秸稈還田機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論

《秸稈還田機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《秸稈還田機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論（21頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目 錄 目錄Ⅰ 摘要Ⅱ 關(guān)鍵詞Ⅱ KEYWORDSⅡ 第 1 章緒論1 1.1 科學(xué)依據(jù)1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2 1.3 研究內(nèi)容和方法3 第 2 章 秸稈還田機(jī)總體方案設(shè)計(jì)5 2.1 拖拉機(jī)功率的選擇5 2.2 計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)6 2.3 傳動部件設(shè)計(jì)7 2.3.1 錐齒輪計(jì)算7 2.3.2直齒輪的計(jì)算11 2.3.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算13 第 3 章 碎茬工作部件的設(shè)計(jì)18 3.1 刀軸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)18 3.2 刀軸強(qiáng)度校核18 3.3 刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22 3.4 刀片主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定22 3.5 刀片的排列23 第 4 章 機(jī)組功率消耗及影響因

2、素25 第 5 章 結(jié)論與討論26 5.1 結(jié)論26 5.2討論26 參考文獻(xiàn)27 致謝29 附錄30 摘 要 保護(hù)性耕作技術(shù)是全球農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，秸稈還田技術(shù)是機(jī)械化保護(hù)性耕作中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)， 在農(nóng)忙期間，使用機(jī)械化的秸稈還田技術(shù)可以使耕作的更為高效化，同時(shí)有力推動機(jī)械化還田技術(shù)可以避免由于秸稈焚燒而帶來的一系列環(huán)境污染，本文所研制的秸稈還田機(jī)功率消耗小，粉碎率高，適合小規(guī)模的秸稈粉碎還田。 在對秸稈粉碎及滅茬的基本理論分析的基礎(chǔ)上，我們提出了秸稈還田機(jī)得具體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。采用臥式結(jié)構(gòu)，主要由懸掛裝置，變速箱和秸稈粉碎機(jī)構(gòu)組成，拖拉機(jī)輸出動力經(jīng)萬向節(jié)傳遞給變速

3、箱，變速箱經(jīng)錐齒輪和直齒輪兩級。 減速后帶動刀軸進(jìn)行秸稈粉碎達(dá)到秸稈粉碎還田的目的。通過相關(guān)軟件的模擬試驗(yàn)分析，我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器滅茬率達(dá)到98%，碎茬拋灑均勻，覆蓋率高，作業(yè)性能穩(wěn)定，可以很好的滿足農(nóng)藝要求，秸稈粉碎還田后可直接進(jìn)行后續(xù)播種作業(yè)。這個(gè)沒做吧，不能隨便寫 關(guān)鍵詞：保護(hù)性耕作，滅茬，秸稈還田機(jī)，變速箱碎茬刀，秸稈還田機(jī)，滅茬 ABSTRACT Conservation tillage technology is the global development trend of agricultural technologies, The smashed straw

4、technology is one essential technology of the mechanized protection cultivation, the use of strawmechanization of farming can be more efficientwhile strong impetus to the mechanization to fields to avoid burning the straw brought about a series of environmental pollution, this paper developed the po

5、wer consumption of a small straw machine, crushing rate, suitable for smashed crushed straw and stubble in the basic theoretical analysis, we have proposed the specific structure of straw machine design. Horizontal structure, mainly by the suspension, gearbox and straw crushed bodies, tractor power

6、output is passed to the transmission through universal joints, bevel gears and transmission through double reduction gear drive knife after the crushed straw to straw axis The purpose of breaking land. Through software simulation test analysis, we designed the machine stubble rate of 98%, shed unifo

7、rm stubble, high coverage and stable operating performance, may well meet the agricultural requirements, straw chopper follow-up after direct seeding Operationall-scale straw chopper. Keywords：保護(hù)性耕作，stubble samshing；smashed straw machine；gearbox；碎茬刀smashed straw machine ；stubble samshing .

8、1 緒論 使用聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)，田間作物秸稈較多，給下茬的栽插、播種整地帶來不小的困難，目前多采用放火燒的辦法處理，既浪費(fèi)資源又增加了土壤的堿性，同時(shí)也造成了環(huán)境污染和安全隱患文獻(xiàn)插進(jìn)去 （孫文峰，2001）。實(shí)施機(jī)械化秸稈還田技術(shù)，可減少環(huán)境污染，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施（楊文鈺，1999）。將各種秸稈機(jī)械化還田是當(dāng)前秸稈綜合利用的主要方式之一，大力推廣先進(jìn)、適用的秸稈還田機(jī)械，是發(fā)揮農(nóng)機(jī)化在建設(shè)社會主義新農(nóng)村的作用的一項(xiàng)重要內(nèi)容（吳子岳，2000）。 1.1 科學(xué)依據(jù) 1.1.1有機(jī)肥源 秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀及微量元素。其中

9、豆科作物的秸稈含氮較多，禾科作物的秸稈含鉀較豐富，作物秸稈提供的養(yǎng)分占我國有機(jī)肥總養(yǎng)分的１３％～１９％，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機(jī)肥源（陳小兵等，2000）。農(nóng)作物秸稈在粉碎還田耕翻后，秸稈在分解過程中進(jìn)行礦質(zhì)化，釋放養(yǎng)分，同時(shí)還進(jìn)行腐殖質(zhì)化，使一些有機(jī)質(zhì)化合物縮合并且脫水，形成更加復(fù)雜的腐殖質(zhì)，從而改善了土壤的結(jié)構(gòu)及保水、透氣、吸水、粘結(jié)、保溫等的性狀和能力，提高了土壤的自身調(diào)節(jié)水、肥、溫、氣的能力，可將營養(yǎng)元素供下季作物再吸收，從而實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)元素在土壤、作物之間的良性循環(huán)（劉麗香等，2006）。 1.1.2保墑和調(diào)控田間溫濕度 秸稈覆蓋地面，可減少水分的蒸發(fā)，緩沖雨水對土壤的侵

10、蝕，減少地面徑流，加厚了蓄水層的厚度，同時(shí)還隔離了陽光對土壤的直射降低地溫（陳利頂?shù)龋?000）。 1.1.3抑制雜草 與除草劑配合使用，可提高抑草的作用，研究結(jié)果表明，麥秸稈還田還可提高稻米的品質(zhì)。 1.1.4疏松土質(zhì) 農(nóng)作物秸稈粉碎還田使土壤質(zhì)地疏松，通氣性提高，犁耕比阻減少，貯存水分、養(yǎng)分能力增強(qiáng)（董佑福，侯方安，2003）。土壤有機(jī)質(zhì)、容重和總孔隙度的變化能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，增加土壤孔隙度。對土壤團(tuán)聚體和結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響使土壤中的微團(tuán)聚體提高，小于０．０１ｍｍ的微團(tuán)聚體減少，對土壤的物理性質(zhì)和營養(yǎng)條件具有良好的作用（馮云江，1999）。 1

11、.1.5有效增產(chǎn) 根據(jù)一些單位進(jìn)行的秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)行秸稈還田后一般都能增產(chǎn)１０％以上。 總之，將各種秸稈機(jī)械化還田，可有效處理秸稈的焚燒問題。夏收夏種季節(jié)秸稈焚燒問題嚴(yán)重，而處理秸稈的技術(shù)和機(jī)具相對成熟，既有效節(jié)約農(nóng)時(shí)，又能解決焚燒問題。大力推廣秸稈的機(jī)械化還田不僅是變廢為寶，同時(shí)還可以保護(hù)環(huán)境使人與自然關(guān)系和諧健康的發(fā)展（苗長印，1995）。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)研究現(xiàn)狀 由于機(jī)械化的秸稈切碎技術(shù)是利用秸稈資源最經(jīng)濟(jì)最有效的技術(shù)，最具有經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)效益和社會效益。由于國外在研制和生產(chǎn)方面起步較早，發(fā)展也很快。尤其是意大

12、利、美國、英國、丹麥、德國、法國、西班牙等發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域處于絕對領(lǐng)先地位。意大利的OMARV公司尤為突出，它的產(chǎn)品配套動力26-132kw工作幅寬1.2-6米，刀片的轉(zhuǎn)速為1950r/m（Takashi Kataoka ，2002）。美國萬國公司International Harvester Company Co.）、美國埃茲拉、隆達(dá)爾在此方面的研究生產(chǎn)水平都均很高（M．Salokhe，2002）。此外，國外還研制出了拖拉機(jī)帶動的臥式轉(zhuǎn)子切碎機(jī)，幅寬6m，刀片可更換，轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速為2000r/min,外殼上有擋板，使莖稈撒布均勻，而且還帶有遇到障礙物的安全機(jī)構(gòu)。還有一種立式切碎機(jī)，既可用于

13、秸稈得切碎，又可用來修剪草坪和灌木叢（K．S．Lee，2003）。綜合國外機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)，技術(shù)比較完善，機(jī)具品種多，性能可靠，但是價(jià)格也很昂貴。我們可以借鑒國外現(xiàn)有技術(shù)，通過我們自己的消化吸收，開發(fā)出適合我國國情的產(chǎn)品。 1.2.2國內(nèi)機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)及現(xiàn)狀 目前，我國農(nóng)作物秸稈綜合利用技術(shù)主要就是切碎的方式，過去由于在認(rèn)識上，政策上及經(jīng)濟(jì)上的原因，機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)發(fā)展還是比較緩慢的（李競超，2002）。近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的人民生活的提高，剩余秸稈也越來越多（夏萍，2002）。為了利用珍貴秸稈資源，政府鼓勵并且大力支持發(fā)展機(jī)械化的秸稈切碎技術(shù)，根據(jù)秸稈的處理方式不同，我國機(jī)械

14、化秸稈切碎主要包括秸稈整株切碎技術(shù)、秸稈粉碎切碎技術(shù)、根茬粉碎及耕翻切碎技校術(shù)和聯(lián)合作業(yè)切碎技術(shù)（相俊紅，2005）。我國近幾年來才開始研制田間秸稈粉碎切碎機(jī)器，而且以硬秸稈為主（主要是玉米、高粱等作物的秸稈），國內(nèi)起步較早的北方地區(qū)，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，要求解決玉米留茬、秸稈的粉碎切碎，河北、山東、山西、河南、陜西、天津等省市先后研制出了多種玉米、高粱等秸稈切碎機(jī)，通過消化吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，比較成功地解決了硬秸稈的田間粉碎切碎機(jī)具問題，并且對這一類機(jī)具的工作原理、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)展開了分析研究（趙大勇,李明金，2006）。 1.2.3機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)發(fā)展趨勢 由于我

15、國幅員遼闊，南北差異很大，各地區(qū)耕作制度和農(nóng)藝要求也不同，同時(shí)不同作物秸稈的物理性能和機(jī)械性能差異也很大，這就決定了我國機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)及配套機(jī)具的多樣化，不可能以兩機(jī)具一統(tǒng)天下。以下幾方面是將來的發(fā)展趨勢： ⑴ 高割茬稻麥秸稈的切碎技術(shù)及機(jī)具是難點(diǎn)，也是一個(gè)熱點(diǎn)，它重點(diǎn)解決稻麥兩熟地區(qū)，高割茬給耕整地區(qū)和后續(xù)作物的生長帶來了難題，直刀型刀片多支承切割秸稈切碎機(jī)具是開發(fā)方向之一（呂興達(dá)，2000）。 ⑵ 北方在解決秸稈及根茬 單項(xiàng)作業(yè)的基礎(chǔ)上將開發(fā)新的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具現(xiàn)已起步，將逐漸取代單項(xiàng)作業(yè)機(jī)具。 ⑶ 水田秸稈切碎技術(shù)將會另辟蹊徑，水田旋耕埋草機(jī)和水田埋草驅(qū)動耙是一個(gè)發(fā)展方向。 ⑷

16、秸稈及高茬翻埋機(jī)具有廣闊的市場，無論是翻埋秸稈還是高茬，都是大部分翻地機(jī)具所不能適應(yīng)的，甚至因堵塞面無法作業(yè)，研制新型的秸稈及高茬翻耕機(jī)具也是一個(gè)方向。 ⑸ 聯(lián)合收割機(jī)附帶的切碎裝置是作物收獲和秸稈切碎的有機(jī)結(jié)合，使作業(yè)成本大大下降，并且靈活方便，是最有前途的秸稈切碎方式之一。 總之，機(jī)械化秸稈切碎這個(gè)領(lǐng)域前景樂觀，但面臨課題也比較多，得到政府的高度重視和大力支持，現(xiàn)在正是開發(fā)這一技術(shù)的大好時(shí)機(jī)。 1.3 研究內(nèi)容和方法 1.3.1研究內(nèi)容 （1）確定還田機(jī)的整體功能 （2）還田機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （3）秸稈還田機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)和校核 1.3.2研究方法 本文

17、研究的秸稈還田機(jī)的主要功能是對秸稈及碎茬進(jìn)行有效的粉碎還田，達(dá)到較高的覆蓋率，秸稈還田機(jī)的基本參數(shù)和性能參數(shù)符合農(nóng)藝要求，因此我們需要設(shè)計(jì)合理的主機(jī)機(jī)構(gòu)和部件，來實(shí)現(xiàn)不同的功能。例如要使機(jī)具具有較高還田覆蓋率就需要將刀片的結(jié)構(gòu)和機(jī)具的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動參數(shù)相結(jié)合，為了使機(jī)具耕經(jīng)濟(jì)節(jié)能，就需要對機(jī)具的傳動、運(yùn)動等部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、使機(jī)具結(jié)構(gòu)緊湊、工作質(zhì)量高。經(jīng)過對機(jī)具的功能分析和部件設(shè)計(jì)后，將要采用適宜的連接承載部件使得機(jī)器的各個(gè)功能部件得以合理的組合搭配，在完成了上述的幾個(gè)步驟后就進(jìn)入到了各個(gè)主要部件的校核階段以滿足工作時(shí)的強(qiáng)度要求。 在設(shè)計(jì)過程中，需要使用CAD、Proe等主要軟件及數(shù)學(xué)軟件，借助

18、理論分析和時(shí)間相結(jié)合的方法，對機(jī)械整體結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，對刀片、刀軸及一些重要的位置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)出秸稈還田機(jī)使其能實(shí)現(xiàn)它的功能。 1. 3.3研究技術(shù)路線 本文的技術(shù)路線如下圖1-1所示 圖1-1 技術(shù)路線圖 Figure. 1-2 Technology Roadmap 2 秸稈還田機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 本文所設(shè)計(jì)的秸稈還田機(jī)采用的中間傳動，利用變速箱將拖拉機(jī)輸出軸的輸出功率自碎茬機(jī)中間軸傳遞到刀軸并進(jìn)行碎茬還田，滿足所需要的性能要求。機(jī)具的主輸出動力與銀鋼牌YG180T型拖拉機(jī)配套，主要由刀輥、中間齒輪傳動箱、機(jī)架以及一些擋板懸掛部件等組成，為了計(jì)算和研究的方便，

19、現(xiàn)將下文將要用到的主要符號及說明列表如下表2-1所示： 表2-1 符號及其說明 Table. 2-1 symbol and its explainnation 符號 符號說明 符號 符號說明 行進(jìn)速度 刀輥旋轉(zhuǎn)半徑 刀輥轉(zhuǎn)速 刀片切土阻力 切土進(jìn)距 拖拉機(jī)額定功率 耕幅 每刀盤的齒數(shù) 焊接（連接刀盤） 各軸轉(zhuǎn)矩 溝底凸梗高度 刀輥轉(zhuǎn)角 剛體位移矩陣 各級傳動比 刀軸所受彎矩 刀軸所受垂直水平力 根據(jù)相關(guān)的農(nóng)藝要求，本設(shè)計(jì)中機(jī)具耕深取5到10cm，配套拖拉機(jī)的動力為20馬

20、力，行進(jìn)速度為0.85m/s.[20] 2.1 拖拉機(jī)功率的選擇 依經(jīng)驗(yàn)公式（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988）其中h是耕深，本機(jī)取h=5cm，是機(jī)組前進(jìn)速度，本機(jī)取=0.85m/s，B是耕幅，根據(jù)農(nóng)藝要求本機(jī)選取B=1.5m，K本機(jī)取15，將以上數(shù)據(jù)帶入可以得到=9.6KW，根據(jù)國家耕作機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，執(zhí)行機(jī)械功率消耗要小于發(fā)動機(jī)標(biāo)定的85%（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988），所以取拖拉機(jī)功率為14.7KW拖拉拉機(jī)即可滿足要求。 查表可得軸承的傳動效率為，錐齒輪的傳動效率（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會，2005），所以拖拉機(jī)傳輸?shù)降遁S的功率為，帶入數(shù)據(jù)得P=13.56KW，符合機(jī)具要求。

21、圖2-1傳動示意圖 Transmission schematic 2.2計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 動力輸出軸的轉(zhuǎn)速為，所以中間齒輪箱及側(cè)邊齒輪箱的各軸轉(zhuǎn)速為 （2-1） 按拖拉機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功率P計(jì)算各軸的輸入功率，即 13.98KW （2-2） 13.56KW 各軸的轉(zhuǎn)矩為 （2-3） 2.3傳動部件的設(shè)計(jì) 2.

22、 3.1錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于其轉(zhuǎn)速不高，本機(jī)選用7級精度直齒圓柱齒輪傳動（GB10095-88），再由機(jī)械設(shè)計(jì)P191表10-1確定大小錐齒輪的材料均為40Cr，熱處理均采用表面淬火，它們的強(qiáng)度極限為1150，屈服極限為700，齒面硬度為286HBS，對于本機(jī)中，取小錐齒輪齒數(shù)，大錐齒輪齒數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)P201公式（10-5） （2-4） 當(dāng)量齒數(shù)公式 （2-5） 1）.計(jì)算得到， a.由機(jī)械設(shè)計(jì)P200的表10-5查表可得 齒 形 系 數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù)

23、 b.由機(jī)械設(shè)計(jì)P208圖10-20可得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 c.由機(jī)械設(shè)計(jì)P206的圖10-18可以得到 d.由機(jī)械設(shè)計(jì)P205的表10-7取 取彎曲疲勞極限S=1.4，則可得下面的式子： （2-6） 分別計(jì)算大小齒輪的，并加以比較可得下面的結(jié)果 = 顯然小齒輪的數(shù)值要略大一些 計(jì)算載荷系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)P192的10-2式子可得 （2-7） 由機(jī)械設(shè)計(jì)P193表10-2查得,由P194圖10-8可得,由P195表10-3及P196表10-4可得 代入

24、則可得 由則可得 =4.83 （2-8） 取m=5mm，則可以得到 （2-9） 計(jì)算齒輪寬度 （2-10） 圓整后取 由機(jī)械設(shè)計(jì)P227的10-25得齒面接觸強(qiáng)度的校核公式 （2-11） 前面已查表得出小齒輪的接觸疲勞極限為1150Mpa 由 （2-12） =738.

25、78 顯然=738.781150Mpa，因此按照彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的錐齒輪安全。[25] 由，按照7級精度查得錐齒輪速度小于8m/s，因此設(shè)計(jì)的速度是合理的。[26] 錐齒輪參數(shù)如表2-2所示 表2-2 錐齒輪幾何計(jì)算 Table.2-2 Geometry calculate of bevel gear 名稱 代號 計(jì)算公式 小齒輪 大齒輪 分度圓錐角 =41.2 =48.8 齒頂高 齒根高 分度圓直徑 =110mm =120mm 齒頂圓直徑 =117.5mm =mm 齒根圓直徑 =101.0mm

26、 =126.59mm 錐距 R R=89.8mm 齒頂角 收縮頂隙傳動=0.0557 =3.188 齒根角 =0.0668 =3.823 分度圓齒厚 =7.85 頂隙 =1 當(dāng)量齒數(shù) =27.9 =36.44 當(dāng)量齒數(shù)比 =36.44/27.9=1.306 平均模數(shù) =4.17 平均分度圓直徑 =91.67mm =100mm 頂錐角 收縮頂隙傳動=43.388 =51.988 根錐角 =38.012 =44.977 當(dāng)量齒輪分度圓半徑 =73.098 =91.09

27、當(dāng)量齒輪齒頂圓半徑 =78.098 =96.09 直齒輪的計(jì)算 同上面錐齒輪一樣，選取7級精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)P191表2-3兩個(gè)之論的材料選取如表2-3所示 表2-3 齒輪材料選取 Table. 2-3 Gear material selection 項(xiàng)目 材料牌號 熱處理方法 強(qiáng)度極限 屈服極限 齒面硬度 齒輪3 40Cr 調(diào)質(zhì) 700 500 286 齒輪4 40Cr 調(diào)質(zhì) 700 500 286 （1）選取小齒輪的齒數(shù)為25，則大齒輪的為28 （2-13） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （2）由機(jī)械設(shè)計(jì)P203式10-9a可

28、得 （2-14） 本機(jī)中我們選取載荷系數(shù) 小齒輪的轉(zhuǎn)速T=2.60×10 同上面錐齒輪選擇步驟一樣，分別由機(jī)械設(shè)計(jì)上面表格得到，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)計(jì)算（假設(shè)齒輪一年工作100天，使用年限為15年） （2-15） 查表取 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，則有 （2-16） 由齒輪的分度圓計(jì)算公式（楊可楨 ,程光蘊(yùn)，2001），則小齒輪的分度圓直徑 =93.51 圓周速度<8m/s,按照7級精度速度的設(shè)計(jì)要求因此設(shè)計(jì)的速度符合要求 模數(shù) h=2.2

29、5m=8.42 同錐齒輪載荷系數(shù)一樣，查表得 所以 校正分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)P204式10-10a則 93.51×=100.5 （2-17） 模數(shù)m= 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，有機(jī)械設(shè)計(jì)P201式10-5則有 （1）. （2-18） （2）同錐齒輪計(jì)算查表可得 （3）小齒輪的疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的為，查表得彎曲疲勞壽命系數(shù) （4）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則大小齒輪的疲勞需用應(yīng)力分別為

30、 （2-19） （5）計(jì)算大小齒輪的并加以比較則 = （2-19） 顯然小齒輪的要略大一點(diǎn) （6）依機(jī)械設(shè)計(jì)P192式10-2得 代入則有 對比兩種情況下得到的m的結(jié)果，顯然接觸疲勞強(qiáng)度的模數(shù)要大于齒根彎曲疲勞計(jì)算的模數(shù)，又齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定，因此選取m=4，則有： a. b.中心距 （2-21） c.小齒輪分度圓直徑 mm

31、 （2-22） d.大齒輪分度圓直徑 mm e.齒輪寬度 （2-23） 因此選取齒寬 2.3.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)的還田機(jī)中共有三根軸，動力輸出軸1，中間箱輸出軸2和刀軸3，由于它們的校核原理是一樣的，因此在此處只列出刀軸和中間傳動軸進(jìn)行校核。 （1）材料選取 我們選取45鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 （2）作用在齒輪上的力 由前面已經(jīng)求出的相關(guān)參數(shù)可得： 小齒輪的分度圓直徑分別計(jì)算 （2-24） （楊敏琴，1994） （3

32、）估算輸出軸的最小直徑，依機(jī)械設(shè)計(jì)P370式15-2則： （2-25） 畫出軸的零件圖的簡圖如下圖2-2所示 圖2-2 軸結(jié)構(gòu)圖 Figure.2-2 structure of the spindle (1)擬定軸上零件裝配方案 裝配方案詳見裝配圖 (2)根據(jù)軸向定位要求確定軸各段直徑和長度 a.因?yàn)檩S承受有徑向力和軸向力的作用存在，因此本設(shè)計(jì)選用選用角接觸球軸承，根據(jù)工作需要和d=40mm，通過查詢相關(guān)資料，選用0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級的角接觸球軸承7009C，其基本尺寸為d*D*B=45mm

33、*75mm*19mm。 b.Ⅰ-Ⅱ段軸用于安裝軸承，套筒等，故取直徑=40mm，齒輪端面距離箱體內(nèi)壁a=20mm，故取=35mm。 Ⅱ-Ⅲ段安裝低速級錐齒輪,為便于安裝，故取=56mm，齒輪輪轂為60mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取=50mm Ⅲ-Ⅳ段為分隔兩齒輪段，直徑為=66mm，為滿足配合要求，長度為=25mm。 Ⅳ-Ⅴ段安裝高速級大齒輪，可取直徑可取為=56m，取=50mm。 (3)軸上零件的周向定位 齒輪的周向定位采用平鍵連接，按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P106表6-1查得平鍵截面b*h=14mm×9mm，長為40mm。同樣，按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P106

34、表6-1查得平鍵截面b*h=14mm*9mm，長為40mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6. (4)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為2×,各軸肩處的圓角半徑詳見零件圖。 (5)軸上載荷的計(jì)算 圖2-3變速箱主動軸受力分析 Figure.2-3 Force analysis of power axle 通過查表得到a=18mm，所以L1=43.8，L2=120，L3=33.8 代入下式有: 1）水平支反力 =4435.238N

35、 （2-26） =5350N 2）垂直支反力 ==998.536N （2-27） =1863.634N 3）水平彎矩 =4435.238×43.8=194263.4244N·mm （2-28） =5350×33.8=186914N·mm 4）垂直彎矩 =998.536×43.8=4375.88N·mm （2-29） =1863.634×33.8=62990.83N·mm 5）總彎矩 =N·mm

36、 （2-30） =N·mm (6) 按照彎扭合成應(yīng)力來校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》P373式15-5，則軸上Ⅱ-Ⅲ段為危險(xiǎn)截面，=56mm，取α=0.6，則軸的計(jì)算應(yīng)力 ==46.003MPa 因此軸是安全的 3碎茬工作部分部件設(shè)計(jì) 3.1 刀軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀軸中間部分采用無縫焊接，兩端分別焊接軸頭用來支撐刀軸，其中左右刀軸起支撐作用，中間刀軸起到的是傳遞力矩的作用，刀軸上任意兩個(gè)刀盤對應(yīng)的側(cè)面距離為100mm，為了盡量避免漏耕現(xiàn)象的發(fā)生，在同一刀盤上兩側(cè)的刀片要采取相對安裝而不是背靠背的安裝形式，刀盤的厚度為8mm，刀片厚度也為8mm，因此兩側(cè)面上左右彎刀外側(cè)距離為22

37、4mm。由上述的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以得到單刀的耕幅為100mm，刀尖距離為10mm。鑒于本機(jī)的機(jī)器是比較小型的還田機(jī)，耕幅我們設(shè)計(jì)的為1.2m，因此確定刀盤的數(shù)量為10其中刀軸上刀盤每個(gè)有2個(gè)刀齒，因此總刀片數(shù)量為20（夏萍,江家伍，2005）。 （1）依空心軸公式則有下式： （3-1） 其中P是刀軸的傳遞功率，n是刀軸的轉(zhuǎn)速，是刀軸的外徑和內(nèi)徑之比 （2）我們?nèi)雱t有(機(jī)械設(shè)計(jì)P370) =mm （3）刀軸內(nèi)徑 d=D×β=97.5×0.7=68mm

38、 (3-2) 綜合以上計(jì)算得到數(shù)據(jù)，我們可以得到刀軸的內(nèi)徑為68mm，外徑為97.5mm，壁厚為14.25mm。 3.2刀軸強(qiáng)度校核 還田機(jī)在工作的時(shí)候，影響其力矩的主要因素有土壤狀況，刀片結(jié)構(gòu)，耕深，機(jī)組行進(jìn)速度以及轉(zhuǎn)速等的影響，而且刀片的排列方式的不同，刀軸受到的力矩也是不斷變化。為了方便計(jì)算，刀軸強(qiáng)度的校核按照經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行確定，如下圖3-1所示，切削阻力Q在刀軸的均布載荷，其中（李慶軍，李雙福，2001），即刀片阻力作用點(diǎn)的平均半徑r與刀輥的旋轉(zhuǎn)半徑R的關(guān)系是0.9倍的關(guān)系 圖3-1 刀軸受力圖 Figu

39、re.3-1resisitance of the blade spimdle 由下式 (3-3) 通過計(jì)算可以得出 雖然每個(gè)刀片的位置，安裝方向不同，但刀片入土的狀態(tài)是在入土的時(shí)候僅有一把刀片入土，因此可把其力學(xué)模型進(jìn)行簡化以方便分析，如下圖3-2所示。 圖3-2 刀軸受力示意圖 Figure.3-2 sketch map of the blade spindle pressed 本機(jī)中設(shè)計(jì)的刀盤數(shù)量為10，其中兩端刀盤距離支撐點(diǎn)A，B的距離分別我30mm和

40、28mm，中間刀盤間的距離為100mm，將這10個(gè)刀盤一次編號為1到10，假設(shè)i個(gè)刀盤的刀片作用于刀軸時(shí)， （1）A和B兩支撐點(diǎn)受力為 (3-4） （2）截面所受的彎矩為 （3-5） 分析上面的式子，可以得出：刀軸在水平和垂直方向的彎矩都是兩段線性方程，并且都在x=L位置取得最大值為 （3-6） 對該式求最大值，當(dāng)處M取得最大值，最大值為，彎矩圖如下所示

41、圖3-3刀軸彎矩扭矩圖 Figure.3-3 the bending moment and the torque diagram of the spindle 1)危險(xiǎn)斷面的合成彎矩 （3-7） 2)抗彎截面模量 （3-8） 3)依第三強(qiáng)度理論，則有 = （3-9） 4)軸的計(jì)算應(yīng)力為 （3-10） 顯然根據(jù)強(qiáng)度的校核，刀軸是安全的 3.3刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

42、 滅茬機(jī)在工作的時(shí)候依靠刀片的合成運(yùn)動來完成對根茬的粉碎還田，刀片是機(jī)器與土壤接觸的直接部件，因此刀片的設(shè)計(jì)直接影響了機(jī)器的工作效率，功耗以及使用壽命等性能，刀片主要由正切面，側(cè)切面和過渡面這三部分組成。 還田機(jī)的刀齒有剛性和彈性兩大類，剛性刀又可以分為直刀，L形刀，錐爪型，T型，Y型等幾個(gè)類型（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988），如下圖所示 圖3-4刀齒類型圖 Figure. 3-4 tooth type map 對上述幾種刀片的性能分析 直刀型適用于小麥、水稻等比較細(xì)軟、質(zhì)輕的秸稈，L型的適用于牧草、甜菜等軟而脆的作物，錐爪型的刀片質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動慣量也比較大、

43、打擊性能好但缺點(diǎn)是其功耗也比較大，主要適用于大中型機(jī)具廠。Y型主要適合于玉米，高粱等秸稈，這類秸稈粗而脆，剛度較好，粉碎主要以打擊和切割相結(jié)合為主。T型使用于小灌木。通過對這幾種刀具的性能分析本設(shè)計(jì)選取L型的刀片作為碎茬機(jī)的刀片（李慶軍，李雙福，2005）。 3.4 刀片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 （1） 彎折角，即刀得正切面與側(cè)切面的夾角。彎折角過大時(shí)刀尖首先接觸土壤或根茬使刀得受力增加，降低了刀具的使用壽命，過小則刀具在工作的時(shí)候首先在玩著處接觸土壤或者根茬容易使刀輥堵塞，切割阻力增大。 （2） 正切面刃角，隨著刃角的減小，刀具將變得鋒利，功耗小但這樣會減小刀具的使用壽命，增大時(shí)效果相反

44、（3） 滑切角如圖所示，角度增大則會使切割阻力增大，碎茬作用減小，減小到0的時(shí)候則除茬入土性差，滑切角為負(fù)值時(shí)刀具纏草，會使刀輥堵塞 （4） 彎曲半徑，除茬刀彎曲處要有合適的彎曲半徑r，過小將使刀具的彎曲強(qiáng)度降低，減少了碎茬刀的使用壽命。 （5） 切削寬度，增大寬度會減少刀得排數(shù)但增大單刀阻力，沿彎曲處易打斷，過小又導(dǎo)致碎茬率低下。 （6） 刃厚，當(dāng)刃厚大于0.6mm時(shí)碎茬性能顯著下降，在疏松土壤中尤其嚴(yán)重，所以刀具應(yīng)該比旋耕刀的刃口更加鋒利一些，刃厚控制在0.6mm以內(nèi)。 （7） 刀輥半徑，還田機(jī)在工作的時(shí)候，在機(jī)器前進(jìn)速度和除茬深度一定的前提下，應(yīng)該盡量選擇小轉(zhuǎn)速，大回轉(zhuǎn)半徑。

45、 綜上所述，對于本機(jī)選取的刀片參數(shù)為：彎折角為112，滑切角為5，彎曲半徑為30mm，刀輥半徑250mm，刃厚為0.5到1mm，切削寬度86mm，其簡圖如下圖3-5所示（河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，1992）。 圖3-5 除茬刀簡圖 Figure . 3-5 picture of the crop knife 3.5 刀片的排列 刀片的排列方式直接影響了耕作質(zhì)量和功率消耗，為了使機(jī)組能夠最大效率的工作，刀片的排列應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則（陳忠亮,郭紅等，2000）： （1） 刀片在左右刀輥上分別按螺旋線規(guī)則排列，兩刀輥的旋向相反 （2） 左右刀輥上對稱位置出的刀片按規(guī)定次序依次入

46、土 （3） 在回轉(zhuǎn)一周的過程當(dāng)中，同一相角只有一把刀入土，而且應(yīng)該是左右刀片交錯順序入土以保證工作的穩(wěn)定 （4） 在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若要配置兩把以上的刀片，每把刀片的切土比應(yīng)當(dāng)相等 （5） 制造及裝配要方便，功率消耗盡量小 （6） 刀盤或者稻作應(yīng)便于刀齒的安裝 刀片的排列方式有雙線當(dāng)向螺旋排列，人字形排列，V字型排列等，在本機(jī)中采取雙線雙向的排列方式 （1） 將刀盤從左至右進(jìn)行排序，由于每個(gè)側(cè)面都有10把刀并且他們的排列方式一樣，因此我們只需要研究一個(gè)側(cè)面上的刀片即可 （2） 刀片排列原理圖如下圖所示 圖3-6 刀片排列原理圖 Figure . 3-6 elements of

47、 the blades arrangement （3） 畫出刀齒螺旋排列展開圖，圖下圖所示，橫坐標(biāo)表示角度值，相鄰兩線的夾角為18 表3-1 偏轉(zhuǎn)角度表 Table .3-1 deflection angle table 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 度數(shù) 0 72 144 36 108 162 54 126 18 90 (4) 實(shí)體排列效果圖如下所示，該種排列方法的特點(diǎn)是每個(gè)切入角的刀片數(shù)量為1，刀片為雙線雙向排列，符合現(xiàn)有旋耕機(jī)械的排列原則，當(dāng)然還可以進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)來確定最優(yōu)的排列方式使刀軸受力均勻效率最高。

48、圖3-7 刀片排列展開圖 Figure .3-7 ichnography of the blades arrangements 4 機(jī)組功率消耗及影響因素 秸稈還田機(jī)在工作的時(shí)候，功率主要消耗在刀輥上，刀輥所受的總阻力由各個(gè)刀片所受的阻力合成，還田機(jī)的功率消耗收到機(jī)組本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，性能參數(shù)和外界土壤條件的等幾個(gè)方面因素的影響，這3個(gè)主要因素任何一個(gè)發(fā)生變化都會對還田機(jī)的功率消耗產(chǎn)生影響，其中刀輥轉(zhuǎn)速n，機(jī)組行進(jìn)速度V，刀輥轉(zhuǎn)速半徑R，耕深Ha等參數(shù)是影響機(jī)組功率消耗的直接因素，外部條件如土壤的硬度、堅(jiān)實(shí)度對功率消耗也有一定的影響（肖麗,樊建柱，1996）。 （1）刀輥的轉(zhuǎn)速n影響

49、 當(dāng)切土進(jìn)距一定時(shí)，刀輥轉(zhuǎn)速越大，功率消耗就越大。因?yàn)楫?dāng)?shù)遁佫D(zhuǎn)速增大時(shí)，刀片與土壤所產(chǎn)生的阻力就會增大（阻力與速度平方成正比），因此可近似認(rèn)為旋耕消耗與刀輥轉(zhuǎn)速成2次函數(shù)關(guān)系。 （2）切土進(jìn)距S的影響 增大切土進(jìn)距可以使功率消耗降低，由于在耕作單位體積的土壤時(shí)，切削的總面積會隨著切土進(jìn)距的增大而減小，從而達(dá)到了減少功率消耗的目的。 （3）耕深的影響 機(jī)組作業(yè)功率與耕深間近似存在線性關(guān)系，因此耕深的增加會使功率消耗降低。 （4）刀輥旋轉(zhuǎn)半徑的影響 從刀片的旋轉(zhuǎn)半徑速度關(guān)系看，還田機(jī)的拋擲功率與刀輥的半徑平方成正比。 （5）行進(jìn)速度 在刀軸轉(zhuǎn)速保持不變

50、的情況下，還田機(jī)所需的功率隨著行進(jìn)速度的增減而近似線性增大。 綜合以上的幾個(gè)主要因素，我們可以得出：在滿足碎茬要求的前提下，盡量降低刀輥的轉(zhuǎn)速，加大切土進(jìn)距，盡量減小刀輥半徑兵使之與耕深的數(shù)值近似相等這一章可以放在緒論，單獨(dú)放在一章不合適，不是我們做的內(nèi)容 。 5 結(jié)論與討論 5.1結(jié)論 （1） 本文著重闡述了還田機(jī)的研究目的和意義并指出了秸稈還田機(jī)的研究有利于環(huán)保和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，有利于耕作的機(jī)械化。但是，由于我國現(xiàn)階段秸稈還田機(jī)的研究相對于其他一些發(fā)達(dá)國家起步比較晚，研究理論也相對比較匱乏，因此本文介紹了還田機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢以及存在的一些問題，有利于以后

51、在這方面的研究。 （2） 通過查閱文獻(xiàn)并進(jìn)行分析，確定本機(jī)的整體結(jié)構(gòu)基本參數(shù)，S=150mm，V=2.1km/h，n=472r/min，B=2m （3） 本文對秸稈還田的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、校核，校核過程采用了先進(jìn)的理論進(jìn)行校核，因此本機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)可靠性比較高。 （4） 刀軸時(shí)秸稈還田機(jī)的重要承載部件，也是輸出的重要部分，本文對刀軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，確定了危險(xiǎn)截面并進(jìn)行了校核計(jì)算和繪制了其彎矩圖。 5.2討論 （1） 刀片的排列方式有很多種，由于知識面和篇幅的局限，本文只列舉出了一種，這樣是不能確定出來最佳的滿足功能要求的刀片，要確定不同方式的優(yōu)劣有以下幾種主要方法：a，采用理

52、論計(jì)算，對刀軸刀片進(jìn)行受力分析；b采用計(jì)算機(jī)軟件，對刀軸不同的排列方式進(jìn)行模擬仿真；c，采用試驗(yàn)的方法對不同的刀軸排列進(jìn)行研究來確定最佳的排列方式 （2） 由于時(shí)間和條件有限，本文僅提出了一些部件設(shè)計(jì)方法并沒有進(jìn)行性能參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，也未對模型進(jìn)行求解，模型的求解可以采用MATLAB等軟件中的優(yōu)化模塊 （3） 本文未能確定整機(jī)結(jié)構(gòu)的合理性，也沒有對其進(jìn)行效果分析，我們可以采用Proe等軟件對其結(jié)果進(jìn)行靜態(tài)，動態(tài)仿真以校核征集的設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)在條件允許的條件下我們還可以通過試驗(yàn)的方法來對其可靠性進(jìn)行研究。 參考文獻(xiàn) [1]楊文鈺,王蘭英.作物秸稈還田的現(xiàn)狀與展望[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),

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62、 relation to Quasi—static Deformation[J],Journal of Agricultural Engineering Research,1999,73(2):199～206 致 謝 本課題是在指導(dǎo)老師汲文峰的精心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇刀機(jī)具的設(shè)計(jì)及論文的完善和校正都傾注了老師巨大的心血，在此，向老師表示衷心的感謝！同時(shí)向所有關(guān)心，支持過我的領(lǐng)導(dǎo)，老師及同學(xué)送上最衷心的祝福和最美好的祝愿。 感謝各位老師在百忙之中對本論文進(jìn)行評閱，謝謝。 附錄 1.秸稈還田機(jī)總裝圖 2.減速箱 3.刀片 4.錐齒輪 5.直齒輪零件圖 6.軸零件圖 7 支撐輪零件圖