822 檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計
822 檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計,聯(lián)合收割機(jī),壓扁,切碎,裝置,設(shè)計
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 1 -檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計1 緒論1.1 課題的提出和意義檸條是豆科錦雞兒屬的一個種,多年生長灌木植物，檸條抗旱、抗寒、耐瘠薄、耐風(fēng)沙、具有極強(qiáng)的生命力和抗逆性。由于對沙地干旱自然環(huán)境條件的適應(yīng)結(jié)果，葉退化為刺。株高 1～3m，冠幅 1m以上。軸根系，根長 4～5m。自然生長狀態(tài)下，壽命 10年左右，如果平茬，壽命 20年以上。檸條莖稈灰白色，直徑多 10～20mm，木質(zhì)堅硬緊實(shí) [1]。鑒于檸條獨(dú)特的生物特性，多年來它一直是內(nèi)蒙古西部及山西西北部和陜西、甘肅等防風(fēng)固沙、防止水土流失的重要選用植物。全國檸條種植面積已達(dá)到 666.66萬 hm2 ，僅山西大同市檸條種植面積達(dá)到 2萬 hm2 [2]。檸條含有豐富的蛋白質(zhì)，開花期鮮檸條干物質(zhì)含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纖維39.3%，無氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可見，檸條還是優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)飼料。未實(shí)施禁牧前，種植檸條的經(jīng)濟(jì)效益主要以牲畜的自然采食來體現(xiàn)，采食率一般在 20%～30%之間。然而由于種植檸條的地區(qū)都是生態(tài)狀況較差的地區(qū)，這類地區(qū)實(shí)行了嚴(yán)格的禁牧舍飼圈養(yǎng)后，使檸條的經(jīng)濟(jì)價值很難體現(xiàn)。其中最關(guān)鍵的問題就是檸條的機(jī)械化平茬收獲技術(shù)沒有得到根本解決。一方面，因?yàn)榇蟛糠值貐^(qū)圈養(yǎng)牲畜的主要飼草青貯或壓縮后的玉米秸稈，牲畜采食種類單一，營養(yǎng)成分不全，導(dǎo)致肉奶品質(zhì)部高，抗病能力下降，不少牲畜都處于亞健康狀態(tài)；另一方面，含有多種營養(yǎng)成分的檸條得不到利用。另外，根據(jù)檸條生長特性，最好 3～4 年平茬一次，否則它的生長速度就會減慢甚至消失 [3]。為解決這些問題，給生態(tài)建設(shè)和舍飼圈養(yǎng)創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的空間，當(dāng)務(wù)之急是研制一種可實(shí)現(xiàn)對檸條進(jìn)行聯(lián)合收割的機(jī)械。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國內(nèi)外暫時還沒有出現(xiàn)對檸條聯(lián)合收割機(jī)成型機(jī)械的報道，現(xiàn)有的對張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 2 -檸條進(jìn)行收割的裝置只有普通的割草機(jī)，還有適用于檸條的平茬機(jī)。普通的圓盤鋸齒式和甩刀式機(jī)具切割后，切口表面形成不光滑的所謂“毛口” ，不利于次年發(fā)芽生長 [3]。這些機(jī)械只能把檸條切割，并沒有處理和收集裝置，切割完以后直接散落到地里，還需要人工進(jìn)行收集。這些機(jī)械的適應(yīng)性差，很多地方還是需要人工砍切收割。由于檸條莖稈木質(zhì)化較高，而且莖稈上多硬刺，人工砍割和收集都非常不容易，收割效率極低而且效果非常差。1.3 本文的研究內(nèi)容及方法根據(jù)國內(nèi)外檸條聯(lián)合收割機(jī)研究的發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)對檸條聯(lián)合收割機(jī)的需求，本文對檸條聯(lián)合收割機(jī)的整體設(shè)計進(jìn)行了研究，首先設(shè)計有效的撥禾裝置把檸條撥入收割臺，采用了往復(fù)式切割器對檸條進(jìn)行切割，隨后送入立式壓扁輸送輥系統(tǒng)進(jìn)行壓扁及輸送，然后送入立式滾筒切割系統(tǒng)對檸條進(jìn)行切碎，最后切碎的檸條掉入集料箱實(shí)現(xiàn)莖稈的收集。本文著重對切割以后的工作部分進(jìn)行了研究。整機(jī)工作流程圖見圖 1-1。立式割臺的立式壓扁輸送輥配置立式滾刀屬獨(dú)特設(shè)計，其特點(diǎn)是立式壓扁輥兼作滾刀的喂入輥，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，問題是秸稈喂入方向與滾刀軸線的垂直性如何，需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；優(yōu)點(diǎn)是秸稈在切碎后輸送相對容易 [4] 。撥禾鏈 往復(fù)式切割器立式切割滾筒 收集料斗夾持輸送鏈 立式壓扁輸送輥圖 1-1 整機(jī)工作流程圖綜上所述，我國檸條收割機(jī)的研制勢在必行，尤其是既能對檸條進(jìn)行收獲，又能對檸條進(jìn)行切斷和收集的聯(lián)合收割機(jī)械的研制更有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。在分析了國內(nèi)外有關(guān)研究現(xiàn)狀之后，發(fā)現(xiàn)本文針對檸條所設(shè)計的立輥式壓扁切割系統(tǒng)還沒有相關(guān)研究，所以有必要進(jìn)行研究分析。設(shè)計中確定了立式滾刀切碎裝置，與立輥式壓扁方式相配套，結(jié)構(gòu)緊湊、切碎質(zhì)量好，大大減輕了整個割臺部分的前伸量和重量 [5]，為檸條收割后的莖稈切碎問題提供了解決方案。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 3 -2 技術(shù)任務(wù)書(JR)檸條是一種很難收割的防風(fēng)固沙的植物，經(jīng)常需要人工砍切收割，即使是使用機(jī)械平茬，莖稈也是散落在地里，工作人員在回收的時候經(jīng)常弄傷自己。本設(shè)計主要目的是既能完成收割也要完成收集，在切割完成以后經(jīng)過簡單的碾壓，輸送進(jìn)切碎裝置中，進(jìn)行切碎粗加工，最后掉入集料箱中。由于現(xiàn)在對檸條的力學(xué)研究還很少，所以本設(shè)計中有部分參數(shù)和計算公式需要套用相似機(jī)械的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或公式。本設(shè)計的關(guān)鍵問題是壓扁輸送輥的長度設(shè)計、碾壓輸送速度、及壓扁輸送輥和滾筒式切碎裝置的安裝角度。若碾壓輸送速度過快，則后面的切碎質(zhì)量無法保證，速度過慢則會產(chǎn)生莖稈的堆積，兩種情況均對機(jī)器作業(yè)不利，最終確定輸送線速度為 ，滾筒切割轉(zhuǎn)速為sm/5.3，壓扁輸送輥與滾筒式切碎裝置的安裝角度定為與豎直面成 。min/210r ?303 設(shè)計計算說明書(SS)3.1 傳動方案的確定傳動方案的設(shè)計是本次設(shè)計的難點(diǎn)和重點(diǎn)，只有傳動方案設(shè)計合理，才能保證整體機(jī)構(gòu)的運(yùn)作，各個環(huán)節(jié)才能有效配合，高效率、高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)檸條的聯(lián)合收割。本次設(shè)計的檸條聯(lián)合收割機(jī)傳動部分的難點(diǎn)在于各部分所需轉(zhuǎn)速不相同，壓扁輸送輥對的轉(zhuǎn)向相反，要實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動，撥禾鏈組也要實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動。本文所設(shè)計的傳動方案簡圖如圖 2-1所示：張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 4 -1.往復(fù)式切割器 2.壓扁輸送輥-1 3.滾筒切碎器 4.壓扁輸送輥-2 5.撥禾鏈圖 2-1 檸條聯(lián)合收割機(jī)傳動簡圖此檸條聯(lián)合收割選取 65馬力柴油發(fā)動機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速 2400r/min,經(jīng)過一級減速器減速，傳入各個機(jī)構(gòu)。兩個壓扁輸送輥安裝在同一平面內(nèi)，形成一個壓扁輸送輥對，為了方便表示，把后面的壓扁輸送輥-2 畫到了側(cè)面。轉(zhuǎn)速的傳遞是：柴油機(jī)輸入的轉(zhuǎn)速傳入一級減速器后，首先不經(jīng)過減速，轉(zhuǎn)速通過減速器主動軸直接傳出，再通過一組皮帶輪和錐齒傳入滾筒切碎器；從滾筒切碎器傳出的轉(zhuǎn)速通過一組二級皮帶輪減速，傳入壓扁輸送輥-1；主動軸傳出的轉(zhuǎn)速通過一組直齒輪改變方向，經(jīng)由一個錐齒輪組和一個二級皮帶輪減速傳入壓扁輸送輥-2，這樣就實(shí)現(xiàn)了壓扁輸送輥對的相對運(yùn)動。同理，由減速器從動軸傳出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過一系列的齒輪和皮帶輪傳動，可以實(shí)現(xiàn)撥禾鏈的相對運(yùn)動，往復(fù)式切割器則再通過一組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 5 -3.2 傳動皮帶輪的設(shè)計計算3.2.1 減速箱主動軸傳出的皮帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速 2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 2100r/min, 。14.20?i（1）V 帶型號的選擇：V 帶星號應(yīng)根據(jù)計算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速 來選取，caPn。計算功率是根據(jù)傳遞的功率 ，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運(yùn)轉(zhuǎn)時間的長短P等因素來確定的。（1）Kac?式中： ——計算功率， ；csPkW——傳遞的額定功率， ；——工作情況系數(shù)。AK其中： = ， =1.3，則計算出 = 。Pk5.12AcsPkW25.16（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1dV帶型號，選取 為 B型 140mm，則根據(jù)傳動比算出 =160mm。1d 2d（3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a（2）)(2)(7.021021 dda???則最小 =210mm。0a確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：'dL（3）0212104)()(2' addaLd ?????得出 =891.48。根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度 ，則'd'd'dLdL=900mm。再根據(jù) 來計算實(shí)際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，dLd故可采用下式做近似計算：張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 6 -（4）2'0dLa???計算得最小中心距 =214mm(4)驗(yàn)算主動輪上的包角 ：1?（5）??? 1203.578021 ????ad計算得 = ，符合要求。1???26.74?（5）確定帶的根數(shù) z（6）LcaKP?)(0???式中： ——包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)；?K——長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)；L——單根 V帶所能傳遞的功率， ；0PkW——單根 V帶 時的功率增量， 。?1?i計算得 =4.7 5根。z?3.2.2 滾筒到減速軸的皮帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速 2100r/min，傳動比 3.76，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 558.5r/min。?i（1） =2 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1dV帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據(jù)傳動比算出 =376mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪1d 2d直徑，選擇 =375mm。2（3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a根據(jù)式（2）計算可得 =332.5mm。0確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 7 -根據(jù)式（3）得 =1467.6mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd，則 =1600mm。再根據(jù) 來計算實(shí)際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =399mm。a(4)驗(yàn)算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要1?1???205.4??求。 （5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz?3.2.3 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速 558.5r/min，傳動比 2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 233r/min。?i（1） =2 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.6 。PkWcsPkW（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1dV帶型號，選取 為 A型 112mm，則根據(jù)傳動比算出 =280mm。 1d 2d（3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a根據(jù)式（2）計算可得 =275mm。0確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL根據(jù)式（3）得 =1191mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd，則 =1250mm。再根據(jù) 來計算實(shí)際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =305mm。a(4)驗(yàn)算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要1?1???204.8??求。 （5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz39?3.2.4 減速器從動軸到撥禾鏈齒輪箱的帶輪組小帶輪轉(zhuǎn)速 533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為 192r/min，則傳動比為 2.5。?i（1） =1.6 ，根據(jù)公式（1）可得 =2.08 。PkWcsPkW（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 、 ：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 。根據(jù)1d2 1d張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 8 -V帶型號，選取 為 A型 100mm，則根據(jù)傳動比算出 =278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪1d 2d直徑，選擇 =280mm。2（3）確定中心距 和帶的基準(zhǔn)長度 ：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 。adL0a根據(jù)式（2）計算可得 =266mm。0確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長 ：0a 'dL根據(jù)式（3）得 =1159mm，根據(jù) 選取和 最相近的 V帶的基準(zhǔn)長度'dL'dL'd，則 =1250mm。再根據(jù) 來計算實(shí)際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距 =312mm。a(4)驗(yàn)算主動輪上的包角 ：根據(jù)式（5）得： ，符合要求。1?1???209.46??（5）確定帶的根數(shù) ：根據(jù)式（6）計算得： = 根。zz5?3.3 切割器的選擇切割器是收獲機(jī)械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷。目前，已廣泛使用和報道的切割器有：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式、甩刀式、帶式等。這方面的研究國內(nèi)外均有報道。基本情況是：1.往復(fù)式切割器：往復(fù)式切割器由動刀片和定刀片組成，動刀片多數(shù)在刀刃上面刻有齒紋，少數(shù)在下面刻有齒紋，防止禾株在從剪切口滑出，并有自磨刃作用。在機(jī)器前進(jìn)的同時，動刀片與定刀片組成割幅，定刀片與護(hù)刃器成為切割時的兩個固定支撐點(diǎn)，動刀片以一定的速度在兩支撐點(diǎn)之間做往復(fù)切割。往復(fù)式切割是目前國內(nèi)外稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)上應(yīng)用最廣的一種切割器，現(xiàn)基本標(biāo)準(zhǔn)化。其切割速度一般為1.5～2m/s作業(yè)速度低，一般不超過9km/h。這種切割器平均切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，廣泛用于谷物收割機(jī)上。它的缺點(diǎn)是往復(fù)憤性力大，割臺振動和噪聲大，存在重割和漏割，割茬不整齊。2.回轉(zhuǎn)式切割器： 回轉(zhuǎn)式切割器主要用于收獲牧草、 青飼料等粗莖稈作物，少數(shù)谷物收獲機(jī)上也使用這種切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器切割速度高，一般是，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 9 -可適應(yīng)10～25km/h的高速作業(yè)，慣性力易平衡，震動較小，結(jié)構(gòu)簡單，但回轉(zhuǎn)半徑小，不宜寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費(fèi)用高。3.甩刀式切割器：甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機(jī)上，目前國內(nèi)外收割機(jī)上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護(hù)罩等組成。刀片鉸接在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面(與前進(jìn)方向平行)內(nèi)回轉(zhuǎn)。這種切割器轉(zhuǎn)速高，圓周速度達(dá)50～70m/s，但割幅較窄，一般為0.8～2m。在割幅較大的機(jī)器上，多采用多組并聯(lián)結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外最大的割幅為6m。4.回轉(zhuǎn)帶式切割器：這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀，一邊為帶體，連接兩端構(gòu)成傳動帶，一邊為刀體，刀體間有一定距離，刀體端開有刀齒，刀齒為梯形。工炸時，在驅(qū)動帶輪的帶動下，帶體在水平面內(nèi)繞兩帶輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動刀齒切割作物?？蓪?shí)現(xiàn)高速作業(yè)、高速切割及無支承切割，切割速度可高于17m/s，作業(yè)速度可高于15km/h，無往復(fù)慣性力，割刀工作平穩(wěn)，割臺振動小，工作平穩(wěn)，割茬整齊，無撕裂、漏割和堵刀現(xiàn)象，適于收割小麥、水稻等細(xì)莖稈作物和牧草。5.齒形鏈?zhǔn)角懈钇鳎簞拥队疑喜繛榍懈疃?，呈梯形，根部為傳動齒，同齒形鏈節(jié)板，將其與標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈節(jié)板鉸接成一封閉的刀鏈，刀鏈在主動鏈輪的驅(qū)動下，在上下水平導(dǎo)軌的引導(dǎo)下，在水平面內(nèi)作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動，其緊邊與護(hù)刃器構(gòu)成切割幅，對作物莖稈切割。綜上所述，根據(jù)檸條的生物學(xué)特性，從切割效果、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、動力配置等多放面綜合考慮，本設(shè)計選擇了技術(shù)比較成熟的往復(fù)式割刀。3.4 撥禾裝置的設(shè)計衡量作物收獲質(zhì)量好壞的一個最主要指標(biāo)是損失率。由于收獲流程的前后順序所致，割臺損失率首當(dāng)其沖。撥禾裝置位于收割機(jī)的最前端，收獲作物時，它扶起并歸攏作物，撥向切割器；在切割器切割作物時，前方扶持莖稈以防止向前傾倒；最后把切斷的作物及時推向壓扁輥。撥禾輪的結(jié)構(gòu)簡單、可靠，多用于大中型收割機(jī)上的聯(lián)合收獲機(jī)上。但是由于檸條莖稈硬度高切有比較高的柔性，采用撥禾輪的效果不好，且撥禾輪一般應(yīng)用于臥式收割臺的結(jié)構(gòu)中，不適用于本設(shè)計的立式收割臺。本設(shè)計最終采張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 10 -用鏈?zhǔn)綋芎唐鳎捎行У陌褭帡l撥入切割裝置。3.5 夾持輸送裝置的設(shè)計夾持輸送裝置是本機(jī)的重要部分，它影響著本機(jī)的結(jié)構(gòu)、復(fù)雜程度和工作可靠性。檸條植株由撥禾禾鏈強(qiáng)制撥入夾持鏈，在夾持同時，切割器把檸條植株切斷，被切斷的植株在夾持鏈作用下向后輸送直至喂入摘穗輥。3.6 立輥式檸條壓扁輸送裝置的設(shè)計壓扁輸送裝置是檸條前割臺的核心，直接影響到整機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)，如損失率、切割達(dá)標(biāo)率等。該裝置能在壓扁檸條莖稈的同時將莖稈強(qiáng)制喂入滾刀切碎，使壓扁輥與滾刀間莖稈輸送通暢，不堵塞。其次，莖稈及莖節(jié)被碾壓后對切碎和提高飼料的品質(zhì)起很好的作用 [5]。立輥式壓扁輸送裝置的壓扁輥兩軸線所在平面與垂直面成前傾 25°～35°夾角，檸條植株由往復(fù)式割刀割斷后經(jīng)夾持鏈輸送至壓扁輥，通過立式壓扁輥壓扁。植株在弧形擋禾板和加持的作用下與壓扁輥軸線成 50°～70°角。由于螺旋線的提升作用，壓扁后的植株基本與壓扁輥成垂直角度向后輸送進(jìn)切碎滾筒切碎。3.6.1 壓扁輸送輥的整體設(shè)計立式壓扁輸送輥上設(shè)有螺旋線凸棱，見圖 3-1。檸條莖稈由切割器切斷后被輸送鏈夾持輸送至壓扁輥，頂部首先進(jìn)入兩輥之間，隨著壓扁輸送輥對的相向旋轉(zhuǎn)，莖稈以速度 沿軸線上升，以速度 向后輸送，當(dāng)輸送到一定高度時，2v1v莖稈僅依靠壓扁輥對莖稈的推擠和慣性力作用向上移動，同時以速度 1快速向v后輸送 [6]。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 11 -圖 3-1 壓扁輸送輥結(jié)構(gòu)圖3.6.2 壓扁輸送輥的長度設(shè)計壓扁輸送輥的長度既要滿足不同長度莖稈的要求，又要滿足沿輥長容納莖稈的株數(shù)。設(shè) 為滿足最長莖稈高度的壓扁輸送輥長度。設(shè)莖稈以根部單株均勻喂入'L壓扁輸送輥對中，初始喂入角 ，莖稈受壓扁輸送輥拉壓力的作用沿徑向后移，0?受螺旋推動力的作用沿軸線方向上移，設(shè)徑向速度 ，軸向速度 ，則1v2v)'(601????Dnv（7） )(2s（8）式中： ——壓扁輸送輥螺旋凸棱的螺距；s——壓扁輸送輥直徑；D——壓扁輸送輥轉(zhuǎn)速；n——莖稈沿軸線移動的打滑率；?——莖稈沿徑向移動的打滑率。'經(jīng)查閱資料 =0.05～0.08； 與壓扁輸送輥間隙、莖稈含水率、莖稈的直'??徑等因素有關(guān)，變化范圍較大，經(jīng)驗(yàn)值一般為 0.4～0.6。為避免莖稈堆積，壓扁輸送輥的速度應(yīng)較高一些，一般情況下，壓扁輥主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)是機(jī)器前進(jìn)速張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 12 -度的三倍以上 [7]。本設(shè)計中機(jī)器前進(jìn)速度定為 ，所以8.0sm/。smn/4.238.0???莖稈沿自身方向輸送的速度 ?cossin21vvj??（9）設(shè)計要求 ，即 ，否則不能正常工作，則0?jvssi21j 0?（10）1varctg?莖稈從進(jìn)入位置到與壓扁輸送輥軸線垂直位置， 角由初始喂入角 變化?0?到 ，所以平均速度為2?（11）???dvvj )cossin(21210????（12）)]sin1([202010 ????vj牽引莖稈從割茬根部至最高點(diǎn)的時間 ，莖稈從割茬根部至最高點(diǎn)的長度 。t l則牽拉莖稈長度 所需的時間為l（13）)sin1(cos2001????vlvltj（14）)si(cs' 02012vltL設(shè) 為滿足沿壓扁輸送輥長度方向容納莖稈株數(shù)的工作長度。機(jī)器行走世'L間 內(nèi)，收獲玉米株數(shù)為t（15）tpvzm??式中： ——機(jī)器前進(jìn)速度， ；mvs/山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 13 -——單位長度（ ）內(nèi)檸條株數(shù)， 。pm米株 /沿壓扁輸送輥工作長度 ，容納的莖稈數(shù)位'L（16）dkz''?式中： ——莖稈的平均直徑；d——壓扁輸送輥呢秸稈充滿系數(shù)。k設(shè)計時要求容納的莖稈數(shù) 大于收獲的莖稈株數(shù) ，即'zz（17）dLkptvm'?（18）?'（19）)sin1(cos)2' 001???vkplLm實(shí)際設(shè)計長度既要滿足 又要滿足 的要求，即 。''L]',ax[L?各參數(shù)取值范圍為， = ～ ， ， [8]，0??5?7svm/8.?米株 /3?p， ～ 。md30?3.k6設(shè)計原則是壓扁輸送輥的工作長度在滿足大于 和 的要求下，盡可能取'L'小值，以使結(jié)構(gòu)緊湊，一般取 400～550 。本設(shè)計最終選定輥長為 500 。m3.6.3 壓扁輸送輥材料的選擇現(xiàn)在市面上的壓扁輥有三種類型：1.鋼-鋼壓扁輥：兩個壓扁輥均由鋼材料加工而成，優(yōu)點(diǎn)是碾壓力大，耐磨損，適合碾壓較硬的植物枝條；缺點(diǎn)是造價高，重量大，需要機(jī)器的動力大。2.橡膠-橡膠壓扁輥：兩個壓扁輥均為橡膠材料，優(yōu)點(diǎn)是吸入性好，丟失率率低，碾壓力小，適用于柔軟的牧草，在不破壞其形狀的同時對其進(jìn)行壓扁處理；缺點(diǎn)是磨損大，尤其是在對較硬植物枝條進(jìn)行作業(yè)的時候，壓扁輥的磨損尤其嚴(yán)重，容易造成卡機(jī)。3.鋼-橡膠壓扁輥：介于前兩者之間的一種壓扁輥。兼顧了吸入率和低損耗的優(yōu)點(diǎn)，但是對于硬度較高的植物枝條依然存在磨損較大的缺點(diǎn)。結(jié)論：檸條枝條有較高的木化程度和柔韌性，對壓扁裝置的損耗很大，鑒張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 14 -于這種生物學(xué)特性，以及三種類型的壓扁輥的物理特性，綜合考慮，本設(shè)計選擇采用鋼-鋼結(jié)構(gòu)的壓輥，兼顧了本設(shè)計需要碾壓力大和損耗低要求。綜上所述，本章主要對立式割臺的各個部件進(jìn)行了方案的選擇和設(shè)計，重點(diǎn)對壓扁輸送輥進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)計算。壓扁輸送是本章的難點(diǎn)，壓扁輸送裝置的可靠性決定了整體機(jī)械的穩(wěn)定性，文中將這一問題作為重點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)計了立式壓扁輸送輥。這個設(shè)計不僅能歸整切割下來的檸條，使其變的有序，并對其進(jìn)行壓扁處理，而且能與后面設(shè)計的立式滾刀組成單元結(jié)構(gòu)，使莖稈切碎裝置變得簡單。3.7 立式莖稈切碎裝置的設(shè)計立式莖稈切碎裝置是本次設(shè)計的重點(diǎn)，立式莖稈切碎裝置與立輥式壓扁輸送裝置配套實(shí)現(xiàn)檸條的收割和粗加工，結(jié)構(gòu)簡單，莖稈切碎效果好、功耗低，能和割臺配置緊湊?，F(xiàn)有的設(shè)備技術(shù)是立式輥配套盤刀或臥式滾刀切碎裝置，它不但結(jié)構(gòu)龐大，甩刀則為無支撐切割，動力消耗也大。立式莖稈切碎裝置安裝在檸條壓扁輸送輥的后方，并與機(jī)架相連，其驅(qū)動部件與收獲動力系統(tǒng)相連，且與壓扁輸送輥有速比約束。3.7.1 滾筒式切碎刀的設(shè)計滾筒式切碎刀最初設(shè)計為螺旋刃刀片，螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平穩(wěn)，但制造工藝復(fù)雜，成本高。到 20世紀(jì) 70年代末，直刃斜裝滾刀在我國得到迅速推廣 [9] 。直刃斜裝滾刀制造簡單，但功耗較大且系統(tǒng)振動。后來出現(xiàn)的橢圓刃口平板刀既功耗小，又制造方便、成本低，但須與拋送葉片連接，以達(dá)到機(jī)械式氣流輸送的目的。本課題立式滾刀在設(shè)計時采用橢圓刃口的平板刀，既能使在切割過程中實(shí)現(xiàn)滑切，又能使結(jié)構(gòu)緊湊，易于在壓扁輸送輥后布置。3.7.2 平板動刀刃口線的形成平板刀刃口曲線是橢圓曲線的一部分，結(jié)構(gòu)見圖 3-1。圖中是一平面與圓柱軸線傾斜相截時形成的曲線就是橢圓刃口的曲線。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 15 -圖 4-1 橢圓刃口的形成圖中有效高度 ，半徑為 。截平面與圓筒軸線之間夾角為 ，與圓筒上LR?端面截交于 A、B 兩點(diǎn)，下端面截交于 C、D 兩點(diǎn)。其截交點(diǎn) A、B 的連線與圓心距離為 ，與半徑 夾角為 ；截交點(diǎn) C、D 的連線與圓心距離為 ，與uHO'mu? dH半徑 夾角為 ；若圓筒按順時針方向轉(zhuǎn)動。則平板刀前面與圓柱表面的C'md?截交線 AC是平板刀的橢圓刃口曲線。設(shè)計中選圓筒長 ，直徑 ， ， 。L560?20?mHu52?d80?則有截平面的傾斜角（20）?86.arctn?Lud?橢圓長軸： ；橢圓短軸： ；焦距：mDa5.40si2?Db20?；離心率： 。4022??bc 197.?ae由此可知該橢圓極為扁平，圓筒上的全部橢圓刃口曲線有著較大的曲率半徑。現(xiàn)做如下討論。橢圓方程為 （21）2xaby???則曲率為 （22）3/2]'1[Kx?得 （23）2'aby??張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 16 -（24）3/2)('xaby??故 （25）3/224)]([bKx由圖幾何關(guān)系可得（26）?sinXH?則 （27）8.1045.2A（28）6siC由以上各點(diǎn)數(shù)據(jù)，還可通過解出 的一階、二階導(dǎo)數(shù)，求出曲率半徑和曲Y率中心 ，對此曲線段定量分析。從這些數(shù)據(jù)和圖形可以看出刀刃雖在橢)(??、圓曲線段的曲率半徑從 到 ，由小變大， 對應(yīng)的曲線之平'O' 86.52??ACX均曲率半徑 ，可見刀刃線趨向平直。13485?R3.7.3 刀片安裝前傾角 的確定?平板刀刀刃 AB的運(yùn)動軌跡為圓柱面。刃口曲線是圓柱被平面所切的橢圓曲線的一段，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 4-2所示。從圖中可得到所切橢圓曲線方程為：（29）1)sin/(22???RZXoo山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 17 -圖 4-2 平板刀在滾筒體上的結(jié)構(gòu)參數(shù)平板刀結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系可用下式表示：（30）??sinRZtg?式中： ——刀刃上 A點(diǎn)的坐標(biāo)值；Z——扭轉(zhuǎn)角，平板刀刀面所在平面與滾筒中心線的夾角；?——切碎滾筒刀刃軌跡半徑；R——平板刀刀刃上 A點(diǎn)的安裝前傾角。?從理論分析中可知：當(dāng)?shù)度袨榛⌒稳锌跁r，這樣的刀刃線回轉(zhuǎn)起來是一個圓柱面。因此，平板刀式滾筒切碎器的動刀是平板刀，定刀是平直刃刀的情況下，定刀安裝位置正常而不傾斜，這樣可獲得一定的滑切角，切割回轉(zhuǎn)角也較大，故切碎器的性能較好。實(shí)驗(yàn)表明， 角越大，其切碎性能越好，但拋送性能越差。因此在設(shè)計中，?角選取應(yīng)在保證可靠拋送切碎物的前提下，盡量大一些。本設(shè)計中采用? ??～ 。 [10]?57?60張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 18 -3.7.4 扭轉(zhuǎn)角 的確定?扭轉(zhuǎn)角 即刀片刃線相對于回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)角，與滾筒長度或直徑有關(guān)。由于受平板刀切碎滾筒的結(jié)構(gòu)限制，一般取扭轉(zhuǎn)角 = ～ 。 [11]本設(shè)計取值為??47。?7??3.7.5 平板刀尺寸設(shè)計平板刀結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4-3所示。圖 4-3 平板刀結(jié)構(gòu)尺寸平板刀刃角 一般都較小，常取 ～ ，考慮到刀刃的強(qiáng)度，我們?nèi)??21?5。?25??為保證切割的平穩(wěn)性，連續(xù)性，使每把刀的切割阻力矩小，我們采用多把動刀。單邊刀數(shù) 把，雙邊攻擊 把，呈八字形排列。如圖。每把刀片長取48，材料選擇 50CrA,刃口淬火硬度為 55～60HRC。m301?3.7.6 莖稈切碎長度的計算為了滿足儲存和加工的要求，應(yīng)規(guī)定莖稈切碎的長度。技術(shù)要求小于。30莖稈理論切碎長度 ：l山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 19 -（31）4106)1(znvlzidl???或??式中： ——滾刀與壓扁輸送輥的傳動比；i——壓扁輸送輥直徑；d——動刀片數(shù)量；z——莖稈對壓扁輸送輥的打滑率；?——滾刀轉(zhuǎn)速；n——莖稈喂入速度。v由上式可知，改變壓扁輸送輥與滾刀的傳動比 或刀片數(shù)量 ，可以改變莖iz稈的切碎長度。經(jīng)過查閱相關(guān)資料 [3]～[5] ，設(shè)計中應(yīng)用參數(shù)，壓扁輸送輥喂入速度 ，滾刀轉(zhuǎn)速 ，動刀片數(shù)量 ，理論切碎長度 。sm/5.3min/210r8m25這部分章節(jié)主要介紹了立式莖稈切碎裝置的研制過程，設(shè)計中采用了先進(jìn)的滾刀式圓筒切碎器。該切碎裝置由固定安裝的定刀片組和與其配套切割的滾刀組成，采用立式安裝，與立式壓扁輸送輥相配置。滾刀采用橢圓刃口的平板刀，本章詳細(xì)分析了橢圓刃口的形成和刀刃的幾何角度，指出橢圓刃口平板刀既有功耗小、制造方便、成本低的特點(diǎn)，又有其自身難以克服的缺點(diǎn)。這種方案的提出為檸條莖稈提供了新的切碎方法。3.8 收集料斗的設(shè)計集料箱安裝在滾筒切碎刀下方，可活動拆卸，能從機(jī)器后部人工取出，方便物料的卸出。由于本設(shè)計滾筒切碎裝置為傾斜豎直面 安裝，所以首先需要在滾筒外?30延安裝適當(dāng)?shù)膿醢澹刮锪舷侣浞较蚋淖?，便于收集。設(shè)計集料箱時，可根據(jù)整機(jī)內(nèi)部空間確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)。集料箱材料為普通鐵皮，形狀設(shè)計上選擇性大，在作業(yè)過程中，盡可能的提高集料箱的容積，可提高作業(yè)效率。張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 20 -4 使用說明書(SM)（1）使用前應(yīng)檢查減速器中冷卻系統(tǒng)是否能正常工作。（2）注意每個齒輪箱中軸承的潤滑，沒潤滑油時及時添加。（3）檢查每個傳動皮帶輪的松緊，太松容易脫離，太緊容易斷裂。（4）檢查往復(fù)式割刀是否在軌道，如果不在，立馬停止運(yùn)行。（5）在使用中經(jīng)常檢查傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，注意各緊固機(jī)件是否松動，如果松動立刻停止運(yùn)行。（6）當(dāng)工作一定時間后，應(yīng)當(dāng)檢查撥禾鏈上是否有割下來的雜物，及時清理，否則影響切割。（7）收料箱滿后及時處理，以免影響正常工作。（8）在收割作業(yè)時，機(jī)器應(yīng)盡量走直線，保持勻速作業(yè)，根據(jù)負(fù)荷的狀況調(diào)節(jié)好油門，避免因負(fù)荷大小變化突然增、減速，更不能突然拐彎，以免影響作業(yè)質(zhì)量。（9）聯(lián)合收割機(jī)在日常工作中，要定期進(jìn)行潤滑保養(yǎng)，檢查各部件的技術(shù)狀態(tài)。對工作負(fù)荷大、轉(zhuǎn)速高、振動大的部件要重點(diǎn)檢查保養(yǎng)。當(dāng)某一部件出現(xiàn)損壞時應(yīng)及時更換，切不可將就使用，這樣做不僅可延長機(jī)器的使用壽命，還可減少事故發(fā)生，降低作業(yè)成本和提高工作效率。（10）聯(lián)合收割機(jī)在投入正常作業(yè)之前，應(yīng)根據(jù)作物的狀況，對機(jī)器割茬高度、作業(yè)速度等作業(yè)性能進(jìn)行調(diào)整。（11）聯(lián)合收割機(jī)的使用具有季節(jié)性，一般存放時間較長，所以出車前應(yīng)注意檢查機(jī)器的各部件是否完好；離合器、制動踏板自由行程是否適當(dāng)；螺栓、螺母是否松動等，以確保機(jī)器的技術(shù)狀態(tài)良好。還要檢查隨車備件，如刀片、皮帶等易損配件是否配備；常用工具及相關(guān)證件是否齊全等。5 標(biāo)準(zhǔn)化審核報告（BS）5.1 產(chǎn)品圖樣的審查檸條聯(lián)合收割機(jī)的傳動裝置和刀具設(shè)計已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 21 -和一線基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對其進(jìn)行標(biāo)注化審查，結(jié)果如下：（1） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合 GB4440-84、GB-83《機(jī)械制圖》的規(guī)定。（2） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。（3） 產(chǎn)品圖樣的編號符合 JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》產(chǎn)品圖樣及設(shè)計的完整性。（4） 圖紙的標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的規(guī)定。（5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合 GB131-83《表面特征代號及注法》的規(guī)定。（6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號符合 GB324-80《焊縫代號》的規(guī)定。5.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查（1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語符合 ZB/TJ01和 0351-90《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件術(shù)語》及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（2） 量和單位符合 GB3100—GB3102-93的規(guī)定。（3）技術(shù)文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998《機(jī)械工業(yè)企業(yè)計算機(jī)輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。（4）技術(shù)文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性》的規(guī)定及農(nóng)機(jī)部門的有關(guān)具體要求。5.3 標(biāo)準(zhǔn)件的使用情況本設(shè)計所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，材料及材料代號也符合國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。5.4 審查結(jié)論經(jīng)過對剪草機(jī)裝置和傳動設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計基本貫徹了國家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)，圖紙和設(shè)計文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化得要求。張曉舟：檸條聯(lián)合收割機(jī)壓扁及切碎裝置的設(shè)計- 22 -結(jié)論設(shè)計這款檸條聯(lián)合收割機(jī)，可以對檸條進(jìn)行收割，并且完成檸條莖稈的粗加工和收集，可以滿足廣大檸條種植地區(qū)對檸條收割的要求，便于后續(xù)的加工處理。但是設(shè)計中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用類似機(jī)械的數(shù)值，對于檸條這種特殊的固沙植物來說，必然有不適合之處，比如輸送壓扁輥與滾筒切碎裝置間的距離、植株的喂入角度、滾筒切碎筒轉(zhuǎn)速與喂入速度的關(guān)系等，這些數(shù)據(jù)的確定都需要大量的針對檸條的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，從而使得本設(shè)計成為進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)和方向。相信此款檸條聯(lián)合收割機(jī)經(jīng)過完善后，會成為檸條聯(lián)合收割的優(yōu)秀機(jī)械。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書- 23 -參考文獻(xiàn)[1]劉晶,魏紹成,李世鋼.檸條飼料生產(chǎn)的開發(fā)[J].草業(yè)科學(xué),2003,20(6):32 [2]孫毅斌.檸條生物特性分析與產(chǎn)業(yè)化途徑研究[M].[3]楊志宏.檸條機(jī)械化平茬收獲的特點(diǎn)和難點(diǎn)[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,2005,第一期,總第 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-致謝通過這次畢業(yè)設(shè)計，結(jié)合工作中的實(shí)際生產(chǎn)情況，所獲得的收獲是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出平常的。畢業(yè)設(shè)計是在我們學(xué)完教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)課及專業(yè)課這后進(jìn)行的。這是我們對所學(xué)課程的一次總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，這在我們大學(xué)生活中占有重要地位。就我個人而言，我希望通過學(xué)習(xí)這次畢業(yè)設(shè)計對自己現(xiàn)在從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題的能力，為今后的工作打下良好的理論基礎(chǔ)。由于能力有限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。最后衷心感謝大學(xué)四年來所有教過我的各位老師，對我?guī)啄陙淼男燎诮逃蜔崆閹椭?，讓我在充?shí)自身文化素質(zhì)的同時學(xué)到了很多治學(xué)的方法。衷心感謝我的導(dǎo)師郭玉明教授，在畢業(yè)設(shè)計中對我的指導(dǎo)，關(guān)心和幫助，感謝父母親對我此次畢業(yè)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)上的指導(dǎo)，還有同組成員張晶同學(xué)的通力合作，使我能順利完成此次畢業(yè)設(shè)計，順利的完成學(xué)業(yè)。張曉舟2009 年 6 月
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