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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 振動式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 付東輝 學(xué) 號 8031212213 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化 班 級 16-2 指導(dǎo)老師 吳明清 日 期 2016.05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場。在國內(nèi)，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來。中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學(xué)術(shù)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財(cái)稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段馬鈴薯收獲機(jī)是當(dāng)代馬鈴薯收獲不可或缺的設(shè)備。在進(jìn)行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進(jìn)行揀拾。 市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費(fèi)時費(fèi)力。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的馬鈴薯收獲設(shè)備不能高效的進(jìn)行挖掘收獲，需要大量人力進(jìn)行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進(jìn)行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機(jī)。該振動式馬鈴薯收獲機(jī)因其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機(jī)進(jìn)行牽引帶動，就可以很好地進(jìn)行馬鈴薯挖掘收獲。 本文設(shè)計(jì)的振動式馬鈴薯收獲機(jī)是一種常用機(jī)械設(shè)備，能夠高效的進(jìn)行馬鈴薯的挖掘工作。本次設(shè)計(jì)能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。主要通過對原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)，振動原理的設(shè)計(jì)，分離裝置的設(shè)計(jì)以及傳動方案的選擇等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上對馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸、傳動比等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和說明。 關(guān)鍵詞：振動式；挖掘；馬鈴薯 目 錄 1.緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)存在的問題 3 1.4研究的內(nèi)容和方法 3 1.5預(yù)期目標(biāo) 4 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 4 1.7工作條件及解決方法 4 2.振動式馬鈴薯收獲機(jī)總體設(shè)計(jì) 4 2.1收獲機(jī)的典型方法和方案選擇 4 2.2振動式馬鈴薯收獲機(jī)的振動工作原理 5 2.3整機(jī)主要的技術(shù)參數(shù) 6 3.整機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析 6 3.1牽引架設(shè)計(jì) 6 3.3挖掘鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 4.整機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析 8 4.1挖掘鏟、振動分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 8 5.動力裝置的設(shè)計(jì)與選用 12 5.1傳動系統(tǒng)的確定 12 5.2軸的校核 12 總 結(jié) 14 致 謝 15 參考文獻(xiàn) 16 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1緒論 1.1課題研究的意義 馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場。在國內(nèi)，一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯泥為基本原料的麥當(dāng)勞、肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山，而從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而來[ ]。中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國馬鈴薯學(xué)術(shù)年會上指出：“馬鈴薯是一種產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價值大的作物，應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財(cái)稅待遇，這將是保證我國糧食安全的有效手段馬鈴薯收獲機(jī)是當(dāng)代馬鈴薯收獲不可或缺的設(shè)備。在進(jìn)行田間馬鈴薯收獲時，必須將土層里的馬鈴薯翻出再進(jìn)行揀拾[ ]。 市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低，費(fèi)時費(fèi)力。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的馬鈴薯收獲設(shè)備不能高效的進(jìn)行挖掘收獲，需要大量人力進(jìn)行收獲，而且工作后的土地成塊狀，馬鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進(jìn)行收獲。因此根據(jù)這一情況，研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機(jī)。該振動式馬鈴薯收獲機(jī)因其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，所以制造成本低，而且馬鈴薯挖掘效率高，只需要小型拖拉機(jī)進(jìn)行牽引帶動，就可以很好地進(jìn)行馬鈴薯挖掘收獲[ ]。 本文設(shè)計(jì)的振動式馬鈴薯收獲機(jī)是一種常用機(jī)械設(shè)備，能夠高效的進(jìn)行馬鈴薯的挖掘工作。本次設(shè)計(jì)能夠大大的提高收獲效率；可以減少人力物力，同時也節(jié)省時間。本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。主要通過對數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較與選擇，完成了收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)，振動原理的設(shè)計(jì)，分離裝置的設(shè)計(jì)以及傳動方案的選擇等內(nèi)容[ ]。在此基礎(chǔ)上對馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸、傳動比等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和說明。 1.2國內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1國外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國外很早就研制馬鈴薯收獲裝置了，從農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過程來看，馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展較遲緩，只是近50年才發(fā)展到較高水平。國外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在20世紀(jì)40年代初前蘇聯(lián)、美國就開始研制推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)了，50年代末期全面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)機(jī)械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化。國外馬鈴薯收獲機(jī)械的技術(shù)水平相當(dāng)高，不但生產(chǎn)率高而且高新技術(shù)已融于機(jī)具之中。如采用振動、液壓技術(shù)進(jìn)行挖掘；采用傳感技術(shù)控制土壤喂人量、馬鈴薯傳運(yùn)量以及分級裝載；采用氣壓、氣流、光電技術(shù)進(jìn)行碎土和分離及利用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控操作等[ ]。 原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機(jī)最早的國家。1960年，馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)保有量是3萬臺，1976年，保有量是6萬臺，1979年，馬鈴薯收獲機(jī)械工業(yè)化程度達(dá)到77%(其中國營農(nóng)場為84%，集體農(nóng)莊為73%)；到20世紀(jì)90年代除，馬鈴薯收獲機(jī)共有16種機(jī)型，其中10種是聯(lián)合收獲機(jī)，其中勞動生產(chǎn)率比其他2行收獲機(jī)提高1-2倍。 美國在1948年以前用收獲機(jī)來收獲馬鈴薯，然后人工撿拾。直到1967年，開始使用聯(lián)合收獲機(jī)，勞動生產(chǎn)率達(dá)到100kg/(h·人)。20世紀(jì)80年代初期，聯(lián)合收獲機(jī)和分段收獲的面積占馬鈴薯種植面積的85%，其中聯(lián)合收獲已經(jīng)達(dá)到50%以上、20世紀(jì)到90年代，美國已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯收獲機(jī)械化[ ]。 德國20世紀(jì)在40年代主要生產(chǎn)和使用拋擲式收獲機(jī)；50年代主要生產(chǎn)和使用升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)和撿拾裝載機(jī)，進(jìn)行分段收獲；到1970年保有量達(dá)到6205臺；70年代開始生產(chǎn)聯(lián)合收獲機(jī)，機(jī)型有20多種，均是原聯(lián)合收獲機(jī)的變型，其保有量達(dá)到6萬臺；90年代開始生產(chǎn)收獲-撿拾裝載機(jī)和具有自動分選裝置的聯(lián)合收獲機(jī)。日本在1955年以前使用畜力挖掘機(jī)，1955年到1965年生產(chǎn)懸掛式的拋擲式和升運(yùn)鏈?zhǔn)绞斋@機(jī)。70年代開始引進(jìn)英國、美國等發(fā)達(dá)國家的聯(lián)合收獲機(jī)，并研制適合日本國情的聯(lián)合收獲機(jī)[ ]。目前，國外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。由于國外馬鈴薯采用機(jī)械化壟作種植形式，適應(yīng)這種特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的收獲機(jī)械在中國難以適應(yīng)平作收獲[ ]。以內(nèi)蒙百事食品(中國)有限公司種薯基地進(jìn)口機(jī)為例，其全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，種植方式采用壟作，行距為900mm，收獲機(jī)械為牽引式雙行聯(lián)合作業(yè)，多級鏈輸送，配套動力在59.7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分離，并可實(shí)現(xiàn)薯塊大小自動分撿、自行裝車等功能該機(jī)為全液壓操縱，各機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)自動折疊運(yùn)輸，傷薯率極低。機(jī)體與薯塊可能接觸部位均用橡膠件保護(hù)。又如，芬蘭康克公司生產(chǎn)的雙行馬鈴薯收獲機(jī)為牽引式，配套動力為33.6kW以上，在拖拉機(jī)右側(cè)實(shí)現(xiàn)挖掘，土、薯、莖葉分離，薯塊直接裝袋裝箱。同時，該機(jī)可作為撿拾機(jī)使用，后部工作臺為液壓升降式，薯塊或石頭可直接運(yùn)至田地頭。日本生產(chǎn)的主要為單行履帶自走式聯(lián)合作業(yè)機(jī)，行走與輸送鏈HST無級變速，發(fā)動機(jī)為水冷4沖程3缸柴油機(jī)[ ]。 1.2.2國內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 新中國成立初期, 我國收獲馬鈴薯采用人工刨或舊犁挖掘的落后方式。直到20世紀(jì)60年代中期,馬鈴薯收獲機(jī)具的研制工作才逐步發(fā)展起來。研究人員在研究原西德、原蘇聯(lián)、日本、瑞士等國外機(jī)具的基礎(chǔ)上，研制成功了升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)，但是由于受當(dāng)時歷史條件的限制，沒能實(shí)現(xiàn)大面積推廣和使用。20世紀(jì)70年代中期，由于手扶拖拉機(jī)的大量推廣應(yīng)用, 國內(nèi)又掀起了為手扶拖拉機(jī)配套的馬鈴薯收獲機(jī)的研制高潮, 成功研制了鼠籠式馬鈴薯收獲機(jī), 但受當(dāng)時的配套動力限制, 未能生產(chǎn)和推廣。1979年，12國農(nóng)機(jī)展覽會后，國家將全部馬鈴薯收獲機(jī)樣機(jī)都投放在黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，從而為馬鈴薯收獲機(jī)的研究工作創(chuàng)造了良好的條件[ ]。 到20世紀(jì)90年代中期, 由于國產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用, 研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要日程。而此后, 其市場需求旺盛, 先后有小型升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯收獲機(jī)和振動式馬鈴薯收獲機(jī)投放市場,并占據(jù)了很大的市場份額[ ]。 1.3國內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)存在的問題 我國研究馬鈴薯收獲機(jī)起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國家相比只能望其項(xiàng)背，目前市場上流行的一些機(jī)具中，存在如下問題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。 (1)挖掘效率低。有些田間作業(yè)時，馬鈴薯挖掘不完全，有許多果實(shí)還在土層里，機(jī)器入土較淺。所以挖掘效率低是推廣使用馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)具的最大障礙。 (2)損失率高。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時參數(shù)選擇不合理，造成挖掘不完全現(xiàn)象比較嚴(yán)重，果實(shí)在許多大的土塊里，不能直接呈現(xiàn)在人們眼前，需要二次收獲。 (3)果仁完整性差。有些廠家設(shè)計(jì)的收獲機(jī)具，為了改善漏剝或田間挖掘不完全現(xiàn)象，一味追求挖掘率的提高，造成很多果實(shí)破碎，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。 (4)機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性不高。當(dāng)土壤的含水率、硬度，果實(shí)形狀、大小、品種等因素發(fā)生變化時，專門為某類馬鈴薯研究開發(fā)的專用機(jī)型馬鈴薯收獲機(jī)性能也會變的不理想。 從而國內(nèi)能夠完成挖掘、振動分離的馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)備由于實(shí)用性，技術(shù)性等原因，還未在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用[ ]。 國外馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展歷史已經(jīng)有上百年了，其特點(diǎn)主要是能夠根據(jù)用戶的不同需求，在收獲機(jī)上配備多種工作裝置。國外馬鈴薯收獲機(jī)的使用比較廣范，且以簡單、高效的振動式收獲機(jī)為主的馬鈴薯收獲機(jī)搶占著全球很大市場[ ]。 1.4研究的內(nèi)容和方法 根據(jù)我國馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展要求，我選擇的是振動式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。家用振動式馬鈴薯收獲機(jī)主要由動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。其中，動力裝置是通過人操作小型拖拉機(jī)進(jìn)行牽引收獲機(jī)提供動力，只需把馬鈴薯收獲機(jī)通過三點(diǎn)懸掛連接在拖拉機(jī)上進(jìn)行田間作業(yè)。 先確定我國已有馬鈴薯收獲機(jī)的類型，根據(jù)已有馬鈴薯收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)振動式馬鈴薯收獲機(jī)，使收獲效率能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求，也就是馬鈴薯收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定，操作簡便，成本低，保證挖掘率高，馬鈴薯完整率高，果實(shí)和土壤分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）收獲機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，成本低，使用壽命長。 （2）馬鈴薯完整率高、馬鈴薯和土壤分離效果好。 （3）可以在各種田間作業(yè)，安裝靈活，挖掘效率高，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。 （4）制造價格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 該機(jī)動力源于拖拉機(jī)提供牽引動力和動力輸出的回轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)動力的傳輸，再經(jīng)偏心輪把回轉(zhuǎn)力變化成上下振動，該振動為挖掘的碎土和果實(shí)進(jìn)行振動分離。 （1）選擇合適動力傳遞方式，設(shè)計(jì)工作裝置和傳動裝置。 （2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，完成整機(jī)各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠、微機(jī)室、土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，設(shè)計(jì)條件良好，為項(xiàng)目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，可以滿足對振動式馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)的工作條件。 2振動式馬鈴薯收獲機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1收獲機(jī)的典型方法和方案選擇 振動式馬鈴薯挖掘機(jī)主要由機(jī)架、正牽引 架、偏牽引架、振動篩 、振動挖掘鏟、萬向傳動軸、地輪、振動篩傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成，挖掘機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示 1.軸承 2.正牽引架 3.萬向傳動軸 4.機(jī)架 5.振動篩 6.地輪 7.振動架 8.偏心輪 9.挖掘鏟 圖2-1 振動式馬鈴薯收獲機(jī)主視側(cè)視的整體結(jié)構(gòu)示意圖 2.2振動式馬鈴薯收獲機(jī)的振動工作原理 挖掘機(jī)通過家用小型拖拉機(jī)的三點(diǎn)懸掛方式進(jìn)行馬鈴薯挖掘作業(yè)，挖掘鏟和分離篩的振動動力由拖拉機(jī)動力輸出軸提供動力輸出，通過萬向傳動軸3經(jīng)偏心輪8一端輸入，偏心輪與另一端通過鉸接臂與振動架的約束將動力傳遞給振動架7，振動架7的上下運(yùn)動通過連接板帶動挖掘鏟9和振動分離篩5產(chǎn)生在機(jī)架內(nèi)的上下往復(fù)運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時的振動，完成馬鈴薯挖掘和分離，鋪放于地面工作，從而完成馬鈴薯的分段收獲作業(yè)。 2.3整機(jī)主要的技術(shù)參數(shù) 馬鈴薯挖掘機(jī)主要應(yīng)用于西南山區(qū)，小地塊、坡度大、多石塊等條件地塊，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)符合西南地區(qū)、小地塊區(qū)域、小區(qū)育種等馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求， 該機(jī)采用偏牽引結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)小壟馬鈴薯挖掘作業(yè)，避免拖拉機(jī)作業(yè)時壓壟或挖掘機(jī)不能正對壟挖掘等問題的出現(xiàn)，提高馬鈴薯收獲的效率和收獲質(zhì)量。該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。 表2-3 整機(jī)主要的技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 整機(jī)外形 15508661050（mm） 動力 18-21（KW） 整機(jī)質(zhì)量 110左右（kg） 作業(yè)行數(shù) 1 作業(yè)幅寬 460左右（mm） 挖掘深度 100-200（mm） 挖掘鏟與地面傾角 20°左右 適應(yīng)行距 700-900（mm） 3整機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析 3.1牽引架設(shè)計(jì) 馬鈴薯挖掘機(jī)不能正對壟進(jìn)行挖掘作業(yè)，可以選擇三點(diǎn)懸掛的牽引方式。這種牽引方式的設(shè)計(jì)使該機(jī)器有更好的通用性，可以滿足多地區(qū)小地塊的馬鈴薯挖掘作業(yè)。牽引架結(jié)構(gòu)如圖所示。 A B 1.上懸掛 2.下懸掛 3.萬向傳動軸 圖3-1 牽引架 3.2振動分離篩設(shè)計(jì) 振動分離篩主要完成土薯分離工作，不同長度的桿條焊接在 U 型支架上，桿條間距 40 mm，振動分離篩通過彎板支架與搖臂相連接，在振動架的驅(qū)動下振動，篩面對挖掘的土薯混合物有拋起的作用，有較強(qiáng)的整機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析。如下圖所示 圖3-3 振動篩 3.3挖掘鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 挖掘鏟主要完成土薯挖掘工作，挖掘機(jī)振動架帶動挖掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動，挖掘鏟尾部焊接桿條，桿條的主要作用是分離土薯、避免挖掘鏟與振動分離篩之間由于間隙過大使薯塊掉落。采用一體式挖掘鏟，切土效果更好，挖掘鏟平滑鋒利，可以避免薯塊從挖掘鏟的兩側(cè)漏出被機(jī)器擠壓和被土壤覆蓋。 4.整機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動學(xué)分析 4.1挖掘鏟、振動分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 圖4-1 挖掘鏟、振動分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 為構(gòu)件 i 鉸鏈點(diǎn)連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度;為構(gòu)件3質(zhì)心到鉸鏈點(diǎn)C連線與兩鉸鏈點(diǎn)連線的角度（逆時針為正）；為構(gòu)件4質(zhì)心到鉸鏈點(diǎn)D連線與兩鉸鏈點(diǎn)連線的角度（逆時針為正； 為 O、D 兩點(diǎn)連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆時針為正）；ω為OA 桿轉(zhuǎn)動的角速度，rad·s-1。 根據(jù)挖掘鏟、振動分離篩的三維模型，設(shè)置相應(yīng)的材料屬性，確定各自質(zhì)心坐標(biāo)，進(jìn)而確定質(zhì)心位置，由于挖掘鏟與振動分離篩有質(zhì)量對稱平面，且平行于此平面運(yùn)動，可將挖掘鏟與振動分離篩機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為對稱平面上的平面連桿機(jī)構(gòu)。挖掘鏟、振動分離篩機(jī)構(gòu)簡圖如圖4-1所示。以O(shè)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，作封閉矢量多邊型，建立矢量方程如下 OA+AB=OC+CB (4-1) OD+DE=OF+FE (4-2) 由矢量方程建立位移方程有： 式中：，為構(gòu)件上某點(diǎn) j(鉸鏈點(diǎn)或任意點(diǎn) A、B、C…) 的坐標(biāo)；Li為構(gòu)件i (1、2、3…)的兩鉸鏈點(diǎn)間的距離；為構(gòu)件i鉸鏈點(diǎn)6連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向?yàn)檎? 對于整機(jī)連桿機(jī)構(gòu)本文只對挖掘鏟、振動分離篩機(jī) 構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，目的是分析 2 個構(gòu)件工作時質(zhì)心加速度的變化規(guī)律，進(jìn)而分析2個構(gòu)件慣性力的抵消情況。如圖3c所示，起始位置OAD 逆時針擺動，角位移為φ，角速度為ω，角加速度為α。(參數(shù)為與時間 t 有關(guān)的變量) 將方程組(3)中的第一式對時間求導(dǎo)，得： （4-5） 式中：LOA 為構(gòu)件上點(diǎn)A（鉸鏈點(diǎn)或任一點(diǎn)）與O的距離，mm；為i構(gòu)件的角速度，rad/s。 將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)α3，由式（4-5）得： 將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)α2，由式（4-5）得： 將式(5)對時間求導(dǎo)，得： (4-6) 式中：為i構(gòu)件的角加速度，rad/s2。 將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)α2，由式（4-6）得: 將方程組(4-4)中的第一式對時間求導(dǎo)，得： （4-7) 式中： 為 O、D 兩點(diǎn)連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度（逆 時針方向?yàn)檎?°)；LOD 構(gòu)件上點(diǎn) D（鉸鏈點(diǎn)或任一 點(diǎn)）與O的距離，mm。將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)α5，由式（4-7）得： 將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)α4，由式（4-7）得： 將式(4-7)對時間求導(dǎo)，得： (4-8) 將坐標(biāo)系繞O點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)，由式（4-8）得： D點(diǎn)的位移方程： （4-9） 挖掘鏟BC位移方程： （4-10） 式中：為質(zhì)心到鉸鏈點(diǎn) C 連線與梁鉸鏈點(diǎn)連線的角度 (逆時針方向?yàn)檎?，(°)；為構(gòu)件 3 質(zhì)心與鉸鏈點(diǎn) C 的 距離，mm。振動分離篩 DE 質(zhì)心位移方程為： (4-11) D點(diǎn)的加速度方程為： (4-12) 式中： ， 為 D 點(diǎn)在 x，y 方向上的加速度，mm/s2。 挖掘鏟BC質(zhì)心加速度方程為： (4-13) 式中：xi， 為i構(gòu)件質(zhì)心在 x，y方向上的加速度，mm/s2。振動分離篩DE質(zhì)心加速度為： (4-14) 式中：L4D為構(gòu)件 4質(zhì)心與鉸鏈點(diǎn) D 的距離，mm。以圖3c 所示OA 所在位置開始逆時針擺動時的振動位置為起點(diǎn)，分析挖掘鏟、振動分離篩質(zhì)心加速度變化規(guī)律。根據(jù)桿件設(shè)計(jì)尺寸及極限狀態(tài)位置可知： L3C=166 mm，L4D=461 mm，LOD=330 mm，在整個周期內(nèi) 角度變化范圍為：171.5°<α3+α3C<175.5°，20.5°<α4+α4D< 23°，α3C=113.5°，α4D=14°（角度以逆時針方向?yàn)檎?，根?jù)構(gòu)件在兩個極限位置的各個參數(shù)值及運(yùn)動學(xué)方程分析挖掘鏟 BC 和振動分離篩 DE 質(zhì)心在 x，y 方向的加速度變化規(guī)律。 挖掘鏟BC質(zhì)心加速度在整個運(yùn)動行程的兩個極限-位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 正向），到達(dá)極限位置之前逐漸增加（x 負(fù)方向），回程運(yùn)動逐漸減?。▁ 負(fù)方向），到達(dá)初始極限位置之前逐漸增大（x 正方向）。 振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運(yùn)動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▁ 負(fù)方向），到達(dá)極限位置之前逐漸增加（x 正方向），回程運(yùn)動逐漸減?。▁ 正方向），到達(dá)初始極限位置之前逐漸增加（x 負(fù)方向）。挖掘鏟 BC 質(zhì)心加速度在整個運(yùn)動行程的 2 個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▂ 正方向），到達(dá)極限位置之前逐漸增大（y 負(fù)方向），回程運(yùn)動逐漸減小（y 負(fù)方向），到達(dá)極限位置之前逐漸增大（y 正方向）。振動分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個運(yùn)動行程的兩個極限位置變化規(guī)律為：初始位置逐漸減?。▂ 正方向），到達(dá)極限位置之前逐漸增加（y 負(fù)方向），回程運(yùn)動逐漸減?。▂ 負(fù)方向），到達(dá)初始極限位置之前逐漸增加（y 正方向）， 直到回到初始極限位置。理論分析得出一個行程周期內(nèi)，挖掘鏟、振動分離 篩 x 方向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時方向相反，y 方 向質(zhì)心加速度在 2 個極限位置附近時加速度方向相同。 5動力裝置的設(shè)計(jì)與選用 5.1傳動系統(tǒng)的確定 本機(jī)械所適用的作業(yè)田的壟長長度大于200m，壟距為800mm，壟高250mm，結(jié)薯深度為150～200 mm。馬鈴薯挖掘機(jī)可配套動力為約翰迪爾280型拖拉機(jī)，功率為20.6kW,動力輸出軸的轉(zhuǎn)速為540r/min。拖拉機(jī)提供牽引，如圖5-1.2所示萬向傳動軸機(jī)構(gòu)，通過萬向傳動軸對機(jī)器進(jìn)行動力傳輸，經(jīng)過萬向傳動軸傳給振動式馬鈴薯收獲機(jī)振動所需的力。該機(jī)器前進(jìn)的動力是由拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛所提供的牽引力，使其在田間作業(yè)[ ]。 圖5-1.2 萬向傳動軸 5.2軸的校核 在機(jī)器工作過程中，軸的工作需要克服機(jī)架施加的摩擦和撞擊，要計(jì)算其可靠性。所以可以先計(jì)算出軸的最小直徑。經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版可得知計(jì)算軸的最小直徑的公式。軸的最小直徑為： （7-1） 式中： ——滾軸最小直徑（mm）； ——軸的許用扭切應(yīng)力（）； P——傳遞到軸上的功率（）； ——軸的轉(zhuǎn)速（）； C——軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。 根據(jù)上面算出來的已知數(shù)據(jù)可知： 軸的轉(zhuǎn)速: n=540r/min 軸的輸入功率: P=20.6kw 軸的扭矩: 由于此軸是用來實(shí)現(xiàn)果秧分離工作的，因此是比較重要的軸，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理,抗拉強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度。 因此經(jīng)過計(jì)算和查閱相關(guān)資料可得： P=0.23 n=290r/min 將數(shù)據(jù)代入式7-1得： 因此此軸滿足受力要求，可以滿足工作需要。 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)經(jīng)過了一年左右的時間，大致經(jīng)過了以下階段 1.查閱研究國內(nèi)外馬鈴薯的發(fā)展現(xiàn)狀的相關(guān)資料。 2.設(shè)計(jì)選擇振動式馬鈴薯收獲機(jī)的主要動力輸入裝置、傳動裝置、挖掘裝置、振動裝置組成。 3.根據(jù)要求制作機(jī)器三維模型，及分析主要零件受力情況。 4.對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選擇合適材料。最終設(shè)計(jì)出能滿足工作要求的機(jī)械。 最終設(shè)計(jì)完成的模型，我在市場上原有的產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)，在振動篩后面加了一個可以調(diào)節(jié)刀具和地面夾角的軸，使他的適用性更強(qiáng)。 致 謝 經(jīng)過一個學(xué)期的辛勤與忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，在設(shè)計(jì)過程中難免有許多問題會考慮不周，如果沒有吳明清老師的悉心指導(dǎo)與督促，以及設(shè)計(jì)小組的同學(xué)們的幫助與支持，也許畢業(yè)設(shè)計(jì)不會這么順利的完成。 畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，吳明清老師耐心的指導(dǎo)使我們受益匪淺，他扎實(shí)的理論知識與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我留下了深刻的印象，也正是老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度使我們從畢業(yè)設(shè)計(jì)中真正的學(xué)會了學(xué)以致用，將課本知識與實(shí)際設(shè)計(jì)中所遇到的問題相聯(lián)系，整合了自己在校所學(xué)的專業(yè)知識，同時提高了我們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。從機(jī)械設(shè)計(jì)開始到最后的設(shè)計(jì)完成，吳老師對于專業(yè)知識嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)精神以及對于設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格的要求態(tài)度成為我們在今后學(xué)習(xí)以及工作中良好的榜樣，在此謹(jǐn)向?yàn)槲覀儺厴I(yè)設(shè)計(jì)小組辛苦了一學(xué)期的老師致以最真誠的謝意。 回望這一學(xué)期，似乎忙碌與緊張充滿了整個設(shè)計(jì)過程，但是因?yàn)橛辛诵〗M成員們的關(guān)懷與幫助，使得設(shè)計(jì)的過程也充滿了歡樂。我們共同研究，相互討論，遇到問題一起解決，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對我們學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，同時也是鍛煉我們與他人協(xié)同工作的好機(jī)會。 在最后我要感謝學(xué)校、學(xué)院對我們的培養(yǎng)，為我們的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造良好環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)研究條件。伴隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束，我們也將離開校園，有過少耕耘就有多少收獲，相信我們走出校園后能將自己的價值體現(xiàn)出來，回報(bào)父母、回報(bào)學(xué)校，為社會做自己力所能及的貢獻(xiàn)。再一次感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們，感謝母校給我的一切學(xué)習(xí)機(jī)會，最后祝大家在今后的工作和生活中一切順利！ 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