甘蔗收获机剥叶和集拢环节的设计

湛江海洋大学 本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 书书 题目甘蔗收甘蔗收获获机剥叶和集机剥叶和集拢环节拢环节的的设计设计 （中英文） The design of shelling the leaf and collecting link of the sugarcane reaping machine 作者姓名杨杨 军军 所在专业机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 所在班级 01机制机制5班班 申请学位 学士学位学士学位 指导教师张张世亮世亮职称副教授副教授 答辩时间年 月 日 目目 录录 目目 录录2 中文摘要中文摘要4 Abstrsact4 第第 1 章章 绪论绪论5 1.11.1 甘蔗收获机的现状甘蔗收获机的现状5 1.21.2甘蔗收获机的剥叶和集堆环节甘蔗收获机的剥叶和集堆环节55 1.31.3 糖厂甘蔗备料糖厂甘蔗备料.6 1.41.4 主要技术参数主要技术参数.6 1.51.5 甘蔗密度的测定甘蔗密度的测定.6 1.61.6 甘蔗收获机的构成甘蔗收获机的构成.6.6 第第2 2章章 输送辊的设计输送辊的设计66 2.12.1 橡胶棒的设计橡胶棒的设计.6.6 2.22.2 橡胶棒结构及质量橡胶棒结构及质量.7.7 2.3 橡胶棒依附辊的设计橡胶棒依附辊的设计8 2.42.4依附圆筒的结构设计依附圆筒的结构设计9 第第3章章 剥叶滚筒的设计剥叶滚筒的设计11 3.1 剥叶胶剥叶胶 片片11 3.23.2剥叶滚筒的传动设计剥叶滚筒的传动设计.13 3.33.3滚筒结构设滚筒结构设16 第第4 4章章 扫叶滚筒的设计扫叶滚筒的设计.16 4.14.1 扫叶片扫叶片16 4.24.2 扫叶片依附圆筒的设计扫叶片依附圆筒的设计16 第第 5 章章 限速辊的设计限速辊的设计17 5.15.1 橡胶棒的设计橡胶棒的设计.17 5.2 限速滚筒材料的选用限速滚筒材料的选用.19 5.3 限速滚筒的质量计算限速滚筒的质量计算19 5.4 限速辊的转速分析限速辊的转速分析.20 第第 6 章章 挡甘蔗装置的设计挡甘蔗装置的设计.20 6.1 挡甘蔗装置工作元件材料的选用挡甘蔗装置工作元件材料的选用20 6.2 挡甘蔗装置工作元件的结构挡甘蔗装置工作元件的结构20 6.3 挡甘蔗装置工作元件的质量挡甘蔗装置工作元件的质量20 6.4 挡甘蔗装置工作元件与集拢装置间的双联动挡甘蔗装置工作元件与集拢装置间的双联动.21 第第 7 章章 甘蔗的集拢、整齐装置的设计甘蔗的集拢、整齐装置的设计.21 7.1 后仓材料的选用后仓材料的选用.21 7.2 甘蔗在即将下放时的堆积甘蔗在即将下放时的堆积.22 7.3 后仓质量的计算后仓质量的计算.22 7.4 甘蔗整齐装置的设计甘蔗整齐装置的设计23 7.5 后仓夹紧杆的设计后仓夹紧杆的设计.24 7.67.6 后仓与悬臂梁间的销连接设计后仓与悬臂梁间的销连接设计.24 7.77.7 悬臂梁的校核悬臂梁的校核.25 总结及鸣谢总结及鸣谢.26 参考文献参考文献27 中文摘要中文摘要 本设计主要对能适应我国国情的甘蔗收获机的剥叶和积拢环节的设计，主要有甘蔗输送环 节，剥叶环节，限速环节，甘蔗积拢，积拢时短时阻挡部分组成。其中甘蔗积拢和阻挡部 分为双联动机构。首先对甘蔗收获机的机构进行结构整体设计计算，对轴承，螺栓，键等 标准件的选用和对剥叶滚筒间链的重新设计，然后对双联动进行重新设计。最后对整体机 构的装配图用Auto CAD表示。 关键字：关键字：甘蔗输送；剥叶；限速；积拢 Abstract The design is a part of sugarcane reaping machine,which is composed of shelling leaves and accumulation and comb ,and that should mainly be able to adapt to our national conditions .The machine mainly is composed of the link of reaping leaves ,restricting the speed ,accumulating and combing the sugarcanes,stopping the sugarcanes for a short time when they they sre accumulated and combed.Among them the part of accumulating and combing sugarcanes and stop is pair linking structure.At first ,the design calculate the structure of the sugarcane reaping machine to the organization,and then select some standard parts,such as the bearings,the bolts and the keys.Also redesign the chain among the shelling leaf cylinders.At last ,redesign the pair linking structure. Express the sketch map of the whole structure with Auto CAD finally. Key words: Sugarcanes sending； Shell leaves； Restrict the speed ；Accumulate and comb 甘蔗收获机剥叶及积拢环节的设计甘蔗收获机剥叶及积拢环节的设计 机械设计制造及其自动化,2001121530,杨军 指导老师:张世亮 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 甘蔗收获机的现状甘蔗收获机的现状 甘蔗收获是整个甘蔗生产中的一个重要环节，用工量约占整个甘蔗生产过程（整地、 种、管、收）的60%以上，人工砍收每个劳动力每天只能收0.50.6T，每公顷甘蔗需120- 150个劳动力，甘蔗收获同时又是一项费工费时的繁重的作业，随着经济的发展，劳务工价 格提高，每公顷甘蔗收获作业花费2250元左右，很多蔗农增产不增收。甘蔗收获机械化己 成为我国甘蔗生产迫切重要解决的问题，我国种植甘蔗面积105万，甘蔗总产量6000 2 km 万/T，在世界排第三位。，但又是单位面积产量低，成本高的国家。我国的白糖在国际市 场上基本上无竞争力可言。我国加入WTO后，国外蔗糖将逐年扩大对我国市场的占有份额， 我国的蔗糖正面临着严重的挑战。我国 的甘蔗生产，除品种改良，提高栽培水平，改进加 工工艺外，最快捷最容易见效的办法就是提高机械化程度，特别是提高机械收获的程度， 是降低蔗糖生产成本的重要环节。而在国外澳大利、美国等国早在二十世纪六、七十年代 已完全实现甘蔗种、管、收全程机械化作业。日本、巴西、菲律宾、南非等国也在较大程 度上实现了机械化。我国在相同时期开始大力推动和发展甘蔗生产机械化，但到目前为止， 甘蔗种植面积在全国二分之一的广西，机耕蔗田面积也仅仅达60%。甘蔗收割机械的生产使 用仍停留在样机试验或表演阶段，全国范围内实际应用几乎为零。甘蔗收获机械研究和应 用缓慢，其原因是多方面的，但技术的因素仍是主要的。甘蔗人工收获主要包括砍茎、削 叶、集堆、装车四道工序。甘蔗机械从机械种类上分有分段收获机械和联合收获机械。分 段收获机械工序为：割铺、剥叶、集堆、装车。联合收获机械可分为整杆式收获和切断式 收获机械。整杆式收获工序为：切梢、扶倒、切割、喂入、剥叶、分离、集堆；切段式收 获工序为：切梢、扶倒、切割、切断、分离、输送装车。主要性能指标：适应作业行距、 垄高、宿根破头率、损失率、含杂率、完好率、可靠性。这些性能指标直接影响到甘蔗收 获机械的在我国应用及推广。甘蔗切断式收获机在切割后断口与空气的接触面积大，使甘 蔗的糖分损失很大，所以采用整竿式收获是提高产糖量的一个方法之一。 1 1.2.2 甘蔗收获机的剥叶和集堆环节甘蔗收获机的剥叶和集堆环节 1.2.1 中间输送与剥叶机构 剥叶机构和剥叶机采用前一组输送辊后一组限速辊，中间一组剥叶滚筒。剥叶元件有 活动胶片、尼龙毛刷、等元件，一个剥叶滚筒有5排剥叶元件，可更换，其作用是使甘蔗在 剥叶元件离心力作用下剥下蔗叶。剥叶元件寿命一般在60100T左右。 1.2.2 整杆式收获机的集堆装置 整杆式收获机的集堆装置置于收割机后面，为斗式倾斜堆放，由机架、集堆箱、油缸 等部分组成，甘蔗输送到集堆箱满后，通过液压操作将甘蔗卸到地上。特点是结构简单、 实用，但收割机后架庞大，转向不灵活。积拢后的甘蔗达到一定量后要下放，而下放甘蔗 的同事，甘蔗收割、剥叶仍在进行。后仓打开后，甘蔗仍从限速辊输送出，所以传送出来 的甘蔗在下放时间间隔内要将传送出来的甘蔗挡住，不让其到达后仓，增设了挡甘蔗装置。 1.31.3 糖厂甘蔗备料糖厂甘蔗备料 从蔗区运来的甘蔗，用起重机吊至称蔗台衡重后，经喂蔗台卸入第一输蔗机送去破碎处 理。甘蔗破碎设备目前一般由一台逆转式切蔗机和一台切撕机组成，以获的较好的蔗丝形 态。 1.41.4 主要技术参数主要技术参数 生产率 2025吨/小时 蔗段合格率 80% 含杂率 10% 损失率 7% 发动机功率 90马力 宿根破头率 20% 外形尺寸 9500 X 2195 X 4200 重量 6500 KG 适用于行距1.41.5米，蔗株高度1.53.5米的直立或倒伏不太严重的大面积蔗田作业。 能连续完成切梢、扶倒、切割、喂入、输送、剥叶、夹紧、积拢等联合作业。 1.51.5 甘蔗密度的测定甘蔗密度的测定 取实验甘蔗段 称重m=500g 量的甘蔗直径d=3.6（cm）；L=42（cm） =)/(2 . 1 42 4 6 . 3 500 4 3 22 cmg L d m v m 1.61.6 甘蔗收获机的构成甘蔗收获机的构成 本甘蔗收获即由一对输送辊，一对剥叶滚筒，一对限速辊(输送辊)，一个扫叶滚筒，两 扇后仓组成。 第第2 2章章 输送辊的设计输送辊的设计 2.12.1 橡胶棒的设计橡胶棒的设计 切梢后的甘蔗经喂入装置进入输送辊，根据甘蔗榨糖的要求，甘蔗不能有严重的破损。 所以，输送辊的外圆表面要为与甘蔗弹性相同的材料才最优。采用圆筒外面安装橡胶棒结 构。 2.1.1橡胶棒材料的选用 橡胶棒材料选用为顺丁橡胶（BR）：其由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶，全名叫顺 式1，4聚丁二烯橡胶。其特点：结构与天然橡胶基本一致。突出的特点优点是：弹性与 耐磨性优良，耐老化性佳，耐低温性优越，在动负荷下发热量小，易与金属粘合。缺点是： 强力较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性差。主要用途：一般多和天然或丁苯橡胶混用， 主要制作轮胎胎面，减震制品，输送带和特殊耐热制品。橡胶滚轮用于输送甘蔗进入剥叶 滚轮中，只是作为一种输送装置。橡胶棒与甘蔗表面摩擦力较大，摩擦次数较多，且挤压 硬度又不能太大，所以选择顺丁橡胶在性能方面能基本满足上述要求。 顺丁橡胶的一些性能参数顺丁橡胶的一些性能参数 生胶密度（g/cm ） 3 0.910.94耐磨性优 拉伸强度（补强硫化）1825耐屈挠性优 伸长率450800耐冲击性能良 回弹率/%7095耐水性优 2.22.2 橡胶棒结构及质量橡胶棒结构及质量 橡胶棒的结构如图2-1所示 图2-1橡胶棒的结构 已知 橡胶棒外径 D=60 内径 d=40 长度 L=700 橡胶棒密度 =0.92 g/cm 所以 3 单个橡胶棒体积 V=（）L=（）0.7 4 2 D 4 2 d 4 06 . 0 06 . 0 14. 3 4 04 . 0 04 . 0 14 . 3 =10.9910 m 42 所以由公式 m=v 得 m=0.92=1.01（kg） 3 10 3 1099.10 每个辊上的橡胶棒的数目设为N 则 L=D =3.14=1.1（m） 3 3 10340 = 202 6 . 1067 60 2 L S D 橡胶棒中心线绕辊中心线的外圆直径 3 S相邻两橡胶棒中心线的弧长 相邻两橡胶棒中心线的角度 若橡胶棒密排 则 NLD N= 取 N=18 8 . 17 60 6 . 1067 D L 所以 每个辊上的橡胶棒总质量 M= N)(18.1801 . 1 18kgm 2.3 橡胶棒依附辊的设计橡胶棒依附辊的设计 2.3.1 依附辊材料的选用 根据HT150（灰铸铁件）的力学性能及用途，查阅机械设计手册单行本，成大先 主编常用工程材料。选用HT150，该圆筒为铸铁。其优点：不用人工时效，有良好的 减振性，铸造性能好。 2.3.2 依附辊的质量计算 V =（m） 1 392222 109 . 510700)260280( 4 )( 4 LdD V 3 23 3 2 108 . 1 )10340( 4 10210 V 3 23 3 3 102 . 0 4 )1025( 10502 所以 依附辊的质量 M=)( 1 .569 . 71 . 710)9 . 52 . 08 . 1 (101 . 7)( 33 321 kgVVVV D工作辊外径 d工作辊内径 铁的密度 V 工作辊体积 1 V 两端支撑轴体积 2 V 工作辊两挡边体积 3 2.4 依附圆筒的结构设计依附圆筒的结构设计 2.4.1 摩擦力的分析 甘蔗的直径区d=40mm，输送辊一次能输送的甘蔗数目n=。即在有足够大动17 40 700 力的情况下，输送辊可同时输送17根甘蔗。在收割过程中，根据单行甘蔗生长的情况及农 业生产经验，该输送辊的选取远远满足要求。 由中国机械设计大典及农业生产实践，甘蔗在弹性形变范围内的弹性变形与顺丁橡 胶类似。所以，两者的滑动摩擦因数取=0.5。甘蔗最大长度为3.5m，直径为d=40m。若 n=17根甘蔗且为L同时输入时，设轮辊受到的径向力为F，甘蔗总重量为G。 maxmax G=n= g d L 4 2 max )(878102 . 18 . 9 4 )1040(14 . 3 5 . 317 3 23 N 甘蔗沿辊的径向分力 F=G 1 N )(76060sin87860sinN 甘蔗沿甘蔗运动方向的分力 F =F 1 )(43930sin87830sinN F=420（N）sk N2 33 10210120 F甘蔗与橡胶棒沿径向压力 2 N K橡胶棒与甘蔗间的弹性系数 S甘蔗的弹性形变量 所以沿甘蔗运动方向的摩擦力 f=（N）4395905 . 0)760420() 1 21 FFF NN 所以 甘蔗能加速做滑动摩擦而被输送辊输送到剥叶叶片中 2.4.2 轴承的选用 2.4.2.1 受力分析 在选用轴承之前，对作用在输送辊轴径上的最大径向力进行计算： 设最大径向力为 max F 则 =950+420+1710+420=1960（N） max F 43 21 FFFF NN 其中 甘蔗总重力在输送辊上的径向分力 1 N F 橡胶棒与甘蔗的正压力 2 N F 橡胶棒自重沿输送辊的径向分力 3 F 依附圆筒沿输送辊的径向分力 4 F 由 =1960 max F 则输送辊两端所受径向力为 )(980 2 1960 2 max 2max1max N F FF 2.4.2.2 载荷情况 因为输送辊主要承受径向载荷，且承受的载荷较小，所以载荷性质为无冲击。 2.4.2.3 高速性能 输送辊的转速 n=min)/(95 2 . 0 2303030 r r v 当轴承的转速 n10（r/min）时，应根据额定动载荷来选择轴承的尺寸。可根据要求的 使用寿命和当量动载荷，由寿命公式计算出所选轴承应具有的基本额定动载荷值，在轴承 尺寸性能参数表中查出合适的轴承型号。由于球轴承比滚子轴承有较高的极限转速，故此 时应优先选用球轴承。 2.4.2.4 轴向游动性 由于农业机械的性质特点，在剥叶辊中的零件的热胀冷缩现象比较轻微，所以轴向游动 性可以不加考虑。仅此一项指标考虑，应选择球轴承。 2.4.2.5 调心性能 农业机械的性能特点决定其调心性能要求不高，所以该机械轴承的选用可不考虑其调心 性能。 2.4.2.6 轴的尺寸计算 由于输送辊工作面的受力均匀且不大，所以在选择上参考广西农业机械研究所的数据， 故可不加考虑。对于两端安装轴承处，根据材料力学相关知识，在两端其所受最大弯 距 M=39.2（N/m） max 且 W= 16 3 d HT150 的许用应力 =115Mpa 取安全系数 n=3 = W 3 max W M 3 max M 6 3 10115 2 . 393 16 d d 取 d=25（mm） )( 3 . 17mm 根据 d=25（mm） 查机械设计手册第二版 机械工业出版社 。选用 GB/T276 CA6405型轴承（d=25，D=80，B=21 安装尺寸 ） 。润滑方式为润滑脂润滑。105,71,34 rDd 2.4.2.7 对滚动轴承寿命的计算 滚动轴承的基本额定寿计算公式为 L= 10 )( P Cr 其中 L基本额定寿命（10 10 ) 6转 C基本额定动载荷 P当量动载荷 寿命指数 已知 C =38.2 （N） P=980 （N） =3 （球轴承） r 3 10 L=（=59225（h） 10 3 ) 980 38200 即在该机械类型，工作条件及可靠性要求下，使用寿命为59228小时。 2.4.3 销的选取 根据输送辊的传送条件，可选择圆锥销。由d=25（mm） 则该销的最小端直径为 （0.20.3）25=（57.5） （mm） ，取6（mm） 。则大端直径为8（mm） 。即GB/T117 1986 A625 第第3章章 剥叶滚筒的设计剥叶滚筒的设计 剥叶环节中的核心部分就是一组剥叶滚筒。剥叶元件有活动胶片，尼龙毛刷，一个剥叶 滚筒有五排剥叶元件，可更换，其作用是使甘蔗在剥叶元件离心力作用下剥下蔗叶（揉搓 蔗叶） 。剥叶滚筒的转速可根据甘蔗的生长的疏密程度和蔗叶繁茂情况进行调节。 3.1 剥叶胶片剥叶胶片 3.1.1 剥叶胶片的材料 剥叶胶片在工作时最主要的条件是要满足耐摩。其其他需要的条件与输送辊的基本相同， 所以其材料的选用与橡胶棒的材料相同，即：剥叶胶片材料选用为顺丁橡胶（BR）：其由 丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶，全名叫顺式1，4聚丁二烯橡胶。其特点：结构与天然 橡胶基本一致。突出的特点优点是：弹性与耐磨性优良，耐老化性佳，耐低温性优越，在 动负荷下发热量小，易与金属粘合。缺点是：强力较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性 差。主要用途：一般多和天然或丁苯橡胶混用，主要制作轮胎胎面，减震制品，输送带和 特殊耐热制品。橡胶滚轮用于输送甘蔗进入剥叶滚轮中，只是作为一种输送装置。橡胶棒 与甘蔗表面摩擦力较大，摩擦次数较多，且挤压硬度又不能太大，所以选择顺丁橡胶在性 能方面能基本满足上述要求。 顺丁橡胶的一些性能参数顺丁橡胶的一些性能参数 生胶密度（g/cm ） 3 0.910.94耐磨性优 拉伸强度（补强硫化）1825耐屈挠性优 伸长率450800耐冲击性能良 回弹率/%7095耐水性优 3.1.2 剥叶胶片的结构 剥叶胶片的结构图如下图3-1所示： 图3-1剥叶胶片的结构 3.1.3 一个剥叶滚筒上胶片的总质量 胶片的尺寸如上图所示， 则单个胶片的质量m=25 =24403（g）1094 . 0 70) 4 40 4 60 (40150 3 22 单个胶片在极限转速n =400（r/min）时所产生的离心力 1 F=)(6415 . 0 ) 30 400 (10 3 . 244 232 Nrm 每个剥叶滚筒有6排胶片组，每排有九个剥叶胶片， 所以 每个剥叶滚筒上胶片的总质量为 M=610993.5（g）=11（kg） 3 . 2449 所以 每个剥叶滚筒上胶片的总离心力 F=2880（N）6496 3.2 剥叶滚筒的传动设计剥叶滚筒的传动设计 由于链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。 链条的磨损，身长比较缓慢。张紧调节工作量较小，并且能在恶劣的环境下工作。因为剥 叶滚筒的传动功率100KW，且链速在15m/s以下，故选用滚子链（短节距传动用精密滚 子链 GB/T 12431997） 。 3.2.1 对剥叶滚筒间滚子链传动的设计计算 3.2.1.1 小链轮齿数 因为滚筒间链的链速较小，所以 查表 小链轮齿数为Z =17 1 3.2.1.2 传动比 = ；按推荐值 =23.5 取=3 2 1 n n 2 1 Z Z 3.2.1.3 大链轮齿数 Z = Z=17=51 21 i3 3.2.1.4 链轮张紧 由于两剥叶滚筒距离较近且传动条件要求也不高，所以不需要张紧装置。 3.2.1.5 功率计算 P)(3 . 2 1887 . 0 20 . 1 KW KK PK mZ A d 其中 P传递功率（KW） K工况系数 A K小链轮齿数系数 Z K多排链排数系数 m 3.2.1.6 系列选用 国内设备配套推荐使用A系列，所以选用A系列。 3.2.1.7 链条节距的选用 根据设计功率P 和小链轮转速，查表的选用型号为 12B 即P=24（mm） 。 d 3.2.1.8 验算小链轮轮毂孔径（轴孔直径） 已知 d=24（mm） 因为揉搓蔗叶所需的离心力不是很大，参照论文 maxk 甘蔗收获机械现状、存在问题和关键技术的改进梁兆新，曾伯胜（广西农业机械研究 院）的参照值及农作物甘蔗的生长条件，选取d =20（mm）远远满足材料的强度条件。 k 3.2.1.9 初定中心距 该链无张紧装置 a 25P=2519.05=476.25（mm） 取a =300（mm） 3.2.1.10 链长节数 链长节数 L=2 p p p a C Z Z a 2 1 其中 ； C=（ p a a p 221 ) 2 ZZ L应该圆整成整数并宜取偶数，以避免使用过渡链节 p 75.15 05.19 300 0 p a a p C=（= 221 ) 2 ZZ 31.29) 2 1751 ( 2 L=2=31.5+34+1.86=67.5(mm) p p p a C Z Z a 2 1 75.15 31.29 2 1751 75.152 取 L=68（mm） p 3.2.1.11 链条长度 链条长度 L=)(3 . 1 1000 05.1968 1000 m PLp 3.2.1.12 理论中心距 因为 Z时 理论中心距 21 Z a = P=19.05） ap kZZL)2( 21 )1751682(mm(30623648 . 0 3.2.1.13 实际中心距 实际中心距 aaa 其中 1.224612 . 0 )004 . 0 002 . 0 (aa 则 =305.388304.776（mm） aaa 取 =305（mm） a 3.2.1.14 链速 =)/(6 . 9 100060 05.1940051 100060100060 2211 sm pnZpnZ 所以该链为中速传动 3.2.1.15 有效圆周力 有效圆周力 F=)(208 6 . 9 210001000 N v p 其中 P传动功率（KW） v链速 3.2.1.16 作用于轴上的拉力 当链传动为水平传动和倾斜传动时，作用于轴上的拉力 Q1.20）（718.75750） （N） F 15. 1 (15. 1 (FK A 6250 . 1)20 . 1 3.2.1.17 润滑方式 查表 36.2-5 中国继续设计大典 润滑方式为滴油润滑。 3.2.1.18 链轮轮毂长度 由链轮轮毂长度 L=0.4h ，h=9.5） ，d=，2 . 3(01 . 0 6 d dk ) 180 sin( z p 25 k d 其中 L链轮轮毂长度 h轮毂厚度 d分度圆直径 p链节距 z链轮齿数 6 . 103 ) 17 180 sin( 05.19 ) 180 sin( z p d h= 5 . 235 6 . 10301 . 0 6 25 78 5 . 233 . 33 . 3hL 3.33.3 滚筒结构设计滚筒结构设计 3.3.1 滚筒材料的选用 根据HT150（灰铸铁件）的力学性能及用途，查阅机械设计手册单行本，成大先主 编常用工程材料。选用HT150，该圆筒为铸铁。其优点：不用人工时效，有良好的减 振性，铸造性能好。 3.3.2 轴承的选用 滚筒上所用的轴承与输送辊两端所用的轴承相同，即 GB/T276 CA6405型轴承 （d=25，D=80，B=21 安装尺寸 ）105,71,34 rDd 3.3.3 滚筒质量计算 由扫叶滚筒的结构，扫叶滚筒的质量为m，则 m=v)4014( 4 )2020( 4 )101413022( 4 2 2 2 2 1 Ddd )(8910)4014( 4 160 )2020( 4 35 )101413022( 4 25 8 . 7 3 222 kg 第第4 4章章 扫叶滚筒的设计扫叶滚筒的设计 甘蔗经过剥叶滚筒后其茎上仍残留剥断但仍有少许连附着的蔗叶，如果这些残留蔗叶 不经过扫除，则他们对甘蔗的含杂率有一定的影响。所以在剥叶环节后紧跟着安装了扫叶 环节。 4.14.1 扫叶片扫叶片 扫叶片由普通用途织物芯输送带材料而成。主要成分是尼龙。其主要的性能是耐磨性优量。 在本甘蔗收获机共有84个扫叶片。每个扫叶片受力为2N。其结构形状如图4-1所示： 图4-1 扫叶片的结构形状 4.24.2 扫叶片依附圆筒的设计扫叶片依附圆筒的设计 4.2.1 扫叶片依附圆筒的材料 根据HT150（灰铸铁件）的力学性能及用途，查阅机械设计手册单行本，成大先 主编常用工程材料。选用HT150，该圆筒为铸铁。其优点：不用人工时效，有良好的 减振性，铸造性能好。 4.2.2 扫叶片依附圆筒的结构 扫叶片依附圆筒的结构如图4-2所示 图4-2扫叶片依附圆筒的结构 4.2.3 扫叶片依附圆筒两端轴承的选用 扫叶滚筒的转速为95（r/min） 。扫叶片依附圆筒两端轴承与输送辊两端的轴承相同， 即 GB/T276 CA6405型轴承（d=25，D=80，B=21 安装尺寸 ）105,71,34 rDd 第第5章章 限速辊的设计限速辊的设计 为了使剥叶后的甘蔗能平稳的输送出去，甘蔗在抛出去时甘蔗的速度能保持恒定，故设 置了该限速辊。限速辊的结构和材料与输送辊都相同，即， 5.15.1 橡胶棒的设计橡胶棒的设计 切割后的甘蔗经喂入装置进入输送辊，根据甘蔗榨糖的要求，甘蔗不能有严重的破损。 所以，限速滚筒的外圆表面要为与甘蔗弹性相同的材料才最优。采用圆筒外面安装橡胶棒 结构。 5.1.1橡胶棒材料的选用 橡胶棒材料选用为顺丁橡胶（BR）：其由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶，全名叫顺式 1，4聚丁二烯橡胶。其特点：结构与天然橡胶基本一致。突出的特点优点是：弹性与耐 磨性优良，耐老化性佳，耐低温性优越，在动负荷下发热量小，易与金属粘合。缺点是： 强力较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性差。主要用途：一般多和天然或丁苯橡胶混用， 主要制作轮胎胎面，减震制品，输送带和特殊耐热制品。橡胶滚轮用于输送甘蔗进入剥叶 滚轮中，只是作为一种输送装置。橡胶棒与甘蔗表面摩擦力较大，摩擦次数较多，且挤压 硬度又不能太大，所以选择顺丁橡胶在性能方面能基本满足上述要求。 顺丁橡胶的一些性能参数顺丁橡胶的一些性能参数 生胶密度（g/cm ） 3 0.910.94耐磨性优 拉伸强度（补强硫化）1825耐屈挠性优 伸长率450800耐冲击性能良 回弹率/%7095耐水性优 5.1.2 橡胶棒结构及质量 橡胶棒的结构如图5-1所示： 图5-1橡胶棒的结构 已知 橡胶棒外径 D=60 内径 d=40 长度 L=700 橡胶棒密度 =0.92 g/cm 3 单个橡胶棒体积 V=（）L=（）0.7 4 2 D 4 2 d 4 06 . 0 06. 014 . 3 4 04 . 0 04 . 0 14 . 3 =10.9910 m 42 所以由公式 m=v 得 m=0.92=1.01（kg） 3 10 3 1099.10 每个辊上的橡胶棒的数目设为N 则 L=D =3.14=1.1（m） 3 3 10340 = 202 6 . 1067 60 2 L S D 橡胶棒中心线绕辊中心线的外圆直径 3 S相邻两橡胶棒中心线的弧长 相邻两橡胶棒中心线的角度 若橡胶棒密排 则 NLD N= 取 N=17 8 . 17 60 6 . 1067 D L 每个辊上的橡胶棒总质量 M= N)(17.1701 . 1 17kgm 5.2 限速滚筒材料的选用限速滚筒材料的选用 根据HT150（灰铸铁件）的力学性能及用途，查阅机械设计手册单行本，成大先主 编常用工程材料。选用HT150，该圆筒为铸铁。其优点：不用人工时效，有良好的减 振性，铸造性能好。 5.3 限速滚筒的质量计算限速滚筒的质量计算 V =（m） 1 392222 109 . 510700)260280( 4 )( 4 LdD V 3 23 3 2 108 . 1 )10340( 4 10210 V 3 23 3 3 102 . 0 4 )1025( 10502 所以 限速滚筒的质量 M=)( 1 .569 . 71 . 710)9 . 52 . 08 . 1 (101 . 7)( 33 321 kgVVVV D工作辊外径 d工作辊内径 铁的密度 V 工作辊体积 1 V 两端支撑轴体积 2 V 工作辊两挡边体积 3 5.4 限速辊的转速分析限速辊的转速分析 经限速辊出来的甘蔗保证速度为v=3.2（m/s） ，所以其转速为 n=153（r/min） 。 2 . 0 2 . 33030 r v 即 当限速辊保持n=153（r/min）不变时就能满足限速（加速）的条件，使上述要求满 足。 第第6章章 挡甘蔗装置的设计挡甘蔗装置的设计 集拢后的甘蔗达到一定量后要下放，而下放甘蔗的同时甘蔗的收割、剥叶仍然在进行。 后仓打开后，传送出来的甘蔗在下放时间间隔内要将传送出来的甘蔗挡住，不让其到达后 仓里，所以增设了挡甘蔗装置。被挡住的甘蔗会在输送辊、剥叶滚筒和限速辊内做短时间 的滚动摩擦。 6.1 挡甘蔗装置工作元件材料的选用挡甘蔗装置工作元件材料的选用 挡甘蔗装置工作元件的材料选用可锻铸铁KTH30006 （GB/T94401988） ，其性能特 征是：黑心可锻铸铁具有较高的强度，较好的韧性和塑性，能承受冲击、振动及扭转负荷， 且有一定的耐蚀性，切削加工性能良好。挡甘蔗装置工作元件所需要的主要材料性能是要 有抗冲击，耐摩，上述材料的性能基本能满足其所需条件。所以选用可锻铸铁KTH300 06 （GB/T94401988）作为挡甘蔗装置工作元件的材料可行。 6.2 挡甘蔗装置工作元件的结构挡甘蔗装置工作元件的结构 挡甘蔗装置工作元件的结构如图6-1所示： 图6-1挡甘蔗装置工作元件的结构如 6.3 挡甘蔗装置工作元件的质量挡甘蔗装置工作元件的质量 根据上面的图形，甘蔗落入后仓中堆积是呈三角形的，挡甘蔗装置工作元件的体积 V= 9 22 1010 4 )20( 47080010 4 4 B d HLB =)(1055 35 m 其中 L挡甘蔗装置工作元件的长度 B挡甘蔗装置工作元件的宽度 H挡甘蔗装置工作元件的高度 d挡甘蔗装置工作元件的连接孔直径 则 挡甘蔗装置工作元件的质量 M=)(9 . 31055101 . 7 53 kgV 6.4 挡甘蔗装置工作元件与集拢装置间的双联动挡甘蔗装置工作元件与集拢装置间的双联动 6.4.1 挡甘蔗装置工作元件与集拢装置间的双联动结构示意图T图6-2示： 图6-2双联动结构 第第7章章 甘蔗的集拢、整齐装置的设计甘蔗的集拢、整齐装置的设计 为减轻劳动负担，提高劳动生产率，经剥叶后的甘蔗要进行集拢，以便与装车。但甘 蔗从剥叶滚筒、限速滚筒，输送棍出来的甘蔗是良莠不齐的，所以要有个整齐装置。整齐 后能更方便地打捆和装车。考虑到整根甘蔗在输送到后仓时是根部先出的，且为了60kg的 甘蔗在下放后打捆的方便，特设置了该甘蔗整齐装置。 甘蔗收获机的收割参数为：甘蔗收获机的工作行走速度为0.81.2km/h，甘蔗的株距为 20mm，收割量为30吨/小时，所以60kg甘蔗的收割时间是7.2秒。即每隔7.2秒后仓就要打开 一次下放甘蔗。 7.1 后仓材料的选用后仓材料的选用 后仓的形状为锥形，且要承受的甘蔗质量为60kg，后仓的面积较大，加工方 式为铸造加工。所以铸造性要求高，选用材料为HT150，根据HT150（灰铸铁件） 的力学性能及用途，查阅机械设计手册单行本，成大先主编常用工程材料。 选用HT150，该圆筒为铸铁。其优点：不用人工时效，有良好的减振性，铸造性能好。 所以选用HT150材料较好。 7.2 甘蔗在即将下放时的堆积甘蔗在即将下放时的堆积 60kg的甘蔗堆积在后仓时的形状可以简化为三角形，如图7-1所示： 图7-1甘蔗集堆简化 由甘蔗的密度为1.2（g/cm） 60kg甘蔗的体积为 3 V=)(5000 2 . 1 60000 3 cm m 甘蔗的高度为23.5（m） 所以设堆积的甘蔗沿后仓斜面上的距离为L 求 L ； L 用公式 minmax 50000= L=31.6（cm）200 2 1 min L min 5000= L L=37.8（cm） 2 1 max 350 max 7.3 后仓质量的计算后仓质量的计算 后仓选用的材料为HT150，密度=7.9（g/) 3 cm 单边后仓的体积为 V=)(192008 . 060400 3 cmtHL 单边后仓的质量为 M=)(151)(151000192009 . 7kggV 整个后仓的质量为 )(3021502kgM 7.4 甘蔗整齐装置的设计甘蔗整齐装置的设计 甘蔗整齐装置主要是利用甘蔗的斜抛运动，使其到达后仓的后侧面仍未落入后仓的底 部。这就要求甘蔗的斜抛速度满足一定的要求，下面对其斜抛速度进行计算： 甘蔗收获机的行走速度为0.81.2（m/s） ，由收割量为30吨/小时，甘蔗沿输送辊的传送 速度为2（m/s） ，甘蔗长度为23.5（m） 每根甘蔗完成传输的时间为 )(6 . 1 2 2 . 12 min st )(4 . 2 2 2 . 15 . 3 max st 现取2（m）的甘蔗为研究对象 一根2米的甘蔗的质量为m=v m=)(3)(3014200 4 )4( 2 . 1 4 22 kggL d 为使甘蔗头部能在落入后仓底部之前触及后仓后侧面，则将甘蔗简化为质点，且质点位置 为甘蔗的中点。甘蔗落入后仓的示意图7-2所示： 图7-2甘蔗落入后仓示意 甘蔗在做斜抛时，可将其简化为平抛，这样对甘蔗能抛射到后仓后侧面是能大大提高安全 性的。 根据甘蔗的体积和和物体自由下落时运动方程时阻力的折算公式：甘蔗自由落体时的阻 力f=10（N） ，甘蔗的重力G=29.4（N） 。 所以 甘蔗的加速度 a=)/(5 . 6 3 10 4 . 29 2 sm m fG 由 h= 2 2 1 at)(9 . 0 5 . 6 6 . 222 s a h t 其中 h甘蔗下落的垂直距离 t甘蔗下落所需的时间 由 S=v t )/(2 . 3 9 . 0 9 . 2 sm t S v 其中 S甘蔗斜抛的水平位移 所以 为了使甘蔗能抛射到后仓中且根部能触及到后仓的后侧面， 则 v=3.2（m/s） min 由前面计算得限速辊的转速为n=153（r/min） ，则甘蔗经过限速（加速）辊的速度为 v=3.2（m/s） 。再经过半段甘蔗距离的加速，则甘蔗能满足上述斜抛速度，从而达到甘蔗整 齐的工作环节。 7.5 后仓夹紧杆的设计后仓夹紧杆的设计 后仓接蔗板与后仓夹紧杆是一个整体， 对单边仓来说， 甘蔗重量 N =151； 1 )( 8 . 1068 . 9 2 2 N 仓的重量 N =，考虑竿的质量，取N =300（N） 2 )( 9 . 2078 . 9 2 2 2 60 N 2 根据力矩平衡 F=787（N）4503002300 2 21 NN F 所以 设杆的直径为d，杆所受的压应力 = 164 22 d LF d F MN 其中 F F )(19730sin 2 N F N )(34030cos 2 N F M = d 取安全系数为n=4 16 5 . 0340 4 197 22 dd )( 1 . 3