大白菜收获机机械部分（输送机构）的设计（全套图纸）

毕业设计说明书论文(全套CAD图纸) QQ 36396305 摘 要随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用，农业机器人将成为农业生产的主力军。该文在分析大白菜收获机工作特点的基础上，从大白菜的采摘、转运、打包等方面进行分析。其中主要对输送部分做了详细的说明。该大白菜收获机适用于家用收割大白菜，结构简单、制造成本低。该大白菜收获机的输送部分采用带式输送，而张紧装置作为带式输送机构中不可缺少的重要组成部分，对带式输送机的稳定运行有着至关重要的作用。本文首先介绍了张紧装置的作用、类型，且设计了张紧装置的总体方案，对其主要零部件的设计和选型进行了说明。所设计的张紧装置使用螺杆作为张紧执行元件，具有张紧力可调、结构简单、适应性强、控制方便、安全性能好等特点。关键词：大白菜、收获机、带式输送、张紧装置、螺杆AbstractFarm machinery robot is to become the capital ship of the agriculture.This paper introduced gathering ,transporting and packing cabbage,on the basis of the working peculiarity of the cabbage harvest machinery,and it mainly introduced its transporting mechanism. The cabbage harvest machinery is suitable to gather in the cabbage for family expenses. The cabbage harvest machinery use belt conveyors as its transporting mechanism,while Tensioning device, as an important and indispensable component of the belt conveyor, has a vital role to the stable operation of the belt conveyor . This paper introduces the role of the tensioning device,type,installation layout principles, and its development profile.And then raised the tension of the belt conveyor to the tension and take-up device requirements, on the basis the analysis of the principle of the transmission belt conveyor. In this paper, the main device design programme of the automatically tensioning device have been introduced, and descripte its main components for the design and selection of the note.The tensioning device use the screwstaff as the take-up of the implementation component.,with adjustable tension, simple, strong adaptability and control convenience, performance and safety and so on.Keywords：Cabbage ；harvest machinery； Belt conveyors； tensioning；Screwstaff 目录 绪论11 大白菜收获机的概述21.1大白菜收获机的总体结构设计2 1.2收获机提升运输装置设计 3 1.2.1带式提升运输装置的设计.3 1.2.2传动方案的设计.3 1.2.3方案的优缺点.41.3收获机输送部分结构设计41.4锁紧机构设计52 输送机构的设计72.1 输送机构的组成72.2 输送机构速度的确定8 2.3主要零部件的设计8 2.3.1 张紧装置的设计.8 2.3.2 输送带的选择11 2.3.3 滚筒的设计12 2.3.4 支撑轴的设计13 2.3.5 其他零件的设计163 结论193.1主要结论193.2 问题与展望19参考文献20致谢 21 绪 论在结球叶菜（包括大白菜、结球甘蓝和结球莴笋等）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白菜的整个生产成本中所占的比例高达33%50%。因此实现结球叶菜收获的机械化变得越来越迫切。结球叶菜收获机机械化技术已有70余年的研究历史，最早是在1931年研制成了甘蓝收获机。后来日本研制出了自走式大白菜收获机和悬挂式大白菜收获机，我国关于结球叶菜收获机的研究较少。我国大白菜的种植以小农户居多，分布广而分散。因此设计大白菜收获机时，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）由于大白菜叶球很脆嫩，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。本设计通过对带式输送机构张紧力的计算，分析了带式输送机对张紧装置的要求，比较了各种张紧装置对带式输送机的影响，深入研究了张紧装置的组成部分和其工作原理、工作环境、工况要求，并针对收获机的输送机构，设计了一种螺旋张紧装置，即通过螺杆移动张紧滚筒实现张紧目的，实现了张紧力的调节。同时对输送机构其他零部件的选择也做了详细的说明。1大白菜收获机的总体结构设计 1.1大白菜收获机总体结构设计 收获机的工作过程为：扶茎器将大白菜扶正，切削刀将白菜切断。然后提升机构将白菜运输到输送机构上，输送机构再将大白菜运输到装箱装置，最后把装满大白菜的箱子摆放在拖拉机后带的车厢内。如图1-1所示。 扶茎器主要将大白菜收拢扶正，由一些渐变倾斜杆组成；提升机构工作时与地面程倾角，平行的两条平带夹紧并将大白菜从地面提升到输送带上，提升机构位置的固定依靠锁紧机构；输送带布置为水平，方便装箱机构装大白菜。图1-1大白菜收获机结构示意图 1.2 收获机提升运输装置设计1.2.1带式提升运输装置的设计（简图如1-2）图1-2原始数据：提升带速：1.5m/s 提升带的长度：4500mm 提升装置与水平面的倾角：30 平带带轮直径：280mm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。1.2.2传动方案的设计（如图1-3）1） 外传动为V带传动2） 提升运输为平带传动 图1-31.2.3该方案的优缺点 该提升运输机有轻微振动，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。 1.3 收获机输送部分结构设计 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1-4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，由拖拉机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，货物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1-4输送机构示意图 1.4 锁紧机构设计由于大白菜收获机的提升运输机构是可以转动的，它的两个位置示意图如图1-5。其中工作位置1实现大白菜的收获的过程；工作位置2大白菜收获机在公路上行驶的时候，防止提升机构和切削机构与地面碰撞而发生不良影响。图1-5锁紧机构工作图 结合示意图分析可知：锁紧机构必须可以左右来回运动，且需将位置1和位置2固定，这就要求锁紧机构和提升机构能很好的贴合和较大的接触面。而本机械为小型机械，要求它的结构简单，而斜楔锁紧装置符合这些要求。它的结构如图1-6所示：斜块在轨道中做推拉运动，就可以实现提升机构所需的位置要求，将锁紧机构和提升机构的接触部位做成斜面能很好的补充因装配、制造而造成的误差，从而能够很好的贴合，增加了工作的稳定性。为防止因农业机械在工作的过程中的振动而使的自锁机构松动，以保证大白菜收获机在工作中的安全性。这里在防松机构中利用弹簧的推力将小柱体贴紧斜体，使之不会退出来，达到防松的目的。图1-6楔块简图2 输送机构的设计 2.1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2-1输送机构简图 由以上对大白菜收获机的分析，对于这种力求小型化和简单化的收获机，设计其输送组成如图2-1所示。 根据图2-1该输送机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，输送带与滚筒在摩擦力的作用下水平运动。从而将白菜由驱动滚筒处运输到张紧滚筒处，白菜在输送带与张紧滚筒的切点处脱离输送带落到箩筐中。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。 2.2输送机构速度的确定令白菜脱离输送带处离箩筐的垂直距离为h，水平距离为s，输送带的速度为,白菜下落的时间为，下落的速度为V则有： h= s= h可以通过调节输送机构的高度及箩筐的高度进行调节，范围在1000mm以内。白菜下落的速度V越小越好（即s要尽量小）以防速度太大造成大白菜与箩筐的冲击,损坏大白菜。通过查手册得知输送带的速度应在2.0m/s以下,而V带的速度不应太小，否则会增加张紧力。再由大白菜的直径为250mm，输送距离为1200mm，切割大白菜的速度为3（颗/秒），综合各个因素选择带速1.5m/s. 2.3 主要零部件的设计 2.3.1 张紧装置的设计 1.张紧装置的概述 由于带式输送机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的性能。在带式输送机系统中，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、输送带上白菜的数量只有4棵。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2-1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。图2-2 螺旋张紧螺旋张紧的缺点是：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2-2所示图2-3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。 2.3.2 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3-1，并按下式作输送带的强度验算： 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3-1 橡胶带荐用衬层数带宽（mm) 500650 80010001200衬层Z（层）3-44-54-65-86-12由于该收获机运输大白菜时，白菜是横放的，白菜的长度大约为350mm，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。由以上的计算可得输送过程中输送带上有4颗白菜，每颗白菜重2.5Kg，即输送带上只承受不到200N的力。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（第三节已算出）进行比较： 即输送带强度足够。 2.3.3 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100-125倍。另外，滚筒直径应按标准选用（如350、400、500、630、800、1000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350mm。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600mm。滚筒是通过滚筒上的V带带动的，故在滚筒上需加工轮槽且选择B型带。计算功率： 取工况系数=1.2，则 计算V带轮的包角： 滚筒直径=350mm,带轮直径=200mm,中心距a=500mm 计算V带根数需根据以下公式： 式中： 计算功率，kw,此处为1kw； 单根V带在特定条件下所能传递的功率kw，查表得1.85kw 考虑时单根V带所能传递功率的增量，0.06kw 包角系数，考虑时对传动能力的影响，查表得0.95 长度系数，考虑带长不等于特定带长时对寿命的影响，查表得0.89 因此采用1根V带。 2.3.4 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）取滚筒的转速为90（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，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3-1所示： 图2-4 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 G=mg=g=385.565N 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，故包角为180 经计算得： F=958.8NV带的张紧力为：支承轴上所受的压力为：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35.59N 做出垂直面和水平面内的弯矩 垂直方向：=18.795NM 水平面内：=1.67NM由图可知轴承受力处及阶梯部分有必要验算。 合成弯矩：M=18.869NM =0.1=0.1=2.7 =0.1=0.1=1.38 故安全。 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=385.565N 水平面内受到输送带的张紧力：F=958.8N 做出垂直面和水平面内的弯矩 垂直方向：=18.795NM 水平面内：=93.483NM由图可知轴承受力处及阶梯部分有必要验算。 合成弯矩：M=100.71NM =0.1=0.1=2.7 =0.1=0.1=1.38 故安全。 2.3.5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2-5所示。 图2-52. 机架的设计 此处将其设计成一“工”字型，为了提高其支撑能力，特为其设计了四条加强筋。为了配合与滑架和轴承座的连接，在其表面加工了“T”型两通槽。如图2-6所示。 图2-63. 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）。支撑轴的轴向定位采用紧定螺钉，故在支撑板顶部中心出加工了螺纹孔。右端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2-7所示。 图2-74. 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2-8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。 3 结论3.1 主要结论本设计在进行了大量调查和文献检索的基础上，对大白菜收获机带式输送机构以及其张紧系统进行了一定的理论研究，了解了目前国内带式输送机张紧装置现状以及其使用情况，仔细分析了存在的问题，对该装置各个部分的元件进行了选型、设计，并绘制了CAD图纸。在总个设计中，得到了以下主要结论：（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。3.2 问题与展望本论文做的是一个研究性设计，研制开发新产品，虽然研制出一套螺旋张紧装置系统，所需的功能也能完成，但要做成一个产品还需继续完善，许多工作有待于进一步改进。例如，由于试验条件的限制，没有对螺旋张紧的各个部分作计算机模拟仿真实验，只停留在理论的基础上。张紧技术是带式输送机构的关键技术，它可以大大提高输送机运行的可靠性。随着农业收获机向大型化和高速化方向发展，本设计为收获机带式输送机构张紧技术的发展提供了一定的理论和实践依据。参 考 文 献1秦同瞬、杨承新主编.物流机械技术.人民交通出版社,20012运输机械设计选用手册编辑委员会.运输机械设计选用手册.北京：化学工业出版社，20053谭建荣、张树有、陆国栋、施岳定编.图学基础教程.高等教育出版社。19994杨明忠、朱家诚.机械设计.武汉理工大学出版社。20015中国农业机械化科学研究院编.实用机械设计手册（上）.中国农业机械出版社。19846于永泗、齐民编.工程材料.大连理工大学出版社。2001致 谢这次毕业设计是在肖丽萍老师的精心指导下完成的，在整个学习和做论文的过程中，肖老师对我们悉心指导和严格要求，为我们创造了良好的学习氛围；她严谨的治学态度、高尚的敬业精神和渊博的学识，给我留下了深刻的印象，对我产生了巨大的影响，使我不仅掌握了更多的理论知识，而且在分析问题、解决问题的能力上有了很大的提高。在此，我特向肖老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在整个论文期间，我还得到了许多同学的帮助，他们给了我很多建设性的建议，让我受益非浅。特向他们表示诚挚的谢意！最后，我要感谢我的父母，是他们给了我上大学的机会，给了我生活的信心和挑战困难的勇气；我还要感谢大学的所有老师，是他们无私地教导我，使我掌握了机制专业的基础知识，为这次的毕业设计和我以后的工作奠定了基础。感谢他们四年的关心、支持和鼓励！谢谢！