农业机械化及其自动化本科毕业论文甘薯收获机设计

1、 青岛农业大学 毕 业 论 文（设计）题 目： 甘薯收获机设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 2013年6 月14日i1目录摘要.2abstract.31 绪论.,.41.1 前言.,.41.2 国内外甘薯收获机概况及发展现状.,.51.3 本课题研究的意义、内容及方法 .,.82 方案论证.,.103 传动机构设计、计算及校核.,.133.1 配套动力选择.,.143.2 传动机构设计与校核.,.,.144 甘薯收获机的总体原理及挖掘部分设计.,.204.1 甘薯的生长农艺学特征及收获要求.,.204.2 甘薯收获机的整体结

2、构及工作原理.,.204.3 挖掘部分的设计.,.215 总结.,.226 参考文献.,.237 鸣谢.,.25 甘薯收获机设计摘要 甘薯作为重要的粮食来源，用途非常广泛。甘薯的营养价值不断地被认识到的同时，人们对甘薯产品的需求量也日益扩大，同时甘薯的种植面积也在迅速地增加。甘薯种植和收获过程需要很大的劳动强度，这就使得薯农对甘薯的机械化作业要求更加的强烈。甘薯的收获方法主要分机械收获和人工收获两种。人工收获具有费时、费力、损坏多和漏薯等缺点。随着经济发展，劳动力工价上涨，使得人工收获的成本又高了。而甘薯比马铃薯生长要深，致使马铃薯收获机械收获甘薯时效果不佳。目前我国红薯收获机械面临的主要难题

3、是：减小阻力、防堵问题；提高明薯率，减少漏薯率和伤薯率。针对中国的土地分配特点，小型的甘薯收获机械适应性较强、结构简单、使用可靠、操作方便、成本低，较为适合。这使得甘薯收获效率增加的同时，降低了劳动强度，减少了成本，对于甘薯的机械化起到了关键作用。关键词：甘薯；收获机；效率；明薯率the design of sweet potatos harvesting-machineabstract sweet potato as the major source of vegetables，is used widely. as people understanding the value of swee

4、t potatoes deeper and deeper, the demand for the sweet potatos products is growing. the acreage of sweet potato increases rapidly too. sweet potatos cultivation is labor-intensive. this makes the requirements of mechanized cultivation of sweet potato becomes intense. sweet potatos cultivation method

5、 is mainly divided two kinds: mechanical harvesting and artificial harvesting. artificial harvesting is time-consuming, laborious, and more damage and potatoes, drain and other shortcomings. with the development of economy, the costs of the labor rise. that makes the costs of artificial harvesting h

6、igher. sweet potato grows deeper than potato. it results in the potatos harvest-machine do bad in harvesting sweet potato. at present, our countrys challenges in sweet potatos harvesting as follow : drag reduction，preventing block，rising the rates of sweet potatos appearing, loose and damage-rates.

7、the smaller sweet potato harvesting-machine is wind-adaptability, simple-structure, reliability, easy-to-operate, low-cost, which taking into account the chinese allocation of land, is more appropriate. it can not only reduce the cost but also rise the efficiency of harvesting. it plays a key role i

8、n sweet potatos mechanical harvesting.key words: sweet potato; harvest-machine; efficiency; the rates of sweet potatos appearing.2青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 前言 1.1.1甘薯种植概况 甘薯生长周期一般为一年。不同地区对其有不同的称呼。它最初起源于南美洲、非洲南亚地区，目前有100多个国家广有种植。在16世纪末的时候，甘薯被从南洋传入中国的福建、广东，而后又向长江、黄河流域及台湾省等地传播1。甘薯的主要部分：块根，可作粮食、饲料和工

9、业原料，作用广泛。 世界甘薯种植区域主要产区分布在北纬40度以南。亚洲居首位，非洲次之，美洲巨第三。1994年世界甘薯总面积为938万公顷，总产量为12433.9万t。而据联合国粮农组织统计，2002年世界甘薯总种植面积为976.5万公顷，总产量为1.36亿吨，平均鲜薯单产13.9吨/公顷。fao2009年数据显示，世界甘薯栽种面积为8.53mhm2，总产量108mt。美国每年种植甘薯的面积大约为3.6万hm22。就我国甘薯的种植的范围来看，南起海南省，北到黑龙江，西至四川西部山区和云贵高原均有分布。以淮海平原、长江流域和东南沿海各省最多。根据我国甘薯的生长及种植习惯，一般将甘薯种植区划分为三

10、大区：北方春夏薯区（占45%）、长江中下游流域夏薯区（占35%）、南方薯区（占20%）3。每年我国的甘薯种植总面积和总产量均居世界首位，平均鲜薯单产19.0吨/公顷4。 1.1.2甘薯机械化收获技术与收获机具甘薯收获的最佳时节是当茎叶微微泛黄时。此后甘薯的生长变得较慢，同时甘薯的尺寸一般都已经达到市场要求。如果再晚收获就会使根部的损伤转移到块茎，进而影响甘薯的质量。在好的生长环境下，在种植后的90100天内，甘薯的尺寸就可以达到市场要求。在甘薯生产中，难度较大的是收获作业，因此要实现甘薯生产的机械化就必须首先解决收获的机械化问题。甘薯的机械化收获过程包括：挖掘、输送、分离、铺放、捡拾等工序。根

11、据收获过程的机械化程度不同，收获过程分为人工收获、半机械化收获、机械化收获三种5-6。半机械化过程是指挖掘、输送、分离和铺放由机械完成，其余工序，例如：打秧捡拾等，都由人共完成。机械化收获是指整个收获过程全部由机械完成，包括：打秧、挖掘、输送、分离、收集、运输等。但是，不论哪种方法，一般对收获技术有以下要求：高生产率，高明薯率，低损伤率，低人工消耗，适应不同的土壤工作。目前，我国的甘薯收获还是处于半机械化收获时代，甚至有些地区是人共收获时代。收获时效率低下，耗时费事，破损率高等问题突出7-10。1.2 国内外甘薯收获机概况及发展现状1.2.1国外甘薯收获机概况及发展现状图1.2改进的摆动式茎叶

12、切割机图1.1铸造式的挖掘犁国外甘薯机械化收获研究起步早、发展快、技术水平高。至今，国外的甘薯收获机自动化程度已比较高。期间，甘薯的机械化的研究经历了一系列阶段，收获方法也更新了多种。最初小面积种植的时候，通常使用铸造式的挖掘犁（图1.1）收获，甘薯在被犁刀挖掘的同时，锯齿状的犁刀对块根又有一个切割作用，将其从茎叶的根部切下，然后将块根铺放到邻近的一侧。但是这种类型的挖掘犁适应性不强，铺放的甘薯毫无规律不便捡拾，并且挖掘出的块根有可能被土壤再次埋住，明薯率较低。研究表明，由于它的漏挖和埋薯造成的损失平均高达20%，由此可见，它远远不能达到要求。而且这种挖掘犁的根茎切割效果很差。针对这种现象，国

13、外又出现了一种新的带有除秧功能的机器（图1.2）。这种改进的机器增加了连枷式切割器。这种切割器是一种由一个长的木柄（或棒）和一个安装在上面的稍短的、能自由摆动的棍棒组成的除茎工具。它的切割宽度也根据行距进行调整，专门用于块根的茎根切割。但是它只是用于切割，不能进行挖掘收获作业。所以它的收获方法仍属于分段收获，工序较多，作业效率也比较低。图1.5具有茎叶切除功能的甘薯联合收获机图1.4两级杆条链式甘薯收获机图1.3使用带有可装卸平台的马铃薯收获机收获甘薯此时，由于国外马铃薯的大面积种植，国外马铃薯挖掘机的研制相对先进。马铃薯和甘薯的生长特点有一定的相似11，因此，一些农场主就向尝试用马铃薯挖掘机

14、来挖掘甘薯（图1.3）。最初时期研制的的马铃薯收获机一般是用于单行收获，所以用它收获甘薯时也只适于单行收获。它的挖掘铲后面是升运链，负责输送土壤和块根到链条上。在输送过程中，土壤被分离掉，块根被输送到机器后面，然后由人工捡拾。 随着时间的推移和对甘薯收获机的不断探索，国外的甘薯收获进入了半机械化阶段。又一种新型的两级杆条链式甘薯收获机应运而生（图1.4）。该机型包含两级输送，一级用来升运甘薯块根，另一级用来对甘薯进行分级包装。该机安装有分选台，但是分选工作由人共完成。这种机器不具有茎叶切除功能，收货前人需人工对茎叶进行切除，所以还是不够高效。同时由于由人工进行分选，所以该机型的功耗较大。 20

15、世纪末，国外的甘薯收获进入了机械化时代，出现了新型的具有茎叶切除功能的甘薯联合收获机（图1.5）12-13。该收获机可以依次完成挖掘、输送、分离、清选、升运等几乎所有工作，与大马力拖拉机配套使用，用液压控制系统来控制运作14。对于发达国家的种植模式而言，联合收获机已经具备了良好的价值。它可以提高收获效率，节约成本，减少破损率，增加农场主的利润。但是，这种收获机不论在体型结构还是价格上都不适合中国的情况。1.2.2国内的甘薯收获机概况及发展现状图1.6 4hw-700型简易地瓜收获机 相比国外的甘薯收获技术而言，我国甘薯的收获机械化发展严重滞后，基本还是处于半机械化作业时期，甚至是用镐头刨的人工

16、收获时期。广大薯农迫切需要解决甘薯收获的机械化问题，把薯农从发中的生产过程中解放出来。正对这一问题，国内参考国外的技术和相关机械，开始并设计了多种甘薯收获机。图1.7 1520型马铃薯收获机目前，国内的甘薯收获机有招远泰山农机厂研制的4hw-700型简易地瓜收获机（图1.6）；该机为框架结构，后悬挂于拖来机上。它是采用平犁铲挖掘，后半部分抖土、分离输送物。它的配套动力为8.8-17.6kw拖拉机，作业幅宽70cm，作业效率为每小时0.200.33hm2。该机的特点是：（1）结构简单、便于加工制造、质量轻、自身功耗低、节约成本；（2）收获时甘薯漏薯率较高、明薯率低、挖掘时难度大、适应性也不高。它

17、收获时甘薯的铺放没有规则性，不便于捡拾。另还有阜阳市农业机械化研究所研制的4ul系列型甘薯收获机15，它也是与拖拉机配套使用。最近上市的还有4hd-1型花生地瓜收获机，4kjw-1600型，1520型马铃薯收获机的改进型（图1.7），还有分段式等等。2011年北京市大兴区农业机械研究所王岩松设计的4uc-1型甘薯收获机发表。该机的伤薯率、明薯率和经济效率方面都得到很大改善。同时能耗率较低，与国家的“节能减排”政策不谋而合。但是该机的框架刚性不足，传动栅条易伤薯等问题还是尤为突出。对此经过一些列的实验研究，终于克服了这些难题。1.3本课题研究的意义、内容及方法 现在健康观念深入人心，甘薯作为一种

18、低糖的食物，其健康价值较高。另外甘薯还有抗癌的作用，所以甘薯的价值正逐步体现出来。随着对其了解的不断深入，人们也在不断增加大了对甘薯产品的需求。与此同时，为了满足人们的需求，甘薯的种植面积也迅速地增加。我国是甘薯的种植大国，甘薯的种植面积稳居世界第一。但是甘薯的种植过程的劳动强度都很大，这使得薯农们对甘薯种植的机械化要求更加的强烈。而甘薯收获的早迟和作业质量对薯块产量、干率、安全贮藏和加工等有密切关系。作为甘薯的主要部分：甘薯的块根，成熟期不够明显。甘薯的收获一般是在甘薯的叶子微微泛黄，当地平均气温降到1215，晴天土壤湿度较低时进行。收获后的薯块应随时入窖，或者及时切晒加工。不论机械还是人工

19、刨挖收获，都要在尽量减少漏收的同时还要避免破伤薯块，否则块根极易在贮存期间感染病害，而导致腐烂。与此同时，甘薯的块根皮薄而细，收货时非常容易受损伤。在收获设备的碰撞以及输送设备运输过程中，甘薯的块根都可能受损伤，因此要尽可能的减少碰撞和损伤。目前甘薯的收获方法主要分机械收获和人工收获两种。人工收获具有费时、费力、损坏多和漏薯等缺点。随着经济发展，劳动力工价上涨，使得人工收获的成本又高了17。众所周知，中国人口不断增加，而同时随着而来的问题也日益突出：对农产品需求不断增长，耕地面积的不断减少，水资源日益不足，生态环境日益恶化。其中当前主要的问题是，中国人均粮食占有量日益降低，粮食的供求处于紧平衡

20、状态。此时，甘薯的优势：投入少，产出多，单位面积可食用的干物质居各种作物之首，显现出来。同时，甘薯作为一种耐旱，耐瘠薄，丘陵山区也能种植的优良作物，在其他作物较难生长的地方，也能获得较好的产量，使得甘薯有着良好的未来前景18。当前中国国民经济在持续增长，农业产业结构也在不断的调整和优化，甘薯在保障国家粮食安全和能源安全方面的作用日益突现。甘薯不仅具有种植面积大，增产潜力大的优势，而且保健功能好，转化利用效率高，除用作饲料和保健食品外，还是理想的淀粉资源和能源作物，这就更加稳固了它的市场前景。专家认为：甘薯是成为21世纪最理想的食物之一，同时，甘薯也是最重要的可再生能源原料之一。由此可见，我国甘

21、薯市场潜力巨大。现在栽培技术发展迅速，新品种繁多，这一发展趋势与世界甘薯发展趋势是一致的。目前我国红薯收获机械面临的主要难题是：解决减阻、防堵问题；提高明薯率，减少漏收损失和薯块损伤率19。而甘薯比马铃薯生长要深，致使马铃薯收获机械收获甘薯时效果不佳。所以不可以直接用马铃薯收获机械收获甘薯。针对中国的土地分配特点，小型的甘薯收获机械适应性较强、结构简单、使用可靠、操作方便、成本低，较为适合。这使得甘薯收获效率增加的同时，降低了劳动强度，减少了成本，对于甘薯的机械化起到了关键作用。 通过借鉴国内外的相关技术和收获机械的设计，查阅相关文献资料，研究确定甘薯收获机分离输送系统的主要参数。对输送系统各

22、主要结构进行设计并分析确定主要参数。设计绘制全新一款甘薯收获机。解决马铃薯收获得相关难题，帮助薯农解决困难。 2 方案论证2.1 方案论证 针对中国国情，土地还是家庭联产承包责任制。农民种植的土地地块小、分散。甘薯在中国分布的地形复杂，有平原、丘陵、山地。其中，超过甘薯种植面积的百分之五十为平原地，百分之三十为丘陵，近百分之十五为山地。国外现今先进的大型的、大功率的甘薯收获机，明显的特点是适合大的平原地区。它要求种植面积广，土地平整适合机作。一般对于国外的农场种植是适合的。而中国的土地分散，地块小，不适合大型机器作业。而小型机技术落后，收获时破损率、漏薯率和明薯率较低，所以，不可以直接的引进中

23、国实用。图2.3 4ul系列型甘薯收获机图2.2 4ul系列甘薯收获机tu 目前，以上列出的国内的主要机械大都存在一定的缺点。如4hw-700型简易收获机，虽然机身机构简单，设计、制造容易，加工成本低，但是收获时甘薯的漏薯率较高、明薯率低、挖掘时难度大、适应性也不高。并且该机型由于结构的简约致使机型的稳定性不强，特别是薯土分离机构更易于变形，致使该机型的分离效果不好。4ul系列虽然解决了4hw-700型的不少缺点，设计的范围广了，适用范围也广了，但是同比消耗的功率也大大的提高了。它的配套动力为8.817.6kw拖拉机，作业幅宽70cm，作业效率为每小时0.200.33hm2。该机的特点是：（1

24、）结构简单、便于加工制造、质量轻、自身功耗低、节约成本；（2）收获时甘薯漏薯率较高、明薯率低、挖掘时难度大、适应性也不高。它收获时甘薯的铺放没有规则性，不便于捡拾。另还有阜阳市农业机械化研究所研制的4ul系列型甘薯收获机（参数详见表2.1），它也是与拖拉机配套使用。最近上市的还有4hd-1型花生地瓜收获机，4kjw-1600型，1520型马铃薯收获机的改进型，还有分段式等等。2011年北京市大兴区农业机械研究所王岩松设计的4uc-1型甘薯收获机发表。该机的参数如表2.2所示。由表可知该机的伤薯率、明薯和经济效率方面都得到很大改善。同时能耗率较低，与国家的“节能减排”政策不谋而合。但是该机的框架

25、刚性不足，传动栅条易伤薯等问题还是尤为突出。对此经过一些列的实验研究，终于克服了这些难题。表2.14ul系列型甘薯收获机主要技术参数型号4ul-504ul-754ul-1004ul-130长、宽、高（cm）130、75、98130、100、98130、125、100130、155、100配套动力（kw）13.216.2小四轮拖拉机14.718.4小四轮拖拉机22.136.8四轮拖拉机29.040.4四轮拖拉机挂接方式三点悬挂三点悬挂三点悬挂三点悬挂整机重量（kg）180220280320工作幅宽（cm）5075100130工作深度（cm）1530153015301530工作行数1122明薯率（

26、%）98989898伤薯率（%）1111漏空率（%）0.20.20.20.2生产率（hm2/h）0.100.200.150.300.200.350.250.45表2.24uc-1型甘薯收获机名称任务书规定值实测数值配套动力（kw）130、75、98130、100、98收获宽度（cm）9062垄腰下挖掘深度（cm）15201020生产效率（hm2/h）0.10.20.20.33明薯率（%）9999损失率（%）50.11破皮率（%）3.51伤薯率（%）漏挖率（%）10.20.10.1本课题设计的机型主要参考4uc-1型甘薯收获机，在保证它的明薯率和工作效率的同时，对机器的结构进行了加强设计，同时对

27、机器的输送装置进行了改进。降低了机器收割过程中对甘薯的伤害，降低了伤薯率。同时还节省了材料，降低了成本。 图3.1 机器动力传动图1. 防缠绕装置 2.二级锥齿轮 3.从动皮带轮 4.减速箱 5.主动皮带轮 6.链轮 7.抖动轮 8.链 9.主动链轮 10.从动皮带轮3 传动机构设计、计算及校核3.1 配套动力选择 挖掘铲的阻力约为800n，铲的挖掘力为1200n。输送的土垡的重量为4000n。机器的自身重量约为1000n。机具的动力传动系统中有一对锥齿轮，一对带轮两级。取锥齿轮的传动效率为93%，带轮的传动效率为90%。 f=f1+g1+g2式中：f-所需的牵引力（n）； f1-挖掘阻力（n

28、); g1-输送的土垡重（n); g2-机身重（n)；参照以上方案的设计，计算后选取配套拖拉机动力为40马力，选用东方红-400拖拉机。拖拉机的最大输出功率26.5kw，牵引力为8kn。输送链的输送速度应该大于机器的前进速度。但是为了提高薯土的的分离效果，其速度也不可以过大。机器的前进速度为5km/s。减速器的传动比为2。链轮的传动比为2。设带轮的速度为v带，大带轮的半径为r，大带轮的转速为n4，小带轮的转速为n3，半径为r，一级主动锥齿轮的转速为1000r/min，齿数z1=20，被动锥齿轮的转速为n2，齿数为z2。 v带= 计算得：输出轴转速选择1000r/min。3.2 传动结构设计及校

29、核机器的动力传动如图3.1所示，动力经拖拉机动力输出轴输出后，到达变速箱，在变速箱经一对锥齿轮传递，变速箱输出轴连接一小带轮，小带轮经v带接一大带轮。然后大带轮带动输送链转动。3.2.1齿轮传动设计及校核拖拉机的动力输出轴输出转速1000r/min。拖拉机的前进速度为5km/h。要保证机器在工作过程中不发生拥堵，输送链的速度一定要大于机器的前进速度（5km/h）。同时，为了提高机器的明薯率，输送链的速度应该尽可能的低。运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。材料选择，小齿轮材二者材料硬度都为40hbs。1.1选择一级主动齿轮齿数为20。传动比为2。则被动轮的齿数为40。按照齿面接触强度

30、设计 取k=1.3,法向压力角。 计算小齿轮传递的转矩。 齿宽系数=。螺旋角=0。基圆柱螺旋角b=0。材料的弹性系数ze=189.8。 小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 应力循环n1=60n1jlh=6010001630010=2.880109;n2=1.440109。图3.2锥齿轮剖面尺寸 接触疲劳寿命系数khn1=0.86;khn2=0.90。计算接触疲劳许用应力。取失效概率为0.01，安全系数s=1, 。 齿轮1齿数z1=20 当量齿数zv1=22 齿轮1变位系数x1=0.035 齿轮1齿宽b1=44.274 齿轮1齿宽系数d1 =0.33 齿轮2齿数z2 =40 当

31、量齿数zv2=89 齿轮2变位系数x2=-0.035 齿轮2齿宽b2=44.274 齿轮2齿宽系数d2=0.33 总变位系数x=0 齿顶高系数ha*=1 齿顶间隙系数c*=0.2 齿数比u=2图3.3 锥齿轮啮合图 端面重合度=1.705 纵向重合度=0 总重合度=1.977 齿轮1分度圆直径d1=120 齿轮1齿顶圆直径da1=131.109 齿轮1齿根圆直径df1=107.496 齿轮1齿顶高ha1=6.21 齿轮1齿根高hf1=6.99 齿轮1全齿高h1=13.2 齿轮2分度圆直径d2=240 齿轮2齿顶圆直径da2=245.179 齿轮2齿根圆直径df2=233.372 齿轮2齿顶高h

32、a2=5.79 齿轮2齿根高hf2=7.41 齿轮2全齿高h2=13.2 齿轮1分度圆弦齿厚sh1=9.779 齿轮1分度圆弦齿高hh1=6.389 齿轮1公法线跨齿数k1=2.799 齿轮1公法线长度wk1=42.542 齿轮2分度圆弦齿厚sh2=9.061 齿轮2分度圆弦齿高hh2=5.828 齿轮2公法线跨齿数k2=4.883 齿轮2公法线长度wk2=80.849图3.4带轮轮槽截面尺寸这样计算的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根接触疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。3.2.2 v带传动设计及校核v带的传动功率为6kw，小带轮的转速为500r/min，大带轮的转速为25

33、0r/min。根据p=8kw，n1=500r/min选v带带型为b型。根据v带的带型初选带轮直径为200mm。带速为v=5.24m/s。大带轮直径d2=400mm。根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，初定传动带的中心距为a0=1050mm，相应带长为ld0=1322mm。取带的基准长度为3150mm。传动的实际中心距近似为a=1099mm。考虑到带来轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充紧张的需要给出带的变动范围amin=794mm，amax=812mm。小带轮的包角小于大带轮的包角。小带轮的摩擦力相应的小于大带轮上的总摩擦力。因此打滑只可能小发生在小带轮上。为了提

34、高带传动的工作能力，应使带轮的包角为=180-（dd2-dd1）=169.57120。图3.5小带轮轮槽截面尺寸 确定带的根数。p0=1.73 k=0.92 kl=0.90 z=4。可以使各带受力均匀。 相应带轮的设计为bd=14，hamin=3.5，hfmin=10.8，e=19，fmin=11.5，=7.5，r=0.5，=38。 小带轮的结构为实心轮。外径da=207mm，分度圆直径dd=200mm，内径d=35mm，d1=65mm，b=126mm，l=60mm，s=15，n=6，s2=8。大带轮的结构选择孔板轮。技术参数da=407mm，dd=400，d=35，d1=70，d2=378，

35、b=126，l=70，s=15，n=6，s2=20。图3.6大带轮轮槽截面尺寸 确定带的初始拉力。单根带的所需最小拉力为（f0)=500。对于新安装的v带，初始拉力应为1.5（f0);对于运转后的v带，初始拉力为1.3（f0)。安装时，应保证初始拉力大于上述数值，但也不应过大。为了控制实际初始拉力的大小，可在v带与两带轮切点的中间，是假规定的、与带边垂直的力，使带在每100mm上产生1.6mm的挠度。3.2.3轴及轴上零件的设计及校核该机器共有三根轴需要设计，分别为减速器的输入轴1，减速器的输出轴2，大带轮的支撑轴3。轴1的设计：轴1传递的功率为14kw。t1=9550000141000=13

36、3700nmm。选取轴的材料为45钢，调制处理。取a0=112，根据轴的设计公式得轴的最小直径d1min=27.00mm，取整得d1=28mm。该轴的最小直径是安装的万向节的最小直径。为了满足万向节轴向定位的需要，轴1左端应制出一轴肩，直径为32mm。同时左端用轴端挡圈定位，直径为35mm。 因为轴承同时受到径向力和轴向力的作用，两端需要固定。故选用一对深沟球轴承。轴承代号为61907。其尺寸为内端最小端直径d=35mm，外圆最大直径d=55mm，宽度b=10mm。安装齿轮的轴段直径为31mm，齿轮的左端与右轴承之间采用套筒定位。齿轮的宽度为44.274mm。为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴

37、端应该略小于轮毂宽度，取长为50mm。取锥齿轮距箱体内壁的距离为5mm。轴上零件的周向定位。齿轮、万向节与轴的周向定位采用平键连接。根据直径得键的尺寸为键宽b11=8mm，键高h11=7mm；b12=10mm，h12=8mm。键槽用铣刀加工，长为l11=20mm，l12=28 mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮的轮毂与轴的配合为；同样万向节与轴的配合为。轴承与轴的定位采用过渡配合保证，此处选择轴的直径尺寸公差为m6。轴上圆角与倒角。c或r都为2.0。轴2的设计:轴传递的功率为10kw。转矩t2=955000010500=191000nmm。选取轴的材料为45钢，调制处理。

38、取a0=112，根据轴的设计公式得轴的最小直径d2=30.5mm，取整得d2=35mm。该轴的最小直径为安装齿轮和带轮的轴端。轴同时受轴向力和径向力的作用，所以选用一对角接触球轴承。轴承代号为7208c。其尺寸为内端最小端直径d=40mm，外圆最大直径d=80mm，宽度b=18mm。安装齿轮的轴端直径为d=35mm，齿轮与轴承之间采用套筒定位，齿轮的宽度为44.274mm。取齿轮距箱体内壁距离为8mm。安装带轮的轴端直径选择为35mm，为了方便带轮的轴向固定，制出一轴肩，轴肩处轴的直径为37mm。轴上零件的周向定位借鉴轴1的设计采用楔键连接。键的尺寸为b21h21=108；b22h22=108

39、，键槽长度为28mm、32mm。配合方案同上。由于轴的直径和轴1相近，所以倒角和圆角大小也是2.0。轴3的设计：轴传递的功率为6kw。转矩为t3=229200nmm。同样选取材料为45钢，调制处理。取a0=112，根据轴的设计公式得轴的最小直径d3=32.3mm。取整后整理得d3=35mm，该轴的最小直径为安装带轮的轴端。安装大带轮的轴直径为35mm，为了确保带轮的轴向固定，做出一轴肩，轴端直径为40mm。安装链轮的轴端直径为35mm，链轮的轴向固定同样采用轴肩。轴肩直径为40mm。大带轮和链轮的周向定位都采用平键固定。键的尺寸为bh=108，键的长度都为25mm。配合方案同轴1。轴承选择参照

40、轴1、轴2，选择轴承型号61808的深沟球轴承，轴承尺寸为ddt=40mm52mm7mm。 3.2.4 输送链轮的设计 输送链的转速为250r/min，根据极具的设计要求，链轮的速度应该大于5km/h，同时为了提高薯土分离的效果，提高明薯率，链轮的速度也不宜不过大。根据公式=6.54m/s得，链轮的直径最小为d链min=107mm，又根据轴3的设计，轴3的最小直径为d3min=35mm。综合得出，链轮的直径为d链=192mm。小链轮的直径选择96mm。为了输送链在运转过程中，调高薯土的分离效果，链条间的间隙不易过小，结合链轮的周长计算得，大链轮上的齿槽数为18，链条的间隙为40.175mm，则

41、小链轮上的齿槽数为9。两链轮的中心距为1200mm。4 甘薯收获机的总体原理及挖掘部分设计4.1甘薯生长的农艺特征及收获要求 4.1.1甘薯生长的农艺特征甘薯利用价值最高的是它的块根。块根是贮藏养分的器官，也是供食用的部分。分布在 525cm深的土层中，很少生长在30cm以下土层 先伸长后长粗，其形状、大小、皮肉颜色等因品种、土壤和栽培条件不同而有差异，分为纺锤形、圆筒形、球形和块形等。同时，块根皮薄而细，非常容易损伤。4.1.2甘薯收获要求挖掘深度：垄腰以下1520cm。工作幅宽：75cm。明薯率98%。伤薯率1%。漏薯率3.5%。 4.2 甘薯收获机的整体结构及工作原理该机是由拖拉机三点悬

42、挂牵引带动，方便与多种拖拉机配套。采用正配置，使整机的受力均匀，收获时行走平稳，整机冲击减小，还可以减小牵引力。机器采用链结构输送，防止机构打滑，保证输送的稳定性，减小机构的冲击。输送链上包裹了医用硅胶管，这样可以大大的降低伤薯率，保证输送的柔性。机架采用低碳钢，采用焊接工艺。为了防止挖掘部分在工作时受到杂草缠绕而造成拥堵，减小机器的阻力，机架特别安装了防缠绕装置。挖掘机输送部分为为带杆式升运分离链，其分离土壤效果好。它可以提升土壤及其所含薯块的离地高度的同时分离土壤，并且不易打滑。筛面呈“u”型还有利于集中条状铺放。同时，输送链在工作时，还会在振动机构的带动下，不断上下震动，不断破碎土壤，分

43、离筛掉土壤提高了薯土的分离效果，增加了机器的明薯率。工作时，薯块和土壤沿挖掘铲上升并向后输送，到达输送链，然后经输送链继续输送。在输送过程中，被破碎的土壤从输送链间隙中漏下。动力由拖拉机的动力输出轴经过万向节传给减速器输入花键轴，再由花键轴传给轴端小带轮，通过一对锥齿轮输出减速器。在减速器出来，一路带动小带轮转动，小带轮通过皮带带动大带轮旋转，大带轮经过轴带动主动链轮旋转，主动链轮带动链条传动，带动被动链轮旋转；另一路是小带轮带动轴1转动，带动锥齿轮，通过一对啮合的锥齿轮带动防缠绕装置的转动。4.3 挖掘部分的设计 挖掘铲的设计主要考虑铲的受力，材料选取为45钢。挖掘部分由铲架，挖掘铲,防缠绕

44、辅助装置等组成，挖掘铲是三角形的铲头配合圆盘开沟器组成。4.3.1挖掘铲的设计挖掘铲的主要任务是意义以带最少的泥土挖掘甘薯、捡拾块根，并尽可能的使土壤松碎，把挖掘物送到后面的输送分离装置上，并要求功率消耗最少。也要在不同的土壤条件和湿度下完成这一任务是比较困难的。为了满足各项技术要求，该机采用了组合式挖掘，由三角挖掘铲、铲架、切土盘等组成。挖掘铲刚性的固定在挖掘头上，调整固定杆与挖掘头的相对位置，实现切土深度调整。三角型挖掘铲结构简单，制造容易，被广泛的应用于甘薯挖掘中。铲刚性固定在铲架上，各铲之间留有滑草间隙。 图4.1 挖掘铲的入土参数挖掘铲的入土角和铲的刃倾角对挖掘阻力的影响很大。根据挖

45、掘铲的受力分析有： 式中：p-挖掘铲掘起土壤所需的力（n)； n-土壤收到的挖掘铲的反作用力（n); g-挖掘铲受到的土垡的重力（n); f-土垡对挖掘铲施加的摩擦力（n); -土壤与铲之间的摩擦系数。=tan，=3036度。切割土壤受力：p=ka式中：k-垄沟的比阻系数（n/m2）； a-垄台的截面积（m2）；k随着土质的不同值也不同，在中等坚硬土中k=2400030000（n/m2）；铲的截面积a=0.0410.052m2;摩擦角取36；移动土垡的重量约为400n；铲的阻力为490n；切割力p=800n。解得：=1530 甘薯的块根长约100250mm，取铲长为200mm，宽40mm。为了

46、保证铲的良好的切割效果并且挖掘时候不发生拥堵，取铲的刃倾角为120。铲的间隙为40mm。5 结论与建议毕业设计是对于整个大学学习过程和知识总结结果的综合检验，是毕业季的重要环节。此次设计针对当前中国甘薯收获的问题，提出了设计命题。通过查阅相关资料，调查分析，对比和参照不同方案的优、缺点，综合得出了设计的方案。然后在老师的指导下，与同学交流，反复修改，完成了该设计。设计在解决问题的同时通过自己的创新，更好的解决了问题，节约了资源，减少了能耗。但在设计过程中，遇到了很多难题，也暴露出很多的问题。首先，该机器设计的机器由于无法实验，不确定是否完成了任务书的要求指标。机器的机身结构还太过复杂，特别是机

47、架的材料选择上和机架的设计上还有很大的不足。机身还是过于厚重，导致功耗加大。其次挖掘铲的角度没有精确设计计算和校核，致使挖掘铲不能高效的完成挖掘工作。还有挖掘铲的宽度和间隙设计不够精确。挖掘铲选择也没有论证。还有就是限深轮的安装位置和限深轮的结构也存在较多问题。针对以上问题，提出以下建议：（1）保证机身的稳定性及强度要求的条件下，减少机身的厚度。（2）计算及校核挖掘铲的入土角及挖掘角度。（3）限深轮安装在机身的重心上，同时增加限深调节机构，调节限深。6 参考文献1 马代夫世界甘薯生产现状和发展预测世界农业，2001 (1)：1719 2 马庆学薯类机械化收获技术及其机具改 进.湖南农机，2oo8，(4)：31.3 王山松4uc-1甘薯收获机的研究设计.河北农机，2o11，(4)：66.4 洪鹭薯类收获机故障分析及解决方法,农业技术与装备，2008，(5)：605 何玉静，张红梅，孙卫平，夏 阳.4kjw1600红薯挖掘机的试验研究.农机化研究，2010，(2）：159.6 孙建国.对人类大有好处的甘薯.中国检验检疫，2006，（4）：63.7胡