土豆裝袋機說明書

2.1設計任務分析土豆裝袋機是一種專門用于土豆的撿拾和裝袋的農(nóng)業(yè)機械設備，本次設計的機械主要是針對一些種植土豆范圍較小、種植土地較為平坦的農(nóng)民需求問題。整體結構主要由撿拾裝置、升運土豆裝置、分選裝置等組成。2.2總體技術方案其工作原理是被鏟出的土豆在土壤表層，由撿拾鏟斗撿起土豆，而輸送帶把土豆送至分選裝置區(qū)裝置部分，并且在這個運輸過程，土豆與輸送帶之間的運動可以使沾在土豆上的土壤抖落出去，再被傳送到分選區(qū)，整個運輸過程有效地將地里的土豆快速、準確地裝入三個分級的袋子中。整個工作過程中，由變速箱提供穩(wěn)定的動力輸出。帶有擋板的傳送帶可以有效地防止土豆在傳送過程中滾落。當土豆被輸送到袋裝裝置部分時，土豆由于袋裝裝置的結構設計，根據(jù)自由落體原則被送入帶中，最后通過人工操作實現(xiàn)土豆的袋裝。2.3功能實現(xiàn)方案2.3.1傳動方式的確定土豆上升至輸送通道，需要借助動力系統(tǒng)將其上升至袋裝裝置處。采用動力的方式有帶傳動，鏈傳動，其中鏈條傳動的主要特點是：傳遞功率大且過載能力強，傳動很精確，結構比較緊湊，確保機械效率高，能夠很好的適合于比較惡劣的場合，但成本較高，易磨損，需要經(jīng)常性維護，傳動平穩(wěn)性較差，不能保證土豆的收獲的完整度，適用范圍有限。相比于帶轉動，成本高且無法保證土豆的完整度，而且?guī)鲃訉τ趥鲃泳嚯x較長的機構，這種設計尤為合適，它主要能夠減少振動，從而有效保護土豆，避免造成較高的土豆損失率。在比較了以上兩種方案的優(yōu)劣之后，最終決定采用帶式輸送系統(tǒng)，因為它更符合當前設計的需求。這種系統(tǒng)通過電機驅(qū)動軸旋轉，經(jīng)減速器降低轉速后，利用帶傳動將土豆從地面運送至輸送通道。土豆隨輸送通道傾斜，借助重力滑入袋裝環(huán)中，實現(xiàn)自動裝袋。裝滿的袋子需放置在下方的支撐架上，這一過程需要人工操作，通過轉動支撐架以替換裝滿的袋子，確保連續(xù)裝袋作業(yè)的順利進行。2.3.2撿拾裝置的確定方案一：如圖2-1的方案一的撿拾裝置簡圖所示，最右側被固定的轉動副受動力驅(qū)動，與相連的轉動副帶動其余轉動副轉動，而上方被固定的轉動副實現(xiàn)從而令鏟斗實現(xiàn)上下一定區(qū)間的翻轉，將所得的物料放置物料區(qū)。如圖2-2是方案一傳遞給撿拾裝置的動力簡圖，其中電機作為動力裝置，考慮到負載問題，連接鏈傳動進行初步減速，再經(jīng)過單機圓柱齒輪減速器的輸入軸后實現(xiàn)二次減速，再由減速器輸出軸帶動圖2-1中最右側被固定的轉動副。優(yōu)點：結構簡單，工作可靠，操作簡化易維護。缺點：摩擦損耗大，鏈傳動要求的工作環(huán)境高，空間占用大，系統(tǒng)波動大，不適合高速運動作業(yè)。圖2-1方案一的撿拾裝置簡圖圖2-2方案一傳遞給撿拾裝置的動力簡圖方案二：如圖2-3的方案二的撿拾裝置簡圖所示，通過對轉動副施加動力并帶動鏟斗實現(xiàn)上下翻轉的動作，將物料送入放料區(qū)。如圖2-4是方案二傳遞給撿拾裝置的動力簡圖，通過電機帶動作為動力，經(jīng)由單級齒輪減速器進行減速后輸出帶傳動，再由輸出軸將動力送往圖2-3中左上角被固定的轉動副上。優(yōu)點：結構上比方案一更為牢固可靠，系統(tǒng)波動比方案一要更容易計算，操作簡化易維護。缺點：摩擦損耗大，不適合高速運動作業(yè)。圖2-3方案二的撿拾裝置簡圖圖2-4方案二傳遞給撿拾裝置的動力簡圖方案三：如圖2-5的方案三的撿拾裝置簡圖所示，撿拾鏟主要是依靠曲柄滑塊轉動實現(xiàn)鏟的上下翻轉動作，并帶動鏟斗向前往表層土壤里鏟起土豆后送入放置物料的輸送帶上。圖2-6是方案三傳遞給撿拾裝置的動力簡圖，通過電機驅(qū)動帶傳動，再由單極圓柱齒輪減速器減速，最后傳遞動力給圖2-5中左側的曲柄，即轉動副，由它來作為主動件。優(yōu)點：整體結構比起方案一和方案二而言更加簡單，空間占用小，并且效率更快。圖2-5方案三的撿拾裝置簡圖圖2-6方案三傳遞給撿拾裝置的動力簡圖綜上分析，考慮到設備需要在外作業(yè)，考慮到成本問題和結構需要更為簡單、牢固的問題，撿拾裝置確定使用方案三的方式。2.3.3分選裝置的確定方案一：如圖2-7的方案一的分選裝置所示，固定在機架上的轉動副受到動力驅(qū)動后，由該轉動副的帶動促使其余轉動副轉動，從而令滑塊在一定水平區(qū)間內(nèi)滑動，滑塊被固定在帶篩網(wǎng)的機架上，在篩網(wǎng)抖動的過程中，不同大小的土豆會落入對應的籃子內(nèi)，如圖2-8為篩網(wǎng)機構的簡圖。如圖2-9是方案一傳遞給分選裝置的動力簡圖，其中電機作為動力裝置，考慮到負載問題，電機輸出軸與帶傳動進行初步減速，再經(jīng)過單機圓柱齒輪減速器的輸入軸后實現(xiàn)二次減速，再由減速器輸出軸與被固定的轉動副相連，作為裝置的動力來源。優(yōu)點：結構簡單，操作簡化易維護。缺點：摩擦損耗大，空間占用大，系統(tǒng)波動大，不適合高速運動作業(yè)。圖2-7方案一的分選裝置圖2-8篩網(wǎng)機構簡圖圖2-9方案一傳遞給分選裝置的動力簡圖方案二：如圖2-10的方案二的分選裝置簡圖所示，由對心直動滾子從動件盤型凸輪機構轉動副施加動力并帶動滾子轉動，實現(xiàn)一定程度上的上下抖動的動作，實現(xiàn)篩網(wǎng)抖動。如圖圖2-11是方案二傳遞給分選裝置的動力簡圖，通過電機帶動作為動力，經(jīng)由帶傳動進行減速后輸對對心直動滾子從動件盤型凸輪進行動力驅(qū)動。優(yōu)點：結構簡單，操作簡化易維護。缺點：對凸輪的摩擦損耗極大，不適合高速運動作業(yè)。圖2-10方案二的分選裝置簡圖圖2-11方案二傳遞給分選裝置的動力簡圖方案三：如圖2-12的方案三的分選裝置及其動力傳動簡圖所示，通過電機驅(qū)動圓柱蝸輪蝸傳動進行減速，帶動滾筒里的傳動軸動實現(xiàn)滾筒翻滾的動作，不同大小的土豆經(jīng)由不同大小的篩網(wǎng)洞會落入不同分級的籃子里，并被裝入袋中。優(yōu)點：整體結構比起方案一和方案二而言更加簡單，空間占用小，并且效率更快。圖2-12方案三的分選裝置及其動力傳動簡圖綜上分析，考慮到設備需要在外作業(yè)，考慮到成本問題和結構需要更為簡單、牢固的問題以及使用壽命的問題，分選裝置確定使用方案三的方式。3土豆裝袋機的主要零部件設計本次設計的土豆裝袋機主要包括撿拾裝置和分選裝置。按照當前土豆機械化收獲的現(xiàn)狀，撿拾裝置所工作的地塊是由土豆挖掘機挖掘后的得到的。土豆被挖掘機挖掘后，土壤和土豆的混合物會均勻地鋪設在挖掘后高度一致的薯壟上。相較于土豆挖掘機，只需要撿拾土豆的撿拾鏟的入土深度較淺，則整個設備向前的阻力較小，因此收集到的土豆上附著的土壤也比較少。因為在土豆挖掘機的工作過程中已經(jīng)進行了一次薯土分離，使土粒、土塊與土豆之間的間隙增大，黏合性降低。因此，撿拾鏟在工作時受到的前進阻力較小。由于撿拾裝置是進行二次收獲的工具，二次收獲時的漏薯會造成明顯的經(jīng)濟損失。因此，為了既能滿足使用需求，又能有效減少整體收獲過程中的漏薯率，選擇了普通平鏟作為撿拾鏟，并在普通平鏟的兩側設計了擋板，以減少前進時漏薯的可能。3.1撿拾裝置上下系統(tǒng)運動設計本次設計的土豆裝袋機的撿拾裝置對一些文獻的理論和實際數(shù)據(jù)參考，被土豆挖掘機挖掘后的土豆土壟寬度為650-750mm，土豆撿拾鏟的入土角為20°，為了避免鏟斗在不被使用時受損，因此在使用開始前鏟斗在平行于地面的上20°位置。撿拾開始，鏟斗下翻至平行于地面的下20°位置，如圖3-1所示。圖3-1撿拾裝置上下運動位置當它取得物料后，鏟體又向上翻轉40°，回到原來的位置，完成物料的傳遞。曲柄搖塊機構具有急回特性，但在整個撿拾過程影響不大，由此將從動件的角速度按平均角速度計算。實現(xiàn)撿拾的整個過程，時間為2s，鏟得的土薯混合物的重量為500N。由于撿拾過程需要上下共翻轉80°，并且物料傳遞的過程需要機體不需要等候，即機體又向前0.4m，當鏟斗向下到下到達20°位置時，機體又向前0.2m，此時撿拾鏟也到達新的區(qū)域可以進行撿拾。撿拾裝置的撿拾過程次數(shù)約為一分鐘30次，即一分鐘內(nèi)撿拾鏟上下翻轉運動共2400°。由設計方案得知，首先從撿拾鏟的運動參數(shù)，進行初步的選型和軸的載荷初步計算，然后進行電機負載的估算，再按負載的估算結果來選擇合適的電動機，以及軸的載荷是否需要進行調(diào)整。3.1.1撿拾裝置的撿拾鏟參數(shù)設計如圖3-1撿拾鏟的結構簡圖所示：將土壤-雜草混合物對鏟刃邊緣的阻力F分解為沿鏟刃方向和垂直于鏟刃方向的F1和F2，根據(jù)幾何數(shù)學關系可得：圖3-1撿拾鏟的結構簡圖 （3-1） （3-2）在正壓力F的作用下產(chǎn)生摩擦力f，摩擦力方向與F1方向相反，如果F1＞f，則土草混合物會與鏟刃產(chǎn)生相對滑動，即： （3-3）又因為摩擦因數(shù)，則 （3-4）為了確保土壤和莖葉能夠順暢地沿著鏟刃滑移，撿拾鏟的鏟刃張角被設定為120°，即就可以滿足設計要求REF_Ref2978\r\h[33]。這是基于比較得出的結論，考慮到土壤對鋼的摩擦角φ在30°～60°之間，摩擦因數(shù)在0.577～0.721之間，以及莖葉對鋼的摩擦因數(shù)在0.95～0.98之間。只要滿足莖對鋼的摩擦因數(shù)，就能滿足設計要求，從而確保撿拾效果。在設計撿拾鏟的鏟面傾角時，需遵循的原則是確保被撿拾物能夠順利地沿著鏟面向上移動，同時防止其回落?；谶@一原則，以被撿拾的物質(zhì)為研究對象，可以建立鏟面受力平衡的方程式來確定最佳的鏟面傾角，立鏟面受力平衡方程為： （3-5） （3-6） （3-7）聯(lián)立上式求得： （3-8）P—沿著撿拾鏟移動方向的推力;N—鏟面對撿拾物的支承反力（反作用力的支撐力）;G—撿拾物的重力;f—鏟面與撿拾物的摩擦力;μ—土壤與鋼的摩擦因數(shù)，。實際上，角的設定是基于撿拾鏟對所需撿拾物的高度和松碎土壤的要求而定。當增大時，碎土能力會隨之提升，但鏟的工作阻力會增加，因此一般不大于20°;又因為土豆已經(jīng)被挖掘出來，與土壤一起形成土薯混合物，所以的角度可以相對靈活調(diào)整，由牽引的拖拉機功率20Kw，每秒0.2m可知，。研究表明，確保薯土混合物沿著挖掘鏟上表面向后運動的條件為REF_Ref9500\n\h[34] （3-9）P——撿拾鏟撿拾過程收到的作用力，即撿拾阻力NGC——挖掘鏟鏟面上薯土混合物重力，即Nθ——挖掘鏟入土角φ——土壤對鏟面的摩擦角參考土豆挖掘收獲的理論與經(jīng)驗，土豆撿拾鏟入土角一般設置為20°～30°。同時，為保證撿拾裝置撿拾起薯壟的土豆，對應于薯壟位置作業(yè)的撿拾鏟的有效工作寬度W1需要大于壟底寬度，計算式為REF_Ref9641\n\h[35REF_Ref9647\n\h-36]： （3-11）L——土豆種植行距s——土豆生長平均分布寬度σ——土豆綜合標準差ε——機具行駛偏差在考慮土豆種植的農(nóng)藝要求，土豆的種植間距一般行間距350mm，生長平均分布寬度600mm，土豆綜合標準差20mm，機具行駛偏差30mm。以及撿拾鏟的入土性能和碎土效果的綜合因素后，經(jīng)過分析和計算，土豆撿拾裝袋機的撿拾鏟被設計為入土角度為20°，長度為800mm，寬度為800mm。為了確定鏟體的高度，根據(jù)平面鏟的結構尺寸圖中的幾何關系，建立了以下幾何關系式：其中，a為鏟體的后端高度，為平面鏟的傾角，L為平面鏟鏟面長度。根據(jù)統(tǒng)計知，被土豆挖掘機挖掘后的土豆土壟寬度為650-750mm，因此為了保證挖凈率，挖掘鏟的寬度不小于800mm，當考慮到實際收獲土豆的條件，建議鏟寬取800mm，鏟長取800mm，則鏟體后端高度為566mm。3.1.2撿拾裝置的撿拾鏟驅(qū)動電機選型撿拾裝置上下運動度數(shù)為一分鐘2400°，鏟得的土薯混合物的重量為500N。主動件桿長根據(jù)圖畫法可得實際尺寸為2000mm，主動件為250mm。則連桿的工作速度為： （3-12）則電動機的工作效率： （3-13）又因為撿拾裝置的主動件動力需電機經(jīng)過帶傳動和減速器進行減速，由于帶傳動的機械效率為0.95，連桿的機械效率為0.95，單級圓柱齒輪減速器的機械效率為0.96，，兩個聯(lián)軸器的機械效率為0.97得，電動機所需額定功率： （3-14）撿拾裝置是由電機輸出帶傳動，再向單級圓柱齒輪減速器機構進行動力傳輸?shù)?帶傳動的傳動比范圍為，單級圓柱齒輪減速器的傳動比范圍為。 （3-15）對上述計算結果和農(nóng)業(yè)機械一般情況進行綜合考慮，選擇Y2系列三相異步電動機，該系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉轉矩高、運行安全可靠。選擇型號為Y2-112M-4。電機參數(shù)如表3.1所示，電機實物圖如圖3-2所示。表3-1三菱電機生產(chǎn)的HF-SP352電機型號額定功率Kw額定轉矩（）額定轉速r/min堵轉轉矩（）額定電流A質(zhì)量KgY2-112M-442.314402.28.847圖3-2電機實物圖3.1.2撿拾裝置中的帶傳動設計電機功率P=4kw,電機額定轉速，初選傳動比i=3（1）確定計算功率本次帶傳動計算和參數(shù)選擇均為查詢機械設計第十版課本得到，由表格得工作情況系數(shù),故 （3-16）（2）選擇V帶的帶型根據(jù)、查詢圖片得知選用B型.（3）確定帶輪的基準直徑,并驗算帶速v1)初選小帶輪的基準直徑由表、圖得到小帶輪的基準2)驗算帶速V。按式(8-13)驗算帶的速度 （3-17）因為5m/s<V<30m/s,故帶速合適。計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)課本公式計算大帶輪的基準直徑 （3-18）根據(jù)課本表格，取標準值為