LIU95ZIZUN芝麻收割機(jī)的設(shè)計(jì)

新疆理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）新疆理工學(xué)院Collegeofscience＆technologyXinjiangUniversity學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：芝麻收割機(jī)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:李風(fēng)娟學(xué)生姓名：專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：機(jī)械16-1完成日期：2020年5月日聲明鄭重聲明，此論文（設(shè)計(jì)）是本人在相關(guān)老師指導(dǎo)下完成，沒(méi)有抄襲、剽竊他人成果，否則，由此造成的一切后果由本人負(fù)責(zé)。本人簽名：新疆理工學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)械16-1論文（設(shè)計(jì)）題目芝麻收割機(jī)機(jī)的設(shè)計(jì)論文（設(shè)計(jì)）來(lái)源要求完成的內(nèi)容發(fā)題日期：年月日完成日期：年月日指導(dǎo)教師簽名摘要芝麻在中國(guó)各地都有種植，其成熟時(shí)間存在差異，收割周期長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工收割方式耗時(shí)耗力。因此各個(gè)地區(qū)的個(gè)體農(nóng)戶種植較少其生長(zhǎng)條件要求高，極端的天氣變化對(duì)其影響很大，導(dǎo)致不同情況下生長(zhǎng)大小不一，收割的難度不同，為此設(shè)計(jì)適合個(gè)體農(nóng)戶使用的小型芝麻收割機(jī)。設(shè)計(jì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便、體積小、重量輕、作業(yè)性能強(qiáng)、功能穩(wěn)定，適合用于小地塊、山地、丘陵地的收割作業(yè)。本文對(duì)芝麻收割機(jī)進(jìn)行了整體的機(jī)構(gòu)理論研究。分析國(guó)內(nèi)外的各種型號(hào)的芝麻收割機(jī)的使用與現(xiàn)狀，找到適應(yīng)個(gè)體用戶的相應(yīng)機(jī)型，并對(duì)其中的關(guān)鍵部位進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，保證了機(jī)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。關(guān)鍵詞：芝麻收割機(jī)；CAD；SolidorksABSTRACTSesameisplantalloverChina.Therearedifferencesinmaturitytime,longharvestcycleandlabor-consumingtraditionalmanualharvest.Therefore,theindividualfarmersineachregiongrowlessandtheirgrowthconditionsarehigh.Extremeweatherchangeshaveagreatimpactonthem,resultingindifferentgrowthsizesandharvestingdifficultiesunderdifferentconditions.Therefore,asmallsesameharvestersuitableforindividualfarmersisdesigned.Themachineissimpleinstructure,convenientinoperationandmaintenance,smallinvolume,lightinweight,stronginperformanceandstableinfunction.Itissuitableforharvestinginsmallplots,mountainsandhills.Inthispaper,thewholemechanismtheoryofsesameharvesterisstudied.Thispaperanalyzestheuseandcurrentsituationofvariousmodelsofsesameharvesterathomeandabroad,findsthecorrespondingmodelssuitableforindividualuser,anddesignsandcalculatesthekeypartstoensurethereliabilityofmechanismoperation.Keywords:Sesameharvester;CAD;SolidWorks

目錄TOC\o"1-3"\h\u30781.緒論 .緒論1.1選題的目的及意義芝麻在中國(guó)各地都有種植，其成熟時(shí)間存在差異，收割周期長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工收割方式耗時(shí)耗力。因?yàn)?，每個(gè)地區(qū)的個(gè)體農(nóng)民種植較少，且其生長(zhǎng)條件很高。極端的天氣變化對(duì)其影響很大，導(dǎo)致在不同情況下不同的生長(zhǎng)大小和不同的收獲難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該設(shè)計(jì)適合個(gè)體農(nóng)民。小型芝麻收割機(jī)。。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)單、容易維護(hù)、小規(guī)模、輕度、高操作性能和功能穩(wěn)定，適合小土地、山區(qū)和山區(qū)的采集作業(yè)。我國(guó)機(jī)械運(yùn)用程度大大提高，各種適合收割高桿粗莖的機(jī)械很多，目前適合收割芝麻的機(jī)械大多為聯(lián)合式，這種機(jī)械體型大、引擎大消耗高，對(duì)機(jī)械性能要求高，維修難度大，且適合種植面積大且成熟時(shí)間相同農(nóng)作物，分期收割加大消耗。類似的小型機(jī)械有山地牧草收割機(jī)、水稻收割機(jī)等但這類機(jī)械對(duì)收割如芝麻高桿粗莖作物效果不顯著[2]。基于這種情況下設(shè)計(jì)一種合適的小型收割機(jī)希望達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研設(shè)計(jì)一種動(dòng)力需求小，可調(diào)節(jié)、易于維修、輕便簡(jiǎn)潔操作簡(jiǎn)單適用一般農(nóng)戶的芝麻收割機(jī)。該機(jī)械用于家用，面積不大、地勢(shì)復(fù)雜的條件下[3]。1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)2018年王源發(fā)明一種半自動(dòng)化芝麻收割機(jī)，包括移動(dòng)小車、蓄電池、收集箱、輸送裝置、撥桿裝置組和切割裝置[4]。在電力系統(tǒng)的帶動(dòng)下工作，曲柄連桿機(jī)構(gòu)收割，連桿式撥禾器由鏈條帶動(dòng)，同時(shí)其后端的皮帶傳送在張力的作用下夾緊作物完成傳送工作如圖1所示圖1半自動(dòng)收割機(jī)示意圖2017漯河市科學(xué)院發(fā)明了一種芝麻小區(qū)塊簡(jiǎn)易收割機(jī)包括收割機(jī)主體。所述收割機(jī)主體頂端的兩側(cè)均設(shè)有L形的推手，推手的頂端設(shè)有橫欄，橫欄與收割機(jī)主體通過(guò)推手固定連接，且推手的一側(cè)設(shè)有制動(dòng)器，制動(dòng)器的頂端安裝有制動(dòng)桿，推手的底端安裝有小型機(jī)架，小型機(jī)架的頂端安裝有柴油機(jī)，且柴油機(jī)與收割機(jī)主體通過(guò)小型機(jī)架固定連接，柴油機(jī)的一側(cè)設(shè)有傳動(dòng)輪和傳動(dòng)皮帶，傳動(dòng)輪的底端設(shè)有傳動(dòng)組件，該種芝麻小區(qū)塊簡(jiǎn)易收割機(jī)適用于芝麻的小區(qū)塊收割，結(jié)構(gòu)緊湊，控制精確[5]。如圖2所示圖2簡(jiǎn)易收割機(jī)示意圖河南張大為于2015年6月在水稻收割機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，并在田間試驗(yàn)后發(fā)明了芝麻收割機(jī)。1.傳遞裝置2.收割裝置3.分離裝置4.集果箱圖3收割機(jī)工作示意圖如圖3所示，該機(jī)器由收割裝置、傳送裝置、分離裝置、集果箱的幾個(gè)部分構(gòu)成。芝麻收割裝置通過(guò)坡道皮帶輸送機(jī)將芝麻秸稈轉(zhuǎn)移到切割裝置[6]。經(jīng)過(guò)多次切割后，采用了一種輪流分離裝置，將芝麻堅(jiān)果從殘?jiān)蟹蛛x出來(lái)，芝麻堅(jiān)果被放入收集箱，芝麻草料被切碎后返回農(nóng)田[7]。1.3國(guó)外研究現(xiàn)狀基于國(guó)外種植面積大的因素大多農(nóng)用機(jī)械都是大型的[8]。因此國(guó)外芝麻收割機(jī)的的研究已經(jīng)處于完整階段，其機(jī)械結(jié)構(gòu)由收割裝置機(jī)構(gòu)類型為輪盤式刀具、傳送裝置、分離裝置、集果箱等裝置構(gòu)成分離裝置與集果箱通間隔較遠(yuǎn)過(guò)傳送帶相連[9]。集果箱設(shè)計(jì)在機(jī)械頂部在液壓裝置下可實(shí)現(xiàn)自卸工作方便快捷。其機(jī)械是一個(gè)大型的完全自動(dòng)化裝置，其結(jié)構(gòu)類似于稻田收割機(jī)的結(jié)構(gòu)[10]。1.4個(gè)人見(jiàn)解及分析從上述抱怨可以看出，國(guó)內(nèi)外對(duì)芝麻收割機(jī)的研究趨向于規(guī)模化，智能化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，維護(hù)難度大，僅適合種植面積大的大農(nóng)戶。因此，小型機(jī)構(gòu)具有大型機(jī)械所不具有的優(yōu)勢(shì)，并且其市場(chǎng)更大。芝麻收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器前進(jìn)的時(shí)候運(yùn)轉(zhuǎn)刀具，在動(dòng)力牽引下運(yùn)轉(zhuǎn)4齒輪箱。這樣移動(dòng)皮帶使鏈條旋轉(zhuǎn)，一邊移動(dòng)鏈條上的牙齒，一邊移動(dòng)7根稻子導(dǎo)輪，將切好的芝麻輸送到傳送鏈條的牙齒之間。整體機(jī)構(gòu)如圖4所示: 1.分禾器2.切割器3.撥齒4.齒輪箱5.皮帶輪6.皮帶7.傳送裝置8扶禾導(dǎo)輪圖4收割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.1.1分禾器的設(shè)計(jì)作物分割器的設(shè)計(jì)是隨著機(jī)器的前進(jìn)將芝麻進(jìn)行分割，這有利于收割。結(jié)構(gòu)如圖所示：1.機(jī)架鏈接桿2.軸3.分禾片圖5分禾器結(jié)構(gòu)示意圖2.1.2扶禾導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)扶禾導(dǎo)輪安裝在分禾器上的軸上，在下輸送鏈撥齒帶動(dòng)下將谷物扶起并撥向收割臺(tái)。谷物被切割器切割后，已割谷物莖稈由上、下輸送鏈撥齒與扶禾導(dǎo)輪夾持下往一側(cè)平鋪倒下；結(jié)構(gòu)如圖所示：圖6扶禾導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)示意圖2.1.3傳送鏈的設(shè)計(jì)2.1.4動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)的確定根據(jù)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)類型選用的動(dòng)力為農(nóng)用手扶因此其傳動(dòng)為皮帶輪傳動(dòng)，動(dòng)力傳遞部分主要包括以下結(jié)構(gòu)：皮帶輪1，兩個(gè)圓錐齒輪2，皮帶3，皮帶輪4，皮帶5，皮帶輪6。兩個(gè)圓錐齒輪2和皮帶輪1、4分別相連并固定在齒輪箱體上，皮帶3和發(fā)動(dòng)機(jī)相連以便傳遞，從而帶動(dòng)與固定在收割臺(tái)軸上的皮帶輪6達(dá)到切割的目的。機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖所示：1.皮帶輪2.圓錐齒輪3.皮帶4.皮帶輪5.皮帶6.皮帶輪圖7動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)示意圖由于是皮帶傳動(dòng)，，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在之間，取，2.2收割臺(tái)傳遞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下部分：主軸1，兩個(gè)齒輪2，兩個(gè)鏈條3，傳動(dòng)輪4和皮帶5。兩個(gè)齒輪2和傳動(dòng)輪4連接到主軸1并固定。兩個(gè)鏈條3分別與齒輪嚙合。皮帶5連接到傳動(dòng)輪4上。另一皮帶連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上，以便將動(dòng)力傳遞到收割機(jī)上進(jìn)行傳遞。在芝麻鏈上，切割刀可以高速旋轉(zhuǎn)以達(dá)到切割目的。切芝麻棒。機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖51.軸2.齒輪3.鏈條4.皮帶輪5.皮帶圖5傳送結(jié)構(gòu)示意2.2.1傳送結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定通過(guò)實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)參數(shù)分析，傳送鏈的速度大于滾輪的旋轉(zhuǎn)速度一般范圍內(nèi)可以達(dá)到最高的收割效率,因此取。收割臺(tái)鏈輪轉(zhuǎn)速大致與棍子轉(zhuǎn)速相同取。因此軸1的轉(zhuǎn)速為。切割刀的轉(zhuǎn)速為，取，軸1與齒輪的傳動(dòng)比為1:5。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力軸輸出轉(zhuǎn)速為，確定發(fā)動(dòng)機(jī)與主軸用皮帶輪完成動(dòng)力傳遞，傳動(dòng)比為4:1，因此主軸轉(zhuǎn)速為，則主軸錐齒輪與軸1和軸4的傳動(dòng)比為3:1。2.3前進(jìn)速度設(shè)計(jì)的機(jī)器由手動(dòng)操作驅(qū)動(dòng)，其前進(jìn)速度取決于人體功能。因此，確定機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)速度。2.3.1確定收獲割臺(tái)的相關(guān)參數(shù)(1)設(shè)計(jì)該機(jī)械由農(nóng)戶的手扶車帶動(dòng)其功率，考慮到高效的收割效率及人工操作的便捷問(wèn)題，動(dòng)刀片定為19個(gè)定刀片20個(gè)。兩個(gè)刀片之間的中心距離為。所以割幅為，取。(2)為確保收割后不會(huì)堆積芝麻，應(yīng)保留足夠的空間，因此刀片的前向是。(3)除寬設(shè)置4個(gè)芝麻的數(shù)量，并支持4個(gè)芝麻的導(dǎo)論2.4功率校正和功率參數(shù)農(nóng)民的手扶車驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力范圍在之間，滿足以下要求：（1）公式中：分別是切割器、傳送鏈和機(jī)械行走需要的功率；為所選動(dòng)力的額定功率；為考慮柴油機(jī)功率儲(chǔ)備的系數(shù)在之間，取為1.15。(1)切割器需要的功率為切割時(shí)的功率與空轉(zhuǎn)功率之和即為：（2）

其中：（3）式中:為收割機(jī)前進(jìn)速度;為割幅;為切割單位面積內(nèi)芝麻桿所需的功。帶入公式（3）得：該值通常與機(jī)械安裝技術(shù)有關(guān)取值。所以：傳送鏈的功率，傳輸鏈的功率可以根據(jù)由傳輸鏈接收的力，鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)求出消耗功率。（4）公式中：大概為；2.5傳送鏈撥動(dòng)齒參數(shù)的確定在皮帶輪的帶動(dòng)下將收割后的芝麻通過(guò)傳送鏈撥動(dòng)齒的高度重一端傳送到另一端，齒的高度決定了傳送作物數(shù)量和收割速度的保障，傳輸?shù)臄?shù)量大于或等于相同時(shí)間內(nèi)收割的數(shù)量公式中：為傳送鏈的速度；為傳送鏈撥動(dòng)齒的高度：為傳送鏈撥動(dòng)齒之間壓縮后芝麻桿的密度，大約為120株；為機(jī)械工作速度，：為割幅，；為芝麻生長(zhǎng)在田間的密度，大約為株株取12；把參數(shù)帶入上述公式中可以得出的數(shù)值；取即可。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與力學(xué)分析地輪驅(qū)動(dòng)式地輪的設(shè)計(jì)結(jié)合本設(shè)計(jì)方案以及芝麻收割機(jī)動(dòng)力的來(lái)源，綜合考慮芝麻收割機(jī)的小型輕便、實(shí)用性以及芝麻生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，本次設(shè)計(jì)的芝麻收割機(jī)行走方式使用輪式行走裝置，也就是說(shuō)采用地輪式切割。車輪是芝麻收割機(jī)的重要組成部件，不但有支撐整個(gè)收割機(jī)的作用，還是芝麻收割機(jī)收割動(dòng)力的主要來(lái)源，它與芝麻收割機(jī)的傳動(dòng)輪嚙合，通過(guò)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)平面撥齒轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳送給傳動(dòng)齒輪，再由傳動(dòng)齒輪傳遞給上刀盤傳動(dòng)齒，達(dá)到芝麻切割的目的，因此，可以說(shuō)車輪是芝麻動(dòng)力的來(lái)源，它在芝麻收割機(jī)中有絕不容忽視的作用。行走輪的材料選用45鋼，經(jīng)過(guò)各種板型的鋼材焊接而成的，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。本次設(shè)計(jì)的芝麻收割機(jī)最大的特點(diǎn)就是采用旱田葉輪驅(qū)動(dòng)，其主要目的就是增加土壤的附著力，其三維實(shí)體如下圖3.2所示。內(nèi)盤是用來(lái)裝軸承的孔徑為15mm，外圈是由兩跟圓鋼經(jīng)過(guò)壓彎焊接而成的，6根圓鋼的兩端分別焊接在內(nèi)盤和外圈上，其直接為310mm，圓鋼的外面等分焊接8塊板，每塊板上焊接3塊爪板，與直徑方向成大約25度角，該論的特點(diǎn)就是在田間工作附著力好，維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是不能在陸地上行駛不便，為了能夠滿足弄戶的需要，可以配帶2個(gè)橡膠輪胎。因?yàn)樵撦喬サ陌惭b十分方便。圖3.1收割機(jī)的行走輪圖3.2行走輪三維實(shí)體造型芝麻收割機(jī)除了要克服行走阻力外，還需要克服各工作部件的阻力。由于地理位置的不同，存在著速度的不穩(wěn)定性、各作物生長(zhǎng)狀況的不同、不斷不化的濕度以及田間雜草等諸多因素的影響，使芝麻收割機(jī)的工作負(fù)荷是不穩(wěn)定的，所需的功率經(jīng)常在變化。為此，考慮芝麻收割機(jī)動(dòng)力的時(shí)候，不僅要根據(jù)功率的平均值，還要考慮到符合最嚴(yán)重時(shí)所需要功率的最大值，這樣就可大致估算出人應(yīng)該提供多大的力才能保證芝麻收割機(jī)無(wú)論在任何條件下都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于芝麻收割機(jī)的負(fù)荷在不斷的變化，這就導(dǎo)致功率消耗也隨之改變，從而降低了工作質(zhì)量。因?yàn)椴粩嘧兓呢?fù)荷，使的芝麻收割機(jī)上下刀盤的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)隨之改變，而工作部件轉(zhuǎn)速的改變，將直接影響芝麻收割機(jī)的切割質(zhì)量、分離損失和子粒破碎率，因此要特別注意轉(zhuǎn)速變化量其是由收割負(fù)荷變化而引發(fā)的，要控制其在一定的范圍內(nèi)。調(diào)速特性和工作點(diǎn)的選擇是設(shè)計(jì)芝麻收割機(jī)必須要考慮的問(wèn)題；在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪）中，應(yīng)該考慮其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，必須讓其具有較大的數(shù)值才能克服瞬時(shí)增大的阻力。圖3.3芝麻收割機(jī)行走輪受力分析圖行走輪：如圖3.3，由于人對(duì)車輪施加推力的作用，導(dǎo)致垂直行走輪施上分力，Qy,同時(shí)對(duì)輪子施加水平力Qx，進(jìn)而行走輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，而且還壓入土中一定深度Zo，并在地面留下車轍，如上圖所示，此時(shí)，行走輪存在兩個(gè)作用力：N（土壤對(duì)輪子的法向反作用力的合力）和T（切向摩擦力的合力）。此外還有Mm與輪子軸套中的摩擦力矩）。由于Mm很小對(duì)機(jī)構(gòu)沒(méi)有影響可以不予考慮。N通過(guò)輪心且垂直于輪緣，設(shè)它作用點(diǎn)是A，rd是A點(diǎn)的與輪心的水平距離。R是T與N的合力。通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，人的輸出功率范圍在0~1000w，人的平均輸出功率為80w，通常成年人的步行速率大約在5km/h，平均的行進(jìn)速率大約為6km/h。進(jìn)而我們可以得出人施加在收割機(jī)上的力Q的大小大約200N。若在某一瞬時(shí)的平衡狀態(tài)，則:整車質(zhì)量約為10kg，故P=50N解得:進(jìn)而再運(yùn)用ANSYS對(duì)車輪進(jìn)行應(yīng)力分析，在車輪上的輪轂上施加固定約束。它受到人的推力200N，車的重力50N，地面對(duì)車子的力為237.4N。首先對(duì)行走輪進(jìn)行劃分網(wǎng)格，得到6916個(gè)單元和20420個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖3.4所示。圖3.4車輪受載荷力屈服應(yīng)力圖由下面的圖3.5應(yīng)力圖可得出，最大受力出現(xiàn)在車輪輻板于輪轂過(guò)渡處，可見(jiàn)最大屈服力為77.99MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于車輪所能承受的最大屈服應(yīng)力620MPa，所以選用材質(zhì)為合金鋼完全符合，并列出合金鋼屬性表3.1：圖3.5行走輪應(yīng)力圖表3.1車輪合金鋼屬性那么我們就可以得到車輪的總變形圖如圖3.6所示，其最大變形量為0.39mm，出現(xiàn)在出現(xiàn)在車輪輻板于輪轂過(guò)渡處。圖3.6車輪總變形圖由車輪的應(yīng)變?cè)茍D3.7可以看出，車輪受力發(fā)生的最大應(yīng)變?yōu)?.8323mm，而其他變化較小，故設(shè)計(jì)合理。圖3.7車輪應(yīng)變?cè)茍D地輪驅(qū)動(dòng)式傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)圖3.8地輪驅(qū)動(dòng)式本設(shè)計(jì)涉及非標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)過(guò)程：主傳動(dòng)撥齒與右邊行走輪平面撥齒嚙合，行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與主傳動(dòng)撥齒嚙合的行走輪平面撥齒帶動(dòng)主傳動(dòng)撥齒轉(zhuǎn)動(dòng)，主傳動(dòng)撥齒帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而大齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪撥動(dòng)上刀盤的平面轉(zhuǎn)動(dòng)齒轉(zhuǎn)動(dòng)，上刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3.9所示。圖3.9傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總圖已知條件：兩行走輪間距L=238mm，行走輪半徑r=140mm，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，人在作業(yè)推動(dòng)收割機(jī)時(shí)最快推動(dòng)速度v=5.1m/s，并且保證刀盤切割速度大于行走輪速度，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)芝麻的有效切割。由于工況條件，所有傳動(dòng)部分采用開(kāi)式傳動(dòng)，且傳動(dòng)件均為非標(biāo)準(zhǔn)件，所以只能對(duì)其進(jìn)行有效估算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法來(lái)確定主要零部件尺寸，并通過(guò)實(shí)際收割來(lái)確定最終方案。為保證收割機(jī)有效傳動(dòng)，其所有傳動(dòng)部件模數(shù)m=8，設(shè)行走輪齒數(shù)為Z1,傳動(dòng)齒齒數(shù)為Z2，雙連傳動(dòng)齒輪組齒數(shù)為Z3，上刀盤齒數(shù)為Z4，行走輪與傳動(dòng)齒傳動(dòng)比為i1，傳動(dòng)齒與雙連傳動(dòng)齒輪組傳動(dòng)比為i2，雙連傳動(dòng)齒輪組與上刀盤傳動(dòng)比為i3行走輪齒數(shù)取Z1=30；兩行走輪間距L=238mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求行走輪齒帶動(dòng)傳動(dòng)齒轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒帶動(dòng)雙連傳動(dòng)齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，所以最終可以確定傳動(dòng)齒與雙連傳動(dòng)齒輪組的中心距為72mm，由于模數(shù)相同，確定傳動(dòng)齒齒數(shù)Z2=9,Z3a=9，，為保證雙連傳動(dòng)齒與下刀盤接觸，并且完成對(duì)下到盤的加速目的，設(shè)定雙連傳動(dòng)齒分度圓直徑為200mm，從而得到Z3b=25，根據(jù)收割機(jī)割幅360mm，設(shè)計(jì)其上刀盤平面轉(zhuǎn)動(dòng)齒直徑為340mm，從而得出Z4=43，；結(jié)論：總傳動(dòng)比，刀盤切割速度大于行走輪速度，符合設(shè)計(jì)要求。3.3主傳動(dòng)撥齒的設(shè)計(jì)與分析圖3.8中的摩擦從動(dòng)輪就是主傳動(dòng)撥齒，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)它不是齒輪，只是一個(gè)帶齒的輪子，是連接車輪齒和傳動(dòng)齒輪組件的重要元件，它與輪子和傳動(dòng)齒輪組件同時(shí)嚙合。承了輪子轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞的動(dòng)力，再通過(guò)本身傳動(dòng)齒輪組件的嚙合將該力傳傳動(dòng)齒輪組件，使傳動(dòng)齒輪組件轉(zhuǎn)動(dòng)，可以說(shuō)有“承上啟下”的作用；再加上該齒輪可以左右擺動(dòng)和左右輪子分別實(shí)現(xiàn)嚙合，從而改變了麥子的倒向，因此，該齒輪也是收割機(jī)中不可忽視的重要零件。下圖為該齒輪的示意圖3.10。圖3.10主傳動(dòng)撥齒在進(jìn)行人力給予車子200N的力做運(yùn)行試驗(yàn)，人推動(dòng)芝麻收割機(jī)的速度為1m/s，車輪半徑140mm。其中功率轉(zhuǎn)速車輪與主傳動(dòng)撥齒的傳動(dòng)比為0.3，則有由輪子傳動(dòng)到主傳動(dòng)撥齒上的T為64.67N/m。進(jìn)而我們對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，從圖4.12我們可知其最大屈服應(yīng)力為145Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最大屈服應(yīng)力620Mpa。3.4傳動(dòng)齒輪組的設(shè)計(jì)與分析該齒輪與主傳動(dòng)撥齒和平面轉(zhuǎn)動(dòng)齒嚙合，都是傳動(dòng)系統(tǒng)中不可或缺的傳動(dòng)元件。該齒輪的示意圖如為圖3.11：它是由一個(gè)與主傳動(dòng)撥齒大小相當(dāng)?shù)凝X輪、一小段圓柱筒、和一個(gè)較大的齒輪，有圓柱筒兩端各連接兩齒輪而成；在傳動(dòng)過(guò)程中，小齒輪與主傳動(dòng)撥齒嚙合，其大小與主傳動(dòng)撥齒相同，大齒輪與平面轉(zhuǎn)動(dòng)齒嚙合，進(jìn)行傳動(dòng)。大齒輪與動(dòng)刀片是用齒盤嚙合的方式，如果用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則由于齒輪小就要在齒輪箱內(nèi)工作，而我設(shè)計(jì)的則是開(kāi)式的，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械，工作環(huán)境很惡略，灰塵等雜質(zhì)容易進(jìn)去機(jī)箱，所以用這樣的結(jié)構(gòu)。圖3.11傳動(dòng)齒輪組件4、執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究4.1收割機(jī)的上、下刀盤設(shè)計(jì)4.1.1切割器與莖稈關(guān)系切割器的切割質(zhì)量包括兩個(gè)方面——切割莖稈的效率與阻力。切割器的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及莖稈的物理機(jī)械性質(zhì)影響切割器的切割質(zhì)量。1.莖稈剛度對(duì)切割的影響切斷莖稈要求個(gè)到必須克服其橫切面內(nèi)的切割阻力，但是由于水稻、芝麻等作物的莖稈剛度小，在受到極小的外力作用下就會(huì)發(fā)生彎斜，從而導(dǎo)致切割較困難。因此，為了能夠順利切割莖稈，就必須采取一定的措施和方法。比如說(shuō)增加割刀的速度、給予被切割的莖稈適當(dāng)?shù)闹位蚴翘岣咔懈钚实取D4.1單支撐切割 圖4.2雙支撐切割 圖4.3無(wú)支撐切割支撐莖稈的切割器分為有支撐和無(wú)支撐兩類。有支撐切割：?jiǎn)沃魏碗p支撐（圖5.1和圖5.2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在切割時(shí)取兩點(diǎn)支撐切割可使莖稈不彎曲從而達(dá)到切割較省力的效果。無(wú)支撐切割：它是動(dòng)刀片直接切割莖稈，其過(guò)程如圖5.3所示。無(wú)支撐的莖稈在較低速度被切割時(shí)，會(huì)很容易被推倒或折斷，從而失去了切割效果。其原因是莖稈無(wú)支撐，只能依靠其自身的彎曲Pw是很難與動(dòng)刀的切割力相平衡的，此時(shí)，P》Pw。這就導(dǎo)致動(dòng)刀必須以一定的切割速度才能使原來(lái)靜止的莖稈在瞬間獲得來(lái)自其傳遞的速度，隨即莖稈產(chǎn)生較大的加速度以及與其反方向的慣性力Pg，當(dāng)P=Pg+Pw，莖稈就可以被切割。所以，在使用無(wú)支撐切割時(shí)就必需要有較大的切割速度才能實(shí)現(xiàn)切割，而且還能提高切割效率。但是，卻增加了功率的消耗、增加了整機(jī)的振動(dòng)和徒添一些不必要的空割。2.切割速度與切割阻力的關(guān)系由試驗(yàn)結(jié)果得出切割阻力與切割速度是反比關(guān)系，其關(guān)系如圖4.4所示。圖4.4切割速度與切割阻力的關(guān)系由試驗(yàn)觀察表明：有支撐的切割器其割刀速度在0.3m/s與0.6m/s之間芝麻的稈莖有被擠壓撕破的現(xiàn)象，由圖4.4可知阻力逐漸減少；當(dāng)速度超過(guò)0.6m/s時(shí)，則上述現(xiàn)象會(huì)消失，同時(shí)阻力也在緩慢減少，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)一般割刀的速度應(yīng)該大于0.6m/s。因此我們可以得出速度越大其慣性力也就越大，因而導(dǎo)致莖稈的抗彎能力也就越大，這樣會(huì)完成順利的切割。3.莖稈的纖維方向性與切割的關(guān)系切割刀進(jìn)入莖稈的方式：正切和滑切。如圖4.5和圖4.7所示。圖4.5正切正切：割刀的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與割刀的刃口垂直。它又分為橫切、斜切和削切三種。如圖4.6所示。圖4.6正切的三種切割方式滑切：割刀的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與割刀的刃口不垂直也不平行。如圖4.7所示。圖4.7滑切圖中：Vn——割刀運(yùn)動(dòng)的法向速度；Vt——割刀運(yùn)動(dòng)的切向速度； a——割刀運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度方向與Vt方向的夾角。4.1.2收割機(jī)下刀盤的設(shè)計(jì)下刀盤我們采用的是定刀片。刀片的磨損與刃口的磨鈍是由芝麻收割面積增加而引起的兩種現(xiàn)象，其危害是能夠影響到的使用壽命，進(jìn)而增加了切割阻力和引發(fā)了割茬的參差不齊。為了避免鈍刀的出現(xiàn)可以通過(guò)以下幾種方法來(lái)提高其耐磨性：選用合適的材料和正確的熱處理工藝。但即使采用了這些方法也不能避免發(fā)生磨損現(xiàn)象，因而我們對(duì)下刀盤進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究，使其產(chǎn)生自磨銳。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)與研究，我們發(fā)現(xiàn)如果一些硬的夾雜物出現(xiàn)在被切割的材料中（前提條件是被切割物是軟的或是彈性的），而這些硬的夾雜物是一般會(huì)是一些礦物微粒，其中包括：植物中的氧化硅晶體和植株表面的石英微粒，這些礦物微粒能夠?qū)θ锌诓牧掀鹉チ系淖饔?。如果這些礦物微粒越多則刃口表面在單位時(shí)間里通過(guò)的微粒也就越多，進(jìn)而其單位比壓（單位面積的刃口在材料阻力作用下的壓力）也就越高，從而引發(fā)了更大的磨損?；蛘呶覀兛梢酝ㄟ^(guò)改變?nèi)械男螤钊锌趤?lái)完成自磨，這是因?yàn)楦淖內(nèi)锌谛螤罹湍芨淖內(nèi)锌诘牡哪Σ亮?，進(jìn)而改變?nèi)锌诓煌课坏哪p速率。工作當(dāng)中的芝麻收割機(jī)的下刀盤側(cè)面要比頂面磨得快，其原因是被擠壓的禾稈經(jīng)常與其頂面產(chǎn)生摩擦；而且莖稈又經(jīng)?？ㄔ趧?dòng)、定刀片之間隙當(dāng)中，進(jìn)而將莖稈拉斷。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的摩擦將會(huì)導(dǎo)致很容易出現(xiàn)刃口的圓角被磨鈍的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)研究大量的資料得出：在北方磨粒磨損非常嚴(yán)重的收割地區(qū)，芝麻收割機(jī)的下刀盤平均壽命僅僅達(dá)到每米割幅l1～l4hm2。經(jīng)過(guò)大量的對(duì)比試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)提高芝麻收割機(jī)的下刀盤的使用壽命可以采取以下辦法：對(duì)刀盤表面進(jìn)行化學(xué)熱處理，采用對(duì)45號(hào)鋼進(jìn)行液體滲硼的加工工藝，滲層厚度一般在0.09～0.16mm之間，這樣就可以得到硬化的定刀片從而提高其使用壽命。經(jīng)過(guò)大量的在田間的試驗(yàn)其結(jié)果表明：芝麻收割機(jī)的下刀盤側(cè)邊硬度和其頂面硬度大不相同。因而我們可以應(yīng)用莖稈對(duì)它的摩擦的不同來(lái)改變刀盤側(cè)面的磨損速率小于起頂面的，進(jìn)而拖延了刃口圓角的出現(xiàn)的時(shí)間，這樣就可以完成自磨銳這一任務(wù)。綜上所述，定刀我們?cè)O(shè)計(jì)成其上刻有斜齒，這樣做的目的是定刀在機(jī)器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的的時(shí)候就可以對(duì)一部分莖稈進(jìn)行預(yù)切割，進(jìn)而降低壓力（上下刀盤之間）。如若不采取這樣的設(shè)計(jì)就會(huì)導(dǎo)致在兩刀盤之間的結(jié)合處集中切割，進(jìn)而提高切割阻力和磨損，從而影響刀片的使用壽命降低。下刀盤如下圖4.8所示。圖4.8下刀盤4.1.3收割機(jī)上刀盤的設(shè)計(jì)上刀盤我們采用的是動(dòng)刀片。我們?cè)賹?duì)以往的大型芝麻收割機(jī)切割器的動(dòng)刀進(jìn)行分析，得出動(dòng)刀一般分為兩種：光刃刀片和齒刃刀片。由于前者較小的切割阻力，因此一般應(yīng)用在能承受較大的切割負(fù)荷的收割機(jī)上；而后者與前者相比較其缺點(diǎn)是具有較大的切割阻力，而且加工齒紋需要較高的費(fèi)用，但與前者比較其優(yōu)點(diǎn)在于收割稻、麥等農(nóng)作物時(shí)刀片的使用壽命要長(zhǎng)得多。由于齒刃刀片具有使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此可以避免經(jīng)常性的磨刀，故其一般應(yīng)用在農(nóng)作物收獲繁忙的季節(jié)，這樣就可以大大節(jié)省了農(nóng)時(shí)。綜上所述，在動(dòng)刀片上應(yīng)該應(yīng)用齒刃刀片。其工作原理是：莖稈的外表皮被動(dòng)刀片上的齒尖刺穿，進(jìn)而分開(kāi)莖稈的斷面，隨著不斷深入刺入的齒尖，并且由于莖稈強(qiáng)度具有各向異性的特點(diǎn)，進(jìn)而莖稈的纖維容易被撕而導(dǎo)致其受到了削弱。因刺入后的莖稈可以非常容易的從動(dòng)刀片刃口向外滑脫，因而在與定刀片之間的配合下，故莖稈被折彎在刀片之間的間隙處，進(jìn)而莖稈的纖維被齒根卡住，從而在其截面處被拉斷。通過(guò)大量的對(duì)比上、下刻齒刀的消耗功率的試驗(yàn)得出這樣一個(gè)結(jié)論：隨著不斷增長(zhǎng)的工作時(shí)間，上、下刻齒刀片的消耗功率變化呈現(xiàn)出不同的變化，前者幾乎沒(méi)有什么變，即使有也是很小的降低；而后者則是有較為明顯的增長(zhǎng)。通過(guò)大量的試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：溝槽較深的等深齒紋對(duì)齒刃的自磨銳能起到促進(jìn)作用。其工作原理如下：在動(dòng)刀片的頂面上會(huì)短暫地站立著被割斷的莖稈，并且被切割的莖稈上存在著細(xì)微的硬磨粒。若莖稈在動(dòng)刀頂面上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與設(shè)計(jì)的齒紋溝槽的方向相近，則經(jīng)莖稈的磨粒多次反復(fù)的作用下會(huì)讓齒槽斷面被均勻的磨損以及能夠讓齒槽斷面向刀片的頂面延伸；若齒紋方向不與刺入的莖稈垂直，也就是說(shuō)刀齒不垂直于定刀，則導(dǎo)致溝槽的兩側(cè)磨損會(huì)出現(xiàn)不同的速率，進(jìn)而引發(fā)齒刃的磨鈍。所以我們對(duì)定刀與動(dòng)刀進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前者設(shè)計(jì)成與機(jī)器前進(jìn)的方向的夾角為36°；而后者的上刀齒設(shè)計(jì)成與其半徑的方向的夾角為54°，這樣就可以達(dá)到自磨銳的效果。上刀盤如下圖4.9所示。圖4.9上刀盤及其配合齒輪4.2收割機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析本設(shè)計(jì)采用的是圓盤式切割器，在運(yùn)動(dòng)時(shí)它分為兩種運(yùn)動(dòng)：刀盤自身的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀盤隨著機(jī)器做向前運(yùn)動(dòng)。因此刀盤的運(yùn)動(dòng)是復(fù)合運(yùn)動(dòng)。圖4.10是切割器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖4.10刀盤運(yùn)動(dòng)分析圖如圖5.10所示此時(shí)a的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為:圖中R為刀盤的旋轉(zhuǎn)半徑。因刀盤的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，速度在不斷的變化這就導(dǎo)致刀片在麥行（圖中x軸）的切割區(qū)域在不斷的變化，進(jìn)而引發(fā)芝麻的漏割和重割的現(xiàn)象。重割對(duì)切割質(zhì)量沒(méi)有影響，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須防止漏割。其方法如下：此式即為防止漏割時(shí)收割機(jī)前進(jìn)速度與刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足的關(guān)系。由此也可以得出從齒輪傳動(dòng)到刀盤的傳送比，也就是傳動(dòng)齒輪組大小齒輪的尺寸比。結(jié)論本設(shè)計(jì)方案涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械收割機(jī)，是非機(jī)動(dòng)人力收割機(jī)，具體是麥稈類農(nóng)作物人力收割機(jī)。通過(guò)對(duì)比研發(fā)，對(duì)收割機(jī)的整體結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵組成機(jī)構(gòu)做了具體設(shè)計(jì)與理論研究，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括行走輪、支架、傳動(dòng)部件、刀盤、換向機(jī)構(gòu)和倒麥稈部件，通過(guò)對(duì)各連接部件的種種校核、計(jì)算機(jī)輔助CAD繪圖與SolidWorks實(shí)體造型，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。運(yùn)用ANSYS對(duì)一些零件進(jìn)行了力學(xué)分析。(1)熟悉國(guó)內(nèi)外收割機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和主要零部件的功能和設(shè)計(jì)原則，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)收割機(jī)的總體把握和局部設(shè)計(jì)，掌握收割機(jī)的各組成機(jī)構(gòu)和各機(jī)構(gòu)的作用。(2)設(shè)計(jì)出手把機(jī)架和機(jī)輪，并保證能實(shí)際加工出來(lái)，設(shè)計(jì)出刀盤的上、下刀盤，保證有滿足設(shè)計(jì)要求的材料并保證加工方法的可行性，設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪組件、換向機(jī)構(gòu)、分麥稈和倒麥稈部件。(3)對(duì)軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核，對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)和和進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行了應(yīng)力分析。(4)用CAD繪圖軟件繪制出人力收割機(jī)所有零裝配關(guān)系，最后繪制人力割麥機(jī)的總裝配圖。運(yùn)用SolidWorks軟件對(duì)整體進(jìn)行了建模以及完成了樣機(jī)的制造。

致謝本次的收割機(jī)原理的畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)十五個(gè)周，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都是在我的指導(dǎo)老師林家讓教授的精心指導(dǎo)下完成的。從調(diào)研采集數(shù)據(jù)、機(jī)械原理方案的設(shè)計(jì)和選擇、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算到AutoCAD繪制裝配圖、零件圖，最后完成畢業(yè)論文，其間每一過(guò)程都得到老師的細(xì)心指導(dǎo)。老師經(jīng)常在百忙之中安排學(xué)生答疑，從最開(kāi)始的原理方案的選擇，到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再到最后AutoCAD繪圖過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)學(xué)生嚴(yán)格要求并對(duì)學(xué)生不理解的地方細(xì)心指導(dǎo)，兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難，多次指出我們?cè)O(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，并講耐心解錯(cuò)誤的原因，使我們能及時(shí)改正錯(cuò)誤。老師學(xué)識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，思維敏捷，使我受益匪淺，幫助我們開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識(shí)還有待人處世的積極態(tài)度。在此，向老師表示最衷心的感謝和最誠(chéng)摯的敬意。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，大部分設(shè)計(jì)時(shí)間都是在學(xué)校內(nèi)進(jìn)行的，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成過(guò)程中，尤其是設(shè)計(jì)前期長(zhǎng)時(shí)間在機(jī)械原理設(shè)計(jì)和機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程中，還得到了幾位從事機(jī)械行業(yè)的工作人員的熱情幫助，在此向他們表示衷心的感謝。同學(xué)之間相互指點(diǎn)，在一起討論問(wèn)題，交換意見(jiàn)，使我受益非淺。在此感謝幫助過(guò)我的同學(xué)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)程中所用到的工具書(shū)、參考資料等，都是由學(xué)校圖書(shū)館提供，因?yàn)閷?duì)學(xué)校圖書(shū)館的很多相關(guān)圖書(shū)的查閱，我從中得到了很多設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)方面的數(shù)據(jù)，感謝學(xué)校給予我們良好的工作與學(xué)習(xí)環(huán)境感謝，也感謝學(xué)校圖書(shū)館所有工作人員的默默支持。感謝大學(xué)四年來(lái)對(duì)我學(xué)習(xí)、生活的關(guān)心和幫助的所有老師及共同走過(guò)四年同窗的同學(xué)。在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！最后還要感謝所有的答辯老師，你們辛苦了，在百忙之中還有抽時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此向你們表示衷心的感謝！

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