大白菜收获机机械部份(锁紧及切削机构)的设计

1、题目：大白菜收获机机械部份锁紧及切削机构的设计摘要随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用，农业机器将成为农业生产的主力 军。该文在分析大白菜收获机工作特点的基础上，从大白菜的采摘、转运、打包等方面进行分析。其中主要对锁紧机构和切削刀部分做了详细的说明。该大白菜收获机适用于家用收割大白菜，结构简单、制造成本低。该大白菜收获机的锁紧部分采用斜楔锁紧，切削刀采用固定式切削刀，本文主要介绍了斜楔锁紧机构的设计过程，对它可能出现的松动做了相应的放松措施。对于切削过程中刀具可能出现的状况做了相应的分析。还对其各零件的结构和选材做了详细的分析。整个结构简单、可操作性强、安全可靠。关键词：大白菜、收获机、斜

2、楔锁紧、固定式切削刀AbstractWith the new model of agricultural production and new technology development and application of agricultural machinery will become a major force in agricultural production. In this paper, the analysis of the characteristics of Chinese cabbage harvesting machine work on the basis of

3、 the picking from the Chinese cabbage, transit, packaging, etc. for analysis. The main body of the lock and cutting knife part of a detailed description. The Chinese cabbage harvesting machine for cabbage harvest home, simple structure, low manufacturing costs.The Chinese cabbage harvesting machine

4、parts Wedge locking locking, the use of fixed cutting knife cutting knife, the paper introduces the body Wedge Lock design process, it may be loosened so the corresponding relaxation. Tool for cutting the course of the situation that may arise to do the corresponding analysis. Also parts of its stru

5、cture and material to do a detailed analysis. The entire structure is simple, feasible, safe and reliable.Keywords: Chinese cabbage; Harvesting machine; Wedge Lock; Fixed cutting knife目录摘要II1 绪论 . - 1 -1.1 引言.1.-.-1.2 大白菜收获机总体部分的介绍 .1.-.-1.2.1收获机提升运输装置简介. - 2 -1.2.2 收获机输送部分简介. - 3 -1.2.3 锁紧机构简介. - 4

6、 -2 锁紧机构的设计 . - 6 -2.1锁紧装置的设计要求 .6.- .-2.3锁紧机构的原理设计 .6.- .-2.4锁紧机构的零件设计 .7.- .-2.4.1 斜楔的设计. - 7 -2.4.2 滑动块的设计. - 8 -2.4.3 导轨的设计. - 9 -2.5防松装置的零件设计 .9.- .-2.5.1 防松机构的原理说明.-.1.0.-.2.5.2 弹簧的设计. - 11 -2.5.3 压块的设计. - 11 -2.5.4 开槽体和支架的设计. - 11 -2.5.5 防松柱销的设计. - 11 -2.5.6 螺纹空管的设计.-.1.2.-.2.5.7手柄的设计.-.1.2.-

7、.2.5.8弹簧固定杆的设计.-.1.2.-.3 切削机构的设计 .-.1.3.-.3.1切削刀的分析 .1.3.-. -3.1.1 切削刀的切削情况.-.1.3.-.3.1.2 切削刀的选用.-.1.3.-.3.2切削机构零件的设计 .1.3.-. -3.2.1 刀片的设计.-.1.4.-.3.2.2压刀板和刀杆的设计.-.1.4.-.4 结论.-.1.6.-.4.1 主要结论.1.6.-. -4.2 问题与展望.1.6.-. -参 考 文 献 .-.1.7.-.致谢.-.1.8.-.1 绪论1.1 引言在结球叶菜（包括大白菜、结球甘蓝和结球莴笋等）的收获过程中，收获作业占整个作业量的40%

8、。收获作业质量的好坏直接影响到蔬菜的储存、加工和销售，从而影响市场价格和经济效益。由于收获作业的复杂性，收获作业的机械化程度还很低。叶菜收获属于一类劳动密集型工作，在很多国家，由于劳动力的高龄化，人力资源越来越缺乏， 劳动力不仅成本高，而且还不容易得到，而人工收获的成本在白菜的整个生产成本中所占的比例高达33%50%。因此实现结球叶菜收获的机械化变得越来越迫切。结球叶菜收获机机械化技术已有70余年的研究历史，最早是在1931年研制成了甘蓝收获机。后来日本研制出了自走式大白菜收获机和悬挂式大白菜收获机，我国关于结球叶菜收获机的研究较少。我国大白菜的种植以小农户居多，分布广而分散。因此设计大白菜收

9、获机时，须考虑以下几个问题：1）农民一般不具备太多的专业知识，因此收获机必须结构简单、操作性好、可靠性高、并且价格合理。2）由于大白菜叶球很脆嫩，在装运过程中，很难避免外力的碰撞、挤压而出现伤口。出现机械损伤不但影响商品价值，而且易腐烂变质。因此合理地设计收获机的作业过程至关重要。本设计对斜楔锁紧机构和切削机构的工作原理做了详细的分析。从它的各零件的设计过程到总体结构的设计都有详细的说明，且对它在工作中的各种环境、安全性、做出了预判。其中防松机构就是保证锁紧机构的工作可靠性而特意做出的安全防护装置，它能很好的弥补由制造、安装带来的误差，从而很好的使锁紧机构与提升机构保持良好接触。同时对锁紧机构

10、和切削机构的其它零部件也作出相应的分析。1.2 大白菜收获机总体部分的介绍收获机的工作过程为：扶茎器将大白菜扶正，切削刀将白菜切断。然后提升机构将白菜运输到输送机构上，输送机构再将大白菜运输到装箱装置，最后把装满大白菜的箱子摆放在拖拉机后带的车厢内。如图 1-1 所示。扶茎器主要将大白菜收拢扶正，由一些渐变倾斜杆组成；提升机构工作时与地面程30倾角，平行的两条平带夹紧并将大白菜从地面提升到输送带上，提升机构位置的固定依靠锁紧机构；输送带布置为水平，方便装箱机构装大白菜。图 1-11.2.1 收获机提升运输装置简介一、设计带式提升运输装置（简图如 1-2）图 1-2原始数据：提升带速：1.5m/

11、s平带带轮直径：280mm工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为 10 年，小批量生产，单班制工作（8 小时/天）。运输速度允许误差为5% 。二、 传动方案：如图 1-31） 外传动为 V 带传动2） 提升运输为平带传动图 1-3三、该方案的优缺点：该提升运输机有轻微振动，由于 V 带有缓冲吸振能力，采用 V 带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用 V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。提升部分采用平带传动，这是运输装置中应用最广泛的一种。V 带由拖拉机上柴油机引出的转速带动。总体来讲，该传动方案满足提升运输装置的性

12、能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑以及成本低。1.2.2 收获机输送部分简介本设计选用简单带式输送机为计算实例。该带式输送机构的结构特征和工作原理是：输送带既是承载货物的构件，又是传递牵引力的牵引构件，依靠输送带与滚筒之间的摩擦力平稳地进行驱动。 如图 1-4 所示为收获机带式输送机构简图，输送带绕过驱动滚筒和张紧滚筒。工作时，由内燃机通过带轮装置使驱动滚筒转动，依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力使输送带运动，货物随输送带运送到卸载点。为了减轻对输送带的磨损、提高生产率和便于布置装、卸载装置，输送带的布置形式为水平输送。输送带张紧滚筒驱动部分张紧装置图 1-41.2.3 锁

13、紧机构简介由于大白菜收获机的提升运输机构是可以转动的，它的两个位置示意图如图 1-5。其中工作位置 1实现大白菜的收获的过程；工作位置 2大白菜收获机在公路上行驶的时候，防止提升机构和切削机构与地面碰撞而发生不良影响。图 1-5结合示意图分析可知：锁紧机构必须可以左右来回运动，且需将位置 1 和位置 2 固定， 这就要求锁紧机构和提升机构能很好的贴合和较大的接触面。而本机械为小型机械，要求它的结构简单，而斜楔锁紧装置符合这些要求。它的结构如图 1-6 所示：斜块在轨道中做推拉运动，就可以实现提升机构所需的位置要求，将锁紧机构和提升机构的接触部位做成斜面能很好的补充因装配、制造而造成的误差，从而

14、能够很好的贴合，增加了工作的稳定性。为防止因农业机械在工作的过程中的振动而使的自锁机构松动，以保证大白菜收获机在工作中的安全性。这里在防松装置中利用弹簧的推力将小柱体贴紧斜体，使之不会退出来，达到防松的目的。图 1-62 锁紧机构的设计2.1锁紧装置的设计要求锁紧装置的设计是否正确合理，对于保证操作者的安全、减轻操作者的劳动强度、提高成品质量有很大的影响。所以对锁紧装置提出了如下基本要求：（一）锁紧力的大小应能保证机构不发生移动和振动，并能在一定范围内调节；（二） 机构锁紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围；（三） 应有足够的形成，且要有一定的自锁作用；（四） 结构紧凑、动作灵活、制造

15、、操作、维修方便、省力、安全、并有足够的刚度和强度。由于大白菜收获机的提升运输机构是可以转动的，它有工作位置 1 和工作位置 2。其中工作位置 1实现大白菜的收获的过程，它要求此时要对大白菜提升机构有良好的固定作用，不允许其有大的移动和振动，以保证大白菜能顺利的往上提升达到所需的效果；工作位置 2大白菜收获机在公路上行驶的时候，防止提升机构和切削机构与地面碰撞而发生不良影响。这就要求我们必定要设计一个机构来有效的实现这个过程， 使它能够安全和稳定的完成上述要求。大白菜收获机的提升机构的两个位置示意图如图 15 所示：当它转到工作位置 1 时，也就是大白菜的收获位置。为了固定工作位置1，此时要向

16、右边推动锁紧机构将提升机构牢牢定在工作位置 1，保证工作时的可靠性；当大白菜收获机械处于公路行驶的阶段时，就要求提升机构转到位置 2 上，此时只要将锁紧机构向左边拉出，将提升机构转到位置 2，再将锁紧机构向右边推动将提升机构固定即可。2.3 锁紧机构的原理设计由上述分析可知：锁紧机构必须可以左右来回运动，且它还要将位置 1 和位置 2 卡死这就要求锁紧机构和提升机构能很好的贴合，而且接触面要相对的大一些。且本机械为小型机械，它要求机械的结构简单，尽量采用手动，斜楔锁紧装置能很好的满足这些要求。它的结构如图 16 所示：斜块在轨道中由人做推拉运动，就可以实现提升机构所需的位置要求，将锁紧机构和提

17、升机构的接触部位做成斜面能很好的补充因装配、制造而造成的误差，从而能够很好的贴合，增加了工作的稳定性。2.4 锁紧机构的零件设计2.4.1 斜楔的设计（1）自锁条件斜楔锁紧后应能自锁。条件为斜楔升角 必须小于斜楔面与基面两处摩擦角之和即 <（2） 斜楔升角的选择斜楔锁紧机构计算数值斜楔角行程比理想增力比5°0.08711.4306°0.1059.5147°0.1238.1448°0.1407.115斜面是整个锁紧机构的最主要的工作零件，它的好坏直接关系到整个机器的工作性能。采用手动斜楔锁紧机构，就应当考虑到它的自锁性能。因为钢材之间的摩擦系数为=0

18、.1-0.15，相应升角 =11°-17°。本机构采用手动夹紧，根据经验：升角一般为 =6°-8°。取中间值 =7°，因此斜面的基本结构如图 21 所示：图 21（3） 斜楔的选材斜楔与提升机构直接相接触，将会受到冲击力，所以要选者中碳钢，来利用中碳钢的良好的机械性能。这里选用 45 钢。2.4.2 滑动块的设计（1）滑动块的作用滑动块是将斜楔体和轨道连为一体的零件。如果将整个斜面都设计成一个整体，它的质量就会很重，且加工不方便。考虑到这个斜楔锁紧机构是用手动的，这就要求斜楔体尽可能的轻些，以减轻斜楔体的重量，从而减轻手臂的推力，减轻操作者的劳

19、动强度。又因为斜楔体不是非常重要的工作零件，这样就可以尽量让斜楔体的结构简单，可以使用标准化生产的零件。热轧工字钢各项性能型号尺寸 mm截面面积理论重量hbdtrR1cmKg/m20a2001007.011.49.04.535.57827.92920b2001029.011.49.04.539.57831.069（2）滑动块的选材参考各种型钢的结构，工字钢比较适合做滑动块的原材料这里我选择型号为 20a 的工字钢。然后再在它的基础上进行局部加工，主要是将其圆角打磨成平面，且平面要求精度比较高，减少它在工作中的摩擦力，使操作者的劳动量降低；高一点的精度也会使得滑动块在工作中的稳定性能加强；最重要

20、的是打磨平面可以获得与导轨大一点的接触面积以提高工字钢的强度和刚度从而达到工作中需要的要求。它的横截面如图 22 所示：图 222.4.3 导轨的设计（1）导轨的作用轨道主要是用来固定滑动块，使滑动块只能沿一个方向来回运动，考虑到大白菜收获机为农机产品，它要求的精度不是太高，因此没必要设计成机床轨道那样的高精度轨道，所以它的结构也就要相对简单了。主要采用两块板固定成一个轨道使斜楔体可以在两块板之间运动。它的截面如图 23 所示：（2）导轨的选材图 23作为轨道磨损是不可避免的，这就要求轨道耐磨性能会比较好。机械制造中轨道一般采用铸铁来制造，可以先浇铸出整个零件的廓型然后在重要的工作部位进行精细

21、加 工，从而来降低加工过程中的工作量。这里选用 HT350主要是用来制造发动机缸体、凸轮、导轨、工作台等摩擦件。2.5 防松装置的零件设计2.5.1 防松机构的原理说明=7°斜楔锁紧机构虽然有很好的自锁性,但是农业机械在工作的过程中的振动是比较大的，这样是有可能因振动而使的自锁机构松动，从而产生不良后果。为了保证大白菜收获机在工作中的安全性，就要求斜楔机构能有很好的防松性能。这里我采用如下机构进行防松，如示意图 24 所示：1压柄和压块2开槽体3支架体4柱销5 弹簧固定杆6弹簧图 24由双手往下推 1，1 沿着 2 的通槽往下移动到了 2 的底部，此时旋转 1 九十度松手， 将 1

22、卡死在 2 的底部的槽里头，弹簧将 1 上的力转移到 4 上了，这时 4 就会往下移动挡住斜楔机构，使之不能运动。当工作完成了以后，将1 往下压一点，然后再旋转90 度， 松手。1 在弹簧的作用力下自动往上升，再往上拔 1 通过 5 将 4 从斜楔机构中拔取出来。这样斜楔机构又可以移动了！2.5.2 弹簧的设计弹簧的选材：一般的弹簧钢有碳素弹簧钢丝、65Mn、60Si2Mn、50GrVA 等。其中 65Mn 淬透性强，脱炭倾向小，但有过热敏感性和回火脆性，易产生淬火裂纹。一般用来制造直径为 820mm 的不重要的螺旋弹簧。60Si2Mn 各项性能都比较好，但它主要用来制造大截面的、受力很大的螺

23、旋弹簧上。因此这里我选用 65 弹簧钢。2.5.3 压块的设计（1）压块的作用：压块主要是用来推动弹簧并且锁定弹簧位置的，它要求有一定的强度。（2）压块的选材：因为开槽体上的带有螺纹，且要通过焊接来防止因压柄转动而引起螺纹的松动。又因为压块上带有两个定位用的键，它要求有一定的强度。这里选择 Q255它强度较高，用于承受中等载荷的零件，如键、拉杆、转轴、螺栓及螺纹钢筋等。所以是符合压块的选材需求的。2.5.4 开槽体和支架的设计（1） 开槽体和支架的作用：这两个零件主要是用来限制压块运动的，使压块有固定的位置。（2） 开槽体和支架的选材：开槽体和支架并没有很高的要求。所以可以选择铸铁，这里我选择

24、灰铸铁它的牌号：HT150机械制造业中的一般铸件，如底座、手轮等零件。2.5.5 防松柱销的设计（1） 柱销的作用：柱销主要是通过与斜楔体接触从而来限制斜楔体的移动的。（2） 柱销的选材：柱销与斜体是点接触，它要求柱销有一定的强度和硬度。这里选择 40Gr 作为它的制造材料。40Gr 是重要的调质件，如轴类、齿轮类、销子等。柱销的工作部分还应当表面淬火，以增加它的硬度。2.5.6 螺纹空管的设计（1） 螺纹空管的作用：螺纹空管主要是用来连接压块和手柄，使操作者施加的力可以很好的传递给弹簧。（2） 螺纹空管的选材：考虑到螺纹空管是需要加工内螺纹的，所以壁厚要取大些。这里选择冷拔无缝钢（YB231

25、64）它的性能参数如下：外径38mm 壁厚 8mm理论重量5.92kg/m。2.5.7 手柄的设计（1） 手柄的作用：手柄是操作者施加力的直接对象，它应当有很好的省力作用。（2） 手柄的选材：手柄不是什么重要的工作零件，所以这里也采用铸铁 HT150。2.5.8 弹簧固定杆的设计（1）弹簧固定杆的作用：弹簧固定杆主要是用来固定弹簧的位置，使弹簧不会随意的走动。还有将柱销拔离的功能。（2） 弹簧固定杆的选材：弹簧固定杆一端要加工成螺纹，另一端要焊接，所以强度不可太高，最好选择含碳量较低的钢，这里选用 20 钢焊接性能好，便于加工成螺钉、螺母等零件。3 切削机构的设计3.1 切削刀的分析3.1.1

26、 切削刀的切削情况大白菜与地面紧密的连在一起，要想将它分离，就应当将其根部切断，然后通过运输机构运到所需的位置上去。当然也可以直接从地里拔取出来，但考虑到从地里拔取出来的拔取力过大，拔取的时候可能会对大白菜的部分部位造成损害，且拔取后的根部带有大量泥土，将会污染运输机构和大白菜本身。所以选择边切断边运输的方式。刀片贴近着地面以 1.2m/s 的速度向待切割的大白菜运动过去。通过车的惯性将大白菜切断。3.1.2 切削刀的选用切削刀主要有旋转切割刀和固定式切割刀两种。活动式的切割刀虽然切削效率比较高，但它结构太复杂成本太高不适合用于小型的收获机械上。其中固定式的切削刀一般分为斜切刀和弧型切刀两种如

27、图 31 所示：其中A 为斜切刀 B 为弧型切刀，A 虽然结构比较简单，加工相对简单，但它的刚度没有 B 好，容易产生翘曲。所以决定选择 B 弧型切刀。AB3.2 切削机构零件的设计图 313.2.1 刀片的设计（1） 刀片的作用因为刀片是固定在提升机构上的，自身没有切削速度，只能靠拖拉机提供一个切削速度。这就要求刀片相对锋利，且具有一定的强度。根据资料表明新鲜大白菜的切削力为 200N。大白菜在切削时不会像金属切削时产生大量的热，所以不用考虑到切削热对刀体的影响。刀片的形状如图 32 所示：大白菜是种植在一条直线上刀片的直径只要大于单棵大白菜的直径就可以了，为了保证刀片能切到每棵大白菜刀片的

28、直径这里取150mm。刀片锋利就要求刀片薄一点刀片强度高就要求刀片厚一点综合一下，这里取刀片的厚度为 5mm（2） 刀片的选材刀片在切割过程中为不连续的切割，刀片要受到一个较大的冲击，可以选择综合机械性能较好的中碳钢，又考虑到刀片与地面离的很近时常会发生摩擦，因此希望它有一定的耐磨，这里本机构采用 40Gr，且表面要经过热处理使它的硬度为 HRC5560。图 323.2.2 压刀板和刀杆的设计（1） 压刀板和刀杆的作用压刀板主要是用于固定刀片和连接刀杆的，为了牢靠的固定刀片，压刀板应当尽量大面积的与刀片相接触，以保证整个机构的刚度。刀杆是安装确定刀片的安装角度和安装位置的。因为整个机构为一个悬壁梁刀杆的末端安装位置最为危险，为了提高他的安全性，应当适当的增大它的横截面积，所以这里选择板状的刀杆。（2） 压刀板和刀杆的选材它们不是什么很重要的零件，这里选择 30 碳素结构钢。4 结论4.1 主要结论本课题在进行了大量调查和文献检索的基础上，对大白菜收获机锁紧机构和切削机构做出了一些分析与研究。尤其上在防松装置的设计上，对几种类似的机构做出了改良和择优。（1） 螺旋夹紧缓慢，通过