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山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 1 - 檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 1 緒論 1.1 課題的提出和意義 檸條是豆科錦雞兒屬的一個種,多年生長灌木植物,檸條抗旱、抗寒、耐瘠 薄、耐風沙、具有極強的生命力和抗逆性。由于對沙地干旱自然環(huán)境條件的適 應結果,葉退化為刺。株高 1~3m,冠幅 1m以上。軸根系,根長 4~5m。自然 生長狀態(tài)下,壽命 10年左右,如果平茬,壽命 20年以上。檸條莖稈灰白色, 直徑多 10~20mm,木質堅硬緊實 [1]。 鑒于檸條獨特的生物特性,多年來它一直是內蒙古西部及山西西北部和陜 西、甘肅等防風固沙、防止水土流失的重要選用植物。全國檸條種植面積已達 到 666.66萬 hm2 ,僅山西大同市檸條種植面積達到 2萬 hm2 [2]。檸條含有豐 富的蛋白質,開花期鮮檸條干物質含粗蛋白 14%,粗脂肪 3.5%,粗纖維 39.3%,無氮浸出物 31.3%,粗灰分 5.4%。由此可見,檸條還是優(yōu)良的經濟飼料。 未實施禁牧前,種植檸條的經濟效益主要以牲畜的自然采食來體現,采食率一 般在 20%~30%之間。然而由于種植檸條的地區(qū)都是生態(tài)狀況較差的地區(qū),這類 地區(qū)實行了嚴格的禁牧舍飼圈養(yǎng)后,使檸條的經濟價值很難體現。其中最關鍵 的問題就是檸條的機械化平茬收獲技術沒有得到根本解決。一方面,因為大部 分地區(qū)圈養(yǎng)牲畜的主要飼草青貯或壓縮后的玉米秸稈,牲畜采食種類單一,營 養(yǎng)成分不全,導致肉奶品質部高,抗病能力下降,不少牲畜都處于亞健康狀態(tài); 另一方面,含有多種營養(yǎng)成分的檸條得不到利用。另外,根據檸條生長特性, 最好 3~4 年平茬一次,否則它的生長速度就會減慢甚至消失 [3]。為解決這些問 題,給生態(tài)建設和舍飼圈養(yǎng)創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的空間,當務之急是研制一種可實 現對檸條進行聯(lián)合收割的機械。 1.2 國內外研究現狀 現在國內外暫時還沒有出現對檸條聯(lián)合收割機成型機械的報道,現有的對 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 2 - 檸條進行收割的裝置只有普通的割草機,還有適用于檸條的平茬機。普通的圓 盤鋸齒式和甩刀式機具切割后,切口表面形成不光滑的所謂“毛口” ,不利于次 年發(fā)芽生長 [3]。這些機械只能把檸條切割,并沒有處理和收集裝置,切割完以 后直接散落到地里,還需要人工進行收集。這些機械的適應性差,很多地方還 是需要人工砍切收割。由于檸條莖稈木質化較高,而且莖稈上多硬刺,人工砍 割和收集都非常不容易,收割效率極低而且效果非常差。 1.3 本文的研究內容及方法 根據國內外檸條聯(lián)合收割機研究的發(fā)展現狀,以及國內對檸條聯(lián)合收割機 的需求,本文對檸條聯(lián)合收割機的整體設計進行了研究,首先設計有效的撥禾 裝置把檸條撥入收割臺,采用了往復式切割器對檸條進行切割,隨后送入立式 壓扁輸送輥系統(tǒng)進行壓扁及輸送,然后送入立式滾筒切割系統(tǒng)對檸條進行切碎, 最后切碎的檸條掉入集料箱實現莖稈的收集。本文著重對切割以后的工作部分 進行了研究。整機工作流程圖見圖 1-1。立式割臺的立式壓扁輸送輥配置立式 滾刀屬獨特設計,其特點是立式壓扁輥兼作滾刀的喂入輥,結構簡單緊湊,問 題是秸稈喂入方向與滾刀軸線的垂直性如何,需要進行試驗驗證;優(yōu)點是秸稈 在切碎后輸送相對容易 [4] 。 撥禾鏈 往復式切割器 立式切割滾筒 收集料斗 夾持輸送鏈 立式壓扁輸送輥 圖 1-1 整機工作流程圖 綜上所述,我國檸條收割機的研制勢在必行,尤其是既能對檸條進行收獲, 又能對檸條進行切斷和收集的聯(lián)合收割機械的研制更有發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?在分析了國內外有關研究現狀之后,發(fā)現本文針對檸條所設計的立輥式壓扁切 割系統(tǒng)還沒有相關研究,所以有必要進行研究分析。設計中確定了立式滾刀切 碎裝置,與立輥式壓扁方式相配套,結構緊湊、切碎質量好,大大減輕了整個 割臺部分的前伸量和重量 [5],為檸條收割后的莖稈切碎問題提供了解決方案。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 3 - 2 技術任務書(JR) 檸條是一種很難收割的防風固沙的植物,經常需要人工砍切收割,即使是 使用機械平茬,莖稈也是散落在地里,工作人員在回收的時候經常弄傷自己。 本設計主要目的是既能完成收割也要完成收集,在切割完成以后經過簡單的碾 壓,輸送進切碎裝置中,進行切碎粗加工,最后掉入集料箱中。 由于現在對檸條的力學研究還很少,所以本設計中有部分參數和計算公式 需要套用相似機械的經驗數據或公式。本設計的關鍵問題是壓扁輸送輥的長度 設計、碾壓輸送速度、及壓扁輸送輥和滾筒式切碎裝置的安裝角度。若碾壓輸 送速度過快,則后面的切碎質量無法保證,速度過慢則會產生莖稈的堆積,兩 種情況均對機器作業(yè)不利,最終確定輸送線速度為 ,滾筒切割轉速為sm/5.3 ,壓扁輸送輥與滾筒式切碎裝置的安裝角度定為與豎直面成 。min/210r ?30 3 設計計算說明書(SS) 3.1 傳動方案的確定 傳動方案的設計是本次設計的難點和重點,只有傳動方案設計合理,才 能保證整體機構的運作,各個環(huán)節(jié)才能有效配合,高效率、高質量的實現檸條 的聯(lián)合收割。 本次設計的檸條聯(lián)合收割機傳動部分的難點在于各部分所需轉速不相同, 壓扁輸送輥對的轉向相反,要實現相對運動,撥禾鏈組也要實現相對運動。 本文所設計的傳動方案簡圖如圖 2-1所示: 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 4 - 1.往復式切割器 2.壓扁輸送輥-1 3.滾筒切碎器 4.壓扁輸送輥-2 5.撥禾鏈 圖 2-1 檸條聯(lián)合收割機傳動簡圖 此檸條聯(lián)合收割選取 65馬力柴油發(fā)動機,輸出轉速 2400r/min,經過一級 減速器減速,傳入各個機構。兩個壓扁輸送輥安裝在同一平面內,形成一個壓 扁輸送輥對,為了方便表示,把后面的壓扁輸送輥-2 畫到了側面。 轉速的傳遞是:柴油機輸入的轉速傳入一級減速器后,首先不經過減速, 轉速通過減速器主動軸直接傳出,再通過一組皮帶輪和錐齒傳入滾筒切碎器; 從滾筒切碎器傳出的轉速通過一組二級皮帶輪減速,傳入壓扁輸送輥-1;主動 軸傳出的轉速通過一組直齒輪改變方向,經由一個錐齒輪組和一個二級皮帶輪 減速傳入壓扁輸送輥-2,這樣就實現了壓扁輸送輥對的相對運動。同理,由減 速器從動軸傳出的轉速經過一系列的齒輪和皮帶輪傳動,可以實現撥禾鏈的相 對運動,往復式切割器則再通過一組曲柄搖桿機構,實現往復運動。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 5 - 3.2 傳動皮帶輪的設計計算 3.2.1 減速箱主動軸傳出的皮帶輪組 小帶輪轉速 2400r/min,大帶輪轉速 2100r/min, 。14.20?i (1)V 帶型號的選擇:V 帶星號應根據計算功率 和小帶輪轉速 來選取,caPn 。計算功率是根據傳遞的功率 ,并考慮載荷的性質以及每天運轉時間的長短P 等因素來確定的。 (1)Kac? 式中: ——計算功率, ;csPkW ——傳遞的額定功率, ; ——工作情況系數。AK 其中: = , =1.3,則計算出 = 。Pk5.12AcsPkW25.16 (2)確定帶輪的基準直徑 、 :初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號,選取 為 B型 140mm,則根據傳動比算出 =160mm。1d 2d (3)確定中心距 和帶的基準長度 :根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a (2))(2)(7.021021 dda??? 則最小 =210mm。0a 確定后,由帶傳動幾何關系,按下式計算所需帶的基準帶長 :'dL (3)0 212104)()(2' addaLd ????? 得出 =891.48。根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度 ,則'd'd'dLdL =900mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可以調整的,dLd 故可采用下式做近似計算: 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 6 - (4)2'0dLa??? 計算得最小中心距 =214mm (4)驗算主動輪上的包角 :1? (5)??? 1203.578021 ????ad 計算得 = ,符合要求。1???26.74? (5)確定帶的根數 z (6)LcaKP?)(0??? 式中: ——包角系數,考慮包角不同時的影響系數;?K ——長度系數,考慮帶的長度不同時的影響系數;L ——單根 V帶所能傳遞的功率, ;0PkW ——單根 V帶 時的功率增量, 。?1?i 計算得 =4.7 5根。z? 3.2.2 滾筒到減速軸的皮帶輪組 小帶輪轉速 2100r/min,傳動比 3.76,則大帶輪轉速為 558.5r/min。?i (1) =2 ,根據公式(1)可得 =2.6 。PkWcsPkW (2)確定帶輪的基準直徑 、 :初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號,選取 為 A型 100mm,則根據傳動比算出 =376mm,根據標準帶輪1d 2d 直徑,選擇 =375mm。2 (3)確定中心距 和帶的基準長度 :根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式(2)計算可得 =332.5mm。0 確定后,由帶傳動幾何關系,按下式計算所需帶的基準帶長 :0a 'dL 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 7 - 根據式(3)得 =1467.6mm,根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度'dL'dL'd ,則 =1600mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的,根據式(4)得最小中心距 =399mm。a (4)驗算主動輪上的包角 :根據式(5)得: ,符合要1?1???205.4?? 求。 (5)確定帶的根數 :根據式(6)計算得: = 根。zz? 3.2.3 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組 小帶輪轉速 558.5r/min,傳動比 2.5,則大帶輪轉速為 233r/min。?i (1) =2 ,根據公式(1)可得 =2.6 。PkWcsPkW (2)確定帶輪的基準直徑 、 :初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d V帶型號,選取 為 A型 112mm,則根據傳動比算出 =280mm。 1d 2d (3)確定中心距 和帶的基準長度 :根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式(2)計算可得 =275mm。0 確定后,由帶傳動幾何關系,按下式計算所需帶的基準帶長 :0a 'dL 根據式(3)得 =1191mm,根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度'dL'dL'd ,則 =1250mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的,根據式(4)得最小中心距 =305mm。a (4)驗算主動輪上的包角 :根據式(5)得: ,符合要1?1???204.8?? 求。 (5)確定帶的根數 :根據式(6)計算得: = 根。zz39? 3.2.4 減速器從動軸到撥禾鏈齒輪箱的帶輪組 小帶輪轉速 533r/min,則大帶輪轉速為 192r/min,則傳動比為 2.5。?i (1) =1.6 ,根據公式(1)可得 =2.08 。PkWcsPkW (2)確定帶輪的基準直徑 、 :初選主動帶輪的基準直徑 。根據1d2 1d 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 8 - V帶型號,選取 為 A型 100mm,則根據傳動比算出 =278mm,根據標準帶輪1d 2d 直徑,選擇 =280mm。2 (3)確定中心距 和帶的基準長度 :根據傳動結構需要初定中心距 。adL0a 根據式(2)計算可得 =266mm。0 確定后,由帶傳動幾何關系,按下式計算所需帶的基準帶長 :0a 'dL 根據式(3)得 =1159mm,根據 選取和 最相近的 V帶的基準長度'dL'dL'd ,則 =1250mm。再根據 來計算實際中心距。由于 V帶傳動的中心距是可dLdd 以調整的,根據式(4)得最小中心距 =312mm。a (4)驗算主動輪上的包角 :根據式(5)得: ,符合要求。1?1???209.46?? (5)確定帶的根數 :根據式(6)計算得: = 根。zz5? 3.3 切割器的選擇 切割器是收獲機械的重要部件之一,它的功用是將田間的作物切斷。目前, 已廣泛使用和報道的切割器有:往復式、回轉式、甩刀式、帶式等。這方面的 研究國內外均有報道?;厩闆r是: 1.往復式切割器:往復式切割器由動刀片和定刀片組成,動刀片多數在刀 刃上面刻有齒紋,少數在下面刻有齒紋,防止禾株在從剪切口滑出,并有自磨 刃作用。在機器前進的同時,動刀片與定刀片組成割幅,定刀片與護刃器成為 切割時的兩個固定支撐點,動刀片以一定的速度在兩支撐點之間做往復切割。 往復式切割是目前國內外稻麥收割機上應用最廣的一種切割器,現基本標準化。 其切割速度一般為1.5~2m/s作業(yè)速度低,一般不超過9km/h。這種切割器平均 切割速度較低,切割性能好,結構簡單,工作可靠,廣泛用于谷物收割機上。 它的缺點是往復憤性力大,割臺振動和噪聲大,存在重割和漏割,割茬不整齊。 2.回轉式切割器: 回轉式切割器主要用于收獲牧草、 青飼料等粗莖稈作 物,少數谷物收獲機上也使用這種切割器?;剞D式切割器切割速度高,一般是, 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 9 - 可適應10~25km/h的高速作業(yè),慣性力易平衡,震動較小,結構簡單,但回轉 半徑小,不宜寬幅切割,割刀的壽命較短,維修費用高。 3.甩刀式切割器:甩刀式切割器多用于玉米青貯飼料收割機上,目前國內 外收割機上多采用甩刀式切割器。它由水平橫軸、刀盤體、刀片和護罩等組成。 刀片鉸接在水平橫軸的刀盤上,在垂直平面(與前進方向平行)內回轉。這種切 割器轉速高,圓周速度達50~70m/s,但割幅較窄,一般為0.8~2m。在割幅較 大的機器上,多采用多組并聯(lián)結構,目前國內外最大的割幅為6m。 4.回轉帶式切割器:這種切割器將薄鋼帶加工成角鋼狀,一邊為帶體,連 接兩端構成傳動帶,一邊為刀體,刀體間有一定距離,刀體端開有刀齒,刀齒 為梯形。工炸時,在驅動帶輪的帶動下,帶體在水平面內繞兩帶輪作回轉運動 刀齒切割作物??蓪崿F高速作業(yè)、高速切割及無支承切割,切割速度可高于 17m/s,作業(yè)速度可高于15km/h,無往復慣性力,割刀工作平穩(wěn),割臺振動小, 工作平穩(wěn),割茬整齊,無撕裂、漏割和堵刀現象,適于收割小麥、水稻等細莖 稈作物和牧草。 5.齒形鏈式切割器:動刀右上部為切割段,呈梯形,根部為傳動齒,同齒 形鏈節(jié)板,將其與標準齒形鏈節(jié)板鉸接成一封閉的刀鏈,刀鏈在主動鏈輪的驅 動下,在上下水平導軌的引導下,在水平面內作高速回轉運動,其緊邊與護刃 器構成切割幅,對作物莖稈切割。 綜上所述,根據檸條的生物學特性,從切割效果、結構復雜程度、動力配 置等多放面綜合考慮,本設計選擇了技術比較成熟的往復式割刀。 3.4 撥禾裝置的設計 衡量作物收獲質量好壞的一個最主要指標是損失率。由于收獲流程的前后 順序所致,割臺損失率首當其沖。撥禾裝置位于收割機的最前端,收獲作物時, 它扶起并歸攏作物,撥向切割器;在切割器切割作物時,前方扶持莖稈以防止 向前傾倒;最后把切斷的作物及時推向壓扁輥。 撥禾輪的結構簡單、可靠,多用于大中型收割機上的聯(lián)合收獲機上。但是 由于檸條莖稈硬度高切有比較高的柔性,采用撥禾輪的效果不好,且撥禾輪一 般應用于臥式收割臺的結構中,不適用于本設計的立式收割臺。本設計最終采 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 10 - 用鏈式撥禾器,可有效的把檸條撥入切割裝置。 3.5 夾持輸送裝置的設計 夾持輸送裝置是本機的重要部分,它影響著本機的結構、復雜程度和工作 可靠性。檸條植株由撥禾禾鏈強制撥入夾持鏈,在夾持同時,切割器把檸條植 株切斷,被切斷的植株在夾持鏈作用下向后輸送直至喂入摘穗輥。 3.6 立輥式檸條壓扁輸送裝置的設計 壓扁輸送裝置是檸條前割臺的核心,直接影響到整機的各項指標,如損失 率、切割達標率等。該裝置能在壓扁檸條莖稈的同時將莖稈強制喂入滾刀切碎, 使壓扁輥與滾刀間莖稈輸送通暢,不堵塞。其次,莖稈及莖節(jié)被碾壓后對切碎 和提高飼料的品質起很好的作用 [5]。 立輥式壓扁輸送裝置的壓扁輥兩軸線所在平面與垂直面成前傾 25°~35° 夾角,檸條植株由往復式割刀割斷后經夾持鏈輸送至壓扁輥,通過立式壓扁輥 壓扁。植株在弧形擋禾板和加持的作用下與壓扁輥軸線成 50°~70°角。由于 螺旋線的提升作用,壓扁后的植株基本與壓扁輥成垂直角度向后輸送進切碎滾 筒切碎。 3.6.1 壓扁輸送輥的整體設計 立式壓扁輸送輥上設有螺旋線凸棱,見圖 3-1。檸條莖稈由切割器切斷后 被輸送鏈夾持輸送至壓扁輥,頂部首先進入兩輥之間,隨著壓扁輸送輥對的相 向旋轉,莖稈以速度 沿軸線上升,以速度 向后輸送,當輸送到一定高度時,2v1v 莖稈僅依靠壓扁輥對莖稈的推擠和慣性力作用向上移動,同時以速度 1快速向v 后輸送 [6]。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 11 - 圖 3-1 壓扁輸送輥結構圖 3.6.2 壓扁輸送輥的長度設計 壓扁輸送輥的長度既要滿足不同長度莖稈的要求,又要滿足沿輥長容納莖 稈的株數。 設 為滿足最長莖稈高度的壓扁輸送輥長度。設莖稈以根部單株均勻喂入'L 壓扁輸送輥對中,初始喂入角 ,莖稈受壓扁輸送輥拉壓力的作用沿徑向后移,0? 受螺旋推動力的作用沿軸線方向上移,設徑向速度 ,軸向速度 ,則1v2v)'(601????Dnv (7) )(2s (8) 式中: ——壓扁輸送輥螺旋凸棱的螺距;s ——壓扁輸送輥直徑;D ——壓扁輸送輥轉速;n ——莖稈沿軸線移動的打滑率;? ——莖稈沿徑向移動的打滑率。' 經查閱資料 =0.05~0.08; 與壓扁輸送輥間隙、莖稈含水率、莖稈的直'?? 徑等因素有關,變化范圍較大,經驗值一般為 0.4~0.6。為避免莖稈堆積,壓 扁輸送輥的速度應較高一些,一般情況下,壓扁輥主軸的轉速應是機器前進速 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 12 - 度的三倍以上 [7]。本設計中機器前進速度定為 ,所以8.0sm/ 。smn/4.238.0??? 莖稈沿自身方向輸送的速度 ?cossin21vvj?? (9) 設計要求 ,即 ,否則不能正常工作,則0?jvssi21j 0? (10)1varctg? 莖稈從進入位置到與壓扁輸送輥軸線垂直位置, 角由初始喂入角 變化?0? 到 ,所以平均速度為2? (11)???dvvj )cossin(21210???? (12))]sin1([202010 ????vj 牽引莖稈從割茬根部至最高點的時間 ,莖稈從割茬根部至最高點的長度 。t l 則牽拉莖稈長度 所需的時間為l (13))sin1(cos2001? ???vlvltj (14))si(cs' 02012vltL 設 為滿足沿壓扁輸送輥長度方向容納莖稈株數的工作長度。機器行走世'L 間 內,收獲玉米株數為t (15)tpvzm?? 式中: ——機器前進速度, ;mvs/ 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 13 - ——單位長度( )內檸條株數, 。pm米株 / 沿壓扁輸送輥工作長度 ,容納的莖稈數位'L (16)dkz''? 式中: ——莖稈的平均直徑;d ——壓扁輸送輥呢秸稈充滿系數。k 設計時要求容納的莖稈數 大于收獲的莖稈株數 ,即'zz (17)dLkptvm'? (18)?' (19))sin1(cos )2' 001???vkplLm 實際設計長度既要滿足 又要滿足 的要求,即 。''L]',ax[L? 各參數取值范圍為, = ~ , , [8],0??5?7svm/8.?米株 /3?p , ~ 。md30?3.k6 設計原則是壓扁輸送輥的工作長度在滿足大于 和 的要求下,盡可能取'L' 小值,以使結構緊湊,一般取 400~550 。本設計最終選定輥長為 500 。m 3.6.3 壓扁輸送輥材料的選擇 現在市面上的壓扁輥有三種類型: 1.鋼-鋼壓扁輥:兩個壓扁輥均由鋼材料加工而成,優(yōu)點是碾壓力大,耐磨 損,適合碾壓較硬的植物枝條;缺點是造價高,重量大,需要機器的動力大。 2.橡膠-橡膠壓扁輥:兩個壓扁輥均為橡膠材料,優(yōu)點是吸入性好,丟失率 率低,碾壓力小,適用于柔軟的牧草,在不破壞其形狀的同時對其進行壓扁處 理;缺點是磨損大,尤其是在對較硬植物枝條進行作業(yè)的時候,壓扁輥的磨損 尤其嚴重,容易造成卡機。 3.鋼-橡膠壓扁輥:介于前兩者之間的一種壓扁輥。兼顧了吸入率和低損耗 的優(yōu)點,但是對于硬度較高的植物枝條依然存在磨損較大的缺點。 結論:檸條枝條有較高的木化程度和柔韌性,對壓扁裝置的損耗很大,鑒 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 14 - 于這種生物學特性,以及三種類型的壓扁輥的物理特性,綜合考慮,本設計選 擇采用鋼-鋼結構的壓輥,兼顧了本設計需要碾壓力大和損耗低要求。 綜上所述,本章主要對立式割臺的各個部件進行了方案的選擇和設計,重 點對壓扁輸送輥進行了結構設計和數據計算。壓扁輸送是本章的難點,壓扁輸 送裝置的可靠性決定了整體機械的穩(wěn)定性,文中將這一問題作為重點和難點, 設計了立式壓扁輸送輥。這個設計不僅能歸整切割下來的檸條,使其變的有序, 并對其進行壓扁處理,而且能與后面設計的立式滾刀組成單元結構,使莖稈切 碎裝置變得簡單。 3.7 立式莖稈切碎裝置的設計 立式莖稈切碎裝置是本次設計的重點,立式莖稈切碎裝置與立輥式壓扁輸 送裝置配套實現檸條的收割和粗加工,結構簡單,莖稈切碎效果好、功耗低, 能和割臺配置緊湊。 現有的設備技術是立式輥配套盤刀或臥式滾刀切碎裝置,它不但結構龐大, 甩刀則為無支撐切割,動力消耗也大。立式莖稈切碎裝置安裝在檸條壓扁輸送 輥的后方,并與機架相連,其驅動部件與收獲動力系統(tǒng)相連,且與壓扁輸送輥 有速比約束。 3.7.1 滾筒式切碎刀的設計 滾筒式切碎刀最初設計為螺旋刃刀片,螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平穩(wěn), 但制造工藝復雜,成本高。到 20世紀 70年代末,直刃斜裝滾刀在我國得到迅 速推廣 [9] 。直刃斜裝滾刀制造簡單,但功耗較大且系統(tǒng)振動。后來出現的橢圓 刃口平板刀既功耗小,又制造方便、成本低,但須與拋送葉片連接,以達到機 械式氣流輸送的目的。本課題立式滾刀在設計時采用橢圓刃口的平板刀,既能 使在切割過程中實現滑切,又能使結構緊湊,易于在壓扁輸送輥后布置。 3.7.2 平板動刀刃口線的形成 平板刀刃口曲線是橢圓曲線的一部分,結構見圖 3-1。圖中是一平面與圓 柱軸線傾斜相截時形成的曲線就是橢圓刃口的曲線。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 15 - 圖 4-1 橢圓刃口的形成 圖中有效高度 ,半徑為 。截平面與圓筒軸線之間夾角為 ,與圓筒上LR? 端面截交于 A、B 兩點,下端面截交于 C、D 兩點。其截交點 A、B 的連線與圓心 距離為 ,與半徑 夾角為 ;截交點 C、D 的連線與圓心距離為 ,與uHO'mu? dH 半徑 夾角為 ;若圓筒按順時針方向轉動。則平板刀前面與圓柱表面的C'md? 截交線 AC是平板刀的橢圓刃口曲線。 設計中選圓筒長 ,直徑 , , 。L560?20?mHu52?d80? 則有截平面的傾斜角 (20)?86.arctn?Lud? 橢圓長軸: ;橢圓短軸: ;焦距:mDa5.40si2?Db20? ;離心率: 。4022??bc 197.?ae 由此可知該橢圓極為扁平,圓筒上的全部橢圓刃口曲線有著較大的曲率半 徑?,F做如下討論。 橢圓方程為 (21)2xaby??? 則曲率為 (22)3/2]'1[Kx? 得 (23)2'aby?? 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 16 - (24)3/2)('xaby?? 故 (25)3/224)]([bKx 由圖幾何關系可得 (26)?sinXH? 則 (27)8.1045.2A (28)6siC 由以上各點數據,還可通過解出 的一階、二階導數,求出曲率半徑和曲Y 率中心 ,對此曲線段定量分析。從這些數據和圖形可以看出刀刃雖在橢)(??、 圓曲線段的曲率半徑從 到 ,由小變大, 對應的曲線之平'O' 86.52??ACX 均曲率半徑 ,可見刀刃線趨向平直。13485?R 3.7.3 刀片安裝前傾角 的確定? 平板刀刀刃 AB的運動軌跡為圓柱面。刃口曲線是圓柱被平面所切的橢圓曲 線的一段,其結構參數如圖 4-2所示。從圖中可得到所切橢圓曲線方程為: (29)1)sin/(22???RZXoo 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 17 - 圖 4-2 平板刀在滾筒體上的結構參數 平板刀結構參數間的關系可用下式表示: (30)??sinRZtg? 式中: ——刀刃上 A點的坐標值;Z ——扭轉角,平板刀刀面所在平面與滾筒中心線的夾角;? ——切碎滾筒刀刃軌跡半徑;R ——平板刀刀刃上 A點的安裝前傾角。? 從理論分析中可知:當刀刃為弧形刃口時,這樣的刀刃線回轉起來是一個 圓柱面。因此,平板刀式滾筒切碎器的動刀是平板刀,定刀是平直刃刀的情況 下,定刀安裝位置正常而不傾斜,這樣可獲得一定的滑切角,切割回轉角也較 大,故切碎器的性能較好。 實驗表明, 角越大,其切碎性能越好,但拋送性能越差。因此在設計中,? 角選取應在保證可靠拋送切碎物的前提下,盡量大一些。本設計中采用? ?? ~ 。 [10]?57?60 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 18 - 3.7.4 扭轉角 的確定? 扭轉角 即刀片刃線相對于回轉軸線的轉角,與滾筒長度或直徑有關。由 于受平板刀切碎滾筒的結構限制,一般取扭轉角 = ~ 。 [11]本設計取值為??47 。?7?? 3.7.5 平板刀尺寸設計 平板刀結構尺寸如圖 4-3所示。 圖 4-3 平板刀結構尺寸 平板刀刃角 一般都較小,常取 ~ ,考慮到刀刃的強度,我們取??21?5 。?25?? 為保證切割的平穩(wěn)性,連續(xù)性,使每把刀的切割阻力矩小,我們采用多把 動刀。單邊刀數 把,雙邊攻擊 把,呈八字形排列。如圖。每把刀片長取48 ,材料選擇 50CrA,刃口淬火硬度為 55~60HRC。m301? 3.7.6 莖稈切碎長度的計算 為了滿足儲存和加工的要求,應規(guī)定莖稈切碎的長度。技術要求小于 。30 莖稈理論切碎長度 :l 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 19 - (31)4106)1(znvlzidl???或?? 式中: ——滾刀與壓扁輸送輥的傳動比;i ——壓扁輸送輥直徑;d ——動刀片數量;z ——莖稈對壓扁輸送輥的打滑率;? ——滾刀轉速;n ——莖稈喂入速度。v 由上式可知,改變壓扁輸送輥與滾刀的傳動比 或刀片數量 ,可以改變莖iz 稈的切碎長度。經過查閱相關資料 [3]~[5] ,設計中應用參數,壓扁輸送輥喂入 速度 ,滾刀轉速 ,動刀片數量 ,理論切碎長度 。sm/5.3min/210r8m25 這部分章節(jié)主要介紹了立式莖稈切碎裝置的研制過程,設計中采用了先進的 滾刀式圓筒切碎器。該切碎裝置由固定安裝的定刀片組和與其配套切割的滾刀 組成,采用立式安裝,與立式壓扁輸送輥相配置。滾刀采用橢圓刃口的平板刀, 本章詳細分析了橢圓刃口的形成和刀刃的幾何角度,指出橢圓刃口平板刀既有 功耗小、制造方便、成本低的特點,又有其自身難以克服的缺點。這種方案的 提出為檸條莖稈提供了新的切碎方法。 3.8 收集料斗的設計 集料箱安裝在滾筒切碎刀下方,可活動拆卸,能從機器后部人工取出,方 便物料的卸出。 由于本設計滾筒切碎裝置為傾斜豎直面 安裝,所以首先需要在滾筒外?30 延安裝適當的擋板,使物料下落方向改變,便于收集。設計集料箱時,可根據 整機內部空間確定各項數據。集料箱材料為普通鐵皮,形狀設計上選擇性大, 在作業(yè)過程中,盡可能的提高集料箱的容積,可提高作業(yè)效率。 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 20 - 4 使用說明書(SM) (1)使用前應檢查減速器中冷卻系統(tǒng)是否能正常工作。 (2)注意每個齒輪箱中軸承的潤滑,沒潤滑油時及時添加。 (3)檢查每個傳動皮帶輪的松緊,太松容易脫離,太緊容易斷裂。 (4)檢查往復式割刀是否在軌道,如果不在,立馬停止運行。 (5)在使用中經常檢查傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài),注意各緊固機件是否松動, 如果松動立刻停止運行。 (6)當工作一定時間后,應當檢查撥禾鏈上是否有割下來的雜物,及時清 理,否則影響切割。 (7)收料箱滿后及時處理,以免影響正常工作。 (8)在收割作業(yè)時,機器應盡量走直線,保持勻速作業(yè),根據負荷的狀況 調節(jié)好油門,避免因負荷大小變化突然增、減速,更不能突然拐彎,以免影響 作業(yè)質量。 (9)聯(lián)合收割機在日常工作中,要定期進行潤滑保養(yǎng),檢查各部件的技術 狀態(tài)。對工作負荷大、轉速高、振動大的部件要重點檢查保養(yǎng)。當某一部件出 現損壞時應及時更換,切不可將就使用,這樣做不僅可延長機器的使用壽命, 還可減少事故發(fā)生,降低作業(yè)成本和提高工作效率。 (10)聯(lián)合收割機在投入正常作業(yè)之前,應根據作物的狀況,對機器割茬 高度、作業(yè)速度等作業(yè)性能進行調整。 (11)聯(lián)合收割機的使用具有季節(jié)性,一般存放時間較長,所以出車前應 注意檢查機器的各部件是否完好;離合器、制動踏板自由行程是否適當;螺栓、 螺母是否松動等,以確保機器的技術狀態(tài)良好。還要檢查隨車備件,如刀片、 皮帶等易損配件是否配備;常用工具及相關證件是否齊全等。 5 標準化審核報告(BS) 5.1 產品圖樣的審查 檸條聯(lián)合收割機的傳動裝置和刀具設計已經基本完成,現以具備全套圖紙 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 21 - 和一線基本數據,根據有關規(guī)定,對其進行標注化審查,結果如下: (1) 產品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達準確清楚、圖樣清楚。符合 GB4440- 84、GB-83《機械制圖》的規(guī)定。 (2) 產品圖樣公差與配合的選擇與標準符合 GB/T1800、3-1998 的規(guī)定。 (3) 產品圖樣的編號符合 JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機械行業(yè) 標準》產品圖樣及設計的完整性。 (4) 圖紙的標題欄與明細欄符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989 的規(guī)定。 (5) 產品圖樣粗糙度的標注符合 GB131-83《表面特征代號及注法》的規(guī) 定。 (6) 產品圖樣焊縫的代號符合 GB324-80《焊縫代號》的規(guī)定。 5.2 產品技術文件的審查 (1) 產品的技術文件名稱、術語符合 ZB/TJ01和 0351-90《產品圖樣及 設計文件術語》及有關標準的規(guī)定。 (2) 量和單位符合 GB3100—GB3102-93的規(guī)定。 (3)技術文件所用的編碼符合 JB/T8823-1998《機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助 管理信息分類編碼導則》的規(guī)定。 (4)技術文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000《產品圖樣及技術文件完整 性》的規(guī)定及農機部門的有關具體要求。 5.3 標準件的使用情況 本設計所用的緊固件均采用標準的螺栓,材料及材料代號也符合國家標準 和部頒標準的相關規(guī)定。 5.4 審查結論 經過對剪草機裝置和傳動設計的標準化審查,認為該設計基本貫徹了國家 最新頒發(fā)的各種標準,圖紙和設計文件完整齊全,符合標準化得要求。 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 22 - 結論 設計這款檸條聯(lián)合收割機,可以對檸條進行收割,并且完成檸條莖稈的粗 加工和收集,可以滿足廣大檸條種植地區(qū)對檸條收割的要求,便于后續(xù)的加工 處理。但是設計中的經驗數據采用類似機械的數值,對于檸條這種特殊的固沙 植物來說,必然有不適合之處,比如輸送壓扁輥與滾筒切碎裝置間的距離、植 株的喂入角度、滾筒切碎筒轉速與喂入速度的關系等,這些數據的確定都需要 大量的針對檸條的試驗數據,才能進行調整優(yōu)化,從而使得本設計成為進行后 續(xù)試驗研究的基礎和方向。相信此款檸條聯(lián)合收割機經過完善后,會成為檸條 聯(lián)合收割的優(yōu)秀機械。 山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 - 23 - 參考文獻 [1]劉晶,魏紹成,李世鋼.檸條飼料生產的開發(fā)[J].草業(yè)科學,2003,20(6):32 [2]孫毅斌.檸條生物特性分析與產業(yè)化途徑研究[M]. 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[15]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京:高等教育出版社,2006. 張曉舟:檸條聯(lián)合收割機壓扁及切碎裝置的設計 - 24 - 致謝 通過這次畢業(yè)設計,結合工作中的實際生產情況,所獲得的收獲是遠遠超出 平常的。畢業(yè)設計是在我們學完教學大綱要求的基礎課及專業(yè)課這后進行的。 這是我們對所學課程的一次總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,這 在我們大學生活中占有重要地位。 就我個人而言,我希望通過學習這次畢業(yè)設計對自己現在從事的工作進行 一次適應性訓練,從中鍛煉自己分析問題的能力,為今后的工作打下良好的理 論基礎。 由于能力有限,設計尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教。 最后衷心感謝大學四年來所有教過我的各位老師,對我?guī)啄陙淼男燎诮逃?和熱情幫助,讓我在充實自身文化素質的同時學到了很多治學的方法。衷心感 謝我的導師郭玉明教授,在畢業(yè)設計中對我的指導,關心和幫助,感謝父母親 對我此次畢業(yè)設計經驗上的指導,還有同組成員張晶同學的通力合作,使我能 順利完成此次畢業(yè)設計,順利的完成學業(yè)。 張曉舟 2009 年 6 月