畢業設計（論文） 題目 馬鈴薯挖掘機的設計 二級學院 機械工程學院 專 業 機械設計制造及其自動化 班 級 109040201 學生姓名 陳開飛 學號 1090400102 指導教師 王黎明 職稱 講師 時 間 2013 年 5 月 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 2 - 目錄 摘要 I Abstract 關鍵詞 4 1 緒論 5 1.1 國 內 塊莖挖掘機的發展狀況 6 1.2 國 外 多功能塊莖挖掘機的現狀分析 9 1.3 多功能塊莖挖掘 機的發展趨勢 10 2 總體方案的設計 11 2.1 總體布局的設計 11 2.2 工作原理 12 3 傳動比的確定與減速器的選擇 13 3.1 傳動比的確定 13 3.2 減速器的選擇 14 4 帶輪和鏈輪的 設計 15 4.1 帶輪的設計 16 4.2 鏈輪的設計 17 4.3 鏈輪材料的選擇 17 4.4 鏈輪機構的尺寸計算 18 5 聯軸器的選擇及其軸的設計 22 5.1 聯軸器的選擇 23 5.2 聯軸器上軸的設計 23 6 鏈輪軸的設計和校核 24 6.1 鏈輪軸的設計 24 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 3 - 6.2 鏈輪軸的校核 25 7 抖動輪的設計 26 7.1 抖動輪作用 26 7.2 抖動輪的結構 27 7.3 抖動輪的速度說明 27 8 軸承座的設計及說明 27 8.1 軸承座的作用 28 8.2 軸承座的結構設計 28 8.3 軸承座安裝時注意的問題 28 8.4 軸承座的養護問題 28 9 軸承端蓋的設計 28 9.1 軸承端蓋作用說明 28 9.2 軸承端蓋設計說明 29 9.3 軸承端蓋的安裝說明 29 10 分離輸送器的設計 29 10.1 分離輸送器的機構及工作過程 30 10.2 桿條參數的確定 31 10.3 分離輸送器線速度的確定 32 11 挖掘鏟的設計 32 11.1 挖掘鏟的構成 33 11.2 挖掘鏟的設計 33 12 地輪和機架的設計 34 12.1 地輪的設計 35 12.2 機架部分的設計 35 13 結論 36 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 4 - 14 本次設計外購件清單 37 參考文獻 38 致謝 40 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 5 - 摘 要 本文對 馬鈴薯挖掘機的 設計 研究和應用進行 了深入的 介紹和分析，設計了分離組合式馬鈴薯挖掘機。對該機的主要參數進行了選擇 設計 ，主要零部件的設計進行了 機構、結構優化和理論 設計 計算。馬鈴薯 是 地下產物， 而 且是塊莖繁殖， 并且其 收獲 和季節、天氣等客觀條件有很大的關系 。 因為 馬鈴薯的收獲費 力費時、季節性強且勞動強度大，從而 給農民造成極大的 收獲 困難。為了解決上述問題，本文就國內外馬鈴薯 挖掘機的 現狀、馬鈴薯 挖掘機 的研究和應用進行 實際 介紹和分析， 巧妙地 設計了分離組合式馬鈴薯挖掘機 。對該 挖掘 機的主要參數進行了選擇，對主要零部件的設計進行了 合理的 理論計算 ，設計出的新型馬鈴薯挖掘機具有了更良好的性能，更好的適應了現代農業生產力，極大地解決了勞動生產力。 關鍵詞 ： 馬鈴薯；挖掘機；結構優化 ；機械化；精密化 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 6 - Abstract In this paper, the potato excavator design research and application of the carried on the thorough introduction and analysis, designed the separation combination of potato. Design of the machines main parameters for the selection, design of main components of the theory of mechanism, structural optimization and design calculation. Potatoes are underground, and tuber propagation, and the harvest season, weather and other objective conditions and has a lot to do. Because the potato harvest laborious time-consuming, strong seasonal and the intensity of labor is big, which cause great harvest difficult for farmers. In order to solve the above problem, in this paper, the present situation of both at home and abroad of potato, potato digger actual research and application of the introduction and analysis, cleverly designed separation combination of potato. Selection of the main parameters of the excavator, design of main components of the theoretical calculation, design a new type of potato excavator has the better performance, better adapted to the modern agriculture productivity, solve the labor productivity greatly. Key words: Potato； Excavator； Optimize The Structure ； Mechanical Engineering； Precisely 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 7 - 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 8 - 1 緒論 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 9 - 馬鈴薯的營養價值 極其 高，市場潛力巨大。在國外，大約占 45%的馬鈴薯加工成 為食品后進入消費市場。 而 在 中國 國內，一向被國人視為不能登大 雅之堂的馬鈴薯也 堂而皇之 在市場上風靡 流行 起來。在北京、上海、廣州 、成都和重慶 等全國大中城市，以馬鈴薯條、馬鈴薯泥 巴 為基本 材料 的麥當勞、肯德基食品已占據我國快餐市場的半壁江山，而從 其他 渠道進口的其它油炸薯片或膨化食品等也 不斷 滾滾而來。 致使馬鈴薯的地位在人們心目中的地位直線上升。甚至， 中國農科院副院長屈東玉博士在 曾經 召開的中國馬鈴薯學術年會上指出：“馬鈴薯是一種適應性強、產量 很 高、經濟價值 巨大 大的作物，應該 把馬鈴薯主 要 產區列入國家糧食商品糧基地，享受與水稻、小麥等商品糧基地同樣的財 、 稅待遇，這 必定 是保證我國糧食 安全的 重要 有效手段。” 馬鈴薯作為經濟 產 物，種植面積越來越大，而傳統的馬鈴薯收獲 方法不但 費事費時，勞動強度大 而 且季節性強，因此給農民造成極大的困難。馬鈴薯種植區大部分在 山坡 和山腰 地區，農民對馬鈴薯挖掘機 器 的要求 已經 十分迫切 ， 落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍 壞 和減產等不必要的損失。為了解決上述問題，推廣 實用 小型馬鈴薯挖掘機勢在必行。應用馬鈴薯挖掘機可以大大 的 提高收獲效率，降低勞動者的勞動強度，增收增產，極大地 減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產奠定良好的基礎 ， 根據我國馬鈴薯挖掘機械多年研制生產經驗可以看出， 意大利、 日本、美國 、英國、德國 等國外機 器 適應 于 壟作，很難適應我國平作種植 模式 。各類型機械需要進行多收獲季節、多地域的田間試驗，才能提高適應性 ，更好的提高機械效率，完成各種生產工作。 馬鈴薯是我國主要 經濟 作物之一。發展馬鈴薯生產，對優化調整農業產業結構、加速 脫貧致富及地區經濟 平衡 發展具有 十分 重要的 意義 。 由于 馬鈴薯為地下產物 , 且是塊莖繁殖 , 其收獲 方式以挖掘機 械 為主 導 。馬鈴薯挖掘機可以大大提高收獲效率 ,減少損失 , 降低勞動強度 , 為馬鈴 薯生產奠定良好的基礎。但是收獲方式的落后極大的 限制了 馬鈴薯 的 生產發展。為促進馬鈴 薯生產 的良好 發展，解決機械化收獲問題 已經迫在眉急 。馬鈴薯挖掘機械化的關鍵矛盾是 機器 性能要求與配套動力之間的矛盾。鑒于動力的限制，與 14kw 以 下拖拉機配套 機器 的性能要求不宜功能全 部都一樣 ，只要完成起薯 塊步驟環重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 10 - 節 ，讓署塊基本露于地面即可，其他工序 可以通過 人工 拾起 完成。從發展 來 看這類機械作為與農村具有的小型拖拉機相配套的過渡性機型 可以 予以開發、推廣。 根據 近年來馬鈴薯種植面積的不斷增加，對馬鈴薯收獲的機械化水平的需求越來越大。 因此，馬鈴薯收獲機的大力推廣對于現代農業的發展，尤其是馬鈴薯的生產具有巨大的現實意義和歷史 意義。 1. 國內外馬鈴薯挖掘機的發展現狀 1.1 國內多功能塊莖挖掘機的現狀分析 近年來 ,國內市場上也出現了一些此類機械， 比 如大蒜 收獲 機 。這個機器 就有 對行 松土鏟式和不對行平鏟式輸送方式 等 多種 收貨方式 。但大多數機型在質量可靠性和適應性方面仍然地存在著不同程度 的 一些問題 ,主要體現在兩個方面 ,一 方面 是損傷作物的問題 ,因為 像 大蒜、生姜 、荸薺等 此類作物 ,收獲時 表面比較鮮嫩，容易破損。 而 且 損傷后會嚴重影響 銷售 價格 ；二是適應性 很 差 ,因各地農 業工藝有很大的 不同 ,行距及株距存在 著 差異 ,更重要的問題是機器很容易出現故障嗎， 因此此類 機具難以滿足 生產 要求。 如今，我們國家機械工業部聯合發布了農業機械的中長期發展規劃，具體涉及到我國農業機械的發展現狀以及今后的發展要求及標準，明確的提出我國農業機械的發展一定要適應現代農業的發展，向機械化、智能化、微型化、精密化發展，以更好的促進現代農業的健康、有序、多元化發展。 目前 國內 塊莖 作物的機械化 生產 還有 很長 的路要走 ,不僅需要科研部門 、政府部門 及企業的大力 科研 投入 ,還牽涉到農民的認識 、 接受 和具體操作 問題。 近年來， 由于進口農機具價格較高 ,農民難以接受 其昂貴的價格 ,塊莖 挖掘機械還是要走國產化道 路 ,而且還要根據中國 實際 國情 ,不能盲目照搬 照抄，否則只能自食其果，極大地阻礙現代農業機械的良性發展。 主機利用現有的機型 ,如 三輪車、田園 管理機 器 、手扶拖拉機及四輪拖拉機 ,對國外的機型原理加以 積極 消化吸收 ,研制 生產出 適合中國國情的機 器 。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 11 - 國外發達國家（如日本 、德國 、美國、 英國、 法國、意大利 、匈牙利 等國）地下作物的收獲已 完全 實現機械化，對于長根作物（ 馬鈴薯、 蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機械，工藝 都 十分的先進，但機械價位 比較 較高，全部引進國內 實在讓農民 無法接受，例如，意大利產的 DSC-120和日本寶田公司產的 DCL-130型土豆挖掘機，大多用于沙壤土作業，這些設備不太適應我國地下作物種植的農藝要求和土壤狀況。根據以上 的 分析，在國內外現有的 機械 基礎上，結合我國 國情和 農村市場的實際情況，分析 出 國內塊莖類作物的土壤的物理特性 以及 農藝要求 標準從 而研制出多功能塊莖類挖掘機。 綜觀國內外多功能塊莖挖掘機的發展特點及外部環境， 結合我國現代農業的發展方向，有關 專家預測未來多功能塊莖 挖掘機 的主要發展趨勢是： （ 1） 開發高效、節能、可靠、環保型產品的多功能塊莖 收獲機 。 （ 2） 通用性及安全性是產品發展的重要 目標。 （ 3） 操作簡單，上手快，容易接受是現實農業發展的導向。 （ 4） 大型化與小型化仍是產品系列化的兩極方向。 （ 5） 技術進步、 科技創新 和售后服務將成為企業生存的三大關鍵因素。 1.2 國外 馬鈴薯 挖掘機的發展現狀 國外塊莖挖掘機械化收獲起步 比較 早、發展 比較 快、技術水平 比較 高。 20 世記初，歐美國家 就 出現 了 畜力牽引挖掘機來代替手鋤挖掘塊莖、隨后改由拖拉機牽引或懸掛。20 年代末出現了拋擲輪式 、 升運鏈式和塊莖挖掘機。在 20 世紀 40 年代初， 冷戰期間，前蘇聯、美國就開始研制、推廣應用塊莖挖掘機械， 50 年代末 就已經基本 實 現了機械化。70 80 年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、 瑞典、 匈牙利、日本和韓國 也 相繼實現了塊莖作物生產機械化。 70 年代主要是研制大功率根塊作物聯合挖掘機，且以收獲壟作種植為主。這些機型是大功率拖拉機變型，如荷蘭在拖拉機基礎上按照甜菜聯合挖掘重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 12 - 機的原理制成的雙行馬鈴薯聯合挖掘機，為了加強篩選效果，分離器 就 有四個液壓泵帶動。 美國在 1948 年以前用挖掘機來收獲塊莖，然后 采取 人工撿拾，直到 1967 年，開始使用聯合挖掘機 。 20 世紀 90 年代，美國已基本實現了塊莖挖掘機械化。前蘇聯是生產塊莖作物挖掘機最早的國家， 生產許多半懸掛式機型， 譬如 如 KKY 2型、 KOK 2型、KKP 2 型 、 KOJ-3 型 等塊莖作物聯合挖掘機，機器體積 比 較龐大笨重，到 20 世紀 90年代初，塊莖挖掘機共有 16 種機型，其中 10種是聯合挖掘機， 90 年代中期，開始生產自走式聯合挖掘機，其勞動生產率比其它行挖掘機提高 1 倍。近年來，歐美的馬鈴薯挖掘機型仍然是以大功率機組為主。這些機型只能在大面積土地上使用，不適用于中小地塊。有些國家和地區生產一些小型挖掘機械，日本在 1955 年以前使用畜力挖掘犁， 1955年 196 年生產懸掛式拋擲式挖掘機，如意大利的 SP100 機型為小型壟作挖掘機械。在亞洲生產馬鈴薯挖掘機械的國家 比 較少 ，在日本有一些小型機械。 70 年代開始引進英國、美國等發達國家的聯合挖掘機，并研制適合日本國情的聯合挖掘機 。 對于根菜（蘿卜、家山藥、胡蘿卜等）機械收獲的研究從 1960 年開始，近幾年韓國、日本 、新加坡 生產了一些小型馬鈴薯挖掘機，如韓國高山機械工業公司生產的小型單行和雙行土豆、 紅薯 挖掘機械。 日本對生姜挖掘機械已經研制多年并有了一些成熟的機型 ,第一代機型只把根莖拔出地面 ,減輕了農民從地下挖出生姜的勞動量。據有關材料介紹 ,現在第二代機型已經研制成功并 已經 開 始 投入 使用 ,它是一種從收獲到清理到包裝的聯合作業機械 ，其技術已經相當成熟。而 在韓國 ,對根莖挖掘機械的研制也取得了較大的成果 ,他們生產的一種配套于田園機器 的大蒜挖掘機 ,采用振動的原理 ,緩沖了阻力 ,并對根莖上附著的土塊起到疏松和抖動的作用 ,是一種輕型高效的機 器 。 發展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機進行收獲作業 ,發達國家的塊莖作物收獲已基本實現了機械化聯合作業。如德國、美國的聯合挖掘機在自動化控制塊莖分離以及減少塊莖作物損傷等方面都有獨到之處。東洋農機公司、日本三 A 公司久保田公司等都生重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 13 - 產適合小地塊作業的中小型自走 式塊莖作物挖掘機 9。 1.2 國內多功能塊莖挖掘機的現狀分析 近年來 ,國內市場上也出現了一些此類機械，如大蒜挖掘機就有對行松土鏟式和不對行平鏟式輸送方式也有多種。但大多數機型在適應性和質量可靠性方面仍然不同程度地存在著一些問題 ,主要體現在兩個方面 ,一是損傷作物的問題 ,因為象大蒜、生姜此類作物 ,收獲時皮質鮮嫩易損 ,而損傷后會嚴重影響其價格 ；二是適應性差 ,因各地農藝不同 ,行距及株距存在著差異 ,機具難以滿足這種要求。 由于進口農機具價格較高 ,農民難以接受 ,根莖挖掘機械還是要走國產化道路 ,而且還要根據中國國 情 ,不能盲目照搬。主機利用現有的機型 ,如田 圓 管理機、手扶拖拉機及四輪拖拉機 ,對國外的機型原理加以消化吸收 ,研制出適合中國國情的機具。 國內根莖作物的機械化收獲還有較長的路要走 ,不僅需要科研部門及企業的大力研制及投入 ,還牽涉到農民的認識和接受問題。 國外發達國家（如日本、美國、法國、意大利等國）地下作物的收獲已 完全 實現機械化，對于長根作物（蘿卜、山藥等）和斷根作物（洋蔥、大蒜等）都有不同的挖掘機械，工藝十分的先進，但機械價位較高，全部引進國內 是在 無法接受，例如，意大利產的 DSC-120 和日本寶田公司產的 DCL-130 型土豆挖掘機，大多用于沙壤土作業，這些設備不太適應我國地下作物種植的農藝要求和土壤狀況。根據以上分析，在國內外現有的基礎上，結合我國農村市場的實際情況，分析國內塊莖類作物的農藝要求和土壤的物理特性而研制出的多功能塊莖類挖掘機。 1.3 多功能塊莖挖掘機的發展趨勢 （ 1）向適應性，通用性發展 如采取在一臺塊莖挖掘機上換裝不同型號的分離裝置 ， 清選 裝置 ，摘果裝置 13。重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 14 - 采用可互換的圓盤割刀式和分離滾筒式分離機構機構 ,可用于花生、洋蔥等多種根莖類作物的聯合收獲 ,實現一機多 并 用。采用通用性好的果秧分離 機構，適用于不同種類根莖類作物的果實與秧蔓的結構、尺寸、形狀將兩者分離，以適應多種作物和多種形式塊莖作物的收獲要求。 （ 2）向智能化方向發展 我國的農機產品要想達到農業生產上的精耕細作，并追趕國際水平，就必須在智能化上下功夫 14，給農機產品配備精準的多功能的農業系統已經成為農機發展的潮流，經濟作物的耕作機械應重點開發根作物的收獲，以解決種植面積不斷擴大的花生，大蒜，胡蘿卜， 馬鈴薯 等塊莖類果實的挖掘類挖掘分離問題和機械輸送。 （ 3）向多功能聯合型機械發展 增加農業機械的使用方向，避免機械的單一性，實現 一機多用 ,可用于花生、大蒜等多種根莖類作物的聯合收獲等作業聯合在一起，并可增加其收割功能，以提高機具利用率 15。 （ 4）簡化操作 簡化操作減少輔助工作時間， 提高工作速度這是提高收獲作業生產率的又一 方式 ，如在可能的前提下盡量增大集果箱的容積，減少裝卸的次數，其底部采用可打開的形式，以加快其收獲完畢后清掃的時間。 （ 5）向精量化農業機械發展 開發安裝有精量收獲的傳感器以達到提高收獲率的目的。 2 總體方案的設計 2.1 整體布局的設計 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 15 - 其傳動圖如圖 1： 1、萬向聯軸 2、鏈輪 3、減速器 4、動力輸出軸 5、輸送鏈驅動軸 6、振動篩軸 圖 1 傳動圖 Fig.1 Driver chart 其總體結構圖如圖 2： 1、 V 帶輪 2、 V帶 3、機架 4、抖動輪 5、減速器 6、聯軸器 7、懸掛架 8、挖掘鏟 9、鏈輪 10、傳動鏈 11、地輪 圖 2 總體結構圖 Fig.2 Overall structure 2.2 工作原理 本機主要由 V 帶、減速器、抖動輪、機架、挖掘鏟、傳動鏈、地輪構成。拖拉機產生動力通過減速器和帶輪將 所需要的動力傳送到鏈輪上，鏈輪帶動鏈條從而帶動分離裝置運動，將從挖掘鏟部挖出的土豆 往 機器后方運送，同時由于有抖動輪的作用，使得塊莖在輸送的過程中實現的塊莖于土的分離，而達到了分離的目的。最后塊莖從機器的尾部 重新 落入土地的表面。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 16 - 3 傳動比的確定與減速器的選擇 3.1 傳動比的確定 該多功能塊莖挖掘機的配套動力為 25-35 馬力的拖拉機，其輸出軸的轉速為540r/min，通過一級減速器和帶傳動，設其總的傳動比 68.2i 減速器的傳動比 21 i 。帶傳動的傳動比 34.12 i為了能滿足分離器上的線速度為1.3m/s 的要求， 出入nni 所以 m i n/5.2 0 168.25 4 0 rinn 入出 sr a dn /1.2130 5.20114.330 出出 所以鏈輪半徑 mmmvr 620 6 2.01.213.1 出 3.2 減速器的選擇 由于其傳動比為 2，可以從市場上選擇傳動比為 2的減速器，其型號為 ZDY,ZDZ100 型圓柱齒輪減速器。 其結構如圖 3： 圖 3 減速機結構圖 Fig.3 Reducer structure 4 帶輪和鏈輪的設計 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 17 - 4.1 帶輪的設計 因為工作機是 多功能塊莖挖掘機 ，故屬于載荷變動 較 大的機械，原動機是交流電動機（普通轉矩鼠籠式 電機 ）， 設其 工作時間小于 10 小時 /天，啟動形式為軟啟動 （采用高性能變頻器啟動） 。 挖掘機的工作功率為 1.5KW。 故： W8.15.12.1 kPKP Aca AK -工作情況系數 取 AK =1.2。 選擇 V 帶的型號 根據計算功率 caP 和小帶輪轉速 1n ， 故 選擇 A 型帶。 （ 1） 確定帶輪基準直徑 ： 1） 初選主動輪的基準直徑 D1 根據所選 V 帶型號參考，選取 min1 DD ，選 mmD 801 。 （ 2） 驗算帶的速度 V 1 0 0 060V 11 nD 100060 2708014.3 sm /1304.1 （ 3） 計算從動輪直徑 D2 12 iDD mm2.1078034.1 取 D2 為 107mm （ 3） 確定傳動的中心距和帶長 初定中心距， 由 公式（ 8 20） 得： 22021 27.0 DDaDD 即： 1 0 78021 0 7807.0 0 a 即： 3 7 49.1 3 0 0 a ， 所以可 取 mma 3500 根據公式（ 8 22） 計算基準帶長： 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 18 - 0212210 422 aDDDDaLd 3 5 04 801 0 71 0 78023 5 02 2 mm01.1068 選取帶的基準長度，查表得： mmL d 1153 根據公式（ 8 23） 計算實際中心距： mmLLaa dd 4.3922 02.1 0 6 81 1 5 33002 0 考慮安裝調整和補償初拉力的需要，中心距的變動范圍為： mmLaa d 3 3 30 1 5.0m i n mmLaa d 6.3 8 403.0m a x 根據公式 （ 8 24） （ 4） 驗算主動輪的包角 根據公式 （ 8 25） 及對包角的要求，應保證： 60180 121 a DDa 60350 80107180 120175 （ 5） 確定 V 帶的根數 由公式（ 8 26）知 5.300 KPKKP PZ L ca 取 Z=4 根。 式中： 0P 在包角 =180 度，特定長度，工作平穩情況下，單根普通帶的許用功率值； 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 19 - K 考慮包角不同時的影響系數，簡稱包角系數； LK 考慮帶的長度不同的影響系數，簡稱長度系數 ； 0P 計入傳動比的影響時，單根 V 帶所能傳遞的功率的增量 ； 查得： 0P =0.45 K =0.98 LK =0.91 0P =0.024 （ 6） 確定帶的初拉力 單根 V 帶的初拉力由 公式（ 8 27） 確定： 20 15.250 0 qVKVZPF ca 24 1 3.11.0198.0 5.244 1 3.1 8.15 0 0 N247 （ 7） 求帶傳動作用在軸上的壓力 由公式（ 8 28） 22 10 S inZFQ 87s in24742 N1974 式中： Z為 帶的根數； 0F 為 單 根 帶的初拉力； 1 為 主動輪上的包角。 （ 8） V 帶計算結果 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 20 - 表 1 V帶設計計算列表 Table.1 The list of V types belt design 設計計算項目 結果 說明 工作情況系數 kA 計算功率 Pca 選取 V帶型號 小帶輪直徑 D1 大帶輪直徑 D2 驗算 V帶的速度 V 初定中心距 a0 初算 V帶所需的基準長度 L d 選 V 帶的基準長度 Ld 定 V 帶公稱長度 Li 定中心距 a 包 角 1 包角系數 ka 1.2 1.8 A 80mm 107mm 1.1304m/s 350 1068.2 1153mm 1120mm 392.4mm 175 0.98 可選比表中大的值 參考實際機械結構確定 120 ，合適 V 帶規格： A 型，長 1153mm V 帶根數： 4 根 中心距： 392.4mm (9)材料 的選擇 帶輪常用材料是鑄鐵，因為帶速 v 25m s，所 以選用 HTl50。 (10) 帶輪的形式 帶輪的結構由帶輪直徑大小而定， 因小帶輪基準直徑 D（ 2.5 3） d，所以采用實心式。同樣大帶輪的基準直徑 D（ 2.5 3） d，所以大帶輪也用實心式。 （ 11） 帶輪尺寸 的 計算 小帶輪的軸孔直徑，小帶輪與 減速器 相連， 故 取 d =40mm。 因為， mmdmmB 80265 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 21 - 所以 BL 小帶輪的寬度： fezB 21 1021514 mm65 小帶輪的直徑： fDD 21 5.3280 mm87 大帶輪的軸孔直徑，大帶輪與 鏈輪主動軸 直徑一致 。 設大帶輪軸孔直徑 mmd 45 。 大帶輪的寬度： mmB 65 大帶輪的直徑： fDD 21 5.32107 mm114 小帶輪的結構如圖 4： 圖 4 小帶輪 Fig.4 Small Pulley 大帶輪的結構如圖 5： 圖 5 大帶輪 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 22 - Fig.5 Big Pulley 4.2 鏈輪的設計 4.2.1 鏈輪的設計目的 設計該鏈輪的主要目的是為了 能夠 帶動分離機構的運動。通過鏈輪 確保得到 鏈的線速度為 V=1.6m/s。為了達到這一目的，設計的鏈輪傳動比應為 1： 1，即兩鏈輪的直徑應當相等。由前面的計算已經得出鏈輪的直徑 r=62mm。 4.2.2 鏈輪的設 計 （ 1）選擇鏈輪的齒數 由已知得鏈輪的傳動速度為 1.3m/s，傳動比為 1。通過查表 所以取 2521 ZZ (2) 初定傳動中心距 a 根據公式 5 0 )p30(0 a 初取 p400 a (3) 確定鏈長 pL 2120210 )2(22 ZZapZZpaL p 04012580 105 節 (4) 確定鏈條節距 p plzA KKK pK0p 105.134.1 5.17.1 kw8.1 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 23 - 由表查得 34.1zK ；由圖按小鏈輪轉速估計，鏈工作在功率曲線凸峰左側，可能出現鏈板疲勞破壞。由表查得 05.1lK ；選單列鏈，由表查得 1pK 根據 0p 于 1n ，由圖選用鏈號為 10A，并且也證實了原估計鏈工作在額定功率曲線凸峰左側是正確的。 由表查得鏈節距 p 為 15.875mm。 (5) 驗算鏈速 V 100060 1 Z p nV 60000 5.201875.1525 33.1 與原假設相符。 (6) 計算實際中心距 )2(8)2()2(4 21222121 ZZZZLZZLpa pp )25105()25105(4875.15 2 mm2.635)8080(97.3 (7) 作用在軸上的壓力 Q FQ 3.1 圓周力 v pF 1 0 0 0 N1 1 2 833.1 5.11 0 0 0 故： NQ 4.146611283.1 (8) 潤滑方式 根據 v 和 p ，選擇滴油潤滑。 4.3 鏈輪材料的選擇 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 24 - 鏈輪的材料應當能夠滿足強度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩傳動中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時，采用中碳鋼淬火處理，其硬度 40HRC 45HRC；高速、重 載、連續工作時的傳動，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火（如用 15、 20Cr、12CrNi3 等鋼淬硬至 55HRC 60HRC）或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。 本多功能塊莖挖掘機為中速、中載，所以采用中碳鋼淬火處理，其硬度 應該 40HRC 45HRC。 4.4 鏈輪機構的尺寸計算 該鏈輪為滾子鏈輪。 (1)分度圓直徑 mmzpd 127180s in (2) 齒頂 圓 直徑 mmzpd a 1 3 5)94.754.0(8 7 5.15)1 8 0c o t54.0( (3 )齒根 圓 直徑 1 1 716.101 2 7 rf ddd (4) 最大齒根距離 mmdzdL rx 6.11616.10752.12390c o s (5) 齒側凸緣直徑 mmhzpd g8.11576.004.1180c o s 所以取 mmdg 87 鏈輪結構如圖 6： 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 25 - 圖 6 鏈輪 Fig.6 Chain wheel 5 聯軸器的選擇及其軸的設計 5.1 聯軸器的選擇 該多功能塊莖挖掘機的設計寬度為 712mm。兩側的機架壁厚度各位 10mm。所以整個機架的內部空間為 692mm。所選的減速器的輸出軸的外伸長度為 110mm。為了使機器能夠運轉，必須將 V 帶輪放在整個機架的外面，因為減速器外伸軸長度不夠，所以必須選擇一個聯軸器。 通過查減速器的參數表，可知其輸出軸的直徑為 48mm,所以選擇聯軸器時其孔徑也應當為 48mm。通過查閱手冊 21-25，可以選擇 HL4 型聯軸器。其長度為 112mm。 5.2 聯軸器上軸的設計 聯軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯軸器相連接的。其設計過程如下： （ 1） 軸 4 部分：此部分軸是裝聯軸器的。聯軸器的長度為 112mm。所以在設計時可以把該部分長度設計為 110mm。 （ 2） 軸 3 部分此部分上裝滾動軸承。因為機架內壁到機架中心線的距離為346mm，減速器中線到輸出軸端的距離為 214mm，聯軸器長 112mm。所以聯軸器到機架內壁的長度為 346-214-112=20mm。所選的軸承為角接觸球軸承。其寬度為 24.75mm。所以設計時該軸段長度為 42mm。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 26 - （ 3） 軸 2 部分：該 部分裝同時有軸承端蓋。為了讓 V帶輪輸出機架為 20mm，所以該段長度可設計為 44mm。 （ 4） 軸 1部分：該部分上裝 V帶輪， V帶輪寬為 65mm，所以設計該段長為 63mm。 其結構如圖 7： 圖 7 聯軸器上的軸 Fig.7 The shaft of coupling 6 鏈輪軸的設計和校核 6.1 鏈輪軸的設計 鏈輪軸的作用是將大帶輪上的動力傳送到兩個主動鏈輪上，從而帶動分離輸送器運動，進而達到分離輸送的目的。 該軸的設計步驟如下： （ 1） 軸 2 和軸 4 部分：這兩部分都是裝鏈輪的。因為鏈輪 的厚度為 75mm，所以設計該部分軸長度為 70mm。 （ 2） 軸 1 和軸 5 部分：這兩部分都是裝軸承的，所選軸承為角接觸球軸承，其寬度為 24.75mm。設計兩輪側面距機架內壁距離為 20mm，所以設計該部分軸長為 50mm。 （ 3） 軸 6 部分：該部分上裝軸承端蓋，設計其長度為 33mm。 （ 4） 軸 7 部分：該部分上裝大帶輪，所以其設計長度也為 70mm。 （ 5） 軸 3 部分：該部分通過計算可得其長度為 488mm。 其結構如圖 8： 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 27 - 圖 8 鏈輪軸 Fig.8 The shaft of chain wheel 6.2 鏈輪軸的校核 先作出軸的受力計算，取集中載荷作用于帶輪、鏈輪和軸承中點。 (1)帶輪上作用力的大小 壓軸力 NFP 1974 則 NFR PEH 9.1 5 453923071 9 74c o s NFR PEV 5.12273922431974s in (2) 鏈輪上作用力的大小 壓軸力 NQ 4.1466 則 NQRR CHBH 4.11483923074.1466c os NQRR CVBV 9093922434.1466s in 求垂直面上軸承的支反力 NRRRR BVCVEVDV 8.575665 60600801 NR AV 3.1 1 5 65.1 2 2 78.5752909 (3)求水平面上軸承的支反力 NRRRR BHCHEHDH 8.3001665 60600801 NR AH 8.8408.3 0 0 19.1 5 4 524.1 1 4 8 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 28 - 截面 D 處垂直面，水平面合成彎矩 mmNM D 522 1068.24.210242166940 7.抖動輪的設計 7.1 抖動輪的作用 抖動輪實際上是一個橢圓結構。在軸的轉動下運轉對環形鏈帶產生上下抖動，最終達到稀松土壤，分離塊莖于土壤的目的。 7.2 抖動輪的結構 本次設計中抖動輪為一橢圓結構，其長軸為 375mm, 短軸為 305mm, 抖動輪工作時由軸帶動 , 使之做軌跡運動。 7.3 抖動輪運轉速度說明 由于抖動輪的作用是對鏈帶上的土壤進行疏松，所以其抖動速度應該與鏈帶運轉的速度相匹配。由于鏈速 v=1.33m/s,經過計算及經驗可以得出抖動輪的抖動頻率應該為1.1S/次。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 29 - 圖 9 抖動輪 Fig.9 dithering-wheel 8.軸承座的設計及說明 8.1 軸承座的作用 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 30 - 軸承座是用來支撐軸承的，固定軸承的外圈，僅僅讓內圈轉動，外圈保持不動，始終與傳動的方向保持一致（比如電機運轉方向），并且保持平衡 。 8.2 軸承座的設計 本次軸承座的設計圖 10 如下所示： 圖 10 軸承座 Fig.10 bearing pedestal 8.3 軸承座安裝時需要注意的問題 當向軸上安裝一對軸承時，設計一種因為溫升而引起的線性膨脹和在裝配期間造成的安裝誤差的結構是必要的，因此，在安裝的時候 要將其中的一套軸承用于支承軸向和徑向載荷。固定內圈和外圈于軸上和軸承座中，沒有套圈可軸向移動 ， 安裝另外一套軸承使其可以 像 支承徑向 載荷能力的 “游動 ”端進口軸承 一樣 軸向移動。 8.4 軸承座的養護問題 軸承座損壞以后可以采取一些簡單的措施進行修復，例如 ；1.表面處理，將需要修復軸承座表面除油污，除掉潮氣； 2，調制修復材料，定期維護； 3，涂抹材料將材料均勻的涂在修復表面； 4，等待材料凝固，可以適當的加熱材料表面使其迅速固化。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 31 - 以此可以更大的節省成本，提高效率。 9.端蓋的設計說明 9.1 端蓋的作用說明 軸承端蓋的主要作用不是支撐，它的主要作用有兩個：第一點是軸承外圈的軸向的定位；第二個作用是防塵土，密封作用，其自身起到防塵和密封作 用以外，還可以與密封件配合達到密封作用，更好的保護軸承。 9.2 端蓋的設計 本次設計中端蓋的材料為 HT200，設計圖如圖 11 所示： 圖 11 端蓋圖 Fig.11 end housing 9.3 軸承端蓋的安裝說明 主軸承的兩個軸承端蓋應該將滾動軸承的外圈壓緊，以 保證主軸軸向定位，而另一側軸承座的兩個軸承端蓋不能壓住軸承外圈，為了保障主軸在溫升時軸向伸縮而不被卡死，每一側至少應該留有 2mm的間隙。端蓋和軸承外圈的間距可以利用加減墊片的方法以調整，軸承端蓋上的密封圈在安裝時切口向上，以免漏油。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 32 - 10.分離輸送器的設計 10.1 分離輸送器的機構及工作過程 （ 1） 機構形式的確定 桿條式分離輸送器是一種分離器，其上以等距平行地配置桿條，由撓性元件相連。機構簡單，帶面傾斜 30 時也能工作，因此是一種應用比較廣泛的分離工作部件。但 是此類分離輸送器因工作面種類的不同而不同，而工作面是由許多桿組成連續移動的一個柵，工作面的種類對移動土壤的壓碎程度和過篩強度起著決定作用，同時還影響到分離輸送器的耐用性。在馬鈴薯、塊根等作物的挖掘機上，常見的分離輸送器有鉤桿式、鏈桿式和帶桿式等。其中鉤桿式和鏈桿式的制造工藝比較簡單，成本較低，而且其鏈桿于土壤的接觸面積較小，過篩強度最大，分離效果明顯。 所以 ，從零件的購買方便，裝卸簡單等因素考慮，本機器的分離輸送器采用鏈桿式分離輸送器來完成分離輸送的目的。 鏈桿式分離輸送器是由 圓 桿組成，桿的兩端焊接在鏈條上 。形成具有篩選塊莖而分離土壤的柵。鏈桿式分離輸送器通過固定在主動軸上和從動軸上的鏈輪來帶動，桿條形成一條環形的鏈帶。 (2) 分離輸送器的工作過程 鏈桿式分離輸送器是一種分離器兼輸送器，其工作過程是，當被掘起的土壤、塊莖等向上輸送時，在輸送鏈的作用下，土壤被疏松，土壤通過桿之間的間隙篩出來，塊莖則被輸送器輸送到機器的尾部，從而將塊莖重新放回地表。達到挖掘塊莖的目的。 作業時，位于前部的挖掘鏟進入土層內將塊莖整個掘起，掘起的土塊在挖掘鏟的作用下發生劈裂破碎，然后輸送到分離輸送器上。分離輸送器桿條在向后運動的同 時，還受到抖動器的作用而上下抖動，使大部分土壤變松并落回地里。塊莖則被輸送器運送到機器的尾部。 其結構圖如圖 12 所示： 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 33 - 1、主動輪 2、分離輸送器 3、抖動輪 4、從動輪 圖 12分離輸送器圖 Fig.12 Separation conveyor 10.2 桿條參數的確定 在歐洲的許多國家里，桿間距離通常為 25-28mm。而在美國，甚至為 40-48mm。亞洲的日、韓等國為 30-40mm。這個間隙主要于塊莖作物的品種和塊莖的尺寸由很大關系。在波蘭，一個塊莖的平均重量大約為 60-80g，而美國可以達到 200g 左右。 一般情況下塊莖作物的塊莖為扁圓、橢圓、圓、長筒等形狀，為了研究方便可以統一采用長、寬、厚三個特征尺寸來描述塊莖的物理機械特性，其中厚度尺寸是關鍵的一個尺寸。 分離輸送器的桿條間隙如圖 13，從圖中可以看出下面的關系： L = L1 + D 式中： L - 桿間隙 L1 -桿條間隙 桿直徑；D 要使分離輸送器達到篩分土壤，保留塊莖的目的，桿條間隙的設計應滿足 1L c的條件，即保證塊莖最小特征尺寸大于桿條間隙，從而使塊莖不至于在桿條間隙間隨土壤一起漏下。根據資料和實際的測量，我國塊莖的厚度尺寸大多在 30-80mm之間，因此若取桿間距 L 為 55mm，桿條直徑為 10mm，代入式中，可得桿條的間隙為 45mm。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 34 - 其結構如圖 13： 圖 13桿條間 隙 圖 Fig.13 Article intermittent 10.3 分離輸送器線速度的確定 多功能塊莖挖掘機抖動分離輸送器的 線速度和抖動器的性能是影響分離率和塊莖損傷率的主要因素。而抖動器的抖動和拋起性能，除了受其本身的幾何形狀影響外，主要取決于其速度。也就是說，線速度是分離輸送器設計的主要參數。通過對分離輸送器和抖動器的運動學和動力學分析，來闡述分離輸送器與抖動器的運動學關系，并分析抖動器的抖動和拋起性能，為分離輸送器線速度的確定提供理論依據。 在選定輸送器的線速度時，必須考慮它的類型、長度、運動特性（加速度）及由這些因素造成的塊莖的損傷問題。輸送器的壽命、尺寸及機器的重量都與它的速度有關。分離輸送器的線速度和作用在其上的加速 度越高，它的尺寸就可以越小，但它對塊莖的損傷也就會越大，耐用性會降低。輸送器的長度關系到塊莖分離和整機的尺寸，因此它必須適當。 分離輸送器在工作時，其線速度應略大于機器的前進速度，以保證掘起物往后傳送的正常進行。試驗表明：當線速度高于 2m/s，土壤含水量大于等于 20%時，分離能力下降。若機器的前進速度為 pV ，分離傳送器的線速度為 rV ，則有： 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 35 - prVV ， 的取值一般為 0.8 2.5 機器工作時的速度為 1.2m/s，分離輸送器的速度為 1.3/s，所以算出的 為 1.08。在0.8 到 2.5 的范圍之內，所以該參數的確定符合要求。 11. 挖掘鏟的設計 11.1 挖掘鏟的構成 挖掘鏟由獨立鏟片、鏟片固定板和角度調節機構組成。鏟尖角度設計為鈍角，這樣可以減小鏟前的入土深度，從而降低無效挖掘深度的動力消耗。挖掘鏟鏟尖的形狀采用“ w”型，前進阻力較小，入土性能 比較 好。 11.2 挖掘鏟的設計 挖掘鏟的鏟片 是多片鏟的變形，鏟片與鏟片之間留有間隙，這 樣就 帶來很多優點。 （ 1）一方面是減少鏟尖與土壤的接觸面積，達到減少阻力的目的。 （ 2）另一方面是減輕了機器前部的重量 。 多片鏟在工作時發生局部磨損時，更換方便維修成本低。一般塊莖在土壤中的最大 分布寬度為 400mm，塊莖分布的深度一般為在地表 以下 120-200mm之間。 為了保證鏟刃的自動清理功能，鏟刃的傾斜角度 可由受力確定，使土壤在鏟刃上的滑切力能克服摩擦力，即： Fp )90s in ( 式中： p 為作用于鏟刃上的阻力。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 36 - np 為鏟刃上的正壓力。 rp 為鏟刃上的滑切力。 F 為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且 tannPF ， 為摩擦角。 )90co s ( PP n 代入得： 90 一般土壤對鋼的摩擦角為 355.26 ，取 30 ，所以 60 。 若鏟片數量為 5 個，單個鏟片寬度為 100mm，長度為 250mm，鏟刃傾斜角度60 ，鏟面傾角為 15 ，鏟間間隙為 25mm。 其結構如圖 14： 圖 14 挖掘鏟 Fig.14 Digging Shovel 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 37 - 12. 地輪和機架的設計 12.1 地輪的設計 地輪的作用主要是在機器行走過程中的平衡支撐作用。為了克服挖掘機收獲時挖掘鏟前部較大的阻力，設計的地輪應當有較好的通過性，且能夠保證在凹凸不平的地表情況下準確控制挖掘深度。地輪材料可以選擇鑄鐵，結構采用腹板式。 地輪結構圖如圖 15 所示： 圖 15 地輪 Fig.15 Land wheel 12.2 機架部分的設計 挖掘機組的入土性能、挖掘深度穩定性能、機組牽引性能、運輸通過性能及對地表的適應性能等主要工作性能都收多功能塊莖挖掘機懸掛裝置的影響。本設計采用三點懸掛式機構，由拖拉機后置三點懸掛和挖掘機懸掛架機構成一個空間機構，它可以看作在縱垂直面和水平面的四個四連桿機構。這兩個四連桿機構具有各自的瞬心，挖掘工作時，在各種作用力及相對瞬心的力矩作用下，將產生繞這兩個瞬心的轉動趨勢轉動，以保持平衡。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 38 - 其結構如圖 16： 圖 16 機架 Fig.16 Rack 13. 結論 本次設計的機器性能 基本 滿足要求，能較好的與農村現有動力配套使用，能較好的把握挖掘機收獲過程中的要求。 通過本次畢業設計，我對產品的設計過程有了一個系統的認識，掌握了基本的設計過程，真正地將所學的理論知識與實踐結合起來，提高了獨立思考解決問題的能力。由于所掌握的知識的限制和經驗的不足，在設計的過程當中，難免有不妥之處。在今后的學習工作中我會繼續努力，彌補自己在專業知識上的缺欠。 另外，我的導師王黎明老師對設計思路比較 認同，這使我產生了無窮的動力，在設計過程中，每周要見導師一次，這樣可以隨時將不懂得問題向王老師請教，王老師總是耐心的講解，這讓我收益頗豐，很是感動。我在北京實習期間，王老師還是不斷地督促我不要忘記畢業設計的進度，這讓我不斷提醒自己，除了每天的實習工作，還要保持進度，因此，在那段時間里，我不僅沒有掉隊，而且很好地把握住了畢業設計的進度，這在無形中也是得益于王老師。 在實習時，公司領導就曾經叮囑我們應屆生一定要好好的做畢業設計，因為畢業設計是我們在大學期間最后的也是最有意義的一次大作業，既可以對大學所學知識進行 一個系統的測評，又為以后的職業生涯做一個堅實的鋪墊。從中可以看出一個學生的負責態度，對待事情的細致程度，對待知識的尊重程度，是衡量對待以后的工作態度的重要標準。 此次設計，我認為最重要的 事情 就是 讓 我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態度端正；要善于學習，時刻學習；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創新精神。 重慶理工大學畢業論文 馬鈴薯挖掘機的設計 - 39 - 14.本次設計外購件清單 ： 序號 名稱 數量 材料 價格 生產廠家 1 內六角圓柱頭螺釘 M10X16 2 45 號鋼 1.0 元 /個 寧波日升緊固件有限公司 2 B型螺栓緊固軸端擋圈 2 Q235 1.5 元 /個 揚州貝氏彈簧制造有限公司 3 聯軸器 HL4 型 1 35 鋼 580 元 /套 鎮江德瑞機械有限公司 4 ZDZ100 型圓柱齒輪減速器 1 HT200 、Q235 、 45鋼 2800 元 /套 上海慧豐傳動機械有限公司 5 升運鏈 1 Q235 68 元 /條 新泰市宏遠工業設備有限公司 6 GB1152-89直通式壓注油杯 7 塑料 0.3 元 /個 寧波市 鄞州 高橋新信機械電器廠 7 GB891-86 軸端擋圈 7 Q235 0.7 元 /個 瑞安市速盛汽車配件有限公司 8 軸套 5 45 鋼 0.3 元 /個 重慶凱思孚軸承 有限公司 10 圓 錐 滾 子 軸 承3000