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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表
2016年 4 月 18 日
學生姓名
付東輝
班級
農(nóng)機 16-2
課題名稱
振動式馬鈴薯收獲機的設計
課題完成進度（學生自述）
第1周--第2周：查找相關資料，了解國內(nèi)馬鈴薯收獲機現(xiàn)狀；
第3周--第5周：根據(jù)參考文獻中收獲機的工作原理及特點，構思設計方案，并決定采用何種方案。
第6周--第8周：根據(jù)工作要求，查閱相關手冊，計算選擇主要零件；
第9周--第10周：撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整；
第11周-第14周：整理資料準備答辯
存在的問題及整改措施（學生自述）
存在問題：
由于時間較短及自身精力投入不足，做設計時不夠仔細、認真。致使三維圖、二維圖、說明書等過于粗糙、不夠精確。
改進措施：
之后，在有時間的時候多關注畢業(yè)設計，進一步優(yōu)化和改進。在工作時仔細、認真。
指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等）
指導教師簽名
年 月 日
學院意見
負責人簽名
年 月 日
塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）任務書
學院
機械電氣化工程學院
班級
農(nóng)機16-2
學生姓名
付東輝
學號
8031212213
課題名稱
振動式馬鈴薯收獲機的設計
起止時間
2015年10月15日—— 2016年5月27日（共 12周）
指導教師
吳明清
職稱
講師
課題內(nèi)容
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入消費市場。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術年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應性強、經(jīng)濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產(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收獲機是當代馬鈴薯收獲不可或缺的設備。
擬定工作進度（以周為單位）
第1－9周：根據(jù)學校有關畢業(yè)論文的文件與要求，確定論文題目，的搜集和整理工作，查找相關資料、熟悉課題內(nèi)容。
第10－20周：寫作開題報告，制定論文大綱。
第20－30周：完成畢業(yè)論文的初稿，設計振動式馬鈴薯收獲機裝置的三維實體模型圖，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。
第30－40周：在老師的指導下，修改畢業(yè)論文至定稿，對振動式馬鈴薯收獲機試驗裝置進行傳動設計和機構設計。
第41周：編寫答辯提綱，準備答辯。
第42周：答辯
要參考文獻
[1]王公仆，蔣金琳，田艷清，等.馬鈴薯機械收獲技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國農(nóng)機化學報，2014.01:11-15.
[2]夏振遠，陳學永.振動挖掘機的研究綜述[J].機電技術，2014.03:133-137.
[3]谷茂，薛世明.中國馬鈴薯栽培史考略[J].西北農(nóng)業(yè)大學學報，1997.01:77-81.
[4]王博煒.4VM-550A型馬鈴薯挖掘收獲機[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，1998.06:37.
[5]孫蕓.我國馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)機械，2000.07:26-28.
[6]孫恒.機械原理[M].西安高等教育出版社，2006.04:7-9.
任務下達人（簽字）
年 月 日
任務接受人意見
任務接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。
2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。
3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。
卷內(nèi)資料一覽表 序 號 題 名 頁 碼 備注 1 畢業(yè)論文 設計 定稿 2 畢業(yè)論文 設計 任務書 3 畢業(yè)論文 設計 開題報告 4 中期檢查記錄表 5 指導教師 評閱 打分表 6 答辯情況記錄表 7 綜合成績評定表 200 年 月 第 期
振動式馬鈴薯收獲機的設計
付東輝 吳明清
（塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘 要：本文設計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設計。主要通過對原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設計，振動原理的設計，分離裝置的設計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容。在此基礎上對馬鈴薯收獲機機體的結構尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
關鍵詞：振動式；馬鈴薯；設計；收獲機
中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：
- 3 -
引言
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入消費市場。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術年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應性強、經(jīng)濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產(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收獲機是當代馬鈴薯收獲不可或缺的設備。在進行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進行揀拾[
]。
市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費時費力。因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設備不能高效的進行挖掘收獲，需要大量人力進行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機。該振動式馬鈴薯收獲機因其體積小、重量輕、結構簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機進行牽引帶動，就可以很好地進行馬鈴薯挖掘收獲[
]。
本文設計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設計。主要通過對數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設計，振動原理的設計，分離裝置的設計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容[
]。在此基礎上對馬鈴薯收獲機機體的結構尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
1 設計原理及機構
1.1 設計原理
根據(jù)我國馬鈴薯收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來馬鈴薯收獲機的發(fā)展要求，我選擇的是振動式馬鈴薯收獲機的設計。家用振動式馬鈴薯收獲機主要由動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。其中，動力裝置是通過人操作小型拖拉機進行牽引收獲機提供動力，只需把馬鈴薯收獲機通過三點懸掛連接在拖拉機上進行田間作業(yè)。
先確定我國已有馬鈴薯收獲機的類型，根據(jù)已有馬鈴薯收獲機的原理及結構來進行設計振動式馬鈴薯收獲機，使收獲效率能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是馬鈴薯收獲機要能工作穩(wěn)定，操作簡便，成本低，保證挖掘率高，馬鈴薯完整率高，果實和土壤分離效果好等優(yōu)點。
挖掘機通過家用小型拖拉機的三點懸掛方式進行馬鈴薯挖掘作業(yè)，挖掘鏟和分離篩的振動動力由拖拉機動力輸出軸提供動力輸出，通過萬向傳動軸3經(jīng)偏心輪8一端輸入，偏心輪與另一端通過鉸接臂與振動架的約束將動力傳遞給振動架7，振動架7的上下運動通過連接板帶動挖掘鏟9和振動分離篩5產(chǎn)生在機架內(nèi)的上下往復運動，最終實現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時的振動，完成馬鈴薯挖掘和分離，鋪放于地面工作，從而完成馬鈴薯的分段收獲作業(yè)。
1.2 總體設計
振動式馬鈴薯收獲機結構示意，如圖1所示。
1.軸承 2.正牽引架 3.萬向傳動軸 4.機架 5.振動篩 6.地輪 7.振動架 8.偏心輪 9.挖掘鏟
圖1 振動式馬鈴薯收獲機主視側視的整體結構示意圖
Fig.1 Vibration type potato harvester
馬鈴薯挖掘機主要應用于西南山區(qū)，小地塊、坡度大、多石塊等條件地塊，其設計結構符合西南地區(qū)、小地塊區(qū)域、小區(qū)育種等馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求， 該機采用偏牽引結構，以適應小壟馬鈴薯挖掘作業(yè)，避免拖拉機作業(yè)時壓壟或挖掘機不能正對壟挖掘等問題的出現(xiàn)，提高馬鈴薯收獲的效率和收獲質(zhì)量。該機主要技術參數(shù)如下列所示。
其主要技術參數(shù)如下:
外形尺寸/mm：15508661050
播種幅寬/mm：460
播種行距/mm：800（可調(diào)）
開溝深度/mm：100～200（理論）
開溝寬度/mm：60～70（理論）
轉速/r·min-1：540
配套動力/kW·h-1：20kW以上的拖拉機
2 關鍵部件設計
2.1 牽引架設計
馬鈴薯挖掘機不能正對壟進行挖掘作業(yè)，可以選擇三點懸掛的牽引方式。這種牽引方式的設計使該機器有更好的通用性，可以滿足多地區(qū)小地塊的馬鈴薯挖掘作業(yè)。牽引架結構如圖所示
.1.上懸掛 2.下懸掛 3.萬向傳動軸
圖2-1 牽引架
Fig.2-1Traction frame
2.2 振動分離篩設計
振動分離篩主要完成土薯分離工作，不同長度的桿條焊接在 U 型支架上，桿條間距 40 mm，振動分離篩通過彎板支架與搖臂相連接，在振動架的驅(qū)動下振動，篩面對挖掘的土薯混合物有拋起的作用，有較強的整機關鍵部件結構設計及運動學分析。
2.3 其它部件
挖掘鏟主要完成土薯挖掘工作，挖掘機振動架 帶動挖掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動，挖掘鏟尾部焊接 桿條，桿條間距 37.5 mm，桿條的主要作用是分離土薯避免挖掘鏟與振動分離篩之間由于間隙過大使薯塊掉落。采用一體式挖掘鏟、三角鏟韌，切土效果更好，挖掘鏟兩側向上折起，可以避免薯塊從挖掘鏟的兩側漏出被機器擠壓和被土壤覆蓋。
3 田間試驗與結果
3.1 試驗基本條件
2014 年 9 月末在東北農(nóng)業(yè)大學香坊農(nóng)場試驗基地（作業(yè)面積 2.5 hm2、黑黏土）、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地（作業(yè)面積 4 hm2、黑黏土）進行了田間收獲試驗。試驗地為旱地壟播，試驗區(qū)的壟長長度大于 200 m，壟距為800 mm，壟高 250 mm，品種為：東農(nóng) 303、東農(nóng) 304、克新 9、荷蘭 15、大西洋，壟播株距約為 200 mm，結薯深度為 150～200 mm。馬鈴薯挖掘機配套動力為約翰迪爾 280 型拖拉機，功率為 20.6 kW。
3.2 試驗結果
本收獲機試驗結果，如表1所示。
表 3
試驗方案及試驗結果
Table 3 Test plan and experimental data
試驗號
試驗因素
空列
明薯率
可靠性
傷薯率
Experimental factors
Test
Vacant
Obvious
Reliability
Injury
number
A
B
C
column
rate/%
/%
rate/%
1
1(2)
1(0.6)
1(9)
1
90.76
95.52
0.7
2
1
2(0.8)
2(10)
2
92.21
93.21
1.2
3
1
3(1.1)
3(12)
3
94.37
85.52
1.6
4
2(5)
1
2
3
96.43
94.35
1.5
5
2
2
3
1
97.68
88.92
1.8
6
2
3
1
2
91.87
92.45
0.2
7
3(8)
1
3
2
95.31
89.70
1.9
8
3
2
1
3
87.46
94.53
0.4
9
3
3
2
1
90.36
91.12
1.0
選取 L9(34)正交表安排試驗，因素 A 水平根據(jù)振動篩 傾角極限范圍（0～10°）選定。因素 B 水平根據(jù)機器實 際作業(yè)速度選定，4U1Z 型振動式馬鈴薯挖掘機設計要求 作業(yè)速度在 2～4 km/h 之間，B1 選定為 0.6 m/s，B3 選定 為 1.1 m/s，此時挖掘機作業(yè)速度約為 4 km/h，該因素范 圍的選定恰好滿足設計要求的作業(yè)速度。因素 C 水平根 據(jù)拖拉機動力輸出軸轉速選定，拖拉機動力輸出軸轉速有540。
4 結論
1) 整機能夠滿足多種壟作地形工作，不受地表平整度所影響，入土深度大概在20mm左右。
2) 本振動式馬鈴薯收獲機首次提出了鉸臂連接機構，可以實現(xiàn)各個指標參數(shù)的調(diào)節(jié)，本收獲機機動土量在25%～30%左右，土壤擾動性較小。
3) 挖掘后的果實裸露在地表，完整度高，整個工作過程簡單，抗干擾能力強。由于是單行收獲，所以效率稍微低一些。
參考文獻：
[1] 王公仆.保護性耕作技術與機具[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004:119-141.
[2] 高煥文,李問盈,李洪文.中國特色保護性耕作技術[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2003,19(3):14.
[3] 賈延明,尚長青,張振國.振動式馬鈴薯收獲機設計研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2002,18(1):78 -82.
[4] 李洪文,陳君達,鄧 健,等.旱地馬鈴薯收獲機械化保護性耕作技術及機具研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報, 2000,5(4):68-72
[5] 孫福輝,封 俊,宋衛(wèi)堂,等.中國馬鈴薯栽培史考略[J].農(nóng)業(yè)機械學報,1998,8(29):31-34.
[6] 徐迪娟,李問盈,王慶杰.4UM-640型振動式馬鈴薯
挖掘機的設計與試驗[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究[J] 中
國農(nóng)業(yè)大學學報,2006, 11(3):75-78
[7] 姚宗路,王曉燕,李洪文,等.影響振動式馬鈴薯挖掘機作業(yè)性能的主要參數(shù)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(5):46-51.
[8] 張波屏,現(xiàn)代收獲機械工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997:190-203.
Design of the Divided No-till Wheat Planter
Li Haijian, Li Hongwen, Li Wenying, Yao Zonglu
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract: A new design of the divided no-till wheat planter has been accomplished by China agricultural University aimed to solve the extremely important problem of the double cropping area in North China, where the planter can easily be walled up by standing maize stubble when sowing the winter wheat. The combine anti-blocking mechanism composed of strip- rotary tillage and the planting unit of single-disc opener. The machine can finish the operation of stubble chopping, furrow opening, seeds and fertilizer placement in one pass. The main structures include fertilizer application system, connecting rod system and planting system. Field test shows that the machine works well when plant in standing maize stubble field and the soil disturbance is about 25% to 30%. The working quality satisfies the requirement of agronomy and the design of structure is completely in reason, which provides technology support for direct planting in standing maize stubble field in double cropping area in North China.
Key words: agricultural engineering; no-till planter; design; divide; strip-rotary tillage; conservation tillage; double cropping
塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）綜合成績評定表
學生姓名
付東輝
班級
16-2
論文（設計）題目
振動式馬鈴薯收獲機的設計
評定項目
指導教師評分
（20%）
評閱教師評分
（20%）
答辯小組評分
（60%）
原始得分
（百分制）
按評分比例
折合得分
總分
等級
評定
根據(jù)指導教師、評閱教師、答辯專家組評審意見，經(jīng)綜合評定，該生畢業(yè)論文（設計）的等級為：
學院答辯委員會負責人（簽字）：
年 月 日
2016屆畢業(yè)生
畢業(yè)論文（設計）資料
學生姓名 付東輝
學 號 8031212213
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-2
機械電氣化工程學院制
16 屆畢業(yè)設計
振動式馬鈴薯收獲機的設計
學生姓名 付東輝
學 號 8031212213
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-2
指導老師 吳明清
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
前 言
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入消費市場。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術年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應性強、經(jīng)濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產(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收獲機是當代馬鈴薯收獲不可或缺的設備。在進行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進行揀拾。
市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費時費力。因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設備不能高效的進行挖掘收獲，需要大量人力進行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機。該振動式馬鈴薯收獲機因其體積小、重量輕、結構簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機進行牽引帶動，就可以很好地進行馬鈴薯挖掘收獲。
本文設計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設計。主要通過對原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設計，振動原理的設計，分離裝置的設計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容。在此基礎上對馬鈴薯收獲機機體的結構尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
關鍵詞：振動式；挖掘；馬鈴薯
目 錄
1.緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機發(fā)展狀況 1
1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機存在的問題 3
1.4研究的內(nèi)容和方法 3
1.5預期目標 4
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 4
1.7工作條件及解決方法 4
2.振動式馬鈴薯收獲機總體設計 4
2.1收獲機的典型方法和方案選擇 4
2.2振動式馬鈴薯收獲機的振動工作原理 5
2.3整機主要的技術參數(shù) 6
3.整機關鍵部件結構設計及運動學分析 6
3.1牽引架設計 6
3.3挖掘鏟的結構設計 8
4.整機關鍵部件結構設計及運動學分析 8
4.1挖掘鏟、振動分離篩機構運動學分析 8
5.動力裝置的設計與選用 12
5.1傳動系統(tǒng)的確定 12
5.2軸的校核 12
總 結 14
致 謝 15
參考文獻 16
塔里木大學畢業(yè)設計
1緒論
1.1課題研究的意義
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入消費市場。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術年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應性強、經(jīng)濟價值大的作物，應把馬鈴薯主產(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收獲機是當代馬鈴薯收獲不可或缺的設備。在進行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進行揀拾[
]。
市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費時費力。因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設備不能高效的進行挖掘收獲，需要大量人力進行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機。該振動式馬鈴薯收獲機因其體積小、重量輕、結構簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機進行牽引帶動，就可以很好地進行馬鈴薯挖掘收獲[
]。
本文設計的振動式馬鈴薯收獲機是一種常用機械設備，能夠高效的進行馬鈴薯的挖掘工作。本次設計能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機的設計。主要通過對數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機的總體設計，振動原理的設計，分離裝置的設計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容[
]。在此基礎上對馬鈴薯收獲機機體的結構尺寸、傳動比等進行了詳細的計算和說明。
1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機發(fā)展狀況
1.2.1國外馬鈴薯收獲機發(fā)展現(xiàn)狀
國外很早就研制馬鈴薯收獲裝置了，從農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。國外馬鈴薯機械化收獲起步早、發(fā)展快、技術水平高。在20世紀40年代初前蘇聯(lián)、美國就開始研制推廣應用馬鈴薯收獲機了，50年代末期全面實現(xiàn)了生產(chǎn)機械化。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)了馬鈴薯生產(chǎn)機械化。國外馬鈴薯收獲機械的技術水平相當高，不但生產(chǎn)率高而且高新技術已融于機具之中。如采用振動、液壓技術進行挖掘；采用傳感技術控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運量以及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術進行碎土和分離及利用微機進行監(jiān)控操作等[
]。 原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機最早的國家。1960年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機保有量是3萬臺，1976年，保有量是6萬臺，1979年，馬鈴薯收獲機械工業(yè)化程度達到77%(其中國營農(nóng)場為84%，集體農(nóng)莊為73%)；到20世紀90年代除，馬鈴薯收獲機共有16種機型，其中10種是聯(lián)合收獲機，其中勞動生產(chǎn)率比其他2行收獲機提高1-2倍。 美國在1948年以前用收獲機來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機，勞動生產(chǎn)率達到100kg/(h·人)。20世紀80年代初期，聯(lián)合收獲機和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已經(jīng)達到50%以上、20世紀到90年代，美國已經(jīng)基本實現(xiàn)了馬鈴薯收獲機械化[
]。
德國20世紀在40年代主要生產(chǎn)和使用拋擲式收獲機；50年代主要生產(chǎn)和使用升運鏈式收獲機和撿拾裝載機，進行分段收獲；到1970年保有量達到6205臺；70年代開始生產(chǎn)聯(lián)合收獲機，機型有20多種，均是原聯(lián)合收獲機的變型，其保有量達到6萬臺；90年代開始生產(chǎn)收獲-撿拾裝載機和具有自動分選裝置的聯(lián)合收獲機。日本在1955年以前使用畜力挖掘機，1955年到1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運鏈式收獲機。70年代開始引進英國、美國等發(fā)達國家的聯(lián)合收獲機，并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機[
]。目前，國外馬鈴薯收獲機械大多采用升運鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術上已達到相當高的水平。由于國外馬鈴薯采用機械化壟作種植形式，適應這種特點而設計的收獲機械在中國難以適應平作收獲[
]。以內(nèi)蒙百事食品(中國)有限公司種薯基地進口機為例，其全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為900mm，收獲機械為牽引式雙行聯(lián)合作業(yè)，多級鏈輸送，配套動力在59.7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分離，并可實現(xiàn)薯塊大小自動分撿、自行裝車等功能該機為全液壓操縱，各機構可實現(xiàn)自動折疊運輸，傷薯率極低。機體與薯塊可能接觸部位均用橡膠件保護。又如，芬蘭康克公司生產(chǎn)的雙行馬鈴薯收獲機為牽引式，配套動力為33.6kW以上，在拖拉機右側實現(xiàn)挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接裝袋裝箱。同時，該機可作為撿拾機使用，后部工作臺為液壓升降式，薯塊或石頭可直接運至田地頭。日本生產(chǎn)的主要為單行履帶自走式聯(lián)合作業(yè)機，行走與輸送鏈HST無級變速，發(fā)動機為水冷4沖程3缸柴油機[
]。
1.2.2國內(nèi)馬鈴薯收獲機發(fā)展現(xiàn)狀
新中國成立初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到20世紀60年代中期,馬鈴薯收獲機具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國外機具的基礎上，研制成功了升運鏈式馬鈴薯收獲機，但是由于受當時歷史條件的限制，沒能實現(xiàn)大面積推廣和使用。20世紀70年代中期，由于手扶拖拉機的大量推廣應用, 國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機配套的馬鈴薯收獲機的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機, 但受當時的配套動力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。1979年，12國農(nóng)機展覽會后，國家將全部馬鈴薯收獲機樣機都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，從而為馬鈴薯收獲機的研究工作創(chuàng)造了良好的條件[
]。
到20世紀90年代中期, 由于國產(chǎn)小四輪拖拉機的大量推廣和應用, 研制馬鈴薯收獲機已被列入重要日程。而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運鏈式馬鈴薯收獲機和振動式馬鈴薯收獲機投放市場,并占據(jù)了很大的市場份額[
]。
1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機存在的問題
我國研究馬鈴薯收獲機起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達國家相比只能望其項背，目前市場上流行的一些機具中，存在如下問題，因此，難以大范圍推廣應用。
(1)挖掘效率低。有些田間作業(yè)時，馬鈴薯挖掘不完全，有許多果實還在土層里，機器入土較淺。所以挖掘效率低是推廣使用馬鈴薯收獲機機具的最大障礙。
(2)損失率高。因為設計時參數(shù)選擇不合理，造成挖掘不完全現(xiàn)象比較嚴重，果實在許多大的土塊里，不能直接呈現(xiàn)在人們眼前，需要二次收獲。
(3)果仁完整性差。有些廠家設計的收獲機具，為了改善漏剝或田間挖掘不完全現(xiàn)象，一味追求挖掘率的提高，造成很多果實破碎，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。
(4)機具性能不穩(wěn)定，適應性不高。當土壤的含水率、硬度，果實形狀、大小、品種等因素發(fā)生變化時，專門為某類馬鈴薯研究開發(fā)的專用機型馬鈴薯收獲機性能也會變的不理想。
從而國內(nèi)能夠完成挖掘、振動分離的馬鈴薯收獲機設備由于實用性，技術性等原因，還未在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模使用[
]。
國外馬鈴薯收獲機的發(fā)展歷史已經(jīng)有上百年了，其特點主要是能夠根據(jù)用戶的不同需求，在收獲機上配備多種工作裝置。國外馬鈴薯收獲機的使用比較廣范，且以簡單、高效的振動式收獲機為主的馬鈴薯收獲機搶占著全球很大市場[
]。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國馬鈴薯收獲機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來馬鈴薯收獲機的發(fā)展要求，我選擇的是振動式馬鈴薯收獲機的設計。家用振動式馬鈴薯收獲機主要由動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。其中，動力裝置是通過人操作小型拖拉機進行牽引收獲機提供動力，只需把馬鈴薯收獲機通過三點懸掛連接在拖拉機上進行田間作業(yè)。
先確定我國已有馬鈴薯收獲機的類型，根據(jù)已有馬鈴薯收獲機的原理及結構來進行設計振動式馬鈴薯收獲機，使收獲效率能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是馬鈴薯收獲機要能工作穩(wěn)定，操作簡便，成本低，保證挖掘率高，馬鈴薯完整率高，果實和土壤分離效果好等優(yōu)點。
1.5預期目標
（1）收獲機操作方便，結構簡單，通用性好，成本低，使用壽命長。
（2）馬鈴薯完整率高、馬鈴薯和土壤分離效果好。
（3）可以在各種田間作業(yè)，安裝靈活，挖掘效率高，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。
（4）制造價格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路
該機動力源于拖拉機提供牽引動力和動力輸出的回轉力實現(xiàn)動力的傳輸，再經(jīng)偏心輪把回轉力變化成上下振動，該振動為挖掘的碎土和果實進行振動分離。
（1）選擇合適動力傳遞方式，設計工作裝置和傳動裝置。
（2）運用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）利用Solidworks進行虛擬樣機設計，完成整機各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習工廠、微機室、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，設計條件良好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且?guī)熧Y力量雄厚，可以滿足對振動式馬鈴薯收獲機設計的工作條件。
2振動式馬鈴薯收獲機總體設計
2.1收獲機的典型方法和方案選擇
振動式馬鈴薯挖掘機主要由機架、正牽引 架、偏牽引架、振動篩 、振動挖掘鏟、萬向傳動軸、地輪、振動篩傾角調(diào)整機構等組成，挖掘機整體結構如圖 2-1 所示
1.軸承 2.正牽引架 3.萬向傳動軸 4.機架 5.振動篩 6.地輪 7.振動架 8.偏心輪 9.挖掘鏟
圖2-1 振動式馬鈴薯收獲機主視側視的整體結構示意圖
2.2振動式馬鈴薯收獲機的振動工作原理
挖掘機通過家用小型拖拉機的三點懸掛方式進行馬鈴薯挖掘作業(yè)，挖掘鏟和分離篩的振動動力由拖拉機動力輸出軸提供動力輸出，通過萬向傳動軸3經(jīng)偏心輪8一端輸入，偏心輪與另一端通過鉸接臂與振動架的約束將動力傳遞給振動架7，振動架7的上下運動通過連接板帶動挖掘鏟9和振動分離篩5產(chǎn)生在機架內(nèi)的上下往復運動，最終實現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時的振動，完成馬鈴薯挖掘和分離，鋪放于地面工作，從而完成馬鈴薯的分段收獲作業(yè)。
2.3整機主要的技術參數(shù)
馬鈴薯挖掘機主要應用于西南山區(qū)，小地塊、坡度大、多石塊等條件地塊，其設計結構符合西南地區(qū)、小地塊區(qū)域、小區(qū)育種等馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求， 該機采用偏牽引結構，以適應小壟馬鈴薯挖掘作業(yè)，避免拖拉機作業(yè)時壓壟或挖掘機不能正對壟挖掘等問題的出現(xiàn)，提高馬鈴薯收獲的效率和收獲質(zhì)量。該機主要技術參數(shù)如下表所示。
表2-3 整機主要的技術參數(shù)
項目
參數(shù)
整機外形
15508661050（mm）
動力
18-21（KW）
整機質(zhì)量
110左右（kg）
作業(yè)行數(shù)
1
作業(yè)幅寬
460左右（mm）
挖掘深度
100-200（mm）
挖掘鏟與地面傾角
20°左右
適應行距
700-900（mm）
3整機關鍵部件結構設計及運動學分析
3.1牽引架設計
馬鈴薯挖掘機不能正對壟進行挖掘作業(yè)，可以選擇三點懸掛的牽引方式。這種牽引方式的設計使該機器有更好的通用性，可以滿足多地區(qū)小地塊的馬鈴薯挖掘作業(yè)。牽引架結構如圖所示。
A B
1.上懸掛 2.下懸掛 3.萬向傳動軸
圖3-1 牽引架
3.2振動分離篩設計
振動分離篩主要完成土薯分離工作，不同長度的桿條焊接在 U 型支架上，桿條間距 40 mm，振動分離篩通過彎板支架與搖臂相連接，在振動架的驅(qū)動下振動，篩面對挖掘的土薯混合物有拋起的作用，有較強的整機關鍵部件結構設計及運動學分析。如下圖所示
圖3-3 振動篩
3.3挖掘鏟的結構設計
挖掘鏟主要完成土薯挖掘工作，挖掘機振動架帶動挖掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動，挖掘鏟尾部焊接桿條，桿條的主要作用是分離土薯、避免挖掘鏟與振動分離篩之間由于間隙過大使薯塊掉落。采用一體式挖掘鏟，切土效果更好，挖掘鏟平滑鋒利，可以避免薯塊從挖掘鏟的兩側漏出被機器擠壓和被土壤覆蓋。
4.整機關鍵部件結構設計及運動學分析
4.1挖掘鏟、振動分離篩機構運動學分析
圖4-1 挖掘鏟、振動分離篩機構運動分析
為構件 i 鉸鏈點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度;為構件3質(zhì)心到鉸鏈點C連線與兩鉸鏈點連線的角度（逆時針為正）；為構件4質(zhì)心到鉸鏈點D連線與兩鉸鏈點連線的角度（逆時針為正； 為 O、D 兩點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆時針為正）；ω為OA 桿轉動的角速度，rad·s-1。
根據(jù)挖掘鏟、振動分離篩的三維模型，設置相應的材料屬性，確定各自質(zhì)心坐標，進而確定質(zhì)心位置，由于挖掘鏟與振動分離篩有質(zhì)量對稱平面，且平行于此平面運動，可將挖掘鏟與振動分離篩機構轉化為對稱平面上的平面連桿機構。挖掘鏟、振動分離篩機構簡圖如圖4-1所示。以O為原點建立直角坐標系，作封閉矢量多邊型，建立矢量方程如下
OA+AB=OC+CB (4-1)
OD+DE=OF+FE (4-2)
由矢量方程建立位移方程有：
式中：，為構件上某點 j(鉸鏈點或任意點 A、B、C…) 的坐標；Li為構件i (1、2、3…)的兩鉸鏈點間的距離；為構件i鉸鏈點6連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向為正）。
對于整機連桿機構本文只對挖掘鏟、振動分離篩機 構進行運動學分析，目的是分析 2 個構件工作時質(zhì)心加速度的變化規(guī)律，進而分析2個構件慣性力的抵消情況。如圖3c所示，起始位置OAD 逆時針擺動，角位移為φ，角速度為ω，角加速度為α。(參數(shù)為與時間 t 有關的變量)
將方程組(3)中的第一式對時間求導，得：
（4-5）
式中：LOA 為構件上點A（鉸鏈點或任一點）與O的距離，mm；為i構件的角速度，rad/s。
將坐標系繞O點逆時針旋轉α3，由式（4-5）得：
將坐標系繞O點逆時針旋轉α2，由式（4-5）得：
將式(5)對時間求導，得：
(4-6) 式中：為i構件的角加速度，rad/s2。
將坐標系繞O點逆時針旋轉α2，由式（4-6）得:
將方程組(4-4)中的第一式對時間求導，得：
（4-7)
式中： 為 O、D 兩點連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向為正），(°)；LOD 構件上點 D（鉸鏈點或任一 點）與O的距離，mm。將坐標系繞O點逆時針旋轉α5，由式（4-7）得：
將坐標系繞O點逆時針旋轉α4，由式（4-7）得：
將式(4-7)對時間求導，得：
(4-8)
將坐標系繞O點逆時針旋轉，由式（4-8）得：
D點的位移方程：
（4-9）
挖掘鏟BC位移方程：
（4-10）
式中：為質(zhì)心到鉸鏈點 C 連線與梁鉸鏈點連線的角度 (逆時針方向為正)，(°)；為構件 3 質(zhì)心與鉸鏈點 C 的 距離，mm。振動分離篩 DE 質(zhì)心位移方程為：
(4-11)
D點的加速度方程為：
(4-12)
式中： ， 為 D 點在 x，y 方向上的加速度，mm/s2。 挖掘鏟BC質(zhì)心加速度方程為：
(4-13)
式中：xi， 為i構件質(zhì)心在 x，y方向上的加速度，mm/s2。振動分離篩DE質(zhì)心加速度為：
(4-14)
式中：L4D為構件 4質(zhì)心與鉸鏈點 D 的距離，mm。以圖3c 所示OA 所在位置開始逆時針擺動時的振動位置為起點，分析挖掘鏟、振動分離篩質(zhì)心加速度變化規(guī)律。根據(jù)桿件設計尺寸及極限狀態(tài)位置可知：
L3C=166 mm，L4D=461 mm，LOD=330 mm，在整個周期內(nèi) 角度變化范圍為：171.5°<α3+α3C<175.5°，20.5°<α4+α4D< 23°，α3C=113.5°，α4D=14°（角度以逆時針方向為正），根據(jù)構件在兩個極限位置的各個參數(shù)值及運動學方程分析挖掘鏟 BC 和振動分離篩 DE 質(zhì)心在 x，y 方向的加速度變化規(guī)律。
挖掘鏟BC質(zhì)心加速度在整個運動行程的兩個極限-位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 正向），到達極限位置之前逐漸增加（x 負方向），回程運動逐漸減?。▁ 負方向），到達初始極限位置之前逐漸增大（x 正方向）。 振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 負方向），到達極限位置之前逐漸增加（x 正方向），回程運動逐漸減小（x 正方向），到達初始極限位置之前逐漸增加（x 負方向）。挖掘鏟 BC 質(zhì)心加速度在整個運動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▂ 正方向），到達極限位置之前逐漸增大（y 負方向），回程運動逐漸減?。▂ 負方向），到達極限位置之前逐漸增大（y 正方向）。振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運動行程的兩個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減小（y 正方向），到達極限位置之前逐漸增加（y 負方向），回程運動逐漸減小（y 負方向），到達初始極限位置之前逐漸增加（y 正方向）， 直到回到初始極限位置。理論分析得出一個行程周期內(nèi)，挖掘鏟、振動分離 篩 x 方向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時方向相反，y 方 向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時加速度方向相同。
5動力裝置的設計與選用
5.1傳動系統(tǒng)的確定
本機械所適用的作業(yè)田的壟長長度大于200m，壟距為800mm，壟高250mm，結薯深度為150～200 mm。馬鈴薯挖掘機可配套動力為約翰迪爾280型拖拉機，功率為20.6kW,動力輸出軸的轉速為540r/min。拖拉機提供牽引，如圖5-1.2所示萬向傳動軸機構，通過萬向傳動軸對機器進行動力傳輸，經(jīng)過萬向傳動軸傳給振動式馬鈴薯收獲機振動所需的力。該機器前進的動力是由拖拉機三點懸掛所提供的牽引力，使其在田間作業(yè)[
]。
圖5-1.2 萬向傳動軸
5.2軸的校核
在機器工作過程中，軸的工作需要克服機架施加的摩擦和撞擊，要計算其可靠性。所以可以先計算出軸的最小直徑。經(jīng)過查閱機械設計基礎第五版可得知計算軸的最小直徑的公式。軸的最小直徑為：
（7-1）
式中： ——滾軸最小直徑（mm）；
——軸的許用扭切應力（）；
P——傳遞到軸上的功率（）；
——軸的轉速（）；
C——軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。
根據(jù)上面算出來的已知數(shù)據(jù)可知：
軸的轉速:
n=540r/min
軸的輸入功率:
P=20.6kw
軸的扭矩:
由于此軸是用來實現(xiàn)果秧分離工作的，因此是比較重要的軸，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,抗拉強度,屈服強度。
因此經(jīng)過計算和查閱相關資料可得：
P=0.23 n=290r/min
將數(shù)據(jù)代入式7-1得：
因此此軸滿足受力要求，可以滿足工作需要。
總 結
此次設計經(jīng)過了一年左右的時間，大致經(jīng)過了以下階段
1.查閱研究國內(nèi)外馬鈴薯的發(fā)展現(xiàn)狀的相關資料。
2.設計選擇振動式馬鈴薯收獲機的主要動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。
3.根據(jù)要求制作機器三維模型，及分析主要零件受力情況。
4.對相關數(shù)據(jù)進行計算，選擇合適材料。最終設計出能滿足工作要求的機械。
最終設計完成的模型，我在市場上原有的產(chǎn)品進行了改進，在振動篩后面加了一個可以調(diào)節(jié)刀具和地面夾角的軸，使他的適用性更強。
致 謝
經(jīng)過一個學期的辛勤與忙碌，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，在設計過程中難免有許多問題會考慮不周，如果沒有吳明清老師的悉心指導與督促，以及設計小組的同學們的幫助與支持，也許畢業(yè)設計不會這么順利的完成。
畢業(yè)設計過程中，吳明清老師耐心的指導使我們受益匪淺，他扎實的理論知識與豐富的實踐經(jīng)驗給我留下了深刻的印象，也正是老師認真負責的教學態(tài)度使我們從畢業(yè)設計中真正的學會了學以致用，將課本知識與實際設計中所遇到的問題相聯(lián)系，整合了自己在校所學的專業(yè)知識，同時提高了我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。從機械設計開始到最后的設計完成，吳老師對于專業(yè)知識嚴謹?shù)膶W習精神以及對于設計過程嚴格的要求態(tài)度成為我們在今后學習以及工作中良好的榜樣，在此謹向為我們畢業(yè)設計小組辛苦了一學期的老師致以最真誠的謝意。
回望這一學期，似乎忙碌與緊張充滿了整個設計過程，但是因為有了小組成員們的關懷與幫助，使得設計的過程也充滿了歡樂。我們共同研究，相互討論，遇到問題一起解決，畢業(yè)設計不僅是對我們學習的檢驗，同時也是鍛煉我們與他人協(xié)同工作的好機會。
在最后我要感謝學校、學院對我們的培養(yǎng)，為我們的學習以及畢業(yè)設計創(chuàng)造良好環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)的學習研究條件。伴隨著畢業(yè)設計的結束，我們也將離開校園，有過少耕耘就有多少收獲，相信我們走出校園后能將自己的價值體現(xiàn)出來，回報父母、回報學校，為社會做自己力所能及的貢獻。再一次感謝在畢業(yè)設計中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W們，感謝母校給我的一切學習機會，最后祝大家在今后的工作和生活中一切順利！
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