毕业设计(论文)-CS150型马铃薯挖掘机说明书.doc
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1、目次目次 1.马铃薯挖掘机概况1 1.1 国内外研究现状、水平及存在的问题 1 1.1.1 国内现状 1 1.1.2 国外现状 2 1.1.3 小型马铃薯收获机械制约因素分析 4 1.1.4. 马铃薯收获机技术方案分析.4 2.结构特点,工作原理及技术参数6 2.1 总体结构 6 2.2 工作原理7 2.3 总体参数 8 3.主要部件设计9 3.1 挖掘铲的设计 9 3.2 升运输送装置 .14 3.2.1 升运装置类型确定.14 3.2.2 升运链抖动幅值及频率确定.16 3.3 防堵弹齿拨送轮的设计.17 3.4 切土圆盘的设计.19 3.5 限深轮的设计 .19 3.6 减速装置设计.2
2、0 3.6.1.计算升运链功率.20 3.6.2.锥齿轮设计.21 3.7 链传动 1 的设计计算.22 小结.25 设计心得.26 致 谢27 参考文献.28 1 1.1.马铃薯挖掘机概况马铃薯挖掘机概况 在我国西部地区,马铃薯是农民脱贫致富和发展区域经济重要作物之一。 随着农业生产同集约化、产业化方向发展,马铃薯收获机械的需求日益增大。 因此,研制马铃薯机械收获设备,提高机收质量,对于减轻西部地区农民的劳 动强度,提高马铃薯收获效率,增加农民收入,都具有非常重要的意义。马铃 薯为地下产物, 且是块茎繁殖, 其收获方式以挖掘机为主。马铃薯收获机可以 大大提高收获效率, 降低劳动强度, 减少损
3、失, 为马铃薯生产奠定良好的基础。 1.11.1 国内外研究现状、水平及存在的问题国内外研究现状、水平及存在的问题 1.1.1 国内现状 20世纪初的中国农村, 小面积的挖掘马铃薯主要采用了手工的铁锹或锄头 的挖掘方式, 较大面积的挖掘采用了畜力牵引犁, 将薯块翻出, 由人工捡拾。 我国对马铃薯收获机械的研制虽较早, 但发展缓慢, 目前处于中小型悬挂式集 条收获机的研制推广阶段, 所研制机具的技术水平与国外相差甚远。20世纪60 年代初期, 我国有关农机部门引进了西德VR - 2、波兰RCF- 2、英国Johson、 瑞士Sam ro Jun ior和前苏联KTH- 2型马铃薯收获机, 并进行
4、了生产性能试验, 力图消化吸收国外技术, 开发同类产品。之后, 黑龙江省研制出了两种集条收 获机, 并进行了试生产。最近几年, 我国有些地区开始研制马铃薯(或其他根茎 作物)收获机, 主要是小型挖掘机, 如河北围场农机研究所研制的4VM - 1A 型、 4VM - 2A 型的马铃薯挖掘机, 黑龙江齐齐哈尔建新厂研制的4U - 2牵引式马铃 薯收获机。4U - 1型马铃薯收获机是西安圣农农业机械有限责任公司开发的新 产品, 主要适用于我国北方干旱半干旱地区种植马铃薯的农户及小型农场收获 马铃薯使用, 生产效率高, 特别是收获垄上的种植马铃薯更能显示其优越性。 4ULDX- 1500型马铃薯收获机
5、由内蒙古呼和浩特市得力新技术设备厂生产的, 配 有两种传动链轮, 使栅条输送带实现高低两种运行速度, 适宜不同土质地块上 作业; 两侧设有分薯板, 可将土豆推向侧边, 避免压损。该机具有在湿润、干 旱和多石地块实现平作、垄作作业功能。中国农业机械化科学研究院在吸收国 外先进技术的塞础上, 优化设计了两种新型马铃薯收获机: 一是背负式4UL- 1 2 型马铃薯联合收获机; 二是拖拉机后悬挂式4UW - 120型马铃薯挖掘机。该马铃 薯挖掘机与36. 8- 51. 5kW 拖拉机配套, 采用独特的弧形指状排轮机构进行土 薯分离, 解决了传统抖动链式机构故障率高、传动不平衡的致命缺陷, 工作更 可靠
6、。甘肃省农机化技术推广总站经过大量的实地调整, 结合本省的实际, 研 制适合甘肃省马铃薯种植区机械化作业的机具, 1998年试制出马铃薯种植机和 马铃薯挖掘机各1台, 根据设计要求进行了多次试验并加以改进。2001年7月, 经甘肃省科学技术委员会鉴定, 两种机型均达到国内较先进水平, 为甘肃马铃 薯生产实现机械化作业提供了实用的机型。 国内马铃薯收获机械特点: (1)小四轮拖拉机配挂牵引犁进行作业,结构简单,但收净率低,生产率低。 (2)引进国外机型,但配套动力大,适应性差,使得作业成本高,维护费用 高,因而未得到推广。 (3) 在消化引进国外机型的基础上,国内农机厂家先后开发出一些马铃薯 挖
7、掘机,主要机型:哈尔滨市大顺农机公司开发的 4SG 系列悬挂式薯类收获机, 适于马铃薯、甘薯和甜菜的收获。该机悬挂在小四轮拖拉机后面,能一次完成 薯块的挖掘、升运, 并与土壤分离 3 道工序,薯块收净率高,损伤和丢失少。 机器性能较稳定,挖掘深度和宽度可调整,能安装起垄、中耕和播种部件和通 用机架,实现一机多用。由内蒙古商都牧机厂研制, 获国家专利的 4V-125 型 多功能挖掘机,可一次完成马铃薯或农作物根茬与残膜的挖掘、输送、分选和 集堆等多项作业。在内蒙古农业大学与山西忻州地区农机推广站合作开发的 4SM-40、80 型马铃薯挖掘机,已通过省级鉴定,并列为内蒙古推广产品和新产 品开发项目
8、。该机吸收了国外同类产品的先进技术,可与国产拖拉机配套, 作 业性能适合我国北方地区平作种植马铃薯的农艺要求。可一次完成薯块的挖掘、 分离与铺条等项作 业,具有明薯率高和薯块破损少等优点。 1.1.2 国外现状 按工艺过程完成的程度, 马铃薯收获机械可分为: 简单挖掘机、马铃薯挖 掘机和马铃薯联合收获机。随着马铃薯栽培技术的推广和种植规模的扩大, 促 3 进了相关机械的发展, 包括马铃薯收获机械的发展。国外马铃薯机械化收获起 步早、发展快、技术水平高。20 世纪初, 欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替 手工挖掘薯块, 随后改由拖拉机牵引或悬挂。20 年代末出现了升运链式和抛掷 轮式的马铃薯挖掘机
9、。在 20 世纪 40 年代初, 前苏联、美国就开始研制、推广 应用马铃薯收获机械, 50 年代末即已实现了机械化。20 世纪 50-60 年代马铃薯 收获机械在前苏联、欧美等国开始大量的生产使用, 70 年代主要是研制大功率 自走式根块作物联合收获机械。在这些机型中, 有很多是由大功率的拖拉机变 型而成, 如荷兰在拖拉机的基础上按照甜菜联合收获机的原理制成的四行马铃 薯联合收获机, 为了加强筛选效果, 分离器有 4 个液压泵带动。前苏联生产许 多半悬挂式机型, 体积较为庞大、笨重。近年来欧美的马铃薯收获机仍然是以 大功率宽幅机组为主。20 世纪 70-80 年代, 德、英、法、意大利、瑞士、
10、波兰、 匈牙利、日本和韩国亦相继实现了马铃薯生产机械化。在国外马铃薯收获机械 中, 挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降, 而联合收获机得到了迅速发展。 像俄罗斯、德国、法国、英国、美国和日本等国马铃薯收获机械化程度较高, 收获机械性能稳定。目前, 国外一些马铃薯收获机械不但生产率高而且将高新 技术已融于农具之中, 如采用振动、液压技术进行挖掘, 采用传感技术控制喂 入量、马铃薯传运量及分级装载; 采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离 以及利用微机进行监控和操作等。美国 LENCO 公司生产的牵引式、自走式马铃 薯联合收获机械, 以功率大、挖掘幅宽长为特点, 一般作业行数为 4- 6 行,
11、可 以一次完成根茎分离、土块分离、清选等工作。这些机型只能在大面积土地上 使用, 不适合中小地块。德国格瑞莫( GR IMME )公司以生产马铃薯、甜菜机械 而著称, 生产马铃薯种植、中耕、收获及储藏机械, 其中马铃薯联合收获机技 术处于全球领先水平。其中, GT170 马铃薯挖掘机采用液压仿形轮, 实现挖掘 深度可随地面仿形。SE 150 - 6 型是牵引式马铃薯联合收获机, 整机高度 3. 7m, 同时可容纳 6 人在作业平台上工作。SF150- 60 型与 SE 150- 60 型机基本 相似, 只是在牵引方式有所不同, 该机为自走式 。有些国家和地区生产小型的 挖掘机, 如意大利生产的
12、 SP100 机型为小型垄作收获机械。在亚洲生产马铃薯 收获机的国家很少, 日本对于根菜(萝卜、山药、青芋、胡萝卜等) 机械的研究 从 20 世纪 60 年代开始, 近几年韩国、日本生产了小型挖掘机, 如韩国高山机 4 械公司生产的小型单行和双行马铃薯、地瓜挖掘机。国外欧美的马铃薯挖掘已 经全面实现了机械化,实现了机电一体化, 并把液压技术应用于机械中以减小机 械的震动和噪音, 生产率和作业的稳定性大大的提高, 在很大程度上减少了人 工劳作程度。 1.1.3 小型马铃薯收获机械制约因素分析 (1)受种植行距的制约。由于种植行距和拖拉机轮距、收获机挖掘铲间距 (宽度尺寸) 不适应,往往造成压碎薯
13、块、挤伤薯皮和铲切薯块的现象,直接影响 着收获质量。目前马铃薯种植行距变化在34cm 范围内,影响了马铃薯收获机的 推广和使用。 (2) 受种植习惯和土壤比阻变化影响。由于气候、土质和种植习惯等原因, 在种植方式上有垄作、平作,在作物定植上行距、株距不一。不但机型需要多样 化,以适应不同种植形式,而且在使用中存在机组进地行走难对垄作业难等问题, 影响作业质量和效率。我国拖拉机轮距多为1m ,而为保证亩定植株数确定的宽 垄行距最大为0. 75m ,致使拖拉机在收获作业时不能正常在垄沟内行走。 (3)马铃薯播种与收获机械的配套问题。马铃薯播种与收获机械配套是保证 马铃薯收获机械作业和发展的首要条件
14、。但目前马铃薯播种机的发展滞后,主要 采用犁翻人工点播,既保证不了行距,也很难控制播深,给马铃薯机械收获造成了 困难。因此,推广普及机械播种是发展马铃薯收获机械的基础。 (4) 收获机自身的问题。从近几年试验情况来看,马铃薯机械收获主要存 在三个方面的问题。一是可靠性差。表现为故障较多,工艺辅助时间长,作业效 率低,达不到设计要求。二是适应性差。表现为适应沙土条件的适应不了壤土; 在茎叶枯黄时能正常作业,在茎叶青绿时则出现壅土、缠秧而不能正常作业。三 是动力储备不足。在挖掘深度增加和土壤比阻大的地块作业,明显表现出动力不 足,难以满足薯块挖掘和分离的动力需要。 1.1.4.1.1.4. 马铃薯
15、收获机技术马铃薯收获机技术方案分析方案分析 要使所设计的机具适应配套的动力,有两种方案可以解决,一是减少机具本 身阻力,二是另加动力,弥补动力不足。 5 (1) 减少机具阻力的几种办法 在挖掘铲上做文章。挖掘铲是马铃薯收获机械的重要部件,其几何形状、 尺寸及安装角度对机具阻力影响很大。各种参数的确定原则应该是在满足性能 要求的前提下尽量减少与土壤摩擦,并顺利输送土壤。挖掘铲宽度太小容易产生 漏挖,宽度过大因土垡增多阻力加大,适中宽度应在40cm 左右。由于薯块分布于 植株周围土中,需要挖掘的沟底应保持一定宽度,要求挖掘铲的形状呈“山”形, 而不是“V”形。“山”形铲底部处于深度土壤中,与土壤摩
16、擦面积大,阻力也大。 减少“山”形铲与深度土壤的接触部分,就可减少机具阻力,可采取多铲组合,中 间留空隙的方法解决。 减小分离装置动力输出传动部分功率消耗。一般在上述挖掘铲结构形式 下,分离装置所消耗动力占输出总功率的10 %以上,简化分离机构,不仅大大降低 制造成本,还可以确保机组正常运行。可以说,在现有小功率配套动力情况下,结 构越简单的机具,可能使用越可靠、越实用。实际应用中可以考虑采用机具地轮 传动,以部分代替拖拉机动力输出传动。 改变土垡运动方式,考虑土垡多股分离机构。现有的挖掘作业采用铲推的 方式。当土垡流动顺利时,能正常作业。但当土垡量加大时,阻力骤增,不能作业。 特别是对垄作,
17、因其培土多,铲运的土量大,经常容易发生上述现象。为减少堵塞,对 满足垄作的挖掘机可以增加一个防堵拨动装置。这样需要在挖掘铲和多股分离 机构上创新。 (2) 分离部件的设计:收获机的分离部件在工作时承受的负荷很大,一般要 求分离掉的土壤达60%以上,并要求其工作可靠,对署块的损伤小,分离的同时 把剩余部分向后输送,以便进一步清选和分离。设计时还应保证机器机构紧凑、 重量轻、分离能力强的特点。 6 2.2.结构特点,工作原理及技术参数结构特点,工作原理及技术参数 2.12.1 总体结构总体结构 本设计任务的马铃薯挖掘机是与 40 马力左右拖拉机配套使用作业的。悬挂 方式为后三点式悬挂,作业时需对行
18、。该机主要有悬挂机架,变速装置,挖掘 铲,铲架切土圆盘刀,u 型弹性拨齿防堵轮,传动输送筛等机构组成。在机架 上焊有二个悬挂的地方,与拖拉机悬挂机构相连接。铲架通过螺栓连接在机架 侧板上,在铲架上装有挖掘铲。在机架中部装有变速箱,变速箱有二个动力输 出,分别连接在输送筛和防堵轮上。传动机构通过万象联轴节有拖拉机后输出 轴相连。 。在工作时,首先由切土圆盘刀将收获的马铃薯根秧及其两端的土垡及 草蔓切开, 挖掘铲把土垡及其马铃薯块挖起, 土垡及其薯块在防堵拨送轮的拨 送下,上升至带杆式升运链上面,在拨送轮拨送的同时拨送轮又将土垡打碎, 在带杆式升运链上由于它杆间间隔,而且加上在其中间的偏心支撑轮在
19、边升运 边抖动的将薯块与泥泥土分离, 并将分离出的薯块铺放在机器后侧。如图 2-1. 图 2-1 7 2.22.2 工作原理工作原理 拖拉机通过悬挂机构牵引马铃薯挖掘机前进,拖拉机的后动力输出轴与马铃薯挖 掘机变速箱的动力输入轴相连接。在拖拉机启动后,结合动力输出轴使其转动并 通过传送机构传送动力,使防堵轮,转动筛转动,在拖拉机前进的过程中,挖掘 铲挖起土垡,土垡沿挖掘铲向后输送,经过防堵轮的初步破碎到达转动筛,在转 动筛的振动筛分作用下达到马铃薯与土壤的分离的效果。并将分离出的薯块铺放 在机器后侧,方便拾取。 图 2-1 总体结构图 8 2.32.3 总体参数总体参数 总体参数及总体配套要求
20、列表如下: 表 2-1 主要性能参数主要性能参数 工作幅宽 146cm 挖掘行数2 行 挖掘深度 15 - 20cm 主轴转速 400r/min-540r/min 配套动力40 马力 作业速度 1m/s 纯小时生产率0.08hm2/h0.12hm2/h 集薯类型明薯率 95% 挖净率 98% 破损率 95%,工作可靠,对块茎的损伤小, 并在分离同时把剩余部分向后输送,输送链上加有抖动轮,抖动轮用弹性橡胶 板制成,这样既能顺利保证初级分离效果,又能保证传动装置的正常运转。 挖掘铲上的掘起物落到升运链上,土壤在升运链作用下进一步破碎,使松 碎土漏下。当物料运行到升运链中部时,抖动器上下起落,使土层
21、更加松碎, 与杆条接触的松土层在杆条间隙中落下。 15 现代薯类收获机械通常采用杆条式升运器作为主要分离部件,它具有较强 的分离性能,并在倾角达18度时仍有良好的输送能力,且结构简单,但金属用 量较大,金属链磨损较快。杆条式升运器是由杆条、皮带以及抖动轮组成,高 强度橡胶带杆式分离筛是薯类挖掘机中应用最广的分离装置。它具有较强的分 离性能,而且具有结构简单与制造方便等优点。高强度橡胶带杆式分离机构主 要由带杆、滚轮、高强度橡胶带驱动轮、等部分组成。抖动轮安装在升运器主 运动件下面,使升运器工作面在工作时产生抖动。 图3-4 带式输送链示意图 带杆式升运链制造工艺简单,抖动平稳性较好,与块茎接触
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