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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 劉 豪
學(xué) 號(hào) 8031212423
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-4
指導(dǎo)老師 范修文
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
我國吃韭菜有著悠久的歷史,好多菜肴都有韭菜??梢娢覈嗣駥?duì)韭菜的熱愛之深。隨著科技的進(jìn)步,各種糧食蔬菜都大面積種植,源自于有著機(jī)械收割裝置,限制韭菜種植面積發(fā)展的重要因素就是在于機(jī)械化問題。我國勞動(dòng)人民在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)收割工具有許多發(fā)明創(chuàng)造,據(jù)古書記載在三千五百年前已經(jīng)發(fā)明了鐮刀,在十三世紀(jì)中葉創(chuàng)造了推鐮等高效工具。但這些成就在長期的封建和半封建、半殖民地的社會(huì)中得不到應(yīng)有的發(fā)展和重視。
當(dāng)韭菜種植面積大時(shí)靠人們用鐮刀收割,效率太低,在收割時(shí)菜農(nóng)一直蹲著非常累,而且如果大面積種植,收割的勞動(dòng)力比較少,而且工價(jià)很高,又加大了韭菜的做種植成本,相應(yīng)的單位面積的效益也隨之降低了。
韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)過程從對(duì)韭菜收割的機(jī)械化轉(zhuǎn)換,總結(jié)普通農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)模式和功能實(shí)現(xiàn),到具體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)思和分析計(jì)算,產(chǎn)品模型的建立,工程分析和設(shè)計(jì)制造,一步一步完整走過,讓整個(gè)設(shè)計(jì)路程圓滿而成果豐碩。其中,數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法和基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)讓設(shè)計(jì)過程高速而有效,對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)過程起到了關(guān)鍵性的作用。
韭菜收割機(jī)是在對(duì)常用的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行了初步探索下進(jìn)行的,對(duì)農(nóng)機(jī)的普遍機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入研究,并從中提取出農(nóng)業(yè)機(jī)械通用的結(jié)構(gòu)和使用的設(shè)計(jì),將其精華注入到這款韭菜收割機(jī)中,力求使這款韭菜收割機(jī)能更加實(shí)用,更加合理,以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)實(shí)踐上的經(jīng)驗(yàn)不足。在設(shè)計(jì)過程中,我們對(duì)部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行了功能實(shí)現(xiàn)性的設(shè)計(jì),機(jī)械設(shè)計(jì)分析和理論設(shè)計(jì)計(jì)算,從割刀的設(shè)計(jì)、皮帶鏈條的設(shè)計(jì)選用,多方面設(shè)計(jì)研究讓收割機(jī)模型更加合理。
關(guān)鍵詞:收割機(jī);溫室韭菜;往復(fù)式割刀;設(shè)計(jì)
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
目錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外溫室韭菜收割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3國內(nèi)外溫室韭菜收割機(jī)存在的問題 2
1.4研究的內(nèi)容和方法 2
1.5預(yù)期目標(biāo) 2
1.6重點(diǎn)研究問題的關(guān)鍵及解決思路 3
1.7工作條件及解決方法 3
2溫室韭菜收割機(jī)的總體設(shè)計(jì) 3
2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 3
2.2溫室韭菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu) 3
3撥禾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5
3.1撥禾輪的位置調(diào)整 5
3.2撥禾輪的轉(zhuǎn)速 5
3.3 撥禾輪的直徑 6
4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6
4.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡單設(shè)計(jì) 6
4.2割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)下的運(yùn)動(dòng)分析 7
5往復(fù)式切割器的切割性能參數(shù)的分析 8
5.1切割速度分析 8
5.2切割平均速度 9
5.3切割功率的計(jì)算 9
6傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇 10
7軸的校核 11
總結(jié) 13
致謝 14
參考文獻(xiàn) 15
1緒論
1.1課題研究的意義
我國吃韭菜有著悠久的歷史,好多菜肴都有韭菜??梢娢覈嗣駥?duì)韭菜的熱愛之深。隨著科技的進(jìn)步,各種糧食蔬菜都大面積種植,源自于有著機(jī)械收割裝置,限制韭菜種植面積發(fā)展的重要因素就是在于機(jī)械化問題。我國勞動(dòng)人民在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)收割工具有許多發(fā)明創(chuàng)造,據(jù)古書記載在三千五百年前已經(jīng)發(fā)明了鐮刀,在十三世紀(jì)中葉創(chuàng)造了推鐮等高效工具。但這些成就在長期的封建和半封建、半殖民地的社會(huì)中得不到應(yīng)有的發(fā)展和重視。
當(dāng)韭菜種植面積大時(shí)靠人們用鐮刀收割,效率太低,在收割時(shí)菜農(nóng)一直蹲著非常累,而且如果大面積種植,收割的勞動(dòng)力比較少,而且工價(jià)很高,又加大了韭菜的做種植成本,相應(yīng)的單位面積的效益也隨之降低了。
隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)施栽培的迅速發(fā)展,韭菜的種植面積逐年增加,在面積上已經(jīng)由過去的占蔬菜面積的2%-3%發(fā)展到現(xiàn)在的5%-6%。一畝地一年畝產(chǎn)韭菜3000斤,一斤一塊錢,除去成本和人力一畝地可以獲取1500塊錢,收割韭菜一斤一毛錢,要損失300元錢,況且農(nóng)村這樣的工人也很難找,大面積種植時(shí),人工收割成本會(huì)很高,如果有一臺(tái)機(jī)器來代替這樣的工作,不但可以減少菜農(nóng)成本,還可以推廣大面積種植??梢姮F(xiàn)在研制一臺(tái)韭菜收割機(jī)器十分重要。
1.2國內(nèi)外溫室韭菜收割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國外溫室韭菜收割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科技的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展,國外對(duì)于韭菜收割機(jī)的研制也有著比較先進(jìn)的成果。在二十世紀(jì)九十年代已經(jīng)取得了一定的成果,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。國外的韭菜收割機(jī)主要是韓國為主,現(xiàn)階段已經(jīng)能夠大大的減少勞動(dòng)力,為菜農(nóng)提供很好地效益。
國外的韭菜收割機(jī)類型較多,收割的通用性比較強(qiáng),相對(duì)來說比較成熟。國外的韭菜收割機(jī)可以很好地實(shí)現(xiàn)韭菜的收割,并且有些收割機(jī)還可以很好地實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的效果。韭菜收割機(jī)的效率較高并且在實(shí)現(xiàn)很好地收割的前提下并且能夠?qū)崿F(xiàn)不傷根莖,能夠很好地實(shí)現(xiàn)韭菜的再生長,可以很好的保證菜農(nóng)的利益。
1.2.2國內(nèi)韭菜收割機(jī)的現(xiàn)狀
我國現(xiàn)階段也有自己的韭菜收割機(jī),但是現(xiàn)階段我國還是以引進(jìn)國外的韭菜收割機(jī)為主,并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和研發(fā),我國已經(jīng)能夠研發(fā)出自己的韭菜收割機(jī)并且投入使用。但是在節(jié)省人力物力的同時(shí)也存在著技術(shù)的問題,只是能夠?qū)虏诉M(jìn)行割倒,清洗,打捆。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的問題,并未能夠完全在全國范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛的推廣和使用。
我國現(xiàn)在正在處于韭菜收割機(jī)的發(fā)展初期,現(xiàn)在有許多的菜農(nóng)還是一直在使用人工收割和小型的割刀進(jìn)行收割,并沒有多少在使用自走式的韭菜收割機(jī)。溫室韭菜收割機(jī)在全國范圍內(nèi)的使用率并不高,發(fā)展溫室韭菜收割機(jī)即節(jié)省了勞動(dòng)力,有提高了生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益,有著極為廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。溫室韭菜收割機(jī)是我國目前市場(chǎng)的需求而自主研制開發(fā)的普及產(chǎn)品,是用于韭菜收割的專業(yè)設(shè)備,該機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)韭菜的收割和接收為一體,具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)省人力等特點(diǎn)。溫室韭菜收割機(jī)在我國今后的發(fā)展將是一片光明。
近幾年來,我國有些企業(yè)在自主研發(fā)以及引進(jìn)外國的先進(jìn)設(shè)備來滿足農(nóng)戶的需求以及廣大市場(chǎng)的需求。各種韭菜收割機(jī)已經(jīng)相繼投入使用,為農(nóng)戶帶去了方便。
1.3國內(nèi)外溫室韭菜收割機(jī)存在的問題
我國研究韭菜收割機(jī)的起步比較晚發(fā)展比較緩慢,和發(fā)達(dá)國家相比來說只能望其項(xiàng)背。但是韭菜收割機(jī)在實(shí)際的生產(chǎn)和使用的過程中仍然存在著一些如下較為突出額問題,因此,難以大范圍的推廣和使用。
(1)韭菜的行距。根據(jù)韭菜收割機(jī)的行距不同,對(duì)韭菜的行距也有一定的要求。菜農(nóng)不根據(jù)收割機(jī)來確定其行距則對(duì)韭菜的收割帶來了很大的不便。
(2)傷根損葉。韭菜與其他作物有所不同,由于韭菜多年生長、一年收割3-5次的特殊性,因此要求不能夠傷根損葉,所以溫室韭菜收割機(jī)在操作的情況下對(duì)后續(xù)的生長有一定的影響,因此,對(duì)韭菜的收割有很高的要求。
(3)收割不齊。在收割的時(shí)候由于割刀以及傳送的問題,導(dǎo)致進(jìn)入收獲筐的時(shí)候落入散亂,對(duì)后續(xù)的打捆造成了不便。
(4)通用性差。一般的韭菜收割機(jī)只能用于韭菜的收割,而不能通過改變零部件來實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
(5)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性不高。當(dāng)韭菜的行距以及收割高度不一定的時(shí)候,對(duì)于韭菜的收割同樣會(huì)帶來有些想不到的問題。
(6)作業(yè)成本偏高效率差。現(xiàn)在韭菜收割機(jī)處于發(fā)展初期,較好的韭菜收割機(jī)的費(fèi)用不菲。對(duì)于菜農(nóng)來說,實(shí)用性和成本高低成為了菜農(nóng)首先考慮的問題。因?yàn)橥ㄓ眯圆缓?,不能?shí)現(xiàn)一機(jī)多用,導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備利用率低,所以收割韭菜的成本也會(huì)隨之增加。
從而國內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)韭菜收割機(jī)全面推廣和使用還有一定的距離。隨著技術(shù)的提高這些問題將會(huì)在以后慢慢解決,并且能夠占據(jù)一定的市場(chǎng)。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國溫室韭菜收割機(jī)的發(fā)展和存在的問題以及未來韭菜收割機(jī)的要求設(shè)計(jì)韭菜收割機(jī)。溫室韭菜收割機(jī)主要有動(dòng)力輸入裝置、切割裝置、傳送裝置、微乳裝置、接收裝置組成。其中,動(dòng)力行走裝置是通過小型柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。并且切割裝置通過小型電機(jī)來實(shí)現(xiàn)并且通過曲柄連桿裝置來實(shí)現(xiàn)切割。通過傳送裝置來實(shí)現(xiàn)接收,從而達(dá)到收割韭菜的目的。
先確定我國已有的韭菜收割機(jī)的類型,根據(jù)已有的韭菜收割機(jī)的原理及結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)新型的韭菜收割機(jī),使其產(chǎn)品能夠更加適應(yīng)小型企業(yè)的以及菜農(nóng)的要求。主要保證機(jī)械功能的穩(wěn)定性,保證切割性好,韭菜的完整性好,避免損根傷葉問題的出現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
1.5預(yù)期目標(biāo)
(1)整機(jī)操作方便,結(jié)構(gòu)簡單,通用性好,使用壽命長。
(2)在溫室中便于操作,效率高,能夠很好地對(duì)韭菜進(jìn)行收割,人工勞動(dòng)量少,同時(shí)動(dòng)力消耗上要盡量少。
(3)制造價(jià)格便宜,容易普及,能夠滿足普通家庭農(nóng)戶的需求。
1.6重點(diǎn)研究問題的關(guān)鍵及解決思路
在現(xiàn)有的韭菜收割機(jī)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行利用刀具進(jìn)行收割傳送裝置,實(shí)現(xiàn)韭菜的收割,從而實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)。
(1)選擇合適動(dòng)力傳遞方式,設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置。
(2)運(yùn)用AutoCAD軟件,繪制二維零件圖和裝配圖。
(3)運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置,校內(nèi)有農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、小工廠等實(shí)驗(yàn)基地,為項(xiàng)目開展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境,機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備,并且?guī)熧Y力量雄厚,完全可以滿足溫室韭菜收割的條件。
2溫室韭菜收割機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1收割的典型方法及收割方案的選擇
2.1.1收割的幾種典型方法
目前開發(fā)出來的絕大部分設(shè)備都是采用機(jī)械式來進(jìn)行收割,常見的機(jī)械式收割方式如下:
(1)往復(fù)式韭菜收割:其割刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)性較廣。目前在谷物收割機(jī)、牧草收割機(jī)、谷物聯(lián)合收獲機(jī)和玉米收獲機(jī)上采用較多。它能適應(yīng)一般或較高作業(yè)速度的要求,工作質(zhì)量較好,但其往復(fù)慣性力較大,震動(dòng)較大。切割時(shí),莖稈有傾斜和晃動(dòng),因而對(duì)莖稈堅(jiān)硬、易于落粒的作物易產(chǎn)生落粒損失。粗莖稈作物,由于切割時(shí)間長和莖稈多次切割現(xiàn)象,則會(huì)出現(xiàn)割茬不夠整齊。對(duì)于韭菜收割來說,比較適宜。
(2)圓盤式韭菜切割:圓盤式切割器在水平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因而運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn),震動(dòng)較小。該切割器的割刀圓周速度較大,其切割能力較強(qiáng)。切割時(shí)靠莖稈本身的剛度和慣性支撐。目前在牧草收割機(jī)和甘蔗收割機(jī)上采用較多,在小型水稻收割機(jī)和小型韭菜收割機(jī)上也有采用。
2.1.2收割方案的選擇
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能提出兩個(gè)方案可供選用:
方案一:利用往復(fù)式割刀來進(jìn)行收割,其結(jié)構(gòu)簡單,容易設(shè)計(jì),便于制造,性價(jià)比也比較高,只需要通過一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)
方案二:采用圓盤式割刀進(jìn)行其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜,設(shè)計(jì)比較困難,適合莖稈比較粗壯的作物,加工工藝要求比較高。
經(jīng)過方案的比較和選擇,在設(shè)計(jì)要求內(nèi)方案一能夠滿足設(shè)計(jì)的要求條件,方案一比方案二性價(jià)比高,且容易實(shí)現(xiàn)。所以選擇方案一的割刀收割方案。
2.2溫室韭菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu)
溫室韭菜收割機(jī)的結(jié)構(gòu)主要有分禾器、撥禾輪、割刀、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、傳送滾、傳送帶、電機(jī)、機(jī)架等結(jié)構(gòu)組成,如圖2-1所示。在確定好行距之后,在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過減速器來實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的驅(qū)動(dòng)。在進(jìn)地之后,在分禾器的作用下實(shí)現(xiàn)單行的韭菜的喂入,進(jìn)而經(jīng)過撥禾輪來進(jìn)行韭菜的扶正,通過與機(jī)架垂直的兩個(gè)傳送滾進(jìn)行韭菜的扶正并且夾緊。往復(fù)式割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)割刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)韭菜的切割,在韭菜隔斷之后直接通過傳送帶傳送至后面的接收器內(nèi),從而完成了韭菜的收割。傳送帶的傳動(dòng)是傳送電機(jī)來帶動(dòng)的,通過齒輪來連接兩個(gè)傳送滾的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。傳送帶的主動(dòng)傳送滾帶動(dòng)從動(dòng)傳送滾的運(yùn)動(dòng)再通過皮帶和齒輪的連接來實(shí)現(xiàn)撥禾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。在整個(gè)韭菜收割的過程中主要機(jī)構(gòu)是傳送裝置和割刀裝置,在這兩個(gè)裝置的配合使用下使得整個(gè)過程變得簡單。此次韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的作用,根據(jù)不同作物的要求,要求收割時(shí)的割茬也會(huì)不一樣。韭菜的收割割茬一般在1cm左右,而其他作物的割茬顯然不同,所以可以通過調(diào)整前輪的高度來調(diào)節(jié)不同作物割茬的要求。對(duì)于不同的作物來實(shí)現(xiàn)不同的割茬要求,較好的解決了收割機(jī)都不同作物的適應(yīng)性,生產(chǎn)效率高。
1. 分禾器 2.撥禾輪 3.支撐前輪 4.傳送帶
5.傳送帶電機(jī)6.傳送滾筒 7.接收筐 8.曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 9.驅(qū)動(dòng)輪
圖2-1 溫室韭菜收割機(jī)結(jié)構(gòu)圖
3撥禾機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
撥禾輪的設(shè)計(jì)是韭菜收割的開始,撥禾輪的使用可以收割直立和一般倒伏的作物。
圖3-1 撥禾輪
撥禾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀,決定于撥禾輪的圓周速度Vy與機(jī)器前進(jìn)的速度Vm的比值;為撥禾速度比。只有當(dāng)≥1時(shí),才有可能將作物莖干引向割刀配合切割,并在割斷后繼續(xù)的向后推送莖桿,一面在割刀上發(fā)生堆積和堵塞。>1時(shí),撥禾輪的工作情況才是正常的。撥禾輪的工作過程中,需要撥禾輪具有良好的工作質(zhì)量,除了滿足>1外,還應(yīng)該滿足工作過程中不同階段的要求。切割時(shí),撥禾輪應(yīng)該扶持作物莖桿,以配合進(jìn)行切割,避免切割器將莖桿向前推到。
3.1撥禾輪的位置調(diào)整
要使撥禾輪能夠正常夠其安裝高度就必須滿足:
(3-1)
式中:R—撥禾輪的半徑;
h—割刀離地的高度;
L—為作物高;
H—撥禾輪軸安裝高度。
清掃割刀和穩(wěn)定推送的條件當(dāng)莖桿被割斷夠,要求撥禾輪繼續(xù)起推送作用,如果此時(shí)撥禾輪的作用點(diǎn)位于已割作物中心的上方,就能將莖桿穩(wěn)定的向后推送,直到與撥禾輪圓周相切的位置,如果撥禾輪的作用點(diǎn)過高,清掃切割的作用將減弱,如果撥禾輪的作用點(diǎn)在重心之下,則隔斷的作物很可能回繞在撥禾輪向前翻或者被挑起,造成損失。已割斷作物的中心位置一般在頂部向下的1/3處,設(shè)已割部分長L則l=1/3L。因此,要求撥禾齒在割斷作物的中心點(diǎn)以上,則應(yīng)該保證:
(3-2)
3.2撥禾輪的轉(zhuǎn)速
為了選擇撥禾輪的轉(zhuǎn)速,首先確定撥禾速度比,前已分析,撥禾輪正常工作的必要條件是≥1,加大撥禾輪的速度比,撥禾輪的作用范圍和作用程度增加,但是也不能過大,它受到兩方面的限制,但是機(jī)器的前進(jìn)速度Vm一定時(shí),增大值,就要提高撥禾輪的圓周速度Vy,這將對(duì)作物的沖擊增加,而使作物不能夠很好地切割。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,韭菜收割的速度一般在1.5m/s。另一方面,當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度Vm較高時(shí),為了使Vy不超過受脫離損失限制的允許值,撥禾輪的速度比就應(yīng)該減小。當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度較低時(shí),很有可能在Vy不超過3m/s煩人情況下,大大增加撥禾輪速度比,但是過大則會(huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。
(3-3)
(3-4)
經(jīng)過專家實(shí)驗(yàn)韭菜收割機(jī)的一般取1.3~2.3。這里取1。
所以
R為撥禾輪的半徑,為撥禾輪的角速度。
n初取為22r/min,前進(jìn)速度Vm應(yīng)該根據(jù)機(jī)器的生產(chǎn)率、割副、調(diào)配動(dòng)力等因素而定,在使用中,由于地塊條件畝產(chǎn)量和作物的狀態(tài)等情況的改變而需要改換不同的前進(jìn)速度。
3.3 撥禾輪的直徑
撥禾輪的直徑與穩(wěn)定推送有很大的關(guān)系,撥禾輪的直徑應(yīng)該滿足:
(3-5)
其中取1.8,L取0.3,h取0.01;
即撥禾輪的直徑取0.4m。
4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
具有一個(gè)曲柄和一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常,曲柄為主動(dòng)件且等速轉(zhuǎn)動(dòng),而搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng),連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中也有用搖桿作為主動(dòng)構(gòu)件,搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡單設(shè)計(jì)
在韭菜收割機(jī)的割刀傳動(dòng)的問題下,結(jié)合實(shí)際情況,所以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是一種很好的是割刀進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的很好地方式,其結(jié)構(gòu)簡圖見圖4-1。
圖4-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為韭菜收割時(shí)的核心機(jī)構(gòu),AB為曲柄搖桿結(jié)構(gòu)中的搖桿,AB桿在割刀電機(jī)的帶動(dòng)下繞著A點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)連桿BC進(jìn)行擺動(dòng)。D點(diǎn)為一定點(diǎn),CDE為一彎曲的連桿,在連桿BC的作用下CDE進(jìn)行擺動(dòng),再用連桿EF連接刀具,從而可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)刀具的往返運(yùn)動(dòng),今兒實(shí)現(xiàn)韭菜的切割。
4.2割刀在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)下的運(yùn)動(dòng)分析
割刀的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)切割器性能有著直接的影響,曲柄連桿機(jī)構(gòu)的割刀運(yùn)動(dòng):為了簡化分析,如圖4-2,設(shè)曲柄軸的偏心距為0,連桿的長度為無窮大,則割刀運(yùn)動(dòng)可視為曲柄在割刀運(yùn)動(dòng)線上的投影,為一簡諧運(yùn)動(dòng)。
圖4-2割刀運(yùn)動(dòng)分析
若以曲柄軸心為坐標(biāo)原點(diǎn)O,水平向右為X軸,向上為Y軸,并令曲柄由第二象限的水平位置順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則割刀的位移方程為:
(4-1)
速度方程式:
(4-2)
加速度方程式為:
(4-3)
式中 : r—曲柄半徑;
—曲柄角速度。
割刀位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系如表4-1所示。
表4-1 位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖
00
900
1800
2700
3600
-r
0
+r
0
-r
0
0
0
0
0
為了便于分析,下面研究割刀速度與位移的關(guān)系及加速度與位移的關(guān)系
(4-4)
兩邊平方簡化后得:
(4-5)
可見速度Vx與位移x的關(guān)系為一橢圓方程式。橢圓的長軸半徑為,短軸半徑為r。由圖可知任意位移點(diǎn)的割刀速度。
割刀加速度a與割刀位移X的關(guān)系為:
(4-6)
即加速度與位移為一直線關(guān)系。
5往復(fù)式切割器的切割性能參數(shù)的分析
5.1切割速度分析
試驗(yàn)證明:在割刀鋒利、割刀間隙正常(動(dòng)、定刀片間的間隙為0~0.5mm)的條件下,切割速度在0.6~0.8m/s以上時(shí)能順利的切割莖桿,若低于此限制速度,則會(huì)出現(xiàn)割茬不齊并有堵刀的現(xiàn)象出現(xiàn)。
為了探討切割器在切割莖桿過程中的速度大小,需繪制切割器的切割速度圖,并進(jìn)行分析,切割器的切割速度簡圖如圖5-1。
圖5-1切割器切割速度簡圖
切割器切割速度的特點(diǎn)是:割刀在一個(gè)行程中與兩個(gè)定刀片相遇,因而有兩個(gè)切割速度范圍,分別為Va1-Vb1及Va2-Va2。從兩個(gè)范圍的速度看,雖然沒有最大割刀速度,但仍屬于較高速度區(qū)段,因而切割性能良好。因此,安裝割刀時(shí),應(yīng)當(dāng)使用銷處左右兩止點(diǎn)位置,定刀片和動(dòng)刀片的中心線重合。
5.2切割平均速度
割刀的速度為一變量,為了便于表示割刀速度的大小,常以平均值即割刀平均速度Vp表示。
(5-1)
式中: n—割刀曲柄速度;
r—割刀曲柄半徑;
s—割刀行程。
有Vp又在0.9和1m/s之間,選擇Vp=1m/s
代入可得:n=394r/min
5.3切割功率的計(jì)算
切割器的功率包括:切割功率Ns和空轉(zhuǎn)功率Nh兩部分。即:
(5-2)
(5-3)
式中: —機(jī)器前進(jìn)的速度;
—機(jī)器割副;
—切割每平方米面積的莖桿所需功率。
割韭菜在10和20馬力間。Nh大小與切割器安裝技術(shù)狀態(tài)有關(guān),一般每米割副所需空轉(zhuǎn)功率為0.8~1.5馬力。=0.56米/秒,B=0.2米,L0取15馬力Nh=1.2馬力。
代入可得:N=1.37馬力。
6傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇
韭菜收割的傳送機(jī)構(gòu)我選用帶式傳送,帶式輸送機(jī)是連續(xù)運(yùn)輸機(jī)的一種,其運(yùn)輸特點(diǎn)是形成裝載點(diǎn)到裝載點(diǎn)之間的連續(xù)的物料流,所以輸送帶的傳送可以很好地是韭菜從收割點(diǎn)到接收點(diǎn)的傳送,然而普通的傳送并不能完全滿足韭菜收割機(jī)的要求。傳送帶分為以下幾個(gè)類型:
(1)按放置方向水平、傾斜和組合三種;
(2)按轉(zhuǎn)向分為順時(shí)針、逆時(shí)針兩種;
(3)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為勻速和變速兩種。
結(jié)合溫室韭菜收割機(jī)特點(diǎn)我們采用組合式的傳送類型來給與傳送。就韭菜收割機(jī)而言傳送部分是相對(duì)來說比較重要的一個(gè)組成部分。本次設(shè)計(jì)的主動(dòng)傳送滾在韭菜收割機(jī)的后方,來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸入。由于韭菜收割機(jī)特殊性,所以必須實(shí)現(xiàn)雙傳送來實(shí)現(xiàn)韭菜收割機(jī)的傳送,動(dòng)力輸出的同時(shí)要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)傳送滾的反轉(zhuǎn),鑒于這一特殊性我們使用齒輪連接兩個(gè)傳送滾筒的方式來實(shí)現(xiàn)滾筒的反轉(zhuǎn)如圖6-1。
圖6-1傳送滾筒的齒輪連接
與此同時(shí)從動(dòng)滾筒在割刀的前方,既能實(shí)現(xiàn)韭菜的傳送又能是韭菜進(jìn)行加緊便于收割,整個(gè)傳送裝置如圖6-2。
圖6-2傳送帶機(jī)構(gòu)示意圖
7 軸的校核
軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件,有的則是直接用圓鋼。碳素鋼比合金鋼低廉,對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低,同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度的,故選用碳素鋼制造軸尤為廣泛,所以選擇45號(hào)鋼。
圖7-1 動(dòng)力輸入軸
(1)計(jì)算作用在傳送軸上的作用力大小,此處取P=340kW.h;n=20;
轉(zhuǎn)矩:T=95.5×105×=95.5×105×=81170(N.mm)
圓作用直徑:
d1=25mm
圓周力:
Ft=2T/d1=2×81170/25=6493(N)
徑向力:
Fr=Ft/2.653=2447(N)
軸向力:
Fа=Ft/3.734=1738(N)
(2)求垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
FBV=(Fr×20+Fа×d1/2)/430+20=164(N)
FDV=Fr-FBV=2447-164=2283(N)
截面C處彎矩為:
MCV左=FBV×430=70520(N.mm)
MCV右=FDV× 20=45660(N.mm)
(3)求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
FBH=Ft×20/(430+20)=2447×20/430=114(N)
FDH=Ft-FBH=6493-114=6379(N)
截面C處彎矩為:
MCH=FBH×430=114×430=49020 (N.mm)
(4)截面C處垂直和水平的合成彎矩
(5)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí),只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度,由公式:
(7-1)
式中:а—應(yīng)力折算系數(shù);
Mv—軸上危險(xiǎn)截面處的當(dāng)量彎矩,N.mm;
W —軸上危險(xiǎn)截面處的抗彎矩截面系數(shù),mm3;
[σ-1] —軸在對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力,MPa;
d ——軸上危險(xiǎn)截面處直徑,mm。
取а=0.6,計(jì)算截面上的應(yīng)力:
前面已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表查得[σ-1]=60MPa,由于σv<[σ-1],故安全。
總 結(jié)
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)很好地對(duì)自己大學(xué)四年的總結(jié),本次溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)基本上對(duì)大學(xué)四年所學(xué)到的只是做了一個(gè)全方位的鞏固的認(rèn)識(shí)。這次的設(shè)計(jì)使我把理論和實(shí)際做了一個(gè)很好的結(jié)合。
溫室韭菜收割機(jī)的設(shè)計(jì)非常的全方位。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì),涉及的領(lǐng)域包括:機(jī)械制圖,機(jī)械原理,工程材料,機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐,提高我計(jì)算、制圖能力;使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范,熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí),我還學(xué)到了許多新的知識(shí),如Solidworks,CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。
最后畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)的結(jié)尾,同時(shí)也是我們一個(gè)新的開始。
致 謝
在此要感謝我的指導(dǎo)老師范修文對(duì)我悉心的指導(dǎo),感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中,我通過查閱大量有關(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。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力,樹立了對(duì)自己工作能力的信心,相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力,使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好,但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富,使我終身受益。
大學(xué)四年就會(huì)在這最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。我曾經(jīng)以為時(shí)間是一個(gè)不快不慢的東西,但現(xiàn)在我感到時(shí)間過的是多么的飛快,四年了,感覺就在一眨眼之間結(jié)束了我的大學(xué)生涯。畢業(yè),最重要的一個(gè)過程,最能把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中的過程就數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)了。這也是我們從一個(gè)學(xué)生走向社會(huì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折,另一個(gè)生命歷程的開始。
最后,感謝我的所有任課老師對(duì)我的悉心教導(dǎo),感謝大學(xué)四年同窗的陪伴。
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