基于UG的棉花栽秧机的设计【三维UG】

基于UG的棉花栽秧机的设计【三维UG】,三维UG,基于,UG,棉花,栽秧,设计,三维 湖南文理学院芙蓉学院 毕 业 论 文 论文题目 基于UG的棉花栽秧机的设计 系 别 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） ××× 完成时间 2015 年 月 摘要 本文主要对棉花栽秧机的起获与覆土系统进行研究，并对该机挖掘与旋齿的主要部件和机构进行系统地设计计算和理论探讨。 棉花栽秧机总体结构设计：总体结构分为传动装置，覆土装置和挖掘装置。传动装置由万向联轴器、链传动传动组成；覆土装置通过连杆机构摆动栅条覆土筛实现棉花和土壤杂草的覆土；挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。 整机结构主要由拖拉机、机架、挖掘、传动、地轮构成。由拖拉机产生动力通过减速器和带轮将需要的动力传递到链轮上，链轮带动链条，从而带动覆土装置运动，将挖出的棉花运送到收集箱，同时通过抖动轮的作用使得棉花和泥土杂草覆土。 本论文研究内容摘要： (1)棉花栽秧机总体结构设计。 (2)棉花栽秧机工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4)对棉花栽秧机的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。 (7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 棉花栽秧机；拖拉机；棉花；机械设计 Abstract This paper mainly researched potato harvester of the seized and separation system, discuss the calculation and theory of system design and the main part of the machine mining and tooth and mechanism.The overall structure of potato harvester design: the overall structure consists of driving device, separating device and a digging device. The driving device is composed of a universal coupling, chain transmission component; separation through the connecting rod mechanism of swing bar screen to achieve the separation of weeds in potato and soil; mining shovel shovel, shovel by independent film fixing plate and angle regulating mechanism. The structure is mainly composed of tractor retarder, jitter wheel, motor, rack, a digging shovel, transmission chain, wheel. The tractor to generate power through a speed reducer and a belt wheel will need power delivered to the chain wheel, chain wheel drives the chain, thus separating device movement, to carry out the potatoes into the collection box, at the same time by shaking wheel function caused the weeds of potato and soil separation. Abstract this thesis research: (1) the overall structure design of potato harvester. (2) analysis of potato harvester working performance. (3) the choice of motor. (4) on the transmission system, potato harvester executive components and frame design. (5) the design of components for the design calculation and check. (6) the use of computer aided design, 3D modeling on Design of parts. (7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design. Key words: potato harvester, tractor, potato, mechanical design 目 录 摘要 II Abstract III 第一章 基于UG的棉花栽秧机绪论 1 1.1 棉花栽秧机研究意义 1 1.2 棉花栽秧机研究内容 2 1.3 棉花栽秧机研究方法 3 第二章 棉花栽秧机总体方案的设计 4 2.1棉花栽秧机整体布局的设计 4 2.2棉花栽秧机工作原理 4 2.3棉花栽秧机主要性能参数 5 第三章 棉花栽秧机传动比的确定 6 第四章 棉花栽秧机机械传动部分计算 6 4.1功率的计算 6 4.2传动比 6 4.3链轮之间的链传动设计 7 4.3.1 设计要求 7 4.3.2 设计过程 7 4.4 轴的设计 9 4.4.1链轮上力的计算 9 4.4.2材料 9 4.4.3计算轴的最小直径 9 4.4.4轴的结构设计 10 4.5轴的校核 10 4.6 键的校核 12 4.7 轴承的校核 13 第五章 棉花栽秧机主要部件的设计 15 5.1 挖掘部件的设计要求 15 5.2挖掘装置的设计 15 5.2.1挖掘铲的构成 15 5.2.2挖掘铲的设计 15 5.2.3铲体总宽度 16 5.2.4铲体总长度 19 5.3 覆土部件的设计 20 5.4 地轮和机架的设计 21 5.4.1 地轮的设计 21 5.4.2 机架部分的设计 21 第六章 三维图的设计 22 结论 24 参考文献 25 致谢 26 第一章 基于UG的棉花栽秧机绪论 本课题研究的意义、 内容及方法： 1.1 棉花栽秧机研究意义 1)随着人力成本的提高、大量农村劳动力向城市转移、我国城市化进程的加快、劳动力的的减少经以及成本的提高等，因此棉花种植区急需机械化作业代替人工作业。甘肃是全国棉花的主要产区，但98%以上的棉花种植和收获仍然采用人工挖掘或牧畜犁翻开沟点种和收获等原始的生产方式进行作业，存在着劳动强度大，费时费工，损失率高，不便贮藏等缺点[5]，甘肃定西为国家级棉花之乡，但其机械化水平仅为1%，大部分收获完全靠人工作业方式，作业手段落后，劳动强度大，生产效率低，有时在冬季封冻之前不能完成收获作业，给棉花种植户造成很大的经济损失。因此，棉花种植区急切需求能够适应种植区气候、土壤、环境、作物等特点的棉花栽秧机械。 2)棉花机械化收获是产业化发展的需要。要发展棉花产业，首先应实现棉花种植及收获机械化，棉花种植及收获机械化离不开性能优良的收获机械，因此研发适合我国农艺种植要求的新机具，尤其是棉花栽秧机械，显得尤为重要[6]。2005年8月省人民政府和中国农业科学院签订了棉花产业科技合作协议，这标志着甘肃省棉花产业发展迈上新台阶。但甘肃棉花种植、中耕作业以及收获机械化落后，机械化水平达不到1%的水平，严重制约着甘肃棉花产业的进一步发展。解决这些问题，把这一特色产业做大做强，就必须依靠科技，把先进的科学实用技术运用到棉花的育种、种植、加工等生产环节，延长产业链、提高产品附加值，真正使科学技术成果转化为现实生产力，促进农民增收得实惠、农业发展有后劲。 3)当前，棉花收获多采用犁翻人捡，费工、费时，漏薯和伤薯现象严重，制约了农民种植的积极性。棉花收获的难题是棉花的掘出、集中、分捡(需回收2遍)，为了扩大棉花生产的规模，需走机械化发展的道路。我国虽然有十几家棉花栽秧机的科研、生产单位，研制生产出了不同类型的棉花栽秧机械，但其明薯率低、伤薯率较高，劳动强度大，费时费力，输送系统的工作性能直接影响着这些重要指标，因此，对输送系统等部件进行机理研究具有现实意义。 4)提高覆土率，降低伤薯率以及劳动强度的重点是输送系统的结构和输送工作诸机理的研究，包括输送性能与运动参数分析，参数优化设计。因此，在现有机型基础上不断攻关完善，对输送系统的工作机理进行分析研究，对影响工作性能的运动和结构参数进行优化，以提高覆土率，减少伤薯率，降低劳动强度，具有现实应用的意义。 5）我国棉花种植面积大幅攀升，这对我国棉花栽秧机械生产无疑是一个非常好的机遇，近几年各个行业对棉花的需求不断增加，随着全国农业机械化步伐的加快，棉花机械化生产的程度要求进一步提高，由此可以看出，棉花栽秧机械还存在巨大的发展空间。 6)棉花收获是时间紧，耗工多的一项作业。由于棉花生长期仅80～90天，集中种植区多在我国北部，气候寒冷，无霜期短，如收获过早，生长期不够，干物质积累少，影响产量和质量，如收获过晚，易遇霜冻，造成更大损失。而目前棉花收获主要靠人畜力，效率低，使收获期拖长，造成减产，严重制约棉花生产的稳定发展和效益的发挥。因此，稳定、扩大棉花种植而积，提高单位面积产量，促进生产发展，必须采用机械化收获。 1.2 棉花栽秧机研究内容 针对国内外棉花栽秧机械的主要问题，研制出一种挖掘、覆土、输送、集装等为一体的联合作业机械，该机采用了新型的覆土装置进行土薯覆土，完成覆土后可将通过输送装置输送到机械尾部，然后是覆盖在土壤的表面。本文主要对4TU-2型棉花栽秧机的起获与覆土系统进行研究，并对该机挖掘与旋齿的主要部件和机构进行系统地设计计算和理论探讨。国内外关于谷物联合收获机械输送系统的研究比较成熟，但是关于棉花栽秧机械中的覆土系统的精确理论分析和计算还比较欠缺。因此，针对以上问题，必须在挖掘与覆土工作性能方面有所突破，使其达到功耗小，适应性强、效率高、耐用性强，在满足损伤率和丢失率等农业要求的前提下，降低劳动强度，达到机械化收获的目的。其主要内容概括如下： 1)在满足棉花收获农艺条件的前提下，研究并确定该机挖掘与覆土系统各机构的主要参数。 2)研究并确定挖掘与覆土各组成部分的结构，并对其进行理论分析，使其结构、性能达到最佳。 3)棉花柔性输送系统的研究。在输送过程中极易伤害表皮，对储存极为不利，因此需在输送过程中研究应用新结构、新材料，避免在输送过程中损伤棉花。 4) 用AUTO-CAD画出各个组成部分的零件图纸。 1.3 棉花栽秧机研究方法 1)通过到我省棉花种植地进行实地考察，查阅大量的文献资料，吸收并借鉴国内外棉花栽秧机械及其它收获机械输送系统的成功之处，研究并确定棉花栽秧机起获与覆土输送系统的主要参数。 2) 对主要机构进行设计，并分析确定主要参数。 3）运用CAD软件对主要机构进行二维绘图 4）主要技术路线如下： 文献检索 调研 综合分析 提出预设计方案 确定主要参数 绘制图样 结构优化 改进 完善设计 26 第二章 棉花栽秧机总体方案的设计 拉机产生动力通过减速器和带轮将所需要的动力传送到链轮上，链轮带动链条从而带动覆土装置运动，将从挖掘铲部挖出的棉花向机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得棉花在输送的过程中实现棉花与土的覆土，而达到了覆土的目的。最后棉花落入收集箱中。 2.1棉花栽秧机整体布局的设计 本任务设计的棉花挖掘机与80-100马力的拖拉机配套作业，挂接方式为后悬挂，作业时需对行。该机主要由悬挂机架、转动输送筛、挖掘铲及铲架、切土圆盘刀、传动机构、摆动筛等机构组成。铲架通过螺栓安装在悬挂机架的侧板上，在铲架上安装有挖掘铲。在机架上焊有2点悬挂的地方，与拖拉机的悬挂机构相连。在机架中部安装有传动机构，它由传动箱、一对锥齿轮和传动轴组成。传动机构通过传动轴与拖拉机的动力输出轴连接，拖拉机的动力传动到转动输送筛和摆动覆土筛上，使转动输送筛转动，将挖掘出的棉花输送到摆动筛上达到覆土效果。转动输送筛的主动轴的转动作用由链条带动，从而使转动筛达到转动的效果。传动机构末端上有一偏心轮，偏心轮使与其相连的连杆一端作回转运动，在连杆另一端带动摆动筛使其摆动，使棉花和土壤达到覆土的效果。 其传动图如图4： 图4 传动图 1、万向联轴2、链轮 3、减速器 4、动力输出轴 5、输送链驱动轴 6、抖动轮轴 2.2棉花栽秧机工作原理 拖拉机通过悬挂机构牵引棉花栽秧机前进，拖拉机的动力输出轴与收获机的机传动机构通过传动轴相连接， 图1 移栽机机构图 （1）拖拉机后轮 （2）钵苗架 （3.地轮 （4）座位 （5）链轮43 （6）链轮17 （7）链轮17 （8）链轮17 （9）开沟器 （10）吊杯 （11）覆土板 （12）镇压轮 工作原理： 工作时，由拖拉机后轮（1）驱动，带动后面的机构前行，同时，地轮（3）在驱动力的作用下转动，带动和地轮（3）同轴的链轮，然后此链轮带动链轮43（5）转动，同链轮43同轴的链轮15被迫转动，继而将力传给链轮17（6），于是放有棉花钵苗的吊杯（10）在链轮（6），链轮（7）和链轮（8）的共同作用下转动。当到达图示位置时，吊杯在强制力的作用下打开，将钵苗放入由开沟器（9）开出的沟内，随后在覆土器（11）的作用下钵苗被固定，然后在镇压轮（12）的作用下，钵苗被牢牢压实，完成栽植工作。 为使结构简单，在工作过程中，由坐在座位（4）上的人将放在钵苗架（2）上的钵苗放到吊杯里面。根据拖拉机的速度和链条的长度，将吊杯设计成共六个均匀分布在链条上。 2.3棉花栽秧机主要性能参数 棉花主要性能参数见表1所示： 表1 棉花主要性能参数 作业行数 1行 、2行 挂接方式 悬挂式 配套动力 80-100马力轮式拖拉机 行距 60——100 cm（可调） 株距 35cm 送苗方式 人工送苗 第三章 棉花栽秧机传动比的确定 该多功能棉花栽秧机的配套动力为80-100马力的拖拉机， 80-100马力=59-73.5KKW 拖拉机其输出轴的转速为540r/min，通过一级链条传动， 第四章 棉花栽秧机机械传动部分计算 4.1功率的计算 1、输入功率的计算 选择拖拉机型选择功率80马力（功率为59KW）的柴油机。 2、 传动效率 查《机械设计手册》得： 减速器的损失：=0.97 链传动的损失：=0.96 滚动轴承：= 轴系效率：=0.98 由以上算出的总的传动效率： ==0.83 所以链轮的输出功率为 4.2传动比 根据传动比的一般分配原则，我们应该使各级传动的承载能力接近相等，考虑到在骑乘棉花栽秧机时一般分配的传动比为2.5左右，为了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为2.5的传动比。 4.3链轮之间的链传动设计 4.3.1 设计要求 确定链条型号、链节数、排数、链轮齿数、、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距、压轴力、润滑方式、张紧装置 已知设计条件：低速平稳运转，传动2.5。 链轮材料的选择 链轮的材料应当能够满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度＞40HRC～45HRC;高速、重载、连续工作时的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火（如用15、20Cr、12CrNi3等钢淬硬至55HRC～60HRC）或中碳钢、中碳合金钢表面淬火。 本多功能棉花栽秧机为中速、中载，所以采用中碳钢淬火处理，其硬度＞40HRC～45HRC。 4.3.2 设计过程 （1）选择链轮齿数、 在17-114之间选取齿数。 （2）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 ，查《机械设计》表9-6得 ，查《机械设计》图9-13得 ，由于是单排链，所以 故 （3）确定链条型号和节距 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速由《机械设计》图9-11得到。然后由《机械设计》表9-1确定链条节距p 。 确定链条型号为：08A 确定链条节距为：12.7 （4）计算链节距和中心距 初选中心距，按下式计算链节数 将圆整为偶数 链传动的最大中心距为： 式中，为中心距计算系数，查《机械设计》表9-7得=0.24907 （5）计算链速，确定润滑方式 根据链速V，查《机械设计》图9-14得，润滑方式为定期人工润滑 （6）计算链传动在轴上的压轴力 有效圆周力N 压轴力==1.10x59.49=65.439 N （7）设计总结 链轮 大链轮 小链轮 齿数 45 18 分度圆直径() 181.43 73.41 齿顶圆直径() 186 80.00 齿根圆直径() 173.51 65.49 分度圆弦齿高() 3.00 4.00 齿侧凸缘直径() <164.25 <58.71 节距() 12.7 轴间距() 623.148 链长() 1270 链节数() 130 链速() 0.57 链号 08A 4.4 轴的设计 4.4.1链轮上力的计算 转矩=9550000=9550000x48.15/150=1950110N.mm 4.4.2材料 可选轴的材料为45钢，调质处理。 4.4.3计算轴的最小直径 查《机械设计》表15-3可取=120， 由于轴的直径小于100mm，且由2个键槽，故将轴径增加15%，即 d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm 将轴径圆整为标准直径，取d=10 mm 4.4.4轴的结构设计 1、轴的外形结构 2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。 （1）、根据内径可得d67=30 mm，根据的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。 （2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。 （3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。 （4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。 （5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查《机械设计手册》的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。 （6）、4处为一定位轴肩，所以取d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。 至此已经确定了轴的各段长度和直径。 4.5轴的校核 需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差<%3）. 当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。 (2) 链轮上作用力的大小 压轴力 则 求垂直面上轴承的支反力画主要截面弯矩图 垂直面受力图 见图（b）主要截面弯矩图 见图（c） (3)求水平面上轴承的支反力，画主要截面弯矩图 水平面受力图 见图（d）主要截面弯矩图 见图（e） (40截面D处垂直面，水平面合成弯矩 弯矩图见图（f） 通过受力分析， 最大挠度： 查【1】表3-12许用挠度； 。 4.6 键的校核 键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得 可见连接的挤压强度足够了，键的标记为： 4.7 轴承的校核 ⑴、轴轴承的校核 Ⅰ轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对Ⅰ轴未端的滚子轴承进行校核。 ②轴传递的转矩 ∴ 受力 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为: 在水平面： 在水平面： ∴ ④因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： ⑤轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。 ⑵、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。 第五章 棉花栽秧机主要部件的设计 5.1 挖掘部件的设计要求 挖掘部分的作用是把土壤一起挖起，并把和土壤输送到覆土筛上。对挖掘部件的要求如下： a 在尽量少挖取土壤的情况下挖净； b 挖掘深度稳定不损伤，并可根据需要进行调整； c 挖掘铲应有较强的碎土能力，对粘重土壤保证土垡能顺利通过，以便为覆土中的土壤提供有利条件； d 要求挖掘部件的牵引阻力小，刃口的耐磨性好。 为满足上述要求，采用了组合式挖掘部件。这种挖掘部件由三角平面多铲、铲架和切土圆盘刀组成。挖掘铲与铲架通过螺钉连接，铲架固定在机架上。切土圆盘刀安装高度可调节。 棉花挖掘铲的主要功用在于掘出并将输送给抖动覆土装置，且尽量减少进入机具的泥土量和能量消耗，同时还要防止挖掘铲缠草和奎土，要在不同的上壤条件和湿度下，圆满的完成这一任务或与挖掘铲有关的各项任务是非常困难的，因此对挖掘铲的要求是: (1)将所有挖出，保证挖净; (2)进入机器的土壤量应尽可能少; (3)尽可能使土壤松碎并顺利地将掘起物输送到抖动覆土装置; (4)在克服各种阻力时使消耗能量最少，防止缠草和雍上。 为了满足以上要求，该机选用了组合式挖掘铲，主要由二阶平面铲、铲架组成。 5.2挖掘装置的设计 5.2.1挖掘铲的构成 挖掘铲由独立铲片、铲片固定板和角度调节机构组成。铲尖角度设计为钝角，这样可以减小铲前的入土深度，从而降低无效挖掘深度的动力消耗。挖掘铲铲尖的形状采用“w”型，前进阻力较小，入土性能好。 5.2.2挖掘铲的设计 挖掘铲的任务是以带最少的泥土挖掘、捡拾块茎，并尽可能使土壤松碎，把掘起物送到它后面的覆土装置上，并要求在克服各种阻力时消耗的能量最少。要在不同的土壤条件和湿度下，圆满地完成这一任务或与它有关的各项任务是非常困难的。 图 挖掘铲受力特性 组合式挖掘铲的铲面由二阶平面铲组成，挖掘铲刚性地固定在铲架上，各铲之间留有滑草间隙。 5.2.3铲体总宽度 挖掘铲的宽度首先要适应分布宽度，保证挖净，同时尽可能少的从行间挖掘起过多土壤，因此在设计中要考虑棉花在田间生长的分布宽度及其行距，同时还要考虑收获机前进时，挖掘铲偏离的集结幅度，根据棉花栽培学和实际调查提供的数据表明，我国大部分棉花品种结薯集中，行距50一70cm，垄宽40一50cm，分布的平均宽度为30~40cm，因该机挖掘行数为2行，综合考虑以上因素，确定铲体总宽度为B=120cm(单铲宽度为60cm)。 铲刃夹角 选择挖掘铲刃夹角的值时，必须考虑杂草和茎秆都能滑离铲刃，使茎秆滑离刃口的受力如所示，它必须满足下列不等式: 式中 —茎秆作用于铲刃的摩擦力(N) —作用于铲刃的法向压力(N) —茎秆对钢的摩擦系数，=tg 从图中得到下列不等式: —作用于铲刃的阻力(N) 铲刃张角的大小必须使茎秆和杂草能够沿刃口滑移，角过大，茎秆和杂草不能被切断，会引起铲前堵塞;但角减小时，要达到同样的挖掘宽度，则必须增加铲的长度，这样就会增大工作阻力。因此，在土壤湿度大或杂草多的条件下作业，其角应取小些，据试验表明，挖掘铲的铲刃张角在80--120范围内较适宜，当角大于120后，茎秆和杂草不易与铲刃形成滑移现象，因而容易引起堵塞，摩擦角=40--42 (摩擦系数为0.85一0.9)，如果茎秆和杂草能够滑移铲刃，土壤一定能够滑移铲刃，因为土壤与钢的摩擦角小于茎秆与钢的摩擦角，因此该挖掘铲铲刃夹角=96。 铲面倾角 铲面倾角Q和挖掘铲的长度L可由图3.1求出，根据受力图分析可得方程式: P—挖掘铲移动时掘起物所需的力(N); G—铲面上掘起物的重力(N); F—土壤对铲的摩擦力(N); N—挖掘铲对土壤的反作用力(N); p—土壤对挖掘铲的摩擦系数，土壤对钢的摩擦系数为:0.577一0.721， p=tan，摩擦角=30--36 将三式联立可求得: 挖掘铲的工作阻力不仅是由掘起的土壤沿着挖掘铲面移动而产生的，而且也是由切割土壤而造成的。铲刃切割土壤所需要的力: 铲体受到总阻力可以用下面的关系式来表达: 其中: K—挖掘垄沟的比阻系数()，见表2-1 A—铲起来垄台的横截面积() 表 棉花挖掘铲挖掘薯垄时的比阻系数 挖掘比阻系数数 土壤性质质 比阻最小值(N/时) 比阻最大值(N/扩) 轻质土壤 1600000 2000000 中等轻质土壤 2000000 2400000 中等坚实土壤 2400000 3000000 据资料介绍，当铲面上掘起物横断面积A为0.041一0.052，在轻质土壤里=150，摩擦角=36。时，沿挖掘铲铲面移动土壤层重量G为314--405N，移动阻力P为394~500N，挖掘切割力为650一930N，则挖掘总阻力R的大小为:1044--1430N，在较困难的情况下，R值可以等于甚至超过3150N。取挖掘深度h为15~18cm，铲面倾角a=15。，摩擦角=36。时，计算铲的总阻力为1930--2218N，根据以上分析，4UT一2型棉花挖掘机挖掘铲工作总阻力不会超过6500N。 如果大于式(2一6)中的值，掘起物就会拥在挖掘铲上并会带着棉花从旁边散落，在此种情况下应在挖掘铲两侧装上适当的挡板或改型为槽形铲。实际上，角随挖掘铲需要提升物的高度h和对松碎土壤的要求而定，h的大小因铲后适用的覆土装置种类而异。一般角增大，利于碎土，但阻力增加，当=25时，中等坚实土壤就会出现相当大的奎土。因而当h保持不变而角减小的情况下，挖掘铲的长度势必会加长，这样同样也会引起阻力的增加，由此可见，角值越大，挖掘铲的总长度就越短。 该棉花栽秧机配套牵引力选40.5一50KW拖拉机，因工作速度越大，生产率理论上应该是越高，但是由于挖掘阻力随工作速度的增加而增大，造成上壤的破碎不彻底，影响土薯覆土;工作速度太低，生产率太低，影响棉花的适时收获，从而工作速度应当有一个合适的范围。根据图2-1，因C点的位置距离沟底稍大于挖掘深度(14一20cm)，综合以上因素取该棉花栽秧机铲面倾角=170, =20。，在二阶平面铲的折弯点B处，掘起物下层土壤被折弯，有利于碎土作用。 5.2.4铲体总长度 挖掘铲铲体长度与铲面倾角a的关系，因C点的位置距离沟底稍大于挖掘深度h(14~20cm)，一阶平面段长度、二阶平面段长度，其总长度L与倾角的关系式如下: 根据公式及参考同类挖掘铲的长度，取L=40cm。 保证挖进的土壤和棉花不会从两边滑落，需在挖掘铲的两侧加设挡板，挡板为平行四边形，焊接在机架上。 挖掘铲的铲片是多片铲的变形，铲片与铲片之间留有间隙，这带来很多优点。 （1）一方面是减少铲尖与土壤的接触面积，达到减少阻力的目的。 （2）另一方面是减轻了机器前部的重量，防止铲尖下陷。 多片铲在工作时发生局部磨损时，更换方便维修成本低。一般单株块茎在土壤中的分布宽度为400mm，块茎分布的深度一般为在地表下120-200mm之间。 为了保证铲刃的自动清理功能，铲刃的倾斜角度可由受力确定，使土壤在铲刃上的滑切力能克服摩擦力，即： 式中： 为作用于铲刃上的阻力。 为铲刃上的正压力。 为铲刃上的滑切力。 为铲刃与土壤之间的摩擦力，且，为摩擦角。 代入得： 一般土壤对钢的摩擦角为，取，所以。 若铲片数量为5个，单个铲片宽度为100mm，长度为250mm，铲刃倾斜角度，铲面倾角为，铲间间隙为25mm。 为了保证挖掘铲挖进的土壤和块茎不会从两侧滑落，因此需要在挖掘铲的两侧加设挡板，挡板为平行四边形，焊接在机架上。 其结构如图 挖掘铲主要参数见表2： 表2 挖掘铲主要参数 铲的倾角α 23° 铲的宽度B 130 mm 边铲宽度B 165 mm 总铲宽度B 1800 mm 三角平面铲个数 11个（包括边铲2个） 铲间隙 27 mm 铲的长度L 340 mm 铲刃斜角γ 55° 5.3 覆土部件的设计 而抖动器的抖动和抛起性能，除了受其本身的几何形状影响外，主要取决于其速度。也就是说，线速度是覆土输送器设计的主要参数。通过对覆土输送器和抖动器的运动学和动力学分析，来阐述覆土输送器与抖动器的运动学关系，并分析抖动器的抖动和抛起性能，为覆土输送器线速度的确定提供理论依据。 在选定输送器的线速度时，必须考虑它的类型、长度、运动特性（加速度）及由这些因素造成的棉花的损伤问题。输送器的寿命、尺寸及机器的重量都与它的速度有关。覆土输送器的线速度和作用在其上的加速度越高，它的尺寸就可以越小，但它对棉花的损伤也就会越大，耐用性会降低。输送器的长度关系到棉花覆土和整机的尺寸，因此它必须适当。 覆土输送器在工作时，其线速度应略大于机器的前进速度，以保证掘起物往后传送的正常进行。试验表明：当线速度高于2m/s，土壤含水量大于等于20%时，覆土能力下降。若机器的前进速度为，覆土传送器的线速度为，则有： ，的取值一般为0.8～2.5 机器工作时的速度为1.2m/s，覆土输送器的速度为1.3/s，所以算出的为1.08。在0.8到2.5的范围之内，所以该参数的确定符合要求。 5.4 地轮和机架的设计 5.4.1 地轮的设计 地轮的作用主要是在机器行走过程中的平衡支撑作用。为了克服收获机收获时挖掘铲前部较大的阻力，设计的地轮应当有较好的通过性，且能够保证在凹凸不平的地表情况下准确控制挖掘深度。地轮材料可以选择铸铁，结构采用腹板式。在机架上设置不同的安装位置，可根据种植情况调节深度。 5.4.2 机架部分的设计 收获机组的入土性能、挖掘深度稳定性能、机组牵引性能、运输通过性能及对地表的适应性能等主要工作性能都收多功能棉花栽秧机悬挂装置的影响。本设计采用三点悬挂式机构，由拖拉机后置三点悬挂和收获机悬挂架机构成一个空间机构，它可以看作在纵垂直面和水平面的四个四连杆机构。这两个四连杆机构具有各自的瞬心，挖掘工作时，在各种作用力及相对瞬心的力矩作用下，将产生绕这两个瞬心的转动趋势转动，以保持平衡。悬挂架及机架部分大部分采用矩形管，这样即可以减轻质量、降低成本，而且还能够满足结构的刚度和强度的要求。 第六章 三维图的设计 本次三维图是由UG版本制图。以下是部分零件图和总装配图效果： 结论 经过几个月的努力，并且在指导老师和同学的帮助下完成了此次的毕业设计，从最开始查找各种关于本次毕业设计的资料到确定总体方案，机械传动部件的选型，最后到撰写说明书，这是一个学习的过程，更是一个实践的过程。在大学四年当中，我接触和吸收了大量机械知识，通过此次的毕业设计设计，让我能有机会把学到的理论知识用到实践中。在今后的学习生活中，这次毕业设计的经历将起到重要帮助作用，通过设计使我更加接近生产实际，锻炼了将理论运用于实际的分析和解决实际问题的能力，巩固、加深了有关机械设计方面的知识。 通过这次的毕业设计，我对机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，机械传动部件的选用原则，机械传动部件设计计算方案的原理等方面都有了一定的认识。此次设计，我认为最重要的事情就是让我明白了，无论做什么事情，要想做好，必须态度端正；要善于学习，时刻学习；做事要严谨、认真，细致、不怕吃苦，还要有创新精神。 参考文献 [1]丁玉兰《人机工程学第三版》 北京理工出版社, 2005 [2] 邹慧君主编《机械原理》 北京高等教育出版社1999 [3] 申永胜主编《机械原理教程》 北京、清华大学出版社1999 [4] 张伟社主编《机械原理》 西北工业大学出版社2001 [5] 邹慧君主编《机械原理课程设计手册》 高等教育出版社1998 [6] 赵松年主编《现代机械创新产品分析与设计》 2000 [7] 杨家军主编《机械系统创新设计》 华中理工大学出版社2000 [8] 张春林主编《机械创新设计》 机械工业出版社1999 [9] 机械设计手册编委会《机械设计手册新版2，3卷》 机械工业出版社，2004 [10]卜炎主编《机械传动装置设计手册（上册）》 机械工业出版社1999 [11]何灿群《人体工学与艺术设计》 长沙湖南大学出版社，2004 [12]阮宝湘/郡祥华《工业设计人体工程》 北京机械工业出版社 2005.05 [13] 王三明主编《机械原理与设计课程设计》 北京机械工业出版社，2005 [14].闫卫．工业产品造型设计程序与实例.机械工业出版社，2003.2，第一版 [15]. 沈法，王庆斌，杨足，丁熊．计算机辅助产品造型设计表现技法.人民邮电出版社，2002.9，第一版 [16].张展，王虹．产品设计.上海人民美术出版社，2002.1，第一版 [17].王玉林，苏全忠，曲远方．产品造型设计材料与工艺.天津大学出版社，1994.12，第一版 [18].程能林，产品造型设计手册.机械工业出版社，1994.8，第一版 [19].朱序璋.人机工程学.西安:西安电子科技大学出版社.1999年11月 [20].刘春荣.人机工程学应用.上海:上海人民美术出版社.2004年7月 致谢 通过本次设计我可以更加系统的了解方面的知识；能够加强棉花栽秧机结构设计；能够加强棉花栽秧机功能部件的选型和设计计算；能够加强棉花栽秧机的方法和理论；能够检验自己能否将三年学习的理论知识转化为实际应用；能够培养自己自学和与人合作的能力。 本次毕业设计涉及的全部内容是在指导老师XX老师的悉心指导下完成的。感谢XX老师给我提供了良好的课题条件，让我从这次设计中得到了很好的锻炼。同时也为我讲解了不少难题，在此特别感谢。XX老师渊博的学识、严谨的治学态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度让我们受益非浅。从XX老师处我们学到了许多的专业知识和相关的设计方法。在此，谨向恩师表示最真诚的感谢。感谢他在百忙中给予我们的指导。当然还有本院其他老师的指导。在此我向各位给予我指导的老师表示忠心的感谢和致敬。让我从这次设计中得到了很好的锻炼。同时也为我讲解了不少难题，在此特别感谢。XX老师渊博的学识、严谨的治学态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度让我们受益非浅。从XX老师处我们学到了许多的专业知识和相关的设计方法。在此，谨向恩师表示最真诚的感谢。感谢他在百忙中给予我们的指导。当然还有本院其他老师的指导。在此我向各位给予我指导的老师表示忠心的感谢和致敬。