【正文】 al joints, bevel gears and transmission through double reduction gear drive knife after the crushed straw to straw axis The purpose of breaking land. Through software simulation test analysis, we designed the machine stubble rate of 98%, shed uniform stubble, high coverage and stable operating performance, may well meet the agricultural requirements, straw chopper followup after direct seeding Operation allscale straw chopper. Keywords： 保護(hù)性耕作， stubble samshing； smashed straw machine；碎茬刀 . 秸稈還田機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) III 秸稈還田機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 使用聯(lián)合收 割機(jī)作業(yè)，田間作物秸稈較多，給下茬的栽插、播種整地帶來不小的困難，目前多采用放火燒的辦法處理，既浪費(fèi)資源又增加了土壤的堿性，同時(shí)也造成了環(huán)境污染和安全隱患（ 孫文峰， 2021） 。將各種秸稈機(jī)械化還田是當(dāng)前秸稈綜合利用的主要方式之一，大力推廣先進(jìn)、適用的秸稈還田機(jī)械，是發(fā)揮農(nóng)機(jī)化在建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的作用的一項(xiàng)重要內(nèi)容（ 吳子岳， 2021） 。其中豆科作物的秸稈含氮較多，禾科作物的秸稈含鉀較豐富，作物秸稈提供的養(yǎng)分占我國有機(jī)肥總養(yǎng)分的１３％～１９％，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機(jī)肥源（ 陳小兵等， 2021） 。 保墑和調(diào)控田間溫濕度 秸稈覆蓋地面，可減少水分的蒸發(fā)，緩沖雨水對土壤的侵蝕，減少地面徑流，加厚了蓄水層的厚度，同時(shí)還隔離了陽光對土壤的直射降低地溫（ 陳利頂?shù)龋?2021） 。 疏松土質(zhì) 農(nóng)作物秸稈粉碎還田使土壤質(zhì)地疏松，通氣性提高，犁耕比阻減少，貯存水分、養(yǎng)分能力增強(qiáng)（ 董佑福，侯方安， 2021） 。對土壤團(tuán)聚體和結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的影響使土壤中的微團(tuán)聚體提高，小于０．０１ｍｍ的微團(tuán)聚體減少，對土壤的物理性質(zhì)和營養(yǎng)條件具有良好的作用（ 馮云江， 1999） 。 總之，將各種秸稈機(jī)械化還田，可有效處理秸稈的焚燒問題。大力推廣秸稈的機(jī)械化還田不僅是變廢為寶， 同時(shí)還可以保護(hù)環(huán)境使人華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 2 與自然關(guān)系和諧健康的發(fā)展（ 苗長印， 1995） 。由于國外在研制和生產(chǎn)方面起步較早，發(fā)展也很快。意大利的 OMARV 公司尤為突出，它的產(chǎn)品配套動(dòng)力 26132kw 工作幅寬 米，刀片的轉(zhuǎn)速為 1950r/m（ Takashi Kataoka ， 2021） 。此外，國外還研制出了拖拉機(jī)帶動(dòng)的臥式轉(zhuǎn)子切碎機(jī)，幅寬 6m，刀片可更換，轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速為 2021r/min,外殼上有擋板，使莖稈撒布均勻，而且還帶有遇到障礙物的安全機(jī)構(gòu)。綜合國外機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)，技術(shù)比較完善，機(jī)具品種多，性能可靠， 但是價(jià)格也很昂貴。 國內(nèi)機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)及現(xiàn)狀 目前，我國農(nóng)作物秸稈綜合利用技術(shù)主要就是切碎的方式，過去由于在認(rèn)識上，政策上及經(jīng)濟(jì)上的原因，機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)發(fā)展還是比較緩慢的（李競超， 2021）。為了利用珍貴秸稈資源，政府鼓勵(lì)并且大力支持發(fā)展機(jī)械化的秸稈切碎技術(shù)，根據(jù)秸稈的處理方式不同，我國機(jī)械化秸稈切碎主要包括秸稈整株切碎技術(shù)、秸稈粉碎切 碎技術(shù)、根茬粉碎及耕翻切碎技校術(shù)和聯(lián)合作業(yè)切碎技術(shù)（相俊紅， 2021）。 機(jī)械 化秸稈切碎技術(shù)發(fā)展趨勢 由于我國幅員遼闊，南北差異很大，各地區(qū)耕作制度和農(nóng)藝要求也不同，同時(shí)不同作物秸稈的物理性能和機(jī)械性能差異也很大，這就決定了我國機(jī)械化秸稈切碎技術(shù)及配套機(jī)具的多樣化，不可能以兩機(jī)具一統(tǒng)天下。 ⑵ 北方在解決秸稈及根茬 單項(xiàng)作業(yè)的基礎(chǔ)上將開發(fā)新的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具現(xiàn)已 起步，將逐漸取代單項(xiàng)作業(yè)機(jī)具。 ⑷ 秸稈及高茬翻埋機(jī)具有廣闊的市場，無論是翻埋秸稈還是高茬，都是大部分翻地機(jī)具所不能適應(yīng)的，甚至因堵塞面無法作業(yè)，研制新型的秸稈及高茬翻耕機(jī)具也是一個(gè)方向。 總之，機(jī)械化秸稈切碎這個(gè)領(lǐng)域前景樂觀，但面臨課題也比較多，得到政府的高度重視和大力支持，現(xiàn)在正是開發(fā)這一技 術(shù)的大好時(shí)機(jī)。例如要使機(jī)具具有較高還田覆蓋率就需要將刀片的結(jié)構(gòu)和機(jī)具的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)相結(jié)合，為了使機(jī)具耕經(jīng)濟(jì)節(jié)能，就需要對機(jī)具的傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)等部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、使 機(jī)具結(jié)構(gòu)緊湊、工作質(zhì)量高。 在設(shè)計(jì)過程中，需要使用 CAD、 Proe 等主要軟件及數(shù)學(xué)軟件，借助理論分析和時(shí)間相結(jié)合的方法，對機(jī)械整體結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，對刀片、刀軸及一些重要的位置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)出秸稈還田機(jī)使其能實(shí)現(xiàn)它的功能。機(jī)具的主輸出動(dòng)力與銀鋼牌 YG180T 型拖拉機(jī)配套，主要由刀輥、中間齒輪傳動(dòng)箱、機(jī)架以及一些擋板懸掛部件等組成，為了計(jì)算和研究的方便，現(xiàn)將下文將要用到的主要符號及 說明列表如下表 21所示： 表 21 符號及其說明 Table. 21 symbol and its explainnation 符號 符號說明 符號 符號說明 ）（ h/kmvm 行進(jìn)速度 ）（ mmR 刀輥旋轉(zhuǎn)半徑 )/(,m in/rn sr a dw）（ 刀輥轉(zhuǎn)速 ）（ NQ 刀片切土阻力 ）（ mmS 切土進(jìn)距 pN 拖拉機(jī)額定功率 ）（ mmB 耕幅 Z 每刀盤的齒數(shù) ）ii(BA 焊接（連接刀盤） ）（ MNT ?i 各軸轉(zhuǎn)矩 ）（ mmhe 溝底凸梗高度 ）（ rad? 刀輥轉(zhuǎn)角 12D 剛體位移 矩陣 i 各級傳動(dòng)比 ）（ MNM ? 刀軸所受彎矩 hv PP， 刀軸所受垂直水平力 根據(jù)相關(guān)的農(nóng)藝要求，本設(shè)計(jì)中機(jī)具耕深取 5 到 10cm，配套拖拉機(jī)的動(dòng)力為 20 馬力，行進(jìn)速度為 [20] 拖拉機(jī)功率的選擇 依經(jīng)驗(yàn)公式 BVKN ?? （中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院， 1988）其中 h 是耕深，本機(jī)取 h=5cm， mv 是機(jī)組前進(jìn)速度，本機(jī)取 mv =， B 是耕幅，根據(jù)農(nóng)藝要求本機(jī)選取 B=， K? 本機(jī)取 15，將以上數(shù)據(jù)帶入可以得到 eN =，根據(jù)國華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 6 家耕作機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，執(zhí)行機(jī)械功率消耗要小于發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定的 85%（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院， 1988），所以取拖拉機(jī)功率為 拖拉拉機(jī)即可滿足要求。 圖 21 傳動(dòng)示意圖 Transmission schematic 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和 動(dòng)力參數(shù) 動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速為 min/r540n1 ? ，所以中間齒輪箱及側(cè)邊齒輪箱的各軸轉(zhuǎn)速為 m in/ 112 ?? m in/ rinn ?? （ 21） 按拖拉機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功率 Pm 計(jì)算各軸的輸入功率，即 秸稈還田機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 KWPP ?? ?? 32112 ??PP （ 22） ?? 2123 ??PP 各軸的轉(zhuǎn)矩為 mNnPTmNnPTmNnPT?????????333222111 （ 23） 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 由于其轉(zhuǎn)速不高，本機(jī)選用 7級精度直齒圓柱齒輪傳動(dòng)（ GB1009588），再由機(jī)械設(shè)計(jì) P191 表 101確定大小錐齒輪的材料均為 40Cr，熱處理均采用表面淬火，它們的強(qiáng)度極限為 1150 pa/MB? ，屈服極限為 700 pa/MS? ，齒面硬度為 286HBS，對于本機(jī)中，取小錐齒輪齒數(shù) 21z1? ，大錐齒輪齒數(shù) 24izz 112 ?? 由機(jī)械設(shè)計(jì) P201 公式（ 105） ? ?3 aa2212 1 1uz)( 4m F SFRR YYKT ??? ??? （ 24） 當(dāng)量齒數(shù)公式2222212v2122211vzzzzc o szzzzzzc o szz???????? （ 25） 1） .計(jì)算得到 28zv1? ， 36zv2? P200 的表 105查表可得 齒 形 系 數(shù) 2a1a ?? FF YY ； 應(yīng)力校正系數(shù) 2a1a ?? SS YY ； P208圖 1020 可得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ,5001 MpaFE ?? 大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 pa5002 MFE ?? 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 8 P206 的圖 1018 可以得到 21 ?? FNFN KK ， P205 的表 107 取 ?? 取彎曲疲勞極限 S=，則可得下面的式子： ? ?? ? 222111MSKMSKFEFNFFEFNF???????????? （ 26） 分別計(jì)算大小齒輪的 ? ?111aFSaF YY? ，并加以比較可得下面的結(jié)果 ? ?111aFSaF YY? = ?? ? ? 012 22a ???F SaF YY ? 顯然小齒輪的數(shù)值要略大一些 計(jì)算載荷系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì) P192 的 102 式子可得 ?? KKKKK VA? （ 27） 由機(jī)械設(shè)計(jì) P193 表 102 查得 1?AK ,由 P194 圖 108 可得 ?VK ,由 P195 表 103及 P196 表 104 可得 ?? ?? FF KK ， 代入則可得 ?K 由 ? ?3 aa22121 1uz)( 4mFSFRRYYKT ??? ??? 則可得 3 2225 0 1 3 )( ???????? = （ 28） 取 m=5mm，則可以得到 mm120524mzd mm110521mzd 22 11 ???? ???? （ 29） 計(jì)算齒輪寬度 秸稈還田機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 1ud21?????????RRR? （ 210） 圓整后取 35b35b 21 ?? ， 由機(jī)械設(shè)計(jì) P227 的 1025得齒面接觸強(qiáng)度的校核公式? ?HRRHEHKT ???? ??? ud)( 4zz 3121 （ 211） 前面已查表得出小齒輪的接觸疲勞極限為 1150Mpa 由 s/ ndv 11 ?? ????? π （ 212） )( )( 4zz 3253121 ???????????RRHEHKT ??? = 顯然 H? =? 1150Mpa，因此按照彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的錐齒輪安全。 [26] 錐齒輪參數(shù)如表 22所示 表 22 錐齒輪幾何計(jì)算 Geometry calculate of bevel gear 名稱 代號 計(jì)算公式 小齒輪 大齒輪 分度圓錐角 1? = 2? =? 齒頂高 ah mmmhhh aaa 521 ???? 齒根高 fh mmmchhh aff 6)(21 ???? ??