旋耕滅茬機(jī)及側(cè)邊傳動裝置設(shè)計(jì)

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18致謝19結(jié)論20附圖清單21前言旋耕滅茬機(jī)主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。我國與大中型拖拉機(jī)配套的旋耕滅茬機(jī)保有量有15萬臺，與手扶拖拉機(jī)與小四輪拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)約有200萬臺，旋耕機(jī)在南方水稻生產(chǎn)機(jī)械化應(yīng)用中已占80的比例，北方的水稻生產(chǎn)、蔬菜種植和旱地滅茬整地也廣泛采用了旋耕機(jī)械。近年來，我國北方進(jìn)行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力推行旱改水，水稻種植面積迅速增加，擴(kuò)大了對旋耕機(jī)械的市場需求。旋耕滅茬機(jī)的發(fā)展至今已有150多年的歷史，最初在英、美國家由3-4kW內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動，主要用于庭園耕作，直到L型旋耕刀研制成功后，旋耕機(jī)才進(jìn)入大田作業(yè)。20世紀(jì)初，日本從歐洲引進(jìn)旱田旋耕機(jī)后，經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究工作，研制出適用于水田耕作要求的彎刀，解決了刀齒和刀軸的纏草問題，旋耕機(jī)得到了迅速發(fā)展。孟加拉國2000年水稻收獲面積為1070萬hm2。農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展才剛剛起步，目前只有部分灌溉和耕種設(shè)備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械作業(yè)?？紤]其種植方式和耕地大小，對各種型號的旋耕機(jī)需求非常大。其進(jìn)行了自發(fā)研究但在很大層度上不能滿足國內(nèi)的需求。1G-160型多用旋耕滅茬機(jī)可與3340.4kw(4550馬力)級各型號拖拉機(jī)配套。在一臺主機(jī)上只需拆裝少量零部件，就能進(jìn)行旋耕、滅茬、條播、化肥深施等多種農(nóng)田作業(yè)。該機(jī)具主要適用于埋青、秸桿還田式在大中型聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)后的稻麥高留茬的田塊上進(jìn)行反轉(zhuǎn)滅茬、正轉(zhuǎn)旋耕、三麥條播、與半精量播種、化肥深施等多種農(nóng)田作業(yè)。我在本設(shè)計(jì)中研究旋耕機(jī)的主要內(nèi)容：(1) 參與總體方案設(shè)計(jì)，繪制滅茬機(jī)工作總圖,設(shè)計(jì)左右支臂、第二動力軸及有關(guān)軸承座等。(2) 拖拉機(jī)佩帶旋耕機(jī)滅茬機(jī)作業(yè),使用13檔前進(jìn)速度,其中:旋耕機(jī),滅茬時使用12檔,時使用3檔;(3) 刀棍轉(zhuǎn)速:正轉(zhuǎn) :200r/min左右(旋耕) 400500r/min(破垡) 反轉(zhuǎn) :200r/min左右(埋青 滅茬)(4) 最大設(shè)計(jì)耕深14cm;根據(jù)同類旋耕機(jī)類比,設(shè)計(jì)寬幅為1.61.7m.本課題擬解決的問題通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加刀輥軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。在工作時，通過適當(dāng)?shù)牟鹦逗透难b，就可實(shí)現(xiàn)不同功能的作業(yè)，以達(dá)到一機(jī)多能的目的。當(dāng)需要旋耕時，采用200r/min左右的正旋作業(yè)；當(dāng)需要破垡和水田耕整時，采用500r/min左右的正旋作業(yè)；當(dāng)需要埋青和滅茬時，采用200r/min左右的反旋作業(yè)；本課題的實(shí)現(xiàn)解決了現(xiàn)有旋耕機(jī)只能旋耕不能滅茬而滅茬機(jī)又只能滅茬不能旋耕的問題。預(yù)期成果： 因具備多功能等特點(diǎn)，投入生產(chǎn)后能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1、方案的擬定旋耕滅薦機(jī)狀態(tài)動力為36.75KW(約50馬力)動力由拖拉機(jī)動力輸出，軸經(jīng)一對圓錐齒輪和側(cè)邊圓柱齒輪帶動。設(shè)計(jì)的旋耕滅薦方案滿足如下性能、性質(zhì)要求：1.1、設(shè)計(jì)參數(shù)要求：刀軸轉(zhuǎn)速：正轉(zhuǎn)：200r/min左右（旋耕） 500r/min左右（破垡） 反轉(zhuǎn)：200 r/min左右（埋青 滅茬）設(shè)計(jì)耕深 14cm（最大設(shè)計(jì)耕深）工作幅寬 1.6m技術(shù)： （1）旋耕滅茬機(jī)與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)懸掛聯(lián)接，作業(yè)時萬向傳動軸偏置角度不得大于15，田間過埂刀端離地高度150250mm，此時萬向傳動軸角度不得大于30。切斷動力后，旋耕滅茬機(jī)最大提升高度達(dá)刀端離地250mm以上。（2）、要求旋耕、滅茬作業(yè)能覆蓋拖拉機(jī)輪轍，當(dāng)幅寬小于拖拉機(jī)輪距外緣時，可采用偏配置。（3）、要求結(jié)構(gòu)簡單可靠，保證各項(xiàng)性能指標(biāo)。（4）、設(shè)計(jì)時考慮加工工藝性和裝配工藝性，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，以降低制造成本1.2、方案的選擇為了使設(shè)計(jì)的施耕機(jī)既能滿足多項(xiàng)指標(biāo)，又能結(jié)構(gòu)合理，造價低，在市場上具有一定的先進(jìn)性為此擬定二套方案對此進(jìn)行分析：1.2.1方案1 圖(1 )動力由拖拉機(jī)動力輸出軸經(jīng)一對圓錐齒和一組四級齒輪帶動刀軸旋耕，此種方案的工作特色：最后一級動力，由中間齒輪傳動，兩邊由側(cè)板支撐高低檔轉(zhuǎn)速通過撥擋實(shí)現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)通過調(diào)正太齒輪的拆卸來實(shí)現(xiàn)。（此方法的對稱性較好，剛性高，強(qiáng)度高。但在中間齒輪的底下會出現(xiàn)漏耕土壤的現(xiàn)象，需要增加一個部件才能解決此現(xiàn)象）采用拔檔變速，操作較為方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。（見圖1、圖2） 圖（2）1.2.2、方案2 圖（3） 圖（4）動力從拖拉機(jī)輸出軸輸出，經(jīng)一對圓錐齒輪和一組圓柱齒輪傳動帶動刀軸施耕，此種方案的特點(diǎn)是前后一級傳動導(dǎo)用側(cè)邊齒輪，正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整圓錐齒輪，高低速的實(shí)現(xiàn)通過對調(diào)側(cè)齒輪箱的方向，圖3為正轉(zhuǎn)，圖4為反轉(zhuǎn)。1.3、方案對比分析方案1、兩端平衡，受力勻稱，剛性好，但在中間齒輪的底下出現(xiàn)漏耕土壤，需增設(shè)其它部件以耕除漏耕土壤，采用撥擋變速，操作較好方便，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。方案2、采用側(cè)邊傳動，平衡性較差，一般用偏置，剛性較差，但無需要加漏耕裝置，結(jié)構(gòu)簡單，通過拆下側(cè)邊齒輪，然后調(diào)頭安裝以達(dá)到變速的目的，簡單，操作不是很方便，農(nóng)機(jī)機(jī)械不是交通工具，需要經(jīng)常變速和換向。農(nóng)機(jī)機(jī)械的使用常常一季節(jié)只使用一個作業(yè)項(xiàng)目，不需要經(jīng)常拆裝。方案2比方案1結(jié)構(gòu)簡單、造價低，方案2更切合實(shí)際的需要，所以方案2為選用方案。2、運(yùn)動計(jì)算結(jié)構(gòu)見圖（3），其中Z3采用較小的齒數(shù)，為了減小側(cè)齒輪外徑尺寸，以盡可能增加齒刀的耕作深度。隋輪齒數(shù)Z4、Z5的齒數(shù)待總體結(jié)構(gòu)尺寸確定后再定，任務(wù)書要求，按照方案2的傳動路線，故萬向節(jié)計(jì)算傳動比，分配和各軸的軌跡，故參數(shù)分別列表表1表4表1軸次軸軸軸軸軸齒數(shù)Z1Z2Z3Z4Z5Z6143015暫不定暫不定22傳動比2.14147總傳動比3.15轉(zhuǎn)速r/min734343233表2軸次軸軸軸軸軸齒數(shù)Z1Z2Z3Z4Z5Z6143022暫不定暫不定15傳動比2.140.68總傳動比1.46轉(zhuǎn)速r/min734343504表3與表4分別與表1表2類同，表示反轉(zhuǎn)（僅在數(shù)值前多個負(fù)號表方向相反）3、動力計(jì)算旋耕滅茬機(jī)在動轉(zhuǎn)、旋耕和反轉(zhuǎn)滅茬時，消耗功率最大，而在水田作業(yè)和存垡作業(yè)時消耗的功率較小，也就是說，設(shè)在低速檔作業(yè)時，消耗的功能較大，在高速當(dāng)時，消耗的功率較小，因此，動力計(jì)算只需要對低速傳動進(jìn)行計(jì)算，選表1和表3都是低速運(yùn)動路線傳動比一樣，不同的只是方向相反，故我只按其中一種情況進(jìn)行計(jì)算。3.1、各傳動副效率圓錐齒輪傳動 1=0.96圓柱齒輪 2=0.96 滾柱軸承 3=0.98球軸承 4=0.99萬向節(jié) 5=0.963.2、動力分配3.2.1拖拉機(jī)動力輸出軸的額定輸出功率： 根據(jù)有關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)估算，其額定輸出功率為：P額=0.8N發(fā)=29.40KWn=734r/min3.2.2第一軸及小錐齒輪Z動率，轉(zhuǎn)速和扭矩：P1=40 0.980.96=27.66KWn1=734 r/minT1=9.55106PZ1=nZ1=734r/minTZ1=3.2.3大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為：Pz2=Pz1nz2=TZ2=3.2.4第二軸功率軌跡和扭矩為：p=PZ2n=nZ2=343r/minT=9.553.2.5第二軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為：PZ3= p=26.02KWnZ3=n=343r/min TZ3=T=7.24106 Nmm3.2.6第軸Z4齒輪功率PZ4=3.2.7第軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核：3.2.8第軸Z5齒輪功率PZ5=PZ43.2.9第軸（隨輪軸）的傳遞扭矩，故不校核3.2.10刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩PZ6=P Z53.2.11刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩 T表5軸次動力軸軸軸軸刀軸輸出軸軸Z1軸Z2Z3軸Z4軸Z5軸Z6P功率（KW）29-427.6627.126.0226.5526.02249823.9822.7922.79N轉(zhuǎn)速（r/min）734734734343343343233233T扭矩(Nmn）3.61053.531057.241057.391057.241057.51059.51054、主要零件的強(qiáng)度校核4.1 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算4.1齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇 根據(jù)同類型結(jié)構(gòu)，大小齒輪構(gòu)造選用20CrMnTi表面滲碳淬火P98表7-1硬度 HRC選用5662HBSP98表7-1齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6硬齒面閉式傳動，失效形式為點(diǎn)蝕Z3=15 Z4=2i=4.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算沒計(jì)準(zhǔn)則 按齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核；按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；P108式（7-9）選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：P100圖7-6 選取材料的彎曲勞極限應(yīng)力為：P100圖7-7 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由P102式7-3計(jì)算由P107P108式計(jì)算得 則接觸疲勞壽命系數(shù)P102圖7-8ZN1=1 ZN2=1彎曲疲勞壽命系數(shù)P102圖7-9 YN1=YN2=1由P102表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1, 彎曲疲勞安全系數(shù)SHmin=1.4,又YST=2.0,試選Kt=1.3;由P99式7-1,7-2求許用接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力； P104查圖7-10得KV=1.03P103由表7-3得KA=1.35P105由表7-4得，P103由式7-5 修正P112表7-6取得標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=7mm； 因?yàn)橐_保耕深，提高承載能力所以選擇了15齒，而為加工不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為17，我選擇小齒輪齒數(shù)為15，小于最小根切數(shù)，因而15齒的齒輪加工時一定會產(chǎn)生根切，所以小齒輪要用變位齒輪（正變位）。4.1.3第一對齒輪主要尺寸的計(jì)算P368查表12-7得 總變位X=0.80mm根據(jù)類比得X3=0.28mm X4=0.52mm分度圓直徑 壓力角 嚙合角 中心距變動系數(shù) 中心距 齒高變動系數(shù) 齒數(shù)比 節(jié)圓直徑 齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 公法線長度 跨測齒數(shù) k3=2 k4=3固定弦齒厚 固定弦齒高 4.1.4第二對直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)的計(jì)算P368查表12-7得 總變位X=0.87mm根據(jù)類比得X5=X4=0.52mm X6=0.35mm分度圓直徑 壓力角 嚙合角 中心距變動系數(shù) 中心距 齒高變動系數(shù) 齒數(shù)比 節(jié)圓直徑 齒頂高 齒根高 全齒高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 公法線長度 跨測齒數(shù) k6=3 固定弦齒厚 固定弦齒高 4.2軸的選擇及計(jì)算在側(cè)邊齒輪箱中的第軸、第軸為惰輪軸不傳遞扭矩，故在軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時無需對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)對第軸、第軸的尺寸和質(zhì)量均無特殊要求，所以我們對其材料的選擇只要從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上進(jìn)行考慮，只需選用45號鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理就可以達(dá)到使用時的要求。其基本形狀如圖（5）所示； 圖（5） 根據(jù)同類產(chǎn)品類比得各段軸徑為： 40mm 50mm 40mm根據(jù)同類產(chǎn)品類比得各段軸長為： 25mm 40mm 33mm根據(jù)手冊P3-122查得: 鍵寬 b=12mm 鍵長 l=0.85l3=28mm4.3軸承的選擇在本設(shè)計(jì)中, 第軸、第軸上主要承受軸向力,承受扭矩很小,故選擇球軸承即可。根據(jù)外形尺寸、和軸徑要求在手冊P8-98選擇6308球軸承。參 考 文 獻(xiàn)1邱白晶旋耕機(jī)動力學(xué)及其在減重降振和節(jié)能上的應(yīng)用J.鎮(zhèn)江: 江蘇工學(xué)院, 1992 .2丁為民.反轉(zhuǎn)旋耕及旋耕刀的研究J.南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1999.3四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械局,西南農(nóng)學(xué)院耕整地機(jī)械構(gòu)造使用維護(hù) M 成都 : 四川人民出版社, 1978: - 169.4農(nóng)業(yè)機(jī)械部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所旋耕機(jī) M 南京 : 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 1979: - 745旋耕機(jī)系列設(shè)計(jì)專業(yè)組旋耕機(jī)系列M 南京 : 江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所, 1974: 17. 6中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所旋耕機(jī)速度參數(shù)對功率和功能消耗影響的研究M 南京 : 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所, 1962: - 15.18