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重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計--任務(wù)書
重 慶 理 工 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
題目 馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計
（任務(wù)起止日期 2013 年 3 月 1 日～ 2013 年 5 月 30 日）
機(jī)械工程 學(xué)院
機(jī)械設(shè)計制造 專業(yè) 109040201 班
學(xué)生姓名 陳開飛 學(xué) 號 10904020102
指導(dǎo)教師 系 主 任
二級學(xué)院院長
課題內(nèi)容
本課題的內(nèi)容是關(guān)于馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計，主要包括馬鈴薯挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和創(chuàng)新。能夠?qū)崿F(xiàn)較高挖掘效率和分離率以及塊莖損失率。例如，1）設(shè)計多功能的挖掘鏟，擴(kuò)大挖掘范圍；2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)減少由傳動系統(tǒng)到挖掘鏟的傳動時間，提高工作效率；3）設(shè)計簡易的收集裝置，提高工作效率。主要研究對象是馬鈴薯挖掘機(jī)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、地輪、機(jī)架的機(jī)構(gòu)設(shè)計，通過Solidworks等軟件對設(shè)計的馬鈴薯挖掘機(jī)進(jìn)行利用有限元分析等計算合理的挖掘角度等。分析工作時的挖掘阻力等，設(shè)計合理的抖動裝置。然后再將三維造型圖轉(zhuǎn)化為工程圖，并且計算確定具體結(jié)構(gòu)的參數(shù)，同時完成零件圖的繪制和相關(guān)標(biāo)注等。最后完成對本課題的論文撰寫。
課題任務(wù)要求
1.查閱馬鈴薯挖掘機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行收集和整理，完成畢業(yè)設(shè)計前期工作：任務(wù)書、文獻(xiàn)綜述、開題報告、外文翻譯；
2.查閱大量關(guān)于馬鈴薯挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的資料、具體零部件的相關(guān)資料。整理后確定馬鈴薯挖掘機(jī)的具體設(shè)計方案；
3.進(jìn)行必要的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，如分離輸送器線速度、挖掘鏟鏟角等計算，機(jī)架的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計，保證具備良好的機(jī)械性能；
4.運(yùn)用CAD、UG、Solidworks等軟件，對所設(shè)計的馬鈴薯挖掘機(jī)繪制裝配圖，零件圖；
5工程圖需要體現(xiàn)出具體結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)等；
6.最終設(shè)計出的馬鈴薯挖掘機(jī)要具備比現(xiàn)有同類產(chǎn)品更方便高效的性能，同時保證分離率不低于、塊莖損失率不高于現(xiàn)有的同類產(chǎn)品。
主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定）
[1] 孫靖民 梁迎春.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計 第四版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[2] 孫桓 陳作模 葛文杰.機(jī)械原理 第七版[M].高等教育出版社，2006
[3] 齊民.機(jī)械工程材料 第七版[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[4] 廖念釗 古瑩菴 莫雨松等.互換性與技術(shù)測量 第五版[M].北京:中國計量出版社,2011
[5] 秦曾煌 電工學(xué)第（上下冊）第七版[M].北京:高等教育出版社,2010
[6] 王文斌等.機(jī)械設(shè)計手冊 第六版[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[7] 姜培剛 蓋玉先.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 第一版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011
[8] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)I 第七版[M].高等教育出版社，2004
[9] 濮良貴 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計 第八版[M].高等教育出版社，2006
[10] Thomas Antoni. 德漢-英漢-德英 傳動技術(shù)詞典 第四版[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[11] 劉鴻文.材料力學(xué)I 第四版[M].高等教育出版社，2004
同組設(shè)計者
注：1、任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫；2、任務(wù)書在第七學(xué)期第15周前下達(dá)給學(xué)生。
畢業(yè)設(shè)計（論文）階段工作情況檢查表
時間
第 一 階 段
（撰寫開題報告、外文翻譯、文獻(xiàn)綜述）
第 二 階 段
（論文初稿撰寫或方案設(shè)計）
第 三 階 段
（論文終稿或圖紙繪制）
內(nèi)容
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期
簽字 日期
簽字 日期
注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫（要求手寫）；
2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實填寫；
3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫；
4、對違紀(jì)和不能按時完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。
重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計--開題報告
重 慶 理 工 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）開 題 報 告
題 目 馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計
二級學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 109040201
姓 名 陳開飛 學(xué) 號 10904020102
指導(dǎo)教師 系 主 任
時 間 2013年3月1日
1、 本課題的研究目的及意義
研究目的：馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢在必行。本課題就是為了研究馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計及改進(jìn)，主要是從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。本次設(shè)計的馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。
研究意義：隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大，因此馬鈴薯挖掘機(jī)的設(shè)計與完善在當(dāng)下是非常有必要的。馬鈴薯挖掘機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。目前鑒于動力的限制，與14kw以下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。這樣一來，還是沒有實質(zhì)上的減輕勞動力。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套的過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。本次設(shè)計上的完善是在挖掘機(jī)下面裝有收集器，使得挖掘機(jī)能夠自動收集露地薯，如此一來能極大地提高勞動效率，減輕勞動強(qiáng)度，在一定程度上促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高。
2、 本人對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
任務(wù)要求： 查閱馬鈴薯挖掘機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行收集和整理，完成畢業(yè)設(shè)計前期工作；整理相關(guān)資料文獻(xiàn)確定馬鈴薯挖掘機(jī)的具體設(shè)計方案；進(jìn)行必要的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；運(yùn)用三維軟件建模，并轉(zhuǎn)換成工程圖；所設(shè)計的馬鈴薯挖掘機(jī)要具備比現(xiàn)有同類產(chǎn)品更良好的性能。
可行性分析： 要解決理論問題我們一方面需要借閱相關(guān)的書籍，不過這還不夠，還得從網(wǎng)上尋找資源，多與老師進(jìn)行交流，必要的時候也可以聯(lián)系工廠去參觀一下相關(guān)的設(shè)備。
目前馬鈴薯挖掘機(jī)的式樣有很多，但是我們需要設(shè)計一種更好更具有操作性的機(jī)型，這要就需要我們對各種馬鈴薯挖掘機(jī)有很好的了解，然后進(jìn)行比較，最后集各種機(jī)型的優(yōu)點于一體，設(shè)計一款性能更好，成本更低，操作性更好的馬鈴薯挖掘機(jī)。
同時要對各種馬鈴薯挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解并分析，通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高馬鈴薯挖掘機(jī)的工作效率；例如地輪的優(yōu)化，可提高其運(yùn)行速度；挖掘鏟的機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)置；傳動系統(tǒng)的改善設(shè)計可以提高挖掘的的速度；在挖掘鏟后面加裝簡易的收集機(jī)構(gòu)，可以自動收集露地薯?？梢栽O(shè)計多功能挖掘鏟，能夠同時裝備一個副挖掘鏟，以避免漏掉的馬鈴薯同時擴(kuò)大挖掘的范圍，提高工作效率。
3、 本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路
經(jīng)過幾周的文獻(xiàn)查閱和資料收集，對于這個課題有了一個初步的認(rèn)識，知道了要完成的設(shè)計任務(wù)，根據(jù)目前了解的情況，最需要解決的問題是：分離輸送器的設(shè)計與挖掘鏟的機(jī)構(gòu)設(shè)計。以前只是接觸過具體零部件結(jié)構(gòu)與原理的設(shè)計，但是對于這個整體的馬鈴薯挖掘機(jī)并沒有很多了解，設(shè)計起來理論知識都不足，對于一些設(shè)計中要用的參數(shù)也不是太了解，例如挖掘鏟中間的間隙是否保留問題，機(jī)架部分的四連桿機(jī)構(gòu)問題等，要想做好這個設(shè)計我必須先要解決這些問題。本課題所要解決的技術(shù)問題還有地輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及保持機(jī)器與動力機(jī)的配套問題，還有在挖掘機(jī)工作時如何與地面阻力保持最小、如何減輕機(jī)器前頭的重量的問題。
解決思路：首先帶著所需要解決的問題，有針對性的查閱國內(nèi)外各種文獻(xiàn)和專利設(shè)計，大量獲取了一定的相關(guān)的專業(yè)知識和經(jīng)驗后，針對問題再查閱機(jī)械設(shè)計手冊等工具書籍，利用相關(guān)公式進(jìn)行計算；通過收集的資料，對各型號馬鈴薯挖掘機(jī)的優(yōu)缺點有大概的了解，通過整合，實現(xiàn)優(yōu)化并且解決某些技術(shù)上的問題；若書本和網(wǎng)絡(luò)無法很好的回答課題中遇到的問題，可以到生產(chǎn)挖掘機(jī)的工廠進(jìn)行實地的考察，請教專業(yè)工程師來進(jìn)行解決。通過這樣的思路，在馬鈴薯挖掘機(jī)工作過程中吃土深度和帶輪運(yùn)行速度影響挖掘效率以及挖掘鏟結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時傳動效率問題也影響挖掘速度，不同的地面條件具有不同的挖掘條件（挖掘阻力）；挖掘過程中對地面施加的壓力以及分離輸送器的線速度、抖動器的性能都會影響分離效率和塊莖損失率。
4、 完成本課題所需的工作條件（如工具書、計算機(jī)、實驗、調(diào)研等）及解決辦法
1）[1] 孫靖民 梁迎春.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計 第四版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[2] 孫桓 陳作模 葛文杰.機(jī)械原理 第七版[M].高等教育出版社，2006
[3] 齊民.機(jī)械工程材料 第七版[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[4] 廖念釗 古瑩菴 莫雨松等.互換性與技術(shù)測量 第五版[M].北京:中國計量出版社,2011
[5] 秦曾煌 電工學(xué)第（上下冊）第七版[M].北京:高等教育出版社,2010
[6] 王文斌等.機(jī)械設(shè)計手冊 第六版[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[7] 姜培剛 蓋玉先.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 第一版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011
[8] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)I 第七版[M].高等教育出版社，2004
[9] 濮良貴 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計 第八版[M].高等教育出版社，2006
[10] Thomas Antoni. 德漢-英漢-德英 傳動技術(shù)詞典 第四版[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[11] 劉鴻文.材料力學(xué)I 第四版[M].高等教育出版社，2004
2）科學(xué)計算器，計算機(jī)，三維建模軟件（Solidworks、AutoCAD、CAE等）；
3）挖掘機(jī)工廠實地調(diào)研以及向?qū)I(yè)工程師請教。
5、 工作方案分析及進(jìn)度計劃
工作方案分析
第一階段：準(zhǔn)備階段。大致了解需要收集的資料的來源和相關(guān)課題內(nèi)容的了解；
第二階段：資料收集階段。通過書籍、網(wǎng)站等查找與課題相關(guān)的資料；
第三階段：資料分析階段。把收集回來的資料進(jìn)行整理、歸類分析，及時糾正錯誤；第四階段：編寫工作說明書。資料分析后草擬工作說明書。
第五階段：反饋、修改工作說明書。
進(jìn)度計劃
1-4周 完成開題報告、英文文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述以及任務(wù)書
5-7周 馬鈴薯挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，確定總體方案設(shè)計
8-9周 初步造型及設(shè)計
10-11周 具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
12-13周 工程圖的繪制
13-14周 完成課題論文的撰寫
15-16周 準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯
報告人：(手簽名)
年 月 日
指導(dǎo)教師意見
（要求手寫）
指導(dǎo)教師：(手簽名)
年 月 日
開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。
重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計--文獻(xiàn)綜述
馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計
陳開飛
摘 要：馬鈴薯挖掘機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計了組合分離式馬鈴薯挖掘機(jī)。對該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對主要零部件的設(shè)計進(jìn)行了理論計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。馬鈴薯為地下產(chǎn)物，且是塊莖繁殖，其收獲受季節(jié)和天氣限制。由于馬鈴薯的收獲費(fèi)時費(fèi)力、勞動強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。為了解決上述問題，本文就國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀、馬鈴薯挖掘機(jī)的研究和應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計了組合分離式馬鈴薯挖掘機(jī)。對該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇，對主要零部件的設(shè)計進(jìn)行了理論計算。
關(guān)鍵詞：馬鈴薯；挖掘機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化
Design of Potato Excavator
Student:chenkaifei
(Chongqing University of technology , Chongqing 400054)
Abstract: Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts.
Key words: potato、 excavator、optimize the structure
1. 緒論
馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場。在國內(nèi)，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯條、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學(xué)術(shù)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段?！?
馬鈴薯作為經(jīng)濟(jì)作物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲手段費(fèi)時費(fèi)事，勞動強(qiáng)度大且季節(jié)性強(qiáng)，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在潛山和腰山地區(qū)，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍害和減產(chǎn)等不必要的損失，農(nóng)民對馬鈴薯挖掘機(jī)械的要求十分迫切。為了解決上述問題，推廣應(yīng)用小型馬鈴薯挖掘機(jī)勢在必行。應(yīng)用馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率，降低勞動者的勞動強(qiáng)度，增產(chǎn)增收，減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)我國馬鈴薯挖掘機(jī)械多年研制生產(chǎn)經(jīng)驗可以看出， 日本、意大利、美國等國外機(jī)具適應(yīng)壟作，很難適應(yīng)我國平作種植形式。各類型機(jī)械需要進(jìn)行多地域、多收獲季節(jié)的田間試驗和多輪改進(jìn)，才能提高適應(yīng)性。
馬鈴薯是我國主要作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用。馬鈴薯為地下產(chǎn)物, 且是塊莖繁殖, 其收獲方式以挖掘機(jī)為主。馬鈴薯挖掘機(jī)可以大大提高收獲效率, 降低勞動強(qiáng)度, 減少損失, 為馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。但是收獲方式的落后極大的制約了馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展。為促進(jìn)馬鈴薯生產(chǎn)地發(fā)展，解決機(jī)械化收獲問題勢在必行。馬鈴薯挖掘機(jī)械化的關(guān)鍵矛盾是配套動力與機(jī)具性能要求之間的矛盾。鑒于動力的限制，與14kw一下拖拉機(jī)配套機(jī)具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯環(huán)節(jié)，讓署塊基本露于地面即可，其他工序由人工撿拾完成。從發(fā)展看這類機(jī)械作為與目前農(nóng)村具有的小型拖拉機(jī)相配套的過渡性機(jī)型予以開發(fā)、推廣。隨著近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平的需求越來越大。
1.1 國外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機(jī)械，50年代末即己實現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機(jī)，且以收獲壟作種植為主。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。
美國在1948年以前用挖掘機(jī)來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機(jī)， 20世紀(jì)90年代，美國已基本實現(xiàn)了塊莖挖掘機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機(jī)最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合挖掘機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機(jī)，其勞動生產(chǎn)率比其它行挖掘機(jī)提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作挖掘機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機(jī)械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合挖掘機(jī)，并研制適合日本國情的聯(lián)合挖掘機(jī)，對于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機(jī)，如韓國高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械。
日本對生姜挖掘機(jī)械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機(jī)型,第一代機(jī)型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機(jī)型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。在韓國,對根莖挖掘機(jī)械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機(jī)的大蒜挖掘機(jī),采用振動的原理,緩沖了阻力,并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用,是一種輕型高效的機(jī)具。
1.1 國外塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。20世記初，歐美國家出現(xiàn)畜力牽引挖掘機(jī)來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機(jī)牽引或懸掛。20年代末出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式塊莖挖掘機(jī)。在20世紀(jì)40年代初，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應(yīng)用塊莖挖掘機(jī)械，50年代末即己實現(xiàn)了機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實現(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機(jī)械化。70年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合挖掘機(jī)，且以收獲壟作種植為主。這些機(jī)型是大功率拖拉機(jī)變型，如荷蘭在拖拉機(jī)基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合挖掘機(jī)的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)合挖掘機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個液壓泵帶動。
美國在1948年以前用挖掘機(jī)來收獲塊莖，然后人工撿拾，直到1967年，開始使用聯(lián)合挖掘機(jī)， 20世紀(jì)90年代，美國已基本實現(xiàn)了塊莖挖掘機(jī)械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機(jī)最早的國家，生產(chǎn)了許多半懸掛式機(jī)型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等塊莖作物聯(lián)合挖掘機(jī)，機(jī)器體積較龐大笨重，到20世紀(jì)90年代初，塊莖挖掘機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合挖掘機(jī)，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機(jī)，其勞動生產(chǎn)率比其它行挖掘機(jī)提高1～2倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機(jī)型仍然是以大功率機(jī)組為主。這些機(jī)型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區(qū)生產(chǎn)一些小型挖掘機(jī)械，如意大利的SP100機(jī)型為小型壟作挖掘機(jī)械。在亞洲生產(chǎn)馬鈴薯挖掘機(jī)械的國家較少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生產(chǎn)懸掛式拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)，70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合挖掘機(jī)，并研制適合日本國情的聯(lián)合挖掘機(jī)，對于根菜（蘿卜、家山藥青芋、胡蘿卜等）機(jī)械收獲的研究從1960年開始，近幾年韓國、日本生產(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機(jī)，如韓國高山機(jī)械工業(yè)公司生產(chǎn)的小型單行和雙行土豆、地瓜挖掘機(jī)械。
日本對生姜挖掘機(jī)械已經(jīng)研制多年并有了一些成熟的機(jī)型,第一代機(jī)型只把根莖拔出地面,減輕了農(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關(guān)材料介紹,現(xiàn)在第二代機(jī)型已經(jīng)研制成功并開始使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。在韓國,對根莖挖掘機(jī)械的研制也取得了較大的成果,他們生產(chǎn)的一種配套于田園管理機(jī)的大蒜挖掘機(jī),采用振動的原理,緩沖了阻力,并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用,是一種輕型高效的機(jī)具。
發(fā)展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機(jī)進(jìn)行收獲作業(yè),發(fā)達(dá)國家的塊莖作物收獲已基本實現(xiàn)了機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。如德國、美國的聯(lián)合挖掘機(jī)在自動化控制塊莖分離以及減少塊莖作物損傷等方面都有獨(dú)到之處。東洋農(nóng)機(jī)公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)的中小型自走式塊莖作物挖掘機(jī)[9]。
1.2 國內(nèi)多功能塊莖挖掘機(jī)的現(xiàn)狀分析
近年來,國內(nèi)市場上也出現(xiàn)了一些此類機(jī)械，如大蒜挖掘機(jī)就有對行松土鏟式和不對行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數(shù)機(jī)型在適應(yīng)性和質(zhì)量可靠性方面仍然不同程度地存在著一些問題,主要體現(xiàn)在兩個方面,一是損傷作物的問題,因為象大蒜、生姜此類作物,收獲時皮質(zhì)鮮嫩易損,而損傷后會嚴(yán)重影響其價格;二是適應(yīng)性差,因各地農(nóng)藝不同,行距及株距存在著差異,機(jī)具難以滿足這種要求。
由于進(jìn)口農(nóng)機(jī)具價格較高,農(nóng)民難以接受,根莖挖掘機(jī)械還是要走國產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)中國國情,不能盲目照搬。主機(jī)利用現(xiàn)有的機(jī)型,如田園管理機(jī)、手扶拖拉機(jī)及四輪拖拉機(jī),對國外的機(jī)型原理加以消化吸收,研制出適合中國國情的機(jī)具。
國內(nèi)根莖作物的機(jī)械化收獲還有較長的路要走,不僅需要科研部門及企業(yè)的大力研制及投入,還牽涉到農(nóng)民的認(rèn)識和接受問題。
國外發(fā)達(dá)國家（如日本、美國、法國、意大利等國）地下作物的收獲已實現(xiàn)機(jī)械化，對于長根作物（蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機(jī)械，工藝十分的先進(jìn)，但機(jī)械價位較高，全部引進(jìn)國內(nèi)無法接受，例如，意大利產(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機(jī)，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設(shè)備不太適應(yīng)我國地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上分析，在國內(nèi)外現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國農(nóng)村市場的實際情況，分析國內(nèi)塊莖類作物的農(nóng)藝要求和土壤的物理特性而研制出的多功能塊莖類挖掘機(jī)。
綜觀國內(nèi)外多功能塊莖挖掘機(jī)的發(fā)展特點及外部環(huán)境，專家預(yù)測未來多功能塊莖收割機(jī)的主要發(fā)展趨勢是：
（1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能塊莖收割機(jī)。
（2） 安全性及通用性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。
（3） 技術(shù)進(jìn)步、操作方便和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵因素。
2 總體方案的設(shè)計
2.1 整體布局的設(shè)計
其傳動圖如圖1：
1、萬向聯(lián)軸2、鏈輪 3、減速器4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅(qū)動軸 6、振動篩軸
圖1 傳動圖
Fig.1 Driver chart
其總體結(jié)構(gòu)圖如圖2：
1、V帶輪 2、V帶 3、機(jī)架 4、抖動輪 5、減速器 6、聯(lián)軸器
7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動鏈 11、地輪
圖2 總體結(jié)構(gòu)圖
Fig.2 Overall structure
2.2 工作原理
本機(jī)主要由V帶、減速器、抖動輪、機(jī)架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構(gòu)成。拖拉機(jī)產(chǎn)生動力通過減速器和帶輪將所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運(yùn)動，將從挖掘鏟部挖出的土豆往機(jī)器后方運(yùn)送，同時由于有抖動輪的作用，使得塊莖在輸送的過程中實現(xiàn)的塊莖于土的分離，而達(dá)到了分離的目的。最后塊莖從機(jī)器的尾部重新落入土地的表面。
3 傳動比的確定與減速器的選擇
3.1 傳動比的確定
該多功能塊莖挖掘機(jī)的配套動力為25-35馬力的拖拉機(jī)，其輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min，通過一級減速器和帶傳動，設(shè)其總的傳動比
減速器的傳動比。 帶傳動的傳動比 分離器上的線速度為1.3m/s
3.2 減速器的選擇
由于其傳動比為2，所以可以從市場上選擇傳動比為2的減速器，其型號為ZDY,ZDZ100型圓柱齒輪減速器。
其結(jié)構(gòu)如圖6：
圖3 減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖
Fig.3 Reducer structure
4 帶輪和鏈輪的設(shè)計
4.1 帶輪的設(shè)計
小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7：
圖4 小帶輪
Fig.4 Small Pulley
大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖8：
圖5 大帶輪
Fig.5 Big Pulley
4.2 鏈輪的設(shè)計
4.2.1 鏈輪的設(shè)計目的
設(shè)計該鏈輪的主要目的是為了能帶動分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。通過鏈輪使得鏈的線速度為1.6m/s。為了達(dá)到這一目的，所設(shè)計的鏈輪傳動比應(yīng)為1，即兩鏈輪的直徑應(yīng)當(dāng)相等。由前面的計算已經(jīng)得出鏈輪的直徑r=62mm。
4.2.2 鏈輪的設(shè)計
4.3 鏈輪材料的選擇
鏈輪的材料應(yīng)當(dāng)能夠滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作時的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等鋼淬硬至55HRC～60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。
本多功能塊莖挖掘機(jī)為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度＞40HRC～45HRC。
鏈輪結(jié)構(gòu)如圖6：
圖6 鏈輪
Fig.6 Chain wheel
5 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設(shè)計
5.1 聯(lián)軸器的選擇
該多功能塊莖挖掘機(jī)的設(shè)計寬度為712mm。兩側(cè)的機(jī)架壁厚度各位10mm。所以整個機(jī)架的內(nèi)部空間為692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為110mm。為了使機(jī)器能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，必須將V帶輪放在整個機(jī)架的外面，因為減速器外伸軸長度不夠，所以必須選擇一個聯(lián)軸器。
通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm,所以選擇聯(lián)軸器時其孔徑也應(yīng)當(dāng)為48mm。通過查閱手冊[21-25]，可以選擇LH4型聯(lián)軸器。其長度為112mm。
5.2 聯(lián)軸器上軸的設(shè)計
聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯(lián)軸器相連接的。其設(shè)計過程如下：
（1） 軸4部分：此部分軸是裝聯(lián)軸器的。聯(lián)軸器的長度為112mm。所以在設(shè)計時可以把該部分長度設(shè)計為110mm。
（2） 軸3部分此部分上裝滾動軸承。因為機(jī)架內(nèi)壁到機(jī)架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為214mm，聯(lián)軸器長112mm。所以聯(lián)軸器到機(jī)架內(nèi)壁的長度為346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為24.75mm。所以設(shè)計時該軸段長度為42mm。
（3） 軸2部分：該部分裝同時有軸承端蓋。為了讓V帶輪輸出機(jī)架為20mm，所以該段長度可設(shè)計為44mm。
（4） 軸1部分：該部分上裝V帶輪，V帶輪寬為65mm，所以設(shè)計該段長為63mm。
其結(jié)構(gòu)如圖7：
圖7 聯(lián)軸器
Fig.7 The shaft of coupling
6 分離輸送器的設(shè)計
6.1 分離輸送器的機(jī)構(gòu)及工作過程
（1） 機(jī)構(gòu)形式的確定
桿條式分離輸送器是一種分離器，其上以等距平行地配置桿條，由撓性元件相連。機(jī)構(gòu)簡單，帶面傾斜時也能工作，因此是一種應(yīng)用比較廣泛的分離工作部件。但是此類分離輸送器因工作面種類的不同而不同，而工作面是由許多桿組成連續(xù)移動的一個柵，工作面的種類對移動土壤的壓碎程度和過篩強(qiáng)度起著決定作用，同時還影響到分離輸送器的耐用性。在馬鈴薯、塊根等作物的挖掘機(jī)上，常見的分離輸送器有鉤桿式、鏈桿式和帶桿式等。其中鉤桿式和鏈桿式的制造工藝比較簡單，成本較低，而且其鏈桿于土壤的接觸面積較小，過篩強(qiáng)度最大，分離效果明顯。
因此，從零件的購買方便，裝卸簡單等因素考慮，本機(jī)器的分離輸送器采用鏈桿式分離輸送器來完成分離輸送的目的。
鏈桿式分離輸送器是由園桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上。形成具有篩選塊莖而分離土壤的柵。鏈桿式分離輸送器通過依靠固定在主動軸上和從動軸上的鏈輪來帶動，桿條形成一條環(huán)形的鏈帶。
(2) 分離輸送器的工作過程
鏈桿式分離輸送器是一種分離器兼輸送器，其工作過程是，當(dāng)被掘起的土壤、塊莖等向上輸送時，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過桿之間的間隙篩出來，塊莖則被輸送器輸送到機(jī)器的尾部，從而將塊莖重新放回地表。達(dá)到挖掘塊莖的目的。
作業(yè)時，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將塊莖整個掘起，掘起的土塊在挖掘鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動的同時，還受到抖動器的作用而上下抖動，使大部分土壤變松并落回地里。塊莖則被輸送器運(yùn)送到機(jī)器的尾部。
其結(jié)構(gòu)如圖8：
1、主動輪 2、分離輸送器 3、抖動輪 4、從動輪
圖8 分離輸送器圖
Fig.8 Separation conveyor
6.2 桿條參數(shù)的確定
在歐洲的許多國家里，桿間距離通常為25-28mm。而在美國，甚至為40-48mm。亞洲的日、韓等國為30-40mm。這個間隙主要于塊莖作物的品種和塊莖的尺寸由很大關(guān)系。在波蘭，一個塊莖的平均重量大約為60-80g，而美國可以達(dá)到200g左右。
一般情況下塊莖作物的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便我們可以統(tǒng)一采用長、寬、厚三個特征尺寸來描述塊莖的物理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個尺寸。
分離輸送器的桿條間隙如圖 13，從圖中可以看出下面的關(guān)系：
式中：
要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤，保留塊莖的目的，桿條間隙的設(shè)計應(yīng)滿足＜c的條件，即保證塊莖最小特征尺寸大于桿條間隙，從而使塊莖不至于在桿條間隙間隨土壤一起漏下。根據(jù)資料和實際的測量，我國塊莖的厚度尺寸大多在30-80mm之間，因此若取桿間距L為45mm，桿條直徑為10mm，代入式中，可得桿條的間隙為35mm。
其結(jié)構(gòu)如圖9：
圖9 桿條間歇圖
Fig.9 Article intermittent
7 挖掘鏟的設(shè)計
7.1 挖掘鏟的構(gòu)成
挖掘鏟由獨(dú)立鏟片、鏟片固定板和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。鏟尖角度設(shè)計為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“w”型，前進(jìn)阻力較小，入土性能好。
7.2 挖掘鏟的設(shè)計
挖掘鏟的鏟片是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這便帶來很多優(yōu)點。
（1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的。
（2）另一方面是減輕了機(jī)器前部的重量，防止鏟尖下陷。
多片鏟在工作時發(fā)生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般單株塊莖在土壤中的最大分布寬度為400mm，塊莖分布的深度一般為在地表一下120-200mm之間。
為了保證鏟刃的自動清理功能，鏟刃的傾斜角度可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即：
式中：為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個，單個鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
為了保證挖掘鏟挖進(jìn)的土壤和塊莖不會從兩側(cè)滑落，因此需要在挖掘鏟的兩側(cè)加設(shè)擋板，擋板為平行四邊形，焊接在機(jī)架上。
其結(jié)構(gòu)如圖
圖10 挖掘鏟
Fig.10 Digging Shovel
8 地輪和機(jī)架的設(shè)計
8.1 地輪的設(shè)計
地輪的作用主要是在機(jī)器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服挖掘機(jī)收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設(shè)計的地輪應(yīng)當(dāng)有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準(zhǔn)確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結(jié)構(gòu)采用腹板式。在機(jī)架上設(shè)置不同的安裝位置，可根據(jù)種植情況調(diào)節(jié)深度。
8.2 機(jī)架部分的設(shè)計
挖掘機(jī)組的入土性能、挖掘深度穩(wěn)定性能、機(jī)組牽引性能、運(yùn)輸通過性能及對地表的適應(yīng)性能等主要工作性能都收多功能塊莖挖掘機(jī)懸掛裝置的影響。本設(shè)計采用三點懸掛式機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)后置三點懸掛和挖掘機(jī)懸掛架機(jī)構(gòu)成一個空間機(jī)構(gòu)，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機(jī)構(gòu)。這兩個四連桿機(jī)構(gòu)具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產(chǎn)生繞這兩個瞬心的轉(zhuǎn)動趨勢轉(zhuǎn)動，以保持平衡。
其結(jié)構(gòu)如圖15：
圖11 機(jī)架
Fig.11 Rack
結(jié)論
本次設(shè)計的機(jī)器性能滿足要求，能較好的與農(nóng)村現(xiàn)有動力配套使用，能較好的把握挖掘機(jī)收獲過程中的要求。
通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對產(chǎn)品的設(shè)計過程有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識，掌握了基本的設(shè)計過程，真正地將所學(xué)的理論知識與實踐結(jié)合起來，提高了獨(dú)立思考解決問題的能力。由于所掌握的知識的限制和經(jīng)驗的不足，在設(shè)計的過程當(dāng)中，難免有不妥之處。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會繼續(xù)努力，彌補(bǔ)自己在專業(yè)知識上的缺欠。
此次設(shè)計，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
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