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振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 付東輝 學(xué) 號(hào) 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(dòng)化 班 級(jí) 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 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高 市場(chǎng)潛力巨大 在國(guó)外 大約占40 的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入 消費(fèi)市場(chǎng) 在國(guó)內(nèi) 一向被國(guó)人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場(chǎng)上風(fēng)靡起來(lái) 在北京 上海 廣州及西安等全國(guó)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(guó)快餐市場(chǎng)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(lái) 中國(guó)農(nóng)科院副院長(zhǎng)屈東玉博士在日前召開的中國(guó)馬鈴薯學(xué)術(shù)年會(huì)上指出 馬鈴薯是一種 產(chǎn)量高 適應(yīng)性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的作物 應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國(guó)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(guó)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(shí) 必須將土層里的馬鈴薯翻出再進(jìn)行揀 拾 市場(chǎng)上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低 費(fèi)時(shí)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī) 該振動(dòng)式馬鈴薯收 獲機(jī)因其體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng) 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(dòng)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(shí)也節(jié)省時(shí)間 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi) 容是振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 主要通過對(duì)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(dòng)原理的設(shè)計(jì) 分離裝置的設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)方案的選擇等內(nèi)容 在此基礎(chǔ)上 對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 傳動(dòng)比等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和說明 關(guān)鍵詞 振動(dòng)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(guó)內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1 1 3 國(guó)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(dòng)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)學(xué)分析 8 4 1 挖掘鏟 振動(dòng)分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 8 5 動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)與選用 12 5 1 傳動(dòng)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) 0 1 緒論 1 1 課題研究的意義 馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高 市場(chǎng)潛力巨大 在國(guó)外 大約占 40 的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消 費(fèi)市場(chǎng) 在國(guó)內(nèi) 一向被國(guó)人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突然間在市場(chǎng)上風(fēng)靡起來(lái) 在北 京 上海 廣州及西安等全國(guó)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(guó)快餐市場(chǎng)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(lái) 1 中國(guó)農(nóng)科院副院長(zhǎng)屈東玉博士在日前召開的中國(guó)馬鈴薯學(xué)術(shù)年會(huì)上指出 馬鈴薯是一種產(chǎn)量高 適應(yīng)性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)價(jià)值大的作物 應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國(guó)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(guó)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(shí) 必須將土層里的馬鈴薯翻出再進(jìn)行揀拾 2 市場(chǎng)上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低 費(fèi)時(shí)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī) 該振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)因 其體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng) 就可以很好地進(jìn)行馬鈴薯挖掘收獲 3 本文設(shè)計(jì)的振動(dòng)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(shí)也節(jié)省時(shí)間 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 主要通過對(duì)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(dòng)原理的設(shè)計(jì) 分離裝置的設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)方案的選擇等內(nèi)容 4 在此基礎(chǔ)上對(duì)馬鈴薯收 獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 傳動(dòng)比等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和說明 1 2 國(guó)內(nèi)外葵花籽去殼機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1 2 1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn) 機(jī)械化 國(guó)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(dòng) 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(jí)裝載 采用 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 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 5 原蘇聯(lián)是生產(chǎn)收獲機(jī)最早 的國(guó)家 1960 年 馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)保有量是 3 萬(wàn)臺(tái) 1976 年 保有量是 6 萬(wàn)臺(tái) 1979 年 馬鈴 薯收獲機(jī)械工業(yè)化程度達(dá)到 77 其中國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)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(dòng)生產(chǎn)率比其他 2 行收獲機(jī)提高 1 2 倍 美國(guó)在 1948 年以前用收獲機(jī)來(lái)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(dòng)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(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了 馬鈴薯收獲機(jī)械化 6 德國(guó) 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(tái) 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(wàn)臺(tái) 90 年代開始生產(chǎn)收獲 撿拾裝載 機(jī)和具有自動(dòng)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(guó) 美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的聯(lián)合收獲機(jī) 并 研制適合日本國(guó)情的聯(lián)合收獲機(jī) 7 目前 國(guó)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(guó)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(guó)難以適應(yīng)平作收獲 8 以內(nèi)蒙百事食品 中國(guó) 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(jí)鏈輸 送 配套動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí) 該機(jī)可作 為撿拾機(jī)使用 后部工作臺(tái)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(wú)級(jí)變速 發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷 4 沖程 3 缸柴油機(jī) 9 1 2 2 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 新中國(guó)成立初期 我國(guó)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(lái) 研究人員在研究原西德 原蘇聯(lián) 日本 瑞士等 國(guó)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(shí)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(guó)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(shí)的配套動(dòng)力 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 限制 未能生產(chǎn)和推廣 1979 年 12 國(guó)農(nóng)機(jī)展覽會(huì)后 國(guó)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 10 到 20 世紀(jì) 90 年代中期 由于國(guó)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(chǎng)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī) 投放市場(chǎng) 并占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額 11 1 3 國(guó)內(nèi)外馬鈴薯收獲機(jī)存在的問題 我國(guó)研究馬鈴薯收獲機(jī)起步較晚發(fā)展緩慢 和發(fā)達(dá)國(guó)家相比只能望其項(xiàng)背 目前市場(chǎng)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(shí) 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(shí)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(jià)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(shí) 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(huì)變的不理想 從而國(guó)內(nèi)能夠完成挖掘 振動(dòng)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(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用 12 國(guó)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(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)的使用比較廣范 且以簡(jiǎn)單 高效的振動(dòng)式收獲機(jī)為 主的馬鈴薯收獲機(jī)搶占著全球很大市場(chǎng) 13 1 4 研究的內(nèi)容和方法 根據(jù)我國(guó)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來(lái)馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展要求 我選擇的是 振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的設(shè)計(jì) 家用振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)主要由動(dòng)力輸入裝置 傳動(dòng)裝置 挖掘裝置 振動(dòng)裝置組成 其中 動(dòng)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(dòng)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(guó)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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)振動(dòng)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(jiǎn)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) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1 5 預(yù)期目標(biāo) 1 收獲機(jī)操作方便 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 通用性好 成本低 使用壽命長(zhǎng) 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(dòng)量少 同時(shí)動(dòng)力上要消耗少 4 制造價(jià)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(dòng)力源于拖拉機(jī)提供牽引動(dòng)力和動(dòng)力輸出的回轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸 再經(jīng)偏心輪把回轉(zhuǎn)力 變化成上下振動(dòng) 該振動(dòng)為挖掘的碎土和果實(shí)進(jìn)行振動(dòng)分離 1 選擇合適動(dòng)力傳遞方式 設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)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(chǎng)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(duì)振動(dòng)式馬鈴薯收 獲機(jī)設(shè)計(jì)的工作條件 2 振動(dòng)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(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)主要由機(jī)架 正牽引 架 偏牽引架 振動(dòng)篩 振動(dòng)挖掘鏟 萬(wàn)向傳動(dòng)軸 地輪 振動(dòng)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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 1 軸承 2 正牽引架 3 萬(wàn)向傳動(dòng)軸 4 機(jī)架 5 振動(dòng)篩 6 地輪 7 振動(dòng)架 8 偏心輪 9 挖掘鏟 圖2 1 振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)主視側(cè)視的整體結(jié)構(gòu)示意圖 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 2 振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的振動(dòng)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(dòng)動(dòng)力 由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸提供動(dòng)力輸出 通過萬(wàn)向傳動(dòng)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(dòng)架的約束將動(dòng)力傳遞給振動(dòng)架 7 振動(dòng)架 7 的上下運(yùn)動(dòng)通過連接板帶動(dòng)挖掘鏟 9 和振 動(dòng)分離篩 5 產(chǎn)生在機(jī)架內(nèi)的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 最終實(shí)現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時(shí)的振動(dòng) 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(shí)壓壟或挖掘機(jī)不能正對(duì)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 1550 866 1050 mm 動(dòng)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(dòng)學(xué)分析 3 1 牽引架設(shè)計(jì) 馬鈴薯挖掘機(jī)不能正對(duì)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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 A B 1 上懸掛 2 下懸掛 3 萬(wàn)向傳動(dòng)軸 圖 3 1 牽引架 3 2 振動(dòng)分離篩設(shè)計(jì) 振動(dòng)分離篩主要完成土薯分離工作 不同長(zhǎng)度的桿條焊接在 U 型支架上 桿條間距 40 mm 振動(dòng)分離篩通過彎板支架與搖臂相連接 在振動(dòng)架的驅(qū)動(dòng)下振動(dòng) 篩面對(duì)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(dòng)學(xué)分析 如下圖所示 圖 3 3 振動(dòng)篩 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 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(dòng)架帶動(dòng)挖掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動(dòng) 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(dòng)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(dòng)學(xué)分析 4 1 挖掘鏟 振動(dòng)分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 圖 4 1 挖掘鏟 振動(dòng)分離篩機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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)1a C3a 連線的角度 逆時(shí)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(shí)針為D4a 正 為 O D 兩點(diǎn)連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度 逆時(shí)針為正 為 OA 桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 a rad s 1 根據(jù)挖掘鏟 振動(dòng)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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 置 由于挖掘鏟與振動(dòng)分離篩有質(zhì)量對(duì)稱平面 且平行于此平面運(yùn)動(dòng) 可將挖掘鏟與振動(dòng)分離篩機(jī) 構(gòu)轉(zhuǎn)化為對(duì)稱平面上的平面連桿機(jī)構(gòu) 挖掘鏟 振動(dòng)分離篩機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4 1 所示 以 O 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xyO OA AB OC CB 4 1 OD DE OF FE 4 2 由矢量方程建立位移方程有 5432sinsincoco iissaLyaLyxxFDAc 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xjy 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(shí)針方向?yàn)檎?1a 對(duì)于整機(jī)連桿機(jī)構(gòu)本文只對(duì)挖掘鏟 振動(dòng)分離篩機(jī) 構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 目的是分析 2 個(gè)構(gòu)件 工作時(shí)質(zhì)心加速度的變化規(guī)律 進(jìn)而分析 2 個(gè)構(gòu)件慣性力的抵消情況 如圖 3c 所示 起始位置 OAD 逆時(shí)針擺動(dòng) 角位移為 角速度為 角加速度為 參數(shù)為與時(shí)間 t 有關(guān)的變量 將方程組 3 中的第一式對(duì)時(shí)間求導(dǎo) 得 4 5 33221sinsisinaLaLOA 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 1 將 坐標(biāo)系繞 O 點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 3 由式 4 5 得 xy 3212sinaLaOA 將 坐標(biāo)系繞 O 點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 2 由式 4 5 得 xy 3213sinaLaOA 將式 5 對(duì)時(shí)間求導(dǎo) 得 4 6 3233222121 cossincossicossin aaaaLOA 式中 為 i 構(gòu)件的角加速度 rad s2 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 將 坐標(biāo)系繞 O 點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 2 由式 4 6 得 XY 23 232311sincoscosinaLaLaaLOAA 將方程組 4 4 中的第一式對(duì)時(shí)間求導(dǎo) 得 4 7 5544sinsisiaOD 式中 為 O D 兩點(diǎn)連線在平面內(nèi)與 x 軸的角度 逆 時(shí)針方向?yàn)檎?LOD 構(gòu)件上a 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(shí)針旋轉(zhuǎn) 5 由式 4 7 XY 得 544sinaLaOD 將 坐標(biāo)系繞 O 點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 4 由式 4 7 得 xy 54545sinaLaOD 將式 4 7 對(duì)時(shí)間求導(dǎo) 得 4 8 525542442 cossincossicossin aaLaLODODOD 將 坐標(biāo)系繞 O 點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 由式 4 8 得 XY 5 54 54 2452254 sincscsi aLa ODODD D 點(diǎn)的位移方程 4 9 ODDayxsinco 挖掘鏟 BC 位移方程 4 10 CCaLyx333sinco 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(shí)針方向?yàn)檎?為構(gòu)件 3 ica CL3 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 質(zhì)心與鉸鏈點(diǎn) C 的 距離 mm 振動(dòng)分離篩 DE 質(zhì)心位移方程為 4 11 DDaLyx444sinco D 點(diǎn)的加速度方程為 4 12 ODODODaayxsincoscoi 2 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 xy 4 13 CCC aLaL323333 sincoscoin 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(dòng)分離篩 DE 質(zhì)心加速度為 y 4 14 DDD aLaL424444 sincoscoin 式中 L 4D 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(shí)針 擺動(dòng)時(shí)的振動(dòng)位置為起點(diǎn) 分析挖掘鏟 振動(dòng)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 L 4D 461 mm L OD 330 mm 在整個(gè)周期內(nèi) 角度變化范圍為 171 5 3 3C 175 5 20 5 4 4D 23 3C 113 5 4D 14 角度以逆時(shí)針方向?yàn)檎?根據(jù)構(gòu)件 在兩個(gè)極限位置的各個(gè)參數(shù)值及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程分析挖掘鏟 BC 和振動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)行程的兩個(gè)極限 位置變化規(guī)律為 初始位置逐漸減小 x 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(dòng)逐漸減小 x 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(dòng)分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程的 2 個(gè)極限位 置變化規(guī)律為 初始位置逐漸減小 x 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(dòng)逐漸減小 x 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(gè)運(yùn)動(dòng)行程的 2 個(gè)極限位置變化規(guī)律為 初始位置逐漸減小 y 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(dòng)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(dòng)分離篩 DE 質(zhì)心加速度在整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程的兩個(gè)極限位置變化規(guī)律為 初始位置逐 漸減小 y 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(dòng)逐漸減小 y 負(fù)方向 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 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(gè)行程 周期內(nèi) 挖掘鏟 振動(dòng)分離 篩 x 方向質(zhì)心加速度在 2 個(gè)極限位置附近時(shí)方向相反 y 方 向質(zhì)心 加速度在 2 個(gè)極限位置附近時(shí)加速度方向相同 5 動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)與選用 5 1 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 本機(jī)械所適用的作業(yè)田的壟長(zhǎng)長(zhǎng)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(dòng)力為約翰迪爾 280 型拖拉機(jī) 功率為 20 6kW 動(dòng)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(wàn)向傳動(dòng)軸機(jī)構(gòu) 通過萬(wàn)向傳動(dòng)軸對(duì)機(jī)器進(jìn)行 動(dòng)力傳輸 經(jīng)過萬(wàn)向傳動(dòng)軸傳給振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)振動(dòng)所需的力 該機(jī)器前進(jìn)的動(dòng)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) 14 圖 5 1 2 萬(wàn)向傳動(dòng)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 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 7 1 63339 5021PpdCmn 式中 滾軸最小直徑 mm d 軸的許用扭切應(yīng)力 Ma P 傳遞到軸上的功率 kW 軸的轉(zhuǎn)速 nmin r C 軸的材料和承載情況確定的常數(shù) 根據(jù)上面算出來(lái)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 mNnPT 28 364540 2954 由于此軸是用來(lái)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 MPa60 a3 因此經(jīng)過計(jì)算和查閱相關(guān)資料可得 P 0 23 n 290r min1 Ckw 將數(shù)據(jù)代入式 7 1 得 mnPC72 903 1d3 因此此軸滿足受力要求 可以滿足工作需要 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)經(jīng)過了一年左右的時(shí)間 大致經(jīng)過了以下階段 1 查閱研究國(guó)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(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī)的主要?jiǎng)恿斎胙b置 傳動(dòng)裝置 挖掘裝置 振動(dòng)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(duì)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(chǎng)上原有的產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn) 在振動(dòng)篩后面加了一個(gè)可以調(diào)節(jié)刀具和 地面夾角的軸 使他的適用性更強(qiáng) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 致 謝 經(jīng)過一個(gè)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(huì)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(huì)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(shí)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(huì)了學(xué)以 致用 將課本知識(shí)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(shí) 同時(shí)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(duì)于專業(yè)知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn) 的學(xué)習(xí)精神以及對(duì)于設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格的要求態(tài)度成為我們?cè)诮窈髮W(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(chéng)的謝意 回望這一學(xué)期 似乎忙碌與緊張充滿了整個(gè)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(duì) 我們學(xué)習(xí)的檢驗(yàn) 同時(shí)也是鍛煉我們與他人協(xié)同工作的好機(jī)會(huì) 在最后我要感謝學(xué)校 學(xué)院對(duì)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(jià)值體現(xiàn)出來(lái) 回報(bào)父母 回報(bào)學(xué)校 為社會(huì)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(huì) 最后祝大家 在今后的工作和生活中一切順利 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 參考文獻(xiàn) 1 王公仆 蔣金琳 田艷清 等 馬鈴薯機(jī)械收獲技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2014 01 11 15 2 夏振遠(yuǎn) 陳學(xué)永 振動(dòng)挖掘機(jī)的研究綜述 J 機(jī)電技術(shù) 2014 03 133 137 3 谷茂 薛世明 中國(guó)馬鈴薯栽培史考略 J 西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1997 01 77 81 4 王博煒 4VM 550A 型馬鈴薯挖掘收獲機(jī) J 農(nóng)業(yè)科技與信息 1998 06 37 5 安思明 白淑霞 馮學(xué)贊 試論我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展道路 J 馬鈴薯雜志 2000 4 46 47 6 孫蕓 我國(guó)馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及展望 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2000 07 26 28 7 孫恒 機(jī)械原理 M 西安高等教育出版社 2006 04 7 9 8 張會(huì)芳 沈慧平 楊延力 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩主機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)慣性力和驅(qū)動(dòng)力距的優(yōu)化平衡 J 常州工學(xué)院學(xué)報(bào) 2008 02 17 22 9 文學(xué)洙 廉哲滿 影響振動(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)作業(yè)性能的主要參數(shù) J 延邊大學(xué)學(xué)報(bào) 2007 03 199 202 10 張華 吳建民 孫偉 等 4UM 640 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