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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
葡萄埋藤機(jī)設(shè)計(jì)及其仿真模型的建立
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 12-1
指導(dǎo)教師
日 期 2012-05-28
大學(xué)教務(wù)處制
22
目 錄
1.緒論 1
1.1本課題來(lái)源及其研究的目的和意義 1
1.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析 1
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
2.葡萄埋藤機(jī)的總體設(shè)計(jì) 3
2.1研究?jī)?nèi)容 3
2.2總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4
2.3.1總傳動(dòng)方案的確定 4
2.3.2各部分傳動(dòng)速度的設(shè)計(jì) 5
2.3.3各軸功率的計(jì)算 5
2.4葡萄埋藤機(jī)工作原理 5
3.旋耕取土部件的設(shè)計(jì) 5
3.1旋耕刀的設(shè)計(jì)及排列方案 5
3.1.1旋耕刀的設(shè)計(jì)要求 5
3.1.2旋土刀片的排列方案 6
3.2旋耕刀軸的設(shè)計(jì) 8
3.3集土鏟設(shè)計(jì) 8
4.土壤輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.1縱向輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.1.1橡膠輸送帶的設(shè)計(jì) 10
4.1.2輸送輥的設(shè)計(jì) 11
5.傳動(dòng)齒輪箱設(shè)計(jì) 12
5.1中間齒輪箱設(shè)計(jì) 12
5.2側(cè)邊傳動(dòng)齒輪箱設(shè)計(jì) 14
5.2.2齒輪設(shè)計(jì) 15
6.葡萄埋藤機(jī)總體裝配圖 17
總結(jié) 19
致謝 20
參考文獻(xiàn) 21
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1.緒論
1.1本課題來(lái)源及其研究的目的和意義
葡萄是我國(guó)主要的水果品種。近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄產(chǎn)業(yè)得到了很大的發(fā)展。特別是近十年,葡萄種植面積和產(chǎn)量一直呈上升趨勢(shì)。根據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2005年我國(guó)葡萄栽培面積為40.81萬(wàn)公頃，產(chǎn)量達(dá)到579.4萬(wàn)噸，在我國(guó)果樹(shù)栽培中栽培面積位居第六位，產(chǎn)量位居第五位，在世界上分別排第四、第五位。在、山東、河北、遼寧、山西、吉林和河南等葡萄主要產(chǎn)區(qū)，葡萄生產(chǎn)已形成了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的發(fā)展格局。隨著葡萄生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展．對(duì)葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化的需求也越來(lái)越高，同時(shí)也為葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展提供了條件。
據(jù)研究，葡萄枝蔓能忍受-16℃低溫，芽眼能忍受-13℃的低溫，根系抗凍能力最弱。自根苗歐洲種，如龍眼、玫瑰香、葡萄皇冠等的根系在-5℃～-7℃時(shí)就受凍害；玫瑰露(底拉洼)、羅也爾玫瑰（布來(lái)頓）、耐格拉等歐洲雜交種在-6℃～-8℃時(shí)就受凍害；貝達(dá)（河岸葡萄×美洲葡萄）可耐-13℃的低溫；山葡萄可耐-15℃低溫。因此，葡萄越凍指標(biāo)為-5℃日平均日數(shù)145天，極端最低氣溫-30.6℃,因此，葡萄越冬必須采取防凍措施。
我國(guó)由于特有的地理環(huán)境和氣象條件，優(yōu)質(zhì)葡萄產(chǎn)區(qū)大多在西北及北部地區(qū)，也就形成了我國(guó)特有的葡萄種植方式，即我國(guó)北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)主要作業(yè)環(huán)節(jié)是：春天扒藤一上架綁藤一除草施肥澆水一噴施藥劑一收獲一冬季埋藤等，入冬前必須完成掩埋。目前我國(guó)北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)中,冬季埋藤是葡萄種植生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度最大、質(zhì)量要求高、時(shí)間性強(qiáng)的作業(yè)。葡萄藤埋土防寒、防風(fēng)干時(shí)，要求土壤要細(xì)碎，防止大土塊搭接，有空洞透風(fēng)抽條。埋土壓蔓要防止損傷枝蔓，以免病害浸染以及影響來(lái)年產(chǎn)量。取土位置距根部不能太近，最少50cm左右，以免根部受凍，埋土防寒后冬季進(jìn)行田間檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)補(bǔ)救。防寒后及時(shí)灌冬水，以保證植株安全越冬。葡萄根系常分布在地表下20～60cm土層中，深的達(dá)100cm。葡萄較易產(chǎn)生不定根，根受傷后，在傷口附近再生大量的根，因此在栽培上適當(dāng)斷根是可以的，但不能大量斷根。根系生長(zhǎng)的土壤溫度是21～25℃，超過(guò)28℃或低于10℃時(shí)即停止生長(zhǎng)。葡萄根系發(fā)達(dá)，有很強(qiáng)的吸收能力和養(yǎng)分貯藏能力，但抗寒性較差，比枝蔓怕凍，土壤溫度在-4℃到-6℃時(shí)，就能受凍害，甚至凍死[1]。一旦冬季根系遭受凍害，次年枝蔓生長(zhǎng)、結(jié)果便會(huì)大受影響。因此，埋土防寒時(shí)要特別注意根系防寒。但長(zhǎng)期以來(lái)，葡萄的種植管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，埋藤作業(yè)目前仍以人工為主，人工作業(yè)存在勞動(dòng)效率低、埋土不勻、土塊大、容易漏風(fēng)透氣的缺點(diǎn)，極易造成葡萄藤風(fēng)干死亡。這嚴(yán)重制約了葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。因此，葡萄種植農(nóng)戶對(duì)該生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)有著強(qiáng)烈的要求。葡萄越冬覆土如果能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，將有力地推動(dòng)葡萄生產(chǎn)的規(guī)?；?，顯著降低葡萄生產(chǎn)成本，節(jié)省用工量，使農(nóng)民增加更多的收入，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也增加了營(yíng)機(jī)戶的收人，而營(yíng)機(jī)戶收入增加可以投入更多的資金購(gòu)買(mǎi)先進(jìn)的農(nóng)機(jī)裝備。更好地服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。
本課題為分析我國(guó)葡萄埋藤機(jī)械化研究現(xiàn)狀．展望葡萄埋藤作業(yè)機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展方向，闡述推廣葡萄埋藤機(jī)械化的意義，為促進(jìn)葡萄種植業(yè)增產(chǎn)、增效和果農(nóng)增收提供理論依據(jù)。
1.2 本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外的葡萄基本上是沿不凍線以上種植的，葡萄常年固定在架子上生長(zhǎng)，為其機(jī)械化作業(yè)提供了便利條件。美國(guó)是世界葡萄生產(chǎn)大國(guó)，不僅產(chǎn)量和面積超過(guò)我國(guó)，而且其葡萄機(jī)械化生產(chǎn)管理水平也處于世界領(lǐng)先地位。美國(guó)農(nóng)民經(jīng)營(yíng)葡萄園規(guī)模較大，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度很高。在美國(guó)，鮮食葡萄生產(chǎn)除果穗整形和采摘用人工以外，從種植、整形、施肥、耕作、噴藥及包裝等均有相應(yīng)的作業(yè)機(jī)械；釀酒葡萄根據(jù)需要可以進(jìn)行機(jī)械收獲。因此，美國(guó)的葡萄栽培技術(shù)和生產(chǎn)管理己實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和全程機(jī)械化，現(xiàn)正向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。與我國(guó)相鄰的烏茲別克是世界黑葡萄干的主產(chǎn)區(qū)，其葡萄埋土、出土也實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。查閱相關(guān)資料未發(fā)現(xiàn)國(guó)外機(jī)型的報(bào)道。
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
相比之下，我國(guó)葡萄生產(chǎn)與國(guó)外不同。我國(guó)葡萄種植區(qū)域分布很廣，各地的氣候條件、地理環(huán)境不盡相同，由于地理原因，每年必須用土將葡萄藤掩埋起來(lái)，防止葡萄藤冬季凍傷和風(fēng)干，因此在作業(yè)環(huán)節(jié)上也有所差別。我國(guó)葡萄種植絕大多數(shù)在北方，也就形成了我國(guó)特有的葡萄種植方式，其中，葡萄越冬防寒埋土是一項(xiàng)重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，它在我國(guó)的葡萄種植生產(chǎn)中一直以人工作業(yè)為主，繁重的人工作業(yè)不僅占用了大量勞力，增加了生產(chǎn)成本，而且作業(yè)質(zhì)量難以保證，影響葡萄品質(zhì)等級(jí)，不利于葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。目前，我國(guó)葡萄機(jī)械化仍屬于起步發(fā)展階段，機(jī)械化水平還相當(dāng)落后。據(jù)了解，成齡葡萄生產(chǎn)成本在1400元/667m2左右，其中，人工成本約占60%以上。盡管?chē)?guó)內(nèi)有關(guān)科研院所和企業(yè)圍繞葡萄生產(chǎn)管理機(jī)械化也開(kāi)展了一些技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并開(kāi)發(fā)出埋藤、植保、施肥、松土等田間作業(yè)機(jī)具。但仍未能大面積推廣應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)葡萄埋藤機(jī)大都由旋耕機(jī)改進(jìn)而成，具有較強(qiáng)的可操作性，比人工埋土效率和質(zhì)量都有很大的提高。
按埋藤機(jī)工作原理來(lái)分，現(xiàn)有機(jī)型分三種型式：逆旋側(cè)拋式、旋耕輸送式和切向拋送式。目前使用最多的是逆旋側(cè)拋式機(jī)型。
大型雙側(cè)埋藤機(jī)只需在行間走一次即可完成掩埋一行葡萄藤（兩個(gè)半行）；中型埋藤機(jī)需沿著葡萄種植行兩側(cè)來(lái)回一周才能完成掩埋一行葡萄藤；而小型埋藤機(jī)則需沿著葡萄種植行兩側(cè)來(lái)回兩周才能完成掩埋一行葡萄藤，這是因?yàn)榇笮蜋C(jī)和中型機(jī)取土深度都可以一次達(dá)到所需的土量，堆土高度能達(dá)到要求。而小型機(jī)由于動(dòng)力小只能分兩次取土拋土，但在同側(cè)第二次取土拋送時(shí)，第一次拋土形成的土壟擋住了比它低的那些拋土，回落到取土溝，只有部分土拋了上去，所以兩次取拋土不如一次取拋土堆土高。于取土溝底部土壤松軟，驅(qū)動(dòng)輪易打滑，操作要有較高的技巧，作業(yè)質(zhì)量難以保證。
目前市場(chǎng)上主要代表性機(jī)具如下:
MT200一2葡萄埋藤機(jī)
該機(jī)具是天津市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所2004年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的用于葡萄藤越冬掩埋作業(yè)的專(zhuān)用機(jī)具(如圖1-1）。該機(jī)工作平穩(wěn)、性能可靠、操作省力、培土集中，比人工取土埋藤作業(yè)質(zhì)量明顯提高，是先進(jìn)適用的機(jī)具。MT200—2型雙側(cè)埋藤機(jī)在使用中會(huì)受到以下因素的影響：首先該機(jī)是雙側(cè)拋土機(jī)型，要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，則機(jī)具作業(yè)質(zhì)量將受到很大的影響，甚至無(wú)法作業(yè)。其次要求地端有掉頭空間，否則該機(jī)型的使用會(huì)受到限制。
圖1-1 MT200—2葡萄埋藤機(jī)
PMT-75型葡萄埋藤機(jī)
北京現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份公司結(jié)合葡萄種植模式，于2009年成功研制出PMT一75型葡萄埋藤機(jī)（如圖1-2）該機(jī)作業(yè)效率高，操作簡(jiǎn)單，是一款價(jià)格低廉，實(shí)用性強(qiáng)的機(jī)具，但因機(jī)具研制出來(lái)時(shí)間不長(zhǎng)，可靠性有待于提高。
圖1-2 PMT—75葡萄埋藤機(jī)
3LG-100型埋藤及旋耕兩用機(jī)
2007年，酒泉市農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣站和敦煌市呂家堡農(nóng)機(jī)加工生產(chǎn)個(gè)體業(yè)主王成貴共同研制了葡萄藤越冬掩埋和農(nóng)田旋耕作業(yè)的多功能農(nóng)業(yè)機(jī)械一3LG型葡萄埋藤旋耕兩用機(jī)（如圖1-3），該機(jī)具可分別與手扶拖拉機(jī)和13.23kw以上的輪式拖拉機(jī)配套使用。該機(jī)具采用臥式旋耕原理，合理配置專(zhuān)用刀具，工作時(shí)旋起的土壤按設(shè)計(jì)的方向移動(dòng)拋出，實(shí)現(xiàn)埋藤作業(yè)，現(xiàn)已通過(guò)了省級(jí)農(nóng)機(jī)推廣鑒定，并申請(qǐng)了國(guó)家專(zhuān)利，但該機(jī)具由于結(jié)構(gòu)布局不合理，具體表現(xiàn)為定向拋土性能欠佳，掩埋1～2次到不到預(yù)期效果，目前尚未得到大量推廣。
圖1-3 3LG-100型埋藤機(jī)
1MP一500型多功能葡萄埋藤機(jī)
該機(jī)具是兵團(tuán)農(nóng)八師149團(tuán)2007年研制成功（如圖1-4），該機(jī)由取土和輸送土兩部分組成。該機(jī)由18．4～22 kW輪式拖拉機(jī)帶動(dòng)，不埋葡萄時(shí)，可把鏟土板及輸送土部分卸下，用于葡萄地松土除草。作業(yè)效率0．22～0．3 hm2／h，相當(dāng)于100多人的工作量。在使用的過(guò)程中，故障少，效率高，埋藤質(zhì)量好于人工。但該機(jī)與l 8．4～22 kW輪式拖拉機(jī)配套使用，在工作運(yùn)行到地端時(shí)，需要有足夠的掉頭空間否則無(wú)法作業(yè)。
圖1-4 1MP—500葡萄埋藤機(jī)
10OPF—A型葡萄越冬覆土機(jī)
該機(jī)具是由遼寧省北寧市農(nóng)機(jī)推廣站于2003年研制，配套動(dòng)力14．7～22．05 kW拖拉機(jī)，生產(chǎn)效率0．13～0．2 hm2／h。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、覆土厚度均勻、床面整齊、價(jià)格相對(duì)較低，但因作業(yè)時(shí)需要往返覆土，故作業(yè)效率較低。
10PF-90A型葡萄越冬覆土埋藤機(jī)
應(yīng)一些葡萄種植大戶的強(qiáng)烈要求，北京市房山區(qū)農(nóng)機(jī)研究所經(jīng)過(guò)大量的考察分析，于 2003 年確立了葡萄越冬埋藤機(jī)的研制課題，經(jīng)過(guò)兩年多的試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)制造出了10PF- 90A型葡萄越冬覆土埋藤機(jī)，為葡萄越冬埋藤機(jī)械化作業(yè)提供了新型機(jī)具。
2.葡萄埋藤機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1研究?jī)?nèi)容
本課題研究?jī)?nèi)容可分為四大部分:一是對(duì)葡萄埋藤機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；二是葡萄埋藤機(jī)旋耕取土機(jī)構(gòu)的探索研究，解決我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)埋藤需土量大的問(wèn)題；三是研制葡萄埋藤機(jī)的土壤輸送機(jī)構(gòu)，使旋耕取土部件取出的土壤均勻集中的拋在葡萄藤上；四是研制集傳動(dòng)與換向功能于一體齒輪箱，使得葡萄埋藤機(jī)土壤輸送機(jī)構(gòu)可以選擇埋土的方向。
2.2總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)葡萄藤越冬埋土作業(yè)的要求，以及確定的農(nóng)藝要求，進(jìn)行關(guān)鍵工作部件的設(shè)計(jì)，確定出總體結(jié)構(gòu)。埋藤機(jī)與拖拉機(jī)工作時(shí)，埋藤機(jī)與拖拉機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)懸掛連接，動(dòng)力輸出軸傳遞動(dòng)力。整機(jī)主要由動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)、旋耕取土機(jī)構(gòu)、土壤輸送機(jī)構(gòu)及萬(wàn)向行走輪等組成（如圖2-1）。
1、旋耕取土系統(tǒng) 2、牽引架 3、縱向土壤輸送機(jī)構(gòu) 4、橫向土壤輸送機(jī)構(gòu) 5、萬(wàn)向行走輪總成 6、橫向土壤輸送系統(tǒng)護(hù)罩 7、縱向土壤輸送系統(tǒng)護(hù)罩 8、縱向土壤輸送傳動(dòng)鏈輪 9、橫向土壤輸送傳動(dòng)鏈輪 10、主傳動(dòng)、換向齒輪箱
圖2-1葡萄埋藤機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2-2葡萄埋藤機(jī)俯視圖
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.3.1總傳動(dòng)方案的確定
埋藤作業(yè)時(shí)，一般選用動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r／min。對(duì)于具有540 r／min或720 r／min雙輸出轉(zhuǎn)速的拖拉機(jī)，在土壤較硬，葡萄行距在1.8～2 m時(shí)可選用540r／rain進(jìn)行作業(yè)；在土壤較軟，葡萄行距在2～2.2 m時(shí)可選用720 r／min進(jìn)行作業(yè)。
本機(jī)型設(shè)計(jì)的葡萄埋藤機(jī)旋土刀的旋轉(zhuǎn)半徑為318mm，機(jī)組配套使用的拖拉機(jī)功率36.75kw，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為540r/min。對(duì)旋耕機(jī)刀軸轉(zhuǎn)速而言,一般旱耕或耕作比阻較大的土壤時(shí)選用低速擋,其轉(zhuǎn)速為200r/min左右,在水耕、耙地和耕作比阻較小的土壤時(shí)選用高速擋,其轉(zhuǎn)速一般為270r/min左右，本課題選擇刀軸轉(zhuǎn)速為240r/min?？紤]到葡萄埋藤機(jī)刀軸，縱向輸土機(jī)構(gòu)和橫向輸土機(jī)構(gòu)都需要?jiǎng)恿鬏?。故本文設(shè)計(jì)了如圖2-3所示的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)主要分為三部分:
第一部分:動(dòng)力經(jīng)拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸傳輸?shù)街虚g傳動(dòng)齒輪箱，經(jīng)過(guò)錐齒輪、傳動(dòng)軸傳給側(cè)邊傳動(dòng)箱，側(cè)邊傳動(dòng)箱經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)傳遞給旋耕刀軸。
第二部分:動(dòng)力從側(cè)邊傳動(dòng)箱上輸出軸經(jīng)過(guò)鏈輪、鏈條傳輸給縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)。
第三部分:動(dòng)力經(jīng)中間傳動(dòng)齒輪箱的后輸出軸，在經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸、鏈輪、鏈條傳輸給橫向土壤輸送機(jī)構(gòu)。
具體傳動(dòng)實(shí)施方案如圖所示。
圖2-3葡萄埋藤機(jī)傳動(dòng)示意圖
2.3.2各部分傳動(dòng)速度的設(shè)計(jì)
為使集土鏟部分的土壤最大限度地輸送至需埋藤的部位，保證由旋耕刀旋松的土壤不至于滯留在集土鏟中發(fā)生堵塞，縱、橫輸送帶需盡量選擇最高速度，即縱、橫向輸送軸的轉(zhuǎn)速要大于或等于旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)選用旋耕刀軸轉(zhuǎn)速等于縱、橫向輸送帶的轉(zhuǎn)速。
2.3.3各軸功率的計(jì)算
設(shè)圓柱齒輪、圓錐齒輪、球軸承、滾子軸承及聯(lián)軸器傳動(dòng)效率為、、、、查手冊(cè)得=0.97、=0.95、=0.99、=0.98、=0.98
則
即旋耕刀軸功率為。
2.4葡萄埋藤機(jī)工作原理
工作時(shí)旋耕取土部件對(duì)土壤進(jìn)行疏松打碎，土壤在旋耕取土部件旋土刀與集土鏟的配合下沿集土鏟的方向拋送到縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)中，縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)鏈條的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，將旋耕取土部件拋送的土壤輸送到橫向土壤輸送機(jī)構(gòu)中。橫向土壤輸送機(jī)構(gòu)在主傳動(dòng)齒輪箱后輸出軸的帶動(dòng)下，將土壤均勻的拋在待冬季埋土的葡萄藤上，一次完成葡萄藤越冬埋土的全過(guò)程。
3.旋耕取土部件的設(shè)計(jì)
3.1旋耕刀的設(shè)計(jì)及排列方案
3.1.1旋耕刀的設(shè)計(jì)要求
旋耕刀是旋耕機(jī)的重要工作部件，刀片的形狀與參數(shù)直接影響旋耕機(jī)的工作質(zhì)量和功耗，合理設(shè)計(jì)刀具的側(cè)切面、過(guò)渡面和正切面曲線形狀是設(shè)計(jì)研究旋耕機(jī)的一個(gè)重點(diǎn)。由于葡萄埋藤機(jī)的旋土刀是在葡萄藤的行間工作，工作條件比較惡劣，作業(yè)難度大。本文設(shè)計(jì)的旋土刀除了滿足疏土碎土外還要滿足以下要求：
（1）旋土刀旋土深度要大
因?yàn)槲覈?guó)葡萄主產(chǎn)地、寧夏等冬季氣溫經(jīng)常達(dá)到-20℃～-30℃，為了防止葡萄藤的凍傷要求葡萄藤冬季埋土量大，要求葡萄埋藤機(jī)有足夠的旋耕取土深度，達(dá)到埋藤所需的土量。
（2）旋土刀具有拋土功能
因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的葡萄埋藤機(jī)是將旋耕取土部件旋耕的土壤全部拋送到縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)中，要求旋土刀具有向后拋送土壤的功能，從而減小動(dòng)力消耗和避免機(jī)組前端出現(xiàn)土壤擁堵現(xiàn)象。
（3）旋土刀工作時(shí)的動(dòng)力消耗小
我國(guó)人口眾多，人均資源相對(duì)短缺，考慮到經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排，旋土刀的設(shè)計(jì)盡可能的減小工作時(shí)的動(dòng)力消耗以。減小排放以保護(hù)環(huán)境。
（4）旋土刀組布局要合理
合理的旋土刀布局可以減小機(jī)組的側(cè)向力，增加旋耕取土部件向后拋送土壤的能力，減小動(dòng)力消耗。
旋土刀片可分為鑿形刀、彎形刀、直角刀和弧形刀。根據(jù)四種刀的不同形狀和參數(shù)特性、工作狀態(tài)，從動(dòng)力消耗和旋耕拋土的要求出發(fā)，本課題選用彎曲形式的旋土刀。其刃口曲線方程如下：
（3-1）
式中：——刀刃起始工作半徑，cm
——比例常數(shù)
——位置度，極角
圖3-1彎形刀示意圖
3.1.2旋土刀片的排列方案
旋土刀片的排列方式有單螺旋排列、雙螺旋排列、星星排列、對(duì)稱(chēng)排列等，均應(yīng)滿足機(jī)組旋耕刀軸的設(shè)計(jì)碎土性好且刀軸受力均勻。由于所設(shè)計(jì)的旋耕取土機(jī)構(gòu)需要將翻耕的土壤全部拋送到縱向輸送機(jī)構(gòu)，要求翻耕的土壤不能太散亂且盡量向中間靠攏，利用旋耕取土機(jī)構(gòu)的送土鏟與旋耕刀軸的拋送相結(jié)合。按照普通旋耕機(jī)旋耕刀雙頭螺旋排列方案，機(jī)組前面土壤擁堵嚴(yán)重，動(dòng)力消耗大。考慮到目前葡萄園種植行距允許拖拉機(jī)通過(guò)的功率及葡萄埋藤的要求，本課題采用四條螺旋排列的方式且螺旋線左右旋土刀對(duì)稱(chēng)分布，保證了所有旋耕的土壤都被拋送到后面的輸送帶上并有效地解決了土壤擁堵問(wèn)題。
圖3-2 旋耕刀排列示意圖
圖3-3 旋耕刀軸螺旋排列三維結(jié)構(gòu)圖
圖3-4 旋耕機(jī)刀軸裝配三維結(jié)構(gòu)圖
3.2旋耕刀軸的設(shè)計(jì)
常用的旋耕機(jī)的刀軸直徑為70～80mm，通過(guò)分析可知通過(guò)增加旋耕刀刀軸的直徑可以增加旋耕取土部件的取土深度，故本文采用直徑為146mm的刀軸并進(jìn)行了旋耕刀軸強(qiáng)度校核計(jì)算。
將旋耕刀軸、軸上焊接的旋土刀座及旋土刀片作為一個(gè)整體進(jìn)行受力分析。旋耕刀軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中僅受單純的扭矩作用，本文采用側(cè)邊傳動(dòng)根據(jù)受力分析畫(huà)出扭矩圖，如圖所示，由扭矩圖可知旋土刀軸的危險(xiǎn)點(diǎn)在距離傳動(dòng)最遠(yuǎn)的一端。
圖3-5 旋耕刀軸受力圖
圖3-6 刀軸扭矩圖
計(jì)算軸的最大扭矩
=9549
其中P——拖拉機(jī)輸出功率，KW
n——旋土刀軸轉(zhuǎn)速，r/min
將=26.55kw，n=240r/min代入公式得：
=9549=1056.4N·m
圓截面軸的抗扭截面模量為：
式中：——圓截面軸抗扭截面模量
D——旋土刀軸半徑，mm
將D=146mm代入公式中
==0.6
材料的最大切應(yīng)力為
將=1056.4N·m，=0.6xmm，代入公式得
==1.76MPa
刀軸的材料選用Q235，所以材料的許用應(yīng)力[]=235MPa，許用切應(yīng)力
[]=(0.5一0.6)·[]=117.5一141MPa。則得：<[]，即滿足強(qiáng)度要求。
3.3集土鏟設(shè)計(jì)
集土鏟主要有弧形鏟和左右側(cè)板組成。側(cè)板負(fù)責(zé)將旋松的土壤收攏，弧形鏟負(fù)責(zé)鏟土并向后拋送。
旋耕刀旋土寬度為100cm，最大深度為20cm，弧形鏟需及時(shí)將土鏟走防止土壤在旋耕刀作用下發(fā)生繞流設(shè)計(jì)高度為24cm。為保證土壤全部收攏，側(cè)板設(shè)計(jì)為向兩側(cè)張開(kāi)且底部加開(kāi)20cm高的坡口以減小機(jī)具的行走阻力。
圖3-7 集土鏟側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖
圖3-8 集土鏟
圖3-9旋耕取土部件三維結(jié)構(gòu)圖
4.土壤輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
土壤輸送機(jī)構(gòu)是葡萄藤越冬埋土的直接執(zhí)行者，它將土壤輸送到葡萄藤上完成葡萄藤的越冬埋土工作，它的工作性能直接關(guān)系著葡萄藤越冬埋土的質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的土壤輸送機(jī)構(gòu)，包括橫向土壤輸送機(jī)構(gòu)和縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)。為了承接旋耕取土機(jī)構(gòu)和橫向土壤輸送機(jī)構(gòu)之間的土壤輸送，縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成傾斜式?？v向輸送機(jī)構(gòu)與橫向輸送機(jī)構(gòu)之間傾角選擇為35°，這樣既保證了整體結(jié)構(gòu)的緊湊性還使土壤不容易下滑，為防止輸送物料時(shí)由于傾角導(dǎo)致物料下滑本課題在縱向輸送帶上安裝了12個(gè)送土板，防止土壤滑落且便于土壤拋送。
1、輸送帶 2、送土板 3、定位塊 4、梯形槽側(cè)板 5、橫向輸送輥 6、輸送帶托輥 7、縱向輸送輥
圖4-1 土壤輸送機(jī)構(gòu)示意圖
4.1縱向輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1橡膠輸送帶的設(shè)計(jì)
圖4-2 縱向輸送帶
考慮到橡膠輸送帶的轉(zhuǎn)速和載荷，本課題對(duì)輸送帶進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
(1)輸送帶帶寬的確定
帶寬的確定取決于帶速和生產(chǎn)率，生產(chǎn)率按ISO5408計(jì)算方法即：
Q=AvK
式中： Q——生產(chǎn)率(m3/s);
v——帶速(m/s);
K——運(yùn)輸機(jī)傾角影響系數(shù);
A——膠帶上物料最大斷面積;
代入數(shù)值得出膠帶上物料最大斷面積，通過(guò)查表和本機(jī)組的實(shí)際情況，本文縱向土壤輸送帶設(shè)計(jì)寬度為 110cm，橫向土壤輸送帶設(shè)計(jì)寬度為55cm。
(2)輸送帶的強(qiáng)度
對(duì)帆布層的普通輸送帶計(jì)算其層數(shù)
式中Z——輸送帶層數(shù); F1——穩(wěn)定工作情況下輸送帶最大張力;
b——帶寬(mm); ——輸送帶縱向扯斷強(qiáng)度(N/mm·層);
n——安全系數(shù)，按DTll型推薦值參考，對(duì)棉帆布輸送帶n=8～9，對(duì)尼龍、聚酷帆布帶n=10～12。
本文設(shè)計(jì)的輸送帶選用的帆布為4層棉帆布，帶厚為8mm。
圖4-3 輸送帶渲染效果圖
4.1.2輸送輥的設(shè)計(jì)
本課題設(shè)計(jì)的輸送輥中間帶有梯形槽以防止輸送帶在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生跑偏并且在輸送帶上有與其配套的定位塊。
工作時(shí)橡膠定位塊卡在梯形槽中隨著輸送輥旋轉(zhuǎn)給輸送帶定位，從而防止了輸送帶的跑偏現(xiàn)象。
為了防止輸送帶跑偏，在輸送輥帶動(dòng)橡膠輸送帶旋轉(zhuǎn)過(guò)程中至少有一個(gè)定位塊始終處于輸送輥的梯形槽中。即定位塊在輸送帶上的間距小于輸送輥半周長(zhǎng)時(shí)滿足定位塊始終在輸送輥中起定位作用。
即
其中，輸送輥直徑D=140mm
代入公式得
故當(dāng)S<219.8mm時(shí)定位塊始終起到定位作用。本課題設(shè)計(jì)定位塊的間距為150mm。
圖4-4 輸送輥平面示意圖
圖4-5 輸送輥渲染效果圖
5.傳動(dòng)齒輪箱設(shè)計(jì)
5.1中間齒輪箱設(shè)計(jì)
根據(jù)傳動(dòng)方案的選擇，在此設(shè)計(jì)了中間傳動(dòng)錐齒輪箱，
齒輪的設(shè)計(jì)
中間傳動(dòng)換向齒輪主要是錐齒輪的設(shè)計(jì)
參數(shù)選擇
本文主要進(jìn)行了中間Ⅰ、Ⅱ軸上相互嚙合的直齒錐齒輪的設(shè)計(jì)。
選用材料：查表選擇小齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為55～60HRC
大齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為55～60HRC
初選齒數(shù)：取小齒輪齒數(shù)=17
大齒輪齒數(shù)=27 1.59
齒寬系數(shù)取班=0.33
根據(jù)拖拉機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，選擇齒輪精度等級(jí)為8級(jí)
壽命系數(shù) 取
通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得
極限應(yīng)力=470MPa =470MPa
尺寸系數(shù)
安全系數(shù)： =1.4
將上面求得的數(shù)據(jù)代入公式得許用彎曲應(yīng)力
671.4MPa =671.4MPa
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1) 根據(jù)公式
又
分錐角 =arctanu=arctanl.6=57.99
=90一=32
當(dāng)量齒數(shù) =
查手冊(cè)得:
，，，
則
將上述求得的數(shù)據(jù)代入公式(5一9)可得:
由標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=8
按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行校核
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查MQ線得接觸疲勞極限=1500MPa，=1500MPa
取安全系數(shù)=l，壽命系數(shù)=1
則
通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得:，
將數(shù)據(jù)代入公式(5一13)得:
<
因此設(shè)計(jì)的直齒錐齒輪滿足強(qiáng)度要求。
同理設(shè)計(jì)的后輸出傳動(dòng)直齒錐齒輪1采用20CrMllTi滲碳淬火，模數(shù)m=8mm，齒數(shù)z=35；
傳動(dòng)齒輪2采用20CrMnTi滲碳淬火，模數(shù)m=8mm，齒數(shù)z=28。
圖5-1中間傳動(dòng)齒輪箱
5.2側(cè)邊傳動(dòng)齒輪箱設(shè)計(jì)
5.2.1軸承的選擇
本課題設(shè)計(jì)的旋耕刀軸與縱向土壤輸送機(jī)構(gòu)采用側(cè)邊傳動(dòng)。因?yàn)檫@樣不僅使得旋耕刀能夠在刀軸上滿幅工作，提高了作業(yè)效率，而且減小了葡萄埋藤機(jī)旋耕取土部件的動(dòng)力消耗和土壤的阻塞，使得旋耕取土部件拋送的土壤均勻細(xì)膩。
為了增加旋耕刀的旋轉(zhuǎn)半徑，增加旋耕取土量，側(cè)邊傳動(dòng)箱體采用三級(jí)齒輪傳動(dòng)，保證刀軸能夠運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，使上下輸出軸間距離達(dá)到了640mm。本次設(shè)計(jì)的側(cè)邊傳動(dòng)箱輸入軸同時(shí)也作為縱向輸送機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出軸，中間支承軸配合的軸承選用6010深溝球軸承，下輸出軸配合軸承為30209圓錐滾子軸承。
1、軸 2、深溝球軸承 3、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪 4、端蓋 5、箱體、 6圓錐滾子軸承
圖5-2 側(cè)邊傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.2齒輪設(shè)計(jì)
3個(gè)直齒輪都用40Cr鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，硬齒面。
查手冊(cè)得
取齒輪精度為8級(jí)
由輸入軸轉(zhuǎn)速，刀軸轉(zhuǎn)速
得
初選齒輪1齒數(shù)
，
則
即有
圓整為=26
同理得
設(shè)計(jì)1、2級(jí)圓柱齒輪
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
確定公式內(nèi)各數(shù)值
試選載荷系數(shù)
計(jì)算齒輪1傳遞的轉(zhuǎn)矩
取齒寬系數(shù)
查手冊(cè)得材料的彈性影響系數(shù)
按齒面硬度查表得接觸疲勞強(qiáng)度極限
由機(jī)械設(shè)計(jì)式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
取壽命系數(shù)
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
計(jì)算
試算齒輪1的分度圓直徑，代入中較小的值
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬
計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，8級(jí)精度，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8得動(dòng)載系數(shù)
直齒輪，
由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2查得使用系數(shù)
由表10-4用插值法查得8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，
由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓半徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)（10-10a)得
計(jì)算模數(shù)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由機(jī)械設(shè)計(jì)式（10-5）得
確定公式內(nèi)各數(shù)值
由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得齒輪1彎曲疲勞極限，齒輪2的彎曲疲勞極限
取壽命系數(shù)
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
計(jì)算載荷系數(shù)
查取齒形系數(shù)和應(yīng)力系數(shù)
由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得
計(jì)算1、2齒輪的并加以比較
齒輪1的數(shù)值大
設(shè)計(jì)計(jì)算
由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)5.16并考慮到增大齒輪中心距以達(dá)到加大旋耕刀旋土深度將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值
圖5-3 傳動(dòng)鏈輪渲染圖
圖5-4 側(cè)邊傳動(dòng)齒輪箱
６． 葡萄埋藤機(jī)總體裝配圖
通過(guò)以上對(duì)旋耕取土機(jī)構(gòu)、土壤輸送機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們得到葡萄埋藤機(jī)的總體結(jié)構(gòu)并利用三維建模軟件Solidworks對(duì)其進(jìn)行模型的建立與仿真，以下就是本次設(shè)計(jì)的最終結(jié)果
葡萄埋藤機(jī)總體裝配軸測(cè)圖
葡萄埋藤機(jī)主視圖
葡萄埋藤機(jī)側(cè)視圖
葡萄埋藤機(jī)俯視圖
總結(jié)
隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于快完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)以往所有課程設(shè)計(jì)的總結(jié)，要求我們盡量把學(xué)到的知識(shí)毫無(wú)保留得發(fā)揮出來(lái).如今的社會(huì)已是知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的時(shí)代，我們學(xué)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.因?yàn)橹R(shí)的海洋著無(wú)邊際，我們只有不斷的學(xué)習(xí)，不斷的充實(shí)自己，才能不斷邁步向前。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。我有過(guò)為一個(gè)問(wèn)題絞盡腦汁苦苦思索，有過(guò)停在某個(gè)地方徘徊不前甚至茶飯不思的時(shí)候，也有過(guò)靈光一閃，苦思冥想的難題得到圓滿解決的時(shí)候，其中的困惑、苦惱、興奮、激動(dòng)只有自己飽嘗之后才能體會(huì)地真切。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更深刻地明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。
致 謝
經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，在此我要特別感謝我的指導(dǎo)老師 和各位同學(xué)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到不懂的地方，老師總會(huì)耐心地給我講解，不知疲倦地回答我提出的疑問(wèn)，老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度是我絲毫不敢懈怠的動(dòng)力，平時(shí)在宿舍的時(shí)候與各位同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)相互學(xué)習(xí)各種軟件，取長(zhǎng)補(bǔ)短也使我學(xué)到了許多知識(shí)，并通過(guò)比較不同設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)劣，選擇更適合自己的軟件來(lái)完善自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容。得益于這些幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成。另外，還要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)為我們提供良好的設(shè)計(jì)環(huán)境以及對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的高度重視，感謝全體指導(dǎo)老師們對(duì)我們的監(jiān)督和指導(dǎo)，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。
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