毕业设计（论文）-生姜收获机械设计

青岛农业大学毕 业 论 文（设计） 题 目： 生姜收获机械设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 日目目 录录 摘 要.IABSTRACT.II1 绪论.11.1 研究背景.11.2 国内外研究现状.11.3 选题的目的和意义.31.4 研究方案.32 生姜的种植农艺及收获机方案的选定.52.1 种植农艺.52.2 机具方案的选定.63 悬挂架、限深轮、挖掘铲的选定与设计.93.1 悬挂架的选定与设计.103.2 限深轮的选定与设计.123.3 挖掘铲的选定与设计.124 传动部件的方案选定及设计.164.1 一级传动方案的选定 .164.2 V 带轮的设计计算 .164.3 锥齿轮的设计算. .184.4 二级传动方案的选定.204.5 链轮的设计计算.204.6 导向铺禾杆的设计.224.7 圆盘割刀的选定与设计.225 结论及建议.245.1 结论.245.2 建议.24参考文献.25致 谢.26 生姜收获机的设计摘 要本设计通过对目前各类型生姜收获机械资料的查阅和研究，对现有的技术方案进行创新和改进，设计了一台结构简单具有清垄和挖掘功能的牵引式生姜收获机，这种机械可以与不同马力的动力机械配套使用，这样就不会造成动力机械闲置。在设计过程中，利用 ProE 软件的三维建模，对各个部件的观察并最终确定最佳方案。在此次生姜收获机的设计中主要完成以下的工作：完成悬挂架和铲架以及挖掘铲的设计计算；完成割台传动系统（皮带轮、链轮、锥齿轮）的设计和计算；完成割刀的设计计算；完成整体的配置方案及装配。 关键词关键词:生姜;收获机;挖掘 The Design of the Ginger Harvester Abstract This design through the review and study the various types of ginger harvester data,innovation and improvement of the technical scheme of the existing,traction type ginger harvesting machine with simple structure and Ridge Clearing and mining function design,this machine can be used with power machinery supporting different horsepower,So as not to cause power machinery idle.In the design process,using three-dimensional modeling software ProE,observation of the various components and determine the optimal scheme. Mainly completed the following work in the design of the ginger harvester:complete the suspension frame and a shovel digging shovel frame and the design calculation;To complete the cutting table transmission system (pulley, sprocket, gear) design and calculation;complete the design of the calculation of cutting knife;complete the configuration scheme of overall and assembly.Key words: Ginger; Harvester; Mining青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）01 绪论1.1 研究背景生姜原产于东南亚(印度和马来西亚一带)热带雨林区的森林边沿地带。目前， 我国是世界上种植生姜面积最大的国家，其次分别是印度尼西亚、印度及澳大利亚等国。欧美发达国家及日本、韩国的生姜种植面积在逐年减少，但对生姜的需求却越来越旺盛，这些国家年需求量在 400 万吨以上，且每年以 20% 以上的速度增长。由于生产技术及产业结构调整等原因，目前，全球生姜年生产量在 2500 万-2800 万吨,市场需求缺口很大。生姜作为我国重要的蔬菜品种，具有良好的药用和食用价值，其在我国的栽培历史悠久，种植范围很广，目前已形成许多著名产区，除东北、西北等寒冷地区不种植外，在我国的中部、东南部至西南部的各地区均有生姜产区。且以南方诸省居多。自98 年以来， 国际的生姜市场日趋活跃，呈现出供不应求、价格坚挺之势。 其中对中国的生姜需求逐渐增大。目前，因日韩美等国家对中国生姜需求旺盛，使得农民的种姜积极性增加，2011 年全国各地的生姜种植面积都有不同程度的增加。经初步估算，2011 年全国的生姜种植面积要比 2010 年多 40左右。以山东部分地区为例，其生姜种植面积比 2010 年增加了 50左右，全国各个生姜主产区的生姜种植面积都有不同程度增加，其产量增加了不少。在 随 着 生 姜 种 植 面 积的不断增加，以往传统而落后的人工收获方式已经不能满足当前的生姜收获的要求，因此生姜收获作业的高效性研究已经迫在眉睫。生姜种植农业机械化水平的高低会直接影响到生姜种植也在我国的发展，因此我们要抓紧对生姜收获机械的研制。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状随着改革开放政策的实行，国内特种农业也在飞速的发展，以往的生姜只会被人当成是一种调味蔬菜，现在生姜的经济性已经逐渐被人所认可。在随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1地区生姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入方式和新的致富之路。由于国内生姜机械行业起步晚，导致了生姜种植及收获机械化程度很低，这严重拖慢了生姜种植产业在国内的发展速度。国内生姜收获机械主要分为两大类、三种型式。其中的一类是挖掘类，另一类是提拉秧类。挖掘类机械在生姜收获时，如果种植生姜的土壤过干，这样挖掘铲的工作阻力会很大，这样挖掘的效果就会很差，这样人工后期的作业时会造成姜块的损坏和姜块不能收获的困难，如果土壤湿度过大收获机械在行走时会变的很困难，挖掘铲的阻力变大挖掘效果变差；提拉秧类机械受土壤的干湿度的影响不是很大但主要会受到生姜的种植密集度的影响较明显，姜苗种植的过密、过疏或者是疏密不均等问题，都会影响收获效果1。尽管现在国内已经有了不少形式的生姜收获机械，但是国内技术并不成熟，现有的机械并不能对生姜收获作业达到全机械化，大部分收获工作还是需要人工去完成。这样农民的收获劳动强度并没有减少，而且还会导致收获时间长和收获效率低等问题, 而且人工作业的随意性使生姜茎块的损失率、破碎率较高, 不利于生姜的贮存。因此, 急需改善和创新新生姜收获机械以解决目前国内生姜收获存在的不足。1.2.2 国外研究现状 生姜受生长环境以及种植农艺的影响导致它多分布于亚热带地区的国家，如中国、印度、东南亚的一些国家。国外从 20 世纪 40 年代开始根茎类作物收获机械的研究, 如美国、德国、日本、法国、意大利等发达国家均研制出了不同的收获机械。现已实现对长根作物( 萝卜、甜菜等) 和短根作物( 生姜、花生、大蒜、洋葱等) 的机械化收获，国外的根茎类作物收获机械正向大型化、机电一体化、智能化, 更可靠、更安全的方向发展。一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来, 农业机械正向智能化方向发展2。 针对国产机型存在的不足之处，和对发达国家先进技术的借鉴，本次设计的生姜收获机通过添加清垄功能和运用轮叉式挖掘铲来解决上述问题，在保证机具达到所需工作标准，同时，要保证该机型的价格较为低廉，操作简便，通用性好等特点。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）21.3 选题的目的和意义 目的：在随着科学技术的发展，高产量生姜品种研制的成功，使得现在生姜亩产量不断提高，所以在全国的各个地区生姜种植的面积在逐年增大，并且以生姜种植的周期短、经济效益高等优点渐渐的成为了这些农民家庭的最主要经济收入和一条新的致富路。但目前，国内生姜收获不能达到机械化的程度，这就很大程度上阻碍了生姜产业的发展3。为了适应农业发展，此次毕业设计，通过借鉴现有生姜收获机械，对机具简化改进降低机具成本，并且提高生产效率高,节省劳动力,降低收获成本,增加产量。意义：目前国内生姜种植面积比较分散, 种植农艺参差不齐, 这既影响了生姜产量的提高, 也不利于生姜收获的机械统一化。生姜收获时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大等农艺问题亟待解决4。 改进后的生姜收获机械简化了机具并且简化了工作过程， 能减生姜姜块的破碎率，由于机械的结构简单，所以生产造价低廉，并且机具的生产效率高，通用性良好可以与家用拖拉机配套使用。1.4 研究方案研究内容：本课题针对目前现有技术的不足，通过对传统收获机械的革新，提供一种能够减轻人的劳动强度，提高工作效率，并且能适应不同地域工作环境，收获效果好的生姜收获机械。 研究目标：本次设计的生姜收获机主要由松挖装置、切割装置、和传动装置等部分组成。挖掘铲的挖掘深度可以通过限深轮来调节而割刀的切割高度通过割刀高度调节杆装置来实现，从而使机具可以适应不同的种植农艺方式。研究方法： 充分了解现有的生姜收获方式的优缺点，总结经验，克服不足。设计一种结构简单而且可以与拖拉机配套使用，能适应不同的工作环境的生姜收获机械，从而减轻农民购买时的经济负担和生姜收获时的劳动强度，并且提高生姜收获作业的效率。设计过程中要用到农业机械学、机械制造、机械设计、材料力学、动力传动装置设计等课青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）3程方面的知识。技术路线： 调查研究资料写出开题报告确定总体方案机架、轮子和轮叉铲等的装置设计传动设备计算选型切割装置整体方案设计绘制生姜收获机总装图及零件图撰写设计说明书 拟解决的问题：主要解决生姜收获作业时劳动强度大，效率低，工作过程繁琐，作物果实块茎破碎量大，以及生姜收获机具的造价太高机具的闲置的等问题。特色与创新点：本次设计的生姜收获机，相对以往的传统收获机械来说结构更简单，生产造价更低廉，可以与家用手扶拖拉机配套使用。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）4 漏姜：漏姜是在生姜收获作业过程中的被遗漏在土壤之中并没有被收获的姜块，造成漏姜的最主要原因是生姜收获机械在挖掘作业时挖掘铲入土角度和入土深度并没有达到收获挖掘入土深度和挖掘宽度2 生姜种植农艺和收获机具方案的选定2.1 种植农艺(1)生姜的种植特征生姜在全国各地由于种植环境的不同种植方式也有区别。在通常情况下，姜块可以长出的根最多不会超出 10 根一般都是 7-9 根。生姜的根系由于吸水和吸肥的能力不是很好的原因它的根系并不会入土很深，当生姜的根入土超过 30cm 的时候并不能对水肥吸收。 图 2-1 生姜农艺特征(2)收获要求1） 为了保证生姜能够全部被挖出或者松土，各个挖掘铲的入土深度和挖掘宽度都要达到要求（挖掘深度为 30cm，挖掘宽度为 40cm） ，如果入土深度和宽度不能达到要求，就会对姜块造成损坏和漏挖。2）生姜漏姜率及损伤率 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）5要求，这样就会使得后续人工作业的劳动强度增大而且还会增加生姜收获的损伤率。漏姜量的比例一般少于产量的 2%。 损伤：损伤是指在收获过程中那些破损的姜块，一般是机具在收获过程中没有达到收获要求是造成生姜损伤的主要原因，后续人工收获时对姜块早造成的人为损坏也是造成损伤的一部分原因。生姜损伤率一般也要小于产量的 2%。2.2 机具方案的选定2.2.1 方案参考 此次设计的设计方案的选定是通过对目前现有几种生姜收获机械的调研，参照自己的设计方案的要求，对比各个的优缺点来实现机具的设计。 图 1 4JZL-2 生姜收获机1、发动机 2、变速箱 3、皮带轮 4、液压操纵机构 5、油缸 6、横拉杆7、松土铲 8、限深轮 9、支架 10、支撑履带 11、支重轮 12、护板13、驱动轮 14、机架总成 以下是三种不同形式生姜收获机具的结构简图和性能分析：青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）6该机整体设计思路新颖、性能稳定、操作方便、损失率小及作业成本低 （1）工作原理：通过松土装置使生姜的底部和四周的土壤松动，再用人工方法使生姜拔出地面，减轻了劳动强度，使用操作容易，生产效率提高 （2）性能分析：通过在类似于手扶拖拉机行走系统的基础上来加挂生姜的挖掘系统制成的。自身采用了履带式行走机构，其优点在于既增大了牵引力，又增大了离地间隙。此设计比较适合高垄作物田间作业。可以完成对浇水 34 天后的生姜进行挖掘收获5。 工作原理：手扶拖拉机前进时,可先由立式割台将姜苗切除, 并传送到一侧清垄, 随后由环形深松犁将地下生姜根茎松挖, 生姜块被整体移出土而不被翻动,保证了生姜块的完整性。 性能分析： ， 主要是可以完成清垄作业，符合这次设计的要求，故此次设计以此机型为原型。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）7方案的选定及机构工作原理 图 3 日产生姜收获机 1. 驱动轮 2. 机架 3. 发动机 4. 拨禾轮 5. 分禾器 性能分析 ： 该机为自驱动型收获机，集收获、割秧于一体，其机架前端连接有拨禾轮，分禾器位于拨禾轮下方，由机架上的发动机提供动力，驱动各部件运动。2.2.1 工作原理 ： 该机具是由日本人藤木、弘羲于 1 9 9 1 年 申请的专利，生姜收获机沿着生姜种植行前进, 分禾器首先将生姜茎秆导人拨禾轮, 然后由拨禾轮将生姜茎秆喂人夹持带, 再由拨禾轮后端的茎秆切割装置将秧切去并输送到机器侧面, 随着夹持带的运动和机器的前进, 夹持带将生姜茎块从地下拔出,从而完成生姜收获。 通过对国内外资料的查阅以及结合本次设计的中心思想确定本次设计的生姜收获机械为牵引式的，结构简图和工作原理如下:青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）8 图四 生姜收获机结构简图 1.轮叉铲 2.限深轮 3.悬挂架 4.选用的手扶拖拉机 5.割刀 6.导向铺禾杆 整个装置分为两个部分，前边的为切割装置、后方的是挖掘松土装置。动力是由手扶拖拉机提供，动力机械的行走带动挖掘装置前行，轮叉铲与地面呈一定的角度插入土壤中，轮叉铲的转动可以对生姜起到挖掘和松土的作用。轮叉铲的工作深度是由位于它前方的限深轮来控制（限深轮的高度可以调节） ，轮叉铲的收起放下可以通过机架上方的伸缩调节装置来手动调节。前端发动机动力输出轴的转速通过三级减速将动力传给割刀使其转动完成对姜杆的切割作业，被割断的姜杆经机构最前端的导向铺禾杆引导倒向姜垄的两侧。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）9悬挂架是挖掘装置实现作业要求的重要部件，此次悬挂架的设计要满足限深轮的悬挂，轮叉铲的悬挂和收放以及与动力机械的连接，而且还要做到整体结构要简单、受力变形小、抗振性能好，此外在满足以上要求的情况下机架的质量要尽量的轻，结构设计要合理以便生产铸造、焊接和便于机架的组装维修等6。 3 悬挂架、限深轮、挖掘铲的选定与设计3.1 悬挂机架的选定与设计在机架的形状设计方面，悬挂机架上设置有两组铰连接，一组是固定铰连接另一组是提升铰连接，固定铰连接是悬挂机架与动力机械固定连接的以便实现挖掘铲的工作，提升铰连接是与伸缩杆连接实现悬挂机架的收起和放下，在悬挂机架的两边有限深轮及挖掘刀的固定装置，可以实现挖掘深度的调节及定位。在本次设计中，因悬挂机架受力并不大且需焊接部分较多，故不选用铸造的方式，同时，考虑周期，重量成本等原因，悬挂机架多采用焊接方式连接,通过查阅相关资料选择 Q235B 为此次机架材料。 图 3-1 悬挂架青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）10此次设计的限深轮是由钢板卷制通过焊接方式制成，焊接而成通过调整位于调整杆上的螺母可改变限深轮的入土深度，限深轮的最大垂向可调距离为 150mm，为避免对垄局部施压过大，并能保证限深轮的顺利滚动，限深轮自身的直径不应过小，本设计选取为 200mm。3.2 限深轮的选定与设计限深轮是控制轮叉铲入土深度和保持机架和动力机械在同一水平直线上运动的重要部件。由于限深轮与直接地面接触这样可以减轻悬挂架铰连接处的剪切力。在此次设计限深轮的过程中要注意一下两个方面，一方面在限深轮和土壤之间不能有滑动，相对滑动会增大挖掘阻力而且会影响到轮叉铲的挖掘效率；另外一方面限深轮的高度要合理如果与地面压力太大会造成土壤的压实从而影响轮叉铲在生姜收获作业时的挖掘松土性和碎土的效果。 图 3-2 限深轮青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）113.3 挖掘铲的选定与设计挖掘铲的设计过程中不能只考虑理论状况要理论联系实际，比如说挖掘铲作业过程中会有杂草石块等杂物，杂草会与挖掘铲发生缠连导致挖掘铲不能达到挖掘要求，而石块会与挖掘铲发生刚性碰撞会导致挖掘铲破损从而影响挖掘作业。此次挖掘铲的设计要完成挖掘姜块时避免对姜块造成机械的损伤，挖掘铲在收获作业的过程中克服各种阻力时所需要的工作动力要少，可以在不同的环境下比如在不同土壤中圆满的完成挖掘收获作业任务。要达到以上的各个方面的要求这就使得挖掘铲设计时的结构形式和几何参数的设计计算显得尤为重要。农业作业中运用到的挖掘铲形式各种各样，挖掘铲在工作过程中与连接件可不可以有相对运动将挖掘铲分为固定式、回转式和复合式三种7。常见的固定式挖掘铲的结构形式如图： 图 3-3 常见固定式挖掘铲三角形平面铲的特点是由于挖掘铲前端呈锥状所以它入土能力强入土阻力小，为了防止杂草的缠连其铲面角度要小于 120 ；这种铲也存在块茎的测漏问题，由于铲面o过平导致了它的碎土能力很差，而且由于铲面过大其入土深度不宜过大，当挖掘量变（1）三角平面铲 （2）曲面铲 （3）条形平铲 （4）带圆犁刀的曲面铲 （5）组合式铲（6）带分离栅的曲面铲青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）12大是三角铲容易拥堵，增加挖掘阻力。条形平铲特点是不易产生遗漏块茎现象，适宜于土壤粘度较小的土壤，但入土较难，容易发生产草现象，碎土能力较弱，拥堵现象较严重。多片铲特点是它是对三角平面铲的改进设计，收获效率较高，不易发生遗漏现象，入土比较容易，适用于挖掘深度不大的块茎类作物的收获，也存在着碎土能力不强的特点，出土量较大、易产生拥堵现象。凹面铲的特点是入土性能较好，可以使土壤发生变形断裂，因此具有一定的碎土能力，但碎土性能较凸面铲差一些。考虑到生姜的种植农艺的，要求生姜收获机械的挖掘深度较深，宽度较大，工作时需要移动大量的土壤，而以上的常见的挖掘铲入土能力、碎土能力、挖掘深度都不能达到生姜收获农艺的要求，如果要达到以上农艺的要求则挖掘铲需要做的很大这样就会很笨重浪费材料，而且铲面太大的话在挖土量大的时候都易发生拥堵就增加了牵引阻力8。为了减少对泥土的搅动以及功率的损失，本次设计采用下图的结构进行设计。 图 3-4 轮叉式收获铲示意图 轮叉式挖掘铲优点是结构简单，制造工艺少，而且能达到生姜收获时的农艺要求9。 轮叉式挖掘铲主要设计参数有：入土倾角（安装角度）；铲的直径 L。 （1）入土倾角 根据生姜的种植农艺可知 cm，H=40cm ；1L30青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）13 所以 tg=/H=0.375 ；2L1 ；1tg020 则；00170-90 考虑到生姜种植过程中姜苗与中心线的偏离度和拖拉机操作员的操作熟练程度，取 65 （） 。0065 （2）铲的直径 L 由生姜的种植农艺可知 Lcm；230 所以 cm；60cos/302L2 由于此轮叉铲的主要目的是为了松土及提拉生姜的目的，并不是为了将生姜完全从土壤中翻出，所以铲的末端并不需要完全达到生姜最大种植深度，而且如果直径 L 过大会对轮叉铲的制造工艺、热处理工艺，提出很高的要求，而且叉指在工作中很容易发生变形或者断裂，所以 L 取 50（L=50cm） 。 图 3-5 轮叉铲 在挖掘铲的入土过程中，不同材质的金属与土壤之间所产生的摩擦力也打不相同，因此，挖掘铲材质的选择对其刚度、结构及工作性能有重要影响。通常来讲，挖掘铲整体表面磨损导致其发生的几何形状的改变是用来衡量其刚度的重要因素之一，这就青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）14对挖掘铲材质的刚度有较高要求。在进行挖掘的过程中，挖掘铲会与埋在地下的石块以及其它较硬的物质发生碰撞，这就可能导致铲刃的开口损伤， 。挖掘铲工作过程，入土的挖掘铲的各种材料和金属之间的土地产生的摩擦力相同的，所以在选择材料上挖掘铲的韧性，结构和性能有一个显着的影响。一般情况下，导致其形成的磨损挖掘铲几何体的总面积的测量是在刚度的重要因素，挖掘铲刚性有更高的要求的变化。在挖掘过程中，用铲子挖在地面上用石头等硬质材料碰撞，从而导致损害挖掘铲破损，而且轮叉铲的工作方式就决定了铲指所受的各个方向应力都会很大，所以，挖掘铲的材质选择既要具有很高的的柔韧性，而且刚度要求也要很高。 综上所述，挖掘铲应具有可靠的刚度及柔韧性，很高的刚度要求，要便于加工制造，综上所述要求，通过查阅资料选用 Q390 低合金高强度结构钢进行生产制造10。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）15 由于此次设计的生姜收获机械是牵引式的，后方挖掘装置的工作动力是由拖拉机行走提供而前方割台圆盘割刀的的工作动力来则自于配套拖拉机械的发动机，一般情况下的拖拉机的动力传递都是是通过 V 带轮实现的，所以此次割台的动力传递的一级传动部件选择 V 带轮。发动机的动力通过 V 带轮的传递后要实现圆盘割刀的工作转动则需要动力的换向传递，一般来说动力换向机构有两种，其中一种是锥齿轮传递，另外一种是涡轮蜗杆 P 所需要传递的额定功率，KW。计算功率 P是根据传递的功率 P 和带的工作条件确定的；ca传动部件的方案选定与设计 44.1 一级传动部件的选定传递。涡轮蜗杆传递比较平稳可以实现不传动比的传递，但是涡轮蜗杆的传递机械效率很低而且对材料的耐磨性要求很高，而先对与涡轮蜗杆传递来说锥齿轮传递方式相对较廉价一点而且传递效率较高，所以此次设计选用锥齿轮来实现动力换向传递12。4.2 V 带轮的设计计算（1）计算功率 Pca P=K P ； 公式（4-1）caA式中：P计算功率，KW；ca K 工作情况系数；A 通过查表可知 K =1.2，而本次设计的生姜收获机为牵引式，而且切割台结构较A简单，所以割台的设计计算只是通过满足一般通用拖拉机传动要求从而实现生姜收获机的广泛配套使用，通过查阅资料可知手扶拖拉机的额定功率一般为 P=5KW，则 P=6KW。ca（2）选择 V 带的带型 V 带的带型选择是可以根据所计算的功率 P和小带轮转速 n 来确定的，因为割ca1刀的转速是直接通过发动机传递过来的并没有进过变速箱减速，一般拖拉机的发动机标定的转速是 2200r/min，所以通过查表选择 A 型 V 带轮。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）16 i 传动比较大会减小带轮的包角 ，当带轮的包角减小到一定的程度时，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,推荐值为 i=25。这里选择 i=2.5。 带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。V20m/S 时，HT150，20-30m/S 时 HT200，35m/S 直径较大，功率较大时用 35 钢和 40 钢。高速小功率用工程塑料。批量大时，可用压铸铝合金或其它合金。根据公式；计算中心距及其变动范围一般初选带传动的中心距为 确定中心距,并选择 V 带的基准长度 Ld（3）计算大带轮的基准直径 d2d d=id 公式（4-2d1d2） 式中：i传动比； d小带轮基准直径。1d d一般为小带轮的基准直径这里为所配套的拖拉机带轮基准直径。通过确定的 V1d带带型以及查表选择确定 d=250mm。2d（4） 0.7（d+d）2(d+d)， 公式（4-1d2d01d2d3） 这里取 400mm。0 L2+（d+d）+ 公式（4-0d021d2d02124d）（ddd4） L1398mm，通过查表加以适当调整取 L =1400mm。0dd （5） 传递的实际中心距近似为 公式（4-2L0d0dL5） 考虑到由于在带轮的生产制造加工过程中会存在制造误差，而且 V 带在生产制造过程中也会存在制造误差，以及 V 带的弹性会因为带在工作过程中长期受力而导致变差从而 V 带变的松弛从而产生的补充紧张的需要，中心距的变动范围 =-0.015L =393.1 公式（4-mind6） （6）带轮的材料选择 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）17 由于小齿轮在动力传递过程中转速较大受力大故选用40（调质处理）为制造材料，cr齿面硬度为280，因为大小齿轮之间要存在齿面硬度差，所以此次大齿轮的制造材HBS料用45钢（调质处理） ，而大小齿轮齿面硬度差一般为40时最合适合适，所以齿面HBS硬度为240。考虑到此次割台的动力输出不是很高只负责切割作业，对部件转速要HBS求不高所以选用8级精度13。 v= 公式（4-100060dn7）v3m/S，因为转速并不大所以选择 HT150 作为带轮的制造材料。4.3 锥齿轮的设计计算由于前面已经确定了经过 V 带轮传递来的动力选择锥齿轮为实现动力换向传递的部件，而且通过计算得到大带轮传递过来的转速 n =880/min，则定 n =440r/min,输出12的传动比为 i=2。（1）锥齿轮的制造材料和材料的处理方式小齿轮的齿数取=18，根据齿轮传动比 i=2 可以得到大齿轮齿数=2xZ =36，通过1Z2Z1查可得齿轮的弯曲疲劳强度，取弯曲疲劳寿命系数，0.88，取Mpa400F2lim2FNK弯曲疲劳安全系数=1.4，则弯曲疲劳许用应力S 公式（4-MpaSFKFSFKFFNFN42.2514004 . 188. 0Mpa86.2424004 . 185. 02lim221lim118）（2）齿轮疲劳强度设计 齿向载荷分配系数，为轴承系数，通过查表计be1.5HFHKKKbe1.1HKbeHK 直齿锥齿轮载荷系数,使用载荷系数=1，动载荷系数=1.1,齿间AVKK K K KKKV载荷分布系数。1HFKK青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）18大齿轮的数值较大，代入计算为锥齿轮传动的齿宽系数，最常用的值R1/3R依据当量齿数查表可得齿形系数，和应力校正系数，FYSY小齿轮2.80，=1.55；大齿轮2.22，=1.77FaYSaYaFYSaY算可得载荷系数1 1.1 1 1.5 11.815K 1）计算转矩输入功率P=5KW 公式（4-mmNnP.1007.885405109550109550T331319）2）计算分度圆锥角 公式（4-oooooZZ43.6357.26909057.263618arctantanarc1221110）3）计算当量齿数 公式（4-80cos20cosZZ221111VZZV11）（4）计算模数计算大小齿轮 公式（4-01562. 042.25177. 122. 2Y01787. 0242.82.55180. 2Y2Fa1FaFSaFSaYY12） 公式（4- 322214(1 0.5)u1FaSmFRRY YKTmz13）青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）19对的直齿锥齿轮，,由齿轮材料，齿轮硬度查表可得20o2.5HZ，1920HMpa验算轮齿接触疲劳强度验算轮齿弯曲疲劳强度计算分度圆直径、外锥距R可得，3.54mm 计算大端模数 公式（4-4.241 0.5mRmm14）查表可得m=4.55） 公式（4-mmmZdmmmZ162365 . 481185 . 4d221115） 公式（4-2214.51181.5173.0122mRZumm 16）（6） 计算齿宽，齿轮的圆周速度 ，mmRR05.273/01.73b齿宽中心处直径，则圆周速度11(1)81 (1 0.5 1/3)67.5mRddmm 公式（4-1167.5 5401.907/60 100060 1000dm nvm s17）由表可知，选择8级精度合适14。（7） 公式（4-MpaZm46.138185 . 405.2757. 172. 21007.88815. 12bYKT2F23121F1118）， ，故安全。MpaF57.30311F1F（8）青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）20小链轮齿数 Z1少，可以减小外廓尺寸 ，但是如果小链轮的齿数过少，那么链轮在动根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传动的功率修正为当量单排链的计算功率 K 工况系数；A K 主动链轮齿数系数；Z 公式（4-11235912(1 0.5)1RRKTHZEMpaHdu19）故安全。4.4 二级传动部件的选定4.5 链轮的设计计算从锥齿轮传递出的转速 n2=440r/min, 切割刀旋转的转速 n3=300r/min, 输入功率P=5KW,，传动比 i=1.5（1）链轮齿数 Z1和 Z2力传输运动过程中不均匀性会大大的增加而且其承受的动载荷也相应的增大这就对它的制造工艺有很高的要求 从而加大了加工生产难度；而且链条在转动过程的啮合进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动的圆周力增大 ,从整体上的加速铰链和链轮的磨损。链轮的最少齿数，一般，由于并不是高速传动所以在这里min9z117z 选择=17，则根据传动比,可得=25。1Z12iZZ2Z（2）计算功率caP 公式（3-PKKKPZAcaP14）式中： 为了避免机具在工作时出现弹性滑动和整体打滑的现象，在第二级传动中选择链轮作为传动部件。并且链传动还能保持准确的平均传动比，传动效率较高的；链条并不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；同时链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑15。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）21 通过查表选择油池润滑或油盘飞溅润滑方式。为了避免使用过渡链节，将计算出的链节数圆整为偶数这里取=84。0pLpL选择链条型号和节距计算链速v，确定润滑方式 K 多排链系数；P P 传递的功率，KW。 通过查表可知 K =1.1 主动链轮齿数系数，由于中心距大，传动比小，A44. 1Kz选 择大节距的单排链，则 P=8.227KW1KPca（3） 根据功率=8.227KW 以及主动链轮的转速 n =440r/min,通过查表得链条型号为caP216A 和节距 p=25.4mm（4）初选中心距=（3050）p ，根据工作状况的要求以及链传动的中心距不可以调0整，初选中心距=800mm则链节数0 公式（3-5 .84)2(22L02122100ppZZZZp15）链传动的最大的中心距为： 公式（4-1122af pLpzz22） 通过查表可知中心距的计算系数0.2498，将各项系数的值代入可1f799.5mm，从而可知选择的中心距是合适的。oa （5） =2.3m/s 公式（4-100060v11pnz23） （6）计算压轴力FP计算链节数和中心距青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）22 公式（4-1.05 10001590FPPFpKFeNv24）4.6 导向铺禾杆的设计导向铺禾杆位于机架的最前方，它是能不能完成生姜清垄工作的最重要部件。由于受生姜的种植农艺要求的影响，本次设计的导向铺禾杆设计在割刀的左右两边各一个，而且考虑的到机械的配套使用，导向铺禾杆设计成长度可调节式16。导向铺禾杆的前端通过焊接的方式固定，由于考虑后方如果也用到焊接的方式可能会影响铺禾杆长度调节功能的实现所以导向铺禾杆的后方选用螺栓固定的方式。下图为导向铺禾杆结构图: 图 4-1 导向铺禾杆 4.7 圆盘割刀的选定与设计圆盘割刀的刀片形式一般情况下有光刃刀片和齿刃刀片两种。光刃刀片的结构相对其他的刀片形式较简单，而且在割刀工作时它的阻力也比其他的刀片小，但是其工作效果较差对转速要求较高。而相对来说齿刃刀片的工作效率高环境适应性更强，所以考虑到生姜种植的特殊性和本次设计机具的转速不是很高等因素此次设计选用齿刃刀片17。割刀的在工作过程中，其底面与被挤压的禾杆摩擦，所以比侧面要磨损的快，又青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）23因茎杆难免要刀刃反复摩擦，这样刃口很容易出现圆角而被磨钝。研究表明，在软的（弹性的）被切割的材料中包含着硬的夹杂物，一些来自被吸留的矿物微粒，如大多数的植物组织里包含有氧化硅晶体，而在植物的表面，则有对于刃口材料起着磨料作用的石英微粒。利用刃口表面对于支撑原件及被切割材料之间的摩擦，可以控制它不同位置的磨损速率，并可以利用这个工作过程中的影响来改变刃口的形状，以达到自磨锐的目的18。 由于刀的幅宽为 300mm，受力强度较大，故其制造材料采用 45 号钢，表面采用渗硼的化学热处理的方法，硼的渗层厚度为 0.080.15mm,这样可以使得刀片刃口的侧边得到一定程度的硬化，经实验证明：刀片的侧边和顶面存在硬度差时，可以利用茎杆对他的摩擦，使其顶面的磨损速率大于侧边的磨损速率，从而推迟刃口圆角的出现以达到自磨锐的目的。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）24针对本次对块茎类作物收获机的设计，有以下建议： 5 结论及建议5.1 结论 本次设计通过对国外生姜收获机械化现状的调研，以及结合对我国国内生姜收获机械在工作过程中优缺点的分析，此次论文要设计一种即能完成对生姜割秧清垄又能对姜块进行松土挖掘的牵引式的生姜收获机，并对其进行设计、分析、计算。在设计过程中要能实现收获机具与动力机械的配套使用，而且还要保证其造价低廉，便于维修和保养。本次所设计机型是牵引式机具，构造简单，此机具作业时所消耗的功率小，结构紧凑，工作效率高，作业时姜块的受损率低，能够大大的降低农民的劳动强度，而且此机具是与动力机械配套使用，不用时可以拆卸存放这样就不会造成动力机械在生姜种植以及其他季节的闲置浪费。该设计做出了以下结论： (1)犁出装置中并没有采用以往的三角铲而是选择轮叉式收获铲，轮叉式收获铲与地面呈很大的角度，叉铲很容易叉入土中，叉指可以将姜块托起和松土的作用。 (2)割刀的工作动力由发动机提供，通过两级传动带动割刀旋转，割台在割断姜秧的同时进行清垄，保证割断的姜秧不会影响动力机械的行走以及轮叉铲的入土。5.2 建议虽然顺利的完成了设计，但是由于设计经验和设计视野上的不足，此设计存在着很多的不足。如：轮叉铲工作时与地面的倾角大小，并不是通过实验得出的最佳入土倾角；在圆盘割刀旋转速度的确定上，也不是根据实验求得对姜秧切割的最佳转速等。 (1)在通过实验求得最佳转速后，可以考虑降低传动比从而减小链轮的中心距来减小割台尺寸这样就可考虑加挂割台和犁出装置，使其能够同时进行多行收获。 (2)为了达到更好的清垄目的可以考虑在导向铺杆和割刀的中间加一个拨禾轮。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）25青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）26参考文献1王绍江,魏积利,张仁君, 等. 生姜收获机械的研究进展. 农机科技推广,2010,(07):532王绍江,张仁君,宗金成. 生姜收获机械化作业的研究与探讨. 山东农化,2010,(06):31-443初旭宏,王俊发,马浏轩. 根茎类中药材收获机械的研究现状与发展趋势. 现代化农业,2008,(10):32-334吴峰,胡志超,张会娟, 等. 生姜种植与机械化收获概况. 农业机械,2008,(19):33-345 魏积利、王绍江、王树森.四驱自走式生姜收获机，2010（01）：12-146中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册.北京:机械工业出版社,1988：102-1107刘宝、张东兴、李晶.MZPH820 型单行马铃薯收获机的设计，农村牧区机械化，1995（02）：34-368李宝筏.农业机械学.北京:中国农业出版社，2003：180-1929罗洪明. 轮叉式生姜收获机具. 2007（09）：05.10于永泗,齐名.机械工程材料.大连：大连理工大学出版社，2010：109-12011王尚红. 根茎收获机械的现状与前景. 山东农机,2001,(02):1612 滕麟群.生姜收获机 20122055988.7，2012（10）13 王之熙,许杏根.机械设计手册机械.北京：工业出版社，1997：120-13214 濮良贵,纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006（05）：12215周伟平.机械制造技术. 武汉:华中科技大学出版社，2002：89-9216 孙佑攀,廖宇兰,陈丹萍.4UMS1 型木薯收获机的设计农机化研究，2012（02）:89-9217 宋言明.单行牵引式马铃薯联合收获机的研究与设计，2008（06）：22-2418 马文烈,王强,刘仁鑫,等.圆盘刀人力割禾器的设计中国农机化，2004（05）:48-49青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）27致 谢毕业论文的尾声也代表着我们的大学生活将要结束了，时间过的是如此的快，恍惚间我就要离开这片自己已经深深爱上的土地。回首大学四年有过开心、欢笑；有过孤独、失望；有过努力、拼搏；更有过失败和打击，这一切的一切都构成了我大学四年最没好的回忆。不管将来我将来的人生如何，每当我回忆起我能在这样一个欣欣向荣、生机蓬勃的大学校园里学习过都会感到无比的骄傲和自豪。毕业设计的过程是枯燥的但也是充满挑战的。首先感谢我的指导教师林悦香老师，从课题的选择、开题报告的撰写、论文的书写到图纸的绘制，她都费劲心血给出了很多建设性和专业性的指导意见，没有林老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。其次我要感谢同学们对我的帮助，在此次机具设计及计算的过程中他们给了我很多的帮助。由于此次设计的机械是特种农业机械，所涉及到的内容广、计算量要求大，在做设计时，同学们给了我巨大的支持，使我的论文不断完善！另外论文完成过程中，同学们都互相鼓励，探讨论文，相互帮助，再一次让我领悟到了团队的力量的伟大。 对我来说，经过几个月的不懈努力，终于完成了似乎不可能的任务。当然，这几个月中，我也付出了辛勤的劳动和汗水。感觉到收获颇多，但也发现了自己的不足和欠缺之处。我希望通过不断地学习，努力能够使自己变的更加优秀，做一个对国家对社会有用的人。鉴于自己的知识水平有限，设计中难免存在缺点和不足，敬请广大老师和同学们以及读者批评指正，提出宝贵意见，以便从中汲取经验教训，加以完善。