3263 葡萄埋藤機設(shè)計及其仿真,葡萄,埋藤機,設(shè)計,及其,仿真
葡萄埋藤機設(shè)計及其仿真模型的建立設(shè)計說明書學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化班 級 12-1 指導(dǎo)教師 日 期 2012-05-28 大學(xué)教務(wù)處制目 錄1.緒論 ...................................................................11.1 本課題來源及其研究的目的和意義 ..............................................11.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析 ..................................11.2.1 國外研究現(xiàn)狀 ..............................................................11.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ..............................................................12.葡萄埋藤機的總體設(shè)計 ...................................................32.1 研究內(nèi)容 ....................................................................32.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ..............................................................42.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計 ................................................................42.3.1 總傳動方案的確定 ..........................................................42.3.2 各部分傳動速度的設(shè)計 ......................................................52.3.3 各軸功率的計算 ............................................................52.4 葡萄埋藤機工作原理 ..........................................................53.旋耕取土部件的設(shè)計 .....................................................53.1 旋耕刀的設(shè)計及排列方案 ......................................................53.1.1 旋耕刀的設(shè)計要求 ..........................................................53.1.2 旋土刀片的排列方案 ........................................................63.2 旋耕刀軸的設(shè)計 ..............................................................83.3 集土鏟設(shè)計 ..................................................................84.土壤輸送機構(gòu)設(shè)計 ......................................................104.1 縱向輸送機構(gòu)設(shè)計 ...........................................................104.1.1 橡膠輸送帶的設(shè)計 .........................................................104.1.2 輸送輥的設(shè)計 .............................................................115.傳動齒輪箱設(shè)計 ........................................................125.1 中間齒輪箱設(shè)計 .............................................................125.2 側(cè)邊傳動齒輪箱設(shè)計 .........................................................145.2.2 齒輪設(shè)計 .................................................................156.葡萄埋藤機總體裝配圖 ..................................................17總 結(jié) ....................................................................19致謝 ....................................................................20參考文獻 ................................................................21塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計11.緒論1.1 本課題來源及其研究的目的和意義葡萄是我國主要的水果品種。近年來，隨著我國農(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。根據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2005年我國葡萄栽培面積為 40.81 萬公頃，產(chǎn)量達到 579.4 萬噸，在我國果樹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)?；?、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展格局。隨著葡萄生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展．對葡萄生產(chǎn)全程機械化的需求也越來越高，同時也為葡萄生產(chǎn)全程機械化發(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℃時就受凍害；玫瑰露(底拉洼)、羅也爾玫瑰（布來頓）、耐格拉等歐洲雜交種在-6℃～-8℃時就受凍害；貝達（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)，也就形成了我國特有的葡萄種植方式，即我國北方地區(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。目前我國北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)中,冬季埋藤是葡萄種植生產(chǎn)過程中勞動強度最大、質(zhì)量要求高、時間性強的作業(yè)。葡萄藤埋土防寒、防風(fēng)干時，要求土壤要細碎，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，埋土防寒后冬季進行田間檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時補救。防寒后及時灌冬水，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 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，因此在栽培上適當斷根是可以的，但不能大量斷根。根系生長的土壤溫度是21～25℃，超過 28℃或低于 10℃時即停止生長。葡萄根系發(fā)達，有很強的吸收能力和養(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，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、結(jié)果便會大受影響。因此，埋土防寒時要特別注意根系防寒。但長期以來，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)存在勞動效率低、埋土不勻、土塊大、容易漏風(fēng)透氣的缺點，極易造成葡萄藤風(fēng)干死亡。這嚴重制約了葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程。因此，葡萄種植農(nóng)戶對該生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械作業(yè)有著強烈的要求。葡萄越冬覆土如果能夠?qū)崿F(xiàn)機械化生產(chǎn)，將有力地推動葡萄生產(chǎn)的規(guī)模化，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)濟效益。同時，也增加了營機戶的收人，而營機戶收入增加可以投入更多的資金購買先進的農(nóng)機裝備。更好地服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的各個領(lǐng)域。本課題為分析我國葡萄埋藤機械化研究現(xiàn)狀．展望葡萄埋藤作業(yè)機械化技術(shù)的發(fā)展方向，闡述推廣葡萄埋藤機械化的意義，為促進葡萄種植業(yè)增產(chǎn)、增效和果農(nóng)增收提供理論依據(jù)。1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析1.2.1 國外研究現(xiàn)狀國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，為其機械化作業(yè)提供了便利條件。美國是世界葡萄生產(chǎn)大國，不僅產(chǎn)量和面積超過我國，而且其葡萄機械化生產(chǎn)管理水平也處于世界領(lǐng)先地位。美國農(nóng)民經(jīng)營葡萄園規(guī)模較大，農(nóng)業(yè)機械化程度很高。在美國，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)機械；釀酒葡萄根據(jù)需要可以進行機械收獲。因此，美國的葡萄栽培技術(shù)和生產(chǎn)管理己實現(xiàn)了標準化、信息化和全程機械化，現(xiàn)正向自動化和智能化方向發(fā)展。與我國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、出土也實現(xiàn)了機械化。查閱相關(guān)資料未發(fā)現(xiàn)國外機型的報道。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀相比之下，我國葡萄生產(chǎn)與國外不同。我國葡萄種植區(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，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。我國葡萄種植絕大多數(shù)在北方，也就形成了我國特有的葡萄種植方式，其中，葡萄越冬防寒埋土是一項重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，它在我國的葡萄種植生產(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，影塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2響葡萄品質(zhì)等級，不利于葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。目前，我國葡萄機械化仍屬于起步發(fā)展階段，機械化水平還相當落后。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。盡管國內(nèi)有關(guān)科研院所和企業(yè)圍繞葡萄生產(chǎn)管理機械化也開展了一些技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)，并開發(fā)出埋藤、植保、施肥、松土等田間作業(yè)機具。但仍未能大面積推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)葡萄埋藤機大都由旋耕機改進而成，具有較強的可操作性，比人工埋土效率和質(zhì)量都有很大的提高。按埋藤機工作原理來分，現(xiàn)有機型分三種型式：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)拋式機型。大型雙側(cè)埋藤機只需在行間走一次即可完成掩埋一行葡萄藤（兩個半行）；中型埋藤機需沿著葡萄種植行兩側(cè)來回一周才能完成掩埋一行葡萄藤；而小型埋藤機則需沿著葡萄種植行兩側(cè)來回兩周才能完成掩埋一行葡萄藤，這是因為大型機和中型機取土深度都可以一次達到所需的土量，堆土高度能達到要求。而小型機由于動力小只能分兩次取土拋土，但在同側(cè)第二次取土拋送時，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。目前市場上主要代表性機具如下:MT200一2葡萄埋藤機該機具是天津市農(nóng)業(yè)機械研究所 2004 年設(shè)計開發(fā)的用于葡萄藤越冬掩埋作業(yè)的專用機具(如圖 1-1）。該機工作平穩(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，是先進適用的機具。MT200—2 型雙側(cè)埋藤機在使用中會受到以下因素的影響：首先該機是雙側(cè)拋土機型，要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，則機具作業(yè)質(zhì)量將受到很大的影響，甚至無法作業(yè)。其次要求地端有掉頭空間，否則該機型的使用會受到限制。圖1-1 MT200—2葡萄埋藤機PMT-75型葡萄埋藤機北京現(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（如圖 1-2）該機作業(yè)效率高，操作簡單，是一款價格低廉，實用性強的機具，但因機具研制出來時間不長，可靠性有待于提高。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3圖1-2 PMT—75葡萄埋藤機3LG-100型埋藤及旋耕兩用機2007 年，酒泉市農(nóng)業(yè)機械推廣站和敦煌市呂家堡農(nóng)機加工生產(chǎn)個體業(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)機械一 3LG 型葡萄埋藤旋耕兩用機（如圖 1-3），該機具可分別與手扶拖拉機和 13.23kw 以上的輪式拖拉機配套使用。該機具采用臥式旋耕原理，合理配置專用刀具，工作時旋起的土壤按設(shè)計的方向移動拋出，實現(xiàn)埋藤作業(yè)，現(xiàn)已通過了省級農(nóng)機推廣鑒定，并申請了國家專利，但該機具由于結(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1MP一500型多功能葡萄埋藤機該機具是兵團農(nóng)八師 149 團 2007 年研制成功（如圖 1-4），該機由取土和輸送土兩部分組成。該機由 18．4～22 kW 輪式拖拉機帶動，不埋葡萄時，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，相當于 100 多人的工作量。在使用的過程中，故障少，效率高，埋藤質(zhì)量好于人工。但該機與 l 8．4～22 kW 輪式拖拉機配套使用，在工作運行到地端時，需要有足夠的掉頭空間否則無法作業(yè)。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計4圖1-4 1MP—500葡萄埋藤機10OPF—A型葡萄越冬覆土機該機具是由遼寧省北寧市農(nóng)機推廣站于 2003 年研制，配套動力 14．7～22．05 kW 拖拉機，生產(chǎn)效率 0．13～0．2 hm2／h。該機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、覆土厚度均勻、床面整齊、價格相對較低，但因作業(yè)時需要往返覆土，故作業(yè)效率較低。10PF-90A型葡萄越冬覆土埋藤機應(yīng)一些葡萄種植大戶的強烈要求，北京市房山區(qū)農(nóng)機研究所經(jīng)過大量的考察分析，于 2003 年確立了葡萄越冬埋藤機的研制課題，經(jīng)過兩年多的試驗研究，設(shè)計制造出了 10PF- 90A 型葡萄越冬覆土埋藤機，為葡萄越冬埋藤機械化作業(yè)提供了新型機具。2.葡萄埋藤機的總體設(shè)計2.1 研究內(nèi)容本課題研究內(nèi)容可分為四大部分:一是對葡萄埋藤機的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；二是葡萄埋藤機旋耕取土機構(gòu)的探索研究，解決我國嚴寒地區(qū)埋藤需土量大的問題；三是研制葡萄埋藤機的土壤輸送機構(gòu)，使旋耕取土部件取出的土壤均勻集中的拋在葡萄藤上；四是研制集傳動與換向功能于一體齒輪箱，使得葡萄埋藤機土壤輸送機構(gòu)可以選擇埋土的方向。2.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)葡萄藤越冬埋土作業(yè)的要求，以及確定的農(nóng)藝要求，進行關(guān)鍵工作部件的設(shè)計，確定出總體結(jié)構(gòu)。埋藤機與拖拉機工作時，埋藤機與拖拉機采用標準三點懸掛連接，動力輸出軸傳遞動力。整機主要由動力傳輸機構(gòu)、旋耕取土機構(gòu)、土壤輸送機構(gòu)及萬向行走輪等組成（如圖 2-1）。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計51、旋耕取土系統(tǒng) 2、牽引架 3、縱向土壤輸送機構(gòu) 4、橫向土壤輸送機構(gòu) 5、萬向行走輪總成 6、橫向土壤輸送系統(tǒng)護罩 7、縱向土壤輸送系統(tǒng)護罩 8、縱向土壤輸送傳動鏈輪 9、橫向土壤輸送傳動鏈輪 10、主傳動、換向齒輪箱圖 2-1 葡萄埋藤機總體結(jié)構(gòu)示意圖圖 2-2 葡萄埋藤機俯視圖2.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計2.3.1 總傳動方案的確定埋藤作業(yè)時，一般選用動力輸出軸轉(zhuǎn)速為 540 r／min。對于具有 540 r／min 或 720 r／min雙輸出轉(zhuǎn)速的拖拉機，在土壤較硬，葡萄行距在 1.8～2 m 時可選用 540r／rain 進行作業(yè)；在土壤較軟，葡萄行距在 2～2.2 m 時可選用 720 r／min 進行作業(yè)。本機型設(shè)計的葡萄埋藤機旋土刀的旋轉(zhuǎn)半徑為 318mm，機組配套使用的拖拉機功率 36.75kw，拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速為 540r/min。對旋耕機刀軸轉(zhuǎn)速而言,一般旱耕或耕作比阻較大的土壤時選用低速擋,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。考慮到葡萄埋藤機刀軸，縱向輸土機構(gòu)和橫向輸土機構(gòu)都需要動力傳輸。故本文設(shè)計了如圖 2-3 所示的動力傳輸系統(tǒng)。設(shè)計的動力傳輸系統(tǒng)主要分為三部分:第一部分:動力經(jīng)拖拉機動力輸出軸傳輸?shù)街虚g傳動齒輪箱，經(jīng)過錐齒輪、傳動軸傳給側(cè)邊傳動箱，側(cè)邊傳動箱經(jīng)過齒輪傳動傳遞給旋耕刀軸。第二部分:動力從側(cè)邊傳動箱上輸出軸經(jīng)過鏈輪、鏈條傳輸給縱向土壤輸送機構(gòu)。第三部分:動力經(jīng)中間傳動齒輪箱的后輸出軸，在經(jīng)過傳動軸、鏈輪、鏈條傳輸給橫向土壤輸送機構(gòu)。具體傳動實施方案如圖所示。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計6中中中 中中圖 2-3 葡萄埋藤機傳動示意圖2.3.2 各部分傳動速度的設(shè)計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)軸器傳動效率為 、 、 、 、 查手 1?2345?冊得 =0.97、 =0.95、 =0.99、 =0.98、 =0.98 1?23?45?則 kwP5.736?kw1.238.905.4212 ???13kw5.268.90..7.4. 2534 ????即旋耕刀軸功率為 。k.62.4 葡萄埋藤機工作原理工作時旋耕取土部件對土壤進行疏松打碎，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構(gòu)中，縱向土壤輸送機構(gòu)在傳動鏈條的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，將旋耕取土部件拋送的土壤輸送到橫向土壤輸送機構(gòu)中。橫向土壤輸送機構(gòu)在主傳動齒輪箱后輸出軸的帶動下，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程。3.旋耕取土部件的設(shè)計3.1 旋耕刀的設(shè)計及排列方案3.1.1 旋耕刀的設(shè)計要求旋耕刀是旋耕機的重要工作部件，刀片的形狀與參數(shù)直接影響旋耕機的工作質(zhì)量和功耗，合理設(shè)計刀具的側(cè)切面、過渡面和正切面曲線形狀是設(shè)計研究旋耕機的一個重點。由于葡萄埋藤機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為我國葡萄主產(chǎn)地、寧夏等冬季氣溫經(jīng)常達到-20℃～-30℃，為了防止葡萄藤的凍傷要求葡萄藤冬季埋土量大，要求葡萄埋藤機有足夠的旋耕取土深度，達到埋藤所需的土量。（2）旋土刀具有拋土功能因為本文設(shè)計的葡萄埋藤機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構(gòu)中，要求旋土刀具有向后拋送土壤的功能，從而減小動力消耗和避免機組前端出現(xiàn)土壤擁堵現(xiàn)象。（3）旋土刀工作時的動力消耗小我國人口眾多，人均資源相對短缺，考慮到經(jīng)濟效益和節(jié)能減排，旋土刀的設(shè)計盡可能的減小工作時的動力消耗以。減小排放以保護環(huán)境。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計7（4）旋土刀組布局要合理合理的旋土刀布局可以減小機組的側(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 ）?kr??0式中： ——刀刃起始工作半徑，cm0r——比例常數(shù)k——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、對稱排列等，均應(yīng)滿足機組旋耕刀軸的設(shè)計碎土性好且刀軸受力均勻。由于所設(shè)計的旋耕取土機構(gòu)需要將翻耕的土壤全部拋送到縱向輸送機構(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。按照普通旋耕機旋耕刀雙頭螺旋排列方案，機組前面土壤擁堵嚴重，動力消耗大?？紤]到目前葡萄園種植行距允許拖拉機通過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稱分布，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題。圖 3-2 旋耕刀排列示意圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計8圖 3-3 旋耕刀軸螺旋排列三維結(jié)構(gòu)圖圖 3-4 旋耕機刀軸裝配三維結(jié)構(gòu)圖3.2 旋耕刀軸的設(shè)計常用的旋耕機的刀軸直徑為 70～80mm，通過分析可知通過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 的刀軸并進行了旋耕刀軸強度校核計算。將旋耕刀軸、軸上焊接的旋土刀座及旋土刀片作為一個整體進行受力分析。旋耕刀軸在旋轉(zhuǎn)過程中僅受單純的扭矩作用，本文采用側(cè)邊傳動根據(jù)受力分析畫出扭矩圖，如圖所示，由扭矩圖可知旋土刀軸的危險點在距離傳動最遠的一端。圖 3-5 旋耕刀軸受力圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計9圖 3-6 刀軸扭矩圖計算軸的最大扭矩 maxM=9549anP其中 P——拖拉機輸出功率，KWn——旋土刀軸轉(zhuǎn)速，r/min將 =26.55kw，n=240r/min 代入公式得：4=9549 =1056.4N·mmax205.6圓截面軸的抗扭截面模量為： 163DWt??式中： ——圓截面軸抗扭截面模量tWD——旋土刀軸半徑， mm將 D=146mm 代入公式中= =0.6t164.033?m103-材料的最大切應(yīng)力為 tmaxaxWM??將 =1056.4N·m， =0.6x mm，代入公式得t3-10= =1.76MPataxmax3-.60415?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： <[ ]，即滿足強度要求。??max?3.3 集土鏟設(shè)計集土鏟主要有弧形鏟和左右側(cè)板組成。側(cè)板負責(zé)將旋松的土壤收攏，弧形鏟負責(zé)鏟土并向后拋送。旋耕刀旋土寬度為 100cm，最大深度為 20cm，弧形鏟需及時將土鏟走防止土壤在旋耕刀作用下發(fā)生繞流設(shè)計高度為 24cm。為保證土壤全部收攏，側(cè)板設(shè)計為向兩側(cè)張開且底部加開 20cm 高的坡口以減小機具的行走阻力。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計10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)圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計114.土壤輸送機構(gòu)設(shè)計土壤輸送機構(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)計的土壤輸送機構(gòu)，包括橫向土壤輸送機構(gòu)和縱向土壤輸送機構(gòu)。為了承接旋耕取土機構(gòu)和橫向土壤輸送機構(gòu)之間的土壤輸送，縱向土壤輸送機構(gòu)設(shè)計成傾斜式?？v向輸送機構(gòu)與橫向輸送機構(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 土壤輸送機構(gòu)示意圖4.1 縱向輸送機構(gòu)設(shè)計4.1.1 橡膠輸送帶的設(shè)計圖 4-2 縱向輸送帶考慮到橡膠輸送帶的轉(zhuǎn)速和載荷，本課題對輸送帶進行了設(shè)計。(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計算方法即：Q=AvK 式中： Q——生產(chǎn)率(m3/s);v——帶速(m/s);K——運輸機傾角影響系數(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，通過查表和本機組的實際情況，本文縱向土壤輸送帶設(shè)計寬度為 110cm，橫向土壤輸送帶設(shè)計寬度為55cm。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計12(2)輸送帶的強度對帆布層的普通輸送帶計算其層數(shù)???bnFZ1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); ——輸送帶縱向扯斷強度 (N/mm·層);?n——安全系數(shù)，按DTll型推薦值參考，對棉帆布輸送帶n=8～9，對尼龍、聚酷帆布帶n=10～12。本文設(shè)計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)計本課題設(shè)計的輸送輥中間帶有梯形槽以防止輸送帶在高速運轉(zhuǎn)時發(fā)生跑偏并且在輸送帶上有與其配套的定位塊。工作時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，在輸送輥帶動橡膠輸送帶旋轉(zhuǎn)過程中至少有一個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時滿足定位塊始終在輸送輥中起定位作用。即 2DS??其中，輸送輥直徑 D=140mm代入公式得m.81940.3?? 故當 S<219.8mm 時定位塊始終起到定位作用。本課題設(shè)計定位塊的間距為 150mm。圖 4-4 輸送輥平面示意圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計13圖 4-5 輸送輥渲染效果圖5.傳動齒輪箱設(shè)計5.1 中間齒輪箱設(shè)計根據(jù)傳動方案的選擇，在此設(shè)計了中間傳動錐齒輪箱，齒輪的設(shè)計中間傳動換向齒輪主要是錐齒輪的設(shè)計參數(shù)選擇本文主要進行了中間Ⅰ、Ⅱ軸上相互嚙合的直齒錐齒輪的設(shè)計。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) =171Z大齒輪齒數(shù) =27 1.592?7i齒寬系數(shù)取班 =0.33R?根據(jù)拖拉機的輸出轉(zhuǎn)速，選擇齒輪精度等級為 8 級壽命系數(shù) 取21NY， 121NY通過查機械設(shè)計手冊可得極限應(yīng)力 =470MPa =470MPalimF?2limF?尺寸系數(shù) 21X， 21?X安全系數(shù) ： =1.4FS將上面求得的數(shù)據(jù)代入公式 得許用彎曲應(yīng)力??FXNFSY li671.4MPa =671.4MPa???1F?2?按齒根彎曲強度設(shè)計(1) 根據(jù)公式 ????3215.04mFSaRuZKT?????又 mNPT????? 78.63.9n1分錐角 =arctanu=arctanl.6=57.992?o塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計14=90 一 =321?o2o當量齒數(shù) =ZV7.1cs351?3.49.o22?o?查手冊得: .1aFY2aFY75S 67.1?S， ， ，AK.V.?HK?H則 ..5?????將上述求得的數(shù)據(jù)代入公式(5 一 9)可得:??7.16.4713.0513.0329.682425??????m由標準模數(shù)系列表取標準模數(shù) m=8mzd7?按齒面接觸強度進行校核 ????HRHEudKTZ??????3215.04由機械設(shè)計手冊查 MQ 線得接觸疲勞極限 =1500MPa， =1500MPa1lim?2limH?取安全系數(shù) =l，壽命系數(shù) =1S21NZ?則 ??MPaHN501lim1???S2li2??通過查機械設(shè)計手冊可得: ，21a90ZE?.5?HZ將數(shù)據(jù)代入公式(5 一 13)得:
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