【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速僅為 720 r/min。兩者相差較大，這給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大困難。經(jīng)過多種方案對(duì)比，采用了具有創(chuàng)新性的變速箱及鏈輪傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方案。此方案最大限度地簡(jiǎn)化了傳動(dòng)路線，降低了功耗，提高了傳動(dòng)的可靠性和平穩(wěn)性 。 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 主要技術(shù)參數(shù) 表 1主要技術(shù)參 數(shù) 項(xiàng)目 設(shè)計(jì)值 外形尺寸 (長(zhǎng) x寬 x高 ) 1420 920 950mm 整機(jī)重量 680kg 工作幅寬 1200mm 拋撒幅寬 1200mm 滾筒回轉(zhuǎn)直徑 500mm 粉碎機(jī)構(gòu)總安裝甩刀數(shù) 12個(gè) 粉碎轉(zhuǎn)速 1850r／ min 配套動(dòng)力 3545 kW 關(guān)鍵問題及解決方法 秸稈粉碎拋撒機(jī)是在 拖拉機(jī)后 安裝莖桿切碎裝置，實(shí)現(xiàn)了秸稈粉碎、拋散作業(yè)。秸稈粉碎拋撒機(jī)的切碎裝置由一組切刀和喂入輪組成，或由旋轉(zhuǎn)滾筒加定刀片組成。工作時(shí)，莖桿被強(qiáng)制喂入，靠喂入輪和刀片的 轉(zhuǎn)速不同來切碎莖桿：按其特性可分為“甩刀式”和“定直徑滾刀式”。為了防止莖桿阻塞，可在莖桿切碎裝置處，加裝莖桿堵塞報(bào)警裝置，一旦發(fā)生堵塞，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)排除故障，避免零件損壞。秸稈粉碎機(jī)的拋撒裝置由排草風(fēng)扇、扇形導(dǎo)流板及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)等組成，使秸稈粉碎并均勻拋撒。莖桿河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 粉碎機(jī)一般把莖稈切斷成長(zhǎng)度小于 10 cm 的小段，其切碎和拋撒性能均達(dá)到要求，有利于滅茬器的旋耕作業(yè)和秧苗的栽培，并可根據(jù)需要，裝上或卸下切碎裝置。對(duì)于割莉脫粒的聯(lián)合收割機(jī)，秸稈可以用高架犁直接整株還田，也可以先脫后割，將秸稈粉碎還田。 3 總體方 案確定 總體方案 秸稈粉碎還田刀輥是反向旋轉(zhuǎn) (在機(jī)器前進(jìn)方向的右側(cè)看是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) )，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 1850r/min；滅茬旋耕刀輥是正向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速僅為 720 r/min。兩者相差較大，這給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大困難。經(jīng)過多種方案對(duì)比，采用了具有創(chuàng)新性的變速箱及鏈輪傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方案。此方案最大限度地簡(jiǎn)化了傳動(dòng)路線，降低了功耗，提高了傳動(dòng)的可靠性和平穩(wěn)性 。 該玉米秸稈還田機(jī) (如圖 )采用臥式結(jié)構(gòu)，刀軸呈橫向水平配置，安裝在刀軸上的甩刀在縱向垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該機(jī)主要由懸掛裝置 (1)、變速箱 (2)、 秸稈粉碎滾筒(3)、甩刀 (4)、殼體 (5)等組成 。 玉米秸稈還田機(jī)工作時(shí)依靠 3點(diǎn)懸掛與拖拉機(jī)相掛接，牽引本機(jī)工作。拖拉機(jī)輸出軸傳遞的動(dòng)力經(jīng) 萬向節(jié)傳遞給變速箱，變速箱內(nèi)分兩軸傳遞動(dòng)力。在進(jìn)行秸稈粉碎 作業(yè)時(shí)，軸經(jīng)變速箱、鏈輪兩級(jí)增速后，帶動(dòng)粉碎滾筒上的甩刀高速旋轉(zhuǎn)，在喂入口處負(fù)壓作用下，將地上的秸稈抓起，使之受到一次切割。當(dāng)秸稈進(jìn)時(shí)，又一次受到剪切、搓擦和撕拉的作用，得到進(jìn)一步粉碎，并被均勻地拋撒于機(jī)后。 總體結(jié)構(gòu)及工作原理 結(jié)構(gòu)組成 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 1玉米秸稈還田機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 主要技術(shù)參數(shù) 表 2高 速 齒輪傳動(dòng)尺寸 名稱 計(jì)算公式 結(jié)果 /mm 法面模數(shù) nm 5 法面壓力角 n? ?20 螺旋角 ? ? 齒數(shù) 1Z 2Z 22 88 傳動(dòng)比 2i 4 分度圓直徑 1d 2d 83 336 齒頂圓直徑 naa mhdd ??? 211 naa mhdd ??? 222 93 346 齒根圓直徑 ? ? naf mchdd ?? ??? 211 ? ? naf mchdd ?? ??? 222 中心距 ? ??cos2 21 ZZma n ?? 280 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 表三低速齒輪傳動(dòng)尺寸 ?? ，錐齒輪 8級(jí)閉式齒輪傳動(dòng) ?? ，滾動(dòng)軸承 ?? ，圓柱名稱 計(jì)算公式 結(jié)果 /mm 法面模數(shù) nm 5 法面壓力角 n? ?20 螺旋角 ? ? 齒數(shù) 3Z 4Z 31 95 傳動(dòng)比 3i 分度圓直徑 3d 4d 122 371 齒頂圓直徑 naa mhdd ??? 233 naa mhdd ??? 244 132 齒根圓直徑 ? ? naf mchdd ?? ??? 233 ? ? naf mchdd ?? ??? 244 中心距 ? ??cos2 43 ZZma n ?? 齒寬 53 ??bB bB?4 127 122 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 齒輪 9級(jí)精度傳動(dòng) ?? 。 kwPd ? kwPP d ???? ? （ 31） kwPP ????? ?? kwPP ????? ?? kwPP ????? ?? 2.．各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 mNnpTmdd ????? 2 5 509 5 50 （ 32） mNnpT ????? 2 3 5 5 09 5 5 0 III mNnpT ????? IIIIII mNnpT ????? 2 8 5 5 09 5 5 0 IIIIIIIII mNnpT ????? IVIVIV 主軸大齒輪與右端齒輪的設(shè)計(jì) 變速箱主軸通過萬向聯(lián)軸器與拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸相連，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速n=760 r/min。變速箱采用閉式直齒錐齒輪傳動(dòng)，齒輪材料為 20Cr 滲碳、淬火，齒面硬度 5843 HRC。齒數(shù)比 U= / ,一般閉式傳動(dòng)按傳動(dòng)要求確定，對(duì)于單級(jí)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，通常“ u=1～ 5，齒數(shù)比過大，則大小齒輪的尺寸懸殊，會(huì)使傳動(dòng)的總體尺寸增大。秸稈粉碎刀輥需要較高的轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn) 秸稈粉碎作用，需要變速齒輪起到增速作用，因取 u=。 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 式中： K— 載荷系數(shù)，取 一主軸大齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩， N m， =9549 =303N m； u一齒數(shù)比； 一齒輪許用接觸應(yīng)力， MPa；且 = ,查表可得 =1300N／ mm2，安全 系數(shù)選取 =。 將數(shù)據(jù)代入式得： 首先確定直齒錐齒輪的基本參數(shù)，具體如表 31所示。 錐齒輪 2 的幾何計(jì)算計(jì)算和說明 齒數(shù) 取 =32，則 =u = ， 實(shí)際的齒數(shù)比 u= = 分錐角 .= = = = 大端模數(shù) 選取模數(shù) =6mm 大端分度圓直徑 , 外錐 齒寬 一般 ，取齒寬系數(shù) =， 則齒寬 b= ,取 b=30mm， 實(shí)際齒寬系數(shù) 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 中點(diǎn)模數(shù) 中點(diǎn)分度圓直徑 切向變?yōu)橄禂?shù) , 高變位系數(shù) , 頂隙 大端齒項(xiàng) 大端齒根高 = = 全齒高 h=(2+ ) = 齒根角 齒項(xiàng)角 采用等頂隙收縮齒，故 頂錐角 , 根錐角 , 大端齒項(xiàng)圓直徑 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 冠頂距 大端分度圓弧齒 = 配套動(dòng)力計(jì)算 功能玉米秸稈還田機(jī)的刀輥主要進(jìn)行粉碎秸稈的作業(yè)。粉碎刀在粉碎玉米秸稈時(shí)主要以高速打擊與切割相結(jié)合，只有當(dāng)玉米秸稈切碎時(shí)的刀端線速度大于 34m/s時(shí)，刀軸的轉(zhuǎn)向必須選擇反轉(zhuǎn)，以增加秸稈在粉碎室的停留時(shí)間，粉碎效果才能較好，因此消耗的功耗較大。 據(jù)有關(guān)資料，玉米秸稈粉 碎還田的功耗一般為 811kW／壟，則玉米秸稈的粉碎功耗應(yīng)為 . 滅茬和旋耕功耗的計(jì)算多功能玉米秸稈還田機(jī)的后刀輥主要將前刀輥?zhàn)鳂I(yè)后的留茬刨出并粉碎，均勻拋撒，同時(shí)進(jìn)行淺層土壤疏松。 (3— 3) 式中 ： h 一耕深， cm；根據(jù)農(nóng)藝要求本機(jī)選取 h=5cm。 一機(jī)組前進(jìn)速度， m／ s；本機(jī)選用 = m／ s； B一耕幅， m；根據(jù)農(nóng)藝要求本機(jī)選取 B=； 一旋耕比阻， N／ cm2； = ； 根據(jù)資料可得 =16， =， =， =12， =。將數(shù)據(jù)帶入式可得：= kW。 機(jī)組行駛功耗計(jì)算 輪式拖拉機(jī)在行駛過程中要克服滾動(dòng)阻力 ，牽引作業(yè)時(shí)要克服牽引阻力弓，上、下坡時(shí)要克服坡道阻力￡，行駛速度變 化時(shí)要克服慣性力 。在本機(jī)組河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 的功耗計(jì)算中主要考慮機(jī)組在行駛過程中受到的牽引阻力弓和土壤滾動(dòng)阻力，機(jī)組前進(jìn)速度 ，則克服滾動(dòng)阻力消耗的功率為： (34) 又： f一滾動(dòng)阻力系數(shù)，取 f=； —— 拖拉機(jī)的使用質(zhì)量作用在拖拉機(jī)上的重力 ， N，此處參照 Fr600 拖拉機(jī)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 將數(shù)據(jù)帶入可得： =6075N： =3100N。 可得： = 拖拉機(jī)的選擇 配套拖拉機(jī)的選擇即是發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇，必須依靠工作機(jī)的要求來進(jìn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘浚邕x發(fā)動(dòng)機(jī)的功率過大，必然會(huì)因容量未能充分利用而增加成本，造成浪費(fèi)；相反，容量過小，則不能保證機(jī)具的正常工作，或使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載、發(fā)熱量大而過早損壞?？紤]到功率儲(chǔ)備，并且傳遞過程中有功率損失，所以選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)功率必 須大于機(jī)具的使用功率。 多功能玉米秸稈還田機(jī)既可進(jìn)行秸稈粉碎還田或滅茬旋耕單項(xiàng)作業(yè)，也可進(jìn)行秸稈粉碎、滅茬復(fù)合作業(yè)，對(duì)于功耗，本文中按照最大功耗 (即復(fù)合作業(yè)時(shí) )進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。萬向節(jié)聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率一般為 ，閉式錐齒輪的傳動(dòng)效率可選擇為 ，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率可選擇為 ，則機(jī)組總功耗為 kW，即；可選擇 5560 馬力左右中型拖拉機(jī)與多功能玉米秸稈還田機(jī)相配套。 河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 變速箱 圖 1 變速箱設(shè)計(jì)圖 多功能玉米秸稈還田機(jī)的變速箱 (如圖 31所示 )，主要由主軸 (1)、主軸大齒輪 (2)、右端齒輪 (3)、 箱體 (4)、鏈輪 (5)組成。該變速箱除了可以實(shí)現(xiàn)變速、換向常規(guī)功能之外，還可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)需要，秸稈粉碎和滅茬旋耕作業(yè)可同時(shí)進(jìn)行，完成復(fù)合作業(yè)。 該變速箱與傳統(tǒng)的變速箱的不同之處在于它有效利用動(dòng)力資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，降低生產(chǎn)成本。變速箱主軸通過萬向聯(lián)軸器與拖拉機(jī)后部的動(dòng)力輸出軸相連，再通過變速箱內(nèi)部的兩對(duì)錐齒輪變速換向后由動(dòng)力輸出軸出動(dòng)力，再通過鏈傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)秸稈粉碎刀輥工作。 主軸及粉 碎部件的設(shè)計(jì) 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，按扭矩強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算，即 30min npAd ?，初算軸徑時(shí)，若最小直徑軸段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響，當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)， d增大 5%7%，兩個(gè)鍵槽時(shí)， d增大 10%15%，0A 值由表 144確定： 118A01? ， 114A02? ， 110A03? ， 106A04? 高速軸 mmnpAd 2 3 33 1101/m i n1 ???，因高速軸最小直徑處安聯(lián)軸器，河北科技師范學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 沒有一個(gè)鍵槽，則 ? ? ? ? mmdd %71/m i n1m i n1 ?????? ， 取整為 38mm， mmnpAd 332202m i n2 ??? ，安裝滾動(dòng)軸承， 取標(biāo)準(zhǔn)值 mmd 50min2 ? mmnpAd 333303m i n3