机械毕业设计（论文）-柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计【全套图纸】

山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 1 - 柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 目目 录录 1 绪论1 1.1 课题的提出和意义1 1.2 国内外研究现状.1 1.3 本文的研究内容及方法.2 2 技术任务书(JR).3 3 设计计算说明书(SS).3 3.1 传动方案的确定3 3.2 传动皮带轮的设计计算5 3.2.1 减速箱主动轴传出的皮带轮组.5 3.2.2 滚筒到减速轴的皮带轮组.6 3.2.3 减速轴到压扁输送辊的皮带轮组.7 3.2.4 减速器从动轴到拨禾链齿轮箱的带轮组.7 3.3 切割器的选择8 3.4 拨禾装置的设计9 3.5 夹持输送装置的设计9 3.6 立辊式柠条压扁输送装置的设计10 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 2 - 3.6.1 压扁输送辊的整体设计.10 3.6.2 压扁输送辊的长度设计.10 3.6.3 压扁输送辊材料的选择.13 3.7 立式茎秆切碎装置的设计.13 3.7.1 滚筒式切碎刀的设计.14 3.7.2 平板动刀刃口线的形成.14 3.7.3 刀片安装前倾角的确定 .15 3.7.4 扭转角的确定.17 3.7.5 平板刀尺寸设计.17 3.7.6 茎秆切碎长度的计算.18 3.8 收集料斗的设计.18 4 使用说明书(SM) .19 5 标准化审核报告（BS）.19 5.1 产品图样的审查.19 5.2 产品技术文件的审查.20 5.3 标准件的使用情况.20 5.4 审查结论.20 结论21 参考文献22 致谢23 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 3 - 毕业设计说明书中文摘要毕业设计说明书中文摘要 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 4 - 柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 摘要：柠条是豆科锦鸡儿属的一个种,多年生长灌木植物，柠条抗旱、抗寒、耐瘠 薄、耐风沙、具有极强的生命力和抗逆性。鉴于柠条独特的生物特性，多年来它一 直是内蒙古西部及山西西北部和陕西、甘肃等防风固沙、防止水土流失的重要选用 植物。全国柠条种植面积已达到 666.66 万 hm2 ，仅山西大同市柠条种植面积达到 2 万 hm2 。柠条含有丰富的蛋白质，开花期鲜柠条干物质含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纤维 39.3%，无氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可见，柠条还是优良 的经济饲料。然而由于种植柠条的地区都是生态状况较差的地区，这类地区实行了 严格的禁牧舍饲圈养后，使柠条的经济价值很难体现。为了使柠条的饲用价值得到 体现，可以对符合标准的柠条进行平茬作业，再进行后续加工，生产出的产品可以 添加到饲料中去。但是柠条难收割这个问题在农用机械制造领域已经成为共识，现 有的平茬机械切割效果差，柠条被切割后直接凌乱的散落在地里。这些机械的适应 性差，很多地方还是需要人工砍切收割。由于柠条茎秆木质化较高，而且茎秆上多 硬刺，人工砍割和收集都非常不容易，收割效率极低而且效果非常差。 为了解决这一难题，使柠条经济价值得到更好的体现，满足广大柠条种植地区 的要求，本文设计了一种柠条的联合收割机械。这款联合收割机采用 65 马力柴油 机，首先采用链式拨禾装置把柠条拨入收割台，采用了往复式切割器对柠条进行切 割，然后通过加持链条送入立式压扁输送辊系统进行压扁及输送，随后送入立式滚 筒切碎系统对柠条进行切碎，切碎的柠条最终掉入滚筒下的集料箱实现茎秆的收集， 实现了柠条的联合收割。 整个机构中，压扁输送辊和滚筒切碎装置本次设计的重点，两部分均采用立式 安装，使整体机构变的紧凑，节省了空间，与前面的往复式切割系统能够很好的配 合。此柠条联合收割机的设计为柠条的联合收割提出了新的方式，为后续的设计和 研究提供了一个较好的方向。 其主要特点：1.联合化程度高。 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 5 - 2.对收割后的柠条进行了粗加工，方便后续的加工处理。 关键词：柠条 联合收割机 压扁辊 滚筒切碎刀 Combine harvester of Korshinsk Peashrub Abstract Korshinsk Peashrub is one of the species of Leguminosae Caragana Fabr which is a king of perennial shrub, drought-resistant, cold-resistant, widely and dusty-resistant, strong vitality and Inverse-resistance. In view of the particular biological nature of Korshinsk Peashrub, it straightly grown in the west inner Mongolia, the northwest of Shanxi, Shaanxi and Gansu and it played an significant role of defending the breeze sand and keep water and soil, the total planting areas in the whole country is up to 66,666,600,000 hm2, , the planting area of Datong is already up to 200 thousand hm2,. Korshinsk Peashrub is rich in protain, in the time of anthesis, the fresh Korshinsk Peashrub contains 14% simple protein, 3.5% simple fat, 33.9% coarse fibre,31.3%nitrogen free eotrant,5.4% ash. Thus from this point, Korshinsk Peashrub is also a fine economic feed. Owning to the grown latitude of the Korshinsk Peashrub is at the area with bad ecosystem. After being carried out the Captive feeding ban, it is difficult to achieve the economic value. 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 6 - By way of incarnate the feeding value of Korshinsk Peashrub，we ping stubbles to the measured up and with the followed-up processing ,append into the feeding stuff finally, that Korshinsk Peashrub is difficult to reap has become a consensus in the manufacture of agriculture machinery zone. The existing mechanical cutting effect of ping stubble is poor and the cutting shrub falls under the earth directly. Those machines have bad adaptability and need to reap by manpower because of the Korshinsk Peashrub had high level of lignifications and much hard stem thorns, it is difficult to reap and collect by manpower .As a result the inefficient of harvesting and very poor effect. In order to solve this problem that make a better economic value of Korshinsk Peashrub, content the requirement of Korshinsk Peashrub planting areas, this paper project a machine of Korshinsk Peashrub Combined Harvester use 65-horsepower diesel engine and first use the chain collection conveyer device to push the Korshinsk Peashrub into the harvest; use the reciprocating cutter to cue the Korshinsk Peashrub; then through the chain conveyer into the vertical flatting and conveyer machine; send into the reciprocating tumbling-box cutting part to cut up the Korshinsk Peashrub; the cut Korshinsk Peashrub falls into the container box under the tumbling- box, eventually achieve the collection of the stem and combined-harvest. The flattened-sending roll and the cylinder cutter are installed in three- dimensional way which not only can make the whole contract well-knit but 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 7 - also can save the space; furthermore, it can be fully coordinated with the reciprocating cutting system. The designing of this Korshinsk Peashrub Combined Harvester not only promote a new way of combined-harvesting but also start a direction on the follow up study and research on the designing. Features: 1. The high degree of combination. 2. This machine has done the rough cut of the reaped Korshinsk Peashrub which is convenient for the follow up processing. Keywords: Korshinsk Peashrub Combin flattened roll cylinder cutter 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 8 - 1 绪论绪论 1.1 课题的提出和意义 柠条是豆科锦鸡儿属的一个种,多年生长灌木植物，柠条抗旱、抗寒、耐瘠 薄、耐风沙、具有极强的生命力和抗逆性。由于对沙地干旱自然环境条件的适 应结果，叶退化为刺。株高 13m，冠幅 1m 以上。轴根系，根长 45m。自然 生长状态下，寿命 10 年左右，如果平茬，寿命 20 年以上。柠条茎秆灰白色， 直径多 1020mm，木质坚硬紧实1。 鉴于柠条独特的生物特性，多年来它一直是内蒙古西部及山西西北部和陕 西、甘肃等防风固沙、防止水土流失的重要选用植物。全国柠条种植面积已达 到 666.66 万 hm2 ，仅山西大同市柠条种植面积达到 2 万 hm2 2。柠条含有丰 富的蛋白质，开花期鲜柠条干物质含粗蛋白 14%，粗脂肪 3.5%，粗纤维 39.3%，无氮浸出物 31.3%，粗灰分 5.4%。由此可见，柠条还是优良的经济饲料。 未实施禁牧前，种植柠条的经济效益主要以牲畜的自然采食来体现，采食率一 般在 20%30%之间。然而由于种植柠条的地区都是生态状况较差的地区，这类 地区实行了严格的禁牧舍饲圈养后，使柠条的经济价值很难体现。其中最关键 的问题就是柠条的机械化平茬收获技术没有得到根本解决。一方面，因为大部 分地区圈养牲畜的主要饲草青贮或压缩后的玉米秸秆，牲畜采食种类单一，营 养成分不全，导致肉奶品质部高，抗病能力下降，不少牲畜都处于亚健康状态； 另一方面，含有多种营养成分的柠条得不到利用。另外，根据柠条生长特性， 最好 34 年平茬一次，否则它的生长速度就会减慢甚至消失3。为解决这些问 题，给生态建设和舍饲圈养创造可持续发展的空间，当务之急是研制一种可实 现对柠条进行联合收割的机械。 1.2 国内外研究现状 现在国内外暂时还没有出现对柠条联合收割机成型机械的报道，现有的对 柠条进行收割的装置只有普通的割草机，还有适用于柠条的平茬机。普通的圆 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 9 - 盘锯齿式和甩刀式机具切割后，切口表面形成不光滑的所谓“毛口” ，不利于次 年发芽生长3。这些机械只能把柠条切割，并没有处理和收集装置，切割完以 后直接散落到地里，还需要人工进行收集。这些机械的适应性差，很多地方还 是需要人工砍切收割。由于柠条茎秆木质化较高，而且茎秆上多硬刺，人工砍 割和收集都非常不容易，收割效率极低而且效果非常差。 1.3 本文的研究内容及方法 根据国内外柠条联合收割机研究的发展现状，以及国内对柠条联合收割机 的需求，本文对柠条联合收割机的整体设计进行了研究，首先设计有效的拨禾 装置把柠条拨入收割台，采用了往复式切割器对柠条进行切割，随后送入立式 压扁输送辊系统进行压扁及输送，然后送入立式滚筒切割系统对柠条进行切碎， 最后切碎的柠条掉入集料箱实现茎秆的收集。本文着重对切割以后的工作部分 进行了研究。整机工作流程图见图 1-1。立式割台的立式压扁输送辊配置立式 滚刀属独特设计，其特点是立式压扁辊兼作滚刀的喂入辊，结构简单紧凑，问 题是秸秆喂入方向与滚刀轴线的垂直性如何，需要进行试验验证；优点是秸秆 在切碎后输送相对容易4 。 拨禾链往复式切割器 立式切割滚筒收集料斗 夹持输送链立式压扁输送辊 图 1-1 整机工作流程图 综上所述，我国柠条收割机的研制势在必行，尤其是既能对柠条进行收获， 又能对柠条进行切断和收集的联合收割机械的研制更有发展潜力和应用前景。 在分析了国内外有关研究现状之后，发现本文针对柠条所设计的立辊式压扁切 割系统还没有相关研究，所以有必要进行研究分析。设计中确定了立式滚刀切 碎装置，与立辊式压扁方式相配套，结构紧凑、切碎质量好，大大减轻了整个 割台部分的前伸量和重量5，为柠条收割后的茎秆切碎问题提供了解决方案。 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 10 - 2 技术任务书技术任务书(JR) 柠条是一种很难收割的防风固沙的植物，经常需要人工砍切收割，即使是 使用机械平茬，茎秆也是散落在地里，工作人员在回收的时候经常弄伤自己。 本设计主要目的是既能完成收割也要完成收集，在切割完成以后经过简单的碾 压，输送进切碎装置中，进行切碎粗加工，最后掉入集料箱中。 由于现在对柠条的力学研究还很少，所以本设计中有部分参数和计算公式 需要套用相似机械的经验数据或公式。本设计的关键问题是压扁输送辊的长度 设计、碾压输送速度、及压扁输送辊和滚筒式切碎装置的安装角度。若碾压输 送速度过快，则后面的切碎质量无法保证，速度过慢则会产生茎秆的堆积，两 种情况均对机器作业不利，最终确定输送线速度为，滚筒切割转速为sm/5 . 3 ，压扁输送辊与滚筒式切碎装置的安装角度定为与竖直面成。min/2100r 30 3 设计计算说明书设计计算说明书(SS) 3.1 传动方案的确定 传动方案的设计是本次设计的难点和重点，只有传动方案设计合理，才 能保证整体机构的运作，各个环节才能有效配合，高效率、高质量的实现柠条 的联合收割。 本次设计的柠条联合收割机传动部分的难点在于各部分所需转速不相同， 压扁输送辊对的转向相反，要实现相对运动，拨禾链组也要实现相对运动。 本文所设计的传动方案简图如图 2-1 所示： 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 11 - 1.往复式切割器 2.压扁输送辊-1 3.滚筒切碎器 4.压扁输送辊-2 5.拨禾链 图 2-1 柠条联合收割机传动简图 此柠条联合收割选取 65 马力柴油发动机，输出转速 2400r/min,经过一级 减速器减速，传入各个机构。两个压扁输送辊安装在同一平面内，形成一个压 扁输送辊对，为了方便表示，把后面的压扁输送辊-2 画到了侧面。 转速的传递是：柴油机输入的转速传入一级减速器后，首先不经过减速， 转速通过减速器主动轴直接传出，再通过一组皮带轮和锥齿传入滚筒切碎器； 从滚筒切碎器传出的转速通过一组二级皮带轮减速，传入压扁输送辊-1；主动 轴传出的转速通过一组直齿轮改变方向，经由一个锥齿轮组和一个二级皮带轮 减速传入压扁输送辊-2，这样就实现了压扁输送辊对的相对运动。同理，由减 速器从动轴传出的转速经过一系列的齿轮和皮带轮传动，可以实现拨禾链的相 对运动，往复式切割器则再通过一组曲柄摇杆机构，实现往复运动。 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 12 - 3.2 传动皮带轮的设计计算 3.2.1 减速箱主动轴传出的皮带轮组 小带轮转速 2400r/min，大带轮转速 2100r/min,。14 . 1 2100 2400 i （1）V 带型号的选择：V 带星号应根据计算功率和小带轮转速来选取， ca P 1 n 。计算功率是根据传递的功率，并考虑载荷的性质以及每天运转时间的长短P 等因素来确定的。 （1）PKP aca 式中：计算功率，； cs PkW 传递的额定功率，；PkW 工作情况系数。 A K 其中：=，=1.3，则计算出=。PkW 5 . 12 A K cs PkW25.16 （2）确定带轮的基准直径、：初选主动带轮的基准直径。根据 1d d 2d d 1d d V 带型号，选取为 B 型 140mm，则根据传动比算出=160mm。 1d d 2d d （3）确定中心距和带的基准长度：根据传动结构需要初定中心距。a d L 0 a （2）)(2)(7 . 0 21021dddd ddadd 则最小=210mm。 0 a 确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长： 0 a d L （3） 0 2 12 210 4 )( )( 2 2 a dd ddaL dd ddd 得出=891.48。根据选取和最相近的 V 带的基准长度，则 d L d L d L d L =900mm。再根据来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可以调整的， d L d L 故可采用下式做近似计算： 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 13 - （4） 2 0 dd LL aa 计算得最小中心距=214mma (4)验算主动轮上的包角： 1 （5） 120 3 . 57180 21 1 a dd dd 计算得=，符合要求。 1 120 6 . 174 （5）确定带的根数z （6） L ca KKPP P z )( 00 式中：包角系数，考虑包角不同时的影响系数； K 长度系数，考虑带的长度不同时的影响系数； L K 单根 V 带所能传递的功率，； 0 PkW 单根 V 带时的功率增量，。 0 P1ikW 计算得=4.75 根。z 3.2.2 滚筒到减速轴的皮带轮组 小带轮转速 2100r/min，传动比3.76，则大带轮转速为 558.5r/min。i （1）=2，根据公式（1）可得 =2.6。PkW cs PkW （2）确定带轮的基准直径、：初选主动带轮的基准直径。根据 1d d 2d d 1d d V 带型号，选取为 A 型 100mm，则根据传动比算出=376mm，根据标准带轮 1d d 2d d 直径，选择=375mm。 2d d （3）确定中心距和带的基准长度：根据传动结构需要初定中心距。a d L 0 a 根据式（2）计算可得=332.5mm。 0 a 确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长： 0 a d L 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 14 - 根据式（3）得=1467.6mm，根据选取和最相近的 V 带的基准长度 d L d L d L ，则=1600mm。再根据来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可 d L d L d L 以调整的，根据式（4）得最小中心距=399mm。a (4)验算主动轮上的包角：根据式（5）得：，符合要 1 1 120 5 . 140 求。 （5）确定带的根数：根据式（6）计算得：=根。zz22 . 1 3.2.3 减速轴到压扁输送辊的皮带轮组 小带轮转速 558.5r/min，传动比2.5，则大带轮转速为 233r/min。i （1）=2，根据公式（1）可得 =2.6。PkW cs PkW （2）确定带轮的基准直径、：初选主动带轮的基准直径。根据 1d d 2d d 1d d V 带型号，选取为 A 型 112mm，则根据传动比算出=280mm。 1d d 2d d （3）确定中心距和带的基准长度：根据传动结构需要初定中心距。a d L 0 a 根据式（2）计算可得=275mm。 0 a 确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长： 0 a d L 根据式（3）得=1191mm，根据选取和最相近的 V 带的基准长度 d L d L d L ，则=1250mm。再根据来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可 d L d L d L 以调整的，根据式（4）得最小中心距=305mm。a (4)验算主动轮上的包角：根据式（5）得：，符合要 1 1 120 4 . 148 求。 （5）确定带的根数：根据式（6）计算得：=根。zz39 . 2 3.2.4 减速器从动轴到拨禾链齿轮箱的带轮组 小带轮转速 533r/min，则大带轮转速为 192r/min，则传动比为2.5。i （1）=1.6，根据公式（1）可得 =2.08。PkW cs PkW （2）确定带轮的基准直径、：初选主动带轮的基准直径。根据 1d d 2d d 1d d 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 15 - V 带型号，选取为 A 型 100mm，则根据传动比算出=278mm，根据标准带轮 1d d 2d d 直径，选择=280mm。 2d d （3）确定中心距和带的基准长度：根据传动结构需要初定中心距。a d L 0 a 根据式（2）计算可得=266mm。 0 a 确定后，由带传动几何关系，按下式计算所需带的基准带长： 0 a d L 根据式（3）得=1159mm，根据选取和最相近的 V 带的基准长度 d L d L d L ，则=1250mm。再根据来计算实际中心距。由于 V 带传动的中心距是可 d L d L d L 以调整的，根据式（4）得最小中心距=312mm。a (4)验算主动轮上的包角：根据式（5）得：，符合要求。 1 1 120 9 . 146 （5）确定带的根数：根据式（6）计算得：=根。zz56 . 4 3.3 切割器的选择 切割器是收获机械的重要部件之一，它的功用是将田间的作物切断。目前， 已广泛使用和报道的切割器有：往复式、回转式、甩刀式、带式等。这方面的 研究国内外均有报道。基本情况是： 1.往复式切割器：往复式切割器由动刀片和定刀片组成，动刀片多数在刀 刃上面刻有齿纹，少数在下面刻有齿纹，防止禾株在从剪切口滑出，并有自磨 刃作用。在机器前进的同时，动刀片与定刀片组成割幅，定刀片与护刃器成为 切割时的两个固定支撑点，动刀片以一定的速度在两支撑点之间做往复切割。 往复式切割是目前国内外稻麦收割机上应用最广的一种切割器，现基本标准化。 其切割速度一般为1.52m/s作业速度低，一般不超过9km/h。这种切割器平均 切割速度较低，切割性能好，结构简单，工作可靠，广泛用于谷物收割机上。 它的缺点是往复愤性力大，割台振动和噪声大，存在重割和漏割，割茬不整齐。 2.回转式切割器： 回转式切割器主要用于收获牧草、 青饲料等粗茎秆作 物，少数谷物收获机上也使用这种切割器。回转式切割器切割速度高，一般是， 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 16 - 可适应1025km/h的高速作业，惯性力易平衡，震动较小，结构简单，但回转 半径小，不宜宽幅切割，割刀的寿命较短，维修费用高。 3.甩刀式切割器：甩刀式切割器多用于玉米青贮饲料收割机上，目前国内 外收割机上多采用甩刀式切割器。它由水平横轴、刀盘体、刀片和护罩等组成。 刀片铰接在水平横轴的刀盘上，在垂直平面(与前进方向平行)内回转。这种切 割器转速高，圆周速度达5070m/s，但割幅较窄，一般为0.82m。在割幅较 大的机器上，多采用多组并联结构，目前国内外最大的割幅为6m。 4.回转带式切割器：这种切割器将薄钢带加工成角钢状，一边为带体，连 接两端构成传动带，一边为刀体，刀体间有一定距离，刀体端开有刀齿，刀齿 为梯形。工炸时，在驱动带轮的带动下，带体在水平面内绕两带轮作回转运动 刀齿切割作物。可实现高速作业、高速切割及无支承切割，切割速度可高于 17m/s，作业速度可高于15km/h，无往复惯性力，割刀工作平稳，割台振动小， 工作平稳，割茬整齐，无撕裂、漏割和堵刀现象，适于收割小麦、水稻等细茎 秆作物和牧草。 5.齿形链式切割器：动刀右上部为切割段，呈梯形，根部为传动齿，同齿 形链节板，将其与标准齿形链节板铰接成一封闭的刀链，刀链在主动链轮的驱 动下，在上下水平导轨的引导下，在水平面内作高速回转运动，其紧边与护刃 器构成切割幅，对作物茎秆切割。 综上所述，根据柠条的生物学特性，从切割效果、结构复杂程度、动力配 置等多放面综合考虑，本设计选择了技术比较成熟的往复式割刀。 3.4 拨禾装置的设计 衡量作物收获质量好坏的一个最主要指标是损失率。由于收获流程的前后 顺序所致，割台损失率首当其冲。拨禾装置位于收割机的最前端，收获作物时， 它扶起并归拢作物，拨向切割器；在切割器切割作物时，前方扶持茎秆以防止 向前倾倒；最后把切断的作物及时推向压扁辊。 拨禾轮的结构简单、可靠，多用于大中型收割机上的联合收获机上。但是 由于柠条茎秆硬度高切有比较高的柔性，采用拨禾轮的效果不好，且拨禾轮一 般应用于卧式收割台的结构中，不适用于本设计的立式收割台。本设计最终采 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 17 - 用链式拨禾器，可有效的把柠条拨入切割装置。 3.5 夹持输送装置的设计 夹持输送装置是本机的重要部分，它影响着本机的结构、复杂程度和工作 可靠性。柠条植株由拨禾禾链强制拨入夹持链，在夹持同时，切割器把柠条植 株切断，被切断的植株在夹持链作用下向后输送直至喂入摘穗辊。 3.6 立辊式柠条压扁输送装置的设计 压扁输送装置是柠条前割台的核心，直接影响到整机的各项指标，如损失 率、切割达标率等。该装置能在压扁柠条茎秆的同时将茎秆强制喂入滚刀切碎， 使压扁辊与滚刀间茎秆输送通畅，不堵塞。其次，茎秆及茎节被碾压后对切碎 和提高饲料的品质起很好的作用5。 立辊式压扁输送装置的压扁辊两轴线所在平面与垂直面成前倾 2535 夹角，柠条植株由往复式割刀割断后经夹持链输送至压扁辊，通过立式压扁辊 压扁。植株在弧形挡禾板和加持的作用下与压扁辊轴线成 5070角。由于 螺旋线的提升作用，压扁后的植株基本与压扁辊成垂直角度向后输送进切碎滚 筒切碎。 3.6.1 压扁输送辊的整体设计 立式压扁输送辊上设有螺旋线凸棱，见图 3-1。柠条茎秆由切割器切断后 被输送链夹持输送至压扁辊，顶部首先进入两辊之间，随着压扁输送辊对的相 向旋转，茎秆以速度沿轴线上升，以速度向后输送，当输送到一定高度时， 2 v 1 v 茎秆仅依靠压扁辊对茎秆的推挤和惯性力作用向上移动，同时以速度 1快速向 v 后输送6。 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 18 - 图 3-1 压扁输送辊结构图 3.6.2 压扁输送辊的长度设计 压扁输送辊的长度既要满足不同长度茎秆的要求，又要满足沿辊长容纳茎 秆的株数。 设为满足最长茎秆高度的压扁输送辊长度。设茎秆以根部单株均匀喂入 L 压扁输送辊对中，初始喂入角，茎秆受压扁输送辊拉压力的作用沿径向后移， 0 受螺旋推动力的作用沿轴线方向上移，设径向速度，轴向速度 ，则 1 v 2 v ) 1 ( 60 1 Dn v （7） )1 ( 60 2 sn v （8） 式中：压扁输送辊螺旋凸棱的螺距；s 压扁输送辊直径；D 压扁输送辊转速；n 茎秆沿轴线移动的打滑率； 茎秆沿径向移动的打滑率。 经查阅资料=0.050.08；与压扁输送辊间隙、茎秆含水率、茎秆的直 径等因素有关，变化范围较大，经验值一般为 0.40.6。为避免茎秆堆积，压 扁输送辊的速度应较高一些，一般情况下，压扁辊主轴的转速应是机器前进速 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 19 - 度的三倍以上7。本设计中机器前进速度定为，所以8 . 0sm/ 。smn/4 . 238 . 0 茎秆沿自身方向输送的速度 cossin 21 vvvj （9） 设计要求，即，否则不能正常工作，则0 j vcossin 21 vvvj0 （10） 1 2 v v arctg 茎秆从进入位置到与压扁输送辊轴线垂直位置，角由初始喂入角变化 0 到，所以平均速度为 2 （11） dvvvj)cossin( 2 2 1 21 0 0 （12）)sin1 (cos 2 1 0201 0 vvvj 牵引茎秆从割茬根部至最高点的时间 ，茎秆从割茬根部至最高点的长度 。tl 则牵拉茎秆长度 所需的时间为l （13） )sin1 (cos ) 2 ( 0201 0 vv l v l t j （14） )sin1 (cos ) 2 ( 0201 02 2 vv lv tvL 设为满足沿压扁输送辊长度方向容纳茎秆株数的工作长度。机器行走世 L 间 内，收获玉米株数为t （15）tpvz m 式中：机器前进速度，； m vsm/ 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 20 - 单位长度（）内柠条株数，。pm米株/ 沿压扁输送辊工作长度，容纳的茎秆数位 L （16） d L kz 式中：茎秆的平均直径；d 压扁输送辊呢秸秆充满系数。k 设计时要求容纳的茎秆数大于收获的茎秆株数，即 zz （17） d L kptvm （18） k ptdv L m （19） )sin1 (cos ) 2 ( 0201 vkv pdlv L m 实际设计长度既要满足又要满足的要求，即。 L L , maxLLL 各参数取值范围为，=， 8， 0 50 70smvm/8 . 0米株/30p ，。mmd303 . 0k6 . 0 设计原则是压扁输送辊的工作长度在满足大于和的要求下，尽可能取 L L 小值，以使结构紧凑，一般取 400550。本设计最终选定辊长为 500。mmmm 3.6.3 压扁输送辊材料的选择 现在市面上的压扁辊有三种类型： 1.钢-钢压扁辊：两个压扁辊均由钢材料加工而成，优点是碾压力大，耐磨 损，适合碾压较硬的植物枝条；缺点是造价高，重量大，需要机器的动力大。 2.橡胶-橡胶压扁辊：两个压扁辊均为橡胶材料，优点是吸入性好，丢失率 率低，碾压力小，适用于柔软的牧草，在不破坏其形状的同时对其进行压扁处 理；缺点是磨损大，尤其是在对较硬植物枝条进行作业的时候，压扁辊的磨损 尤其严重，容易造成卡机。 3.钢-橡胶压扁辊：介于前两者之间的一种压扁辊。兼顾了吸入率和低损耗 的优点，但是对于硬度较高的植物枝条依然存在磨损较大的缺点。 结论：柠条枝条有较高的木化程度和柔韧性，对压扁装置的损耗很大，鉴 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 21 - 于这种生物学特性，以及三种类型的压扁辊的物理特性，综合考虑，本设计选 择采用钢-钢结构的压辊，兼顾了本设计需要碾压力大和损耗低要求。 综上所述，本章主要对立式割台的各个部件进行了方案的选择和设计，重 点对压扁输送辊进行了结构设计和数据计算。压扁输送是本章的难点，压扁输 送装置的可靠性决定了整体机械的稳定性，文中将这一问题作为重点和难点， 设计了立式压扁输送辊。这个设计不仅能归整切割下来的柠条，使其变的有序， 并对其进行压扁处理，而且能与后面设计的立式滚刀组成单元结构，使茎秆切 碎装置变得简单。 3.7 立式茎秆切碎装置的设计 立式茎秆切碎装置是本次设计的重点，立式茎秆切碎装置与立辊式压扁输 送装置配套实现柠条的收割和粗加工，结构简单，茎秆切碎效果好、功耗低， 能和割台配置紧凑。 现有的设备技术是立式辊配套盘刀或卧式滚刀切碎装置，它不但结构庞大， 甩刀则为无支撑切割，动力消耗也大。立式茎秆切碎装置安装在柠条压扁输送 辊的后方，并与机架相连，其驱动部件与收获动力系统相连，且与压扁输送辊 有速比约束。 3.7.1 滚筒式切碎刀的设计 滚筒式切碎刀最初设计为螺旋刃刀片，螺旋刃刀片功率消耗小、切碎平稳， 但制造工艺复杂，成本高。到 20 世纪 70 年代末，直刃斜装滚刀在我国得到迅 速推广9 。直刃斜装滚刀制造简单，但功耗较大且系统振动。后来出现的椭圆 刃口平板刀既功耗小，又制造方便、成本低，但须与抛送叶片连接，以达到机 械式气流输送的目的。本课题立式滚刀在设计时采用椭圆刃口的平板刀，既能 使在切割过程中实现滑切，又能使结构紧凑，易于在压扁输送辊后布置。 3.7.2 平板动刀刃口线的形成 平板刀刃口曲线是椭圆曲线的一部分，结构见图 3-1。图中是一平面与圆 柱轴线倾斜相截时形成的曲线就是椭圆刃口的曲线。 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 22 - 图 4-1 椭圆刃口的形成 图中有效高度，半径为。截平面与圆筒轴线之间夹角为，与圆筒上LR 端面截交于 A、B 两点，下端面截交于 C、D 两点。其截交点 A、B 的连线与圆心 距离为，与半径夹角为；截交点 C、D 的连线与圆心距离为，与 u HAO mu d H 半径夹角为；若圆筒按顺时针方向转动。则平板刀前面与圆柱表面的CO md 截交线 AC 是平板刀的椭圆刃口曲线。 设计中选圆筒长，直径，。mmL560mmD220mmHu52mmHd80 则有截平面的倾斜角 （20） 86 . 2 arctan L HH ud 椭圆长轴：；椭圆短轴：；焦距：mm D a 5 . 4405 sin 2 mmDb2202 ；离心率：。44002 22 bac19987 . 0 a c e 由此可知该椭圆极为扁平，圆筒上的全部椭圆刃口曲线有着较大的曲率半 径。现做如下讨论。 椭圆方程为（21） 22 xa a b y 则曲率为（22） 3/22 1 y y Kx 得（23） 22 xaa bx y 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 23 - （24） 3/222 )( xa ab y 故（25） 3/22224 4 )(baxa ba Kx 由图几何关系可得 （26） sin X H X 则（27） 8 . 1045 85 . 2 sin 52 A X （28）66.1608 85 . 2 sin 80 C X 由以上各点数据，还可通过解出的一阶、二阶导数，求出曲率半径和曲Y 率中心，对此曲线段定量分析。从这些数据和图形可以看出刀刃虽在椭)(、 圆曲线段的曲率半径从到，由小变大，对应的曲线之平O O86.562 AC XX 均曲率半径，可见刀刃线趋向平直。13485R 3.7.3 刀片安装前倾角的确定 平板刀刀刃 AB 的运动轨迹为圆柱面。刃口曲线是圆柱被平面所切的椭圆曲 线的一段，其结构参数如图 4-2 所示。从图中可得到所切椭圆曲线方程为： （29）1 )sin/( 2 2 2 2 R Z R X oo 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 24 - 图 4-2 平板刀在滚筒体上的结构参数 平板刀结构参数间的关系可用下式表示： （30）sinRZtg 式中：刀刃上 A 点的坐标值；Z 扭转角，平板刀刀面所在平面与滚筒中心线的夹角； 切碎滚筒刀刃轨迹半径；R 平板刀刀刃上 A 点的安装前倾角。 从理论分析中可知：当刀刃为弧形刃口时，这样的刀刃线回转起来是一个 圆柱面。因此，平板刀式滚筒切碎器的动刀是平板刀，定刀是平直刃刀的情况 下，定刀安装位置正常而不倾斜，这样可获得一定的滑切角，切割回转角也较 大，故切碎器的性能较好。 实验表明，角越大，其切碎性能越好，但抛送性能越差。因此在设计中， 角选取应在保证可靠抛送切碎物的前提下，尽量大一些。本设计中采用 。10 57 60 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 25 - 3.7.4 扭转角的确定 扭转角即刀片刃线相对于回转轴线的转角，与滚筒长度或直径有关。由 于受平板刀切碎滚筒的结构限制，一般取扭转角=。11本设计取值为 4 7 。 7 3.7.5 平板刀尺寸设计 平板刀结构尺寸如图 4-3 所示。 图 4-3 平板刀结构尺寸 平板刀刃角一般都较小，常取，考虑到刀刃的强度，我们取 21 25 。 25 为保证切割的平稳性，连续性，使每把刀的切割阻力矩小，我们采用多把 动刀。单边刀数把，双边攻击 把，呈八字形排列。如图。每把刀片长取48 ，材料选择 50CrA,刃口淬火硬度为 5560HRC。mm300100 3.7.6 茎秆切碎长度的计算 为了满足储存和加工的要求，应规定茎秆切碎的长度。技术要求小于 。mm30 茎秆理论切碎长度 ：l 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 26 - （31） 4 10 6 )1 ( zn v l zi d l或 式中： 滚刀与压扁输送辊的传动比；i 压扁输送辊直径；d 动刀片数量；z 茎秆对压扁输送辊的打滑率； 滚刀转速；n 茎秆喂入速度。v 由上式可知，改变压扁输送辊与滚刀的传动比 或刀片数量，可以改变茎iz 秆的切碎长度。经过查阅相关资料35，设计中应用参数，压扁输送辊喂入 速度，滚刀转速，动刀片数量 ，理论切碎长度。sm/5 . 3min/2100r8mm25 这部分章节主要介绍了立式茎秆切碎装置的研制过程，设计中采用了先进的 滚刀式圆筒切碎器。该切碎装置由固定安装的定刀片组和与其配套切割的滚刀 组成，采用立式安装，与立式压扁输送辊相配置。滚刀采用椭圆刃口的平板刀， 本章详细分析了椭圆刃口的形成和刀刃的几何角度，指出椭圆刃口平板刀既有 功耗小、制造方便、成本低的特点，又有其自身难以克服的缺点。这种方案的 提出为柠条茎秆提供了新的切碎方法。 3.8 收集料斗的设计 集料箱安装在滚筒切碎刀下方，可活动拆卸，能从机器后部人工取出，方 便物料的卸出。 由于本设计滚筒切碎装置为倾斜竖直面安装，所以首先需要在滚筒外 30 延安装适当的挡板，使物料下落方向改变，便于收集。设计集料箱时，可根据 整机内部空间确定各项数据。集料箱材料为普通铁皮，形状设计上选择性大， 在作业过程中，尽可能的提高集料箱的容积，可提高作业效率。 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 27 - 4 使用说明书使用说明书(SM) （1）使用前应检查减速器中冷却系统是否能正常工作。 （2）注意每个齿轮箱中轴承的润滑，没润滑油时及时添加。 （3）检查每个传动皮带轮的松紧，太松容易脱离，太紧容易断裂。 （4）检查往复式割刀是否在轨道，如果不在，立马停止运行。 （5）在使用中经常检查传动系统的工作状态，注意各紧固机件是否松动， 如果松动立刻停止运行。 （6）当工作一定时间后，应当检查拨禾链上是否有割下来的杂物，及时清 理，否则影响切割。 （7）收料箱满后及时处理，以免影响正常工作。 （8）在收割作业时，机器应尽量走直线，保持匀速作业，根据负荷的状况 调节好油门，避免因负荷大小变化突然增、减速，更不能突然拐弯，以免影响 作业质量。 （9）联合收割机在日常工作中，要定期进行润滑保养，检查各部件的技术 状态。对工作负荷大、转速高、振动大的部件要重点检查保养。当某一部件出 现损坏时应及时更换，切不可将就使用，这样做不仅可延长机器的使用寿命， 还可减少事故发生，降低作业成本和提高工作效率。 （10）联合收割机在投入正常作业之前，应根据作物的状况，对机器割茬 高度、作业速度等作业性能进行调整。 （11）联合收割机的使用具有季节性，一般存放时间较长，所以出车前应 注意检查机器的各部件是否完好；离合器、制动踏板自由行程是否适当；螺栓、 螺母是否松动等，以确保机器的技术状态良好。还要检查随车备件，如刀片、 皮带等易损配件是否配备；常用工具及相关证件是否齐全等。 5 标准化审核报告（标准化审核报告（BS） 5.1 产品图样的审查 柠条联合收割机的传动装置和刀具设计已经基本完成，现以具备全套图纸 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 28 - 和一线基本数据，根据有关规定，对其进行标注化审查，结果如下： （1） 产品的图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合 GB4440- 84、GB-83机械制图的规定。 （2） 产品图样公差与配合的选择与标准符合 GB/T1800、3-1998 的规定。 （3） 产品图样的编号符合 JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业 标准产品图样及设计的完整性。 （4） 图纸的标题栏与明细栏符合 GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989 的规定。 （5） 产品图样粗糙度的标注符合 GB131-83表面特征代号及注法的规 定。 （6） 产品图样焊缝的代号符合 GB324-80焊缝代号的规定。 5.2 产品技术文件的审查 （1） 产品的技术文件名称、术语符合 ZB/TJ01 和 0351-90产品图样及 设计文件术语及有关标准的规定。 （2） 量和单位符合 GB3100GB3102-93 的规定。 （3）技术文件所用的编码符合 JB/T8823-1998机械工业企业计算机辅助 管理信息分类编码导则的规定。 （4）技术文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000产品图样及技术文件完整 性的规定及农机部门的有关具体要求。 5.3 标准件的使用情况 本设计所用的紧固件均采用标准的螺栓，材料及材料代号也符合国家标准 和部颁标准的相关规定。 5.4 审查结论 经过对剪草机装置和传动设计的标准化审查，认为该设计基本贯彻了国家 最新颁发的各种标准，图纸和设计文件完整齐全，符合标准化得要求。 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 29 - 结论结论 设计这款柠条联合收割机，可以对柠条进行收割，并且完成柠条茎秆的粗 加工和收集，可以满足广大柠条种植地区对柠条收割的要求，便于后续的加工 处理。但是设计中的经验数据采用类似机械的数值，对于柠条这种特殊的固沙 植物来说，必然有不适合之处，比如输送压扁辊与滚筒切碎装置间的距离、植 株的喂入角度、滚筒切碎筒转速与喂入速度的关系等，这些数据的确定都需要 大量的针对柠条的试验数据，才能进行调整优化，从而使得本设计成为进行后 续试验研究的基础和方向。相信此款柠条联合收割机经过完善后，会成为柠条 联合收割的优秀机械。 张晓舟：柠条联合收割机压扁及切碎装置的设计 - 30 - 参考文献参考文献 1刘晶,魏绍成,李世钢.柠条饲料生产的开发J.草业科学,2003,20(6):32 2孙毅斌.柠条生物特性分析与产业化途径研究M. 3杨志宏.柠条机械化平茬收获的特点和难点J.农村牧区机械化,2005,第一期,总第 62 期:27 4胡丽娟,张道林.自走式穂茎兼收型玉米联合收获机总体设计C.2002,6 5赵洪光.立辊式玉米摘穗茎秆切碎装置的研制C.2005,6 6高光明,韩吉水,赵吉辉等.4YQ-2A 型玉米收获青贮机的研制J.农机与食品机械, 1999,4:23-25 7卡那沃依斯基波兰CZ.收获机械M.中国农业出版社,1983,10. 8刘国谦,张俊宝,刘东庆.柠条的开发利用及草粉加工饲喂技术J.草业科学,2003,7:29 9袁守善等. 组合式玉米收获机的研究C.第五届全国谷物联合收割机技术发展及市场动 态研讨会论文,1998. 10王宏立,王文春,杨天维,张吉军,董晓威.青饲机平板刀式滚筒切碎器的设计研究J.黑 龙江八一农垦大学学报,2004,16(5):(16-18) 11赵清华,车刚,万霖,李玉清,杨凯.新型青贮饲料收获机滚筒切碎器的设计与试验研究J. 黑龙江八一农垦大学学报,2006,18(6):(44-45) 12张兰星,何月娥主编.谷物收割机械理论与计算M.吉林人民出版社,1980. 13王万钧.农业机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1988. 14张祖立.机械设计M.北京:中国农业出版社,2004. 15吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006. 山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书 - 31 - 致谢致谢 通过这次毕业设计，结合工作中的实际生产情况，所获得的收获是远远超出 平常的。毕业设计是在我们学完教学大纲要求的基础课及专业课这后进行的。 这是我们对所学课程的一次总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，这 在我们大学生活中占有重要地位。 就我个人而言，我希望通过学习这次毕业设计对自己现在从事的工作进行 一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题的能力，为今后的工作打下良好的理 论基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 最后衷心感谢大学四年来所有教过我的各位老师，对我几年来的辛勤教育 和热情帮助，让我在充实自