【正文】 。 需要一種機(jī)械，可以滿足溫室大棚的空間小，障礙物多、邊角地帶無法耕耘等問題，研制一種體積小，重量輕，操作方便、不排放有害氣體、噪聲低，使用安全可靠，推動方便、操作搬運(yùn)高效節(jié)能，無污染的小型農(nóng)用旋耕機(jī)。 方案 選擇 方案一 圖 21 方案一中間傳動 輪 設(shè)計原理：傳動部分由帶輪、變速箱、鏈輪、組成， 動力由電動機(jī)輸出經(jīng)帶輪傳動到變速箱輸入軸，再經(jīng)變速箱傳到刀軸， 如圖 21 所示。 利用旋轉(zhuǎn)的刀片作為工作部件，對土壤進(jìn)行切削，刀片由上向下切削土壤，并將土壤拋向后方，拋起的土壤碰到擋泥蓋板后受到撞擊而迅速降低速度，使土壤呈細(xì)碎狀態(tài)掉落在地面，達(dá)到松碎土壤的目的。旋耕青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 刀軸中間因旋耕刀采用彎刀，所以需要設(shè)計松土鏟對中間的漏耕部分進(jìn)行松土。 方案二： 圖 22 方案二側(cè)邊傳動 設(shè)計原 理：動力由電動機(jī)輸出，經(jīng)皮帶傳動到變速箱，經(jīng)變速箱減速后，再經(jīng)過鏈傳動到旋耕刀軸，這樣可以減少中間的漏耕現(xiàn)象。這樣可以在中間加一個阻力鏟，增大旋耕機(jī)的前進(jìn)阻力，減少操作人員的體力消耗。中間的變速箱可以改為帶輪減速，但是本機(jī)的設(shè)計如果采用帶輪的設(shè)計會使帶輪的尺寸過大，使整機(jī)的尺寸過大。 前面加一個支撐輪，便于非工作時行走，工作時可通過操作手柄拉動拉線，卸掉支撐輪以便于地頭轉(zhuǎn)彎。機(jī)架的另一側(cè)有電動機(jī)的開關(guān)按鈕，在需要零速度式可以關(guān)閉電動機(jī)。 因此，應(yīng)選擇電動機(jī)作為動力，一級減速采用帶傳動，中間傳動采用變速箱，側(cè)邊 傳動采用鏈傳動，整機(jī)的尺寸較小。 選擇方案二。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 第三章 零部件及旋耕機(jī)參數(shù)的設(shè)計 切削速度的確定 由于在大棚內(nèi)作業(yè)受到空間等因素的限制，要求機(jī)組尺寸盡量小，現(xiàn)選定耕幅為：B=600mm；旋耕刀輥半徑： R=220mm；耕深： 150～ 200mm；生產(chǎn)效率：每小時 畝。這樣可計算出旋耕機(jī)組的前進(jìn)速度： V=／ s，選取 =。 旋耕機(jī)刀刃的運(yùn)動是復(fù)合運(yùn)動，其中繞旋耕刀軸的速度 V0=? R 是相對速度，前進(jìn)速度 Vm是牽連速度，刀刃端點(diǎn) A的運(yùn)動軌跡可用余擺線參數(shù)方程確定 [5]。 X=Vm t+Rcos t? （ 31） Y=Rsint? （ 32） 式中 R—旋耕刀端點(diǎn)轉(zhuǎn)動半徑； ω—到軸旋轉(zhuǎn)角速 度； Vm—旋耕機(jī)前進(jìn)速度； t—時間。 絕對速度： 22021 sinmmV V V V t V?? ? ? （ 33） 圖 31 旋耕刀的工作示意圖 根據(jù)文獻(xiàn)，輕型和中型土壤的平均切削速度約為 34m/s，草原沼澤粘土平均切削速度約為 68 m／ s為宜的結(jié)論，針對山東地區(qū)蔬菜地土壤多為沙土，所以選定平均切削速度為45 m/s左右。由于耕深 150～ 200mm刀輥半徑 R=220mm刀刃端點(diǎn)沿余擺線從 A 點(diǎn)切人土壤至 A。點(diǎn)結(jié)束切削，如圖 31所示：切削土壤時相應(yīng)的轉(zhuǎn)動角： m? =arcsin(1一 H／ R)= 06 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 切人點(diǎn) A1的絕對速度大小： 22102 sinA m m mV V V V V?? ? ? （ 34） 取 V=4m/s時； 2 0 2021 ( 0 .5 2 2 0 .5 2 sin 6 )VV? ? ? ? 可得 V0=取 n=180r/min時：則 01 /V m s? 同理取 V=5m/s時：解得 0 /V m s? 取 n=240r/min,則 02 /V m s? 彎刀主要參數(shù)的確定 ① 刀片最大切削半徑 Rmax： Rmax 的確定與設(shè)計耕深和傳動箱結(jié)構(gòu)有關(guān)， 耕深增大， 要求 Rmax 增大， 切削扭矩也隨之增大， 因此在滿足耕深的要求及傳動箱結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下， Rmax 應(yīng)盡量取小值 [6]。 Rmax取為 198cm。 ② 刀片正切刃幅寬 b( 工作幅寬 )： b 的大小影響旋耕機(jī)的工作質(zhì)量及功率消耗， 若 b 增大， 旋耕刀滾的刀片數(shù)減少， 則相鄰刀片間距增大， 有利于減少堵塞現(xiàn)象， 功率消耗不變， 但碎土質(zhì)量差， 為了保證碎土質(zhì)量，就要減小機(jī)器的行進(jìn)速度， 故 b 不宜過大。為了保證耕深及適宜的刃口長度， 刀片切削半徑 R0 的大小可由下式確定： 2m a x2m a x20 22RR aaRSS ????? （ 3—5） 式中： S——刀片最大進(jìn)給量： a——最大設(shè)計耕深。 切土節(jié)距： 在同一縱向平面內(nèi)切土的旋耕 刀 , 在其相繼切土的時間間隔內(nèi) , 機(jī)組前進(jìn)的距離稱為切土節(jié)距。根據(jù)試驗 , 旱耕熟地 (含水量 20%～ 30% ) , S 取 10～ 12 cm 左右 。 耕輕、中粘度土壤 (含水量大于 35% ) , S 取 6～ 9 cm。 粘重土壤、多草地 ,S 取 4～ 6 cm[7]。 查《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》（北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)主編），得刀片最大進(jìn)給量 S= v6000 m ????? （ 3—6） R0= 222 ???????? cm 根據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》和農(nóng)藝要求，選擇 R198的旋耕刀。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 彎刀的選擇、配置與排列 旋耕機(jī)刀片是旋耕機(jī)的主要工作部件， 刀片的形狀及參數(shù)對旋耕機(jī)的工作質(zhì)量、功率消耗有很大影響，為了適應(yīng)不同的技術(shù)要求及土壤狀況的要求， 目前常用的刀片有彎形刀片、直角刀片和鑿形刀片三種形式 [8]。 ① 彎形刀片 ( 鉈形刀 ) ： 彎形刀的刃口呈弧形， 由正面刃口和側(cè)面刃口兩部分組成， 正面刃口較寬， 正面和側(cè)面刃口均有切削作用。工作時， 靠近回轉(zhuǎn)軸的側(cè)切刃先與土壤接觸進(jìn)行切削， 最后由正切刃切削。這種切削過程可把未被側(cè)刃 切斷的土塊、草莖壓向未耕地， 以堅硬的未耕地為支撐由正面刃進(jìn)行切割， 這樣草莖易被切斷。對不能切斷的草莖其曲線刃口可將其推向切削刃的端部而脫落。這種刀片不易纏草， 對土壤的適應(yīng)性好。 ② 鑿形刀片： 鑿形刀片的正面刃口為較窄的鑿形刃口， 呈平頭或尖頭， 工作時對土壤進(jìn)行正面切削。因正面刃口較窄， 兩相鄰刀片的軸向間距大于刃口寬度， 切土塊的兩側(cè)因撕裂而與土壤分離。鑿形刀片入土性能好， 消耗功率較小，但耕作時易纏草， 適用于較疏松的土壤。 ③ 直角刀片： 直角刀片的刃口平直， 其由側(cè)切刃和正切刃組成， 彎曲部分近 于直角。工作時， 刀片正面刃口先接觸土壤， 然后側(cè)面刃進(jìn)行切削并逐漸接近刀片根部， 因此易產(chǎn)生纏草現(xiàn)象。這種刀片剛性好、碎土能力強(qiáng)， 適于旱地耕作。 通過比較， 選用彎形刀片， 其較適合小型旋耕機(jī)的作環(huán)境。 為使旋耕機(jī)作業(yè)時不產(chǎn)生漏耕和堵塞現(xiàn)象， 并使刀軸受力均勻 [9]。刀片在刀軸上的排列原則如下： ① 刀軸上的刀片應(yīng)按一定順序入土， 每轉(zhuǎn)過 360176。/z有一把刀片入土， 使扭矩較為均衡， 工作平穩(wěn)。 ② 在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)， 若裝兩把以上刀片， 應(yīng)保證進(jìn)給量相等， 以保證碎土質(zhì)量良好， 耕后溝底平整。 ③ 盡可能 增大相繼入土刀片在刀軸上的軸向距離，以免發(fā)生堵塞。 ④ 相鄰刀片的角度差應(yīng)盡量大些， 以防夾土及堵塞。 ⑤ 采用非對稱刀片時， 右彎刀片應(yīng)盡量交錯入土，以減少刀滾上的軸向力。 ⑥ 刀片排列應(yīng)盡量規(guī)則， 一般采用螺旋線排列。如圖 32所示。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 圖 32 旋耕刀片螺旋排列 電動機(jī)的選擇 影響旋耕機(jī)功率的因素很多，查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》，得下列經(jīng)驗公式 N = ? aVmB (kw) (3—9) 式中： a—耕深 (cm)。 Vm機(jī)組前進(jìn)速度（ m/s） 。 B耕幅（ m）； K? 旋耕比阻（ N/cm2)( K? =kgk1k2k3k4)見表 2 根據(jù)前面設(shè)計耕深 a=15cm，機(jī)組前進(jìn)速度 Vm=,耕幅 B=， Kg=13； k1=1； k2=； k3=； k4=； K? =13 ? 1 ? ? ? = P= ? ? 15 ? ? =(KW) 查《機(jī)械設(shè)計手冊 ? 減（變）速器電機(jī)與電氣》得電動機(jī) Y112m4，額定效率 4KW，轉(zhuǎn)速 1440r/min,效率 ，實際效率 [10]。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 第四章 傳動系統(tǒng)的 設(shè)計計算 傳動比分配 根據(jù)電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm=1440r/min和旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速 nw=180～ 220r/min，傳動裝置的總傳動比為 ～ 8，總傳動比為各級傳動比 i1 ? i2? i3的乘積。根據(jù)傳動比的分配原則及各種傳動的性 能，分配傳動比。 帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，造價低廉，以及緩沖吸震等特點(diǎn)。因此，一般在一級傳動中采用， i1=。而齒輪傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的傳動比，傳動效率高，軸上徑向壓力較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。二級傳動采用變速箱 i2=。側(cè)邊傳動采用鏈傳動，可以沒有傳動比，起到傳動功能。 各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 計算各軸的轉(zhuǎn)速 傳動裝置中各軸的轉(zhuǎn)速為： I軸轉(zhuǎn)速： n0=1440r/min； 變速箱輸入轉(zhuǎn)速： nI=n0/i1=1440/=655 r/min； 變速箱輸出轉(zhuǎn)速和 III軸轉(zhuǎn)速： nII=nI/i2=655/=220 r/min； 計算各軸的輸入功率 電動機(jī)的計算功率一般可依據(jù)電動機(jī)所需實際功率 Pd作為計算依據(jù)，則其他各軸輸入功率為： I軸輸出功率： 5 10 ????? ?PⅠ ； 變速箱輸入功率： 2 ?????? ?ⅠP? ； 變速箱輸出功率： 2 ????? 外外 ??? P ； III軸輸入功率： 3 ????? ??PⅢ ； III軸輸出功率： 3 ????? 外Ⅲ外 ??P ； 計算 各軸轉(zhuǎn)矩 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 I軸轉(zhuǎn)矩： T1=9550?? m； 變速箱輸入轉(zhuǎn)矩： TII=9550?? m； 變速箱輸出轉(zhuǎn)矩： TII出 =9550?? m； III軸輸入轉(zhuǎn)矩： TIII=9550?? m； III軸輸出轉(zhuǎn)矩： TIII外 =9550?3/220= N? m； 功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速如表 41。 帶及帶輪的設(shè)計計算 皮帶設(shè)計 確定計算功率 PCA 查《機(jī)械設(shè)計》課本，得功率計算公式 PCA=KAP （ 41） 式中： PCA——計算功率，單位為 kW。 P——傳遞的額定功率，單位為 kW。 KA——工作情況系數(shù) 根據(jù)表機(jī)械設(shè)計表 86，取 KA =， PCA=KAP=3=。 表 4—1 各軸受力表 軸號 功率 P（ KW） 轉(zhuǎn)矩 T（ N? m） 轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 傳動比 i 效率 ? 輸入 輸出 輸入 輸出 I 軸 1440 變速箱軸 655 III 軸 3 220 選擇帶型 根據(jù)計算功率 PCA 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1查《機(jī)械設(shè)計》課本，由圖 89 選定帶型，選青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 擇 SPZ 型 V帶。 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd1和 dd2 （ 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd1 根據(jù) v 帶截型參考《機(jī)械設(shè)計》課本表 83 及表 87，選 dd1=70mm。 （ 2） 驗算帶的速度 v 查《機(jī)械設(shè)計》課本，根據(jù)機(jī)械設(shè)計式 813， 11111 ?? ?????? ndndv dp ?? m/s （ 42） （ 3） 計算從動輪的基準(zhǔn)直徑 dd2 由 dd1=i d