淮山开沟、采摘机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 由于淮山种植和收获需要大量的人力，此次毕业设计为了解决这些问题设计了一台淮山开沟、采收一体机。 本产品配备大功率节能发动机，通过主传动轴组将发动机动力输送到传动齿轮箱体，经过动力转换，再由齿轮箱体的输出法兰带动立式螺旋刀具，进行开沟。然后通过液压系统控制螺旋做垂直升降运动，螺旋钻入至地面至所需深度时，四轮向前行走。同时在与立式螺旋刀具旁边安装了水平的输送螺旋，进行排土。这样当螺旋刀具将土从地面下提升到地面上，由于螺旋主轴的离心力使土飞溅到水平输送螺旋里去，然后由 水平螺旋 输送至上一行山药槽沟中。 关键 词 ： 开沟机；螺旋刀具；输送螺旋机 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a of in to in a is to a by of do to to to by of at of on So to to of a to by in of 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 第一章 绪论 . 4 研究的背景和意义 . 2 国外开沟机 . 2 国内开沟机 . 2 第二章 传动装置的设计 . 4 淮山开沟、采收机的工作原理 . 4 发动机功率的组成 . 4 工作装置功率的计算 . 4 拖拉机行走功率的计算 . 7 固定消耗功率 . 7 动力选择 . 8 传动装置的总参数 . 8 传动装置的总传动比及分配 . 8 各传动比和转速 . 8 传动装置中带传动的计算 . 9 发动机主轴与主传动轴之间的带传动 . 9 主传动轴与减速箱输入轴的带传动 . 9 减速箱中输出轴与变向齿轮箱中的输入轴之间的带传动 . 10 直齿圆锥齿轮传动 . 11 减速齿轮箱中的锥齿轮 . 11 向齿轮箱中的锥齿轮 . 11 传动 . 12 第三章 螺旋刀具的设计 . 12 旋刀具的分类和构成 . 12 旋刀具的设计要求 . 13 旋刀具结构参数的设计 . 14 旋叶片的设计 . 14 主轴的设计 . 14 钻尖的设计 . 14 端面切刀片的设计 . 15 螺旋切土刀片的设计 . 15 螺旋方向的确定 . 17 旋刀具运动参数的设计 . 17 第四章 其他 装置 . 17 接件的设计 . 17 架的设计 . 18 体的设计 .考文献 . 19 致谢 . 21 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章 绪论 研究的背景和意义 淮山，通称山药，多年生草本植物，不仅有丰富的营养价值而且还具有健脾益胃、益肺止咳、 降低血糖、延年益寿等多种药用价值，使得它在市场上赢得了人们的亲睐，这也给种植山药的农民带来了可观的经济效益。可是在种植和收获山药时需要高强度的体力劳动，使得农民不敢大批量的种植。由于农业机械化的提升，大部分的农民都采用机械种植和收获。 淮山开沟、收获机械的设计主要是开沟部分。市场上已经有各种各样的开沟机。开沟机是一种专门用于开沟挖槽的机械，它可以实现长距离连续工作。它工作效率高，沟槽成型好，在农业种植领域，比如山药、牛蒡种植、果园施肥等方面都有着广阔的发展前景。 淮山开沟、收获机中开沟部分的工作部件为螺旋刀 具组合，工作时，螺旋刀具一次性完成对土壤的铣削、提升和抛撒。该机兼备工作部件紧凑，工作效率高，机动性灵活，对于开长度较长的沟槽更有优势等特点。 国外开沟机 旋转开沟机是六十年代出现的一种连续挖土机械，适宜开挖梯形截面的农用沟渠。由于其牵引力小、能均匀散开沟内土壤，工作效率高，因而得到迅速发展和广泛应用。在国外主要以大型开沟机为主，苏联、意大利、法国、日本等国都有不同型号的系列产品，从结构特点和使用性能两方面来看，目前基本上以苏联和意大利为代表的两大类型。苏联从 1975 年开始推出一系列的旋转开沟机产 品： 液压铣切式开沟机、 刀 大利主要生产 列的单圆盘开沟机心及 大类型的开沟机主要区别在于：前者是开挖大型沟渠的大型机械，且能一次性成沟，所采用的是切抛分开型的刀齿；后者是临时性的小沟渠，采用的是切抛合一型的刀齿。 国外开沟机的代表机型有：切削链式开沟机、螺旋助推式开沟机、侧置式公路开买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 沟机、圆盘旋转式开沟机，主要特点是以大功率，重机型为主，功耗大，体积也大。 图 1沟机 图 1型开沟机 国内开沟机 我国开沟机的种类很多， 60 年代开始从国外引进，从七十年代开始正式研制旋转开沟机，通过自身研究和借鉴国外的经验，目前逐步形成了适合我国国情的开沟机系列，到现在已经有几十种型号。其主要型式有四种： （ 1）铧式犁开沟机 铧式犁开沟机属于从动型工作部件，利用“刨削”原理，沿直线运动对土壤进行买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 刨削。加工过程相对铧式犁切削速度要大。铧式犁型开沟机主要应用于蔬菜的栽种和植树造林等，我国主要 有 京 种类型， 作原理；随着机组前进，犁尖入土，开轴的土沿着犁体上升。冀板将土推向两面三刀侧、冀尾板将沟壁压紧，形成梯形断面的沟渠，达到列沟培土的目的。京 沟机在工作时，前面的犁铧起土，分土板片土扣翻到两面三刀侧，形成农艺要求的一种沟型。该机型入土阻力小，质量轻，工作性能好，可以开出成型沟，但沟型断面不平整。 （ 2）链齿式开沟机 1992 年，江西省农机研究所和江西农业大学针对果园开沟，设计了与丰收 180链齿式开沟机，开沟机通过链条上的刀齿 逆向切削土壤，切削垡片由链齿出沟面，再由双向搅龙输送到沟两测，完成开沟作业。 1链式开沟机主要特点；开沟理管时，沟形一次成型，种植山药可不开沟只松土，刮土板改变刀齿排列，达到深松土 60 100节省大量人力。配套拖拉机功率 17 37沟深度 60010001500沟宽度速度 200 600m/h。 （ 3）螺旋式开沟机 2000 年东北农业大学针对了泥炭（沼泽地的产物）的开采而设计了一种 1，其工作部件采用锥螺旋式搅龙切抛土，可开挖出较大型梯形沟渠。在立式开沟机的思路上， 2001 年昆明市农业机械研究所又研制出 1双轴立式旋转开沟机。采用双轴结构，两套旋转方向相反的刀轴同时切抛上下沟土，能开出小型矩形沟渠。 （ 4）圆盘式开沟机 圆盘式开沟机属旋转式开沟机，将开沟部件做成圆盘式结构，利用动力输出轴带动刀盘旋转切削土壤，我国从七十年代开始正式研制，通过自身研究和借鉴国外的经验，目前逐步形成了适合我国国情的开沟机系列。定型为东方红 拉机配套的1圆盘旋转开沟机和 1圆盘旋转开沟机，为铁牛 拉机配套了1圆盘旋转开沟机。结合我国国情出发的：即要求重量轻，结构简单，又要求能耗小，生产率高。到 80 年代，圆盘式开沟机又生产出一系列产品： 1（配套 瓦拖拉机）、 1、 1、 1、 1等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第二章 传动装置的设计 淮山开沟、采收机的工作原理 本设计配备 73100 马力）大功率节能发动机，通过传动轴组将发动机动力输送到传动齿轮箱体，经过动力转换，再由齿轮箱体的输出轴带动螺旋刀具的转动。通 过液压系统控制螺旋刀具做垂直升降运动，螺旋刀具钻入至地面至所需深度时四轮向前行走，将土从地面下提升到地面上，然后由护板上 的水平螺旋输送至上一行山药槽沟的一旁，划出收获山药时所需的沟槽。 发动机功率的组成 淮山开沟、采收机的发动机功率由三部分组成，即工作装置功率、拖拉机行走功率、固定消耗功率。 固行工总 （ 2 式中：总P：发动机的总功率， 工P：工作装置功率， P：拖拉机行走功率， P：发动机风扇及液压系统所需功率， 工作装置功率的计算 a) 切削总阻力计算公式： 180901)( （ 2 式中：土壤坚实度计的冲击次数，取5 切削厚度 刀片宽度 刀片切削角，对于圆弧形刀片刀片切削角等于后角 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 刀片尖角计算系数，取上式中的切削厚度、刀片切削角和刀片厚度作相应的调整后得到单个刀片的切削阻力：180901)( 80 20901)(= （ 2 螺旋刀具的 总切削阻力： r 0 3 0100 3 （ 2 式中： z 螺旋叶片 上同时与土壤作用的刀片数。工作时有 10把刀片同时切土。 由于刀片受到各种冲击的影响，在设计时应加入动载系数，一般情况下动载系数0则 (2b） 淮山开沟、采收机 的生产率： 51501 0 0 0300 330 （ 2 式中： B 沟宽 H 沟深 0v 机组 前进速 c) 螺旋切土刀片 的 切削功耗为： 0 （ 2 d) 沿沟深方向 提升土壤的功耗 提升土壤的功耗即克服土壤重力所做的功 ,计算如下： 7 0 0 0 （ 2 式中，土壤颗粒在 螺旋 刀 片 与沟侧壁间滞塞的 可能系数 ，取 土壤容重 H 土壤离地面的高度 土壤容重 是土壤在未破坏的自然结构下，单位容积中的重量，通常以 3/壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作层土买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 壤容重 1 103N/层越深则容重越大 。各种土壤的容重数据 见表 2 表 2壤容重 土壤级别 土壤名称 难易系数 容重 砂和粉砂土 种植土 50002000 轻粘土 小石头 夹有碎石当砂土 6000 17000 17500 亚 粘土 重粘土 干黄土 8000 17500 18000 重粘土 硬黄土 含石块的粘土 石块与粗卵石 9500 20000 19500 密实硬黄土 轻质泥灰土 不坚实页岩 岩石 9500 19000 20000 20000e) 提升 土壤与沟道土壤的摩擦功耗 c o s)20 f = 50c o 8 0 0 = （ 2 式中： 2 土壤的内摩擦系数，见表 2表 2壤摩擦系数 土壤名称 内摩擦系数 外摩擦系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 砂 土 块砾石 泥土灰 含水分的粘土 碎石 ) 土壤 的 抛洒 功耗 h 2 1 6 0 0 0 （ 2 式中：0C 用实验的方法确定的螺旋排土土壤阻力系数，对大多数土壤取 4 5 抛洒 土壤到开沟边的最大距离， 一般取 文取 工作 装置 的 总功耗为： 4 6 0 12 7 0 0 02 1 6 0 0 工 （ 2 式中： 配套动力到开沟装置的传动效率 拉机行走功率的计算 由于淮山开沟、采收机在工作时不仅需要克服机器行走 所引起的一切阻力，而且需要克服机器对土壤进行切削时所引起的行走阻力以及排料装置所需要的功率。根据相关的文献，拖拉机的行走功率选择如下： 0固定消耗功率 固定功率是指在淮山开沟、采收机工作时，不论机器的工作速度如何变化，它所消耗的功率基本不变，或者它的变化对机器没有太大的影响。这方面的功率有：发动机风扇以及给液 压油缸供油的液压泵。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 缸风固 所以 固行工总 动力选择 选择菲亚特 经过欧洲长期的农业作业的考验是通用性比较强的机型，可适应各种农田负荷且该机型工作可靠性高， 油耗率低 ,是比较理想的机型。 传动装置的总参数 传动装置的总传动比及分配 83 0 02 4 0 03210 1i ：发动机主轴与主传动轴之间的传动比 2i ：主传动轴与减速箱输入轴之间的传动比 3i ：减速箱中输入轴与输出轴之间的传动比 0n：发动机的转速 各传动比和转速和各轴的功率 1i =2， mi n/1200101 1P = =i =1 ， 20021 2P = 1P 2 3 =i =4， mi n/300323 3P = 2P 2 3 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 传动装置中带传动的计算 发动机主轴与主传动轴之间的带传动 根据所选的发动机得知主动带轮的转速和尺寸大小，其参数如表 1示： 表 1传动 项目 参数 项目 参数 带型 基准长度（ 2000 传动功率 ( 轴间距 ( 600 主动轴转速（ r/ 2400 传动比 2 从动轴转速 (r/1200 小带轮包角（ ） 带根数 3 小带轮的基准直径（ 112 带速（ r/ 大带轮的基准直径（ 224 传动功率（ 主传动轴与减速箱输入轴的带传动 因齿轮箱体会由液压系统实现垂直升降运动，即主传动轴与减速齿轮箱体的输入轴之间的带传动会绕主传动轴上下摆动。由于主传动轴上的带轮不动，而齿轮箱体上的带轮又要做垂直升降运动，为了实现这一运动需要在带松边的内部装一张紧轮，通过绷紧张紧轮来实现两带轮之间的配合，如图 2示： 图 2实现垂直升降的带传动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 如图 2示， 1 为圆筒， 2 为推杆， 3 为张紧 轮， 4 为减速箱中输入轴的带轮， 5为主传动轴中的带轮。 A、 B 为活动铰链，让从动轮和张紧轮可以自由的垂直升降，而不被卡住。 1 中装有弹簧，当齿轮箱体下降时，主动带轮与从动轮的轨迹之间的距离保持不变，压缩弹簧，使弹簧受力，根据作用力与反作用力定律，弹簧通过推杆作用于张紧轮的力使带轮张紧，同时也使得带的最小初拉力增大，这样就减小了带轮的包角，使得主、从带轮不至于打滑。各尺寸参数 ，如表 2示： 表 2带传动 项目 参数 项目 参数 带型 基准长度（ 1800 传动功率 ( 轴间距 ( 500 主动轴转速（ r/ 1200 传动比 1 从动轴转速 (r/1200 小带轮包角（ ） 142 V 带根数 3 两带轮的基准直径（ 112 减速箱中输出轴与变向齿轮箱中的输入轴之间的带传动 由于螺旋出土时需要水平的输送螺旋将土输送到沟槽的一侧，两螺旋连接的变速、变向齿轮箱通过带传动相连接。由于此带传动只传递运动而不变速，故所选的两带轮大小相等。各尺寸参数如表 2示： 表 2带传动 项目 参数 项目 参数 带型 基准长度（ 1800 传动功率 ( 轴间距 ( 500 主动轴转速（ r/ 300 传动比 1 从动轴转 速 (r/300 带轮包角（ ） 150 V 带根数 1 两带轮的基准直径（ 112 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 直齿圆锥齿轮传动 减速齿轮箱中的锥齿轮 减速齿轮箱中采用的是一级直齿圆锥齿轮传动。输入轴连接主传动轴，输出轴通过联轴器与立式螺旋刀具相连。由于减速齿轮箱中的输出轴往下要与立式螺旋刀具相连，向上要装一带轮与变向齿轮箱相连，故小齿 轮用悬臂式支撑，大齿轮用简支式支撑。各尺寸参数如表 2示： 表 2 变速齿轮传动 名称 代号 计算公式和结果 小锥齿轮齿数 1z 20 大锥齿轮齿数 2z 80 分度圆锥角 2 r c t a na r c t a u 模数 m 3力角 20 小锥齿轮分度圆直径 1d 020311 大锥齿轮分度圆直径 2d 4080322 锥距 R 22221 向齿轮箱中的锥齿轮 变向齿轮箱是将动力从减速齿轮箱传递到水平螺旋，使其能够将土输送到沟槽的一侧。齿轮箱中的锥齿轮只起着变向的作用，所以选择齿数相等的锥齿轮。具体参数如表 2示： 表 2变向齿轮传动 名称 代号 计算公式和结果 锥齿轮齿数 z 20 分度圆锥角 45 模数 m 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 压力角 20 锥齿轮分度圆直径 d 0203 锥距 R 22221 传动 水平输送螺旋主要是将立式螺旋刀具抛洒出来的土块排到沟槽的一侧，所以水平螺旋土块的输送量要大于刀具的抛洒量，并且转速也要大于刀具转速。因此，变向齿轮箱与水平输送螺旋之间的传动采用增速传动。根据相关文献，采用滚子链为 08B/体参数设计，如表 2示： 表 2链传动 项目 参数 项目 参数 主动链轮齿数 39 主动链轮转速（ r/ 300 从动链轮齿数 25 从动链轮转速（ r/ 际中心距（ 传动比 2/3 链速 （ r/ 三章 螺旋刀具的设计 旋刀具的分类和构成 根据沟槽断面的形状不同，常见的螺旋刀具有两大类：锥形螺旋刀具和柱形螺旋刀具。锥形螺旋刀具（图 3开沟槽断面为梯形，这种刀具由于叶片直径由底向上逐渐变大，工作时不会发生土壤拥堵现象，刀具叶片也不易因土壤拥堵而变形。锥形螺旋刀具开挖质地粘稠的土壤时也很有效，所以，锥形螺旋刀具可以用于泥炭等自然资源的开采。 柱形螺旋刀具所开沟槽断面为矩形，按照螺旋线是否变螺距，柱形螺旋刀具可以分为等螺距螺旋刀具（图 3变螺距螺旋刀具（图 3变螺距螺旋刀具螺距买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 从底向上逐渐加大，刀具工作时也不容易发生土壤拥堵现象，因此变螺距螺旋刀具是被开沟机广泛采用的工作部件，但是制造和成本都大大的提高。 图 3旋刀具的种类 本文研究的开沟机用于淮山的采收，为了改善工作部件的排土性能和零件的经济性，螺旋刀具组合设计成等螺距柱形螺旋刀具。淮山开沟、采收机工作时，动力经主轴传递，驱动螺旋刀具旋转。刀具首先向下运动，在钻尖和端面切土刀片的切割下，刀具完成钻孔工作，这一阶段开沟机的工作状态类似于螺旋挖坑机作业过程。 当到达指定沟深后，螺旋刀具向前运动，螺旋叶片的边缘铣削土壤，将土块从沟 壁切下。在螺旋叶片边缘焊接螺旋切土刀片可以更有效的切割土壤，减少刀具切割阻力，减缓螺旋叶片磨损速度，提高开沟机工作效率。 螺旋刀具的后面会安装一个水平输送螺旋。被铣削下的土粒碎块下方为未被刀具切削的土层，前、左、右方为沟壁，后方为水平输送螺旋。在土层、沟壁、水平输送螺旋的阻挡作用下，土粒只能在螺旋叶片之间运动，随着螺旋叶片的旋转轴向提升，最终被均匀地抛洒在沟槽两侧或撒进水平输送螺旋里去，由水平输送螺旋把土输送到沟槽的一侧。螺旋刀具的这一 工作阶段类似于螺旋输送机输送物料过程。 旋刀具的设计要求 为了使开沟机能满足正常工作要求，对螺旋刀具的结构参数和运动参数的设计存在以下 2 点要求： （ 1）淮山种植、收获时常见的沟型为矩形沟，深度为 900000宽为 300右，所以螺旋刀具应该设计成柱形螺旋刀具，且刀具的直径和高度应该满足作业要求。 （ 2）螺旋刀具的转速应该大于土壤只随叶片旋转而不向上提升的临界转速。防止买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 土壤在螺旋刀具上发生拥堵现象。 旋刀具结构参数的设计 本节根据实际工作要求，参照前人设计经 验和螺旋挖坑机的相关研究理论对螺旋叶 片、主轴、钻尖、端面切土刀片和螺旋切土刀片进行初步设计。 旋叶片的设计 螺旋开沟部分的主要工作面为螺旋叶片外缘，而非螺旋刀具上的端面切土刀片。螺旋开沟机的螺旋叶片不仅起到输土和抛土的作用，更发挥着铣削土壤的关键作用，因此螺旋叶片是螺旋刀具最主要的组成部分。 由于淮山种植、收获机所开沟槽多为深度为 900000宽为 300矩形沟。所以，本研究设计的螺旋叶片半径 R =150度 h =950 根据相关文献可知，切削功率与 切削角的正切值成正比，所以为了减小螺旋开沟机的切削功耗，一般选取较小的螺旋角。但是螺旋角过小，容易引起土壤拥堵现象，造成螺旋叶片的挤压变形；此外，螺旋角太小，土壤不易被抛洒，从而导致回土现象的发生。 由于将螺旋线设计成等螺距结构，故立式螺旋开沟机螺旋角采用一定值。设定螺旋叶片的厚度为 3旋角 100，螺距为 150 主轴的设计 主轴负责将减速箱输出的动力传递给螺旋叶片，驱动螺旋叶片进行土壤铣削运动。将螺旋刀具主轴设计成实心轴。选用的是直径 D =35轴作为刀具主轴，初步设计的主轴长度 H =1200 钻尖的设计 螺旋刀具的钻尖在向下钻孔时起到切去中心部分土壤的作用。钻尖的设计型式如图 3示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 3尖的设计 端面切刀片的设计 端面切土刀片也称为钻铲或钻铧。主要负责在螺旋刀具向下挖坑的工作阶段，对土壤的切削。端面切土刀片是工作中的易磨损零件，其形状、刃口锋利程度、耐磨性对开沟机的工作能耗和生产率有很大影响。查阅农业机械设计手册可知，端面切土刀片的刃角一般为 25 30，为了减缓磨损速度，本研 究设计的端面切土刀片刃角为 30 。 端面切土刀片通过螺栓连接座的尺寸设计要保证刀座能够良好地焊接到螺旋叶片上。本文参照螺旋式挖坑机刀片的常见型式，设计的刀座和端面切土刀片如图 3 3示。 图 3座 图 3面切土刀片 螺旋切土刀片的设计 螺旋开沟部分主要靠螺旋叶片外缘对土壤进行不断铣削，特殊的 工作原理导致螺旋开沟机的螺旋叶片比螺旋挖坑机的螺旋叶片更容易发生磨损。因此，螺旋开沟部分买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 的螺旋叶片外缘必须增加切土刀片。螺旋切土刀片的形状、数量和安装位置对于维系开沟机平稳工作，降低土壤切削阻力和能耗，延长刀具的使用寿命具有重要意义。土壤的切削是一个复杂过程，土壤在切削刀具的压力作用下，发生挤压和剪切变形，当压力增大到土壤的破坏极限时，土体的原始结构被破坏，土块或土层便被切离。刀具的切削阻力可分为：破坏土体结构时产生的阻力、土的内摩擦力、土壤与切削刀具之间的摩擦力。 影响切削阻力的角度参数为切削角 ，刃角 ，后角 1 。切削角 对切削阻力的影响很大，切削阻力随着切削角的增大而增大。一般认为切削角 20 时为最合理。后角 1 的存在有利于减少因切削装置与土体之间的摩擦而产生的切削阻力。刃角 的大小主要取决于切削角 的大小。如果过分地追求小角度的切削角，必然会导致刃角减小，造成切削装置无法满足强度条件，刃口磨损加剧，反而会增大切削阻力。此外，切削阻力与刀具的刀刃厚度也有关系，刀刃厚度增加 ，切削阻力也会增加。 本文参照常见的挖掘机铲斗斗齿的设计，将螺旋切土刀片设计成图（ 3 所示刀片。螺旋切土刀片厚度为 3出螺旋叶片的距离为 10螺旋叶片的焊接长度为 10削角 为 70，刃角 为 50，切削刃圆角为 角 1 为 20。虽然切削角很大，远远超过公认的 20合理切削角，但是由于刀