土豆挖掘机设计【马铃薯收获机】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 重庆理工大学毕业设计--文献综述 马铃薯挖掘机设计 陈开飞 摘 要：马铃薯挖掘机的研究和应用进行介绍和分析，设计了组合分离式马铃薯挖掘机。对该机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了理论计算和结构优化。马铃薯为地下产物，且是块茎繁殖，其收获受季节和天气限制。由于马铃薯的收获费时费力、劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。为了解决上述问题，本文就国内外马铃薯收获机现状、马铃薯挖掘机的研究和应用进行介绍和分析，设计了组合分离式马铃薯挖掘机。对该机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了理论计算。 关键词：马铃薯；挖掘机；结构优化 Design of Potato Excavator Student:chenkaifei (Chongqing University of technology , Chongqing 400054) Abstract: Potato is an under ground plant. Its harvest is limited by the crown of the year and weather. Since the potato harvesting process has some difficult problems for farmers such as being strenuous and time consuming, great in labor intensity and urgent in seasonal demand, the paper analyses the present situation of potato harvest, and a combined separation potato digger has been developed through selection of principal parameters and theoretical calculation for the design of essential parts. Key words: potato、 excavator、optimize the structure 1. 绪论 马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段。” 马铃薯作为经济作物，种植面积越来越大，而传统的马铃薯收获手段费时费事，劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。马铃薯种植区大部分在潜山和腰山地区，落后的人工收获方式造成马铃薯冻害和减产等不必要的损失，农民对马铃薯挖掘机械的要求十分迫切。为了解决上述问题，推广应用小型马铃薯挖掘机势在必行。应用马铃薯挖掘机可以大大提高收获效率，降低劳动者的劳动强度，增产增收，减少收获损失，为我国马铃薯生产奠定良好的基础。根据我国马铃薯挖掘机械多年研制生产经验可以看出， 日本、意大利、美国等国外机具适应垄作，很难适应我国平作种植形式。各类型机械需要进行多地域、多收获季节的田间试验和多轮改进，才能提高适应性。 马铃薯是我国主要作物之一。发展马铃薯生产，对调整优化农业产业结构、加快脱贫致富及地区经济发展具有非常重要的作用。马铃薯为地下产物, 且是块茎繁殖, 其收获方式以挖掘机为主。马铃薯挖掘机可以大大提高收获效率, 降低劳动强度, 减少损失, 为马铃薯生产奠定良好的基础。但是收获方式的落后极大的制约了马铃薯生产发展。为促进马铃薯生产地发展，解决机械化收获问题势在必行。马铃薯挖掘机械化的关键矛盾是配套动力与机具性能要求之间的矛盾。鉴于动力的限制，与14kw一下拖拉机配套机具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯环节，让署块基本露于地面即可，其他工序由人工捡拾完成。从发展看这类机械作为与目前农村具有的小型拖拉机相配套的过渡性机型予以开发、推广。随着近年来马铃薯种植面积的不断增加，对马铃薯收获的机械化水平的需求越来越大。 1.1 国外块茎挖掘机的发展现状 国外块茎挖掘机械化收获起步早、发展快、技术水平高。20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘块茎、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20年代末出现了升运链式和抛掷轮式块茎挖掘机。在20世纪40年代初，前苏联、美国就开始研制、推广应用块茎挖掘机械，50年代末即己实现了机械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了块茎作物生产机械化。70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合挖掘机，且以收获垄作种植为主。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合挖掘机的原理制成的双行马铃薯联合挖掘机，为了加强筛选效果，分离器有四个液压泵带动。 美国在1948年以前用挖掘机来收获块茎，然后人工捡拾，直到1967年，开始使用联合挖掘机， 20世纪90年代，美国已基本实现了块茎挖掘机械化。前苏联是生产块茎作物挖掘机最早的国家，生产了许多半悬挂式机型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等块茎作物联合挖掘机，机器体积较庞大笨重，到20世纪90年代初，块茎挖掘机共有16种机型，其中10种是联合挖掘机，90年代中期，开始生产自走式联合挖掘机，其劳动生产率比其它行挖掘机提高1～2倍。近年来，欧美的马铃薯挖掘机型仍然是以大功率机组为主。这些机型只能在大面积土地上使用，不适用于中小地块。有些国家和地区生产一些小型挖掘机械，如意大利的SP100机型为小型垄作挖掘机械。在亚洲生产马铃薯挖掘机械的国家较少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生产悬挂式抛掷式和升运链式挖掘机，70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合挖掘机，并研制适合日本国情的联合挖掘机，对于根菜（萝卜、家山药青芋、胡萝卜等）机械收获的研究从1960年开始，近几年韩国、日本生产了一些小型马铃薯挖掘机，如韩国高山机械工业公司生产的小型单行和双行土豆、地瓜挖掘机械。 日本对生姜挖掘机械已经研制多年并有了一些成熟的机型,第一代机型只把根茎拔出地面,减轻了农民从地下挖出生姜的劳动量。据有关材料介绍,现在第二代机型已经研制成功并开始使用,它是一种从收获到清理到包装的联合作业机械。在韩国,对根茎挖掘机械的研制也取得了较大的成果,他们生产的一种配套于田园管理机的大蒜挖掘机,采用振动的原理,缓冲了阻力,并对根茎上附着的土块起到疏松和抖动的作用,是一种轻型高效的机具。 1.1 国外块茎挖掘机的发展现状 国外块茎挖掘机械化收获起步早、发展快、技术水平高。20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘块茎、随后改由拖拉机牵引或悬挂。20年代末出现了升运链式和抛掷轮式块茎挖掘机。在20世纪40年代初，前苏联、美国就开始研制、推广应用块茎挖掘机械，50年代末即己实现了机械化。70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了块茎作物生产机械化。70年代主要是研制大功率自走式根块作物联合挖掘机，且以收获垄作种植为主。这些机型是大功率拖拉机变型，如荷兰在拖拉机基础上按照甜菜联合挖掘机的原理制成的双行马铃薯联合挖掘机，为了加强筛选效果，分离器有四个液压泵带动。 美国在1948年以前用挖掘机来收获块茎，然后人工捡拾，直到1967年，开始使用联合挖掘机， 20世纪90年代，美国已基本实现了块茎挖掘机械化。前苏联是生产块茎作物挖掘机最早的国家，生产了许多半悬挂式机型，如KKY–2型、KOK–2型、KKP–2型等块茎作物联合挖掘机，机器体积较庞大笨重，到20世纪90年代初，块茎挖掘机共有16种机型，其中10种是联合挖掘机，90年代中期，开始生产自走式联合挖掘机，其劳动生产率比其它行挖掘机提高1～2倍。近年来，欧美的马铃薯挖掘机型仍然是以大功率机组为主。这些机型只能在大面积土地上使用，不适用于中小地块。有些国家和地区生产一些小型挖掘机械，如意大利的SP100机型为小型垄作挖掘机械。在亚洲生产马铃薯挖掘机械的国家较少。日本在1955年以前使用畜力挖掘犁，1955年～196年生产悬挂式抛掷式和升运链式挖掘机，70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合挖掘机，并研制适合日本国情的联合挖掘机，对于根菜（萝卜、家山药青芋、胡萝卜等）机械收获的研究从1960年开始，近几年韩国、日本生产了一些小型马铃薯挖掘机，如韩国高山机械工业公司生产的小型单行和双行土豆、地瓜挖掘机械。 日本对生姜挖掘机械已经研制多年并有了一些成熟的机型,第一代机型只把根茎拔出地面,减轻了农民从地下挖出生姜的劳动量。据有关材料介绍,现在第二代机型已经研制成功并开始使用,它是一种从收获到清理到包装的联合作业机械。在韩国,对根茎挖掘机械的研制也取得了较大的成果,他们生产的一种配套于田园管理机的大蒜挖掘机,采用振动的原理,缓冲了阻力,并对根茎上附着的土块起到疏松和抖动的作用,是一种轻型高效的机具。 发展中国家基本上采用挖掘犁和挖掘机进行收获作业,发达国家的块茎作物收获已基本实现了机械化联合作业。如德国、美国的联合挖掘机在自动化控制块茎分离以及减少块茎作物损伤等方面都有独到之处。东洋农机公司、日本三A公司久保田公司等都生产适合小地块作业的中小型自走式块茎作物挖掘机[9]。 1.2 国内多功能块茎挖掘机的现状分析 近年来,国内市场上也出现了一些此类机械，如大蒜挖掘机就有对行松土铲式和不对行平铲式输送方式也有多种。但大多数机型在适应性和质量可靠性方面仍然不同程度地存在着一些问题,主要体现在两个方面,一是损伤作物的问题,因为象大蒜、生姜此类作物,收获时皮质鲜嫩易损,而损伤后会严重影响其价格;二是适应性差,因各地农艺不同,行距及株距存在着差异,机具难以满足这种要求。 由于进口农机具价格较高,农民难以接受,根茎挖掘机械还是要走国产化道路,而且还要根据中国国情,不能盲目照搬。主机利用现有的机型,如田园管理机、手扶拖拉机及四轮拖拉机,对国外的机型原理加以消化吸收,研制出适合中国国情的机具。 国内根茎作物的机械化收获还有较长的路要走,不仅需要科研部门及企业的大力研制及投入,还牵涉到农民的认识和接受问题。 国外发达国家（如日本、美国、法国、意大利等国）地下作物的收获已实现机械化，对于长根作物（萝卜、山药等）和断根作物（洋葱、大蒜等）都有不同的挖掘机械，工艺十分的先进，但机械价位较高，全部引进国内无法接受，例如，意大利产的DSC-120和日本宝田公司产的DCL-130型土豆挖掘机，大多用于沙壤土作业，这些设备不太适应我国地下作物种植的农艺要求和土壤状况。根据以上分析，在国内外现有的基础上，结合我国农村市场的实际情况，分析国内块茎类作物的农艺要求和土壤的物理特性而研制出的多功能块茎类挖掘机。 综观国内外多功能块茎挖掘机的发展特点及外部环境，专家预测未来多功能块茎收割机的主要发展趋势是： （1） 开发节能、高效、可靠、环保型产品的多功能块茎收割机。 （2） 安全性及通用性是产品发展的重要目标。 （3） 技术进步、操作方便和售后服务将成为企业生存的三大关键因素。 2 总体方案的设计 2.1 整体布局的设计 其传动图如图1： 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、振动筛轴 图1 传动图 Fig.1 Driver chart 其总体结构图如图2： 1、V带轮 2、V带 3、机架 4、抖动轮 5、减速器 6、联轴器 7、悬挂架 8、挖掘铲 9、链轮 10、传动链 11、地轮 图2 总体结构图 Fig.2 Overall structure 2.2 工作原理 本机主要由V带、减速器、抖动轮、机架、挖掘铲、传动链、地轮构成。拖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分离装置运动，将从挖掘铲部挖出的土豆往机器后方运送，同时由于有抖动轮的作用，使得块茎在输送的过程中实现的块茎于土的分离，而达到了分离的目的。最后块茎从机器的尾部重新落入土地的表面。 3 传动比的确定与减速器的选择 3.1 传动比的确定 该多功能块茎挖掘机的配套动力为25-35马力的拖拉机，其输出轴的转速为540r/min，通过一级减速器和带传动，设其总的传动比 减速器的传动比。 带传动的传动比 分离器上的线速度为1.3m/s 3.2 减速器的选择 由于其传动比为2，所以可以从市场上选择传动比为2的减速器，其型号为ZDY,ZDZ100型圆柱齿轮减速器。 其结构如图6： 图3 减速机结构图 Fig.3 Reducer structure 4 带轮和链轮的设计 4.1 带轮的设计 小带轮的结构如图7： 图4 小带轮 Fig.4 Small Pulley 大带轮的结构如图8： 图5 大带轮 Fig.5 Big Pulley 4.2 链轮的设计 4.2.1 链轮的设计目的 设计该链轮的主要目的是为了能带动分离机构的运动。通过链轮使得链的线速度为1.6m/s。为了达到这一目的，所设计的链轮传动比应为1，即两链轮的直径应当相等。由前面的计算已经得出链轮的直径r=62mm。 4.2.2 链轮的设计 4.3 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。 本多功能块茎挖掘机为中速、中载，所以采用中碳钢淬火处理，其硬度＞40HRC～45HRC。 链轮结构如图6： 图6 链轮 Fig.6 Chain wheel 5 联轴器的选择及其轴的设计 5.1 联轴器的选择 该多功能块茎挖掘机的设计宽度为712mm。两侧的机架壁厚度各位10mm。所以整个机架的内部空间为692mm。所选的减速器的输出轴的外伸长度为110mm。为了使机器能够运转，必须将V带轮放在整个机架的外面，因为减速器外伸轴长度不够，所以必须选择一个联轴器。 通过查减速器的参数表，可知其输出轴的直径为48mm,所以选择联轴器时其孔径也应当为48mm。通过查阅手册[21-25]，可以选择LH4型联轴器。其长度为112mm。 5.2 联轴器上轴的设计 联轴器上轴的作用是为了将减速器和带轮通过联轴器相连接的。其设计过程如下： （1） 轴4部分：此部分轴是装联轴器的。联轴器的长度为112mm。所以在设计时可以把该部分长度设计为110mm。 （2） 轴3部分此部分上装滚动轴承。因为机架内壁到机架中心线的距离为346mm，减速器中线到输出轴端的距离为214mm，联轴器长112mm。所以联轴器到机架内壁的长度为346-214-112=20mm。所选的轴承为角接触球轴承。其宽度为24.75mm。所以设计时该轴段长度为42mm。 （3） 轴2部分：该部分装同时有轴承端盖。为了让V带轮输出机架为20mm，所以该段长度可设计为44mm。 （4） 轴1部分：该部分上装V带轮，V带轮宽为65mm，所以设计该段长为63mm。 其结构如图7： 图7 联轴器 Fig.7 The shaft of coupling 6 分离输送器的设计 6.1 分离输送器的机构及工作过程 （1） 机构形式的确定 杆条式分离输送器是一种分离器，其上以等距平行地配置杆条，由挠性元件相连。机构简单，带面倾斜时也能工作，因此是一种应用比较广泛的分离工作部件。但是此类分离输送器因工作面种类的不同而不同，而工作面是由许多杆组成连续移动的一个栅，工作面的种类对移动土壤的压碎程度和过筛强度起着决定作用，同时还影响到分离输送器的耐用性。在马铃薯、块根等作物的挖掘机上，常见的分离输送器有钩杆式、链杆式和带杆式等。其中钩杆式和链杆式的制造工艺比较简单，成本较低，而且其链杆于土壤的接触面积较小，过筛强度最大，分离效果明显。 因此，从零件的购买方便，装卸简单等因素考虑，本机器的分离输送器采用链杆式分离输送器来完成分离输送的目的。 链杆式分离输送器是由园杆组成，杆的两端焊接在链条上。形成具有筛选块茎而分离土壤的栅。链杆式分离输送器通过依靠固定在主动轴上和从动轴上的链轮来带动，杆条形成一条环形的链带。 (2) 分离输送器的工作过程 链杆式分离输送器是一种分离器兼输送器，其工作过程是，当被掘起的土壤、块茎等向上输送时，在输送链的作用下，土壤被疏松，土壤通过杆之间的间隙筛出来，块茎则被输送器输送到机器的尾部，从而将块茎重新放回地表。达到挖掘块茎的目的。 作业时，位于前部的挖掘铲进入土层内将块茎整个掘起，掘起的土块在挖掘铲的作用下发生劈裂破碎，然后输送到分离输送器上。分离输送器杆条在向后运动的同时，还受到抖动器的作用而上下抖动，使大部分土壤变松并落回地里。块茎则被输送器运送到机器的尾部。 其结构如图8： 1、主动轮 2、分离输送器 3、抖动轮 4、从动轮 图8 分离输送器图 Fig.8 Separation conveyor 6.2 杆条参数的确定 在欧洲的许多国家里，杆间距离通常为25-28mm。而在美国，甚至为40-48mm。亚洲的日、韩等国为30-40mm。这个间隙主要于块茎作物的品种和块茎的尺寸由很大关系。在波兰，一个块茎的平均重量大约为60-80g，而美国可以达到200g左右。 一般情况下块茎作物的块茎为扁圆、椭圆、圆、长筒等形状，为了研究方便我们可以统一采用长、宽、厚三个特征尺寸来描述块茎的物理机械特性，其中厚度尺寸是关键的一个尺寸。 分离输送器的杆条间隙如图 13，从图中可以看出下面的关系： 式中： 要使分离输送器达到筛分土壤，保留块茎的目的，杆条间隙的设计应满足＜c的条件，即保证块茎最小特征尺寸大于杆条间隙，从而使块茎不至于在杆条间隙间随土壤一起漏下。根据资料和实际的测量，我国块茎的厚度尺寸大多在30-80mm之间，因此若取杆间距L为45mm，杆条直径为10mm，代入式中，可得杆条的间隙为35mm。 其结构如图9： 图9 杆条间歇图 Fig.9 Article intermittent 7 挖掘铲的设计 7.1 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。 7.2 挖掘铲的设计 挖掘铲的铲片是多片铲的变形，铲片与铲片之间留有间隙，这便带来很多优点。 （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最大分布宽度为400mm，块茎分布的深度一般为在地表一下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 图10 挖掘铲 Fig.10 Digging Shovel 8 地轮和机架的设计 8.1 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。为了克服挖掘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。 8.2 机架部分的设计 挖掘机组的入土性能、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块茎挖掘机悬挂装置的影响。本设计采用三点悬挂式机构，由拖拉机后置三点悬挂和挖掘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。 其结构如图15： 图11 机架 Fig.11 Rack 结论 本次设计的机器性能满足要求，能较好的与农村现有动力配套使用，能较好的把握挖掘机收获过程中的要求。 通过本次毕业设计，我对产品的设计过程有了一个系统的认识，掌握了基本的设计过程，真正地将所学的理论知识与实践结合起来，提高了独立思考解决问题的能力。由于所掌握的知识的限制和经验的不足，在设计的过程当中，难免有不妥之处。在今后的学习工作中我会继续努力，弥补自己在专业知识上的缺欠。 此次设计，我认为最重要的就是使我明白了，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] 赵满全,窦卫国,赵士杰等.4SW系列马铃薯挖掘机的研制[J].农村牧区机械化,1999,(4). 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