【正文】 公式（ 42） 確定公式內(nèi)的各個(gè)參數(shù) 由圖 1021d 查得小錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1FE? =640Mpa；大錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 2FE? =610Mpa； 由圖 1018 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 1FNK =， 2FNK =。 選小齒輪齒數(shù) 1z =20，大齒輪的齒數(shù) 2z =35。 錐齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 丘陵山地薯類收獲機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械，結(jié)合農(nóng)藝要求選用 8級(jí)精度。 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 。牽引功率可以得到為 kw。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。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。 （ 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. 49 ( 1 0. 05 ) = 6. 02 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)。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。 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 。 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]。 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。 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。 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。 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。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。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。為增強(qiáng)分離效果，在分離輸送器上裝有三星抖動(dòng)器 [9]。 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)?。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。時(shí)的最大挖掘阻力為3086 N。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。 將式 (3)， (4)， (5)聯(lián)立求解得： ???????? ??? GP GP? ?? ar c tan 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 ????? ??t a n1 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～ 20xx0（ 2/mN ）；中等輕質(zhì)土壤 K=20xx0～ 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 ）。 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。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? ?? 。如圖 32所示。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。 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。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。 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。這種挖掘部件由三角平面多鏟和鏟架組成。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。 丘陵山地薯類收獲機(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。 薯類成熟塊莖一般生長(zhǎng)在 5～ 30cm的土層，塊莖的生長(zhǎng)寬度一般為 40cm左右。 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 由薯類作物的農(nóng)藝特征可知 ， 薯類 主要 為起壟種植。 (4)其 它 調(diào)整是通過(guò)機(jī)體上的調(diào)整螺母調(diào)整。 (2)動(dòng)力輸出的遙控干控制動(dòng)力的輸出間接控制了集體的工作。機(jī) 架的高度應(yīng)根據(jù)拖拉機(jī)懸掛架的拉桿高度H1=780mm 和動(dòng)力輸出軸離地面的高度 H2=510mm 確定的，機(jī)架離地面的高度為 280mm，取機(jī)架最高處到最低處的距離為 H=500mm。機(jī)架的總長(zhǎng)度是通過(guò)收獲后 馬鈴薯 蔓輸送的路程和拖拉機(jī)動(dòng)力輸送過(guò)程中動(dòng)力軸的位置確定的，為了能夠達(dá)到更好的分離效果輸送鏈選擇長(zhǎng)度為 660mm，拖拉機(jī)傳遞過(guò)程中二級(jí)帶傳動(dòng)的中心距 a=760mm，拖拉機(jī)懸掛架的長(zhǎng)度為 250mm。 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） 9 3 主要零部件設(shè)計(jì) 機(jī)架的設(shè)計(jì) 丘陵山地薯類收獲機(jī)機(jī)架采用 鋼件焊接而成，整體尺寸是通過(guò)拖拉機(jī)懸掛裝置和挖掘鏟工作寬度決定的?？稍诒ＷC分離率的同時(shí)，提高收凈率、降低破損率。 結(jié)構(gòu)原理 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） 8 挖掘部件采用 彈性 挖掘鏟，鏟在拖拉機(jī)拉力的作用下入土挖掘，把土薯混合物挖出。實(shí)現(xiàn)了馬玲薯挖掘、分離、鋪放的一次性作業(yè)，顯著提高了工作效率。該過(guò)程中三星振動(dòng)器在鏈輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輸送鏈上下抖動(dòng)，提高土薯分離率。拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸 出的動(dòng)力，經(jīng)過(guò)萬(wàn)向節(jié) 11 到達(dá)變速器帶輪 12，經(jīng)皮帶 13到達(dá) 輸送鏈主動(dòng)輪 9，帶動(dòng)輸送鏈 7 轉(zhuǎn)動(dòng) ,輸送鏈從動(dòng)輪 5 三星抖動(dòng)器 7 隨鏈條一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎮(zhèn)壓輪 切土圓盤 地輪 挖掘鏟 4 在拖拉機(jī)的拖動(dòng)下前進(jìn)。 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） 7 結(jié)構(gòu)方案確定 通過(guò)對(duì)上述擬定方案結(jié)合本次設(shè)計(jì)的主要目的，總結(jié)出第三種方案適合。 （ 2）采用鏈?zhǔn)椒蛛x裝置能提高薯土分離效果，在該方案中設(shè)計(jì)了三星振動(dòng)輪，使薯土分離效果更明顯。整個(gè)過(guò)程經(jīng)過(guò)了傳遞動(dòng)力、挖掘、輸送、分離、鋪放四道工序。輸送鏈在三星振動(dòng)輪的振動(dòng)下將馬鈴薯和土壤分離開(kāi)。所以方案不可取。 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） 6 （ 3）薯土分離效果差、明薯率低，最終不能滿足農(nóng)藝要求 [4]。 2）方案分析： （ 1）固定挖掘產(chǎn)不靈活，適應(yīng)性差。所以方案不可取。當(dāng)拖拉機(jī)向前行駛時(shí)挖掘鏟將薯類 （如馬鈴薯）和土壤一起挖起，通過(guò)前面土壤的堆積將薯土混合物推向擺動(dòng)篩式分離裝置，分離器將馬鈴薯和土壤徹底分離，最后散落在地面上。主要工作部件有固定式挖掘鏟、傳動(dòng)裝置、薯土分離裝置等。在該過(guò)程中 拖拉機(jī)推著刀軸向前運(yùn)動(dòng)會(huì)造成到刀軸受力過(guò)大、鋪放馬鈴薯不方便、傳遞動(dòng)力消耗過(guò)大，所以采用后懸掛式。 （ 5）、進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)改進(jìn)。 （ 3）、對(duì)薯類收獲機(jī)的挖掘鏟的類型、分離裝置的類型進(jìn)行分析，確定最佳研究方案。 （ 2）、 確定丘陵山地薯類收獲機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案以及收獲機(jī)的創(chuàng)新思想。對(duì)丘陵山地薯類收獲機(jī)總體進(jìn)行設(shè)計(jì)，使收獲機(jī)的挖掘部件和輸送裝置得到更好的改善，達(dá)到操作簡(jiǎn)單、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)等要求。 雖然薯類收獲機(jī)的發(fā)展具有如此特點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)制造薯類收獲機(jī)的過(guò)程中要遵循的一些原則性要求不會(huì)變，如功率利用率要高、挖掘阻力要小、整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于制造使用維修，另外也必須要滿足一些農(nóng)藝要求如明 薯率要高、挖掘率高、損傷率低等。一般來(lái)說(shuō)主要有兩種趨勢(shì)： (1)在地塊較大、地貌平整的地區(qū)大型收獲機(jī)、大功率收獲機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等類型的機(jī)械適宜研發(fā)投產(chǎn)使用?？傊?，國(guó)外的馬鈴薯收獲機(jī)研制技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。而且，國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械大多采用升運(yùn)鏈條式聯(lián)合作業(yè)，技術(shù)上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。在消化引進(jìn)國(guó)外機(jī)型的基礎(chǔ)上 ,國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)廠家先后開(kāi)發(fā)出一些馬鈴薯挖掘機(jī) ,主要是小型挖掘機(jī) ,如西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的 4U21 型馬鈴薯收獲機(jī) ,適用于我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)種植馬鈴薯的農(nóng)戶及小型農(nóng)場(chǎng)收獲馬鈴薯使用 ,生產(chǎn)效率高 ,特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性。到 20 世紀(jì) 90 年代中期 ,由于國(guó)產(chǎn)小四輪拖拉機(jī)的大量推廣和應(yīng)用，研制馬鈴薯收獲機(jī)已被列入重要 日程。 20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)又引進(jìn)了西德 RM2R 型、瑞士 SUPERB 型配套動(dòng)力為 30kW 的馬鈴薯集條收獲機(jī) [2]。在 20 世紀(jì) 60 年代初期，有關(guān)農(nóng)機(jī)部門開(kāi)始了研制工作 ,引進(jìn)了國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械并進(jìn)行了生產(chǎn) 性能試驗(yàn) ,力圖吸收消化國(guó)外技術(shù) ,開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品。該設(shè)