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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)院： 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級(jí)： 機(jī)械12-1
學(xué)生姓名： 楊晨 學(xué)號(hào)：8011208102
課題名稱：牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間：2011年12月1日------2012年5月25日（共14周）
指導(dǎo)老師：丁羽 職稱：
課題內(nèi)容：
本次設(shè)計(jì)以牧草打捆機(jī)為研究對(duì)象，從整合知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，利用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個(gè)機(jī)器上同時(shí)完成，提高工作效率。然后運(yùn)用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖。
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
1．根據(jù)要求，詳細(xì)了解的壓捆機(jī)的壓縮原理及構(gòu)造；
2．深入了解牧草壓捆機(jī)的各個(gè)部件工作過(guò)程；
3．壓捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)；
4．撿拾器的工作原理
5．完成參數(shù)的確定和圖紙的繪制（拆分非標(biāo)準(zhǔn)零件，繪制零件圖）；
6．繪制總體裝配圖；
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）：
第1-2周：熟悉題目，開(kāi)始查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告。
第3-4周：研究資料，確定方案。
第5-6周：方案的研究，確定數(shù)據(jù)。
第7-8周：處理計(jì)算數(shù)據(jù)面設(shè)計(jì)草圖。
第9-11周：完成零件圖和裝配圖。
第12-13周：修改完成零件圖和裝配圖，完成設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯材料。
第14周：遞交畢業(yè)設(shè)計(jì)材料，完成PPT,進(jìn)行答辯，
主要參考文獻(xiàn)：
[1] 韓魯佳等.中國(guó)農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，5(3)：2-3
[2] 李大鵬,劉向陽(yáng)飼草產(chǎn)業(yè)化與打捆機(jī)的開(kāi)發(fā)[J].飼料廣角,2002(15):10-12
[3] 楊學(xué)軍，李長(zhǎng)榮.中國(guó)飼草打捆機(jī)市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002，5：15
[4] 候向陽(yáng)，萬(wàn)里強(qiáng).加入WTO與我國(guó)草業(yè)發(fā)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2002，4(1)：5-6
[5] 王娜娜，王國(guó)通，楊炳南，呂黃珍，陳月峰.國(guó)外牧草生產(chǎn)裝備技術(shù)發(fā)展與啟示[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2009，24：22
[6] 林一平.向明新品9YY-80型打捆機(jī)[J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械 ，2002 ，09：23-24
[7] 道爾吉.9KJ—1.4撿拾壓捆機(jī)的使用和和調(diào)整[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，1987，5：22-23
[8] 楊明韶.我國(guó)牧草基礎(chǔ)研究工作進(jìn)展及探索[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002，5：26
[9] 楊明韶，王春光.牧草壓縮工程中幾個(gè)主要問(wèn)題分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1997，9(13)：56
[10] 楊明韶.壓捆機(jī)設(shè)計(jì)與發(fā)展中的幾個(gè)問(wèn)題[J].畜牧機(jī)械，1984，4：121
[11] 姚維禎.畜牧機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994，12：69
[12] 牧草收獲機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998：1-2
[13] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，下冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990:191-203
[14] 高山，盧世閣.牧草收獲機(jī)械的選擇[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn)，2009，4：144
[15] 鄭鋼，吳慧敏.國(guó)內(nèi)外捆草機(jī)發(fā)展綜述[J].牧業(yè)機(jī)械，1988，4：34-35
[16] 劉興元.NH565型方草捆撿拾打捆機(jī)引進(jìn)使用效果分析[J].草業(yè)科學(xué)，1995，12：77
[17] 戴圓倫.發(fā)展牧草機(jī)械推廣飼草加工技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002，5：122
[18] 關(guān)曉平，于建國(guó).牧草壓捆機(jī)設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2005 ，08：44
[19] 劉志杰.飼草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析:[學(xué)位論文].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2004
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
1.本課題的來(lái)源及研究目的和意義：
我國(guó)地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)草原遼闊，類型繁多，資源豐富，是巨大的天然寶藏。由于我國(guó)的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距，而且多為仿造產(chǎn)品，主要工作部件結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)規(guī)模較少，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場(chǎng)的需要。提高國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量，無(wú)疑會(huì)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用。雖然市場(chǎng)上國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價(jià)格太高(例如黑龍江大慶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)口的NewHolland公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆機(jī)造價(jià)30萬(wàn)美元)，不適合國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平，所以開(kāi)發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國(guó)飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，對(duì)促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)起到舉足輕重的作用。
2.本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及分析：
國(guó)外壓捆機(jī)的發(fā)展概況
1870年美國(guó)人迪得里克(DederiC)研制出人類歷史上的第一臺(tái)機(jī)械式固定牧草壓捆機(jī)，被改進(jìn)完善后，在歐美一些國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)30年代初，小方捆壓捆機(jī)問(wèn)世，50年代生產(chǎn)進(jìn)入高峰，保有量趨于飽和，當(dāng)時(shí)美國(guó)擁有撿拾壓捆機(jī)約70萬(wàn)臺(tái)，90%以上的牧草采用撿拾壓捆工藝。60年代中期，圓草捆卷捆機(jī)誕生，70年代迅速發(fā)展，80年代方、圓捆機(jī)并行發(fā)展。近年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的壓捆設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。國(guó)際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭(NewHolland)、約翰迪爾(JohnDeere)、凱斯公司，英國(guó)福格森公司，韓國(guó)成元公司，意大利GALLIGNANI公司，德國(guó)威格公司和前進(jìn)公司的壓捆機(jī)都己系列生產(chǎn)，這些設(shè)備無(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理得很成功，一些新的設(shè)計(jì)理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn)，例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器(PLC)、工業(yè)控制機(jī)控制(工PC)等的自動(dòng)控制手段都得到應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)等，牧草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化，牧草已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)。[5][11]
國(guó)內(nèi)的研究狀況
國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國(guó)50年代末開(kāi)始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國(guó)外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī)。近幾年，隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式[12]。
3.對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求和實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性的思路：
3.1任務(wù)要求：
本次設(shè)計(jì)以牧草打捆機(jī)為研究對(duì)象，從整合知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，利用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)拾禾和壓捆在同一個(gè)機(jī)器上同時(shí)完成，提高工作效率。然后運(yùn)用CAD軟件繪制零件圖和裝配圖。
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
1．根據(jù)要求，詳細(xì)了解的壓捆機(jī)的壓縮原理及構(gòu)造；
2．深入了解牧草壓捆機(jī)的各個(gè)部件工作過(guò)程；
3．壓捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)；
4．撿拾器的工作原理
5．完成參數(shù)的確定和圖紙的繪制（拆分非標(biāo)準(zhǔn)零件，繪制零件圖）；
6．繪制總體裝配圖；
3.2分析：
縱觀國(guó)內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展：
1．產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。
2．采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計(jì)算機(jī)、液壓技術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。
3．?dāng)U大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。
4．增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。
5．運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī)效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu)。
國(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題：
由于國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì)，在配套動(dòng)力的確定，主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù)，因而不可避免地存在配套動(dòng)力不合理，壓縮設(shè)備功率消耗大、生產(chǎn)能力低等問(wèn)題，而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴，而且有些不適宜我國(guó)的國(guó)情。
4.本課題所需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題以及解決思路：
4.1重點(diǎn)研究問(wèn)題：
撿拾式壓捆機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)，開(kāi)式壓捆機(jī)和閉式壓捆機(jī)的區(qū)別，以及國(guó)外先進(jìn)牧草打捆機(jī)的工作原理以及其主要部件。
4.2解決思路：、
(1)閉式壓縮是喂入一次壓縮一次，形成一個(gè)產(chǎn)品一般壓縮一次，卸料一次，是間斷性作業(yè)。產(chǎn)品壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動(dòng)，所以只消耗一次壓縮功率，每次壓縮之間沒(méi)有關(guān)系。
(2)開(kāi)式壓縮也是喂入一次壓縮一次，一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個(gè)產(chǎn)品。在壓捆室內(nèi)，壓縮一次形成一個(gè)草片;再喂入一次，再壓縮成一個(gè)草片，直到草片充滿壓捆室，然后再繼續(xù)喂入和壓縮，且每次壓縮所受的壓力不同。待若干草片的厚度達(dá)到草捆要求的長(zhǎng)度時(shí)，進(jìn)行打捆。捆好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出。也就是說(shuō)，產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)整個(gè)壓捆室生成。因而，生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品(按質(zhì)量計(jì))所做的功要大于閉式壓縮。在壓捆室中，活塞壓縮物料的過(guò)程，可分為三個(gè)階段:第一階段，喂入1份物料，活塞從前極點(diǎn)向后移動(dòng)，同物料接觸后，推移物料沿壓捆室移動(dòng)，使其充滿壓捆室而不對(duì)物料進(jìn)行壓縮，此階段稱為充滿階段。第二階段，活塞繼續(xù)向后移動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s物料，物料體積減少，密度增加，活塞面上的壓應(yīng)力增加，直到密度達(dá)到最大值，壓應(yīng)力也達(dá)到最大值。第三階段，活塞繼續(xù)向后移動(dòng)，被壓縮物料也隨之向后移動(dòng)，一直到另一個(gè)極點(diǎn)止。此階段，活塞上的壓應(yīng)力不再增加，物料密度也不再增加，稱之為移動(dòng)階段。
4.3工作原理：
壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動(dòng)式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)度控制裝置、打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。壓捆機(jī)的成捆原理主要是用各種機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)模擬人工捆束的工藝過(guò)程，完成對(duì)飼草的收集、壓實(shí)和打捆動(dòng)作。工作時(shí)，草條連續(xù)地進(jìn)入輸送喂入裝置，輸送喂入裝置在活塞回行時(shí)，把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi)，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆，活塞切刀將草層切斷，使各層能很好分開(kāi)，壓好的草捆，被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口。
5本可以必須的工作條件以及解決計(jì)劃：
5.1工作條件：通過(guò)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)壓捆機(jī)的資料，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索先關(guān)資料。通過(guò)圖書館的現(xiàn)有書籍來(lái)研究壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
5.2解決辦法：借助圖書館現(xiàn)有先關(guān)書籍，互聯(lián)網(wǎng)查閱先關(guān)文獻(xiàn)，使用制圖軟件CAD。
6完成本課題的工作方案以及進(jìn)度計(jì)劃：
6.1工作方案：
第一步：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和國(guó)內(nèi)外先關(guān)資料獲取先關(guān)數(shù)據(jù)，完成牧草壓捆機(jī)的開(kāi)題報(bào)告。
第二步：通過(guò)分析課題的要求，和查閱相關(guān)先進(jìn)牧草壓捆機(jī)的資料確定方形牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)和工作方案。
第三步：方案數(shù)據(jù)處理。
第四步：繪制部分零件。
第五步：完成機(jī)體轉(zhuǎn)配圖。
第六步：完成最終設(shè)計(jì)方案。
第七步：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
6.2進(jìn)度計(jì)劃：
第1-2周：熟悉題目，開(kāi)始查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告。
第3-4周：研究資料，確定方案。
第5-6周：方案的研究，確定數(shù)據(jù)。
第7-8周：處理計(jì)算數(shù)據(jù)面設(shè)計(jì)草圖。
第9-11周：完成零件圖和裝配圖。
第12-13周：修改完成零件圖和裝配圖，完成設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯材料。
第14周：遞交畢業(yè)設(shè)計(jì)材料，完成PPT,進(jìn)行答辯，
主要參考文獻(xiàn)：
[1] 韓魯佳等.中國(guó)農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，5(3)：2-3
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[6] 林一平.向明新品9YY-80型打捆機(jī)[J] .農(nóng)業(yè)機(jī)械 ，2002 ，09：23-24
[7] 道爾吉.9KJ—1.4撿拾壓捆機(jī)的使用和和調(diào)整[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，1987，5：22-23
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[10] 楊明韶.壓捆機(jī)設(shè)計(jì)與發(fā)展中的幾個(gè)問(wèn)題[J].畜牧機(jī)械，1984，4：121
[11] 姚維禎.畜牧機(jī)械[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994，12：69
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[13] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，下冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990:191-203
[14] 高山，盧世閣.牧草收獲機(jī)械的選擇[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn)，2009，4：144
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[16] 劉興元.NH565型方草捆撿拾打捆機(jī)引進(jìn)使用效果分析[J].草業(yè)科學(xué)，1995，12：77
[17] Nagchaudhuri,A“Mechatronign Redesign of Slider Crank Mechanism” of Proceedings of IMECE2002 ASME transactional Manuela Engineering gress&ExPosition，November17-22，2002，New Orleans, Louisiana.
[18] Nagehaudhuri，A,“Dynamic Modeling and Analysis of a Crank Slider Mechanism”Proceedings of 2000 ASEE Annual Conference,St.Louis,Mo.,june 24-27,2000.CD-ROM
[19] 戴圓倫.發(fā)展牧草機(jī)械推廣飼草加工技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2002，5：122
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[21] 劉志杰.飼草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析:[學(xué)位論文].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2004
姓名：楊晨專業(yè)：機(jī)械電氣化及其自動(dòng)化學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院指導(dǎo)老師：丁羽我國(guó)地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國(guó)草原遼闊，類型繁多，資源豐富，是巨大的天然寶藏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)共有各類天然草地面積約3.93億hm2，占國(guó)土面積的41.7%，僅次于澳大利亞，居世界第二位，同時(shí)也秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一，每年生產(chǎn)6.4億多t的秸稈。國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國(guó)50年代末開(kāi)始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國(guó)外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國(guó)外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī)。近幾年，隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式12?？v觀國(guó)內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究，飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展：1產(chǎn)品多樣化、系列化，以滿足不同用戶的需求。2采用新技術(shù)、新工藝，改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率。電子計(jì)算機(jī)、液壓技術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn)，操作更方便舒適。3擴(kuò)大適用范圍，提高機(jī)具的利用率，將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈。4增加草捆密度，降低功率消耗，提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益。5運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)工作部件，以提高壓縮密度和減少功率消耗,使壓捆機(jī)效率更高，可靠性更大，性能更優(yōu)213。按動(dòng)力源壓捆機(jī)可由拖拉機(jī)拖動(dòng)、動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自我驅(qū)動(dòng)等。按工作方式壓捆機(jī)可分固定式壓捆機(jī)和撿拾式壓捆機(jī)兩種根據(jù)草捆密度,我設(shè)計(jì)的是撿拾式壓捆機(jī)可以分為高密度干草捆壓捆機(jī)、中密度干草捆壓捆機(jī)和低密度干草捆壓捆機(jī)壓捆機(jī)有圓形打捆和方形打捆兩種，我所設(shè)計(jì)是方形打捆機(jī)壓捆機(jī)主要有撿拾器(移動(dòng)式)、輸送喂入裝置、壓捆室、草捆密度調(diào)節(jié)裝置、草捆長(zhǎng)度控制裝置、打捆裝置、曲柄連桿機(jī)構(gòu)(方捆機(jī)械式)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成。打捆機(jī)分為開(kāi)式和閉式，我使用的是開(kāi)式打捆機(jī) 國(guó)際主要牧草打捆機(jī)的生產(chǎn)公司有，美國(guó)New Holland 德國(guó)威利格公司的AP系列 英國(guó)Barmford生產(chǎn)的BX系列 德國(guó)Claasg公司的M系列打捆機(jī)有側(cè)牽引式和正牽引式，我設(shè)計(jì)的為側(cè)牽引式側(cè)牽引式打捆機(jī)主要特點(diǎn)：1.在總體布局上側(cè)牽引式打捆機(jī)喂入口設(shè)置在壓捆室的側(cè)面撿拾器在左邊2.其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，牧草工藝流程與正牽引式不同3.撿拾 喂入阻力小，牧草流動(dòng)更流暢輸送喂入裝置可分為以下三種:雙撥叉式、攪龍一撥叉式和單撥叉式。我所選用的是雙撥叉式，（A）圖工作要求：1.撿拾器工作幅度：應(yīng)大于草料寬度，一般不小于1.4M2.彈齒間距：70MM左右3.彈齒桿數(shù)量：側(cè)牽式打捆機(jī)46，正牽式3-44彈齒齒端線速度：1.74-2.55M/S1橫梁2壓捆室側(cè)壁3上連接板4下連接板5調(diào)整彈簧6調(diào)節(jié)手柄 7絲杠1.喂入量：按機(jī)型不同，一般為2.03.5KG/次2.喂入口尺寸：一般為喂入高度300360mm,寬度500650mm,喂入口面積：0.1500.234平方米3.喂入叉每分鐘填入草次數(shù)：80100次/分輸送喂入機(jī)構(gòu)需要滿足以下工藝：1.輸送喂入阻力小，物料流動(dòng)順暢，不堆積。2.喂入后的物料均勻，壓制成的草捆沿寬度和高度方向具有合理密度，外形整齊3.喂入中伸入量可以調(diào)節(jié)4.有過(guò)載保護(hù)裝置1.曲柄 2.喂入叉 3.彈簧打捆機(jī)呀捆部分主要由活塞體，曲柄，連桿，活塞銷，滾輪和切草刀片組成參數(shù)為：曲柄半徑R為300380mm 連桿長(zhǎng)度與曲柄半徑比值L/R=3.0-2.5壓困室截面尺寸有三種：1.30cmx41cm（12英寸X16英寸)2.36cmX46cm(14英寸X18英寸）3.41cmX61cm（16英寸X24英寸）4.常用的是36cmX46cm1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤 5 主動(dòng)盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計(jì)量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧20世紀(jì)60年代麥塞福格林公司的C-D型打結(jié)器打結(jié)器分為，C型，D型,C-D型，其中20世紀(jì)60年代麥塞福格林公司的C-D型打結(jié)器1 驅(qū)動(dòng)鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，越來(lái)越引起政府和農(nóng)民的重視，但飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中所需的機(jī)械裝置特別是壓捆機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了這方面的探討。主要工作和結(jié)論如下：我國(guó)壓捆機(jī)大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì)，工作性能較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飼草業(yè)的飛速發(fā)展的需要，而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴，而且有些不適宜我國(guó)的國(guó)情。本文在現(xiàn)有機(jī)具的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際需要進(jìn)行了壓捆機(jī)國(guó)產(chǎn)化的改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合考慮了現(xiàn)有飼草壓縮理論，以現(xiàn)代技術(shù)為依據(jù)，使設(shè)計(jì)的壓捆機(jī)比以前具有更優(yōu)越的性能，以滿足國(guó)內(nèi)的需要。感謝老師指導(dǎo)牧草打捆機(jī)的設(shè)計(jì) 目錄 1 緒論 1 1 1 問(wèn)題的提出 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 1 3 存在的問(wèn)題 5 1 4 研究的目的和意義 5 2 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) 5 2 1 飼草壓縮理論研究 5 2 2 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3 選擇電動(dòng)機(jī) 16 3 1 動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的類型 16 3 2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 17 3 3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 18 3 4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 19 3 5 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算 19 3 7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 3 8 軸的校核 22 3 9 蝸輪軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 22 3 10 滾動(dòng)軸承的選擇及其計(jì)算 25 總 結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 1 緒論 1 1 問(wèn)題的提出 我國(guó)地域廣袤 而且作為農(nóng)業(yè)大國(guó) 有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件 我國(guó)草原遼闊 類型繁 多 資源豐富 是巨大的天然寶藏 據(jù)統(tǒng)計(jì) 我國(guó)共有各類天然草地面積約 3 93 億 hm2 占國(guó)土 面積的 41 7 僅次于澳大利亞 居世界第二位 同時(shí)也秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一 每年生 產(chǎn) 6 4 億多 t 的秸稈 1 然而我國(guó)草場(chǎng)的分布很不均勻 導(dǎo)致我國(guó)部分地區(qū)一方面牧草匱乏 另一方面則因季節(jié)性牧草過(guò)剩而 得不到合理利用被廢棄 不僅浪費(fèi)了牧草資源 造成經(jīng)濟(jì)損失 同時(shí)也污染了草地和環(huán)境 此外 牧草 在流通領(lǐng)域中遇到的一個(gè)主要問(wèn)題 就是由于牧草的堆密度小 使其運(yùn)輸成本增加 利潤(rùn)空間下降 有些地方甚至因?yàn)槔麧?rùn)微薄而寧可燒掉 也不愿意費(fèi)時(shí)費(fèi)力地運(yùn)輸 造成了資源浪費(fèi) 而且也污染了 生態(tài)環(huán)境 這是我們必須面臨的顯示問(wèn)題 急需有一個(gè)合理的辦法來(lái)解決這個(gè)現(xiàn)狀 近年來(lái) 由 于各牧場(chǎng)的牲畜存欄量不斷增加 而相應(yīng)的管理政策又相對(duì)滯后 還有自然條件的惡化 即使在 牧草比較豐富的牧區(qū) 季節(jié)性的飼草缺乏現(xiàn)象也很嚴(yán)重 2 2000 年初 我國(guó)內(nèi)蒙古 共有 12 個(gè)地 州 60 個(gè)縣出現(xiàn)的 白災(zāi) 使 30 萬(wàn)頭受災(zāi)牲畜死亡 主要原因是由于飼料缺乏的饑餓所致 很顯然解決這個(gè)問(wèn)題的有效措施就是為這些牧草缺乏或季節(jié)缺草的地區(qū)準(zhǔn)備充足的越冬飼草 另 一方面我國(guó)草業(yè)發(fā)展帶有比較突出的地域性特點(diǎn) 牧草種植基地大多位于黃河流域及華北 西北 而牧草銷售市場(chǎng)多位于華東 華南的奶牛 肉牛飼養(yǎng)密集區(qū) 由于草場(chǎng)分布不均 部分地區(qū)因季 節(jié)性牧草過(guò)剩得不到合適的處置而被廢棄 浪費(fèi)了資源 也污染了草原 3 不僅如此 近年來(lái)隨 著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展 中國(guó)加入 WTO 周邊的許多國(guó)家 像韓國(guó) 日本都是飼料資源短缺的國(guó)家 國(guó)際市場(chǎng)對(duì)牧草 秸稈等飼料的需求會(huì)大幅增加 加入 WTO 我國(guó)資源成本相對(duì)較高的種植業(yè)面 積可能會(huì)適當(dāng)減少 種植業(yè)比較效益下降將促使土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向畜牧業(yè) 草業(yè)等方面 調(diào)整 牧草生產(chǎn)和加工產(chǎn)業(yè)將面臨新的機(jī)遇 因此 加快我國(guó)的牧草 秸稈的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 能為 我國(guó)增加出口創(chuàng)匯 成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)大產(chǎn)業(yè) 這在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó) 加拿大等已得到證實(shí) 4 在牧草 秸稈等纖維物料的商品化生產(chǎn)過(guò)程中 首先遇到的問(wèn)題是這些物料松散 容積密度小 收集 運(yùn)輸困難 運(yùn)輸時(shí)虧噸現(xiàn)象嚴(yán)重 這些物料無(wú)論在儲(chǔ)存還是運(yùn)輸時(shí) 都占用很大的空間 面 臨嚴(yán)重的運(yùn)輸成本壓力 由此可見(jiàn) 把飼草打成高密度的草捆后儲(chǔ)存或運(yùn)輸 是降低飼草成本的 重要步驟 也是使得牧草得到合理利用的有效途徑 既可解決牧草資源的分布不均而得不到合理 利用的弊端 有可解決環(huán)境問(wèn)題 據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)成套設(shè)備所的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 飼草打捆平均密度可 以增大 10 倍左右 而運(yùn)輸成本可降低 70 左右 可見(jiàn)飼草壓捆機(jī)的商業(yè)效益是十分顯著的 5 牧 草業(yè)也會(huì)因此有長(zhǎng)足的發(fā)展 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1 2 1 飼草壓縮理論的研究概況 壓縮理論是飼草料壓捆 壓餅 壓塊等機(jī)具設(shè)計(jì)的理論依據(jù) 具有重要的價(jià)值 6 1938 年西德學(xué)者斯卡維特 Skalweit 首次開(kāi)始研究纖維物料在壓縮過(guò)程中的壓縮機(jī)理 他通過(guò)在密 閉容器內(nèi)以低速壓縮牧草 來(lái)研究壓縮力和壓縮后牧草容積密度之間的關(guān)系 并得出了如下壓縮 力和壓縮后物料容積密度之間的規(guī)律 1 l mc 式中 壓縮力 kg cm 2 壓縮后物料的密度 kg m 3 m0 初始?jí)嚎s力 kg 0 2c 物料的初始密度 kg m 0 3 m 是試驗(yàn)系數(shù) 1959 年西德另一位學(xué)者麥威斯 Mewes 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究分析斯卡維特 Skalweit 所得出的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)分析研究 他對(duì)斯卡維特的結(jié)論給予肯定 同時(shí) 他認(rèn)為纖維物料在壓縮過(guò)程中壓縮力與物 料的初始密度有關(guān) 并分別提出了在不同壓縮條件下壓縮力與物料密度之間的數(shù)學(xué)模型 1 2 mc 0 1 3 0 式中 壓縮力 kg cm 2 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù) 1964 年西德學(xué)者薩哈特 Sacht 利用小麥和燕麥秸稈以及苜蓿和牧草進(jìn)行試驗(yàn)研究 首次發(fā)現(xiàn)被壓 縮物料的濕度對(duì)壓縮過(guò)程有很大的影響 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究 他認(rèn)為 斯卡維特的數(shù)學(xué)模型只有在壓 力小于 200N cm 時(shí)才成立 并提出如下數(shù)學(xué)表達(dá)式 2 l 4 m 式中 壓縮力 kg mm 2 被壓縮物料的濕度 壓縮后物料的密度 kg m 3 c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù) 不同的物料具有不同的值 該表達(dá)式只有在 15 55 之間成立 c 和 m 的值如表 1 1 所示 表 1 1 各種物料壓縮時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù) c 和 m 值 壓力范圍 系數(shù) 小麥秸稈 89 干重 燕麥秸稈 88 5 干重 苜蓿 83 5 干重 牧草 86 干重 c 2 53 310 9 8 410 3 7 410 6 75 510 15 50N cm 3m 1 47 1 59 1 69 1 96 c 2 87 41 56 51 78 68 55 7 50 200 N cm m 1 89 2 35 2 64 2 73 50 60 年代蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)纖維物料的壓縮過(guò)程也進(jìn)行了很多研究 如奧索波夫 Osobov 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和 理論分析研究認(rèn)為 纖維物料在壓縮過(guò)程中壓縮力僅取決于被壓縮物料的初始密度和壓縮過(guò)程中 的壓縮程度 在此基礎(chǔ)上提出 l 5 1 0 aec 式中 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 3 c 和 a 均為試驗(yàn)系數(shù) 表明草料的物理機(jī)械特性 蘇聯(lián)的另一位學(xué)者赫拉帕奇 Hulapaqi 研究認(rèn)為 纖維物料在壓縮過(guò)程中壓縮力不僅與壓縮后壓縮 物的壓縮程度有關(guān) 而且與壓縮過(guò)程中的壓縮速度以及物料的濕度有關(guān) 通過(guò)分析研究他提 4 出了以下表達(dá)式 P 1 6 mkc 式中 物料的濕度系數(shù) l 0 02 w 15 30 w 物料的濕度 壓縮過(guò)程中的壓縮速度影響系數(shù) 5 084v 壓縮過(guò)程中當(dāng)前位置的壓縮速度 v 壓縮后物料的密度 kg m 3 物料的硬度系數(shù) 對(duì)整齊的秸稈 1 對(duì)糾纏的 0 67 對(duì)牧草 0 58 kkkk c 和 m 均為試驗(yàn)系數(shù)一般取 c 1 92 m 2 178 510 該表達(dá)式雖然是在密閉容器內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的 但在開(kāi)式壓捆室壓縮干物質(zhì)含量為 85 的小麥秸稈的 實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí) 多年來(lái) 此式一直被作為壓捆機(jī)設(shè)計(jì)的理論依據(jù) 它對(duì)壓捆機(jī)的設(shè)計(jì)在方向 上有一定的意義 對(duì)于閉式壓縮有重要指導(dǎo)作用 7 蘇聯(lián)學(xué)者普斯特金 Pusteky 對(duì)纖維物料壓縮過(guò)程中被壓縮物料的壓縮量與壓縮力之間的關(guān)系進(jìn)行 了分析和研究 他用窄板條壓縮未脫粒的小麥秸稈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得出了壓縮力與被壓縮物料壓縮 量之間關(guān)系 1 7 xs bAe 式中 壓縮力 kg m 2 s 物料的初始厚度 mm x 對(duì)物料的壓縮量 mm A 和 b 均是試驗(yàn)系數(shù) 對(duì)于牧草和苜蓿 A 0 35kg cm b 0 375 后來(lái)他又在密閉容器內(nèi)對(duì)麥秸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 并得出麥秸在密閉容器內(nèi)壓縮時(shí) 壓縮力與壓縮量 之間呈拋物線關(guān)系 1 8 n 式中 p 壓縮力 kg m 2 x 對(duì)物料的壓縮量 mm A 和 n 是試驗(yàn)系數(shù) 此外 英國(guó)和美國(guó)等國(guó)的學(xué)者對(duì)不同纖維物料壓縮過(guò)程作了大量的研究試驗(yàn)和理論分析 如 1984 年英國(guó)學(xué)者多佛而奇 0 Dogherty 和威來(lái)爾 Wheller 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析 并根據(jù)壓縮過(guò)程 中物料的容積密度范圍提出兩個(gè)模型 400kg m 1 9 mc 1 3 1 10 n l2 40mkg 式中 壓縮力 kg cm 物料壓縮過(guò)程中的密度 kg m 3 n m 均是試驗(yàn)系數(shù) 1987 年英國(guó)學(xué)者法波若德 Faborode 和卡拉凡 O Callaghan 在考慮了被壓縮纖維物料的初始密度 后 提出如下的數(shù)學(xué)模型 l 11 0lebAr 式中 壓縮力 kg cm 2 0r 物料在壓縮過(guò)程中的密度 kg m 3 物料的初始密度 kg m 0 3 A b 均是試驗(yàn)系數(shù) 他們對(duì)其進(jìn)一步推導(dǎo) 令 A 0k b cr 將公式 1 11 轉(zhuǎn)化成壓縮力與壓縮活塞位移之間的關(guān)系 1 12 0leskl 式中 物料的初始松散模量 物料的臨界密度 kg m 0 3 s 壓縮活塞的位移 mm l 壓捆室長(zhǎng)度 mm 8 1996 年我國(guó)學(xué)者楊明韶等在真正的高密度牧草壓捆 9KG 350 上分階段對(duì)牧草在壓捆過(guò)程中的壓 縮力 壓縮量和壓縮過(guò)程中的牧草的密度等進(jìn)行了試驗(yàn)研究 并提出了它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式 1 13 bsAe 并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出用高密度壓捆機(jī)對(duì)牧草進(jìn)行壓捆時(shí) 壓縮力與壓縮后牧草密度之間的關(guān)系式 P 1 14 0 B 式中 P 壓縮力 Mpa 牧草的初始密度 kg m 3 牧草壓縮過(guò)程中的密度 kg m x 牧草的壓縮量 mm A B b 均是實(shí)驗(yàn)系數(shù) 9 縱觀國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種纖維物料壓縮過(guò)程所作的各種實(shí)驗(yàn)研究和理論分析 主要是從不同角度出 發(fā) 采用不同的壓縮方式和條件對(duì)不同的纖維物料進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究 歸納起來(lái)蘇聯(lián)和我國(guó)的 學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料壓捆過(guò)程進(jìn)行研究 英國(guó) 美國(guó) 加拿大的學(xué)者主要是針對(duì)纖維物料的 壓塊和壓餅過(guò)程 密度很高 進(jìn)行研究 日本學(xué)者主要是針對(duì)粉體纖維物料的模壓成型進(jìn)行研究 10 這些研究成果在解決壓縮力和壓縮程度之間的問(wèn)題中發(fā)揮了極其重要的作用 對(duì)秸稈等纖維物料 壓縮過(guò)程的理論分析 壓縮設(shè)備的設(shè)計(jì)和牧草壓縮生產(chǎn)過(guò)程研究起到了指導(dǎo)作用 提供了理論依 據(jù) 本文就是以這些理論為依據(jù) 進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究 1 2 2 國(guó)外壓捆機(jī)的發(fā)展概況 1870 年美國(guó)人迪得里克 DederiC 研制出人類歷史上的第一臺(tái)機(jī)械式固定牧草壓捆機(jī) 被改進(jìn)完善 后 在歐美一些國(guó)家得到廣泛應(yīng)用 20 世紀(jì) 30 年代初 小方捆壓捆機(jī)問(wèn)世 50 年代生產(chǎn)進(jìn)入高 峰 保有量趨于飽和 當(dāng)時(shí)美國(guó)擁有撿拾壓捆機(jī)約 70 萬(wàn)臺(tái) 90 以上的牧草采用撿拾壓捆工藝 60 年代中期 圓草捆卷捆機(jī)誕生 70 年代迅速發(fā)展 80 年代方 圓捆機(jī)并行發(fā)展 近年來(lái) 歐 美等發(fā)達(dá)國(guó)家的壓捆設(shè)備更成熟 結(jié)構(gòu)參數(shù)更合理 可靠性 生產(chǎn)率提高很快 國(guó)際著名的農(nóng)機(jī) 生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭 NewHolland 約翰迪爾 JohnDeere 凱斯公司 英國(guó)福格森公司 韓國(guó)成 元公司 意大利 GALLIGNANI 公司 德國(guó)威格公司和前進(jìn)公司的壓捆機(jī)都己系列生產(chǎn) 這些設(shè) 備無(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu) 動(dòng)力配套 液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理得很成功 一些新的設(shè)計(jì) 理論 最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn) 例如在控制系統(tǒng)方面 單片機(jī) 可編程控制 器 PLC 工業(yè)控制機(jī)控制 工 PC 等的自動(dòng)控制手段都得到應(yīng)用 在一些發(fā)達(dá)國(guó)家 如美國(guó)等 牧 草收獲己全部實(shí)行機(jī)械化 牧草已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè) 5 11 1 2 3 國(guó)內(nèi)的研究狀況 國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多 只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道 但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低 可靠性差 我國(guó) 50 年代末開(kāi)始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī) 60 年代初 在引進(jìn) 試驗(yàn)國(guó)外小方草捆 揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上 開(kāi)展了小方草捆無(wú)繩壓捆機(jī)的研究 70 年代中期引進(jìn) 仿造了國(guó)外的方捆機(jī) 并批量生產(chǎn) 70 年代末開(kāi)始仿制圓捆機(jī) 近幾年 隨著市場(chǎng)對(duì)高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量 的增加 國(guó)內(nèi)的一些科研院所和高校開(kāi)始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī) 主要型式可分為機(jī)械 式和液壓式 12 1 2 4 發(fā)展趨勢(shì) 縱觀國(guó)內(nèi)外大中型企業(yè)及飼草收獲工藝的需要及研究 飼草壓捆機(jī)將向以下方向發(fā)展 1 產(chǎn)品多樣化 系列化 以滿足不同用戶的需求 2 采用新技術(shù) 新工藝 改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 提高產(chǎn)品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效率 電子計(jì)算機(jī) 液壓技 術(shù)等的應(yīng)用將使機(jī)具的性能更先進(jìn) 操作更方便舒適 3 擴(kuò)大適用范圍 提高機(jī)具的利用率 將捆草范圍從干草擴(kuò)大到青飼料或農(nóng)作物秸稈 4 增加草捆密度 降低功率消耗 提高壓捆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益 5 運(yùn)用現(xiàn)有的飼草壓縮理論設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)工作部件 以提高壓縮密度和減少功率消耗 使壓捆機(jī) 效率更高 可靠性更大 性能更優(yōu) 2 13 1 3 存在的問(wèn)題 由于國(guó)內(nèi)壓捆機(jī)目前大多采用測(cè)繪或類比方法設(shè)計(jì) 在配套動(dòng)力的確定 主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù) 壓縮頻率和喂入量等工作參數(shù)的確定中很少有真正的理論依據(jù) 因而不可避免地存在配套動(dòng)力不 合理 壓縮設(shè)備功率消耗大 生產(chǎn)能力低等問(wèn)題 而進(jìn)口機(jī)械不僅價(jià)格昂貴 而且有些不適宜我 國(guó)的國(guó)情 5 8 1 4 研究的目的和意義 由于我國(guó)的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大差距 而且多為仿造產(chǎn)品 主要工作部件結(jié) 構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng) 生產(chǎn)規(guī)模較少 設(shè)備質(zhì)量欠佳 遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè) 備市場(chǎng)的需要 提高國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)的質(zhì)量 無(wú)疑會(huì)對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性作用 雖然市場(chǎng)上國(guó)外 產(chǎn)品質(zhì)量較好 但價(jià)格太高 例如黑龍江大慶農(nóng)場(chǎng)進(jìn)口的 NewHolland 公司生產(chǎn)的一款高密度壓捆 機(jī)造價(jià) 30 萬(wàn)美元 不適合國(guó)內(nèi)的消費(fèi)水平 所以開(kāi)發(fā)性能良好 自動(dòng)化程度高而且價(jià)格適中的 國(guó)產(chǎn)壓捆機(jī)將是我國(guó)飼草商品化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一 對(duì)促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會(huì)起到舉足輕重的 作用 14 2 牧草壓捆機(jī)的設(shè)計(jì) 2 1 飼草壓縮理論研究 2 1 1 飼草壓縮過(guò)程研究 飼草壓縮類型根據(jù)壓縮設(shè)備類型的特點(diǎn)可分為閉式壓縮和開(kāi)式壓縮兩大類 閉式壓縮是指用一個(gè) 柱塞對(duì)裝入一端封閉的壓模內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮 使其成型并達(dá)到一定密度 然后取出被 壓縮后的物料 捆扎成捆 完成一次壓縮過(guò)程 再裝入新物料再進(jìn)行壓縮的過(guò)程 這種壓縮過(guò)程 接近于農(nóng)業(yè)粉狀纖維物料模壓成型的情況 這種壓縮型式很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè) 有的液壓式高密 度壓捆機(jī)屬于此種類型 開(kāi)式壓縮是指用一個(gè)柱塞對(duì)壓捆室內(nèi)的農(nóng)業(yè)纖維物料進(jìn)行壓縮 克服壓 捆室與物料間的摩擦力 推動(dòng)物料向壓捆室出口方向移動(dòng) 邊喂入邊壓縮 被壓縮后的物料隨壓 縮過(guò)程的進(jìn)行逐漸被推出壓捆室 實(shí)際物料在大多數(shù)壓捆機(jī)的壓縮就屬于開(kāi)式壓縮 先前的壓縮 理論研究多是在密閉容器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn) 多屬于閉式壓縮 其研究目的也多是為了指導(dǎo)壓捆機(jī)的設(shè) 計(jì) 但現(xiàn)有壓捆機(jī)多是開(kāi)式壓縮 開(kāi)式壓縮和閉式壓縮差別很大 因而存在一定的誤差 為了壓 捆機(jī)的發(fā)展 首先必須對(duì)開(kāi)式壓縮進(jìn)行全面深入的研究 同時(shí)探索開(kāi)式和閉式壓縮之間的異同 這無(wú)疑是壓縮研究的一個(gè)基本課題 15 1 閉式壓縮是喂入一次壓縮一次 形成一個(gè)產(chǎn)品一般壓縮一次 卸料一次 是間斷性作業(yè) 產(chǎn)品 壓成后在壓捆室內(nèi)并不移動(dòng) 所以只消耗一次壓縮功率 每次壓縮之間沒(méi)有關(guān)系 2 開(kāi)式壓縮也是喂入一次壓縮一次 一般要喂入和壓縮若干次才能形成一個(gè)產(chǎn)品 在壓捆室內(nèi) 壓縮一次形成一個(gè)草片 再喂入一次 再壓縮成一個(gè)草片 直到草片充滿壓捆室 然后再繼續(xù)喂入 和壓縮 且每次壓縮所受的壓力不同 待若干草片的厚度達(dá)到草捆要求的長(zhǎng)度時(shí) 進(jìn)行打捆 捆 好的草捆從壓捆室出口處陸續(xù)排出 也就是說(shuō) 產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)整個(gè)壓捆室生成 因而 生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn) 品 按質(zhì)量計(jì) 所做的功要大于閉式壓縮 在壓捆室中 活塞壓縮物料的過(guò)程 可分為三個(gè)階段 第 一階段 喂入 1 份物料 活塞從前極點(diǎn)向后移動(dòng) 同物料接觸后 推移物料沿壓捆室移動(dòng) 使其 充滿壓捆室而不對(duì)物料進(jìn)行壓縮 此階段稱為充滿階段 第二階段 活塞繼續(xù)向后移動(dòng) 開(kāi)始?jí)?縮物料 物料體積減少 密度 增加 活塞面上的壓應(yīng)力增加 直到密度達(dá)到最大值 max max 壓應(yīng)力也達(dá)到最大值 第三階段 活塞繼續(xù)向后移動(dòng) 被壓縮物料也隨之向后移動(dòng) 一直到max 另一個(gè)極點(diǎn)止 此階段 活塞上的壓應(yīng)力不再增加 物料密度也不再增加 稱之為移動(dòng)階段 其 簡(jiǎn)圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 牧草壓縮過(guò)程示意圖 0 abGS max1 bGS 式中 G 每次飼草的喂入量 一般為 2 4kg a b 壓捆室截面的長(zhǎng)和高 本設(shè)計(jì)中分別取為 0 46m 0 36m S 活塞從開(kāi)始?jí)嚎s到另 極點(diǎn)的距離 S 活塞行程 0 S 被壓縮物料達(dá)到最大密度后移動(dòng)的距離 1 壓縮前物料的密度 對(duì)于牧草 般取 30 50kg m 3 壓縮達(dá)到的最大密度 kg m 是壓捆機(jī)的重要指標(biāo) 16 max 3 2 1 2 壓縮力的分析 1 連桿曲柄 2 連桿 3 活塞 5 靜上刀片 6 保護(hù)罩殼 7 壓捆室板 8 側(cè)向進(jìn)草口 9 被驅(qū)動(dòng)齒輪 10 驅(qū)動(dòng)齒 輪 11 飛輪 F 曲柄上的水平方向壓縮力 F 作用在曲柄上的合力 F 沿曲柄軌跡切線方向的作用力s 圖 2 2 壓縮機(jī)構(gòu)模型受力圖 小方捆壓捆機(jī)壓縮牧草時(shí) 其受力示意圖如圖 2 2 所示 17 壓縮時(shí) 隨著活塞的移動(dòng) 壓縮力的 變化過(guò)程如圖 2 3 所示 圖 2 3 壓縮時(shí)各力變化規(guī)律 以壓縮首楷為例 如圖 2 3 所示 力 F F 和 Fs 隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而發(fā)生變化的過(guò)程 曲線 ab 段表明在初始?jí)嚎s 牧草時(shí)隨著壓縮量的增大三個(gè)力都增大了 在 bc 段上由于切削阻力引起壓縮力的進(jìn)一步增大 在 大量牧草被切斷以后 這時(shí) 約為 145 阻力在 ed 段減少 接著由于活塞繼續(xù)壓縮的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在 o de 段引起壓縮力進(jìn)一步增大 一直達(dá)到最大值 隨著草捆的移動(dòng) 壓縮力緊接著在 ef 段降低了 在到達(dá)最大值 Pmax 之前一小段時(shí)間距離活塞到達(dá)最大行程有一段距離 S 在 ef 段為了降低活塞 壓力 可以盡量減小摩擦系數(shù) 或者采用滾動(dòng)摩擦可以減少功率消耗 曲線 fg 段表示壓縮草松馳 階段 這是由于曲柄施加的力 Fs 改變方向造成的 當(dāng)曲柄進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí) 為了克服壓縮滑塊的加 速度而產(chǎn)生一個(gè)反方向的力如 gk 段所示 變?yōu)檎?kl 段是因?yàn)樵陂_(kāi)始位置處制止反向運(yùn)動(dòng)的滑 塊而產(chǎn)生的正向阻力 力 Fs 是相反的 如 gklm 虛線所示 18 上述理論的研究具有重要的意義 本文以上述理論為指導(dǎo) 進(jìn)行了壓捆機(jī)的研究 2 2 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 2 1 壓捆機(jī)的結(jié)構(gòu)型式 壓捆機(jī)可根據(jù)以下原則分類 1 動(dòng)力源 2 草捆的形狀和尺寸 3 捆束材料 按動(dòng)力源 壓捆機(jī)可由 拖拉機(jī)拖動(dòng) 動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自我驅(qū)動(dòng)等 拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)的壓捆機(jī)是最便 宜的 也是最適用的 但需要性能優(yōu)良的拖拉機(jī) 以維持一個(gè)恒定的速度 按工作方式 壓捆機(jī)可分固定式壓捆機(jī)和撿拾式壓捆機(jī)兩種 固定式壓捆機(jī)一般是用來(lái)將收獲好 的干草二次壓制成高密度草捆后運(yùn)至其他缺草地區(qū) 適合于長(zhǎng)距離運(yùn)輸 12 壓捆機(jī)根據(jù)壓成的草捆形狀 又可分為方捆活塞式壓捆機(jī) 如圖 2 4 和圓捆卷壓式壓捆機(jī) 如圖 2 5 方捆活塞式壓捆機(jī)按活塞的運(yùn)動(dòng)形式又有直線往復(fù)式和圓弧擺動(dòng)式之分 根據(jù)草捆密度 還可以分為高密度干草捆壓捆機(jī) 中密度干草捆壓捆機(jī)和低密度干草捆壓捆機(jī) 如圖 2 6 是現(xiàn)在常用的兩款高密度壓捆機(jī) 19 本設(shè)計(jì)為以拖拉機(jī)為動(dòng)力的方捆拾禾壓捆機(jī)小型壓 捆機(jī) 北京華聯(lián) CLASS 小方捆打捆機(jī) 北京華聯(lián) CLASS 大方捆打捆機(jī) 圖 2 4 方捆打捆機(jī) 北京華聯(lián) ROLLANT 255 打捆機(jī) 圖 2 5 圓捆打捆機(jī) 圖 2 6 高密度大型打捆機(jī) 2 2 2 壓捆機(jī)的構(gòu)造和工作原理 壓捆機(jī)主要有撿拾器 移動(dòng)式 輸送喂入裝置 壓捆室 草捆密度調(diào)節(jié)裝置 草捆長(zhǎng)度控制裝置 打捆裝置 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 方捆機(jī)械式 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和牽引裝置等組成 壓捆機(jī)的成捆原理主要是 用各種機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)模擬人工捆束的工藝過(guò)程 完成對(duì)飼草的收集 壓實(shí)和打捆動(dòng)作 工作時(shí) 草 條連續(xù)地進(jìn)入輸送喂入裝置 輸送喂入裝置在活塞回行時(shí) 把飼草從側(cè)面喂入到壓捆室內(nèi) 在曲 柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下 活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng) 把壓捆室內(nèi)的飼草壓成草捆 活塞切刀將草層切斷 使各 層能很好分開(kāi) 壓好的草捆 被后面陸續(xù)成捆的草捆不斷地推向壓捆室出口 20 1 輸送喂入裝置 它的功能是將收集起來(lái)的飼草喂入到壓捆室內(nèi) 一個(gè)性能良好的輸送喂入裝置應(yīng)能滿足以下要求 1 喂入均勻 2 在喂入口處不能堆積飼草 即單位時(shí)間的喂入量應(yīng)大于撿拾量或輸送量 3 喂入叉應(yīng) 具備過(guò)載保護(hù)能力 13 輸送喂入裝置可分為以下三種 雙撥叉式 攪龍一撥叉式和單撥叉式 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 7 所 示 1 撿拾器 2 傾斜輸送器 3 螺旋輸送器 4 喂入口 5 裝填器 6 柱塞 7 雙撥叉式輸送喂入裝置 8 捆扎裝置 9 填草撥叉 10 草捆 11 飛輪 12 動(dòng)力輸出軸 圖 2 7 方草捆撿拾壓捆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2 7 a 為頂部喂入式 撿拾器將干草撿拾后由縱向傾斜輸送器 2 向上輸送 并由橫向螺旋輸送 器 3 送入壓捆室的頂部喂入口 4 再由裝填器在柱塞回行時(shí)向下壓入壓捆室 圖 b 為采用雙撥叉 式輸送喂入裝置的側(cè)面喂入式 撿拾器將干草撿拾后撥向后面 由雙撥叉式輸送喂入裝置 7 將干 草從側(cè)面喂入壓捆室 圖 c 為采用螺旋輸送器的側(cè)面喂入式 撿拾器將干草撿拾后撥向后面 由 橫向螺旋輸送器 3 作橫向輸送 再由填草撥叉 9 在活塞回行時(shí)將干草填入壓捆室 10 本設(shè)計(jì)中采 用實(shí)用的螺旋輸送器側(cè)面喂入式 2 活塞和壓捆室 壓捆室是壓捆機(jī)的基礎(chǔ)部件 呈長(zhǎng)方形 其斷面尺寸主要有 360 460mm 400 460mm 460 560mm 本設(shè)計(jì)采用常用的 360 460mm 由于活塞速率越 1 高 其慣性力和速度越大 震動(dòng)和摩擦越嚴(yán)重 為了改善滑動(dòng)摩擦片式活塞的缺點(diǎn) 采用滾輪式 活塞 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沿著活塞的水平和垂直方向配置了若干個(gè)特制滾輪 當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí) 滾輪沿著壓捆室的軌道滾動(dòng) 使原來(lái)的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦 大大改善了活塞的工作性能 16 3 草捆密度調(diào)節(jié)裝置 由于不同飼草的特性不一樣 所以應(yīng)經(jīng)常調(diào)整草捆密度 草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖 2 8 所示 上連 接板鉸鏈連接安裝在壓捆室上蓋板的后端 橫梁焊接在上連接板上 旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄 順時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)時(shí) 上連接板相對(duì)于下連接板的傾斜度發(fā)生變化 使草捆密度增加 反之草捆密度降低 調(diào) 整連接板不同傾角 從而獲得不同密度的草捆 12 1 橫梁 2 壓捆室側(cè)壁 3 上連接板 4 下連接板 5 調(diào)整彈簧 6 調(diào)節(jié)手柄 7 絲杠 圖 2 8 草捆密度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 4 壓縮機(jī)構(gòu) 壓縮機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 由曲柄 連桿和柱塞組成 對(duì)于牽引式拾禾壓捆機(jī) 曲柄前常有一 對(duì)圓錐齒輪和飛輪 飛輪軸由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸帶動(dòng) 它的工作性能直接影響了飼草壓縮時(shí)的生 物力學(xué)特性 它與輸送喂入叉相配合而做往復(fù)運(yùn)動(dòng) 當(dāng)輸送喂入叉進(jìn)入壓捆室時(shí) 它后退到極限 初始位置 而當(dāng)輸送喂入叉退出壓捆室時(shí) 它向前運(yùn)動(dòng)從而將進(jìn)入的飼草壓縮成捆 設(shè)計(jì)中必須 注意壓縮活塞與喂入叉的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 以免相撞而損壞 15 5 輸送喂入器 喂入叉用鋼板制成 強(qiáng)度高 在喂入叉和曲柄之間裝置上了帶有板彈簧的四桿機(jī)構(gòu) 過(guò)載時(shí) 喂 入叉受到很大阻力 當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時(shí)板彈簧就在四桿機(jī)構(gòu)的作用下發(fā)生變形 喂入叉向后折 越過(guò) 障礙后在板彈簧和四桿機(jī)構(gòu)的作用下喂入叉自動(dòng)回位進(jìn)行下一次撥草動(dòng)作 經(jīng)過(guò) 3 5 次工作行程 就可以消除堵塞 13 1 曲柄 2 喂入叉 3 彈簧 圖 2 9 輸送喂入器 2 2 3 飛輪 1 飛輪的功能 壓縮機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中 由于生產(chǎn)阻力和原動(dòng)力的周期性變化以及機(jī)構(gòu)構(gòu)件本身的慣性力的變化 等因素引起轉(zhuǎn)矩的很大波動(dòng) 所需的轉(zhuǎn)矩峰值也就非常高 而轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以等速或接近等速 運(yùn)動(dòng)所必須的 這就需要一個(gè)極大的電動(dòng)機(jī) 然而主要由于損失和做外功的一個(gè)周期的平均轉(zhuǎn)矩 通常比轉(zhuǎn)矩峰值要小得多 因此應(yīng)采取措施減少動(dòng)力消耗 減輕波動(dòng)最簡(jiǎn)單方便可行的方法是在 系統(tǒng)中增加一個(gè)飛輪 飛輪的作用是當(dāng)壓捆機(jī)中的驅(qū)動(dòng)功超過(guò)阻力功時(shí) 將多余的能量?jī)?chǔ)藏起來(lái) 使動(dòng)能和瞬時(shí)速度增大 相反 當(dāng)阻力功超過(guò)驅(qū)動(dòng)功時(shí) 又能將儲(chǔ)藏的能量釋放出來(lái) 補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)功 的不足并使瞬時(shí)速度降低 因此飛輪可利用其較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用其積蓄的動(dòng)能來(lái)幫助克服尖峰負(fù) 載 則減少原動(dòng)機(jī)的所需功率 同時(shí)使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的周期性速度波動(dòng)幅度控制在允許的范圍內(nèi) 轉(zhuǎn) 矩的很大變化表示存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)動(dòng)能的變化 可以認(rèn)為 轉(zhuǎn)矩的正波動(dòng)表示主動(dòng)件 電動(dòng)機(jī) 傳給機(jī)構(gòu)的能量并暫存儲(chǔ)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件中 轉(zhuǎn)矩的負(fù)波動(dòng)表示運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的能量返回給電動(dòng)機(jī) 10 21 2 飛輪的大小 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)能為 E 2 2 21 J 式中 J 軸上所有回轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 機(jī)構(gòu)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如方程式 2 2 所示 要想從飛輪中獲取能量 其唯一方法是降低它的速度 而速度升高使能量增加 因此 對(duì) 于載荷所要求的能量是變化的情況 要得到軸的角速度為常數(shù)是不可能的 只能做到的是 提供 一個(gè) J 非常大的飛輪來(lái)使速度 減小 minax 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)系數(shù) k 定義為 K 2 3 avg minx 式中 2inax 對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻程度的要求 隨機(jī)械類型及工作性質(zhì)的不同而異 農(nóng)業(yè)機(jī)械其值一般在 0 02 0 2 之間選取 相當(dāng)于轉(zhuǎn)速可以在 2 20 之間波動(dòng) 所選擇的值越小 則所需飛輪越大 大的飛輪將增加費(fèi)用并增加系統(tǒng)重量 而對(duì)提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性相對(duì)有好處 本文設(shè)計(jì)中取 k 0 060 假設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件上 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 與等效構(gòu)件有定速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為FJ Jc 與等效構(gòu)件有變速比的各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Jv 則在等效構(gòu)件上安裝了飛輪的機(jī)械系統(tǒng) 其等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J J Je Jv J J 2 4 FFR 式中 J Jc Jv 為除飛輪以外 機(jī)械系統(tǒng)其它運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 它是機(jī)械位置的函數(shù) R 因?yàn)?Jv 與 JF 相比 比較小 為了簡(jiǎn)化計(jì)算先略去不計(jì) 所以 2 5 21minax2minax WEJCF 式中 E 動(dòng)能的變化 W 最大盈虧功 當(dāng)?shù)刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù)時(shí) 它等于 W 的最大值與最小值之差 為簡(jiǎn)化計(jì)算 將相對(duì)較小的 Jc 略 去 從而得 J 2 6 Fknavg22 90 式中 J 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kgm 2 n 飛輪的轉(zhuǎn)速 r min 由式 2 6 得 飛輪應(yīng)安裝在高速軸上 因?yàn)?J 與 n 成反比 轉(zhuǎn)速越高 J 越小 飛輪的尺寸F2F 可以做得更小 一般飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 2 2kg m 飛輪直徑為 450 980mm 輪緣厚為 27 80mm 飛輪的重量為 70 140kg 飛輪轉(zhuǎn)速為 280 750r min 2 10 飛輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 飛輪采用如圖 2 11 所示的輻條式飛輪 由輪緣 輪幅和輪毅組成 J 2 7 F41Dm 為簡(jiǎn)化計(jì)算 假定輪緣的質(zhì)量集中在平均直徑 D 的圓周上 則 21 D 2 8 2JF 式中 Dl 飛輪的外徑 m D 輪緣的內(nèi)徑 m 2 本文設(shè)計(jì)中 取 W 5000Nm n 540r min 則 22k60 549gmJF 取 D 600mm 則飛輪質(zhì)量 m DJF89 42 飛輪選擇材料 HT200 鑄造 10 21 2 2 4 捆扎機(jī)構(gòu) 捆扎機(jī)構(gòu)是壓捆機(jī)的關(guān)鍵部件 其性能直接影響成捆率 捆繩機(jī)構(gòu)有采用軟繩和鐵絲兩種形 式 它主要包括捆扎機(jī)構(gòu)控制器 供繩機(jī)構(gòu)和打結(jié)器 21 1 捆繩 捆繩有軟繩和鐵絲兩種 常用的軟繩有麻繩和塑料繩 軟繩需粗細(xì)均勻 光滑和柔軟 其直 徑為 2 5 3mm 拉斷力為 700 1000N 采用鐵絲捆扎時(shí) 要求鐵絲直徑為 1 8 2mm 抗拉強(qiáng)度 為 294 480MPa 麻繩和鐵絲相比較 麻繩的有點(diǎn)是喂飼方便 對(duì)牲畜較安全 同時(shí)繩子的成本較低 因此目 前以麻繩使用較廣 10 本設(shè)計(jì)將采取麻繩為捆扎繩 采用鐵絲捆扎的壓捆機(jī)常用于長(zhǎng)途運(yùn)輸或需 多次裝運(yùn) 且草捆密度在 200kg m 以上 3 2 軟繩捆扎控制器 圖 2 11 用來(lái)控制草捆長(zhǎng)度 捆扎控制器平時(shí)由控制桿抵住分離卡爪 使卡爪令一端滾輪不與主動(dòng)盤的內(nèi) 表面凸起接觸 主動(dòng)盤空轉(zhuǎn) 隨著牧草向后移動(dòng) 計(jì)量輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 摩擦輪中間的滾輪借助于 摩擦力帶起提升桿上升 提升桿下端開(kāi)口進(jìn)入滾輪時(shí) 因?yàn)閺椈闪Φ淖饔檬沟锰嵘龡U左移 使控 制桿下擺 脫離分離卡爪 卡爪左擺 卡爪令一端的滾輪與主動(dòng)盤內(nèi)的凸起接觸 主動(dòng)盤即可帶 動(dòng)從動(dòng)盤和打結(jié)器軸 使捆扎機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作 當(dāng)控制桿和卡爪脫離時(shí) 與控制桿一體的杠桿與從動(dòng)盤接觸 從動(dòng)盤上的凸起部分又迫使杠桿右 擺 使控制桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 回到原來(lái)位置 從動(dòng)盤回轉(zhuǎn)一周后 分離卡爪又被控制桿抵住 從動(dòng) 盤和軸停轉(zhuǎn) 以后又重復(fù)此過(guò)程 1 分離卡爪 2 彈簧 3 打結(jié)器軸 4 從動(dòng)盤 5 主動(dòng)盤 6 杠桿 7 控制桿 8 提升桿 9 限位板 10 計(jì)量輪 11 滾輪 12 摩擦輪 13 彈簧 圖 2 11 捆扎控制器 草捆長(zhǎng)度可由限位板進(jìn)行調(diào)整 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)限位板 可以使提升桿下落位置降低 草捆加長(zhǎng) 壓 捆機(jī)草捆調(diào)節(jié)最小長(zhǎng)度為 300 800mm 最大草捆長(zhǎng)度為 800 1300mm 21 3 供繩機(jī)構(gòu) 供繩機(jī)構(gòu)用來(lái)將繩纏繞草捆 并將繩送入打結(jié)器打結(jié) 圖 2 12 為 9KJ 1 4 壓捆機(jī)的供繩機(jī)構(gòu) 它由驅(qū)動(dòng)鏈輪 曲柄 連桿 穿針和導(dǎo)繩器組成 打捆前 捆繩從繩箱出來(lái) 通過(guò)壓緊器和導(dǎo)繩 器的孔 從穿針孔中穿出 最后夾在打結(jié)器的夾繩盤缺口內(nèi) 當(dāng)草捆達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度時(shí) 離合器結(jié) 合 打結(jié)器軸旋轉(zhuǎn) 周上帶動(dòng)連桿和管架運(yùn)動(dòng) 使穿針向上運(yùn)動(dòng)繞過(guò)草捆 將捆繩送到夾繩盤缺 口與令一捆繩端并齊 由打結(jié)器打結(jié)并割斷 穿針開(kāi)始下降 這時(shí)捆繩一端留在夾繩盤缺口內(nèi) 為下次打結(jié)做準(zhǔn)備 21 4 打結(jié)器 打結(jié)器用來(lái)打結(jié) 切斷捆繩 并夾住下一草捆捆繩的一端 軟繩打結(jié)器有 迪爾鈴 Deering 系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱 D 打結(jié)器和 考米克 Cormic 系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱 C 打結(jié)器 1 驅(qū)動(dòng)鏈輪 2 曲柄 3 連桿 4 管架 5 穿針 6 捆繩 7 導(dǎo)繩器 圖 2 12 軟繩供繩機(jī)構(gòu) D 型打結(jié)器由打結(jié)嘴 夾繩器 脫繩桿 割繩刀 復(fù)合齒盤 夾繩器驅(qū)動(dòng)盤和架體等組成 當(dāng)壓 捆室內(nèi)牧草達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度打捆機(jī)構(gòu)控制器使打結(jié)器開(kāi)始工作 打捆結(jié)扣的程序是 1 搭繩 穿 針向上運(yùn)動(dòng) 將捆繩搭在打結(jié)器嘴上表面 與原來(lái)的繩兩股合在一起 2 夾繩 當(dāng)穿針上升接 近上止點(diǎn)時(shí) 捆繩已被送到夾繩器缺口內(nèi) 這時(shí)夾繩器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn) 將繩夾緊 3 繞環(huán) 夾繩器 尚未停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 打結(jié)器嘴開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) 將兩股繩繞成繩環(huán) 4 張嘴 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)到 3 4 圈 打 結(jié)嘴完全張開(kāi) 兩股繩夾在上下鄂之間 5 閉合 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)將近結(jié)束時(shí) 上下鄂閉合 將兩 股繩夾住 6 拉緊 當(dāng)打結(jié)嘴上下鄂閉合后 脫繩桿開(kāi)始動(dòng)作 套在打結(jié)嘴是的繩環(huán)逐漸被拉 緊 7 割繩 繩環(huán)被拉緊到一定程度 脫繩桿繼續(xù)往前擺動(dòng) 固定在脫繩桿上的割繩刀將捆繩 割斷 8 脫口 脫繩桿繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng) 他將繩環(huán)從打結(jié)嘴上摘下 套在上下鄂間夾住的繩端上 形成打結(jié)器并從打結(jié)嘴上脫下 C 型打結(jié)器沒(méi)有脫繩桿 用蹄塊式夾繩器來(lái)代替盤式夾繩器 打結(jié)嘴結(jié)構(gòu)較大 當(dāng)控制器結(jié)合打 捆機(jī)構(gòu)后 打捆機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作 打捆過(guò)程的程序是 1 送繩和撥繩 穿針向上運(yùn)動(dòng) 將捆繩經(jīng) 過(guò)的導(dǎo)繩板鼻端和打結(jié)嘴前側(cè) 送入夾繩器的導(dǎo)繩鉤 撥繩板開(kāi)始向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng) 將捆繩撥向?qū)ЮK 板鼻端前側(cè) 使靠草捆的捆繩不致松開(kāi) 2 松繩 在打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí) 夾繩器上的蹄塊彈簧 壓力減小而松出一段繩子 3 繞繩和抓繩 打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng)將捆繩繞一圈后 順下卡爪的邊緣進(jìn)入 下卡爪間而被抓住 4 進(jìn)繩和割繩 當(dāng)打結(jié)嘴轉(zhuǎn)動(dòng) 3 8 圈時(shí) 夾繩器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn) 捆繩逐漸進(jìn)入 上下蹄塊之間 之后下蹄塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)半周多 捆繩在蹄塊之間有一定的長(zhǎng)度 從而保證了足夠的 壓緊力 當(dāng)夾繩器轉(zhuǎn)動(dòng) 5 8 圈時(shí)打結(jié)嘴轉(zhuǎn)完一圈 捆繩夾在上下卡爪之間 有夾繩器導(dǎo)繩器勾根 部下側(cè)的割繩刀割斷夾繩 5 回位 在夾繩器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 打捆針開(kāi)始下降 穿針將捆繩從夾 繩器 經(jīng)過(guò)打結(jié)嘴前側(cè) 導(dǎo)繩板鼻端 壓捆室腔體引向壓捆室下面 為下個(gè)草捆的形成做準(zhǔn)備 6 脫扣 當(dāng)柱塞開(kāi)始下一壓縮行程 草捆被推向壓捆室的后方 繞在打結(jié)嘴上的捆繩圈被拉下和 拉緊成繩結(jié) 此時(shí) 被卡爪端勾住的捆繩從繩圈種抽出一部分又形成一個(gè)繩圈 該繩圈仍掛卡爪 端勾內(nèi) 直至草捆后移的拉力克服卡爪的壓緊力 才將繩套拉出 10 14 將兩種打結(jié)器進(jìn)行比較 D 型打結(jié)器的繩結(jié)不很穩(wěn)定 捆繩所受拉力較大 但草捆密度比較大 C 型打結(jié)器繩結(jié)較緊 捆繩所受拉力較小 但草捆密度有所下降 從機(jī)構(gòu)看 C 型打結(jié)器機(jī)構(gòu)較 復(fù)雜 對(duì)制造調(diào)整要求很高 綜考慮兩種打結(jié)器的優(yōu)缺點(diǎn) 本設(shè)計(jì)中采用 D 型打結(jié)器 2 2 5 主要技術(shù)參數(shù)的確定 活塞往復(fù)壓縮頻率 生產(chǎn)率計(jì)算公式為 Q 0 06nq t h 2 9 式中 q 喂入量 即壓縮 1 次物料的量 kg n 曲柄轉(zhuǎn)速 即每分鐘壓縮次數(shù) 由公式 2 9 得 為了提高生產(chǎn)率 可加大壓縮頻率 但是 加大壓縮頻率產(chǎn)生了許多新問(wèn)題 第 一 由于壓縮頻率加大 其消耗功率急劇上升 原因是慣性力急劇增加 其消耗功率增加的比率 大于生產(chǎn)率提高的比率 第二 壓捆機(jī)動(dòng)力不平衡問(wèn)題更加突出 壓縮過(guò)程中 壓縮力隨位移急 劇增加 壓縮回程時(shí) 阻力又很小 主要是慣性力 空程摩擦力 在此基礎(chǔ)上 較大幅度提高壓縮頻率 速 度 顯然使功率不平衡的問(wèn)題更嚴(yán)重了 第三 壓捆機(jī)沖擊力更大 壓縮終了 壓縮力達(dá)到最大 值 例如 在 9KG 350 壓捆機(jī)上壓縮密度 r 350kg m 其最大壓縮力約 230kN 加大壓縮速度 3 沖擊力更大 故障更多 容易損壞 機(jī)構(gòu)更龐大 生產(chǎn)很不安全 這些問(wèn)題已在機(jī)械傳動(dòng)式高密 度捆草機(jī)上充分暴露出來(lái)了 理論和實(shí)踐都證明 壓縮后單元體應(yīng)力若松弛得快 物料壓縮松馳時(shí)間 T 小 即應(yīng)力很快松弛到很小值 此時(shí)再壓縮第 2 次 其壓縮效果就好 好像很軟 如果應(yīng)力松 弛很慢 T 很大 緊接著壓縮第 2 次 壓縮效果就差 好像很硬 據(jù)此 要獲得好的壓縮效果應(yīng)選 擇在其應(yīng)力松弛到一定程度后再壓縮下一次 也可以說(shuō)壓縮 1 次的時(shí)間 頻率 一般應(yīng)該大于壓縮 產(chǎn)品的松弛時(shí)間 T 而壓縮產(chǎn)品松弛時(shí)間 T 與其物料特性及壓縮工藝條件等有關(guān) 所以 壓縮工 程的壓縮頻率是由壓縮工程內(nèi)部因素決定的 不能隨意選取 可見(jiàn) 用加大壓縮頻率作為提高生 產(chǎn)率的方法不可取 因此壓縮頻率應(yīng)選小 一般壓捆機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)速為 60 80r min 近些年來(lái)有的 機(jī)型已提高到 80 105r min 本設(shè)計(jì)中取 n 60r min 15 現(xiàn)有的拾禾壓捆機(jī)的生產(chǎn)率一般為 5 20t h 2 壓捆室斷面和草捆輸出倉(cāng) 壓捆室斷面決定了草捆的尺寸和質(zhì)量 因此可以根據(jù)要求的草捆來(lái)確定 最小的壓捆室斷面為 310mm mm 草捆質(zhì)量在 20kg 以下 中等的 壓捆室斷面為 360 mm 草捆質(zhì)量在 30kg 以410 460 下 大型的壓捆室斷面 410 mm 草捆質(zhì)量在 50kg 以下 壓縮產(chǎn)品永久變形部分愈大 應(yīng)該580 說(shuō)釋放張力愈小 彈性變形愈大 即時(shí)恢復(fù)張 沖 力愈大 蠕變部分恢復(fù)速率愈小 張 沖 力就愈小 因此 草捆在壓捆室內(nèi)時(shí)間越長(zhǎng) 張 沖 力就越小 因此 壓捆室出倉(cāng)口長(zhǎng)度選擇 l 1 5m 壓捆 室斷面尺寸取常用的 360mm 460mm 21 3 輸送喂入裝置參數(shù) 由公式 2 9 推導(dǎo)出 為提高工作效率 還可以加大喂入量 G 理論和實(shí)踐證明 存在一個(gè)臨界喂 入量 在喂入量小于臨界喂入量時(shí) 隨喂入量增加 壓縮力 功和功率上升 而當(dāng)喂入量超過(guò)臨 界喂入量時(shí) 隨喂入量增加 其壓縮力 功和功率反而下降 且不同物料其臨界喂入量不同 初 步試驗(yàn)看出 苜蓿 麥秸和干草的臨界喂入量都遠(yuǎn)大于目前壓捆機(jī)的喂入量 因而在壓縮工程設(shè) 計(jì)中 可以加大喂入量 大于臨界喂入量 生產(chǎn)率提高 而且壓縮力 功和功耗還下降 這是提 高壓縮工程生產(chǎn)率的一個(gè)理想的辦法 15 因此 取喂入量 G 3kg 而喂入口長(zhǎng)度 1 則等于 2 10 abGl 式中 G 活塞往復(fù) 次的飼草喂入量 kg a b 壓捆室斷面的高和寬 m 牧草送入壓捆室時(shí)的容重 常取為 50 60kg m 20 3 本設(shè)計(jì)中 取 a 0 46m b 0 36m 所以 ml 36 054 360 取 1 0 50m 4 活塞行程 活塞行程應(yīng)比喂入口長(zhǎng)度大 25 35 S 1 25 1 35 l 0 625 0 675 m 綜合考慮 取 S 0 70m 即活塞半徑 R 0 35m 16 5 生產(chǎn)率 Q Q 0 06nG 式中 G 喂入量 即壓縮 1 次物料的量 kg n 壓縮頻率 即每分鐘壓縮次數(shù) 20 綜上所述 G 3kg n 60r min 所以 理論上 Q 0 06 1 8 t h 603 3 選擇電動(dòng)機(jī) 3 1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 按工作要求和條件 選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 封閉式結(jié)構(gòu) 電壓 380V Y 型 3 1 1 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率按文獻(xiàn) 4 式 1 為kwaPd 由文獻(xiàn) 4 公式 2 Fv10 因此 kaPd 估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為 4321a2 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表 1 初選 9 01 2 為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 8 02 3 為軸承的傳動(dòng)效率出處 93 4 為卷筒的傳動(dòng)效率出處 6 4 71 0 9 012 a kwFvadP 7 0813 3 1 2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由已知可以計(jì)算出卷筒的轉(zhuǎn)速為 min28 130 606rDvn 按文獻(xiàn) 4 表 1 推薦的合理范圍 蝸桿傳動(dòng)選擇為閉式 閉式為減速器的結(jié)構(gòu)形式 且選擇采用 雙頭傳動(dòng) 同時(shí)可以在此表中查得這樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比是 10 40 故可推算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍為 min2 431in8 102in28 104 rrraid 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為 查文獻(xiàn) 3 第 167 頁(yè)表 12 1 可知mn750r in10r m5 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速 由文獻(xiàn) 4 表一查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào) 因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案 如下表 方 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定 滿載轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī) 參考 案 功率kw速 minr質(zhì)量kg價(jià)格 1 Y160M 6 7 5 970 119 500 2 Y132M 4 7 5 1440 81 352 3 Y160M 8 7 5 720 145 596 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 質(zhì)量 價(jià)格以及傳動(dòng)比 可見(jiàn)第三種方案比較合適 因此選 定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是 Y132M 4 其主要性能如下表 型號(hào) 額定功 率 滿載轉(zhuǎn) 速 最大轉(zhuǎn)矩 額 定轉(zhuǎn)矩 Y132M 4 7 5 1440 2 3 該電動(dòng)機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表 裝配尺寸圖參考設(shè)計(jì)手冊(cè)表 12 3 中心高 H 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔 直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 132 515 27 0 2 210 315 216 178 12 38 80 10 33 3 1 3 確定總的傳動(dòng)比 由 選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速 n 可得傳動(dòng)裝置的總的傳動(dòng)比是 30 128 4 nima 根據(jù)總傳動(dòng)比可以選用雙頭閉式傳動(dòng) 3 2 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 3 2 1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速1 為蝸桿的轉(zhuǎn)速 因?yàn)楹碗妱?dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連在一起 其轉(zhuǎn)速等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 2 為蝸輪的轉(zhuǎn)速 由于和工作機(jī)聯(lián)在一起 其轉(zhuǎn)速等于工作主軸的轉(zhuǎn)速 min 401rn min28 102r 3 2 2 計(jì)算各軸的輸入功率pd 為電動(dòng)機(jī)的功率 kw65 1 為蝸桿軸的功率 kwd 48 69 05 621 2 為蝸輪軸的功率 p 8 231 3 2 3 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 Td為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnmd 310 410 465 9051 為蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 mNNnpT 311 1098 4298 425048 6950 3 3 確定蝸輪蝸桿的尺寸 3 3 1 選擇材料確定其許用應(yīng)力 蝸桿用 45 號(hào)鋼 表面淬火 硬度為 45 55HRC 蝸輪用鑄錫青銅 ZCuSn10P1 金屬型鑄造 3 3 2 確定其許用應(yīng)力 1 許用接觸應(yīng)力 查文獻(xiàn) 1 表 12 4 H 220Mpa 2 許用彎曲應(yīng)力 查文獻(xiàn) 1 表 12 4 F 70Mpa 3 3 3 選擇蝸桿頭數(shù) Z 并估計(jì)傳動(dòng)效率 由 i 30 89 查文獻(xiàn) 2 表 11 2 得 41 21 z 由 z2 2 查文獻(xiàn) 1 表 12 8 估計(jì) 8 0 3 3 4 確定蝸輪轉(zhuǎn)距 T2 mNmNnP 10322 4 8 42 15950 3 3 5 確定使用系數(shù) kA 綜合彈性系數(shù) ZE 根據(jù)文獻(xiàn) 1 表 13 8 取 150 K取 鋼配錫青銅 3 3 6 確定接觸系數(shù) P 假定 4 01 ad 由文獻(xiàn) 1 圖 12 11 得 P 2 8 3 3 7 計(jì)算中心距 322 HEZTA m56 12208 15481 3 3 3 8 確定模數(shù) m 蝸桿直徑系數(shù) q 蝸桿導(dǎo)程角 r 中心距 a 蝸桿分度圓直徑 d1等參數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 11 2 可選擇 a 125mm m 5mm 1d 50mm 21 z 1638 0 42 x 0 5 3 3 9 計(jì)算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 7 5 mPamm 齒頂圓直徑 mhda601011 齒根圓直徑 ff 5 37 2 2 蝸桿軸向齒厚 sa8 節(jié)圓直徑 xqw 36 1 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 2Z 41 變位系數(shù) 2 0 5 蝸輪分度圓直徑 mzd205412 蝸輪齒頂圓直徑 xhaa 210 蝸輪齒根圓直徑 mdff 5 222 蝸輪咽喉母圓直徑 arg 015122 外圓直徑 mDaW5 27 2 蝸輪齒寬 B 0 75da45607 1 3 4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 FFFYmKTa 2153 選取當(dāng)量系數(shù) 48 316cos4332 zV 根據(jù)變位系數(shù) 2x 0 5 2 43 48 從文獻(xiàn) 1 中的圖 11 19 中查得齒形系數(shù)為 2aFY 2 87 螺旋角系數(shù) Y 9 014 01 許用彎曲應(yīng)力 FN FNK 從文獻(xiàn) 1 表 11 8 中查得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為 F 56Mpa 壽命系數(shù)為 541 03 2198 6 kFNFN FK MPa54 06 9 73 258619 31 FN 由此可見(jiàn)彎曲強(qiáng)度是可以滿足的 3 5 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算 蝸桿傳動(dòng)的效率低 工作時(shí)發(fā)熱量大 在閉式傳動(dòng)中 產(chǎn)生的熱不能及時(shí)散逸 將因油熱不斷升 高而使?jié)櫥拖♂?從而增大摩擦 甚至發(fā)生膠合 必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算 以保證油溫穩(wěn)處于規(guī) 定的范圍內(nèi) 摩擦損耗的功率 1pf 產(chǎn)生的熱流量為 0 又已知 P 6 65KW 321 嚙合摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率 v tan1 為蝸桿分度圓上的導(dǎo)程角 2 軸承摩擦產(chǎn)生的熱量損耗效率3 濺油損耗效率v 為當(dāng)量摩擦角 fvvarctn 其值可根據(jù)滑動(dòng)速度由表 11 18 和 1 19 中選取 滑動(dòng)速度計(jì)算為 smdS 768 3os106cos1 又由于蝸輪是有鑄錫磷青銅制造的且硬度 45HRC 查表文獻(xiàn) 2 11 18 可得通過(guò)插入法計(jì)算得 v為 1 16 由于軸承摩擦及濺油這兩項(xiàng)功率損耗不大 一般取為 0 95 0 96 則總效率為 31 0 95 0 96 v tan 0 85 以自然冷卻的方式從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱流量為 tadS 02 d 為箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 空氣流通好 取為 15 S 為內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油濺到的 而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積根據(jù)已知估算此面積 1 0 2m S 為內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油所飛濺到 外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積 t0 設(shè)為正常工作的油溫為 65 a為周圍空氣的溫度常取為 20 計(jì)算可得 W71485 076 410 adtS 2 根據(jù)熱平衡條件 1 2 在一定的條件下保持工作溫度所需的散熱面積為 20 06 1651 8 4 701 mtPada 即 所以表面散熱面積不滿足散熱要求 需加大于 0 06 2的散熱片 3 6 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 由于蝸桿直徑很小 可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體 即做成蝸桿軸 3 6 1 蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 T1 23 94N m 3 6 2 求作用在蝸桿及蝸輪上的力 圓周力 NdTFat 7603194 2121 軸向力 ta 489 58321 徑向力 tr 12tan49an 圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示 3 6 3 初步確定軸的最小直徑 按文獻(xiàn) 2 表 15 3 初步估算蝸桿的最小直徑 選取的材料為 45 號(hào)鋼 調(diào)質(zhì)處理 HBS 217 255 0A 103 126 取 0A 110 則 mnpd61 84 133min 蝸桿軸的最小直徑顯然是要安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸的直徑 d 與聯(lián)軸器的孔相適 應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào) 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 dcaKT 查文獻(xiàn) 2 中的表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取 Ka 1 3 則有 NTdca 587019 4233 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查標(biāo)準(zhǔn) GB T5014 1985 或文獻(xiàn) 選用 TL 6 型 聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 250 m 許用轉(zhuǎn)速 4600r min 聯(lián)軸器的尺寸為 d 32 42mm L 82 112mm 3 7 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 擬定蝸桿上零件的裝配方案 蝸桿是直接和軸做成一體的 左軸承及軸承端蓋從左面裝 右軸承及右端蓋從右面裝 根據(jù)軸向和周向定位要求 確定各段直徑和長(zhǎng)度 軸徑最小 d 30mm B 12 5 0 1 2Z m 30 113mm 蝸桿齒寬 B 計(jì)算選為 113mm 其余部分尺寸見(jiàn)下圖 3 8 軸的校核 1 垂直面的支承反力 圖 b NFRVbrVa63 521 2 水平面的支承反力 圖 c NFRtHba 6 8592 17 3 繪垂直面的彎矩圖 圖 b mdlMavc 75 23619501 437 11 mb 6953 082 4 繪水平面的彎矩圖 圖 c NlRHac 0691 5 求合成彎矩 圖 d mNCVc 9 234181975 2322 mMH 48 6 該軸所受扭矩為 T 42 98N mm 7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)文獻(xiàn) 1 式 15 5 及以上數(shù)據(jù) 并取 0 6 軸的計(jì)算應(yīng)力 MPaWTcca 72 4 29806 9 23418 57232 前已選定軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由文獻(xiàn) 2 表 15 1 查得 Pa 1 因此 ca 1 故安全 8 由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度很寬裕地確定的 由蝸桿軸受力情況知截面 C 處應(yīng)力最大 但其軸徑也較大 且應(yīng)力集中不大 各處應(yīng)力集中都不大 故蝸桿軸疲勞強(qiáng)度不必校核 3 9 蝸輪軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 3 9 1 計(jì)算最小軸徑 按文獻(xiàn) 1 中的式 15 3 初步估算蝸桿的最小直徑 選取的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)文獻(xiàn) 1 中 的表 15 3 取 0A 110 則 mnpd67 3928 105332min 3 9 2 選聯(lián)軸器 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca Ka T3 查文獻(xiàn) 1 中的表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 NLdFlRarVb 310842 5 12 故取 Ka 1 3 則有 mNTkAc 58204 83 1 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查文獻(xiàn) 表 8 7 選用 HL8 型彈性套柱銷聯(lián)軸 器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 710N m 半聯(lián)軸器的軸徑 d1 取 45 63mm 半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度 L 取 112mm 所以選軸伸直徑為 50mm 3 9 3 初選滾動(dòng)軸承 據(jù)軸徑初選圓錐滾子軸承 32310 查文獻(xiàn) 表 6 7 得 B 40mm D 110mm d 50mm T 42 25mm 確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下 所以軸的長(zhǎng)度為 425 mm 至此 已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 3 9 4 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接 半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7 k6 滾動(dòng)軸承與軸的周向 定位是用過(guò)盈配合來(lái)保證的 此處選軸的直徑尺寸公差為 k6 蝸輪與軸采用過(guò)盈配合 H7 r6 根據(jù)參考文獻(xiàn) 1 表 15 2 取軸端倒角為 2 45 各軸肩處的圓角半徑為 R1 6 確定軸上的載荷如下圖 3 9 5 按彎扭合成應(yīng)力效核軸的強(qiáng)度 1 垂直面的支承反力 圖