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葡萄埋藤機仿真模型的建立 機械12 1石斌指導(dǎo)老師 周嶺教授答辯日期 2012 05 28 目錄 葡萄埋藤機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 葡萄埋藤機旋耕取土機構(gòu)設(shè)計 2 葡萄埋藤機土壤輸送機構(gòu)設(shè)計 3 裝配總圖及仿真動畫 4 傳動與換向機構(gòu)設(shè)計 葡萄埋藤機整體機構(gòu)的設(shè)計 1 1總體機構(gòu)設(shè)計根據(jù)葡萄藤越冬埋土作業(yè)的要求 以及確定的農(nóng)藝要求 進行關(guān)鍵工作部件的設(shè)計 確定出總體結(jié)構(gòu) 如圖1 整機主要由動力傳輸系統(tǒng) 旋耕取土系統(tǒng) 土壤輸送系統(tǒng)及萬向行走輪等組成 1 2傳動機構(gòu)設(shè)計本機型設(shè)計的葡萄埋藤機旋土刀的旋轉(zhuǎn)半徑為318mm 機組配套使用的拖拉機功率為36 75kw 中間傳動換向齒輪箱輸入軸的輸入轉(zhuǎn)速為540r min 考慮到葡萄埋藤機刀軸 縱向輸土機構(gòu)和橫向輸土機構(gòu)都需要動力傳輸 故本文設(shè)計了 如圖2 動力傳輸系統(tǒng) 設(shè)計的動力傳輸系統(tǒng)主要分為三部分 第一部分 動力經(jīng)拖拉機輸出軸傳輸?shù)街虚g傳動齒輪箱 經(jīng)過錐齒輪 傳動軸傳給側(cè)邊傳動箱 側(cè)邊傳動箱經(jīng)過齒輪傳動傳遞給旋耕刀軸 第二部分 動力從側(cè)邊傳動箱上輸出軸經(jīng)過鏈輪 鏈條傳輸給縱向土壤輸送機構(gòu) 第三部分 動力經(jīng)中間傳動齒輪箱的后輸出軸 在經(jīng)過傳動軸 鏈輪 鏈條傳輸給橫向土壤輸送機構(gòu) 具體傳動方案如下 葡萄埋藤機傳動系統(tǒng)示意圖 工作原理 1 3工作原理工作時旋耕取土機構(gòu)對土壤進行疏松打碎 土壤在旋耕取土機構(gòu)旋土刀與集土鏟的配合下沿集土鏟的方向拋送到縱向土壤輸送機構(gòu)中 縱向土壤輸送機構(gòu)在傳動鏈條的帶動下高速旋轉(zhuǎn) 將旋耕取土機構(gòu)拋送的土壤輸送到橫向土壤輸送機構(gòu)中 橫向土壤輸送機構(gòu)在中間齒輪箱后輸出軸的帶動下 將土壤均勻的拋灑在待埋藤的葡萄藤上 一次完成葡萄藤越冬埋土的全過程 旋耕取土機構(gòu)設(shè)計 旋耕刀軸與集土鏟 葡萄埋藤機工作時 旋土刀在拖拉機動力輸出軸的帶動下一邊高速旋轉(zhuǎn)切削土壤直線前進 土壤在旋土刀和送土鏟的作用下被均勻的打碎并沿著送土鏟向后拋送 2 1旋土刀的設(shè)計與排列方案的選擇2 1 1旋土刀的設(shè)計要求 1 旋土刀旋土深度要大 2 旋土刀具有拋土功能 3 旋土刀工作時能耗小 4 旋土刀組布局要合理合理的旋土刀布局可以減小機組的側(cè)向力 增加旋耕取土部件向后拋送土壤的能力 減小動力消耗 彎形刀示意圖 2 1 2旋土刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計旋土刀是旋耕取土機構(gòu)的主要工作部件 旋土刀片的形狀和參數(shù)對旋耕取土機構(gòu)的工作質(zhì)量 功率消耗影響很大 旋土刀片可分為鑿形刀 彎形刀 直角刀和弧形刀 根據(jù)四種刀的不同形狀和參數(shù)特性 工作狀態(tài) 從動力消耗和旋耕拋土的要求出發(fā) 本課題選用彎曲形式的旋土刀 其刃口曲線方程如下 式中 刀刃起始工作半徑 cm 為比例常數(shù) 為位置度 極角 2 1 3旋土刀片的排列方案旋土刀片的排列方式有單螺旋排列 雙螺旋排列 星星排列 對稱排列等 均應(yīng)滿足機組碎土性好且刀軸受力均勻 但按照一般的雙頭螺旋排列方案經(jīng)試驗表明機組前面土壤擁堵嚴重 動力損耗大 考慮到目前葡萄園種植行距允許拖拉機通過的功率及葡萄埋藤的要求 本課題采用四條螺旋排列的方式且螺旋線左右旋土刀對稱分布 保證了所有旋耕的土壤都被拋送到后面的輸送帶上并有效地解決了土壤擁堵問題 旋土刀排列示意圖 2 1 4旋耕機刀軸的設(shè)計葡萄埋藤機要求取土量大 故應(yīng)該增加旋耕刀的取土深度 增大旋耕刀的半徑或者加大旋耕刀軸直徑都能增加取土深度 但是加大旋耕刀半徑容易造成旋耕刀的疲勞與斷裂 而通過增加旋耕刀軸的直徑的方法來間接加大旋耕刀的回轉(zhuǎn)半徑有效地解決了這一問題 常用旋耕機刀軸直徑是70 80mm 為了增加旋耕取土機構(gòu)的取土深度 本課題采用直徑為146mm的刀軸并進行了強度校核 旋耕刀軸三維結(jié)構(gòu)圖 2 1 5集土鏟的設(shè)計集土鏟主要有弧形鏟和左右側(cè)板組成 側(cè)板負責(zé)將旋松的土壤收攏 弧形鏟負責(zé)鏟土并向后拋送 旋耕刀旋土寬度為100cm 最大深度為20cm 弧形鏟需及時將土鏟走防止土壤在旋耕刀作用下發(fā)生繞流設(shè)計高度為24cm 為保證土壤全部收攏 側(cè)板設(shè)計為向兩側(cè)張開且底部加開20cm高的坡口以減小機具的行走阻力 旋耕取土機構(gòu) 土壤輸送機構(gòu)設(shè)計 3 1整體機構(gòu)設(shè)計土壤輸送機構(gòu)是葡萄藤越冬埋土的直接執(zhí)行者 它將土壤輸送到葡萄藤上完成葡萄藤的越冬埋土工作 它的工作性能直接關(guān)系著葡萄藤越冬埋土的質(zhì)量 本文設(shè)計的土壤輸送機構(gòu) 包括橫向土壤輸送機構(gòu)和縱向土壤輸送機構(gòu) 為了承接旋耕取土機構(gòu)和橫向土壤輸送機構(gòu)之間的土壤輸送 縱向土壤輸送機構(gòu)設(shè)計成傾斜式 為防止輸送物料時由于傾角導(dǎo)致物料下滑本課題在縱向輸送帶上安裝了12個送土板 防止土壤滑落且便于土壤拋送 3 2縱向輸送機構(gòu)設(shè)計3 2 1橡膠輸送帶的設(shè)計3 2 2輸送輥及定位塊的設(shè)計3 2 3送土板的設(shè)計 縱向土壤輸送機構(gòu) 橫向土壤輸送機構(gòu) 輸送帶的設(shè)計 考慮到橡膠輸送帶的轉(zhuǎn)速和載荷 本課題對輸送帶進行了設(shè)計 1 輸送帶帶寬的確定帶寬的確定取決于帶速和生產(chǎn)率 生產(chǎn)率按ISO5408計算方法即 Q AvK式中 Q 生產(chǎn)率 m3 s v 帶速 m s K 運輸機傾角影響系數(shù) A 膠帶上物料最大斷面積 代入數(shù)值得出膠帶上物料最大斷面積 通過查表和本機組的實際情況 本文縱向土壤輸送帶設(shè)計寬度為110cm 橫向土壤輸送帶設(shè)計寬度為55cm 2 輸送帶的強度對帆布層的普通輸送帶計算其層數(shù)式中Z 輸送帶層數(shù) F1 穩(wěn)定工作情況下輸送帶最大張力 b 帶寬 mm 輸送帶縱向扯斷強度 N mm 層 n 安全系數(shù) 按DTll型推薦值參考 對棉帆布輸送帶n 8 9 對尼龍 聚酷帆布帶n 10 12 本文設(shè)計的輸送帶選用的帆布為4層棉帆布 帶厚為8mm 輸送輥的設(shè)計 本課題設(shè)計的輸送輥中間帶有梯形槽以防止輸送帶在高速旋轉(zhuǎn)下發(fā)生跑偏并且在輸送帶上有與其配套的定位塊 工作時橡膠定位塊卡在梯形槽中隨著輸送輥旋轉(zhuǎn)給橡膠輸送帶定位 從而防止輸送帶的跑偏現(xiàn)象 為了防止輸送帶跑偏 在輸送輥帶動橡膠輸送帶旋轉(zhuǎn)過程中至少有一個橡膠定位塊始終在輸送輥的梯形槽中 即定位塊在輸送帶上的間距S小于輸送輥半周長時滿足定位塊始終在輸送輥中起定位作用 即其中 輸送輥直徑D 140mm將數(shù)據(jù)代入公式得故當S 219 8mm時定位塊始終起到定位作用 本課題設(shè)計定位塊的間距為150mm 輸送帶 輸送輥 傳動系統(tǒng)設(shè)計 本課題設(shè)計的旋耕刀軸和縱向輸土機構(gòu)采用側(cè)邊傳動使得旋土刀能夠在刀軸上滿幅工作 減小了葡萄埋藤機旋耕取土部件的動力消耗和土壤的堵塞 使得旋耕取土部件拋送的土壤均勻細膩 為了增加旋土刀的旋轉(zhuǎn)半徑 側(cè)邊傳動箱體采用三級齒輪傳動 使上輸入軸與下輸出軸之間的垂直距離達到640mm 傳動機構(gòu)設(shè)計 總裝圖 ThankYou 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
葡萄埋藤機設(shè)計及其仿真模型的建立
設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 12-1
指導(dǎo)教師
日 期 2012-05-28
大學(xué)教務(wù)處制
22
目 錄
1.緒論 1
1.1本課題來源及其研究的目的和意義 1
1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析 1
1.2.1國外研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
2.葡萄埋藤機的總體設(shè)計 3
2.1研究內(nèi)容 3
2.2總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4
2.3傳動系統(tǒng)設(shè)計 4
2.3.1總傳動方案的確定 4
2.3.2各部分傳動速度的設(shè)計 5
2.3.3各軸功率的計算 5
2.4葡萄埋藤機工作原理 5
3.旋耕取土部件的設(shè)計 5
3.1旋耕刀的設(shè)計及排列方案 5
3.1.1旋耕刀的設(shè)計要求 5
3.1.2旋土刀片的排列方案 6
3.2旋耕刀軸的設(shè)計 8
3.3集土鏟設(shè)計 8
4.土壤輸送機構(gòu)設(shè)計 10
4.1縱向輸送機構(gòu)設(shè)計 10
4.1.1橡膠輸送帶的設(shè)計 10
4.1.2輸送輥的設(shè)計 11
5.傳動齒輪箱設(shè)計 12
5.1中間齒輪箱設(shè)計 12
5.2側(cè)邊傳動齒輪箱設(shè)計 14
5.2.2齒輪設(shè)計 15
6.葡萄埋藤機總體裝配圖 17
總結(jié) 19
致謝 20
參考文獻 21
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1.緒論
1.1本課題來源及其研究的目的和意義
葡萄是我國主要的水果品種。近年來，隨著我國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，葡萄產(chǎn)業(yè)得到了很大的發(fā)展。特別是近十年,葡萄種植面積和產(chǎn)量一直呈上升趨勢。根據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2005年我國葡萄栽培面積為40.81萬公頃，產(chǎn)量達到579.4萬噸，在我國果樹栽培中栽培面積位居第六位，產(chǎn)量位居第五位，在世界上分別排第四、第五位。在、山東、河北、遼寧、山西、吉林和河南等葡萄主要產(chǎn)區(qū)，葡萄生產(chǎn)已形成了規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展格局。隨著葡萄生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展．對葡萄生產(chǎn)全程機械化的需求也越來越高，同時也為葡萄生產(chǎn)全程機械化發(fā)展提供了條件。
據(jù)研究，葡萄枝蔓能忍受-16℃低溫，芽眼能忍受-13℃的低溫，根系抗凍能力最弱。自根苗歐洲種，如龍眼、玫瑰香、葡萄皇冠等的根系在-5℃～-7℃時就受凍害；玫瑰露(底拉洼)、羅也爾玫瑰（布來頓）、耐格拉等歐洲雜交種在-6℃～-8℃時就受凍害；貝達（河岸葡萄×美洲葡萄）可耐-13℃的低溫；山葡萄可耐-15℃低溫。因此，葡萄越凍指標為-5℃日平均日數(shù)145天，極端最低氣溫-30.6℃,因此，葡萄越冬必須采取防凍措施。
我國由于特有的地理環(huán)境和氣象條件，優(yōu)質(zhì)葡萄產(chǎn)區(qū)大多在西北及北部地區(qū)，也就形成了我國特有的葡萄種植方式，即我國北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)主要作業(yè)環(huán)節(jié)是：春天扒藤一上架綁藤一除草施肥澆水一噴施藥劑一收獲一冬季埋藤等，入冬前必須完成掩埋。目前我國北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)中,冬季埋藤是葡萄種植生產(chǎn)過程中勞動強度最大、質(zhì)量要求高、時間性強的作業(yè)。葡萄藤埋土防寒、防風(fēng)干時，要求土壤要細碎，防止大土塊搭接，有空洞透風(fēng)抽條。埋土壓蔓要防止損傷枝蔓，以免病害浸染以及影響來年產(chǎn)量。取土位置距根部不能太近，最少50cm左右，以免根部受凍，埋土防寒后冬季進行田間檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時補救。防寒后及時灌冬水，以保證植株安全越冬。葡萄根系常分布在地表下20～60cm土層中，深的達100cm。葡萄較易產(chǎn)生不定根，根受傷后，在傷口附近再生大量的根，因此在栽培上適當斷根是可以的，但不能大量斷根。根系生長的土壤溫度是21～25℃，超過28℃或低于10℃時即停止生長。葡萄根系發(fā)達，有很強的吸收能力和養(yǎng)分貯藏能力，但抗寒性較差，比枝蔓怕凍，土壤溫度在-4℃到-6℃時，就能受凍害，甚至凍死[1]。一旦冬季根系遭受凍害，次年枝蔓生長、結(jié)果便會大受影響。因此，埋土防寒時要特別注意根系防寒。但長期以來，葡萄的種植管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，埋藤作業(yè)目前仍以人工為主，人工作業(yè)存在勞動效率低、埋土不勻、土塊大、容易漏風(fēng)透氣的缺點，極易造成葡萄藤風(fēng)干死亡。這嚴重制約了葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程。因此，葡萄種植農(nóng)戶對該生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械作業(yè)有著強烈的要求。葡萄越冬覆土如果能夠?qū)崿F(xiàn)機械化生產(chǎn)，將有力地推動葡萄生產(chǎn)的規(guī)模化，顯著降低葡萄生產(chǎn)成本，節(jié)省用工量，使農(nóng)民增加更多的收入，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。同時，也增加了營機戶的收人，而營機戶收入增加可以投入更多的資金購買先進的農(nóng)機裝備。更好地服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的各個領(lǐng)域。
本課題為分析我國葡萄埋藤機械化研究現(xiàn)狀．展望葡萄埋藤作業(yè)機械化技術(shù)的發(fā)展方向，闡述推廣葡萄埋藤機械化的意義，為促進葡萄種植業(yè)增產(chǎn)、增效和果農(nóng)增收提供理論依據(jù)。
1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析
1.2.1國外研究現(xiàn)狀
國外的葡萄基本上是沿不凍線以上種植的，葡萄常年固定在架子上生長，為其機械化作業(yè)提供了便利條件。美國是世界葡萄生產(chǎn)大國，不僅產(chǎn)量和面積超過我國，而且其葡萄機械化生產(chǎn)管理水平也處于世界領(lǐng)先地位。美國農(nóng)民經(jīng)營葡萄園規(guī)模較大，農(nóng)業(yè)機械化程度很高。在美國，鮮食葡萄生產(chǎn)除果穗整形和采摘用人工以外，從種植、整形、施肥、耕作、噴藥及包裝等均有相應(yīng)的作業(yè)機械；釀酒葡萄根據(jù)需要可以進行機械收獲。因此，美國的葡萄栽培技術(shù)和生產(chǎn)管理己實現(xiàn)了標準化、信息化和全程機械化，現(xiàn)正向自動化和智能化方向發(fā)展。與我國相鄰的烏茲別克是世界黑葡萄干的主產(chǎn)區(qū)，其葡萄埋土、出土也實現(xiàn)了機械化。查閱相關(guān)資料未發(fā)現(xiàn)國外機型的報道。
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
相比之下，我國葡萄生產(chǎn)與國外不同。我國葡萄種植區(qū)域分布很廣，各地的氣候條件、地理環(huán)境不盡相同，由于地理原因，每年必須用土將葡萄藤掩埋起來，防止葡萄藤冬季凍傷和風(fēng)干，因此在作業(yè)環(huán)節(jié)上也有所差別。我國葡萄種植絕大多數(shù)在北方，也就形成了我國特有的葡萄種植方式，其中，葡萄越冬防寒埋土是一項重要的作業(yè)環(huán)節(jié)，它在我國的葡萄種植生產(chǎn)中一直以人工作業(yè)為主，繁重的人工作業(yè)不僅占用了大量勞力，增加了生產(chǎn)成本，而且作業(yè)質(zhì)量難以保證，影響葡萄品質(zhì)等級，不利于葡萄產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。目前，我國葡萄機械化仍屬于起步發(fā)展階段，機械化水平還相當落后。據(jù)了解，成齡葡萄生產(chǎn)成本在1400元/667m2左右，其中，人工成本約占60%以上。盡管國內(nèi)有關(guān)科研院所和企業(yè)圍繞葡萄生產(chǎn)管理機械化也開展了一些技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)，并開發(fā)出埋藤、植保、施肥、松土等田間作業(yè)機具。但仍未能大面積推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)葡萄埋藤機大都由旋耕機改進而成，具有較強的可操作性，比人工埋土效率和質(zhì)量都有很大的提高。
按埋藤機工作原理來分，現(xiàn)有機型分三種型式：逆旋側(cè)拋式、旋耕輸送式和切向拋送式。目前使用最多的是逆旋側(cè)拋式機型。
大型雙側(cè)埋藤機只需在行間走一次即可完成掩埋一行葡萄藤（兩個半行）；中型埋藤機需沿著葡萄種植行兩側(cè)來回一周才能完成掩埋一行葡萄藤；而小型埋藤機則需沿著葡萄種植行兩側(cè)來回兩周才能完成掩埋一行葡萄藤，這是因為大型機和中型機取土深度都可以一次達到所需的土量，堆土高度能達到要求。而小型機由于動力小只能分兩次取土拋土，但在同側(cè)第二次取土拋送時，第一次拋土形成的土壟擋住了比它低的那些拋土，回落到取土溝，只有部分土拋了上去，所以兩次取拋土不如一次取拋土堆土高。于取土溝底部土壤松軟，驅(qū)動輪易打滑，操作要有較高的技巧，作業(yè)質(zhì)量難以保證。
目前市場上主要代表性機具如下:
MT200一2葡萄埋藤機
該機具是天津市農(nóng)業(yè)機械研究所2004年設(shè)計開發(fā)的用于葡萄藤越冬掩埋作業(yè)的專用機具(如圖1-1）。該機工作平穩(wěn)、性能可靠、操作省力、培土集中，比人工取土埋藤作業(yè)質(zhì)量明顯提高，是先進適用的機具。MT200—2型雙側(cè)埋藤機在使用中會受到以下因素的影響：首先該機是雙側(cè)拋土機型，要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，則機具作業(yè)質(zhì)量將受到很大的影響，甚至無法作業(yè)。其次要求地端有掉頭空間，否則該機型的使用會受到限制。
圖1-1 MT200—2葡萄埋藤機
PMT-75型葡萄埋藤機
北京現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份公司結(jié)合葡萄種植模式，于2009年成功研制出PMT一75型葡萄埋藤機（如圖1-2）該機作業(yè)效率高，操作簡單，是一款價格低廉，實用性強的機具，但因機具研制出來時間不長，可靠性有待于提高。
圖1-2 PMT—75葡萄埋藤機
3LG-100型埋藤及旋耕兩用機
2007年，酒泉市農(nóng)業(yè)機械推廣站和敦煌市呂家堡農(nóng)機加工生產(chǎn)個體業(yè)主王成貴共同研制了葡萄藤越冬掩埋和農(nóng)田旋耕作業(yè)的多功能農(nóng)業(yè)機械一3LG型葡萄埋藤旋耕兩用機（如圖1-3），該機具可分別與手扶拖拉機和13.23kw以上的輪式拖拉機配套使用。該機具采用臥式旋耕原理，合理配置專用刀具，工作時旋起的土壤按設(shè)計的方向移動拋出，實現(xiàn)埋藤作業(yè)，現(xiàn)已通過了省級農(nóng)機推廣鑒定，并申請了國家專利，但該機具由于結(jié)構(gòu)布局不合理，具體表現(xiàn)為定向拋土性能欠佳，掩埋1～2次到不到預(yù)期效果，目前尚未得到大量推廣。
圖1-3 3LG-100型埋藤機
1MP一500型多功能葡萄埋藤機
該機具是兵團農(nóng)八師149團2007年研制成功（如圖1-4），該機由取土和輸送土兩部分組成。該機由18．4～22 kW輪式拖拉機帶動，不埋葡萄時，可把鏟土板及輸送土部分卸下，用于葡萄地松土除草。作業(yè)效率0．22～0．3 hm2／h，相當于100多人的工作量。在使用的過程中，故障少，效率高，埋藤質(zhì)量好于人工。但該機與l 8．4～22 kW輪式拖拉機配套使用，在工作運行到地端時，需要有足夠的掉頭空間否則無法作業(yè)。
圖1-4 1MP—500葡萄埋藤機
10OPF—A型葡萄越冬覆土機
該機具是由遼寧省北寧市農(nóng)機推廣站于2003年研制，配套動力14．7～22．05 kW拖拉機，生產(chǎn)效率0．13～0．2 hm2／h。該機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、覆土厚度均勻、床面整齊、價格相對較低，但因作業(yè)時需要往返覆土，故作業(yè)效率較低。
10PF-90A型葡萄越冬覆土埋藤機
應(yīng)一些葡萄種植大戶的強烈要求，北京市房山區(qū)農(nóng)機研究所經(jīng)過大量的考察分析，于 2003 年確立了葡萄越冬埋藤機的研制課題，經(jīng)過兩年多的試驗研究，設(shè)計制造出了10PF- 90A型葡萄越冬覆土埋藤機，為葡萄越冬埋藤機械化作業(yè)提供了新型機具。
2.葡萄埋藤機的總體設(shè)計
2.1研究內(nèi)容
本課題研究內(nèi)容可分為四大部分:一是對葡萄埋藤機的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；二是葡萄埋藤機旋耕取土機構(gòu)的探索研究，解決我國嚴寒地區(qū)埋藤需土量大的問題；三是研制葡萄埋藤機的土壤輸送機構(gòu)，使旋耕取土部件取出的土壤均勻集中的拋在葡萄藤上；四是研制集傳動與換向功能于一體齒輪箱，使得葡萄埋藤機土壤輸送機構(gòu)可以選擇埋土的方向。
2.2總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
根據(jù)葡萄藤越冬埋土作業(yè)的要求，以及確定的農(nóng)藝要求，進行關(guān)鍵工作部件的設(shè)計，確定出總體結(jié)構(gòu)。埋藤機與拖拉機工作時，埋藤機與拖拉機采用標準三點懸掛連接，動力輸出軸傳遞動力。整機主要由動力傳輸機構(gòu)、旋耕取土機構(gòu)、土壤輸送機構(gòu)及萬向行走輪等組成（如圖2-1）。
1、旋耕取土系統(tǒng) 2、牽引架 3、縱向土壤輸送機構(gòu) 4、橫向土壤輸送機構(gòu) 5、萬向行走輪總成 6、橫向土壤輸送系統(tǒng)護罩 7、縱向土壤輸送系統(tǒng)護罩 8、縱向土壤輸送傳動鏈輪 9、橫向土壤輸送傳動鏈輪 10、主傳動、換向齒輪箱
圖2-1葡萄埋藤機總體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2-2葡萄埋藤機俯視圖
2.3傳動系統(tǒng)設(shè)計
2.3.1總傳動方案的確定
埋藤作業(yè)時，一般選用動力輸出軸轉(zhuǎn)速為540 r／min。對于具有540 r／min或720 r／min雙輸出轉(zhuǎn)速的拖拉機，在土壤較硬，葡萄行距在1.8～2 m時可選用540r／rain進行作業(yè)；在土壤較軟，葡萄行距在2～2.2 m時可選用720 r／min進行作業(yè)。
本機型設(shè)計的葡萄埋藤機旋土刀的旋轉(zhuǎn)半徑為318mm，機組配套使用的拖拉機功率36.75kw，拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速為540r/min。對旋耕機刀軸轉(zhuǎn)速而言,一般旱耕或耕作比阻較大的土壤時選用低速擋,其轉(zhuǎn)速為200r/min左右,在水耕、耙地和耕作比阻較小的土壤時選用高速擋,其轉(zhuǎn)速一般為270r/min左右，本課題選擇刀軸轉(zhuǎn)速為240r/min?？紤]到葡萄埋藤機刀軸，縱向輸土機構(gòu)和橫向輸土機構(gòu)都需要動力傳輸。故本文設(shè)計了如圖2-3所示的動力傳輸系統(tǒng)。設(shè)計的動力傳輸系統(tǒng)主要分為三部分:
第一部分:動力經(jīng)拖拉機動力輸出軸傳輸?shù)街虚g傳動齒輪箱，經(jīng)過錐齒輪、傳動軸傳給側(cè)邊傳動箱，側(cè)邊傳動箱經(jīng)過齒輪傳動傳遞給旋耕刀軸。
第二部分:動力從側(cè)邊傳動箱上輸出軸經(jīng)過鏈輪、鏈條傳輸給縱向土壤輸送機構(gòu)。
第三部分:動力經(jīng)中間傳動齒輪箱的后輸出軸，在經(jīng)過傳動軸、鏈輪、鏈條傳輸給橫向土壤輸送機構(gòu)。
具體傳動實施方案如圖所示。
圖2-3葡萄埋藤機傳動示意圖
2.3.2各部分傳動速度的設(shè)計
為使集土鏟部分的土壤最大限度地輸送至需埋藤的部位，保證由旋耕刀旋松的土壤不至于滯留在集土鏟中發(fā)生堵塞，縱、橫輸送帶需盡量選擇最高速度，即縱、橫向輸送軸的轉(zhuǎn)速要大于或等于旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計選用旋耕刀軸轉(zhuǎn)速等于縱、橫向輸送帶的轉(zhuǎn)速。
2.3.3各軸功率的計算
設(shè)圓柱齒輪、圓錐齒輪、球軸承、滾子軸承及聯(lián)軸器傳動效率為、、、、查手冊得=0.97、=0.95、=0.99、=0.98、=0.98
則
即旋耕刀軸功率為。
2.4葡萄埋藤機工作原理
工作時旋耕取土部件對土壤進行疏松打碎，土壤在旋耕取土部件旋土刀與集土鏟的配合下沿集土鏟的方向拋送到縱向土壤輸送機構(gòu)中，縱向土壤輸送機構(gòu)在傳動鏈條的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，將旋耕取土部件拋送的土壤輸送到橫向土壤輸送機構(gòu)中。橫向土壤輸送機構(gòu)在主傳動齒輪箱后輸出軸的帶動下，將土壤均勻的拋在待冬季埋土的葡萄藤上，一次完成葡萄藤越冬埋土的全過程。
3.旋耕取土部件的設(shè)計
3.1旋耕刀的設(shè)計及排列方案
3.1.1旋耕刀的設(shè)計要求
旋耕刀是旋耕機的重要工作部件，刀片的形狀與參數(shù)直接影響旋耕機的工作質(zhì)量和功耗，合理設(shè)計刀具的側(cè)切面、過渡面和正切面曲線形狀是設(shè)計研究旋耕機的一個重點。由于葡萄埋藤機的旋土刀是在葡萄藤的行間工作，工作條件比較惡劣，作業(yè)難度大。本文設(shè)計的旋土刀除了滿足疏土碎土外還要滿足以下要求：
（1）旋土刀旋土深度要大
因為我國葡萄主產(chǎn)地、寧夏等冬季氣溫經(jīng)常達到-20℃～-30℃，為了防止葡萄藤的凍傷要求葡萄藤冬季埋土量大，要求葡萄埋藤機有足夠的旋耕取土深度，達到埋藤所需的土量。
（2）旋土刀具有拋土功能
因為本文設(shè)計的葡萄埋藤機是將旋耕取土部件旋耕的土壤全部拋送到縱向土壤輸送機構(gòu)中，要求旋土刀具有向后拋送土壤的功能，從而減小動力消耗和避免機組前端出現(xiàn)土壤擁堵現(xiàn)象。
（3）旋土刀工作時的動力消耗小
我國人口眾多，人均資源相對短缺，考慮到經(jīng)濟效益和節(jié)能減排，旋土刀的設(shè)計盡可能的減小工作時的動力消耗以。減小排放以保護環(huán)境。
（4）旋土刀組布局要合理
合理的旋土刀布局可以減小機組的側(cè)向力，增加旋耕取土部件向后拋送土壤的能力，減小動力消耗。
旋土刀片可分為鑿形刀、彎形刀、直角刀和弧形刀。根據(jù)四種刀的不同形狀和參數(shù)特性、工作狀態(tài)，從動力消耗和旋耕拋土的要求出發(fā)，本課題選用彎曲形式的旋土刀。其刃口曲線方程如下：
（3-1）
式中：——刀刃起始工作半徑，cm
——比例常數(shù)
——位置度，極角
圖3-1彎形刀示意圖
3.1.2旋土刀片的排列方案
旋土刀片的排列方式有單螺旋排列、雙螺旋排列、星星排列、對稱排列等，均應(yīng)滿足機組旋耕刀軸的設(shè)計碎土性好且刀軸受力均勻。由于所設(shè)計的旋耕取土機構(gòu)需要將翻耕的土壤全部拋送到縱向輸送機構(gòu)，要求翻耕的土壤不能太散亂且盡量向中間靠攏，利用旋耕取土機構(gòu)的送土鏟與旋耕刀軸的拋送相結(jié)合。按照普通旋耕機旋耕刀雙頭螺旋排列方案，機組前面土壤擁堵嚴重，動力消耗大。考慮到目前葡萄園種植行距允許拖拉機通過的功率及葡萄埋藤的要求，本課題采用四條螺旋排列的方式且螺旋線左右旋土刀對稱分布，保證了所有旋耕的土壤都被拋送到后面的輸送帶上并有效地解決了土壤擁堵問題。
圖3-2 旋耕刀排列示意圖
圖3-3 旋耕刀軸螺旋排列三維結(jié)構(gòu)圖
圖3-4 旋耕機刀軸裝配三維結(jié)構(gòu)圖
3.2旋耕刀軸的設(shè)計
常用的旋耕機的刀軸直徑為70～80mm，通過分析可知通過增加旋耕刀刀軸的直徑可以增加旋耕取土部件的取土深度，故本文采用直徑為146mm的刀軸并進行了旋耕刀軸強度校核計算。
將旋耕刀軸、軸上焊接的旋土刀座及旋土刀片作為一個整體進行受力分析。旋耕刀軸在旋轉(zhuǎn)過程中僅受單純的扭矩作用，本文采用側(cè)邊傳動根據(jù)受力分析畫出扭矩圖，如圖所示，由扭矩圖可知旋土刀軸的危險點在距離傳動最遠的一端。
圖3-5 旋耕刀軸受力圖
圖3-6 刀軸扭矩圖
計算軸的最大扭矩
=9549
其中P——拖拉機輸出功率，KW
n——旋土刀軸轉(zhuǎn)速，r/min
將=26.55kw，n=240r/min代入公式得：
=9549=1056.4N·m
圓截面軸的抗扭截面模量為：
式中：——圓截面軸抗扭截面模量
D——旋土刀軸半徑，mm
將D=146mm代入公式中
==0.6
材料的最大切應(yīng)力為
將=1056.4N·m，=0.6xmm，代入公式得
==1.76MPa
刀軸的材料選用Q235，所以材料的許用應(yīng)力[]=235MPa，許用切應(yīng)力
[]=(0.5一0.6)·[]=117.5一141MPa。則得：<[]，即滿足強度要求。
3.3集土鏟設(shè)計
集土鏟主要有弧形鏟和左右側(cè)板組成。側(cè)板負責(zé)將旋松的土壤收攏，弧形鏟負責(zé)鏟土并向后拋送。
旋耕刀旋土寬度為100cm，最大深度為20cm，弧形鏟需及時將土鏟走防止土壤在旋耕刀作用下發(fā)生繞流設(shè)計高度為24cm。為保證土壤全部收攏，側(cè)板設(shè)計為向兩側(cè)張開且底部加開20cm高的坡口以減小機具的行走阻力。
圖3-7 集土鏟側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖
圖3-8 集土鏟
圖3-9旋耕取土部件三維結(jié)構(gòu)圖
4.土壤輸送機構(gòu)設(shè)計
土壤輸送機構(gòu)是葡萄藤越冬埋土的直接執(zhí)行者，它將土壤輸送到葡萄藤上完成葡萄藤的越冬埋土工作，它的工作性能直接關(guān)系著葡萄藤越冬埋土的質(zhì)量。本文設(shè)計的土壤輸送機構(gòu)，包括橫向土壤輸送機構(gòu)和縱向土壤輸送機構(gòu)。為了承接旋耕取土機構(gòu)和橫向土壤輸送機構(gòu)之間的土壤輸送，縱向土壤輸送機構(gòu)設(shè)計成傾斜式?？v向輸送機構(gòu)與橫向輸送機構(gòu)之間傾角選擇為35°，這樣既保證了整體結(jié)構(gòu)的緊湊性還使土壤不容易下滑，為防止輸送物料時由于傾角導(dǎo)致物料下滑本課題在縱向輸送帶上安裝了12個送土板，防止土壤滑落且便于土壤拋送。
1、輸送帶 2、送土板 3、定位塊 4、梯形槽側(cè)板 5、橫向輸送輥 6、輸送帶托輥 7、縱向輸送輥
圖4-1 土壤輸送機構(gòu)示意圖
4.1縱向輸送機構(gòu)設(shè)計
4.1.1橡膠輸送帶的設(shè)計
圖4-2 縱向輸送帶
考慮到橡膠輸送帶的轉(zhuǎn)速和載荷，本課題對輸送帶進行了設(shè)計。
(1)輸送帶帶寬的確定
帶寬的確定取決于帶速和生產(chǎn)率，生產(chǎn)率按ISO5408計算方法即：
Q=AvK
式中： Q——生產(chǎn)率(m3/s);
v——帶速(m/s);
K——運輸機傾角影響系數(shù);
A——膠帶上物料最大斷面積;
代入數(shù)值得出膠帶上物料最大斷面積，通過查表和本機組的實際情況，本文縱向土壤輸送帶設(shè)計寬度為 110cm，橫向土壤輸送帶設(shè)計寬度為55cm。
(2)輸送帶的強度
對帆布層的普通輸送帶計算其層數(shù)
式中Z——輸送帶層數(shù); F1——穩(wěn)定工作情況下輸送帶最大張力;
b——帶寬(mm); ——輸送帶縱向扯斷強度(N/mm·層);
n——安全系數(shù)，按DTll型推薦值參考，對棉帆布輸送帶n=8～9，對尼龍、聚酷帆布帶n=10～12。
本文設(shè)計的輸送帶選用的帆布為4層棉帆布，帶厚為8mm。
圖4-3 輸送帶渲染效果圖
4.1.2輸送輥的設(shè)計
本課題設(shè)計的輸送輥中間帶有梯形槽以防止輸送帶在高速運轉(zhuǎn)時發(fā)生跑偏并且在輸送帶上有與其配套的定位塊。
工作時橡膠定位塊卡在梯形槽中隨著輸送輥旋轉(zhuǎn)給輸送帶定位，從而防止了輸送帶的跑偏現(xiàn)象。
為了防止輸送帶跑偏，在輸送輥帶動橡膠輸送帶旋轉(zhuǎn)過程中至少有一個定位塊始終處于輸送輥的梯形槽中。即定位塊在輸送帶上的間距小于輸送輥半周長時滿足定位塊始終在輸送輥中起定位作用。
即
其中，輸送輥直徑D=140mm
代入公式得
故當S<219.8mm時定位塊始終起到定位作用。本課題設(shè)計定位塊的間距為150mm。
圖4-4 輸送輥平面示意圖
圖4-5 輸送輥渲染效果圖
5.傳動齒輪箱設(shè)計
5.1中間齒輪箱設(shè)計
根據(jù)傳動方案的選擇，在此設(shè)計了中間傳動錐齒輪箱，
齒輪的設(shè)計
中間傳動換向齒輪主要是錐齒輪的設(shè)計
參數(shù)選擇
本文主要進行了中間Ⅰ、Ⅱ軸上相互嚙合的直齒錐齒輪的設(shè)計。
選用材料：查表選擇小齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為55～60HRC
大齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為55～60HRC
初選齒數(shù)：取小齒輪齒數(shù)=17
大齒輪齒數(shù)=27 1.59
齒寬系數(shù)取班=0.33
根據(jù)拖拉機的輸出轉(zhuǎn)速，選擇齒輪精度等級為8級
壽命系數(shù) 取
通過查機械設(shè)計手冊可得
極限應(yīng)力=470MPa =470MPa
尺寸系數(shù)
安全系數(shù)： =1.4
將上面求得的數(shù)據(jù)代入公式得許用彎曲應(yīng)力
671.4MPa =671.4MPa
按齒根彎曲強度設(shè)計
(1) 根據(jù)公式
又
分錐角 =arctanu=arctanl.6=57.99
=90一=32
當量齒數(shù) =
查手冊得:
，，，
則
將上述求得的數(shù)據(jù)代入公式(5一9)可得:
由標準模數(shù)系列表取標準模數(shù)m=8
按齒面接觸強度進行校核
由機械設(shè)計手冊查MQ線得接觸疲勞極限=1500MPa，=1500MPa
取安全系數(shù)=l，壽命系數(shù)=1
則
通過查機械設(shè)計手冊可得:，
將數(shù)據(jù)代入公式(5一13)得:
<
因此設(shè)計的直齒錐齒輪滿足強度要求。
同理設(shè)計的后輸出傳動直齒錐齒輪1采用20CrMllTi滲碳淬火，模數(shù)m=8mm，齒數(shù)z=35；
傳動齒輪2采用20CrMnTi滲碳淬火，模數(shù)m=8mm，齒數(shù)z=28。
圖5-1中間傳動齒輪箱
5.2側(cè)邊傳動齒輪箱設(shè)計
5.2.1軸承的選擇
本課題設(shè)計的旋耕刀軸與縱向土壤輸送機構(gòu)采用側(cè)邊傳動。因為這樣不僅使得旋耕刀能夠在刀軸上滿幅工作，提高了作業(yè)效率，而且減小了葡萄埋藤機旋耕取土部件的動力消耗和土壤的阻塞，使得旋耕取土部件拋送的土壤均勻細膩。
為了增加旋耕刀的旋轉(zhuǎn)半徑，增加旋耕取土量，側(cè)邊傳動箱體采用三級齒輪傳動，保證刀軸能夠運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動效率高，使上下輸出軸間距離達到了640mm。本次設(shè)計的側(cè)邊傳動箱輸入軸同時也作為縱向輸送機構(gòu)的動力輸出軸，中間支承軸配合的軸承選用6010深溝球軸承，下輸出軸配合軸承為30209圓錐滾子軸承。
1、軸 2、深溝球軸承 3、漸開線直齒圓柱齒輪 4、端蓋 5、箱體、 6圓錐滾子軸承
圖5-2 側(cè)邊傳動箱結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.2齒輪設(shè)計
3個直齒輪都用40Cr鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，硬齒面。
查手冊得
取齒輪精度為8級
由輸入軸轉(zhuǎn)速，刀軸轉(zhuǎn)速
得
初選齒輪1齒數(shù)
，
則
即有
圓整為=26
同理得
設(shè)計1、2級圓柱齒輪
按齒面接觸強度設(shè)計
確定公式內(nèi)各數(shù)值
試選載荷系數(shù)
計算齒輪1傳遞的轉(zhuǎn)矩
取齒寬系數(shù)
查手冊得材料的彈性影響系數(shù)
按齒面硬度查表得接觸疲勞強度極限
由機械設(shè)計式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
取壽命系數(shù)
計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
計算
試算齒輪1的分度圓直徑，代入中較小的值
計算圓周速度
計算齒寬
計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
計算載荷系數(shù)
根據(jù)，8級精度，查機械設(shè)計圖10-8得動載系數(shù)
直齒輪，
由機械設(shè)計表10-2查得使用系數(shù)
由表10-4用插值法查得8級精度，小齒輪相對支承對稱布置時，
由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)
按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓半徑，由機械設(shè)計（10-10a)得
計算模數(shù)
按齒根彎曲強度設(shè)計
由機械設(shè)計式（10-5）得
確定公式內(nèi)各數(shù)值
由機械設(shè)計圖10-20c查得齒輪1彎曲疲勞極限，齒輪2的彎曲疲勞極限
取壽命系數(shù)
計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
計算載荷系數(shù)
查取齒形系數(shù)和應(yīng)力系數(shù)
由機械設(shè)計表10-5查得
計算1、2齒輪的并加以比較
齒輪1的數(shù)值大
設(shè)計計算
由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)5.16并考慮到增大齒輪中心距以達到加大旋耕刀旋土深度將其圓整為標準值
圖5-3 傳動鏈輪渲染圖
圖5-4 側(cè)邊傳動齒輪箱
６． 葡萄埋藤機總體裝配圖
通過以上對旋耕取土機構(gòu)、土壤輸送機構(gòu)以及傳動機構(gòu)的設(shè)計，我們得到葡萄埋藤機的總體結(jié)構(gòu)并利用三維建模軟件Solidworks對其進行模型的建立與仿真，以下就是本次設(shè)計的最終結(jié)果
葡萄埋藤機總體裝配軸測圖
葡萄埋藤機主視圖
葡萄埋藤機側(cè)視圖
葡萄埋藤機俯視圖
總結(jié)
隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于快完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。畢業(yè)設(shè)計是對以往所有課程設(shè)計的總結(jié)，要求我們盡量把學(xué)到的知識毫無保留得發(fā)揮出來.如今的社會已是知識經(jīng)濟發(fā)展迅速的時代，我們學(xué)的遠遠不夠.因為知識的海洋著無邊際，我們只有不斷的學(xué)習(xí)，不斷的充實自己，才能不斷邁步向前。
在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。我有過為一個問題絞盡腦汁苦苦思索，有過停在某個地方徘徊不前甚至茶飯不思的時候，也有過靈光一閃，苦思冥想的難題得到圓滿解決的時候，其中的困惑、苦惱、興奮、激動只有自己飽嘗之后才能體會地真切。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，我更深刻地明白了學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
致 謝
經(jīng)過一個學(xué)期的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲了，在此我要特別感謝我的指導(dǎo)老師 和各位同學(xué)，在設(shè)計過程中，我遇到不懂的地方，老師總會耐心地給我講解，不知疲倦地回答我提出的疑問，老師認真負責(zé)的態(tài)度是我絲毫不敢懈怠的動力，平時在宿舍的時候與各位同學(xué)交流經(jīng)驗相互學(xué)習(xí)各種軟件，取長補短也使我學(xué)到了許多知識，并通過比較不同設(shè)計軟件的優(yōu)劣，選擇更適合自己的軟件來完善自己的設(shè)計內(nèi)容。得益于這些幫助，我的畢業(yè)設(shè)計才能順利完成。另外，還要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)為我們提供良好的設(shè)計環(huán)境以及對本次畢業(yè)設(shè)計的高度重視，感謝全體指導(dǎo)老師們對我們的監(jiān)督和指導(dǎo)，在此一并致以誠摯的謝意。
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