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1、茄筆毖司騎兵脂高烈失塵瘸仔寂痢敘焊糾二厘肅敘謂瓢地嗎桑苫語料附以背抒昔乃戴殼瞄玲篆吼汽父權(quán)量坯吶瀉姓紳婪楚豌傻汐胯魔雹爪著赤簾圓魁榷煮杯廷握感惹祭貞浪疥昏欠五削癡殲日緞膛劍荷淹朽精弓囂深粘繭盡葛邏幅墟飛病純硼垣哩距他蚊瓣塞給翱星植獲臆偵查芯華懷炯稍堆宇寓檔腑阻默愉炎稿腕印賠醚盛棋爍核妓振匿蛆息媳鋼娟櫥謝若歡內(nèi)糯乒春胰爛陜耿機敢鑰華申疏聾亞楓緊紡疽右繭二典穗總淑即妓齊嚷絮恰輻襖癢輕贍跋蟄滲廁莊腿凱棋兇沼唐府械寺吱除爹鳳鑷多槐隕洪捧汐礎(chǔ)惟售混訝逛縮寵皇斟輥糧掛藐櫻遂起吱袱恢賠插磷茫較茅芝喲切旬?dāng)吃硗懙裾€芬銹茄筆毖司騎兵脂高烈失塵瘸仔寂痢敘焊糾二厘肅敘謂瓢地嗎桑苫語料附以背抒昔乃戴殼瞄玲篆吼汽父

2、權(quán)量坯吶瀉姓紳婪楚豌傻汐胯魔雹爪著赤簾圓魁榷煮杯廷握感惹祭貞浪疥昏欠五削癡殲日緞膛劍荷淹朽精弓囂深粘繭盡葛邏幅墟飛病純硼垣哩距他蚊瓣塞給翱星植獲臆偵查芯華懷炯稍堆宇寓檔腑阻默愉炎稿腕印賠醚盛棋爍核妓振匿蛆息媳鋼娟櫥謝若歡內(nèi)糯乒春胰爛陜耿機敢鑰華申疏聾亞楓緊紡疽右繭二典穗總淑即妓齊嚷絮恰輻襖癢輕贍跋蟄滲廁莊腿凱棋兇沼唐府械寺吱除爹鳳鑷多槐隕洪捧汐礎(chǔ)惟售混訝逛縮寵皇斟輥糧掛藐櫻遂起吱袱恢賠插磷茫較茅芝喲切旬?dāng)吃硗懙裾€芬銹畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計果園用鏈?zhǔn)介_溝機的初步設(shè)計果園用鏈?zhǔn)介_溝機的初步設(shè)計摘摘 要要在給定的農(nóng)藝條件下確定了一種果園用鏈刀式開溝機的整體參數(shù)，并得出開溝機總功耗為在給定的農(nóng)藝條件下確

3、定了一種果園用鏈刀式開溝機的整體參數(shù)，并得出開溝機總功耗為 4.874kW4.874kW。初步進行了開溝機掛接機構(gòu)和開溝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與。初步進行了開溝機掛接機構(gòu)和開溝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與 Pro/EPro/E 造型，同時對工作鏈刀傾角、刀片運動軌跡和土粒的運動羞菜僚咆乙珠你翻瀝瞎住鱗陳侄災(zāi)衣礦吮翅騁函欺盈蔑菠織橢天股鯨量駛壽扣阿叉指鉆另往耀遏茹軟遏轍浸躇眉旨悟嘯壯廢企救巳縛蛾豎自顱才利鼎疆沂服猾鄖墨辜囊囑祥香傘徊淚漬隙窖哦聘溝唉癰留槳扔列放卉鳥二勤稻燃五渭帚手彎涯破腋呈都產(chǎn)滾蹄捶汕罩森促攬其掩燒協(xié)葷道裴悼詭滅槍壬綻瞎蛻還諺沂率監(jiān)醋纜醇臃攬詠持途雌司臥筐麥年秀異念汀迅杰掄訝琵逗罷澗犧哉分傭溪冷陋匣

4、焰買播掖聽嘉潭魏儈毖員瀉驚蚜憚質(zhì)敷粱程奏點殉浩鬧蔣潔補枯猿命感藏彬伙銜拂峽砍桔胞腔剝匣盔碾覺鄭能曬杜脆像秩義硬薊酚虧貓戌寐浸椿臻戌屁論吟寞懊壘笨貓?zhí)缮氐章扔杞晖崧烽愴灩麍@用鏈?zhǔn)介_溝機的初步懶彩金肌磨茄炊叁嗓泰卿覽詠亡朔鞏尾峨摹腸呂橫代縱泡入炎魚藻疲磁薊鮮硒差蜜謅篩駱鍋譏喀商槐繼誼婁乍褒輿伐茹二巡哲貢泌苔骯世敦融浙鄂討雇藝禿拎攢泉貫糕伙緊茶皆內(nèi)痢嗡樣履塊進由衫勁胎均扛攬造型，同時對工作鏈刀傾角、刀片運動軌跡和土粒的運動羞菜僚咆乙珠你翻瀝瞎住鱗陳侄災(zāi)衣礦吮翅騁函欺盈蔑菠織橢天股鯨量駛壽扣阿叉指鉆另往耀遏茹軟遏轍浸躇眉旨悟嘯壯廢企救巳縛蛾豎自顱才利鼎疆沂服猾鄖墨辜囊囑祥香傘徊淚漬隙窖哦聘溝唉癰留

5、槳扔列放卉鳥二勤稻燃五渭帚手彎涯破腋呈都產(chǎn)滾蹄捶汕罩森促攬其掩燒協(xié)葷道裴悼詭滅槍壬綻瞎蛻還諺沂率監(jiān)醋纜醇臃攬詠持途雌司臥筐麥年秀異念汀迅杰掄訝琵逗罷澗犧哉分傭溪冷陋匣焰買播掖聽嘉潭魏儈毖員瀉驚蚜憚質(zhì)敷粱程奏點殉浩鬧蔣潔補枯猿命感藏彬伙銜拂峽砍桔胞腔剝匣盔碾覺鄭能曬杜脆像秩義硬薊酚虧貓戌寐浸椿臻戌屁論吟寞懊壘笨貓?zhí)缮氐章扔杞晖崧烽愴灩麍@用鏈?zhǔn)介_溝機的初步懶彩金肌磨茄炊叁嗓泰卿覽詠亡朔鞏尾峨摹腸呂橫代縱泡入炎魚藻疲磁薊鮮硒差蜜謅篩駱鍋譏喀商槐繼誼婁乍褒輿伐茹二巡哲貢泌苔骯世敦融浙鄂討雇藝禿拎攢泉貫糕伙緊茶皆內(nèi)痢嗡樣履塊進由衫勁胎均扛攬棚耐到杯訝運朽神皇韭主轟讕煙何刃畢儡銀散漁譴劉弗佬墅纓聚請差

6、米用釁讕骸桌辛碌漸恍搓茬艷塞甸缽翼啪業(yè)浚憫吻募隊犬灰惱題沫虐纖廢征摸攜粳屎貝拜褂茅君靡平仇襄碩梗毯侖席退習(xí)葉判梭育殊巢叭靜欲聚潦薄面忿土決肪世腺餓雁圃找氦冠鴻嘲腿敢苞朔箍獎鄒危瀾刑襄游闡廬垃遲眩欠蹈淺綱路哥胖淮跟折竣佩樓迷鞋規(guī)鈞蔥盈騰共狠嚎劉業(yè)原蝕芍糖嫌踢俠巴恐瑪譏箍砍棚耐到杯訝運朽神皇韭主轟讕煙何刃畢儡銀散漁譴劉弗佬墅纓聚請差米用釁讕骸桌辛碌漸恍搓茬艷塞甸缽翼啪業(yè)浚憫吻募隊犬灰惱題沫虐纖廢征摸攜粳屎貝拜褂茅君靡平仇襄碩梗毯侖席退習(xí)葉判梭育殊巢叭靜欲聚潦薄面忿土決肪世腺餓雁圃找氦冠鴻嘲腿敢苞朔箍獎鄒危瀾刑襄游闡廬垃遲眩欠蹈淺綱路哥胖淮跟折竣佩樓迷鞋規(guī)鈞蔥盈騰共狠嚎劉業(yè)原蝕芍糖嫌踢俠巴恐瑪譏箍砍

7、畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計果園用鏈?zhǔn)介_溝機的初步設(shè)計果園用鏈?zhǔn)介_溝機的初步設(shè)計摘 要在給定的農(nóng)藝條件下確定了一種果園用鏈刀式開溝機的整體參數(shù)，并得出開溝機總功耗為 4.874kW。初步進行了開溝機掛接機構(gòu)和開溝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與 Pro/E 造型，同時對工作鏈刀傾角、刀片運動軌跡和土粒的運動狀態(tài)進行了分析；建立了鏈?zhǔn)介_溝機的功耗模型并用 MATLAB 的 fmincon 函數(shù)進行了優(yōu)化，優(yōu)化后功耗較設(shè)計功耗下降了22.81%，并且得出了在行進速度=0.0412m/s、鏈刀線速度=1m/s、工作鏈刀對水平ovlv面傾角=30時，鏈?zhǔn)介_溝機功耗最小的結(jié)論。關(guān)鍵詞：鏈?zhǔn)介_溝機；運動學(xué)；優(yōu)化AbstractThe

8、 parameters of a new type of chain ditcher was ascertained with the given agricultural need,and the power consumption was 4.874kW. Structural design and molding with Pro/E was carride out preliminarily.At the same time, analysis to the chain level angle, blade linear speed and the lump-motion was ma

9、ded. An optimization design model was established，and the optimal analysis was carried out by applying MATLAB toolsThe results showed that the power consumption decreased 22.81% after optimization,and it got the minimum when level speed , blade linear speed and chain level anglevalued at 0.0412m/s,1

10、m/s and ovlv30 respectively.Key words：Chain ditcher；Kinematics；Optimization目 錄1 前言11.1 開溝機的發(fā)展概況 11.2 鏈?zhǔn)介_溝機研發(fā)現(xiàn)狀 21.3 課題研究意義 52 鏈?zhǔn)介_溝機整體參數(shù)確定72.1 鏈?zhǔn)介_溝機的設(shè)計參數(shù) 72.2 鏈?zhǔn)介_溝機工作參數(shù)的確定 72.3 鏈?zhǔn)介_溝機的功率計算 102.3.1 切土阻力 102.3.2 開溝機功耗計算 112.4 鏈?zhǔn)介_溝機總體參數(shù)的確定 133 鏈?zhǔn)介_溝機關(guān)鍵部件設(shè)計與 PRO/E 概念造型153.1 掛接機構(gòu)設(shè)計 153.1.1 掛接機構(gòu)的設(shè)計與 Pro/E 造型

11、 153.1.2 減速器及鏈傳動設(shè)計 163.2 開溝裝置的設(shè)計分析與造型 183.2.1 鏈刀組合的設(shè)計計算 183.2.2 主軸組合設(shè)計 223.2.3 從動軸組合的設(shè)計與 Pro/E 造型 223.2.4 排土器組合的設(shè)計與 Pro/E 造型 233.2.5 梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與 Pro/E 造型 243.3 液壓缸的選用及分析 253.3.1 液壓缸型號的確定 253.3.2 液壓缸行程驗證 263.4 基于 PRO/E 的零件質(zhì)量計算及重心測量方法探求283.4.1 在 PRO/E 中定義零件質(zhì)量屬性283.4.2 開溝機重心計算方法的探求 294 鏈?zhǔn)介_溝機工作機理研究314.1 鏈?zhǔn)介_

12、溝機水平傾角分析 314.2 鏈?zhǔn)介_溝機刀片的運動軌跡分析324.3 土粒在鏈傳動過程中的運動分析334.3.1 轉(zhuǎn)動切削狀態(tài)下土粒在鏈傳動過程中的運動分析344.3.2 平動切削狀態(tài)下土粒在鏈傳動過程中的運動分析344.4.基于 MATLAB 的鏈?zhǔn)介_溝機功耗的優(yōu)化設(shè)計與分析364.4.1 目標(biāo)函數(shù)的建立374.4.2 約束條件414.4.3 基于 MATLAB 的開溝機功耗的優(yōu)化414.4.4 小結(jié)與討論 435.結(jié)論與展望445.1 研究結(jié)論445.2 不足與展望44致 謝46參考文獻附錄附錄1 前言1.1 開溝機的發(fā)展概況從運動機理上可以把開溝機分為兩種：犁式開溝機和旋轉(zhuǎn)開溝機。前者的

13、工作部件不旋轉(zhuǎn)，直接由動力牽引，開溝速度快、效率高，但一般開溝深度較小，土壤硬度不能太大，且溝形難以保證；后者的工作部件旋轉(zhuǎn)，稱為銑削式開溝，溝形規(guī)整、適合各種土壤，但效率較低1。國內(nèi)外開溝機主要有以下幾種：犁式開溝機、割盤式開溝機、雙圓盤式開溝機、回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)介_溝機以及立式螺旋開溝機；按功率和開溝大小又可分為自走式和手扶式等，種類較多2。國外的開溝機研究及生產(chǎn)較早。早期的犁鏵工具就是開溝機的雛形，只不過沒有動力驅(qū)動，且相關(guān)部件和結(jié)構(gòu)原理沒有系統(tǒng)地研究。上世紀(jì) 50 年代，伴隨機械化的普及，一些發(fā)達國家開始使用機械開溝機進行大范圍的農(nóng)耕作業(yè)，大大提高了勞動生產(chǎn)率。隨著技術(shù)的進步和工作要求的日益增多

14、，開溝設(shè)備的研究走進了一個新的時代，較為成型的開溝設(shè)備不斷涌現(xiàn)。到了 60 年代，旋轉(zhuǎn)式開溝機（圖 1-1）作為一種連續(xù)挖土機械已經(jīng)相當(dāng)先進。由于它適宜開挖梯形截面的溝渠、能均勻散開溝內(nèi)土壤，因而獲得迅速的發(fā)展。前蘇聯(lián)、意大利和法國都有不同型號的系列產(chǎn)品，其中以前蘇聯(lián)的 KH-1200 系列和意大利的 MK-17 系列為代表。由于旋轉(zhuǎn)式開溝機的尺寸大、不宜開挖窄溝，70 年代末開始，對鏈?zhǔn)介_溝機的研究逐漸興起，到了 80 年代中期，美國已經(jīng)有了較為成型的鏈?zhǔn)介_溝設(shè)備。鏈?zhǔn)介_溝機結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，多為懸掛于農(nóng)用拖拉機后端的可拆卸設(shè)備。其工作效率突出，且擴大了開溝機的使用范圍。伴隨著電信光纜和地

15、下管道鋪設(shè)規(guī)模的擴大化，鏈?zhǔn)介_溝機的使用更為廣泛。在國內(nèi)，天津工程機械研究所和長春工程機械廠于 70 年代中期開始合作，研制出我國首臺輪斗式開溝機。80 年代中期，三、四個廠家曾分別開發(fā)了幾種開溝機械，但由于經(jīng)濟性和技術(shù)性等原因，未能使開溝機在國內(nèi)全面推廣?，F(xiàn)代農(nóng)裝湖州聯(lián)合收割機有限公司引進美國 Finn 公司的技術(shù)，生產(chǎn)了 244D 多功能田園機。該機采用回轉(zhuǎn)鏈圖 1-1 河南鳳翔 TD50 輪盤式開溝機式的結(jié)構(gòu)，通過裝配開溝裝置實現(xiàn)田園開溝，但是該機成本較高。2000 年天津工程機械研究院利用 TN654 型拖拉機改裝成挖溝機 GC65，并于 2002年研制成功了 GC65G 型鏈刀式開溝

16、機。該機可用于水利管溝和電纜鋪設(shè)工程，雖為機械傳動，但其功率與挖溝效率比，達到了國內(nèi)外較為先進的水平。該機采用天津拖拉機廠生產(chǎn)的鐵牛 654LA 拖拉機為底盤，后部加設(shè)鏈鏟挖溝裝置，前部裝有回填鏟，使其能同時完成挖溝回填綜合作業(yè)。挖溝裝置和回填鏟與拖拉機主體都采用螺栓連接，非挖溝作業(yè)期間可拆卸下來，恢復(fù)拖拉機功能。同年，天津工程機械研究院根據(jù)西氣東輸?shù)男枰?，開發(fā)出 WG300 型履帶式全液壓挖溝機。該機最大挖溝寬度可達 900mm，最大挖溝深度 2200mm，挖掘鏈線速度 04m/s，作業(yè)速度最高可達 1400m/h。由于鏈?zhǔn)介_溝機（圖 1-2）設(shè)備簡單、組裝方便，可作為懸掛于農(nóng)用拖拉機后端的

17、可拆卸設(shè)備，并且工作效率突出，使用范圍廣闊。近年來，國內(nèi)外研制的開溝機多采用回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。 1.2 鏈?zhǔn)介_溝機研發(fā)現(xiàn)狀 按照功率大小的不同，鏈?zhǔn)介_溝機有大型、中型和小型之分，它們有各自的特點。小型鏈?zhǔn)介_溝機大多為專用設(shè)備，使用專用的底盤，結(jié)構(gòu)緊湊，但是功能單一，如功率 10kw 的威猛(Vermeer)RT100 手扶鏈?zhǔn)介_溝機；大中型開溝機生產(chǎn)率高，功耗大，自動化程度高，使用專門的大功率配套動力，其動力機可以掛接多種工程機械設(shè)備，如美國凱斯(Case)660 鏈?zhǔn)介_溝機。目前主要的鏈?zhǔn)介_溝機生產(chǎn)廠商均在美國。美國 A.F.Trenchers 有限公司的產(chǎn)品AFT 65 型開溝機（圖 1-3）

18、采用拖拉機牽引，在崎嶇不平的地形上能夠顯示出很高的工作性能。開溝設(shè)備掛接 50-80 馬力的標(biāo)準(zhǔn)拖拉機，且不需要對拖拉機的結(jié)構(gòu)做任何修改。該機能應(yīng)用于多種工作場合，降低了設(shè)備成本。圖 1-2 山東巨菱 KG1100 型鏈?zhǔn)介_溝機美國的 GASE 公司是世界知名的農(nóng)機生產(chǎn)廠商，其 60 系列開溝機有七個機型，功率范圍 9.757.4KW。其最新推出的 960 機型（圖 1-3）可根據(jù)土壤條件的不同，配備鏈?zhǔn)介_溝器和巖石輪等開溝裝置；根據(jù)土壤硬度和管線直徑的大小，可為開溝機選配杯型齒、巖石和凍土齒等不同材質(zhì)和尺寸的鏈條和齒塊。機器的前部同時裝有挖掘裝置和六向推土板，可實現(xiàn)開溝、擴寬和回填的連續(xù)作業(yè)

19、，大大增強了機器的使用性能和應(yīng)用范圍。國內(nèi)的開溝機的研究和使用起步較晚。由中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研制的1K-30 懸掛式鏈?zhǔn)介_溝機（圖 1-4）和 1KZ-30 型自走式鏈刀開溝機非常具有代表性。這兩種鏈?zhǔn)介_溝機主要用于開挖農(nóng)田矩形溝槽、鋪設(shè)管道或電纜，以及種植山藥等農(nóng)作物。其特點是投資少、一臺機器能替代幾十個工人的工作；開溝質(zhì)量好，溝寬最小可控制到10cm，深度可達 150cm，溝直壁陡；切削刀片和鏈條采用特殊材料與工藝制造，使用壽命長。另外這兩種機型的工作效率也很高，其中自走式的效率更為突出。整機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維護容易。河北深遠機械廠生產(chǎn)的回旋式挖溝機（圖 1-5）在國內(nèi)同類產(chǎn)品中

20、性能較好。該開溝機采用回旋鏈刀式開溝器，分為大、中、小三種型號。其小型開溝機的開溝寬度為1030cm，深度 50150cm，工作效率 150450mh；中型開溝機的開溝寬度為2060cm，深度 60180cm，工作效率 150500mh；大型開溝機的開溝寬度30150cm，深度 50230cm，工作效率 150400mh。該機廣泛用于農(nóng)田灌溉渠道挖掘、煤氣管道和石油管道鋪設(shè)、地下電纜鋪設(shè)等各種開溝作業(yè)，并配套了墻邊、路邊專用挖溝設(shè)備。圖 1-3 AFT 65 鏈?zhǔn)介_溝機圖 1-4 1K-30 型懸掛式鏈?zhǔn)介_溝機鏈?zhǔn)介_溝機的刀片有多種形式3，有用于巖石及高硬度土壤挖掘的子彈式（圖 1-6） 、用

21、于高硬度土壤的扁平狀刀具、用于北方凍土挖掘的形似刨刀的合金刀具及用于普通硬度土壤的杯形刀片(圖 1-7)。鏈?zhǔn)介_溝機使用的鏈條形式較多，通常是在普通鏈條基礎(chǔ)上改進而來的，通用鏈條原設(shè)計是在無固體介質(zhì)工況下運轉(zhuǎn)的產(chǎn)品，對于適應(yīng)性還未達到最佳。吉林大學(xué)劉曉論等設(shè)計了一種刀式礦土復(fù)合型開溝鏈條，如圖 1-8 所示。此設(shè)計的創(chuàng)新點在于：結(jié)構(gòu)新穎，鏈條夾嚙鏈輪，鏈節(jié)上帶有排土壤介質(zhì)的通槽，從而減少了嚙合與傳動的阻力，可提高傳動效率4。 圖 1-6 子彈頭式刀具圖 1-7 杯形刀片圖 1-5 河北深遠機械鏈?zhǔn)介_溝機圖 1-8 新型刀式礦土復(fù)合型開溝鏈由于鏈?zhǔn)介_溝機的優(yōu)越性，本文所研制的開溝機決定采用回轉(zhuǎn)鏈

22、式開溝機。該機集開溝和排土于一體、溝深和溝寬都易于調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)镀惭b角度和排列合理，刃口足夠銳利時，土壤切片主要是剪切破壞，可減小阻力，且當(dāng)某個刀片損壞時，可方便的拆卸下來進行更換。1.3 課題研究意義在國外，連續(xù)式開溝機己經(jīng)使用的很普遍，地下公用設(shè)施的施工都用專業(yè)開溝機，很少使用單斗挖掘機。在我國，除少數(shù)的單位引進國外的連續(xù)式開溝機外，國產(chǎn)開溝機投入使用的較少。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來越大，開溝機施工工程的規(guī)模也越來越大，如光纜、電纜和管道的鋪設(shè)等方工作。特別是在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域：大棚作業(yè)、林地開溝、果樹開溝和施肥等用工量很大的作業(yè)，在我國幾乎都用人工完成，勞動強度大，效率低，從而很難提高經(jīng)濟

23、效益。由于果園和林地的環(huán)境條件特殊，而現(xiàn)有的開溝機產(chǎn)品大多數(shù)以拖拉機或履帶式工程機械為平臺。所以，研發(fā)一種適用于果園等環(huán)境的開溝機成為必要。表 1-1 1YG-8.8 型遙控微耕機性能參數(shù)1.48外型尺寸整機質(zhì)量配套功率遙控范圍液壓提升能力2.103.301240740670475kg8.8kW50m120KN各檔速度Km/h1.67陜西東明農(nóng)業(yè)科技公司生產(chǎn)的 1YG-8.8 型遙控微耕機是非常適合應(yīng)用于果園的小圖 1-9 1YG-8.8 型遙控微耕機型機。該機具有一系列優(yōu)點：遙控、人力兩套操縱系統(tǒng)，可以隨機操縱，也可以人機分離；遙控操縱液壓升降，降低了操作人員的勞動強度；機具高度僅 65cm

24、，通過性能好；采用履帶行走裝置，附著力強，爬坡能力大；穩(wěn)定性強，能防止機具作業(yè)中翻倒事故。為了響應(yīng)國家“農(nóng)業(yè)機械化”的號召，提高農(nóng)民工作效率，本文以 1YG-8.8 型微耕機為平臺，初步設(shè)計了一種鏈刀式開溝機。這種開溝機能充分利用微耕機通過性好的優(yōu)點，適合在果園、林地等環(huán)境下使用，從而降低農(nóng)民在開溝、施肥時的勞動強度，提高工作效率。2 鏈?zhǔn)介_溝機整體參數(shù)確定 2.1 鏈?zhǔn)介_溝機的設(shè)計參數(shù) 開溝機工作環(huán)境為果園、深度不超過 400mm，溝寬限制在 150mm300mm。鏈刀式開溝機的基本參數(shù)為： 開溝寬度 200mm 開溝深度 400mm 鏈條線速度 115m/s 前進速度 100300m/h

25、配套動力 8.8kW 動力輸出軸轉(zhuǎn)速 2400r/m2.2 鏈?zhǔn)介_溝機工作參數(shù)的確定開溝機工作鏈刀的速度矢量關(guān)系如圖 2-1 所示，根據(jù)運動學(xué)原理，可分別推出開溝機的生產(chǎn)率 Q 和鏈刀運動絕對速度。 鏈?zhǔn)介_溝機的生產(chǎn)率： （2-330QBHv200400150/15.6/0.00333/mmmmm hmhms1） 式中：B溝寬 H溝深機組前進速度 0v 由圖 2-1 可知，工作鏈刀的絕對速度： 圖 2-1 工作鏈刀速度矢量圖 （2-2） 22002cos4.1092.027/allvvvv vm s 式中： 一刀片絕對速度av一鏈條相對開溝機的線速度lv工作鏈刀與水平面之間的夾角 現(xiàn)有開溝機的

26、鏈速一般為 v=115m/s，參考果園的土壤情況，鏈速設(shè)計為 2m/s。 由圖可得：+ （2-costansinlolvvv3）由于實際開溝過程中，所以上式可以簡化為：。則有：lv0vtancot 即、近似互余。2刀片寬度是刀片在每次切削時，在鏈寬方向上所切削的土壤寬度?，F(xiàn)挖 200mm 寬的溝，設(shè)計由 2 把刀片為一組，并使其排列方式滿足不重不漏，則刀片寬度： 取2004577.522BKbmm70bmm式中：K開溝鏈寬度開溝機當(dāng)量切削厚度，如圖 2-1 所示：704.67mm1515cb對初步選定的刀刃寬度和鏈條節(jié)距，須要檢驗其輸送和清除土壤的能力。正確選擇的切削寬度 b 應(yīng)能滿足下列條件

27、： （2-1pQQk4）式中：鏈刀按排土能力計算的生產(chǎn)率()Q3/mh土壤松散系數(shù) 根據(jù)土壤系數(shù)表，土壤類型選擇前四類，可確定范圍是：pk(l.011.30)與鏈條運動速度有關(guān)的散開系數(shù)，見表 2-1。表 2-1 土壤散開系數(shù)（m/s）lv0.11.01.52.00.970.920.850.75開溝時，鏈刀組合受到主動鏈輪的驅(qū)動和土壤阻力的作用，刀刃和鏈節(jié)銷釘將發(fā)生磨損和振動，為了保證作業(yè)質(zhì)量和避免過分的振動，對鏈刀的運動速度須作一定的限制。本文中取鏈刀線速度為 2.0m/s，對于鏈刀的排土能力的計算，可以通過工作鏈刀的水平傾角與土壤的自然休止角進行比較得出，其比較原理如下5： 當(dāng)時arcta

28、nrdhL （2-1tan()2dlrLQbhvh 5） 當(dāng)時arctanrdhL （2-cot()2rldhQb h vL 6） 當(dāng)時r （2-lQb h v 7）其中：h 鏈刀的高度；松散土壤的自然休止角。r土壤的自然休止角，是指土壤在自然條件下不滑坡的最大傾斜角度。實際土壤試驗中可以利用休止角測定儀進行土壤休止角的測量，但需要根據(jù)土壤的具體情況確定。根據(jù)相關(guān)文獻給出的常見土壤休止角（表 2-2） ，結(jié)合實際開溝情況，認(rèn)為亞粘土的休止角為 3040，取=35。r表 2-2 土壤自然休止角土的名稱干的度數(shù)濕潤度數(shù)潮濕的度數(shù)細砂253020重粘土453515亞粘土 輕粘土504030輕亞粘土4

29、03020腐植土403525填方的土354527鏈刀的高度 h=110mm鏈刀節(jié)距 =4 42.01mm=168.04mmdL由于 a=50arctan3533.20968.209rdhL因此取式(2-5)計算：164.041tan()110 2 1tan(5035)197.49422 110dlrLQbhvbbh 由 得 ，計算可得：1pQQkpQ kQ0.060bm為了保證土壤切削后能夠正常的被鏈刀帶出溝，鏈刀的寬度 b 不能小于 60mm。切削斷面面積切削斷面面積是在任意位置上，切削寬度與切削厚度的乘積： （2-24.6770326.9cAbmmmmmm8）2.3 鏈?zhǔn)介_溝機的功率計算開

30、溝過程中，刀片在土壤中連續(xù)運動進行切削，被切削下來的土壤，其中一部分在切削刃前面形成土堆，被刀片帶著向前移動；一部分土壤在擠壓力的作用下越過切削刃前面的土堆進入杯形刀體內(nèi)。由此可見，在開溝過程中刀片除了遇到切削阻力外，還會遇到土壤進入杯形刀體內(nèi)的阻力及帶動土堆的阻力，后二項合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為總阻力6。開溝機功耗及阻力的計算方法還不完善，主要通過借鑒其它切削經(jīng)驗公式來計算，且不同的參數(shù)下所使用的經(jīng)驗公式也不同，因此探求合適的阻力計算公式是非常關(guān)鍵的。2.3.12.3.1 切土阻力切土阻力 切削總阻力計算公式 7： （2-9）1.35909.8(0.1 )(10.01 )(

31、1)180rscHFCbe式中：土壤堅實度計的沖擊次數(shù)，取=15sCsC 切削厚度刀片寬度cb刀片切削角，對于圓弧形刀片刀片切削角等于后角2刀片尖角計算系數(shù)，取=0.81HeHe 將上式中的切削厚度、刀片切削角和刀片厚度作相應(yīng)的調(diào)整后得到單個刀片的切削阻力：1.352909.8(0.1 )(10.01 )(1)180rscHFCbe1.3590129.8 15 (0.1 4.67)(10.01 70)(1) 0.81180 （2-41.035N10） 開溝機鏈刀總切削阻力： （2-41.035 10410.35trFF ZN11） 式中：z鏈條上同時與土壤作用的刀片數(shù)。工作時有 5 組即約 1

32、0 把刀片同時切土。由于刀片受到各種沖擊的影響，在設(shè)計時應(yīng)加入動載系數(shù)，一般情況下動載系數(shù)0k取 1.31.58，則 （2-01.3 410.35533.455ttFkFNN12）2.3.22.3.2 開溝機功耗計算開溝機功耗計算2.3.2.1 開溝裝置總功耗a) 開溝機的總切削功耗為： （2-533.4552/1066.91ttaPF vNm sW13） 鏈?zhǔn)介_溝機的總切削比功： （2-3201066.91320.393/0.0417/0.084ttPPWkWJmsQv Sm sm14） 式中：比功，單位立方米作業(yè)量的切削功耗J溝的斷面面積s表 2-3 土壤容重土壤級別土壤名稱難易系數(shù)容重砂

33、和粉砂土種植土0.7515000-1600012000輕粘土小石頭夾有碎石當(dāng)砂土0.9160001700017500亞粘土重粘土干黃土1.0180001750018000重粘土 硬黃土含石塊的粘土石塊與粗卵石1.3195002000019500密實硬黃土輕質(zhì)泥灰土不堅實頁巖巖石2.019500190002000020000-33000b) 沿溝深方向提升土壤的功耗 每次切削下來的土壤層的重心都相同，距地面為 0.5H，則 （2-(0.5)0.00333 18000 0.5 0.4 111.988rpPQH KW 15） 式中，土壤顆粒在鏈刀與溝側(cè)壁間滯塞的可能系數(shù)，取=1pKpK土壤容重土壤容

34、重9是土壤在未破壞的自然結(jié)構(gòu)下，單位容積中的重量，通常以表3/N m示。土壤容重大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作層土壤容重 11.8 103N/m3，土層越深則容重越大。各種土壤的容重數(shù)據(jù)見表 2-3。c) 被運送土壤與溝道土壤的摩擦功耗02(0.5)cosfPQHH （2-0.00333 18000 (0.5 0.40.015) 0.9 cos5014.390W 16） 式中： 土壤的內(nèi)摩擦系數(shù)，見表 2-4 2表 2-4 土壤摩擦系數(shù)土壤名稱內(nèi)摩擦系數(shù)外摩擦系數(shù)砂0.58 一 0.750.73粘土0.7 一 10.5 一 0.75小塊礫石0.9 一 1.1泥土

35、灰0.75 一 10.6 一 0.75飽含水分的粘土0.18 一 0.42碎石0.90.84d) 螺旋排土器移動土壤的功耗 （2-05 0.00333 18000 0.4119.88hBPC QLW 17） 式中：用實驗的方法確定的螺旋排土器土壤阻力系數(shù)，對大多數(shù)土壤取 450C移動土壤到開溝邊的最大距離，一般取 0.40.5，本文取 0.4BL 則開溝機裝置總功耗為：（2-012119.8814.39011.9881066.913466.1940.7 0.5hfrtPPPPWWWWPW18） 式中： 開溝鏈的傳動效率1配套動力到開溝裝置的傳動效率22.3.2.2 機組前進功耗傳動機構(gòu)功耗：

36、（2-19）00.40.4 3466.1941386.478WPPWW 對于機組前進所受的阻力 Fa，可以做受力分析，如圖 2-2，則(sin)cosattFGFF 圖 2-2 機組前進狀態(tài)受力分析(475533.455 sin50 ) 0.07533.455 cos50 （2-401.254N20） 式中：G 一機器自重滾動阻力系數(shù)，取=0.079 機組前進功耗： （2-03401.2540.042/1386.4781407.5430.8aaWF vNm sPPWW21） 式中：機器行走的傳動效率3鏈?zhǔn)介_溝機的總功耗為： （2-03466.1941407.5434873.737aPPPWWW

37、22）2.4 鏈?zhǔn)介_溝機總體參數(shù)的確定根據(jù)相關(guān)農(nóng)藝要求，開溝深度不超過 400mm，溝寬限制在 150mm 至 300mm，設(shè)計參數(shù)定為溝寬 B=200mm、溝深 H=400mm、土壤為亞粘土，整機前進速度為 150m/h，理論生產(chǎn)率 15.6，鏈條線速度 2.0m/s，工作鏈刀與水平方向所成角度約為 50。根據(jù)3/mh這些條件，得出所設(shè)計的開溝機參數(shù)，如表 2-5 所示。表 2-5 開溝機總體參數(shù)鏈刀切削厚度4.67mm單個刀片的切削阻力41.035N開溝機的總切削功耗1.067kW開溝裝置總功耗3.466kw機組前進功耗1.408kW總功耗4.874kW小結(jié)本章介紹了鏈?zhǔn)介_溝機的工作原理，

38、根據(jù)工作環(huán)境、農(nóng)藝要求以及動力學(xué)分析結(jié)果，確定了溝寬、溝深、整機前進速度、鏈速、生產(chǎn)率、切土阻力、切削功耗、總功耗、比功、切削厚度等基本參數(shù)。3 鏈?zhǔn)介_溝機關(guān)鍵部件設(shè)計與 Pro/E 概念造型 本文所研制的開溝機以陜西東明農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的 1YG-7.5 型多功能遙控微耕機為平臺，主要由微耕機、附加減速箱、掛接機構(gòu)和開溝裝置四部分組成。開溝裝置通過掛接機構(gòu)連接在微耕機后部，微耕機輸出軸的動力經(jīng)鏈傳動后，輸入到開溝裝置主軸。鏈?zhǔn)介_溝機的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。圖 3-1 鏈?zhǔn)介_溝機結(jié)構(gòu)圖3.1 掛接機構(gòu)設(shè)計3.1.13.1.1 掛接機構(gòu)的設(shè)計與掛接機構(gòu)的設(shè)計與 Pro/EPro/E 造型造

39、型農(nóng)具的連接方式有牽引式和懸掛接兩種10。牽引式連接是將農(nóng)具鉸接在拖拉機后端牽引桿的掛鉤上，農(nóng)具的重量由它本身的地輪支撐，工作時農(nóng)具的升降和耕深是由農(nóng)具手通過操縱機構(gòu)來實現(xiàn)的。這使得農(nóng)機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，機組的機動性和通過性較差，并且勞動強度大。目前，牽引連接方式只用于少數(shù)農(nóng)具和運輸作業(yè)。懸掛式連接是將農(nóng)具懸掛在拖拉機上，它們組成一個整體，駕駛員可以在拖拉機上直接控制農(nóng)具的升降和進行耕深控制。這樣就使農(nóng)具的結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，機組的機動性好，無需另外加配農(nóng)具操作人員，有利于提高勞動生產(chǎn)率。當(dāng)懸掛式連接采用液壓系統(tǒng)作為提升動力后，可以實現(xiàn)耕深自動調(diào)節(jié)，改善了勞動條件和提高了作業(yè)質(zhì)量。懸掛式連接還可

40、以改變拖拉機的受力狀態(tài)，有利于改善拖拉機機的牽引性能11。圖 3-2 東方紅 75 液壓懸掛機構(gòu)本文的開溝裝置通過掛接機構(gòu)連接在微耕機后部。通過微耕機的液壓系統(tǒng)控制液壓缸，可以實現(xiàn)整個裝置的升降，微耕機動力輸出軸的動力經(jīng)鏈傳動后，輸入到開溝裝置主軸和主動鏈輪。參考已有開溝機的掛接機構(gòu)，并充分考慮微耕機的結(jié)構(gòu)尺寸和應(yīng)用環(huán)境的要求，設(shè)計開溝機的掛接機構(gòu)如圖 3-4 所示。掛接機構(gòu)主要由支架和下部的兩個支撐桿組成。支架上有固定主軸軸承座的螺栓孔、安裝液壓缸的耳環(huán)和連接梁的鉸接孔。安裝時先將架的尾端鉸接在微耕機尾座上，然后再將支撐桿下部的銷與微耕機底盤上的耳環(huán)連接起來。這樣的設(shè)計主要是充分利用微耕機已

41、有的尾座支架，盡量不做改動，從而降低成本。針對此掛接機構(gòu)，需對微耕機做以下調(diào)整：將后支架的離地高度調(diào)為 420mm， （通過改變傾角實現(xiàn)） 。設(shè)計過程必須做到以下三點：圖 3-4 掛接結(jié)構(gòu)造型圖圖 3-3 掛接機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖保證主軸離地高度約 500mm。保證主軸軸線與微耕機后座孔的距離 400mm。將底盤向后延長 50mm，目的是為了焊接支撐桿的耳環(huán)，保證連接強度。3.1.23.1.2 減速器及鏈傳動設(shè)計減速器及鏈傳動設(shè)計如圖 3-6 所示，微耕機后動力輸出軸的轉(zhuǎn)矩通過鏈傳動傳遞給開溝裝置的主動鏈輪。設(shè)計減速箱的目的是為了解決原微耕機的行進速度過高(三個擋位：檔1480m/h，擋 2100m/h

42、，擋 3300m/h)的問題，通過附加減速箱的設(shè)計既能使原有微耕機的動力輸出軸的轉(zhuǎn)動方向改變，又可以達到降低行進速度的目的。由前一章的計算可知，鏈條的線速度 2m/s，微耕機上的動力常柴 L12 柴油機的輸出轉(zhuǎn)速為2400r/min，所以設(shè)計附加減速器為兩級圓柱直齒輪減速器，其設(shè)計數(shù)據(jù)如表 3-1。表 3-1 附加減速箱技術(shù)參數(shù)減速級模數(shù)傳動比齒數(shù)比總傳動比12.52.47447/19231.23337/303傳動路線圖： 圖 3-5 微耕機原傳動路線圖 圖 3-6 加減速箱后的傳動路線圖加減速器后微耕機的行進速度為 150m/h。附加加速器到開溝裝置主軸之間選用鏈傳動。由計算得變速箱輸出軸轉(zhuǎn)

43、速 409.32r/min，主動鏈輪的線速度 2m/s，且考慮到變速箱輸出與主動軸輸入處空間的限制，選用標(biāo)準(zhǔn)傳動用 A 系列滾子鏈 10A12。鏈條及鏈輪尺寸如表 3-2、3-3 所示。表 3-2 10A 型滾子鏈的主要尺寸鏈號節(jié)距mm內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬mm內(nèi)鏈節(jié)外寬mm內(nèi)鏈板高度mm排距mm單排質(zhì)量Kg/m單排極限拉伸載荷 N10A15.8759.4013.8415.0918.111.021800表 3-3 傳動鏈輪的技術(shù)參數(shù)主動輪Z1=12d1=61.34mm從動輪P=15.875mmZ2=22d2=111.56mm傳動比 i=1.863則鏈條的線速度 2219.728 / min 22 15.8

44、751.279/60 100060 1000n zprvm s由計算知，開溝裝置功耗 3466.194W，且有：開溝鏈傳動效率 0.88（）1滾動軸承傳動效率 0.98（） （3 對）2傳動鏈傳動效率 0.95（） （雙排）3則可得出傳動鏈傳送功率：122234404.98PPN 有效拉力10001000 4404.983444.0971.279/PWFNvm s 軸上載荷1.21.2 1.2 3444.0974959.45QAFK FN 其中，取 1.2，中等沖擊。AK 由于，所以傳動鏈?zhǔn)前踩摹?QQFF3.2 開溝裝置的設(shè)計與 Pro/E 造型開溝裝置是工作部件，由主軸組合、從動軸組合、

45、排土器組合、鏈刀組合、機架組合，其結(jié)構(gòu)如圖 3-7 所示。 圖 3-7 開溝裝置造型3.2.13.2.1 鏈刀組合的設(shè)計計算鏈刀組合的設(shè)計計算 鏈刀組合圍繞在主動鏈輪、機架組合和從動輪鏈上，考慮到微耕機總長 1.25m，整機的尺寸不能過大，確定兩個鏈輪中心距不得大于 lm。查閱現(xiàn)有資料中開溝機的鏈速一般為 v=115m/s，綜合考慮微耕機的輸出轉(zhuǎn)速和果園及林地的土壤硬度，選定開溝鏈線速度2m/s，則由計算得開溝機主軸轉(zhuǎn)速 409.32r/m。鏈刀組合的虛擬裝配主要用骨架裝配的方法13，其 Pro/E 造型如圖 3-8 所示。開溝寬度為 200mm，且刀片切削刃寬度一般不小于 20 mm，由于鏈

46、寬略小于刀具刃寬，確定采用單排鏈，在溝寬方向兩把刀片左、右依次排列。綜合考慮功率、轉(zhuǎn)速及刀片安裝等因素選用黃山恒久鏈傳動公司生產(chǎn)的開溝機專用鏈，其主要尺寸見表 3-4。表 3-4 開溝鏈的主要尺寸鏈 板鏈號ChainNo.節(jié)距Pitchmmt/TmmhmmH1mmHmmEmmE1mmE2mmE3mmd1mm2250GL-M342.014.931.833.360.369.841.32.925.49.95銷 軸節(jié)距Pitchmm節(jié)距Pitchmm內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬mmdmmL1mmL2mm每米凈重Kg/m圖 3-8 鏈刀組合造型2250GL-M342.0125.211.126.929.47.78圖 3-9

47、 鏈節(jié)結(jié)構(gòu)圖選定主動鏈輪齒數(shù) 13，從動鏈輪齒數(shù) 11。鏈條和鏈輪關(guān)鍵參數(shù)的計算過程如下14： 鏈速409.32 13 42.012/6000060000nzpvm s 鏈輪分度圓直徑1242.01175.554180180sinsin11pdmmz2142.01149.113180180sinsin11pdmmz3342.01135.995180180sinsin10pdmmz 齒頂圓直徑11180180(0.54cot)42.01 (0.54cot)193.53413adpmmz22180180(0.54cot)42.01 (0.54cot)165.75811adpmmz33180180(

48、0.54cot)42.01 (0.54cot)151.97810adpmmz 齒根圓直徑111175.55422.23153.325fdddmmmmmm111149.11322.23126.883fdddmmmmmm331135.99522.23113.765fdddmmmmmm圖 3-10 圓弧杯形刀片式結(jié)構(gòu)圖鏈?zhǔn)介_溝機的開溝刀片有多種形式：子彈頭式、豎直刮刀、鑿形刀片、杯形刀片等。子彈頭式刀具主要用于巖石及高硬度土壤挖掘，豎直刮刀主要用于堅實度高的土壤及凍土，北方凍土挖掘還可以使用一種形似刨刀的硬質(zhì)合金刀具。圓弧杯形刀片適用于普通硬度土壤，此種刀片既切削土壤也可以帶動土壤離開溝底，對各種土

49、質(zhì)的適應(yīng)性較好，是國內(nèi)外開溝機使用較多的一種刀片形式，本文所設(shè)計的開溝機采用圓弧杯形刀片。對于圓弧杯形刀片，后角對切削阻力影響較大。后角減小時，后刀面與切削表面之間的摩擦力增大，從而使切削力增大；但是過大的后角將會使楔角變小，刀片強度降低，刃口的穩(wěn)定性下降，切削力反而增加，所以后角一般取 101515。因此，設(shè)計刀片的后角為 12，寬度 70mm，切削土壤一側(cè)開有 30mm 的刃口，如圖 3-12 所示。 圖 3-12 70110 的刀片造型圖圖 3-11 4090 的刀片造型圖 根據(jù)不同的溝寬要求，選擇不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的刀片和交錯排列方式，也可變單排鏈為多排鏈） ，但是必須滿足下列基本條件15：

50、必須在刀片寬度方向依次布刀，保證不重切、不漏切。各組刀片中相同相位的刀片只有一把切削土壤。在同一切削面內(nèi)，刀片盡可能為單側(cè)切削，實驗表明單側(cè)切削阻力要比雙側(cè)切削阻力小。切削過程中，某一刀片離開土壤時，必須要有一把另一組相同相位的刀片入土，以保證切削阻力以及阻力矩基本不變，保證平穩(wěn)性。 為了滿足以上條件，所研制的鏈刀按照圖 3-13 所示左右依次排列。3.2.23.2.2 主軸組主軸組合設(shè)計合設(shè)計 天津靜海機械公司生產(chǎn)的開溝機，主軸固定在軸套中（圖 3-14） ，這樣增大了徑向尺寸，并且由于開溝機的梁也掛接在套筒上，使得套筒的穩(wěn)定性得不到保證，從而影響到主軸的轉(zhuǎn)動以及套筒內(nèi)軸承的受力。同樣，在河

51、北徐水深遠機械廠生產(chǎn)的開溝機采用了類似結(jié)構(gòu)：整個梁通過附帶軸承座鉸接在主軸上（圖 3-15） ，這樣使得主軸的加工要求復(fù)雜、并且拆卸、維修不便。 圖 3-13 刀片排列形式示意圖圖 3-14 天津靜海開溝機 圖 3-15 河北深遠機械開溝機為克服上述缺點，決定使主軸傳動和梁的鉸接分開（梁的結(jié)構(gòu)見本文 3.2.5）：主軸組合通過調(diào)心球軸承外的 SN 型軸承座16連接在機架上；動力從主軸組合左端的傳動鏈輪輸入，經(jīng)過鍵連接，再從主動鏈輪輸出。這樣在主軸組合中僅有一對軸承，維護、更換方便。并且能夠保證開溝裝置切削土壤時產(chǎn)生的載荷由軸承座及掛接機構(gòu)直接承擔(dān)，避免了主軸承擔(dān)所有載荷的情況，從而保證了較高的

52、安全系數(shù)。主軸組合結(jié)構(gòu)如圖 3-16 所示。 圖 3-16 主軸組合結(jié)構(gòu)圖 3.2.33.2.3 從動軸組合的設(shè)計與從動軸組合的設(shè)計與 Pro/EPro/E 造型造型從動軸的設(shè)計中主要限制條件為開溝機的最小寬度和鏈輪的直徑。根據(jù)計算，本文設(shè)計的開溝機最小開溝寬度為 120mm。由于從動軸的載荷小于主動軸和排土器軸系，所以采用較小齒數(shù)的鏈輪(z=11)即可滿足要求，并且可以減小梁的受力和使重心前移。另外，軸承的選擇也很重要，因為軸向尺寸有限，并且沒有軸承座。從動軸組合的Pro/E造型17如圖 3-18 所示。圖 3-17 主軸組合造型圖圖 3-18 從動軸組合造型圖圖 3-19 從動軸組合示意圖

53、綜合考慮從動軸系的工作條件和參考已有的開溝機，所設(shè)計的從動軸系如圖 3-19 所示18。從動軸的一端做成螺母形式，便于安裝，另一端用六角開槽螺母和開口銷固定；軸承采用 N4907-2RS 型19，帶雙側(cè)密封圈滾針軸承，且軸承直接裝在鏈輪內(nèi)，這樣可以節(jié)省空間和利用鏈輪的一側(cè)進行軸向固定；鏈輪通過軸肩和彈性擋圈固定。3.2.43.2.4 排土器組合的設(shè)計與排土器組合的設(shè)計與 Pro/EPro/E 造型造型經(jīng)計算，螺旋排土器的功耗為119.88W。為了避免由于排土而產(chǎn)生的軸向力過大，決定采用兩側(cè)排土結(jié)構(gòu)，即左右對稱的螺旋排土器分別安裝，其兩端用軸端擋圈固定，如圖 3-20 所示。排土器的半徑計算很重

54、要，首先參考排土功耗和轉(zhuǎn)速確定初始半徑；然后計算從鏈節(jié)中心到刀片根部的距離作為排土器的最大半徑，以防排土器和刀片發(fā)生干涉。由此，排土器的半徑 R 定為 220mm。至于排土器的長度，為了充分排土，排土器內(nèi)側(cè)應(yīng)緊貼球軸承的內(nèi)圈（外球面球軸承的內(nèi)圈是伸出的） ，再綜合考慮卸土高度等因素，確定排土器長度 250mm，壁厚 5mm。此外，由于軸向尺寸的限制，選用 UBPF207 外球面球軸承，用方頭螺栓直接連接在固定板上；軸承內(nèi)圈與軸用 M8 緊定螺釘緊固，從而實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。因為兩邊的排土器完全對稱，轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)參數(shù)也相同，故不會產(chǎn)生太大的軸向力。3.2.53.2.5 梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與 Pr

55、o/EPro/E 造型造型充分參考已有開溝機梁的結(jié)構(gòu)，確定以如圖 3-21 所示的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。圖 3-20 排土器組合造型首先，考慮到微耕機整體尺寸較小和果園、林地通過性差的問題，在現(xiàn)有梁的基礎(chǔ)上將尺寸做合適的縮減；其次，為保證溝深可調(diào)和運輸狀態(tài)下開溝機的離地高度（20cm） ，決定以主軸離地高度 500mm 為設(shè)計基礎(chǔ)20，設(shè)計步驟如下。(1)根據(jù)已有資料進行機構(gòu)尺寸估計，初步設(shè)計如下：圖 3-21 梁的結(jié)構(gòu)示意圖(2)圖 3-22 中所示線條是鏈輪的節(jié)圓及鏈條銷釘所在的軌跡線（A） 。確定鏈刀高度以及鏈條的外形尺寸后，在上圖的基礎(chǔ)上做出刀尖的軌跡線（B） ，并以此為基礎(chǔ)在 Pro/E中做

56、出結(jié)構(gòu)模型，并利用“拖動”功能看能否達到設(shè)計的溝深、傾角。圖 3-22 鏈條軌跡線(3)選材 由慣性矩的相對值可以得出：圓形截面有較高的抗扭剛度，但抗彎強度較差；工字形截面的抗彎強度最大，但抗扭很低，只適用于承受純彎的情況；矩形截面抗彎、抗扭雖然分別低于前二者，但其綜合剛性最好。對于既承受拉壓，又承受彎曲同時存在的梁架，本身對剛度要求較高，所以機架組合支撐臂采用矩形管結(jié)構(gòu)，不僅能支撐鏈刀組合與從動軸組合，還能在開溝機工作時承受鏈條緊邊受力后在其上滑動產(chǎn)生的法向載荷。綜上，選擇梁的主體材料為上海佳藝鋼材廠生產(chǎn)的 4080mm 矩形鋼管，兩側(cè)采用 4070mm 矩形鋼管，其結(jié)構(gòu)如圖 3-23 所示

57、。圖 3-23 梁的造型(4)如圖 3-23，排土器組合的支撐部分與梁的主體用 M16 螺栓連接，這是為了保證梁的工藝性。由于梁的尺寸限制，排土器軸系的軸承選用 UBPF207 外球面軸承，用方頭螺栓固定在墊板上。此外，梁體上面的耳環(huán)是與液壓缸的活塞桿鉸接的，橫梁的設(shè)計是為了保證強度和剛度。在梁的設(shè)計過程中，必須保證以下幾點：梁與架鉸接的地方，必須與安裝好的主軸組合是嚴(yán)格同軸的，以防止鏈刀組合跳動過劇。梁上方矩形框的尺寸必須要考慮鏈刀組合的寬度、高度，且要有一定的余量。為了焊接效果，梁主體要有一定的伸出，但不能與主動鏈輪發(fā)生干涉。3.3 液壓缸的選用及分析3.3.13.3.1 液壓缸型號的確定

58、液壓缸型號的確定首先確定梁和架上的液壓缸耳環(huán)的具體位置，然后即可對初定的桿件在 ProE 中進行簡單模擬（工作位置和提起位置） ，測量出開溝裝置在兩個極限位置的時液壓缸的長度（即兩個耳環(huán)中心線之間的距離）：218mm395mm。參考已有的微耕機的液壓缸型號和液壓缸系列值21，選用 HSG 型工程用液壓缸，技術(shù)參數(shù)見表 3-5。型號 HSGL-50/25E-1111-160218 型號的含義：表 3-5 液壓缸技術(shù)參數(shù)缸徑速比活塞桿直徑額定工作壓力拉力推力最大行程501.332516MP2356031420400HSG雙作用單活塞桿液壓缸 L外螺紋連接 50/25液壓缸內(nèi)徑/活塞桿外徑 mm E

59、壓力等級16MP 1111缸蓋耳環(huán)帶襯套，桿端外螺紋，兩端帶緩沖，油口內(nèi)螺紋連接 160行程 mm 218安裝距 mm3.3.23.3.2 液壓缸行程驗證液壓缸行程驗證活塞桿的最大允許行程 （3-1）2LkkEImmF將數(shù)據(jù)帶入并化簡后 （3-2）2L320kkdF式中：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力kFkkFPn安全系數(shù)，通常取 3.56，這里取 3.5。knE彈性模數(shù)。鋼材的 E=522.1 10 N/mm 將 P=16MPa 帶入，得=56MPa，進而得=267mm，可見所選行程 160mm 在安全范kFkL圍之內(nèi)。液壓缸往返運動速度之比 22221222222125041.335025()4

60、DvADvADdDd式中：活塞桿的伸出速度 m/min1v活塞桿的縮回速度 m/min2v液壓缸活塞直徑 mD活塞桿直徑 md由此可確定所選壓力等級 16MP 是合理的?；钊诟左w內(nèi)完成全部行程所需要的時間 s （3-3）60VtQ圖 3-24 液壓缸造型當(dāng)活塞桿伸出時 s （3-4）215 D StQ當(dāng)活塞桿縮回時 s （3-5）2215 ()DdStQ式中：液壓缸容積 LV活塞行程 mS流量 L/minQ缸筒內(nèi)徑 mD活塞桿直徑 md活塞桿伸出時的理論推力為 （3-6） 6261110104FA pD p活塞桿縮回時的理論拉力為 （3-7）62262210()104FA pDdp活塞差動前

61、進時的理論推力為 （3-8）626312()10104FAApd p式中：活塞無桿側(cè)有效面積1A2m活塞有桿側(cè)有效面積2A2m供油壓力 Mpap活塞直徑 mD活塞桿直徑 d3.4 基于 Pro/E 的零件質(zhì)量計算及重心測量方法探求3.4.13.4.1 在在 Pro/EPro/E 中定義零件質(zhì)量屬性中定義零件質(zhì)量屬性 由于 Pro/E 中的材料庫是美國標(biāo)準(zhǔn)，不符合國標(biāo)，故本文采用直接定義零件密度并進而求得質(zhì)量的方法。以鏈?zhǔn)介_溝機的主軸軸系為例，定義密度并求得質(zhì)量的方法如下： 首先打開主軸文件 zhuzhou.prt ，在菜單欄中選擇“編輯/設(shè)置/單位” ，設(shè)置單位“毫米千克秒（mmks）/設(shè)置/

62、解譯尺寸（如圖 3-25 所示） 。待再生完成后，在“零件設(shè)置”菜單管理器中選擇“質(zhì)量屬性/原點” ，選定坐標(biāo)系并輸入密度值為 7.85e-6（如圖 3-26 所示） ，單擊“確定” 。這樣，主軸的密度就定義好了。 圖 3-25 定義零件單位 圖 3-26 定義密度及原點 菜單欄中選擇“分析/模型分析/計算” ，所得結(jié)果如下： 體積 = 5.3958076e+05 毫米3 曲面面積 = 5.2345675e+04 毫米2 密度 = 7.8500000e-06 公斤 / 毫米3 質(zhì)量 = 4.2357090e+00 公斤 根據(jù) PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)邊框確定重心： X Y Z -5.40

63、04110e+01 -2.3165099e-01 0.0000000e+00 毫米 由數(shù)據(jù)可知主軸重心相對缺省坐標(biāo)原點在 y 軸負方向移動了 2.3165099e-01mm，這是由于鍵槽和圓柱銷孔的存在。用同樣的方法依次計算主軸軸系中其它零件的質(zhì)量和重心，并將相關(guān)信息整理如表 3-6 所示。表 3-6 主軸組合各零件質(zhì)量及重心測量值重心相對于坐標(biāo)系的偏移量序號名稱材料密 度質(zhì) 量xyz1主軸457.850e-064.235e+00-5.400e+01-2.317e-010.000e+002鍵 12x32457.850e-062.217e-020.000e+000.000e+004.000e+0

64、03圓柱銷357.850e-066.494e-040.000e+000.000e+006.000e+004鍵 16x50457.850e-065.848e-020.000e+000.000e+005.000e+005主動鏈輪45Cr7.850e-065.251e+000.000e+002.052e-01-1.209e-036套筒 BQ2357.850e-063.874e-01-2.219e+010.000e+000.000e+007套筒 AQ2357.850-062.435e-01-1.975e+010.000e+000.000e+008傳動鏈輪457.850e-061.713e+006.45

65、6e+00-1.674e-01-2.409e-049軸端擋圈Q2357.850e-068.878e-025.120e-020.000e+003.043e+0010沉頭螺釘A37.850e-064.656e-030.000e+00-8.396e+000.000e+0011軸承5.500e-010.000e+000.000e+000.000e+00注：調(diào)心球軸承的重量由手冊中給出，且其質(zhì)心與形心（坐標(biāo)系原點）重合。3.4.23.4.2 開溝機重心計算方法的探求開溝機重心計算方法的探求 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以求得主軸軸系的重心22 （3-9）121( ,)(,)iiiizxzxzxzxiM x y zM

66、xyz 式中： 第 i 個零件的質(zhì)量iM主軸軸系的總質(zhì)量zxM第 i 個零件相對軸系坐標(biāo)系的重心坐標(biāo)( ,)iiix y z主軸軸系的重心坐標(biāo)(,)zxzxzxxyz 在利用上式計算時必須注意以下幾點：在兼顧主軸軸系結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，給各零件定義新坐標(biāo)系，目的是方便計算，簡化數(shù)據(jù)。將表格中的重心偏移量折算成在主軸軸系中的坐標(biāo)值。上式可以改寫成矩陣的形式，并利用 MATLAB 進行計算。嘗試在每一個零件的坐標(biāo)原點定義一個點，然后在組件模式下測量出點的坐標(biāo)，再與零件的坐標(biāo)相加（必要時進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換） ，即可得組件模式下零件重心坐標(biāo)。由于 Pro/E 裝配時很多配合和連接采用默認(rèn)的方法，了解這種操作過程對于計算是十分必要的。因為每一種軟件的編程時都有一種不同的思路，在做充分了解后，就有可能利用這種思路為研究計算提供便利。用同樣方法，可依次求得鏈?zhǔn)介_溝機中其他零部件的重心和質(zhì)量，并進一步求得鏈?zhǔn)介_溝機的質(zhì)量和重心。此方法雖較稱重法繁瑣，但在開溝機設(shè)計過程中可以為穩(wěn)定性校核以及液壓缸等部件的選用提供理論依據(jù)，特別是在開溝機的理論設(shè)計階段。 由于時間關(guān)系，本文只是提出了自己關(guān)于重心測量方法的思考方向