1全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)小型谷物割鋪機(jī)設(shè)計(jì)DESIGN OF SMALL SHOP CUTTING MACHINE OF RICE AND WHEAT學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：年級(jí)專業(yè)及指導(dǎo)老師及學(xué) 部：提交日期： 2全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：年 月 日3目 錄摘要………………………………………………………….………………………………1關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………………….11 前言…………………………………………………………………………………….12 研究目的和意義……………………………………………………………………….23 研究主要內(nèi)容………………………………………………………………………….34 整體方案的確定……………………………………………………………………….34.1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理…………………………………………………………34.2 小型割鋪機(jī)的總體布局………………………………………………………34.2.1 星形撥禾器等布置………………………………………………….…34.2.2 割臺(tái)機(jī)架的安裝…………………………………………………….……34.2.3 機(jī)器重心的配置………………………………………………….………34.2.4 確定整體參數(shù)……………………………………………………….……44.2.5 確定小型割鋪機(jī)的動(dòng)力選擇…………………………………………….45 主要零部件的選擇和設(shè)計(jì)…………………………………………………………….65.1 切割器65.1.1 影響切割性能的因素……………………………………………………65.1.2 切割器種類、應(yīng)用及其選擇類型………………………………………85.1.3 往復(fù)式切割器的構(gòu)造和工作原理……………………………………….105.2 立式割臺(tái)的帶式輸送器…………………………………………………………176 傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì).186.1 傳動(dòng)方案的確定186.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………………….196.3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………196.3.1 帶傳送的設(shè)計(jì).196.3.2 鏈傳送的設(shè)計(jì).206.3.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.217 重要零部件的校核…………………………………………………………………….2447.1 小錐齒輪軸的校核247.2 鍵的校核…………………………………………………………………………287.3 重要螺栓的校核…………………………………………………………………288 結(jié)論…………………………………………………………………………………….29參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………….29致謝………………………………………………………………………………………….30附錄………………………………………………………………………………………….315小型谷物割鋪機(jī)設(shè)計(jì)摘 要：本文設(shè)計(jì)的是一臺(tái)小型谷物割鋪機(jī)，本設(shè)計(jì)采用往復(fù)式切割器作為主要工作部件，在護(hù)刃器的配合下進(jìn)行有支撐切割，割刀平均速度設(shè)計(jì)為 1～2m/s。切割性能好，工作可靠,適合性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)采用汽油機(jī)做動(dòng)力，整體重量較輕，方便了農(nóng)民朋友的田間收割，大大降低了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。本機(jī)采用立式割臺(tái)完成對(duì)谷物的切割，割斷后的作物莖稈能在側(cè)邊堆放整齊。該小型谷物割鋪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可以及時(shí)有效的完成小麥和水稻的收割任務(wù)。關(guān)鍵詞：割鋪機(jī)；往復(fù)式切割器；立式割臺(tái)；分禾器Design of Small Shop Cutting Machine of Rice and WheatAbstract: This design is a small rice and wheat Reaper machine, the design of the reciprocating cutter as the main working components, the blade retaining device matched were supported cutting, cutting the average speed is 1 ~ 2m / s design. Cutting performance, reliable work, adaptability is strong. This design uses the gasoline engine as power, the weight is light, convenient farmer friend fields harvesting, greatly reduce the labor intensity of farmers. This machine adopts a vertical cutting platform of rice and wheat crops stalk after cutting, cut in the side of neatly stacked. The small rice and wheat Reaper machine has the advantages of simple structure, convenient operation, can effectively complete the wheat and rice harvesting task.Key word: The reaper; Reciprocating cutter; Vertical table; Divider61 前言收割機(jī)有便攜式收割機(jī)、手扶式收割機(jī)、臥式割臺(tái)收割機(jī)、立式割臺(tái)收割機(jī)。收割機(jī)的發(fā)展趨勢是用新型材料以進(jìn)一步減輕重量；采用低振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的減振隔振裝置并合理配置機(jī)件，以減少振動(dòng)對(duì)人體的危害；提高機(jī)械的加工和裝配精度、改進(jìn)吸排氣系統(tǒng)，以減低噪聲；增設(shè)各種安全保護(hù)裝置，以提高作業(yè)安全性；在懸掛式割灌機(jī)上增設(shè)灌木切碎裝置，簡化割下灌木的清理工序。1799 年英國最早出現(xiàn)馬拉的圓盤割刀收割機(jī)；1822 年在割刀上方增加了撥禾裝置。1826 年出現(xiàn)采用往復(fù)式切割器和撥禾輪的現(xiàn)代收割機(jī)雛型，用多匹馬牽引并通過地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)切割器。1831～1835 年，類似的畜力小麥?zhǔn)崭顧C(jī)在美國成為商品；1851年出現(xiàn)能將割倒的禾稈集放成堆的搖臂收割機(jī)；1920 年以后由于拖拉機(jī)的普遍使用，同拖拉機(jī)配套的收割機(jī)開始取代畜力收割機(jī) [1]。中國于 1952 年開始生產(chǎn)畜力搖臂收割機(jī)和其他類型的畜力收割機(jī)；1962 年開始發(fā)展機(jī)力臥式割臺(tái)收割機(jī)和機(jī)側(cè)放鋪禾稈的立式割臺(tái)收割機(jī)。為適應(yīng)北方小麥、玉米間套作地區(qū)收獲小麥的需要，于 1977 年研制成機(jī)后放鋪禾稈的立式割臺(tái)收割機(jī) [2]。2 研究的目的和意義小型收割機(jī)突破了農(nóng)村無法進(jìn)入大型收割機(jī)收割的作業(yè)瓶頸，推進(jìn)了收獲作業(yè)的機(jī)械化，縮短了勞動(dòng)周期，并讓人們從繁重的體力勞動(dòng)解放出來。廣泛用于，收割小麥、水稻、青稞、麻類、豆類等農(nóng)作物。換上相應(yīng)的刀具，裝上上下托板和安全的防護(hù)罩，還可以收割灌木、牧草、蘆葦及茶園枝頭修剪和花圃。小型收割機(jī)配帶汽油動(dòng)力強(qiáng)勁有力,方便實(shí)用,效率高,便于攜帶及野外田地作業(yè)。該汽油機(jī)具有噪音低.肅靜性和舒適性等特點(diǎn).讓各地人們長時(shí)間工作都不會(huì)感覺疲勞。故，近年來小性谷物收割機(jī)發(fā)展很快，技術(shù)日臻成熟，結(jié)構(gòu)日趨合理，但進(jìn)一步發(fā)展面臨著適用性的巨大挑戰(zhàn)。小性谷物收割機(jī)有自己獨(dú)特的適用性，因而有著自己的市場層次。小型收割機(jī)是是山區(qū)農(nóng)民致富的必用工具，是平原地區(qū)農(nóng)民致富的過渡產(chǎn)品，是間種套種一年多熟制的依托產(chǎn)品。縱觀現(xiàn)階段部分丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)資料仍是以人和畜為主，生產(chǎn)力水平低，生產(chǎn)效率低，對(duì)人力和土地等自然資源占用多、消耗大、利用率低，是簡單的傳統(tǒng)的生產(chǎn)工具與落后生產(chǎn)方式的結(jié)合。加速發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，全面推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，有著積極的作用。因此，我們首先集中力量發(fā)展重點(diǎn)作物機(jī)械化 [3]。丘陵山地水稻種植面積最大，且水田多集中在海拔較低、坡度較小地區(qū)。而小麥，油菜又多以谷物（油）輪作的方式種植在稻田，因此對(duì)于稻作區(qū)谷物收割機(jī)械的設(shè)計(jì)不得不提上日程。但是，丘陵山地如不加選擇的全面發(fā)展作物生7產(chǎn)全程機(jī)械化，不僅不利于資源的有效利用，還可能事倍功半 [4]。因此，為滿足丘陵山地主要農(nóng)作物收獲、運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化的需求，要加快發(fā)展事宜山地梯田，兵制定科學(xué)的機(jī)械化技術(shù)模式，引導(dǎo)丘陵山地有力、有效、有序的發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)性的機(jī)械化，促進(jìn)人與自然的和諧，實(shí)現(xiàn)丘陵山地的可持續(xù)發(fā)展。3 研究的主要內(nèi)容從如何使谷物收割機(jī)的適應(yīng)性好、操作性強(qiáng)等角度去研究。主要包括選用什么動(dòng)力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)器行走，利用什么類型的切割，并且做到割斷后的作物莖稈側(cè)邊堆放整齊，以利于工作的繼續(xù)順利進(jìn)行。4 整體方案的確定4.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理該小型谷物割鋪機(jī)為手扶自走立式割臺(tái)收割機(jī)，見圖 1 整機(jī)由割臺(tái)、底盤、操縱機(jī)構(gòu)等幾部分組成。割臺(tái)是收割機(jī)的主要工作部分，該機(jī)屬于側(cè)向輸送側(cè)向鋪放型，其割臺(tái)主要有傳輸帶、拔禾星輪、切割器、分禾器、鋪禾桿和后擋板等組成。所謂立式割臺(tái)，就是指割臺(tái)臺(tái)面的位置基本呈現(xiàn)直立狀(常略有傾斜)。立式割臺(tái)可以配置在小動(dòng)力底盤的前方，有人步行操作。底盤行走部分采用羅賓 EY15-3D 型號(hào)驅(qū)動(dòng)，行走輪采用特制的人字鋼輪制成，有利于增加行走時(shí)對(duì)土壤的附著力，實(shí)現(xiàn)谷物的收割機(jī)的行走與停止采用牙嵌式離合器傳輸動(dòng)力 [5]。在布置工作部件的相互位置和尺寸時(shí)，除了考慮各工作部件的生存率平衡和各部件的參數(shù)確定，注意交接過度部位的設(shè)計(jì)，保證收割機(jī)的均勻連續(xù)，避免出現(xiàn)超負(fù)荷的部件和生產(chǎn)不應(yīng)該有的損失。同時(shí)，還要整車的結(jié)構(gòu)盡量緊湊，本設(shè)計(jì)充分考慮了以上情況，從水稻、小麥的實(shí)際生長情況和丘陵山地田間作業(yè)的復(fù)雜情況進(jìn)行分析，確定了谷物割鋪機(jī)的整體尺寸。4.2 小型割鋪機(jī)的總體布置本小型割鋪機(jī)總體布置的特點(diǎn)：割臺(tái)和汽油機(jī)的重心落在輪軸上，這樣就會(huì)減少操作者的勞作強(qiáng)度。該機(jī)器的行走輪只布置兩個(gè)，由于重量較輕，操作者可以方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)器的掉頭和轉(zhuǎn)向，采用立式割臺(tái)位于行走輪橫軸的正前方，輸送鏈平行于切割器，水平布置在后擋板上。采用汽油機(jī)作為動(dòng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)切割和側(cè)向傳送 [6]。如圖14.2.1 星形拔禾器、切割器、分禾器、輸送鏈的相互布置星形拔禾器和分禾器裝配成一整體結(jié)構(gòu)，位于切割器正上方，水平布置，切割器的位置需要根據(jù)具體情況（作物的倒?fàn)?、高度、濕度等）考慮，輸送裝置在后擋板上水平布置，具體的位置參數(shù)詳見后面的設(shè)計(jì)說明。84.2.2 割臺(tái)與機(jī)架的安裝割臺(tái)與機(jī)架之間用螺栓安裝，可以方便拆裝，在機(jī)架上鉆有多個(gè)對(duì)稱的螺紋孔，孔間間距為 20mm，通過對(duì)割臺(tái)安裝高度的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)割茬高度的調(diào)節(jié)。4.2.3 機(jī)器重心的配置1.撥禾星形輪 2.切割器 3.減速器 4.皮帶輪 5.汽油機(jī) 6.離合器手柄 7.扶手 8.油門閥 9.行走輪圖 1 總裝配圖Fig1 Feneral layout在配置各工作部件的同時(shí)，還需要考慮機(jī)器的重心位置，為了使操作者操作省力簡單，使整個(gè)機(jī)器的重心盡量分布在輪軸上。4.2.4 確定整體參數(shù)（1）割幅：2 行收割；（2）前進(jìn)速度：2～6km/h；（3）割后茬高 100mm（可調(diào)） ；?（4）割斷后的作物莖稈側(cè)邊堆放；（5）生產(chǎn)率：0.2～0.3k㎡/h；收割機(jī)的總長、總高、總高由總布置草圖確定，還必須要求起到滿足機(jī)動(dòng)性、靈活性和穩(wěn)定性的要求 [7]。本設(shè)計(jì)中取總長為 2210mm，總高 915mm，總寬 700mm，整機(jī)重量約為 60kg。4.2.5 確定小型割鋪機(jī)的動(dòng)力選擇(1)驅(qū)動(dòng)輪功率。驅(qū)動(dòng)輪在松軟的土壤中做直線運(yùn)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)輪上作用的力有以下幾個(gè)：91)機(jī)體作用在驅(qū)動(dòng)輪上垂直載荷和驅(qū)動(dòng)輪的自重之和 Q；2)機(jī)體作用在驅(qū)動(dòng)輪上的反作用力 F；驅(qū)動(dòng)輪在土壤中滾動(dòng)時(shí)，土壤在輪胎的支撐面上也產(chǎn)生反作用力，所產(chǎn)生的全部法向反作用力的合記為 R，它的作用線可近似的看作是通過驅(qū)動(dòng)輪圓心 O，將 R 分解成垂直分為 和水平分力 ，如（圖 2） [8]。yx由參考文獻(xiàn)中平衡方程得： ??0xP?0y??0oM即 xQ?yRPkydxar??M其中 m1850.2brod ????（1） 76bra2ok?對(duì)于?式兩邊同時(shí)除 ，得 ，其中的 其實(shí)就是驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)krkyxka???RkrM力 。于是有 ，得 。kFyxrRP???PQK N12?故驅(qū)動(dòng)輪的功率為 ，傳動(dòng)效率0.9w8.51.026vk ?W，所以原動(dòng)機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為85.9.08.960. 42???。 w15/1210圖 2 行走輪受力圖Fig2 By trying to walk round(2)切割器的功率。由經(jīng)驗(yàn)值可得每米割幅消耗的功率為一馬力，此收割機(jī)的割幅約為 0.7 米，故消耗的功率為 0.7 馬力即為 0.5145kw，傳動(dòng)效率，則原動(dòng)機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為 。795.0.8906.32???? kw647.095.14.0?(3)輸送帶的功率。由經(jīng)驗(yàn)得傳輸帶的功率約為 0.5kw，傳動(dòng)效率，故原動(dòng)機(jī)需要提供相應(yīng)的功率為 。841.096.709.22 k59.0841./因此，原動(dòng)機(jī)所要生產(chǎn)的功率最小值為 ，所以根據(jù)實(shí)際k39647.059.1.0??情況選擇羅賓 EY-3D 型號(hào)的汽油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為 ，額定功率為 2kw。 r/min35 主要零部件的選擇和設(shè)計(jì)5.1 切割器切割器的切割性能與桿莖的物理機(jī)械性質(zhì)、割刀特性、切割方式、切割速度等有關(guān)。5.1.1 影響切割性能的因素（1）莖桿剛度的影響。切割原理：無支撐切割-使用動(dòng)力直接切割莖桿 [9]。切割原理應(yīng)用：1）直徑細(xì)、剛度小的谷物桿，取雙支撐切割較好，切割時(shí)桿彎曲較小，近剪切狀態(tài)，省力。2）直徑粗、剛度大的玉米桿，取單支撐切割。3）切割速度 0.3-0.6m/s，麥桿壓扁撕破，阻力由大減?。磺懈钏俣?.6m/s，桿壓扁撕破現(xiàn)象消失，阻力減小緩慢；切割速度一般取 0.8m/s 以上。4）無支承切割時(shí)，參考文獻(xiàn)應(yīng)該TBCAPP??d（2）（切割力） （慣性力） （反彈力）將莖桿視為懸臂梁，據(jù)材力：為增大慣性力和反彈力，應(yīng)降低割茬，提高切割速度。（2）莖桿纖維方向性的影響 [10]1）橫切（如圖 4 a）：切割面和切割方向與莖桿軸線（纖維方向）垂直。2）斜切（如圖 4 b）：切割面積和軸線（纖維方向）偏斜，切割方向與軸線垂直。113）削切（如圖 4 c）切割面與切割方向均與軸線偏斜。說明：橫切阻力和功耗最大；斜切均降低 30-40%；削切阻力降低 60%，功耗降30%。 （3）滑切對(duì)切割阻力的影響 [11]1）砍切（如圖 5 a）：刀刃沿垂直于刃線方向切入莖桿。2）滑切（如圖 5 b）：刀刃沿刃線的垂線偏 角切入莖桿。??圖 3 三種切割方式Fig3 Three kinds of cutting methods圖 4 三種切割方向Fig4 Three kinds of cutting direction3）切割阻力： CSP?312圖 5 兩種切割刀法Fig5 Two cutting technique of using knife式中：P-切割阻力S-滑坡長度（切向位移）刀刃沿刃線方向移距C-常數(shù)試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表 1：表 1 刀刃滑切長度和切割阻力Table1 Blade slide cut length and cutting resistance滑切長度 S（mm） 切割阻力 P(N)1.5 62.5 55.0 410.0 25.1.2 切割器種類、應(yīng)用以及選擇類型總要求：割茬整齊、無漏割、功率消耗小、震動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣。（1）往復(fù)式。往復(fù)式運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性廣，適合于谷物收獲、牧草收獲，6-10km/h，但往復(fù)式慣性力大，振動(dòng)大 [12]。圖 6 普通Ⅰ型 圖 7 普通Ⅱ型 Fig6 Ordinary Ⅰ type Fig7 Ordinary Ⅱ type圖 8 低割型13Fig6 Low cut type1)普通Ⅰ型，如圖 6：m2.7to?S式中： 割刀行程； 動(dòng)刀間距； 定刀（護(hù)刃器）間距。?t?ot05to）、（19）（說明：①切割速度高，適應(yīng)粗、細(xì)桿，國際上廣泛應(yīng)用于麥類作物、牧草。莖桿傾斜度大，割茬高。②切割能力強(qiáng)、割茬低，適應(yīng)水稻，立式割臺(tái)。③粗莖作物，玉米和高粱等作物。2)普通Ⅱ型，如圖 7：ot2?S說明： 和 與Ⅰ型相同，S 為Ⅰ型 2 倍，往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率低，往復(fù)慣性力小，用于小型收割機(jī)和聯(lián)收機(jī) [13]。3)低割型，如圖 8：）（ in6m4.152zto?S說明：莖桿傾斜量小，割茬低，應(yīng)用于大豆和牧草，對(duì)粗桿效果差。（2）圓盤式（如圖 9） 。圓盤式切割器的割刀在水平面（或有少許傾斜）內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，振動(dòng)較小。該切割器按有無支承部件來分，分無支承切割式和有支承切割式兩種 [14]。14a.單盤式 b.三盤集束式 c.盤式 d.鏈?zhǔn)降镀嘟M e.圓盤式1.刀盤架 2.刀片 3.送草盒 4.撥草筐圖 9 圓盤式切割器Fig9 Dise-type cutter（3）甩刀回轉(zhuǎn)式（如圖 10） 。該切割器的刀片鉸鏈在水平橫軸的刀盤上，在垂直平面（與前進(jìn)方向平行）內(nèi)回轉(zhuǎn)。其圓周速度為 ，為無支承切割式，切割m/s705?能力強(qiáng)，適于高速作業(yè)，割茬也較低。目前，多用于牧草收割機(jī)和高稈作物的莖桿切碎機(jī)上。a 玉米莖桿切碎機(jī) b.牧草切割機(jī) c.刀片圖 10 甩刀回轉(zhuǎn)式切割器Fig10 Sling knife rotary cutter綜合以上所述，選擇往復(fù)式切割器普通Ⅰ型。155.1.3 往復(fù)式切割器的構(gòu)造和工作原理（1）構(gòu)造及標(biāo)準(zhǔn)化（如圖 11）圖 11 往復(fù)式切割器Fig11 Reciprocating cutter1）動(dòng)刀片：對(duì)稱 6 邊形、兩側(cè)刃、光刀或齒刃， （光刃切割省力，割茬高、需后刃；齒刃不需后刃，切割阻力大，廣泛使用）①刃角 i：影響切割阻力和使用壽命。當(dāng) i 由 14°上升至 20°時(shí)，切割阻力上升15%，i 下降，刀口磨損快，易崩裂，不可靠，常取 19°（光刃）齒刃常取 23°-25°。②光刃被磨后為使其高度 h 不變，前端留寬 b， ；齒刃 b 較小。m165??③材料：TS 或 Tq，熱處理刃部寬度 10-15mm，HRC50-60；非淬火區(qū) HRC35 刃片厚2-3mm；6-7 齒/cm。2）定刀件：支承件、光刃。3）護(hù)刃器：保護(hù)定刀片位置，保護(hù)割刀、分禾，與定刀刃構(gòu)成兩點(diǎn)支承。使用鑄鐵或鍛鋼。4）壓刃器：保護(hù)刃片間隙（動(dòng)與定刀）間隙：前 0.05mm 后 1.1.5mm材料：沖壓鋼板，能彎曲變形以調(diào)間隙5）摩擦片：位于壓刃器下方，有垂直于水平兩支承面，起引導(dǎo)作用，當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，可增墊片或前移墊片，以調(diào)整刀片間隙 [15]。166）標(biāo)準(zhǔn)化：（GB1209-1213-75）便于組織專業(yè)化生產(chǎn)、零配件供應(yīng)Ⅰ型： 動(dòng)刀光刃m2.76to?Ⅱ型： 動(dòng)刀齒刃，護(hù)雙齒有摩片Ⅲ型： 動(dòng)刀齒刃，護(hù)雙齒無摩片（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。基于這個(gè)特點(diǎn)，立式割臺(tái)收割機(jī)多采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)（如圖 12）：圖 12 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)Fig12 Slider-crank mechanism（3）工作原理和參數(shù)分析1）刀片幾何形狀分析往復(fù)式切割器是將作物莖桿夾持在動(dòng)、定刀片之間進(jìn)行剪切。動(dòng)刀片的幾何形狀對(duì)切割器的可靠性和功率消耗有較大的影響。參數(shù)：切割角 α；刃部高 h；刀底寬 a；刀頂寬 b。①當(dāng) a 一定時(shí)， （α 決定 h；α 決定切割阻力） 。α↑，h↓，阻力↓， （如圖13）圖 13 切割 10 株小麥的阻力變化曲線17Fig13 Cutting 10strains the resistanse curve of wheat②當(dāng) α↑↓時(shí)，莖桿夾持不穩(wěn)定，切割不可靠。③刀片鉗住莖桿的條件如圖14，莖稈在動(dòng)刀片及定刀片的夾持中，在兩刀刃的接觸點(diǎn) A、B 處對(duì)莖 稈有正壓力 N1、N2 和摩擦力 F1、F2（F1＝N1tgφ1，F(xiàn)2 ＝N2tgφ 2）。如用 R1 表示 N1 與 F1 的合 力，用 R2 表示 N2 與 F2 的合力，則莖稈被夾住的條件為：兩刃口作用于莖稈的合力 R1 與 R2必在同一直線上 [16]。從圖14 中的三角形 OAB 可看出θ +φ1＋φ2＝π式中φ 1——?jiǎng)拥镀瑢?duì)莖稈的摩擦角φ 2——定刀片對(duì)莖稈的摩擦角 四邊形 OACB 中看出∠OAC＝∠OBC=π／2α＋β≤φ 1+φ 2式中 α ——?jiǎng)拥镀那懈罱铅?——定刀片的切割角 經(jīng)測定，帶齒的動(dòng)刀片與光刃的定刀片配合對(duì)小麥莖稈的摩擦角之和為φ 1+φ 2＝45－52°。現(xiàn)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型切割器的動(dòng)刀片的α角為 29°，定刀片β角為 6°15ˊ，其α ＋β ＝35°15ˊ，均符合夾持切割的條件。從幾何關(guān)系可看出動(dòng)刀片的刃部高度與α 角等參數(shù)的關(guān)系h=(a—b)/tgα圖 14 刀片鉗住莖桿的受力分析Fig14 Blade grips live stem force analysis182）割刀運(yùn)動(dòng)分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的割刀運(yùn)動(dòng)（如圖 15）圖 15 割刀運(yùn)動(dòng)分析Fig15 Cutter movement analysis擺環(huán)機(jī)構(gòu)的割刀運(yùn)動(dòng) 擺環(huán)機(jī)構(gòu)的割刀位移、速度和加速度的方程式（推導(dǎo)從略）為X=－σ rcosω tVx=μ rω sinω t ax=γ rω 2cosωt (3)則割刀位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系（如表 2） [17]表 2 割刀位移、速度、加速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系Table 2 Air displacement，Velocity，Acceleration and Crank corner relationshipt??0?9?180?270?360X r?r?r?xV?r??r?a2r02r02r?3）切割速度分析19試驗(yàn)指出：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)能順利地切割莖稈；若低于此限，則割茬不整齊并有堵刀 現(xiàn)象。①普通Ⅰ型切割器的切割速度（如圖 16）：圓弧 是割刀在切割莖稈過程中的切割速度范圍一般大于 1.2m/s。baV?從（圖 16a）看出，普通Ⅰ型切割器的割刀速度利 用較好，因而切割性能較強(qiáng)。圖 16 普通Ⅰ型Fig16 Ordinary type Ⅰ②普通Ⅱ型切割器的切割速度（如圖 17）普通Ⅱ型切割器的切割速度圖的特點(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－vb2。從兩個(gè)范圍的速度看，雖沒有包括最大 割刀速度，但仍屬于較高速度區(qū)段，因而切割性能尚好。③低割型切割器的切割速度（如圖 18）割刀在一個(gè)行程中與三個(gè)定刀片相遇，因而有三個(gè)切割 速度范圍：va1－vb1、va2－vb2 及 va3－vb3，其中 va1=0，vb3＝0，因而切割性能較差，工作中常 有部分莖稈被撕裂和撕斷，并有時(shí)出現(xiàn)塞刀。20圖 17 普通Ⅱ型Fig17 Ordinary type 圖 18 切割器Fig18 Low cut type④切割平均速度(4)15nr30s62p??V式中：n——割刀曲柄速度r——割刀曲柄半徑S——割刀行程割刀平均速度 ，也是用來確定割刀曲柄轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)之一，其選取應(yīng)根據(jù)pV機(jī)器作 業(yè)性質(zhì)而定。如割草機(jī)及收割機(jī)，因切割對(duì)象較青、濕，而且負(fù)荷較重，應(yīng)取較大值；谷物聯(lián)合收獲機(jī)，因切割對(duì)象較干、脆，負(fù)荷較輕，可取較小值。其一般范圍為1-2m/s [18]。4）割刀進(jìn)距對(duì)切割器性能的影響進(jìn)距：割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程（是）時(shí)，機(jī)器前進(jìn)的距離。(5)??mmn3026VVH??(6)），（?式中：Vm——機(jī)器前進(jìn)度n——割刀曲柄轉(zhuǎn)速ω——割刀曲柄角速度割刀進(jìn)距的大小，直接影響到動(dòng)刀(刃部)對(duì)地面的掃描面積——切割圖，因而對(duì)切割器性能影響較大。它也是確定切割器曲柄轉(zhuǎn)速的另一重要參數(shù)。切割圖的繪制步驟：21①先在圖上畫出兩個(gè)相鄰定刀片的中心線和刃線的軌跡（即縱向平行線）。②按給定的參數(shù)（Vm及 n）計(jì)算割刀進(jìn)距 H，并畫出動(dòng)刀片原始和走過兩個(gè)行程后的位置。③以動(dòng)刀片原始位置的刃部 A 點(diǎn)為基準(zhǔn)，用作圖法畫出該點(diǎn)的軌跡線。④按 A 點(diǎn)的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點(diǎn)畫出其軌跡線，即得動(dòng)刀片刃部在兩 個(gè)行程中對(duì)地面的掃描圖形——切割圖（圖19）。由（圖19）可見，在定刀片軌跡線內(nèi)的作物被護(hù)刃器及定刀片推向兩側(cè)，在相鄰兩定 刀片之間的面積為切割區(qū)。在切割區(qū)中有三種面積：⑤一次切割區(qū)（Ⅰ）：在此區(qū)內(nèi)的作物被動(dòng)刀片推至定刀片刃線上，并在定刀片支持 下切割。其中大多數(shù)莖稈沿割刀運(yùn)動(dòng)方向傾斜，但傾斜量較小，割茬較低。⑥重切區(qū)（Ⅱ）：割刀的刃線在此區(qū)通過兩次，有可能將割過的殘茬重割一次。因而 浪費(fèi)功率。⑦空白區(qū)（Ⅲ）：割刀刃線沒有在此區(qū)通過。該區(qū)的谷物被割刀推向前方的下一次的 一次切割區(qū)內(nèi)，在下一次切割中被切斷。因而莖稈的縱向傾斜量較大，割茬較高，且由于 切割較集中，切割阻力較大。如 空白區(qū)太長，有的莖稈被推倒造 成漏割。割刀平均速度 Vp和割刀進(jìn)距 H 都是確定割刀曲柄轉(zhuǎn)速 n 的重要參數(shù)。因此 在設(shè)計(jì)中，要兼顧兩者要求確定曲柄轉(zhuǎn)速。5）切割器功率計(jì)算(7))kgwN（??式中 —機(jī)速（m/s）mVB —割幅（m）—切割每平方米面積莖需功率 （小麥 =100-200)oL2m/?oL—空轉(zhuǎn)功率（0.6-1.1kw/m 割幅）kN—切割功率g22圖19 切割圖Fig19 Cutting figure5.2 立式割臺(tái)的帶式輸送器立式割臺(tái)輸送器布置在切割器后方的垂直面內(nèi)，立式割臺(tái)收割機(jī)工作時(shí)，靠機(jī)器前進(jìn)的推力使作物壓縮積聚、互相支持來進(jìn)行切割，割下的作物由于其慣性力而緊貼在輸送帶上。輸送帶一般有上下兩條，帶上間隔地裝有木制或鐵皮制成的撥齒，將谷物橫向撥出鋪放。一般配手扶拖拉機(jī)的小型立式割臺(tái)收割機(jī)，步行操作機(jī)器的前進(jìn)速度一般在1m/s，本設(shè)計(jì)取 =1m/s。mV立式割臺(tái)動(dòng)刀片頂部與下輸送帶撥齒頂部之間的距離叫做割刀前伸量，記為 。?它是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇不當(dāng)就會(huì)造成“先送后割”，這種情況就會(huì)造成禾桿折斷或傾倒而堵塞 [19]。要使作物先被切割器割下，再由輸送帶撥送，割刀前伸量應(yīng)大于割刀往復(fù)一次前進(jìn)的距離，即：23(8)n30mV??式中： —機(jī)器前進(jìn)的速度（m/s）mVn—切割器的曲柄軸轉(zhuǎn)速（rad/min）要使立式割臺(tái)的輸送器均勻、連續(xù)的輸送，必須能及時(shí)地將割下的谷物全部帶走，根據(jù)這個(gè)要求可確定輸送器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系：設(shè)： —作物在田間的生長密度1?—輸送帶上谷物的壓縮密度2B—割幅h—撥齒高—機(jī)器前進(jìn)速度mV—輸送帶速度s令 為速度比， 為莖桿壓縮系數(shù)，則上述不等式為：??21q??(9)qhBV?ms?根據(jù)國內(nèi)小型收割機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，一般 在1.2-1.5之間，本設(shè)計(jì)取 =1.5m/s。sV6 傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)6.1 傳動(dòng)方案的確定本設(shè)計(jì)主要由三個(gè)運(yùn)動(dòng)組成：一是往復(fù)式切割器的切割運(yùn)動(dòng)，這一過程通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；二是輸送鏈的水平輸送運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)通過鏈條的傳動(dòng)來完成；三是行走輪的運(yùn)動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)來完成。傳動(dòng)方案如圖20。6.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)汽油機(jī)： m306.59min,/360,2 ????? NnPTrnkwPooodo（10）軸1： 28.1r/i12i9.110101 ??，，?軸2： 3n950n93nk825 22122 ????T，，24圖20 傳動(dòng)方案Fig20 Transmission scheme軸3： m89.24n950r/min62inkw726.1 333323 ?????? NPTP，，?軸4： 57585 4414414 ，，軸5： 7.1r/i.i. 5555 ?，，軸6： 936n90n8nkw766566 ????? NPTP，，?軸7： m8.42r/mi3.i40.1 773737 ?，，6.3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)6.3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（1）參考文獻(xiàn)，首先確定計(jì)算功率。 其中 ：工作情況PKA??ca AK，kw2?系數(shù)，取為1.1。所以， kw2.1.ca??P（2）選擇V帶的型號(hào)。根據(jù) 選用A型帶。360r/minnoca和 轉(zhuǎn) 速（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算V1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。75d1?， 取2)驗(yàn)算帶速V/s14.0637506nd1??V（11）因?yàn)?m/sV30m/s，故帶速合適。253）計(jì)算大帶輪的直徑，取 。 m2573id12??24d?（12）（4）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度1）由 ，初定中心距 。)(.0212d1da??）（ m30ao2）從表中選擇基準(zhǔn)長度 。0L3）計(jì)算實(shí)際中心距 ，圓整為316mm 5.128913doo ????（5）計(jì)算帶的根數(shù)1）單根V帶的額定功率由 ，同時(shí)查表有 0.43kwP1.6kPr/min3607d oo??，， 查 表 得和KKLL 71)(9.24. r ???????，，（13）2）計(jì)算帶的根數(shù)根， 取 2645.137.tca??ZPZ（14）（6）計(jì)算單根V帶的拉力最小值NKPF34.86qvz5.02camino ??????）（）（（15）（7）計(jì)算壓軸力36215sin34.862sinz21op ??）（（16）6.3.2 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（1）參考文獻(xiàn) [20]，首先選擇鏈輪齒數(shù)取小鏈輪齒數(shù) 231.273.i1712 ????? ZZZ ， 取， 大 齒 輪 的 齒 數(shù)（2)確定計(jì)算功率查表得 ， 單 排 鏈 ， 則 計(jì) 算 功 率， 5.4.ZAKkw96.3825.14.ca ????PZA（17)（3）選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距根據(jù) m7.120r/min120nkw96.ca? PAP， 其 節(jié) 距查 表 可 選和(4）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距 (18)40a,635~87.12)5~35~3 oo ?????。ǎ?P相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù) 840.8popLL， 取26查表得中心距系數(shù) m406a2503.f1 ??。 則 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 最 大 中 心 距(5）計(jì)算鏈速V， 鏈 速 合 適 。/s15m/8.46706n1 ????PZ(6）計(jì)算壓軸力有效圓周力 (19)NVF23.10e ??鏈輪水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù) (20)NFKKPFP4685ep??， 則6.3.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）選定齒輪的類型、精度等級(jí)，材料及齒數(shù)1）按傳動(dòng)方案簡圖所示傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2）小型谷物割鋪機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度。3）材料選擇。齒輪材料的種類很多在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素也很多。這里由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr 硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45 號(hào)鋼，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。選小齒輪齒數(shù) Z1=24,則大齒輪齒數(shù) 8.762.34122???iZ取 Z2=77。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算， 即3211 )][(2. HEdtt ZuTKd????? (21)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：試選載荷系數(shù) 3.1?t，1）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩15541 09.09. .26pTnmn????(22)2）由表 10-7 選擇齒寬系數(shù) d?3）由表 10-6 查得材料的的彈性影響系數(shù)為 2/18.9MpaZE?4）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 paH60lim??；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ;502limMpaH??5）由式（10-13）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)81 1046.3)5082(1660 ???hjLnN 27882110346???iN(23)6）由圖 10-19 查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 9.1HNK； 95.02?HN7）接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù)（10-12）得 MpaSHNH54069.0][1lim1 ????K.2.][2li2(24)8） 試算小齒輪分度圓直徑 d1t,代入[σH]中較小的值m ZuTdHEdtt 396.5).281(.341098.32.)][(123.1 ?????????(25)9）計(jì)算圓周速度 vsnV/9.81069.54.3106???(26)10) 計(jì)算齒寬 b 齒寬系數(shù)為 1mdt 36.59.??? (27)11）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) mZdtt 725.4936.1?，齒高 mmht 13.6725.25. ???b/h=65.936/6.13=10.67。12) 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)圓周速度 V=8.9m/s，7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) ?Kv1.18直齒輪，假設(shè) mNbFKtA/10/?。由表 10-3 查得 2.1??FHK由表 10-2 查得使用系數(shù) 25.?A由表 10-4 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，bdH3210.)6.01(8. ??????將數(shù)據(jù)代入后得28483.1023.)6.01(8.2??????bdKH??由 b/h=10.67，KHβ=1.483 查圖 10-13 得 KFβ=1.38;故載荷系數(shù) 62.48.15.??HVA13）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得mkdtt 53.7.16239.31 ?14）計(jì)算模數(shù) mz.245.7?（3） 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為321)][(FSdKZTm???? (28)首先確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由圖 10-20C 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 PaFEM501?；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 PaFEM3802??；2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 8.,.21NFNK；3）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PaFENF MSK57.304.1850][11 ????(29)PaFEF 86.2.][224） 計(jì)算載荷系數(shù) K4.3.1.51?????FVA5）查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 26.;65.21??FY6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 可查得 74.1;8.21?SS。7）計(jì)算大、小齒輪的 ][F??并加以比較2901379.5.3862][1??FSY??64][2?FS 大齒輪的數(shù)值大。設(shè)計(jì)計(jì)算mm08.2164.240.34????(30)對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)， 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，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.08 并就近圓整為 m=2.5mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=76.53,算出小齒輪齒數(shù)305.2761?mdZ大齒輪齒數(shù)： 9302.12???iZ，取 Z2=96。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi) [21]。（4）幾何尺寸計(jì)算1)計(jì)算分度圓直徑 mZd0.75.231???m49622）計(jì)算中心距 ad 5.172)()(21??3）計(jì)算齒輪寬度 mbd75????取 B2=75mm,B1=80mm（5）驗(yàn)算 ??751024.31dTFt864NmN bKtA //.75864??，合適。307 重要零部件的校核7.1 小錐齒輪軸的校核（1）參考文獻(xiàn)，首先初步確定小錐齒輪的最小直徑。根據(jù)公式 可3ominpd??A得軸的最小直徑 ，選擇材料為 45 鋼，作調(diào)質(zhì)處理。m062.15din?（2）小錐齒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的軸的結(jié)構(gòu)，如圖 19圖21 軸Fig21 Shaft1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為滿足鏈輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端制出軸肩，左端采用錐齒端面定位，同理為了滿足鏈輪的軸向定位要求，Ⅴ-Ⅳ軸段左端需制出一軸肩，右端采用鏈輪端面定位，為了滿足軸承的軸向點(diǎn)位要求，Ⅱ-Ⅲ軸段和Ⅳ-Ⅴ軸段的中間需制出一軸肩，Ⅳ-Ⅴ軸段右端采用軸承端蓋定位。初步選擇軸承，考慮到主要承受徑向載荷，同時(shí)也承受不小的軸向載荷，故選用圓錐子軸承，參照工作要求并根據(jù) ，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取圓錐20mⅠ-?d滾子軸承 30204，其尺寸為 ，故 ，中3.1547??BD20mⅠ-?d間用擋環(huán)進(jìn)行軸向補(bǔ)償。由于要在軸上布置兩個(gè)鍵槽，軸的直徑應(yīng)該增大 10%-15%, 即 16.568-17.321mm，取安裝錐齒的軸段的直徑 。取安裝鏈輪的軸段直徑 dⅤ-18-?dⅣ=18mm ，鏈輪的左端用軸肩定位。2）軸上零件的周向定位軸的周向定位采用平鍵連接，按 ，由機(jī)械零件手查的平鍵截面18mⅠ-?d，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 23mm，同時(shí)為了保證錐齒與軸的配m6hb??