纏繞刀具桿上，也能清理秧苗在大機器前的堆積，粉碎后還能做肥料。 3.該機可拆卸?？梢圆鹦肚星o裝置，其余作業(yè)部件可以收獲土豆、花生等農作物；柴油機可以拆卸，可用于其他動力源的輸出。這種“一機多用”模式對機器的使用效率非常高，不會閑置機具，也可以少購買一些農業(yè)機具，并且在以后的的農業(yè)生產中，“一機多用”模式肯定能得到極大的推廣。 3部件設計 3.1動力源 1）動力源的放置 動力源可以和作業(yè)部件分開，也可以裝在作業(yè)部件上。

38、方案一：設計大蒜收獲機的作業(yè)部件包括切莖、起蒜、運輸等環(huán)節(jié)，然后懸掛在手扶拖拉機前面。通過操控是利用手扶拖拉機來使大蒜作業(yè)部分的部件的驅動工作。 方案二：單獨的來使用并控制其動力源，由此來設計并利用換擋裝置部件和傳動裝置這兩部分。使用一款柴油機，裝在作業(yè)部件機架上，動力經皮帶傳遞給傳動系統(tǒng)。也可以在手扶稈上來同樣的安裝此操縱機構，以操控其轉向與動力的輸出等的操作。 方案一的大蒜收獲機的農藝環(huán)節(jié)要有收集裝置，當作業(yè)部件和收獲拖拉機配套使用時，其收集裝置不能合理的設計出來。方案二的農機機具其結構簡單，便于操作和保養(yǎng)，另外柴油機可拆卸，當農機閑置下來時可以把柴油機用到其他方面。經過綜合考慮，選用

39、方案二，柴油機安裝在作業(yè)部件上。設計其傳動系統(tǒng)，減速裝置，以及手扶桿操作系統(tǒng)等必要裝置。 2）動力源的選擇 參考已有的大蒜收獲機動力源提供的功率，選擇一款高功率、高轉矩、低轉速的柴油機。所以該機動力源是由沂南縣瑞豐內燃機有限公司生產的ZH195A柴油機提供動力，表是該柴油機的明細參數， 表 3-1 柴油機技術規(guī)格 項目 規(guī)格 項目 規(guī)格 型號 燃油消耗率（g/kw h） 主要的形式 臥式、單缸、四沖程 機油消耗率（g/kw h） 燃燒的方式 直噴式 冷卻的方式 蒸發(fā)水冷 行程缸徑（mm） 潤滑方式 壓力與飛濺復合式 壓縮比 啟動方式

40、 手搖啟動 1小時功率 凈重量（kg） 108 12小時功率 功率輸出方式 飛輪端輸出 額定轉速 外形尺寸 此款柴油機啟動極其簡單，輸出功率很大、損耗油量低，并且具備外形體積小、整體重量輕等特點，另外它的操作方便、維護簡單、可靠性好。該柴油機用途非常廣泛，可用于小型工程機械的產品中，如農用手扶拖拉機、玉米粉粹機，配合使用提供動力 [7] 。 3.2減速裝置 1）變速總述 大蒜收獲機先用皮帶傳動傳遞給傳動裝置，傳動裝置輸出使用鏈條傳動。因為鏈條傳動適合在惡劣的環(huán)境下運行。大蒜收獲機的行走速度要控制在2~3km/h，而動力源提供的轉速在2300r/mi

41、n,所以使用減速器把速度控制下來。下面計算其傳動比， 行走輪的直徑D=680mm 而 V=ωR 式（3-1） ω=2πN 式（3-2） 所以，N= V/2πR 式（3-3） 取V=0.7m/s 所以，N=30.4r/min 式中：--行走輪的速度

42、 --角速度 --行走輪轉速 而柴油機額定轉速n=2300r/min 那么λ=nN=75.66 經過初步計算，需要四級減速，所以采用一個二級減速箱，并在減速箱的兩端也在減速。使離合器和減速箱來配套使用，其中控制機具的檔位的是離合器。 設減速箱的兩端傳動比分別為λa、λb,二級減速箱傳動比為λ0。λa=2，λb=3.23，λ0=11.745。以下就是針對減速箱來進行具體計算的過程。 2）減速箱計算 根據文獻[19]，可知齒輪傳動效率， =0.96，=0.99，=0.97， （1）分配傳動比 設減速箱兩級傳動比分別為，λ1、λ2，λ1=（1.3~1

43、.5）λ2，兩級大齒輪直徑相近，去λ1=1.4λ2。所以，λ1=4.05，λ2 =2.9。 （2）計算各軸轉速 （r/min） 柴油機額定轉速n=2300 Ⅰ軸（高速軸） 轉速：n= 式（3-4） Ⅱ軸（中間軸） 轉速：n= 式（3-5） Ⅲ軸（低速軸） 轉速：n=

44、 式（3-6） （3）計算各軸輸入功率 輸柴油機輸出功率：P=P=9.7KW Ⅰ軸（高速軸）：P=P 式（3-7） Ⅱ軸（中間軸）： P=P 式（3-8） =8.94KW Ⅲ軸（低速軸）：PP 式（3-9） =8.59KW （4）計算各軸輸出轉矩： 柴油機輸出轉矩：

45、 Ⅰ軸（高速軸）輸入轉矩： 式（3-10） 式（3-11） Ⅱ軸（中間軸）輸入轉矩： Ⅲ軸（低速軸）輸入轉矩： 式（3-12）

46、 式（3-13） 將上述計算結果統(tǒng)計在表3-2內，如下： 表3-2各軸的功率、轉矩和轉速 軸 號 功率（KW） 轉矩（N） 轉速（） 柴油機 9.7 4.03 2300 Ⅰ軸 9.312 7.7 1150 Ⅱ軸 8.94 3.01 283.5 Ⅲ軸 8.59 8.38 97.91 （5）齒輪參數 表3-3為高級齒輪參數，如下： 表3-3高速級齒輪相關參數（單位mm）： 名稱 符號 計算公式及說明 模數 M 2.5 壓力角 齒頂高 2.5 齒根高 =(+)m=3.7

47、5 全齒高 =(+)m=5.62 分度圓直徑 =m Z=35 163.75 齒頂圓直徑 =m=37.5 =（）=166.25 齒根圓直徑 =31.875 =160.625 基圓直徑 = = 中心距 表3-4為低級齒輪參數，如下： 表3-4低速級齒輪相關參數（單位mm） 名稱 符號 計算公式及說明 模數 m 4 壓力角 齒頂高 =4 齒根高 =(+)m=5 全齒高 =(2+)m=9 分度圓直徑 =m Z=54 =m176 齒頂圓直徑

48、 =（）m=58 =（）m=180 齒根圓直徑 =()m=49 =()m=171 基圓直徑 = = （1）軸類零件設計 軸Ⅰ 分析其軸上零件裝配，其軸Ⅰ設計如圖所示： 圖3-1 軸Ⅰ 軸上面的的彎矩圖與扭矩圖以及軸上的受力圖如圖所示： 圖3-2 軸Ⅰ 軸Ⅱ 分析其軸上零件裝配，其軸設計如圖所示： 圖3-3軸Ⅱ 軸上面的的彎矩圖與扭矩圖以及軸上的受力圖如圖所示： 圖3-4軸Ⅱ 軸Ⅲ 分析其軸上零件裝配，其軸設計

49、如圖所示： 圖3-5 軸Ⅲ 軸上面的的彎矩圖與扭矩圖以及軸上的受力圖如圖所示： 圖3-6 軸Ⅲ 3.3離合器 離合器使用彈簧摩擦離合器，安裝在變速箱殼內，是柴油機和減速器的過渡件[16]。其主要作用是控制傳動系統(tǒng)的結合和分離，通過操縱桿實現控制機具的空檔和前檔檔位。用于機具的啟動、停止和轉向，其結構圖如圖3-7所示。 圖3-7 摩擦離合器 控制裝置在手扶桿上，用手扶桿上的扶手把控制大蒜收獲機的啟動、停止以及轉向。 1）機具的啟動和停止。 （1）換擋原理 機具啟動和停止的控制

50、結構圖如圖3-8所示，檔位桿控制著離合器與變速箱的輸入軸的分離和接合。離合器在正常情況下處于接合狀態(tài)，當機具啟動時控制B方向手把，檔位桿移向B位置，將檔位桿置于空檔位置，啟動后控制B方向手把，檔位桿移向A位置，將檔位桿置于行進檔，離合器接合機具運行；機具停止時，控制B方向手把，檔位桿移向B位置，離合器分離，然后柴油機停止，機具停止。B方向手把使用旋鈕式的單行程，不會自動回程:當檔位桿移向B位置后，如果不控制手把，檔位桿不會沿著A方向返回A位置。 1 2 3 A

51、 B 圖3-8 控制結構圖 1. 彈簧 2.檔位桿 3.剎車線 （2）離合器控制結構圖 檔位桿和離合器通過弧形連接桿相連，研究汽車離合器的控制連接方式，設計該機具離合器控制連接結構圖如圖3-9所示。[16] A位置連接柴油機傳入到變速箱的軸，B位置連接減速箱輸入軸,檔位桿沿著C方向移動。當機具空檔時，檔位桿移向C位置帶動其連桿向左移動，其后離合器內壓板和摩擦盤分離，離合器處于分離狀態(tài)；當檔位桿回位時，連接桿向右移動，其后離合器內壓板和摩擦盤接合，離合器處于接合狀態(tài)。該離合器控制結構參照汽車離合器連接方式，檔位桿和手扶拖拉機剎車線連接。

52、 C A B 圖3-9 離合器控制連接圖 2）機具的轉向 該機在車輪與行走輪軸連接位置安裝摩擦離合器，實現該機的轉向。當轉向是需要的時候，把需要轉向的一側的手扶桿上的轉向手把握緊，該側離合器使之分離開來并切斷其驅動力，從而實現轉向。另外需要注意的是，應該盡量避免起步時候和下坡的轉向。 3.4液壓系統(tǒng)的設計 3.4.1明確該系統(tǒng)設計的要求 此液壓系統(tǒng)要滿足該升降的要求與對應的技術的參數。在設計之

53、前，需要對此作業(yè)機的升降工況來分析，確定對此液壓系統(tǒng)要到達的要求：液壓泵是用手扶拖拉機傳來的動力的驅動，放在動力的第一軸旁邊，要保證不會發(fā)生干涉，且需要達到穩(wěn)定的換向功能，負載合理，沖擊力小，且運動平穩(wěn)，和液壓系統(tǒng)所處工作的環(huán)境要干擾小，溫度和濕度要適宜，沖擊的振動要小，要有可靠性以及經濟型。 3.4.2分析其工作情況與基本的參數 在此設計中，其中工作負載是作業(yè)機的重力。基本參數如下所示： 大蒜根系一般在土下9～15cm左右，取最大的值15cm設計。在普通行進的過程中，需提升到一定的高度來保證鏟齒離地，選離地高度5cm?；钊麠U的行程5+15=20cm,見表3-5。

54、 表3-5根據負載選執(zhí)行件工作的壓力 工作壓力 此外一重要的參數值為最大的流量，可根據皮帶輪輸出至液壓泵的功率計算得。 3.4.3擬液壓系統(tǒng)的原理圖 根據以上可以綜合的考慮，來擬出下面設計的方案：在行駛的過程前之，要用作業(yè)機提升，三位四通的換向閥5在右位，油液在右側進，柱塞向左動；在挖蒜時，換向閥5在左位，油從左側到液壓缸，在自重下，作業(yè)機很快到了指定的位置。 當換向閥在換向的時，內部的油液會產生擾動，壓力會產生減退。進油路上加個單向閥2，再加上個蓄能器4，為確保

55、換向的過程中，發(fā)生了上面的情況，這個蓄能器也能在第一時間對油路補壓。 閥2、蓄能器4和閥3的組合是卸荷。進油路的油壓達到溢流閥3的指定壓力時，油液通過液壓泵，到3回油箱，沒影響到單向閥的油路，實現了平穩(wěn)可靠的卸荷。 圖3-10液壓系統(tǒng)原理圖 3.5切莖裝置設計 切莖裝置是一個組合結構，如圖3-11所示，實現大蒜稈莖的扶起和對大蒜稈莖的切斷功能。它是由柴油機提供轉速，傳給皮帶輪3，再通過皮帶輪2傳遞給齒輪殼1，齒輪殼1內有一對錐齒輪，實現變向過程，然后傳給刀具桿上的刀具，高速旋轉，切斷蒜桿。扶禾稈5是大蒜收獲機行走時，對倒地的蒜苗扶起，并對其行程一個夾持力，便于刀具的切徑

56、。限深及導向輪8在機具在行走時控制其方向和入土深度。 當卸下切莖裝置時，該機還可以收獲土豆，花生等農作物，同樣滿足其收獲的農藝環(huán)節(jié)。切莖裝置用螺釘和整機機架連接，便于固定和拆卸方便。 1 2 3 4 5 6 7 8 圖3-11 切莖裝置 1.齒輪殼 2.皮帶3.皮帶輪4.機架 5.扶禾稈6.刀具7.刀具桿8.限深輪 3.5.1刀具的形狀以及參數 在錐齒輪殼內有一對傳動比為1的錐齒輪，把動力源提供

57、的轉速改變方向。切莖位置有三把刀具，刀具如圖3-12所示，旋轉刀具切斷大蒜稈莖，三道刀具工作增寬作業(yè)幅度。該刀具采用W18Gr4V ，這種原材料是在鹽浴爐或箱式爐中加熱到1200～1275℃然后油冷，用540～570的溫度回火，硬度HRC不小于63。適合做高速旋轉的工具鋼 [20] 。 刀具小圓直徑 D1=100mm 圖3-12刀具 刀尖直徑 D2=190mm 刀具厚度 H=6mm 所以，刀具轉速ω=2πn=14444r/min 而刀具功率P=9.7kw 所以，刀具轉矩為T=9.55=4.03N

58、該刀具片刃使用5片能形成按照中心線兩邊不同的一個,當單片葉片不具備動力勢能時,其他的雙片片處于勢能狀態(tài),雙片勢能葉片自然可以輕松帶動一片暫時不具備勢能葉片,可以節(jié)省能量，并且提高工作效率。 3.5.2限深輪 安裝在切莖裝置上的行走輪有限深作用。其結構如圖3-13所示，切莖裝置在行走時，該輪在土壤上行走，控制其后的挖掘鏟陷入土中深度。其結構上部配合軸承安裝在機架上，其支架能夠在動載或者靜載中水平360度旋轉，在收獲機轉向時能自由旋轉。 圖3-13限深輪 限深輪離地面的高度可以調整，通過移動上下兩個桿孔位置對齊，來調整其高度限深輪離地面的高度，然后用螺釘緊固如圖3-14所示。

59、 圖3-14升降孔位 3.5.3扶禾稈 在機具前端部位的機構是扶禾稈。其作用是機具行進時扶起倒伏蒜莖，并對高于土壤的大蒜莖上部行程一個夾持力，平衡刀具切莖時大蒜的泥土阻力，有便于大蒜的切莖。其結構為圓形柵條，向下彎折，減少泥土擁堵阻力。另外其在于大蒜上部，不會對大蒜有損傷。 3.5.4清理裝置 機具在行進時，工作順序是先對大蒜秧苗的切斷，再起蒜，那么就會遇到蒜秧在機具的刀具位置堆積以及收蒜時有蒜秧混入的情況，為了解決這一問題。設計了其清理裝置：在切莖刀具桿上安裝粉碎刀具，對蒜秧進行粉碎，即使個別蒜秧沒有被粉碎，因為刀具旋轉不會堆積在收獲機前面，粉碎后的蒜秧在經過后面的傳輸抖動

60、裝置時，會掉落到地上，不會收集到收集框內。該刀具結構如圖3-15所示： 圖3-15粉碎刀具 此結構裝置也是本次設計的一個創(chuàng)新點，把蒜秧粉碎到地里，作為后續(xù)農作物的肥料，合理性和可行性都很高。 3.5.5切莖裝置的傳動 把柴油機提供的動力經皮帶輪和轉軸傳到齒輪殼，齒輪殼內的一對錐齒輪實行傳遞的轉向但不變速，再傳給刀具桿，其上刀具高速旋轉先切斷蒜秧、后粉碎蒜秧。錐齒輪圖3-16為: 其主要參數為：M=2 D=60mm B=20mm α=20° 傳動比λ =1 刀具轉速n=2300r/min 圖3-16錐齒輪 此錐齒輪選用標準件。

61、 3.6起蒜和蒜土分離裝置設計 3.6.1起蒜裝置 1）挖掘鏟選用 帶最少泥土的量來挖掘大蒜，并且讓土壤松碎，把大蒜運送到其后的分離裝置上面且要求其所受的阻力小，能減少能量損失是挖掘鏟的任務。用于該大蒜收獲機的可以使用平面鏟和曲面鏟，下面提供兩種方案對比。 方案一： 本方案選用三角平面鏟。三角平面鏟如圖3-17所示，三角平面鏟外形是三角形，鏟面平整，作業(yè)時由鏟柄推向土壤中，破土并取蒜，所受阻力小。 圖3-17三角平面鏟 方案二： 本方案選用曲面鏟。曲面鏟的鏟面分為凹和凸性，增加了挖掘面積，泥土也很容易掉落。一般使用在有運動軌跡的挖掘

62、機上。圖3-18所示的是凹面鏟。 圖3-18 凹面鏟 參考土豆、花生等作物的收獲機，三角平面鏟用的最為廣泛，曲面鏟應用相對較少。考慮整機的作業(yè)時，工作阻力比較大，能量損失也比較大，為了減少不必要的功率損失，減少其他阻力，故選擇方案一，使用三角平面鏟。 經過以上的思考，并且其他結構已經設計完成，所以本次設計結構成型，下面具體介紹大蒜收獲機的各個裝置。 2）挖掘鏟的參數確定 在方案選擇時分析了挖掘鏟的選用。此三角平面鏟的鏟主要參數有鏟的工作角度α，其寬度B，以及形狀斜角γ。鏟工作角度α越小，鏟的運行阻力也就越小，其值應該小于22°，所以選α=18°；鏟寬B=110mm；鏟高H=80m

63、m，為了保證鏟的清理能力，鏟的形狀斜角γ的大小應該滿足不等式： 90°-γ>φ 式 （3-14） 其中，φ為土壤對鏟刃的摩擦角，大多數取27°~35°，所以選γ=80°。 3.6.2蒜土分離裝置 蒜土分離裝置用傳輸抖動實現，傳輸鏈形狀如圖所示。傳輸抖動裝置由桿條、鏈條和凸輪構成。在傳輸鏈的中部位置，設計一個偏心抖動輪，緊靠輸送鏈條的上邊的底部位置。抖動輪以固定速度轉動，其最高點以不規(guī)則圓周運動，鏈條隨著抖動輪發(fā)生周期性變化，從而抖動傳輸鏈抖掉泥土。 抖動輪設計為凸輪，凸輪抖動輪工作性質比較溫和，

64、產生的沖擊力小，工作穩(wěn)定。抖動輪及傳輸鏈條位置如圖3-19所示。兩邊鏈條都有凸輪，兩凸輪之間有一連接稈，使其同步運動。傳輸鏈有規(guī)律的運動，不會兩邊抖動不同。 1 2 圖3-19傳輸鏈 1.鏈條 2.凸輪 另外，在傳輸鏈末端有收集大蒜的裝置，大蒜在傳輸鏈上直接送至收集網袋中。完成其自動收集。 3.6.3挖掘鏟部位輔助裝置 挖掘鏟輔助裝置。其作用是便于大蒜頭全部的運到傳輸鏈上，不掉蒜頭，避免人工的再撿拾。位于機具同挖掘鏟徑向位置，在機具旁邊，設計為柵條形狀。 4

65、設計相關的計算 4.1傳動效率的計算 已知電動機的額定功率，拖拉機的額定功率為，通過查詢資料得，輸出軸的轉速的輸出標準值，~， 輸出軸的功率： 查閱資料得，在整個動力傳送過程中，各傳動副的機械傳動效率： 4.1.1傳動裝置功率計算 已知P出為 總· =·· =· 4.1.2傳動比計算 總傳動比與各級傳動比的計算如下所示： 總的傳動比：== 各級傳動比則為，，,查閱資料選擇每級傳動比為，， 4.2帶輪傳動的設計與計算 一級是將帶輪傳動通過動力從輸入軸到軸，已知電動機功率，轉速,傳動比定為,按機器每天工作八

66、個小時計算 (1)算出功率 工作情況系數，查得 式 (2)選擇V帶型號： 已知轉速， 查得可知普通帶選型圖選擇帶型為 (3)確定帶輪基準直徑、 選取小帶輪基準直徑 選取小帶輪直徑 驗算帶速： 式 因,所以帶速合格 確定從動輪直徑 = 式 查得，取標準值 (4)確定中心距與帶長 初選中心距： 通過計算，得,初定中心距 計算出所需的基準長度 式 得出 計算實際中心距： 式 中心距a的變動范圍如下： - = 中心距的調整范圍是： (5)對小帶輪包角進行驗算： 式 經驗算，合格。 (6)確定帶根數 確定額定功率： 計算單根帶的額定功率 由與,知單根帶基本額定功率。 ，與型帶，知