【马铃薯杀秧机设计8400字（论文）】

马铃薯杀秧机设计TOC\o"1-2"\h\u14828第1章绪论 253221.1课题研究的意义 2206391.2国内外马铃薯杀秧机的发展状况 3172831.3国内马铃薯杀秧机存在的问题 452801.4研究的内容和方法 433591.5预期目标 425741第2章马铃薯杀秧机总体设计 5200122.1设计要求 5270122.2设计思想 6222892.3防缠机导流马铃薯杀秧机的结构 6141112.4防缠机导流马铃薯杀秧机的原理 798572.5防缠机导流马铃薯杀秧机整机结构参数 73490第3章防缠机导流马铃薯杀秧机主要部件的设计 912243.1传动部件的设计 9224673.2刀具部分的设计 1114180图3-6甩刀位移变形云图 15231063.3轴的设计 16247853.4杀秧机行走轮及机架的设计 188794第4章结论与建议 20138414.1结论 20107944.2建议 2022416总结 21第1章绪论1.1课题研究的意义近年来，我国乡村劳动力外流严重大部分的人员都开始外出打工。但是农作物的种植面积却在不断的增长，是使得农业机械化的脚步加快。土豆是粮食、蔬菜、饲料、加工多用农产品，易于种植，多产性好，营养价值高，收益率高，世界上前世大粮食作物。分别为，水稻。小麦，玉米，土豆。土豆在世界农产品的地位非常高。据有关国际组织的调查数据显示，各国家土豆种植的总面积为1833万公顷且总产量高达3.2958亿吨/年。我国的土豆种植面积占世界种植面积的26%，每年土豆总量为6905.97万吨土豆种植所占地约世界水平的三成，占全亚洲土豆培育占地的一半。近年来，我国土豆培育占地也在逐年上涨。但是随着我国土豆培育占地逐年上升，身处农村一线的劳动人员不足，农民对土豆收成越来越倾向于全自动机械化[3]。当前情况下存在的许多土豆收割机在收成前都不杀秧。工作时，土豆茎缠绕在机械上，使其难以正常前行，极易发生堵塞，机械所做无用功增加[4]，不利于土豆的挖掘。所以，土豆在收成前要处理表面的茎，之后自动地收成土豆。土豆茎可以用人力和药物的方法去除，药物杀秧会造成当地土壤的破坏。人工进行土豆茎杀秧工作效率不高且不便于后期土豆的采收工作。在土豆成熟前使用机械装置进行杀秧，成熟后土豆的外表面将完全融化成栓状，可以轻易的将其与茎分割开来，外表退化会大大减少收成、物流和储存的破损。另外，还可以提升土豆收成效率，确保土豆机械收成正常开展。近年来，中国土豆科技化工作发展较快，但中国小型和中型土豆培育和收成机械方面机构较多，但是与之相匹配的杀秧机缺不足以应对工作需求。外国的土豆杀秧机为适应他国国情所以体积大，做业务幅度广，但是零部件供应商并不多，在中国并不能很好地发挥作用，本省土豆种植大部分都在面积较小的地区、山区和高度相差甚远的不太符合实际的工作环境。为了改善改变土豆发掘时茎秆杀秧机缠绕的问题，增加土豆收成机工作时的效率，确保土豆机械收成有序开展，高效杀秧，开发符合本地土豆种植现状的土豆杀秧机是非常有必要的。1.2国内外马铃薯杀秧机的发展状况1.2.1国外马铃薯杀秧机发展现状当下，外国农业机械化已经渗透到了各个行业，比如在土豆的培育、收成、存储等等过程。马铃薯的采收过程包含了许多步骤主要是先将马铃薯的秧子去除，然后进行挖掘工作以及相关工作。马铃薯的采收方法有很多主要有联合采收法和分段采收的方法[7]，由于采收方法的不同杀秧方法也随之对应有两种不同的方法。首当其冲是运用联合收割机，一次做好杀秧、发掘、隔离、挑选、分级等工作，发掘前不要单独杀秧。第二种则是先进行马铃薯的挖掘工作再进行去秧工作。1.2.2国内马铃薯杀秧机发展现状中国生产的土豆在世界范围内有着很大影响力，但是农业生产的机械化进程却没有跟上发展，整体的机械化程度较低。土豆培育和收成机在我国开发得较之土豆杀秧机更早，土豆杀秧机开发相对来说比较晚。(1)国外的马铃薯去秧机器的种类十分丰富，但是大部分的机械都是大型机构，不符合我国的实际国情，同时造价也比收成机更贵。所以，开发制造符合国性情的杀秧机是一项迫在眉睫的事情。(2)在对马铃薯进行采收前对其进行杀秧工作会大大方便采收工作的进行。根据相关的实验可知采收前进行杀秧可以大大降低采收时机器设备所受到的压力，同时也可以提高采收速度节约成本。马铃薯采收前几周杀秧是确保顺利收成的重要步骤。收成前杀秧对用来制作土豆淀粉的土豆显得尤为重要。收成前杀秧可以使土豆的外表变硬，减少收成中土豆的碰撞损伤。(3)目前，主流的利用联合收割机收成土豆，土豆联合收割机，土豆苗隔离措施都较为大与繁杂，收成时土豆茎被土地包裹，极易发生堵塞，阻碍联合收割机的进程。通过收成前杀秧，减少收割机的压力，提高工作效率，减少故障率，收割机内部红薯杀秧机的压力也大幅减少，土豆杀秧机分割效果也明显上升。土豆不再脏兮兮，收成的良品率增加。所以，开发有效地打破土豆茎，在收成过程中不堵塞，防止茎纠缠绕机械等故障出现的杀秧机是非常有用的。把它推广到广大人民群众手中，有着丰富的价值，包括增加中国土豆收成机种类，提升土豆收成效率，减少收成机械压力，提升收成机械运行速度，减少劳动人民工作时间，解决土豆收成时的茎纠缠机械故障，都有着非常重大意义。1.3国内马铃薯杀秧机存在的问题中国土豆杀秧发展较晚，目前还不能做到与国外发达国家抗衡。而现存的杀秧机又包含着许多问题。（1）外国土豆杀秧机形状巨大内容复杂，不适合我国的特殊地形。（2）杀秧机工具的耐久度下降，稳定性下降，如果有坚硬的物体(如石头等)，则很容易崩溃。（3）杀秧机泄漏严重，超高的泄漏率不能匹配现有工作场景。因此，应用程序很难广泛推广。1.4研究的内容和方法1.4.1本课题的研究内容本次课程设计计划开发防缠绕机械诱导土豆杀秧机。收成土豆之前，可以把茎和杂草剪下来，归还给田地。主要结构包括传动装置、杀秧机、辅助设施构成。本次研究的主要内容有对整体结构进行设计，并对主要零件刀具的造型、密度、放置方式及运作方式合理分析，通过对比研究最终确定刀具的形状和其他重要参数。通过用已有刀具切削土豆的对比实验，反复确认刀具的各项重要参数。使用运动学和动力学分析来分析刀具轴的位移，以检查刀具和轴是否存在着弊端。在不耽误正常工作的情况下，使杀秧机的密度尽可能紧密，减少零件大小，做到减少杀秧机的质量的目的。1.4.2本课题的研究方法在仔细阅读国内和国外各项研究资料之后，再结合实地考察本地土豆种植情况，现场了解土豆茎收成机械的特点，得出土豆收成待解决的种种问题，分析土豆茎各项重要参数，同时把各项重要参数相结合，最终敲定了土豆收成机械的各项内容。通过对比研究后敲定动力来源和动力传输路径、齿轮比。通过3D建模开模拟刀具的性能，并通过对模型的测算，最后确定各种参数。1.5预期目标(1)杀秧机具有较高稳定性，可适应我省实际情况，简单易用。(2)遭受杀秧的土豆出土率高，土豆收割机不堵。(3)造价低廉，易于推广，容易上手操作。第2章马铃薯杀秧机总体设计2.1设计要求马铃薯杀秧机的主要功能是用旋转的甩刀把茎秧从马铃薯地表的根部切断切碎，高速抛入罩壳，粉碎后的残渣会滑倒最尾部，并从出口扬至地表。对该装置的要求是：（1）将茎秧完全粉碎，不留遗漏。（2）控制粉碎高度，并且能够调节以适应不同环境。（3）刀具不仅要切割正常的根茎还要将倒伏的一起切碎，并且抛洒的过程十分均匀。（4）粉碎过程不对马铃薯造成伤害并且不会带动其位置。（5）粉碎过程消耗的功率小，并且能够防止杂草缠绕刀具，保证刀轴的稳定。2.2设计思想在马铃薯机械收获过程中，茎秧、杂草裹在土块里容易造成雍堵，影响马铃薯的挖掘，所以要保证马铃薯的机械化收获顺利进行，须先对地表的茎秧进行打碎处理。设计马铃薯杀秧机时，对马铃薯茎秆切割机理和关键部件进行研究，建立马铃薯杀秧机甩刀的运动学数学模型，寻找影响甩刀切割效果的主要参数，并相应的确定相关各参数的取值范围，从而为整机的设计奠定理论基础。该设备重点设计用于土豆的杀秧处理，从刀片的安装方式、运动轨迹等不同角度开展，使杀秧长度和破碎长度都实现规定要求，并且杀秧的同时不带走马铃薯，防止了机器收到缠绕的影响，同时减轻了能能耗提高了分离的效果。任务书的目标显示，杀秧机设计需考虑物理学的相关性能，马铃薯种植特性等诸多因素，建立其模型之后要对齐进行理论上的分析和验证，修改相关参数以达到最佳状态。进行装置的相关设计之前还要经过大量的调查，请求农民和种植户等技术人员获取马铃薯种植的有关变量和环境信息及其他数据。以土豆的能力和非农作物和覆盖土豆的保护膜的形态为依据，进行机器有关开发。2.3防缠机导流马铃薯杀秧机的结构该设备重点由动力设备、杀秧模块和其余帮助模块组成，总装机图由图2-1所示。传动系统的构成为传动轴，皮带和齿轮箱，将设备之外的动力源所输出的力传递到杀秧设备上以便完成杀秧作业。去秧设备主要由壳体、刀具和刀具固定设备形成，整体实现的功能是对农作物进行切割。其他零件重点由支撑架和限制深度轮构成，调整轮的位置之后，依据刀片的位置更改树桩。图2-1马铃薯杀秧机的整体结构示意图2.4防缠机导流马铃薯杀秧机的原理如图2-2所示，此为防缠机导流马铃薯杀秧机的传动轴结构图，传动轴上含有包裹皮带的装置，后面设有工具设备。依据现实应用状况，通常有两个动力驱动形式可供选择。一个是将齿轮传动箱与传动轴相连，另一个是齿轮传动箱与刀具直接相连。一般农用机的结构构成为输入轴→齿轮箱→齿轮箱的输出轴→皮带传动轮→皮带→刀片。刀具的转动会破坏作物的根部，并且在负压的状态下吸入装置内，经过多次切割将目标粉碎，并在离心力的做赢下均匀泼洒在田间土地。图2-2杀秧机动力传动简图2.5防缠机导流马铃薯杀秧机整机结构参数防缠机导流马铃薯杀秧机整机结构参数见表2-1表2-1防缠机导流马铃薯杀秧机结构参数序号项目单位规格1外形尺寸（长，宽，高）mm1362,911,5792配套动力kw12～203工作行数行24工作幅宽mm9115留茬高度mm可调6打碎长度cm5～157拖拉机动力输出轴转速r/min5408刀片类型（防缠机导流）种19总刀片数量片3610刀片转速r/min≥130011作业速度km/h2.44～1012生产效率亩/小时4～513传动方式齿轮、V带传动14整机质量kg≤200

第3章防缠机导流马铃薯杀秧机主要部件的设计3.1传动部件的设计3.1.1传动比的计算根据，外界动力源的转速与刀具夹具转轴的转速二者的比值求出装置的总传动比，如下式上式中：；齿轮之间的传动比，如下式：上式中：；；。齿轮传动与带传动之间的传动比，如下式：上式中：；；。3.1.2齿轮箱总体结构装置在工作开始的运动起来需要承受很大的负载，因此需要提高齿轮箱的机械强度。材料上应选取铸铁如3-1所示，杀秧齿轮变速箱内部架构展示图，该设备重点由传动轴和外壳、齿轮组和低摩擦转轴构成。变速装置为齿轮2与4，主动齿轮2为50齿，4为28齿，计算传动比公式为：i1图3-1齿轮箱结构示意图上图中的齿轮安装箱内部机械结构清晰无特殊结构制造成本低且空间利用率较高。箱体的内部采用圆锥齿轮来改变输入力的方向，进而驱动刀具进行工作。整个箱体内部的构造如下图3-2所示。图3-2齿轮箱结构模型图3.2刀具部分的设计3.2.1刀具的形状与材料刀具是设备去除秧茎的关键零部件，刀具与秧茎不间断的接触刀具损耗严重。刀具的结构形状的设计都会影响刀具的排列效果和杀秧的速率。按形状区分主要为直刀，锤爪，刀，T型刀，L型等[9]，如图3-3所示。L型的工作方式是斜切，刀片工作时呈斜角，便于减低消耗；Y型为双面开刃设计，粉碎率高，有较好耐磨性。直刀具爪锤式Y型刀具T型刀具L型刀具图3-3刀具形状直刀具的结构较为简单，切割方式较为单一，因此不能获得良好的效果；而爪锤式虽然能获得良好的效果，但是加工较为复杂，并且由于切割爪的存在，根部的强度会有一定的削弱，若保证一定的强度，需要用到昂贵的材料，成本较高；T型刀具和Y型刀具的结构较为简单，但是T型刀具过于厚重，而Y型刀具的岔口处存在强度问题。综上所述选择L型刀具。为提高刀片的耐磨性，材料上选择厚65Mn，3～6mm钢片。并且采用L刀具，结构图为3-4所示。图3-4刀具模型简图使用SolidWorks建立甩刀三维模型，并用有限元分析插件对甩刀进行有限元分析。首先选择材料65Mn钢片，通过约束配合使用铆接的方式将刀具与刀具旋转轴固连在一起。将二者固连在一起后模拟刀具在切割工作时所受到的力施加在刀具上，刀具在工作时受到的阻力为。使用SolidWorkssimulation建立网格如图3-5所示。图3-5刀具网格化使用SolidWorkssimulation进行有限元分析，可以得到甩刀静应力分析云图与甩刀位移变形云图，如图3-6.3-7所示。图3-5甩刀静应力分析云图图3-6甩刀位移变形云图通过观察上图可以看出刀具发生变化最大的地方在刀具的尖端部位，变形最小的地方发生在刀具的尾部,可以忽略不计，由此可以判定设计的刀具满足工作需要。3.2.2刀具的数量与排列装置的刀具数量上要适量，比如刀具过少会引起作物切割不便，工作效率低下，而数目过多会使消耗功率增加，还会导致堵塞，公式来计算是：N=C×L式中：N—表示刀具的数量；C—刀具的安装密度；L—刀具在安装路径的间隔距离。刀具的安装密度通常在之间选取，不同的的类型选取的数值也不同其中而L型安装的距离取、T型安装的距离取[11]。为了提升刀具工作时候的平稳性，需要满足一下条件[12]：①排列合理，在刀轴均匀分布，并且程等角，受力要均匀。②在确定设备可以将秧茎割除干净的前提下减少刀具数量。刀具的安装方法有很多主要分为：单个刀具螺旋线的路径安装、双螺旋线路径排列、刀具对称安装以及刀具之间交错安装等方式[13]。为了保证工作的过程刀具平稳的工作本次设计采用刀具交错按照螺旋线的路径安装。安装后的结构如下图3-7所示。图3-7刀具排列示意图刀轴为均质回转体，离心力近似零。启动时震动通过轴传递给整个装置，减轻震动关健为刀具离心力和空间力系的平衡。3.3轴的设计竖井相关开发包括架构开发和运算科技。架构的开发时轴的有关零件配置、加工技术等要求决定了轴架构的相关变量。由于轴的架构开发出现故障，轴的生产率和稳定性会下降，生产成本和组装难度会增加，因此架构开发是一个非常重点的方面。运算力计算是指轴的材料特征，如硬度可靠性等。一般轴心的技能重点来自于他的硬度。这时只分析硬度，不让物料出现变形情况，对刚性程度大、力大的长轴执行刚性程度有关运算，不让它出现变形情况。对工作轴也要有可靠性分析，使其免受共振的影响。3.3.1齿轮箱内轴的设计（1）输出轴的计算已知与刀具相连的转轴相关参数、，转矩计算过程如下式：T=95.49×10在对轴的结构进行设计前需要计算对轴的最小直径。刀具的加工材料使用含碳量为0.45%的低碳钢来制造，进行调质后能够承受负荷，并且能够承受不大的冲击。A0d≥A由此的出轴径：30mm确定各个模块的安装办法：=1\*GB3①滚动滚动轴：由于滚动轴是轴向运作的，球沟滚动滚动轴代码为6310，变量为内部半径D=50mm。外部半径为d=80mm毫米。横向长度为B=16mm毫米。=2\*GB3②选择键包括挑选截面大小和尺寸、类型和大小。截面大小是根据轴的直径D挑选键的竖向大小L。钥匙的大仙决定于轮圈。轮圈长度为L=(1.5~2)D，开发指南中显示D是轴直径。平键的尺寸d=30mm,其中d为直径，且d>30～38，其中公称尺寸为b×h=10×8，公称尺寸为b=10，轴的极限偏差：t=5.00+0.2，毂的极限偏差：t1=3.33.3.2刀轴的设计带动刀具旋转的转轴为空心轴，在制造生产的时候需要满足一下几点：(1)加工时使用的材料强度满足要求；(2)转轴满足临界转速条件(3)扭转失稳处理(4)制造方法的因素刀轴上，为了使旋转时刀具所带来的离心力最小化，所以应使刀具对称排列，从而互相抵消离心力，减小轴的晃动；市面上的许多刀轴都呈螺旋排列，这样的排列方式虽然可以布置较多的刀具，但是结构较为复杂，加工困难，因此会带来较高的成本，因此本文选择错位排列，这样不仅可以使刀具对称布置，还可以安排较多的刀具，角度的分配也比较均匀，保证了动力平衡，提高作业质量。根据以上因素，解到变量刀具轴管长度l=700mm而且传送力矩为Mn=1128nm。刀轴的最大转动速率为1580r/min，不安全切面弯矩m=1354nm旋转速率的稳定参数为2时，刀具轴的最大外部半径为d=80mm，刀具轴参数如图3-8所示。图3-8刀轴设计制图根据刀轴参数使用SolidWorkssimulation有限元分析对刀轴进行静应力分析，分析结果如图3-9所示。图3-9刀轴静应力分析根据刀轴SolidWorkssimulation有限元分析对刀轴进行静应力分析所得，此刀轴完全符合设计要求。3.4杀秧机行走轮及机架的设计3.4.1行走轮的设计该装置有两部分组成，其中轮毂由设计选取45号刚，而轮胎的大小与装置的整体形状紧密连接。轮胎的直径为∅=210mm，他是参照《现代机械设备设计手册》中的驱动轮来设计，他的外部材料为橡胶。这里选择45号钢，是因为它是碳素结构，兼具低硬度和易加工的特性，经常用来做模柱，但是要历经加热操作。随着科学技术的发展，机器性能加强，所能达到的转速上限也不断提高，伴随着机器噪音也不断增大。拖拉机主要依靠车轮与地面的强大摩擦来实现动力的输出，将动力由发的动机经由一系列传动装置与车轮相连接，把力量传递到地面，并且通过轮来减轻地面不平带来的震动。3.4.2外壳与支架设计所设计的装置的外壳主要的作用是支撑，其中外壳和刀具组成工作的密闭空间，刀具的旋转在空间形成负压，作物根部被吸入后，经过刀具的切割由外壳划出机体。其中外壳的组成如图3-7所示，该部件主要由上罩、侧罩护板等结构做成出来。外壳设计有很多环节需要考量，其中最主要的是外壳的刚性以及材料硬度。通过对刀具以及动力装置进行受力分析，由此确定外壳所受到的力，进而分析外壳的刚性以及硬度。此部件由钢板焊接，为了刚度需求采用10mm的45号刚，对于大面积的上方，增加强撑部分来增加强度，同时也要根据采收时作物的实际长度来设计装置的整体结构尺寸，上罩和刀具间距为80mm，如图3-10所示。图3-10壳体与支架简图第4章结论与建议4.1结论查阅了大量资料之后，我了解了目前市面上所有杀秧机的发展现状，在马铃薯进行收获时会出现作物的茎缠绕机器部件的问题以及土块和植物根部对机器造成的拥堵问题，所以在作物收获装置的基础上设计了这种防缠机导流马铃薯杀秧机。并且做出了以下的研究：本项目以防缠机导流马铃薯杀秧机为例，在理论上对其机构原理和参数特点进行了设计和分析，并以此确定了连接方式和传动的主要线路和比例，通过收集的实际参数确定了杀秧机的主要参数数值。本文对杀秧设备中工作的主要零部件进行了仿真分析并给出了零部件的机械结构参数，在对刀具进行分析时主要研究了刀具结构、刀具的多少以及安装方式对工作的影响。最后建立了所设计设备的三维模型进仿真分析，证实了设计的合理性与可靠性。对装置的关键部件进行独立的建模可以大幅度的减少开发的时间，发现问题方便修改，可以选择更加合理的结构参数，降低研发成本，更加安全可靠，为减小杀秧机的震动提供了很好的参数一句，为今后的样机研制提供经验基础。4.2建议本论文虽然对马铃薯杀秧机从理论上进行了受力和运动学方面的分析，设计出了甩刀式马铃薯杀秧机。但所进行的受力、运动学分析以及所得到的有关结论，是在不考虑马铃薯茎秆的含水率和成熟期因素影响的情况下得到的，故与实际的情况有较大的差别。因此还应从以下几点进行研究改进和完善:（1）刀片的开