BYD-1水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 BYD-1 水草收割船驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 楊殿基 學(xué) 號(hào) 05208318 指導(dǎo)教師 王澤河 職 稱 教授 2012 年 5 月 7 日 2 摘 要 針對(duì)河道、水塘等 水域具有航道窄、面積小，一般的大型水草收割機(jī)難以實(shí)現(xiàn)水草收割的現(xiàn)狀，本文 設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，適合在中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置。 論文概述了水草收割機(jī)的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀及分類；完成了水草收割船的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)取，主要包括明輪驅(qū)動(dòng)及各部位驅(qū)動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；闡述了總體設(shè)計(jì)方案、工作原理、參數(shù)計(jì)算以及試驗(yàn)校核；同時(shí)按照任務(wù)要求完成了裝置總裝圖與各主要零部件圖的繪制。 結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的小型水草收割船具有結(jié)構(gòu)合理、緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，切割效率高等優(yōu)點(diǎn)。這種新型的水草收割船可在水下實(shí)現(xiàn)切割，撿拾、傳送一體化連續(xù)作業(yè)方式，能夠達(dá)到清除泛濫的水草，凈化水質(zhì) 的目的?？偟膩碚f，是一種較為理想的水草收獲機(jī)具。 關(guān)鍵詞： 小型水草收割船；明輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓泵；液壓馬達(dá)；動(dòng)蹼式明輪； 3 Abstract Aimed at the river, pond waters with narrow fairways, small area, large-scale aquatic weed harvesters generally difficult to achieve the status of harvested plants, this paper discusses the design of a compact structure, smooth transmission, high efficiency, suitable for small scale water of small aquatic reaping boat driving device. The paper outlines the harvester development background, research status and classification； completed aquatic reaping boat driving device design, mainly including the paddle wheel drive and parts of drive mechanism design； described the overall design scheme, working principle, parameter calculation and test verification； at the same time according to the task requirements completed device assembly drawings and the main components of drawing. The results show that: the smaller aquatic reaping boat has the advantages of reasonable structure, compact, strong adaptability, high cutting efficiency. The new aquatic reaping boat in the water to realize the cutting, collecting, transmitting continuous integration mode of operation, to clear the flood water, the purpose of purifying water quality. In general, it is an ideal aquatic weed harvester. Key words： Small aquatic reaping boat paddle； mechanism design； hydraulic pump； hydraulic motor； hydraulic cylinder 4 目 錄 引言 .1 1 緒論 .1 1.1 課題研究背景 . 1 1.2 水草收割船的發(fā)展過程 . 2 1.3 課題研究的目的及意義 . 2 2 明輪簡介 .2 2.1 明輪裝置的特點(diǎn) . 2 2.2 定蹼式明輪 . 3 2.3 動(dòng)蹼式明輪 . 3 2.4 動(dòng)蹼式明輪的工作原理 . 4 3 明輪機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算 .4 3.1 BYD-1 水草收割船的基本參數(shù) . 4 3.2 進(jìn)行阻力計(jì)算 . 5 3.2.1 公式的確定 . 5 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計(jì)算 . 5 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計(jì)算 . 6 3.2.4 輸送帶阻力的計(jì)算 . 7 3.3 明輪推進(jìn)力分析 . 7 3.4 明輪偏心率的確定 . 8 3.4 明輪尺寸參數(shù)的確定 . 9 4 明輪軸的設(shè)計(jì) . 10 4.1 軸的材料及結(jié)構(gòu) . 11 4.1.1 軸的材料 . 11 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu) . 11 4.1.3 軸的支承結(jié)構(gòu) . 11 4.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 . 11 4.2 軸承的設(shè)計(jì)與校核 . 14 4.2 聯(lián)軸器的選擇 . 15 5 液壓件及內(nèi)燃機(jī)的選擇 . 15 5.1 聯(lián)接明輪軸的液壓馬達(dá) 的選擇 . 15 5.2 聯(lián)接收割機(jī)的液壓馬達(dá)的選擇 . 15 5.3 聯(lián)接傳送帶的液壓馬達(dá)的選擇 . 16 5.4 電動(dòng)液壓泵站的選擇 . 16 5.4 發(fā)電機(jī)組的選擇 . 16 5 6 結(jié)論 . 16 參考文獻(xiàn) . 17 謝 辭 . 18 6 7 8 9 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 引 言 水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價(jià)值體現(xiàn)，正是因?yàn)樗萦腥绱硕嗟淖饔茫巳藗內(nèi)シN植。由于種植量大，同時(shí)缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。 為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年 5 9月的高溫時(shí)段，水草生長非常迅速，必須及時(shí)進(jìn)行收割清理，否則會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學(xué)清除法和物理收割法兩種?；瘜W(xué)清除法會(huì)引起水質(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)其他生物的生存造成很大影響。所以，人們大都采用更為環(huán)保的人工收割和 機(jī)械收割的物理方法來治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打撈的速度跟不上水草生長的速度，因而機(jī)械收割就成為理想的水草治理方式。 目前，市場上的水草收割機(jī)產(chǎn)品有 WH1800型河道清草機(jī)、 SGY一 2 5型水草收割機(jī)、GC2230型河道割草保潔船、 GC200O型小型河道割草作業(yè)機(jī)械、 9GSCC 1.4型水生植物收割機(jī)船隊(duì)和 LW5000多功能水草收割船等，但這些產(chǎn)品外型大，長度都大于 8 m，需要多人及輔助機(jī)械協(xié)同作業(yè)，適用于大型水域水草的收割。而景觀水域的設(shè)計(jì)通常都采用自然造型，有各種不同的曲線，且水面較為狹小， 不利于大型機(jī)械作業(yè)。 現(xiàn)在，這些水域中的水草的收割都由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。而且往往在水草瘋長時(shí)，人工收割跟不上生長速度，一部分水草因未及時(shí)收割而腐爛水中，造成水質(zhì)惡化?，F(xiàn)在大型的水草收割船一般有 2 3人進(jìn)行操作。但隨著水草收割機(jī)的小型化，它的收割和集草都要在同一條船上進(jìn)行，由于空間有限，最多只能由一人操控，若都是手動(dòng)操作的話，會(huì)不太方便，所以應(yīng)該提高水草收割機(jī)的自動(dòng)化程度，特別是遙控式的水草收割機(jī)不僅能進(jìn)一步減小船體的尺寸，增大儲(chǔ)草空間，而且安全。 所以智能化的小型水草收割機(jī)的需求量會(huì)越來越大，小型輕便、美觀環(huán)保的水草收割機(jī)將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。本文主要對(duì)小型水草收割船的明輪部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1 緒 論 1.1 課題研究背景 目前，國內(nèi)外對(duì)水草收割機(jī)的研究沒有系統(tǒng)的、科學(xué)的分類。市場上所有水草收割機(jī)幾乎都是大型機(jī)械，滿足大型湖泊水草的收割與修理，但不適合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。 小型化和智能化是水草收割機(jī)的重要發(fā)展方向。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 1.2 水草收割船的發(fā)展過程 國外關(guān)于水草收割機(jī)的研制比較早， 荷蘭等國早在 50年代就開始使用專門的水利機(jī)械進(jìn) 行河道的清淤除草作業(yè)。荷蘭的 IHC CO Konljn機(jī)械廠 1958年研制出 H系列兩棲式挖泥船共 6種機(jī)型，隨后又相繼開發(fā)出 M系列、 S系列和 FB系列等多種清淤機(jī)械；荷蘭的 HERDER公司也開始研制各種機(jī)型的河道除草機(jī)。起初他們一般是把切割器安裝在液壓挖掘機(jī)或農(nóng)用拖拉機(jī)上，把溝渠、河道內(nèi)的蒲草、雜草切割后撈起放于岸邊，其整機(jī)需停在岸邊或沿岸邊行駛進(jìn)行作業(yè)，這就是陸用割草機(jī)。由于陸用割草機(jī)的使用范圍有較大限制河道、溝渠旁常揎有樹木，無法停機(jī)，遠(yuǎn)離岸邊的水草又無法切割到，因此研制一種能在河道中航行的水中割草機(jī)應(yīng)運(yùn) 而生。 60年代英國的 Rolbe公司開發(fā)出 Oibeaux系列水中割草機(jī)，英國的 John wider(工程 )公司也開發(fā)出自己的系列產(chǎn)品。 3O多年來，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 國內(nèi)也有一些相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)入該領(lǐng)域，并且取得了一定的研究成果，如寧波農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、桂林象山農(nóng)機(jī)廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的 WH1800型河道清草機(jī)，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開發(fā)的的 SGY-2.5型水草收割機(jī)，上海電器集團(tuán)現(xiàn)代化裝 備有限公司新液壓長研究開發(fā)的 GC2230型號(hào)河道割草保潔船以及 GC2000型小型河道割草作業(yè)機(jī)械。 經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，水草收割機(jī)的設(shè)計(jì)，由開始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式，功能日益完善，而且經(jīng)過長時(shí)間的摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。 1.3 課題研究的目的及意義 研發(fā)一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割機(jī)。目前市場上的水草收割機(jī)一般是大型機(jī)械，在大的湖波水域可以進(jìn)行 切割，但不適于在小型水域的作業(yè)。 所研制的小型水草收割機(jī)，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效減輕了勞動(dòng)輕度，大大調(diào)高了切割效率，符合水草收割機(jī)小型化與智能化的發(fā)展方向。 2 明輪簡介 2.1 明輪裝置的特點(diǎn) 當(dāng)明輪在低速主機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反用力推中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 船前進(jìn)。 水草收割機(jī)的工作的環(huán)境是水深大于 0.6 米，平均水深 0.8 米，水草植物叢生的淺水湖泊。常用的推進(jìn)裝置有螺旋推進(jìn)器、空氣螺旋推進(jìn)器和明輪推進(jìn)器。螺旋式推進(jìn)器在淺水域中效率低，易使船體沉降，且在有水草的水域易出現(xiàn)纏繞問題。 空氣螺旋推進(jìn)器的制造工藝和使用維護(hù)要求很高且易翻船，而明輪推進(jìn)器平衡性好、不易出現(xiàn)纏繞、用于中低速小型船舶效率較高適于水中割草作業(yè)。 明輪推進(jìn)器由沿船寬方向水平布置于水線以上的中心軸和在該軸兩端旋轉(zhuǎn)的輪及輪周緣上的蹼板構(gòu)成。一般每一舷側(cè)輪裝有 7 11 葉蹼板。當(dāng)明輪在低速主機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹼板依次進(jìn)出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反作用力推船前進(jìn)。當(dāng)船舶吃水有限時(shí)，明輪的結(jié)構(gòu)比螺旋槳的結(jié)構(gòu)能保證更大的水力斷面。因而對(duì)于吃水淺的船舶來說，采用明輪推進(jìn)器能提高推進(jìn)系數(shù)。所以至今在某些內(nèi)河客貨船和拖船上還有使用明輪推進(jìn)器的 。 明輪是一種局部入水的推進(jìn)器，根據(jù)蹼板在明輪上的安裝形式，分為“定蹼式明輪”和“動(dòng)蹼式明輪”。 2.2 定蹼式明輪 圖 1a 定蹼式明輪 圖 1b 動(dòng)蹼式明輪 圖 1 明輪分類 定蹼式明輪的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單結(jié)構(gòu)牢固，小直徑時(shí)效率差，蹼板在入水時(shí)壓水，而在出水前提水，因而浪費(fèi)了大部分能量，必須有很大的直徑和低的轉(zhuǎn)速才能得到較高的效率。所以它的直徑往往做得很大，入水深度一般不超過半徑的 1 2，圖 1 a 為定蹼式明輪。 2.3 動(dòng)蹼式明輪 動(dòng)蹼式明輪的蹼板以鉸接方式與輪體相連，通過偏心作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗孽氚迥芤赃m宜的角度入水和出水，提高了效率。對(duì)于相同尺寸的蹼板，由于動(dòng)蹼明輪蹼板垂直入、中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 出水的程度要比定蹼明輪高，因而對(duì)船體產(chǎn)生的推進(jìn)力要大，推進(jìn)效率可提高 15到 25，并且濺水小。其缺點(diǎn)是制造相對(duì)復(fù)雜，造價(jià)高，但在目前的加工條件下個(gè)零部件均可制造，并且由于水草收割機(jī)一般在淺水水域作業(yè)，定蹼式明輪難以適應(yīng)，所以選用動(dòng)蹼式明輪作為水草收割機(jī)的推進(jìn)器，圖 1 b 為動(dòng)蹼式明輪。 2.4 動(dòng)蹼式明輪的工作原理 當(dāng)動(dòng)蹼式明輪分布在船的中部兩側(cè)位置時(shí)，稱為動(dòng)蹼腰明輪。圖 2 表示動(dòng)蹼腰明輪的結(jié)構(gòu)示意圖，將其簡化為平面四桿機(jī)構(gòu)來分析，當(dāng)主動(dòng)桿 AB以角速度作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，引導(dǎo)連桿 BC 和蹼板 (與連桿銷連接 )作平面運(yùn)動(dòng)，連桿驅(qū)動(dòng)搖桿 CD 繞偏心軸作圓周運(yùn)動(dòng)，蹼板撥水推動(dòng)船體行進(jìn)。幾組平面四桿機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了明輪推進(jìn)力。 動(dòng)蹼明輪可以借偏心裝置控制蹼板，以調(diào)節(jié)出水和入水的角度，消除了蹼板入水時(shí)產(chǎn)生的拍水現(xiàn)象與出水時(shí)產(chǎn)生的提水現(xiàn)象；其次，還可以增大明輪的劃水面積從而提高推進(jìn)效率。 3 明輪機(jī)構(gòu)的分析計(jì)算 3.1 BYD-1水草 收割船的基本參數(shù) 工作速度 V1=2.0 km/h (0.556 m/s)； 航行速度 V2=5.0 km/h (1.389 m/s)； 船重 W=5 103 Kg： 吃水深度 T=0.5 m； 船的特征長度 L=5.3 m； 水的密度 =l000 kg/m3； 粘性系數(shù) v=1.417 10-6 m2/s (水溫低限 7 )； 船的特征寬度 B=1.2 m； 船的排水量： V=W/ =5000/1000=5.0 m3 船的方形系數(shù)： =V/LBT=5.0/(5.3 1.2 0.5)=1.57 船的浸濕表面積： 對(duì)于無隧道的內(nèi)河船舶按 A B 卡爾波夫公式計(jì)算 ,即 代入數(shù)據(jù)得： 相應(yīng)的弗魯?shù)聰?shù) Fr: 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 式中： g一重力加速度 9.8 m/s2 代入數(shù)據(jù)得： 相應(yīng)的雷諾數(shù) Re 代入數(shù)據(jù)得： 3.2 行進(jìn)阻力計(jì)算 3.2.1 公式的確定 根據(jù)弗魯?shù)聰?shù)可以判斷，水草收割機(jī)為慢速船，因此在阻力的計(jì)算中，只考慮粘性阻力和興波阻力兩項(xiàng)，其它可忽略不計(jì)。 其公式為： 總阻力為： 式中： sk 粘性阻力系數(shù)； w 興波阻力系數(shù) 在總阻力中只有粘性阻力系數(shù)、興波阻力系數(shù)未知，其它各參數(shù)已確定；從而只需確定這兩項(xiàng)。 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計(jì)算 式中： k 比例系數(shù) k 比例修正系數(shù) f0 摩擦阻力系數(shù) 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 f 阻力修正系數(shù) k 附加阻力修正系數(shù) 1)比例系數(shù) k、比例修正系數(shù) k 的確定 根據(jù)船型特點(diǎn)： k =1.3、 k =0 2)摩擦阻力系數(shù) f0的確定 故： 3)阻力修正系數(shù) f的確定 由資料可知， f = (0 4 0 7) 10-3 4)附加阻力修正系數(shù) k的確定 為了船的穩(wěn)定性良好，一般 k取 =(0 1 0 2) 10-3 f、 k均取大值，代入公式得： sk1 = (1.3 0) (3.978 10-3+0.7 10-3)+0.2 10-3= 6.25 10-3 sk2 =(1.3 0) (3.353 10-3+0.7 10-3)+0.2 10-3= 5.46 10-3 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計(jì)算 其中 w根據(jù)圖可知： w1 = 0.04 10-3； w2 = 0.95 10-3 代入數(shù)據(jù)得： w1 = 0.04 10-3 = 0.1 10-3 w2 = 0.95 10-3 = 2.43 10-3 R1 = Rsk1 + Rw1 =（ 6.25 10-3+0.1 10-3） 10.3 = 10.1 N 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 R2 = Rsk2 + Rw2 =（ 5.46 10-3+2.43 10-3） 9.7 = 78.4 N 考慮到淺水對(duì)阻力的影響，選取層流系數(shù) Q=1.6，修正后的阻力為： R1 = (1+Q) R1 = (1+1.6) 10.1 = 26.3 N R2 = (1+Q) R2 = (1+1.6) 78.4 = 204 N 3.2.4 輸送帶阻力的計(jì)算 由于輸送帶在工作時(shí)一部分是在水中，在行進(jìn)中會(huì)產(chǎn)生行進(jìn)阻力。假設(shè)輸送帶為一個(gè)平板在水中運(yùn)動(dòng)，切割架寬 1.2m，割深 0.8m，即相當(dāng)于收割機(jī)必須克服一塊面積為a-1.2 0.8 m2 的平板所產(chǎn)生的阻力。由基爾霍夫理論，輸送帶產(chǎn)生的阻力可由以下公式計(jì)算： 式中： a 物體垂直于運(yùn)動(dòng)方向的截面積， a = 1.2 0.8 = 0.96 m2； c 阻力系數(shù)，查得 c = 1.12； 輸送帶阻力只有在收割水草時(shí)產(chǎn)生，所以 V = V1 = 0.556 m/s 代入公式得： Rx = 166.19 N 考慮水草的附加阻力 Rf = Rx則前輸送帶阻力： R = Rf + Rx = 332.38 N。 當(dāng)進(jìn)行水草收割作業(yè)時(shí)，水草收割機(jī)總阻力 R1 = 332.38 + 26.3 = 358.68 N；航行時(shí)總阻力 R2 = 204 N。 3.3 明輪推進(jìn)力分析 明輪推進(jìn)力 P=Gp n2 D2 Fp，其中： Gp 推進(jìn)力系數(shù)， 查得 Gp = 5.5； Fp 明輪的水力作用面積， Fp=2 Bk Tk ， Bk = 0.5 m ，最大入水深度 Tk = 0.326m； n 明輪工作轉(zhuǎn)速， n = 0.6 rpm/s；計(jì)算得明輪總推進(jìn)力 P = 854 N ， P R0 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 3.4 明輪偏心率的確定 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響明輪滑水效率?，F(xiàn)從收割機(jī)整體結(jié)構(gòu)要求出發(fā)，采用解析法來討論這一問題。 根據(jù)船體結(jié)構(gòu)要求，明輪軸線安裝高度為 0.214 m，水線至船面 0 15 m，故采用圖1b 所示機(jī)構(gòu)，連桿長 l = 0.07 m，蹼板為 0.46 0.23 m2，蹼板的數(shù)量一般由明輪直徑和轉(zhuǎn)速大小來確定，因該明輪用于中低轉(zhuǎn)速，直徑較小，故取 7 葉，相應(yīng)的在一個(gè)明輪上要出現(xiàn) 7 組四桿機(jī)構(gòu)，這里只需分析一組。如圖 2 所示建立 DXY 坐標(biāo)系，并將各桿 作為桿矢量，則： （ 1） 將（ 1）式中各矢量向 x、 y 軸投影得： E+R cos 1+ lcos 2 = R cos 3 （ 2） R sin 1+ lsin 2 = R sin 3 （ 3） 其中 E是偏心軸軸心與明輪驅(qū)動(dòng)軸軸心的距離，從 (2)、 (3)式中消去 3 并整理得： （ 4） 設(shè)蹼板入水角為 1，出水角為 2，因?yàn)轷氚宕怪庇谶B桿，所以式 (4)間接給出了機(jī)架即偏心距 E 與 1、 2 的函數(shù)關(guān)系。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，傳動(dòng)角 r 的大小是變化的。最小傳動(dòng)角將出現(xiàn)在主動(dòng)桿與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一 (見圖 2)，即： （ 5） （ 6） （ 7） 通常為保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性良好，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使 rmin 40。 ，有些尺寸較小的機(jī)構(gòu)允許小些，只要不發(fā)生自鎖即可。 將 R = 575 mm， l = 70 mm， 1=arcsin(0.364/0.575) = 39.3。 ， 2 = 90。 + 1代入 (4) (7)式，可知： 1)當(dāng) E = O.07 m 時(shí)， = 90。 ， rmin = O。 ，此時(shí)機(jī)構(gòu)為平行四桿機(jī)構(gòu)，蹼板垂直入、出水面，不發(fā)生濺水，明輪的推進(jìn)效果最好。至于死點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)兩組機(jī)構(gòu)同時(shí)處于死點(diǎn)位置。但這種機(jī)構(gòu)的連桿與搖桿間的相對(duì)擺動(dòng)是在整個(gè)圓周上進(jìn)行的，使得明輪結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)不好，且易出現(xiàn)纏繞。若能解決此問題，則平行四桿機(jī)構(gòu)是最優(yōu)設(shè)計(jì)； 2)當(dāng) E=O 時(shí)，屬于定蹼式明輪； 3)當(dāng) OEO.07 m 時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，蹼板傾斜入、出水面，推進(jìn)效果較平行四桿 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 圖 2 動(dòng)蹼式明輪結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)構(gòu)差些，并產(chǎn)生一定的濺水現(xiàn)象，但無死點(diǎn)，此時(shí)搖桿可置于連桿之間，使得結(jié)構(gòu)合理，受力狀態(tài)好，無 纏繞，故設(shè)計(jì)中采用這種方案，設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到 rmin 出現(xiàn)在水面上方位置，明輪直徑又較小，取 rmin 40。 ，從而盡可能使蹼板入、出水角接近 90。，以提高明輪滑水效率。當(dāng) E=O.055 m 時(shí)， rmin 36。， 1 80。， 2 77。，并且在蹼板出、入水角位置上機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角均高于 40。 。 明輪偏心率 e = E/1， E = O.07 m 時(shí) e=1，蹼板垂直出入水，此時(shí)推進(jìn)效果好，但是結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不好，而且倒轉(zhuǎn)明輪時(shí)蹼板出水角度不理想。一般 e = 0.60.8 范圍內(nèi)，當(dāng)取 E = 0.055 m 時(shí) e = O.8。故 取偏心距 E=0.055 m。 3.4 明輪尺寸參數(shù)的確定 明輪水草收割機(jī)明輪參數(shù)為：明輪直徑 D = 1.25 m ，蹼板寬度 Bk = 0.46 m ，明輪蹼板底部到水面的最大距離 Tk = 0.51 m 。 明輪理論效率 其中： P 明輪推進(jìn)力； Ve 進(jìn)速， Ve = Vn（ 1+ e）， Vn = 0.553 m/s ， Ve = 0.578 m/s （ e 取 0.04） 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 Np 輸入功率， Np = 5.49Vn = 3.05 kw 計(jì)算得 = 37.6 % 。 圖 6 蹼板簡圖 蹼板采用焊接性能良好的 Q215A 進(jìn)行加工，其抗拉強(qiáng)度為 b = 335 MPa ，安全系數(shù)為 5，許用應(yīng)力為 = 67 MPa 。 設(shè)計(jì)蹼板厚度 b = 0.003m；筋板厚度 jb = 0.004m；筋板長度 Lj = 0.165m；長軸大徑為 dcz = 0.03m；短軸大徑 ddz = 0.03m；長軸小徑 dcx = 0.018m；短軸小徑 ddx=O.018m；其他數(shù)據(jù)圖紙給出。 明輪支撐架的各桿件均為空管，且材料、尺寸相同。支撐桿采用直縫電焊鋼管 Q235A，抗拉強(qiáng)度 b = 375 MPa ，由于明輪承受交 變載荷，并且工作環(huán)境是水與空氣交替的環(huán)境，并且是焊接件，安全系數(shù)取為 5。則許用應(yīng)力 = 75 MPa；明輪支撐架采用內(nèi)徑 14mm，外徑 18mm 的支撐桿。 圖 7支撐架 其他尺寸參照設(shè)計(jì)圖紙。 4 明輪軸的設(shè)計(jì) 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 4.1 軸的材料及結(jié)構(gòu) 4.1.1 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。本設(shè)計(jì)軸 選用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu) 軸的結(jié)構(gòu)主要決定于以下因素：軸載機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載 荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝性等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同的情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝載軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 4.1.3 軸的支承結(jié)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)中，軸的支承采用滾動(dòng)軸承。一般來說，一根軸需要兩個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)可由一個(gè)或一個(gè)以上的軸承組成。合理的軸承配置應(yīng)考慮軸在機(jī)器中有正確的位置、防止軸向竄動(dòng)以及軸受 熱膨脹后不致將軸承卡死等因素。常用的軸承配置方法有雙支點(diǎn)各單向固定、一支點(diǎn)雙向固定，另一端支點(diǎn)游動(dòng)、兩端游動(dòng)支承三種。 其中雙支點(diǎn)各單向固定方式常用兩個(gè)反向安裝的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，兩個(gè)軸承各限制絲杠在一個(gè)方向的軸向移動(dòng)；一支點(diǎn)雙向固定，另一端支點(diǎn)游動(dòng)方式常用在工作溫度較高，跨度較大的場合，作為固定支承的軸承應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈都要固定。當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，作為固定端的支點(diǎn)可以采用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，也可以采用兩個(gè)角接觸球軸承（或圓錐滾子軸承）“背對(duì)背”或“面對(duì)面”組合的結(jié)構(gòu)；兩端游動(dòng)方式常用在人字形齒輪的裝配中。 4.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 （在以下軸的計(jì)算中如無特殊說明，所查閱公示、表格、圖等均出自濮良貴、紀(jì)名剛主編機(jī)械設(shè)計(jì)第八版） （ 1）求軸上的功率 P，轉(zhuǎn)速 n和轉(zhuǎn)矩 T P=Np =1.15kw 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 n = 0.15 r/s T=9549=4809.61N m （ 2）求作用明輪的力 已知明輪的直徑： D=1250mm 明輪推進(jìn)力： F 輪 =P/2=427N （ 3）初步確定軸的最小值 先按式（ 15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)表 15-3，取 1100 A，于是得 d min = =14.59mm （ 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 擬定軸上零件的裝配方案 現(xiàn)采用如下 圖 4-1所示的裝配方案。 圖 4-1 軸裝配方案 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足明輪的軸向定位要求， III 軸端右端需制造出一軸肩，故取 IIIII 段的直徑 mmd 25IIIII ，取 IV-V段的直徑 mm25VIV d； 根據(jù)定位條件， IVIII 段的直徑 mmd 30IVIII 。 根據(jù)明輪寬度取 L - =570mm。 根據(jù)零部件的裝配位置，取 L - =30mm， L - = 200mm， L - =84mm 初步選擇滾動(dòng)軸承。 因?yàn)檩S承主要承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承 6205，其尺寸為 mmmmmmBDd 155225 。 軸承兩端均采用軸肩定位，并用軸承座固定。 軸上零件的周向定位 明輪與軸的軸向定位采用花鍵連接。 滾動(dòng)軸承與軸的軸向定位是由過度配合來保證的。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 確定軸上的圓角與倒角尺寸 參考表 15-2，取軸端倒角為 0451 。 （ 5）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a 值（參看圖 15-23）。對(duì)于 6205 深溝球軸承，查 GB276-89 知 mma 5.7 。 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖 4-2 所示： 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 D 是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面處的 HM 、VM及 M 的值如下： 彎矩： mmNM 05.7 1 9 5 4H1 ； mmNM 12.8 6 1 1 7V1 mmNM 18.6 5 6 2 9H2 ； mmNM 29.41244V2 mmNM 42.123236NH3 ； mmNM 29.41244V2 總彎矩： mmNM 96.1 1 2 2 2 012.8 6 1 1 705.7 1 9 5 4 221 mmNM 10.7751329.4124418.65629 222 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 mmNM 12631134.2769942.123236 223 扭矩： mmNT 439301 mmNT 219652 （ 6）按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。根據(jù)式（ 15-5）及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 6.0 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 MPW TM 28.61251.0 )219656.0(126311)( 3 222223ca 前已確定軸的材料為 40 rC ，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查的 MP70 1 。因此 ca 1 ，故安全。 4.2 軸承的設(shè)計(jì)與校核 查 GB297-84 選擇深溝球軸承 6205，其基本額定動(dòng)載荷 NC 10800 ，基本額定靜載荷 NC 69500 （ 1）求兩軸承受到的徑向載荷 r1F 和 r2F 將軸承部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系。 由前面軸的受力的分析可知： NF 08.1964r1v NF vr 37.3052 NF 35.2744r1H NF 43.1358r2H NFFF 77.337435.274408.1964 222r 1 H2r 1 Vr1 NFFF 33.139243.135837.305 222r2H2r2Vr2 （ 2）求兩軸承的計(jì)算在軸向力a1F和2aF 對(duì)于深溝球軸承，無派生軸向力，由于軸上沒有軸向力的作用，所以兩軸承 的計(jì)算軸向力 a1F 和 2aF 為零。 （ 3）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 1P 和 2P 因?yàn)?0r2a2r1a1 FFFF 由表 13-5 查的徑向載荷分布系數(shù)和軸向載荷分布系數(shù)為 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 對(duì)軸承 1 0,111 YX 對(duì)軸承 2 0,122 YX 因運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有中等沖擊載荷，按表 13-6 8.12.1p f,取pf=1.5。則 NNFYFXfP 16.5062077.337415.1a11r11p1 ）（）（ NNFYFXfP 5.2088033.139215.1r22r22p2 ）（）（ （ 4）驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?1 PP，所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算 h49.8092)16.506210800(2060 10)(6010 3616h PCnL 經(jīng)檢驗(yàn)合格 4.2 聯(lián)軸器的選擇 計(jì)算聯(lián)軸器所需的轉(zhuǎn)矩： CAT KT 查課本 269 表 17-1 取 1.5AK 1 . 5 2 9 4 . 6 4 4 1 . 9CAT K T N m 查手冊(cè) 94頁表 8-7 選用型號(hào)為 HL6 的彈性柱銷聯(lián)軸器。 5 液壓件及內(nèi)燃機(jī)的選擇 5.1 聯(lián)接明輪軸的液壓馬達(dá)的選擇 輸入軸的扭矩為 T=4809.61N m，查手冊(cè)選用型號(hào)為 YLM16-1800 的液壓馬達(dá)兩個(gè)。參數(shù)如下： 排量 V=1413 ml/r；額定壓力 P1=20Mpa；最高壓力 P2=25Mpa；額定扭矩 T1=5433Nm單位理論扭矩 T2=283Nm；轉(zhuǎn)速范圍 2320r/min。 5.2 聯(lián)接收割機(jī)的液壓馬達(dá)的選擇 輸入收割機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速為 738 r/min，查手冊(cè)選用型號(hào)為 YLM1-63 的液壓馬達(dá)。參數(shù)如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉(zhuǎn)速范圍 151500r/min。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 5.3 聯(lián)接傳送帶的液壓馬達(dá)的選擇 輸入傳送帶的扭矩為 T=198.58N m，查手冊(cè)選用型號(hào)為 YLM1-63 的液壓馬達(dá)。參數(shù)如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P2=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉(zhuǎn)速范圍 151500r/min。 5.4 電動(dòng)液壓泵站的選擇 根據(jù)需要選擇 PER4560WT-RW 電動(dòng)泵站。流量 2.1L/min，油箱可用油 60L。 5.4 發(fā)電機(jī)組的選擇 根據(jù)需要選擇玉柴發(fā)電機(jī)組型號(hào) 24GF，功率 24KW，電壓 400/230V，電流 43A，配柴油機(jī)型號(hào) YC4108D，配發(fā)電機(jī)型號(hào) WTW-24-4，長 1800mm 寬 750mm 高 1100mm，凈重 870kg。 6 結(jié) 論 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 （ 1）明輪部分經(jīng)計(jì)算，能夠完成相關(guān)的任務(wù)，設(shè)計(jì)比較合理。 （ 2）主要零部件經(jīng)過強(qiáng)度校核滿足強(qiáng)度要求，但是由于回收水草的需要，軸較長，結(jié)構(gòu)不是特別緊湊。 （ 3）所設(shè)計(jì)的清除裝置尺寸小，運(yùn)動(dòng)靈活，適宜在中小尺度的水域生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行水草收割，能夠達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。 （ 4）本設(shè)計(jì)的小型水草收割機(jī)船體平穩(wěn)、靈活，驅(qū)動(dòng)力小，可以大大提高沉水植物的收割速度，有效解決人工收割效率低的問題。 （ 5）由于水平所限，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難免存在不太合理的地方。 參考文獻(xiàn) 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 1 秦四成編著 . 工程機(jī)械設(shè)計(jì) M. 北京：科學(xué)出版社， 2003. 2 王昌祿編 . 簡明機(jī)械設(shè)計(jì) M. 北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 1984.6. 3 汪愷主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)用手冊(cè) M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997.8. 4 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) M北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998. 5 Machinerys handbook : a reference book for the mechanical engineer, draftsman.