毕业设计（论文）-秸秆打捆机的设计

毕业设计中文摘要秸秆打捆机的设计摘 要我国自古以来就是农业大国，拥有广袤的土地，人民在从事农业生产活动中不仅获得了粮食，还获得了很多的秸秆资源。秸秆作为可再生资源，在我国大部分地区都没有得到重视，其使用情况更是不容乐观，大部分地区的做法是将秸秆在田地里直接粉碎还田，有些地区甚至将秸秆就地焚烧，不仅会影响气候环境使全球变暖，甚至有的时候会引发山林大火，危机人民的生命安全，也造成了资源浪费。而秸秆作为资源使用的前提是要能够易于收集、运输。为此需要设计一款符合中国实际情况的秸秆打捆机。为此本文是针对现有的YY5080型秸秆打捆机进行改进设计。本文开头先分析了我国目前秸秆资源的利用情况及打捆机的发展趋势，研究的背景和意义；对国内外秸秆打捆机的发展状况进行了简要介绍。设计的主要内容包括对秸秆打捆机的捡拾装置进行改进，加宽了捡拾机构的作业幅度及在原有弹齿的基础上增加了软弹齿，田地里的秸秆被清理的更加干净，提高了捡拾效率。改善了喂入装置，增强了喂入装置的推送能力。针对上述改进对打捆机的整机结构进行了调整。对打捆机的传动系统进行计算及校核。并运用CAD软件进行辅助设计。该机采用拖拉机后悬挂的方式进行牵引，结构简单，体积也相对较小，性能良好，容易操作，适合我国这种小农经济社会。关键词：圆捆机；捡拾机构；喂入机构；牵引式毕业设计英文摘要Design of Straw Bale MachineAbstractChina has been an agricultural country since ancient times, with a vast land, people engaged in agricultural production activities not only obtained food, but also obtained a lot of straw resources. Straw as a renewable resource in our country, most areas have not been ignored, its usage is not optimistic, most of the region, it is straw returning directly crushing in the fields, some areas even burned straw in situ, that global warming will not only affect climate environment, sometimes even cause wildfires, crisis of peoples life safety, It is also a waste of resources. The premise of using straw as a resource is to be easy to collect and transport. Therefore, we need to design a straw baler suitable for Chinas national conditions. Therefore, this paper is aimed at the existing YY5080 straw baler to improve the design.At the beginning of this paper, the utilization of straw resources in China and the development trend of baling machine are analyzed, and the background and significance of the research are also analyzed. The development of straw baler at home and abroad is briefly introduced. The main content of the design includes improving the picking device of the straw baler, broadening the scope of the picking mechanism and adding soft picking teeth on the basis of the original picking teeth, so that the straw in the field is cleaned more cleanly and the picking efficiency is improved. The feeding device is added to enhance the feeding capacity of the baler. In view of the above improvement, the whole structure of the baler is adjusted. Design and check the driving system and main parts of the baling machine. CAD software is used to assist the design. This machine adopts the way of tractor rear suspension traction, simple structure, relatively small volume, good performance, easy to operate, suitable for our country this kind of smallholder economy and society.Keywords: round baler; Pickup mechanism; Feeding mechanism; Traction type目 录1. 引言- 1 -1.1选题背景、意义- 1 -1.2秸秆打捆机国内外研究现状- 1 -1.2.1国外研究现状- 1 -1.2.2国内研究现状- 2 -1.3秸秆打捆机的发展前景- 3 -2. 技术任务书- 4 -2.1结构及工作原理概括- 4 -2.2关键问题及解决措施- 5 -3 .设计计算说明书- 6 -3.1. 捡拾装置- 6 -3.1.1捡拾装置结构分析- 6 -3.1.2捡拾装置基本参数的选择与关键部件的设计- 8 -3.2 喂入机构- 13 -3.2.1喂入机构功能- 13 -3.2.2改进后喂入机构- 14 -3.2.3喂入机构的转速- 15 -3.3 打捆室- 16 -3.3.1工作原理- 16 -3.3.2打捆室结构- 16 -3.3.3打捆室辊筒的转速- 16 -3.4 传动系统设计- 17 -3.4.1动力选择及确定传动比- 17 -3.4.2减速器的设计计算- 18 -3.4.3链传动的设计- 26 -3.4.4轴的设计- 27 -4. 使用说明书- 34 -5. 标准化审查报告（BS）- 35 -5.1产品图样及技术文件的完整性- 35 -5.2综合评价- 35 -6. 结论- 36 -参考文献- 37 -致谢- 39 -1. 引言1.1选题背景、意义我国是农业大国，拥有广袤的土地。农业活动不仅生产了大量的粮食，而且还产生了大量的农作物秸秆，因此我国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一1。然而在我国大部分地区都没有得到重视，其使用情况更是不容乐观。大部分地区的做法是将秸秆在田地里直接粉碎还田，这样的做法带来了资源浪费的后果；有些地区甚至将秸秆就地焚烧，不仅会影响气候环境使全球变暖，甚至有的时候会引起山林大火，危机人民的生命安全。几乎每年一到春耕时节，我们都能在电视上或手机上看到某些地区由于焚烧秸秆而引起火灾；而最让我印象深刻的就是2019年在四川凉山大火中牺牲的19位消防员。实际上，秸秆作为最具潜力的可再生之源之一，加工后可以给人民带来很大的经济效益。当前我国秸秆综合利用途径主要有“肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化”5大类1。但是，农作物秸秆分散，季节性强，贮存运输困难，这些问题若得不到解决就更不用说秸秆的综合利用。所以，根据我国地域的实际情况，设计一款结构简单、体积小适合于我国国情的秸秆打捆机，对我国秸秆资源的高效利用及促进我国农业机械化水平的发展有重要的作用。1.2秸秆打捆机国内外研究现状1.2.1国外研究现状西方一些发达国家很早以前就开始了对秸秆打捆机的研究，最早的一些国家已经有200多年的发展历史。悠久的发展历史使得其拥有形式多种多样、尺寸多样、功能良好的打捆机，能够适用于不同情况下的作业环境，主要的生产商包括约翰迪尔、凯斯、库恩、克拉斯等。库恩LSB1270型方捆机是法国库恩公司生产的一款适用于多种作业条件的大型智能化方捆打捆机；约翰迪尔F441R圆捆机是约翰迪尔公司生产的一款适用于多种作物秸秆捡拾打捆的圆捆打捆机2。由其国家的地理环境较为平坦且农场居多，因此国外的大多数公司生产的是适用于大块土地作业的大中型打捆机。另外，国外打捆机在智能化程度、制作技术上都比国内要先进很多，但其价格昂贵多在100万300万之间1。国外打捆机捡拾机构的发展相对较早，已经经历了100多年的历程。国外捡拾打捆机大部分应用弹齿滚筒式捡拾装置进行作业，各大农机厂商生产的成品结构类似、品种齐全、系类完整，能够应用于各种秸秆打捆机以及与捡拾集垛车相配合，不但能用来捡拾牧草，而且还适和于捡拾各种农作物的秸秆。美国、德国和前苏联在打捆机领域的。研究起步较早，约翰.迪尔、克拉斯、凯斯纽荷兰等公司很早就开始研制适用于捡拾牧草的打捆机捡拾喂入机构。例如美国约翰迪尔公司研制的弹齿式捡拾机构弹齿间距较小，能够充分捡拾密度高、短小的草条，且捡拾机构上设计的压草杆机构可以防止捡拾的草条飞溅到各处，有效提高捡拾净度。德国克拉斯公司为提高捡拾效率而研制出了具有弹齿尖端钩形设计的捡拾喂入机构。总之，国外捡拾机构已经发展多年，产品日出成熟，各大农机公司都有了自己独特的技术和产品。1.2.2国内研究现状我国关于打捆机的研究相比于国外要晚很多，研究发展缓慢没有形成系统，现阶段的主要还是测绘和模仿国外已有的机器。我国现阶段的生产厂家正处于学习国外阶段，结合了国内市场的实际情况以及农户使用后反馈的实践情况，逐渐形成了适用于本国国情的秸秆打捆机，目前国内的主要生产厂家有福田雷沃、东方红、华德农机等1。如福田雷沃公司生产的MF3040型秸秆打捆机，该款打捆机整机采用中间牵引的方式，而且应用了纵轴线对称设计方法，增强了该机的行驶稳定性，同时缩小了掉头空间，其更加适合于我国土地分散的实际情况。我国自主研发的打捆机在形状上与国外相似，但其在工作性能上相差很大。存在技术不够完善、缺乏理论指导的问题，现阶段的主要生产方式是仿制国外的产品，所以国内生产的打捆机在很多性能上都比不上国外生产的秸秆打捆机产品。使得我国自主生产的打捆机在最终成捆率、物料产品密度上等都比国外的成品要低，这直接造成了秸秆、草物料压缩成捆时密度不能精确的调节控制，草捆与草捆之间的密度、尺寸等差异较大、散捆率较高22。另外现有技术中的打捆机基本包括捡拾装置，较少有剪切的装置，基本没有对农作物秸秆进行碾压的装置，秸秆在田中堆积一段时间后，秸秆就会贴合在地面上，增加了捡拾的难度，一般会造成捡拾不完全的情况，而且捡拾过后的秸秆韧性较大，打捆的时候圆捆比较蓬松，不利于运输等，秸秆从田间捡拾过后一般还会带有一定的土壤，导致圆捆重量增大及作为饲料使用时适口性变差。我国的打捆机捡拾机构大多数也采用弹齿滚筒式捡拾机构，但是其主要是靠仿制国外现有的模型。由于缺乏相关的基础知识，因此其在结构、凸轮滑道轮廓线形状、工作参数上存在没有统一标准的问题。在弹齿滚筒式捡拾机构理论研究方面，我国多为模仿照抄国外的先进技术，对捡拾机构的整体设计、定向滚轮滑道的形状研究及与其配套的相关参数的选择还没有找到实用的方法。很多农机工作者分析时设计时大所采用传统的方法，如图解法和解析法，没有实用的设计方法，但是对于捡拾装置的工作要求有了共识，即捡拾损失率要小，使遗留在耕地里的秸秆最少；结构简单紧凑，动作连续性、均匀性好，功耗小。虽然我国在借鉴外国先进的捡拾机构的影响下发展迅速，但目前与国外还是存在一定的差距。1.3秸秆打捆机的发展前景我国目前在秸秆打捆机的研究方面与国外存在着很大的差距。目前我国打捆机在作业中易出现捡拾不干净、喂入口易堵塞的问题。所以为了使打捆机更好的工作，提高作业效率，获得更好的使用性能。因此需要对国产中小型钢棍圆捆机结构进行改进，通过改善捡拾机构，可以将秸秆清理的更加干净。增强其适应性，使之能更好的应用于秸秆打捆回收工作。目前国家也非常重视对秸秆资源的利用，而利用的条件就先要做好收集工作，因此秸秆打捆机在我国的发展前景十分广阔。2. 技术任务书本次设计的目的是设计秸秆打捆机。本次设计的是由25马力的拖拉机牵引的小型秸秆打捆机，对牧草或者经联合收获机收获后的秸秆进行打捆作业。本设计主要包括捡拾装置、喂入装置、打捆室、传动系统。对秸秆打捆机的捡拾装置进行改进，加宽了捡拾机构的作业幅度及在原有弹齿的基础上增加了软弹齿，提高了捡拾效率。改善了喂入装置，增强了喂入机构的推送物料的能力。针对上述改进对打捆机的整机结构进行了调整。对打捆机的传动系统及主要零部件进行设计及校核。最终需借助CAD软件完成整机装配图及主要零部件零件图的绘制及完成15000字左右设计说明说的撰写。2.1结构及工作原理概括本次设计的秸秆打捆机的机构如图1所示。该机主要包括牵引杆1、捡拾装置2、喂入装置3、打捆室4、机架5、传动系统6。该机由25马力的拖拉机牵引工作，工作时动力由拖拉机输入经传动系将动力传送至各工作部件。捡拾装置将秸秆从田地里捡起，输送至喂入机构，经喂入机构将秸秆送入打捆室，在打捆室完成对秸秆的打捆工作。本次设计的秸秆打捆机的捡拾幅宽为1200mm,打捆所得到的圆捆直径为500mm,长度为800mm。要求其作业效率达到10000kg/h。图12.2关键问题及解决措施针对现有打捆机捡拾漏料的问题，对其进行改进，采用在原有弹齿的基础上增加了软弹齿，并且缩短弹齿间的距离的方式，提高了打捆机的捡拾效率。针对打捆机喂入口易堵塞的问题，对其进行改进，采用增加喂入辊的方式增强其喂入能力。3 .设计计算说明书3.1. 捡拾装置3.1.1捡拾装置结构分析3.1.1.1捡拾装置整体结构弹齿滚筒式捡拾装置的结构如下图（图2）。图21、护板 2、滚轮盘 3、弹齿 4、曲柄 5、定向凸轮盘 6、中间轴滚轮盘与中间轴用键连接的方式固定在其两端，并随中间轴旋转，周向均匀分布的弹齿杆固接在滚轮盘的安装孔中，弹齿沿轴向以一的定间距用螺栓连接在弹齿杆上，拥有特殊外形的定向凸轮盘固接在滚轮盘外侧的支撑板上。曲柄的一端与滚轮连接，另一端通过固接的方式与弹齿杆相连接，当滚轮盘旋转时弹齿杆带动滚轮沿定向凸轮盘的轨迹滚动，以实现弹齿按预定的轨迹转动，当弹齿转动至滚筒下面时，弹齿从护板中伸出，捡拾秸秆并带动秸秆一起运动，将秸秆运至输送喂入器，当弹齿运动到滚筒上方时，弹齿将秸秆推送至下一机构并且将弹齿缩回。有时会发生秸秆缠绕滚筒的现象，为了避免此现象，在其外侧安装有滚筒护板；在滚筒护板之间留有缝隙，以使弹齿顺利伸出进行工作。捡拾装置各部件的选材，40Cr合金钢为中碳调质钢，且其价格不昂贵、容易加工处理、经过一定的热处理后其性能变得更加良好。因此本文中弹齿杆和中心轴的材料选择40Cr合金钢。因为弹齿对与材料的强度、柔韧性、和可塑性的要求比较高，故弹齿的材料选择为油淬火回火碳素弹簧钢丝。Q235A碳素钢，其含碳量适中，拥有不错的焊接性、热加工性及延展性。其在生活中的应用十分广泛，捡拾装置其他部件对材料的性能要求没有特殊要求，故捡拾装置其他部件的材料选择使用Q235A碳素结构钢。3.1.1.2捡拾机构的工作工程捡拾机构作为圆捆打捆机重要的工作机构，其安装在打捆机整体结构的前面部分，安装与牵引拖拉机传动轴和齿轮箱的下面，是最先与秸秆接触的机构。捡拾机构的主要作用是将地面上平铺的草条或者农作物秸秆进行捡拾并且将其提升，传送至喂入机构，最后输送之打捆室进行打捆。当捡拾机构工作时由齿轮箱输出动力，经链轮组将动力传送至捡拾机构的主轴上，从而使弹齿转动，完成秸秆的捡拾工作。其工作原理是捡拾机构的弹齿辊在传动轴的带动下运动，使弹指获得巨大的切向力和冲击力，将整条的草条或者经过粉碎的秸秆从田地里捡起，输送之打捆室进行打捆作业。捡拾机构的运动主要由三个相互衔接的部分组成：放齿运动、输送秸秆运动及收齿运动。放齿运动阶段：这一阶段滚筒盘匀速转动，通过曲柄的定向运动带动弹齿辊实现预计的轨迹。曲柄和弹齿辊之间采用固定连接，圆盘带动弹齿辊转动，与曲柄联接的滚子沿定向轮盘运动，从而实现弹齿辊上的弹齿按一定的轨迹运动。当弹齿转动至滚筒下面时，弹齿伸出护板，开始捡拾地面的秸秆。输送秸秆运动阶段：滚轮盘继续转动，弹齿将秸秆从地面捡起，并携带秸秆升至一定位置，当提升至滚筒的上面时，弹齿通过做平动将秸秆送至下一阶段，秸秆被推送至喂入机构处，完成了输送秸秆阶段。收齿运动阶段：弹齿沿水平方向推送秸秆一段时间后，弹齿从秸秆物料中快速抽出缩回到护板内，以使弹齿与秸秆快速分离，完成收齿运动。至此完成了捡拾机构的一个运动周期，如此往复循环，进行捡拾作业。3.1.1.3捡拾效果的影响因素弹齿的运动状态取决于特征参数及弹齿的运动规律，通过对弹齿端部位移、速度、加速度的分析能够了解到，捡拾效率的决定因素是特征参数及凸轮形状。由式（1）知，值的大小取决于机器前进速度的大小、滚筒的旋转角速度和凸轮机构参数；除此之外还有一些其他的影响因素，如沿轴向弹齿杆数量和弹指端部离地的最小间隙d3。取弹齿端部与地面间的最小间隙值为20mm，以防止弹齿与地面接触而碰伤15。（21）式中：3.1.2捡拾装置基本参数的选择与关键部件的设计3.1.2.1捡拾装置基本参数的选择（1）捡拾工作幅宽捡拾机构工作宽度的选择需要考虑田间秸秆或者牧草的铺放情况。查阅相关资料，了解到对于牧草捡拾打捆机，一般捡拾宽度在12001600mm就可满足作业要求。对于玉米秸秆等较高秸秆的作物，通常玉米秸秆的平铺宽度在16001800mm（各地区不同玉米品种秸秆的高度各有差别），捡拾幅宽一般不低于1800mm。本文是针对牧草、经过大型联合收获机作业后的秸秆或经过简单粉碎的秸秆进行打捆作业。针对现存的YY5080型秸秆打捆机进行改进，其作业宽度为800mm，其捡拾宽度偏小，为提高打捆机的打捆效率，按实际情况，初步选定其作业幅宽为1200mm，并根据作业幅宽选择捡拾器轴及弹齿杆的长度为1200mm和1000mm。（2）弹齿滚筒转速的确定根据上面选择，捡拾器的作业宽宽度为，弹齿的长度为，滚筒半径为。根据查相关文献，现假定喂入量，假设捡拾装置转动一圈的喂入为圆柱形。捡拾器旋转一圈的喂入体积为：（22）捡拾器旋转一周的喂入量为：（23）式中：代入数值的V=0.348,再由公式（24）得即得到在此喂入量下主轴转速取整为120r/min。（3）打捆机前进速度的确定捡拾机构的弹齿在运动过程中，若不同弹齿辊处的弹齿不能够很好的衔接可能会发生漏料或者堵塞的情况，轴向相邻弹齿间能否很好的衔接取决于弹齿的圆周速度和打捆机的速度。若要使捡拾达到最高效率，则需要保证前一组弹齿与后一组弹齿之间的连贯性。设滚筒的旋转周期为T，则两弹齿的间隔为T/4。此时机组前进的位移是：（2-5）此时滚筒转过的路程为：（2-6）其中避免漏料和堵塞的情况责应使即。带入数据得V4.08m/s。所以按一般机器的工作速度设置其工作速度为V=5km/h。（4）弹齿的设计参数目前国内外大多数秸秆打捆机的捡拾装置的弹指多采用直线型的捡拾线，弹指是一条直钢筋。由于耕地不可能是完全平整的，则使用此捡拾机构只能捡拾垄台上的秸秆，无法完成垄沟中的秸秆的捡拾工作。通过在捡拾器的弹指端头附加软弹指构成复合性弹指捡拾器。这样在捡拾器运行时，由原有弹齿完成垄台的秸秆捡拾，在加长软弹指触及地面时，加长软弹指向后弯曲避免与地面直接触碰，然后在其弹力的作用下恢复原状，当加长软弹指与垄沟中的秸秆触碰时，加长软弹指将垄沟中的秸秆弹出，垄沟中的秸秆也被送到喂入机构，实现垄沟、垄台面的秸秆都能被捡起。弹指在工作时需要插入秸秆中，并且完成秸秆的举升和推送，因此弹齿需要拥有优质的的弹性的同时还要有一定的强度。而对于加长的软弹齿来说其对其材料的弹性要求更高，要求其在工作过程中触及地面是能够做出超过90度的弯曲时而其结构不会遭到破坏，之后还能够恢复原状。所以设计参照机械设计标准，选用GB4860型号，材料为油淬火回火碳素弹簧钢丝。原有弹齿设计主要参数如下表2.1。表2.1弹指主要参数参照国标设计项目名称计量单位要求数值实际设计弹簧外径mm404240弹齿长度mm197203200弹簧钢丝直径mm4.955.055弹簧末端弯曲mm305035单侧最少有效圈数圈44.5此处加长软弹齿是指由更细的钢丝制作，其直径为3mm的钢丝弯成圈数为2的扭簧结构，加长软弹齿的簧圈直径取为20mm，加长软弹齿的长度为30mm。加长软弹齿端部有和原弹齿相同的捡拾挑头。这里所述的加长软弹齿的一端通过挤压连接固定在原弹齿的端部，挤压连接指的是将需要连接的两个弹齿的直线部分伸入金属套筒中，然后将金属套筒压扁，就可将弹齿的端头紧紧的咬合在一起。其结构如下图（图3）。图3（5）弹齿间距及弹齿个数的选择打捆机在捡拾作业过程中要尽量减少漏物料的情况，本文所设计的捡拾器含有4根弹齿辊。为了达到良好的捡拾效果，弹指的间距不应该选择过大，过大则容易引起秸秆脱落而降低捡拾效率。其间距也不应该过小，间距过小则容易导致因秸秆堆积在护板的缝隙间而造成堵塞。根据国内外各种类型的圆捆机、方捆机的捡拾机构弹指的间距，并查阅农业机械设手册，了解到弹齿式捡拾装置弹齿间距的参考范围在63120mm。根据本设计的打捆机作业对象是经过揉丝处理的特点，最终确定本设计选择的弹齿间距为66mm，并据此确定弹齿辊上安装孔的距离为132mm。根据前面所确定的捡拾工作宽度确定每根弹齿辊上安装有8根间距相同的弹齿。3.1.2.2捡拾机构关键零部件的设计（1）滚筒圆盘捡拾机构的工作过程是由主轴带动滚轮盘转动，而且滚轮盘的尺寸大小也就影响了弹齿式捡拾机构的径向尺寸的大小。从机构学的角度来考虑，其尺寸选择的不宜过小，以免降低运动的灵活性，但也需注意其尺寸也不宜选择过大，过大则导致机构看起来过于笨重。参考农业机械设计手册及YY5080型秸秆打捆机，本文取滚轮盘的直径为330mm。圆盘转动中心距弹齿辊的中心即为弹齿辊的转动半径，取其值为93mm。（2）定向凸轮盘的设计查阅相关资料发现在以前的一些研究中，有人提出应用解析法对定向凸轮滑道设计的想法，但其缺点是其计算量太大，且其结果的精确度也尚没有定论30。通过分析国内外机型发现，虽然其定向滚轮盘参数有所不同，但其原理类似。现在的定向凸轮盘滑道从形状上可以将其分为豆形和心形两类。两种滑道各有各的优点，心形滑道的圆弧段数多，所以滚轮对滑道的冲击力小，能够减小对滑道的磨损。豆形的优点是拥有直线段，在此处弹齿结束举升和输送运动后能够及时的缩回，与物料脱离。本次设计的为豆形滑道。本文使用作图的方式，利用CAD软件中的拟合命令。用单个弹齿的转动轨迹进行绘制。弹齿和曲柄之间为固接的连接方式，因此将其看为一个整体，绕圆心等分位24份，之后通过平移和旋转命令移动各弹齿的位置使其达到理论的轨迹，之后用曲线命令进行拟合，即可得到定向凸轮轨道的轨迹。（图4）图4（3）两侧滚筒护板和保护栅板的设计滚筒护板分布于捡拾机构的两端，其尺寸应该能够将两端的部件包裹起来，以防止捡拾机构的滚筒圆盘和定向滚轮盘受到破坏。另外，捡拾机构的滚筒护板用固接的方式与机架相连接，所以其尺寸应该略大于滚轮圆盘的尺寸，取其轮廓的大圆直径为370mm。保护栅的功能是杜绝在作业中物料掉入捡拾器内，而影响工作。因此取圆弧段的直径为372mm。考虑到弹齿要伸出，因此设计时相邻栅板间的距离要能够使弹齿通过。3.2 喂入机构3.2.1喂入机构功能秸秆打捆机存在喂入口易堵塞的问题，其主要原因是机器喂入机构的喂入能力不够强大，其次是在作业过程中秸秆容易沉积在卷捆室的底部，这两个原因共同导致了秸秆打捆机喂入口易堵塞的问题。在此，为增强喂入装置的推送能力，改善了喂入装置，改进后的喂入装置主要由喂入上辊和喂入下辊组成。在秸秆打捆机喂入口增加喂入对辊装置能够增强打捆机的喂入能力，加快弹齿捡拾机构所捡拾秸秆的喂入速度。该装置不仅能够起到导送秸秆的作用，还能够加快秸秆进入卷捆室的速度。当秸秆的喂入量较少时，秸秆主要与喂入对辊的下辊接触，这是主要有喂入下辊起作用。当秸秆大量喂入时，秸秆才会与喂入对辊的上辊接触，从而喂入上辊才会对秸秆产生推送力，此时，喂入对辊共同作用，大大增强喂入机构的喂入能力，从而减少秸秆打捆机喂入堵塞的问题。3.2.2改进后喂入机构喂入上辊结构：喂入上辊为喂入总长为800mm的圆辊,沿喂入上辊轴线方向等间距安装11个高度为24mm的圆环，圆环的外径为150mm，圆辊直径为126mm。为进一步增强喂入上辊的喂入能力，在每个圆环上等角度分布12个齿刀，齿刀端点的旋转半径为82.5mm。当秸秆的喂入量特别大时，上辊的齿刀还可以起到对秸秆进行粉碎的作用，使物料变得更加短小，更容易进入卷捆室和在成捆室迅速形成圆捆。喂入上辊如下图所示（图5）。喂入下辊结构：喂入下辊为喂入总长为800mm的圆辊，沿喂入下辊的圆周方向等角度分布12条横向条纹，每条横向条纹的高度为8.5mm、宽度为4mm。在下辊上增加横向条纹的主要作用是增大秸秆和钢棍之间的摩擦力，进而增强其喂入能力。喂入下辊如下图所示（图6）。上下喂入辊转轴之间的距离为240mm。图5图63.2.3喂入机构的转速近似认为喂入装置的喂入体积为圆柱形，其喂入体积V：（31）（32）则上下喂入辊旋转一圈的运料量为m：（33）式中上下喂入辊旋转中心连线的一半，0.175m;上喂入辊的回转小径，0.063m;下喂入辊的回转小径，0.070m；喂入部分宽度，800mm；秸秆堆积密度，取;K喂入部分的填充因子，取0.08。将上述数据代入式中计算得出：、，m=0.645kg。喂入装置在单位时间内的喂入量应大于捡拾量10000kg/h，才能减少堵塞现象的发生，故喂入装置的最小转速为：（34）式中：Q设计捡拾量，kg/h;m旋转一周的填充量，kg；经过圆整后，旋转喂入装置的转速取259r/min。综上所诉，旋转喂入装置的转速最好大于或等于259r/min，本文设计其转速为260r/min。3.3 打捆室3.3.1工作原理本文设计的秸秆打捆机为牵引式的，在拖拉机的牵引下在田地里进行作业，通过万向节将拖拉机的动力传送到后面的打捆机，从而带动打捆机工作。打捆机在前进的过程中将已经收获后铺放在田地里的秸秆通过捡拾装置和喂入机构送到打捆室，在打捆室内秸秆沿钢棍表面周向运动，到达最高点后回抛，通过一段时间的往复卷绕累积之后就会形成旋转草心，草心逐渐充满整个打捆室，后续喂入的秸秆在旋转草心的带动作用和打捆室内部钢棍的共同作用下，逐渐形成高密度的圆形草捆。3.3.2打捆室结构打捆室主要由卷捆钢棍系统和侧壁组成。本文是设计的打捆室包括11个卷捆钢棍，其中前打捆室有3个卷捆钢棍，卷捆后室主要由7个卷捆钢棍组成。打捆室卷捆钢棍的材料为45钢。3.3.3打捆室辊筒的转速由前文知凸轮回转中心距=160mm，打捆室直径D=0.5m，打捆室滚筒的直径为d=0.15m。捡拾器弹齿的转速为=120r/min。则捡拾器弹齿端点线速度为：（41）草条进入打捆室的最大速度与捡拾器弹齿端点线速度相等，并且草捆在打捆室内的最小边缘线速度与草条进入打捆室的最大速度相等7，即，则草捆在打捆室的最小转速为：（42）物料捆在打捆室是靠物料与辊筒之间的摩擦力带动，因此物料捆线速度应等于辊筒的线速度，即。因为（43）所以滚筒的最小转速为：（44）考虑到在打捆过程中存在打滑的现象，为使草捆能够更顺利的成型，将取打捆室辊筒的转速为7。秸秆打捆机还包括液压放捆装置、捆绳机构、报警装置等等在本文中不作为重点研究对象，所以不进行重点叙述。3.4 传动系统设计3.4.1动力选择及确定传动比传动系统的设计思路：动力由拖拉机通过万向节传动给减速器，减速器的另一端连接着链轮，此链轮将动力传递到前打捆室顶部钢棍的链轮上及喂入下辊的链轮上。然后前打捆室链轮通过链条将动力传动到后打捆室的钢棍上，喂入下辊的链轮通过链条将动力传到捡拾装置上。根据国内外秸秆打捆机机型的动力匹配，及我国国产的拖拉机机型，选择25马力的拖拉机作为进行牵引，其动力输出转速为=540r/min。由上文知捡拾装置的转速为=120r/min，喂入装置的转速为=260r/min，打捆室钢棍的转速为=200r/min。初步设定减速器传动为一级传动，传动比为；喂入辊到打捆室的传动为二级传动，传动比为，喂入辊到捡拾机构的传动为二级传动，传动比为。由计算知其传动比不大，所以根据减速器的设计原则，为使减速器的结构更为紧凑，此处采用单级传动。由本设计的需求知，其要求减速器单输入、单输出，且需要其将输入动力转过90度角度，因此采用标准直齿锥齿轮进行传动，二轴的布置方式成T形分布。各轴的输入功率p：（51）（52）（53）式中：万向节传动轴的传动效率，0.99；对滚动轴承的传动效率，0.98；齿轮的啮合效率，0.95；链轮的传动效率，0.95；拖拉机动力输出轴的输出功率，18.38kw;、小锥齿轮轴、大锥齿轮轴、捡拾装置的输入功率，kw。由以上代入数据得：、各轴的输入转矩为：（54）代入上面的数据得：、3.4.2减速器的设计计算选用标准直齿锥齿轮传动，压力角取为=20，选用7级精度。由机械设计课本表101小齿轮的材料选择40cr(调质)，齿面硬度取280HBW；大齿轮材料选择45钢（调质），齿面硬度为240HBW。取小齿轮齿数Z1=20，则大锥齿轮齿数，取Z2=41。3.4.2.1按齿面接触疲劳强度设计1 试算小齿轮分度圆直径d1t：（55）式中：载荷系数，取其值为1.3；小锥齿轮输入转矩，齿宽系数，取其值为0.3；区域系数，计算得其值为2.5；材料弹性影响系数，查表106为；传动比，2.07；接触疲劳强度重合度系数；接触疲劳许用应力；1) 计算重合度系数：分锥角：（56）（57）当量齿数：（58）（59）当量齿轮的重合度：（510）（511）（512）代入数据得=1.732重合度系数：（513）2) 计算接触疲劳许用应力：查机械设计教材图10-21得小锥齿轮和大锥齿轮的接触疲劳极限分别，。应力循环次数：（514）（515）式中：小齿轮转速；（r/min）齿轮每转一圈时，同一齿面的啮合次数；齿轮的工作寿命；(h)查机械设计课本图10-19取接触疲劳寿命系数，。取失效概率为，安全系数，则（516）（517）取，中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即。将上诉数据代入计算得：（518）2 调整小齿轮分度圆直径按实际载荷系数计算分度圆直径：（519）式中：载荷系数，取其值为1.3；实际载荷系数实际载荷系数：（520）式中：使用系数，1；动载系数，1.12；齿间载荷分配系数，1；齿向载荷分布系数，1.300；代入数据计算得=1.456。所以按实际动载荷系数算得分度圆直径（521）相应的齿轮模数为：（522）3.4.2.2按齿根弯曲疲劳强度设计1 试算模数（523）式中：载荷系数；小锥齿轮输入转矩；重合度系数；齿形系数；应力修正系数；齿宽系数；齿根弯曲疲劳极限；1) 试选=1.3.2) 计算重合度系数：（524）3) 计算由机械设计课本表105查得齿形系数、。应力修正系数、；齿根弯曲疲劳极限、；弯曲疲劳寿命系数、；取弯曲疲劳安全系数。则得：（525）（526）（527）（528）因为，所以取带入数据计算得：（529）2 调整齿轮模数按实际载荷载荷系数求齿轮模数：（530）计算实际载荷系数：（531）式中：使用系数，1；动载系数，1.12；齿间载荷分配系数，1；齿向载荷分配系数，1.262；代入数据得实际载荷系数：（532）则：（533）相应的小齿轮分度圆直径：（534）由于齿轮模数的大小主要取决于齿根弯曲疲劳强度，而齿轮直径的大小主要取决于齿面接触疲劳强度，可取由弯曲疲劳强度算得的模数=4.705mm，就近选择标准模数m=4.5。按照齿面接触疲劳强度算得分度圆直径=126.484mm，算出小齿轮齿数：（535）圆整后取=29，则大齿轮的齿数为，圆整后取=61。3.4.2.3几何尺寸计算计算分度圆直径：（536）计算分锥角：（537）计算齿轮宽度：（538）取主要设计结论：齿数、；模数m=4.5mm；压力角=20，分锥角、；齿宽；小齿轮选用40Cr(调质)，大齿轮采用45钢（调质）;齿轮按7级精度设计。表5.1齿轮参数总结与计算符号名称计算公式小锥齿轮大锥齿轮模数m4.5mm4.5mm齿数z2961齿宽b44mm44mm分度圆直径d130.5mm274.5mm分锥角锥距R146.25mm146.25mm齿顶高4.5mm4.5mm齿高9.9mm9.9mm齿根高5.4mm5.4mm齿顶圆直径138.25mm279.57mm齿根角齿顶角齿距p14.14mm14.14mm当量齿数331193.4.3链传动的设计（1）材料选择由链轮的工作特性要求链轮要具有一定的耐磨性和强度，由于小链轮与链条啮合的次数较多，所以一般小链轮的选材较大齿轮要好。参考机械设计（第10版）表95小链轮选择20钢（调质），大连轮选择普通灰铸铁（调质）。（2）选择链轮齿数由上文知轴的功率，传动比。查阅机械设计（第10版）知链节数通常为偶数，为使链条和链轮磨损均匀，常取链轮齿数为基数，并尽可能与链节数互质。本文选择，则大链轮齿数为，圆整后，则实际的传动比是，其与原传动比的误差远小于，故合理。（3）计算功率查机械设计（第10版）表96，取工作情况系数，主动链轮齿数系数，采用单排链，则功率为：（539）（4）选择链条型号和节距根据功率，及转速、，查机械设计（第10版）图911，选择链号为12A，节距（5）链条节数及中心距初选中心距，则链节数：（540）所以取链节数。设中心间距可调。（6）计算链速及确定润滑方式（541）由工作条件及链速最终选择采用人工定期润滑的方式。（7）计算压轴力有效圆周力：（542）压轴力系数取，则（543）3.4.4轴的设计3.4.4.1小锥齿轮轴的设计（1）确定小齿轮轴上的功率、转速和转矩：=540r/min（2）选取轴的材料及确定轴的最小直径查机械设计（第10版）表153，轴的材料选择40Cr,经渗碳处理，其硬度为241-286HBW，抗拉强度极限、屈服强度极限弯曲疲劳极限、剪切疲劳极限，许用弯应力。由公式：（61）式中：P小锥齿轮轴传递的转矩；n小锥齿轮轴的转速；轴的材料和承载情况确定常数，取其值为126；将上诉数据代入得。万向节联轴器与小锥齿轮轴相连接的的直径为最小直径，选取131型花键万向节，其孔径为50mm,所以取dI=50mm，联轴器与轴配合的长度为30mm。（3）小锥齿轮轴的结构设计轴第一段的直径为50mm，由轴的受力，本文选取圆锥滚子轴承作为支撑件，因为dI=50mm，查机械设计手册，选取30212型号的圆锥滚子轴承，其尺寸是，因此轴段II与轴段VI的直径取为dII=dVI=60mm，由于第VI段轴的末端的倒角为C2，所以LVI=26mm；右端轴承采用轴肩定位，查阅手册知30212轴承定位的高度为h=4.5mm，所以轴段V的直径为dV=69mm；轴段III的用于安装锥齿轮其直径为dIII=65mm锥齿轮的右端采用轴肩进行定位，轴肩的高度取为h=6mm,因此轴段IV的直径为dIV=77mm，取其长度LIV=12mm；锥齿轮的左端用套筒进行定位，已知锥齿轮轮毂的宽度为60mm，为了是定位更可靠，取轴的第III段的长度为LIII=58mm。考虑箱体的总体尺寸后取LV=222mm。小锥齿轮的结构示意图如下图所示（图7）。图7（4）轴的受力分析及校核a轴的受力简图如下图所示（图a）：万向节联轴器距左端支撑轴承中点的距离；左端支撑轴承中点距小锥齿轮的中心的距离；小锥齿轮的中心距右端轴承中点的距离。b计算小锥齿轮的受力计算齿宽中点直径：（62）圆周力：（63）径向力：（64）轴向力：（65）c计算轴的支反力：水平面支反力（图b）：（66）代入数据解得：、垂直面支反力（图d）:（67）代入数据解得：、d计算弯矩并做弯矩图轴水平面内的弯矩：（图c）截面3处的弯矩：（68）垂直面内的弯矩：（图e）截面3处的弯矩：（69）总弯矩：（图f）截面3处的总弯矩：（610）e做扭矩图：（图g）（611）f根据弯扭合成应力校核轴的强度由总弯矩图可以看出轴的危险截面在3截面处，此处的弯扭合成应力为：（612）由轴的材料为40Cr,经渗碳处理，其许用弯应力，因此，满足要求，所以此设计合理。3.4.4.2大锥齿轮轴的设计（1）确定小齿轮轴上的功率、转速和转矩：=260r/min（2）选取轴的材料及确定轴的最小直径同上诉小锥齿轮轴的选材方法相同，此处大锥齿轮轴的材料选择40Cr,经渗碳处理，许用弯应力。由公式：（613）式中：P大锥齿轮轴传递的转矩；n大锥齿轮轴的转速；轴的材料和承载情况确定常数，取其值为126；将上诉数据代入得。综合考虑后确定轴的直径为dI=56mm（3）大锥齿轮轴的结构设计大锥齿轮轴的设计如图：（图8）图8（4）轴的受力分析及校核大椎齿轮轴的受力分析及校核同上面小锥齿轮轴的分析过程相同，其受力图、弯矩图、扭矩图如下。（5）根据弯扭合成应力校核轴的强度由总弯矩图可以看出轴的危险截面在3截面处，由计算知3截面处的总弯矩为545.72Nm,扭矩为505.55Nm,此处的弯扭合成应力为：（626）由轴的材料为40Cr,经渗碳处理，其许用弯应力，因此，满足要求，所以此设计合理。4. 使用说明书（1）在使用打捆机作业前要检查打捆机与牵引拖拉机是否连接牢固，避免工作时发生意外。（2）使用打捆机进行作业时，要提前调节好捡拾装置与地面的高度，避免弹齿与地面接触而损毁。（3）在打捆作业需要转弯时，由于其采用牵引的方式要注意降低速度，避免发生侧翻。（4）定期检查牵引杆及万向节联轴器等连接部件，避免因有损毁而引发意外。（5）打捆机的工作人员应当依据作业环境的不同，控制恰当的作业速度。（6）定期对打捆机的工作部件进行检察，及时更换损毁部件。（7）作业后要定期清扫秸秆打捆机中的剩余杂物，机器维修后要进行清洗磨合。（8）在全部作业完成后，要对秸秆打捆机进行维护并存放在干燥的地方。5. 标准化审查报告（BS）5.1产品图样及技术文件的完整性秸秆打捆机的设计至此已完工，拥有整套的装配图及零件图和一些设计的基本参数，依据相关规定，进行标准化审查，结果如下：（1）产品图样和设计文件符合下列标准GB/T 1.31997 标准化工作导则；GB/T 10609.11989 技术制图 标题栏；GB/T 10609.21989 技术制图 明细栏；GB/T 146901989 技术制图 比例；GB/T 17825.21999 CAD 文件管理 基本格式；GB/T 118211841996 形状和位置公差通则、定义、符号及图样表示法；JB/T 5054.42000 产品图样及设计文件 编号原则。（2）产品图样及设计文件编号原则符合以下标准GB/T 177101999 数据处理校验码系统；JB/T 5054.81991 产品图样及设计文件通用和借用文件管理办法；JB/T 88231998 机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则；JB/T 5054.42000 产品图样及设计文件编号原则。5.2综合评价本设计已基本完工，设计图纸和基本参数完整，产品图样及技术文件基本符合国家标准、行业标准的规定，内容完整，符合生产条件能够投入生产。6. 结论秸秆打捆机的设计任务已经完成，设计的产品能够实现预期设想的功能。本设计从理论上能够实现增强秸秆打捆机捡拾效率，及增强打捆机喂入能力的目标。本设计整体机器结构简单，体积也相对较小，性能良好，容易操作，适合我国这种小农经济社会。主要得到以下结论：（1）秸秆打捆机采用拖拉机后悬挂牵引的方式进行作业，秸秆打捆机的工作幅宽为1200mm，可以用于牧草、小麦秸秆、大型联合收获机收割后的秸秆或经一定粉碎后的秸秆进行捡拾打捆。（2）对秸秆打捆机的捡拾装置进行改进，在原有弹齿的基础上增加了软弹齿，且将弹齿间的距离缩短为66mm，将秸秆捡拾的更加干净，提高了打捆机的捡拾效率。（3）改善了秸秆打捆机的喂入机构，增加了喂入上辊，改善了喂入装置的推送物料的能力。（4）传动系统大致设计为两部分，一部分为减速器传动，另一部分链传动。合理设计了齿轮箱及链轮以达到各装置设定的转速。参 考 文 献1 于兴娜，耿端阳，王传申，张国栋，赵娜. 国内外秸秆打捆机发展现状与趋势分析J.农机使用与维修.2020.6.2 赵小娟，杨丽，戴小军. 秸秆打捆机研究现状与趋势J. 农业工程.2019.3 马清艳，王彪，刘永姜. 玉米秸秆打捆机的设计. 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