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組合式棉稈收獲機(jī)的設(shè)計 學(xué)生姓名 康濤 學(xué) 號 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)械化及其自動化 班 級 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 16 屆畢業(yè)設(shè)計 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 主要因為一方面棉桿粉碎還田 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 從國內(nèi)外目前棉稈收獲機(jī)械現(xiàn)狀來看 國內(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 留存時間較長 不利于后續(xù)整地作業(yè)和農(nóng)作物生長 此外棉花種植過程中地膜的使用 造成 土壤白色污染日益嚴(yán)重 通過對殘膜回收機(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)有國內(nèi)棉稈收獲經(jīng)驗 為解決棉稈可靠拔取與輸送問 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)計遇到的問題 7 3 總體方案設(shè)計 7 3 1 設(shè)計任務(wù) 7 3 2 基本要求 7 3 3 注意事項 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 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 9 4 4 撥禾輪的設(shè)計 9 4 5 傳送裝置的設(shè)計 10 5 組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計計算與校核 10 5 1 電動機(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)動軌跡分析 13 5 4 傳送帶的設(shè)計計算 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 1 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)提供了一個產(chǎn)品附加值高和市場潛力大的平臺 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實現(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 會有棉稈收獲和殘膜收回問題 本項目擬針對現(xiàn)有拔稈式收獲機(jī)械存在的問題進(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)計及制造 田間試驗并對該裝置的作用機(jī)理進(jìn) 行研究 研究棉稈生物特性參數(shù) 土壤物理特性 兩種裝置動力學(xué)參數(shù)對于收獲作業(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實現(xiàn)棉 花秸稈的資源化和商品化至為關(guān)鍵 我國農(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養(yǎng)價值 可作為很好的畜類 動物飼料 2 由此可見 棉稈資源豐富 是一種利用價值很高的農(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 在土壤里留存時間較長 不利于后續(xù)整地作業(yè)和 農(nóng)作物生長 此外棉花種植過程中地膜的使用 造成土壤白色污染日益嚴(yán)重 通過對殘 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 通過對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 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)約大量勞動力 4 1 3 國內(nèi)外棉花拔稈收膜機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 國外棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡述 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 1 棉軒刨挖技術(shù) 這種技術(shù)釆用對稱傾斜雙圓盤對棉軒進(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)有傳動安全防護(hù)措施 但該 技術(shù) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 對種植行距要求較高 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) 國外棉稈拔取收獲機(jī)械基本上以對輥式起拔裝置為主 以一組間隙可調(diào) 相對滾動的膠 輥為拔稈部件 對行收獲 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 對于國內(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 國內(nèi)棉軒收獲技術(shù)研究進(jìn)展及其代表機(jī)型簡述 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 由動力機(jī)帶動產(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) 其前行過程中由前 次作業(yè)所帶起的土壤及作物根巷若不能及時掉落并與辛產(chǎn)刀分離 下次作業(yè)時伊刀前端就會 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 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 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 在整個作業(yè)過程中機(jī)具無需考慮棉 稈行距 且土壤被刀輔不斷翻動 棉根被產(chǎn)斷 不會發(fā)生壅土現(xiàn)象 該方法同樣消耗動力較 大 但工作效率較高 對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 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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 1 機(jī)架 2 主動軸 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)計有撿拾喂入部分 或設(shè)計有輸送機(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)計結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜 制造成本較高 同時對棉花種植的株距 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 平動夾式及盤夾式 在國內(nèi)對于棉花秸稈機(jī)械化收獲技術(shù)和裝備的研究主要是借鑒國外技術(shù)集中于對拔取收 獲技術(shù)和裝備進(jìn)行研究 但因季節(jié)變化問題 品種問題 不同地域問題 土壤堅實度 溫度 及濕度等對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) 但目前國內(nèi)棉稈拔稈式收獲裝備技術(shù)落后 對機(jī)械收獲動力學(xué) 特性和作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)理不明晰 使得我國棉稈收獲機(jī)械難以大面積推廣應(yīng)用 9 因此 本項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 降低勞動強(qiáng)度 提高棉稈資源化利用水平 長遠(yuǎn)來看 對于恢復(fù)和穩(wěn)定我國棉花生產(chǎn)具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意 義 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 2 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路 2 1 棉花種植情況 是國家重要的商品棉生產(chǎn)基地 經(jīng)過九五 十五 十一五計劃的發(fā)展 棉花已 基本形成了 300 萬噸的生產(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 對于機(jī)采棉 可以采用 10cm 66cm 的株距 和行距 對于地膜覆蓋 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 根系生長非 常發(fā)達(dá) 棉稈起拔過程中 根系發(fā)生斷裂 土壤產(chǎn)生變形 同時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)實踐經(jīng)驗表 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)科研所沈新民曾對棉稈的起拔阻力進(jìn)行了測定 分析了土壤情況 棉稈生長情況 等因素對拔取力的影響 得出土質(zhì)的不同 土壤干基含水率及土壤堅實度對棉稈起拔阻力影 響較大 棉稈在田間的生長 起拔示意如圖 2 1 所示 由圖 2 1 可知 起拔機(jī)構(gòu)對棉稈進(jìn)行起拔 時 起拔力 F 與地面形成夾角 其為水平起拔力 hF與垂直起拔力 vF的合力 沿不同方向起 拔時 棉稈根系斷裂過程 土壤變形過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 針對不同土壤條件 不同起拔角度下的棉稈起拔力 F 進(jìn)行測量 可 以分析上述因素的影響 為棉稈起拔機(jī)械的合理設(shè)計提供依據(jù) 11 1 棉稈主莖 2 起拔裝置 圖 2 1 起拔力測量原理 12 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 2 3 機(jī)械設(shè)計遇到的問題 1 提輥裝置 拔稈齒輥裝置組合設(shè)計 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 本項目通過對莖稈在提輥及拔稈齒輥裝置 共同作用下的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析 建立莖稈的運(yùn)動學(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)為約束條件對各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 在 ADAMS 軟件中對棉稈 樣機(jī)的提拔輸送裝置進(jìn)行 建模 以優(yōu)化參數(shù)對莖稈的運(yùn)動進(jìn)行仿真試驗 并對莖稈的軌跡進(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 3 1 設(shè)計任務(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)計機(jī)器整體結(jié)構(gòu) 4 撰寫設(shè)計說明書 5 繪制總裝圖 部裝圖和零件圖 3 2 基本要求 1 結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 2 操作 維護(hù)方便 安全 3 3 注意事項 1 在設(shè)計開始前 應(yīng)認(rèn)真研究題目 明確設(shè)計要求 閱讀參考資料 了解它們大體內(nèi)容 以便需要時查閱 2 對設(shè)計方案及結(jié)構(gòu) 設(shè)計小組應(yīng)進(jìn)行討論對比 以明確優(yōu)劣正誤 取長補(bǔ)短 改進(jìn)設(shè) 計 3 設(shè)計草圖完成后 應(yīng)交指導(dǎo)教師審查后再修改加深 4 設(shè)計說明書應(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)計答辯 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 3 4 機(jī)構(gòu)選型原則 1 滿足需要原則 所設(shè)計的產(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)測市場需要情況下的基礎(chǔ) 上 確定是否應(yīng)該進(jìn)行該種機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計 2 經(jīng)濟(jì)合理原則 所設(shè)計的機(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)用最低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)定功能 做到物美價廉 3 可靠性原則 在規(guī)定使用條件和規(guī)定時間內(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 在給定的設(shè)計目標(biāo)下 用優(yōu)化設(shè)計方法 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)計的機(jī)械產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)應(yīng)符合國家標(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 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 撥禾傳動輪 8 變向電機(jī) 9 懸掛 11 傳送帶傳動輪 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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 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 同時將棉稈從根部旋切拔出 同時撥禾輪彎齒抓取棉稈 由于棉 稈冠較大 會卡在倆彎齒之間 棉稈隨彎齒運(yùn)動到橫向傳送帶時 由于重力作用落下 由傳 送帶傳出 4 3 提輥裝置的設(shè)計 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 在旋切過程中 提輥刀要對土壤和棉根進(jìn)行切削 同時由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用 還會將切削下的土壤向后拋送 4 4 撥禾輪的設(shè)計 1 五星輪 2 彎齒軸 圖 4 3 拔稈齒輥 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 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 可實現(xiàn)任意位置拔取 任意行距 無需調(diào)整機(jī)具對準(zhǔn)棉稈行距 實現(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 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 1 傳動軸 2 傳送帶 圖 4 4 傳送帶 傳送裝置是起到方便收獲的作用 因為棉稈拔取后散落一地 對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 大大減少了勞動力 提高了效率 5 組合式棉花拔稈機(jī)的設(shè)計計算與校核 5 1 電動機(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)計實用手冊 推薦的傳動比合 理取值范圍 取 V 帶的傳動比 圖即可滿足電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配 由 機(jī)械 設(shè)計課程設(shè)計手冊 綜臺考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸 重量以及帶傳動的傳動比 選定 電動機(jī)型號為 Y100L 所選電動機(jī)的額定功率 P 1 5kw 滿載轉(zhuǎn)速 n 800r min 總傳動比適 中 傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 Y100L 6 主要參數(shù)如下表 電動機(jī)型號 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 同時將棉稈從根 部旋切拔出 在旋切過程中 提輥刀要對土壤和棉根進(jìn)行切削 同時由于提輥刀具的旋轉(zhuǎn)作用 還 會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 rtpN 5 1 式中 pN 旋切功耗 t 拋土功耗 r 旋切部件前進(jìn)滾阻功耗 1 旋切功耗 kb 2cosF 2FsinNp 5 2 式中 刃角 土壤與刀的滑動摩擦系數(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 MVFSTQHgnt 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 0 1KnVBNr 5 4 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 式中 K 一旋切比阻 4321gKK Kg 取 Kg 15 1 耕深修正系數(shù) 2 土壤含水率修正系數(shù) 3K 植被修正系數(shù) 4 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 在上面各項阻力計算中 參數(shù)要根據(jù)實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)速決定 通過計算分析 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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 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 并通過試驗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 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 計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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 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)動外 還要繞其軸心以mv 一定的角速度 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 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 oO對地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O 以地面線沿前進(jìn)方向為 X 軸 以過 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 逆向旋轉(zhuǎn) 則壓 板端點(diǎn) A 的坐標(biāo)方程為 tvRcos Xm 5 5 in hHY 5 6 式中 R 撥禾輪半徑 撥禾輪角速度 機(jī)器前進(jìn)速度 mV t 撥板由水平轉(zhuǎn)過的時間 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 1 時 撥禾輪起不到應(yīng) 有的功能 當(dāng) 1 時 撥板的運(yùn)動軌跡為余擺線 撥禾輪才具有前述的 三條功能 不同 值時的撥板運(yùn)動軌跡見圖 5 5 所示 16 圖 5 5 不同 值時的撥禾輪運(yùn)動軌跡 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 5 4 傳送帶的設(shè)計計算 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 C 2 r 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 傳 送 帶V 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機(jī)對 搞好棉花秸 稈的綜合利用 加快推進(jìn)棉花秸稈綜合利用 實現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化 對國家促進(jìn)資 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 源節(jié)約 環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收具有的重大意義 所以說棉花秸稈收獲裝備對實現(xiàn)棉花秸稈的 資源化和商品化至為關(guān) 希望這個設(shè)計能真正實際運(yùn)用到棉稈收獲中 這次的設(shè)計從選題到實現(xiàn) 幾乎都是自己獨(dú)立完成的 這次畢業(yè)設(shè)計讓我更加熟悉了 從理論到實踐的跨越 從當(dāng)初的各處查閱圖書到實地考察調(diào)研記錄 都有很多值得回味的地 方 通過本次設(shè)計 我學(xué)會了如何對進(jìn)行合理分析 同時 在本次設(shè)計過程中同時了解了如 何編寫技術(shù)文件和正確使用設(shè)計手冊 也使我們對畫圖軟件的應(yīng)用能力有了很大提高 更培 養(yǎng)了我們嚴(yán)肅認(rèn)真 一絲不茍和實事求是的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度 致 謝 本次設(shè)計能順利完成 首先要感謝李平老師的悉心指導(dǎo) 從選題到設(shè)計完成的整個過程 中 遇到了很多問題 李平老師都能及時給予細(xì)心及準(zhǔn)確的指導(dǎo) 在設(shè)計思路出現(xiàn)混淆或錯 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 誤時 用淺顯易懂的知識深度剖析 使我的設(shè)計思路清晰明朗 以免在設(shè)計過程中迷失方向 出現(xiàn)大的偏差 在整個設(shè)計過程中 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 對李平老師表示誠摯的感謝 感謝母校為我提供了學(xué)習(xí)機(jī)會 使我的知識水平和認(rèn)知能力得以提高 同時為我們提供 了良好的學(xué)習(xí)條件 在設(shè)計過程中難免會遇到課程中沒有學(xué)習(xí)到的知識點(diǎn) 這時 到塔里木 大學(xué)圖書館便能找到想要的資料 感謝老師四年來對我的精心栽培 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)們對我的關(guān)心與支持 經(jīng)過對自己設(shè)計的深入思考和研究 對本設(shè)計所涉及的知識有了更深刻地理解 我的設(shè) 計的主要部件有機(jī)架 皮帶傳送裝置 滾軸 工作臺 每一部分的設(shè)計都經(jīng)過了計算和驗證 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) 計是對所學(xué)知識的一次大總結(jié) 在設(shè)計之前 收集有關(guān)設(shè)計課題研究方面的資料 文獻(xiàn)是最 為重要的 在設(shè)計工作開始時 只有對課題研究的內(nèi)容充分地了解 才會有設(shè)計目的和方向 所以收集 查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料是必要的 畢業(yè)設(shè)計的目的主要是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識 和專業(yè)知識來分析和解決機(jī)構(gòu)設(shè)計中所出現(xiàn)的一系列問題 本次的設(shè)計是幾年來學(xué)習(xí)過程中 涵蓋面最廣的一次設(shè)計 它不僅體現(xiàn)了我們對機(jī)構(gòu)的設(shè)計 更重要的是對我們幾年來所學(xué)知 識應(yīng)用到了實踐 使我明白了在今后設(shè)計過程中的一般步驟和方法 總之 本次設(shè)計讓我受益匪淺 各方面的能力都有了提高 但由于本人設(shè)計能力有限 再加上實踐能力和經(jīng)驗不足 設(shè)計中難免有不足之處 但通過設(shè)計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)奠定了堅實的基礎(chǔ) 我認(rèn)為這才是最重要的 參考文獻(xiàn) 1 張佳喜 葉 菲 我國棉花秸稈收獲裝備現(xiàn)狀分析 J 農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 2011 3 20 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 2 張永新 楊曉春 一種側(cè)置齒輪傳動揭膜撥稈機(jī) P CN201742692U 2011 02 16 3 曹樹紅 可伸縮式玉米撥禾裝置設(shè)計與實驗分析 J 山東理工大學(xué) 2014 7 9 4 胡凱 王吉奎 李斌 蔣蓓 丁雙雙 李天文 棉稈粉碎還田與殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)研制 與試驗 J 石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 2013 3 9 5 李怡 棉稈起拔機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計與實驗研究 J 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 2014 8 26 6 郭振華 史建新 康秀生 提輥式拔棉稈阻力分析 J 農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院 2009 24 57 7 趙東波 棉花拔稈清膜旋耕機(jī)研究設(shè)計 J 昌吉州農(nóng)牧機(jī)械化技術(shù)推廣站 2010 6 85 8 王吉奎 付威 王衛(wèi)兵 李斌 SMS 1500 型秸稈粉碎與殘膜回收機(jī)的設(shè)計 J 石河子大學(xué)機(jī) 械電氣工程學(xué)院 2011 51 86 9 趙海軍 史建新 殘膜回收工藝探討 J 中國農(nóng)機(jī)化 2004 68 71 10 劉文海 馬衛(wèi)星 淺議棉稈殘膜機(jī)械回收 J 農(nóng)機(jī)化 2005 2 11 王鋒德 燕曉輝 董世平 孫玉峰 王俊友 我國棉花秸稈收獲裝備及收儲運(yùn)技術(shù)路線分析 J 農(nóng)機(jī)化研究 2009 12 217 220 12 崔相全 馬繼春 薦世春 王小瑜 曲萍 我國棉花棉稈收獲機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J 農(nóng)業(yè)裝備 與車輛工程 2011 11 4 6 13 張佳喜 葉菲 我國棉花秸稈收獲裝備現(xiàn)狀分析 J 農(nóng)機(jī)化研究 2011 08 241 244 14 陳明江 平英華 曲浩麗 陳永生 棉稈機(jī)械化收獲技術(shù)與裝備現(xiàn)狀及發(fā)展對策 J 中國農(nóng)機(jī)化 2012 05 23 26 15 張愛民 禚冬玲 王振偉 李偉 劉凱凱 棉稈收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 J 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