【正文】 本人愿意按。作者簽名: 二〇一〇年九月二十日本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日學(xué)位論文出版授權(quán)書本人及導(dǎo)師完全同意《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》(以下簡稱“章程”)，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開出版，并同意編入CNKI《中國知識資源總庫》，在《中國博碩士學(xué)位論文評價(jià)數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。致 謝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是在葛老師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文的一點(diǎn)一滴都無不凝聚著指導(dǎo)教師葛老師的心血和汗水葛老師淵博的學(xué)識、敏銳的觀察力、強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識、教書育人的工作作風(fēng)以及嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)鼓勵(lì)創(chuàng)新的態(tài)度都給與我深刻的教育和影響，必將使我受益終生，值此論文完成之際，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師以及所有老師表示衷心的感謝和崇高的敬意、在論文工作期間，得到了同組同學(xué)的幫助，也得到了系其他老師和同學(xué)的幫助，在此向他們表示衷心的感謝、本文的研究工作是在前人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，他們的許多成果給作者以很大的啟發(fā)和幫助、在此，謹(jǐn)向給予我們啟示、指導(dǎo)和幫助的各位前輩們表示由衷的感謝、學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。Computers amp。New York：Academic Press，1986。［22]Haug E J，Choi K K，Komkov V。遺傳算法原理及應(yīng)用（第二版）[M]。2007。水田秸稈還田機(jī)功耗的田間試驗(yàn)研究。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院[J]，2008，24（5）：123126。［19]葛宜元，王金武。水稻整株秸稈還田機(jī)工作參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，2009，25（10）：131134。2008［17]葛宜元，王金武，王金峰。水稻整株秸稈還田機(jī)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2004，35（4）：4043。［15]丁為民，王耀華，彭嵩植。基于遺傳算法的機(jī)械零件部件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（3）：7780。哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)鑒定材料，2005。［12]王金武?？焖俑旖斩掃€田機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]。江蘇理工大學(xué)，1996，152154。［10]毛罕平，陳翠英。優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的組合[J]。江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003，（2）：102104。［8]涂建平，徐雪紅，夏忠義。水稻整株秸稈還田關(guān)鍵部件模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[D]。農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（1）：166170。［6]王金武，葛宜元，王金峰。基于遺傳算法的滾筒減速機(jī)構(gòu)模糊可靠性優(yōu)化[J]?；搓幑W(xué)院，2012，（11）：3336。［4]徐禮超，蔡楊，張寧。不同秸稈腐熟劑對水稻產(chǎn)量的影響[J]。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，（5）：131133。［2］李明喜。水稻機(jī)械化還田現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]。（4）刀軸時(shí)秸稈還田機(jī)的重要承載部件，也是輸出的重要部分，本文對刀軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，確定了危險(xiǎn)截面并進(jìn)行了校核計(jì)算和繪制了其彎矩圖。（2）通過查閱文獻(xiàn)并進(jìn)行分析，確定本機(jī)的整體結(jié)構(gòu)基本參數(shù)，S=150mm，V=2。 通過撿拾輪齒相對運(yùn)動動力學(xué)分析，得出撿拾輪轉(zhuǎn)數(shù)范圍為150r至180r/min、確定了撿拾輪齒結(jié)構(gòu)參數(shù)的折彎角為為；最低點(diǎn)入土位置角為；得出了為了防止前方雍根現(xiàn)象，需在前方增設(shè)輔助撿拾機(jī)構(gòu)的結(jié)論、 第 5 章 總結(jié)與展望（1）本文著重闡述了還田機(jī)的研究目的和意義并指出了秸稈還田機(jī)的研究有利于環(huán)保和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，有利于耕作的機(jī)械化。對整地機(jī)做出整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括挖掘，集中，撿拾，輸送，旋耕，起壟幾個(gè)部裝、 2。3~0。9m/s之間，根據(jù)機(jī)體結(jié)構(gòu)輪齒半徑設(shè)計(jì)為0。11撿拾刀齒尖點(diǎn)軌跡方程 （417）其中：R刀頭回轉(zhuǎn)半徑；Z刀齒數(shù)；撿拾輪回轉(zhuǎn)速度；機(jī)車前進(jìn)速度、撿拾輪齒在旋轉(zhuǎn)一周的過程中尖端所經(jīng)各處速度不等，水平與豎直方向速度分量 Vx==Vm+R Vy=R （418）其瞬時(shí)絕對速度方程為 VA== （419）其中的方向余弦角滿足 (420)當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，設(shè)在最低點(diǎn)刀齒撿拾時(shí)刀尖水平對地速度為0時(shí)， （421）撿拾輪齒尖端撿拾速度大小影響撿拾率、若在低端A點(diǎn)脫離地面撿拾時(shí)撿拾速度小于機(jī)車行進(jìn)速度將會出現(xiàn)空撿拾，在最低點(diǎn)若撿拾輪齒尖端速度大于機(jī)車前進(jìn)速度，此時(shí)根茬挖出，出現(xiàn)重復(fù)撿拾，提高效率、且撿拾輪齒從入土至脫離地面過程中是撿拾段、撿拾輪齒彎弧角設(shè)計(jì)是輪齒入土位置角確定的關(guān)鍵、在最低點(diǎn)撿拾到根茬確保不被拋出條件： （422）由上述三式解得、考慮到機(jī)車行進(jìn)速度在0。11 齒折彎角確定受力分析示意圖 撿拾輪齒彎折角的確定如圖4。9 撿拾輪齒相對運(yùn)動分析示意圖 圖4。27與2。8如圖4。6為放置在oxyz座標(biāo)系內(nèi)的三面楔、平面ACB、CBD和ABD分別位于xoz、yoz和xoy座標(biāo)面內(nèi)、平面CBE是垂直于楔刃AD的鉛垂面、該平面與楔子工作面ACD的截線CE同溝底平面ABD的夾角為ε、由以上分析可見，三面楔的楔角不是彼此獨(dú)立的，而是相互依存的、因此，只要確定了楔刃與前進(jìn)方向的夾角θ和楔子工作面與溝底的夾角ε，楔子在空間的位置即被確定、根據(jù)上述分析，由于起土角小，犁胸部平緩，易于引導(dǎo)土垡上升故選用翻土型犁體曲面的原理，使根茬在集中過程具有翻轉(zhuǎn)和受曲面壓力與自身運(yùn)動受力合力的影響而受壓落土，最終達(dá)到根茬少土，不至于造成堆土現(xiàn)象、 柵條曲面的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器的總體機(jī)長和耕種寬幅規(guī)定的要求，將柵條數(shù)設(shè)為8個(gè)，其中每個(gè)柵條組有14的鋼筋彎成，這樣就相當(dāng)于形成了兩個(gè)柵條狀齒，又根據(jù)前面第二章中對根茬結(jié)構(gòu)的分析決定將每個(gè)齒之間間距定為50mm，這樣既可以保證大土塊在運(yùn)動過程中通過振動碎土來達(dá)到慮土效果又可以避免發(fā)生漏茬現(xiàn)象、 根據(jù)所選翻土型曲面的相關(guān)特性，將柵條設(shè)計(jì)如下圖：圖4。5 從兩面楔到三面楔的工作過程 翻土型犁鏵起土角小，犁胸部平緩，易于引導(dǎo)土垡上升，但翼部扭曲較為明顯，目的在于將上升至曲面頂部的土垡實(shí)現(xiàn)翻扣、這種形式的曲面，土垡的運(yùn)動軌跡為一條螺旋線，它主要用于開荒，深翻，消滅雜草和病蟲害、碎土型——犁胸部較陡，翼部幾乎為直立狀，土垡沿曲面上升過程中表現(xiàn)為上壓下擠，從而使土垡破碎、一般用于土壤狀況較好、雜草較少且以松土為主的耕地作業(yè)，故又稱熟地型犁、 翻土型 通用型 碎土型 圖4。側(cè)視圖與碎土曲線f。導(dǎo)線d。4 水平直元線犁體設(shè)計(jì)總圖a. 正視圖與翻土曲線b。 根據(jù)要求，此集茬柵條裝置的設(shè)計(jì)難點(diǎn)有：1）實(shí)現(xiàn)低阻塞集茬、根據(jù)根茬大小，與根茬挖掘后所帶土壤的阻力的分析來解決該問題、2）根據(jù)機(jī)體前幾方向與根茬的受力方向的合成來實(shí)現(xiàn)根茬向撿拾輪方向集中、由于地表狀態(tài)不同，根茬各方向受力變化、所以研究此時(shí)根茬受力成為根茬是否順利集中的關(guān)鍵、 2。鏟柄 3。3 鏟柄護(hù)板焊合 1。1 根茬聯(lián)合整地機(jī)總裝 圖41為所設(shè)計(jì)的根茬收獲機(jī)，能一次完成挖茬、集茬、撿茬、引茬和條鋪、整地等工藝，結(jié)構(gòu)和組成如圖41所示、根茬收獲機(jī)主要由懸掛架、挖掘鏟、變速箱、撿拾輪、傳動系統(tǒng)、引茬板、集茬柵條、旋耕輪、起壟器和地輪等部分構(gòu)成、其前部通過懸掛架與拖拉機(jī)相連，由拖拉機(jī)帶動機(jī)架向前進(jìn)行作業(yè)，由鏟挖掘鏟組件實(shí)現(xiàn)玉米入土根茬的挖掘及須根脫離土壤；由特定曲面型柵條機(jī)構(gòu)對根茬進(jìn)行集中收集；由撿拾輪輪齒組件隨機(jī)車前進(jìn)同時(shí)相對機(jī)車前進(jìn)方向的正向回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)地面玉米根茬的撿拾；由引茬立導(dǎo)板實(shí)現(xiàn)玉米根茬的收集，并將根茬收集到輸送裝置對根茬進(jìn)行輸送；由旋耕刀輥進(jìn)行整地平地，后跟起壟器進(jìn)行起壟作業(yè)；由液壓馬達(dá)、鏈傳動來實(shí)現(xiàn)機(jī)車動力傳輸；由支撐輪組件實(shí)現(xiàn)耕深的調(diào)節(jié)與機(jī)具回轉(zhuǎn)的靈活性實(shí)現(xiàn)，通過上述一系列作業(yè)完成挖掘、集中、撿拾、輸送根茬，由旋耕裝置進(jìn)行旋耕整地，再由起壟器進(jìn)行起壟、 土壤聯(lián)合整地機(jī)關(guān)鍵部件的相關(guān)設(shè)計(jì) 挖掘鏟設(shè)計(jì)難點(diǎn)與設(shè)計(jì)方案1 根據(jù)功能要求，挖掘鏟設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要為：1）實(shí)現(xiàn)低功耗、小阻力挖掘、耕層土壤由于土壤物理特性，以及玉米根茬生物學(xué)特性，決定了對玉米根茬挖掘阻力大，能耗大的問題、研究土壤與挖掘部件作用力學(xué)特性，及如何降低挖掘阻力，實(shí)現(xiàn)根茬低功耗挖掘，成為設(shè)計(jì)新型挖掘部件的核心因素、2）確保根茬完整性挖掘、為了充分有效利用根茬資源，起茬時(shí)不損傷莖稈和主要根系，盡量保持根茬的完整性，研究碎土方式及機(jī)理，成為確定挖茬部件實(shí)現(xiàn)根茬完整性挖掘相關(guān)參數(shù)的關(guān)鍵、2 設(shè)計(jì)方案中國北方一年一作玉米種植壟寬650mm，壟溝深平均812cm、玉米主根植地下深達(dá)1012cm、所以挖掘鏟入土挖掘深度必須保證15cm、而目前深松方式及根茬挖掘機(jī)具主要有間隔深松、全方位深松、及淺翻深松、深松挖掘刀鏟主要有：鑿形深松鏟、雙翼形深松鏟、和箭形深松鏟、這三種深松刀具是在不翻動土壤的情況下打破犁底層，加深耕作層、作業(yè)時(shí)靠鏟刀底部和兩側(cè)刀刃切出土條，當(dāng)機(jī)具以一定速度前進(jìn)時(shí)，工作部件對土條進(jìn)行擠壓、剪切和拉伸，使土壤碎土、即使是采用深松鏟和鏵式小犁體組成淺翻深松機(jī)具作業(yè)時(shí)也是采取從壟中部破壟松土方式，這樣挖掘鏟刀在壟中部行進(jìn)時(shí)易將根茬切斷，不易保證根茬完整性、中部破土?xí)r雙側(cè)刃均受土壤摩擦，阻力大、考慮到若采用梯形鏵犁式鏟刀，適當(dāng)?shù)娜胪羶A角，及輕式鏟柄，使鏟刀主要是從壟根部側(cè)隙切土，將根茬所在壟臺沿著機(jī)車前進(jìn)方向縱向切開并將玉米根茬入土部分主根及須根完整剝離土壤挖出，然后將根茬側(cè)向擠推，土垡?guī)痈鐢D推在壟溝，碎土、根茬顯露于地表、不僅可以減少入土挖掘阻力而且可以保證挖掘到根茬完整性、鏟刀表面滑移作用，減少土壤阻力，及刀具的磨損、從而降低主機(jī)油耗與作業(yè)成本、 圖4。 分析了玉米根茬的生長特性、空間分布規(guī)律和根土復(fù)合性力學(xué)特性，給出了玉米根茬的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定了挖掘部件的入土深度為10~15cm、第 3 章 根茬的能源屬性分析 概述 20世紀(jì)80年代以來，石化資源的無節(jié)制開采和大量使用，使地下資源儲量迅速下降，造成了嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題，而石化能源價(jià)格不斷上漲，有引發(fā)了新的能源危機(jī)、自1993年我國 由石油凈出口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M(jìn)口國以來，石油進(jìn)口量逐年上升，目前對石油進(jìn)口依賴已超過1/3，2005年進(jìn)口依存度將達(dá)42。[s1]=270Mpa6 （310）顯然根據(jù)強(qiáng)度的校核，刀軸是安全的本章小結(jié) 1。M （39）4)軸的計(jì)算應(yīng)力為scs=MtmaxW=13946=180。M（37）2)抗彎截面模量W=Dd）=（38）3)依第三強(qiáng)度理論，則有 Mtmax=M2+(at)=22+(180。L238。PLPLix（x179。L=237。Li）H239。MVXiMHXiLLi236。L）ViVi239。239。239。Px163。L238。LLi239。239。236。P=PLiVBiV239。L237。P=PVAiV239。為了方便計(jì)算，刀軸強(qiáng)度的校核按照經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行確定，如下圖31所示，切削阻力Q在刀軸的均布載荷Q=Tr，其中r=（李慶軍，李雙福，2001），圖31 刀軸受力圖 of the blade spimdle由下式Q=TrRHR a=arccosb=a20 PH=QcosbPV=Qsinb(33)通過計(jì)算可以得出Q=13500N，a=60，b=40，PH=10090N，PV=90600Noo雖然每個(gè)刀片的位置，安裝方向不同，但刀片入土的狀態(tài)是在入土的時(shí)候僅有一把刀片入土，因此可把其力學(xué)模型進(jìn)行簡化以方便分析，如下圖32所示。A0pn1b4==（3）刀軸內(nèi)徑d=Dβ==68mm (32)綜合以上計(jì)算得到數(shù)據(jù)，我們可以得到刀軸的內(nèi)徑為68mm。（1）依空心軸公式則有下式： d179。由上述的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以得到單刀的耕幅為100mm，刀尖距離為10mm。為了優(yōu)化機(jī)具性能,降低功耗,在不改變機(jī)具結(jié)構(gòu)和工作過程的前提下，將機(jī)具待優(yōu)化的參數(shù)定為機(jī)器前進(jìn)速度、刀輥轉(zhuǎn)速、安裝角、刀盤上刀的數(shù)量。一般刀片按螺旋線規(guī)則排列。(3)相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，以免發(fā)生堵塞。刀片排列方式的設(shè)計(jì)在秸稈還田機(jī)的設(shè)計(jì)中十分重要，其主要目的是使機(jī)器在作業(yè)時(shí)不堵塞、不漏耕、不重耕、刀軸受力均勻、耕后地表平整，故刀片在刀軸上的配置應(yīng)滿足下述要求：(I)在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若配置兩把以上的刀片，應(yīng)保證進(jìn)切量相等，以達(dá)碎土質(zhì)量好，耕后溝底平整。增大滑切角時(shí)，單位刃口長度的切割阻力會減小，利于滑切，能夠有效防止纏草，但是摩擦阻力上升很快，將會引起功耗的增加。2)安裝角如圖2一5，連接OA并延長，交彎刀側(cè)切刃曲線于C，延長C交過E點(diǎn)的切線于D，過C作為切線交AB的延長線于F，F(xiàn)H