立式旱地驱动耙毕业设计

BLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计目 录 1 绪 论 .21.1引言 .21.2农业土壤耕作的作用与要求 .31.2.1 土壤耕作的作用 .31.2.2 耕整地农艺要求 .41.2.3土壤耕整地机械 .42.整机结构设计分析 .62.1结构设计要求 .62.2 旋刀的运动学分析 .62.3 刀盘分布设计 .73 传动方案设计 .83.1旱地立式驱动耙主体结构方案设计 .83.2 传动比的分配 .114.功率分析 .124.1单盘作业扭矩与功率分析 .124.1.1 单盘切削、破碎土壤所需的扭矩 .124.1.2 旱地驱动耙的功率消耗 .134.1.3 传动过程的功率分配 .155.传动件的设计 .155.1 轴的设计 .155.1.1 选择轴的材料 .155.1.2 轴上的功率 P，转速 n和转矩 T.165.1.3 确定轴的最小直径 .165.1.4轴的强度校核 .175.2轴承的选用和校核 .255.3精度要求 .276. 驱动耙其它零部件设计 .286.1悬挂机构 .286.2箱体的设计 .286.3刀具的设计 .297.总结 .30参 考 文 献 .31致 谢 .32IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 2 -2旱 地 驱 动 耙 设 计 1 绪 论1.1 引言我国是一个农业大国，要实现农业现代化，首先要实现生产手段现代化。农业机械化就是农业生产中产前、产中、产后全部实现机械化。其中，土壤耕作实现机械化是减轻农业劳动强度、改善劳动条件、保证作业质量、提高土地单位面积收获量和提高劳动生产率的重要手段。作为在农业生产中消耗于土壤耕作劳力、动力比重很大的耕地机械就是一种通过机械化土壤耕作形成良好水、肥、气、热梯度，创造有利于作物生长发育的耕层构造要求的专用作业农机具。驱动式耕耘机械，在现代农业机械中形成了一个新兴品种。此类耕耘机械由拖拉机的动力输出轴通过传动系统将动力以扭矩的形式直接作用于工作部件，使之旋转或往复运动，以提高切土能力并使土壤高度松土。其 切 土 、 碎 土 能 力很 强 ， 一 次 就 能 达 到 耕 、 耙 几 次 的 效 果 ， 耕 后 地 表 较 为 平 整 、 且 松 软 ， 且 能抢 农 时 ， 减 少 拖 拉 机 进 地 次 数 ， 降 低 作 业 成 本 ， 达 到 农 艺 要 求 。 它 对 土 壤 湿度 的 适 应 范 围 较 大 ， 因 此 ， 我 国 南 方 地 区 多 用 于 秋 耕 稻 茬 种 麦 ， 水 稻 插 秋 前的 水 耕 水 耙 。 在 我 国 北 方 地 区 ， 用 于 大 田 作 物 的 浅 耕 灭 茬 ， 起 到 秸 秆 还 田 的作 用 。 另 外 ， 还 适 于 盐 碱 地 种 水 稻 的 整 地 作 业 等 。 因 此 ， 近 几 年 驱 动 式 耕 耘机 械 的 研 究 与 使 用 有 了 很 大 的 发 展 。 目前世界各国生产的驱动式耕耘机械主要有水平横轴式、立轴式、往复式和联合作业式几大类。 水平横轴式旋耕机 该类旋耕机的旋转轴辊与地面平行并与前进方向垂直，其工作部件为安装在水平轴上的旋刀，旋刀在拖拉机动力输出轴驱动下，垂直切削土壤，达到切土和碎土的目的。 立轴式旋耕机 它是刀齿和刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出的功能是可以进行深耕，一般能达到 3035cm，较深的能达到 4050cm，而且可使整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢。目前在水田耕耘的机型有：立轴浆叶式旋耕机、立轴爪式旋耕机（英国） 、立轴笼式旋耕机（日本） 、立轴转齿式旋耕机。国内采用立轴式的旋耕机较少。IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 3 -31.2 农业土壤耕作的作用与要求1.2.1 土壤耕作的作用农 业 生 产 的 实 质 是 通 过 作 物 的 光 合 作 用 ， 对 气 候 资 源 和 土 地 资 源 的 加 工 。机 械 化 土 壤 耕 作 ,则 是 通 过 农 机 具 对 农 田 土 壤 的 加 工 。 机 械 化 土 壤 耕 作 不 同于 以 人 畜 力 为 动 力 的 土 壤 耕 作 ,因 为 它 对 土 壤 的 控 制 和 管 理 作 用 比 以 人 畜 为动 力 要 大 得 多 ,也 深 刻 得 多 。 原 苏 联 土 壤 学 家 和 耕 作 学 的 创 始 人 威 廉 斯 有 句名 言 ： “没 有 不 良 的 土 壤 ， 只 有 不 良 的 耕 种 方 法 ”。 他 所 指 的 耕 种 方 法 也 包括 土 壤 耕 作 在 内 。 通 过 国 内 外 土 壤 耕 作 方 法 的 发 展 和 多 样 化 ， 也 证 明 土 壤 耕作 可 能 使 土 壤 环 境 变 好 ， 也 可 能 使 土 壤 环 境 变 坏 。农 田 土 壤 在 自 然 力 作 用 下 呈 现 出 自 上 而 下 的 层 次 结 构 ， 从 而 导 致 土 壤 的水 、 肥 、 气 、 热 的 层 次 梯 度 。 这 种 层 次 的 土 壤 结 构 和 土 壤 因 素 的 梯 度 ， 有 时对 作 物 生 育 是 有 利 的 ， 有 时 是 不 利 的 。 通 过 机 械 化 土 壤 耕 作 ， 要 创 造 出 有 利于 作 物 生 育 的 土 壤 层 次 结 构 耕 层 构 造 ， 形 成 良 好 的 土 壤 水 、 肥 、 气 、 热的 梯 度 。 良 好 的 耕 层 构 造 (以 土 壤 密 度 梯 度 或 孔 隙 梯 度 、 三 相 比 梯 度 为 指 标 )应 在 不 同 土 壤 农 田 中 ， 具 有 充 分 协 调 多 变 气 候 对 土 壤 的 影 响 ， 以 满 足 各 类 作物 生 育 对 土 壤 生 活 因 素 的 要 求 。 因 此 ， 良 好 的 耕 层 构 造 不 是 一 成 不 变 的 。机 械 化 土 壤 耕 作 ， 创 造 良 好 的 耕 层 构 造 ， 它 和 农 业 生 态 系 统 一 样 ， 也 是一 个 多 目 标 、 多 因 素 、 多 变 量 的 系 统 ， 既 土 壤 作 物 大 气 机 器系 统 (SPAMC)的 复 杂 系 统 。 4农 艺 对 土 壤 机 械 化 耕 整 作 业 的 中 心 任 务 要 求 是 调 节 并 创 造 良 好 的 耕 层 结构 ， 适 宜 的 三 相 （ 固 相 、 液 相 和 气 相 ） 比 例 ， 从 而 协 调 土 壤 水 分 、 养 分 、 空气 和 温 度 状 况 ， 以 满 足 作 物 生 长 的 农 艺 要 求 。 5 土壤翻耕的作用主要有： 松碎土壤 根 据 各 地 不 同 的 气 候 条 件 和 不 同 作 物 的 要 求 ， 以 及 耕 层 土 壤 的 紧 实 状 况 ，每 隔 一 定 时 期 ， 需 要 进 行 土 壤 耕 整 作 业 ， 使 之 疏 松 而 多 孔 隙 ； 以 增 强 土 壤 通透 性 。 翻 转 耕 层 通 过 耕 翻 将 耕 作 层 土 壤 上 下 翻 转 ， 改 变 土 层 位 置 ， 改 善 耕 层 理 化 及 生 物IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 4 -4学 性 状 ， 翻 埋 肥 料 、 残 茬 、 秸 秆 和 绿 肥 ， 调 整 耕 层 养 分 的 垂 直 分 布 ， 培 肥地 力 。 同 时 可 消 灭 杂 草 以 及 附 着 的 某 些 病 菌 、 害 虫 卵 等 ， 消 除 土 壤 有 毒 物质 。 混 拌 土 壤 混 拌 土 壤 ， 将 肥 料 均 匀 地 分 布 在 耕 层 中 ， 使 土 肥 相 融 ， 成 为 一 体 ， 改 善土 壤 的 养 分 状 况 。 并 可 使 肥 土 与 瘦 土 混 合 ， 使 耕 层 形 成 均 匀 一 致 的 营 养 环 境 。1.2.2 耕整地农艺要求 耕 翻 地 有 以 下 的 农 艺 要 求 ： 适 时 耕 翻 ， 既 能 抢 农 时 ， 又 能 保 证 作 业 质 量 ； 耕 深 适 当 ， 并 符 合 农 业 技 术 要 求 ， 深 度 均 匀 一 致 ； 翻 垡 良 好 ， 无 立 垡 、 回 垡 ， 残 株 杂 草 要 覆 盖 严 密 ； 耕 后 地 面 平 整 松 碎 ， 无 重 耕 、 漏 耕 ， 尽 量 减 少 开 闭 垄 ， 地 头 、 地 边 整齐 ； 坡 地 耕 翻 时 应 沿 坡 度 的 等 高 线 进 行 ， 以 防 雨 后 冲 刷 土 壤 ， 造 成 水 土 流失 。 整 地 有 以 下 的 农 艺 要 求 ： 旱 田 整 地 作 业 的 农 业 技 术 要 求 整 地 作 业 须 适 时 ， 以 利 防 旱 保 墒 和 提 高 整 地 质 量 ； 整 地 深 度 应 符 合 农 艺 要 求 ， 深 度 一 致 、 不 漏 耙 、 不 漏 压 ； 整 地 后 的 地 表 平 整 ， 无 垄 沟 起 伏 、 碎 土 均 匀 ， 表 层 松 软 、 下 层 密 实 ； 修 筑 畦 田 要 做 到 地 平 、 土 碎 、 埂 直 ； 水 田 整 地 作 业 的 农 业 技 术 要 求 耙 后 土 壤 松 碎 ， 起 浆 好 ， 能 覆 盖 绿 肥 ， 田 面 平 坦 而 无 垄 沟 ； 在 原 浆 田 中 以 耙 代 耕 作 业 时 ， 应 将 稻 茬 直 接 压 入 糊 泥 中 ， 灭 茬 起 浆 性能 良 好 。 61.2.3 土壤耕整地机械(1) 耕地机械 铧 式 （ 壁 式 ） 犁IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 5 -5铧 式 犁 是 应 用 最 普 遍 的 一 种 耕 地 机 械 。 其 主 要 优 点 是 翻 转 土 垡 、 覆 盖杂 草 残 茬 和 肥 料 ， 消 灭 病 虫 害 等 性 能 好 ， 但 碎 土 能 力 较 差 ， 耕 后 尚 需 进 行耙 地 作 业 。 由 于 铧 式 犁 使 用 最 普 遍 ， 数 量 又 最 多 ， 现 已 发 展 成 为 我 国 北 方 与南 方 两 种 系 列 犁 。 6 圆 盘 犁圆 盘 犁 工 作 部 件 是 一 个 凹 面 圆 盘 。 工 作 时 ， 圆 盘 与 前 进 方 向 偏 一 角 度 。圆 盘 滚 转 前 进 时 ， 前 沿 刃 口 切 土 ， 后 部 的 凹 面 将 土 垡 带 着 向 后 、 向 上 运 动 ，并 使 之 破 碎 、 翻 转 。圆 盘 犁 具 有 使 用 寿 命 长 ， 刃 口 切 割 力 强 ， 不 易 拖 堆 堵 塞 ， 阻 力 较 小 的 优点 。 其 缺 点 是 圆 盘 犁 的 覆 盖 性 能 与 沟 底 平 整 度 不 如 铧 式 犁 。 3(2) 整地机械 圆 盘 耙 （ 轻 型 圆 盘 耙 、 重 型 圆 盘 耙 、 缺 口 圆 盘 耙 ）圆 盘 耙 主 要 用 于 耕 后 碎 土 和 播 种 前 耙 地 。 它 的 碎 土 能 力 较 强 ， 能 切 断 杂草 残 茬 与 搅 土 混 肥 ， 用 于 播 前 整 地 、 收 获 后 的 浅 耕 灭 茬 作 业 或 用 于 果 园 林 木和 草 牧 场 的 田 间 管 理 。 钉 齿 耙齿 耙 其 功 能 是 碎 土 、 松 土 、 整 平 ， 有 的 也 用 来 覆 盖 撒 播 的 种 子 和 将 肥 混入 土 中 。 各 种 齿 耙 有 一 定 的 除 草 作 用 。 水 田 轧 耙 及 联 合 耙这 类 耙 在 作 业 时 ， 工 作 部 件 靠 土 壤 阻 力 滚 动 前 进 ， 常 用 于 水 田 耕 后 碎 土 ，使 泥 土 搅 混 起 浆 便 于 插 秧 。 我 国 南 方 的 水 稻 区 常 用 的 水 田 轧 耙 多 属 滚 耙 。以 上 整 地 机 械 不 论 是 旱 地 作 业 机 械 还 是 水 田 作 业 机 械 均 为 被 动 式 机 械 ，要 达 到 预 期 的 整 地 效 果 ， 需 要 进 行 多 次 重 复 作 业 ， 其 生 产 效 率 低 ， 为 了 提 高生 产 效 率 ， 整 地 机 械 日 趋 向 驱 动 工 作 部 件 发 展 。 水 田 驱 动 耙主 要 用 于 水 田 耕 翻 后 的 碎 土 整 地 作 业 ， 也 可 用 在 未 耕 地 浅 耕 作 业 。 其 工作 部 件 与 地 面 平 行 的 水 平 轴 旋 转 。 一 次 作 业 相 当 于 一 般 水 田 耙 作 业 两 遍 以 上的 质 量 ， 耙 得 细 烂 ， 表 面 松 软 ， 碎 土 率 可 达 80 以 上 。驱 动 耙 都 与 拖 拉 机 配 套 使 用 。 由 于 驱 动 型 机 具 可 以 充 分 利 用 拖 拉 机 功 率 ，能 控 制 对 土 壤 的 作 用 强 度 ， 可 满 足 多 种 耕 作 要 求 。(3) 旋耕机旋 耕 机 是 一 种 全 悬 挂 并 由 拖 拉 机 动 力 输 出 轴 驱 动 的 土 壤 耕 作 机 具 ， 其 工作 部 件 为 安 装 在 水 平 轴 上 的 旋 刀 ， 旋 刀 在 拖 拉 机 动 力 输 出 轴 驱 动 下 ， 垂 直 切削 土 壤 ， 达 到 切 土 和 碎 土 的 目 的 。IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 6 -6旋 耕 机 的 切 土 、 碎 土 能 力 很 强 ， 一 次 就 能 达 到 耕 、 耙 几 次 的 效 果 ， 耕后 地 表 较 为 平 整 、 且 松 软 ， 且 能 抢 农 时 ， 减 少 拖 拉 机 进 地 次 数 ， 降 低 作 业成 本 ， 达 到 农 艺 要 求 。 它 对 土 壤 湿 度 适 应 范 围 较 大 ， 因 此 ， 我 国 南 方 地 区多 用 于 秋 耕 稻 茬 种 麦 ， 水 稻 插 秋 前 的 水 耕 水 耙 。 在 我 国 北 方 地 区 ， 用 于 大 田作 物 的 浅 耕 灭 茬 ， 起 到 秸 秆 还 田 的 作 用 。2.整 机 结 构 设 计 分 析2.1 结构设计要求本课题目的是设计满足农艺要求的高效率低能耗的旱地立式驱动耙。其设计要求如下：（ 1） 耕 深设 计 耙 深 为 h=15cm,调 节 范 围 10 18cm， 耙 深 一 致 ；（ 2） 碎 土 程 度沿 地 块 对 角 线 选 择 具 有 代 表 性 的 5 个 测 点 (每 点 面 积 为 1m2)， 若 测 点 耕 层内 有 直 径 5cm 以 上 的 土 块 超 过 5 个 时 ， 即 为 碎 土 不 良 ；（ 3） 尽 量 降 低 整 机 生 产 的 成 本 ， 提 高 工 作 效 率其结构要求如下：（ 1） 符 合 FS 275 的 悬 挂 机 构 的 几 何 尺 寸 要 求 ：（ 2） 符 合 FS 275 拖 拉 机 工 作 参 数 和 功 率 输 出 轴 的 相 关 参 数 要 求 。（ 3） 机 车 通 过 万 向 节 将 动 力 输 入 机 具 变 速 箱 驱 动 旋 刀 转 动 ,为 了 尽 量 减小 传 动 的 不 均 匀 性 ， 机 具 与 万 向 节 之 间 的 衔 接 点 的 位 置 设 置 不 可 过高 。2.2 旋刀的运动学分析旋 刀 在 工 作 时 的 运 动 为 复 合 运 动 ， 其 中 绕 刀 盘 中 心 旋 转 的 运 动 为 相 对 运动 ， 设 圆 周 速 度 为 ， 机 组 匀 速 前 进 运 动 为 牵 连 运 动 ， 前 进 速 度 。0V mV为 旋 刀 旋 转 的 角 速 度 ， 则 ， 圆 周 速 度 与 机 组 前 进 速 度 之 比R0， 称 为 速 度 比 。 的 大 小 对 旋 刀 的 运 动 轨 迹 及 立 式 驱 动 耙 的 工 作mV0状 况 有 重 要 影 响 ， 它 确 定 了 工 作 部 件 的 运 动 轨 迹 如 果 旋 刀 以 角 速 度 转 动 ，IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 7 -7并 以 速 度 前 进 ， 那 么 旋 刀 的 端 点 A 的 运 动 轨 迹 为 余 摆 线 （ 如 下 图 ） 。mV仅是旋刀在工作进程中不发生推土的必要条件，但是否能满足耙地疏1松土壤的需要，还取决于机器前进速度 Vm与旋刀工作转速的合理配合而当 时，当刀具运动到一定位置时，就会出现 Vx0 的现象，即刀具的绝对速度与机器的前进方向相反，因而能以刀刃切削土壤，其运动轨迹为余摆线。本课题所取的 满足刀刃一直切土的要求。27.32.3 刀盘分布设计在 允 许 的 工 作 幅 宽 范 围 内 机 具 横 向 放 置 六 个 刀 盘 ， 每 个 刀 盘 上 对 称 放 置两 把 旋 刀 ， 刀 盘 2 和 刀 盘 5 是 主 动 刀 盘 ， 刀 盘 1 和 刀 盘 3 由 刀 盘 2 上 的 齿轮 驱 动 ， 刀 盘 4 和 刀 盘 6 由 刀 盘 5 上 的 齿 轮 驱 动 。 刀 盘 1、 2、 3 的 运 动 相互 关 联 组 成 一 组 ， 刀 盘 4、 5、 6 运 动 相 互 关 联 组 成 另 外 一 组 ， 为 了 防 止 两 刀盘 组 在 传 动 和 工 作 过 程 中 产 生 运 动 干 涉 ， 刀 盘 3 和 刀 盘 4 之 间 余 留 一 个20mm 的 间 隙 。为 了 减 小 或 抵 消 刀 盘 在 工 作 过 程 中 前 进 时 的 横 向 分 力 （ 横 向 分 力 过 大 会导 致 机 具 的 横 向 振 动 ， 增 大 机 具 的 损 耗 ， 增 加 机 组 工 作 的 不 平 稳 性 ） ， 防 止同 组 相 邻 两 刀 盘 上 的 旋 刀 与 旋 刀 之 间 的 运 动 干 涉 ， 采 取 以 下 措 施 ： 1. 主 动刀 盘 （ 刀 盘 2 和 刀 盘 5 ） 旋 转 方 向 相 反 （ 由 机 具 的 传 动 装 置 实 现 ） ；2. 主 动 刀 盘 与 相 邻 两 刀 盘 呈 60 度 夹 角 放 置 。 此 时 刀 盘 2 和 刀 盘 5、 刀盘 1 和 刀 盘 4、 刀 盘 3 和 刀 盘 6 的 运 动 是 两 两 对 称 关 系 ， 每 个 刀 盘 产 生 的 横向 分 力 正 好 被 相 对 称 的 那 个 刀 盘 产 生 的 横 向 分 力 相 抵 消 。IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 8 -8图 3-2： 刀 盘 分 布 示 意 图3 传 动 方 案 设 计3.1 旱地立式驱动耙主体结构方案设计在 满 足 农 业 机 械 设 计 要 求 和 配 套 机 车 FS-275 的 挂 接 要 求 的 前 提 下 进 行结 构 方 案 设 计 ， 并 参考国内外旱地驱动耙产品数据和参考有关书籍， 动 力 由万 向 节 输 入 ， 首 先 机 具 上 需 要 设 计 一 组 变 速 箱 使 得 转 速 由 输 入 时 的540r/min 变 成 输 出 时 的 190r/min； 其 次 要 求 将 万 向 节 输 入 的 水 平 方 向 的 动力 转 变 成 竖 直 方 向 的 动 力 （ 由 锥 齿 传 动 实 现 ） ， 再 次 实 现 主 动 刀 盘 相 互 间 的反 向 传 动 。 为 此 在 设 计 过 程 中 拟 定 了 以 下 三 种 方 案 ：IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 10 -10方 案 一 ： 万 向 节 输 入 动 力 传 给 两 个 圆 柱 齿 轮 （ 级