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畢業(yè)設(shè)計(論文)
4LBZ-100型水稻收割機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
2014 年 月 日
摘 要
隨著水稻收割機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，水稻收割機(jī)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，對應(yīng)用需求提出了新的要求，為提高水稻收割機(jī)應(yīng)用的水平，我們研制了一套水稻收割機(jī)系統(tǒng)。
本文闡述了水稻收割機(jī)的發(fā)展歷程，國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，及其巨大的優(yōu)越性，提出具體的水稻收割機(jī)設(shè)計要求，進(jìn)行了本演示系統(tǒng)的總體方案設(shè)計和各自由度具體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算。
關(guān)鍵字：水稻收割機(jī)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)
37
Abstract
With the rapid development of technology of rice harvester, rice harvester of agricultural field is constantly expanding, puts forward new requirements on the application requirements, in order to improve the application level of rice harvester, we developed a set of rice harvester system.
This paper discusses the development history of rice harvester, application status at home and abroad, and its great superiority, put rice harvester specific design requirements, the design, overall design of the demonstration system and the degree of freedom concrete structure calculation; the final design of the telescopic mechanism and the fuselage design.
Key Words: rice harvester, structural design, mechanical structure
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 5
1.1 4LBZ-100型收割機(jī)傳動系統(tǒng)的組成 5
1.2 水稻收割機(jī)市場現(xiàn)狀 5
1.3 水稻收割機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀 5
1.4 水稻收割機(jī)的發(fā)展趨勢 7
1.5 水稻收割機(jī)的發(fā)展趨勢 8
第2章 水稻收割機(jī)總體方案設(shè)計 11
2.1總體設(shè)計的思路 11
2.2 設(shè)計方案過程及特點(diǎn) 11
2.3 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和比較 11
第3章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算 13
3.1 傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算 13
3.1.1 傳動系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)功率的預(yù)算 13
3.1.2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
3.2大小錐齒輪的設(shè)計和校核 21
3.3 軸Ⅰ的設(shè)計和校核 25
3.4 鍵的校核 34
總 結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
第1章 緒論
1.1 4LBZ-100型收割機(jī)傳動系統(tǒng)的組成
4LBZ-100型半喂入式聯(lián)合收割機(jī)是一款小型半喂入式收割機(jī)，具有小巧輕便，適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于西南丘陵地區(qū)小塊不規(guī)則農(nóng)田的作業(yè)要求。它的傳動系統(tǒng)一般由離合器、變速箱、驅(qū)動橋、主減速器、差速器等組成。
1.2 水稻收割機(jī)市場現(xiàn)狀
自2004年國家施行農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼以來，直至2009年收割機(jī)市場一直呈現(xiàn)出持續(xù)火熱之勢，收割機(jī)產(chǎn)銷量急劇上升，保有量也迅速增大，國內(nèi)收割機(jī)生產(chǎn)企業(yè)增多，收割機(jī)技術(shù)趨于成熟，產(chǎn)量劇增，價格大幅下降以及國內(nèi)市場水稻收割機(jī)的巨大剛性需求是這幾年收割機(jī)市場一路走高的主要原因，而進(jìn)入2010年，收割機(jī)市場開始步入理性增長階段，國內(nèi)市場溫和增長，沒有大起大落情況出現(xiàn)歐美與日韓等國的機(jī)器仍占據(jù)著大量市場份額，國內(nèi)企業(yè)很難與之抗衡我國水稻收割機(jī)的發(fā)展很不平衡，吉林遼寧等東北產(chǎn)區(qū)以及江浙滬等發(fā)達(dá)地區(qū)機(jī)械化程度較高，水稻機(jī)收率可以達(dá)到60%～80%，而其他水稻主產(chǎn)區(qū)( 如四川和重慶等地) 水稻機(jī)收率偏低，2009年僅能達(dá)到30%左右由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件和地理環(huán)境的限制，水稻收割機(jī)的推廣普及仍存在很大的困難而在安徽湖南等地，雖然在生產(chǎn)廠家和農(nóng)機(jī)部門的共同努力下收到了一定的效果，但水稻機(jī)收率仍然不盡如人意 這些地方市場潛力較大，但對水稻收割機(jī)的技術(shù)要求更加嚴(yán)苛。
1.3 水稻收割機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀
目前，我國水稻收割機(jī)主要有以下幾種類型:
1) 按喂入方式，可分為全喂入式聯(lián)合收割機(jī)和半喂入式聯(lián)合收割機(jī) 全喂入式聯(lián)合收割機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適合地形較好的平原地區(qū)大面積作業(yè); 半喂入式聯(lián)合收割機(jī)生產(chǎn)效率高，收獲損失小，適用范圍更加廣泛。
2) 按配置結(jié)構(gòu)，可分為自走式和背負(fù)式兩種 背負(fù)式收割機(jī)主要與手扶拖拉機(jī)以及8．83～47．8kW的四輪拖拉機(jī)配套使用，以拖拉機(jī)作為動力，降低了購機(jī)成本 而自走式收割機(jī)工作穩(wěn)定，效率高，已經(jīng)逐漸取代了背負(fù)式收割機(jī)，成為水稻收割機(jī)的主要發(fā)展趨勢。
3) 按行走方式，可分為輪式和履帶式兩種 輪式傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，在長江以北土質(zhì)較好的平原地帶以及田地分散的丘陵山區(qū)地帶使用較為普遍; 履帶式傳動系統(tǒng)附著力強(qiáng)，適宜在泥地和水田中作業(yè)。
4) 按脫粒方式，可分為梳脫收獲和喂入式收獲兩種 喂入式收獲即先將植株割下后整體經(jīng)過脫粒裝置進(jìn)行脫粒; 而梳脫收獲又稱為割前脫粒，即先進(jìn)行脫粒操作，再將植株割下 梳脫收獲可以大大減少進(jìn)入脫離裝置中的物料的草谷比例( 僅為0．18～0．48) ， 從而減少功率消耗，提高工作效率。另外，梳脫收獲具有濕脫性能好損失小和清潔度高等優(yōu)點(diǎn)，盡管目前梳脫機(jī)型在可靠性和配套性方面都存在著某些不足，尚處于樣機(jī)推廣階段，但它是未來水稻聯(lián)合收割機(jī)的一個重要發(fā)展方向由于作業(yè)環(huán)境的不同，國外聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展方向也不盡相同，歐美的聯(lián)合收割機(jī)大部分是全喂入自走式機(jī)型，并且機(jī)型較大，檔次較高，能同時收獲小麥水稻玉米和大豆等農(nóng)作物，功率較大，一般為147kW以上，工作效率很高; 而日韓的聯(lián)合收割機(jī)多為半喂入自走式機(jī)型，可以兼收稻麥，適合水田作業(yè)，其功率和價格等都與國產(chǎn)半喂入機(jī)型較為接近，但可靠性較國產(chǎn)機(jī)型更高，更加小巧專業(yè)，在國內(nèi)市場上占有較大份額。目前，我國水稻聯(lián)合收割機(jī)主要有全喂入自走式和半喂入自走式兩種機(jī)型 全喂入式機(jī)型起步較早，技術(shù)較為成熟，盡管存在無法解決水稻倒伏時無法作業(yè)和秸稈利用等問題，但仍是國內(nèi)市場上的主流機(jī)型，半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)是日本最先研制出來的，在我國的生產(chǎn)研發(fā)雖然起步于20世紀(jì)70年代，但由于其機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，制造難度大，成本較高，企業(yè)很難在短期內(nèi)收回投資，所以至今仍沒有形成大批量生產(chǎn)的能力，由于缺乏核心技術(shù)，一些主要零部件( 如發(fā)動機(jī)和核心工作部件等) 仍需要從日韓等企業(yè)進(jìn)口，導(dǎo)致國內(nèi)生產(chǎn)的半喂入式聯(lián)合收割機(jī)的價格一直居高不下，一臺半喂入式機(jī)型的售價在14萬～16萬元左右，一般經(jīng)濟(jì)條件的用戶根本無力購買，而且與同等價位的日韓進(jìn)口機(jī)型相比，性能和價位都不具有競爭優(yōu)勢 相對而言，國產(chǎn)大型全喂入式機(jī)型每臺3萬～5萬元的售價更容易被用戶接受。所以，盡管某些專家曾預(yù)測全喂入式機(jī)型將被半喂入式機(jī)型所取代，但無論從企業(yè)還是消費(fèi)者方面都更加傾向于發(fā)展成熟的全喂入式機(jī)型 而這也正反映了國內(nèi)水稻收割機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，即全喂入式水稻收割機(jī)產(chǎn)品基本定型，但仍難以解決水稻倒伏和秸稈回收利用問題，目前的發(fā)展方向?yàn)榇蠊β矢咝室约疤岣呖煽啃院瓦m應(yīng)性; 而半喂入式水稻收割機(jī)尚缺乏核心技術(shù)支持，缺乏自主品牌，成本居高不下，盡管很適合我國西南地區(qū)水稻主產(chǎn)區(qū)收獲作業(yè)，但發(fā)展受限，技術(shù)難題亟待解決。
1.4 水稻收割機(jī)的發(fā)展趨勢
國內(nèi)水稻收割機(jī)技術(shù)與國際先進(jìn)水平仍存在著巨大的差距，存在諸多問題，而解決這些問題的根本途徑就是加大研發(fā)力度，從技術(shù)層面上打破國外企業(yè)的壟斷，盡快生產(chǎn)出適合我國水稻產(chǎn)區(qū)使用的機(jī)型。首先，對于半喂入式聯(lián)合收割機(jī)，割前脫粒技術(shù)成為發(fā)展趨勢，采用梳脫收獲工藝，梳脫莖稈切割整齊鋪放聯(lián)合作業(yè)的工藝流程，可以很好地解決半喂入機(jī)型的技術(shù)難題，而全喂入式機(jī)型在進(jìn)一步加大功率，提高適應(yīng)性的同時對主工作部件結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)( 如采用軸流滾筒等)，使收割機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，工作更加可靠 其次，為了提高收割機(jī)的通過性，應(yīng)著重對半鏈軌和橡膠履帶式行走結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，降低整機(jī)質(zhì)量，從而減輕水稻收獲時對土壤的壓實(shí)作用，這對于促進(jìn)免耕和少耕技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。全喂入適應(yīng)性廣，半喂入發(fā)展受限。結(jié)合我國水稻機(jī)收發(fā)展嚴(yán)重不平衡的事實(shí)，針對西南地區(qū)分散的丘陵與山區(qū)等作業(yè)環(huán)境，開發(fā)出靈活機(jī)動小功率低功耗和可靠性高的小型水稻聯(lián)合收割機(jī)，將成為我國水稻收割機(jī)發(fā)展的主要方向，借鑒日韓先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以看出，采用自走式半喂入式的小型水稻聯(lián)合收割機(jī)非常適合這些地方水稻收獲作業(yè)，而對其發(fā)動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和主要工作部件等核心技術(shù)的研發(fā)，將成為我國農(nóng)業(yè)部門與相關(guān)企業(yè)的重要任務(wù)通過采用模塊化設(shè)計方法，借助于CAD，Pro/E和ANSYS等計算機(jī)軟件，對收割機(jī)各部件進(jìn)行建模分析與振動測試等，進(jìn)一步優(yōu)化收割機(jī)結(jié)構(gòu)，提高收割機(jī)可靠性，也將成為水稻收割機(jī)設(shè)計制造的重要環(huán)節(jié)隨著公頃產(chǎn)量1050kg以上的超級雜交水稻的問世，如何解決現(xiàn)有收割機(jī)脫粒裝置處理容量與高產(chǎn)大流量不匹配稈青葉茂作物在大流量條件下分離困難等問題，設(shè)計生產(chǎn)出適合其特性的機(jī)型，也是當(dāng)前我國收割機(jī)發(fā)展的重要方向之一?？傊?，對于當(dāng)前國內(nèi)主流機(jī)型，在保證良好性能的前提下，保證高效率大功率和大喂入量，從而進(jìn)一步提高作業(yè)效率; 采用新材料和先進(jìn)設(shè)計制造工藝，降低收獲損失率，提高清潔度; 以人為本，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，提高整機(jī)舒適性安全性和操作方便性等除了對現(xiàn)有機(jī)型的進(jìn)一步改良和優(yōu)化之外，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，針對我國地形復(fù)雜，水稻種植農(nóng)藝作物品種土壤情況和水文條件差異較大等現(xiàn)狀，功能更加齊全滿足一機(jī)多用要求的新機(jī)型也必將成為我國水稻聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展的主要方向。
1.5 水稻收割機(jī)的發(fā)展趨勢
傳動系統(tǒng)作為聯(lián)合收割機(jī)的一個重要輔助系統(tǒng)，直接影響著聯(lián)合收割機(jī)各個工作部件的工作狀況，聯(lián)合收割機(jī)在使用中出現(xiàn)的工作速度慢、易堵塞、損失大、清潔率低等問題，與傳動系統(tǒng)設(shè)計不合理有很大的關(guān)系。( 1 )傳動路線設(shè)計不合理。原設(shè)計中的傳動路線是這樣的：由發(fā)動機(jī)到中間軸，再到軸流滾筒；軸流滾筒后分為3路，一路為物料攪龍、離心風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)、前后圓筒篩等，另一路為接力輸送器、割臺等，最后一路為排草輪。可以看出，在原設(shè)計中，各工作部件的動力都是通過軸流滾筒傳遞的。軸流滾筒不但承擔(dān)著脫粒的負(fù)荷，還要負(fù)責(zé)為清選裝置等其他工作裝置傳遞動力，工作負(fù)荷較重。當(dāng)喂入量過大或作物喂入不均勻時，軸流滾筒本身因負(fù)荷變化而引起的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，會直接影響到其他工作裝置的正常工作；反過來，軸流滾筒的轉(zhuǎn)速又受到其他工作裝置負(fù)荷變化的影響，從而進(jìn)一步影響脫粒滾筒所帶動的其他工作裝置的速度。這種相互之間的影響使脫粒滾筒和工作裝置的堵塞時有發(fā)生，各工作部件無法正常工作，從而影響整機(jī)的工作質(zhì)量和工作效率。( 2 )各工作部件物料處理能力不匹配。如果某一工作部件對上一部件輸送過來 的物料不能快速高效地處理完畢，并順利輸送到下一部件，就會造成喂入量稍一過大，很快就堆積堵塞，影響整車前進(jìn)速度。這種情況一方面與各工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，另一方面與工作轉(zhuǎn)速有關(guān)。這一缺陷突出表現(xiàn)在物料攪龍、籽粒攪龍輸送物料的能力不足上，當(dāng)遇到干焦作物、潮濕作物或喂入量過大時，便無法及時處理脫粒裝置輸送過來的物料，造成凹板下面及清選裝置堵塞。
水稻是我國第一大糧食作物，常年種植面積約3000萬公頃。1995年以來，我國水稻收割機(jī)逐步得到發(fā)展。2000年水稻機(jī)收率提高到15.4%，2005年達(dá)到33.2%，2007年增長到46%，2011年達(dá)到69%。
雖然與小麥近90%的機(jī)收率相比仍然偏低，但考慮到雙季稻產(chǎn)區(qū)復(fù)雜的地理條件和落后的基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，當(dāng)前的機(jī)收率實(shí)質(zhì)上與小麥機(jī)已經(jīng)不相上下了。
從2004年開始，國家實(shí)行對農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼，拉動了水稻收割機(jī)的快速發(fā)展。隨著機(jī)收率的提高，水稻收割機(jī)的社會保有量也迅速上 升，2011年保有量已超過38萬臺，其中半喂入機(jī)型約7萬臺。機(jī)收率提高后，水稻收割機(jī)的市場需求將從增量變成存量，今后更新?lián)Q代將成為主流需求特征。
需求高潮消退企業(yè)理性申報
從稀缺變?yōu)楦挥?，許多地方不再對水稻收割機(jī)實(shí)施重點(diǎn)推廣和補(bǔ)貼傾斜。而市場冷暖的變化，最先感覺到的一定是企業(yè)。
2009～2011年水稻收割機(jī)市場連續(xù)3年的需求持續(xù)低迷，已經(jīng)讓一些企業(yè)主動退出了市場，一些本打算進(jìn)入的企業(yè)也望而卻步。從近幾 年補(bǔ)貼目錄的變化上可以看出，大中型拖拉機(jī)、玉米收獲機(jī)和深松機(jī)等熱門產(chǎn)品數(shù)量大幅增長的情況下，水稻收割機(jī)卻基本上是原地踏步。截至2011年共有74 家企業(yè)申報水稻收割機(jī)產(chǎn)品，而《目錄》是76家，只增加了2家。2009～2011年已經(jīng)有15家企業(yè)退出或經(jīng)營方向轉(zhuǎn)移從而消失在補(bǔ)貼目錄之中了。全喂 入機(jī)型從2009年的32個生產(chǎn)企業(yè)增加到47個，3年間有15個企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)，而半喂入機(jī)型2012年只有29個企業(yè)申報，3年間只增加了4個。
從企業(yè)進(jìn)入的多與寡可以看出水稻收割機(jī)的需求趨勢，企業(yè)也在按照市場的需求進(jìn)行經(jīng)營方向的調(diào)整。適合的才是最好的，全喂入看來并不像某些專家預(yù)測的會逐步被半喂入替代。
缺乏核心技術(shù)國產(chǎn)半喂入進(jìn)退維谷
去年在鄭州召開的全國農(nóng)機(jī)展上可以發(fā)現(xiàn)，與前幾年相比，展出的半喂入機(jī)型明顯減少，參展企業(yè)數(shù)量也相應(yīng)減少。
無獨(dú)有偶，《目錄》也出現(xiàn)了相同的情況?！赌夸洝分猩陥蟮钠髽I(yè)和產(chǎn)品數(shù)量雙雙減少，申報的產(chǎn)品型號也都是前幾年的老產(chǎn)品，鮮有新產(chǎn)品上榜，且很少有新企業(yè)進(jìn)入。究其原因，沒有掌握核心技術(shù)的情況下，企業(yè)發(fā)展無以為繼是關(guān)建因素。
回顧歷史，我國半喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)的研究并不晚，中國的半喂入水稻收割機(jī)早有建樹，但由于客觀的工業(yè)環(huán)境影響，我國自主研發(fā)的半喂入水稻機(jī)一直沒有發(fā)展起來。
日韓企業(yè)大舉進(jìn)入中國后，隨著技術(shù)擴(kuò)散，國內(nèi)一些農(nóng)機(jī)或非農(nóng)企業(yè)開始紛紛進(jìn)入半喂入收割機(jī)領(lǐng)域。一些企業(yè)采用SKD、整機(jī)進(jìn)口或更換包 裝的方式，還有一些是發(fā)動機(jī)和主要工作部件進(jìn)口，用自制底盤拼裝而成。由于我國企業(yè)對半喂入收割機(jī)沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，未掌握核心工作部件的專有技術(shù)，發(fā)動 機(jī)和主要工作部件靠進(jìn)口，價格居高不下，國產(chǎn)機(jī)無論是在性能上還是在價位上都不具有競爭優(yōu)勢。國內(nèi)眾多廠家對半喂入收割機(jī)的投入前赴后繼，有的企業(yè)為此付 出了沉重的代價，至今沒有一家企業(yè)擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，也很少有企業(yè)形成批量生產(chǎn)的能力，能與國外機(jī)型相抗衡。
面對日新月異發(fā)展的全喂入產(chǎn)品，看著手中沒有核心技術(shù)而又利潤豐厚的半喂入產(chǎn)品，本土企業(yè)陷入了兩難，在進(jìn)退維谷之間，失去了發(fā)展的方 向，于是一些企業(yè)開始兩條腿走路，一些企業(yè)斷臂求生，砍掉了半喂入業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)而進(jìn)入其他領(lǐng)域，一些企業(yè)則因?yàn)椤笆持疅o味棄之可惜”而仍在徘徊中。
全喂入向大功率延伸
半喂入技術(shù)發(fā)展放緩
受規(guī)模化、集約化種植的提高，農(nóng)機(jī)合作社等社會化服務(wù)組織的興起，北方水田增加等因素的影響，收獲效率更高的水稻收割機(jī)產(chǎn)品需求量在不斷增加，2～3公斤/秒喂入量的產(chǎn)品已經(jīng)是市場的主流，東北地區(qū)向3公斤/秒以上的產(chǎn)品發(fā)展。
從《目錄》可以看出，2～3公斤/秒喂入量產(chǎn)品的型號在增加，而3公斤/秒及以上產(chǎn)品則增長的更為迅猛，這說明東北市場將是今后有實(shí)力的全喂入企業(yè)要爭奪的焦點(diǎn)，同時也將極大的促進(jìn)東北地區(qū)水稻機(jī)械化收獲水平。
從《目錄》來看，半喂入機(jī)型技術(shù)發(fā)展逐漸降低。由于市場發(fā)展受限及自主品牌的萎縮，日韓主要企業(yè)缺乏堆出新產(chǎn)品的動力，無論是產(chǎn)品技術(shù) 水平還是產(chǎn)品多樣化方面都沒有明顯的進(jìn)展。而在原材料上漲的壓力下，日韓企業(yè)的產(chǎn)品價格不但沒有下降，甚至在變相的漲價，這種結(jié)果將影響到用戶的選擇范 圍，增加了用戶的購機(jī)成本，但最終的結(jié)果將是影響半喂入收割機(jī)行業(yè)整體技術(shù)水平的提升，在全喂入技術(shù)革新的情況下，半喂入產(chǎn)品市場份額可能進(jìn)一步萎縮。
以史為鑒企業(yè)需創(chuàng)新發(fā)展
20世紀(jì)八九十年代，小麥?zhǔn)崭顧C(jī)也是呈現(xiàn)百花齊放的局面。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國家開始實(shí)施農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼，市場需求被重新激活，2006 年行業(yè)整體銷量曾接近5萬臺，巨大的需求吸引了更多的企業(yè)加入，但其時小麥?zhǔn)崭顧C(jī)行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重過剩，在2007年國家取消小麥機(jī)的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼之 后，2008年眾多的中小型企業(yè)受到?jīng)_擊，福田雷沃重工等實(shí)力企業(yè)開始進(jìn)行市場整合。近幾年，福田雷沃重工的市場占有率一直在65%以上，并呈現(xiàn)不斷的上 升趨勢，而更多的小企業(yè)由于形不成規(guī)模效應(yīng)，在無利可圖，甚至虧損的情況下忍痛退出了行業(yè)。
聯(lián)想到水稻收割機(jī)行業(yè)，在經(jīng)過近10年的高速發(fā)展之后，目前保有量高企，福田雷沃重工和江蘇沃得一南一北兩大企業(yè)的市場位勢逐漸穩(wěn)固， 柳林、碧浪等奮起直追，星光憑借新產(chǎn)品優(yōu)勢迅速發(fā)展，奇瑞重工等企業(yè)也在積極布局市場?？梢灶A(yù)想，行業(yè)集中度將逐步加強(qiáng)，后期這種趨勢應(yīng)該會更明顯，廣大 中小企業(yè)應(yīng)該通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品升級、營銷模式創(chuàng)新等方式來加快發(fā)展，并且密切關(guān)注農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策的變化，避免像小麥?zhǔn)崭顧C(jī)企業(yè)一樣，在補(bǔ)貼政策停止后 陷入經(jīng)營的困境，并最終被市場淘汰。
第2章 水稻收割機(jī)總體方案設(shè)計
2.1總體設(shè)計的思路
設(shè)計水稻收割機(jī)大體上可分為兩個階段：
一、系統(tǒng)分析階段
1、根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用水稻收割機(jī)的目的和任務(wù)。
2、分析水稻收割機(jī)所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。
3、根據(jù)水稻收割機(jī)的工作要求，確定水稻收割機(jī)的基本功能和方案。如水稻收割機(jī)的自由度、信息的存儲量、計算機(jī)功能、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運(yùn)動范圍、以及對溫度、震動等環(huán)境的適應(yīng)性。
二、技術(shù)設(shè)計階段
1、根據(jù)系統(tǒng)的要求的自由度和允許的空間空做范圍，選擇水稻收割機(jī)的坐標(biāo)形式
2、擬訂水稻收割機(jī)的運(yùn)動路線和空間作業(yè)圖。
3、確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型。
4、擬訂控制系統(tǒng)的控制原理圖。
5、選擇個部件的具體集體夠，進(jìn)行水稻收割機(jī)總裝圖的設(shè)計。
6、繪制水稻收割機(jī)的零件圖，并確定尺寸。
下面結(jié)合本演示系統(tǒng)的基本要求和設(shè)計的基本原則確定本系統(tǒng)的方案。
2.2 設(shè)計方案過程及特點(diǎn)
a. 水稻收割機(jī)必須小巧、靈活、拆卸方便；
b．水稻收割機(jī)在工作過程中，其結(jié)構(gòu)可適應(yīng)應(yīng)不同道路的變化情況；
c．水稻收割機(jī)自動化程度高，控制方便靈活；
2.3 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和比較
根據(jù)國內(nèi)外的水稻收割機(jī)的移動方式大致可分為六種：
㈠活塞移動方式 ㈡滾輪移動方式 ㈢履帶移動方式
㈣足腿移動方式 ㈤蠕動移動方式 ㈥螺旋移動方式
其各有優(yōu)缺點(diǎn)。以下分別介紹。
㈠活塞移動式依靠其首尾兩端管內(nèi)流體形成的壓差為驅(qū)動力，隨著管內(nèi)流
多輪方式時牽引力隨輪數(shù)增加而增加。缺點(diǎn)是著地面積小，維持一定的附著力較困難，這使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，越障能力有限。
㈢履帶移動式的優(yōu)點(diǎn)是著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對路面的適應(yīng)性強(qiáng)，牽引性能好，越障能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是體積大不易小型化，拐彎半徑大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要保持履帶的張緊。
㈣足腿移動式的優(yōu)點(diǎn)是對粗糙路面適應(yīng)性能較好，越障能力極強(qiáng)，可適應(yīng)不同管徑的變化。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，行走速度慢。
㈤蠕動移動式的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)微小管徑，越障能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是移動速度慢，
控制復(fù)雜。
㈥螺旋移動式的優(yōu)點(diǎn)是有一定的越障能力，可適應(yīng)不同管徑的變化，可在垂直路徑中行進(jìn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動速度慢，驅(qū)動力要求高。
根據(jù)設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求，所要研制的路徑水稻收割機(jī)必須要有高可靠性，高效率。所以采用上述傳動系統(tǒng)的移動方式的組合來實(shí)現(xiàn)行走，這樣可利用其綜合優(yōu)點(diǎn)避免單一移動方式的缺點(diǎn)。由于路徑存在不同的彎管，這就要求水稻收割機(jī)的傳動系統(tǒng)有一定的拐彎能力和越障能力。所以，設(shè)計了一種如下頁圖所示的可伸縮的三只履帶腿式（三只腿成120°分布）組合傳動系統(tǒng)。
其特點(diǎn)是：移動速度快、轉(zhuǎn)彎比較容易、有較大牽引力、對粗糙路面適應(yīng)
性好、越障能力強(qiáng)；同時，可伸縮性使得水稻收割機(jī)對變徑路徑有較好的自適應(yīng)性。
第3章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算
3.1 傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算
3.1.1 傳動系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)功率的預(yù)算
水稻收割機(jī)受力預(yù)?。?
=1470.6+400
=1870.6N
由于履帶是二組；成180°分布；受到的是摩擦阻力;
（其中μ是橡膠與鋼之間的摩擦系數(shù)）
=2×0.8×1870.6+0.8×400
=3312.96N
取路徑水稻收割機(jī)的工作行程速度V為：V=0.5m/s
（是有效功率）
由于是二組履帶，所以每個履帶的驅(qū)動電機(jī)至少為：
W=÷2＝1656.48÷2=828.24W
所以，選取電機(jī)的功率為800W;同時電機(jī)要能變速，才能在路徑內(nèi)轉(zhuǎn)彎；所以
選擇伺服電機(jī)，最終選擇SGMAH-08A伺服電機(jī)（安川公司）。
=1870.6N
3312.96N
V=0.5m/s
=1656.48W
W=552.16W
3.1.2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
①確定傳動系統(tǒng)----履帶的外形尺寸
由于路徑直徑最小時，D=400mm；同時總體方案中已經(jīng)確定采用2組履帶，相對來說比較狹??；所以傳動系統(tǒng)尺寸不能太大。關(guān)于轉(zhuǎn)彎的功能，它能轉(zhuǎn)多少大于150度的角，轉(zhuǎn)大概ф200mm的轉(zhuǎn)彎半徑.
首先，確定履帶的寬度。由于履帶的寬度較小，那么它的工作所提供的驅(qū)動力就會減??；而其寬度太大時，所受到的阻力就會很大。通過作圖的方法，取履帶的寬度為：=150mm。
其次，確定履帶的長度。履帶的長度越長其轉(zhuǎn)彎的靈活性就會受到影響。所以，履帶的長度不能太長。所以其長度L為：L=580mm。
最后，確定履帶的高度。履帶的高度受到路徑的限制，同時還受到撐開桿組的影響；由于撐開桿組要能在φ=700mm—1000mm范圍內(nèi)變化，所以桿長要達(dá)到給定的范圍。通過對撐開桿組的設(shè)計，后最終確定高度H=175mm。
②確定傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
由于外形尺寸的限制，電機(jī)內(nèi)置在履帶組中，同時采用錐齒輪來換向，最后驅(qū)動履帶輪。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
=150mm
L=580mm
H=175mm
結(jié)構(gòu)總圖
1—軸01 2—電機(jī) 3—小錐齒輪 4—驅(qū)動帶輪
5—軸02 6—直齒輪01 7—直齒輪02 8—軸03
9—大錐齒輪 10—從動帶輪
③確定傳動系統(tǒng)中的履帶輪和履帶輪
采用同步帶的結(jié)構(gòu)來設(shè)計履帶。以下是同步帶傳動的優(yōu)點(diǎn)：
1. 適用于兩軸中心距較大傳動，承載能力較大。
2. 帶具有良好的彈性，可以緩沖、吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。
3. 結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護(hù)較為方便，價格低廉。
首先，確定同步帶的主要參數(shù)：（查機(jī)械設(shè)計手冊13-42）
齒 形：梯 形
齒距制式：模數(shù)制
型 號：m7
節(jié) 距：=21.991mm
其次，設(shè)計帶輪：（查機(jī)械設(shè)計手冊13-50）
(1)初選帶輪的次數(shù)：；
⑵選擇切削帶輪齒形的刀具類型—切出直線齒廓的特別刀具；
⑶齒槽角：2φ=2β=40°；
⑷節(jié) 距: =πm=mm；
⑸節(jié)圓直徑:；
⑹模 數(shù)：；
⑺齒側(cè)間隙：；
=21.991mm
2φ=40°
⑻名義徑向間隙：；
⑼徑向間隙：；
⑽外圓直徑：mm（其中δ=1.750）；
⑾外圓齒距：；
⑿外圓齒槽寬：；
⒀齒槽深：；
⒁齒槽底寬：；
⒂齒根圓角半徑： ；
⒃ ；
最后，設(shè)計履帶：（查機(jī)械設(shè)計手冊13-43）
由于采用同步帶的結(jié)構(gòu)來設(shè)計履帶，同時履帶用于特殊的工作環(huán)境，所以不能完全采用同步帶的參數(shù)，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計履帶。
⑴節(jié) 距：=21.991；
⑵齒形角：2β=40°；
⑶齒根厚：σ=10.06 ；
⑷齒 高：=4.2 ；
⑸帶 高： ；
⑹齒頂厚： ；
⑺節(jié)頂距：δ=1.750 ；
⑻帶 寬： ；
=116.5mm
=21.529mm
=11.06mm
=8.036
=21.991
2β=40°
σ=10.06
=4.2
δ=1.750
④確定大小錐齒輪參數(shù)
整個行走裝置里，錐齒輪的主要作用----換向，傳遞動力。同時考慮到其完全在行走裝置內(nèi)部，尺寸受到限制。根據(jù)以上的因素，設(shè)計大小錐齒輪的具體參數(shù)。
根據(jù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，采用軸交角。齒輪類型為：直齒錐齒輪、齒形制為GB/T 12369—1990,齒形角為20°、齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。（查機(jī)械設(shè)計手冊14-200）
大錐齒輪的次數(shù);小錐齒輪的次數(shù)。大小錐齒輪的具體參數(shù)分別如下：（查機(jī)械設(shè)計手冊14-201）
大錐齒輪：
⑴法向模數(shù)： ；
⑵齒 數(shù)： ；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=75+2×1×2.5×
=78.044mm
⑺齒根圓直徑：
大錐齒輪：
78.044mm
71.347mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=55°33′9″
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=48°44′25″
⒀齒 寬 ： b=25mm
47.253mm
b=25mm
小錐齒輪：
⑴法向模數(shù)：；
⑵齒 數(shù)：；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=57.5+2×1×2.5×
=61.467mm
⑺齒根圓直徑：
=57.5-2×（1+0.2）×2.5×
=52.54mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
小錐齒輪：
57.5mm
=61.467mm
=52.54mm
47.253mm
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=
⒀齒 寬 ： b=25mm
⑤確定直齒輪的參數(shù)
在整個行走裝置中，直齒輪的作用，主要是傳遞動力。根據(jù)傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸限制，同時為了減少零件的個數(shù)和降低成本，才用兩個完全相同的直齒輪，齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。齒數(shù)z=40，模數(shù)。其具體參數(shù)如下：
⑴分度圓直徑：
⑵齒 頂 高：
⑶齒 根 高：
=3.125
b=25mm
=100mm
=2.5
=3.125
⑷全 齒 高：=2.5+3.125=5.625
⑸齒頂圓直徑：
=100+2×2.5
=105mm
⑹齒根圓直徑：
=100-2×3.125
=93.75mm
⑺齒 厚：
⑻齒 根 寬：
⑼中 心 距：
⑽頂 隙：
3.2大小錐齒輪的設(shè)計和校核
⑴選擇齒輪的類型,精度等級,材料和齒數(shù)
① 選擇直齒圓錐齒輪
② 8級精度齒輪,軟齒面
③ 小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度為280HBS；大齒輪的材料為45鋼，調(diào)制處理HBS。
④ 初選小齒輪的齒數(shù)；大齒輪的齒數(shù)為。
⑵按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算
① 根據(jù)軸承布置方式和載荷的沖擊情況，取K=1.8。
② 查附錄2（機(jī)械設(shè)計、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計）得小齒輪的接觸疲勞極限為：
大齒輪的接觸疲勞極限為：
計算接觸疲勞許用應(yīng)力：
③計算小齒輪的分度圓直徑
=195.153.856mm
其中
=36.1 N.m
⑶按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算
① 計算當(dāng)量齒數(shù)并查取齒形系數(shù)，兩齒輪的分度圓錐角分別為：
當(dāng)量齒數(shù)為：
查附錄2得：
② 由附錄2得，小齒輪的彎曲疲勞極限為：
大齒輪的彎曲疲勞極限為：
53.856mm
=36.1 N.m
=
③ 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
大齒輪數(shù)值大，代入計算
④ 計算：
=
=2.1635
取m=2.5則： 取
，??；
⑤ 錐距為：
=47.253mm
⑥ 分度圓直徑為：
⑦ 分度圓錐角為：
，
2.1635
⑧ 齒 寬 ： b=25mm
3.3 軸Ⅰ的設(shè)計和校核
1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，初步估計軸徑：
其中=110，查機(jī)械設(shè)計（P362）表15-3可得。
代入上面得值，計算可得：
由于軸上有一鍵槽，所以：，取軸的最小直徑為：d=20mm。
2. 軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下：
3. 按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核
①做出軸的計算簡圖
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，做出其受力簡圖如下圖所示：
b=25mm
d=20mm。
② 校核所需要的基本參數(shù)
③ 計算齒輪的嚙合力：
A: 直齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=685.9 N
直齒輪：
685.9 N
2.齒輪徑向力：
B: 錐齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=914.533 N
2. 齒輪徑向力：
=202.634 N
3. 齒輪軸向力：
=
=264.078 N
④ 求水平面的支反力和做出彎矩圖:
1. 其受力分析圖如下圖所示:
錐齒輪：
=914.533N
=202.634 N
=264.078 N
2. 對A點(diǎn)求矩：
則有：
=372.848 N
3. 對B點(diǎn)求矩：
則有：
=
= -144.216 N
4. 根據(jù)上面的計算結(jié)果，畫出彎矩圖。
=372.848 N
⑤ 求垂直面內(nèi)的支反力，并作出彎矩圖
1. 受力分析如圖所示：
2. 對A點(diǎn)求矩：
則有：（其中）
= -8.590 N
2. 對D點(diǎn)求矩：
則有：
= -8.590 N
= -38.423 N
3. 做出對應(yīng)彎矩圖
⑥ 求支反力
=149.246 N
=312.965 N
⑦ 合成彎矩圖
=2889.432 N
=25774.198 N
=23238.956 N
⑧ 根據(jù)已知條件，做出扭矩
⑨ 校核危險截面
綜上所知，C面為危險截面：
(其中，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以取，T=36100)
=31767.982
(其中
=1251.74)
C截面圖
= ，軸滿足要求。
(其中=55查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)教程P261-表11-13得)
下頁附：彎矩圖
1251.74
3.4 鍵的校核
在整個設(shè)計過程中，由于平鍵的制作方便，同時經(jīng)濟(jì)性比較好，所以能采用平鍵的情況下，都采用平鍵。平鍵的主要失效形式為工作面被壓潰；嚴(yán)重過載時，可能出現(xiàn)鍵被剪斷。所以，通常情況下只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。
由于在軸01上的鍵 825 其結(jié)構(gòu)尺寸最小，受力較大。在這里就只校核該鍵，其余可以不予與校核。
普通平鍵的強(qiáng)度條件：
其中 T ---傳遞扭矩： ；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度：
---鍵的工作長度，圓頭平鍵為：
---軸的直徑
=42.47
由于鍵的材料為45，同時其載荷性質(zhì)為輕微沖擊，查機(jī)械設(shè)計（P-106）表6-2可得：
所以 ，鍵滿足要求。
總 結(jié)
在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學(xué)會與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事半功倍。
此次論文的完成既為大學(xué)四年劃上了一個完美的句號。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。
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[9]何國修，半喂入式聯(lián)合收割機(jī)割臺傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，西華大學(xué)2012（5）
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致 謝
感謝XX老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給我的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。在最后階段，王老師耐心的幫助我檢查圖紙繪制過程中出現(xiàn)的錯誤，以及論文在書寫的過程中應(yīng)注意的一些問題，再次感謝老師的幫助。
同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！