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多功能甘蔗中耕田管機改進設計 目 錄 目錄 1 中文摘要 3 Abstract 3 第1章 緒論 4 1.1 可行性分析 4 1.2 研究開發(fā)的內容、方法、技術路線 4 1. 3 項目的特色和創(chuàng)新之處 4 1. 4 擬定技術路線以及工藝流程 5 第2章 軟件簡介 6 2.1 CAD技術應用概況 6 2.2 Pro/E簡介 6 2.3 AutoCAD簡介 7 第3章 總體機構的設計 8 3. 1 行走機構的設計 8 3. 2 整地機構的設計 8 3．2．1 鏵的選擇與計算 8 3．2．2 中耕追肥機的選擇與計算 9 3．2．3 懸掛機構的選擇 11 3．2．4 施肥工具的選擇與計算 11 3．2．5 發(fā)動機的選擇與布局 13 3．2．6重量參數(shù) 13 3．2．7 整體布局 13 第4章 主要零部件的設計 15 4．1 結構參數(shù) 15 4．1．1 履帶拖拉機的履帶接地長度與寬度 15 4．1．2 軌距 15 4．1． 3 間隙 15 4．1．4 整機參數(shù)-------------------------------------------------------------------15 4．1．5 拖拉拖機基本性能的計算----------------------------------------------16 4．1．6 穩(wěn)定性的計算-------------------------------------------------------------17 4. 2 行走機構零件的設計 18 4．2．1履帶的總體結構 18 4．2．2驅動輪的設計 19 4．2．3履帶的選擇 19 4．2．4支重輪和托輪 20 4．2．5張緊輪和張緊緩沖裝置的設計 21 4．2．6犁的結構設計 22 4．2．7液壓元件的選擇 22 總 結 24 鳴 謝 24 參考文獻 25 整機三維圖 26 中文摘要 本文是關于甘蔗中耕田管機的改進設計，其重點是要解決犁溝、除草、施肥、噴藥、培土等一系列農藝要求，目的是要實現(xiàn)田管機在整體結構現(xiàn)代化、功能布局合理、重量降低、強度增加，同時使行走機構在結構與參數(shù)上更加合理。本設計運用計算機輔助制造設計，分為實體設計和實體加工制造，前者是對目前機器的各重要零部件的改進設計，后者是用Pro/E將零件生成3D實體，并轉化為工程圖，進行實際生產(chǎn)。 關鍵詞：改進設計；實體設計；實體加工；計算機輔助制造設計；Pro/E。 Abstract This text is an improved design of plowing in the middle age of the sugar cane in the field manage machines, its main point is trying to solve the plough ditch, divided by the grass、apply fertilizer、gush out medicine、turn over the soil and a series of agriculture etc. Its purpose is to realize the machine to be modern in the whole construction, function and layout to be reasonable, lower the weight , increase the strength , and make running organization more reasonable in construction and parameter.This is a design made use of the calculator assistance manufactur :It is divided into the entity design and process entity, the former is about the improved designs for every important spare or part of machine at present, the latter is to creat an entity of the spare parts by PRO/E,then converse the engineering diagram,and proceed the actual production. Keywords：Improved Design;Entity Design;The Dntity Processes;Design Made Use Of The Calculator Assistance Manufactur;Pro/E. 多功能甘蔗中耕田管機改進設計 第1章 緒論 1.1 可行性分析 新中國成立以來，尤其是進入改革開放新的歷史時期，我國在農業(yè)機械的研制開發(fā)和推廣普及方面，進行了艱苦不懈的努力并取得了舉世矚目的成績，大大推動了農業(yè)現(xiàn)代化的進程。黨的十五屆三中全會指出“沒有農業(yè)現(xiàn)代化，就沒有整個國民經(jīng)濟的現(xiàn)代化”。農業(yè)機械化是農業(yè)現(xiàn)代化的重要標志和技術支撐點，2004年和2005年黨中央的1號文件都是關于“三農問題”的，可見對三農問題的重視。但美中不足的是，全國各農業(yè)生產(chǎn)行業(yè)均有相應的生產(chǎn)機械，唯獨甘蔗生產(chǎn)機械的研制與推廣，幾呼還在“零”起點上徘徊。甘蔗生產(chǎn)的種植、中耕田管、收獲等主要環(huán)節(jié)，至今仍然延緩幾千年的手工操作方式，使甘蔗生產(chǎn)成為一個技術含量不高的落后產(chǎn)業(yè)，拖了中國農業(yè)現(xiàn)代化的后腿。 入世后，我國糖業(yè)市場已經(jīng)成為世界糖市場的重要組成部分，我國糖業(yè)正直接面對競爭激烈的國際糖市，面臨國際糖市低糖價的嚴峻考驗。由于人工生產(chǎn)甘蔗勞動中強度大，工效低，產(chǎn)量低，是甘蔗生產(chǎn)成本居高不下的主要原因，而甘蔗成本占了我國制糖總成本的比例高達70%，削弱了我國糖業(yè)在國際市場上的競爭力。 可以說，解決甘蔗生產(chǎn)勞動力不足，勞動強度大，成本高，產(chǎn)量低蔗農收入低等一系列問題，一個最有效的辦法就是發(fā)展甘蔗機械化生產(chǎn)。從上述分析不難看出，甘蔗生產(chǎn)機械化水平低，已經(jīng)成為制約我國制糖業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展、較好地實現(xiàn)與國際市場接軌的瓶頸，只有突破這個瓶頸，中國制糖業(yè)才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模經(jīng)營；而只有實現(xiàn)機械化、產(chǎn)化規(guī)模經(jīng)營，才能大提高勞動生產(chǎn)率，改善甘蔗生產(chǎn)條件，降低甘蔗生產(chǎn)成本，提高國際競爭力。因此，開發(fā)研制和推廣應用技術更加先進、功能更加齊全的甘蔗機械及其配套技術，以滿足甘蔗生產(chǎn)發(fā)展的需要，就成了當前中國制糖業(yè)是不我待的具有劃時代意義的關鍵性任務。 1. 2 研究開發(fā)的內容、方法、技術路線 本項目擬研制主要生產(chǎn)區(qū)地處南部丘陵地區(qū)，種植環(huán)境較復雜，因此要解決好中耕田管機行走問題；由于甘蔗在不同生長階段其蔗干的高度也不相同，其高度變化很大，中耕在在結構上要解決好這一難題，且整機的結構合理；根據(jù)不同生長時期中耕農藝作業(yè)的不同要求，中耕機要完成松土、除草、培土固根、回土、下肥、噴除草劑等多道工序，故解決如何能準確、協(xié)調地一次性完成所有工序；需要解決國外中耕成本高、轉彎半徑大的難題。 1. 3 項目的特色和創(chuàng)新之處 （1）整機將按照功能聯(lián)合、結構組合、性能綜合的技術思路進行設計，能一次性地完成兩行甘蔗的中耕作業(yè)，作業(yè)效率高，完全合適這國甘蔗種植環(huán)境和符合農藝要求。 （2）創(chuàng)新設計的拱形機架傳動結構，整機跨過1.5米高的甘蔗進行中耕田管作業(yè)。 （3）采用自行式設計方案，行走裝置采用橡膠履帶，使轉彎靈活、半徑小，對地面壓力小，不易使土壤板結，適合各種土壤條件作業(yè)，且可在公路上行駛，轉移方便。 （4）將多種田管作業(yè)功能整合為一體，使得整機的結構緊湊合理，一機多能，滿足甘蔗各生長階段的田管作業(yè)要求。 1.4 技術路線以及工藝流程 多功能甘蔗中耕田管機要能具有在濕滑、泥濘、松軟的甘蔗地中牽引行駛，跨越0~1.3米蔗干進行相關中耕田管作業(yè)功能要求。由于目前國內外沒有實際使用的成熟的專用產(chǎn)品可以借鑒，因此本研究項目的總體技術路線為：在進行充分調研、蔗田試驗已經(jīng)獲得本項目的基本技術數(shù)據(jù)和農藝要求的基礎上，吸收國內外甘蔗機械相關技術特長，按照功能聯(lián)合，結構組合、性能綜合的技術路，采用整機機電一體化履帶行走式的技術方案，利用Pro/E、AutoCAD等先進設計軟件進行設計和研制。 第2章 軟件簡介 2. 1 CAD技術應用概況 CAD/CAM(計算機輔助設計及制造)技術產(chǎn)生于本世紀50年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機軟硬件技術和計算機圖形學技術的發(fā)展而迅速成長起來。1989年美國國家工程科學院將CAD/CAM技術評為當代(1964-1989)十項最杰出的工程技術成就之一。三十幾年來CAD技術和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，CAD/CAM的應用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM技術的應用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術領域的應用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設計和制造中普及。而且這一技術正在從發(fā)達國家"流向"發(fā)展中國家。 CAD是一個包括范圍很廣的概念，概括來說，CAD的設計對象有兩大類，一類是機械、電氣、電子、輕工和紡織產(chǎn)品；另一類是工程設計產(chǎn)品，即工程建筑，國外簡稱AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今，CAD技術的應用范圍已經(jīng)延伸到藝術、電影、動畫、廣告和娛樂等領域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟及社會效益，有著廣泛的應用前景。 CAD在機械制造行業(yè)的應用最早，也最為廣泛。采用CAD技術進行產(chǎn)品設計不但可以使設計人員"甩掉圖板"，更新傳統(tǒng)的設計思想，實現(xiàn)設計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設計和生產(chǎn)技術管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。如今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAM技術進行產(chǎn)品設計，而且投入大量的人力物力及資金進行CAD/CAM軟件的開發(fā)，以保持自己技術上的領先地位和國際市場上的優(yōu)勢。 計算機輔助建筑設計(ComputerAidedArchitectureDesign，簡稱CAAD)是CAD在建筑方面的應用，它為建筑設計帶來了一場真正的革命。隨著CAAD軟件從最初的二維通用繪圖軟件發(fā)展到如今的三維建筑模型軟件，CAAD技術已開始被廣為采用，這不但可以提高設計質量，縮短工程周期，還可以節(jié)約2%至5%的建設投資，而近幾年來我國每年的基本建設投資都有幾千億元之多，如果全國大小近萬個工程設計單位都采用CAD技術，則可以大大提高基本建設的投資效益。 CAD技術還被用于輕紡及服裝行業(yè)中。以前我國紡織品及服裝的花樣設計、圖案的協(xié)調、色彩的變化、圖案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前國際市場上對紡織品及服裝的要求是批量小、花色多、質量高、交貨要迅速，這使得我國紡織產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不強。采用CAD技術以后，大大加快了我國紡織及服裝企業(yè)走向國際市場的步伐。 近十年來，在CIMS工程和CAD應用工程的推動下，我國計算機輔助設計技術應用越來越普遍，越來越多的設計單位和企業(yè)采用這一技術來提高設計效率、產(chǎn)品質量和改善勞動條件。目前，我國從國外引進的CAD軟件有好幾十種，國內的一些科研機構、高校和軟件公司也都立足于國內，開發(fā)出了自己的CAD軟件，并投放市場，我國的CAD技術應用呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。 2. 2 Pro/E簡介 Pro/E（Pro/Engineer）是由PTC參數(shù)技術公司推出，是國際上最先也是最成熟使用的參數(shù)化的特征造型技術的大型CAD/CAM集成軟件。 Pro/E包括三維實體造型、裝配模擬、加工仿真NC自動編程、板金設計、電路布線、裝配管路設計等專用模塊，ID反求、CE并行工程等先進的設計方法和模式。其主要特點是參數(shù)化的特征造型；統(tǒng)一的能使各模塊集成起來的數(shù)據(jù)庫；設計、設計修改的關聯(lián)性，即一處修改，別的模塊中相應的圖形或數(shù)據(jù)也會自動更新。它的性能優(yōu)良、功能強大，是一套可以應用于工業(yè)設計、機械設計、功能仿真、制造和管理等眾多領域的工程自動化軟件包。Pro/E自1988年問世以來，20多年來已成為全世界最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)。Pro/E在今日儼然已成為3D CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、自行車、航天工業(yè)、家電、玩具等各行業(yè)。Pro/E可謂是全方位的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，集成了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、NC加工、機構模擬、應力分析、鈑金件設計、鑄造設計、造型設計、逆向工程、自動測量、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能于一體，其模塊眾多。Pro/E是一套由設計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且有單一數(shù)據(jù)庫功能。 2. 3 AutoCAD簡介 AutoCAD系統(tǒng)是美國Autodesk公司為微機開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，它基本上是一個二維工程繪圖軟件，具有較強的繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及方便用戶的二次開發(fā)功能，也具有部分的三維作圖造型功能。它是目前世界上應用最廣的CAD軟件，占整個世界個人微機CAD/CAE/CAM軟件市場的37%左右，是諸多微機CAD軟件的佼佼者，把其他微機CAD軟件，如Cadkey、EagleCAD、CAD-Plan等等遠遠地拋在后面。如今AutoCAD已經(jīng)推出了R14版本，并且有中文化的最新版本面市。 MDT(MechanicalDesktop)是Autodesk公司在機械行業(yè)推出的基于參數(shù)化特征實體造型和曲面造型的微機CAD/CAM軟件，據(jù)稱目前已經(jīng)裝機2萬余套，MDT的用戶主要有：中國一汽集團、荷蘭菲利浦公司、德國西門子公司、日本東芝公司、美國休斯公司等等。 第3章 總體機構的設計 3. 1 行走機構的設計 3.1.1 行走機構的選擇 農用拖拉機的行走方式有輪式和履帶式兩種。 兩者相比，履帶附著力大。在旱田茬地的附著系數(shù)為0。7~0。85；滑轉損失小，一般滑轉率為3~7%，牽引效率可達70%~80%，平均接地壓力較低（35~50千帕），因而對土壤的壓實作用小，通用性能好，重心低，穩(wěn)定性好。因此，農業(yè)履帶式拖拉機適用于耕地，開荒，農用建設，低濕地和沼澤上重負荷作業(yè)及坡地作業(yè)。但履帶式拖拉機不能在公路上進行運輸作業(yè)，不便長距離轉移。 由于甘蔗種植地多在旱地上，綜合以上優(yōu)缺點，現(xiàn)選擇履帶式行走機構。 3.1.2 行走機構的組成 行走機構由履帶，驅動輪，支重輪，托輪，張緊輪和張緊緩沖裝置組成。 3.1.3 履帶的選擇 履帶分為金屬履帶和金屬橡膠履帶兩種，現(xiàn)應用最廣泛的是金屬履帶。它又分為組合式和整體式。 組合式履帶的優(yōu)點是剛度大，使用壽命長，可隨時更換不同形式的履帶；缺點是重量大，拆裝不便。 整體式履帶的優(yōu)點是結構簡單，重量輕，拆裝方便；缺點是壽命較短。 考慮到成本，綜合以上的分析，選用整體式履帶。 3. 2 整地機構的設計 3.2.1 鏵的選擇與計算 3.2.1.1 培土鏵的選擇與計算 由于中耕機要施肥及培土，現(xiàn)就培土工序作出選擇。 鏵式犁是目前應用最廣泛的農耕機具，用它可將田地表面的殘株雜草及施于地表的肥料翻埋至土層中，耕后土壤碎裂疏松。 現(xiàn)選取鏵式培土犁作為培土農具，并進行計算。 現(xiàn)設計該鏵的耕幅b為35mm； 設計耕深a為27mm； 適用耕深范圍為21~30mm； 犁體曲面上的工件阻力Rx的計算： Rx= kgf 其中，為犁的效率，取0.7~0.85,牽引犁用小值，懸掛犁用大值。現(xiàn)設計為懸掛犁，取0.85。 由《機械工程手冊》12卷表70.2—1，取k=0.4。 所以 Rx==0.85*0.4*27*35=321 kgf 3.2.1.2 中耕追肥機的選擇與計算 作物行間采用機械中耕追肥，可以提高勞動生產(chǎn)率，深中耕，高培土，深施肥，實現(xiàn)人畜力無法達到的良好作業(yè)質量且管理及時，試驗表明，用機具在地表下10厘米左右深施化肥與地表撒施相比，可提高肥效30%~50%。 中耕追肥機分為通用型中耕追肥機，通用機架播種追肥機，經(jīng)濟作物專用中耕追肥機等。其工作原理可分為鏟式和旋轉式。 考慮到經(jīng)濟性，選用鏟式通用型中耕追肥機，并進行計算。 現(xiàn)設計該鏵的耕幅b為10mm 設計耕深a為10mm; 適用耕深范圍為5~15mm; 犁體曲面上的工件阻力Rx的計算： Rx= kgf 其中，為犁的效率，取0.7~0.85,牽引犁用小值，懸掛犁用大值?，F(xiàn)設計為懸掛犁，取0.85 由《機械工程手冊》12卷表70.2—1，取k=0.4 所以，Rx==0.85*0.4*10*10=34 kgf 3.2.2 懸掛機構的選擇 鏵的掛接方式可分為4類。 3.2.2.1 直接掛接犁 借牽引器用提環(huán)插銷直接掛拉在手扶拖拉機的掛接框內。 3.2.2.2 牽引犁 通過牽引裝置與拖拉機單點掛接。主要由犁體、圓犁刀、小前犁等工作部件與牽引裝置、行走裝置、犁架、起落機構和調節(jié)機構等輔助部件兩大部件所組成。犁的升降由起落機構控制，空行時，犁的重量全由犁輪支承。 3.2.2.3 懸掛犁 由拖拉機的液壓懸掛機構將犁和拖拉機連接。運輸時犁的重量全部由拖拉機承擔，工作時由液壓懸掛機構控制犁的起落和耕深，可省去起落調節(jié)機構和行走輪等部件。因此，懸掛犁的結構簡單，重量輕，較相同耕幅的牽引犁輕30%~50%；金屬消耗量少，成本低；工作時空行少，地頭小，生產(chǎn)率比牽引犁約高10%；對拖拉機驅動輪的增重較大，有利于拖拉機功率的充分發(fā)揮；轉彎半徑小，機動性好，操作方便，機組能倒退，可用于小塊地耕作；不需農具手，節(jié)省勞動力。近年來國內外懸掛犁的應用日益廣泛。 3.2.2.4 半懸掛犁 適用于與大馬力拖拉機配套，是介于懸掛犁 和牽引犁之間的一種寬幅多鏵，前端與拖拉機的液壓懸掛機構連接，后端有尾輪和尾輪液壓起落機構。工作時犁的升降和耕深，均由拖拉機的液壓懸掛機構和尾輪液壓起落機構控制；運輸時犁的重量由拖拉機和犁的尾部共同支承。半懸掛犁兼有牽引犁和懸掛犁的一些優(yōu)點，比牽引犁結構簡單，重量減輕約30%，機動性好。因尾輪承受犁的部分重量，比懸掛犁縱向穩(wěn)定性好，耕深較穩(wěn)定，運輸時可減輕拖拉機的翹頭傾向，并可使犁鏵數(shù)、犁身長度和工作幅寬不受機組縱向穩(wěn)定性的限制。 考慮到經(jīng)濟性與實際生產(chǎn)，采用三點懸掛犁，轉向時可用液壓裝置提高犁架來進行作業(yè)。 3.2.3 施肥工具的選擇與計算 施化肥的方式有三：一是將化肥撒在地表，用耙翻入土中；二是在播種的同時施肥，作種肥用；三是中耕同時追肥。后兩種在我國應用較廣。我國現(xiàn)有各種化肥排肥器均適于排粒狀化肥而不適于排粉狀化肥，特別是在它吸濕以后。 目前使用的化肥排肥器種類很多，常用有外槽輪式、轉盤式、螺旋式、星輪式和振動式等幾種。 3.2.3.1 外槽輪式排肥器 它適用于排松散性好的粒肥。排粉狀及潮濕的化肥時，易出現(xiàn)架空和斷條等現(xiàn)象，且槽輪易被肥料粘附而堵塞，失去排肥能力。有時困化肥粉末進入阻塞套與外槽輪之間和內齒形擋圈與排肥杯之間，使傳動阻力急增而損壞傳動機構，故現(xiàn)在生產(chǎn)的播種施肥機上己很少采用外槽輪式排肥器。 3.2.3.2 轉盤式排肥器 它在肥料筒的底部有一轉動的輸肥盤，其上裝有撒肥 輪。當輸肥圓盤轉動時，肥料經(jīng)調節(jié)門由分配器分成兩部分，一部分由撒肥輪將肥料送入漏斗，另一部分在導引板的引導下由撒肥輪將肥料送入漏斗。這種排肥器結構復雜，重量大，適用于排松散性較好的粒肥或粉狀化肥，常用在中耕追肥機上。 3.2.3.3 螺旋式排肥器 它主要的工作部件是排肥螺旋。常用的排肥螺旋有葉片工、中空葉片式和鋼絲彈簧式。排肥量由排肥口的插板控制。這種排肥器可以施化肥和有機肥，施肥量大。施潮濕肥料易架空，同時葉片上因粘滿肥料而失去推送作用。中空式螺旋葉片排肥器能把多余的肥料留待下一螺距輸送，使壓實肥料的作用減輕，施肥均勻。 3.2.3.4 星輪式排肥器 我國系列設計條播機的排肥器，結構簡單，適用于排施粒狀和干燥粉狀化肥。 3.2.3.5 振動式排肥器 它主要由肥箱、振動板、調節(jié)板和振動凸輪等組成。工作時，凸輪使振動板不斷振動，化肥在箱內因振動產(chǎn)生由下到上不斷循環(huán)地滾動，克服了化肥顆粒間的粘結力，消除架空而呈松散狀態(tài)。在重力作用下，肥料沿振動板斜面下滑，經(jīng)過排肥口排出。 現(xiàn)設計施肥器中的肥料為粒狀的，料斗現(xiàn)已在市場大量生產(chǎn)，可采購而得。 選擇螺旋式排肥器作為施肥工具，并進行設計。 其具體的三維結構如圖3-1。 圖3-1 螺旋式排肥器 此追肥裝置能夠自動完成肥料的施放與拌勻。 其工作原理為： 液壓馬達帶動渦桿旋轉，通過渦輪的配合把動力傳送到十字轉軸上，由轉軸的旋轉把肥料調勻。 3.2.4 發(fā)動機的選擇與布局 發(fā)動機是拖拉機的心臟部分，其位置設計將影響到整個機構的工作，因此，要求合理地布置其位置，發(fā)揮最大的作用。 由于發(fā)動機重量大，應將其放置在履帶上，使它的全部重量都落在履帶上，從而減少對拖拉機框架的壓力變形。 因此，設計時將發(fā)動機與駕駛室分別放置在兩條履帶上，以使機構的重心居中，達到平衡的目的。 拖拉機所需額定牽引力的確定。 額定牽引力為拖拉機以基本犁耕速度、驅動輪滑轉率在規(guī)定值或發(fā)動機于標定工況下工作時，所能發(fā)出的最大牽引力。 為保持拖拉機在較高牽引效率范圍內使用，延長行走機構壽命、減少對土壤的破壞，通常規(guī)定拖拉機正常工作時驅動輪滑轉率不應超過7%。 確定拖拉機的，是由該拖拉機配帶主要的配套機具、在常遇重要條件下正常工作時的平均牽引阻力來確定的，并考慮因工作條件和農具性能變化所引起的阻力變化而留有10~20%的儲備，即=(1.1~1.2) 。 對農業(yè)拖拉機，犁耕是最基本而又繁重的作業(yè)，牽引力的確定首先應滿足犁耕作業(yè)要求。犁耕作業(yè)所需的拖拉機牽引力為： = kgf 式中 z——犁鏵數(shù) z=2*2=4； ——單體犁鏵寬度=35 cm =10 cm； ——耕深 =27cm =10 cm； k——土壤比阻 k=0.4 kgf/cm2； 所以，==4*35*27*0.4+4*10*10*0.4=1512+160=1672 kgf =(1.1~1.2) =1.2*1672=2006.4 kgf 農用拖拉機發(fā)動機的功率Ne，由在基本耕作檔下發(fā)揮出的額定牽引力來確定，按下式計算： Ne= 式中，——基本耕作檔發(fā)揮出額定牽引力的實際速度 km/h;現(xiàn)取=5km/h; ——牽引效率。取=0.7 所以，Ne===53 PS=40 kw 考慮到拖拉機有油泵，液壓馬達，液壓缸，換向閥等元件的功率消耗，適當選取較大的發(fā)動機。 選擇發(fā)動機功率為50kw,型號為CZ4102Q,其參數(shù)如表3-1。 表3-1 發(fā)動機的選擇 3.2.5 拖拉機總體布局 與輪式拖拉機比較，履帶式拖拉機總體布置的顯著特點是履帶行走裝置的布置。臺車架同機體連接方式和位置的布置對整機影響很大，因此，整機和行走裝置的布置應密切配合進行。 機架的型式的對整機布置及部件設計均有很大的影響獨立型履帶拖拉機常用半架式機架。半架式機架由后橋梁殼及縱橫梁組成，剛性較好。 為使重心前移，將發(fā)動機偏前布置或在前端掛配重時，應使拖拉機的接近角不小于30度，且不妨礙前部配套機具。 在履帶變形設計時應加強有關薄弱環(huán)節(jié)，同時應在保證強度足夠的條件下限制整機重量的增加，以保證使用耐久性。 3.2.6 重量參數(shù) 結構重量： =35~70kgf/PS=40*53=2120 kg 最少使用重量： =（1+6~11%）*=110%*2120=2332 kgf 最大使用重量： =1.5=1.5*2006.4=3009 kgf 3.2.7 整體布局 綜上所述，設計出拖拉機的總體布局如圖3-2 。 圖3-2 拖拉機布局圖 第4章 主要零部件的設計 4.1 結構參數(shù) 4.1.1 履帶拖拉機的履帶接地長度與寬度 履帶接地長度和履帶寬度b，主要是根據(jù)接地比壓及拖拉機的穩(wěn)定性和牽引附著性能的要求選取。其間存在下列關系： = cm 的大小影響拖拉機的通過性及牽引力的發(fā)揮。中耕用的履帶拖拉機的>=0.6kgf/cm2,現(xiàn)取=0.6kgf/cm2. 履帶的與b的合理配合，對提高拖拉機的牽引附著性能有較大影響。窄而長的履帶，滾動阻力小，在一般地面上有較好的牽引附著性能，但轉向阻力矩較大。B/值一般為0.13~0.16,現(xiàn)取B/=0.15。 因此 ===130 cm 4.1.2 軌距 用于中耕作業(yè)的拖拉機，其軌距應與作物的壟距相適應，并不小于10~20cm寬的保護帶。現(xiàn)取軌距為40cm。 4.1.3 離地間隙 拖拉機的最小離地間隙主要取決于農藝和通過性要求，應保證穩(wěn)定性的前提下盡可能提高，一般用途中小型履帶拖拉機的最小離地間隙為20~30cm,現(xiàn)設計為26cm。 4.1.4 整機參數(shù) 型號 XXX 主要用途 農用 發(fā)動機 型號 CZ4102Q 標定功率 kw 52 標定轉速 r/min 2800 理論速度 前進 m/h 5~12 后退 m/h 5~12 結構重量 kgf 2120 最小使用重量 kgf 2332 履帶板寬 mm 390 接地比壓 kgf/cm2 0.593 軌距 mm 400 最小離地間隙 mm 260 外形尺寸 長 mm 3300 寬 mm 1600 高 mm 2150 4.1.5 拖拉拖機基本性能的計算 4.1.5.1 拖拉機的驅動力 = kgf 式中： ——發(fā)動機的扭矩，由于拖拉機的驅動元件是由所選擇的液壓馬達驅動，應選取馬達的扭矩進行計算，取 =710kgf.m； ——拖拉機各檔總傳動比，取=1； ——拖拉機各檔總傳動效率，取=1； ——驅動輪動力半徑，取=0.3m； ——履帶拖拉機履帶驅動段效率，計算時一般取=0.95。 所以 ===2248 kgf 4.1.5.2 拖拉機的滾動阻力 =f kgf 式中：——拖拉機的使用重量,取為2332 kgf； f——拖拉機的接地摩擦系數(shù)，取為0.1。 因此 =f=0.1*2332=233kgf 4.1.5.3 拖拉機的牽引力 =-=2248-233=2015 kgf 4.1.5.4 拖拉機的牽引功率 = PS==37 PS 4.1.5.5 拖拉機的牽引比油耗 = gf/PS.h 式中：——發(fā)動機的燃油消耗量，取為13.78 kgf/h 所以 ===382.78 gf/PS.h 4.1.5.6 拖拉機的牽引附著重量 ==2332 kgf 4.1.5.7 拖拉機的附著力 = kgf 式中：——附著系數(shù)，取為0.75。 所以 ==0.75*2332=1749 kgf 4.1.6 穩(wěn)定性的計算 4.1.6.1最小轉向半徑 按拖拉機的寬度設計，=1.3m。 4.1.6.2上坡極限翻傾角 =arctg deg 式中： ——履帶最最后一個支重輪至驅動輪軸水平距離，取為300mm； a——驅動輪到履帶支重輪的水平距離，取為800mm； l——拖拉機的重心高度，取為600mm。 所以 =arctg=arctg=40° 4.1.6.3 下坡極限翻傾角 =arctg deg 式中： l——履帶最前和最后支重輪距，取為1300mm。 所以 =arctg=arctg=18° 4.1.6.4 橫向極限翻傾角 =arctg 式中：B——拖拉機的軌距，取為400mm. b——履帶寬度，取為390mm. e——重心到中截面的距離，取為10mm. 所以 =arctg=arctg=34° 4.1.6.5 下滑臨界坡度角 拖拉機能在坡道上制動住而不下滑的最大坡度角為其下滑臨界角落（上坡時）、（下坡時）、（側滑時）分別用下式計算： ==arctg deg deg 式中：——最大附著系數(shù)，履帶式取1.0； ——橫向最大附著系數(shù)，一般可取==1.0。 所以 ==arctg=arctg1.0=45° =arctg=arctg1.0=45° 4.2 行走機構零件的設計 4.2.1 履帶的總體結構 圖4-1 拖拉機行走系 此結構為平衡臺車行走系結構，它每側兩個或兩個以上支重輪彼此用平衡杠桿。支重輪直徑一般較大，在硬地面滾動阻力小，非彈簧支承重量小，適用于工作速度較 高 的拖拉機。對不平地面適應性較好，在泥雪中自潔性能較好，也可用于某些專用的林業(yè)、沼 地，雪地拖拉機。其重量較輕，成本低行駛平順性較好。 4.2.2 驅動輪的設計 絕大多數(shù)拖拉機驅動輪后置，張緊輪在前，使緊邊履帶距離短，減少了履帶的磨損，提高了行走系效率。同時，驅動輪后置可使傳動系靠后布置，通常駕駛座應靠近變速桿，也隨著布置在拖拉機的后部，便于拖拉機總體布置。 驅動輪主要的設計要求是減少輪齒的磨損和保證在履帶節(jié)距允許伸長范圍內嚙合平穩(wěn)。 為便于修理，齒圈和輪轂分別制造，用螺栓連接。 驅動輪常用45、45Mn、50Mn鑄造，齒面淬火?，F(xiàn)選它的材料為45鋼。 驅動輪齒形有很多種，現(xiàn)采用直線齒形，它齒形簡單，齒頂較厚，齒面形狀易焊補修理。用于不經(jīng)常倒退的農業(yè)拖拉機，如昔陽-10、東方紅-20L、東方紅-75等拖拉機上。 驅動輪節(jié)圓直徑通常為： mm 式中，Gs為不帶作業(yè)機具的拖拉機使用重量，取為2332kgf。 =75*=520 mm 在綜合考慮拖拉機地隙，履帶后傾角，驅動輪合適的齒數(shù)范圍和履帶行走裝置結構布置的高度等因素后，確定=520mm。 驅動輪的傳動軸軸花鍵聯(lián)接，可按簡支梁校核其彎曲強度。 其校核方式與支承輪軸的校核相同，但要考慮到傳動力矩T。 L可取為100mm。 T=Fr==2006*0.52/2/2=261N.m 空心軸內外徑之比=,可取為0.6。 ==<=[]=60Mpa. D>=61mm. 將其圓整為65mm,所以，d=0.6*65=39mm,圓整為40mm. 軸承型號為61913。 其內徑為65mm；外徑為90mm。 根據(jù)所設計的尺寸確定出軸的尺寸, 分別畫出它們的零件圖以及裝配圖。 4.2.3 履帶的選擇 整體式履帶，只采用剛度較大的節(jié)齒式，部分履帶節(jié)距t拖拉機重量有以下關系： t=(17.5~23) mm 農業(yè)拖拉機為使接地壓力均勻，t取得大些。選擇t時尚需要注意和系列中相鄰機型的通用性。 t=(17.5~23)=20*=138 mm 除保證附著等性能外，目前一般履帶主要的設計要求是提高壽命。 整體式履帶板常用ZGMn13（高錳鋼）制造，水中淬火成奧氏體鋼，硬度為HB156~229。因易冷作硬化，銷孔一般不加工。在使用中節(jié)銷等處受擠壓而硬化。整體履帶板也可用35Mn,35SiMn,35CrMn2或球墨鑄鐵制造。 目前履帶主要損壞原因是磨損，所以設計時需驗算履帶銷、銷套和履帶節(jié)等零件磨磨損損部位的比壓和接觸應力。 驗算從略（可參考《機械工程手冊》12卷70-123頁） 4.2.4 支重輪和托輪 支重輪主要的設計要求是提高各磨損零件的壽命和保證密封可靠、潤滑良好。 支重輪一般是鑄鋼或鑄鋼件，材料為50Mn、55SiMn、輪緣表面淬火硬度為HRC53~60，淬硬層深不小于4mm?，F(xiàn)選為55Mn。 支重輪軸固定在輪上，跟隨著輪的轉動，按懸臂梁核算在垂直載荷作用下的彎曲強度。計算工況是拖拉機越過水平橫梁，載荷集中于每側一個支重輪上，此時 = kgf 所以，===1166 kgf 現(xiàn)選用45調質鋼為軸的設計材料。 考慮到支重輪轉速較高，工況不很差，設計它的支承元件為圓錐滾子軸承。 現(xiàn)設計支承軸的大小及長度，聯(lián)系實際，初定軸長為200mm，軸承與支承輪受力點長度為50mm。 畫出軸的受力圖，計算它的彎曲強度： 圖4-2 支重輪軸受力分析 危險處截面彎矩M= 所以，M===Lg=1166*0.05*9.8=571.3N.m 根據(jù)《機構設計》第七版，軸的彎曲校核計算， =<=[] 式中，——軸的計算應力，單位為Mpa; M——軸所受的彎矩，單位為N.mm; T——軸所受的扭矩，單位為N.mm; W——軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3，計算公式為： W= []——對對稱循環(huán)應力時軸的許用彎曲應力，[]=60Mpa. 所以 ==<=60Mpa 計算可得，d>=46mm。 將外徑圓整為d=50mm。 初選圓錐滾子的型號：32010。 其內徑為50mm；外徑為80mm。 軸承的破壞一般為基本額定壽命的失效，現(xiàn)設計為短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后果。其預期壽命為3000~8000h. 根據(jù)所設計的尺寸確定出軸的尺寸，支承輪的尺寸，分別畫出它們的零件圖以及裝配圖。 4.2.5 張緊輪和張緊緩沖裝置的設計 張緊輪和張緊緩沖裝置主要的設計要求是保證履帶行走裝置的張緊和緩沖性能。 張緊輪須前后移動以張緊履帶和緩和沖擊，移動方式為移動式。 張緊輪軸按拖拉機在平地倒退或急轉彎，履帶所能傳遞的最大驅動力作用在張緊輪上計算，一個張緊輪的計算載荷： P≈2= kgf 按簡支梁計算軸的彎曲應力， 軸的材料為45調質鋼。L設計為100mm。軸的最小直徑如上計算支承輪軸時的方法相同， 計算可得，D>=58mm 將外徑圓整為D=60mm. 軸承型號為61912。 其內徑為60mm；外徑為85mm。 張緊緩沖裝置由張緊裝置的緩沖裝置組成；張緊裝置用來調節(jié)履帶的張緊度，現(xiàn)設計為螺桿調節(jié)張緊；緩沖裝置用來緩和張緊輪所受的沖擊力和防止石塊等卡入履帶而引起行走系零件的過載， 對大多數(shù)拖拉機采用前置滑動式張緊輪緩沖裝置。 根據(jù)所設計的尺寸確定出軸的尺寸，張緊輪和張緊緩沖裝置的尺寸，分別畫出它們的零件圖以及裝配圖。 4.2.6 犁的結構設計 各種犁鏵可以在市場上直接購買。 現(xiàn)設計其結構簡圖如圖4-3。 圖4-3 犁鏵結構簡圖 所有活動件采用銷釘聯(lián)接，它們應滿足剪切強度條件， = 式中：F--銷釘所受的工作剪力，單位為N； --銷釘剪切面的直徑，單位為mm； []--銷釘材料的許用切應力，單位為Mpa。 培土犁的剪切應力最大，現(xiàn)設計其銷釘直徑的大小。 銷釘材料一般用45鋼，熱處理硬度28～38HRC, []=80Mpa. =<=[]=80Mpa <=80MPa 所以，>=23mm,圓整為=25mm. 4.2.7 液壓元件的選擇 液壓馬達的選擇可根據(jù)機構的功率選取。 表4-1 液壓馬達的選擇 由表4-1，選擇XQM3—300的液壓馬達。 液壓泵的選取根據(jù)馬達的流量選擇。 表4-2 液壓泵的選取 由表4-2，選擇CBJ30—F10的齒輪泵。 總 結 歷時三個月的畢業(yè)設計終于接近尾聲，作為大學期間最全面綜合的設計任務，全面檢驗了在大學期間所掌握知識的運用程度，我在這里面找工、面試和自學軟件上花了一定的時間，因此如何合理分配時間成了首要的問題。通過這次設計，我不僅加強了對自己所學知識的鞏固，增強了自學、查閱資料的能力，同時提升了對軟件操作的能力，積累了一定的實戰(zhàn)設計經(jīng)驗；這為即將參加的工作打下了一定的基礎。但是，在設計過程中自己也發(fā)現(xiàn)了很多錯誤和缺點，常常為某個簡單的問題繞了不少彎路。 畢業(yè)設計是大學四年來知識的總結，是從學校邁入社會的過度階段，是每個大學生必經(jīng)的。畢業(yè)設計使個人的知識得到升華。通過這次畢業(yè)設計，使我懂得了不論做任何課題都是很難一次性成功的，都是經(jīng)過反復的試驗、修改，克服重重困難才能得到正確結果的。同時，也使我認識到實踐和理論相結合的重要性。 由于本人的水平有限，本設計錯誤疏漏之處在所難免，請各位老師批評指正。 參考文獻 [1] 楊丹彤..現(xiàn)代農業(yè)機械與裝備. 廣東高等教育出版社.2000.10. 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