自走式大蒜收获机设计

自走式大蒜收获机设计摘要近年来，农业的发展受到了大家的重视，其中包括怎样实现大蒜机械化收获，而大蒜作为国内主要农作物之一，它的地位毋庸置疑，并且大蒜的经济性越来越显著，所以大蒜机械化收获受到关注。大蒜的传统人工收获包括大蒜的挖掘、剪径以及拾掇、装运，人工劳动强度非常大，效率也不高，丢失比较厉害。又因为大蒜的季节性强，要求收获时间短，所以大蒜的机械化收获就显得尤为重要。为此，结合已有的大蒜收获机结构，研发了一种新型的自走式手扶大蒜收获机。该机包含大蒜的扶苗杆、切茎刀具、挖掘铲、运输链条、收集网袋等机械装置。先采用高速旋转刀具对大蒜进行切径，并用扶苗杆对大蒜苗进行一个简单的扶持以便于去除蒜秧。然后利用平面三角挖掘铲挖起大蒜，通过运输链条实现大蒜与土壤的分离，最后将大蒜收集到机器收集框的网袋里面。设计在上面的柴油机能提供充足的动力，运用二级减速箱减速，保证整个过程的行走速度在合理范围内。并结合摩擦离合器，来控制大蒜收获机的启动和停止。关键词：手扶大蒜收获机;平面三角挖掘铲; 大蒜与土壤的分离;减速箱Design of self-propelled garlic harvesterAbstract In recent years, everybody attach importance to the development of agriculture, including how to carry out the garlic harvest mechanization, and garlic is one of the main plant of agricultural in our country, It is in the position in agriculture is very important, and garlic economy is more and more useful, So people are concerned about garlic mechanized harvest. Traditional artificial way of garlic harvest is digging, garlic harvesting and ripping, shipment, artificial results will be very tired, the efficiency is not high, the situation of the loss of garlic is very serious. And since the harvest of garlic is very seasonal, require short time of the harvesting, so the garlic mechanized harvesting is particularly important. Therefore, It combined the garlic harvester has a structure, the design of a new type of self-propelled walking harvester for garlic. The machine of machinery including clamping garlic seedlings tool rod ，the knife cut the seedling of garlic ，digging shovel，transportation chain，collecting bag ，etc. First of all, the use of high speed rotary tool cutting diameter of garlic, and the tool rod clamp the seedlings of garlic to remove it easily. Then garlic is digging up by Triangle-flat-shovel, garlic and soil be separated by the transport chain, the garlic is collecting mesh the bag of collection box. Design on the diesel engine provides ample power, using gear box reducer to slow the rotation speed, ensure the whole process of the walking speed in a reasonable range, and combined with the friction-clutch control start and stop of the garlic harvester.Keywords: self-propelled walking harvester for garlic; Triangle-flat-shovel; the separation of garlic and soil; the gear box.目录第1章 绪论51.1研究目的和意义51.2大蒜收获的农艺要求61.3国内外大蒜收获机械现状71.4本文研究内容和预期成果13第2章 大蒜收获机整体结构设计152.1设计要求152.2总体结构及工作原理162.3大蒜收获机结构组成172.4大蒜收获机的创新性18第3章 传动装置设计193.1动力源193.2减速装置203.3离合器26第4章 切茎装置设计284.1切茎装置总述284.2刀具的形状以及参数294.3限深轮294.4扶禾秆304.5清理装置304.6切茎装置的传动31第5章 起蒜和蒜土分离装置设计325.1起蒜装置325.2蒜土分离置335.3挖掘铲部位辅助装置34第6章 行走轮及其轴的校核356.1行走轮356.2行走轮轴的校核35结论39致谢40参考文献41第1章 绪论1.1研究目的和意义近年来，大蒜在人们心中的地位日益提高。大蒜是半年生草本植物，百合科葱属，富含营养，口味独特，用途广泛2。大蒜具有奇强的抗菌消炎作用，现在知道能有抗菌效果的天然植物中大蒜是最明显的作物。既能抗疲劳、抗衰老、保护肝功能，也能抗癌、防癌、治疗阳痿、保护心血管。另外大蒜在工业方面，可做一些调味品，食品添加剂原材料，也可以用来做饲料添加剂和美容化妆品的原材料1。根据联合国粮农组织（FAO）统计，最近的某一年全球大蒜收获大约1400万吨，收获面积约为1706万亩。而其中，国内大蒜收获面积就为956万亩，产量为1060万吨，占世界总量的3/4，为世界第一大蒜生产国，统计到参与的蒜农多达500多万户1。国内把大部分大蒜使用于内销和深加工。山东金乡县、河南沈丘县、江苏邳州市、广西玉林市等地是大蒜主要出口的地方。临近港口的华北大平原山东、河南、江苏三省的接壤部分受地理位置和气候条件影响，种植规模尤为突出，也就是说在山东金乡县500公里范围内集中种植的大蒜长势以及质量明显的好于其他种植地区1。目前由于国内处于社会产业转型阶段，大部分青壮年进城打工，导致农村劳动力相对短缺时代，留在农村大多是老人、妇孺以及读书的孩子。因此每到大蒜收获季节，大蒜收获的人工价格为每亩500元700元，人工收获是要从地里把大蒜挖出来并用剪刀剪断大蒜根须和蒜茎，并且这个时候处于农忙时，蒜农都得集中在一星期把大蒜收获，缺工短力。所以把人工收获转为机械收获，不仅能减少劳动力、节约成本，也能很好的把利益最大化。并由于大蒜收获季节主要集中在5月，种植面积大、产量多，若为人工收获，那么人工劳动强度特别大，其中损伤大蒜的情况也比较多，收获效率也会降低。大蒜收获效率低和大蒜损伤率高的这些问题成为了大蒜收获的关键，另外这些也将影响到大蒜后续产业的发展1。迫切解决大蒜机械化收获，把人工收获转变为机械收获，已经成为大蒜产业的重要的一步。 目前，国外已经有了几种大蒜收获机，有的技术与装备比较成熟，也有的是初代产品，研发阶段。但是，国内外作业环境不同，收获方式也有区别，所以很难适应国内一些地区的需求。国内也有个人及团体研发了几款大蒜收获机，目前来说，跟发达国家开发的大蒜收获机相比较，国内的大蒜收获近还有一些不足，生产力需要提高。现阶段，蒜农还是依靠人工来完成大蒜的收获，有少部分地区使用半机械大蒜挖掘犁，但是它容易伤蒜，效率也不高，难以满足蒜农的需求。所以如果现在有一款的大蒜收获机作业效率高，适用性强，那么它就很容易被人采纳以及广泛的推广。 本文根据大蒜收获的需求，并结合农村生产模式的特点设计一款手扶式大蒜收获机。初步计划设计一款中小型的大蒜收获机，适用于农村低成本高效率的经济特点，并且努力提高大蒜收获机的作业质量，简单设计机械结构 ，减少功率上其他方面的浪费。1.2大蒜收获的农艺要求大蒜果实生长在土壤中，属于茎块薯类农作物，半年生草本植物，百合科葱属。它果实大小不一样，是影响大蒜机械收获的因素之一；大蒜收获时大蒜土壤坚实度和土质含水量，不同地方是有差异的；大蒜收获时蒜头刚刚从地里翻起还比较鲜嫩，这个时候怕弄伤大蒜，然后太阳直射对大蒜也有影响；这些综合在一起，都是设计大蒜收获机要考虑的，大蒜收获作业条件变化大，所以说大蒜机械化收获不容易2。大蒜成熟后，其收获时长是有时间限制。大蒜太早收获时大蒜不一定成熟饱满，经过微微阳光照射后，大蒜皮会瘪下去产量和美观都打不到要求；收获太晚时大蒜会因为长势过多，容易大蒜裂头。综上所述，大蒜的最好在七天之内完成收获。如果大蒜没有在这七天之内收获完成，大蒜的质量和售价都会受到一定程度的影响。因为大蒜农艺收获的要求特别高，大蒜机械化收获的机具同样的得有很高的作业能力。大蒜收获机要在不同土壤、不同土质的环境下工作，适应能力要很强，并且可靠操作性高，工作效率好等特点。大蒜收获机要一次作业能完成，切茎、挖掘、去土、收集，可直接放到运输车上。再放置到大蒜集中地。全程应该减少人力的参与，从而降低了人工劳动强度，提高了大蒜收获的机械化。同时，要注意大蒜收获过程中的收货质量，尽量减少大蒜的损伤率和太阳暴晒度9。1.3国内外大蒜收获机械现状国外大蒜收获机现状 现阶段国外大蒜机械化收获的技术比较成熟，并且推广性强。美国，法国，西班牙等国家都生产了比较好大蒜收获机。下面介绍几种大蒜收获机生产公司和机型：1）美国TopAir公司。美国TopAir公司是以生产大蒜收获机和洋葱收获机而出名。该公司生产的大蒜收获机主要有大蒜挖掘铺条机和大蒜捡拾机，都是分段式工作5。大蒜挖掘铺条机。图1-1为GW4400型4行大蒜挖掘铺条机结构图，其工作原理：先用挖掘铲直接从土壤中挖起大蒜，然后由挖掘铲和挖掘铲上部的拔轮共同工作，把大蒜和泥土带至分离输送链上，分离输送链将大部分泥土在运送过程从大蒜中分离出来，去掉泥土后的大蒜头经过集条装置被铺放在地面上，对大蒜进行少许的晾晒。该机还能够安装其他辅助装置：切顶装置，安装刀具切断大蒜茎秆，实现大蒜机械化“联合收获”；风选装置，利用风选装置去除碎叶和其他较轻的杂质。此机具和90kw功率的拖拉机配套使用，生产效率为20 hm2/h，一次两行，垄距为100112mm。该机由拖拉机后驱动轴提供动力，由液压系统控制整个装置机械结构。该机缺点是收获的大蒜中会有少许土块，而且该机不能单独作业还需要和大蒜捡拾机一起配套作业3、4。图1-1 GW4400型4行大蒜挖掘铺条机1.铺条机构 2.液压及动力连接机构 3.挖掘铲 4.分离输送链 5.车轮大蒜捡拾机。图1-2是该公司生产的GL2400型大蒜捡拾机结构示意图，其工作原理：首先经过前面装置大蒜已经铺放成条，用捡拾铲和拨轮从土壤中捡拾到分离输送链上，利用分离输送链抖动，在大蒜运送过程中，清理部分泥土，然后大蒜经传送链传递，进入清选机内，将混入大蒜中的杂物利用风选系统清理掉，再将经过初步清理的大蒜头送至人工工作台进行进一步清理泥土，此时有两名人工参与到机具作业过程中，一处是在净蒜较多的一侧，工人用手捡掉运输线上的土块，另外一处是土块较多的一侧，工人从土块中挑选出大蒜，最后由输送装置将大蒜送进其后跟着行走的收集车上，再送到大蒜集中地。此大蒜捡拾机配套动力是110KW功率的拖拉机，生产效率为0.82/h,作业行距为400420mm。该机和GW4400型4行大蒜挖掘铺条机一起配套使用，可以完成大蒜联合收获。该机是由拖拉机后驱动轴驱动，其上装有液压控制等操作系统，作业效率高。该机不足之处是在收获过程中，机具容易缠绕杂草，并且预留蒜茎过长4。图1-2 GL2400型大蒜捡拾机1.车轮 2.分离输送链 3.清选机 4.人工捡拾平台5.输送器 6.液压及动力连接 7.捡拾铲2）法国ERME公司。该公司在法国是比较有名的农业机械机具生产厂家，生产的大蒜联合收获机得到众人广泛的认可，其中代表机具有打捆式和切秧式大蒜收获机，这两款收获机的动力是由拖拉机所带的液压装置提供。这两种收获机有一个比较明显的优点就是：经该机收获后的大蒜，后续生产非常容易。但是，该机作业效率相对与其他机具来说比较低4。打捆式大蒜联合收获机。图1-3 RL1型单行打捆式大蒜联合收获机的结构示意图， 其工作原理：分禾器5将大蒜茎导入夹持胶带7中，挖掘铲6挖断大蒜根茎，夹持胶带7夹持大蒜茎经传送到打捆机构1，同时拍土装置拍打大蒜根须部，清理其附着在上面的泥土。当一定数量的蒜秧被打捆器收集时，打捆器打捆蒜秧并送至横向输送带，然后人工控制横向输送带开关把蒜秧送至后侧。该机具配套36.75KW（50hp）功率的拖拉机，行走速度约4km/h，RL1型可以相对拖拉机横向移动130cm，最小收获行距为40cm。 图1-3 RE1型单行打捆式大蒜联合收获机1. 打捆机构 2.工作人员座椅 3.机架 4.液压连接系统 5.分禾器 6.挖掘铲 7.夹持胶带 8.车轮 9.横向输送带切秧式大蒜联合收获机。图1-4为RE1型单行切秧式大蒜联合收获机结构示意图，其工作原理与打捆式收获机类似，其结构有蒜秧夹持输送装置、大蒜的挖掘装置和大蒜清土装置等机械装置，大蒜蒜茎被夹持输送胶带8送至切秧机构1中，刀具切断蒜茎后，蒜头掉进横向输送链3上，然后由横向输送链3送到其后的收集网袋中，进行自动化收集。该机具在捡拾工作台上需要一名工人进行人工清选大蒜。该机配套44.1kw（60hp）功率的拖拉机，行走速度约3km/h。行距要求为4355cm4。图1-4 RE1型单行切秧式大蒜联合收获机1.切秧机构 2.拣拾工作台 3.横向输送链4.吨袋拖杆 5.车轮 6.液压连接系统 7.机架8.夹持胶带 9.挖掘铲 10.分禾器3）西班牙J.J.BROCH。打捆式大蒜联合收获机。图1-5为两行打捆式大蒜联合收获机的结构示意图，其工作原理与RL型打捆式大蒜收获机类似，相当于把其两个机具组合在一起使用。该机具配套44.1kw（60hp）功率的拖拉机，作业效率为23/d,该机作业是需要两名工作人员同时工作，该机最小行距为40cm4。图1-5 两行打捆式大蒜联合收获机1.分禾器 2.液压连接系统 3.工作人员座椅4.夹持胶带 5.横向输送带 6.拍土器 7.挖掘铲切秧式大蒜联合收获机。图1-6为4行切秧式大蒜联合收获机的结构示意图，其工作原理与RE型切秧式大蒜收获机类似，相当于把其4个机具组合在一起。该机具配套735kw（100hp）功率的拖拉机，工作效率为45/h，行距在400mm以上4。图1-6 4行切秧式大蒜联合收获机1.液压连接系统 2.夹持胶带3.切秧机构 4.拍土器 5.机架 6.挖掘铲7.机架 8.分禾器另外，韩国，日本等也研发出了几种大蒜收获机，韩国有16种以上关于大蒜的机械专利，日本有8种以上关于大蒜的机械专利，基本上是以小型收获机。这些机具可以一次完成大蒜的挖掘、运输、去土和自动收集等农艺工序，工作行距为40cm左右。它们的工作性能都不错，但是作业效率有待提高、经济性低，不利于在国内大面积推广。国内大蒜收获机现状 近几年来，国内渐渐重视农业机具方面的生产发展能力，实行农民购买农业机器的会有补贴的利民政策，大蒜收获机也从中慢慢发展起来，越来越多的大蒜收获机被研发出来。国内已有42项关于大蒜收获机械的实用专利，被商家采用并投入在生产线的将20种。这些农业机具，有的是只能够收获大蒜的收获机具，有的是能够收获土豆、花生等共用的收获地下农作物机具，包括分段式收获机和联合收获机。但是，由于大蒜播种因各地域的性质不同而没有统一，大蒜在地里不规则生长，所以大蒜机械化收获没有大面机的推广。下面介绍几款国内的大蒜收获机：(1)4DS-1000型大蒜挖掘机。图1-7为4DS-1000大蒜挖掘机的结构示意图图，其工作原理：拖拉机输出轴提供动力经变速箱传递给挖掘轮装置，另外传动装置将一部分动力传递给后拨禾装置的减速箱中。此机具挖掘装置采用旋转式挖掘刀具，并且解决了一个大蒜地膜缠绕在机具上难清理的问题。同时为了避免拖拉机轮胎行走时压伤大蒜，该机具设计了前、后拨禾器将蒜头拨向两边，减少了大蒜损伤率。该机具配套动力为泰山-12型拖拉机，行距要求为1830cm，一次作业4行，工作幅度100cm，生产效率0.1/h，另外该机使用液压系统控制升降6。图1-7 4DS-1000大蒜挖掘机1.齿轮箱 2.传动链条 3.旋转刀具 4.限深轮 5.拨禾器 6.机体 7.后拨禾器（2）4DS-2型大蒜收获机。图1-8为4DS-2大蒜挖掘机结构示意图，该机是由拖拉机拖动，采用3点悬挂方式，动力源为拖拉机驱动轮和同轴链轮，解决了拖拉机取力困难的问题该机可以调节挖掘深度，整机纵向长度较小，机组的纵向稳定性高，该机具配套动力为泰山-12型拖拉机，一次收获2行，挖掘深度在12150mm范围内，生产率为0.067hm2/h6。图1-8 4DS-2大蒜挖掘机1.手扶拖拉机 2.限深轮 3.挖掘铲 4.分离输送链 5.传动链（3）4S-85收获机。图1-9为4S-85大蒜收获机结构示意图，该机具配套东风-12型手扶拖拉机，可以一次完成碎土、断根、蒜土分离、集条铺放等农业环节。该机适用于沙性土壤里工作，筛选装置能够使蒜头和土完全分离，并集中在一起铺放。总体来说，该大蒜收获机工作是效率不错，大幅度降低了人工收获的劳动强度，并且此款大蒜收获机得到了当地蒜农们的肯定6。图1-9 4S-85大蒜收获机1.限深轮 2.液压千斤顶 3.机体 4.手扶拖拉机离合器 5.拖拉机底盘6.液压泵 7.柴油机 8.防滑轮 9.左右拨禾轮 10.泥土分离器 11.碎土輥 12.挖掘铲大蒜收获机存在的问题尽管已有了这么多的大蒜收获机，但是或多或少还存在一些问题：1）大蒜收获机具因为种植模式的阻碍而难以推广。各地方蒜农的大蒜种植方式各不一样，没有形成规范、统一的大蒜种植模式，使大蒜收获机具难以去适应各种各样的种植模式。举例说明，有些地区蒜农是采用垄作式种植，有些地区蒜农是采用平播式种植，并且每行之间的距离不规范，没有规范的种植模式。并且有些蒜农在大蒜地里套种其他农作物，不同蒜农套种农作物不一样，另外就算套种同一种农作物，它的行距又是不一样的，单个大蒜收获机适应不同种植模式的要求就比较困难。综上所述，因为大蒜收获机的适用性，造成某一地区的大蒜收获机在另外地区的复杂推广形势2。2）大蒜收获机设计本身存在的一些问题。大蒜收获机适用性不高。有些大蒜收获机能在土质呈粘性的环境下很好工作，但是在沙性土壤中工作情况就不行；有些大蒜收获机设计缺少清理辅助结构，大蒜收获机很容易被塑料薄膜和大蒜蒜秆缠绕，从而影响到大蒜机械收获质量2。所以，开发一款效率高、适用性广的大蒜收获机势在必行。1.4本文研究内容和预期成果1）研究内容 本设计针对大蒜收获时的一些问题，并考虑到大蒜种植的地方大量的使用手扶拖拉机，根据农机动力这些特点，设计一款由9.7KW柴油机提供动力并结合二级减速箱的手扶大蒜收获机。5该自走式手扶大蒜收获机能够完成大蒜的切径、挖掘蒜头、蒜土分离、输送蒜头和自动收集到网袋等作业，能够满足大蒜的农艺环节收获要求。同时该机设计为可拆卸结构，当把切茎装置拆下来后，剩余作业部件能够用于马铃薯，花生等农作物的收获。也可以拆卸柴油机，用作其他用途。总体来说，该机提高了农业机具的使用率，避免了资源浪费，减轻了农民的一些经济负担。2）预期成果经过本章节开始所阐述的大蒜收获机研究目的和意义、研究内容、以及分析了国内外目前大蒜收获机的现状后，得出了一个结论：适合国内现在农业需求的大蒜收获机还没有被设计出来。为此，预针对大蒜收获机收获效率不高、推广难等问题，设计一款手扶大蒜收获机。本次设计的预期成果是：设计一台能一次自动完成对大蒜切茎、起蒜、去土、收集等农艺环节的打算收获机，并且该机具有收获效率高，作业性能良好，推广容易等特点。另外本次毕业设计，先根据已有的资料，初步确定设计方向，并结合所学的机械结构设计方法和步骤，确定设计一款自走式并能够实行联合收获的大蒜收获机的方案，并且该机结构有创新点，总结归纳技术路线如图1-10所示：文献检索、调研综合分析已有机具、找出存在问题设计结构方案建立三维模型行走轮轴的强度校核 图1-10 设计路线第2章 大蒜收获机整体结构设计2.1设计要求参考已有的地下农作物机械收获技术要求，特别是块根、块茎作物机械化收获技术要求，然后根据蒜农的基本需求，大蒜机械化收获的要求如下：1）起蒜和蒜土分离。收获机能完整的挖起大蒜，并且对大蒜的损伤要达到很少或者没有的情况，大蒜损伤包括蒜皮被划伤、切伤以及大蒜被压伤，大蒜的机械化收获大蒜损伤率应低于1%8。2）有足够的工作幅度以及不掉蒜、不漏蒜。大蒜的机械化收获工作幅度是被限制的，所以工作幅度应该尽量大，其收获效率高。大蒜一次收获中，不应该有掉蒜、漏蒜的情况发生，避免人工的再次捡拾，增加劳动强度9。3）防护装置应该做好。机器作业地方有很多杂草和蒜秧，防护装置是保护工作部件不被缠绕，机具工作流畅、不被打断。4）有一定的适应性。该机能够在不同土质、不同湿度的情况下正常工作；能够在蒜秧倒伏、蒜秧干枯或者青绿的情况下正常工作；在大蒜生长地平坦或者低洼的情况下，也能正常工作10。5)机具能一机多用，增加机器使用率。该机不仅能够在大蒜收获中，还能够其他农作收获过程中使用，提高机器使用效率，减少蒜农购买其他机具。6)机器便于操作，保养方便。为了使机器便于操作和保养方便，设计该机具时，尽量使其结构简单，减少不必要的辅助装置，使用低成本的材料。2.2总体结构及工作原理该机由扶禾秆、切茎刀具、挖掘铲、输送装置、收集网袋、以及减速装置等机械结构组成。图2-1为大蒜收获机结构图， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15图2-1 大蒜收获机1.皮带 2.柴油机 3.变速箱壳 4.换挡器 5.机架6.手扶架 7.扶禾秆 8.锥齿轮壳 9.刀具秆 10.刀具 11.限深轮12.挖掘铲 13.传输链 14.大行走轮 15.收集框其工作原理为，该机作业时高速旋转切径刀具切断大蒜的茎；挖掘铲对深陷土壤中大蒜进行松土和挖起；挖掘铲后的一块横板，把大蒜收到传输链条上；在传输链条上对大蒜进行蒜土分离；大蒜运送到链条后端，落入套在收集框上的收集网袋，完成大蒜的收集作业。其中扶禾秆在机具行进时，夹持蒜茎，便于刀具切断。该机可以一次自动完成对大蒜切径、起蒜、去土、收集等农艺环节的大蒜收获机。该机结构简单，由手扶秆控制行走速度和行走方向。该机由手摇启动方式，现在有前档和空档位，由离合器控制，和减速器联合使用。该机由转速2300r/min、最大功率9.7kw（13马力）的ZH195A柴油机提供动力。工作幅度为650mm，一次收获三行，挖掘深度40mm，机具行走速度约为2.52km/h，行距要求为160mm。该机不同于一些收获机的先起蒜、再切茎过程，而是先切茎、再起蒜。并且多行作业，提高了机具工作效率。 该机启动方式是先将离合器置于空档，手摇启动柴油机，然后回到手扶架位置即两手握住手扶秆，再将离合器置于前档，机具行走。手扶架上有操纵机构，用来控制制动装置，机具的行走速度和行走方向的转变，还包括控制油门和变速等功能。2.3大蒜收获机结构组成大蒜收获机的是由很多装置组成起来的，大蒜收获机的结构组成如图2-2所示： 动力源 9.7kw ZH195A柴油机 刀具 扶禾杆 切茎装置 万向轮 清理装置 切茎装置的传动 挖掘铲大蒜收获机 传输抖动装置 传输链和抖动轮传动装置 减速箱配套离合器 行走装置 使用高摩擦力的橡胶轮胎 控制装置 控制启动、变向、停止等 其他装置 制动装置、收集栅条和收集框图2-2 大蒜收获机下面会根据大蒜收获机的结构组成对其装置结构一一做详细介绍2.4大蒜收获机的创新性该机在结构上的设计的创新点归纳为：1.改变的大蒜收获的顺序，把切茎环节提前，并能够完成联合收获；2.增加了新的结构在大蒜收获机中，在大蒜收获机的切茎装置安装粉碎刀具，粉碎大蒜秧苗。其装置不仅能防止杂物缠绕刀具杆上，也能清理秧苗在大机器前的堆积，粉碎后还能做肥料。3.该机可拆卸。可以拆卸切茎装置，其余作业部件可以收获土豆、花生等农作物；柴油机可以拆卸，可用于其他动力源的输出。这种“一机多用”模式对机器的使用效率非常高，不会闲置机具，也可以少购买一些农业机具，并且在以后的的农业生产中，“一机多用”模式肯定能得到极大的推广。第3章 传动装置设计3.1动力源 1）动力源的放置动力源可以和作业部件分开，也可以装在作业部件上。方案一：作业部件和手扶拖拉机配套使用。设计大蒜收获机的作业部件包括切茎、起蒜、运输等环节，然后悬挂在手扶拖拉机前面。通过控制手扶拖拉机来驱动大蒜作业部件工作。方案二：动力源单独使用，设计传动装置和换挡装置。使用一款柴油机，装在作业部件机架上，动力经皮带传递给传动系统。操纵机构同样安装在手扶秆上，控制其动力输出和转向等操作。方案一的大蒜收获机的农艺环节要有收集装置，当作业部件和收获拖拉机配套使用时，其收集装置不能合理的设计出来。方案二的农机机具其结构简单，便于操作和保养，另外柴油机可拆卸，当农机闲置下来时可以把柴油机用到其他方面。经过综合考虑，选用方案二，柴油机安装在作业部件上。设计其传动系统，减速装置，以及手扶杆操作系统等必要装置。2）动力源的选择参考已有的大蒜收获机动力源提供的功率，选择一款高功率、高转矩、低转速的柴油机。所以该机动力源是由沂南县瑞丰内燃机有限公司生产的ZH195A柴油机提供动力，表3-1是该柴油机的明细参数，表 3-1 柴油机技术规格项目规格项目规格型号ZH195A燃油消耗率（g/kw h）256.5形式单缸、卧式、四冲程机油消耗率（g/kw h）2.72燃烧方式直喷式冷却方式蒸发水冷缸径×行程（mm）95×100润滑方式压力与飞溅复合式压缩比18±1启动方式手摇启动1小时功率9.7kw净重量（kg）10812小时功率8.82kw功率输出方式飞轮端输出额定转速2300r/min外形尺寸670×378×560此款柴油机启动极其简单，输出功率很大、损耗油量低，并且具备外形体积小、整体重量轻等特点，另外它的操作方便、维护简单、可靠性好。该柴油机用途非常广泛，可用于小型工程机械的产品中，如农用手扶拖拉机、玉米粉粹机，配合使用提供动力 7 。3.2减速装置1）变速总述大蒜收获机先用皮带传动传递给传动装置，传动装置输出使用链条传动。因为链条传动适合在恶劣的环境下运行。大蒜收获机的行走速度要控制在23km/h，而动力源提供的转速在2300r/min,所以使用减速器把速度控制下来。下面计算其传动比，行走轮的直径D=680mm 而 V=R （3-1）=2N （3-2）所以，N= （3-3）取V=0.7m/s所以，N=30.4r/min而柴油机额定转速n=2300r/min那么=75.66经过初步计算，需要四级减速，所以采用一个二级减速箱，并在减速箱的两端也在减速。减速箱和离合器配套使用，离合器用来控制机具的档位。 设减速箱的两端传动比分别为a、b,二级减速箱传动比为0。a=2，b=3.23，0=11.745。下面对减速箱是对减速箱的具体计算过程。2）减速箱计算根据文献19，可知齿轮传动效率， =0.96，=0.99，=0.97，（1）分配传动比设减速箱两级传动比分别为，1、2，1=（1.31.5）2，两级大齿轮直径相近，去1=1.42。所以，1=4.05，2 =2.9。（2）计算各轴转速 （r/min）柴油机额定转速n=2300轴（高速轴）转速：n= （3-4） 轴（中间轴）转速：n= （3-5）轴（低速轴）转速：n= （3-6）（3）计算各轴输入功率输柴油机输出功率：P=P=9.7KW 轴（高速轴）：P=P （3-7）轴（中间轴）：P=P （3-8） =8.94KW轴（低速轴）：PP （3-9） =8.59KW（4）计算各轴输出转矩：柴油机输出转矩：T=9.55=9.55 （3-10） =4.03N轴（高速轴）输入转矩：T=9.55 （3-11）轴（中间轴）输入转矩：T=9.55 （3-12）轴（低速轴）输入转矩：TN （3-13）将上述计算结果统计在表3-2内，如下：表3-2各轴的功率、转矩和转速轴 号功率（KW）转矩（N）转速（）柴油机9.74.032300轴9.3127.71150轴8.943.01283.5轴8.598.3897.91（5）齿轮参数表3-3为高级齿轮参数，如下：表3-3高速级齿轮相关参数（单位mm）：名称符号计算公式及说明模数M2.5压力角齿顶高2.5齿根高=(+)m=3.75全齿高=(+)m=5.62分度圆直径=m Z=35163.75齿顶圆直径=m=37.5=（）=166.25齿根圆直径=31.875=160.625基圆直径=中心距表3-4为低级齿轮参数，如下：表3-4低速级齿轮相关参数（单位mm）名称符号计算公式及说明模数m4压力角齿顶高=4齿根高=(+)m=5全齿高=(2+)m=9分度圆直径=m Z=54=m176齿顶圆直径=（）m=58=（）m=180齿根圆直径=()m=49=()m=171基圆直径（1）轴类零件设计轴分析其轴上零件装配，其轴设计如图3-1所示：图3-1 轴其轴上受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图3-2所示：图3-2 轴轴分析其轴上零件装配，其轴设计如图3-3所示：图3-3轴其轴上受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图3-4所示： 图3-4轴轴分析其轴上零件装配，其轴设计如图3-5所示：图3-5 轴其轴上受力图以及轴的弯矩图和扭矩图如图3-6所示：图3-6 轴3.3离合器离合器使用弹簧摩擦离合器，安装在变速箱壳内，是柴油机和减速器的过渡件16。其主要作用是控制传动系统的结合和分离，通过操纵杆实现控制机具的空档和前档档位。用于机具的启动、停止和转向，其结构图如图3-7所示。图3-7 摩擦离合器控制装置在手扶杆上，用手扶杆上的扶手把控制大蒜收获机的启动、停止以及转向。1）机具的启动和停止。 （1）换挡原理机具启动和停止的控制结构图如图3-8所示，档位杆控制着离合器与变速箱的输入轴的分离和接合。离合器在正常情况下处于接合状态，当机具启动时控制B方向手把，档位杆移向B位置，将档位杆置于空档位置，启动后控制B方向手把，档位杆移向A位置，将档位杆置于行进档，离合器接合机具运行；机具停止时，控制B方向手把，档位杆移向B位置，离合器分离，然后柴油机停止，机具停止。B方向手把使用旋钮式的单行程，不会自动回程:当档位杆移向B位置后，如果不控制手把，档位杆不会沿着A方向返回A位置。 1 2 3 A B图3-8 控制结构图1. 弹簧 2.档位杆 3.刹车线（2）离合器控制结构图档位杆和离合器通过弧形连接杆相连，研究汽车离合器的控制连接方式，设计该机具离合器控制连接结构图如图3-9所示。16 A位置连接柴油机传入到变速箱的轴，B位置连接减速箱输入轴,档位杆沿着C方向移动。当机具空档时，档位杆移向C位置带动其连杆向左移动，其后离合器内压板和摩擦盘分离，离合器处于分离状态；当档位杆回位时，连接杆向右移动，其后离合器内压板和摩擦盘接合，离合器处于接合状态。该离合器控制结构参照汽车离合器连接方式，档位杆和手扶拖拉机刹车线连接。 CA B图3-9 离合器控制连接图2）机具的转向该机在车轮与行走轮轴连接位置安装摩擦离合器，实现该机的转向。当需要转向时，握紧要转向的那一侧的手扶杆上的转向手把，使该侧离合器分离，切断其驱动力，实现转向。另外需要注意的是，应该尽量避免起步时候和下坡的转向。第4章 切茎装置设计4.1切茎装置总述切茎装置是一个组合结构，如图4-1所示，实现大蒜秆茎的扶起和对大蒜秆茎的切断功能。它是由柴油机提供转速，传给皮带轮3，再通过皮带轮2传递给齿轮壳1，齿轮壳1内有一对锥齿轮，实现变向过程，然后传给刀具杆上的刀具，高速旋转，切断蒜杆。扶禾秆5是大蒜收获机行走时，对倒地的蒜苗扶起，并对其行程一个夹持力，便于刀具的切径。限深及导向轮8在机具在行走时控制其方向和入土深度。当卸下切茎装置时，该机还可以收获土豆，花生等农作物，同样满足其收获的农艺环节。切茎装置用螺钉和整机机架连接，便于固定和拆卸方便。 1 2 3 4 5 6 7 8图4-1 切茎装置1.齿轮壳 2.皮带3.皮带轮4.机架5.扶禾秆6.刀具7.刀具杆8.限深轮4.2刀具的形状以及参数在锥齿轮壳内有一对传动比为1的锥齿轮，把动力源提供的转速改变方向。切茎位置有三把刀具，刀具如图4-2所示，旋转刀具切断大蒜秆茎，三道刀具工作增宽作业幅度。该刀具采用W18Gr4V ，这种原材料是在盐浴炉或箱式炉中加热到12001275然后油冷，用540570的温度回火，硬度HRC不小于63。适合做高速旋转的工具钢 20 。 刀具小圆直径 D1=100mm 刀尖直径 D2=190mm 刀具厚度 H=6mm 所以，刀具转速=2n=14444r/min 图4-2 刀具 而刀具功率P=9.7kw所以，刀具转矩为T=9.55=4.03N该刀具片刃使用5片可以形成不对称的一个合理的力学动力,当单片叶片不具备动力势能时,其他的双片片处于势能状态,双片势能叶片自然可以轻松带动一片暂时不具备势能叶片,可以节省能量，并且提高工作效率。4.3限深轮 安装在切茎装置上的行走轮有限深作用。其结构如图4-3所示，切茎装置在行走时，该轮在土壤上行走，控制其后的挖掘铲陷入土中深度。其结构上部配合轴承安装在机架上，其支架能够在动载或者静载中水平360度旋转，在收获机转向时能自由旋转。图4-3限深轮限深轮离地面的高度可以调整，通过移动上下两个杆孔位置对齐，来调整其高度限深轮离地面的高度，然后用螺钉紧固如图4-4所示。图4-4 升降孔位4.4扶禾秆在机具前端部位的机构是扶禾秆。其作用是机具行进时扶起倒伏蒜茎，并对高于土壤的大蒜茎上部行程一个夹持力，平衡刀具切茎时大蒜的泥土阻力，有便于大蒜的切茎。其结构为圆形栅条，向下弯折，减少泥土拥堵阻力。另外其在于大蒜上部，不会对大蒜有损伤。4.5清理装置机具在行进时，工作顺序是先对大蒜秧苗的切断，再起蒜，那么就会遇到蒜秧在机具的刀具位置堆积以及收蒜时有蒜秧混入的情况，为了解决这一问题。设计了其清理装置：在切茎刀具杆上安装粉碎刀具，对蒜秧进行粉碎，即使个别蒜秧没有被粉碎，因为刀具旋转不会堆积在收获机前面，粉碎后的蒜秧在经过后面的传输抖动装置时，会掉落到地上，不会收集到收集框内。该刀具结构如图4-5所示图4-5 粉碎刀具此结构装置也是本次设计的一个创新点，把蒜秧粉碎到地里，作为后续农作物的肥料，合理性和可行性都很高。4.6切茎装置的传动把柴油机提供的动力经皮带轮和转轴传到齿轮壳，齿轮壳内的一对锥齿轮实行传递的转向但不变速，再传给刀具杆，其上刀具高速旋转先切断蒜秧、后粉碎蒜秧。锥齿轮图4-6为: 其主要参数为：M=2 D=60mm B=20mm =20° 传动比 =1 刀具转速n=2300r/min 图4-6 锥齿轮此锥齿轮选用标准件。 第5章 起蒜和蒜土分离装置设计5.1起蒜装置1）挖掘铲选用挖掘铲的任务是以带最少的泥土量挖掘大蒜，并使土壤松碎，把大蒜送到其后的分离装置上，并要求其所受阻力小，减少能量损失。用于该大蒜收获机的可以使用平面铲和曲面铲，下面提供两种方案对比。方案一：本方案选用三角平面铲。三角平面铲如图5-1所示，三角平面铲外形是三角形，铲面平整，作业时由铲柄推向土壤中，破土并取蒜，所受阻力小。 图5-1 三角平面铲方案二：本方案选用曲面铲。曲面铲的铲面分为凹和凸性，增加了挖掘面积，泥土也很容易掉落。一般使用在有运动轨迹的挖掘机上。图5-2所示的是凹面铲。图5-2 凹面铲 参考土豆、花生等作物的收获机，三角平面铲用的最为广泛，曲面铲应用相对较少。考虑整机的作业时，工作阻力比较大，能量损失也比较大，为了减少不必要的功率损失，减少其他阻力，故选择方案一，使用三角平面铲。经过以上的思考，并且其他结构已经设计完成，所以本次设计结构成型，下面具体介绍大蒜收获机的各个装置。2）挖掘铲的参数确定在方案选择时分析了挖掘铲的选用。该三角平面铲铲主要的参数包括铲的形状斜角，工作角度以及其宽度B。铲工作角度越小，铲的运行阻力也就越小，其值应该小于22°，所以选=18°；铲宽B=110mm；铲高H=80mm，为了保证铲的清理能力，铲的形状斜角的大小应该满足不等式（2-1）： 90°-> （5-1） 其中，为土壤对铲刃的摩擦角，大多数取27°35°，所以选=80°。5.2蒜土分离置蒜土分离装置用传输抖动实现，传输链形状如图7-1所示。传输抖动装置由杆条、链条和凸轮构成。在传输链的中部位置，设计一个偏心抖动轮，紧靠输送链条的上边的底部位置。抖动轮以固定速度转动，其最高点以不规则圆周运动，链条随着抖动轮发生周期性变化，从而抖动传输链抖掉泥土。抖动轮设计为凸轮，凸轮抖动轮工作性质比较温和，产生的冲击力小，工作稳定。抖动轮及传输链条位置如图5-3所示。两边链条都有凸轮，两凸轮之间有一连接秆，使其同步运动。传输链有规律的运动，不会两边抖动不同。 1 2图5-3传输链1.链条 2.凸轮另外，在传输链末端有收集大蒜的装置，大蒜在传输链上直接送至收集网袋中。完成其自动收集。5.3挖掘铲部位辅助装置挖掘铲辅助装置。其作用是便于大蒜头全部的运到传输链上，不掉蒜头，避免人工的再捡拾。位于机具同挖掘铲径向位置，在机具旁边，设计为栅条形状。第6章 行走轮及其轴的校核6.1行走轮行走轮使用橡胶轮胎,支撑整个机具的多数重量在土壤上运行，所以其承受能力要求强。因为大蒜收获机行走速度不快，并且路况不好，载荷性能要求苛刻，所以机具行驶和牵引性能要求都很高，所以采用橡胶轮胎能，具体为人字花纹农用机械轮胎。轮胎直径68cm，轮胎最低点低于地面6cm。6.2行走轮轴的校核轴根据承受载荷的不同，分为转轴、心轴和传动轴 22 。 转轴既传动转矩又承受弯矩；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小；心轴则只承受弯矩而不传动转矩，心轴又分为传动心轴和固定心轴。本次设计的大蒜收获机行走轮的轴应属于转轴，给行走轮传递转矩和支撑整个机具行走。多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度，做强度计算，以防止检验断裂和塑性变形。行走轮轴承受机具的大部分重量，并且承受行走时的阻力，轴的强度要求很大。需要特别对轴进行理论计算和校核。轴的设计是满足轴的强度要求为准则，考虑其合理的结构设计保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，便于轴上零件的调整。由于轴系部件结构复杂，先简化成力学模型，再进行计算。轴的设计计算中，当载荷在零件上分布的长度小于轴长度时，集中载荷被替代成为分布载荷，其载荷上面作用点取轴轮毂宽度的中点，并且不考虑轴与轴上的零件自身重量，轴上支反力作用点的位置处理为铰支座。但是在本次设计中，载荷在轴上的分布长度相对于轴的长度来说比较大，不能集中载荷来代替分布载荷。装置中轴的受力是其机具的重量整个大蒜收获机重量以发动机和减速箱为主，并且承受转矩。对于同时承受弯矩和转矩的轴，可根据转矩和弯矩的合成强度进行计算。当机具作业是所受阻力过大，下面进行机具作业时，轴的校核。1）按弯扭合成强度计算根据其工作情况，简化轴的结构图。其材料采用45钢，调质热处理工艺。45钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好，45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC5659不能低于HRC48。（1）做出轴的计算简图轴上受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，将轴上分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。其计算简图如图6-1所示，F为机具行走时所受阻力，查阅资料其公式为： 2F=F1+F2+9.8m （6-1）F1=9.8fm=9.8×0.3×180N=529.2N （6-2）F2= s·L··tg (+) +ks =0.048 ×0.35×1900×9.8 ×tg (20°+30°)+24×0.048=93.28N （6-3） 2F= F1+F2+9.8m=2386.38所以，F=1193.24N其中： f 机具滚动摩擦系数，取f=0.3