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黑龍江八一農(nóng)墾大學 本科生畢業(yè)論文（設計）任務書 論文題目 牽引式玉米青貯收割機的總體設計 學院名稱 工程學院 姓名 丁兆鵬 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化2班 指導教師 李玉清 課題類型 設計 畢業(yè)論文（設計）基本要求 1.了解牽引式玉米青貯收割機的工作原理； 2.了解一共有幾部分組成； 3.熟練講述其工作過程。 工作量要求 1.牽引式玉米青貯收割機總裝配圖1張； 2.零件圖2張； 3.設計說明書一份。 畢業(yè)論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期） 1.前期：收集查閱資料，準備畢業(yè)設計； 2.中期：繪制總體裝配圖及相關零件圖； 3.后期：整理畢業(yè)設計說明書。 任務下發(fā)日期 完成日期 系主任簽字： 主管教學院長審批（簽字）： 黑龍江八一農(nóng)墾大學 畢業(yè)論文（設計）成績評定表 學 院 工程學院 系（部） 機械系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 丁兆鵬 學號 20104024250 班 級 2班 指導教師 李玉清 職稱 副教授 起止日期 2013.12-2014.5 論文（設計）題目 牽引式玉米青貯收割機的總體設計 項目 評價依據(jù) 參考 分值 得分 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 指 導 教 師 評 價 40分 對學生知識掌握水平的評價 8 綜合分析、獨立工作能力的評價 7 論文撰寫水平及規(guī)范化程度 5 應用文獻能力 5 外文應用能力 5 工作態(tài)度及工作情況 10 成績： 指導教師簽字 年 月 日 評 閱 人 評 價 20分 畢業(yè)設計工作量的評價 5 計算、分析、實驗情況的評價 5 是否有自己的見解的評價 5 論文撰寫水平及規(guī)范化程度 5 成績： 評閱人簽字 年 月 日 答辯小組評價 40分 方案合理性的評價 10 論文（設計）規(guī)范性的評價 5 語言表達能力的評價 7 答辯正確性的評價 10 創(chuàng)新性的評價 8 成績： 答辯小組負責人簽名 年 月 日 最終成績 總分： 評定等級： 優(yōu)□ 良□ 中□ 差□ 不及格□ 系主任簽字 年 月 日 主管教學院長簽字 年 月 日 備注：本成績單一式二份，一份裝訂在畢業(yè)論文（設計）中，一份入學院備案。 學士學位畢業(yè)設計 牽引式玉米青貯收割機 的總體設計 學 生 姓 名：丁兆鵬 學 號：20104024250 指 導 教 師：李玉清 所 在 學 院：工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 中國·大慶 2014年 6 月 1 I 摘 要 玉米秸稈具有很高的利用價值。近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動物飼料短缺的問題日益嚴重，在冬季尤為嚴重。在我國農(nóng)村，玉米秸稈作為動物飼料有著悠久的歷史，但是玉米秸稈在進行收獲時大多采用人工收獲，費時費力；機器收獲則多是將秸稈粉碎還田。目前市場上出現(xiàn)了一種玉米收獲機，能夠將秸稈粉碎的同時送入集草車，并將碎秸稈填入密閉的青貯窖里發(fā)酵成耐存的青貯飼料。 本課題設計的牽引式玉米青貯收割機采用雙鋸齒圓盤切割器，割刀圓周速度較大。機具工作時，通過牽引架牽引進入收獲機工作范圍，并調(diào)整所需割茬高度。安裝在機架上的柴油機將動傳遞給主軸上的刀盤和鏈輪組，鏈傳動經(jīng)過傘齒箱齒輪組、二級齒輪傳動，帶動前主、被動輥齒輪，同時驅動雙鋸齒圓盤切割器高速旋轉，割下的秸稈飼料被前主、被動輥強制夾送到后喂入輥中間，然后送到鍘切室的動、定刀片間，將秸稈飼料切碎。切碎后的秸稈飼料借助于刀輪高速旋轉所產(chǎn)生的慣性和葉片的作用將飼料拋送。拋送后的飼料經(jīng)導流簡、出料口，最后被拋送到撿拾車匕。本文主要是應用機械設計方法和機械原理對玉米青貯收割機的全部零件進行尺寸研究設計，對主要的傳動零部件進行受力分析和強度校核計算，用CAXA電子圖板及CAXA實體設計軟件進行設計和繪圖，初步完成了整機的設計并整理出圖紙。 關鍵詞：牽引式；玉米青貯；圓盤切割器 I Abstract Corn stover has the very high use value. In recent years, with the rapid development of animal husbandry and animal feed shortage problem increasingly serious, especially in winter. In our country's rural areas, the corn straw as animal feed has a long history, but the maize straw in mostly adopts manual harvest, harvest time consuming; The machine is the straw crushing returning more harvest. On the market at present there is a corn harvester, able to straw crushed into hay car at the same time, this method is easy to collect, but ship the storage operation takes work. This topic design of towed silage corn harvester adopts double toothed disc cutter, cutter circumferential velocity is larger. Machine is working, through traction frame drawing into the harvester working range, and adjust the stubble height required. Installed on the frame of the diesel engine will be passed to the main shaft on the cutter disc and chain, chain drive through umbrella gear box gears, the secondary gear drive, drive, before the Lord, the passive roller gear drive double toothed disc cutter high-speed rotating at the same time, cut off the straw feed was before the Lord, the passive roller forced sandwiched to after feeding roller, and then sent to Zha cutting chamber between the moving and fixed blades, chop the straw feed. After chopped straw feed with the help of the knife wheel produced by high speed rotating inertia and the effect of blade will feed toss. After toss of the feed by diverting Jane, discharging mouth, the last is to pick up the car Bi. This article mainly used machinery design method and principle of all parts of silage corn harvester size research design, the main transmission parts of stress analysis and strength check calculation, using CAXA electronic board and CAXA entity design software to carry on the design and drawing, initially completed the design of the machine and sort out the drawings. Key words: traction type; Corn silage.;The disc cutter 目 錄 摘 要 I Abstract I 1 引言 - 1 - 1.1 本課題研究的背景、目的 - 1 - 1.2 國內(nèi)外玉米收獲機的研制狀況 - 2 - 1.3 現(xiàn)有玉米秸稈青貯機械收獲的方法 - 4 - 1.4 課題研究的主要內(nèi)容和方法 - 6 - 2 牽引式玉米青貯收割機整體方案的確定 - 7 - 2.1 設計的基本原理 - 7 - 2.2 方案的確定 - 7 - 3 牽引式玉米青貯收割機傳動系統(tǒng)的分析研究 - 9 - 3.1 傳動系統(tǒng)方案設計及傳動設計計算 - 9 - 3.2 傳動比及參數(shù)的確定 - 10 - 3.3 傳動設計計算 - 11 - 4 鋸齒式雙圓盤切割器的研究 - 17 - 4.1　切割原理及切割條件 - 17 - 4.2　主要結構參數(shù)及運動參數(shù) - 19 - 5 盤刀式切碎裝置 - 21 - 5.1主要組成部分 - 21 - 5.2 主要結構參數(shù) - 21 - 結 論 - 24 - 參考文獻 - 25 - 致 謝 - 26 - 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)論文（設計） 1 引言 1.1 本課題研究的背景、目的 1,1,1 研究背景 玉米是我國三大糧食作物之一，是僅次于小麥的主要糧食作物，是優(yōu)質(zhì)飼料和重要的工業(yè)原料，同時秸稈還是畜牧業(yè)的重要飼料。搞好玉米的生產(chǎn)加工和秸稈的綜合利用對農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村乃至整個國民經(jīng)濟發(fā)展都具有重要意義。我國21各省、市、自治區(qū)都有玉米種植。種植面積、總產(chǎn)量僅次于美國，居世界第二位，玉米年產(chǎn)量達12029萬噸，約占世界玉米總產(chǎn)量的18%。玉米生產(chǎn)對工農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國的小麥收獲已基本實現(xiàn)了機械化，而玉米機收水平只有5%，成為玉米生產(chǎn)過程的瓶頸和難點。玉米生產(chǎn)機械化水平低嚴重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化的整體水平，阻礙了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。 造成玉米生產(chǎn)機械化水平低的主要原因，一是農(nóng)機與農(nóng)藝不配套。采用一年兩作地區(qū)多采用套作種植，行距不相等，不便于機械作業(yè)；二是現(xiàn)有玉米生產(chǎn)機型少，供農(nóng)民選擇的余地小，功能單一不能很好滿足不同用戶的需求。有的用戶需要滅茬、有的需要秸稈兼收、有的需要青儲等等；三是玉米生產(chǎn)機械特別是收獲機械造價高，利用率低，農(nóng)民一次性投資大，投資回收期長。此外，農(nóng)民焚燒秸稈問題一個重要的原因是沒有合適的穗莖兼收型玉米收獲機，將玉米秸稈回收利用，用于畜牧飼料，減少對秸稈的焚燒造成的空氣污染。 1.1.2 研究目的 玉米收獲機械化可以帶動玉米的產(chǎn)業(yè)化種植，減輕農(nóng)民勞動強度。而秸稈可以直接粉碎還田增加土壤的有機質(zhì)含量，或者秸稈回收用于飼料，為大力發(fā)展畜牧業(yè)提供豐富的飼料保障，有效地改善農(nóng)牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構，使得畜牧業(yè)比重進一步提高，農(nóng)牧業(yè)發(fā)展處于良性循環(huán)，從而增加了農(nóng)民收入。避免秸稈焚燒帶來的資源浪費和大氣污染，嚴重影響道路交通和民航的正常運營。因此，結合我國國情和各種使用條件，研制一種新型穗莖玉米聯(lián)合收獲機既適應農(nóng)民傳統(tǒng)收獲玉米的習慣，又增加了莖稈青貯收獲，具有十分重要的現(xiàn)實意義。 社會經(jīng)濟效益:把農(nóng)民和畜牧養(yǎng)殖戶從繁重的體力勞動中解放出來，一臺機械收獲效率每天可代替60個手工勞動者的作業(yè)效率，大大縮短了秋收秋種時間和養(yǎng)殖戶頭痛的飼料收集問題，還可帶動畜牧業(yè)的發(fā)展和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 從根本上增加了農(nóng)民、機手和養(yǎng)殖專業(yè)戶的收入，解放了生產(chǎn)力，大大減輕了農(nóng)民的勞動強度，提高了廣大農(nóng)民的生存質(zhì)量，使農(nóng)民有更多的時間從事其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 環(huán)保效益，解決秸稈焚燒造成污染，確保高速公路、機場等公用設施的安全，利于保護環(huán)境。 1.2 國內(nèi)外玉米收獲機的研制狀況 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國玉米收獲機械研制起步晚，水平低，玉米機械化收經(jīng)歷了從引進國外樣機試用、仿制、改進到消化吸收、自行設計兩個階段，并取得了很好的成果。到目前為止，我國從事玉米收獲機研制生產(chǎn)的單位有60多家，已開發(fā)研制出的機型有60多個產(chǎn)品。從整體情況看，目前生產(chǎn)玉米聯(lián)合收獲機除懸掛式(背負式)外，大都處于樣機研制或試驗階段。各種機型仍需不斷改進和完善，到大規(guī)模投入生產(chǎn)應用尚需一段時間。我國生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機按收獲工藝可分為兩種:摘穗—剝皮—果穗收集—莖稈粉碎還田(或收集);摘穗—果穗收集—莖稈粉碎還田(或收集)。玉米收獲工藝研制的機型有牽引式、懸掛式(背負式)、自走式和玉米割臺等四種機型。 國內(nèi)可實現(xiàn)果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術已申報專利有很多，代表性的有：立式摘穗莖桿切碎裝置；在普通臥式摘穗輥式收獲機割臺下方安裝與摘穗輥平行的刀軸，在刀軸上安裝不同形式的切刀，通過動定刀配合、動動刀配合等方式實現(xiàn)玉米收獲、秸稈粉碎一體化技術兩種技術類型。但總體說來國內(nèi)的果穗收獲、莖稈切碎一體化的技術尚未成熟。我國玉米收獲機械化仍然存在著許多問題。首先表現(xiàn)在基礎部件研究不足，很多單位只是注重整機的研制開發(fā)，從而造成眾多機型在收獲工藝和機構參數(shù)上大同小異、重復制造。其次是產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性差，機器故障頻繁，從而造成玉米籽粒破碎率、果穗損失率高等問題。 我國目前從事玉米聯(lián)合收獲機研究和制造的單位有30多家，約20個產(chǎn)品，分為自走式、懸掛式、牽引式和谷物聯(lián)合收獲機配玉米割臺等四種形式，又分單行和多行。但各廠家的產(chǎn)量都不大，其主要原因就是如上所提到的機具的適應性題、農(nóng)民的購買力和玉米收獲機的關鍵部件的可靠性等問題。因此必須加快對玉米聯(lián)合收獲機械化關鍵技術與裝備的研究，以加速玉米收獲機械化的進程。在自動化程度方面，由于國產(chǎn)玉米收獲機以實用為主，主要考慮降低制造成本，對自動化要求不高，因此明顯落后于國外產(chǎn)品。目前，在已研制的機型中還有可靠性差、效率低、對作物的不同行距適應能力不強等問題，個別機型的損失率和破碎率還有待進一步降低。 國內(nèi)近期玉米收獲機械仍以價格較低的懸掛式機型為主，適應多種行距的玉米收獲機具將會隨著技術的不斷完善迅速占領市場。穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機，可以實現(xiàn)莖稈資源的回收利用，將是玉米聯(lián)合收獲機近期研究、開發(fā)的重點，以適應畜牧業(yè)發(fā)展的要求，在畜牧業(yè)發(fā)展就快的地區(qū)，這種機型有較好的發(fā)展前景，預計未來幾年將會出現(xiàn)比較實用的暢銷機型。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 目前國外玉米收獲機的研究與生產(chǎn)技術已經(jīng)成熟，目前在美國、德國、烏克蘭、俄羅斯等西方國家的玉米收獲(包括籽粒和秸稈青貯)已基本實現(xiàn)了全部機械化作業(yè)。國外多采用一年一作的種植方式，玉米收獲時含水率低，主要采用玉米摘穗直接脫粒的收獲工藝。如美國的Johndeere公司、Case公司、德國的Mengle公司、道依茨公司生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機，絕大部分是在小麥聯(lián)合收獲機上換裝玉米割臺，并通過調(diào)節(jié)脫粒滾筒的轉速和脫粒間隙進行玉米的收獲。主要表現(xiàn)在以下幾個特點： (1)在保證良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速發(fā)展。喂入量已由一般的5～6千克/秒發(fā)展到10～12千克/秒所配發(fā)動機的功率最大到243千瓦，正在研發(fā)的有276千瓦；割臺最大割幅已超過9米。配谷物聯(lián)合收割機的玉米割臺由收割4～6行發(fā)展到收割8行。發(fā)動機功率為19千瓦。最高作業(yè)速度超過3.6千米/小時?！　? (2)向擴大機器的通用性和提高適應性發(fā)展。除發(fā)展多種專用割臺（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割臺）外，同一臺機器還可配不同割幅的割臺以適應不同作物和不同單產(chǎn)的需要；改進機體結構（如收割臺的仿型機構、清糧室的自動調(diào)平裝置等），使其更好地適應不同作物和傾斜地面；行走裝置配置多種寬度的輪胎、履帶，以提高工作的適應能力。 (3)對保持收獲中低損失率、高清潔度的主要工作部件的研究更為深入新型脫粒分離裝置的研究，以提高生產(chǎn)率，減少谷粒損失為目標，是現(xiàn)代玉米聯(lián)合收割機最主要的發(fā)展趨勢。在傳統(tǒng)的紋桿切流滾筒及鍵式逐鎬器的脫粒分離裝置之后，雙滾筒橫置的軸流式結構廣為應用，繼而又研制了單滾筒或雙滾筒縱置的軸流式脫粒分離結構，大大提高了脫粒率。 (4)新材料和先進制造技術的廣泛應用使產(chǎn)品性能更好，可靠性更高將玉米聯(lián)合收割機機架、割臺體加大壁厚或加強骨架，用大直徑薄壁鋼管作軸，紋桿進行表面硬化處理；各種聯(lián)合收割機在易堵塞的部件上設置各種快速切離的安全裝置，傳動膠帶采用新的結構和材料；切割裝置都進行8小時以上磨合試驗和升溫運轉試驗；重要工作部件裝機前的磨合試驗或試運轉，嚴格保證體系。 (5)廣泛應用機電一體化和自動化技術，向舒適性、使用安全性、操作方便性方向發(fā)展為改善駕駛員工作條件，普遍裝有現(xiàn)代化的密閉駕駛室以隔熱、隔噪音；轉動部件轉速、收割機切割高度、谷物損失量、糧箱填充量、排草堵塞等配有信息顯示；自控裝置包括自動對行、割茬高度自動調(diào)節(jié)，自動控制車速，自動停車等；安全生產(chǎn)的警報輸出和互鎖補償系統(tǒng)有故障警報、信號報警或語音報警、啟動耳鎖、單柄操作互鎖、運輸與收獲互鎖等功能。 (6)向智能化收獲機發(fā)展集全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)于一身的"精準農(nóng)業(yè)"技術在智能化玉米收割機上的應用是當今收獲機械化最新、最重要的技術發(fā)展。通過以上的比較不難發(fā)現(xiàn)，我國的玉米聯(lián)合收獲機械的現(xiàn)狀跟國外一些先進技術相比還有相當大的差距，我國的科研人員在機器的制造質(zhì)量和可靠性、發(fā)展模式及如何使農(nóng)藝和農(nóng)機相結合等科研課題上，應該有很大的發(fā)展空間。 1.3 現(xiàn)有玉米秸稈青貯機械收獲的方法 現(xiàn)有玉米秸稈青貯機械收獲的方法有 5 種： （1）整稈側后輸送鋪放。撥禾輪把秸稈撥向割臺扶持切割秸稈后，秸稈由輸送鏈輸送到機組一側或側后方鋪放。玉米果穗需要人工提前摘穗或者鋪放后摘穗，秸稈收集后利用鍘草機粉碎，然后進行青貯或飼喂。 圖1-1 4G-2.2C型玉米收獲機 圖1-2 4YZQ-4 自走式穗莖兼收玉米收獲機 Fig1-1 4g-2.2Ctyp of corn harvester fig1-2 4YZQ-4Self-propelled corn harvester for reaping （2）運輸車伴行飼草收集。玉米果穗由聯(lián)合收獲機或人工收獲，秸稈分別由聯(lián)合收獲機的粉碎裝置和秸稈切碎回收機（青貯機）粉碎后拋送到伴行的運輸車上。代表機型有山東海山集團的 4YZQ-4 自走式莖穗兼收玉米收獲機圖1-2、石家莊中州機械制造有限公司的 4JQHSJ-170 型秸稈切碎回收機等。 圖1-3 MR-810 細斷型玉米青貯收獲機 圖1-4 穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機 Fig1-3 MR-810 Thin type broken corn silage harvest machine fig1-4 Corn united harvest machine （3）穗莖兼收玉米聯(lián)合收獲。背負式或自走式玉米收獲機收獲玉米時，將秸稈切碎回收到集草箱，集滿后再卸到運輸車上。代表機型有山東向農(nóng)公司生產(chǎn)的穗莖兼收玉米聯(lián)合收獲等。 圖1-5 XDNZ-2600 型自走式玉米青（黃）貯飼草料收獲機 Fig1-5 CDNZ-2600Self-propelled corn and green (yellow) combination storage grass harvester （4）青（黃）貯飼草料收獲。采用仿形浮動雙圓盤立式割臺，將玉米整株（果穗和秸稈）粉碎后拋送到運輸車上。這種方法作業(yè)效率高，但收集的飼草料不易保存，整機價格昂貴。代表機型如現(xiàn)代農(nóng)裝北方（北京）農(nóng)業(yè)機械有限公司生產(chǎn)的 XDNZ-2600 型自走式玉米青貯飼料收割機。 圖1-6 4JQHSJ-170 型秸稈切碎回收機 Fig1-6 4JQHSJ-170 Type straw chopped recycling machine （5）秸稈青貯打捆聯(lián)合收獲。玉米秸稈由青貯機收獲粉碎，然后拋送至后方的集草箱，集草箱下方有打捆裝置，將飼草打成圓捆后用塑網(wǎng)或麻繩捆扎。代表機型有日本 STAR 公司生產(chǎn)的 MR-810 細斷型玉米青貯收獲機。 1.4 課題研究的主要內(nèi)容和方法 1.4.1 研究內(nèi)容 （1）確定牽引式玉米青貯收割機的整體功能 （2）牽引式玉米青貯收割機的結構設計 （3）牽引式玉米青貯收割機的主要參數(shù)的設計 1.4.2 研究方法 （1）利用檢索方法迸行中外文獻資料收集。 （2）國內(nèi)外部分青貯玉米收獲機的調(diào)查研究。 （3）利用機械設計理論進行計算。 （4）利用計算機軟件(AutoCAD和CAXA實體設計)進行設計，繪制圖紙。 2 牽引式玉米青貯收割機整體方案的確定 2.1 設計的基本原理 2.1.1 青貯收割的特點 新鮮的飼草水分高、適口性好、易消化，但不易彼逆，容易腐爛變質(zhì)。青貯后，可比青綠飼料的鮮嫩、青綠，營養(yǎng)物質(zhì)不但不會減少，而且有一種芳香酸味，刺激家畜的食欲，采食量增加，對肉羊的生長發(fā)育有良好的促進作用。我國北方飼料生產(chǎn)的季節(jié)性非常明顯，旺季時吃不完，飼草、飼料易霉，腐爛，缺少青綠飼料，青貯可以做到常年均衡供應，有利于增高肉羊的生產(chǎn)才能。 2.1.2 基本原理 玉米收割機按照切割部件的結構分類，可分為往復式切割收割機和圓盤式切割壓扁機；按照行走動力驅動方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；但大部分現(xiàn)有青貯收割機都采用穗莖兼收的模式，先用摘穗輥對玉米植株進行摘穗，然后秸稈經(jīng)喂入裝置喂入到秸稈切碎裝置進行切碎。本課題所設計的玉米青貯收割機采用全株切碎，省力又可以增加青貯飼料的營養(yǎng)。根據(jù)上述已有玉米收割機的分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術資料的基礎上，借鑒了其它青貯收割機的設計原理方案，確定了該青貯收割機的設計方案和總體結構，包括牽引機構、動力機構、喂入傳送系統(tǒng)、切碎拋送機構等。 2.2 方案的確定 本設計將雙圓盤切割囂、強制順序喂入機構和刀盤式切碎器有機地設計組合，并利用刀盤體高速旋轉產(chǎn)生的慣性氣流和葉片的作用力對青貯飼料進行拋送。通過理論研究研制出結構簡單、性能可靠、調(diào)整方便，并可以進行鍘切干秸稈固定式作業(yè)的中型青、黃貯飼料收獲機。本課題設計的牽引式玉米青貯收割機采用雙鋸齒圓盤切割器，割刀圓周速度較大。機具工作時，通過牽引架牽引進入收獲機工作范圍，并調(diào)整所需割茬高度。安裝在機架上的柴油機將動傳遞給主軸上的刀盤和鏈輪組，鏈傳動經(jīng)過傘齒箱齒輪組、二級齒輪傳動，帶動前主、被動輥齒輪，同時驅動雙鋸齒圓盤切割器高速旋轉，割下的秸稈飼料被前主、被動輥強制夾送到后喂入輥中間，然后送到鍘切室的動、定刀片間，將秸稈飼料切碎。切碎后的秸稈飼料借助于刀輪高速旋轉所產(chǎn)生的慣性和葉片的作用將飼料拋送。拋送后的飼料經(jīng)導流簡、出料口，最后被拋送到撿拾車。 - 24 - 3 牽引式玉米青貯收割機傳動系統(tǒng)的分析研究 3.1 傳動系統(tǒng)方案設計及傳動設計計算 3.1.1 傳動系統(tǒng)的方案的設計 由于玉米青貯收割機要完成切割，喂入，打碎等對玉米收獲復式作業(yè)，傳動系統(tǒng)的設計比較復雜，要求結構緊湊，功率消耗低，工作運行平穩(wěn)。為此，根據(jù)玉米青貯收割機的切割傳動部分和秸稈打碎傳動部分的要求完成的工作及結構特點，選定如圖的傳動系統(tǒng)。 圖3-1 傳動工作原理圖 Fig3-1 Transmission principle diagram 在青玉米秸稈收獲中，一系列的要完成：切割，喂入，打碎，拋送，所以要求設計緊湊消耗少，以及達到平衡等。 動力由柴油機輸出，有皮帶輪將動力傳送給與帶輪4相連接的軸帶動切碎裝置對秸稈進行粉碎，再由鏈輪3將動力傳送給鏈輪2帶動齒輪傳動組1，齒輪傳動組將傳送給下方的圓盤式切割器將玉米秸稈從底部切斷。 3.1.2 切割器與切碎裝置的轉速確定 鋸齒式雙圓盤切割器的轉速與喂入能力有密切關系, 經(jīng)查閱資料可知在機器作業(yè)速度7m/s的速度下， 圓盤切割器轉速在180～260 r / min 之間切割與喂入能力較強。 經(jīng)查閱相關資料切碎裝置上的刀盤速度達到1275r/min時，刀盤上的定刀能將玉米秸稈進行砍切，錘擊破碎，同時拋送葉片在高速旋轉作用下產(chǎn)生強大的氣流將碎莖桿拋出。 3.2 傳動比及參數(shù)的確定 收割機在工作狀態(tài)下，要完成切割、喂入，打碎和拋送這一系列的工作，為了滿足玉米收割機的工作要求，則要求合理的傳動比。 24馬力拖拉機柴油機輸出皮帶輪的轉速=2200r/min，功率是17.6kw，帶動青貯玉米收割機的皮帶輪傳動，傳動比為： （3-1） 其中--切碎裝置上皮帶輪的轉速 --柴油機輸出皮帶輪的轉速 動力通過轉速箱后，傳遞給切割器的主動軸，到達減速箱轉速 所以傳動比i為： 式中，根據(jù)相似設計法和結構特點，?。? （3-2） （3-3） 式中：—小鏈輪的齒數(shù) —大鏈輪輪的齒數(shù) —小錐齒輪的齒數(shù) —大錐齒輪的齒數(shù) 取，，，.可得大錐齒輪軸上的轉速，經(jīng)齒輪箱中的直齒輪與主動輥齒輪相嚙合將動力傳送給雙圓盤切割器主軸轉速達到要求。 由于軸的選材為Q235號鋼，所以查機械設計手冊可知Q235的許用扭切應力為，，。經(jīng)校核設計的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。 3.3 傳動設計計算 3.3.1 帶傳動的設計與計算 小帶輪轉速2200r/min，大帶輪轉速1275r/min,。 （1）V帶型號的選擇：V帶型號應根據(jù)計算功率和小帶輪轉速來選取，。計算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運轉時間的長短等因素來確定的。 （3-4） 式中：—計算功率，； —傳遞的額定功率，； —工作情況系數(shù)。 其中： =，，則計算出=。 （2）確定帶輪的基準直徑、：初選主動帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶型號，選取1為C型236mm，則根據(jù)傳動比算出=400mm。 （3）確定中心距和帶的基準長度：根據(jù)傳動結構需要初定中心距。 則最小=445.2mm。 確定后，由帶傳動幾何關系，按下式計算所需帶的基準帶長： 得出=2668.45。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準長度，則=2800mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計算： 計算得最小中心距=913mm。 （4）驗算主動輪上的包角： 計算得=，符合要求。 （5）確定帶的根數(shù) (3-5) 式中：—包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)； —長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)； —單根V帶所能傳遞的功率，； —單根V帶時的功率增量，。 計算得=2根。 3.3.2 鏈傳動的設計與計算 圖3-2 鏈傳動工作原理 Fig3-2 The working principle of the chain 滾子鏈的設計與計算 取小鏈輪齒數(shù) 則大鏈輪齒數(shù) 計算當量的單排鏈的計算功率 根據(jù)計算功率和主動鏈輪轉速確定鏈條節(jié)距P為19.05 初選中心距 鏈條節(jié)數(shù) 取 （取偶） 鏈傳動最大中心距 取 鏈條速度 有效圓周力 作用在軸上的力F 3.3.3 主要失效形式 (1）鏈條疲勞破壞 在閉式鏈傳動中：鏈條零件受循環(huán)應力作用，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)．鏈板發(fā)生疲勞斷裂，滾子、套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂。在正常潤滑情況下．疲勞破壞是決定鏈傳動能力的主要因素。 (2）鏈條鉸鏈磨損 主要發(fā)生在銷軸和套筒上。磨損后鏈條總長伸長，因而鏈條垂度增大，導致嚙合情況惡化。如動載荷增大．易發(fā)生跳齒．傳動時振動．噪聲增大。潤滑不良。開式傳動多發(fā)生磨損失效。 (3) 膠合 潤滑不當或轉速過高時．銷軸和套筒構成的摩擦表面易發(fā)生膠合。 (4）鏈條過載拉斷 常發(fā)生于低速重載情況下。 3.3.4 滾子鏈的靜強度計算 在低速（）重載鏈傳動中，鏈條的靜強度占主要地位。如果仍用額定功率曲線選擇計算，結果常不經(jīng)濟，因為額定功率曲線上各點相應的條件性安全系數(shù)S為8~20，遠比靜強度安全系數(shù)大。當進行耐疲勞和耐磨損工作能力計算時，若要求的使命壽命過短，傳動功率過大，也需進行行鏈條的靜強度驗算。 鏈條靜強度計算公式為 (3-6) 式中 : 為靜強度安全系數(shù)； 為工況系數(shù)； 為排數(shù)系數(shù)； 為有效圓周力； ,并查表得，， 所以 為許用安全系數(shù)，一般為4~8；如果按最大尖峰載荷來代替進行計算，則可為3~6；若速度較低，從動系統(tǒng)慣性較小，不太重要的傳動或作用力的確定比較準確時,可取小值； 為單排鏈極限拉伸載荷。 因為此傳動速度較低可取最小值，取 所以滿足要求 3.3.5 鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸 鏈輪齒數(shù) 配用鏈條的節(jié)距 配用鏈條的滾子外徑 小鏈輪分度圓直徑 小鏈輪齒頂圓直徑 取 小鏈輪齒根圓直徑 大鏈輪分度圓直徑 大鏈輪齒頂圓直徑 取 大鏈輪齒根圓直徑 鏈輪齒寬 查表得 , 為鏈條內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 所以 4 鋸齒式雙圓盤切割器的研究 青飼料、玉米、甘蔗等高稈作物的收獲機具上應用的回轉式切割器大都采用缺口或大波紋式雙圓盤切割器 。這兩種切割器工作時沖擊性大, 在收獲含水率低的莖稈時,割茬參差不齊且易出現(xiàn)撕皮現(xiàn)象, 生產(chǎn)率低, 不適宜我國北方玉米 圖4-1　雙圓盤式切割器及圓盤 a. 雙圓盤式切割器　b. 缺口式圓盤　c. 大波紋式圓盤 Fig4-1 Double disc cutter and disc a. Double disc cutter b. Gap type disc c. Large corrugated type disc 摘穗后的秸稈青貯作業(yè)。為此設計了適宜我國北方地區(qū)青飼料收獲機使用的鋸齒式雙圓盤切割器, 能實現(xiàn)秸稈含水率高的玉米帶穗青貯作業(yè), 也能實現(xiàn)摘穗后玉米秸稈含水率低、秸稈疲軟情況下的青黃貯作業(yè)。 4.1　切割原理及切割條件 雙圓盤式切割器由相互壓緊的上下兩片圓盤刀組成, 圓盤邊緣是刃口, 兩圓盤刀在相對回轉過程中將莖稈鉗住并剪斷。 4.1.1　鉗住莖稈的條件 雙圓盤切割器切割示圖如圖4-2, 為了方便分析, 作如下假設: 圖4-2 莖桿受力分析 Fig4-2 The stem stress analysis (1) 切割器的兩個圓盤均為理想圓盤, 莖稈切割處為一理想圓, 且在切割過程中莖稈不發(fā)生變形。 (2) 莖稈位置與圓盤刀位置左右對稱。 由圖中受力分析可得, N 為圓盤刀作用于莖稈的法向反力, T 為圓盤刀對莖稈的摩擦力。將N , T 沿X 和Y 方向分解, 可得到切割莖稈力 和圓盤刀鉗住莖稈的力 。顯然圓盤刀鉗住莖稈的條件為 即:, 亦即,由 或式中: f 為圓盤刀與莖稈間的摩擦系數(shù) , 為 為圓盤刀與莖稈間的摩擦角。只有當 時才能保證兩圓盤刀在剪切的瞬間將莖稈鉗住切割。假設d 固定不變,可得出: (4-1) 式中: L ——兩圓盤中心距, D ——圓盤刀直徑, d ——莖稈切割處直徑( 一般取25～35 mm)。 圓盤中心距L , 直徑D 與鉗住角B 的關系如下當L 增大或D 減小時, B 減小, 這樣有利于兩圓盤刀鉗住莖稈進行切割, 但是由于兩圓盤中心距L 及圓盤刀直徑D等結構的限制, 一般B 在之間, 由于莖稈與刃口摩擦系數(shù), 可得。因此, 兩光滑圓盤刀難以鉗住莖稈切割, 必須通過改變?nèi)锌诘男螤顏硖岣咩Q住莖稈的能力。 4.1.2　鋸齒式雙圓盤切割器切割分析 鋸齒式雙圓盤切割器切割莖稈時 圖4-3 , 莖稈中心O 移至O?, 莖稈與刃口的接觸點由A 移至A ?, 顯然在不改變圓盤切割器其它尺寸情況下, B減小到B?, 提高了圓盤刀鉗住莖稈的能力, 而且合理選擇齒數(shù), 刀口會有非常好的自磨銳性能。 圖4-3　鋸齒刃口與平刃口β 角度比 Fig4-3 Saw blade with flat blade Angle than β 4.2　主要結構參數(shù)及運動參數(shù) 4.2.1　圓盤刀直徑及刀盤重疊量 為了保證鋸齒式圓盤正常切割, 兩圓盤要有一定的重疊量, 重疊量過小, 易出現(xiàn)“爬刀”(下刀轉到上刀盤上面) 和“咬刀”(上下刀盤交錯咬住) 現(xiàn)象。重疊量過大, 會使切割點前移。降低切割器鉗住莖稈的能力, 通過試驗, 圓盤刀直徑在220～280 mm 之間, 兩刀盤根圓重疊20 mm 為宜。 4.2.2　圓盤刀的運動參數(shù) 鋸齒式雙圓盤切割器的轉速與喂入能力有密切關系, 為了確定適宜的轉速,經(jīng)查閱資料結果表明, 圓盤轉速在180～260 r / min 之間喂入能力較高。 5 盤刀式切碎裝置 5.1主要組成部分 主要由刀盤、動刀、定刀、拋送葉片和殼體組成。 圖5-1 盤刀式切碎裝置結構示意圖 1. 喂入輪2.定刀3.動刀4.拋送葉片5.殼體6.刀盤 Fig5-1 Disc knife type cutter structure diagram 5.2 主要結構參數(shù) 青飼收獲機盤刀式切碎裝置的動刀片都采用直刃口，動刀片在刀盤上的結構參數(shù)如圖5-2所示。 盤刀的滑切角和鉗住角都是變值，滑切角是指動刀刃上一點與回轉中心的連線和動刀刃口線的夾角，鉗住角是指動刀刃與定刀刃的夾角。為了保證具有一定的滑切作用和可靠工作，一般動刀的最小滑切角為，最小鉗住角為，刀片平面與切割平面（刀刃所形成的平面）的夾角為，動 圖5-2 動刀在刀盤上的結構參數(shù) 1.動刀2.定刀3.切割平面4.刀盤 Fig5-2 The structural parameters of the moving blade on the knife dish 刀刃的偏心距e多為。在青飼收獲機上，當喂入口高度一定時，為了使刀盤外殼有足夠大的離地間隙，一般取較大的h值，通常，刀片側鋸。動刀片數(shù)量一般為6把或8把，也可以減少刀片的數(shù)量來增加切碎長度，但必須在刀盤上均勻安裝，以保證動平衡。盤刀式切碎裝置由于剛性較差，動定刀間隙值應比滾筒式切碎裝置稍大一些。在盤刀式切碎裝置的刀盤上，只要在動刀之間徑向安裝拋送葉片或利用安裝動刀的刀座部分作為拋送葉片，就具有很強的拋送能力，因此不需要專用拋送器。當在刀盤上安裝拋送葉片時，其數(shù)量可少于動刀數(shù)，一般為4～8片，但必須均勻安裝，以保證達到動平衡。拋送葉片外圓直徑應略大于動刀外圓直徑,一般為600～850mm，外圓線速度為32～40。葉片端部與底殼的間隙應調(diào)整在0.5～3mm,側向間隙為6～12mm,殼體寬度大致在180～200mm范圍內(nèi)。 結 論 玉米秸稈具有很高的利用價值。近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，動物飼料短缺的問題日益嚴重，在冬季尤為嚴重。在我國農(nóng)村，玉米秸稈浪費嚴重，有直接還田，或者焚燒秸稈，污染空氣?，F(xiàn)在出現(xiàn)青貯技術，將青貯技術與玉米收割機有效結合可以將秸稈回收用于飼料，為大力發(fā)展畜牧業(yè)提供豐富的飼料保障，有效地改善農(nóng)牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構，使得畜牧業(yè)比重進一步提高，農(nóng)牧業(yè)發(fā)展處于良性循環(huán)。我國青貯收割機大多模仿外國產(chǎn)品研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機不配套；直接購買國外機型價格昂貴，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型玉米青貯收割機，基于這一點，在現(xiàn)有機具的基礎上，通過對中外文獻資料的查閱，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運用現(xiàn)代設計方法設計了與中小型拖拉機配套使用牽引式玉米青貯收割機，得出以下結論： （1） 該機具有結構簡單，切碎性能優(yōu)良，切割阻力矩均勻，拋送性能強，整機振動小等優(yōu)點。 （2） 采用了三合一的設計模式，將雙圓盤切割器和強制順序喂入機構與刀盤式切碎器有機組合。 （3） 為了保證優(yōu)質(zhì)、高效的收獲作業(yè)，性能參數(shù)如圓盤割刀的轉速、刀盤轉速和機組前進速度必須相互協(xié)調(diào)。 參考文獻 [1] 陳長林,張彬,沐森林.CX4Q-1A型青貯機的設計及試驗研究[J].農(nóng)機化研究,2009,01:185-188. 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