机械设计说明书—芹菜收获机的设计

芹菜收获机的设计摘 要随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用，农业机器将成为农业生产的主力军。该文在分析芹菜收获机工作特点的基础上，从芹菜的采摘、转运、装箱等方面进行分析。其中主要对扶茎机构、切削刀、输送机构和装箱机构做了详细的说明。该芹菜收获机适用于家用收割芹菜，结构简单、制造成本低。该芹菜收获机的扶茎机构采用喇叭口式结构，切削刀采用固定式切削刀，本文主要介绍了扶茎机构采用喇叭口式结构的设计过程，对它可能出现的松动做了相应的防松措施。对于切削过程中刀具可能出现的状况做了相应的分析。还对其各零件的结构和选材做了详细的分析。整个结构简单、可操作性强、安全可靠。关键词：芹菜；收获机；固定式切削刀AbstractWith the new model of agricultural production and new technology development and application of agricultural machinery will become a major force in agricultural production. In this paper, the analysis of the characteristics of celery harvesting machine work on the basis of the picking from the celery, transit, packaging, etc. for analysis. The main body of the cutting knife and transporting mechanism part of a detailed description. The celery harvesting machine for celery harvest home, simple structure, low manufacturing costs. The celery harvesting machine parts Bellbottom type structure, the use of fixed cutting knife cutting knife, the paper introduces the body Wedge Lock design process, it may be loosened so the corresponding relaxation. Tool for cutting the course of the situation that may arise to do the corresponding analysis. Also parts of its structure and material to do a detailed analysis. The entire structure is simple, feasible, safe and reliable.Keywords: Celery；Harvesting machine；Fixed cutting knife目 录摘要.IABSTRACT.II1 绪论.12 芹菜收获机总体方案设计.22.1芹菜收获机的工作过程2.2拖拉机的选择2.3传动机构的皮带设计3 收获机切削机构的设计.243.1切削刀的分析.243.1.1切削刀的切削情况.243.1.2切削刀的选用.243.2切削机构零部件的设计.243.2.1刀片的设计.243.2.2压刀板和刀杆的设计.253.2.3刀架的设计.26四 收获机扶茎机构主要零部件设计.64.1收获机扶茎机构简介.24.2机架的设计.64.2.1机架外形.64.2.2计算部分.64.2.3机架结构的确定.74.3平带带轮的设计.74.3.1尺寸和形状的确定.74.3.2主动带轮轴的设计.84.3.3端盖的设计.104.3.4支撑导论的设计.104.3平带的选择.11五 收获机输送机构的设计.125.1收获机输送机构简介.45.2输送机构的组成.125.3输送机构速度的确定.125.4输送机构主要零部件设计.135.4.1张紧装置的设计.135.4.2输送带的选择.155.4.3滚筒的设计.165.4.4支撑轴的设计.175.4.5其他零部件的设计.20六 收获机装箱机构的设计6.1装箱机构的简介6.2 装箱机构的设计6.2.1装箱框的设计6.2.2 装箱平台的设计6.3 收获机总体方案三维图七 结论与展望.287.1结论.287.2问题与展望.28设计心得.III参考文献.IV致谢.V外文翻译.VI宁夏大学新华学院2012届毕业设计1 绪 论在芹菜的收获过程中，收获作业占整个作业量的40%。收获作业质量的好坏直接影响到蔬菜的储存、加工和销售，从而影响市场价格和经济效益。由于收获作业的复杂性，收获作业的机械化程度还很低。叶菜收获属于一类劳动密集型工作，在很多国家，由于劳动力的高龄化，人力资源越来越缺乏，劳动力不仅成本高，而且还不容易得到，而人工收获的成本在芹菜的整个生产成本中所占的比例高达33%50%。因此实现芹菜收获的机械化变得越来越迫切。我国芹菜的种植以小农户居多，分布广而分散。因此设计芹菜收获机时，须考虑以下几个问题：1农民一般不具备太多的专业知识，因此收获机必须结构简单、操作性好、可靠性高、并且价格合理。2由于芹菜茎很脆嫩，在装运过程中，很难避免外力的碰撞、挤压而出现伤口。出现机械损伤不但影响商品价值，而且易腐烂变质。因此合理地设计收获机的作业过程至关重要。本设计对扶茎机构、切削机构、输送机构和装箱机构的工作原理做了详细的分析。从它的各零件的设计过程到总体结构的设计都有详细的说明，且对它在工作中的各种环境、安全性、做出了预判。其中防松机构就是保证锁紧机构的工作可靠性而特意做出的安全防护装置，它能很好的弥补由制造、安装带来的误差，从而很好的使锁紧机构与提升机构保持良好接触。同时对锁紧机构和切削机构的其它零部件也作出相应的分析。2 芹菜收获机总体方案设计本次设计的芹菜收获机的工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作（8小时/天）。运输速度允许误差为。该装置工作时最下端与地面处于同一平面。2.1芹菜收获机的工作过程 芹菜收获机的工作过程为：在拖拉机的惯性力的作用下，扶茎机构将芹菜扶正，切削刀将芹菜切断，然后芹菜直接落到输送机构上，输送机构通过拖拉机传递的动力将芹菜运输到装箱机构，如图2-1所示。图2.1 芹菜收获机总体方案示意图2.2拖拉机的选择无论是拖拉机，还是作业机械，都是农业生产的一个工具。它相当于过去的牛马和旧式农具，人们希望这些机具也能像牛马和旧式农具那样，随时可以驱使。使用起来不方便的机械，机械制造得再好也是没有用的。在农业机械当中，拖拉机的选择是至关重要的，它的价格比较贵，一但选择上出现问题，不仅发挥不了它的作用，还会蒙受重大的经济损失。在选择之前，为了慎重起见，最好是制定一个经营计划和拖拉机运用的方案，据此来选择，就不会出现大错。选择拖拉机应注意的事项如下：应选择适用的拖拉机。要明确你买拖拉机的目的是搞运输，还是完成农田作业；农田作业是为旱田使用，还是水田使用；田间作业是为了完成耕田、整地，还是各项作业均要使用；旱田作业的栽培作物是什么等等。这就需要你根据经营计划和使用方案，进行细致的选择。仅仅是为了搞运输，建议您还是买一台农用运输车，它的结构适于运输，速度也快，如仅仅为完成耕翻、整地作业，要选择标准型拖拉机。为完成一系列的农田作业。要选择通用型拖拉机。应选择配套农具较多的拖拉机。配套农具多，表示能够完成的作业项目多。将来拖拉机的作用就能够充分发挥。 综上所述，本次设计的拖拉机选择为18马力的小型农用拖拉机XT-180，拖拉机的基本参数如下： 额定功率：13.2kW外型尺寸（mm)：25001210（宽）/1070（窄）1285轴距（mm）：1450轮距前/后（mm）：宽型950/985、窄型820/850最小离地间隙（mm）：305最小转弯半径（mm）：3.9转速：2200r/min标定牵引力（kN）：3.7启动方式：电启动1发动机均为立式、水冷、柴油、四冲程，分电启动和手摇启动方式，单缸和双缸；2.无架式，全齿轮直接传动；3.符合国际标准的动力输出轴；4.齿轮泵液压提升系统，提升力符合国际标准；5.整机结构紧凑，美观实用；耗能低，功效高，牵引力大，爬坡力强。拖拉机实物图如图2.2所示：图2.2 拖拉机实物图3 芹菜收获机切割机构设计3.1切削刀的分析3.1.1 切削刀的切削情况通过到附近菜市场对芹菜的认真调查发现，芹菜的直径约为50mm,芹菜高约为400mm,每棵芹菜一般有6片左右的分支。芹菜与地面紧密的连在一起，要想将它分离，就应当将其根部切断，然后通过运输机构运到所需的位置上去。当然也可以直接从地里拔取出来，但考虑到从地里拔取出来的拔取力过大，拔取的时候可能会对芹菜的部分部位造成损害，且拔取后的根部带有大量泥土，将会污染运输机构和芹菜本身。所以选择边切断边运输的方式。刀片贴近着地面以0.75m/s的速度向待切割的芹菜运动过去。通过拖拉机行走时的惯性将芹菜切断。3.1.2 切削刀的选用切削刀主要有旋转切割刀和固定式切割刀两种。活动式的切割刀虽然切削效率比较高，但它结构太复杂成本太高不适合用于小型的收获机械上。其中固定式的切削刀一般分为斜切刀和弧型切刀两种如图31所示：其中A为斜切刀B为弧型切刀，A虽然结构比较简单，加工相对简单，但它的刚度没有B好，容易产生翘曲。所以决定选择B弧型切刀。图 3-13.2 切削机构零件的设计3.2.1 刀片的设计（1）刀片的作用因为刀片是固定在提升机构上的，自身没有切削速度，只能靠拖拉机提供一个切削速度。这就要求刀片相对锋利，且具有一定的强度。根据资料表明新鲜芹菜的切削力为100N。芹菜在切削时不会像金属切削时产生大量的热，所以不用考虑到切削热对刀体的影响。刀片的形状如图3-1所示：芹菜是种植在一条直线上刀片的直径只要大于单棵芹菜的直径就可以了，通过到附近菜市场调查得知芹菜的直径约为50mm,芹菜高约为400mm,为了保证刀片能切到每棵芹，刀片的直径这里取150mm。刀片锋利就要求刀片薄一点刀片强度高就要求刀片厚一点综合一下，这里取刀片的厚度为5mm 。（2）刀片的选材刀片在切割过程中为不连续的切割，刀片要受到一个较大的冲击，可以选择综合机械性能较好的中碳钢，又考虑到刀片与地面离的很近时常会发生摩擦，因此希望它有一定的耐磨，这里本机构采用40Gr，且表面要经过热处理使它的硬度为HRC5560。图3-23.2.2 刀架的设计芹菜收获机的刀架的主要功能是安装固定刀片，固定连接在机架上，调节刀片距离地面的高度。为了不能挡住芹菜切割和输送的路线，刀架设计成U型，采用横截面为矩形的结构钢（见图3-3）焊接在一起形成。具体尺寸见零件二维图：刀架.dwg。图3-34 输送机构的设计4.1收获机输送机构简介本设计选用简单带式输送机为计算实例。该带式输送机构的结构特征和工作原理是：输送带既是承载货物的构件，又是传递牵引力的牵引构件，依靠输送带与滚筒之间的摩擦力平稳地进行驱动。 如图4-1所示为收获机带式输送机构简图，输送带绕过驱动滚筒和张紧滚筒。工作时，由内燃机通过带轮装置使驱动滚筒转动，依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力使输送带运动，芹菜随输送带运送到卸载点。为了减轻对输送带的磨损、提高生产率和便于布置装、卸载装置，输送带的布置形式为水平输送。图4-1 芹菜收获机输送机构示意图4.2输送机构的组成 带式输送机又称胶带输送机，现场俗称“皮带”，是常见的连续运输设备，使用尤为广泛。带式输送机构的主要部件包括输送带、驱动装置、托辊、滚筒、机架、张紧装置等等。设计带式输送机构时，首先应确定原始的计算数据，如输送机的计算生产率，输送机的输送线路图，输送机的工作制，被运输物料的物理机械性能以及输送机的安装特征和工作条件，给料和卸料方式等等；而在设计选型计算中需要合理选择相关参数，如带宽、带速、驱动滚筒围包角，部件的运行阻力系数等，使其接近实际运行状态值，以提高带式输送机的综合技术及经济效益。图4-2 输送机构简图 由以上对芹菜收获机的分析，对于这种力求小型化和简单化的收获机，设计其输送机构组成如图4-2所示。 根据图4-2该输送机构的工作原理可简述为：绕在拖拉机上V带为输送机构提供动力源，驱动滚筒旋转后，输送带与驱动滚筒在摩擦力的作用下水平运动。从而将芹菜由驱动滚筒处运输到张紧滚筒处，芹菜在输送带与张紧滚筒的切点处脱离输送带落到装箱框中。为防止输送带松驰，特在张紧滚筒处设置了张紧装置，主要由螺杆和滑架组成，其原理在以下的章节中有详细的介绍。4.3输送机构速度的确定令芹菜脱离输送带处离装箱框的垂直距离为h，水平距离为s，输送带的速度为,芹菜下落的时间为，下落的速度为V则有：h= （4.1）s= （4.2） （4.3）h可以通过调节输送机构的高度及装箱框的高度进行调节，范围在1000mm以内。芹菜下落的速度V越小越好（即s要尽量小）以防速度太大造成芹菜与打包框的冲击,损坏芹菜。4.4主要零部件的设计 4.4.1张紧装置的设计 1、张紧装置的概述 由于带式输送机构是靠输送带与驱动滚筒的摩擦来传递牵引力的，因此，在各个参数都确定的情况下，就可根据输送带运行中对张力的要求来设计张紧装置，包括张紧装置的形式、安装位置、张力调节范围及特点等等。 张紧装置作为带式输送机构必不可少的重要组成部分，它的性能好坏直接影响带式输送机构的性能。在带式输送机构系统中，张紧装置的主要作用有以下几点：（1）保证输送带在驱动滚筒分离点有适当的张力以防止输送带打滑（2）保证输送带周长上各点具有必要的张力以满足悬垂度要求 （3）启动等非稳定工况下张力的调节（4）补偿输送带的弹性伸长和塑性变形（5）为输送带重新接头提供必要的行程 张紧装置按结构型式可分固定式、重锤式和自动式三种，无论选择何种张紧装置，都应考虑以下几点：（1）张紧装置尽量安装在靠近传动滚筒的空载分支上，以利于起动时不产生打滑现象，对运输距离较短的输送机可布置在机尾部，并将机尾部的改向滚筒作为张紧滚筒；（2）张紧装置应尽可能布置在输送带张力最小处，这样可减小张紧力；（3）应尽可能使输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，且施加的张紧力要通过滚筒中心。选择适用的张紧装置并确定合理的安装位置，是保证输送机起动和正常运转时输送带在驱动滚筒上不打滑的必要条件。张紧装置的安装位置虽然可以任意选择，但所选位置不同对输送机系统的影响变化很大。一般情况下，张紧装置安装位置的选择必须考虑以下几点：（1）张紧装置要尽可能布置在输送带张力最小处；（2）长度在30m以上的水平或坡度在5%以下的倾斜带式输送机，张紧装置应设在紧靠驱动滚筒的空载侧。如果安装位置离驱动滚筒较远，可在驱动滚筒空载侧增设重锤，以抵消加速度和减速度的影响；（3）距离较短的输送机和坡度在5%以上的上倾输送机，张紧装置多半布置在输送机尾部，并用尾部滚筒作为张紧滚筒；（4）不论哪一种张紧装置都必须布置成张紧滚筒绕入和绕出的输送带分支与张紧滚筒位移线平行，而且施加的张紧力要通过滚筒中心。 2、张紧方案的确定在实际应用中，首先要根据带式输送机的工作状况合理计算牵引力，然后根据具体情况来选择张紧装置及其安装位置。一般来说，对于短距离的带式输送机，可采用结构简单，周期调整张力的固定式张紧装置。根据输送机系统对张力的要求和输送机的型式选择了张紧装置后，还要考虑张紧装置的安装位置和安装空间。由于本设计中的输送机构的输送距离为1200mm。属于短距离，小运量的带式输送机，张力要求小，所以选择机头驱动下运输送带，采用螺旋式张紧，张紧装置设在机尾。螺旋张紧如图4-3所示，螺旋张紧系统中，张紧滚筒的轴承安装在活动架上，活动架可在导轨上滑动，当旋转螺杆时使活动架上的螺母跟活动架一起前进和后退，达到张紧和放松的目的。其特点是结构简单，但张紧行程太小，只适用于短距离的输送机，一般机长小于80m时才选用。螺旋张紧的缺点是：输送带经过一段时间使用后，由于塑性变形而伸长，如不及时调整，输送带张紧力会减小，输送带会变松而引起输送带打滑。另外，由于负载经常发生变化，输送带受负载冲击，致使张紧滚筒的固定螺栓松动，螺杆后退，由此造成输送带松驰而导致输送带打滑。还有螺杆生锈后，导致输送带伸长后不能用拧紧螺杆的方法来张紧。 3、张紧装置的工作过程 该螺旋式张紧装置的工作过程简述为：利用人力旋转螺杆，使得支撑板及装在其上的张紧滚筒可沿机架纵向移动，以调节输送带的张力。如图4-3所示图4-3 张紧装置针对螺旋张紧的缺点，主要采取了以下措施：（1）在滚筒表面粘贴了橡胶层，加大摩擦系数，防止打滑；（2）螺杆与支撑板采用小间隙配合，螺杆不容易后退；（3）设计的滑架也可在机架上移动，螺杆生锈时，可通过移动滑架来调整张紧力。4.3.2输送带的选择输送带用来传递牵引力和承放被运货物，因此要求它强度高、抗磨耐用、伸长率小和便于安装修理。带式输送机使用的输送带有橡胶带、塑料带、钢带、金属网带等，最常用的是橡胶带。输送带的张力由帯芯胶布衬垫层承受，带的强度决定于带的宽度和帯芯衬垫层数。同时，为使输送带有足够的横向刚度，防止它在支撑托辊之间向两侧过分塌下。应根据带宽选用一定的衬垫层数，见表4-1，并按下式作输送带的强度验算： （4.4）式中 ：分别为输送带实际传递的和允许传递的最大张力（N); 输送带宽度，cm； Z衬垫层数； 普通分层帆布带的抗拉强度，N/层cm； n安全系数，硫化接头为8-10，机械接头为10-12，衬垫层数多时取上限。表4-1 橡胶带荐用衬层数带宽（mm)50065080010001200衬层Z（层）3-44-54-65-86-12由于该收获机运输芹菜时，芹菜是横放的，芹菜的长度大约为400mm，因此选用输送带的宽度为500mm，衬层数Z为3并采用机械接头。普通橡胶带具有成槽性好，伸长率较小，对驱动滚筒的摩擦系数较大的优点，强度和允许带速适用于一般通用带式输送机，故选用常用的橡胶带就能满足要求。通过查相关资料选择棉帆布芯输送带，型号为CC-56。此外输送带的输送距离只有1200mm，支撑托辊间距一般为1300mm，所以该装置也就没必要安装托辊。由以上参数及公式计算出，并与（第4节已算出）进行比较： （4.5）即输送带强度足够。4.3.3滚筒的设计驱动滚筒是带式输送机传递的主要部件，借助滚筒表面与输送带间的摩擦使输送带运行。驱动滚筒可分为光面与胶面两种，胶面滚筒摩擦系数较大。在功率不大、环境湿度小的情况下采用光面滚筒；当环境潮湿、功率又大、容易打滑时应采用胶面滚筒。该输送装置的功率较小，但田地比较潮湿，故此处采用胶面滚筒。输送带绕过滚筒时，因发生弯曲引起疲劳损坏。因此驱动滚筒直径不能太小，一般要求滚筒直径（mm）应大于输送带衬层数的80-125倍。另外，滚筒直径应按标准选用（如100、150、250、350等）。该收获机适用于家用，且滚筒转速不高，因此选取滚筒直径250mm。为了减少滚筒的重量，将滚筒设计成管壁为5mm，滚筒两端面参照轮辐式带轮的结构设计原则。输送带的宽度为500mm，据此将滚筒的径向尺寸设为250mm。滚筒是通过滚筒上的V带带动的，故在滚筒上需加工轮槽,下面对皮带进行详细设计。4.3.4传动机构的皮带设计该传动机构是通过拖拉机的大带轮带动输送机构上的小带轮转动。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，带传动又可以分为平带传动、圆带传动和V带传动，由于V带传动允许的传动比大，结构紧凑，所以V带传动得到了广泛的应用。本次的设计选用V带传动。拖拉机的额定功率P=13.2kW，转速=2200r/min，小带轮的转速=733 r/min。因为传动比大会减小带轮的包角，当带轮的包角减小到一定程度时，带传动就会打滑，从而无法传递规定的功率。因此，带传动的传动比一般为i7,本次设计的i=3 ，该芹菜收获机每天工作8小时。(一) 确定计算功率计算功率是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的式中：计算功率(Kw)； 工况系数，取=1.1。见文献3表8-7； P 传递的额定功率。 将已知数据代入公式可得： = 1.113.2=14.52 kW(二) 选择V带的的带型 根据计算功率Pca和小带轮的转速，从文献3中图8-11选取B型带。(三) 确定带轮的基准直径并验算带速v 1)查文献3 表8-6和8-8， 初选小带轮直径=125mm 2)验算带速：根据式 v = =m/s =14.4m/s 故符合条件，所以= 125 mm(四) 计算大带轮的基准直径 根据表8-8， 圆整取mm(五) 确定中心距a及V带的基准长度Ld1)根据带传动总体尺寸的限制条件或要求，结合公式初定中心距0.7() 2()将数据代入得：,367.5 mm 1050mm，为减小安装尺寸，初选中心距= 700mm2)计算相应的带长，将数据代入得： 2251.25mm查文献3 表8-2，取带的基准长度Ld = 2240mm3)计算中心距a及其变动范围传动的实际中心距近似为 a +()/2 690mm(六) 验算小带轮上的包角 由公式 157.16 90故符合条件。(七) 确定带的根数为计算功率(已求得为14.52kW)；为单根皮带的额定功率；为单根皮带的基本额定功率，由=125和=2200r/min,查表8-4a得 kW为单根皮带的增量功率，由B带型,i=3, =2200r/min,查表8-4b得 = 0.7kWKa为包角修正系数，查表8-5并计算取包角系数为0.93为带长修正系数，查表8-2取V带带长修正系数为1.00将各数据代入公式求得： =4.5圆整后取Z=5(八)带轮的结构设计带轮的材料： 带轮常用的带轮材料为灰铸铁。当带速v25m/s，采用HT150；带速v=2530m/s时采用HT200；当转速较高时可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。此外，传递小功率时可以采用铸铝或塑料。本次设计v=14.4m/s,所以V带轮材料采用HT150。带轮的结构形式：V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。根据轮辐的不同，V带轮可以分为实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径 2.5d (d为安装带轮的轴的直径，mm)时，可采用实心式； 当300mm时，可采用腹板式；当300mm时，同时- 100mm时，可采用孔板式；当300mm时，可采用轮辐式。所以小带轮采用实心式，大带轮采用孔板式。4.3.4支撑轴的设计 1、根据前面算出的带速即可根据如下的公式算出滚筒的转速：（转/分） （4.8）取滚筒的转速为1110（转/分）2、轴的材料选用45钢，调质处理，力学性能为：抗拉强度,弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，许用弯曲应力，许用扭转应力。3、经分析支承轴并不转动，主要受弯矩。根据经验取轴的直径为30mm。 4、根据轴向定位的要求确定各轴直径和长度，轴上零件从两端装入；左端装入支撑板，通过紧定螺钉定位；右端装入滚筒，轴承和止动环，可设计支撑轴结构及尺寸如图4-5所示：图4-4 5、按弯扭合成强度校核驱动滚筒上轴的强度1）对轴进行受力分析：支撑轴并不转动，故只受弯矩的作用。在轴承处受滚筒的重力和轴承施与的力，在紧定螺钉处受到与轴承处相平衡的力和力偶。2）做轴的计算垂直面内受到滚筒的重力 ： =7.8g/ g=9.8 （4.9） （4.10）水平面内受到皮带和输送带的张紧力 :输送带两边拉力之差称为带传动的有效拉力，也就是带所传递的圆周力，即。圆周力(N)、带速V（m/s)和传递功率P(kw)之间的关系为：由欧拉公式可知： 摩擦系数，查表可知橡胶与橡胶间的摩擦系数为0.3 包角，两滚筒的直径相等且放在同一水平面上，故包角180 经计算得： F=97.14NV带的张紧力为：（4.11）支承轴上所受的压力为： （4.12）V带对支承轴的力与输送带对支撑轴的力方向相反，故支承轴所受的合力为FZ=44.35N。做出垂直面和水平面内的弯矩垂直方向：垂直平面弯矩图：见图4.5（b）水平面内：水平平面弯矩图：见图4.5（c）式中 L为两轴承之间的距离，这里取500mm。由图可知轴承受力处及阶梯部分有必要验算。计算当量弯矩应力校正系数因为轴不受扭矩，所以T=0因此 当量弯矩：合成弯矩：=0.1=0.1=2.7=0.1=0.1=1.38合成弯矩：见图4.5（d） 式中 d1为轴承受力处的轴的直径，为30mm, d2为阶梯部分（止动环处）的轴的直径，为24mm。故安全。图4.5 驱动轴的载荷分析6、按弯扭合成强度校核张紧滚筒上轴的强度1）对轴进行受力分析：与驱动滚筒上的轴进行比较，该轴也只受弯矩的作用。其不同之处在于，在水平面内只收输送带的张紧力。2）做轴的计算垂直面内受到滚筒的重力 ：G=mg=g=245.59N水平面内受到输送带的张紧力：F=97.14N做出垂直面和水平面内的弯矩垂直方向：=61.40NM垂直平面弯矩图：见图4.6（b）水平面内：= FL=97.140.5=48.57NM水平平面弯矩图：见图4.6（c）式中 L为两轴承之间的距离，这里取500mm。由图可知轴承受力处及阶梯部分有必要验算。计算当量弯矩应力校正系数因为轴不受扭矩，所以T=0因此 当量弯矩：合成弯矩： NM=0.1=0.1=2.7=0.1=0.1=1.38合成弯矩图：见图4.6（d）故安全。图4.6 张紧轴的载荷分析4.3.5其他部件的设计1、滑架的设计滑架的作用主要是将螺杆与滚筒连接起来。所以将滑架设计成直角状，在竖直面的中心加工一螺纹孔；在水平面内加工两螺纹孔，以实现滑架的固定。直角状容易引起强度不足，故为其添置两条加强筋。结构简图如图4-6所示。图4-52、机架的设计此处将其设计成一“T”字型，为了提高其支撑能力，特为其设计了一条加强筋。为了配合与滑架和轴承座的连接，在其表面加工了“T”型四通槽。如图4-7所示。图4-63、支撑板的设计左端支撑板的作用主要是支撑支撑轴，因此在支撑板上加工一与轴相配的孔（即孔31）。从动侧的支撑板除了这些作用外，还需与螺杆连接，故在右端的支撑板上加工一与螺杆相配的凸孔。如图4-8所示。图4-7 支撑板4、螺杆的设计螺杆通过调节支撑板在机架的移动来调整张紧力，由张紧行程为120mm确定螺杆部分的长为120mm。由支撑板上与螺杆连接部分的孔深为20mm，确定螺杆光杆部分的长度为30mm。5、轴承的选择 根据轴径为30mm，主要受径向负荷选择深沟球轴承6006.轴承内径为30mm,其与轴的配合采用过渡配合H7/js6,外径为55mm，与滚筒的配合也采用过渡配合M6/h5。轴承内圈与轴的轴向紧固用弹性挡圈嵌在轴的沟槽内，如图4-9所示。这种方法主要用于深沟球轴承，当轴向力不大及转速不高时。 此处轴承外圈转内圈不转，且转速只有90转/分，属于转速较低的轴承。其主要的失效形式是产生过大的塑性变形。其约束强度条件为 或 式中： 轴承静强度安全系数，查表得0.5-0.8。深沟球轴承的为4200MPa,37.3MPa4200MPa。故轴承符合要求。图 4-85 扶茎机构主要零部件设计5.1收获机扶茎机构简介本设计的扶茎机构采用简单的双平带喇叭开口式装置。它不但能实现扶正夹紧芹菜待切的功能，而且它的双平带装置还能将所收获的芹菜提升运输到输送机构。如图5.1所示。经查阅多方的资料确定机器的原始数据如下：带速：0.75m/s平带小带轮直径：80mm扶茎器平带的长度：1500mm工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作（8小时/天）。运输速度允许误差为。装置工作时最下端与地面处于同一平面。图5.1芹菜收获机扶茎机构示意图传动方案：如图5.21、外传动为V带传动2、扶茎运输为平带传动图5.2 传动方案扶茎器的动力源采用电机，它的传动路线如下：电机通过V带将动力传递到扶茎器的一侧，因扶茎的需要扶茎器两侧的带轮转向必须相反，所以扶茎器两侧的带轮之间通过圆带交叉传递动力。以实现扶茎的功能。电机的选型：电力拖动系统中对电动机的选择主要根据生产机械的工艺要求及使用环境，并综合考虑电动机的种类、结构类型、额定电压、额定转速、额定功率、经济性等几个方面。实际工程应用中，常常采用统计法和类比法来选择电动机容量，类比法是指对经过长期运行考验的同类生产机械所采用电动机的容量进行调查，并对生产机械及电动机的主要参数和工作条件进行类比，确定新生产机械所选电动机容量的方法。本设计就采用类比法选择电机。本设计中电机为连续工作制的电机，类比相似功能的各种机械上的电机，且本设计中需要电机的功率较小，因此选择Y801-2电机（功率0.75KW）作为扶茎器的动力源。该方案的优缺点： 该扶茎机构有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。提升部分采用平带传动，这是运输装置中应用最广泛的一种。V带由拖拉机上柴油机引出的转速带动。 总体来讲，该传动方案满足提升运输装置的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑以及成本低。5.2机架的设计5.2.1机架外形收获机工作时，动力由拖拉机通过V带提供，扶茎器两部分之间的动力传输也采用V带。考虑到结构的合理性，所以在中间扶茎器布置一个导轮，保证工作过程中对芹菜的良好夹紧待切运输。机架上安装有刀架高度调节杆，可提供给刀架三级的调节高度，每级的高度为25mm最大的调节高度为75mm,经查阅相关资料确定扶茎机构的前张角为60时，能较好的完成扶茎的功能，扶茎机构如图5.3所示：图5.3 扶茎机构图5.2.2计算部分根据机架的形状与长度初定扶茎器平带长度为1450mm，查机械设计手册有平带带长1000mm，1500mm，2000mm。选定1500mm的平带。两端的平带带轮直径根据芹菜的直径一般在50mm左右，两平带间的距离取40能较好的实现加紧芹菜的功能，查机械设计手册确定平带带轮的直径为80mm。具体机架尺寸如图5.4所示。图5.4 机架尺寸5.2.3机架结构的确定扶茎机构机架的大致框架采用横截面为矩形的结构钢（见图5.5）焊接在一起形成，垂直安装的平带夹紧芹菜通过机架中间提升运输到所需的高度，具体结构详见装配图。图5.5机架结构5.3 平带带轮的设计5.3.1尺寸和形状的确定由于芹菜较细长，所以本设计将带轮和带轮轴设计成一体形式。根据芹菜的外形尺寸直径50mm左右，高度400mm左右以及查机械设计手册选定平带带轮的直径为80mm，宽度为320mm， 为防止掉带，通常在平带带轮轮缘表面制成中凸度，根据平带带轮的直径查机械设计手册得平带带轮的中凸度为0.8mm，由于带轮较粗较长所以带轮采用钢板焊接而成，轮缘边上有高4mm的凸缘，防止平带在垂直提升运输工作过程中沿平带带轮轴线方向滑脱，示意图如图5.6所示：图5.6带轮示意图由于需要传递动力，因此平带的驱动带轮和从动带轮的结构与其他两个带轮稍有不同，具体示意图如图5.7、图5.8所示。图5.7 驱动带轮图5.8 从动带轮5.3.2主动带轮轴的设计 （1）选择轴的材料及热处理由于平带运输装置传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理。力学性能为：抗拉强度,弯曲疲劳极限，许用扭转应力。（2）计算转速因平带带轮的直径为80mm，查相关资料初定平带的运输速度为0.75m/s，则轴的转速可根据一下公式计算得到： （3.2）所以取轴的转速为180 r/min。（3）初选轴承平带带轮和机架底部装配选用接触角为12的圆锥滚子轴承（见图5.9a），因底部安装的轴承要承受平带带轮的重力以及其他工作部件的重力，其中主要是平带带轮的重量，力不是很大，查相关手册得知接触角为12可以满足工作要求；平带带轮和机架顶部装配选用的轴承为深沟球轴承(见图5.9b)，因顶部的轴承只需承受轴的径向力。根据轴承确定各轴安装轴承的直径为:圆锥滚子轴承和深沟球轴承的直径都为30mm。查设计手册得知：圆锥滚子轴承的标准号为：GB297-1994,型号为：30206；深沟球轴承的标准号为：GB276-1994，型号为：6006。图 5.9a图 5.9b（4）轴外形尺寸的确定本设计中的带轮与带轮轴为一体式设计，实际意义上的轴只有两小段，安装轴承30206，故该段直径为30mm，它的长度大致为机架的厚度，取30mm长。3.2.3端盖的设计平带带轮上的圆锥滚子轴承和深沟球轴承内圈可以靠轴肩和轴套定位，而外圈要用端盖定位，示意图如图5.10所示：图5.10 端盖端盖圆周任一直径上钻有两个6的光孔，轴承座上钻有M6的螺纹，通过M6的螺栓把端盖连接在轴承座上，端盖下面部分套入轴孔接触到轴承外圈，从而达到轴承的轴向定位。端盖中间比两边要凹下一点是为了减少加工面的大小，改善零件的加工工艺性。5.3.4支承导轮的设计 1）支承导轮：在机架中间均布着一根支承导轮，因为支承导轮受力不大，选用25的轴，长400mm。 2）轴套：与支承导轮间隙配合，保护套筒的内圈精度。因套筒的内圈加工较支承轴难，所示特在套筒和支承轴间加一轴套，内径55mm，长30mm，壁厚2mm，轴套与套筒采取过盈配合，工作时，轴套和套筒一起绕支承轴转动。 3）套筒：因支承导轮较细，所以在支承轴外套一内径25mm，长30mm，壁厚15mm的套筒，以增加平带工作的稳定性，装配关系如上所述。 4）螺母和垫圈：选用标准的M16螺母和与M16螺母相配合的垫圈，因都已标准化，所以不详述。5.4平带的选择平带用来传递牵引力和夹紧芹菜，环绕安装在轴线与铅垂线成30的带轮上，要求强度高、耐磨耐用、伸长率小和便于安装修理。带式提升输送机使用的输送带有橡胶带、塑料带、钢带、金属网带等，最常用的是橡胶带。输送带的张力由帯芯胶布衬垫层承受，带的强度决定于带的宽度和帯芯衬垫层数。同时，为使平带有足够的横向刚度，防止它在支撑带轮之间向两侧过分塌陷。应根据带宽选用一定的衬垫层数，查运输机械设计选用手册得衬垫层数Z=3，并按下式作输送带的强度验算： （3.1）式中 ：分别为输送带实际传递的和允许传递的最大张力（N)； 输送带宽度，cm； Z衬垫层数； 普通分层帆布带的抗拉强度，N/层cm； n安全系数，硫化接头为8-10。 由于该收获机提升运输芹菜时，芹菜是立着被提升到一定高度的，芹菜的高度大约为400mm，而提升运输芹菜的平带只需夹紧芹菜的中间偏下部分，之前确定了平带带轮的宽度为320mm，而平带的宽度系列有315mm，355mm，400mm，450mm，因此选用垂直提升运输带的宽度为315mm，衬层Z为3并采用硫化接头，因为硫化接头在平带循环工作过程中不会因为接头处而损伤芹菜。普通橡胶带具有成槽性好，伸长率较小，对驱动滚筒的摩擦系数较大的优点，强度和允许带速适用于一般通用带式输送机，故选用常用的橡胶带就能满足要求。通过查相关资料选择棉帆布芯输送带，型号为CC-56，扯断强度为56N/（mm层）。每层厚度为1.5mm，每层重量为1.36kg/，参考力拉长率1.5%2%,上下覆盖胶厚度各为1.5mm。6 收获机装箱机构的设计6.1收获装箱机构简介 基于结构简单，可操作性强的设计理念，本设计的装箱机构设计如下：拖拉机车体右侧输送带之后安装一个平台，平台上有两个向下凹的槽，用来避免田地不平等因素造成装箱框乱动，然后在平台的每个凹槽里放置一个芹菜装箱框，芹菜在输送带的带动下自然落入芹菜装箱框中，当框中芹菜装满后由人工换置另一个空的芹菜装箱框于平台上，依此循环往复直至工作结束，如图6-1所示。图6-1装箱机构6.2装箱机构的设计装箱机构主要用两部分组成：装箱平台和装箱框。装箱机构的工作过程如下：拖拉机车体右侧输送带之后安装一个平台，平台上有两个向下凹的槽，用来避免田地不平等因素造成打包框乱动，然后在平台的每个凹槽里放置一个芹菜装箱框，芹菜在输送带的带动下自然落入芹菜打包框中，当框中芹菜装满后由人工换置另一个空的芹菜装箱框于平台上，依此循环往复直至工作结束。 6.2.1装箱框的设计根据芹菜的尺寸与市场上装箱框的产品尺寸确定本设计的装箱框的尺寸为：长550mm、宽400mm、高200mm。6.2.2装箱平台的设计根据装箱框的尺寸，装箱平台设计如下：长1500mm、宽550mm、厚3mm，中间凹槽的尺寸：长550mm、宽400mm、深100mm，凹槽长度尺寸沿平台宽度方向的轴线对称。如图6-2所示。图6-2装箱平台7 结论与展望7.1结论本课题在进行了大量调查和文献检索的基础上，对芹菜收获机扶茎机构、输送机构和切削机构做出了一些分析与研究。尤其上在的扶茎机构设计上，对几种类似的机构做出了改良和择优。（1）在分析了带式输送机构的原理基础上，结合本课题所研究的带式输送机构系统，为带式输送机构的设计选型提供了依据，具有一定的参考意义。（2）在分析研究现有螺旋张紧装置使用情况的前提下，提出了螺旋张紧装置的总体设计方案，该装置可实现对输送带张力的调节。7.2问题与展望本论文虽然是对收获机的机扶茎机构、输送机构和切削机构做了一些阐述和设计。可是还是处于肤浅的阶段，有很多东西也只是停留在理论的设计上，对于其能否实现这个功能，还未得到验证。据了解我国暂时还没有成熟性能的芹菜收获机的投产,主要是我国人口多,人力资源丰富,一些地方的芹菜都只是人工收获，可是随着经济的发展、社会的进步、人们的生活水平必将得到大幅度的提高，到那时我国的农业也早已进入机械化，就会迫切需求各种农业机械。芹菜作为我国人们的主要蔬菜之一，它的种植到收获也必将走向机械化。所以芹菜收获机械的发展潜力还是很大的。32宁夏大学新华学院2012届毕业设计设计心得我所选毕业设计题目是“芹菜收获机”，觉得这个题目很新很有挑战性，想自己去尝试一下。刚开始感觉真得很吃力，完全不知道从什么地方着手，有种想放弃的想法，但是在老师的悉心教导和同学的热心帮助下，我最终还是坚持了下来，