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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
山藥挖掘收獲機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 楊佳佳
學(xué) 號(hào) 8031212430
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-4
指導(dǎo)老師 李傳峰
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
長(zhǎng)期以來(lái)，山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲，山藥的根莖較長(zhǎng)，深入地下，難以采收，如果收獲技術(shù)不夠成熟，根莖破損率就會(huì)很高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬制造和運(yùn)動(dòng)仿真在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中得以實(shí)現(xiàn)，從而大大縮短了設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。本設(shè)計(jì)利用三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
本文設(shè)計(jì)了一種山藥收獲裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，能夠完成山藥的機(jī)械化收獲作業(yè)。不僅極大地提高山藥收獲效率，而且對(duì)深土農(nóng)作物的規(guī)?；N植起到了推廣作用。
本次的設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)山藥收獲機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，著重設(shè)計(jì)了山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、工作方式，論述了裝置在收獲過(guò)程中的的工作原理。在完成設(shè)計(jì)構(gòu)想之后，基于SolidWorks進(jìn)行了三維模型建立。整個(gè)過(guò)程包括各零件圖三維設(shè)計(jì)、裝配體三維圖。
關(guān)鍵詞：三維設(shè)計(jì)；傳動(dòng)方式；動(dòng)態(tài)仿真
目 錄
1引言 1
1.1課題來(lái)源及研究課題的意義和目的 1
1.2 山藥收獲機(jī)的現(xiàn)狀及方案說(shuō)明 1
2 設(shè)計(jì)方案分析 3
2.1 設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明 3
2.2 設(shè)計(jì)方案選擇與對(duì)比 3
2.3 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化分析及確定 5
3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
3.1 軸的初步設(shè)計(jì) 8
3.2 v帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 9
3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4 山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1 箱體機(jī)架的設(shè)計(jì) 15
4.2 送土器的設(shè)計(jì) 15
4.3 傳動(dòng)方案的確定 16
總 結(jié) 17
致 謝 18
參考文獻(xiàn) 19
1引言
1.1課題來(lái)源及研究課題的意義和目的
山藥對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛞蟛粐?yán)，但喜溫暖濕潤(rùn)，忌積水，怕干旱。宜種植于肥沃疏松、土層深厚、排水良好的砂質(zhì)壤土上種植。原產(chǎn)地位于河南焦作，現(xiàn)在分布于中國(guó)西北，華北，和長(zhǎng)江流域的湖南江西等地。由于其營(yíng)養(yǎng)比較豐富，一直以來(lái)都被視為比較理想的補(bǔ)虛佳品，不僅可作為主糧，又可作為蔬菜食用。有很高的藥用價(jià)值和食用價(jià)值 。隨著現(xiàn)代社會(huì)人們更加注重養(yǎng)生和健康，而山藥的藥用價(jià)值和使用價(jià)值使得其成為很多人的選擇。特別是近幾年，山藥的種植面積和種植規(guī)模不斷上升。因此，山藥生產(chǎn)和收獲的機(jī)械化越來(lái)越得到行業(yè)的重視[1]。
長(zhǎng)期以來(lái)，山藥的收獲都是靠傳統(tǒng)的人力收獲方式，山藥的根莖較長(zhǎng)，難以采收，如果收獲技術(shù)不夠成熟，根莖破損率就會(huì)很高。我國(guó)大部分地區(qū)收獲山藥的方法是：從山藥種植壟的一端開(kāi)始，先挖出60-70cm左右的土坑來(lái)，人坐在坑的邊上，然后用特制的山藥鏟，沿著地面上山藥生長(zhǎng)的20cm處的兩邊開(kāi)始挖，將根兩邊泥土鏟出，一直挖到山藥溝下見(jiàn)到根莖的尖端為止，最后輕輕鏟斷剩下的細(xì)根，手握著根莖的中上部分，小心拔出山藥的根莖。一定要小心精細(xì)鏟土，避免山藥根莖的損傷和折斷。采收山藥時(shí)，一定要按著山藥種植的順序，一株一株地挨著挖，這樣才能有效減少破損率，又能避免漏收。由于山藥一般在下層土壤延伸，最深可延伸到地下70～100cm處，靠人力收獲相當(dāng)費(fèi)力。最重要的是人力收獲的過(guò)程中容易挖到山藥塊莖，影響山藥的品質(zhì)和市場(chǎng)。而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。為此，山藥收獲的機(jī)械化問(wèn)題就亟待解決。
山藥收獲技術(shù)如果能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化，將有力地推動(dòng)山藥生產(chǎn)的規(guī)模化，顯著降低山藥生產(chǎn)成本，節(jié)省勞動(dòng)力和農(nóng)活作業(yè)量，使山藥種植戶(hù)增加更多的收入，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
本課題研究了我國(guó)山藥收獲機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀，山藥收獲機(jī)的未來(lái)研究方向。為山藥收獲方式以及推廣山藥收獲機(jī)械化，促進(jìn)山藥生產(chǎn)效率提供了理論依據(jù)。
1.2 山藥收獲機(jī)的現(xiàn)狀及方案說(shuō)明
1.2.1 我國(guó)山藥收獲機(jī)的現(xiàn)狀
為了克服山藥收獲過(guò)程中易折斷的損傷的難題，我國(guó)廣大設(shè)計(jì)者和科學(xué)家們進(jìn)行了刻苦的鉆研，以下是現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)山藥收獲機(jī)械化的研究現(xiàn)狀。資料內(nèi)容查自中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索網(wǎng)站。
第一種山藥收獲機(jī)的發(fā)明者是李壘和李善文。這個(gè)發(fā)明設(shè)計(jì)了一種多功能山藥收獲機(jī)。
可以看到，中履帶底盤(pán)，設(shè)置在履帶底盤(pán)上的操作臺(tái)、豎直機(jī)架、電機(jī)、向上提升機(jī)構(gòu)，安裝在機(jī)架上并且能夠沿固定的機(jī)架上下移動(dòng)的齒輪箱的總成，安裝在齒輪箱結(jié)構(gòu)下面的用于開(kāi)溝的螺旋鉆軸和提土板，所述電機(jī)結(jié)構(gòu)與齒輪箱結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接 ；提升機(jī)構(gòu)與齒輪箱結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱結(jié)構(gòu)的升降操作；山藥收獲裝置還包括設(shè)于箱結(jié)構(gòu)一側(cè)，能夠?qū)㈤_(kāi)溝軸開(kāi)出的土，向外送給送土器，以及設(shè)于履帶下部前面的能夠?qū)崿F(xiàn)把土填回功能的送土器。這種山藥收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)比較靈活，而且功能多樣化，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)收獲山藥和溝內(nèi)填土的兩項(xiàng)功能，除了采收山藥外，還可以開(kāi)電纜溝、管道溝、實(shí)現(xiàn)一機(jī)多種用法，省時(shí)省工，具有相當(dāng)大的市場(chǎng)價(jià)值[2]。
第二種山藥收獲機(jī)發(fā)明者倪凡喜。這個(gè)創(chuàng)新專(zhuān)利目的在于，克服現(xiàn)階段生產(chǎn)技術(shù)的不足之處，提供一種山藥收獲機(jī)的理論設(shè)計(jì)，在不損傷山藥塊莖的前提下，可以很大地提高生產(chǎn)效率，降低采收山藥時(shí)的成本。此專(zhuān)利所述的山藥收獲機(jī)，包括振動(dòng)破土機(jī)構(gòu)、破土機(jī)構(gòu)的固定架、旋轉(zhuǎn)型軸承座、液壓油缸、可以左右移動(dòng)的軸承固定支架、懸掛型四軸固定支架、手輪、擋土板、開(kāi)溝刀片、開(kāi)溝鏈條、鏈條固定支架和從動(dòng)輪。
破土機(jī)構(gòu)固定架是這個(gè)專(zhuān)利的主體支撐架，整體呈現(xiàn)方形的框架結(jié)構(gòu)，破土機(jī)構(gòu)固定支架的后端，連接著設(shè)置的振動(dòng)破土機(jī)構(gòu)，破土機(jī)構(gòu)固定支架的前端，連接著旋轉(zhuǎn)式軸承座，旋轉(zhuǎn)軸承座的前面連接著液壓油缸，液壓油缸的前端連接到左右移動(dòng)軸承座固定架，左右移動(dòng)軸承座固定架設(shè)置在懸掛式四軸連接在固定架上，在懸掛型四軸固定支架的一邊，設(shè)計(jì)的有手輪，在懸掛型四軸固定支架的兩端后側(cè)，設(shè)計(jì)有擋泥板。
在旋轉(zhuǎn)型軸承座的下端，連接設(shè)計(jì)有鏈條固定支架，鏈條固定支架的前端設(shè)計(jì)有主動(dòng)輪，鏈條固定支架的后端設(shè)計(jì)有從動(dòng)輪，繞過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪，設(shè)計(jì)有開(kāi)溝鏈條，開(kāi)溝鏈條的外表面上設(shè)置有開(kāi)溝刀片。連接到鏈條固定架上，設(shè)置有張緊固定架，張緊固定架的下端設(shè)置有張緊輪，張緊輪與開(kāi)溝鏈條的內(nèi)表面相接觸[3]。
第三種山藥收獲機(jī)的發(fā)明者是盧雙貴。這種山藥收獲機(jī)，由切割鋸、松土板與螺旋提升機(jī)構(gòu)組成。
帶鋸上部連接旋轉(zhuǎn)輪，中間穿過(guò)狹長(zhǎng)形的開(kāi)口，下面套有軸承，中間的松土板在后面隨著將土松動(dòng)，松土板固定在套管上的伸縮桿上，液壓氣泵來(lái)提供動(dòng)力，后面的螺旋提升機(jī)構(gòu)在切割后的土方下面向上轉(zhuǎn)動(dòng)，即可把山藥向上頂出。由于是采用的拖拉機(jī)為動(dòng)力，切割的土方要大于山藥溝，從山藥的下面向上拱，不僅保證了山藥的完整度，不損壞山藥的塊莖，而且保持了山藥溝的原來(lái)樣子，工作的效率極大提高，每天可挖掘山藥三到五畝[4]。
1.2.2 山藥收獲機(jī)的設(shè)計(jì)要求
傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，存在著設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成本高，設(shè)計(jì)質(zhì)量差，圖紙識(shí)別困難等問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬制造和運(yùn)動(dòng)仿真在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中得以實(shí)現(xiàn)，從而大大縮短了設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。本設(shè)計(jì)利用三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)[5] 。具體內(nèi)容：
（1）對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足其功能要求，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能合理。
（2）進(jìn)行農(nóng)機(jī)零件設(shè)計(jì)，強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)上符合要求
（3）進(jìn)行產(chǎn)品裝配。
（4）產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)仿真。
本方案設(shè)計(jì)山藥收獲機(jī)用于山藥的收獲作業(yè)。提高山藥收獲效率，降低勞動(dòng)力，節(jié)約山藥收獲成本。創(chuàng)新設(shè)計(jì)或改進(jìn)現(xiàn)階段市面上已有的山藥收獲機(jī)，使山藥收獲作業(yè)起來(lái)更簡(jiǎn)單。
給定的條件和要求翻土作業(yè)時(shí)的作業(yè)量為400～500m/小時(shí)，采用螺旋排除浮土，螺旋鉆桿轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘左右。
2 設(shè)計(jì)方案分析
2.1 設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明
2.1.1 山藥挖掘收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
通過(guò)現(xiàn)階段山藥收獲機(jī)的專(zhuān)利以及考察實(shí)際情況，可以得出，山藥收獲機(jī)的工作原理和組成部分。
山藥收獲機(jī)的組成部分大致可由支撐部分、動(dòng)力部分、工作部分和傳動(dòng)部分。
支撐部分：主要就是山藥收獲機(jī)的機(jī)架和山藥收獲機(jī)與拖拉機(jī)連接部分，用于支撐整個(gè)山藥收獲機(jī)能夠順利切協(xié)調(diào)的完成收獲工作。
動(dòng)力部分：用于連接拖拉機(jī)傳輸?shù)膭?dòng)力，把動(dòng)力提供給山藥收獲機(jī)的傳動(dòng)部分。
傳動(dòng)部分：傳輸動(dòng)力，并起到減速作用。
工作部分：這部分入土，用螺旋鉆桿開(kāi)溝，達(dá)到收獲山藥的目的。
2.1.2 山藥收獲機(jī)的工作原理
以拖拉機(jī)為動(dòng)力源，在拖拉機(jī)的尾部安裝一個(gè)螺旋鉆桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行鉆土，前面的兩個(gè)螺旋鉆桿開(kāi)溝，起到收獲機(jī)的開(kāi)溝作用。在開(kāi)溝之后利用安裝在機(jī)架后面的送土器將土放置到溝的兩側(cè)，起到提升山藥種植行土塊的作用，機(jī)器走過(guò)的地方就開(kāi)出了一道深溝。
2.2 設(shè)計(jì)方案選擇與對(duì)比
在最終確定山藥收獲裝置的設(shè)計(jì)方案前，做了很多的準(zhǔn)備工作。
首先，查閱了中國(guó)專(zhuān)利網(wǎng)上的一些專(zhuān)利申請(qǐng)，仔細(xì)閱讀并理解了山藥收獲機(jī)現(xiàn)階段的理論設(shè)計(jì)情況。也看到了很多比較好的方案或者設(shè)計(jì)，其實(shí)還都在理論階段，很多設(shè)計(jì)者們的精妙設(shè)計(jì)都還沒(méi)有通入生產(chǎn)。這也從一方面表現(xiàn)了現(xiàn)階段山藥收獲機(jī)的落后程度，同時(shí)山藥收獲的大難題亟待解決。
其次，在網(wǎng)絡(luò)上檢索山藥收獲機(jī)，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多廠(chǎng)家有在直銷(xiāo)，仔細(xì)研究后，也對(duì)山藥收獲機(jī)在設(shè)計(jì)之后，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的可能性有了一定的認(rèn)識(shí)。明確了，在現(xiàn)階段哪些設(shè)計(jì)是不能開(kāi)發(fā)的，哪些設(shè)計(jì)更容易開(kāi)發(fā)。
現(xiàn)在開(kāi)發(fā)成功的山藥收獲機(jī)大致可以分為三種：1）單側(cè)山藥開(kāi)溝機(jī)。2）雙側(cè)山藥開(kāi)溝機(jī)。3）鏈?zhǔn)缴剿幨斋@機(jī)。下面聽(tīng)過(guò)對(duì)三種收獲機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)分析確定設(shè)計(jì)方案。
2.2.1 單側(cè)山藥開(kāi)溝機(jī)
現(xiàn)在的很多設(shè)計(jì)和市面上已經(jīng)投入使用的山藥收獲機(jī)，一般都是在山藥種植壟的一側(cè)進(jìn)行挖溝，然后通過(guò)人力下溝進(jìn)行二次挖掘，這樣確實(shí)省了一部分人力，但是進(jìn)行二次挖掘時(shí)，還是很費(fèi)力，而且容易損傷和折斷山藥的莖塊。如下圖2-1所示。
圖2-1 單側(cè)山藥收獲機(jī)實(shí)物圖
這種山藥收獲機(jī)工作原理簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高，而且易推廣，在一些土壤比較肥沃、疏松的地區(qū)比較適合。但是缺點(diǎn)也比較明顯，收獲機(jī)開(kāi)溝之后，山藥依然埋一側(cè)的土壤中，剩下的的工作必須依靠人力，從溝中向山藥一側(cè)進(jìn)行挖掘，挖掘的過(guò)程不僅難以操作，而且容易損傷山藥，影響山藥的銷(xiāo)售品質(zhì)。
2.2.2 雙側(cè)山藥開(kāi)溝機(jī)
已經(jīng)投入使用山藥收獲機(jī)中，現(xiàn)在比較流行是一種是在山藥兩側(cè)開(kāi)溝，確定山藥種植行的寬度，設(shè)計(jì)出兩個(gè)開(kāi)溝鉆的距離，從而從山藥種植行的兩側(cè)進(jìn)行挖溝。實(shí)物圖如下圖2-2。
圖2-2 雙側(cè)山藥收獲機(jī)實(shí)物圖
這種山藥收獲機(jī)與單側(cè)開(kāi)溝機(jī)相比，有很大的優(yōu)勢(shì)，降低了靠人力進(jìn)行二次挖掘困難程度。但是這種收獲機(jī)也有明顯的缺點(diǎn)，它雖然降低而人工挖掘強(qiáng)度，但是山藥和土塊還是緊密結(jié)合在一塊，無(wú)法克服采收過(guò)程中的損傷山藥塊莖的問(wèn)題。并且在此裝置開(kāi)溝采收后的土地上，會(huì)留下兩道很深的溝壑，這將影響下一季山藥的種植，導(dǎo)致種植山藥時(shí)需要填平溝壑。變相提升了山藥種植的難度。
2.2.3 鏈?zhǔn)缴剿幨斋@機(jī)
鏈?zhǔn)缴剿幨斋@機(jī)與以上兩種開(kāi)溝機(jī)原理不同，收獲山藥之后不會(huì)再地上留下很深的溝，這樣下一季的種植就不會(huì)受到影響。而且這種山藥收獲機(jī)所需功率小，相對(duì)以上兩種在收獲的時(shí)候更經(jīng)濟(jì)，更節(jié)約成本。但是鏈?zhǔn)缴剿幨斋@機(jī)也沒(méi)有以上兩種開(kāi)溝機(jī)的有點(diǎn)。依靠鏈上面的刀片進(jìn)行開(kāi)土，很難達(dá)到很深的程度。而山藥塊莖很深，這樣在后續(xù)的采收中還是需要大量的人力來(lái)完成，甚至還需要人力來(lái)進(jìn)行二次開(kāi)溝。這樣一來(lái)，鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)在采收中起到的作用就會(huì)很局限。下圖2-3為鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)的的實(shí)物圖：
圖2-3 鏈?zhǔn)缴剿幨斋@機(jī)
2.3 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化分析及確定
通過(guò)對(duì)山藥收獲機(jī)的現(xiàn)狀研究，對(duì)市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功的山藥收獲機(jī)的分析，總結(jié)山藥收獲機(jī)需要滿(mǎn)足的條件，分析現(xiàn)有山藥收獲機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定山藥收獲機(jī)的最佳優(yōu)化方案。
首先總結(jié)設(shè)計(jì)山藥收獲機(jī)要完成的任務(wù)：1）通過(guò)山藥收獲機(jī)能實(shí)現(xiàn)山藥收獲的簡(jiǎn)易化，提高山藥收獲的效率。2）此裝置在收獲山藥的時(shí)候不能損壞山藥的塊莖。3）山藥收獲機(jī)的設(shè)計(jì)要盡量簡(jiǎn)易，方案要符合實(shí)際情況。設(shè)計(jì)方案可以投入生產(chǎn)，并且可以推廣。
其次通過(guò)對(duì)上述現(xiàn)有山藥收獲機(jī)的研究與考察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機(jī)有兩個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的難題：1）裝置在開(kāi)溝后仍然需要大量的人力勞動(dòng)來(lái)完成后續(xù)的采收。2）在后續(xù)人力采收的工程中，比較容易損壞山藥的塊莖。想要克服這些問(wèn)題，必須盡量使山藥收獲機(jī)開(kāi)溝后，山藥所在土塊要有所松動(dòng)，使山藥與土壤的結(jié)合不在緊密。在裝置作業(yè)之后，人工收山藥的過(guò)程中，能夠更直接。這樣就能提高山藥的完整性，盡量少的破壞山藥的塊莖。
收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如下圖2-4所示：
圖2-4 山藥挖掘收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)
1.花鍵軸 2.差速箱 3.絲杠 4.傳動(dòng)軸 5.滑套 6.齒輪 7.齒輪
8.軸承座 9.齒輪 10.螺栓 11.架子 12.機(jī)架 13.送土器 14.螺旋鉆桿
15.帶輪 16.軸承座 17.螺帽
圖2-5山藥挖掘收獲機(jī)二維圖
裝置選擇在山藥的兩側(cè)同時(shí)開(kāi)溝，并且在開(kāi)溝后利用一個(gè)簡(jiǎn)易的裝置，來(lái)松動(dòng)山藥種植行的土塊。這樣山藥采收的后續(xù)過(guò)程就能很大程度上減少人力，而且如果山藥所在土塊松動(dòng)之后，人們后續(xù)收山藥的方式就不僅僅是從溝下一點(diǎn)一點(diǎn)挖掘，而是可以更直觀(guān)的，更簡(jiǎn)易的收獲山藥。這樣一來(lái)，就減少了山藥塊莖的破壞。這個(gè)簡(jiǎn)易的裝置不能給收獲機(jī)帶來(lái)太大的阻力，在此裝置之前的開(kāi)溝裝置，能夠很好地提供前進(jìn)的空間。利用送土器，在開(kāi)溝后之后，將提升到地面的泥土放置到溝的兩側(cè)，機(jī)器走過(guò)的地方就開(kāi)出了一道深溝。這樣，人就可以下去把山藥撿拾出來(lái)。設(shè)計(jì)構(gòu)想簡(jiǎn)圖如下圖2-5：
圖2-5 送土器三維設(shè)計(jì)圖
這是設(shè)計(jì)裝置的側(cè)視圖，從側(cè)視圖可以看出來(lái)，前面的兩個(gè)螺旋鉆桿開(kāi)溝，起到收獲機(jī)的開(kāi)溝作用。在開(kāi)溝之后利用安裝在機(jī)架后面的送土器將土放置到溝的兩側(cè)，起到提升山藥種植行土塊的作用。為了更直觀(guān)的解釋此方案設(shè)計(jì)，可以結(jié)合正視圖看到送土器在山藥收獲過(guò)程中起到的作用。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖正視圖如下圖2-6：
圖2-6 送土器正視圖
正視圖中兩個(gè)開(kāi)溝鉆分別開(kāi)挖山藥種植行的兩側(cè)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)兩側(cè)同時(shí)開(kāi)溝，下面的送土器在開(kāi)溝后之后，將提升到地面的泥土放置到溝的兩側(cè)，機(jī)器走過(guò)的地方就開(kāi)出了一道深溝。
3 山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1)山藥收獲裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2)開(kāi)溝螺旋鉆桿工作部分的設(shè)計(jì)，使收獲裝置更有效采收山藥。3)齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，符合拖拉機(jī)功率傳輸，使開(kāi)溝軸得到適合的輸出功率。
3.1 箱體機(jī)架的設(shè)計(jì)
根據(jù)山藥收獲作業(yè)的要求，需要確定符合采收山藥裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出特殊而且簡(jiǎn)單的機(jī)架，機(jī)架不僅要起到對(duì)螺旋鉆桿和送土器的支撐作用，而且還對(duì)螺旋鉆桿起到提升和下降作用。如下圖3-1：
圖3-1 收獲裝置機(jī)架
3.2 送土器的設(shè)計(jì)
送土器的設(shè)計(jì)，可以更好的將螺旋鉆桿松動(dòng)的土塊提升到溝的兩側(cè)，大大提升了山藥收獲裝置的優(yōu)越性。送土器要橫跨山藥種植行，與機(jī)架連接，起到固定的作用。送土器通過(guò)皮帶輪與拖拉機(jī)的皮帶輪相連，這樣拖拉機(jī)就能帶動(dòng)送土器工作了。如下圖3-2所示：
圖3-2 送土器
圖3-3 山藥挖掘收獲機(jī)部分裝配圖
3.3 傳動(dòng)方案的確定
傳動(dòng)方案確定不僅要考慮輸入功率和輸出功率的轉(zhuǎn)換，還要考慮山藥收獲時(shí)的具體情況，比如山藥種植行之間的距離基本能確定工作周之間的距離，然結(jié)合減速器的校核，一起確定工作軸傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑。
裝置選擇配備24匹，17.7千瓦的拖拉機(jī)，裝置作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min。拖拉機(jī)與收獲裝置采用錐齒輪傳動(dòng)，拖拉機(jī)傳動(dòng)軸通過(guò)兩個(gè)錐齒輪將動(dòng)力傳送到山藥收獲裝置的傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳送到螺旋鉆桿上，兩個(gè)螺旋鉆桿同速轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)考察，確定山藥收獲裝置的開(kāi)溝深度為1000mm，開(kāi)溝寬度為400mm，開(kāi)溝速度為400～500m/h[6] 。
4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要就是：根據(jù)拖拉機(jī)的輸出功率和輸出軸所需輸出功率，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳輸達(dá)到一個(gè)整機(jī)和諧工作的設(shè)計(jì)過(guò)程。即傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸的合理選擇。
4.1 軸的初步設(shè)計(jì)
根據(jù)山藥收獲過(guò)程中，開(kāi)溝軸的實(shí)際工作情況，工作過(guò)程中，軸的轉(zhuǎn)速為200～300r/h左右。由此可以確定傳動(dòng)比的分配情況[7]：
總傳動(dòng)比及其分配
總傳動(dòng)比
（4-1）
根據(jù)山藥種植行的距離，可以進(jìn)行傳動(dòng)比的分配：
其中，為傳動(dòng)軸傳動(dòng)傳動(dòng)比；
為工作軸傳動(dòng)比；
裝置中各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算（把傳動(dòng)軸定為 Ⅰ軸，工作軸定為Ⅱ軸）
裝置傳動(dòng)各軸功率計(jì)算[8]
首先計(jì)算傳動(dòng)裝置的的總效率：
其中，為帶傳動(dòng)的效率；
為圓柱齒輪之間傳動(dòng)效率
再來(lái)計(jì)算各軸的功率：
（4-2）
工作各軸功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩列表如下：
表4-1 各軸功率
軸號(hào)
功率P（kW）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
轉(zhuǎn)矩T(N·m)
Ⅰ
Ⅱ
16.99
16.48
400
200
405.15
786.92
按許用應(yīng)力估算軸的最小直徑：
（4-3）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取C=112
Ⅰ軸：
此軸有兩個(gè)鍵槽，需要加7%，取
Ⅱ軸:
同樣有兩個(gè)鍵槽，加7%，取
4.2 v帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
1）確定V帶型號(hào)和帶輪直徑
工作情況系數(shù)KA：由查表確定
計(jì)算功率
（4-4）
選帶型號(hào)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[9]：
小帶輪直徑：由表得：
大帶輪直徑：
設(shè)
（4-5）
大帶輪轉(zhuǎn)速：
2）計(jì)算帶長(zhǎng)，求：
（4-6）
求：
（4-7）
初取中心距：
帶長(zhǎng)：
（4-8）
基準(zhǔn)長(zhǎng)度：查手冊(cè) 取
3）求中心距和包角
中心距：
（4-9）
小輪包角：
（4-10）
4）求帶根數(shù)
先求帶速：
（4-11）
帶根數(shù)：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[10]
；
；
；
（4-12）
取z=3
4.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）首先選擇齒輪的材料[11]
小齒輪：40Cr 熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理
大齒輪：45 熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理
2）初步計(jì)算齒輪的參數(shù)
查機(jī)械手冊(cè)齒輪傳動(dòng)得[12]：齒寬系數(shù)取
接觸疲勞極限
初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力：
（4-13）
值：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=82（估算）
初步計(jì)算的小齒
（4-14）
3）齒輪面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
精度等級(jí)：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
齒輪齒數(shù)Z： 取則
（4-15）
模數(shù)m：
（4-16）
使用系數(shù):
動(dòng)載荷系數(shù)：查機(jī)械手冊(cè)
齒間載荷分配系數(shù)：
（4-17）
齒向載荷分布系數(shù)：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
（4-18）
載荷系數(shù)K：
（4-19）
彈性系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
重合度系數(shù)：查表因，
故
（4-20）
接觸應(yīng)力最小安全系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
（4-21）
（4-22）
接觸壽命系數(shù): 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
許用接觸應(yīng)力：
（4-23）
（4-24）
通過(guò)以上計(jì)算，結(jié)果表明，齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度符合要求。故所選齒輪符合要求，可以使用。如果達(dá)不到要求，應(yīng)調(diào)整齒輪參數(shù)或改變齒輪材料，并再次進(jìn)行驗(yàn)算。
4）確定傳動(dòng)主要尺寸
實(shí)際分度圓直徑
（4-25）
中心距
（4-26）
5）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
齒形系數(shù)
（4-27）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
應(yīng)力修正系數(shù) ，
重合度系數(shù)： （4-28）
螺旋角系數(shù)
（4-29）
（4-30）
齒間載荷分配系數(shù):前面已求的
齒向載荷分布系數(shù):
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[13]，
（4-31）
載荷系數(shù)K：
彎曲疲勞極限：由彎曲疲勞極限圖得
考慮本題齒輪為雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，可將其彎曲疲勞極限乘以系數(shù)0.85，結(jié)果變?yōu)?
彎曲最小安全系數(shù)：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得[14]
彎曲壽命系數(shù):由彎曲壽命系數(shù)圖得
尺寸系數(shù): 由尺寸系數(shù)表得：
許用彎曲應(yīng)力:
（4-32）
驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度：
（4-33）
經(jīng)以上計(jì)算，齒根彎曲強(qiáng)度符合要求。
總 結(jié)
此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是山藥挖掘收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。長(zhǎng)期以來(lái)，山藥都是靠傳統(tǒng)的人力收獲，山藥的根莖較長(zhǎng)，深入地下，難以采收，如果收獲技術(shù)不夠成熟，根莖破損率就會(huì)很高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段山藥收獲機(jī)有兩個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的難題：1、裝置在開(kāi)溝后仍然需要大量的人力勞動(dòng)來(lái)完成后續(xù)的采收。2、在后續(xù)人力采收的工程中，比較容易損壞山藥的塊莖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單而且特殊的機(jī)架，在機(jī)架上安裝螺旋鉆桿進(jìn)行開(kāi)溝。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是作為我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過(guò)程，這一過(guò)程對(duì)我的學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立工作能力也是一個(gè)培養(yǎng)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作總體來(lái)說(shuō)，時(shí)間較長(zhǎng)，畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容也較充實(shí)，每個(gè)同學(xué)都有各自重點(diǎn)深入的部分。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)山藥收獲機(jī)有了進(jìn)一步的了解，也對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks，可以熟練地進(jìn)行軟件的操作。更重要的是學(xué)會(huì)了利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾遇到很多的問(wèn)題，但通過(guò)查閱相關(guān)的書(shū)籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過(guò)程基本順利完成。
致 謝
畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，在李傳峰老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了。在撰寫(xiě)論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師李傳峰，從設(shè)計(jì)的選題、實(shí)施到撰寫(xiě)、修改和定稿，李老師均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹(shù)立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。
最后，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友，他們給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué)生活充滿(mǎn)了溫暖和歡樂(lè)，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實(shí)、多彩與快樂(lè)
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