【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 cm的土層，塊莖的生長(zhǎng)寬度一般為 40cm左右。 因而設(shè)計(jì)旋挖刀的入土深度 可在 15～ 30cm內(nèi)調(diào)整 [5]。 丘陵山地薯類(lèi)收獲機(jī)中 挖掘 鏟采用彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可增加挖掘鏟的彈性變形，提高其使用壽命。 挖掘鏟的選型 挖掘部分的作用是把薯類(lèi)果實(shí)和土壤一起挖起，然后經(jīng)過(guò)輸送鏈分離清選。對(duì)挖掘部件的要求如下：在盡量少挖取土壤的情況下挖凈薯塊；挖掘深度穩(wěn)定不損傷薯塊，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào) 整；挖掘鏟應(yīng)有較強(qiáng)的碎土能力，對(duì)粘重土壤保證土垡能順利通過(guò)，以便為分離薯塊中的土壤提供有利條件；要求挖掘部件的牽引阻力小，刃口的耐磨性好。為滿足上述要求，采用了組合式挖掘部件 [6]。這種挖掘部件由三角平面多鏟和鏟架組成。三角平面多鏟直接與機(jī)架剛性連接。 三角平面多鏟的鏟面為平面，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，且常用在鏈桿式挖掘機(jī)上。一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達(dá)到減少阻力的目的；另一方面減輕機(jī)具前部重量，防止鏟尖下陷。多片鏟在工作時(shí)發(fā)生局部磨損時(shí)，更換方便維修成本低。因此，該機(jī)采用三角平面多鏟，由三個(gè)三角平面 鏟組成，材料為 65Mn 。 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） 11 鏟刃夾角 ? 圖 32挖掘鏟參數(shù)及受力圖 三角挖掘鏟結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝少。被廣泛的應(yīng)用于馬鈴薯挖掘中。鏟面由三片挖掘鏟組成，剛性的固定在鏟架上，各鏟之間留有滑草間隙。挖掘鏟的主要參數(shù)有：刃切口夾角 ? 、挖掘鏟與地面的夾角 ? 、鏟的長(zhǎng)度 L、鏟的寬度 B[7]。如圖 32所示。選擇挖掘鏟刃口夾角的值必須使雜 草和莖稈都能滑離鏟刃。使莖稈滑離刃口的力如圖 32（ d）所示，它必須滿足下列不等式： 11111 ?? tgRRR nnt ?? 公式（ 3— 1） 式中 R1 — 作用于鏟刃的阻力（ N）； 1? — 莖桿對(duì)鋼的摩擦系數(shù)； 1? ?? 。 從圖中可得到下列不等式： 111 2s in2c os ??? tgRR ? 即： 1902 ?? ?? ? 公式 （ 3— 2） 一般 2? 取 ?? 55~45 ，該挖掘鏟采用 ??100? 。 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） 12 鏟面傾角 ? 和鏟體總長(zhǎng)度 L 挖掘鏟的傾角α和鏟的長(zhǎng)度 L可由圖 32(b)的受力分析求得。根據(jù)土壤在挖掘鏟上的受力分析可建立如下平衡方程式： 0s i nc o s ??? ?? GFP 公式 (3— 3) 0s i nc o s ??? ?? PGN 公式 (3— 4) NF ?? 公式 (3— 5) 式中 P — 沿著挖掘鏟移動(dòng)掘起物所需的力 (N)； N — 鏟對(duì)土壤的反作用力 (N)； G — 鏟面上土壤的重力 (N)； F — 土壤對(duì)鏟的摩擦力 (N)； ? — 土壤對(duì)挖掘鏟的摩擦系數(shù)。 將式 (3)， (4)， (5)聯(lián)立求解得： ???????? ??? GP GP? ?? a rc ta n 公式（ 3— 6） ? ??? ?? tanGP 公式（ 3— 7） 挖掘鏟的工作阻力不僅只是由于鏟起的土壤沿鏟移動(dòng)而產(chǎn)生的，同時(shí)也是由切割土壤所造成的 [8]，若不考慮壟臺(tái)沿著挖掘鏟移動(dòng)速度變化的影響，鏟的總阻力可以用下面的關(guān)系式來(lái)表達(dá)： ? ? KAGPPR ????? ??tan1 公式（ 3— 8） 式中 ? — 土壤對(duì)鋼的摩擦角； K— 挖掘壟溝的比阻系數(shù) ( 2/mN )，輕質(zhì)土壤 K=16000～ 20210（ 2/mN ）；中等 輕質(zhì)土壤 K=20210～ 24000（ 2/mN ）；中等堅(jiān)實(shí)土壤 K=24000～ 3000（ 2/mN ） A— 挖掘壟溝的橫截面積（ 2m ）。 鏟的長(zhǎng)度可由挖掘深度 h與傾角α計(jì)算，即： ?sin/hL? 公式 （ 3— 9） 由農(nóng)藝要求可知，挖掘深度 h=15～ 25cm時(shí)才能將馬鈴薯完全挖出，并不損壞馬鈴薯。最后青島農(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） 13 根據(jù)各個(gè)公式得：鏟 的最大傾角α =25? ，φ =30? （中等輕質(zhì)土），鏟的最大長(zhǎng)度為 49cm。取 L=40cm；并可計(jì)算出挖掘鏟在中等輕質(zhì)土壤，挖掘最大傾角 25176。時(shí)的最大挖掘阻力為3086 N。 單鏟片寬度 B 當(dāng)挖掘鏟的 ? 、 ? 、 L選定后，下一步是確定鏟寬。設(shè)計(jì)要求取總寬度為 600mm，取單鏟寬度 B為 160mm，則產(chǎn)片間隙為 10mm，挖掘鏟的厚 度為 5mm。最后得到的挖掘鏟的結(jié)構(gòu)圖，如圖 34所示。 圖 34挖掘鏟平面圖 振動(dòng)分離輸送裝置的設(shè)計(jì) 振動(dòng)分離輸送裝置采用升運(yùn)鏈?zhǔn)健?當(dāng)被掘起的土垡、薯塊及莖桿等向上輸送時(shí)，在輸送鏈的作用下， 土垡被疏松，土壤通過(guò)桿間隙篩出，薯塊則被輸送到側(cè)向輸送器。為增強(qiáng)分離效果，在分離輸送器上裝有三星抖動(dòng)器 [9]。因此，鏈面在三星抖動(dòng)器的作用下產(chǎn)生振動(dòng)。此時(shí)分離輸送器鏈輪的鏈節(jié)不是作直線運(yùn)動(dòng)，而在某段時(shí)間內(nèi)沿圓弧運(yùn)動(dòng)，這種抖動(dòng)分離輸送器相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形可移動(dòng)的柵格篩。三星抖動(dòng)器由線速度一定的分離輸送器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。作 業(yè)時(shí)，位于前部的挖掘鏟進(jìn)入土層內(nèi)將薯壟整個(gè)掘起，掘起土垡在平面鏟的作用下發(fā)生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運(yùn)動(dòng)的同時(shí)受抖動(dòng)器作用而上下抖動(dòng)，使大部分土壤變松并落到桿條鏈下部壟溝內(nèi)，薯塊則被順利運(yùn)送到尾部落到側(cè)向輸送器上。 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） 14 桿條參數(shù)的確定 一般馬鈴薯的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長(zhǎng)筒等形狀，為了研究方便我們統(tǒng)一采用長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)特征尺寸來(lái)描述塊莖物 理機(jī)械特性，其中厚度尺寸是關(guān)鍵的一個(gè)尺寸。分離輸送器的桿條間隙如圖 35所示， 圖 35桿間距示意圖 從圖中可以看出下面的關(guān)系： dLL ?? 1 公式（ 310） 式中： L — 桿間隙； L1 — 桿條間隙； d — 桿直徑。 要使分離輸送器達(dá)到篩分土壤保留薯塊的目的，桿條間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 1L ? c(c為馬鈴薯最小特征尺寸 )的條件，即保證馬鈴薯最小特征尺寸大于枝條間隙，使塊莖不至于在 桿條間隨土壤漏下。據(jù)資料和實(shí)際測(cè)量，我國(guó)馬鈴薯塊莖厚度尺寸大多在 3080mm之間，因此若取桿間距 L為 38mm，桿條直徑為 10mm代入式（ 31）得桿條間隙為 28mm[10]。 抖動(dòng)器參數(shù)確定及安裝 為使薯塊在分離輸送器上能夠分離并向上輸送，必須確定抖動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)參 數(shù)，并正確安裝抖動(dòng)器。 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） 15 三星抖動(dòng)器參數(shù)的確定 本設(shè)計(jì)中，抖動(dòng)器采用三星抖動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)如圖 36，按照設(shè)計(jì)要求 [11]，分離輸送器的線速度為 m/s，即三星抖動(dòng)器的線速度為 m/s，半徑 r 為 60mm，由 ?? r? ，??30?n 得 )/( in )/(2 5 5 srrn ?? 所以抖動(dòng)頻率： Hzf ? ，也就是說(shuō)抖動(dòng)器每秒鐘抖動(dòng) 次。 圖 36三星輪式振動(dòng)分離裝置 抖動(dòng)器的安裝 根據(jù)齊姆斯的研究，升運(yùn)器的功率消耗與抖動(dòng)器的位置有關(guān)，一般抖動(dòng)器在距升運(yùn)器前從動(dòng)輪 ～ 的位置，升運(yùn)器消耗的功率比較小，因?yàn)樵?～ 的位置上最容易形成物料的堆積。如果在這個(gè)位置上的 震動(dòng)發(fā)生的最多那么，整個(gè)升運(yùn)器上的力就會(huì)降低，從而使功率消耗減小。 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） 16 4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 動(dòng)力傳動(dòng)的選擇 動(dòng)力傳動(dòng)是由動(dòng)力 輸出 軸通過(guò) 錐齒輪 傳動(dòng)傳遞給 帶輪，再由帶傳動(dòng)傳遞給輸送鏈輪主動(dòng)軸 [12]。 這種傳遞功率消耗小，傳動(dòng)穩(wěn)定。 整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為 ，其中錐齒輪的傳動(dòng)比為 ， V帶的傳動(dòng)比為 。 其中拖拉機(jī)的型號(hào)選擇是根據(jù)總功率的大小決定的，對(duì)其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。通常對(duì)于長(zhǎng)期聯(lián)系運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或者很少變化，要求所選用 拖拉機(jī)的功率等于或略大于工作時(shí)所需的總功率。根據(jù)傳動(dòng)的穩(wěn)定 可靠和對(duì)收獲機(jī)需要的功率我們先采用 12馬力 拖拉機(jī)（輸出功率為 ） 。 （ 1） .拖拉機(jī)輸出功率分配 功率的估算公式為 tN=? 公式（ 41） 式中： Nt拖拉機(jī)動(dòng)力功率 (Kw) Pt拖拉機(jī)基本擋位的掛鉤牽引力 (KN) tP= V拖拉機(jī)基本擋位的實(shí)際工作速度 (Km/h ) 5V = V ( 1 ) = 6 .4 9 ( 1 0 .0 5 ) = 6 .0 2 K m /h? ? 所以 tN= 5 .2 6 6 .0 2 8 .83 .6 3 .6tV? ???Kw 由總體設(shè)計(jì)可知 ,拖拉機(jī)傳給收獲機(jī)的動(dòng)力首先傳給 錐齒輪 、皮帶輪、最后到 鏈?zhǔn)捷斔?機(jī)構(gòu)。 其中薯類(lèi)的挖掘 收獲是主要工作部位 ,故彈性 挖掘鏟所耗功率很大 ,約為 。輸送 輸送鏈 消耗功率占 約為 , 拖拉機(jī)的行駛必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力，拖拉機(jī)牽引馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)時(shí)，車(chē)輪滾動(dòng)，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和克服制成路面的變形。根據(jù)滾動(dòng)阻力系數(shù) f的數(shù)值，選擇在泥濘的條件下，滾動(dòng)阻力系數(shù)為 ～ ,取 f=[13]。根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件得到馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)、拖拉機(jī)及其工作人員的重量約為 3000 kg。根據(jù)滾動(dòng)阻力的計(jì)算公式： F=fmg，可以得到滾動(dòng)阻力 F=6000 N。牽引功率可以得到為 kw。 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） 17 即功率分配情況為： ? ?? ?? ?2 8 % 2 .4 7 K w K w 1 0 % 0 .9 0 K w5 4 % 4 .8 0 K w?????彈 性 挖 掘 鏟 消 耗 功 率 ；總 功 率 為 三 星 振 動(dòng) 輪 消 耗 功 率 ；牽 引 功 率 。 故 實(shí)際消耗功率 =彈性 挖掘 鏟 挖掘的功率 +鏈?zhǔn)椒蛛x裝置消耗的功率 +牽引功率 。 P1 =,P2 =,P3 = P=P1 +P2 +P3 =++ = 選用的 12馬力的拖拉機(jī) 輸出額定功率 Pca = P=，即 Pca≥P可以選用。 錐齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 丘陵山地薯類(lèi)收獲機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械，結(jié)合農(nóng)藝要求選用 8 級(jí)精度。 選擇材料：選用齒輪材料為 40Cr，滲碳淬火處理，芯部硬度為 3345HRC，齒面硬度為小齒輪的是 65HRC，大齒輪的是 55HRC。 選小齒輪齒數(shù) 1z =20，大齒輪的齒數(shù) 2z =35。 該錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為： 。 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ? ? ? ?3 2212 1 4 F saFaRR YYuzTK