土豆马铃薯挖掘机设计【2013年最新整理毕业论文】

毕业设计（论文） 题目 马铃薯挖掘机的设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 109040201 学生姓名 陈开飞 学号 1090400102 指导教师 王黎明 职称 讲师 时 间 2013 年 5 月 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 2 - 目录 摘要 I Abstract 关键词 4 1 绪论 5 1.1 国 内 块茎挖掘机的发展状况 6 1.2 国 外 多功能块茎挖掘机的现状分析 9 1.3 多功能块茎挖掘 机的发展趋势 10 2 总体方案的设计 11 2.1 总体布局的设计 11 2.2 工作原理 12 3 传动比的确定与减速器的选择 13 3.1 传动比的确定 13 3.2 减速器的选择 14 4 带轮和链轮的 设计 15 4.1 带轮的设计 16 4.2 链轮的设计 17 4.3 链轮材料的选择 17 4.4 链轮机构的尺寸计算 18 5 联轴器的选择及其轴的设计 22 5.1 联轴器的选择 23 5.2 联轴器上轴的设计 23 6 链轮轴的设计和校核 24 6.1 链轮轴的设计 24 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 3 - 6.2 链轮轴的校核 25 7 抖动轮的设计 26 7.1 抖动轮作用 26 7.2 抖动轮的结构 27 7.3 抖动轮的速度说明 27 8 轴承座的设计及说明 27 8.1 轴承座的作用 28 8.2 轴承座的结构设计 28 8.3 轴承座安装时注意的问题 28 8.4 轴承座的养护问题 28 9 轴承端盖的设计 28 9.1 轴承端盖作用说明 28 9.2 轴承端盖设计说明 29 9.3 轴承端盖的安装说明 29 10 分离输送器的设计 29 10.1 分离输送器的机构及工作过程 30 10.2 杆条参数的确定 31 10.3 分离输送器线速度的确定 32 11 挖掘铲的设计 32 11.1 挖掘铲的构成 33 11.2 挖掘铲的设计 33 12 地轮和机架的设计 34 12.1 地轮的设计 35 12.2 机架部分的设计 35 13 结论 36 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 4 - 14 本次设计外购件清单 37 参考文献 38 致谢 40 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 5 - 摘 要 本文对 马铃薯挖掘机的 设计 研究和应用进行 了深入的 介绍和分析，设计了分离组合式马铃薯挖掘机。对该机的主要参数进行了选择 设计 ，主要零部件的设计进行了 机构、结构优化和理论 设计 计算。马铃薯 是 地下产物， 而 且是块茎繁殖， 并且其 收获 和季节、天气等客观条件有很大的关系 。 因为 马铃薯的收获费 力费时、季节性强且劳动强度大，从而 给农民造成极大的 收获 困难。为了解决上述问题，本文就国内外马铃薯 挖掘机的 现状、马铃薯 挖掘机 的研究和应用进行 实际 介绍和分析， 巧妙地 设计了分离组合式马铃薯挖掘机 。对该 挖掘 机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了 合理的 理论计算 ，设计出的新型马铃薯挖掘机具有了更良好的性能，更好的适应了现代农业生产力，极大地解决了劳动生产力。 关键词 ： 马铃薯；挖掘机；结构优化 ；机械化；精密化 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 6 - Abstract In this paper, the potato excavator design research and application of the carried on the thorough introduction and analysis, designed the separation combination of potato. Design of the machines main parameters for the selection, design of main components of the theory of mechanism, structural optimization and design calculation. Potatoes are underground, and tuber propagation, and the harvest season, weather and other objective conditions and has a lot to do. Because the potato harvest laborious time-consuming, strong seasonal and the intensity of labor is big, which cause great harvest difficult for farmers. In order to solve the above problem, in this paper, the present situation of both at home and abroad of potato, potato digger actual research and application of the introduction and analysis, cleverly designed separation combination of potato. Selection of the main parameters of the excavator, design of main components of the theoretical calculation, design a new type of potato excavator has the better performance, better adapted to the modern agriculture productivity, solve the labor productivity greatly. Key words: Potato； Excavator； Optimize The Structure ； Mechanical Engineering； Precisely 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 7 - 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 8 - 1 绪论 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 9 - 马铃薯的营养价值 极其 高，市场潜力巨大。在国外，大约占 45%的马铃薯加工成 为食品后进入消费市场。 而 在 中国 国内，一向被国人视为不能登大 雅之堂的马铃薯也 堂而皇之 在市场上风靡 流行 起来。在北京、上海、广州 、成都和重庆 等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥 巴 为基本 材料 的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从 其他 渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也 不断 滚滚而来。 致使马铃薯的地位在人们心目中的地位直线上升。甚至， 中国农科院副院长屈东玉博士在 曾经 召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种适应性强、产量 很 高、经济价值 巨大 大的作物，应该 把马铃薯主 要 产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财 、 税待遇，这 必定 是保证我国粮食 安全的 重要 有效手段。” 马铃薯作为经济 产 物，种植面积越来越大，而传统的马铃薯收获 方法不但 费事费时，劳动强度大 而 且季节性强，因此给农民造成极大的困难。马铃薯种植区大部分在 山坡 和山腰 地区，农民对马铃薯挖掘机 器 的要求 已经 十分迫切 ， 落后的人工收获方式造成马铃薯冻 坏 和减产等不必要的损失。为了解决上述问题，推广 实用 小型马铃薯挖掘机势在必行。应用马铃薯挖掘机可以大大 的 提高收获效率，降低劳动者的劳动强度，增收增产，极大地 减少收获损失，为我国马铃薯生产奠定良好的基础 ， 根据我国马铃薯挖掘机械多年研制生产经验可以看出， 意大利、 日本、美国 、英国、德国 等国外机 器 适应 于 垄作，很难适应我国平作种植 模式 。各类型机械需要进行多收获季节、多地域的田间试验，才能提高适应性 ，更好的提高机械效率，完成各种生产工作。 马铃薯是我国主要 经济 作物之一。发展马铃薯生产，对优化调整农业产业结构、加速 脱贫致富及地区经济 平衡 发展具有 十分 重要的 意义 。 由于 马铃薯为地下产物 , 且是块茎繁殖 , 其收获 方式以挖掘机 械 为主 导 。马铃薯挖掘机可以大大提高收获效率 ,减少损失 , 降低劳动强度 , 为马铃 薯生产奠定良好的基础。但是收获方式的落后极大的 限制了 马铃薯 的 生产发展。为促进马铃 薯生产 的良好 发展，解决机械化收获问题 已经迫在眉急 。马铃薯挖掘机械化的关键矛盾是 机器 性能要求与配套动力之间的矛盾。鉴于动力的限制，与 14kw 以 下拖拉机配套 机器 的性能要求不宜功能全 部都一样 ，只要完成起薯 块步骤环重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 10 - 节 ，让署块基本露于地面即可，其他工序 可以通过 人工 拾起 完成。从发展 来 看这类机械作为与农村具有的小型拖拉机相配套的过渡性机型 可以 予以开发、推广。 根据 近年来马铃薯种植面积的不断增加，对马铃薯收获的机械化水平的需求越来越大。 因此，马铃薯收获机的大力推广对于现代农业的发展，尤其是马铃薯的生产具有巨大的现实意义和历史 意义。 1. 国内外马铃薯挖掘机的发展现状 1.1 国内多功能块茎挖掘机的现状分析 近年来 ,国内市场上也出现了一些此类机械， 比 如大蒜 收获 机 。这个机器 就有 对行 松土铲式和不对行平铲式输送方式 等 多种 收货方式 。但大多数机型在质量可靠性和适应性方面仍然地存在着不同程度 的 一些问题 ,主要体现在两个方面 ,一 方面 是损伤作物的问题 ,因为 像 大蒜、生姜 、荸荠等 此类作物 ,收获时 表面比较鲜嫩，容易破损。 而 且 损伤后会严重影响 销售 价格 ；二是适应性 很 差 ,因各地农 业工艺有很大的 不同 ,行距及株距存在 着 差异 ,更重要的问题是机器很容易出现故障吗， 因此此类 机具难以满足 生产 要求。 如今，我们国家机械工业部联合发布了农业机械的中长期发展规划，具体涉及到我国农业机械的发展现状以及今后的发展要求及标准，明确的提出我国农业机械的发展一定要适应现代农业的发展，向机械化、智能化、微型化、精密化发展，以更好的促进现代农业的健康、有序、多元化发展。 目前 国内 块茎 作物的机械化 生产 还有 很长 的路要走 ,不仅需要科研部门 、政府部门 及企业的大力 科研 投入 ,还牵涉到农民的认识 、 接受 和具体操作 问题。 近年来， 由于进口农机具价格较高 ,农民难以接受 其昂贵的价格 ,块茎 挖掘机械还是要走国产化道 路 ,而且还要根据中国 实际 国情 ,不能盲目照搬 照抄，否则只能自食其果，极大地阻碍现代农业机械的良性发展。 主机利用现有的机型 ,如 三轮车、田园 管理机 器 、手扶拖拉机及四轮拖拉机 ,对国外的机型原理加以 积极 消化吸收 ,研制 生产出 适合中国国情的机 器 。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 11 - 国外发达国家（如日本 、德国 、美国、 英国、 法国、意大利 、匈牙利 等国）地下作物的收获已 完全 实现机械化，对于长根作物（ 马铃薯、 萝卜、山药等）和断根作物（洋葱、大蒜等）都有不同的挖掘机械，工艺 都 十分的先进，但机械价位 比较 较高，全部引进国内 实在让农民 无法接受，例如，意大利产的 DSC-120和日本宝田公司产的 DCL-130型土豆挖掘机，大多用于沙壤土作业，这些设备不太适应我国地下作物种植的农艺要求和土壤状况。根据以上 的 分析，在国内外现有的 机械 基础上，结合我国 国情和 农村市场的实际情况，分析 出 国内块茎类作物的土壤的物理特性 以及 农艺要求 标准从 而研制出多功能块茎类挖掘机。 综观国内外多功能块茎挖掘机的发展特点及外部环境， 结合我国现代农业的发展方向，有关 专家预测未来多功能块茎 挖掘机 的主要发展趋势是： （ 1） 开发高效、节能、可靠、环保型产品的多功能块茎 收获机 。 （ 2） 通用性及安全性是产品发展的重要 目标。 （ 3） 操作简单，上手快，容易接受是现实农业发展的导向。 （ 4） 大型化与小型化仍是产品系列化的两极方向。 （ 5） 技术进步、 科技创新 和售后服务将成为企业生存的三大关键因素。 1.2 国外 马铃薯 挖掘机的发展现状 国外块茎挖掘机械化收获起步 比较 早、发展 比较 快、技术水平 比较 高。 20 世记初，欧美国家 就 出现 了 畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘块茎、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20 年代末出现了抛掷轮式 、 升运链式和块茎挖掘机。在 20 世纪 40 年代初， 冷战期间，前苏联、美国就开始研制、推广应用块茎挖掘机械， 50 年代末 就已经基本 实 现了机械化。70 80 年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、 瑞典、 匈牙利、日本和韩国 也 相继实现了块茎作物生产机械化。 70 年代主要是研制大功率根块作物联合挖掘机，且以收获垄作种植为主。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合挖掘重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 12 - 机的原理制成的双行马铃薯联合挖掘机，为了加强筛选效果，分离器 就 有四个液压泵带动。 美国在 1948 年以前用挖掘机来收获块茎，然后 采取 人工捡拾，直到 1967 年，开始使用联合挖掘机 。 20 世纪 90 年代，美国已基本实现了块茎挖掘机械化。前苏联是生产块茎作物挖掘机最早的国家， 生产许多半悬挂式机型， 譬如 如 KKY 2型、 KOK 2型、KKP 2 型 、 KOJ-3 型 等块茎作物联合挖掘机，机器体积 比 较庞大笨重，到 20 世纪 90年代初，块茎挖掘机共有 16 种机型，其中 10种是联合挖掘机， 90 年代中期，开始生产自走式联合挖掘机，其劳动生产率比其它行挖掘机提高 1 倍。近年来，欧美的马铃薯挖掘机型仍然是以大功率机组为主。这些机型只能在大面积土地上使用，不适用于中小地块。有些国家和地区生产一些小型挖掘机械，日本在 1955 年以前使用畜力挖掘犁， 1955年 196 年生产悬挂式抛掷式挖掘机，如意大利的 SP100 机型为小型垄作挖掘机械。在亚洲生产马铃薯挖掘机械的国家 比 较少 ，在日本有一些小型机械。 70 年代开始引进英国、美国等发达国家的联合挖掘机，并研制适合日本国情的联合挖掘机 。 对于根菜（萝卜、家山药、胡萝卜等）机械收获的研究从 1960 年开始，近几年韩国、日本 、新加坡 生产了一些小型马铃薯挖掘机，如韩国高山机械工业公司生产的小型单行和双行土豆、 红薯 挖掘机械。 日本对生姜挖掘机械已经研制多年并有了一些成熟的机型 ,第一代机型只把根茎拔出地面 ,减轻了农民从地下挖出生姜的劳动量。据有关材料介绍 ,现在第二代机型已经研制成功并 已经 开 始 投入 使用 ,它是一种从收获到清理到包装的联合作业机械 ，其技术已经相当成熟。而 在韩国 ,对根茎挖掘机械的研制也取得了较大的成果 ,他们生产的一种配套于田园机器 的大蒜挖掘机 ,采用振动的原理 ,缓冲了阻力 ,并对根茎上附着的土块起到疏松和抖动的作用 ,是一种轻型高效的机 器 。 发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业 ,发达国家的块茎作物收获已基本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合挖掘机在自动化控制块茎分离以及减少块茎作物损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三 A 公司久保田公司等都生重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 13 - 产适合小地块作业的中小型自走 式块茎作物挖掘机 9。 1.2 国内多功能块茎挖掘机的现状分析 近年来 ,国内市场上也出现了一些此类机械，如大蒜挖掘机就有对行松土铲式和不对行平铲式输送方式也有多种。但大多数机型在适应性和质量可靠性方面仍然不同程度地存在着一些问题 ,主要体现在两个方面 ,一是损伤作物的问题 ,因为象大蒜、生姜此类作物 ,收获时皮质鲜嫩易损 ,而损伤后会严重影响其价格 ；二是适应性差 ,因各地农艺不同 ,行距及株距存在着差异 ,机具难以满足这种要求。 由于进口农机具价格较高 ,农民难以接受 ,根茎挖掘机械还是要走国产化道路 ,而且还要根据中国国 情 ,不能盲目照搬。主机利用现有的机型 ,如田 圆 管理机、手扶拖拉机及四轮拖拉机 ,对国外的机型原理加以消化吸收 ,研制出适合中国国情的机具。 国内根茎作物的机械化收获还有较长的路要走 ,不仅需要科研部门及企业的大力研制及投入 ,还牵涉到农民的认识和接受问题。 国外发达国家（如日本、美国、法国、意大利等国）地下作物的收获已 完全 实现机械化，对于长根作物（萝卜、山药等）和断根作物（洋葱、大蒜等）都有不同的挖掘机械，工艺十分的先进，但机械价位较高，全部引进国内 是在 无法接受，例如，意大利产的 DSC-120 和日本宝田公司产的 DCL-130 型土豆挖掘机，大多用于沙壤土作业，这些设备不太适应我国地下作物种植的农艺要求和土壤状况。根据以上分析，在国内外现有的基础上，结合我国农村市场的实际情况，分析国内块茎类作物的农艺要求和土壤的物理特性而研制出的多功能块茎类挖掘机。 1.3 多功能块茎挖掘机的发展趋势 （ 1）向适应性，通用性发展 如采取在一台块茎挖掘机上换装不同型号的分离装置 ， 清选 装置 ，摘果装置 13。重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 14 - 采用可互换的圆盘割刀式和分离滚筒式分离机构机构 ,可用于花生、洋葱等多种根茎类作物的联合收获 ,实现一机多 并 用。采用通用性好的果秧分离 机构，适用于不同种类根茎类作物的果实与秧蔓的结构、尺寸、形状将两者分离，以适应多种作物和多种形式块茎作物的收获要求。 （ 2）向智能化方向发展 我国的农机产品要想达到农业生产上的精耕细作，并追赶国际水平，就必须在智能化上下功夫 14，给农机产品配备精准的多功能的农业系统已经成为农机发展的潮流，经济作物的耕作机械应重点开发根作物的收获，以解决种植面积不断扩大的花生，大蒜，胡萝卜， 马铃薯 等块茎类果实的挖掘类挖掘分离问题和机械输送。 （ 3）向多功能联合型机械发展 增加农业机械的使用方向，避免机械的单一性，实现 一机多用 ,可用于花生、大蒜等多种根茎类作物的联合收获等作业联合在一起，并可增加其收割功能，以提高机具利用率 15。 （ 4）简化操作 简化操作减少辅助工作时间， 提高工作速度这是提高收获作业生产率的又一 方式 ，如在可能的前提下尽量增大集果箱的容积，减少装卸的次数，其底部采用可打开的形式，以加快其收获完毕后清扫的时间。 （ 5）向精量化农业机械发展 开发安装有精量收获的传感器以达到提高收获率的目的。 2 总体方案的设计 2.1 整体布局的设计 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 15 - 其传动图如图 1： 1、万向联轴 2、链轮 3、减速器 4、动力输出轴 5、输送链驱动轴 6、振动筛轴 图 1 传动图 Fig.1 Driver chart 其总体结构图如图 2： 1、 V 带轮 2、 V带 3、机架 4、抖动轮 5、减速器 6、联轴器 7、悬挂架 8、挖掘铲 9、链轮 10、传动链 11、地轮 图 2 总体结构图 Fig.2 Overall structure 2.2 工作原理 本机主要由 V 带、减速器、抖动轮、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。拖拉机产生动力通过减速器和带轮将 所需要的动力传送到链轮上，链轮带动链条从而带动分离装置运动，将从挖掘铲部挖出的土豆 往 机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得块茎在输送的过程中实现的块茎于土的分离，而达到了分离的目的。最后块茎从机器的尾部 重新 落入土地的表面。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 16 - 3 传动比的确定与减速器的选择 3.1 传动比的确定 该多功能块茎挖掘机的配套动力为 25-35 马力的拖拉机，其输出轴的转速为540r/min，通过一级减速器和带传动，设其总的传动比 68.2i 减速器的传动比 21 i 。带传动的传动比 34.12 i为了能满足分离器上的线速度为1.3m/s 的要求， 出入nni 所以 m i n/5.2 0 168.25 4 0 rinn 入出 sr a dn /1.2130 5.20114.330 出出 所以链轮半径 mmmvr 620 6 2.01.213.1 出 3.2 减速器的选择 由于其传动比为 2，可以从市场上选择传动比为 2的减速器，其型号为 ZDY,ZDZ100 型圆柱齿轮减速器。 其结构如图 3： 图 3 减速机结构图 Fig.3 Reducer structure 4 带轮和链轮的设计 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 17 - 4.1 带轮的设计 因为工作机是 多功能块茎挖掘机 ，故属于载荷变动 较 大的机械，原动机是交流电动机（普通转矩鼠笼式 电机 ）， 设其 工作时间小于 10 小时 /天，启动形式为软启动 （采用高性能变频器启动） 。 挖掘机的工作功率为 1.5KW。 故： W8.15.12.1 kPKP Aca AK -工作情况系数 取 AK =1.2。 选择 V 带的型号 根据计算功率 caP 和小带轮转速 1n ， 故 选择 A 型带。 （ 1） 确定带轮基准直径 ： 1） 初选主动轮的基准直径 D1 根据所选 V 带型号参考，选取 min1 DD ，选 mmD 801 。 （ 2） 验算带的速度 V 1 0 0 060V 11 nD 100060 2708014.3 sm /1304.1 （ 3） 计算从动轮直径 D2 12 iDD mm2.1078034.1 取 D2 为 107mm （ 3） 确定传动的中心距和带长 初定中心距， 由 公式（ 8 20） 得： 22021 27.0 DDaDD 即： 1 0 78021 0 7807.0 0 a 即： 3 7 49.1 3 0 0 a ， 所以可 取 mma 3500 根据公式（ 8 22） 计算基准带长： 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 18 - 0212210 422 aDDDDaLd 3 5 04 801 0 71 0 78023 5 02 2 mm01.1068 选取带的基准长度，查表得： mmL d 1153 根据公式（ 8 23） 计算实际中心距： mmLLaa dd 4.3922 02.1 0 6 81 1 5 33002 0 考虑安装调整和补偿初拉力的需要，中心距的变动范围为： mmLaa d 3 3 30 1 5.0m i n mmLaa d 6.3 8 403.0m a x 根据公式 （ 8 24） （ 4） 验算主动轮的包角 根据公式 （ 8 25） 及对包角的要求，应保证： 60180 121 a DDa 60350 80107180 120175 （ 5） 确定 V 带的根数 由公式（ 8 26）知 5.300 KPKKP PZ L ca 取 Z=4 根。 式中： 0P 在包角 =180 度，特定长度，工作平稳情况下，单根普通带的许用功率值； 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 19 - K 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数； LK 考虑带的长度不同的影响系数，简称长度系数 ； 0P 计入传动比的影响时，单根 V 带所能传递的功率的增量 ； 查得： 0P =0.45 K =0.98 LK =0.91 0P =0.024 （ 6） 确定带的初拉力 单根 V 带的初拉力由 公式（ 8 27） 确定： 20 15.250 0 qVKVZPF ca 24 1 3.11.0198.0 5.244 1 3.1 8.15 0 0 N247 （ 7） 求带传动作用在轴上的压力 由公式（ 8 28） 22 10 S inZFQ 87s in24742 N1974 式中： Z为 带的根数； 0F 为 单 根 带的初拉力； 1 为 主动轮上的包角。 （ 8） V 带计算结果 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 20 - 表 1 V带设计计算列表 Table.1 The list of V types belt design 设计计算项目 结果 说明 工作情况系数 kA 计算功率 Pca 选取 V带型号 小带轮直径 D1 大带轮直径 D2 验算 V带的速度 V 初定中心距 a0 初算 V带所需的基准长度 L d 选 V 带的基准长度 Ld 定 V 带公称长度 Li 定中心距 a 包 角 1 包角系数 ka 1.2 1.8 A 80mm 107mm 1.1304m/s 350 1068.2 1153mm 1120mm 392.4mm 175 0.98 可选比表中大的值 参考实际机械结构确定 120 ，合适 V 带规格： A 型，长 1153mm V 带根数： 4 根 中心距： 392.4mm (9)材料 的选择 带轮常用材料是铸铁，因为带速 v 25m s，所 以选用 HTl50。 (10) 带轮的形式 带轮的结构由带轮直径大小而定， 因小带轮基准直径 D（ 2.5 3） d，所以采用实心式。同样大带轮的基准直径 D（ 2.5 3） d，所以大带轮也用实心式。 （ 11） 带轮尺寸 的 计算 小带轮的轴孔直径，小带轮与 减速器 相连， 故 取 d =40mm。 因为， mmdmmB 80265 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 21 - 所以 BL 小带轮的宽度： fezB 21 1021514 mm65 小带轮的直径： fDD 21 5.3280 mm87 大带轮的轴孔直径，大带轮与 链轮主动轴 直径一致 。 设大带轮轴孔直径 mmd 45 。 大带轮的宽度： mmB 65 大带轮的直径： fDD 21 5.32107 mm114 小带轮的结构如图 4： 图 4 小带轮 Fig.4 Small Pulley 大带轮的结构如图 5： 图 5 大带轮 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 22 - Fig.5 Big Pulley 4.2 链轮的设计 4.2.1 链轮的设计目的 设计该链轮的主要目的是为了 能够 带动分离机构的运动。通过链轮 确保得到 链的线速度为 V=1.6m/s。为了达到这一目的，设计的链轮传动比应为 1： 1，即两链轮的直径应当相等。由前面的计算已经得出链轮的直径 r=62mm。 4.2.2 链轮的设 计 （ 1）选择链轮的齿数 由已知得链轮的传动速度为 1.3m/s，传动比为 1。通过查表 所以取 2521 ZZ (2) 初定传动中心距 a 根据公式 5 0 )p30(0 a 初取 p400 a (3) 确定链长 pL 2120210 )2(22 ZZapZZpaL p 04012580 105 节 (4) 确定链条节距 p plzA KKK pK0p 105.134.1 5.17.1 kw8.1 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 23 - 由表查得 34.1zK ；由图按小链轮转速估计，链工作在功率曲线凸峰左侧，可能出现链板疲劳破坏。由表查得 05.1lK ；选单列链，由表查得 1pK 根据 0p 于 1n ，由图选用链号为 10A，并且也证实了原估计链工作在额定功率曲线凸峰左侧是正确的。 由表查得链节距 p 为 15.875mm。 (5) 验算链速 V 100060 1 Z p nV 60000 5.201875.1525 33.1 与原假设相符。 (6) 计算实际中心距 )2(8)2()2(4 21222121 ZZZZLZZLpa pp )25105()25105(4875.15 2 mm2.635)8080(97.3 (7) 作用在轴上的压力 Q FQ 3.1 圆周力 v pF 1 0 0 0 N1 1 2 833.1 5.11 0 0 0 故： NQ 4.146611283.1 (8) 润滑方式 根据 v 和 p ，选择滴油润滑。 4.3 链轮材料的选择 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 24 - 链轮的材料应当能够满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度 40HRC 45HRC；高速、重 载、连续工作时的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火（如用 15、 20Cr、12CrNi3 等钢淬硬至 55HRC 60HRC）或中碳钢、中碳合金钢表面淬火。 本多功能块茎挖掘机为中速、中载，所以采用中碳钢淬火处理，其硬度 应该 40HRC 45HRC。 4.4 链轮机构的尺寸计算 该链轮为滚子链轮。 (1)分度圆直径 mmzpd 127180s in (2) 齿顶 圆 直径 mmzpd a 1 3 5)94.754.0(8 7 5.15)1 8 0c o t54.0( (3 )齿根 圆 直径 1 1 716.101 2 7 rf ddd (4) 最大齿根距离 mmdzdL rx 6.11616.10752.12390c o s (5) 齿侧凸缘直径 mmhzpd g8.11576.004.1180c o s 所以取 mmdg 87 链轮结构如图 6： 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 25 - 图 6 链轮 Fig.6 Chain wheel 5 联轴器的选择及其轴的设计 5.1 联轴器的选择 该多功能块茎挖掘机的设计宽度为 712mm。两侧的机架壁厚度各位 10mm。所以整个机架的内部空间为 692mm。所选的减速器的输出轴的外伸长度为 110mm。为了使机器能够运转，必须将 V 带轮放在整个机架的外面，因为减速器外伸轴长度不够，所以必须选择一个联轴器。 通过查减速器的参数表，可知其输出轴的直径为 48mm,所以选择联轴器时其孔径也应当为 48mm。通过查阅手册 21-25，可以选择 HL4 型联轴器。其长度为 112mm。 5.2 联轴器上轴的设计 联轴器上轴的作用是为了将减速器和带轮通过联轴器相连接的。其设计过程如下： （ 1） 轴 4 部分：此部分轴是装联轴器的。联轴器的长度为 112mm。所以在设计时可以把该部分长度设计为 110mm。 （ 2） 轴 3 部分此部分上装滚动轴承。因为机架内壁到机架中心线的距离为346mm，减速器中线到输出轴端的距离为 214mm，联轴器长 112mm。所以联轴器到机架内壁的长度为 346-214-112=20mm。所选的轴承为角接触球轴承。其宽度为 24.75mm。所以设计时该轴段长度为 42mm。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 26 - （ 3） 轴 2 部分：该 部分装同时有轴承端盖。为了让 V带轮输出机架为 20mm，所以该段长度可设计为 44mm。 （ 4） 轴 1部分：该部分上装 V带轮， V带轮宽为 65mm，所以设计该段长为 63mm。 其结构如图 7： 图 7 联轴器上的轴 Fig.7 The shaft of coupling 6 链轮轴的设计和校核 6.1 链轮轴的设计 链轮轴的作用是将大带轮上的动力传送到两个主动链轮上，从而带动分离输送器运动，进而达到分离输送的目的。 该轴的设计步骤如下： （ 1） 轴 2 和轴 4 部分：这两部分都是装链轮的。因为链轮 的厚度为 75mm，所以设计该部分轴长度为 70mm。 （ 2） 轴 1 和轴 5 部分：这两部分都是装轴承的，所选轴承为角接触球轴承，其宽度为 24.75mm。设计两轮侧面距机架内壁距离为 20mm，所以设计该部分轴长为 50mm。 （ 3） 轴 6 部分：该部分上装轴承端盖，设计其长度为 33mm。 （ 4） 轴 7 部分：该部分上装大带轮，所以其设计长度也为 70mm。 （ 5） 轴 3 部分：该部分通过计算可得其长度为 488mm。 其结构如图 8： 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 27 - 图 8 链轮轴 Fig.8 The shaft of chain wheel 6.2 链轮轴的校核 先作出轴的受力计算，取集中载荷作用于带轮、链轮和轴承中点。 (1)带轮上作用力的大小 压轴力 NFP 1974 则 NFR PEH 9.1 5 453923071 9 74c o s NFR PEV 5.12273922431974s in (2) 链轮上作用力的大小 压轴力 NQ 4.1466 则 NQRR CHBH 4.11483923074.1466c os NQRR CVBV 9093922434.1466s in 求垂直面上轴承的支反力 NRRRR BVCVEVDV 8.575665 60600801 NR AV 3.1 1 5 65.1 2 2 78.5752909 (3)求水平面上轴承的支反力 NRRRR BHCHEHDH 8.3001665 60600801 NR AH 8.8408.3 0 0 19.1 5 4 524.1 1 4 8 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 28 - 截面 D 处垂直面，水平面合成弯矩 mmNM D 522 1068.24.210242166940 7.抖动轮的设计 7.1 抖动轮的作用 抖动轮实际上是一个椭圆结构。在轴的转动下运转对环形链带产生上下抖动，最终达到稀松土壤，分离块茎于土壤的目的。 7.2 抖动轮的结构 本次设计中抖动轮为一椭圆结构，其长轴为 375mm, 短轴为 305mm, 抖动轮工作时由轴带动 , 使之做轨迹运动。 7.3 抖动轮运转速度说明 由于抖动轮的作用是对链带上的土壤进行疏松，所以其抖动速度应该与链带运转的速度相匹配。由于链速 v=1.33m/s,经过计算及经验可以得出抖动轮的抖动频率应该为1.1S/次。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 29 - 图 9 抖动轮 Fig.9 dithering-wheel 8.轴承座的设计及说明 8.1 轴承座的作用 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 30 - 轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅仅让内圈转动，外圈保持不动，始终与传动的方向保持一致（比如电机运转方向），并且保持平衡 。 8.2 轴承座的设计 本次轴承座的设计图 10 如下所示： 图 10 轴承座 Fig.10 bearing pedestal 8.3 轴承座安装时需要注意的问题 当向轴上安装一对轴承时，设计一种因为温升而引起的线性膨胀和在装配期间造成的安装误差的结构是必要的，因此，在安装的时候 要将其中的一套轴承用于支承轴向和径向载荷。固定内圈和外圈于轴上和轴承座中，没有套圈可轴向移动 ， 安装另外一套轴承使其可以 像 支承径向 载荷能力的 “游动 ”端进口轴承 一样 轴向移动。 8.4 轴承座的养护问题 轴承座损坏以后可以采取一些简单的措施进行修复，例如 ；1.表面处理，将需要修复轴承座表面除油污，除掉潮气； 2，调制修复材料，定期维护； 3，涂抹材料将材料均匀的涂在修复表面； 4，等待材料凝固，可以适当的加热材料表面使其迅速固化。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 31 - 以此可以更大的节省成本，提高效率。 9.端盖的设计说明 9.1 端盖的作用说明 轴承端盖的主要作用不是支撑，它的主要作用有两个：第一点是轴承外圈的轴向的定位；第二个作用是防尘土，密封作用，其自身起到防尘和密封作 用以外，还可以与密封件配合达到密封作用，更好的保护轴承。 9.2 端盖的设计 本次设计中端盖的材料为 HT200，设计图如图 11 所示： 图 11 端盖图 Fig.11 end housing 9.3 轴承端盖的安装说明 主轴承的两个轴承端盖应该将滚动轴承的外圈压紧，以 保证主轴轴向定位，而另一侧轴承座的两个轴承端盖不能压住轴承外圈，为了保障主轴在温升时轴向伸缩而不被卡死，每一侧至少应该留有 2mm的间隙。端盖和轴承外圈的间距可以利用加减垫片的方法以调整，轴承端盖上的密封圈在安装时切口向上，以免漏油。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 32 - 10.分离输送器的设计 10.1 分离输送器的机构及工作过程 （ 1） 机构形式的确定 杆条式分离输送器是一种分离器，其上以等距平行地配置杆条，由挠性元件相连。机构简单，带面倾斜 30 时也能工作，因此是一种应用比较广泛的分离工作部件。但 是此类分离输送器因工作面种类的不同而不同，而工作面是由许多杆组成连续移动的一个栅，工作面的种类对移动土壤的压碎程度和过筛强度起着决定作用，同时还影响到分离输送器的耐用性。在马铃薯、块根等作物的挖掘机上，常见的分离输送器有钩杆式、链杆式和带杆式等。其中钩杆式和链杆式的制造工艺比较简单，成本较低，而且其链杆于土壤的接触面积较小，过筛强度最大，分离效果明显。 所以 ，从零件的购买方便，装卸简单等因素考虑，本机器的分离输送器采用链杆式分离输送器来完成分离输送的目的。 链杆式分离输送器是由 圆 杆组成，杆的两端焊接在链条上 。形成具有筛选块茎而分离土壤的栅。链杆式分离输送器通过固定在主动轴上和从动轴上的链轮来带动，杆条形成一条环形的链带。 (2) 分离输送器的工作过程 链杆式分离输送器是一种分离器兼输送器，其工作过程是，当被掘起的土壤、块茎等向上输送时，在输送链的作用下，土壤被疏松，土壤通过杆之间的间隙筛出来，块茎则被输送器输送到机器的尾部，从而将块茎重新放回地表。达到挖掘块茎的目的。 作业时，位于前部的挖掘铲进入土层内将块茎整个掘起，掘起的土块在挖掘铲的作用下发生劈裂破碎，然后输送到分离输送器上。分离输送器杆条在向后运动的同 时，还受到抖动器的作用而上下抖动，使大部分土壤变松并落回地里。块茎则被输送器运送到机器的尾部。 其结构图如图 12 所示： 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 33 - 1、主动轮 2、分离输送器 3、抖动轮 4、从动轮 图 12分离输送器图 Fig.12 Separation conveyor 10.2 杆条参数的确定 在欧洲的许多国家里，杆间距离通常为 25-28mm。而在美国，甚至为 40-48mm。亚洲的日、韩等国为 30-40mm。这个间隙主要于块茎作物的品种和块茎的尺寸由很大关系。在波兰，一个块茎的平均重量大约为 60-80g，而美国可以达到 200g 左右。 一般情况下块茎作物的块茎为扁圆、椭圆、圆、长筒等形状，为了研究方便可以统一采用长、宽、厚三个特征尺寸来描述块茎的物理机械特性，其中厚度尺寸是关键的一个尺寸。 分离输送器的杆条间隙如图 13，从图中可以看出下面的关系： L = L1 + D 式中： L - 杆间隙 L1 -杆条间隙 杆直径；D 要使分离输送器达到筛分土壤，保留块茎的目的，杆条间隙的设计应满足 1L c的条件，即保证块茎最小特征尺寸大于杆条间隙，从而使块茎不至于在杆条间隙间随土壤一起漏下。根据资料和实际的测量，我国块茎的厚度尺寸大多在 30-80mm之间，因此若取杆间距 L 为 55mm，杆条直径为 10mm，代入式中，可得杆条的间隙为 45mm。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 34 - 其结构如图 13： 图 13杆条间 隙 图 Fig.13 Article intermittent 10.3 分离输送器线速度的确定 多功能块茎挖掘机抖动分离输送器的 线速度和抖动器的性能是影响分离率和块茎损伤率的主要因素。而抖动器的抖动和抛起性能，除了受其本身的几何形状影响外，主要取决于其速度。也就是说，线速度是分离输送器设计的主要参数。通过对分离输送器和抖动器的运动学和动力学分析，来阐述分离输送器与抖动器的运动学关系，并分析抖动器的抖动和抛起性能，为分离输送器线速度的确定提供理论依据。 在选定输送器的线速度时，必须考虑它的类型、长度、运动特性（加速度）及由这些因素造成的块茎的损伤问题。输送器的寿命、尺寸及机器的重量都与它的速度有关。分离输送器的线速度和作用在其上的加速 度越高，它的尺寸就可以越小，但它对块茎的损伤也就会越大，耐用性会降低。输送器的长度关系到块茎分离和整机的尺寸，因此它必须适当。 分离输送器在工作时，其线速度应略大于机器的前进速度，以保证掘起物往后传送的正常进行。试验表明：当线速度高于 2m/s，土壤含水量大于等于 20%时，分离能力下降。若机器的前进速度为 pV ，分离传送器的线速度为 rV ，则有： 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 35 - prVV ， 的取值一般为 0.8 2.5 机器工作时的速度为 1.2m/s，分离输送器的速度为 1.3/s，所以算出的 为 1.08。在0.8 到 2.5 的范围之内，所以该参数的确定符合要求。 11. 挖掘铲的设计 11.1 挖掘铲的构成 挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。铲尖角度设计为钝角，这样可以减小铲前的入土深度，从而降低无效挖掘深度的动力消耗。挖掘铲铲尖的形状采用“ w”型，前进阻力较小，入土性能 比较 好。 11.2 挖掘铲的设计 挖掘铲的铲片 是多片铲的变形，铲片与铲片之间留有间隙，这 样就 带来很多优点。 （ 1）一方面是减少铲尖与土壤的接触面积，达到减少阻力的目的。 （ 2）另一方面是减轻了机器前部的重量 。 多片铲在工作时发生局部磨损时，更换方便维修成本低。一般块茎在土壤中的最大 分布宽度为 400mm，块茎分布的深度一般为在地表 以下 120-200mm之间。 为了保证铲刃的自动清理功能，铲刃的倾斜角度 可由受力确定，使土壤在铲刃上的滑切力能克服摩擦力，即： Fp )90s in ( 式中： p 为作用于铲刃上的阻力。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 36 - np 为铲刃上的正压力。 rp 为铲刃上的滑切力。 F 为铲刃与土壤之间的摩擦力，且 tannPF ， 为摩擦角。 )90co s ( PP n 代入得： 90 一般土壤对钢的摩擦角为 355.26 ，取 30 ，所以 60 。 若铲片数量为 5 个，单个铲片宽度为 100mm，长度为 250mm，铲刃倾斜角度60 ，铲面倾角为 15 ，铲间间隙为 25mm。 其结构如图 14： 图 14 挖掘铲 Fig.14 Digging Shovel 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 37 - 12. 地轮和机架的设计 12.1 地轮的设计 地轮的作用主要是在机器行走过程中的平衡支撑作用。为了克服挖掘机收获时挖掘铲前部较大的阻力，设计的地轮应当有较好的通过性，且能够保证在凹凸不平的地表情况下准确控制挖掘深度。地轮材料可以选择铸铁，结构采用腹板式。 地轮结构图如图 15 所示： 图 15 地轮 Fig.15 Land wheel 12.2 机架部分的设计 挖掘机组的入土性能、挖掘深度稳定性能、机组牵引性能、运输通过性能及对地表的适应性能等主要工作性能都收多功能块茎挖掘机悬挂装置的影响。本设计采用三点悬挂式机构，由拖拉机后置三点悬挂和挖掘机悬挂架机构成一个空间机构，它可以看作在纵垂直面和水平面的四个四连杆机构。这两个四连杆机构具有各自的瞬心，挖掘工作时，在各种作用力及相对瞬心的力矩作用下，将产生绕这两个瞬心的转动趋势转动，以保持平衡。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 38 - 其结构如图 16： 图 16 机架 Fig.16 Rack 13. 结论 本次设计的机器性能 基本 满足要求，能较好的与农村现有动力配套使用，能较好的把握挖掘机收获过程中的要求。 通过本次毕业设计，我对产品的设计过程有了一个系统的认识，掌握了基本的设计过程，真正地将所学的理论知识与实践结合起来，提高了独立思考解决问题的能力。由于所掌握的知识的限制和经验的不足，在设计的过程当中，难免有不妥之处。在今后的学习工作中我会继续努力，弥补自己在专业知识上的缺欠。 另外，我的导师王黎明老师对设计思路比较 认同，这使我产生了无穷的动力，在设计过程中，每周要见导师一次，这样可以随时将不懂得问题向王老师请教，王老师总是耐心的讲解，这让我收益颇丰，很是感动。我在北京实习期间，王老师还是不断地督促我不要忘记毕业设计的进度，这让我不断提醒自己，除了每天的实习工作，还要保持进度，因此，在那段时间里，我不仅没有掉队，而且很好地把握住了毕业设计的进度，这在无形中也是得益于王老师。 在实习时，公司领导就曾经叮嘱我们应届生一定要好好的做毕业设计，因为毕业设计是我们在大学期间最后的也是最有意义的一次大作业，既可以对大学所学知识进行 一个系统的测评，又为以后的职业生涯做一个坚实的铺垫。从中可以看出一个学生的负责态度，对待事情的细致程度，对待知识的尊重程度，是衡量对待以后的工作态度的重要标准。 此次设计，我认为最重要的 事情 就是 让 我明白了，无论做什么事情，要想做好，必须态度端正；要善于学习，时刻学习；做事要严谨、认真，细致、不怕吃苦，还要有创新精神。 重庆理工大学毕业论文 马铃薯挖掘机的设计 - 39 - 14.本次设计外购件清单 ： 序号 名称 数量 材料 价格 生产厂家 1 内六角圆柱头螺钉 M10X16 2 45 号钢 1.0 元 /个 宁波日升紧固件有限公司 2 B型螺栓紧固轴端挡圈 2 Q235 1.5 元 /个 扬州贝氏弹簧制造有限公司 3 联轴器 HL4 型 1 35 钢 580 元 /套 镇江德瑞机械有限公司 4 ZDZ100 型圆柱齿轮减速器 1 HT200 、Q235 、 45钢 2800 元 /套 上海慧丰传动机械有限公司 5 升运链 1 Q235 68 元 /条 新泰市宏远工业设备有限公司 6 GB1152-89直通式压注油杯 7 塑料 0.3 元 /个 宁波市 鄞州 高桥新信机械电器厂 7 GB891-86 轴端挡圈 7 Q235 0.7 元 /个 瑞安市速盛汽车配件有限公司 8 轴套 5 45 钢 0.3 元 /个 重庆凯思孚轴承 有限公司 10 圆 锥 滚 子 轴 承3000