溫室電動(dòng)松土機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

溫室電動(dòng)松土機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGEPAGEIII青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：溫室電動(dòng)松土機(jī)的設(shè)計(jì)姓名：趙志聰院系：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：2009.04學(xué)號(hào)：200901211指導(dǎo)教師：劉艷芬2013年06月18日PAGE39目錄摘要…………….…………ⅠAbstract………………………..……….…..…Ⅱcrankdirectly．Finally,thepowerpassesthroughlooseninghandleandgetstothelooseningclawstomakeitloosensoil．Powercomingfromtheotheroutputshaftpassesthroughmultilevelsprocketwheelandgetstothewalkingwheeleventuallytorealizetheloosener’sself-walking．Installclutchontheinterimaxle．Themachine’srunningandstoppingstatecanbecontrolledbyoperatingthecluth’sengagementandseparation．Anuniversalwheelisinstalledattherearofshelf．Themachine’srunningdirectioncanbedecidedbycontrollingtheoperationinghandles．Afteranalyzingavarietyofathleticmechanisms,eventually,aclank-rockermechanismwasusedasthelooseningpart．Usingtheknowledgeofkinematics,motionparameterequationsofspecialpointsofthelooseningmechanismisexpressed，velocityequationofeachspecialpointisgetandtheirathleticcharactersareanalyzed．Keywords:Greenhouse；Loosener；Crank-rockermechanism青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1.1溫室電動(dòng)松土機(jī)設(shè)計(jì)的目的和意義溫室大棚的大規(guī)模興起不僅豐富了人們的菜籃子，而且大大的帶動(dòng)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加快了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，溫室大棚內(nèi)的松土作業(yè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性作業(yè)，迫切需要小型化、多功能化的農(nóng)機(jī)具代替人力來提高生產(chǎn)效率。資料表明，溫室大棚內(nèi)，土壤一般耕作層厚度為15—25cm，蔬菜根系的80～90%分布其中；耕層土壤的容積密度為1.1～1.13g/cm3，并隨著種植年限加長而增加的趨勢(shì)，土壤粘性較大，傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)俱在粘性較大的土壤中，碎土能力較低，土壤阻力大，功耗增加，并且在棚室內(nèi)采用柴油機(jī)和汽油機(jī)作為動(dòng)力，對(duì)溫室的環(huán)境造成污染[1]。針對(duì)上述情況，開展適用于簡易棚室的土壤耕作機(jī)具的研究，對(duì)工作部件進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步減小機(jī)具尺寸，提高機(jī)器作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性，盡可能地減輕機(jī)器作業(yè)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)，改善農(nóng)民的生產(chǎn)條件，增加農(nóng)民的收入，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。1.2溫室電動(dòng)松土機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)溫室電動(dòng)松土機(jī)研究現(xiàn)狀近幾年，針對(duì)溫室大棚等特殊作業(yè)環(huán)境，我國也相繼出現(xiàn)了適于保護(hù)地作業(yè)的小型機(jī)具。隨著國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的提高，由大中專院校、科研院所和企業(yè)相結(jié)合，研制開發(fā)了的一些能夠進(jìn)行溫室內(nèi)作業(yè)的小型自走式旋耕機(jī)、微型多功能田園管理機(jī)等。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院研制的溫室電動(dòng)爪式松土機(jī)[3]，額定功率，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適于溫室、大棚內(nèi)的松土作業(yè)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為松土工作部件模擬人工刨地時(shí)鎬頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)土壤進(jìn)行切削加工，提高了翻土碎土的能力，達(dá)到了人工刨土的作業(yè)效果。由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員研制成功的一種適于溫室作業(yè)的綠色環(huán)保型農(nóng)機(jī)局，IGDD—900型電動(dòng)旋耕機(jī)由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員研制成功的一種適于溫室作業(yè)的綠色環(huán)保型農(nóng)機(jī)局，IGDD—900型電動(dòng)旋耕機(jī)[4]，有、兩種動(dòng)力機(jī)型可供選擇，裝有行走輪，推動(dòng)方便，轉(zhuǎn)向靈活，操作搬運(yùn)一人便可完成，工作參數(shù)為耕幅、耕深（可調(diào)）、刀片數(shù)量18個(gè)。耕作速度快、不排放有害氣體、噪聲低，是日光溫室生產(chǎn)中節(jié)省勞動(dòng)力、降低成本的綠色環(huán)保型農(nóng)機(jī)具。DN-4型禾豐多功能田園管理機(jī)，配置動(dòng)力，體積小、重量輕、功能多、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。在狹窄地段、山區(qū)梯田、差遠(yuǎn)果林、大棚暖房內(nèi)均可作業(yè)。利用摩擦片牙盤式離合器，分離靈敏，安全可靠。萬向扶手可作水平，垂直的調(diào)整。機(jī)器可正向或反向作業(yè)，機(jī)配置（4馬力）機(jī)型，特加倒退檔和無快速互鎖裝置，即機(jī)器換倒退檔時(shí)，快速檔自動(dòng)脫開。采用旋耕刀具、耗用功率小，碎土效果好[5]。近幾年，針對(duì)溫室、大棚等特殊耕作環(huán)境，國內(nèi)研制生產(chǎn)了一些小型耕作機(jī)械，適用于露地和溫室不同條件，提高了機(jī)械的利用效率，但大多產(chǎn)品存在以下問題[5]：1、外型尺寸重量大，操作不靈便。特別是從露地直接轉(zhuǎn)移到大棚內(nèi)的機(jī)械，在設(shè)施內(nèi)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)移都十分困難，而且邊角地帶無法工作。2、適應(yīng)性較差，當(dāng)土壤含水率較高（超過15%以上）時(shí)，松土效果變差，能耗增加。3、可靠性較差，易對(duì)環(huán)境造成污染。國外設(shè)施農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械已非常成熟，作業(yè)性能穩(wěn)定，功能齊全，小巧輕便。日本、韓國、美國和意大利等國家在發(fā)展溫室的過程中，對(duì)溫室作業(yè)機(jī)具進(jìn)行了研究開發(fā)，溫室生產(chǎn)過程中的耕整地播種、間苗、灌溉、中耕和除草等作業(yè)均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。日本、韓國等國家的手扶系列多功能耕耘機(jī)，其操作把手上下左右可隨意調(diào)節(jié)，作業(yè)性能好?？梢栽跍厥抑羞M(jìn)行耕地、移栽、開溝、起壟、中耕、鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運(yùn)輸?shù)榷喾N作業(yè)。這些耕耘機(jī)體積小、重心低、功能全、用途廣、廢氣排放少，并且具有工作部件更換、安裝容易等特點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家擁有先進(jìn)的溫室和管理技術(shù)，日本、意大利、荷蘭、以色列等國家的產(chǎn)品廣泛用于旋耕、犁耕、開溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉和施肥等作業(yè)項(xiàng)目。荷蘭、以色列、日本、美國等國家對(duì)溫室用作業(yè)機(jī)具進(jìn)行了系統(tǒng)的開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用，許多作業(yè)項(xiàng)目如耕整地、播種、間苗、中耕和除草都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化[7]。鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運(yùn)輸?shù)榷喾N作業(yè)。這些耕耘機(jī)體積小、重心低、功能全、用途廣、廢氣排放少，并且具有工作部件更換、安裝容易等特點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家擁有先進(jìn)的溫室和管理技術(shù)，日本、意大利、荷蘭、以色列等國家的產(chǎn)品廣泛用于旋耕、犁耕、開溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉和施肥等作業(yè)項(xiàng)目。荷蘭、以色列、日本、美國等國家對(duì)溫室用作業(yè)機(jī)具進(jìn)行了系統(tǒng)的開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用，許多作業(yè)項(xiàng)目如耕整地、播種、間苗、中耕和除草都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化[7]。美國專門生產(chǎn)小型拖拉機(jī)的吉爾森公司生產(chǎn)的自走式旋耕機(jī)[8]，主要特點(diǎn)是旋耕刀片取代行走輪，刀盤直徑為，耕幅為，傳動(dòng)形式為鏈傳動(dòng)和蝸輪桿傳動(dòng)兩種型式。功率為左右，適于菜園、溫室等地作業(yè)。不旋耕時(shí)可換上行走輪并佩帶其他農(nóng)具：翻轉(zhuǎn)犁、除草鏟、中耕鏟、齒耙等。意大利MB公司生產(chǎn)一種單輪驅(qū)動(dòng)旋耕機(jī)[9]，動(dòng)力為汽油機(jī)，單機(jī)重量為，適于菜園、花圃中耕作業(yè)，一次完成旋耕培土兩項(xiàng)作業(yè)。該公司還生產(chǎn)多用自走地盤，由驅(qū)動(dòng)軸配帶旋耕機(jī)完成田間旋耕作業(yè)，換上輪胎后又可完成犁耕、運(yùn)輸、噴霧等作業(yè)。綜上所述，通過調(diào)查和分析，雖然國外溫室農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展比較成熟，功能比較齊全，可靠性高。但是進(jìn)口價(jià)格高，一般要在5000元以上，維修不方便[10]。而且不適合在簡易棚室內(nèi)使用。溫室電動(dòng)松土機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、松土部件、機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)等組成，以蓄電池作為能源裝置，電動(dòng)機(jī)提供能力。采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為松土機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，搖桿的固定點(diǎn)機(jī)器與松土爪柄的鉸接點(diǎn)，類似于人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，使松土機(jī)構(gòu)可以更好的模擬人的刨土動(dòng)作、切土和碎土性能好，拋土動(dòng)力消耗顯著較小，松土效果比較理想。采用電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，比燃油經(jīng)濟(jì)，無污染，符合節(jié)能、環(huán)保的要求，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，機(jī)動(dòng)性好，適合在空間狹小的棚室內(nèi)工作。2溫室電動(dòng)松土機(jī)工作機(jī)理分析2.1溫室土壤基本物理特性溫室耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)不同，土壤產(chǎn)生的作業(yè)阻力也不一樣，它直接影響耕作機(jī)具的功率消耗[11]。溫室土壤容重低于農(nóng)田上，大約為1.10～1.13g/cm3，土壤的總孔隙度增加，但非毛管孔隙度低于農(nóng)田土，提高了硝化細(xì)菌的活性，大棚內(nèi)的溫高于露地，而且有晝夜溫差，有利于蔬菜體內(nèi)物質(zhì)的積累，灌溉次數(shù)越多，水的用量大，大棚內(nèi)土壤容易產(chǎn)生次生鹽潰化[12]。據(jù)有關(guān)資料，溫室土壤耕作層厚度為10～15cm，相比露地土壤要少近6～15cm，蔬菜80～90%的根系分布在其中。5～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為13.7～55.5%，為露地土壤的3.2～11.1倍，并有隨著種植年限加長而增加的趨勢(shì)，土壤粘性較大，針對(duì)這種情況，應(yīng)該對(duì)溫室土壤進(jìn)行松土而不耕翻或者旋耕。2.2對(duì)三種平面機(jī)構(gòu)的分析2.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2-1所示，曲柄1繞軸心A回轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊3便在機(jī)架4的上來回移動(dòng)，我們稱這種機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它有三個(gè)回轉(zhuǎn)副和一個(gè)移動(dòng)副組成?？梢苑譃闊o偏距的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖2-1)和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖2-2)。設(shè)曲柄1、連桿2的長度分別為a、b滑塊導(dǎo)路偏離曲柄中心A偏距為e，對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的偏距，時(shí)，桿1能夠整周回轉(zhuǎn)成為曲柄。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊導(dǎo)路的偏距為e>0,則桿1能做整周回轉(zhuǎn)而成為曲柄的條件為：。圖2-1對(duì)心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-1對(duì)心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在圖2-1和圖2-2的基礎(chǔ)上，將連桿2沿CB方向延長，在連桿2延長端(圖中D處)安裝上松土爪(圖中DE)，其機(jī)構(gòu)如圖2-3和圖2-4所示。令曲柄l為原動(dòng)件，當(dāng)其以一定的速度作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿2前后上下擺動(dòng)，在連桿2的帶動(dòng)下滑塊3在機(jī)架4的導(dǎo)路上往復(fù)移動(dòng)。在曲柄l轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，連桿2帶動(dòng)松土爪抬起落下，適當(dāng)設(shè)置連桿2和松土爪的長度，可以對(duì)土壤進(jìn)行切削。圖2-2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2-3對(duì)心曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)圖2-3對(duì)心曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)圖2-4偏置曲柄滑塊型松土機(jī)構(gòu)通過以上分析，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡單，但存在缺點(diǎn)：首先，松土爪的起落幅度主要松土爪柄長度決定，若起落幅度過大，在棚室的邊角地不容易作業(yè)，但是起落的幅度太小，達(dá)不到預(yù)計(jì)的切土效果。其次，松土過程中，滑塊需要沿導(dǎo)路往復(fù)移動(dòng)，導(dǎo)路要固定在機(jī)架上，當(dāng)松土爪切削土壤時(shí)，土壤反作用力容易會(huì)讓機(jī)身的強(qiáng)烈震動(dòng)。因此，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)不適合作為松土部件，要進(jìn)一步考慮更加合理的方案。圖2-4偏置曲柄滑塊型松土機(jī)構(gòu)2.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)常見的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖2-5所示，通常構(gòu)件l為原動(dòng)件，并作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為曲柄；構(gòu)件3相對(duì)機(jī)架在一定角度內(nèi)搖擺，稱為搖桿；構(gòu)件2不與機(jī)架相連，稱為連桿。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，變成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只有一個(gè)曲柄的條件是：在四邊形ABCD中，與機(jī)架相鄰的曲柄為最短邊，且最短邊與最長邊的長度之和小于另外兩邊的長度之和。圖2-5對(duì)心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-5對(duì)心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-6對(duì)心曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)在圖2-5的基礎(chǔ)上，延長連桿2(如圖2-6所示)，在末端(圖中E處)安裝松土爪。原動(dòng)件1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿2擺動(dòng)，搖桿3繞D往復(fù)擺動(dòng)。此時(shí)，連桿2帶動(dòng)EF抬起落下，對(duì)土壤進(jìn)行切削。相比于用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做松土部件，不僅可以調(diào)整各桿的長度和位置，而且可以緩沖在松土過程中搖桿3的震動(dòng)，土壤對(duì)松土機(jī)構(gòu)的反作用力也不會(huì)引起機(jī)身的強(qiáng)烈震動(dòng)。但是不足是：雖然可以任意調(diào)節(jié)各桿長度和位置，但是這樣機(jī)器的尺寸較大。因此，還需要進(jìn)一步改進(jìn)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖2-6對(duì)心曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)2.2.1異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在常見曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-5的基礎(chǔ)上，將D點(diǎn)抬高，使搖桿懸掛起來形成的異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如圖2-7所示，構(gòu)件4為機(jī)架、構(gòu)件l、3與機(jī)架相連，稱為連架桿，通常構(gòu)件1為原動(dòng)件，并作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為曲柄；構(gòu)件3相對(duì)機(jī)架在一定角度內(nèi)搖擺，稱為搖桿：構(gòu)件2不與機(jī)架相連，稱為連桿。圖2-7異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-7異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖2-8異形曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)在異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將連桿圖2-8異形曲柄搖桿型松土機(jī)構(gòu)在異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將連桿2沿CB方向延長，在連桿2的延長端(圖中E處)安裝松土爪，其結(jié)構(gòu)如圖2—8所示。令曲柄1為原動(dòng)件，當(dāng)其以一定的速度作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿2擺動(dòng)，在連桿2的帶動(dòng)下?lián)u桿3繞固定點(diǎn)D在一定角度內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)。搖桿的固定點(diǎn)D及其與連桿的鉸接點(diǎn)C，類似于人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，可使松土機(jī)構(gòu)更好地模擬人的松土動(dòng)作。在曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，連桿2帶動(dòng)松土爪抬起落下，適當(dāng)調(diào)整A、D兩點(diǎn)的位置，設(shè)定合適的各桿長度，可以達(dá)到理想的松土效果。3溫室電動(dòng)松土機(jī)總體方案的確定3.1溫室電動(dòng)松土機(jī)組成溫室電動(dòng)松土機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、松土部件、機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)等組成。結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1溫室電動(dòng)松土機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.減速器2.聯(lián)軸器3.電動(dòng)機(jī)4.搖桿5.圖3-1溫室電動(dòng)松土機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.減速器2.聯(lián)軸器3.電動(dòng)機(jī)4.搖桿5.操作手柄6.離合器操作桿17.離合器操作桿28.萬向輪9.過渡軸110.機(jī)架11.行走輪12.行走輪軸13.松土爪柄14.過渡軸215.松土爪柄3.2.1松土爪柄的設(shè)計(jì)松土爪柄如3-2所示，采用厚為的鋼板，其一端通過四個(gè)螺栓與松土爪橫梁連接，另一端通過銅套和銷子與搖桿連接，中間孔通過銅套與曲柄連接。圖圖3-2松土爪柄圖3-3松土爪橫梁3.2圖3-3松土爪橫梁松土爪橫梁如圖3-3所示，是厚度為長方形鋼板，松土爪齒安裝在直徑的孔上，用螺栓將松土爪齒與橫梁連接，過兩個(gè)螺栓將松土爪齒與松土爪橫梁連接，相鄰兩對(duì)孔之間的距離為，則橫梁可以安裝8個(gè)松土爪齒，直徑四個(gè)孔用來將橫梁固定在松土爪柄上。3.2.3松土爪齒的設(shè)計(jì)松土爪齒的設(shè)計(jì)主要參考釘齒耙的耙齒，確定松土爪齒的長度，則齒尖長度,形狀為上寬下窄，有利于減小土壤阻力，因?yàn)榉叫螖嗝驷旪X有良好松土、碎土能力，工作穩(wěn)定，而圓斷面設(shè)計(jì)為方形斷面。形狀如圖3-4。圖3-4松土爪齒3.2圖3-4松土爪齒曲柄分為主動(dòng)曲柄和從動(dòng)曲柄，主動(dòng)曲柄如圖3-5所示，通過花鍵與工作軸連接，另一端與一側(cè)的松土爪柄連接，從動(dòng)曲柄如圖3-6示，其一端與機(jī)架另一側(cè)的松土爪柄連接，另一端套在帶座外球面軸承內(nèi)。圖圖3-5主動(dòng)曲柄圖3-6從動(dòng)曲柄3.2圖3-6從動(dòng)曲柄搖桿由搖桿主體和夾板兩部分組成，搖桿主體和夾板分別如圖3-7和3-8示，搖桿主體的材料為厚的鋼板，夾板的材料為厚的鋼板。兩塊夾板通過三個(gè)螺栓固定在搖桿主體的兩側(cè)，將搖桿夾在中間，保證了搖桿受力圖3-7夾板圖3-7夾板圖圖3-8搖桿主體桿受力的均衡性和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，搖桿組合體如圖3-9所示。圖圖3-9搖桿組合體4溫室電動(dòng)松土機(jī)相關(guān)參數(shù)的確定4.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)（1）機(jī)組前進(jìn)速度溫室旋耕機(jī)常用的前進(jìn)速度一般為，故選定機(jī)組的前進(jìn)速度。（2）曲柄轉(zhuǎn)速n在滿足工作要求的情況下，依據(jù)曲柄轉(zhuǎn)速越低越好的原則，初定曲柄的轉(zhuǎn)速。（3）松土比速度比對(duì)旋耕機(jī)的工作性能有重要影響，的選擇既要保證旋耕機(jī)正常工作滿足耕深要求，還要綜合考慮旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)，功率消耗及生產(chǎn)率等其他因素，常用的速度比為，初定，則。4.2性能參數(shù)（1）松土深度H溫室里土壤含水率比較高，一般在左右，適宜耕作，農(nóng)藝要求耕作深度一般為；參照旋耕機(jī)的耕作深度，確定松土深度。（2）松土幅寬參考已有資料有公式（N為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率/kW）將電動(dòng)機(jī)的輸出功率2.2kW帶入上式得：于松土機(jī)來說，由于松土過程中松土爪齒并非完全從土里穿過，在耕幅和耕深相同的情況下，松土機(jī)的功率消耗比旋耕機(jī)小，因此，在旋耕機(jī)幅寬計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)?shù)卦龃笏赏练鶎?，這里選擇松土幅寬為。（3）理論生產(chǎn)率松土機(jī)的幅寬設(shè)定為0.5m，由此得機(jī)組的理論生產(chǎn)率。4.3結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要由曲柄長度R，O′相對(duì)于O的坐標(biāo)（p，h），連桿長度L，松土爪柄長度L1+L2，搖桿長度L3，松土爪齒長度L4和行走直徑D等，松土部件結(jié)構(gòu)如下：圖4-1松土機(jī)構(gòu)簡圖曲柄邊緣圓周線速度Vp=2.4m/s，曲柄轉(zhuǎn)速n=142r/min，且Vp=R（為曲柄的角速度），=，R=，則：圖4-1松土機(jī)構(gòu)簡圖4.4功率消耗計(jì)算松土機(jī)工作時(shí)消耗的功率主要有兩部分組成，一部分為松土部件所消耗的功率，另一部分為機(jī)組行駛所消耗的功率。（1）松土部件消耗的功率根據(jù)旋耕機(jī)功耗的計(jì)算方法和文獻(xiàn)，松土功率消耗為：（4-1）其中為土壤比阻，可由公式進(jìn)行計(jì)算。其中為耕深修正系數(shù)；為土壤含水率休整系數(shù)；為殘茬植被修正系數(shù)；作業(yè)方式休整系數(shù)；為平均土壤比阻；H為松土深度；Vm為機(jī)具前進(jìn)速度；B為松土幅寬。根據(jù)棚室內(nèi)的作業(yè)條件，經(jīng)查表確定：=1.0，=0.92，=1.1，=0.9，=6N/所以=已知，，=0.30，，故可得（2）機(jī)組行駛所消耗的功率機(jī)組在前進(jìn)過程中所受到的土壤阻力設(shè)為，松土機(jī)的前進(jìn)速度為，則機(jī)組行駛所消耗的功率：（4-2）其中（4-3）松土機(jī)的質(zhì)量按120kg計(jì)，取，則所以由此可得，松土機(jī)工作時(shí)消耗的功率：4.5電動(dòng)機(jī)的選擇考慮到由于摩擦和一些其他原因造成的功率損失，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率應(yīng)該大于計(jì)算所得的松土機(jī)工作消耗功率的理論值，故選用Z2電動(dòng)機(jī)，其額定功率為，滿載轉(zhuǎn)速為，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為和。4.6減速器的選擇在滿足傳動(dòng)比和性能要求的情況下，為了減少機(jī)具大的尺寸應(yīng)選擇一個(gè)體積盡可能小的減速器，故選用WP系列蝸桿減速器，型號(hào)為：WPS-70，傳動(dòng)比，質(zhì)量15kg，輸入軸直徑，兩個(gè)輸出軸直徑。電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器直接與減速器的輸入軸相連，忽略功能消耗，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的輸出功率，則減速器的輸入軸的功率，其轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)輸出軸相同，為。4.6.1減速器輸入軸強(qiáng)度和剛度的校核減速器的輸入軸和輸出軸材料均為45號(hào)鋼，查表可知，，。軸傳遞的扭矩計(jì)算公式為：（4-4）則減速器輸入軸傳遞的扭矩為：由強(qiáng)度條件：（4-5）得由此可得，輸入軸的直徑滿足強(qiáng)度要求。由剛度條件：（4-6）可見，輸入軸的直徑滿足剛度要求。4.6.2減速器輸出軸強(qiáng)度和剛度的校核由4.6.1計(jì)算可得，同理，輸出軸也是符合要求的。4.7聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器本身已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，減速器輸入軸直徑為，即聯(lián)軸器輸出軸直徑為。經(jīng)分析，選用彈性柱銷聯(lián)軸器HL1，本聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆方便，有微量補(bǔ)償兩軸線偏移和緩沖吸振的能力，主要用于載荷較平穩(wěn)、起動(dòng)頻繁、對(duì)緩沖要求不高的中、低速軸系列傳動(dòng)。圖4-2聯(lián)軸器4.8離合器的選擇圖4-2聯(lián)軸器充分考慮到工作要求和經(jīng)濟(jì)性，選用簡易的牙嵌離合器。該離合器傳動(dòng)的扭矩大，轉(zhuǎn)矩的范圍為。外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，適用于靜止接合，或者轉(zhuǎn)速差較低接合。為避免離合器空轉(zhuǎn)的時(shí)候于軸產(chǎn)生摩擦，在離合器內(nèi)部安裝兩個(gè)深溝球軸承，套在過渡軸上。4.9松土機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.9.1動(dòng)力傳動(dòng)方案已知行走輪半徑，行走輪邊緣速度為機(jī)具前進(jìn)的速度，由公式得：行走輪的轉(zhuǎn)速：其中為行走輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。電動(dòng)機(jī)既要帶動(dòng)松土爪齒進(jìn)行松土作業(yè)，又要驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1420r／min，曲柄的轉(zhuǎn)速為，行走輪的轉(zhuǎn)速。故借用一個(gè)減速器將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小到曲柄的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比僅為10，因?yàn)閃P系列減速器最大傳動(dòng)比為60，所以傳動(dòng)比大小適中。選用雙輸出軸式減速器，一側(cè)通過離合器連接工作軸，另一側(cè)通過鏈輪分機(jī)傳動(dòng)將動(dòng)力通過過渡軸傳遞到行走輪軸，為避免出現(xiàn)鏈輪的尺寸過大情況，采用三級(jí)鏈輪傳動(dòng)。4.9.2工作軸上的動(dòng)力傳遞方式的設(shè)計(jì)圖4-3工作軸上動(dòng)力傳遞圖1.圖4-3工作軸上動(dòng)力傳遞圖1.減速器輸出軸2.主動(dòng)離合器3.軸承4.從動(dòng)離合器5.工作軸4.9.3行走輪軸上動(dòng)力傳遞方式的設(shè)計(jì)圖4-4行走輪軸上動(dòng)力傳遞圖1.主動(dòng)離合器2.鏈輪23.從動(dòng)離合器4.過渡軸15.鏈輪3如圖4-4，主動(dòng)離合器內(nèi)壁鑲嵌兩個(gè)帶防塵蓋的滾動(dòng)軸承，套在過渡軸l上，鏈輪2與主動(dòng)離合器焊接在一起，與過渡軸1連接。減速器輸出軸上的鏈輪l圖4-4行走輪軸上動(dòng)力傳遞圖1.主動(dòng)離合器2.鏈輪23.從動(dòng)離合器4.過渡軸15.鏈輪34.9.4傳動(dòng)比的計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，曲柄的轉(zhuǎn)速為，行走輪的轉(zhuǎn)速為。則減速器的傳動(dòng)比為：則減速器輸出軸到行走輪的傳動(dòng)比為：因減速器輸出軸到行走輪之間為三級(jí)鏈輪傳動(dòng)，根據(jù)總傳動(dòng)比，結(jié)合各軸直徑大小，確定減速器到過渡軸1的傳動(dòng)比，過渡軸1到過渡軸2和過渡軸2到過渡軸3的傳動(dòng)比為則減速器輸出軸到行走輪的傳動(dòng)比為：因減速器輸出軸到行走輪之間為三級(jí)鏈輪傳動(dòng)，根據(jù)總傳動(dòng)比，結(jié)合各軸直徑大小，確定減速器到過渡軸1的傳動(dòng)比，過渡軸1到過渡軸2和過渡軸2到過渡軸3的傳動(dòng)比為，總傳動(dòng)比，行走輪的轉(zhuǎn)速。4.9.5鏈輪設(shè)計(jì)與滾子鏈傳動(dòng)計(jì)算農(nóng)業(yè)機(jī)械中較常見的是套筒滾子鏈傳動(dòng)，如下圖4—5，滾子鏈傳動(dòng)在傳動(dòng)過程中無滑動(dòng)，而且傳動(dòng)尺寸比較緊湊、效率較高，能適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)環(huán)境。圖4—5滾子鏈（1）選擇鏈輪齒數(shù)、和確定傳動(dòng)比由以上設(shè)計(jì)可知，由減速器到過渡軸1的傳動(dòng)比，取，則由公式（4-7）得?。?）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況、主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率（4-8）式中：—工況系數(shù)；—主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)；—多排鏈系數(shù)；—傳遞的功率，。則（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距根據(jù)修正功率和小鏈輪轉(zhuǎn)速查表確定鏈條節(jié)距（4）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距由初選中心距公式（4-9）得由公式（4-10）計(jì)算鏈節(jié)數(shù)，得：計(jì)算出的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)。則圓整成。由，查表得則鏈傳動(dòng)的最大中心距為：由實(shí)際中心距公式：其中，取。故實(shí)際中心距（5）計(jì)算鏈速，確定潤滑方式平均鏈速公式為：，為低速轉(zhuǎn)動(dòng)。（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)作用在軸上的壓軸力有效圓周力壓軸力可近似取為可取。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用短節(jié)距精密滾子鏈的規(guī)格為。其余鏈傳動(dòng)計(jì)算步驟同以上計(jì)算過程，選用滾子鏈的規(guī)格也同上。5軸的選擇及其校核5．1軸的計(jì)算5.1.1工作軸的設(shè)計(jì)（1）工作軸的初步計(jì)算根據(jù)扭矩強(qiáng)度計(jì)算實(shí)心軸徑的公式：（5-1）其中：為軸端直徑；T為軸所傳遞的扭矩，；為軸傳遞的功率；為軸的工作轉(zhuǎn)速；為許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。則當(dāng)截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將求得的軸徑增大，該軸上只有一個(gè)鍵槽，所以其軸徑為根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算實(shí)心軸徑的公式：因?yàn)檩S的材料為鋼，故式中許用扭轉(zhuǎn)角，代入上式中得：因?yàn)樵撦S只有一個(gè)鍵槽，則其軸徑應(yīng)為：故危險(xiǎn)截面處的最小軸徑為，軸上任意的截面處的軸徑應(yīng)大于該值。（2）工作軸的設(shè)計(jì)在保證曲柄、離合器和軸承順利安裝的前提下，必須要考慮安裝件的軸向定位，右端通過花鍵與曲柄相連，左端與在離合器中的調(diào)心球軸承連接，通過軸承座固定在機(jī)架上，保證了工作軸的工作穩(wěn)定性。5.1.2過渡軸1的設(shè)計(jì)因?yàn)闇p速器到行走輪的動(dòng)力采用三級(jí)鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，故需兩個(gè)過渡軸，離合器安裝在過渡軸1上。過渡軸1的初步計(jì)算軸的材料選用鋼，，根據(jù)公式（5-1）已知，減速器輸出軸到過渡軸1的傳動(dòng)比為1.933，則過渡軸1的轉(zhuǎn)速。代入上式得：當(dāng)截面上有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將球的的軸徑增大，該軸上有兩個(gè)鍵槽，故其軸徑應(yīng)為。根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算實(shí)心軸徑的公式：（5-2）因?yàn)檩S的材料為鋼，故式中許用扭轉(zhuǎn)角，代入上式中得：故危險(xiǎn)截面處的最小軸徑為17.47mm，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該值。過渡軸1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過渡軸1兩端安裝軸承，通過軸承座安裝固定在機(jī)架上；在此軸長鍵槽處安裝離合器，通過離合器的嚙合與分開來保證減速器傳遞給行走輪的動(dòng)力可以有效的被切斷。離合器通過控制過渡軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給過渡軸2，從而控制過渡軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)，以及行走輪軸，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)具的自走。5.1.3過渡軸2的設(shè)計(jì)過渡軸2和過渡軸1選用的材料相同，傳遞的功率也是相同的，而且設(shè)計(jì)類似，所以軸徑的初步計(jì)算與過渡軸1是相同的，則危險(xiǎn)截面處的最小軸徑為，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該值。過渡軸2的兩端安裝軸承，通過軸承固定在機(jī)架上，通過兩個(gè)鏈輪與過渡軸1和行走輪建立傳動(dòng)關(guān)系。5.1.4行走輪軸的設(shè)計(jì)行走輪與兩個(gè)過渡軸選用的材料相同，消耗的功率也與兩個(gè)過渡軸傳遞的功率相同，而且設(shè)計(jì)類似，所以軸徑的初步計(jì)算與兩個(gè)中間軸相同，則危險(xiǎn)截面處的最小軸徑為，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)當(dāng)大于該值。行走輪的設(shè)計(jì)，在保證軸承、鏈輪與行走輪順利安裝的前提下，其次要考慮安裝件的軸向定位。5.1.5搖桿掛軸的設(shè)計(jì)搖桿掛軸的作用首先是固定搖桿上的端點(diǎn)，其次緊固操作手柄。該軸兩側(cè)軸肩處車有螺紋，其軸向固定需要四個(gè)螺母，而且要用螺栓將兩個(gè)軸孔和操作手柄銷住。該軸穿過兩個(gè)操作手柄的橫孔。5．2軸的校核用安全系數(shù)法對(duì)行走輪軸進(jìn)行校核行走輪軸的校核，行走輪軸選用的材料為鋼調(diào)質(zhì)，。（1）求鏈速及其有效圓周力由滾子鏈及其鏈輪設(shè)計(jì)可知鏈速：（5-3）有效圓周力：（5-4）式中：，分別代入上式中，可得：因?yàn)殒溳唽?duì)行走輪軸的切向力即等于有效圓周力，則（2）計(jì)算扭轉(zhuǎn)力矩鏈對(duì)軸的徑向力，取扭轉(zhuǎn)力矩用安全系數(shù)法進(jìn)行校核計(jì)算水平面反力及其垂直面反力水平面反力：，垂直面反力：，②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩合成彎矩：軸受轉(zhuǎn)矩：經(jīng)查表可得，許用應(yīng)力值：由公式得應(yīng)力校正系數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為：當(dāng)量彎矩為：③計(jì)算等效系數(shù)對(duì)稱循環(huán)：疲勞極限：脈動(dòng)循環(huán)：疲勞極限：則等效系數(shù)計(jì)算彎矩計(jì)算彎曲應(yīng)力幅與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅由彎曲應(yīng)力幅公式：（5-5）其中查表得，得：彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅：計(jì)算許用安全系數(shù)及其復(fù)合安全系數(shù)只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)公式：（5-6）式中：由于過渡圓角半徑，，，查表得有效應(yīng)力系數(shù)，彎曲時(shí)尺寸影響系數(shù)，扭轉(zhuǎn)時(shí)尺寸影響系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)。則則，經(jīng)查表得許用安全系數(shù)復(fù)合安全系數(shù)經(jīng)校核，設(shè)計(jì)的軸徑尺寸滿足使用要求。同理，用安全系數(shù)法對(duì)除行走輪軸外的其他軸進(jìn)行校核，均可滿足使用要求。6其它部分的設(shè)計(jì)6.1底盤的設(shè)計(jì)松土機(jī)底盤的設(shè)計(jì)，四個(gè)軸上的軸承處于同一縱垂面內(nèi)，行走輪軸與過渡軸1、2的軸承在同一個(gè)水平面上。每一對(duì)鏈輪的同向齒面在同一縱垂面內(nèi)，以避免工作過程中鏈條滑落。為了保證松土機(jī)能有穩(wěn)定的松土深度，在機(jī)架后面安裝了萬向輪，而且可以通過操縱桿改變?nèi)f向輪的角度來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)向。6.2確定軸承的尺寸滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支撐傳動(dòng)零件的。因?yàn)樗赏翙C(jī)上的軸承主要是承受徑向載荷，在此設(shè)計(jì)中選用深溝球軸承。其當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量，大量生產(chǎn)，價(jià)格最低。由滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算公式，軸承基本額定壽命：（6-1）式中，代表軸承的轉(zhuǎn)速，為基本額定載荷，為當(dāng)量動(dòng)載荷，為壽命指數(shù)（對(duì)于球軸承，；對(duì)于滾子軸承，）。經(jīng)查表。在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動(dòng)載荷的載荷條件相一致的當(dāng)量動(dòng)載荷（用字母表示）。（6-2）式中，為軸承所承受徑向載荷，為軸承所承受軸向載荷，、分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。計(jì)算安裝在行走輪上的軸承壽命。已知，查表可得，代入上式得：已知：，代入軸承額定壽命計(jì)算公式，得：行走輪軸的使用壽命經(jīng)計(jì)算為，因此滿足工作要求。同理，應(yīng)用上面計(jì)算方法對(duì)其他軸承進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果均可滿足使用要求。7．結(jié)論7.1結(jié)論本文通過對(duì)現(xiàn)有溫室電動(dòng)松土機(jī)的研究分析，總結(jié)出了目前松土機(jī)存在的主要問題，并在設(shè)計(jì)過程中加以修改，設(shè)計(jì)了一種新型的溫室電動(dòng)松土裝置，創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）各部件的原動(dòng)件曲柄與上一代相比，簡化了零件結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料，減小了體積和重量。（2）采用了斜三角牙嵌式離合器，提高了工作效率，可以是電機(jī)與其他州見任意自由分離和嚙合。（3）能夠模擬人工刨地動(dòng)作進(jìn)行松土，土壤的切削破碎效果比較好，與同等機(jī)型相比功耗較低，對(duì)溫室沒有污染。7.2設(shè)計(jì)中的不足（1）本文設(shè)計(jì)的機(jī)型只有一種前進(jìn)速度，并且只能進(jìn)行松土作業(yè)。（2）該機(jī)型原理未運(yùn)用于現(xiàn)有溫室電動(dòng)松土機(jī)，未必能達(dá)到考核機(jī)器的效果。參考文獻(xiàn)[1]付靜等.中國設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與方向[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2006（6）：120[2]樊桂菊.溫室電動(dòng)爪式松土機(jī)的研制[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué).碩士學(xué)位論文，2004.6[3]劉