《秸稈打捆機的設(shè)計》15000字（論文）

秸稈打捆機的設(shè)計摘要中國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年的秸稈產(chǎn)量十分可觀。秸稈是一種寶貴的可再生資源，不僅可用作動物飼料、工業(yè)原料，還可用于制氣、發(fā)電等。但是，在我國大部分農(nóng)村地區(qū)秸稈收集利用的情況并不樂觀。在農(nóng)村，手工捆扎秸稈的現(xiàn)象普遍存在，手工捆扎不僅效率低、工作強度大，還對秸稈收集不完全，造成了極大的資源浪費；大型的秸稈打捆機又無法進入農(nóng)村小田快進行打捆作業(yè)。針對上述問題，為提高秸稈的綜合利用率和減輕農(nóng)民的工作強度，本文設(shè)計了一款小型秸稈打捆機，該機結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，小型輕便。適合山地丘陵小規(guī)模家庭使用。本文包括打捆機配套動力的選取、機架的設(shè)計、傳動系統(tǒng)的設(shè)計，以及主要工作零部件的設(shè)計如撿拾器、成捆鋼輥的設(shè)計。傳動系統(tǒng)的設(shè)計：采用三級傳動，包括錐齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動；撿拾器的設(shè)計：此次設(shè)計采用彈齒式撿拾器，設(shè)計參數(shù)包括彈齒數(shù)量、轉(zhuǎn)速；成捆室鋼輥的設(shè)計：此次設(shè)計采用鋸齒式凸起輥筒，設(shè)計參數(shù)包括輥筒直徑、輥筒轉(zhuǎn)速等。本文所設(shè)計的鋼輥外卷式打捆機撿拾速度快，能為個體農(nóng)戶提供高效、穩(wěn)定的打捆服務(wù)，減輕農(nóng)民負擔，提高農(nóng)民收入?？蔀橹笮⌒徒斩挻蚶C的設(shè)計提供借鑒。關(guān)鍵詞：秸稈；秸稈打捆機；設(shè)計；鋼輥外卷式目錄1引言 引言1.1研究的目的和意義我國幅員遼闊，南北氣候差異明顯，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了得天獨厚的地理條件。中國作為一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，其糧食產(chǎn)量居世界前列。不僅如此，我國還擁有極其豐富的秸稈資源，據(jù)統(tǒng)計，種植業(yè)每年約有51%的農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為秸稈[1]，秸稈年產(chǎn)量達9億多噸，且還有逐年上升的趨勢。其中，玉米秸稈所占比例最大，高達32.5%，稻草和小麥秸稈分別居第二、第三位，占25.1%和18.3%，其余秸稈種類占比均不到5%[2]。秸稈是一種寶貴的可再生資源，且便于包裝與運輸，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｄ壳?，我國對于秸稈的利用主要在秸稈飼料化、秸稈直燃發(fā)電、造粒燃料等方面[3]，秸稈還有很大的利用價值尚未被開發(fā)，例如：利用秸稈生產(chǎn)板材。利用10%的農(nóng)作物秸稈，就可生產(chǎn)近7000萬m3的板材[4]，可以有效地解決木材短缺的問題，保護生態(tài)環(huán)境；還可以用秸稈制作餐具[5]，這種餐具節(jié)能環(huán)保，可循環(huán)利用。由此可見，我國秸稈資源豐富，而且秸稈還能帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是在我國大部分地區(qū)秸稈的綜合利用情況并不樂觀，據(jù)統(tǒng)計，大量的農(nóng)作物秸稈有40%被農(nóng)民用作動物飼料，有60%的秸稈被就地焚燒[6]。秸稈焚燒會產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫和可吸入顆粒物，不僅浪費資源，還對環(huán)境造成極大的危害。在秸稈回收時，農(nóng)民大多采用傳統(tǒng)的手工捆扎的方式，勞動強度大，工作效率低。針對上述問題，本文設(shè)計了一款小型秸稈打捆機，可降低農(nóng)民勞作強度，提高農(nóng)民收益。該機結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，小型輕便。適合山地丘陵小規(guī)模家庭使用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對秸稈進行綜合利用的前提是將秸稈收集起來，因此，秸稈打捆機在此過程中是必不可少的。秸稈打捆機的作用是將散落在田地里的秸稈粉碎，然后壓縮成型，打包。降低手工捆扎的勞動強度，提高農(nóng)民受益。根據(jù)成捆形狀的不同，秸稈打捆機可分為方捆機和圓捆機兩種[7]。1.2.1國外研究現(xiàn)狀國外對于秸稈打捆機的研究起步較早，距今以有200多年的歷史。20世紀60年代，國外打捆機的發(fā)展進入高峰期[8]，期間誕生了許多全球知名企業(yè)，例如：克拉斯（CLASS）、紐荷蘭（NEWHOLLAND）、約翰迪爾（JOHNDEERE）、庫恩（KUHN）等。這些企業(yè)生產(chǎn)的秸稈打捆機多為大型機器，機械化、自動化程度高，且售價昂貴，費用大多在150~300萬之間。約翰迪爾公司生產(chǎn)的L341大型方捆機，采用雙重打結(jié)器，即使在高密度以及極端作業(yè)條件下也能提供可靠地打結(jié)。該機采用由約翰迪爾制造的MegaWideTM撿拾器，擁有2.5米超寬撿拾寬度，且配備有高強度撿拾彈齒，撿拾喂入順暢，能適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境，工作高效可靠。德國克拉斯公司成立于1913年，目前已成為歐洲第一，世界第四的農(nóng)機制造廠商。其生產(chǎn)的MARKANT65D打捆機，操作簡單，撿拾效率高，打出的草捆緊實可靠。該打捆機可根據(jù)用戶的不同需求來調(diào)節(jié)打捆寬度，調(diào)節(jié)范圍在0.4~1.1m[9]之間，該機采用滑動離合器，在秸稈喂入量過大時，自動打滑，用以保護其它零部件免受過載損壞。紐荷蘭BC5070方型打捆機采用Super-Sweep撿拾器，撿拾干凈且效率高，柱塞在密封軸承上運行，無論作物的長勢如何都能打出致密緊實的草捆。該機配備有獨特的Power-PivotPTO，為用戶提供了額外的操作空間。BC5070采用重型牽引架、大尺寸動力傳動部件和重型喂入系統(tǒng)，能在不同的作業(yè)環(huán)境下提供可靠的打捆服務(wù)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀相較于西方發(fā)達國家，我國對于打捆機的研究起步較晚。20世紀70年代我國開始對圓捆機進行研究，期間由鞍山農(nóng)機廠生產(chǎn)的9JY-1.8圓捆機[10],雖然能可靠地完成打捆操作，但是存在著油耗高、磨損大、使用壽命短等缺陷，不適合長期使用。隨著對保護環(huán)境和秸稈綜合利用問題的重視，我國加大了對秸稈打捆機的研發(fā)力度，現(xiàn)已經(jīng)能自主生產(chǎn)可靠、高效的打捆機械。與發(fā)達國家的差距在逐步縮小，但自主創(chuàng)新較少，主要集中在研發(fā)性改進方面[11]。軒禾BR6000-4.0是軒禾第四代重型圓捆機，該機采用2個主驅(qū)動輥筒，14個從動輥筒，使得秸稈在打捆室成型效率更高，更穩(wěn)定；采用5排彈齒式撿拾機構(gòu)，撿拾速度更快，效率更高且能適應(yīng)各種生長條件的農(nóng)作物；配備有德國BEKA油脂潤滑系統(tǒng)，采用適應(yīng)性更好的高壓鋼管對軸承進行點對點潤滑，可以有效保證潤滑油順暢的到達每一個潤滑點。濰柴雷沃重工生產(chǎn)的9YF-1.9型秸稈打捆機，具有廣泛的適應(yīng)性，適用于牧草、小麥、水稻和玉米秸稈的打捆作業(yè)。該機采用“調(diào)心滾子軸承+唇形密封圈+防塵蓋”的設(shè)計，通過增加鋼板的厚度來提升復(fù)位拉桿的強度，避免其承受過大的載荷而變形失效。整機采用一次沖壓成型的縱梁結(jié)構(gòu)，機架采用全焊接夾具制造，結(jié)實耐用穩(wěn)定性好。9YF-1.9型秸稈打捆機還配備有夜間照明設(shè)施，有助于搶農(nóng)時，為夜間作業(yè)提供方便。新疆牧神4KZ-300型自走式秸稈打捆機擁有300厘米超長撿拾寬度，配套110馬力拖拉機。整機傳動采用先進的內(nèi)置離合器的方式，工作起來更加穩(wěn)定可靠；后部安裝有攝像頭，便于實時監(jiān)控打捆室內(nèi)草捆情況；整機中心對稱布置，離地間隙≥300mm，高離地間隙可確保穿繩針任何時候都不與地面碰撞，工作起來安全可靠。發(fā)動機部分采用國Ⅲ發(fā)動機，使其排放量降低且易于維護，保護環(huán)境。上述打捆機適合在平整的大田工作，需要配備大功率的拖拉機且價格相對昂貴，是一般農(nóng)戶所承受不起的。本文設(shè)計一種適合在山地丘陵小田塊工作的打捆機，其結(jié)構(gòu)簡單，造價低，可靠性高，使一般農(nóng)戶所能承受，幫助農(nóng)村個體農(nóng)戶收集秸稈，提高農(nóng)民收入，減輕農(nóng)民負擔。2設(shè)計任務(wù)書2.1設(shè)計內(nèi)容2.1.1設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計是針對農(nóng)村小田塊設(shè)計的，結(jié)構(gòu)簡單、方便快捷，滿足當?shù)氐拇蚶π枰?。秸稈打捆機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。秸稈打捆機的總體結(jié)構(gòu)包括配套動力的選取，整體結(jié)構(gòu)（機架）、傳動系統(tǒng)以及相關(guān)部件的設(shè)計如撿拾器、成捆裝置輥筒、喂入裝置等的設(shè)計。（1）撿拾器的設(shè)計：撿拾器的功能是將地里的秸稈撿拾起來并喂到輸送口，是打捆機主要部件之一，直接影響打捆機的性能。此次設(shè)計擬采用彈齒式撿拾機構(gòu)，設(shè)計參數(shù)包括彈齒數(shù)量、轉(zhuǎn)速等。強度校核計算。（2）傳動系統(tǒng)的設(shè)計：采用鏈條、齒輪傳動，主要參數(shù)包括齒數(shù)、傳動比、中心距、鏈節(jié)數(shù)、鏈長等。（3）喂入裝置的設(shè)計：喂入裝置的功能是將撿拾器輸送的秸稈喂入成捆室。此次設(shè)計擬采用曲柄搖桿機構(gòu)。（4）成捆裝置的設(shè)計：成捆裝置的功能是將秸稈卷壓成型，輥筒是成捆裝置的主要工作部件，其中鋼輥采用鋸齒凸起式輥筒，設(shè)計參數(shù)包括鋼輥數(shù)量、直徑、轉(zhuǎn)速等。強度校核計算等。2.1.2設(shè)計的依據(jù)秸稈打捆機的主要技術(shù)參數(shù)：撿拾器的撿拾寬度/m：1.4秸稈打捆機的作業(yè)速度4~5km/h：草捆成捆率：≥90%；草捆抗摔率：≥90%；秸稈打捆機使用可靠性：≥90%[12]配套動力：20~30馬力拖拉機。秸稈，古稱藁，指小麥、玉米等農(nóng)作物脫離后莖葉的部分。打捆機作業(yè)要求秸稈含水率10%～13%；秸稈高度20～1000mm。2.1.3研究技術(shù)路線圖2-1研究技術(shù)路線2.1.4設(shè)計任務(wù)（1）確定秸稈打捆機工作原理繪制結(jié)構(gòu)簡圖。（2）確定秸稈打捆機的整體尺寸，繪制主要工作部件撿拾器、輥筒等的零件圖。（3）確定整機的傳動系統(tǒng)。對錐齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動進行設(shè)計，完成零件圖、三維圖的繪制。（4）對鍵、傳動軸、軸承等零件進行強度校核。2.2設(shè)計簡介2.2.1打捆機的結(jié)構(gòu)打捆機整體結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2-1所示1-萬向節(jié)輸入軸2-萬向節(jié)3-牽引架4-撿拾器5-撿拾器殼體6-輪胎7-液壓桿8-液壓桿9-液壓桿210-輸送機構(gòu)11-動力輸出軸12動力輸入軸圖2-1打捆機的整體結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2打捆機的工作原理打捆機的工作原理如下圖所示，拖拉機的動力通過萬向節(jié)、齒輪減速箱和鏈條傳遞到打捆機的各個工作部件。在田間作業(yè)過程中，隨著打捆機的前進，撿拾器上的彈齒將散落在土地里的秸稈撿拾起來，經(jīng)輸送機構(gòu)進入成捆室，成捆室中的鋼輥快速旋轉(zhuǎn)，使秸稈逐步成型，如圖（a）所示。隨著進入成捆室的秸稈逐步增多，鋼輥不停旋轉(zhuǎn)慢慢使秸稈卷成圓捆，如圖（b）所示。繼續(xù)撿拾，秸稈將在圓捆外圓周上纏繞，形成外緊內(nèi)松的圓捆，如圖（c）所示。完成捆繩作業(yè)后，打捆機后門開啟將圓捆卸出并滾落至地面，如圖（d）所示。合上后門后，機組繼續(xù)前進，進行下一個圓捆的撿拾打捆作業(yè)。圖2-2打捆機的工作過程2.2.3打捆機傳動系統(tǒng)的設(shè)計打捆機傳動路線如圖2-3所示，拖拉機通過萬向節(jié)傳動軸、錐齒輪箱、V帶和鏈條將動力傳遞給打捆機的各個工作部件。圖2-3打捆機傳動路線示意圖主要設(shè)計思路:拖拉機的動力通過萬向節(jié)傳遞給一對相互垂直嚙合的錐齒輪，經(jīng)錐齒輪進行第一次減速；錐齒輪再將動力傳遞給軸上連接的帶輪，帶輪通過V帶將動力傳遞給連接在撿拾器上的帶輪和鏈輪，進行第二次減速；然后撿拾器上的鏈輪通過鏈條將動力傳遞到成捆室上的各個旋轉(zhuǎn)輥筒上，使各個輥筒同步旋轉(zhuǎn)，完成增速從而進行打捆操作。3動力源的選擇3.1拖拉機的選擇東方紅ME300型拖拉機參數(shù)由表3-2所示。機型配套功率整機尺寸（mm）行駛速度（km/h）動力輸出軸轉(zhuǎn)速（r/min）ME30030馬力3520×1485×26402.07-27.08540/720（選裝540/1000）表3-2東方紅ME300型拖拉機參數(shù)3.2各級傳動比的確定東方紅ME300型拖拉機PTO輸出轉(zhuǎn)速nm=540r/min，該打捆機額定功率10.1KW，打捆機完成打捆操作所需功率8.9KW,打捆室中鋼輥轉(zhuǎn)速n4ia=初定錐齒輪為一級傳動，傳動比為i1=1.2；帶傳動為二級傳動，傳動比為i2=2.8。鏈傳動為三級傳動3.3運動參數(shù)及動力參數(shù)計算3.3.1計算各軸轉(zhuǎn)速設(shè)連接主動錐齒輪的軸為軸Ⅰ，轉(zhuǎn)速為n1；連接從動錐齒輪的軸為軸Ⅱ，轉(zhuǎn)速為n2；連接從動帶輪的軸為軸Ⅲ，轉(zhuǎn)速為n3；輥筒軸為軸Ⅳ，轉(zhuǎn)速為n4。n1=拖拉機滿載轉(zhuǎn)速n2=n3=n4=3.3.2計算各軸的輸入功率錐齒輪的傳動效率η=0.97~0.98，本文取錐齒輪的傳動效率η1=0.97；帶傳動的傳動效率η2=0.95；鏈傳動的傳動效率P2=P1=P0=3.3.3計算各軸轉(zhuǎn)矩軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩Td=9550軸Ⅱ的轉(zhuǎn)矩T2=軸Ⅲ的轉(zhuǎn)矩T3=軸Ⅳ的轉(zhuǎn)矩T4=4設(shè)計計算說明書4.1設(shè)計方案論證根據(jù)草捆成型的類型，秸稈打捆機可分為放捆機和圓捆機；而圓捆打捆機又可分為外卷式和內(nèi)卷式兩種。方案一方捆式打捆機放捆機打出的草捆密度較大，打出的草捆便于運輸和儲存，相較于圓捆機，方捆機的作業(yè)質(zhì)量更加優(yōu)秀[13]。但是，與圓捆機相比，方捆機更適合在平坦的大田中作業(yè)，且價格相對較高，不適于本地區(qū)的個體農(nóng)戶所使用。方案二內(nèi)卷式打捆機機內(nèi)卷式打捆機包括長皮帶式打捆機和鏈柵式打捆機。工作過程中皮帶磨損較大，使其使用壽命降低；內(nèi)卷式打捆機防雨性能較差，不利于通風(fēng)干燥，使其在閑時存放難度較高。方案三鋼輥外卷式打捆機鋼輥外卷式圓捆機主要由撿拾器、傳動系統(tǒng)、喂入機構(gòu)、成捆室等組成[14]。鋼輥外卷式打捆機相較于內(nèi)卷式打捆機，使用壽命長，工作可靠。其結(jié)構(gòu)簡單，外緊內(nèi)松有助于提高防雨性能，閑時方便存放。外卷式打捆機適合本地區(qū)個體農(nóng)戶打捆作業(yè)。綜上所述，此次設(shè)計選擇方案三。4.2撿拾器的設(shè)計此次設(shè)計的撿拾器如圖4-1所示，彈齒如圖4-2所示1-彈齒2-彈齒套筒3-定位銷4-開口銷5-撿拾軸固定架6-撿拾軸圖4-1撿拾器圖4-2彈齒撿拾器是打捆機的主要工作部件之一[15]，撿拾器的主要功能是將散落在田地里的作物秸稈收集起來。撿拾器的性能直接影響打捆機的工作效率和可靠性，因此，對于打捆機撿拾器的設(shè)計是十分有必要的。4.2.1撿拾器的設(shè)計參數(shù)此次設(shè)計采用彈齒式撿拾器。設(shè)計參數(shù)如下表所示表4-1撿拾器主要參數(shù)項目數(shù)值撿拾器撿拾寬度/mm1400彈齒間距/mm58撿拾器轉(zhuǎn)速（r/min）160彈齒長度/mm200各排彈齒固軸定軸夾角90°彈齒桿數(shù)4彈齒固定軸半徑/mm60彈齒回轉(zhuǎn)半徑/mm275彈齒固定軸回轉(zhuǎn)半徑/mm270彈齒套筒離地間隙/mm80彈齒總數(shù)/個44撿拾器的彈齒在工作過程中，需完成撿拾，升運，卸料等工作過程。四排彈齒固定軸，共44個彈齒，可以將地面上的秸稈撿拾的更干凈，提高作業(yè)效率，又能有效的降低堵塞[18]。4.2.2彈齒的固定方式彈齒在彈齒固定軸上采用定位銷定位；彈齒在彈齒套筒中采用開口銷定位（如上圖4-1所示）。4.2.3撿拾軸固定架的設(shè)計圖4-3撿拾軸固定架撿拾軸固定架的主要作用是將彈齒固定軸固定。中間孔徑80mm；共4個撿拾固定軸，呈90°分布。中間鍵槽深度80mm。4.3輥筒的設(shè)計此次設(shè)計的輥筒如圖4-4所示圖4-4輥筒輥筒是將秸稈壓縮成型的主要工作部件。鋼輥外卷式圓捆機主要應(yīng)用兩種形式的輥筒，一是菱形凸起式輥筒；二是鋸齒形凸起式輥筒[19]。此次設(shè)計采用鋸齒形表面凸起輥筒。輥筒的設(shè)計參數(shù)如下表4-2所示表4-2輥筒的主要參數(shù)項目數(shù)值輥筒直徑/mm200輥筒轉(zhuǎn)速（r/min）210輥筒長度/mm1450端軸直徑/mm30凸起數(shù)量/個14相鄰?fù)蛊鸾嵌?0°鋸齒角度45°圓孔直徑/mm10輥筒數(shù)量/個12材料冷軋?zhí)妓劁摪逶摍C裝有12個同步轉(zhuǎn)動的輥筒，可以使打出的草捆更加緊實。此次設(shè)計選用冷軋?zhí)妓劁摪遄鳛檩佂驳牟牧?，冷軋?zhí)妓劁摪寰哂辛己玫哪蜔嵝院蜔岱磻?yīng)性，可有效地提高秸稈打捆機的使用壽命。適合個體農(nóng)戶長期使用。4.4輸送機構(gòu)的設(shè)計輸送機構(gòu)的主要功能是將撿拾器撿拾的秸稈輸送到打捆機的成捆室，使秸稈壓縮成型。4.4.1輸送機構(gòu)示意圖此次設(shè)計的輸送機構(gòu)如下圖4-5所示1-輸送軸2-輸送彈齒3-軸承4-鏈輪圖4-5輸送機構(gòu)4.2.2輸送機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)如表4-3所示表4-3輸送機構(gòu)技術(shù)參數(shù)項目數(shù)值輸送軸長度/mm1445輸送彈齒總長度/mm365撿拾彈齒直徑/mm10鏈輪齒數(shù)21輸送軸轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）210軸承型號GB292-94S7205撿拾彈齒轉(zhuǎn)折半徑/mm110鏈條型號20A離地間隙/mm804.4帶傳動的設(shè)計與計算帶傳動的結(jié)構(gòu)如圖4-6所示1-主動小帶輪2-皮帶3-大帶輪圖4-6帶傳動4.4.1確定計算功率Pca由《機械設(shè)計中》[20]（以后用表均出自本書）表8-8得工作情況系數(shù)KAPca=4.4.2選擇V帶的帶型根據(jù)Pca=11.76kw,n4.4.3確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v（1）初選小帶輪的基準直徑dd1。由表8-7、圖8-11和表8-9取小帶輪的基準直徑d（2）驗算C型帶速v。按下式驗算帶的速度v=π×d因為v<30m/s，故帶速合適。（3）計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)下式。計算大帶輪的基準直徑dd2=i×根據(jù)表8-9，取標準直徑dd24.4.4確定V帶的中心距a和基準長度Ld（1）根據(jù)下式，初定中心距a0（2）由下式計算帶所需的基準長度。Ld0≈2a =2×700+由表8-2選帶的基準長度Ld（3）按下式計算實際中心距a。a≈a按式（8-24），中心距的變化范圍為696.78~781.45mm4.4.5驗算小帶輪上的包角α1α14.4.6計算V帶的根數(shù)（1）計算單根V帶的額定功率Pr由dd1=200mm和n1根據(jù)n1=540rpm，i=2.8和C型帶，查表8-5得查表8-6得Ka=0.93，查表8-2得Pr（2）計算V帶的根數(shù)z。z=Pca由上計算得出，V帶根數(shù)取為4。4.4.7計算單根V帶的初拉力F0由表8-3得C型帶的單位長度質(zhì)量q=0.300kg/m，所以F0={500×2.5?0.93×11.76作用在軸上的壓力為：FP=2z4.4.8主要設(shè)計結(jié)論選用C型普通V帶4根，帶基準長度2715mm。帶輪的基準直徑dd1=200mm，dd2=560mm,中心距控制在696.784.5錐齒輪的設(shè)計與計算錐齒輪的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示1-小錐齒輪2-大錐齒輪圖4-4錐齒輪傳動4.5.1選定齒輪類型、精度等級材料及齒數(shù)（1）選用標準直齒錐齒輪輪傳動，壓力角取為20°。（2）打捆機屬于農(nóng)用機械，參考表10-7，選用8級精度。（3）材料選擇，由表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBW，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBW。（4）選取小齒輪的齒數(shù)z1=17，大齒輪齒數(shù)z24.5.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計（1）由下式試算小齒輪分度圓直徑d1t≥1）確定此公式中各個參數(shù)的值。①試選KHt②選取齒寬系數(shù)?R③計算重合度系數(shù)Zε由分錐角δ1=arctanδ2=可得當量齒數(shù)Zv1=Zv2由此得到當量齒輪的重合度αa1αa2εav=Zv1=1.622 重合系數(shù)Zε④計算扭矩T⑤計算接觸疲勞許用應(yīng)力σH計算接觸疲勞許用應(yīng)力σH。由圖10-21c查得小齒輪和大齒輪接觸疲勞極限為σ由下式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1N2由圖10-19查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.88,σHσH取σH1和σH2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力即⑥查表10-6查得材料彈性影響系數(shù)ZE⑦區(qū)域系數(shù)ZZH2）試算小齒輪的分度圓直徑，將數(shù)據(jù)代入（4-24）d（2）調(diào)整分度圓直徑1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。①圓周速度vdm1=vm②當量齒輪的齒寬系數(shù)?b=??d2）實際載荷系數(shù)KH①由表10-2查得使用系數(shù)KA②根據(jù)vm=3.373m/s、8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)③直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KHα④由表10-4用插值法查得8級精度、小錐齒輪懸臂時，得齒向載荷分配系數(shù)KHβ由此，得到實際載荷系數(shù)KH=3）由下式，可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑d1H及相應(yīng)的齒輪模數(shù)mH4.5.3按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計（1）由下式試算模數(shù)，即mt1）確定公式中的各參數(shù)值。①試選KFt②重合度系數(shù)YεYε③由表10-5查得齒形系數(shù)YFa1=2.97,YFa2=2.80;應(yīng)力修正系數(shù)YSa1=1.52，YSa2=1.55。由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KσF1σF2YFa1YYFa2Y取二者較小的及0.02312）試算模數(shù)，將數(shù)據(jù)代入（4-32）式m（2）調(diào)整齒輪模數(shù)1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。①圓周速度v；d1dm1vm②齒寬b；b=??d③齒寬與中點齒高之比mm?m=(2b?m2）計算實際載荷系數(shù)KF①根據(jù)v=2.284m/s，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)Kv②直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KFα③由表10-4用插值法查得KHβ=1.293，于是KF3）由下式，可按實際載荷系數(shù)算得齒輪的模數(shù)mF=及相應(yīng)的小齒輪分度圓直徑d1F=對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)mH和小齒輪分度圓直徑d1H分別大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)mF和小齒輪分度圓直徑d1F。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于齒根彎曲疲勞強度，而齒輪直徑的大小主要取決于接觸疲勞強度，可取由彎曲疲勞強度算得的模數(shù)6.193mm,選擇標準模數(shù)z1=取z1=19，則大齒輪齒數(shù)z24.5.4幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑d1=d2=（2）計算分錐角δ1=arctanδ2=90°（3）計算齒輪寬度b=?R取b14.5.5主要設(shè)計結(jié)論齒數(shù)z1=19，z2=23，模數(shù)m=8mm，壓力角α=20°，分錐角δ4.6鏈傳動的設(shè)計與計算鏈傳動的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示圖4-3鏈傳動示意圖4.6.1選擇鏈輪齒數(shù)取小鏈輪齒數(shù)z1=19,大鏈輪的齒數(shù)z24.6.2確定計算功率由《機械設(shè)計》表9-6查得工作情況系數(shù)KA=1.1，主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)Pca=4.6.3選擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù)Pca=7.57KW，n14.6.4計算鏈節(jié)數(shù)和中心距設(shè)中心距可調(diào)，初定中心距a0Lp0取鏈長節(jié)數(shù)Lp查《機械設(shè)計》表9-7采用線性插值，計算得到中心距計算系數(shù)f1amax=4.6.5計算鏈速v,確定潤滑方式v=n1由v=2.12m/s和鏈號20A，查《機械設(shè)計》圖9-13可知應(yīng)采用油池潤滑或油盤飛濺潤滑。4.6.6計算壓軸力Fp有效圓周力為：Fe=1000鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)KFp=1.15Fp≈4.6.7主要設(shè)計結(jié)論鏈條型號20A：鏈輪齒數(shù)z1=19，z2=25；鏈節(jié)數(shù)4.7機架的設(shè)計選用焊接機架，焊接機架耐用、成本低。機架長度：2110mm；機架寬度：1505mm；機架高度：1150mm。輪板部分，輪板長度210mm；輪板寬度200mm；輪板高度320mm。行走輪半徑344mm。5動力輸出軸的設(shè)計與校核已知軸Ⅱ的上的功率P1=9.8KW，轉(zhuǎn)速T2=9.55×5.1求作用在齒輪上的力因已知低速級大錐齒輪的分度圓直徑為d=mz=8×23mm=184mm（5-2）Ft=Fr=Fa=5.2初步確定軸的最小直徑軸的材料Q235A、20Q275、354540Cr、35SiMn、3Cr13[τrτ15~2520~3525~4535~55A149~126135~112126~103112~97表5-1軸常用的幾種材料的[τrτ]及A選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表7-1，取A0=112，根據(jù)公式初步確定軸Ⅱ的最小直徑，帶入數(shù)據(jù)得dmini=5.3動力輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）軸的最左端安裝大錐齒輪，大錐齒輪右端采用套筒定位，軸端直徑取套筒的直徑D=50mm，套筒厚度35mm，大錐齒輪厚度55.87mm，為了使大錐齒輪便于安裝，軸的長度應(yīng)略短于35+55.87mm=90.87mm，現(xiàn)取lⅠ?Ⅱ（2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力的作用，因此選用圓錐滾子軸承。采用標準系列軸承，軸承代號為30212，查《機械設(shè)計手冊》[21]，得30212軸承的基本尺寸為d×D×T=60mm×110mm×22mm。故取dⅡ?Ⅲ=60mm，（3）主軸徑的直徑dⅢ?Ⅳ=68.8mm,長度（4）軸Ⅳ-Ⅴ段安裝30212圓錐滾子軸承，軸承左端采用軸肩定位，定位高度為4.4mm，軸承右端采用軸承蓋定位，軸承蓋厚度為28mm。故dⅣ?Ⅴ=60mm,（5）軸Ⅴ-Ⅵ段安裝主動小帶輪，主動小帶輪厚度為108.50mm，為了便于小帶輪的安裝，此段軸的軸徑長度應(yīng)略短于小帶輪的厚度，因此取lⅤ?Ⅵ=106.50mm,（6）軸上零件的周向定位。小帶輪在軸上的周向定位采用平鍵連接，因dⅤ?Ⅵ=50mm，查得平鍵截面b×h=14mm×9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證齒輪與小帶輪的配合有良好的對中性，故選擇小帶輪輪轂與軸的配合為（7）確定軸上圓角的尺寸參考表《機械設(shè)計》表15-2，取軸Ⅰ-Ⅱ段的圓角為1.6mm；軸Ⅱ-Ⅲ段的圓角為2.0mm；軸Ⅳ-Ⅴ段的圓角為2.0mm；軸Ⅴ-Ⅵ的圓角為1.6mm。軸的結(jié)構(gòu)如下圖5-1所示ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅠⅡⅢⅣⅤⅥ圖5-1動力輸出軸5.4動力輸出軸強度的校核（1）垂直面支座約束反力RAV=（2）最大彎矩在錐齒輪截面上Mv=（3）水平面支座約束反力RAH=（4）最大彎矩在錐齒輪軸截面上，其數(shù)值為MH=合成彎矩，最大合成彎矩在錐齒輪軸截面上M=M軸的扭矩T2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，危險截面為從動錐齒輪的安裝截面，軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6，軸的計算應(yīng)力σca=前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機械設(shè)計》表15-1查得σ?1=60MPa。因此，σca5.5精確校核軸的疲勞強度截面Ⅴ左側(cè)抗彎截面系數(shù)W=0.1dⅣ抗扭截面系數(shù)WT=0.2截面Ⅴ左側(cè)的彎矩M=57939.58×67.50?40.5067.50截面Ⅴ上的扭矩T截面Ⅴ上的彎曲應(yīng)力σb=截面Ⅴ上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τT=先前選定的軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理）。由《機械設(shè)計》表15-1查得σB=640MPa，σ?1截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)ασ及αr按照《機械設(shè)計》附表2-3查取。因rdασ=2.2又由附圖3-1可得45號鋼材料的敏感系數(shù)為qσ=0.82由上述數(shù)據(jù)可算得有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ=1+kτ=1+由附圖3-2查得尺寸系數(shù)εσ=0.67；由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)軸按照磨削加工，由附圖3-4可得表面質(zhì)量系數(shù)β軸沒有經(jīng)過表面強化處理，即βqKσ=Kr=又由3-1節(jié)及3-2節(jié)得碳鋼的特性系數(shù)為：φσ=0.1~0.2φτ=0.05~0.1，于是，計算安全系數(shù)Sca值，Sσ=SτSca=故截面Ⅴ左側(cè)安全，按同樣的方法可知截面Ⅴ右側(cè)的強度也是足夠的。本次設(shè)計沒有大的瞬時過載及嚴重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，因此，可以略去軸的靜強度校核，至此，動力輸出軸的設(shè)計計算即告結(jié)束（有更高要求時，可做進一步的研究）。6鍵、軸承的選擇與校核6.1鍵的選擇鍵是一種標準件，通常用來實現(xiàn)軸與齒輪輪轂之間的周向固定以傳遞扭矩，鍵的主要類型有平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。圓頭平鍵適合放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，圓頭平鍵在鍵槽中軸向固定良好。因此，此次鍵的設(shè)計采用圓頭平鍵。鍵的主要尺寸為其界面尺寸（鍵寬b×鍵高h表示）與長度L，鍵的截面尺寸主要由軸的直徑所確定，鍵的長度L一般按輪轂的長度確定，即鍵長等于或略短于輪轂長度。安裝鍵的軸端直徑dⅤ?Ⅵ=50mm，根據(jù)《機械設(shè)計》表6-1，查得鍵的截面尺寸b×h=14mm×9mm，鍵長選擇標準系列，6.2鍵的強度校核鍵的主要失效形式是工作面被壓潰，一般不會出現(xiàn)鍵被剪斷的情況。因此，通常只按接觸面上的擠壓力進行強度校核。假設(shè)載荷在鍵的工作平面上均勻分布，普通平鍵的強度校核由下式進行計算：σbs=式中： T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，N?mk—鍵與輪轂的接觸高度，k≈0.5h，此處h為鍵的高度，mm。l—鍵的工作長度，mm。其中圓頭平鍵l=L?b，這里的L為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm。σbs—鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，將數(shù)據(jù)代入上述公式得σ先前選擇的鍵的材料為鋼，由《機械設(shè)計》表6-2查得靜載荷時σbs=120~150MPa；輕微沖擊時σbs=100~120MPa；沖擊時σbs=60~90MPa。按照上述強度校核標準，此次設(shè)計所有的鍵均滿足此標準。6.3滾動軸承的選擇以知裝軸承的軸徑dⅣ?Ⅴ=dⅡ?Ⅲ=60mm，轉(zhuǎn)速n2=450r/min6.4計算所需的徑向基本額定動載荷對于圓錐滾子軸承，其基本額定動載荷按下式計算Cr=式中：fp—載荷系數(shù)，查得fPr—當量動載荷，ft—溫度系數(shù)，查得fLh—基本額定壽命，本機預(yù)設(shè)壽命Ln—軸的轉(zhuǎn)速，n=450r/min。ε—壽命系數(shù)，對于滾動軸承ε=3。把上述數(shù)據(jù)代入公式C故所選軸承合適，按照上述強度校核標準，此次所選的軸承均滿足。7使用說明書7.1概述本次設(shè)計的秸稈打捆機適用于山西丘陵小田塊地區(qū)，可為個體農(nóng)戶提供高效、可靠地打捆作業(yè)。為了提高小型打捆機的作業(yè)速度，此次設(shè)計的撿拾器采用4排彈齒機構(gòu)。本次設(shè)計適用于畜牧、農(nóng)業(yè)；適用于小麥、牧草、稻類等農(nóng)作物的秸稈。7.2預(yù)期用途該打捆機撿拾寬度1.4m，適用于小麥、牧草、稻類等農(nóng)作物。打捆室尺寸800×1400mm，機具前進速度4~5km/h?？纱虺鲋旅芫o實的草捆，解決個體農(nóng)戶的秸稈收集問題。7.3主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)如下表7-1所示表7-1小型秸稈打捆機的主要技術(shù)參數(shù)項目參數(shù)外形尺寸（長×寬×高mm）2110×1505×1150整機重量kg700撿拾寬度mm1400額定功率KW8.9草捆尺寸mm800×1400動力方式拖拉機牽引作業(yè)速度km/h4~5草捆重量kg20~50配套動力（馬力）20~30生產(chǎn)效率（捆/h）30-507.4操作技術(shù)要點7.4.1使用打捆機前的注意事項（1）打捆機使用前應(yīng)調(diào)整其主要工作部件，包括：撿拾器離地高度的調(diào)整；撿拾器和喂入輥間隙的調(diào)整；鏈條、皮帶等部位松緊度的調(diào)整。（2）檢查各零部件是否能正常運行，如若不能正常運轉(zhuǎn)應(yīng)立即停機檢修。（3）檢查各零部件的潤滑情況，應(yīng)及時添加潤滑油液。7.4.2作業(yè)過程注意事項（1）駕駛?cè)藛T應(yīng)具備較高的操作水平，在打捆作業(yè)過程中，打捆機應(yīng)居中行駛，以防止打出的草捆出現(xiàn)大頭現(xiàn)象。（2）在作業(yè)過程出如撿拾器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)立即停止作業(yè)，檢查并清理堵塞物。（3）作業(yè)過程中拖拉機前進速度應(yīng)保持在4~5km/h。（4）打捆機在卸捆時，后面禁止站人，以免被草捆擦傷。7.5打捆機的保養(yǎng)（1）打捆機作業(yè)完成后應(yīng)及時清理撿拾器、輥筒上殘留的秸稈；清理帶輪、鏈輪上的灰塵。（2）定期檢查打捆機上各個零件的緊固情況。如有松動及時修理。（3）定時檢查各個零件的潤滑情況，及時添加潤滑油。（4）打捆機不工作時，應(yīng)將其至于陰涼干燥處，避免太陽的暴曬。7.6常見故障及其解決方法打捆機可能出現(xiàn)的故障和排除方法如表7-2所示表7-2可能出現(xiàn)的故障及排出方法故障類型故障原因解決方法撿拾器出現(xiàn)堵塞秸稈含水率高、機具行駛速度快選擇合適的作業(yè)時間降低機具行駛速度打出的草捆為錐形未行駛在秸稈堆中央行駛在秸稈堆中央秸稈厚度均勻滾筒轉(zhuǎn)撿拾器不轉(zhuǎn)撿拾器的安全螺栓被切斷更換安全螺栓撿拾器轉(zhuǎn)輥筒不轉(zhuǎn)安全螺栓被切斷更換安全螺栓8標準化審查報告8.1產(chǎn)品圖樣、技術(shù)文件的完整性該打捆機圖樣和設(shè)計文件完整，齊全。共有圖紙16張，A0裝配圖1張；A2裝配圖1張；A技術(shù)文件包括：技術(shù)任務(wù)書、設(shè)計計算說明書、使用說明書和標準化審查報告。8.2產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件的貫標情況8.2.1產(chǎn)品圖樣符合GB10609.1技術(shù)制圖標題欄排[22]GB4457.3機械制圖字體GB10609.4技術(shù)制圖對縮微原件的要求GB4457.4機械制圖圖線明細欄中的字體符合GB4457.3中的要求明細欄的線型按GB4457.4中規(guī)定的粗實線和細實線的要求繪制GB/T1182-1196形狀和位置公差通則、定義、符號和表示方法GB/T16671-1996形狀和位置公差最大實體要求、最小實體要求和可逆要求GB/T1800-1804極限與配合GB/T1031-1995表面粗糙度8.2.2產(chǎn)品性能符合GB/T14290-2008圓草捆打捆機NY/T1353-2007農(nóng)業(yè)機械作業(yè)質(zhì)量標準編寫準則JB/T5160-2010牧草撿拾器8.2.3設(shè)計中的標準件GB86-88方頭短圓柱錐端緊縮螺釘GB/T5014-2017LX型彈性柱銷聯(lián)軸器JB/T1718-2008通用墊片JB/ZQ4761-2006鎖緊螺釘R1輪胎[R1-10.0/80-12-TL]GB/T1096-79普通平鍵GB/T297-94圓錐滾子軸承GB/T292-94S72