1、 13 届毕业设计棉秆收获机设计说明书学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 13-1 指导教师 日 期 2013.05 塔里木大学机械电气化工程学院制前言棉花是我国的重要经济作物，目前，全国棉花种植面积 600 万 hm2,每年棉秆产量约为 3000万 t。按 1t 棉秆相当于 0.4 m ，林木用于制造纸浆量计算，若能全部利用，每年可节省林木资源12 万 m3，如此大的可再生资源如果实现循环综合利用，将产生巨大的经济效益。发展棉花秸秆机械化收获技术，对实现农业剩余物综合利用，发展绿色农业意义重大。对棉秆收获机械化的要求虽然十分迫切，但由于棉秆主
2、干粗细不一，枝杈多，长势特殊等原因，收获技术和收获机械仍不完善。近年来，随着社会和科技的发展，棉秆已被广泛应用于能源、造纸及生物基材料等领域，尤其是棉秆木质成分含量高，可作为优质的可再生资源原料，棉秆收获技术与装备的研究备受关注。因此，对棉秆收获过程的机理和特性进行探讨，提高棉秆收获效率成为了一个重要的课题。近几年已有多种机型问世。关键词：棉秆收获机；棉秆加持提拔；棉根铲切；张紧装置；地轮传动全套图纸，加153893706目录1 绪论 .12 起拔机构的设计要求 .22.1 功能设计 .22.2 适应性要求 .23 棉秆收获机的基本结构及工作过程 .23.1 基本结构 .23.2 起拔原理 4
3、3.3 工作过程 .44 起拔输送机构结构设计及工作原理 .54.1 铲刀的设计 .54.2 棉秆夹持输送装置的设计 .54.3 铺禾器的设计 .65 棉秆收获机的传动机构的设计 .65.1 传动原理 .65.2 棉杆夹持起拔输送运动分析 86 齿轮传动的设计 .96.1 大锥齿和小锥齿 96.2.齿数选择 107 轴 II 的设计计算及校核 117.1 轴的设计 117.2 轴的校核 11总 结 14致 谢 15参考文献 16塔里木大学毕业设计11 绪论在六七十年代中期，我国就开始了对棉秆收获机械的研制。到七十年代末，八十年代初，家庭联产承包责任制的推行，棉花产量剧增，引发棉秆收获机械研制热
4、，如中国农机院，山东、山西、河北、河南以及湖北等省农机研发部门曾对棉秆收获机进行过研制，但由于种种原因都未能定型生产和推广使用。九十年代初，随着棉花价格的提升与棉麦轮种技术的发展，棉花种植面积扩大，棉秆收获机械迫切需要，中国农机院成立了专业课题组，山东省多个市区也相继对棉秆收获机械进行了研制。近年来，随着社会和科技的发展，棉秆已被广泛应用于能源、造纸以及生物基等领域，尤其是棉秆木质成分含量高，可作为优质的可再生能源原料，棉秆收获技术与装备的研究备受关注。总结多年来我国研制出的各类机型，归纳起来有三种：铲切式、提拔式和联合作业式。（1）铲切式主要是二行铲切式棉秆收获机。这类机械的收获部件，一般设
5、计成“人”字形的大锄铲，作业时，悬挂在拖拉机前面，拖拉机高速行驶，而人字形铲入土一定深度穿行，利用拖拉机向前行进的力量切断棉根，并使棉秆向上抬起，自然堆放至地面。这类棉秆收获机械结构简单、制造和使用方便，但是效率低、残留棉根较多、铺放不整齐。主要与小型拖拉机配套使用，由于各地种植农艺的差异，加之缺乏机械化标准种植，这种对行的小型棉秆收获机始终没有得到推广。（2）提拔式提拔式棉秆收获机是用起拔机构把棉秆从土壤中提拔出来，按起拔器的形状和结构又分为辊式、夹式和链杆式三种。这种机型主要是各地农机研发单位根据本地域条件和棉花生长特点进行初步试制的机型，均没有得到广泛应用，未能形成产品在市场上推广。目前
6、，该类机型中最具代表性的是4MJ-2型盘式棉花秸秆收获机，作业时，由拖拉机前进推动机具前移，地轮传动带动拔盘转动，前进中拔盘遇到棉花秸秆将拔起，并将秸秆拨向后方，待集成后置于田间。（3）联合收获式综合国内外技术基础，结合青饲料收获机和联合收割技术，中国农业机械化科学研究院组织力量开发了切割式联合收获机械，一次完成棉秆的切割、切碎和集装作业克服了种植行距的限制，解决了密植、细杆和西部内陆土冻结后棉秆收获难题，成为了以棉秆为燃料的为燃料的生物质秸秆直燃发电厂的主要燃料设备。由于受到割刀工作原理、地表平整程度的限制，特别是垄作时做到低茬收割有一定难度，根茬仍留在地里，没有从根本上解决。为了满足我国长
7、江，黄河流域棉花主产区棉秆粗壮、高大，通常采用拔取后收获的分段作业方式，中国农机院又开发了棉秆捡拾联合收获机，集棉秆自动捡拾、喂入、输送、切碎、抛送、装箱、卸料一体化，该机重点突破了棉秆类冠状植株强制抓取、连续喂入技术，实现了棉秆分段高效联合收获作业。美国、印度乌兹别克斯坦、澳大利亚以及俄罗斯等国是国外主要的棉花生产和贸易大国。其棉秆收获设备技术主要以对行式为主，按照收获原理主要分为三种，即铲切、刨挖与拔杆。由此，形成了拖拉机牵引与悬挂式机型。在两种机型中，有些仅仅是铲、割、拔与铺条，有些是铲、割、拔与切碎结合。在切碎后有些是集中，有些是直接还田。（1）铲切式有挖掘铲深入土层中，把棉秆根切断，
8、利用旋转星轮拔取棉秆，达到杆土分离。常用机型有乌兹别克斯坦生产的KV-3.6A型和KV-4A。作业时由拖拉机牵引，一般收获四行棉秆，铺放成条。棉秆晒干后，由人工或打捆机打成捆以备后用。另外，配套有切碎装置的KI-1.2型和KI-1.8型两行棉秆挖根切碎机。作业时，先由挖根铲将棉秆根部斩断，再由拔杆辊将棉秆拔起，经刀盘切碎后，沿输送管送到集装拖车上，棉秆拔净率均接近99%。（2）刨挖式主要采用对称倾斜双圆盘刨挖，这种技术类似于开沟器的工作原理。典型代表如美国的Dave Koenig和Orthman棉秆刨挖机。Dave Koenig机型可根据需要可分别收获2、4、6和8行棉秆，对不塔里木大学毕业设
9、计2同温度棉秆适应性强。Orthman机型圆盘角度和高度可调为了减少运输幅度，拔杆机构可折叠起来。作业时，拔杆机构走动伸展，采用平行四连杆仿形，通常在拔杆机构后面安装切碎装置，实现棉花秸秆拔取与切碎还田。此种技术相对于铲切来说，动力消耗相对减少，但是一般要求对行性较强。（3）拔取式采用 倾角安装的橡胶对辊夹取。典型机型有澳大利亚的 Muti拔棉机械和美国的AMADAS棉45秆拔取切碎收获机Muti拔棉秆机可以拔取8行棉秆，直接将棉秆平铺在地上，作业速度高达22km/h。AMADAS棉秆拔取切碎收获机能够将棉秆连根拔起并切碎，作业行走速度快，即便是拔取茎杆粗壮的秸秆，也具有叫高可靠性和稳定性，且
10、设有传动安全防护措施。此种技术最大的缺点是对种植行距的标准性要求就高，对机手操作的熟练程度也要求较高。适合标准化栽植的规模种植。综上所述，铲切式棉秆收获机结构简单，制造和使用方便，但是消耗动力大，工作效率低，铺放不整齐。刨挖式可根据需要可分别收获2、4、6和8行棉秆，对不同温度棉秆适应性强。此种技术相对于铲切来说，动力消耗相对减少，但是一般要求对行性较强。提拔式主要有立式拔棉杆机和方形齿盘式拔棉秆机，都存在工作效率低，漏拔率和拔断率高，动力消耗大等缺陷。且此种技术最大的缺点是对种植行距的标准性要求就高，对机手操作的熟练程度也要求较高。2 起拔机构的设计要求2.1 功能设计针对农业生产中扎大量棉
11、秆把同于防风护苗的现状，设计一种棉秆收获机，要求对棉秆损伤小，工作可靠，结构简单。棉柴起拔机构是棉柴收获机具的核心工作部件，其性能好坏直接射击起拔功能的顺利完成。其在设计时需要考虑导向、扶起、夹持、起拔和适应性等功能要求。1.1.1 导向扶起功能棉柴在生长时由于大风等外力因素的影响，存在少量不同方向，不同程度的倒伏；由于种植原因，棉柴也不呈直线种植，存在不同程度上的偏斜和行距误差，起拔机构应能将倒伏的棉秆扶起，并导入夹持输送机构，便于进行收获。1.1.2 起拔、输送功能各棉株高、枝杈长短及根长差别很大，起拔机构应满足棉柴从进入夹持输送轨道过程中，整个根系逐步从土壤中完全拔出，且在夹持输送轨道顺
12、利穿过，不能因枝杈等因素影响出现棉秆堵塞轨道现象，保证后续棉柴的铺放收集能够有序进行。1.1.3 铺放功能棉秆起拔完毕输送至轨道末端时，起拔机构设计了拨禾装置将棉秆拨倒，使棉秆有序的铺放于地面上，便于棉农收集棉杆。2.2 适应性要求由于棉柴品种、棉柴生长环境及各棉柴自身情况等因素的影响，棉柴粗细高矮差别很大，起拔机构应适应不同茎杆直径的棉秆，对于细棉秆，起拔机构要保证棉秆能顺利拔出，不会漏拔，对于粗棉杆起拔机构要能提供足够的起拔力来完成起拔，不会拔断。3 棉秆收获机的基本结构及工作过程3.1 基本结构棉秆收获机与拖拉机间三点挂接，拖拉机的挂接装置对棉秆收获机只起牵引作用，在工作或运输时其重量均
13、由本身具有的轮子承受。棉秆收获机由机架、底板、夹持起拔输送装置、地轮传动装置，皮带张紧装置，扶禾器、铺禾器、悬挂等组成。如图3-1和3-2为棉秆收获机的基本机构图。塔里木大学毕业设计3图3-1 俯视图塔里木大学毕业设计4图3-2 左视图3.2 起拔原理该棉秆收获机的核心部件是六排输送带和夹紧装置，输送带与底板平行底板前倾与地面成一定倾斜角度布置。工作时，机构前行，棉秆被强行喂入夹持轨道，夹紧装置上的圆形小滚筒靠其一侧的压紧弹簧提供压力，两侧的夹紧装置和皮带一起将棉秆夹紧，同时，棉秆被铲刀从根部铲断并起拔，被输送带输送至轨道末端。由于输送带前倾布置所以在棉秆从土壤中拔出时，不会因为夹持点与地面高
14、度不够而影响棉秆的起拔。机构作业时，机构前行速度和皮带线速度2个参数必须保证合理的配合，才能保证棉秆的起拔效率。以棉秆垂直地面起拔为例，对以上两因素进行研究，假设机构前行速度为 ，带轮线速度为m，棉柴株距为B ，则拔苗周期 ，棉柴提拔速度为 。lmBsin1b实际工作时，根据田间棉株生长情况，确定机组前进速度，即可根据上述关系推出拔棉秆周期，棉柴提拔速度及带线速度等结构参数。表3-1 棉杆收获机主要技术参数 参数项目 数据外形尺寸（长 宽高） （mm）作业行驶速度 （m/s）m作业行数挂接方式配套动力行距（mm）铲切最大深度（mm）2431.89701三点悬挂41.68KW(56.57 马力)
15、轮式拖拉机6015表3-2 配套使用拖拉机主要技术参数 参数项目 数据塔里木大学毕业设计5外形尺寸（长 宽高） （mm）作业行驶速度 （m/s）m轴距（mm）最小离地间隙（mm）动力输出轴输出功率轮距（前轮/后轮） （mm）最大牵引力悬挂装置型式/类别45402030281042375mm450041.58KW（56.57 马力）1609/171126.4KN三点后悬挂/II 类3.3 工作过程拖拉机通过悬挂拉动棉秆收获机前进，棉秆收获机在前进的过程中地轮转动，经轴和齿轮的传动带动主动带轮转动。在工作时，随着棉秆收获机的前行，棉秆首先被棉秆收获机前部的扶禾器扶正并被挤压入夹持轨道，随着棉秆收获
16、机的前行和带的转动，棉秆在轨道中被夹持起拔，同时被输送带向后 输送至轨道末端，此时棉秆已被完全起拔并被旋转的拨禾轮拨倒铺放于地面，至此完成整个拔棉秆作业。4 起拔输送机构结构设计及工作原理4.1 铲刀的设计为了减小起拔棉秆时所需要的提拔力，在夹持轨道前部装有铲刀。棉秆收获机在跟随拖拉机前进时，首先由扶禾器将棉秆扶起聚拢并向夹持轨道挤压，棉秆在被挤压进入夹持轨道的同时，铲刀从棉秆根部将棉秆铲断，减小了棉秆对夹持轨道的拉力。铲刀铲切深度可达100mm铲刀由刀座和刀架连接，被安装在棉秆机架上。如图4-1示1.支架杆 2.锁紧螺钉 3.刀座 4.刀架 5.铲刀图4-1铲刀4.2 棉秆夹持输送装置的设计
17、棉秆夹持输送装置是起拔机构的关键部位，其性能的好坏直接决定棉秆的起拔效果，棉秆粗细高矮不均，起拔力大小不同，所以加持输送装置应满足不同体征参数的棉秆进行起拔，且起拔过程中可根据需要自动调整夹持力的大小。夹持输送装置应完成棉秆的起拔、输送两环节，并使其协调进行，夹持输送装置应将棉秆完全拔出，减少漏拔和拔断率。4.2.1 方案选择通过对起拔机构的分析，V带夹持式起拔机构工作性能可满足工作要求，工作可靠且稳定性，适应性较强，所以本起拔机构起拔方案带夹式。如图所示为夹持输送装置。在V带的内测安装张紧装置，其作用是防止V带夹持棉柴时由于其韧性致使棉秆夹持不住。如4-2图所示为棉杆夹持输送装置，其由传动轴
18、，带轮，滚筒，张紧板，底板压，缩弹簧，带轮轴，扶禾器等组成。塔里木大学毕业设计61.传动轴 2.拨禾器 3.底板 4.带轮 5.滚筒 6.V带 7.张紧装置 8.弹簧 9.带轮轴 10.扶禾器图4-2夹持输送装置4.2.2 夹持输送过程张紧装置采用螺栓联接紧固安装在左右两底板上，且张紧滚筒与V带内侧接触。工作时，棉秆与V带接触，挤压V带，使V带有较小的移动，V移动时挤压张紧筒，进而使张紧板移动挤压弹簧，弹簧受压产生反作用力，作用与棉秆，形成夹持拔起拔力。由于导向柱可以在套筒内自由伸缩，所以该结构解决了不同直径棉秆夹持问题，且棉秆直径越大，夹持力越大。夹持预紧力可以通过调整螺杆上的螺母进行调整。
19、4.3 铺禾器的设计为使棉农便于收集棉秆，在棉秆收获机的末端设计有铺禾器，铺禾器与带轮轴连接，随带轮轴一起转动，当棉秆输送至棉秆收获机的末端时，铺禾器对棉秆上部有力的作用，使棉秆有序的铺放于地面。如图4-3所示。图4-3拨禾器5 棉秆收获机的传动机构的设计5.1 传动原理为使棉杆收获机能够顺利的将棉杆挤压入棉杆收获机并顺利起拔而不被拔断，初步选定拖拉机前进速度为0.5m/s。如图5-1所示为传动原理。塔里木大学毕业设计7图5-1传动部分5.1.1 总传动比此处已删除（6-11）214.0.95=14.ff顶锥角： 176+7aa塔里木大学毕业设计8（6-12）214.0+79=.83aa7 轴
20、 II 的设计计算及校核7.1 轴的设计图 7-1 带轮轴140,dl25393,l406d7.1.1 轴的材料选取由于轴 2 上有齿轮，且转矩较大，故轴 2 的材料为 45 号钢，调制处理，HBS 为217255MPa，取 210MPa。7.1.2 轴最小直径计算根据机械设计课程设计指导书有(7-1)23pAmd式中： 主动滚筒最小直径（ ）dA查表可知传递的功率（ ）pkW轴的转速（ ）nr/in由前面计算可知 ， ，将数据带入式（6-1）得：23.7PI296r/min轴（7-2）332.7K0r/idAn整圆后取轴的最小直径为 30mm。7.2 轴的校核由前面计算可知转矩 ，2493.
21、NmT齿轮圆周力 ：塔里木大学毕业设计9（7-3 ）211493.10986.10= 2936.04N(5)4(5.)ttmRTFd齿轮径向力 ：（7-4 ）tancos=2.tan2cosr齿轮轴向力： （7-5 ）ti936.t0i40.3NooaF齿 2 的分度圆直径为 280md齿轴承 2 到齿 2 的距离为 ，固定轴承到齿轮的距离为l 51ml垂直面上的支承反力为：（7-7）221 8091034.2N9.439ravdFl齿（7-8）22 1.-0.0ravl齿水平面上的支承反力:：(7-9)12936.4NHtF垂直面的弯矩：（7-10 ）2-0.1m-1.0avMl（ ）(7-
22、11)194339F水平面的弯矩：(7-12)1260.N56.0aHl(7-13)2931m293M合成弯矩：(7-14) 1256.0.-01.23NmaHav（7-15 ） 9.23.9.5轴传递的转矩：（7-16 ）236.048Nm4tdTF齿塔里木大学毕业设计10危险截面的当量弯矩：（7-17 ）2 2()Nm697.3eaMT危险截面处的直径：由表查出 ， 则650P160Pab（7-18 ）3148.ebd故危险截面处的直径为 48mm。塔里木大学毕业设计11总 结通过本次毕业设计，我深刻地体会到了自己在理论知识和动手能力方面的欠缺，同时也感到自己在知识的运用上也不够灵活，这也
23、说明我在学习知识的过程中存在着一些缺点，总结有以下几点：（1）在确定方案的构成中，由于自己所见实物过少，零部件的选择，定位与连接出现多次错误，方案进行了多次修改，耽误了大量时间；在装配过程中，由于设计尺寸不合理，计算不准确，增大了装配难度，进行了多次修改。（2）理论知识有很大的欠缺。（3）画图软件应用不熟练。在此次的设计过程中，CAD 和 solidworks 是两大必不可少的画图软件，但是我对这两大软件操作不太熟练，花费了大量的时间来作图。通过这次毕业设计，我从中学到了很多，总结如下：（1） 综合运用机械设计基础及其他课程的知识，使学的理论知识得到巩固，加深了对知识的理解。（2） 学习、掌握
24、一般机械设计的基本思路及设计方法。（3）对画图软件有了进一步理解，运用的更加熟练。总的来说，在这次毕业设计中，我收获很多，不要小看在课堂上学的任何一点知识，虽然暂时觉得用不上，但是在以后的日子里，总会用到；所以在以后的日子里要努力学习知识。这次在考虑问题方面也有点片面，所以在以后的生活中，要尽量全面考虑问题，以免造成不必要的麻烦。塔里木大学毕业设计12致 谢对于这次毕业设计的完成，使我将以前学到的知识又重新回顾了一遍，知道了学习的可贵与获取知识的辛勤。承蒙指导老师的耐心指导，使我顺利地完成了毕业设计。在此，深深地感谢指导老师给予了我耐心的指导和帮助，体现出了他对工作高度负责的精神，特别是马少辉
25、老师，他利用上班的休息时间赶来为我指导，同时，在周末他也会随时过来检查进度。在整个设计的过程中，他耐心的指导，才使我的设计顺利完成，同时也感谢在这几年中给予我知识的各位老师。对于这次毕业设计，由于时间仓促和自己所学软件掌握熟练程度等因素，还有许多的不足之处，不过，它至少启发了我的思维，提高了我的动手能力，通过此次设计，使我学会使用 solid works 软件，同时，使我将以前所学的书本知识又重新复习了一遍，这为我在今后的工作岗位上发挥自己的才能奠定了坚实的基础。最后，再一次衷心的感谢学校能够给予我这次机会，使我将所学理论知识与实践相结合，以及在这次设计中给予我指导的所有老师。你们传授的知识使
26、我受用一生，你们的恩情我会铭记一生。塔里木大学毕业设计13参考文献1马少辉,杨宝新,杨海.4MC-1500 型拔棉秆机的设计J.塔里木大学,2010.2黄新平.新疆地区棉花秸秆机械的现状及发展J.农机化研究,2002(4):24-28.3王吉林,路秋河.机动锯齿盘拔棉柴机器.中国专利，ZL200420059455.2P,2005-07-13.4张衍增.乌兹别克斯坦研制的棉秆挖根切碎机J.新疆农机化，1995(5,6):68-69.5催相全,马继春,荐世春,李青龙,孙绍华,陈粤晶.棉秆联合收获机的设计J.山东省农业机械科学研究所,2010.6周良墉.新型棉秆收获机集萃J.山西农机,2005(4）.7黄新平.棉秆粉碎收获机的设计J.塔里木农垦大学农业工程学院,2003(4).8颜达海,朱龙兵.一种棉秆收获机.中国专利,ZL200720033978.3P,2007-12-26.9张风元.我国棉柴收获机械的研究历史及现状J.山东农机,1996(4):4-5.10沈茂,张国忠,周勇,周明.我国棉柴机械收获技术现状综述J.农机化研究,2009(5):1-5.
