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16屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 組合式棉稈收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 康濤____________ 學(xué) 號(hào) 8031212411________ 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院_ 專 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 李平___________ 日 期 2016.05_________ 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，大部分棉稈采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。主要因?yàn)橐环矫婷迼U粉碎還田，可補(bǔ)充和更新土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分，保持土壤水分和改善土壤物理性狀。 從國(guó)內(nèi)外目前棉稈收獲機(jī)械現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)有多家機(jī)構(gòu)在積極探求新的棉稈收獲機(jī)械型式，但大多機(jī)型適應(yīng)性較差、機(jī)械故障率高，可靠性差，難以進(jìn)行大面積推廣,且對(duì)收獲裝置的工作參數(shù)也缺乏系統(tǒng)的專門研究，以致于收獲效果不是很理想。棉稈機(jī)械化收獲目前常采用的方式主要有剪切收獲和提拔式收獲兩種。剪切收獲，主要是利用割刀將棉稈從根部割斷，此種收獲方式不能實(shí)現(xiàn)棉稈的全部收獲，造成資源浪費(fèi)，另外由于棉稈根莖較硬不易腐爛、不易粉碎，在土壤里留存時(shí)間較長(zhǎng)，不利于后續(xù)整地作業(yè)和農(nóng)作物生長(zhǎng)。此外棉花種植過(guò)程中地膜的使用，造成土壤白色污染日益嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)殘膜回收機(jī)田間作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明棉稈及棉根對(duì)殘膜回收機(jī)的作用效果有著嚴(yán)重的影響。依據(jù)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)棉稈收獲經(jīng)驗(yàn)，為解決棉稈可靠拔取與輸送問(wèn)題，提出了一種新的拔取輸送方式，提輥裝置與拔稈齒輥相結(jié)合的組合方式。該裝置主要包括機(jī)架、提輥裝置、拔稈齒輥裝置。主要工作過(guò)程是提輥裝置進(jìn)行土層淺層的翻攪，拔稈齒輥裝置與提輥裝置配合進(jìn)行棉稈的拔取與輸送。該方式一方面能有效拔取棉稈，降低功耗，加快莖稈向后輸送。另一方面增加了棉稈收獲機(jī)械的田間適應(yīng)性。后懸掛加置了殘膜回收裝置，大大減少了田間白色污染。 關(guān)鍵詞 ：棉稈；拔稈收膜；高效 目錄 1緒論 1 1.1課題背景 1 1.2研究的目的和意義 1 1.3國(guó)內(nèi)外棉花拔稈收膜機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1 2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 6 2.1棉花種植情況 6 2.2棉花阻力分析 6 2.3機(jī)械設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題 7 3總體方案設(shè)計(jì) 7 3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 7 3.2基本要求 7 3.3注意事項(xiàng) 7 3.4機(jī)構(gòu)選型原則 8 4組合式棉稈收獲機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 4.1 組合式棉稈收獲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示 8 4.2組合棉稈收獲機(jī)的工作原理 9 4.3提輥裝置的設(shè)計(jì) 9 4.4撥禾輪的設(shè)計(jì) 9 4.5傳送裝置的設(shè)計(jì) 10 5組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 10 5.1電動(dòng)機(jī)的選擇 10 5.2提輥裝置拔棉稈的阻力分析 11 5.3撥禾輪運(yùn)動(dòng)軌跡分析 13 5.4傳送帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 總 結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻(xiàn) 18 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 課題背景 農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)提供了一個(gè)產(chǎn)品附加值高和市場(chǎng)潛力大的平臺(tái)。棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，大部分棉稈采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。棉花秸稈是棉花的主要副產(chǎn)品,也是工農(nóng)業(yè)的重要生物資源,棉花秸稈收獲裝備對(duì)實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵，與此棉花的種植還有地膜的使用，這就使的在棉花收獲后會(huì)有棉稈收獲和殘膜收回問(wèn)題。本項(xiàng)目擬針對(duì)現(xiàn)有拔稈式收獲機(jī)械存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種組合式棉稈拔取收獲裝置，進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計(jì)及制造、田間試驗(yàn)并對(duì)該裝置的作用機(jī)理進(jìn)行研究，研究棉稈生物特性參數(shù)、土壤物理特性、兩種裝置動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)于收獲作業(yè)質(zhì)量的影響機(jī)理，構(gòu)建該裝置收獲作業(yè)數(shù)學(xué)模型，綜合分析影響機(jī)械收獲效果的多因素關(guān)系。本研究將為棉稈收獲技術(shù)與裝備的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和新方法[1]。 1.2 研究的目的和意義 棉花秸稈是棉花的主要副產(chǎn)品,也是工農(nóng)業(yè)的重要生物資源,棉花秸稈收獲裝備對(duì)實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵。我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源主要包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和能源作物等，其中農(nóng)作物秸稈和能源作物秸稈有著非常廣泛的用途。棉稈可用于生產(chǎn)人造纖維、刨花板、吸音板等板材和造紙；還可通過(guò)生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將棉稈轉(zhuǎn)化成木炭、可燃?xì)怏w或電力；另外，棉稈還具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可作為很好的畜類動(dòng)物飼料[2]。由此可見，棉稈資源豐富，是一種利用價(jià)值很高的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能。 棉稈機(jī)械化收獲目前常采用的方式主要有剪切收獲和提拔式收獲兩種。剪切收獲，主要是利用割刀將棉稈從根部割斷，此種收獲方式不能實(shí)現(xiàn)棉稈的全部收獲，造成資源浪費(fèi)，另外由于棉稈根莖較硬不易腐爛、不易粉碎，在土壤里留存時(shí)間較長(zhǎng)，不利于后續(xù)整地作業(yè)和農(nóng)作物生長(zhǎng)。此外棉花種植過(guò)程中地膜的使用，造成土壤白色污染日益嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)殘膜回收機(jī)田間作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明棉稈及棉根對(duì)殘膜回收機(jī)的作用效果有著嚴(yán)重的影響。拔稈式收獲，具備不留根茬、作業(yè)成本低，有助于殘膜回收等優(yōu)點(diǎn)[3]。因而無(wú)論是進(jìn)行棉稈收獲還是秸稈還田，棉稈收獲機(jī)采用拔稈式收獲方法不僅提高了棉稈的利用率，也將大大提高殘膜收凈率。通過(guò)對(duì)比各種棉稈收獲裝置優(yōu)缺點(diǎn)及田間適應(yīng)性，提出一種有提輥裝置與拔稈齒輥裝置相結(jié)合的拔稈裝置，有效的解決了拔稈效率和田間適應(yīng)性，拔稈徹底，無(wú)殘留，也將大大提高殘膜收回率，提高了田間作業(yè)效率，節(jié)約大量勞動(dòng)力[4]。 1.3國(guó)內(nèi)外棉花拔稈收膜機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡(jiǎn)述 1）棉軒刨挖技術(shù) 這種技術(shù)釆用對(duì)稱傾斜雙圓盤對(duì)棉軒進(jìn)行刨挖，與雙圓盤開溝器的作業(yè)原理相同，代表機(jī)型為美國(guó)的Dave和Orthman棉稈挖刨機(jī)，如圖1-1，1-2所示。其中機(jī)型根據(jù)需要可調(diào)整其收獲棉稈的行數(shù)，其參數(shù)有2、4、6、8行四種，對(duì)不同濕度棉桿有較強(qiáng)的適應(yīng)性。而Orthman機(jī)型的圓盤角度和高度是可調(diào)的，拔軒機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為可折疊式，采用平行四桿仿形，并在其后面安裝切碎裝置，實(shí)現(xiàn)棉稈的起拔與切碎還田[4]。 圖1-1 Dave Koenig 拔棉稈機(jī) 圖 1-2 Orthman 拔棉稈機(jī) 2） 棉稈拔取技術(shù) 這種技術(shù)采用45°傾角安裝橡膠輪胎對(duì)輯起拔。代表機(jī)型有澳大利亞生產(chǎn)的Muti拔棉桿機(jī)以及美國(guó)生產(chǎn)的AMADAS棉稈拔取切碎收獲機(jī)，如圖所1-3，1-4示。這兩種機(jī)型能將棉稈連根拔起并切碎，機(jī)具行走速度快，有較高的穩(wěn)定性且設(shè)有傳動(dòng)安全防護(hù)措施。但該技術(shù) 對(duì)種植行距要求較高，適用于標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)?；N植。 圖 1-3 Muti 拔棉稈機(jī) 圖 1-4 AMADAS 高速棉稈切碎收獲機(jī) 國(guó)外棉稈拔取收獲機(jī)械基本上以對(duì)輥式起拔裝置為主，以一組間隙可調(diào)、相對(duì)滾動(dòng)的膠輥為拔稈部件，對(duì)行收獲，棉稈拔出直接切斷還田。起拔裝置是棉稈拔稈收獲機(jī)械中最關(guān)鍵的部件，起拔性能的好壞，直接影響整機(jī)的工作性能。一般起拔裝置有齒盤式、鋤鏟式、夾持式、對(duì)輥式、提輥式及齒輥式幾種類型。由于受膠輥結(jié)構(gòu)尺寸的限制，對(duì)于國(guó)內(nèi)棉稈的收獲并不適應(yīng)。 目前應(yīng)用較廣泛的棉軒收獲機(jī)械所采用的收獲原理和方法大致可以分為：產(chǎn)切法、滾切法、提拔法三種[5]。 國(guó)內(nèi)棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡(jiǎn)述 1）產(chǎn)切法 該方法利用“V”型雙翼刀以一定角度深入土壤下約80mm，由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)刀將棉根伊斷，并將棉稈向上抬起，再由輸送裝置將其收集成堆。由于刀入土作業(yè)，其前行過(guò)程中由前次作業(yè)所帶起的土壤及作物根巷若不能及時(shí)掉落并與辛產(chǎn)刀分離，下次作業(yè)時(shí)伊刀前端就會(huì)大量壅土，不但增加了伊刀工作阻力，致使作業(yè)效率低下，也增加了機(jī)具的功耗。該方法存在動(dòng)力消耗大、殘留棉根較多、鋪放不整齊等缺點(diǎn)。 該方法的典型機(jī)型為4MC-4型綿花稻稈收獲機(jī)，由農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制生產(chǎn)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。該機(jī)具作業(yè)幅寬為1.8m，作業(yè)速度為7km/h～12km/h，一次可收獲4行棉稈，鏟稈率為96%，集堆率為90%。一次可收獲4行棉稈，鏟稈率為96%， 集堆率為90%。集堆率為90%[6]。 圖1-5 4MC-4型棉稈收獲機(jī)田間作業(yè) 2）滾切法 該方法基于旋耕原理，采用旋轉(zhuǎn)刀棍作為收獲部件進(jìn)行作業(yè)。為便于纟產(chǎn)切提拔，在水平刀棍上等角度安裝三組刀片。機(jī)組在田間作業(yè)時(shí)，隨著機(jī)組前行，刀輥逆向旋轉(zhuǎn)切入棉稈根部，刀片將棉根產(chǎn)斷，并將其拔起。刀棍為通軸刨刀，在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中機(jī)具無(wú)需考慮棉稈行距，且土壤被刀輔不斷翻動(dòng)，棉根被產(chǎn)斷，不會(huì)發(fā)生壅土現(xiàn)象。該方法同樣消耗動(dòng)力較大，但工作效率較高，對(duì)不同棉桿的行距適應(yīng)性較強(qiáng)，主要適應(yīng)于直徑較細(xì)小，高度不超過(guò)1m的密植棉桿[7]。 該技術(shù)的典型機(jī)型為4M BOX-1.5型棉花拔稈清膜旋耕機(jī)，由昌吉州農(nóng)牧業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站研制生產(chǎn)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。該機(jī)可一次性收獲4行棉稈，不受株距、行距限制，兼具清除回收地膜的功能，作業(yè)速度1.4M/s，棉禾干凈拔率高達(dá)99%[8]。 1.機(jī)架 2.主動(dòng)軸 3.邊側(cè)板 4.滾輪帶齒拔稈波輪5.邊側(cè)板入土開溝器 6.滾刀起拔器 7.摟把器機(jī)架 8.拉筋 9.摟把器拉桿 10.壓簧杠桿鎖死機(jī)構(gòu) 11.摟把器彈齒 圖1-6棉花拔軒清膜旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 3） 提拔法 該方法利用夾持裝置夾持棉稈，在機(jī)組田間行進(jìn)速度配合下，拉動(dòng)起拔機(jī)構(gòu)產(chǎn)生向上的提拔力，將棉根從土壤中拔出。大部分機(jī)械設(shè)計(jì)有撿拾喂入部分，或設(shè)計(jì)有輸送機(jī)械，可將棉稈直接收集或鋪放在地面上。這類機(jī)具的工作原理、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造成本較高，同時(shí)對(duì)棉花種植的株距、行距、機(jī)具在田間的行進(jìn)速度與夾持裝置的配合要求也很高。但該方法動(dòng)力消耗較少，拔凈率較高，殘留棉根較少。 提拔式的棉稈收獲機(jī)按照夾持機(jī)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)可分為輯式、鏈桿式與夾式。輯式起拔機(jī)構(gòu)分圓錐輯、半回柱輯、圓柱輯及圓柱圓錐綜合無(wú)等；鏈桿式起拔機(jī)構(gòu)分為單鏈桿式、雙鏈桿式、鏈爪式及齒盤鏈桿式等；夾式起拔機(jī)構(gòu)分為鉗夾式、平動(dòng)夾式及盤夾式。 在國(guó)內(nèi)對(duì)于棉花秸稈機(jī)械化收獲技術(shù)和裝備的研究主要是借鑒國(guó)外技術(shù)集中于對(duì)拔取收獲技術(shù)和裝備進(jìn)行研究，但因季節(jié)變化問(wèn)題，品種問(wèn)題，不同地域問(wèn)題，土壤堅(jiān)實(shí)度，溫度及濕度等對(duì)該方式的棉稈收獲機(jī)械有很大的影響，造成收獲機(jī)械適應(yīng)性差，可靠性不高。雖然拔稈式收獲具備很多優(yōu)點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)棉稈拔稈式收獲裝備技術(shù)落后，對(duì)機(jī)械收獲動(dòng)力學(xué)特性和作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)理不明晰，使得我國(guó)棉稈收獲機(jī)械難以大面積推廣應(yīng)用[9]。 因此，本項(xiàng)目提出棉稈組合式撥稈收獲裝置的研制，一方面為棉稈高效收獲技術(shù)與裝備的研發(fā)提供一種解決思路及理論基礎(chǔ)。另一方面也有助于提升棉稈收獲效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高棉稈資源化利用水平，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于恢復(fù)和穩(wěn)定我國(guó)棉花生產(chǎn)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。 2 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 2.1棉花種植情況 是國(guó)家重要的商品棉生產(chǎn)基地，經(jīng)過(guò)九五、十五、十一五計(jì)劃的發(fā)展，棉花已基本形成了300萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。根據(jù)農(nóng)科院的資料，在土壤肥沃，光照充足的地區(qū)，棉花合理密植，每畝株數(shù)以15000株左右為宜。對(duì)于機(jī)采棉，可以采用10cm，66cm的株距和行距。對(duì)于地膜覆蓋，可以采用20cm，60cm的株距和行距。本課題所采用的是3米的寬幅，每次收獲4行，符合大部分地區(qū)，保證棉稈收獲高效進(jìn)行[10]。 2.2棉花阻力分析 棉稈起拔阻力是棉桿收獲研究的重要技術(shù)參數(shù)，也是棉稈收獲機(jī)械設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)。 棉花根系屬直根系，分為主根和側(cè)根，在土壤養(yǎng)分、水分和土質(zhì)合適的情況下，根系生長(zhǎng)非常發(fā)達(dá)。棉稈起拔過(guò)程中，根系發(fā)生斷裂，土壤產(chǎn)生變形，同時(shí)根系與土壤間還存在點(diǎn)著力和摩擦力，這些因素綜合形成起拔阻力。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在相同的起拔條件下，與垂直方向成一夾角、沿傾斜方向起拔棉稈所需的起拔力小于沿垂直方向上的起拔力。山西省運(yùn)城市農(nóng)機(jī)科研所沈新民曾對(duì)棉稈的起拔阻力進(jìn)行了測(cè)定，分析了土壤情況、棉稈生長(zhǎng)情況等因素對(duì)拔取力的影響，得出土質(zhì)的不同、土壤干基含水率及土壤堅(jiān)實(shí)度對(duì)棉稈起拔阻力影響較大。 棉稈在田間的生長(zhǎng)、起拔示意如圖2-1所示。由圖2-1可知，起拔機(jī)構(gòu)對(duì)棉稈進(jìn)行起拔時(shí)，起拔力F與地面形成夾角α其為水平起拔力與垂直起拔力的合力。沿不同方向起拔時(shí)，棉稈根系斷裂過(guò)程、土壤變形過(guò)程以及根系與土壤間的粘著力均存在差異，使所需起拔力的大小有所不同。針對(duì)不同土壤條件、不同起拔角度下的棉稈起拔力F進(jìn)行測(cè)量，可以分析上述因素的影響，為棉稈起拔機(jī)械的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)[11]。 1.棉稈主莖 2.起拔裝置 圖2-1 起拔力測(cè)量原理[12] 2.3機(jī)械設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題 1）提輥裝置、拔稈齒輥裝置組合設(shè)計(jì)。該裝置主要包括機(jī)架、提輥裝置、拔稈齒輥裝置。主要工作過(guò)程是提輥裝置進(jìn)行土層淺層的翻攪，拔稈齒輥裝置與提輥裝置配合進(jìn)行棉稈的拔取與輸送。該方式一方面能有效拔取棉稈，降低功耗，加快莖稈向后輸送。 2）該組合裝置如何能高效率，低功耗工作。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)莖稈在提輥及拔稈齒輥裝置共同作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，建立莖稈的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，結(jié)合高速攝影，分析影響拔取及輸送的主要因素，以整機(jī)消耗功率最小為目標(biāo)函數(shù)，以喂入量、組合裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)為約束條件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在ADAMS軟件中對(duì)棉稈、樣機(jī)的提拔輸送裝置進(jìn)行建模，以優(yōu)化參數(shù)對(duì)莖稈的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并對(duì)莖稈的軌跡進(jìn)行模擬分析，以尋求最佳拔取輸送參數(shù)值。為設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的棉稈收獲機(jī)提供理論依據(jù)。 3 總體方案設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1)相關(guān)外文資料翻譯和查找搜集相關(guān)技術(shù)資料 2)撰寫任務(wù)書和開題報(bào)告； 3)根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，確定機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)機(jī)器整體結(jié)構(gòu)； 4)撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 5)繪制總裝圖、部裝圖和零件圖。 3.2基本要求 1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易； 2)操作、維護(hù)方便、安全。 3.3注意事項(xiàng) 1)在設(shè)計(jì)開始前，應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計(jì)要求，閱讀參考資料，了解它們大體內(nèi)容，以便需要時(shí)查閱； 2)對(duì)設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)小組應(yīng)進(jìn)行討論對(duì)比，以明確優(yōu)劣正誤，取長(zhǎng)補(bǔ)短，改進(jìn)設(shè)計(jì)； 3)設(shè)計(jì)草圖完成后，應(yīng)交指導(dǎo)教師審查后再修改加深； 4)設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)按規(guī)定格式編寫，連同所繪圖紙交指導(dǎo)教師審查認(rèn)可后方可呈交； 5)認(rèn)真做好準(zhǔn)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)答辯； 3.4機(jī)構(gòu)選型原則 1)滿足需要原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)最大限度地滿足用戶要求。應(yīng)在調(diào)查分析和預(yù)測(cè)市場(chǎng)需要情況下的基礎(chǔ)上，確定是否應(yīng)該進(jìn)行該種機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 2)經(jīng)濟(jì)合理原則 所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)該機(jī)構(gòu)先進(jìn)，功能好，成本低、使用維修方便，在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)用最低的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)定功能，做到物美價(jià)廉。 3)可靠性原則 在規(guī)定使用條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品能完成規(guī)定功能的可靠程度高，即運(yùn)行中不出現(xiàn)故障。 4)最優(yōu)化設(shè)計(jì) 在給定的設(shè)計(jì)目標(biāo)下，用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從若干可行方案中找到優(yōu)選方案。 5)標(biāo)準(zhǔn)化原則 所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，零部件應(yīng)能最大限度地與同類產(chǎn)品的零部件通用。 4組合式棉稈收獲機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 組合式棉稈收獲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下圖 1.提輥傳動(dòng)輪 2.提輥裝置 3.傳送帶軸 4.機(jī)架 5.撥禾輪 6.撥禾齒 7.撥禾傳動(dòng)輪 8.變向電機(jī) 9.懸掛 11.傳送帶傳動(dòng)輪 12.傳送帶 13.地輪 14.提輥刀齒 圖 4-1 棉稈收獲機(jī)的裝配圖 4.2組合棉稈收獲機(jī)的工作原理 提輥裝置與撥禾輪相連，由此提供動(dòng)力，提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時(shí)將棉稈從根部旋切拔出，同時(shí)撥禾輪彎齒抓取棉稈，由于棉稈冠較大，會(huì)卡在倆彎齒之間，棉稈隨彎齒運(yùn)動(dòng)到橫向傳送帶時(shí)，由于重力作用落下，由傳送帶傳出。 4.3提輥裝置的設(shè)計(jì) 1.輥軸2.刀片 圖4-2 提輥裝置 提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時(shí)將棉稈從根部旋切拔出。旋切刀具模型如圖4-2所示。在旋切過(guò)程中,提輥刀要對(duì)土壤和棉根進(jìn)行切削,同時(shí)由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用,還會(huì)將切削下的土壤向后拋送。 4.4撥禾輪的設(shè)計(jì) 1. 五星輪2.彎齒軸 圖4-3 拔稈齒輥 撥禾輪是此設(shè)備的主要部件，主要承擔(dān)提取棉稈放到傳送帶上。采用11根彎齒，每根彎齒間距20公分，可實(shí)現(xiàn)任意位置拔取，任意行距，無(wú)需調(diào)整機(jī)具對(duì)準(zhǔn)棉稈行距，實(shí)現(xiàn)快速拔稈，高效率工作。次撥禾輪齒采取微彎曲處理，保證抓取棉稈。而且撥禾輪齒向左傾斜，使棉稈運(yùn)行到傳送帶上方時(shí)，由于重力作用方便下落，保證棉稈拔取高效進(jìn)行。 4.5傳送裝置的設(shè)計(jì) 1.傳動(dòng)軸 2.傳送帶 圖 4-4傳送帶 傳送裝置是起到方便收獲的作用，因?yàn)槊薅挵稳『笊⒙湟坏?，?duì)于后面的集中成捆運(yùn)輸不便，首先收獲量太大，所以傳送裝置安置在滾軸下面，由傳送帶直接將拔取的棉稈傳送至一邊，便于集中打捆。以此，大大減少了勞動(dòng)力，提高了效率。 5 組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 5.1電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在 800-1000 轉(zhuǎn)/分，按《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》推薦的傳動(dòng)比合理取值范圍，取 V 帶的傳動(dòng)比 圖即可滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率 P=1.5kw滿載轉(zhuǎn)速n=800r/min，總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。 Y100L-6主要參數(shù)如下表 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率/kw 滿載轉(zhuǎn)速/（r/min） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量/kg Y100L 1.5 800 2.0 2.0 32 5.2提輥裝置拔棉稈的阻力分析 提輥式拔棉稈是采用旋切原理,使提輥刀具在地表下一定深度旋切土壤,同時(shí)將棉稈從根部旋切拔出。在旋切過(guò)程中,提輥刀要對(duì)土壤和棉根進(jìn)行切削,同時(shí)由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用,還會(huì)將切削下的土壤向后拋送。另外,提輥式拔棉稈機(jī)械還要克服前進(jìn)阻力。因此,提輥式拔棉稈機(jī)功率消耗可表示為 （5-1） 式中 －旋切功耗；——拋土功耗；——旋切部件前進(jìn)滾阻功耗。 1） 旋切功耗 （5-2） 式中： —刃角； —土壤與刀的滑動(dòng)摩擦系數(shù)； F—刃面上的法向力（N）； k—單位刀寬刃口切削阻力（N）； b—刀寬（m）[10] 2） 拋土功耗 （5-3） 式中：Q—每秒拋出土量（kg/s）； H—將土壤提升到拋土出口的高度（m）； T—土壤與刀表面的摩擦力(m/s)； Va-刀內(nèi)始端與外末端線速度均值(m/s)； F-土壤與上弧形面的摩擦力(N)； S-拋土位移(m)； V-刀外末端線速度(m/s)； M -每秒拋的土質(zhì)量(kg)。 3)旋切部件前進(jìn)滾阻功耗。 （5-4） 式中: K一旋切比阻 Kg—取Kg= 15； —耕深修正系數(shù)； —土壤含水率修正系數(shù)； —植被修正系數(shù)； —作業(yè)方式修正系數(shù)； h—入土深度（m）； V—作業(yè)速度（m/s）； B—作業(yè)幅寬（m）[13]。 在上面各項(xiàng)阻力計(jì)算中,參數(shù)要根據(jù)實(shí)際工作地的土壤及機(jī)具條件確定。在提滾式拔棉稈機(jī)的工作過(guò)程中,提輥式拔棉稈的功耗大小主要由機(jī)具牽引速度、提輥直徑、耕深比和提輥轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。通過(guò)計(jì)算分析,分別得出牽引速度與牽引阻力函數(shù)如圖5-1所示,提輥轉(zhuǎn)速與功率消耗函數(shù)如圖5-2所示,提輥直徑耕深之比與牽引阻力函數(shù)如圖5-3所示。 圖 5-1 牽引速度與牽引阻力關(guān)系 圖 5-2　提輥轉(zhuǎn)速與功率消耗關(guān)系 圖5-3　提輥直徑耕深之比與阻力關(guān)系 由牽引阻力與各參數(shù)函數(shù)圖像關(guān)系可知,牽引阻力與前進(jìn)速度和提輥轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系,而與提輥直徑耕深之比成反比關(guān)系。在提輥式拔棉稈作業(yè)中,綜合考慮提輥?zhàn)鳂I(yè)效果與阻力消耗,并通過(guò)試驗(yàn)得出提滾直徑與耕深之比選擇1.2較為合適。在拖拉機(jī)牽引速度為4km/h的前提下,提輥轉(zhuǎn)速越高,拖拉機(jī)功率消耗越大;轉(zhuǎn)速越小,功率消耗越小,但是對(duì)土壤的切削力小,又不利于拔棉稈。綜合考慮上述因素,根據(jù)試驗(yàn),選擇轉(zhuǎn)速為320～ 360r/min較為合適。作業(yè)幅寬為3m、前進(jìn)速度為4km/h以及提輥轉(zhuǎn)速為630r/min時(shí),計(jì)算提輥在沙性土壤中的牽引功率約為27kW左右[14]。 5.3撥禾輪運(yùn)動(dòng)軌跡分析 撥禾輪是臥式收割機(jī)割曬機(jī)及全喂入式聯(lián)合收割機(jī)的重要工作部件，其主要功能是: 在撥禾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下，將作物引導(dǎo)撥向切割器; 在撥禾輪的扶持下，切割器完成作物的切割，已割作物向后推送[15]。撥禾輪除隨機(jī)器按一定前進(jìn)速度做勻速運(yùn)動(dòng)外，還要繞其軸心以一定的角速度ω做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其工作原理見圖 5-4 所示。 圖 5-4 撥禾輪工作原理圖 以撥禾輪軸心 對(duì)地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O，以地面線沿前進(jìn)方向?yàn)?X 軸，以過(guò)原點(diǎn)向上垂線為 Y軸，建立坐標(biāo)系，且設(shè)撥板由水平位置開始以角速度ω 逆向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點(diǎn) A 的坐標(biāo)方程為 （5-5） （5-6） 式中: R—撥禾輪半徑； ω—撥禾輪角速度； —機(jī)器前進(jìn)速度； t—撥板由水平轉(zhuǎn)過(guò)的時(shí)間； H—撥禾輪安裝高度； h—割茬高度。 當(dāng)撥禾輪速比( 撥禾輪旋轉(zhuǎn)線速度與機(jī)器前進(jìn)速度的比值) λ≤1 時(shí)，撥禾輪起不到應(yīng)有的功能; 當(dāng) λ ＞1 時(shí)，撥板的運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線，撥禾輪才具有前述的 三條功能。不同 λ 值時(shí)的撥板運(yùn)動(dòng)軌跡見圖 5-5 所示[16]。 圖5-5 不同λ值時(shí)的撥禾輪運(yùn)動(dòng)軌跡 5.4傳送帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 其中確定傳送帶軸直徑為5cm，電機(jī)轉(zhuǎn)速為800r/min。傳送帶輪與電機(jī)帶輪直徑1：1，所以確定傳送帶軸轉(zhuǎn)速為800r/min。 傳送帶軸周長(zhǎng)：C =2πr=3.14×5=15.7cm 線速度v=800c=800×15.7=12560cm/min 所以傳送帶運(yùn)行速度為=12560/6000=2.09m/s 總 結(jié) 棉花是主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，棉花秸稈也是棉花的主要副產(chǎn)品，但是大部分棉稈都是采用粉碎還田方式處理，只有少部分進(jìn)行再利用。這是我課題研究的動(dòng)機(jī)對(duì)，搞好棉花秸稈的綜合利用,加快推進(jìn)棉花秸稈綜合利用,實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化,對(duì)國(guó)家促進(jìn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收具有的重大意義。所以說(shuō)棉花秸稈收獲裝備對(duì)實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)。希望這個(gè)設(shè)計(jì)能真正實(shí)際運(yùn)用到棉稈收獲中。 這次的設(shè)計(jì)從選題到實(shí)現(xiàn)，幾乎都是自己獨(dú)立完成的，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我更加熟悉了從理論到實(shí)踐的跨越，從當(dāng)初的各處查閱圖書到實(shí)地考察調(diào)研記錄，都有很多值得回味的地方。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何對(duì)進(jìn)行合理分析。同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)了解了如何編寫技術(shù)文件和正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)，也使我們對(duì)畫圖軟件的應(yīng)用能力有了很大提高，更培養(yǎng)了我們嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度。 致 謝 本次設(shè)計(jì)能順利完成，首先要感謝李平老師的悉心指導(dǎo)，從選題到設(shè)計(jì)完成的整個(gè)過(guò)程中，遇到了很多問(wèn)題，李平老師都能及時(shí)給予細(xì)心及準(zhǔn)確的指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)思路出現(xiàn)混淆或錯(cuò)誤時(shí)，用淺顯易懂的知識(shí)深度剖析，使我的設(shè)計(jì)思路清晰明朗，以免在設(shè)計(jì)過(guò)程中迷失方向，出現(xiàn)大的偏差。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師都能一如既往的表現(xiàn)出高度負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所應(yīng)該學(xué)習(xí)的。在此，對(duì)李平老師表示誠(chéng)摯的感謝！ 感謝母校為我提供了學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使我的知識(shí)水平和認(rèn)知能力得以提高，同時(shí)為我們提供了良好的學(xué)習(xí)條件，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)遇到課程中沒(méi)有學(xué)習(xí)到的知識(shí)點(diǎn)，這時(shí)，到塔里木大學(xué)圖書館便能找到想要的資料。 感謝老師四年來(lái)對(duì)我的精心栽培，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予的幫助與關(guān)懷，感謝與我共同學(xué)習(xí)和生活了多年的同學(xué)們對(duì)我的關(guān)心與支持！ 經(jīng)過(guò)對(duì)自己設(shè)計(jì)的深入思考和研究，對(duì)本設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)有了更深刻地理解。我的設(shè)計(jì)的主要部件有機(jī)架、皮帶傳送裝置、滾軸、工作臺(tái)，每一部分的設(shè)計(jì)都經(jīng)過(guò)了計(jì)算和驗(yàn)證，以及不斷地修改和改進(jìn)。并且采用了SolidWorks制圖技術(shù)和AutoCAD制圖技術(shù)等。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次大總結(jié)，在設(shè)計(jì)之前，收集有關(guān)設(shè)計(jì)課題研究方面的資料、文獻(xiàn)是最為重要的。在設(shè)計(jì)工作開始時(shí)，只有對(duì)課題研究的內(nèi)容充分地了解，才會(huì)有設(shè)計(jì)目的和方向；所以收集、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料是必要的。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的主要是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來(lái)分析和解決機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。本次的設(shè)計(jì)是幾年來(lái)學(xué)習(xí)過(guò)程中涵蓋面最廣的一次設(shè)計(jì)，它不僅體現(xiàn)了我們對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，更重要的是對(duì)我們幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，使我明白了在今后設(shè)計(jì)過(guò)程中的一般步驟和方法。 總之，本次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，各方面的能力都有了提高。但由于本人設(shè)計(jì)能力有限，再加上實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有不足之處。但通過(guò)設(shè)計(jì)使我各方面的能力都得到了很大提高，為今后工作和學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我認(rèn)為這才是最重要的 參考文獻(xiàn) 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