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16屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
自走式清掃落地果收獲機(jī)械設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 李文斌
學(xué) 號(hào) 8011212213
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-2
指導(dǎo)老師 王旭峰
日 期 2016.05
機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械的普遍使用,大量減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率,進(jìn)而提高了農(nóng)副產(chǎn)品的產(chǎn)量。本文介紹了一種落地果實(shí)收集的裝置,主要針對(duì)于紅棗和堅(jiān)果類果實(shí)的收獲作業(yè)。
以下是本課題主要內(nèi)容,從課題的提出,大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,了解當(dāng)前對(duì)于落地果收獲機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r,比較了國內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。然后提出了本文的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核,繪制了二維工程圖,最后在SolidWorks中建立了其三維模型,為落地果收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了一種思路及方法。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機(jī)械;落地果收獲機(jī);三維;SolidWorks
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
工程概況 1
1緒論 2
1.1概述 2
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 3
1.4設(shè)計(jì)意義 3
2方案分析 5
2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2.2方案確定 5
2.3帶輪的參數(shù) 8
本章小結(jié) 8
3落地果收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 SolidWorks軟件介紹 9
3.2 總體方案設(shè)計(jì) 10
3.3工作平臺(tái)的設(shè)計(jì) 10
3.4 柴油機(jī)與減速器設(shè)計(jì) 10
3.5鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11
3.6軸承選擇 14
3.7聯(lián)軸器的選擇 15
3.8鍵的選擇 16
3.9主要工作部分零部件設(shè)計(jì) 16
3.10本章小節(jié) 19
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
工程概況
本文首先介紹了自走式清掃落地果收獲機(jī)械在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的地位以及現(xiàn)階段該機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展空間。之后,分析了該類型機(jī)械于行間作業(yè)和于龍門式作業(yè)的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)制定出了該機(jī)械的作業(yè)類型為行間作業(yè)。然后分析了該機(jī)械的載荷從而制定了動(dòng)力及傳動(dòng)方式,設(shè)計(jì)了與傳動(dòng)相關(guān)的零件:軸;齒輪;鏈輪等。接著根據(jù)實(shí)際田間作業(yè)方式和落地果的收獲步驟,設(shè)計(jì)了一系列工作部件。最后,由于設(shè)計(jì)題目不局限于單一的落地果,根據(jù)不同落地果的大小尺寸情況,我設(shè)計(jì)出了獨(dú)有的鼠籠式濾葉器,可以對(duì)不同落地果進(jìn)行果實(shí)與樹葉、樹枝、土塊等雜質(zhì)的分離。
經(jīng)過本次論文的相關(guān)設(shè)計(jì),我發(fā)現(xiàn)龍門式的落地果收獲機(jī)械有很大的局限性,每種落地果的果樹高度情況不同,1m的果樹設(shè)計(jì)1m的龍門,那3m的果樹能設(shè)計(jì)3m的龍門嗎?顯然是不能的。所以我認(rèn)為行間作業(yè)方式才是落地果收獲機(jī)械的正確發(fā)展方向。而本次設(shè)計(jì)我認(rèn)為僅僅是個(gè)模板,在零件的選擇上,傳動(dòng)的形式上都能繼續(xù)優(yōu)化,使該機(jī)械能滿足更多落地果的收獲作業(yè),且能耗更低,作業(yè)效率更高。
1緒論
1.1概述
果實(shí)收獲是農(nóng)業(yè)里非常重要的環(huán)節(jié),棉花,番茄,紅棗,核桃等等作物,從田間收獲起來都是耗時(shí)耗力。收獲類機(jī)械的研制在農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展中占到了舉足輕重的地位。
諸如棉花、番茄等作物的采摘機(jī)械,由于這些都是一季作物,在設(shè)計(jì)此類機(jī)械的時(shí)候,不需太過注重采摘機(jī)械會(huì)傷害到作物。雖然番茄成熟后果實(shí)不易與母體分離,但是由于其為單季作物,且行距較小,可以將作物母體與果實(shí)一并采摘然后再進(jìn)行分離。這些機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)所受限制條件不多,因此早也實(shí)現(xiàn)了此類農(nóng)機(jī)的發(fā)明和換代革新。
而類似于紅棗、核桃這類作物,成熟后大多雖然是掛在果樹上,但是很容易脫落,而且傳統(tǒng)的收集方式也是現(xiàn)將果實(shí)敲落在地上,然后再收集。此類的機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到果樹高度的因素,所以該類機(jī)械在農(nóng)機(jī)中一直都是一個(gè)難點(diǎn)。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1自走式落地果收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀
在落地果收獲工作中,多數(shù)果農(nóng)仍沿用傳統(tǒng)的人工拾取或?qū)⒐麑?shí)掃成堆拋灑的方式來獲得無雜質(zhì)的果實(shí),該方法果實(shí)的收獲效率太低,且大大增加了果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度。
目前,TZZ-1Y自走式紅棗收獲機(jī)、4YS-24型紅棗收獲機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了紅棗采摘的田間作業(yè)。但是此機(jī)械存在一個(gè)采摘盲區(qū)——散落在樹干處的紅棗不易拾取到。相比于TZZ-1Y紅棗收獲機(jī),本次設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于它能更干凈的收獲落地果,紅棗的收獲只是其功能中的一部分。
我國對(duì)于落地果的收獲機(jī)械研發(fā)處于剛剛起步階段,機(jī)械化水平很低,多數(shù)果園仍采用人工作業(yè),勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。
落地果收獲機(jī)械在我國的現(xiàn)狀是,普遍存在輔助收獲型機(jī)械,例如風(fēng)箱類,摟葩類將落地果集中在行間的輔助型設(shè)備,其功能主要是將落地果匯集成一個(gè)小堆,附帶的去除一些葉子,而其中的土塊和樹枝等雜質(zhì)卻得不到解決。去雜質(zhì)的機(jī)械大多都是手推形式,容量太大的話人工就不能使其行走,這類機(jī)械在大規(guī)模的種植地中基本上沒有實(shí)用價(jià)值。
1.2.2發(fā)展趨勢(shì)
目前從國內(nèi)外學(xué)者對(duì)落地果收獲機(jī)械的研究及其應(yīng)用分析,大致有3個(gè)發(fā)展趨勢(shì):
(1)專業(yè)化
由于國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和落地果收獲工作效率高的特點(diǎn),應(yīng)用落地果收獲機(jī)械的領(lǐng)域也越來越多。設(shè)計(jì)適應(yīng)紅棗、核桃類堅(jiān)果等品種果實(shí)的收獲,自走式落地果收獲機(jī)將成為農(nóng)業(yè)機(jī)械重要的研究方向之一。針對(duì)不同果實(shí)的特點(diǎn),完善落地果收獲機(jī),以實(shí)現(xiàn)其從一機(jī)單用向一機(jī)多用方向的蛻變。
(2)節(jié)能化
隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,大量工程機(jī)械所消耗的能源和排放無日無夜在不斷增加。為了保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),努力達(dá)到人、設(shè)備、環(huán)境和諧統(tǒng)一,開發(fā)環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品已成為工程機(jī)械重要發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)落地果收獲機(jī)的設(shè)計(jì)研究,可從以下幾方面體現(xiàn)節(jié)能理念:一是選用低油耗、低排放、低噪音、低公害的發(fā)動(dòng)機(jī),提高收獲的干凈程度,降低整車振動(dòng)和噪聲;二是在設(shè)計(jì)中盡量采用可再生材料和低環(huán)境負(fù)荷的材料,使廢棄零部件處理的污染最小化和綜合成本的最優(yōu)化;三是應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)改善工作條件,使落地果收獲機(jī)不僅操作簡(jiǎn)便,而且工作環(huán)境舒適、安全,整機(jī)的控制和操縱更加趨向于人性化。
(3)機(jī)電一體化
機(jī)電一體化指將機(jī)械、電子、信息處理和控制以及軟件有機(jī)地結(jié)合起來,以計(jì)算機(jī)為主要特征的自動(dòng)化技術(shù)。目前國內(nèi)外工程機(jī)械最顯著發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)械的機(jī)電一體化。針對(duì)落地果收獲機(jī)而言,在某些惡略的工作環(huán)境作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不適宜人工操作,可以采用無線電遠(yuǎn)程遙控開溝機(jī)作業(yè),例如可在收獲機(jī)械上安裝模似傳感器(模式壓力、溫度和轉(zhuǎn)向角等)和數(shù)字傳感器,信號(hào)通過分析處理,由控制器控制收獲機(jī)完成調(diào)速、換擋、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作,在坡度作業(yè)收獲機(jī)可裝備帶傾斜儀的防傾翻裝置。為提高收獲機(jī)工作效率,及時(shí)對(duì)重要部件進(jìn)行維修檢查,可在這些部位配置傳感器,通過監(jiān)控分析傳感器信號(hào),進(jìn)行故障預(yù)測(cè),排除潛在故障,保證機(jī)器的正常運(yùn)行,監(jiān)控的主要部件是:發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、皮帶損耗程度、馬達(dá)轉(zhuǎn)速及流量、制動(dòng)油、氣壓等。此外,運(yùn)用機(jī)電一體技術(shù),可以使人工操縱作業(yè)簡(jiǎn)單化,能夠完成純機(jī)械操縱系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的精細(xì)操縱作業(yè):還可根據(jù)負(fù)荷條件和田間實(shí)際地質(zhì)條件變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)收獲機(jī)傳送帶的變化,來實(shí)現(xiàn)高效的落地果收集。
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容
根據(jù)我國實(shí)際情況,結(jié)合落地果果樹的栽種、培育需求,設(shè)計(jì)了一種田間作業(yè)的自走式落地果收獲機(jī)械,該機(jī)械一次可收集兩行果樹間的所有落地果,其株行距為:2×3m,高度為1.5m。將柴油機(jī)與作業(yè)裝置固定在平臺(tái)上,以此平臺(tái)為支撐部件,并采用一定的傳動(dòng)裝置和過濾雜質(zhì)裝置,進(jìn)一步提高工作效率。此外,工作部件和機(jī)架都是采用國家標(biāo)準(zhǔn)型材,保證機(jī)器良好的通用性。
1.4設(shè)計(jì)意義
棗樹在我國的分布很廣,一般來講,小氣侯冬季最低氣溫不低于-32℃就可栽培植棗。棗樹在我國大面積經(jīng)濟(jì)栽培主要在山東、河北、河南、山西、陜西五省的黃河流域,近年來安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物,適應(yīng)性強(qiáng)、營養(yǎng)豐富、富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱,具有耐旱、耐澇的特性,是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特色農(nóng)業(yè)的建立,紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目,紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新格局。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹種植面積,為農(nóng)民增加了經(jīng)濟(jì)收入。隨著紅棗的種植面積的增加,紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析,果樹種植每年以10%的速度遞增。由于林果業(yè)的快速發(fā)展,各地已形成了較大的種植規(guī)模,每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來完成水果采收。可以預(yù)見到,再過3~5 年,新種植的果樹進(jìn)入盛果期后,果實(shí)采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí),而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因?yàn)?,水果采摘是一?xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè),有些水果因成熟期不一致,需要多次采摘才能完成收獲,而有些作為鮮食或作為加工用途的果品,因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高,不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷,采收這些水果時(shí)必須小心翼翼,另外,水果收獲是在離地面有3~5m高的空中作業(yè),以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢,大面積發(fā)展水果種植時(shí),必須要依靠機(jī)械化來提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹,有些鮮食水果的采收用工量較大,約占水果生產(chǎn)總用工量的50%以上,導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過大,不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)越、價(jià)格相對(duì)低廉的原料,這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)??梢剖郊t棗收獲機(jī)械的研究,就是針對(duì)紅棗的采摘時(shí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械,紅棗的機(jī)械化收獲對(duì)提高收獲效率,降低收獲作業(yè)成本,做到適時(shí)收獲,減少收獲過程中造成的機(jī)械損,保證紅棗質(zhì)量,促進(jìn)棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。 2方案分析
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)
總體設(shè)計(jì)的任務(wù)為擬訂設(shè)計(jì)方案,選擇動(dòng)力機(jī),確定傳動(dòng)比并合理分配傳動(dòng)比,計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù),為各級(jí)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)、裝配圖設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
該收貨機(jī)具有如下特點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便。
(2)效率高,果實(shí)與雜質(zhì)分離程度高。
(3)與柴油機(jī)配套使用,能適應(yīng)不同地形作業(yè),不用時(shí)可去掉不影響柴油機(jī)其它使用。
總體設(shè)計(jì)的任務(wù)為擬訂設(shè)計(jì)方案,選擇動(dòng)力,確定傳動(dòng)比并合理分配傳動(dòng)比,計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù),為各級(jí)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)、裝配圖設(shè)計(jì)和三維建模做準(zhǔn)備。
2.2方案確定
由于本次設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)一種小型液態(tài)自走式清掃落地果收獲機(jī)械,工作環(huán)境在紅棗園。株行距為:2×3,高度為1.2~1.5mm,一次要以對(duì)兩行植株同時(shí)噴淋施肥。還要充分考慮自走式清掃落地果收獲機(jī)械應(yīng)該利于移動(dòng),重量不宜過大,我們用提高傳動(dòng)裝置的效率的方式,并且傳動(dòng)平穩(wěn),從而來減少能耗,降低運(yùn)行費(fèi)用。所以應(yīng)選用傳動(dòng)效率較高的鏈輪傳動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng),以達(dá)到要求。在滿足功能的前提下應(yīng)盡量簡(jiǎn)化以降低費(fèi)用。
圖2-1 傳動(dòng)原理圖
在設(shè)計(jì)二級(jí)和二級(jí)以上的減速器時(shí),合理地分配各級(jí)傳動(dòng)比是很重要的,因?yàn)樗鼘⒂绊憸p速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件。具體的傳動(dòng)方案如下:柴油機(jī)輸出動(dòng)力一部分通過聯(lián)軸器→二級(jí)圓柱齒輪減速器→果實(shí)輸送及去雜質(zhì),另一部分通過聯(lián)軸器→二級(jí)圓柱齒輪減速器→聯(lián)軸器→離合器→鏈傳動(dòng)→車輪,供整個(gè)裝置的行走。
2.2.1柴油機(jī)選擇
根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體要求,要求輸入的功率在11 kW ~15 kW的范圍內(nèi),所以初步選定柴油機(jī)為LD3T30發(fā)動(dòng)機(jī),額定功率22.1kW,其轉(zhuǎn)速在2350r/min,其配套實(shí)際輸出功率P1=22.1×60%=13.26kW。
2.2.2擬訂傳動(dòng)方案
2.2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案
本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)之一就是如何正確合理的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置,由于本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一種田間落地果收獲機(jī)械,所以保證此類機(jī)械具有少能耗高效率的特點(diǎn)則顯得有為重要,所以選擇四輪二驅(qū)動(dòng)車體作為工作平臺(tái),不需要改變動(dòng)力傳遞方向,用一般齒輪傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)就能滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2.2.2傳動(dòng)裝置布置
許多傳遞裝置往往需要選用不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),以多級(jí)傳動(dòng)方式組成,而傳動(dòng)先后順序的變化將對(duì)整機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生重要影響,必須合理安排,本次設(shè)計(jì)采用4級(jí)傳動(dòng),首先通過帶傳動(dòng)將柴油機(jī)上的動(dòng)力傳到減速器上,然后通過減速器輸出到聯(lián)軸器,最后通過鏈傳動(dòng)和齒輪嚙合分別讓車輪和D30軸運(yùn)動(dòng)。(D30軸為落地果收獲機(jī)械工作平臺(tái)的主要傳動(dòng)軸)
2.2.2.3傳動(dòng)比分配
在設(shè)計(jì)二級(jí)和二級(jí)以上的減速器時(shí),合理地分配各級(jí)傳動(dòng)比是很重要的,因?yàn)樗鼘⒂绊憸p速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件,傳動(dòng)比分配的基本原則如下:
(1) 各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比,均有其合理應(yīng)用的范圍,通常不應(yīng)超過。
(2) 各級(jí)傳動(dòng)的承載能力近于相等。
(3) 各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪浸入油中的深度大致相近,從而使?jié)櫥顬榉奖恪?
(4)分配傳動(dòng)比時(shí),應(yīng)注意使各傳動(dòng)件尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱,避免發(fā)生相互干涉。如設(shè)計(jì)二級(jí)齒輪減速傳動(dòng)時(shí),若傳動(dòng)比分配不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。
(5)對(duì)于多級(jí)減速傳動(dòng),可按照“前小后大”(即由高速級(jí)向低速級(jí)逐漸增大)的原則分配傳動(dòng)比,且相鄰兩級(jí)差值不要過大。這種分配方法可使各級(jí)中間軸獲得較高轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩,因此軸及軸上零件的尺寸和質(zhì)量下降,結(jié)構(gòu)較為緊湊。增速傳動(dòng)也可按這一原則分配。
(6)在多級(jí)齒輪減速傳動(dòng)中,傳動(dòng)比的分配將直接影響傳動(dòng)的多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。例如:傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量很大程度上取決于低速級(jí)大齒輪的尺寸,低速級(jí)傳動(dòng)比小些,有利于減小外廓尺寸和質(zhì)量。
閉式傳動(dòng)中,齒輪多采用濺油潤滑,為避免各級(jí)大齒輪直徑相差懸殊時(shí),因大直徑齒輪浸油深度過大導(dǎo)致攪油損失增加過多,常希望各級(jí)大齒輪直徑相近。故適當(dāng)加大高速級(jí)傳動(dòng)比,有利于減少各級(jí)大齒輪的直徑差。
令1、2、3、4軸的輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩分別為P1、P2、P3、P4,T1、T2、T3、T4。輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別為P5、P6、P7、P8;T5、T6、T7、T8。轉(zhuǎn)速為n1、n2、n3、n4。各軸之間的傳動(dòng)比為i12、i23、i34。凸緣聯(lián)軸器效率為η2=0.98,滑動(dòng)軸承效率為η3=0.98,齒輪傳動(dòng)效率為η4=0.97,鏈傳動(dòng)效率為η5=0.93。
各軸輸入功率為:
(2.1)
各軸輸出功率為:
(2.2)
各軸轉(zhuǎn)速為:
(2.3)
各軸之間的傳動(dòng)比為:
(2.4)
各軸輸入轉(zhuǎn)矩為:
(2.5)
各軸輸出轉(zhuǎn)矩為:
(2.6)
動(dòng)力參數(shù)如下表所示:
表2-1 動(dòng)力參數(shù)
軸
功率kW
轉(zhuǎn)矩N·m
轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
r/min
Ⅰ
13.26
12.86
156
152.9
2350
Ⅱ
12.86
11.98
152.9
148.6
1807.7
1.3
0.93
Ⅲ
11.98
11.28
284.9
268.1
1004.3
1.8
0.94
Ⅳ
11.28
10.7
249.4
239.5
456.5
2.2
0.90
2.3帶輪的參數(shù)
由于V帶輪不是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn),因此在滿足要求的情況下只對(duì)V帶進(jìn)行尺寸等參數(shù)的設(shè)計(jì),不對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核,其參數(shù)如下表所示:
表2-2 V帶輪的基本參數(shù)
槽型
直徑d0
孔徑基準(zhǔn)dd
L
d1
da
槽數(shù)
A
60
30
70
70
104
3
2.4本章小結(jié)
本章主要確定了落地果收獲機(jī)械的傳動(dòng)方案,傳遞路線為:柴油機(jī)→帶→減速器→聯(lián)軸器鏈傳動(dòng)→車輪,并進(jìn)行了傳遞參數(shù)的計(jì)算,為下一章的設(shè)計(jì)做鋪墊。
3落地果收獲機(jī)三維建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 SolidWorks 軟件介紹
SolidWorks是高品質(zhì)的、易學(xué)易用的三維CAD系統(tǒng)。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn),使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強(qiáng)大的功能,同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說,操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。
如果你熟悉微軟的Windows系統(tǒng),那你基本上就可以用SolidWorks來搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使你能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks,你能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作,能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。
在目前市場(chǎng)上所見到的三維CAD解決方案中,設(shè)計(jì)過程最簡(jiǎn)便、最方便的莫過于SolidWorks了。就象美國著名咨詢公司Daratech所評(píng)論的那樣:“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市場(chǎng)快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者?!避浖僮鹘缑嫒鐖D3-1所示。
圖3-1 solidworks界面
在無與倫比的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作(包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘帖),使用SolidWorks,整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的,零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。
只有SolidWorks才提供了一整套完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動(dòng)控制。“全動(dòng)感的”的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟,減少了多余的對(duì)話框,從而避免了了界面的零亂。
嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)過程和步驟的。屬性管理員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù),而且操作方便、界面直觀。
用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個(gè)同Windows資源器類似的CAD文件管理器,因此本設(shè)計(jì)采用該軟件進(jìn)行三維建模與出圖。
3.2總體方案設(shè)計(jì)
紅棗、核桃等果樹具體生長環(huán)境為:行距不小于2500mm,溝型距為250。樹高不小于1500mm??紤]到行距較寬,果實(shí)多散落于行間,所以需要在行間收集比較合理,所以本設(shè)計(jì)決定在田間行間自走的方式收獲作業(yè)。
圖3-2 自走式清掃落地果機(jī)械總裝圖
3.3工作平臺(tái)設(shè)計(jì)
由于樹的高度和樹枝的限制,落地果收獲機(jī)械不能太高,在換行時(shí),雖然地頭有充足的空間,但是不能一次性從一個(gè)行間換到下一個(gè)比鄰行間的話,就會(huì)白白損耗柴油和機(jī)械,所以工作平臺(tái)的長度也要合理。
工作平臺(tái)預(yù)選用2000mm×1500mm×10mm的鋼板為主體,與槽鋼、角鋼相互固定所得出的工作臺(tái)。再通過其他零部件的裝配布局及尺寸,在工作臺(tái)上加工出所需尺寸所在位置的孔或局部切除。
圖3-3 工作平臺(tái)
3.4柴油機(jī)與減速器設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)中大多都是鋼結(jié)構(gòu),在收集過程中有可能會(huì)儲(chǔ)存大量的果實(shí),所以整體質(zhì)量比較大。
考慮到這一點(diǎn),決定采用LD3T30柴油機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)(304拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)),功率為22.1kW,動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速n軸=2350r/min。
由于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速偏高,決定柴油機(jī)與減速器之間采用帶傳動(dòng),傳動(dòng)比為1.3。
二級(jí)減速器的傳動(dòng)比為,因此經(jīng)過減速器后的轉(zhuǎn)速為456.5r/min,傳動(dòng)比不大,采用嚙合的錐齒輪即可滿足要求,對(duì)其不再進(jìn)行強(qiáng)度校核。
圖3-4 柴油機(jī)減速器傳動(dòng)
3.5鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.5.1鏈輪設(shè)計(jì)
鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。鏈輪設(shè)計(jì)主要是確定其結(jié)構(gòu)和尺寸。選擇材料和熱處理方法。
(1)選擇鏈齒輪數(shù)、和確定傳動(dòng)比
一般鏈輪齒數(shù)在17~114之間。傳動(dòng)比按下式計(jì)算
== (3-1)
式中: -主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速456.5r/min,
-從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速268.53r/min,
=1.7
可得為21,為37。并且材料為45號(hào)鋼。
(2) 計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈轉(zhuǎn)動(dòng)的工作情況,計(jì)算功率
= (3-2)
式中:-工況系數(shù);
-主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù);
-單排系數(shù)為1;
--傳遞的功率,kW。
則計(jì)算出= 2.82kW。
(3)確定鏈條型號(hào)和節(jié)距
鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速可取A10型號(hào),然后可知為15.875。
(4)鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸的計(jì)算
= (3-3)
= (3-4)
(3-5)
(3-6)
(3-7)
式中:p-鏈條節(jié)距,
Z-鏈輪齒數(shù),
D-分度圓直徑,
-齒頂圓直徑,
-齒根圓直徑,
-齒高,
-最大軸凸緣直徑,算出結(jié)果如表3-1所示。
(5)計(jì)算鏈速,確定潤滑方式
= (3-8)
由式中得為6m/s,可選擇油池潤滑或油盤飛濺潤滑。
(6)鏈輪的主要參數(shù)餓幾何尺寸如下
表3-1 鏈輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
傳動(dòng)功率P1
4.5
kW
主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1
268.53
r/min
從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2
206.56
r/min
傳動(dòng)比i
1.3
設(shè)計(jì)功率Pd
5
kW
小鏈輪齒頂圓直徑da
110
mm
小鏈輪分度圓直徑
106
mm
鏈條節(jié)距p
15.875
小鏈輪齒根圓直徑df
100
mm
大鏈輪齒頂圓直徑Da
234
mm
大鏈輪分度圓直徑
228
mm
大鏈輪齒根圓直徑Df
224
mm
小鏈輪齒高h(yuǎn)a
3
mm
大鏈輪齒高Ha
4.8
mm
鏈速v
6
m/s
單鏈傳遞的功率
2.82
kW
傳動(dòng)比i≠1的功率
0.46
kW
小齒數(shù)z1
21
大齒數(shù)z2
37
實(shí)際軸間距a
434
mm
單鏈的預(yù)緊力
900
N
確定的最大軸凸緣直徑Dg
212
mm
確定的最大軸凸緣直徑dg
90
mm
齒寬bf
8
mm
3.5.2 鏈輪軸的設(shè)計(jì)
(1)軸的總體設(shè)計(jì)信息如表3-2。
表3-2 軸總體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
軸的轉(zhuǎn)向方式
單向恒定
軸的工作情況
無腐蝕條件
軸的轉(zhuǎn)速
456.5
r/m
功率
4
kW
轉(zhuǎn)矩
66434.78
N·mm
材料牌號(hào)
45調(diào)質(zhì) 硬度(HB):230
抗拉強(qiáng)度
650
屈服點(diǎn)
360
彎曲疲勞極限
270
扭轉(zhuǎn)疲勞極限
155
許用靜應(yīng)力
260
許用疲勞應(yīng)力
180
(2)確定軸的最小直徑如表3-3。
表3-3確定軸最小直徑
名稱
數(shù)值
單位
A值剪應(yīng)力范圍
115
許用剪應(yīng)力范圍
30~40
MPa
最小直徑的理論計(jì)算值
29.6
mm
滿足設(shè)計(jì)的最小軸徑
30
mm
(3)彎曲應(yīng)力校核如表3-4。
表3-4 彎曲應(yīng)力校核
名稱
數(shù)值
單位
危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)
180
mm
直徑
25
mm
危險(xiǎn)截面的彎矩M
120
N·mm
扭矩T
120
N·mm
截面的計(jì)算工作應(yīng)力
-9.22
許用疲勞應(yīng)力
180
(4)安全系數(shù)校核如表3-5。
表3-5 安全系數(shù)校核數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)據(jù)
單位
危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)
170
mm
直徑
25
mm
危險(xiǎn)截面的彎矩M
120
N·mm
扭矩T
146
N·mm
有效應(yīng)力集中系數(shù)
2.05
扭轉(zhuǎn)作用
1.55
截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S
1129.89
許用安全系數(shù)[S]
2.0
結(jié)論:170mm處疲勞強(qiáng)度校核通過。
(5)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算如表3-6。
表3-6 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
當(dāng)量直徑dv
mm
軸截面的慣性距I
654605.89
mm
支承距離與L的比值
0.47
軸所受的重量
400
支座形式系數(shù)1
9.0
軸的一階臨界轉(zhuǎn)速ncr1
24934.97
r/min
3.6軸承選擇
3.6.1參數(shù)選擇
軸承選用圓錐滾子軸承,它屬于向心推力軸承,能同時(shí)承受較大的徑向載荷和軸向載荷,外圈可分離,游隙可調(diào),裝拆方便,適用于剛性較大的軸,一般成對(duì)使用,對(duì)稱安裝。
表3-7 軸承基本參數(shù)
代號(hào)
d
D
T
B
C
1206
30
62
15.8
16
14
1210
50
90
22.8
20
18
3.6.2軸承的壽命計(jì)算
滾動(dòng)軸承的基本額定壽命L(106r)與基本額定動(dòng)載荷C(N)、當(dāng)量動(dòng)載荷P(N)間的關(guān)系為:
(3.9)
對(duì)于圓錐滾子軸承,ε=10/3。
軸上重量的估算:圓盤材料為灰鑄鐵HT200,質(zhì)量密度為ρ=6.8~7.3g/cm3,取ρ=7 g / cm3。帶輪材料為灰鑄鐵HT200,質(zhì)量密度同上。
(3.10)
所以估算下軸承承受的總重量為23Kg。軸承受力:
查表得:X=0.44,Y=0.9
當(dāng)量動(dòng)載荷為P= 0.44×225 =99N
用小時(shí)數(shù)表示軸承壽命為:
(3.11)
n表示軸承工作轉(zhuǎn)速,查表得n=5000r/min.
(3.12)
農(nóng)業(yè)機(jī)械軸承的預(yù)期壽命為:L'h=3000—8000h。
所以所選軸承可以長期使用。
3.6.3軸承的潤滑
滾動(dòng)軸承的潤滑劑可以是潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。一般情況下,滾動(dòng)軸承采用潤滑脂潤滑,但在軸承附近已經(jīng)具有潤滑油源時(shí)(如變速箱內(nèi)本來就有潤滑齒輪的油),也可采用潤滑油潤滑。
本設(shè)計(jì)中選擇脂潤滑,因潤滑脂不易流失,便于密封和維護(hù),且一次充填潤滑脂可以運(yùn)轉(zhuǎn)較長時(shí)間。
3.7聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。它主要用來聯(lián)接軸與軸,以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩;有時(shí)也可用作安全裝置。
聯(lián)軸器用來把兩軸聯(lián)接在一起,機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離;只有在機(jī)器停車并將聯(lián)軸器傳動(dòng)系統(tǒng)的斷續(xù),以便運(yùn)行變速及換向等。
聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸,由于制造及安裝誤差,承載后的變形以及溫度變化的影響等,往往不能保證的對(duì)中,而是存在著某種程度的相對(duì)位移。這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí),要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施,使之具有適應(yīng)一定范圍的相對(duì)位移的性能。
整個(gè)設(shè)計(jì)中有兩處需要用到聯(lián)軸器,即減速器兩端軸與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸和3軸之間,選用尼龍滑塊聯(lián)軸器。
凸緣聯(lián)軸器適用于:兩軸要求同軸度不太高,工作平穩(wěn),無沖擊載荷。它的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,使用方便。
減速器兩端軸的軸徑是d1=28mm,d2=32mm,所以選用聯(lián)軸器型號(hào)為YL6聯(lián)軸器,所用聯(lián)軸器的材料為HT200。
3.8鍵的選擇
3.8.1鍵的尺寸及類型的確定
一般8級(jí)精度以上齒輪有定心精度要求,應(yīng)選用平鍵。一般圓頭普通平鍵應(yīng)用最廣。
根據(jù)d=35mm,從《機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P-53表3-1中查得鍵的截面尺寸為:寬度b=10mm,高度h=8mm。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列,取鍵長L=63mm。
3.8.2校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼,由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P-54表4-2查得許用擠壓應(yīng)力[σp]=100~120MPa,取其平均值,[σp]=110MPa。
鍵的工作長度l=L-b=53mm。
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P-158式(10--26)可得
(3.13)
故可見鍵合適安全。
3.9主要工作部分零部件設(shè)計(jì)
3.9.1傳送帶設(shè)計(jì)
由于此設(shè)計(jì)為類似于車體,工作臺(tái)與地面存在不小的間距,如果用立式箱體把落地果垂直輸送到濾葉器部分,則存在箱體太高,質(zhì)量偏大,底部無法固定的問題,作業(yè)中出現(xiàn)故障的概率大。所以采用傳送帶的形式來完成落地果傳送到工作臺(tái)。
圖3-5 傳送帶
傳送帶主動(dòng)軸直徑d=50mm,轉(zhuǎn)速為206.56r/min,
傳送帶的傳送速度為
速度較為合理,滿足設(shè)計(jì)需求。
3.9.2垂直傳送裝置
傳送帶將落地果傳送到工作臺(tái),但與濾葉器之間還存在一定距離,由于要考慮底座部分尺寸太大會(huì)使整體結(jié)構(gòu)不緊湊,切會(huì)影響工作效率,所以在此選擇采用立式垂直傳送裝置。
圖3-6 垂直傳送裝置
3.9.3 濾葉器的設(shè)計(jì)
濾葉器是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分,經(jīng)由傳送帶、立式垂直傳送裝置獲得的落地果,其中夾雜著樹枝、樹葉、土塊等雜質(zhì),而濾葉器就是針對(duì)此類雜質(zhì)而設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)中,需考慮濾葉器的尺寸,不宜過大,分離雜質(zhì)的速度要快,效率要高。
基于此考慮,決定采用鼠籠式,間距要比樹枝大又要比果實(shí)小,這樣在分離過程中不會(huì)造成果實(shí)的浪費(fèi)。
由于果實(shí)表面的不規(guī)則性,如果是固定的鼠籠,果實(shí)很可能會(huì)卡在間隙上,從而影響果實(shí)的正常分離效率,所以本次設(shè)計(jì)中采用的鼠籠,會(huì)添加鏈輪,通過鏈條使鼠籠也轉(zhuǎn)動(dòng)起來。
圖3-7 濾葉器
3.9.4其他部件的設(shè)計(jì)
濾葉器右端沒有軸固定,如要保證與其內(nèi)部的絞輪能正常工作,在此借鑒混凝土攪拌機(jī)的支架部分,采用軌槽形式支架來支撐濾葉器右端(如圖3-8所示)。濾葉器左端的支架,是中心的絞輪與其結(jié)合實(shí)現(xiàn)的,絞輪需要旋轉(zhuǎn)以推動(dòng)內(nèi)部的果實(shí)前進(jìn),保證雜質(zhì)的分離效率。為保證絞輪的正常旋轉(zhuǎn),所以在左端支架處車出一個(gè)裝軸承的槽。由角鋼與該槽焊接成整體作為其左端支架(如圖3-9所示)。
圖3-8 濾葉器右端支架 圖3-9 濾葉器左端支架
絞輪用來推動(dòng)果實(shí)向上向前運(yùn)動(dòng),已進(jìn)入下一個(gè)工作環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮一個(gè)周期的輸送量,在設(shè)計(jì)其螺旋線時(shí),螺距太大而單位時(shí)間里果實(shí)的進(jìn)入量不夠,則等效于絞輪在單位時(shí)間里做了大量的無用功;而螺距太小而單位時(shí)間里果實(shí)的進(jìn)入量太大,則果實(shí)會(huì)堆積在傳送帶的空間里和立式傳送裝置內(nèi),會(huì)造成果實(shí)被擠壓和破壞,造成損失。因此,在本次設(shè)計(jì)中綜合考慮后,決定將螺距設(shè)計(jì)為10cm,單位時(shí)間內(nèi)果實(shí)進(jìn)入量小于絞輪的單位體積但不會(huì)相差太大,既保證了果實(shí)的質(zhì)量,又保證了機(jī)器的正常傳送。
圖3-10 絞輪
本章小結(jié)
本章主要對(duì)主要零部件進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì),并對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核,從結(jié)果來看,本次設(shè)計(jì)的落地果收獲機(jī)完全能夠滿足設(shè)計(jì)需求。
總 結(jié)
經(jīng)過幾個(gè)月的努力,總算完成了自走式落地果收獲機(jī)的設(shè)計(jì),經(jīng)過實(shí)地考察,方案確定和設(shè)計(jì)計(jì)算驗(yàn)證,本次設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn):適用于紅棗園中作業(yè),免除人工作業(yè),提高了勞動(dòng)效率;此收獲機(jī)還具有結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)動(dòng)靈活,通用性強(qiáng);另外,當(dāng)機(jī)器不作業(yè)時(shí),可以方便地將工作部件拆卸下來,這樣就減少了機(jī)器的存放空間;除此之外,此收獲機(jī)的零件均為常見的材料制造而成,工作部分零件采用國家標(biāo)準(zhǔn)零件,這些使得成本大大降低,這樣就能更廣泛為廣大農(nóng)民所接受。
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)了自己的不足,通過不斷的查閱資料,鞏固了大學(xué)所學(xué)的理論知識(shí),使自己的能力得到提高,也進(jìn)一步完善了自己。
致 謝
本次設(shè)計(jì)是在王老師的悉心指導(dǎo)完成的。
最初確定題目的時(shí)候,感覺題目很難,一點(diǎn)靈感都沒有,老師幫我確定了收獲落地果的方式,模擬了本次設(shè)計(jì)的工作原理和過程,并給我介紹了許多與設(shè)計(jì)相關(guān)的書籍,以及如何快速地從書籍資料中獲得所需要的知識(shí)。當(dāng)我在查找資料遇到困難時(shí),老師又幫我下載到了一些我不能下載的付費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資料,還教會(huì)我如何用互聯(lián)網(wǎng)中無限的網(wǎng)絡(luò)資源,這些都為我以后順利完成設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在每一步的設(shè)計(jì)中,老師都給與了我他的看法,該如何去改進(jìn)零件中的不足,可以說從傳送帶到濾葉器的各種零件、傳動(dòng)方式等的確定,都是在老師耐心的指導(dǎo)下完成的。
每當(dāng)我在設(shè)計(jì)中遇到困難向老師咨詢時(shí),老師就叫我當(dāng)實(shí)驗(yàn)室做模擬實(shí)驗(yàn),通過模擬實(shí)驗(yàn),讓我更直觀的了解收獲機(jī)在田間作業(yè)的過程,如果還是不懂,老師也會(huì)不厭其煩的給我講解,就算很晚了,就算老師還是別的事情要忙,他也會(huì)給我講完。有時(shí)候老師出差,我遇上困難打電話給老師時(shí),雖然不能親自給我指導(dǎo),但老師也會(huì)想辦法找研究生學(xué)長幫我看圖,并給我建議,在此也向他們表示誠摯的謝意。
最后,再次向在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我最大關(guān)心幫助和支持的老師表示衷心的感謝!
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