双圆盘割草机设计

双圆盘割草机设计,圆盘,割草机,设计 本 科 毕 业 设 计 (论 文) 毕业设计（论文）中文题目: 双圆盘牧草收割机设计 English Title: Double disc forage Harvester design 学 院： （楷体_GB2312四号，下同）机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 机械XXXX 学生姓名： XXXXXXX 学 号： XXXXXX 指导教师： XXXXXXX 年 月 毕业设计（论文）中文摘要 双圆盘牧草收割机设计 摘 要： 本课题主要是双圆盘牧草收割机设计，牧草收割是草产业生产中的重要环节，提高牧草收割机械化水平和生产率，对于确保草产业丰收极为重要。切割器是各种牧草收割机械的重要工作部件。目前，各种牧草收割机械普遍采用的切割器有往复式和回转式两种。回转式切割机属无支承切割，不产生堵塞现象，更换刀片简易。本课题研究设计的双圆盘式割草机，选用回转式切割器，对牧草的适应性强，特别适应于稠密、倒伏和缠连的牧草，工作平稳，生产率高。牧业是我国的现代化经济的重要组成部分，牧草也收获机械化的普及，不仅使畜牧业生产加快了进程，同时也减轻了牧民的劳动强度，提高了牧草业的劳动生产率。 目前，各种牧草收割机械普遍采用的切割器有往复式和回转式两种。回转式切割机属无支承切割，不产生堵塞现象，更换刀片简易。圆盘式割草机由刀盘、传动装置、机架、三点悬挂等主要部件组成。效率比人工锄草提高8至10倍，伤苗率低，除苗清洁率高。 关键词：双圆盘牧草收割机，双圆盘，牧草，收割机，刀片，拖拉机 毕业设计（论文）外文摘要 Multi-station Punch Press Manipulator Abstract: The main topic is a two-disc design forage harvesters, forage grass harvest is an important part of industrial production, improve forage harvesting mechanization and productivity, extremely important to ensure a good harvest grass industry. The cutter member is an important work of the various forage harvesting machinery. Currently, all kinds of forage harvesting machinery commonly used with a reciprocating and rotary cutter two. The rotary cutter is a non-cutting bearing, no clogging, easy replacement of the blade. This research design double-disc mower, the choice of a rotary cutter, adaptable for forage, particularly suitable for dense, even lodging and wrapped forage, smooth, high productivity. Animal husbandry is an important part of China's economic modernization, the popularity of grass also harvest mechanization, not only to speed up the process of livestock production, but also reduce the labor intensity of herders, increased labor productivity forage industry. Currently, all kinds of forage harvesting machinery commonly used with a reciprocating and rotary cutter two. The rotary cutter is a non-cutting bearing, no clogging, easy replacement of the blade. A disc mower cutter, transmission, chassis, suspension and other three major components. Artificial weeding efficiency than 8 to 10 times, low seedling injury, in addition to cleaning seedling rate. Key words: forage harvester double-disc, double disc, forage harvester, blade, tractor 目 录 第1章 绪论 1 1.1 本课题研究的背景和目的意义 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2研究的目的意义 1 1.2 国内外牧草收割机械发展概况 2 1.2.1 往复式切割器割草机研究发展概况 2 1.2.2 旋转式割草机研究发展概况 2 1.2.3国外牧草收获机械发展现状 3 1.2.4我国牧草机械发展现状 3 1.2.5牧草机械发展的趋势和机遇 5 1.3 本课题研究的内容及需要解决的关键技术 6 1.3.1 研究内容 6 1.3.2本课题需要解决的关键技术 7 1.4 研究方法技术方案设计指标 7 1.4.1 研究方法 7 1.4.2设计技术方案 8 第2章 双圆盘牧草收割机工作原理及方案设计 9 2.1 收获对象的特点及其对收获机械性能的要求 9 2.1.1收获对象及其特点 9 2.1.2收获对象对机械性能的要求 9 2.2 设计原则 9 2.3 总体方案 10 2.4 技术要求 11 2.5 工作原理 11 2.6 整机机构 11 2.7 收割机构方案设计 12 2.7.1 整体框架结构 12 2.7.2 传动及收割作业机械部分 12 第3章 双圆盘牧草收割机收割机构结构设计计算 14 3.1 设计的原始参数 14 3.2 设计计算说明书 14 3.2.1 机架的设计 14 3.2.2 减速器的设计 14 3.2.3 齿轮传动组总成的设计 29 3.2.4 刀盘总成的设计 39 第4章 结 论 41 4.1 结论 41 4.2存在的问题 41 参考文献 42 致 谢 44 淮海工学院二〇一七届本科毕业设计（论文） 第 12 页 共 44 页 第1章 绪论 1.1 本课题研究的背景和目的意义 1.1.1 研究背景 革业的发展是关系生存环境和经济发展的世纪问题，由于种种原因，我国90％的草地已经或正在退化。国家把调整农村产业结构、改善生态环境、大力发展退耕还林还草、种草养畜提高到重要的战略地位。草产业作为甘肃农业结构调整的战略性措施，近几年发展建设很快，牧草种植面积不断扩大。甘肃省是全国五大牧区之一，草资源丰富，种植牧草历史悠久，有1733．3万亩天然草场，目前全省的人工种草留床面积达85．73万亩，其中优质牧草紫花苜蓿保留面积53．3万亩，居全国首位n3。武威市地处河西走廊东端，地域辽阔，其中优质牧草紫花苜蓿种植面积已达32万亩。在种植业方面形成了粮食、经济作物和牧草三大产业。但牧草收割以人工为主，工作效率低、作业成本高，而且一年收获好几茬，劳动强度较大。发展草产业，急需经济适用的小型牧草收割机。但目前，牧草收获机械相对滞后，现代化牧草收获机械基本为空白，已有的少量牧草机械尚不配套，与国际同类机具相比有较大的差距，存在的主要问题：一是成本高农民购买不起；二是农民种植牧草，多属于分散种植，面积相对较小，不适合大型机具作业。为了适应农村草产业发展的需要，达到适时抢收，尽量减少牧草营养成份损失，适应农村分散地块种植，提高种植经济效益，确立牧草收获机械研究课题，拟研制一种与小动力配套的小型轻便的牧草收获机械。 1.1.2研究的目的意义 牧草收割是草产业生产中的重要环节，提高牧草收割机械化水平和生产率，对于确保草业丰产丰收极为重要。切割器(又称切割装置)是各种牧草收割机械上最重要的工作部件，其工作性能直接影响到整机的工作性能。目前各种牧草收割机械上普遍采用的切割器有往复式和回转式两种。以往复式切割器应用最为广泛，且己标准化。往复式切割器虽具通用性好、适应性强、工作可靠之优点，但突出的问题是往复运动惯性力大，割台振动及噪音大，割台使用寿命低，切割速度低(一般平均切割速度为1．5m／s-～2m／s)，使牧草收割机的作业速度和单位幅宽生产率受到限制，只能低速作业，宽幅收割。回转式收割机割刀切割速度高(一般为lOm／s--一20m／s)，切割能力强，但传动复杂，造价高。目前以这两种切割器为切割部件的牧草收割机，以后挂侧置宽幅大型为主，其结构庞大，造价高，难以适应农村草业发展的需求。目前国内外现有牧草收割机械，工作幅宽2"--,6米，生产率为15"---80亩／d,时，配套动力为9-、一,50KW，这类机具主要为大型牧场所使用，而且多数是割后无序铺放，后续摊铺、搂草、拾草、打捆均配有专门机具进行作业，配套条件要求较高。而中小型牧草场，农村普通农户，由于资金运作少，不可能用巨资购置成套的牧草收获机具。他们要求一种能整齐铺放，便于晾晒，成本低的小型牧草收获机具。市场上现有的稻、麦割晒机可以用于部分牧草收割，但此类机具以稻、麦为主要作业对象而设计，并不完全适用于牧草收割。近几年来，作为家畜主要青饲料的紫花苜蓿，种植面积不断增加，人工收获效率低，劳动强度大，急需解决机械收获问题。为此， 本课题将根据农机动力小型化的特点，以当地牧草种植状况为依据，研究设计了一种由小四轮拖拉机前置悬挂作业，适宜于收割稠密、倒伏和缠连牧草的圆盘式割草机，不仅可以减轻劳动强度，提高作业效率，而且可以促使畜草产业向着规模化、产业化、商品化的方向发展。 1.2 国内外牧草收割机械发展概况 国内外牧草收获机械按其切割部件的结构分为往复式和圆盘式；按其行走方式分为牵引式、半悬挂式、自走式割草机；按割幅可分为窄幅和宽幅割草机。 1.2.1 往复式切割器割草机研究发展概况 往复式割草机历史悠久，适于收割天然牧草和种植牧草，具有割茬低而整齐，牧草损失少，便于调整使用等优点。其发展过程是从畜力到机引，从牵引到悬挂。为提高生产率割草机超高速度、大割幅方向发展。但加大割幅将增加机具成本，因此以提高前进速度更为有利。但随着切割速度的提高，割刀往复惯性力增加，从而加剧了机器振动和机件损坏，导致切割高杆或湿润牧草时堵刀。这种割草机虽有这些缺点，但目前作为一种标准机型被国内外广泛使用和大量生产，并且在不断完善和改进。 1.2.2 旋转式割草机研究发展概况 近年来，由于种植牧草面积大量增加，并使用大量含氮肥料，使牧草高大、茂密而趋于倒伏。因此，旋转式割草机得到迅速发展。旋转式割草机属无支承切割，切割器刀片安装在刀盘上，并随刀盘一起旋转进行割草，前进速度高，有较高的生产率，不产生堵塞现象，更换刀片简易，保养方便。但旋转式割草机功率消耗较大(旋转式割草机为7～12Kw／M，普通往复式割草机为O．7～0．5 Kw／M，双动割草机为3"--'6 KW／M)，工作幅重割区大，割茬不齐，碎草多，且对地面的平整程度要求较高。在牧草刚度小时易使割茬高度增加，因此适于高硬杆牧草收获。 1.2.3国外牧草收获机械发展现状 国外牧草机械已有100多年的历史，经历了从使用畜力到拖拉机动力配套，从单项作业机具到联合作业机具的发展过程。20世纪60年代是欧美各国牧草机械发展的高峰时期，这一期间完成了由畜力机具、机引机具、各种联合作业机具及成型机具相继研制成功并迅速推广。20世纪70年代以来，部分牧草机具趋于饱和，产量和保有量保持稳定。各个公司致力于开发新产品，改进原有产品的性能，以保持竞争能力。尤其以美国、德国、法国、意大利、日本等发达国家在该领域处于领先地位。如德国STOLL公司的割晒设备，克拉斯公司自走式割草机或打捆机，法国库恩公司的旋转割草机等∞3。在20世纪90年代，这些国家的割、搂、捆、装运等牧草收获机械陆续进入我国牧草种植基地。国外先进的牧草收获机械技术比较完善，机具品种多，性能可靠，但价格昂贵。目前，欧美各国几乎所有的农机公司都在生产牧草机械，产品品种齐全，系列完整，能满足各种收获需要，主要结构技术性能至今没有大的变化，只是在操作舒适和电子计算机应用方面有所改进。 但由于国外的牧草收获机械以大型为主，其机具转弯半径大，适宜大面积作业，与国产动力机械配套性能差，组织水平要求高，价格昂贵，因此考虑种植方式，作业地块条件及农牧民经济发展水平等多种因素，国外牧草收获机械在我国推广应用存在很大的局限性。 1.2.4我国牧草机械发展现状 我国牧草机械起步较晚、发展缓慢。其发展分为两个阶段：第一阶段为50-70年代中期，只生产一些仿苏40,---50年代畜力及机引的往复式割草机，横向搂草机和畜力捆草机，机型陈旧，指标落后，质量低，成本高；第二阶段为70年代后期至90年代末，开始引进国外70,--,80年代的牧草收获机械，研制出了适应于我国牧草生产的收获机械，填补了许多空白，初步形成了散草、方捆、圆捆等多种收获工艺系统机械H1。 近年来，我国牧草收获机械虽发展迅速，但机械化水平较低，尤其是小型机具种类较少，牧草收获还是以手工收获为主，农民劳动强度大。当前牧草机械的研究方向在机型上以中小型为主；在内容上以减轻劳动强度、提高生差率为主。 我国的草场面积与美国大体相同，但是牧草机械的保有量很少。如割、搂草机保有量仅为美国的1％。20世纪80年代，日本方捆机的保有量为2．3万台，而我国20世纪90年代初的保有量仅为日本的0．2％。20世纪70年代中期，美国圆捆机保有量为10万台，而我国目前的保有量仅为0．1％，我国牧草机械化水平与国外发达国家相比还有相当大的差距。 (1)由于我国在相当长的一段时期内，农业生产的主要任务是解决温饱问题， 重点放在粮食作物的种植与生产上，忽视了畜牧业生产，在一定程度上影响了牧草机械的发展。 (2)在20世纪80年代中期以来，国家对草地畜牧业投入不足，使得许多牧草机械制造企业纷纷减产，有的甚至破产关闭，使得我国与国外同类产品的制造能力和水平进一步拉大距离。 (3)现有牧草机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多，可靠性差。往复式割草机工作半天即需磨刃，使用可靠性不到80％，国外搂草弹选工作6000亩，断齿率为4％'---5％；我国的产品同样作业量断齿率为20％一--30％。在相同作业条件下，我国的牧草捡拾压垛机完成的工作量与国外同类机型相差一半。 (4)牧草机械产品品种不全，成套性差，美国的约翰迪尔公司牧草机械有13个品种44个机型；纽荷兰公司有12个品种25个机型，牧草捡拾装载车多达21个机型，可供各种经营规模的用户选择。我国牧草机械初步形成了散草、方捆、圆捆、压垛作业工艺系统，但每种作业机械多为单一机型。各种作业工序间机具与动力配套性差，用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，因此机具的使用效率不高。 (5)产品水平高低是衡量该行业整体科学技术水平的重要标志之一。我国已经定型的牧草机械大部分属国外20世纪80年代以前的技术水平，30多年来基本没什么改进。其原因是多方面的，但生产制造工艺水平低是关键因素，现在牧草机械制造企业工艺技术装备落后、老化，生产设备大多是20世纪80年代以前的设备；科研投入不足，开发能力差，使得产品更新换代缓慢，也是造成牧草机械技术水平低的重要因素。 20世纪90年代，我国牧草机械市场出现转机，1999年销售2．56万台，比上年增长173％，牧草机械产品出现畅销势头的主要原因：一是国内草原生态建设和退耕还草发展加快；二是国家和地方大力支持草畜业和节粮型畜牧业投资加大。 1.2.5牧草机械发展的趋势和机遇 随着人工种植草场的发展，切割压扁机等市场需求迅速增加。种植草场牧草收获离不开割草机、摊晒机、捡拾压捆机。中央确定到2010年要完成8300万亩的人工草地和治理草地的面积，若其中20％采用机械收获，按每年333万亩草场配备一台切割压扁机与之配套的摊晒、捆草、缠膜等机具，则需50000台(套)。预计到2010年，国内需求约为10万台。由于国内上述机具不能满足市场需求，用户开始大量进口国外牧草收获机具。因此，必须加快我国牧草机械产业化的步伐，以适应市场的需求。20多年的改革开放和西部大开发的实施，使我国经济发展到了一个新的水平，国家政策和经济形式为牧草生产机械带来新的发展机遇，农业产业结构调整为牧草生产机械化发展提供了广阔的空间。近几年畜牧业的快速发展，牧草生产机械化已成为西部农业机械化发展新的增长点。 (1)国家政策和经济形势为牧草生产机械化带来了新的发展机遇，农业产业结构调整为牧草生产机械化发展提供了广阔的发展空间； (2)牧草机械为牧草生产机械化发展提供物质基础和保障； (3)国家政策扶持和多元化投入机制将促进牧草生产机械化的发展。H刮 我国加入WTO后，有利于促进技术成果的国际合作、交流和应用，引进和吸收国外先进技术，高起点地发展适合我国国情的牧草机械，有利于畜产品的出口，带动牧草收获机械工业的发展。国内的牛羊价格低于国际市场价格，在国际市场上具有一定的竞争力，这将推动我国畜牧业发展，从而推动牧草机械制造业的发展。农机草畜互促，形成农机与草畜业发展的良性循环。 (1)促进了农机事业的发展。通过实施牧草机械化作业，农民群众深刻认识到，机械化不仅是农业产业结构调整的必要条件和重要保证，而且对于提高农业效益，增强抗御自然灾害能力，促进农民增收，加快奔小康步伐都具有不可替代的地位和作用，从而大大提高了购置和利用农业机械的积极性。 (2)促进了牧草业的发展。自全面实施牧草机械化作业以来，广大农民认识到牧草生产广阔的发展前景，逐步转变了仅在差地种植苜蓿的习惯，舍得拿地力和水浇条件好的良田种植苜蓿。实施牧草机械化作业，大大提高了牧草的生产效率和收割、打捆、贮存等作业标准，为实现牧草的产业化经营创造了十分有利的条件。 (3)促进了畜牧业的发展。苜蓿是高质量的畜牧饲料，长期食用苜蓿的牲畜具有成活率高，生长速度快，产肉、产奶量高、质量好等特点。牧草机械化推动了牧草业的快速发展，进而推动了畜牧业的快速发展。 目前，国外牧草收获机械当以美、德、法、意、日处于领先地位，尤以德国斯通公司生产的往复式割晒机和法国库恩公司生产的旋转割草机为先。我国以海拉尔牧业机械总厂、宝昌牧业机械厂和新疆牧业机械厂生产的牧草收获机械为优。国外牧草收割机总的发展趋势以往复式和旋转式切割器为切割部件，以后悬挂侧幅大型为主。 随着种植结构和畜种结构调整，我国人工草地面积正在不断扩大，我省紫花苜蓿留床面积目前为53．3万亩，约占全国总面积的34％，苜蓿产业已趋规模化。而苜蓿收获机械化技术仅仅停留在初级阶段，大部分紫花苜蓿的收获仍然以人为主。中小型牧草收割机有着广阔的市场前景。 1.3 本课题研究的内容及需要解决的关键技术 1.3.1 研究内容 1．机具类型与配套动力选择 (1)工作平稳，对不同牧草的适应性强，适应于收割稠密、倒伏和缠连的牧 草，能以6-10km／h的速度作业，生产率高； (2)能够用小四轮拖拉机配套作业，功率消耗低、效率高、经济实用。 2．切割器起落(升降)机构的研究及参数确定 (1)牧草切割器的设计研究与参数确定； (2)机具与小四轮拖拉机的挂接设计； (3)水平升降研究，仿形效果好； 3．传动机构的研究 4．机具的总体结构设计和零部件的受力分析 1.3.2本课题需要解决的关键技术 本课题的技术难点是配套动力和连接方式。目前我市乃至全省15"-20马力小四轮拖拉机居多，与同类机型配套的双圆盘割草机数量很少，性能、质量及连接方式需要改进，与之相关的整机结构重量与小四轮拖拉机动力不配套。所以本课题要解决的关键技术有： 1．机具结构类型的选择与设计 2．机具与拖拉机的挂接机构设计 3．机具传动方案的确定 4．切割器刀片速度的选择与确定 5．传动比的分配与动力参数的确定 1.4 研究方法技术方案设计指标 1.4.1 研究方法 1．利用检索方法进行中外文资料收集 2．国内部分圆盘式割草机的调查研究 3．利用机械设计原理进行计算 4．进行田间试验和测试 1.4.2设计技术方案 图1-1 设计方案框图 第2章 双圆盘牧草收割机工作原理及方案设计 2.1 收获对象的特点及其对收获机械性能的要求 2.1.1收获对象及其特点 双圆盘割草机的收获对象为豆科牧草和禾本科牧草，主要是豆科牧草(紫花苜蓿)。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且适1：3性好，收获量大，具有很好饲用价值，可做精饲料代用品。但其品质随生长量的增加而下降，开花期收割比孕蕾期收割粗蛋白含量下降1／3～1／2，胡萝卜素含量减少1／2"-'5／6，特别是干旱、光热强光照射下加速衰老，草品质迅速下降，因此，紫花苜蓿最佳收割时间为孕蕾期一初花期，过了这个时间，蛋白质含量会降低，影响产品质量。而这个时间一般只有10"--"15天，仅靠人工难以完成整个收获工作，因此，收获作业则必须借助牧草收获机械完成。 2.1.2收获对象对机械性能的要求 1．由于牧草稠密多汁，因此，切割速度比收割谷物要快。 2．为提高牧草收获量，要求尽量低割，因此，切割器应接近地面，并能很好适应地形； 3．牧草收获机械工作条件恶劣，刃口应具有自磨性能，刀具应具有保护装置； 4．应具有灵活的起落机构，以便遇到障碍物时，能在1～2秒钟内将切割器升起； 5．割下来的牧草能均匀铺放于地面，且厚度适当，尽可能减少机器对牧草的滚压和翻动，以降低牧草的收获损失； 6．结构简单，使用维修方便，技术经济指标先进。 2.2 设计原则 1．牧草收割作业季节性强，作业时间有限，故应采用工作机与动力机分离式。动力由小四轮拖拉机皮带输出。本机采用前悬挂式连接方式，由小四轮拖拉机液压油缸作为提升动力。切割器用旋转式上传动圆盘切割器； 2．本机选用旋转式(回转式)切割器，对牧草的适应性强，特别适应于稠密、倒伏和缠连的牧草，工作平稳，生产率高；3．旋转式切割器转速较高，设计中应考虑到运动件和切割器的安全防护问题；4．左、右两个切割器采用通过机架刚性连接，作业时两个刀盘上的刀片转向相反，以保证牧草集垄和铺放整齐： 5．降低整机生产成本，以提高经济性。 2.3 总体方案 根据作业约束条件和设计原则，机具采用前悬挂式作业方式，主要由平行四连杆升降机构、机架、圆盘式切割装置、传动机构、甩草筒、防护栏等几部分组成。结构示意如图2．1、图2．2。 图2-1双圆盘割草机结构示意图(主视) 图2—2双圆盘割草机结构示意图(俯视) 卜拖拉机飞轮皮带轮2一四连杆升降机构3一机架4一甩草筒5一切割器滑底 6一切割器上刀盘7一刀片8一防护栏 2.4 技术要求 1．切割器是割草机的关键部件，其动力参数及结构设计非常重要； (1)刀盘直径、刀盘数和刀片数的选择与确定。刀盘直径的大小将影响割草机的功率消耗。减小刀盘直径，功率消耗和损失都将减小，但刀盘过小时，同一工作幅所需的刀盘数将增加，从而增加传动机构的复杂性。 (2)旋转式切割器工作时，刀片的运动由圆周运动和前进运动合成。 (3)刀片通过销链的方式固定在刀盘上，要求安装方便可靠。 (4)左、右刀盘反向旋转，保证牧草切割后甩草在中间，并集成草铺。 (5)作业时，上刀盘与刀片以一定转速旋转，而下刀盘(滑底)可自由转动。 2．甩草装置。设计合理的甩草装置，防止作业时牧草缠绕，并顺利地将割下的牧草甩向后方，集成草铺； 3．机架。要求将两个切割器连接成一体，并安放齿轮箱、连轴器、平行四连杆机构的挂接零部件； 4．四连杆升降机构。要求以拖拉机液压作为提升动力，可以使整个机具垂直升降，满足机具作业或运输状态的升降需要。同时，通过它将割草机悬挂在拖拉机的前方； 5．传动机构的设计。设计合理的传动方式，确定参数和传动比，满足各项切割功能要求； 6．安全防护措施。刀片、转轴等运动件外部增设安全的防护栏、防护罩、警示牌等，提高安全性。 2.5 工作原理 机具通过平行四连杆机构和辅助挂接件悬挂于拖拉机前方，动力由拖拉机飞轮皮带轮传入，机具的升降由拖拉机液压提升，同时接合动力切割器开始旋转，刀片销链在刀盘上，通过高速旋转割下牧草。两个刀盘反向旋转，牧草割下后倒向机具中间，通过甩草筒甩集成垄，完成切割作业。 收割机构由机架、传动箱总成、刀片固定圆盘总成、刀片挡泥板组合件等组成。 2.6 整机机构 该机为双圆盘牧草收割机。收割机构工作动力及行走动力由配套拖拉机提供，且统一控制。 2.7 收割机构方案设计 2.7.1 整体框架结构 本机构是与拖拉机配套的机具，拟采用悬挂式悬挂于拖拉机后桥后面。可通过液压升降来调节深浅。整体框架结构见下图2-3： 图2-3 整体框架结构 2.7.2 传动及收割作业机械部分 本机构的传动及作业机械拟采用如下图2-4所示结构方案。该方案主要利用齿轮传动来传递动力，具有传动功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。不过对制造及安装精度要求高，且成本相对较高。 图2-4 收割机构传动及作业机械示意简图 1.减速器输入轴 2.减速器小锥齿轮 3.减速器大锥齿轮 4.减速器输出轴 5.刀片 6.刀盘 7.甩刀输出轴 8.齿轮传动组 工作时，配套动力由万向节经减速器输入轴1输入，经一级锥形减速器减速转向后，由减速器输出轴4传到齿轮传动组件8，再经甩刀输出轴7传到刀盘6及刀片5上，最终实现刀片5的收割作业。 淮海工学院二〇一七届本科毕业设计（论文） 第 43 页 共 44 页 第3章 双圆盘牧草收割机收割机构结构设计计算 经过设计方案的确定，需要对一些关键零部件进行设计。主要设计的部分有机架的设计，减速器的相关设计，以及从减速器输出轴到刀盘总成之间的齿轮传动装置的相关设计。 3.1 设计的原始参数 主要技术参数：匹配动力：40-55马力；圆盘直径：40-50mm。 选择配套动力：36.8kw（拖拉机50马力） 发动机输出转速：632r/min 收割速度： =5.5m/s（满足收割率≥90%的要求） 刀齿进给量：S=50mm （满足收割后碎茬长度≤80mm的农业生产要求） 收割深度：h=50mm 收割刀轴转速：V=1250r/min 外形尺寸（长mm×宽mm×高mm）： 2330×600×1100 3.2 设计计算说明书 3.2.1 机架的设计 根据机具的配置和外形尺寸的需要，并考虑机架能有足够的强度和刚度，且又形状简单，便于制造，能与配套拖拉机更好的连接，本机采用框架结构。机架上部为两根主梁，成人字形焊接，主要与配套拖拉机连接；下部为工字型框架，其两端安装有两个地轮，用于承载支撑传动总成与收割工作部分。机架材料拟采用45钢或Q235。 具体结构设计图见附图。 3.2.2 减速器的设计 （1）减速器类型的选择 为了满足工作机工作需求和动力机方便放置，减速器输入轴和输出轴位置需布置成垂直相交。故，本设计选用一级圆锥直齿轮减速器。 （2）确定传动比i 已知配套拖拉机动力输出轴转速为632r/min，收割刀轴转速为1250r/min。故，计算出传动比为： i=632/1250=0.506 （3）齿轮传动设计 ①输入功率=Pη 式中：联轴器效率η=0.99（查[1]得） =36.8×0.99=36.4kw 主动轮转速 =632r/min 主动轮传递的转矩 =9.55×/=9.55×106×36.4/632=5.5×N·mm ②选齿轮材料及热处理方法 查[2]P211表12.7 主动轮用40Cr调质处理，齿面硬度HB241~286；从动轮用40Cr调质处理，齿面硬度HB241~286。（查[2] P221表12.7） ③选择齿宽系数 查[2]P222表12.13，选=0.3 ④选择齿轮精度 查[2]P207表12.6选7级精度，估计节点圆周速度V<8m/s。 ⑤选齿轮齿数 =29 = i=0.506×29=14.7，取=15 (当轮齿有轻微根切时，增大了齿根圆角，对轮齿抗弯强度有利，故工程上允许轮齿产生轻微根切，这时可取=14) μ=29/15=1.93 ⑥极限应力 接触极限应力 =1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/ =1.33HBS+366.7=241×1.33+366.7=687.2N/ 弯曲极限应力 =0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/ =0.844HBS+377.9=0.844×267+377.9=603.2 N/ ⑦按齿面接触疲劳强度设计 ≥ 使用系数=1.0 查【2]P215表12.9。 动载系数 =1.15 查【2]P216图12.9。 齿间载荷分配系数和: 估计 <100N/mm cos===0.8879 cos===0.4600 ===32.66 ===32.61 =[1.88-3.2(1.68 齿向载荷分布系数: 载荷系数: 弹性系数 ([2]P221表12.12，钢-钢) 节点区域系数 接触最小安全系数 （[2]P225表12.14，一般可靠度） 故将数据带入上式计算得： ≥103.8mm 计算模数 m= /=103.8/29=3.58 取m=4(查[2]P206表12.3) 齿轮1分度圆直径 =m=4×29=116mm 验算圆周速度 与原估算相符 验算 R= b=R=0.3×65.299=19.6mm 取b=20mm = ，与原估算相符。 ⑧校核齿面接触疲劳强度 齿宽系数=b/R=20/65.3=0.306 齿面接触疲劳强度满足要求 ⑨齿根弯曲疲劳强度校核 齿形系数 (查[2]P247图12.30) 应力修正系数 (查[2]P248图12.31) 弯曲最小安全系数 (查[2]P225表12.14) 尺寸系数 (查[2]P232图12.25) 需用弯曲应力 齿根弯曲疲劳强度有较大富余。 ⑩齿轮结构设计 大齿轮结构设计： 大齿轮工作图见附图 小齿轮结构设计： 小齿轮工作图见附图 （4）减速器轴承的选择与校核 ①轴承类型的选择： 圆锥齿轮减速器其轴承上同时受径向和轴向联合载荷，故输入轴选用角接触滚珠轴承；由于输出轴径向载荷较大、轴向载荷较小，故可选用深沟滚珠轴承。 轴承型号的选择: 角接触滚珠轴承选7208AC (GB/T292-94) 深沟滚珠轴承选 6206 （GB/T276-94） ②校核计算 轴承的工作条件和主要参数 项 目 工作条件和参数 名 称 角接触滚珠轴承 深沟滚珠轴承 型 号 7208AC 6206 基本额定动载荷 35.2KN 19.5KN 基本额定静载荷 24.5KN 11.5KN e 0.68 0.42 X,Y X=1，Y=0 X=0.56，Y=1.04 径 向 载 荷 轴 向 载 荷 载 荷 性 质 有强大冲击 转 速 632r/min 1250r/min 寿 命 3000~8000h 上表中有关数据有[2],[3]差得。 输入轴轴承计算简图 输入轴轴承校核计算 A轴承的径向载荷 B轴承的径向载荷 A轴承的附加轴向载荷 B轴承的附加轴向载荷 (查[2]P371表18.4) 轴有向右跑的趋势，B轴承承受 力 A轴承的轴向载荷 B轴承的轴向载荷 冲击载荷系数 （查[2]P375表18.8） A轴承的当量动载荷 X=1，Y=0 B轴承的当量动载荷 X=1，Y=0 > ，应按B轴承校核寿命 该轴承的寿命满足要求。 同理，对输出轴深沟滚珠轴承进行校核计算得： 故亦满足设计要求。 （5）输入、输出轴的设计 ①运动和动力参数计算 轴名 功率（KW） 转矩（N•mm） 转速(r/min) 传动比i 效率η 输入 输出 输入 输出 动力机输出轴 36.8 55000 632 1 减速器输入轴1 35.7 35.0 53350 52283 632 0.506 减速器输出轴2 34.3 32.6 26995 26455 1250 表中、分别为万向联轴器、轴承和单级锥齿轮减速器的传动效率。由[3]P5表1-7查的(吴宗泽等编.<<机械设计课程设计手册>>，高等教育出版社，1999年) ②输入轴的结构设计： 估算轴径 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假设轴材料为40Cr) 根据锥齿轮的设计尺寸数据和所选用的轴承，画出其结构草图。 右端采用矩形花键与配套动力连接，其型号： （GB/T1144-2001） 与齿轮连接处采用普通圆头平键连接，其型号：键 （GB/T1096-2003） 其结构简图见图3.1a 轴的空间受力分析： 把两滚动轴承简化为铰支，作用点在其中点处；把作用在齿轮和联轴器上的力简化成集中力，弯矩从轮缘中点开始，扭矩从轮毂中点开始。右端联轴器有方向不定的径向力作用。 查手册知联轴器的 方向不定，按最危险情况考虑。空间受力简图见图3.1b。 垂直面受力分析与弯矩计算： 垂直面受力图见图3.1c 轴承A、B的支反力： D点弯矩为： 从左端计算 从右端计算 可见计算正确。 垂直面弯矩图见图3.1d 水平面受力分析与弯矩计算： 水平面受力图见图3.1e 轴承A、B的支反力： D点弯矩为 水平面弯矩图见图3.1f 初步合成弯矩： 从左端算起 从右端算起 初步合成弯矩图见图3.1g 联轴器径向力 弯矩图： 轴承支反力： B点弯矩 联轴器径向力 弯矩图见图3.1h 合成弯矩图： D点弯矩： 从左端算 从右端算 B点弯矩： 合成弯矩图见图3.5i 扭矩图： 扭转切应力按脉动循环变化，应力校正系数 （[2]P315表16.3） 扭矩图见图3.1j 计算弯矩图： D点弯矩： 从左端计算 从右端计算 B点弯矩 E点弯矩 从左端计算： 从右端计算 计算弯矩图见图3.1k 图3.1 轴的计算图 ③按弯矩校核该轴的强度 由计算简图可以看出，D截面或B截面是危险截面。 D截面校核 查[2]P332表7,得D截面抗弯截面系数 查[2]P315表16.3 ,安全. B截面校核 B截面的抗弯截面系数 < ，安全。 该轴结构设计图见附图. 同理,对输出轴进行结构设计,经按弯矩校核该轴强度，亦满足要求。 其结构设计图见附图。 （6）减速器箱体的设计及其润滑 根据齿轮及轴的尺寸，并依据齿轮传动的位置，设计其结构和尺寸大小。具体结构图见附图。 减速器的润滑：一、减速器中齿轮的润滑采用润滑油润滑，方式为油池浸浴润滑；二、减速器中轴承的润滑采用润滑脂润滑。 3.2.3 齿轮传动组总成的设计 根据设计要求，本收割机构工作行数为5行，故需要设计5个刀盘输出轴，且各轴输出转速相等。所以，各轴之间的齿轮传动总传动比均为i=1。 考虑到各轴及各轴之间的齿轮传动具有很大的相似性，故只需对其中一轴及一对齿轮传动进行设计校核即可。 （1）中间刀盘输出轴与其右侧一轴之间的齿轮传动的结构设计 本收割机构的外形总长L=2330mm，故两轴之间的距离 考虑其他辅助装置的长度，取 。 齿轮传动的设计： ①选用圆柱直齿轮传动 输入功率 主动轮转速 主动轮转递的转矩 考虑到两轴之间的距离太大，为了节省成本，故拟采用两组相同且传动比互为倒数的齿轮传动来实现两轴之间的动力传动。取其一传动比 ②选齿轮材料及热处理方法 查[2]P211表12.7主动轮用40Cr调质处理，齿面硬度HB241~286；从动轮用40Cr调质处理，齿面硬度HB241~286。 ③选择齿宽系数 查[2]222表12.13，选=0.3 ④选择齿轮精度 查[2]P207表12.6选7级精度，估计节点圆周速度V<10m/s。 ⑤选择齿轮齿数 ⑥按齿面接触疲劳强度设计 式中:系数 齿轮的接触疲劳极限 许用接触应力[] 故有： 计算模数 取m=3.5 齿轮3分度圆直径 齿轮的计算齿宽 取 中心距 ⑦校核齿面接触疲劳强度 节点线速度 （在原预计V<10m/s范围内） 使用情况系数 查表得： 动载系数 齿向载荷分布系数 查[2]P217表12.10 齿间载荷分配系数 重合度系数 载荷系数 弹性系数 ([2]P221表12.12，钢-钢) 节点区域系数 接触最小安全系数 ([2]P225表12.12,一般可靠度) 应力循环次数 接触寿命系数 齿面接触疲劳强度安全。 ⑧校核齿根弯曲疲劳强度 齿形系数 (查[2]P229图12.21) 应力修正系数 (查[2]P230图12.22) 弯曲最小安全系数 （查[2]P225,表12.14，一般可靠度） 弯曲寿命系数 : 尺寸系数 ([2]P232图12.25) 弯曲疲劳极限 许用弯曲应力 可见齿根弯曲疲劳强度有较大富余。 ⑨对大小齿轮进行结构设计 大齿轮： 分度圆直径 齿顶圆直径 取 取 取n=2mm 轮毂长L=(0.5~1.0)=31~62mm ，取L =32mm。 大齿轮工作图见附图 小齿轮： 分度圆直径 齿顶圆直径 取 取 取n=2mm 轮毂长L2=(1.2~1.5)=32.6~42mm ，取L2 =42mm。 小齿轮工作图见附图 （2）键及轴承的选择 该轴上端用花键与减速器及传动齿轮连接，中部用一轴承支撑，下部悬挂刀盘等收割工作装置。 上端采用矩形花键连接，矩形花键型号： （GB/T1144-2001） 与刀盘连接处采用普通圆头平键连接，其型号：键 （GB/T1096-2003） 轴承选用深沟滚珠轴承 6206 （GB/T276-94） （3）刀盘输出轴的设计 ①运动和动力参数计算 轴名 功率（KW） 转矩（N•mm） 转速(r/min) 传动比i 效率η 输入 输出 输入 输出 减速器输出轴 34.3 32.6 26995 26455 1250 1 刀盘输出轴 32.6 31.9 26455 25926 1250 表中为轴承的传动效率。由[3]P5表1-7查的(吴宗泽等编.<<机械设计课程设计手册>>，高等教育出版社，1999年) ②刀盘输出轴的结构设计： 估算轴径 ，查[2]P314表16.2,取C=102(假设轴材料为40Cr) 根据锥齿轮的设计尺寸数据和所选用的轴承，画出其结构草图。 其结构简图见图3.2a 轴的空间受力分析： 把滚动轴承简化为铰支，作用点在其中点处；把作用在齿轮上的力简化成集中力，弯矩从轮缘中点开始，扭矩从轮毂中点开始。下端刀盘处有扭矩作用，作用点在圆头平键中点处。 其中：D为刀盘工作旋转半径，方向不定。 空间受力简图见图3.2b。 垂直面受力分析与弯矩计算： 垂直面受力图见图3.2c 轴承的支反力： B点弯矩为： 从左端计算 从右端计算 垂直面弯矩图见图3.5d 水平面受力分析与弯矩计算： 水平面受力图见图3.5e 轴承的支反力： B点弯矩为： 水平面弯矩图见图3.5f 初步合成弯矩： 从左端算起 从右端算起 初步合成弯矩图见图3.5g A点弯矩： 合成弯矩图见图3.5i 扭矩图： 扭转切应力按脉动循环变化，应力校正系数： （[2]P315表16.3） 扭矩图见图3.5j 计算弯矩图： B点弯矩： 从左端计算 从右端计算 A点弯矩 计算弯矩图见图3.5k 图3.5 轴的计算图 ③按弯矩校核该轴的强度 由计算简图可以看出，B截面或A截面是危险截面。 B截面校核 查[2]P332表7,得B截面抗弯截面系数 查[2]P315表16.3 ,安全. A截面校核 A截面的抗弯截面系数 < ，安全。 该轴结构设计图见附图. 3.2.4 刀盘总成的设计 根据已设计的减速器输出轴的相关数据及工作轴之间的距离尺寸，合理的选择外廓设计尺寸。材料选用Q235。 刀盘和刀片及其相关零件的具体结构设计详见后附工作技术图纸。 第4章 结 论 4.1 结论 1．该机适应性强。该机具由各种小四轮拖拉机作为配套动 力，符合农村农机动力配套特点。适合各种牧草的收获，适应性强。 2．结构合理，性能优良。本机具在设计中，总结了现有单圆盘割草机及同类机具的优点与不足之处，进行了改进完善。采用了平行四连杆升降结构，使机具能够垂直起落，仿形效果好。整机采用小四轮拖拉机液压系统作为提升动力，机具起落控制方便、到位，机具传动紧凑，功耗小，降低了成本；作业质量好，达到了设计标准和要求。 3．生产效率高。与同类机具相比该机具有结构紧凑，刀盘水平升降，刀片质量更高，作业更安全且成本低廉的显著优点。 4.2存在的问题 1．齿轮箱和机具横梁均采用碳素结构钢(钢板，槽钢)制成，虽然缩短了研发周期，但也增加了机具的成本。 2．由于拖拉机的型号不同，其前端的挂接梁位置，尺寸也不同，受此影响，机具与拖拉机的挂接匹配性较差，应改进挂接机构的通用性。 参考文献 [1]盛国成．9GQX--137型前悬挂割草压扁机的研制[J]．山东农机：2004，8：14～16. [2]东北农学院主编．畜牧业机械化[M]．北京农业出版社：1980．1：110 [3]盛克柱．纽荷兰几种牧草收获机械的特点[J]．新疆农机化：2001，4：40 [4]张文静．牧草收获机械的现状、机遇及发展[J]．农村牧区机械化：2001，l：18～19. [5]金光农业网．我国牧草机械发展落后原因分析[J]．2003，7：1 [6]徐秀英．小型牧草收获节些的设计[DI．南京农业大学：2004：6 [7]中国机械信息网．我国草业畜牧业机械市场前景广阔(3)[J1．2002，7：7 [8]杨敏丽牧草生产机械化西部农业机械化发展新的增长点[J]．中国农机化．2000，4：8～10 [9]甘谷兴农网．推进牧草生产机械化力促草业经济大发展[J]．2004，1l：10 [10] [波兰]CZ卡那沃依斯基．收获机械[M]．中国农业出版社．1983：10 [11]东北农学院主编．畜牧业机械化[M]．农业出版社．1981．8：第一版8．122 [12] 机械设计及其手册.2003年后各种版本 [13] 濮良贵、纪明刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2001 [14] 中国农业机械化科学研究所.农业机械设计手册[K]. 北京:机械工业出版社,1988 [4] 毛罕平.陈翠英秸秆还田机研制现状, 1996(02) [15] 吴子岳,高焕文,陈君达.秸秆切碎灭茬机的模型研究与参数优化.农业机械学报, 2001(05) [16] 杨秀霞.牧草收获机械化技术试验研究分析.甘肃农业大学硕士学位论文，2008 [17]北京农业工程大学主编．农业机械学(下)[M]．北京农业出版社，1989：1I"-'45 [18]中国标准出版社第一编辑室编．中国农业标准汇编农牧机械卷下册[M]．中国标准出版社，1997．8 [19]杨敏琴．材料力学[M】．北京：机械工业出版社，1994 [20]邱宣怀．机械设计[M】．高等教育出版社，1997 [21]杨汝涛．现代机械设计一系统与结构[M】．上海科学技术文献出版社，2000．8 [22]龚桂义主编．机械零件课程设计图册[M】．人民教育出版社，1981 [23]成大先主编．机械设计手册(第三版，1．3卷)[M】．化学出版社，1984．8 [24]刘惟信．机械最优化设计(第二版)【M】一匕京清华出版社，1994．9 [25]Wwlborn-W--W．Okra pod harvester and cutterOfficial-GazeRe—of-the—United—States- Patent．and—Trademark．Office-Patent．S．June 23．1998，1211(4)：3551 [26]Bansal-Gandhi—SC．Dynamic performance of chaff-cuRer type thresher．Journal-of-Research-Punjab-Agricultural·University．1998．35：1～2，73"85．5ref [27]Getz-B-L．Crop mover for rotary disc CURer．Official·GazeRe·of-the-United-States-patent-and—Trademark—Office-Patents．Feb 10 1998，1207(2)： 939 [28]Bansai,NK．Rsaper an improved wheat harvester Haryana—Fanning．1988，17：13～15 [29]Karadzic-B．Automatical regulation of load in wheat harvester．Savremena-P01jopfiwedna—Tehika(Yugoslavia)．Jul 1976，2(3)：37～47 [30]Kondrat'-ev-VN，Ignat'-ev-AV．Basis ofthe design ofthe NO·20