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重慶理工大學畢業(yè)論文 馬鈴薯挖掘機的設計
畢業(yè)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(yè) 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
目錄
摘要……………………………………………………………………………………I
Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ
關鍵詞……………………………………………………………………………4
1緒論…………………………………………………………………………………5
1.1國內塊莖挖掘機的發(fā)展狀況………………………………………………6
1.2國外多功能塊莖挖掘機的現(xiàn)狀分析………………………………………9
1.3多功能塊莖挖掘機的發(fā)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(lián)軸器的選擇及其軸的設計……………………………………………………22
5.1聯(lián)軸器的選擇……………………………………………………………23
5.2聯(lián)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
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(yǎng)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(shù)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
14本次設計外購件清單………………………………………………37
參考文獻……………………………………………………………………………38
致謝…………………………………………………………………………………40
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(shù)進行了選擇設計，主要零部件的設計進行了機構、結構優(yōu)化和理論設計計算。馬鈴薯是地下產(chǎn)物，而且是塊莖繁殖， 并且其收獲和季節(jié)、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(jié)性強且勞動強度大，從而給農(nóng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，極大地解決了勞動生產(chǎn)力。
關鍵詞：馬鈴薯；挖掘機；結構優(yōu)化；機械化；精密化
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 machine's 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
1 緒論
馬鈴薯的營養(yǎng)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(jù)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(nóng)科院副院長屈東玉博士在曾經(jīng)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(chǎn)量很高、經(jīng)濟價值巨大大的作物，應該把馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)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(jīng)濟產(chǎn)物，種植面積越來越大，而傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲方法不但費事費時，勞動強度大而且季節(jié)性強，因此給農(nóng)民造成極大的困難。馬鈴薯種植區(qū)大部分在山坡和山腰地區(qū)，農(nóng)民對馬鈴薯挖掘機器的要求已經(jīng)十分迫切，落后的人工收獲方式造成馬鈴薯凍壞和減產(chǎn)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(chǎn)，極大地減少收獲損失，為我國馬鈴薯生產(chǎn)奠定良好的基礎，根據(jù)我國馬鈴薯挖掘機械多年研制生產(chǎn)經(jīng)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(jié)、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(chǎn)工作。
馬鈴薯是我國主要經(jīng)濟作物之一。發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)，對優(yōu)化調整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構、加速脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟平衡發(fā)展具有十分重要的意義。由于馬鈴薯為地下產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)發(fā)展。為促進馬鈴薯生產(chǎn)的良好發(fā)展，解決機械化收獲問題已經(jīng)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(huán)節(jié)，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(fā)展來看這類機械作為與農(nóng)村具有的小型拖拉機相配套的過渡性機型可以予以開發(fā)、推廣。根據(jù)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，尤其是馬鈴薯的生產(chǎn)具有巨大的現(xiàn)實意義和歷史意義。
1. 國內外馬鈴薯挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 國內多功能塊莖挖掘機的現(xiàn)狀分析
近年來,國內市場上也出現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(nóng)業(yè)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(xiàn)故障嗎，因此此類機具難以滿足生產(chǎn)要求。
如今，我們國家機械工業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了農(nóng)業(yè)機械的中長期發(fā)展規(guī)劃，具體涉及到我國農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展要求及標準，明確的提出我國農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展一定要適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，向機械化、智能化、微型化、精密化發(fā)展，以更好的促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康、有序、多元化發(fā)展。
目前國內塊莖作物的機械化生產(chǎn)還有很長的路要走,不僅需要科研部門、政府部門及企業(yè)的大力科研投入,還牽涉到農(nóng)民的認識、接受和具體操作問題。
近年來，由于進口農(nóng)機具價格較高,農(nóng)民難以接受其昂貴的價格,塊莖挖掘機械還是要走國產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械的良性發(fā)展。主機利用現(xiàn)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(chǎn)出適合中國國情的機器。
國外發(fā)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(xiàn)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(nóng)民無法接受，例如，意大利產(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設備不太適應我國地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上的分析，在國內外現(xiàn)有的機械基礎上，結合我國國情和農(nóng)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(nóng)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(fā)展特點及外部環(huán)境，結合我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，有關專家預測未來多功能塊莖挖掘機的主要發(fā)展趨勢是：
（1） 開發(fā)高效、節(jié)能、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品的多功能塊莖收獲機。
（2） 通用性及安全性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標。
（3） 操作簡單，上手快，容易接受是現(xiàn)實農(nóng)業(yè)發(fā)展的導向。
（4） 大型化與小型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。
（5） 技術進步、科技創(chuàng)新和售后服務將成為企業(yè)生存的三大關鍵因素。
1.2 國外馬鈴薯挖掘機的發(fā)展現(xiàn)狀
國外塊莖挖掘機械化收獲起步比較早、發(fā)展比較快、技術水平比較高。20世記初，歐美國家就出現(xiàn)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(xiàn)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(zhàn)期間，前蘇聯(lián)、美國就開始研制、推廣應用塊莖挖掘機械，50年代末就已經(jīng)基本實現(xiàn)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(xiàn)了塊莖作物生產(chǎn)機械化。70年代主要是研制大功率根塊作物聯(lián)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(lián)合挖掘機的原理制成的雙行馬鈴薯聯(lián)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(lián)合挖掘機。 20世紀90年代，美國已基本實現(xiàn)了塊莖挖掘機械化。前蘇聯(lián)是生產(chǎn)塊莖作物挖掘機最早的國家，生產(chǎn)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(lián)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(lián)合挖掘機，90年代中期，開始生產(chǎn)自走式聯(lián)合挖掘機，其勞動生產(chǎn)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(qū)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)達國家的聯(lián)合挖掘機，并研制適合日本國情的聯(lián)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(chǎn)了一些小型馬鈴薯挖掘機，如韓國高山機械工業(yè)公司生產(chǎn)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(jīng)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(nóng)民從地下挖出生姜的勞動量。據(jù)有關材料介紹,現(xiàn)在第二代機型已經(jīng)研制成功并已經(jīng)開始投入使用,它是一種從收獲到清理到包裝的聯(lián)合作業(yè)機械，其技術已經(jīng)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(chǎn)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(fā)展中國家基本上采用挖掘犁和挖掘機進行收獲作業(yè),發(fā)達國家的塊莖作物收獲已基本實現(xiàn)了機械化聯(lián)合作業(yè)。如德國、美國的聯(lián)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(nóng)機公司、日本三A公司久保田公司等都生產(chǎn)適合小地塊作業(yè)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(xiàn)狀分析
近年來,國內市場上也出現(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(nóng)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(nóng)機具價格較高,農(nóng)民難以接受,根莖挖掘機械還是要走國產(chǎn)化道路,而且還要根據(jù)中國國情,不能盲目照搬。主機利用現(xiàn)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(yè)的大力研制及投入,還牽涉到農(nóng)民的認識和接受問題。
國外發(fā)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(xiàn)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(chǎn)的DSC-120和日本寶田公司產(chǎn)的DCL-130型土豆挖掘機，大多用于沙壤土作業(yè)，這些設備不太適應我國地下作物種植的農(nóng)藝要求和土壤狀況。根據(jù)以上分析，在國內外現(xiàn)有的基礎上，結合我國農(nóng)村市場的實際情況，分析國內塊莖類作物的農(nóng)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(fā)展趨勢
（1）向適應性，通用性發(fā)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]。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(lián)合收獲,實現(xiàn)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(fā)展
我國的農(nóng)機產(chǎn)品要想達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)機產(chǎn)品配備精準的多功能的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)成為農(nóng)機發(fā)展的潮流，經(jīng)濟作物的耕作機械應重點開發(fā)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(lián)合型機械發(fā)展
增加農(nóng)業(yè)機械的使用方向，避免機械的單一性，實現(xiàn)一機多用,可用于花生、大蒜等多種根莖類作物的聯(lián)合收獲等作業(yè)聯(lián)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(yè)生產(chǎn)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(shù)，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(nóng)業(yè)機械發(fā)展
開發(fā)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
其傳動圖如圖1：
1、萬向聯(lián)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(lián)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(chǎn)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(xiàn)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。
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
減速器的傳動比。帶傳動的傳動比為了能滿足分離器上的線速度為1.3m/s的要求，
所以
所以鏈輪半徑
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
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：
----工作情況系數(shù) 取=1.2。
選擇V帶的型號
根據(jù)計算功率 和小帶輪轉速 ，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(jù)所選V帶型號參考，選取，選。
（2）驗算帶的速度V
（3）計算從動輪直徑D2
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：
即：
即：，
所以可取
根據(jù)公式（8—22）計算基準帶長：
選取帶的基準長度，查表得：
根據(jù)公式（8—23）計算實際中心距：
考慮安裝調整和補償初拉力的需要，中心距的變動范圍為：
根據(jù)公式（8—24）
（4）驗算主動輪的包角
根據(jù)公式（8—25）及對包角的要求，應保證：
（5）確定V帶的根數(shù)
由公式（8—26）知
取Z=4根。
式中： ——在包角=180度，特定長度，工作平穩(wěn)情況下，單根普通帶的許用功率值；
——考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)；
——考慮帶的長度不同的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)；
——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：=0.45 =0.98 =0.91 =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：
（7） 求帶傳動作用在軸上的壓力
由公式（8—28）
式中： Z——為帶的根數(shù)；
——為單根帶的初拉力；
——為主動輪上的包角。
（8） V帶計算結果
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(shù)k
計算功率P
選取V帶型號
小帶輪直徑D
大帶輪直徑D
驗算V帶的速度V
初定中心距a
初算V帶所需的基準長度L
選V帶的基準長度L
定V帶公稱長度L
定中心距a
包角
包角系數(shù)k
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(guī)格：A型，長1153mm
V帶根數(shù)：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=40mm。
因為，
所以
小帶輪的寬度：
小帶輪的直徑：
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。
大帶輪的寬度：
大帶輪的直徑：
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
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(jīng)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(shù)
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
(2) 初定傳動中心距
根據(jù)公式
初取
(3) 確定鏈長
節(jié)
(4) 確定鏈條節(jié)距p
由表查得；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(xiàn)鏈板疲勞破壞。由表查得；選單列鏈，由表查得
根據(jù)于，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(jié)距p為15.875mm。
(5) 驗算鏈速V
與原假設相符。
(6) 計算實際中心距
(7) 作用在軸上的壓力Q
圓周力
故：
(8) 潤滑方式
根據(jù)和，選擇滴油潤滑。
4.3 鏈輪材料的選擇
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(wěn)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(xù)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
(2) 齒頂圓直徑
(3 )齒根圓直徑
(4) 最大齒根距離
(5) 齒側凸緣直徑
所以取
鏈輪結構如圖6：
圖6 鏈輪
Fig.6 Chain wheel
5 聯(lián)軸器的選擇及其軸的設計
5.1 聯(lián)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(lián)軸器。
通過查減速器的參數(shù)表，可知其輸出軸的直徑為48mm,所以選擇聯(lián)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(lián)軸器。其長度為112mm。
5.2 聯(lián)軸器上軸的設計
聯(lián)軸器上軸的作用是為了將減速器和帶輪通過聯(lián)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(lián)軸器的。聯(lián)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(lián)軸器長112mm。所以聯(lián)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。
（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(lián)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：
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
則
(2) 鏈輪上作用力的大小
壓軸力
則
求垂直面上軸承的支反力
(3)求水平面上軸承的支反力
截面D處垂直面，水平面合成彎矩
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(huán)形鏈帶產(chǎn)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(jīng)過計算及經(jīng)驗可以得出抖動輪的抖動頻率應該為1.1S/次。
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
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(yǎng)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?shù)募訜岵牧媳砻媸蛊溲杆俟袒?
以此可以更大的節(jié)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。
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(xù)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(huán)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(yè)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(fā)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：
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(shù)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(tǒng)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
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＜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(jù)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。
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(shù)。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(jù)。
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，分離傳送器的線速度為，則有：
，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(shù)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(jié)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(yōu)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(fā)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：
式中：為作用于鏟刃上的阻力。
為鏟刃上的正壓力。
為鏟刃上的滑切力。
為鏟刃與土壤之間的摩擦力，且，為摩擦角。
代入得：
一般土壤對鋼的摩擦角為，取，所以。
若鏟片數(shù)量為5個，單個鏟片寬度為100mm，長度為250mm，鏟刃傾斜角度，鏟面傾角為，鏟間間隙為25mm。
其結構如圖14：
圖14 挖掘鏟
Fig.14 Digging Shovel
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(wěn)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(chǎn)生繞這兩個瞬心的轉動趨勢轉動，以保持平衡。
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(nóng)村現(xiàn)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(yè)設計，我對產(chǎn)品的設計過程有了一個系統(tǒng)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(jīng)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(xù)努力，彌補自己在專業(yè)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(chǎn)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(yè)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(yè)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(jīng)叮囑我們應屆生一定要好好的做畢業(yè)設計，因為畢業(yè)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(yè)，既可以對大學所學知識進行一個系統(tǒng)的測評，又為以后的職業(yè)生涯做一個堅實的鋪墊。從中可以看出一個學生的負責態(tài)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(tài)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(tài)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(chuàng)新精神。
14.本次設計外購件清單：
序號
名稱
數(shù)量
材料
價格
生產(chǎn)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(lián)軸器HL4型
1
35鋼
580元/套
鎮(zhèn)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?；圬S傳動機械有限公司
5
升運鏈
1
Q235
68元/條
新泰市宏遠工業(yè)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型02系列
5
高溫軸承鋼
18元/個
青島日瑞德機電設備有限公司
11
普通平鍵A型16X56
6
45鋼
0.12元/個
上海敬慧自動化設備有限公司
12
氈圈
7
半粗羊毛氈
2.3元/個
南京市澳博氈業(yè)有限公司
13
六角頭鉸制孔用螺栓-A級M10X30
30
碳鋼Q235
2300元/噸
邯鄲市恒軒緊固件制造有限公司
14
圓螺母M5X1.5
2
低碳合金鋼
1.3元/個
溫州市甌海梧田眾泰緊固件加工廠
15
A型軸用彈性擋圈
2
65Mn
1.0元/個
揚州貝氏彈簧制造有限公司
16
圓柱銷-不淬硬鋼和奧氏體不銹鋼12m6X120
4
C35
1.0元/個
河北永年縣壹通緊固件有限公司
參考文獻
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