土豆装袋机说明书

2.1设计任务分析土豆装袋机是一种专门用于土豆的捡拾和装袋的农业机械设备，本次设计的机械主要是针对一些种植土豆范围较小、种植土地较为平坦的农民需求问题。整体结构主要由捡拾装置、升运土豆装置、分选装置等组成。2.2总体技术方案其工作原理是被铲出的土豆在土壤表层，由捡拾铲斗捡起土豆，而输送带把土豆送至分选装置区装置部分，并且在这个运输过程，土豆与输送带之间的运动可以使沾在土豆上的土壤抖落出去，再被传送到分选区，整个运输过程有效地将地里的土豆快速、准确地装入三个分级的袋子中。整个工作过程中，由变速箱提供稳定的动力输出。带有挡板的传送带可以有效地防止土豆在传送过程中滚落。当土豆被输送到袋装装置部分时，土豆由于袋装装置的结构设计，根据自由落体原则被送入带中，最后通过人工操作实现土豆的袋装。2.3功能实现方案2.3.1传动方式的确定土豆上升至输送通道，需要借助动力系统将其上升至袋装装置处。采用动力的方式有带传动，链传动，其中链条传动的主要特点是：传递功率大且过载能力强，传动很精确，结构比较紧凑，确保机械效率高，能够很好的适合于比较恶劣的场合，但成本较高，易磨损，需要经常性维护，传动平稳性较差，不能保证土豆的收获的完整度，适用范围有限。相比于带转动，成本高且无法保证土豆的完整度，而且带传动对于传动距离较长的机构，这种设计尤为合适，它主要能够减少振动，从而有效保护土豆，避免造成较高的土豆损失率。在比较了以上两种方案的优劣之后，最终决定采用带式输送系统，因为它更符合当前设计的需求。这种系统通过电机驱动轴旋转，经减速器降低转速后，利用带传动将土豆从地面运送至输送通道。土豆随输送通道倾斜，借助重力滑入袋装环中，实现自动装袋。装满的袋子需放置在下方的支撑架上，这一过程需要人工操作，通过转动支撑架以替换装满的袋子，确保连续装袋作业的顺利进行。2.3.2捡拾装置的确定方案一：如图2-1的方案一的捡拾装置简图所示，最右侧被固定的转动副受动力驱动，与相连的转动副带动其余转动副转动，而上方被固定的转动副实现从而令铲斗实现上下一定区间的翻转，将所得的物料放置物料区。如图2-2是方案一传递给捡拾装置的动力简图，其中电机作为动力装置，考虑到负载问题，连接链传动进行初步减速，再经过单机圆柱齿轮减速器的输入轴后实现二次减速，再由减速器输出轴带动图2-1中最右侧被固定的转动副。优点：结构简单，工作可靠，操作简化易维护。缺点：摩擦损耗大，链传动要求的工作环境高，空间占用大，系统波动大，不适合高速运动作业。图2-1方案一的捡拾装置简图图2-2方案一传递给捡拾装置的动力简图方案二：如图2-3的方案二的捡拾装置简图所示，通过对转动副施加动力并带动铲斗实现上下翻转的动作，将物料送入放料区。如图2-4是方案二传递给捡拾装置的动力简图，通过电机带动作为动力，经由单级齿轮减速器进行减速后输出带传动，再由输出轴将动力送往图2-3中左上角被固定的转动副上。优点：结构上比方案一更为牢固可靠，系统波动比方案一要更容易计算，操作简化易维护。缺点：摩擦损耗大，不适合高速运动作业。图2-3方案二的捡拾装置简图图2-4方案二传递给捡拾装置的动力简图方案三：如图2-5的方案三的捡拾装置简图所示，捡拾铲主要是依靠曲柄滑块转动实现铲的上下翻转动作，并带动铲斗向前往表层土壤里铲起土豆后送入放置物料的输送带上。图2-6是方案三传递给捡拾装置的动力简图，通过电机驱动带传动，再由单极圆柱齿轮减速器减速，最后传递动力给图2-5中左侧的曲柄，即转动副，由它来作为主动件。优点：整体结构比起方案一和方案二而言更加简单，空间占用小，并且效率更快。图2-5方案三的捡拾装置简图图2-6方案三传递给捡拾装置的动力简图综上分析，考虑到设备需要在外作业，考虑到成本问题和结构需要更为简单、牢固的问题，捡拾装置确定使用方案三的方式。2.3.3分选装置的确定方案一：如图2-7的方案一的分选装置所示，固定在机架上的转动副受到动力驱动后，由该转动副的带动促使其余转动副转动，从而令滑块在一定水平区间内滑动，滑块被固定在带筛网的机架上，在筛网抖动的过程中，不同大小的土豆会落入对应的篮子内，如图2-8为筛网机构的简图。如图2-9是方案一传递给分选装置的动力简图，其中电机作为动力装置，考虑到负载问题，电机输出轴与带传动进行初步减速，再经过单机圆柱齿轮减速器的输入轴后实现二次减速，再由减速器输出轴与被固定的转动副相连，作为装置的动力来源。优点：结构简单，操作简化易维护。缺点：摩擦损耗大，空间占用大，系统波动大，不适合高速运动作业。图2-7方案一的分选装置图2-8筛网机构简图图2-9方案一传递给分选装置的动力简图方案二：如图2-10的方案二的分选装置简图所示，由对心直动滚子从动件盘型凸轮机构转动副施加动力并带动滚子转动，实现一定程度上的上下抖动的动作，实现筛网抖动。如图图2-11是方案二传递给分选装置的动力简图，通过电机带动作为动力，经由带传动进行减速后输对对心直动滚子从动件盘型凸轮进行动力驱动。优点：结构简单，操作简化易维护。缺点：对凸轮的摩擦损耗极大，不适合高速运动作业。图2-10方案二的分选装置简图图2-11方案二传递给分选装置的动力简图方案三：如图2-12的方案三的分选装置及其动力传动简图所示，通过电机驱动圆柱蜗轮蜗传动进行减速，带动滚筒里的传动轴动实现滚筒翻滚的动作，不同大小的土豆经由不同大小的筛网洞会落入不同分级的篮子里，并被装入袋中。优点：整体结构比起方案一和方案二而言更加简单，空间占用小，并且效率更快。图2-12方案三的分选装置及其动力传动简图综上分析，考虑到设备需要在外作业，考虑到成本问题和结构需要更为简单、牢固的问题以及使用寿命的问题，分选装置确定使用方案三的方式。3土豆装袋机的主要零部件设计本次设计的土豆装袋机主要包括捡拾装置和分选装置。按照当前土豆机械化收获的现状，捡拾装置所工作的地块是由土豆挖掘机挖掘后的得到的。土豆被挖掘机挖掘后，土壤和土豆的混合物会均匀地铺设在挖掘后高度一致的薯垄上。相较于土豆挖掘机，只需要捡拾土豆的捡拾铲的入土深度较浅，则整个设备向前的阻力较小，因此收集到的土豆上附着的土壤也比较少。因为在土豆挖掘机的工作过程中已经进行了一次薯土分离，使土粒、土块与土豆之间的间隙增大，黏合性降低。因此，捡拾铲在工作时受到的前进阻力较小。由于捡拾装置是进行二次收获的工具，二次收获时的漏薯会造成明显的经济损失。因此，为了既能满足使用需求，又能有效减少整体收获过程中的漏薯率，选择了普通平铲作为捡拾铲，并在普通平铲的两侧设计了挡板，以减少前进时漏薯的可能。3.1捡拾装置上下系统运动设计本次设计的土豆装袋机的捡拾装置对一些文献的理论和实际数据参考，被土豆挖掘机挖掘后的土豆土垄宽度为650-750mm，土豆捡拾铲的入土角为20°，为了避免铲斗在不被使用时受损，因此在使用开始前铲斗在平行于地面的上20°位置。捡拾开始，铲斗下翻至平行于地面的下20°位置，如图3-1所示。图3-1捡拾装置上下运动位置当它取得物料后，铲体又向上翻转40°，回到原来的位置，完成物料的传递。曲柄摇块机构具有急回特性，但在整个捡拾过程影响不大，由此将从动件的角速度按平均角速度计算。实现捡拾的整个过程，时间为2s，铲得的土薯混合物的重量为500N。由于捡拾过程需要上下共翻转80°，并且物料传递的过程需要机体不需要等候，即机体又向前0.4m，当铲斗向下到下到达20°位置时，机体又向前0.2m，此时捡拾铲也到达新的区域可以进行捡拾。捡拾装置的捡拾过程次数约为一分钟30次，即一分钟内捡拾铲上下翻转运动共2400°。由设计方案得知，首先从捡拾铲的运动参数，进行初步的选型和轴的载荷初步计算，然后进行电机负载的估算，再按负载的估算结果来选择合适的电动机，以及轴的载荷是否需要进行调整。3.1.1捡拾装置的捡拾铲参数设计如图3-1捡拾铲的结构简图所示：将土壤-杂草混合物对铲刃边缘的阻力F分解为沿铲刃方向和垂直于铲刃方向的F1和F2，根据几何数学关系可得：图3-1捡拾铲的结构简图 （3-1） （3-2）在正压力F的作用下产生摩擦力f，摩擦力方向与F1方向相反，如果F1＞f，则土草混合物会与铲刃产生相对滑动，即： （3-3）又因为摩擦因数，则 （3-4）为了确保土壤和茎叶能够顺畅地沿着铲刃滑移，捡拾铲的铲刃张角被设定为120°，即就可以满足设计要求REF_Ref2978\r\h[33]。这是基于比较得出的结论，考虑到土壤对钢的摩擦角φ在30°～60°之间，摩擦因数在0.577～0.721之间，以及茎叶对钢的摩擦因数在0.95～0.98之间。只要满足茎对钢的摩擦因数，就能满足设计要求，从而确保捡拾效果。在设计捡拾铲的铲面倾角时，需遵循的原则是确保被捡拾物能够顺利地沿着铲面向上移动，同时防止其回落。基于这一原则，以被捡拾的物质为研究对象，可以建立铲面受力平衡的方程式来确定最佳的铲面倾角，立铲面受力平衡方程为： （3-5） （3-6） （3-7）联立上式求得： （3-8）P—沿着捡拾铲移动方向的推力;N—铲面对捡拾物的支承反力（反作用力的支撑力）;G—捡拾物的重力;f—铲面与捡拾物的摩擦力;μ—土壤与钢的摩擦因数，。实际上，角的设定是基于捡拾铲对所需捡拾物的高度和松碎土壤的要求而定。当增大时，碎土能力会随之提升，但铲的工作阻力会增加，因此一般不大于20°;又因为土豆已经被挖掘出来，与土壤一起形成土薯混合物，所以的角度可以相对灵活调整，由牵引的拖拉机功率20Kw，每秒0.2m可知，。研究表明，确保薯土混合物沿着挖掘铲上表面向后运动的条件为REF_Ref9500\n\h[34] （3-9）P——捡拾铲捡拾过程收到的作用力，即捡拾阻力NGC——挖掘铲铲面上薯土混合物重力，即Nθ——挖掘铲入土角φ——土壤对铲面的摩擦角参考土豆挖掘收获的理论与经验，土豆捡拾铲入土角一般设置为20°～30°。同时，为保证捡拾装置捡拾起薯垄的土豆，对应于薯垄位置作业的捡拾铲的有效工作宽度W1需要大于垄底宽度，计算式为REF_Ref9641\n\h[35REF_Ref9647\n\h-36]： （3-11）L——土豆种植行距s——土豆生长平均分布宽度σ——土豆综合标准差ε——机具行驶偏差在考虑土豆种植的农艺要求，土豆的种植间距一般行间距350mm，生长平均分布宽度600mm，土豆综合标准差20mm，机具行驶偏差30mm。以及捡拾铲的入土性能和碎土效果的综合因素后，经过分析和计算，土豆捡拾装袋机的捡拾铲被设计为入土角度为20°，长度为800mm，宽度为800mm。为了确定铲体的高度，根据平面铲的结构尺寸图中的几何关系，建立了以下几何关系式：其中，a为铲体的后端高度，为平面铲的倾角，L为平面铲铲面长度。根据统计知，被土豆挖掘机挖掘后的土豆土垄宽度为650-750mm，因此为了保证挖净率，挖掘铲的宽度不小于800mm，当考虑到实际收获土豆的条件，建议铲宽取800mm，铲长取800mm，则铲体后端高度为566mm。3.1.2捡拾装置的捡拾铲驱动电机选型捡拾装置上下运动度数为一分钟2400°，铲得的土薯混合物的重量为500N。主动件杆长根据图画法可得实际尺寸为2000mm，主动件为250mm。则连杆的工作速度为： （3-12）则电动机的工作效率： （3-13）又因为捡拾装置的主动件动力需电机经过带传动和减速器进行减速，由于带传动的机械效率为0.95，连杆的机械效率为0.95，单级圆柱齿轮减速器的机械效率为0.96，，两个联轴器的机械效率为0.97得，电动机所需额定功率： （3-14）捡拾装置是由电机输出带传动，再向单级圆柱齿轮减速器机构进行动力传输的,带传动的传动比范围为，单级圆柱齿轮减速器的传动比范围为。 （3-15）对上述计算结果和农业机械一般情况进行综合考虑，选择Y2系列三相异步电动机，该系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、运行安全可靠。选择型号为Y2-112M-4。电机参数如表3.1所示，电机实物图如图3-2所示。表3-1三菱电机生产的HF-SP352电机型号额定功率Kw额定转矩（）额定转速r/min堵转转矩（）额定电流A质量KgY2-112M-442.314402.28.847图3-2电机实物图3.1.2捡拾装置中的带传动设计电机功率P=4kw,电机额定转速，初选传动比i=3（1）确定计算功率本次带传动计算和参数选择均为查询机械设计第十版课本得到，由表格得工作情况系数,故 （3-16）（2）选择V带的带型根据、查询图片得知选用B型.（3）确定带轮的基准直径,并验算带速v1)初选小带轮的基准直径由表、图得到小带轮的基准2)验算带速V。按式(8-13)验算带的速度 （3-17）因为5m/s<V<30m/s,故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据课本公式计算大带轮的基准直径 （3-18）根据课本表格，取标准值为