丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)

Goodisgood,butbettercarriesit.

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精益求精，善益求善。丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)PAGEPAGE3青島農(nóng)業(yè)大學(xué)PAGE畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：日期：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：日期：年月日指導(dǎo)教師簽名：日期：年月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IDesignofPotatoHarvesterofConformedHill IIAbstract II1.1設(shè)計(jì)的目的和意義 11.2薯類收獲機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11.3丘陵山地薯類收獲機(jī)的主要研究內(nèi)容 22.1結(jié)構(gòu)方案論證 42.2結(jié)構(gòu)方案確定 73.1機(jī)架的設(shè)計(jì) 93.2挖掘鏟的設(shè)計(jì) 103.3振動分離輸送裝置的設(shè)計(jì) 134.1動力傳動的選擇 164.2錐齒輪傳動部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 174.3Ｖ帶傳動部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 194.4鏈傳動部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 215.1作業(yè)速度 245.2工作幅寬 245.3工作效率 24參考文獻(xiàn) 26致謝 27PAGE35丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)針對國內(nèi)外薯類收獲機(jī)的現(xiàn)狀及其性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研究出了一種新型薯類收獲機(jī)，采用彈性挖掘鏟挖掘的方法、輸送鏈?zhǔn)绞硗练蛛x裝置，研究了收獲機(jī)最佳方案。從提高收獲效率和達(dá)到農(nóng)藝要求出發(fā)，進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算，分析了收獲機(jī)的動力傳動過程，并對傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，設(shè)計(jì)了三星振動分離裝置和彈性挖掘鏟，分析了收獲機(jī)工作時(shí)各部件之間的配合。該機(jī)具整機(jī)布置合理，收獲效率高，適合收獲各種土壤條件下生長的馬鈴薯、紅薯等薯類作物。關(guān)鍵詞：彈性鏟；輸送鏈；挖掘；振動分離

DesignofPotatoHarvesterofConformedHillAbstractThedesignthroughthepresentsituationandcharacteristicsofthepotatoharvesterathomeandabroad,anewpotatoharvester,whichusesaresilientshovel,links-styletransportandeccentricvibrationisolation,wasdesigned.Thisharvesteristhebestoption.Theefficiencyofgainsandtheagronomicrequirementsisimprovedinthispaper,Todesigntheoverallstructureandcalculatethemainparameters,weanalysistheharvesteronthepowertrainprocess,designandcalculatetransmissionsystemdetailedly,Atthesametime,theeccentricvibrationisolationdevicesandminingspadearedesignedforimprovingthecharacteristicoftheharvester.Thecooperationofthecomponentsisasloanalysisedtoenhancethequalityoftheharvesting.Thismechineryisoverallreasonablelayout,high-efficiencygains,andsuitableforharvestingthepotatowhichgrowsinavarietyofsoilconditions.Keywords:ResilientShovel;Links-styleTransport;Excavate;VibrationIsolation1緒論1.1設(shè)計(jì)的目的和意義近些年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，薯類農(nóng)作物已經(jīng)在我國經(jīng)濟(jì)作物中占有相當(dāng)?shù)谋壤Ｒ虼?，隨之而來的收獲機(jī)械也被研制出來，并在一定地域范圍內(nèi)投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。薯類收獲機(jī)在整個(gè)研制乃至最終投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，務(wù)必保證其特有的技術(shù)參數(shù)，如挖凈率≥97%、明放率≥96%（機(jī)械收獲后明放于地表的薯塊）、傷損率（收獲中被機(jī)械損傷深達(dá)表皮以后的薯塊）≤3%、破損率（收獲中有肉眼可見表皮損傷的薯塊）≤3%等的基本要求指標(biāo)[1]。丘陵地貌大多是地塊較小，地形不平整，山地地貌更是崎嶇不平，甚至有些地方根本無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這與平原相比較難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，尤其是大型機(jī)械裝備的普及與應(yīng)用。鑒于此，丘陵山地的薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)成為必然要求。該設(shè)計(jì)能大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動者的勞動強(qiáng)度、提高農(nóng)民朋友的總體經(jīng)濟(jì)效益等。1.2薯類收獲機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1薯類收獲機(jī)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀解放初期,我國收獲馬鈴薯采用人工刨或用犁挖掘的落后方式。在20世紀(jì)60年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開始了研制工作,引進(jìn)了國外馬鈴薯收獲機(jī)械并進(jìn)行了生產(chǎn)性能試驗(yàn),力圖吸收消化國外技術(shù),開發(fā)同類產(chǎn)品。直到20世紀(jì)70年代中期,由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用,國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮，成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī),但受當(dāng)時(shí)的配套動力限制,未能生產(chǎn)和推廣。20世紀(jì)80年代我國又引進(jìn)了西德RM2R型、瑞士SUPERB型配套動力為30kW的馬鈴薯集條收獲機(jī)[2]。黑龍江省農(nóng)機(jī)所參照瑞士機(jī)型設(shè)計(jì)出了4UTL22型塊莖作物收獲機(jī),可用于收獲馬鈴薯和甜菜等。到20世紀(jì)90年代中期,由于國產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。此后，因市場需求旺盛，先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場，以及新型農(nóng)用液壓挖掘機(jī)。在消化引進(jìn)國外機(jī)型的基礎(chǔ)上,國內(nèi)農(nóng)機(jī)廠家先后開發(fā)出一些馬鈴薯挖掘機(jī),主要是小型挖掘機(jī),如西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司開發(fā)的4U21型馬鈴薯收獲機(jī),適用于我國北方干旱半干旱地區(qū)種植馬鈴薯的農(nóng)戶及小型農(nóng)場收獲馬鈴薯使用,生產(chǎn)效率高,特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性。1.2.2薯類收獲機(jī)的國外發(fā)展現(xiàn)狀在國外馬鈴薯收獲機(jī)械中，挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降，而聯(lián)合收獲機(jī)得到迅速發(fā)展，形成了用聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲，或用挖掘-撿拾裝載機(jī)加固定分選裝置來進(jìn)行分段收獲的兩種全面實(shí)現(xiàn)收獲機(jī)械化的配套系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化。而且，國外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。目前，國外一些馬鈴薯收獲機(jī)械不但生產(chǎn)率高而且將高新技術(shù)已融于農(nóng)具之中，如采用振動、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘，采用傳感技術(shù)控制喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離以及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作等?？傊瑖獾鸟R鈴薯收獲機(jī)研制技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。1.2.3我國薯類收獲機(jī)的發(fā)展前景由于，薯類在我國的種植面積廣泛、營養(yǎng)豐富均衡、高產(chǎn)量高等諸多特點(diǎn)，機(jī)械化收獲薯類必然向著多極化發(fā)展。一般來說主要有兩種趨勢：(1)在地塊較大、地貌平整的地區(qū)大型收獲機(jī)、大功率收獲機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等類型的機(jī)械適宜研發(fā)投產(chǎn)使用。(2)在地塊較小、地貌不整齊的區(qū)域，如丘陵山地等地區(qū)，小型小功率型收獲機(jī)適合作業(yè)。雖然薯類收獲機(jī)的發(fā)展具有如此特點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)制造薯類收獲機(jī)的過程中要遵循的一些原則性要求不會變，如功率利用率要高、挖掘阻力要小、整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單便于制造使用維修，另外也必須要滿足一些農(nóng)藝要求如明薯率要高、挖掘率高、損傷率低等。1.3丘陵山地薯類收獲機(jī)的主要研究內(nèi)容1.3.1研究內(nèi)容針對小型薯類收獲機(jī)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)丘陵薯類收獲機(jī)的的挖掘及土壤分離部件，達(dá)到收獲效率高，經(jīng)濟(jì)效益實(shí)惠，適合丘陵作業(yè)。對丘陵山地薯類收獲機(jī)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，使收獲機(jī)的挖掘部件和輸送裝置得到更好的改善，達(dá)到操作簡單、安全可靠、使用壽命長等要求。重點(diǎn)進(jìn)行薯類挖掘部件、輸送分離部件的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算，1.3.2技術(shù)路線（1）、查詢有關(guān)薯類收獲機(jī)械的相關(guān)資料，確定丘陵山地薯類收獲機(jī)設(shè)計(jì)的主要目的。（2）、確定丘陵山地薯類收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案以及收獲機(jī)的創(chuàng)新思想。對丘陵山地薯類收獲機(jī)的挖掘部件、薯土分離裝置的重點(diǎn)研究。（3）、對薯類收獲機(jī)的挖掘鏟的類型、分離裝置的類型進(jìn)行分析，確定最佳研究方案。（4）、研究薯類收獲機(jī)挖掘鏟運(yùn)動速度、輸送鏈運(yùn)動速度和拖拉機(jī)前進(jìn)速度的主要參數(shù)（傳動比等）與薯類收獲質(zhì)量的精確，確定達(dá)到最佳收獲狀況。（5）、進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)動參數(shù)改進(jìn)。

2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1結(jié)構(gòu)方案論證根據(jù)馬鈴薯的生長狀況和挖掘要求可知，馬鈴薯收獲的過程：挖掘馬鈴薯、分離泥土、鋪放晾曬等工序。在該過程中拖拉機(jī)推著刀軸向前運(yùn)動會造成到刀軸受力過大、鋪放馬鈴薯不方便、傳遞動力消耗過大，所以采用后懸掛式。設(shè)計(jì)方案一圖2-1丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡圖1.固定式挖掘鏟2.機(jī)架曲柄3.擺動篩式分離裝置如圖2—1所示：1）動力傳動過程：有拖拉機(jī)動力輸出軸輸出動力通過機(jī)械傳動最終到機(jī)架曲柄上，這樣實(shí)現(xiàn)了來自拖拉機(jī)動力傳至曲柄，曲柄做圓周運(yùn)動導(dǎo)致分離裝置擺動。主要工作部件有固定式挖掘鏟、傳動裝置、薯土分離裝置等。2）工作原理：由拖拉機(jī)動力輸出軸為原動力，采取懸掛式田間作業(yè)。當(dāng)拖拉機(jī)向前行駛時(shí)挖掘鏟將薯類（如馬鈴薯）和土壤一起挖起，通過前面土壤的堆積將薯土混合物推向擺動篩式分離裝置，分離器將馬鈴薯和土壤徹底分離，最后散落在地面上。3）方案分析：（1）雖然整體裝配簡單，運(yùn)動路線清晰，但在實(shí)際作業(yè)過程中，機(jī)具有明顯的前后擺動，導(dǎo)致拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)受嚴(yán)重沖擊，從而影響到發(fā)動機(jī)的使用壽命；（2）在收獲過程中容易漏挖果實(shí)；（3）擺放不整齊，明薯率低，影響到機(jī)組的前進(jìn)通過性；[3]綜上所述，該方案還有改進(jìn)的地方。所以方案不可取。設(shè)計(jì)方案二圖2-2丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡圖1.固定式挖掘鏟2.輸送鏈?zhǔn)椒蛛x裝置如圖2-2所示1）工作原理：隨著機(jī)組前進(jìn)，挖掘鏟向前推進(jìn)，掘起壟中的薯類果實(shí)和土壤的混合物；拖拉機(jī)的總動力通過機(jī)械傳動最終到鏈輪，薯類果實(shí)和土壤混合物被推進(jìn)到輸送鏈上，在經(jīng)過輸送鏈的振動分離后將土馬鈴薯馬鈴薯分離，最后將薯類果實(shí)散落到地面。2）方案分析：（1）固定挖掘產(chǎn)不靈活，適應(yīng)性差。（2）果實(shí)最終零亂的落在地面上，這樣不便于機(jī)組的正常前進(jìn)，也不能便于人工的收集。（3）薯土分離效果差、明薯率低，最終不能滿足農(nóng)藝要求[4]。綜上所述，該方案還有改進(jìn)的地方。所以方案不可取。設(shè)計(jì)方案三圖2-3丘陵山地薯類收獲機(jī)原理簡圖1.挖掘鏟2.彈簧3.輸送鏈4.鋪放柵條如圖2-3所示1）工作原理：拖拉機(jī)的動力輸出軸輸出動力經(jīng)傳動系到達(dá)鏈輪上，機(jī)組前進(jìn)的同時(shí)，挖掘鏟挖掘薯類果實(shí)，薯土混合物傳到輸送鏈上。輸送鏈在三星振動輪的振動下將馬鈴薯和土壤分離開。分開后的馬鈴薯在鋪放柵條的約束下整齊的擺放在地面上。整個(gè)過程經(jīng)過了傳遞動力、挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。2）方案分析：（1）此種方案采用了彈性挖掘鏟，很大程度上提高了薯類收獲機(jī)的適應(yīng)性。（2）采用鏈?zhǔn)椒蛛x裝置能提高薯土分離效果，在該方案中設(shè)計(jì)了三星振動輪，使薯土分離效果更明顯。（3）設(shè)計(jì)了鋪放柵條，該裝置能提高明薯率、使馬鈴薯鋪放整齊，為機(jī)組在前進(jìn)的過程中清理了障礙，從而提高了作業(yè)效率。2.2結(jié)構(gòu)方案確定通過對上述擬定方案結(jié)合本次設(shè)計(jì)的主要目的，總結(jié)出第三種方案適合。如圖2-4所示，該機(jī)主要由挖掘部件4和振動輸送分離部件5.6.9組成，可一次性實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的挖掘、輸送、分離和集條鋪放等作業(yè)。拖拉機(jī)動力輸出軸輸出的動力，經(jīng)過萬向節(jié)11到達(dá)變速器帶輪12，經(jīng)皮帶13到達(dá)輸送鏈主動輪9，帶動輸送鏈7轉(zhuǎn)動,輸送鏈從動輪5三星抖動器7隨鏈條一起轉(zhuǎn)動，鎮(zhèn)壓輪2、切土圓盤3、地輪8、挖掘鏟4在拖拉機(jī)的拖動下前進(jìn)。被挖掘鏟挖出的馬鈴薯隨鏟面上升最終落到輸送鏈上，進(jìn)行下一步的分離輸送作業(yè)。該過程中三星振動器在鏈輪的帶動下轉(zhuǎn)動，使得輸送鏈上下抖動，提高土薯分離率。尾端柵條10起集條作用，使馬鈴薯挖掘成條鋪放與地面上，便于人工撿拾。實(shí)現(xiàn)了馬玲薯挖掘、分離、鋪放的一次性作業(yè)，顯著提高了工作效率。圖2-4馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.機(jī)架2.鎮(zhèn)壓輪3.切土圓盤4.挖掘鏟5.輸送鏈從動輪6.輸送鏈7.三星抖動器8.地輪9.輸送鏈主動輪10.柵條11.聯(lián)軸器12.變速器上帶輪13.皮帶2.2.1結(jié)構(gòu)組成該課題設(shè)計(jì)的馬鈴薯挖掘機(jī)由機(jī)架、鎮(zhèn)壓輪、切土圓盤、挖掘鏟、輸送鏈從動輪、輸送鏈、三星抖動器、地輪、輸送鏈主動輪、柵條、聯(lián)軸器、變速器、帶輪、皮帶等機(jī)構(gòu)組成。2.2.2結(jié)構(gòu)原理挖掘部件采用彈性挖掘鏟，鏟在拖拉機(jī)拉力的作用下入土挖掘，把土薯混合物挖出。輸送分離部件采用升運(yùn)鏈?zhǔn)剑B桿間隙小于一般薯塊的最小特征尺寸，土薯混合物在抖動器的作用下分離，土坯破裂落到地面上，薯塊隨著升運(yùn)鏈上升到尾端落到疏松的土壤表面?？稍诒ＷC分離率的同時(shí)，提高收凈率、降低破損率。2.2.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該方案設(shè)計(jì)的馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、分離效果明顯、作業(yè)效率高、配套動力小，解決了配套動力不足的難題，便于在廣大丘陵、山區(qū)推廣使用。

3主要零部件設(shè)計(jì)3.1機(jī)架的設(shè)計(jì)丘陵山地薯類收獲機(jī)機(jī)架采用鋼件焊接而成，整體尺寸是通過拖拉機(jī)懸掛裝置和挖掘鏟工作寬度決定的。圖3-1機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖3.1.1機(jī)架的尺寸確定由于挖掘?qū)挾仍?00mm，所以機(jī)架的寬度應(yīng)超過工作寬度的寬度應(yīng)為700mm～800mm，為了能使刀軸支撐架更好的連接，機(jī)架寬度取750mm。機(jī)架的總長度是通過收獲后馬鈴薯蔓輸送的路程和拖拉機(jī)動力輸送過程中動力軸的位置確定的，為了能夠達(dá)到更好的分離效果輸送鏈選擇長度為660mm，拖拉機(jī)傳遞過程中二級帶傳動的中心距a=760mm，拖拉機(jī)懸掛架的長度為250mm。機(jī)架總長度應(yīng)在L=660+760-350=1890mm，因機(jī)架總長度應(yīng)大于實(shí)際應(yīng)用長度取L=2000mm。機(jī)架的高度應(yīng)根據(jù)拖拉機(jī)懸掛架的拉桿高度H1=780mm和動力輸出軸離地面的高度H2=510mm確定的，機(jī)架離地面的高度為280mm，取機(jī)架最高處到最低處的距離為H=3.1.2收獲機(jī)的機(jī)架使用和調(diào)整(1)功過拖拉機(jī)的的遙控桿控制懸掛架的升降，使機(jī)架達(dá)到工作狀態(tài)。(2)動力輸出的遙控干控制動力的輸出間接控制了集體的工作。(3)調(diào)整工作的寬度是由機(jī)架動力軸上的套筒和刀軸的軸承座調(diào)整決定的。(4)其它調(diào)整是通過機(jī)體上的調(diào)整螺母調(diào)整。(5)機(jī)架上焊接的連接鋼板應(yīng)針對主要工作部件的中心位置確定。3.2挖掘鏟的設(shè)計(jì)由薯類作物的農(nóng)藝特征可知，薯類主要為起壟種植。紅薯多為單壟單行種植，馬鈴薯多為單壟雙行。薯類成熟塊莖一般生長在5～30cm的土層，塊莖的生長寬度一般為40cm左右。因而設(shè)計(jì)旋挖刀的入土深度可在15～30cm內(nèi)調(diào)整[5]。丘陵山地薯類收獲機(jī)中挖掘鏟采用彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可增加挖掘鏟的彈性變形，提高其使用壽命。3.2.1挖掘鏟的選型挖掘部分的作用是把薯類果實(shí)和土壤一起挖起，然后經(jīng)過輸送鏈分離清選。對挖掘部件的要求如下：在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；挖掘鏟應(yīng)有較強(qiáng)的碎土能力，對粘重土壤保證土垡能順利通過，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件[6]。這種挖掘部件由三角平面多鏟和鏟架組成。三角平面多鏟直接與機(jī)架剛性連接。三角平面多鏟的鏟面為平面，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的；另一方面減輕機(jī)具前部重量，防止鏟尖下陷。多片鏟在工作時(shí)發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。因此，該機(jī)采用三角平面多鏟，由三個(gè)三角平面鏟組成，材料為65。3.2.2鏟刃夾角圖3-2挖掘鏟參數(shù)及受力圖三角挖掘鏟結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝少。被廣泛的應(yīng)用于馬鈴薯挖掘中。鏟面由三片挖掘鏟組成，剛性的固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。挖掘鏟的主要參數(shù)有：刃切口夾角、挖掘鏟與地面的夾角、鏟的長度L、鏟的寬度B[7]。如圖3-2所示。選擇挖掘鏟刃口夾角的值必須使雜草和莖稈都能滑離鏟刃。使莖稈滑離刃口的力如圖3-2（d）所示，它必須滿足下列不等式：公式（3—1）式中R—作用于鏟刃的阻力（N）；—莖桿對鋼的摩擦系數(shù)；。從圖中可得到下列不等式：即：公式（3—2）一般取，該挖掘鏟采用。3.2.3鏟面傾角和鏟體總長度L挖掘鏟的傾角α和鏟的長度L可由圖3-2(b)的受力分析求得。根據(jù)土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式：公式(3—3)公式(3—4)公式(3—5)式中P—沿著挖掘鏟移動掘起物所需的力(N)；N—鏟對土壤的反作用力(N)；G—鏟面上土壤的重力(N)；F—土壤對鏟的摩擦力(N)；—土壤對挖掘鏟的摩擦系數(shù)。將式(3)，(4)，(5)聯(lián)立求解得：公式（3—6）公式（3—7）挖掘鏟的工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動而產(chǎn)生的，同時(shí)也是由切割土壤所造成的[8]，若不考慮壟臺沿著挖掘鏟移動速度變化的影響，鏟的總阻力可以用下面的關(guān)系式來表達(dá)：公式（3—8）式中—土壤對鋼的摩擦角；K—挖掘壟溝的比阻系數(shù)()，輕質(zhì)土壤K=16000～20000（）；中等輕質(zhì)土壤K=20000～24000（）；中等堅(jiān)實(shí)土壤K=24000～3000（）A—挖掘壟溝的橫截面積（）。鏟的長度可由挖掘深度h與傾角α計(jì)算，即：公式（3—9）由農(nóng)藝要求可知，挖掘深度h=15～25cm時(shí)才能將馬鈴薯完全挖出，并不損壞馬鈴薯。最后根據(jù)各個(gè)公式得：鏟的最大傾角α=25，φ=30（中等輕質(zhì)土），鏟的最大長度為49cm。取L=40cm；并可計(jì)算出挖掘鏟在中等輕質(zhì)土壤，挖掘最大傾角25°時(shí)的最大挖掘阻力為3086N。3.2.4單鏟片寬度B當(dāng)挖掘鏟的、、L選定后，下一步是確定鏟寬。設(shè)計(jì)要求取總寬度為600mm，取單鏟寬度B為160mm，則產(chǎn)片間隙為10mm，挖掘鏟的厚度為5mm。最后得到的挖掘鏟的結(jié)構(gòu)圖，如圖3-4所示。圖3-4挖掘鏟平面圖3.3振動分離輸送裝置的設(shè)計(jì)振動分離輸送裝置采用升運(yùn)鏈?zhǔn)健．?dāng)被掘起的土垡、薯塊及莖桿等向上輸送時(shí)，在輸送鏈的作用下，土垡被疏松，土壤通過桿間隙篩出，薯塊則被輸送到側(cè)向輸送器。為增強(qiáng)分離效果，在分離輸送器上裝有三星抖動器[9]。因此，鏈面在三星抖動器的作用下產(chǎn)生振動。此時(shí)分離輸送器鏈輪的鏈節(jié)不是作直線運(yùn)動，而在某段時(shí)間內(nèi)沿圓弧運(yùn)動，這種抖動分離輸送器相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形可移動的柵格篩。三星抖動器由線速度一定的分離輸送器帶動旋轉(zhuǎn)。作業(yè)時(shí)，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將薯壟整個(gè)掘起，掘起土垡在平面鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動的同時(shí)受抖動器作用而上下抖動，使大部分土壤變松并落到桿條鏈下部壟溝內(nèi)，薯塊則被順利運(yùn)送到尾部落到側(cè)向輸送器上。3.3.1桿條參數(shù)的確定一般馬鈴薯的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便我們統(tǒng)一采用長、寬、厚三個(gè)特征尺寸來描述塊莖物理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個(gè)尺寸。分離輸送器的桿條間隙如圖3-5所示，圖3-5桿間距示意圖從圖中可以看出下面的關(guān)系：公式（3-10）式中：L—桿間隙；L—桿條間隙；d—桿直徑。要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤保留薯塊的目的，桿條間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足c(c為馬鈴薯最小特征尺寸)的條件，即保證馬鈴薯最小特征尺寸大于枝條間隙，使塊莖不至于在桿條間隨土壤漏下。據(jù)資料和實(shí)際測量，我國馬鈴薯塊莖厚度尺寸大多在30-80mm之間，因此若取桿間距L為38mm，桿條直徑為10mm代入式（3-1）得桿條間隙為28mm[10]。3.3.2抖動器參數(shù)確定及安裝為使薯塊在分離輸送器上能夠分離并向上輸送，必須確定抖動器的運(yùn)動參數(shù)，并正確安裝抖動器。3.3.3三星抖動器參數(shù)的確定本設(shè)計(jì)中，抖動器采用三星抖動器，其結(jié)構(gòu)如圖3-6，按照設(shè)計(jì)要求[11]，分離輸送器的線速度為1.6m/s，即三星抖動器的線速度為1.6m/s，半徑r為60mm，由，得所以抖動頻率：，也就是說抖動器每秒鐘抖動4.25次。圖3-6三星輪式振動分離裝置3.3.4抖動器的安裝根據(jù)齊姆斯的研究，升運(yùn)器的功率消耗與抖動器的位置有關(guān)，一般抖動器在距升運(yùn)器前從動輪0.3～0.4m的位置，升運(yùn)器消耗的功率比較小，因?yàn)樵?.3～0.4m的位置上最容易形成物料的堆積。如果在這個(gè)位置上的震動發(fā)生的最多那么，整個(gè)升運(yùn)器上的力就會降低，從而使功率消耗減小。

4傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1動力傳動的選擇動力傳動是由動力輸出軸通過錐齒輪傳動傳遞給帶輪，再由帶傳動傳遞給輸送鏈輪主動軸[12]。這種傳遞功率消耗小，傳動穩(wěn)定。整個(gè)傳動系統(tǒng)的總傳動比為3.5，其中錐齒輪的傳動比為1.75，V帶的傳動比為2.0。其中拖拉機(jī)的型號選擇是根據(jù)總功率的大小決定的，對其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。通常對于長期聯(lián)系運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或者很少變化，要求所選用拖拉機(jī)的功率等于或略大于工作時(shí)所需的總功率。根據(jù)傳動的穩(wěn)定可靠和對收獲機(jī)需要的功率我們先采用12馬力拖拉機(jī)（輸出功率為8.8千瓦）。（1）.拖拉機(jī)輸出功率分配功率的估算公式為公式（4-1）式中：Nt-拖拉機(jī)動力功率(Kw)Pt-拖拉機(jī)基本擋位的掛鉤牽引力(KN)V-拖拉機(jī)基本擋位的實(shí)際工作速度()所以Kw由總體設(shè)計(jì)可知,拖拉機(jī)傳給收獲機(jī)的動力首先傳給錐齒輪、皮帶輪、最后到鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。其中薯類的挖掘收獲是主要工作部位,故彈性挖掘鏟所耗功率很大,約為2.47KW。輸送輸送鏈消耗功率占約為0.9KW,拖拉機(jī)的行駛必須克服來自地面的滾動阻力，拖拉機(jī)牽引馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)時(shí)，車輪滾動，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和克服制成路面的變形。根據(jù)滾動阻力系數(shù)f的數(shù)值，選擇在泥濘的條件下，滾動阻力系數(shù)為0.100～0.250,取f=0.200[13]。根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件得到馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)、拖拉機(jī)及其工作人員的重量約為3000kg。根據(jù)滾動阻力的計(jì)算公式：F=fmg，可以得到滾動阻力F=6000N。牽引功率可以得到為4.8kw。即功率分配情況為：故實(shí)際消耗功率=彈性挖掘鏟挖掘的功率+鏈?zhǔn)椒蛛x裝置消耗的功率+牽引功率。P=2.47KW,P=0.90KW,P=4.80KWP=P+P+P=2.47+0.09+4.80=8.17kW選用的12馬力的拖拉機(jī)輸出額定功率P=8.8KW大于實(shí)際消耗功率P=8.17，即Pca≥P可以選用。4.2錐齒輪傳動部分的設(shè)計(jì)計(jì)算1、丘陵山地薯類收獲機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械，結(jié)合農(nóng)藝要求選用8級精度。2、選擇材料：選用齒輪材料為40Cr，滲碳淬火處理，芯部硬度為33-45HRC，齒面硬度為小齒輪的是65HRC，大齒輪的是55HRC。3、選小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪的齒數(shù)=35。4、該錐齒輪傳動的傳動比為：1.75。4.2.1按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式（4-2）確定公式內(nèi)的各個(gè)參數(shù)由圖10-21d查得小錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=640Mpa；大錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度=610Mpa；由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.87，=0.9。4.2.2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==MPa=398MPa=MPa=392MPa計(jì)算載荷系數(shù)K。K==3.3215）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z===24.04224，z==38.042386)查取齒形系數(shù)。由表10-5查得=2.63；=1.567)查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表10-5查得=2.65；=1.58。8)計(jì)算大小齒輪的并加以比較。==0.0175==0.0063小齒輪的數(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，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊。4.2.3幾何尺寸計(jì)算(1)輪大端分度圓直徑(2)確定錐距R=(3)確定齒輪寬度選取為4.3Ｖ帶傳動部分的設(shè)計(jì)計(jì)算由錐齒輪傳動的傳動比得該級傳動傳動軸的的轉(zhuǎn)速為：n=，動力輸出軸輸出的功率P=8.8KW（1）、確定計(jì)算功率pca查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，表8-6得工作情況系數(shù)KA=1.2pca=KAP=1.1×8.8=9.68KW（2）、選取普通V帶帶型查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，根據(jù)pca、n由圖8-11確定選擇B型。（3）、確定帶輪基準(zhǔn)直徑查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，由表8-3和8-7取主動輪直徑dd1=125mm根據(jù)式（8-15），n1=416n2=208i=從動輪基準(zhǔn)直徑dd2。dd2=idd1=2.0×125=250mm根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，式（8-13）驗(yàn)算帶的速度V==2.72m/s<35m/s帶的速度合適。（4）、確定中心距和V帶的基準(zhǔn)長度根據(jù)0.7（dd1+dd2）<a0<2（dd1+dd2），初步確定中心距a0=1700mm。a0取定后，根據(jù)傳動的幾何關(guān)系，按照下式計(jì)算所需帶基準(zhǔn)長度查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，根據(jù)表8-2選取V帶基準(zhǔn)長度Ld=4000mm按式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距a取a=1704.5（5）、驗(yàn)算主動輪上的包角根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，由式（8-6）得主動輪上包角合適。（6）、計(jì)算V帶根數(shù)z根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，由式（8-22）知n1=1160r/min、dd1=80mm、i=2.5,查表8-5c和8-5d得P0=2.27KW△P=0.46KW查表8-8得，=0.99,查表8-2得=0.94，則（7）、計(jì)算預(yù)緊力F0查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，根據(jù)表8-4得q=0.07kg/m，故（8）、計(jì)算作用在軸上的壓軸力FP查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，由式8-24得N（9）、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主動皮帶輪:已知?jiǎng)恿敵鲚Sd=18mm，帶輪dd1=125mm選用由表8-10中查出hamin=3.50；外徑da=dd1+2ha=125+2×3.50=第一槽對稱面至端面的距離f=，取f=11.5；e=，取e=19；帶輪寬B=（z-1）e+2f=（2-1）×19+2×11.5=42mm被動皮帶輪：已知固定軸d=25mm，帶輪dd2=250mm由表8-10中查出hamin=3.50；外徑da=dd1+2ha=250+2×3.50=第一槽對稱面至端面的距離f=，取f=11.5；e=，取e=19；帶輪寬B=（z-1）e+2f=（2-1）×19+2×11.5=42mm皮帶輪輪廓示意圖如下：圖4-1皮帶輪的結(jié)構(gòu)簡圖4.4鏈傳動部件的設(shè)計(jì)計(jì)算彈性挖掘鏟在工作時(shí)受到拖拉機(jī)前進(jìn)的阻力、輸送鏈輸送薯類的阻力和挖掘薯類的阻力[14]，為了使挖掘鏟在工作中能穩(wěn)定工作，選取的鏈條略大于實(shí)際計(jì)算的鏈條，能夠承受實(shí)際工作所受的阻力。（1）、基本參數(shù)連輪齒數(shù)：,配用鏈條的節(jié)距配用鏈條的滾子外（2）、分度圓直徑對對（3）、齒頂圓直徑對對（4）、齒根圓直徑對對（5）、分度圓弦齒高對對：（6）、鏈輪材料及熱處理材料、熱處理:滲碳、淬火、回火（7）、連接鍵的選擇d=34選取b=10h=8L=36圖4-2鏈輪的結(jié)構(gòu)簡圖

5主要工作參數(shù)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算5.1作業(yè)速度收獲機(jī)的作業(yè)速度主要取決于工作部件（如挖掘鏟﹑振動分離裝置等）和拖拉機(jī)行走裝置的適應(yīng)性能是否達(dá)到收獲要求的要求[15]，一般作業(yè)速度為[16]。考慮到收獲機(jī)收獲時(shí)的作業(yè)速度,12馬力拖拉機(jī)選用。地輪的滑移率取，機(jī)速即實(shí)際工作速度。。5.2工作幅寬工作幅寬主要取決于配套拖拉機(jī)的牽引能力和播種機(jī)的工作阻力。播種機(jī)的工作阻力包括開溝器工作阻力、地輪滾動阻力、部件傳動以及如鎮(zhèn)壓輪等其它部件的工作阻力[17]。工作幅寬（B）計(jì)算公式：B=式中：T-正常的機(jī)組工作速度下，拖拉機(jī)的額定牽引力：。η-拖拉機(jī)牽引力利用系數(shù)，一般取。Pm-馬鈴薯收獲機(jī)每米幅寬的工作阻力（N/m）。所以：實(shí)際工作中，牽引功率T小于等于額定功率，所以實(shí)際工作幅寬小于0.76m根據(jù)設(shè)計(jì)要求取工作幅寬：B=0.5m5.3工作效率工作效率=作業(yè)速度工作幅寬=/s。

6結(jié)論與建議該課題設(shè)計(jì)的丘陵山地薯類收獲機(jī)主要由挖掘部件和振動輸送分離部件組成，可一次性完成馬鈴薯的挖掘、輸送、分離和集條鋪放等作業(yè)。本次設(shè)計(jì)得出結(jié)論和建議：(1)該機(jī)的挖掘鏟為彈性鏟，不但滿足了挖掘鏟的設(shè)計(jì)要求，還提高了使用壽命。鏟片由三片三角鏟組合而成，鏟片見留有間隙，可在挖掘的同時(shí)實(shí)現(xiàn)土薯初步分離。(2)分離裝置采用輸送鏈?zhǔn)剑斔玩溑c水平面呈一定升角，這樣的安裝方法不但能提高土薯分離率，還能減少傷薯率。(3)抖動器采用三星式，靠輸送鏈帶動其轉(zhuǎn)動，不但減小了功率消耗，還提高了土薯分離率，而且抖動幅度也能針對馬鈴薯的不同種植情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。(4)該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，功率利用率高，在滿足收獲要求的同時(shí)，所需的配套動力小，適合我國廣大農(nóng)村的動力現(xiàn)狀，易于推廣。（5）馬鈴薯升運(yùn)到升運(yùn)鏈尾端時(shí)，由于薯多土少，馬鈴薯在自身重力的作用下有向下滾的趨勢，容易發(fā)生蹭皮問題，希望在下一步的研究中著重從這方面入手。

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