凸輪滾筒式殘膜回收機的設計【三維SW建模】【含4張CAD圖紙】

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塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表 2016年 4 月 18日 學生姓名 宗樂為 班級 機械16-1 課題名稱 凸輪滾筒式殘膜回收機 課題完成進度（學生自述） 主要零件圖的三維圖已畫完，二維圖完成一部分. 存在的問題及整改措施（學生自述） 某些零件的三維圖尺寸沒設計好，動力裝置不夠完善. 指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導教師簽名 雷福祥 2016年 4 月18日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）任務書 學院 機械電氣化工程學院 班級 機械16-1 學生姓名 宗樂為 學號 8011212135 課題名稱 凸輪滾筒式殘膜回收機 起止時間 2015年 10 月 14 日—— 2016年 11月 7 日（共 3 周） 指導教師 雷福祥 職稱 教師 課題內容 為了減少地膜對土地的污染，保護農作物健康生長，設計出能夠回收殘膜的機器。 擬定工作進度（以周為單位） 第 一 周：查找相關資料、熟悉課題內容。 第 二 周：撰寫開題報告，并制定總體方案。 第三周至第八周：設計回收機的三維實體模型圖，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。 第 九 周：對回收機進行傳動設計和機構設計。 主要參考文獻 [1] 馬輝，梅旭榮，嚴昌榮，等. 華北典型農區(qū)棉田土壤中地膜殘留特點研究[J].農 業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27(2)：570－573. [2] 王吉奎，付 威，王衛(wèi)兵，等. SMS-1500 型秸稈粉碎與殘膜回收機的設計[J]. 農 業(yè)工程學報，2011，27(7)：168－172 [3] 婁秀華，張東興，耿端陽，等. 殘膜回收機起膜器的設計與試驗研究[J]. 農業(yè) 工程學報，2002，18(6)： 任務下達人（簽字） 2015 年 10 月 11 日 任務接受人意見 任務接受人簽名 宗樂為 2015 年 10 月 14 日 注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。 2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 凸輪滾筒式殘膜回收機設計 學生姓名 宗樂為 學 號 8011212135 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機械16-1班 指導教師 雷福祥 起止時間 2015.10.15-2016.6. 2 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 1 本題來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 研究的目的 地膜具有提高土壤溫度、保持土壤水分、維持土壤結構、防止害蟲侵襲作物等作用，因此得到了廣泛應用并極大地促進了我國農業(yè)經濟的發(fā)展。但是，地膜大量殘留在土壤中形成殘膜很難降解，給農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境造成巨大危害。為了解決殘膜易碎、難以回收以及在作業(yè)過程中將纏繞的殘膜和植物秸稈清除的問題，通過對殘膜回收機收膜部件和清理裝置的分析，以及在對國內外殘膜回收技術研究方法歸納和總結的基礎上，提出了實現自動卸膜的對策和方法并且設計出伸縮桿式殘膜回收機。 1.3 研究的意義 為了提高農作物的產量，越來越多的農作物采用地膜覆蓋技術，但在自然條件下，土壤中的地膜被徹底分解需要約 200～400 年。大量殘膜積累在土壤中，致使農作物的生長環(huán)境遭到到了嚴重破壞，影響下茬作物對水分和養(yǎng)分的吸收利用，致使種子的發(fā)芽和出苗率降低甚至導致幼苗亡。根據農業(yè)部調查，每年回收的殘膜占地膜使用量的比例不足 10%，大部分的殘膜殘留在土壤中造成田間作業(yè)機械無法正常工作，蓄水溝渠被堵塞，洪澇災害頻繁。根據新疆生產建設兵團環(huán)境部門測定，連續(xù)覆蓋地膜 3～5 年的土地，若不能及時且有效地回收殘膜，玉米、棉花產量下降 10%～20%，甜菜、小麥產量下降 3%～4%，地膜殘留在土壤中越多對農作物的影響越明顯依靠人工撿拾殘膜，工作效率和回收率都較低且強度大，而機械回收殘膜效率高，是人工的幾十倍，降低了勞動強度而且節(jié)約了大量的勞動力。因此，研制適合不同作物的經濟實用的殘膜回收機具，對于保持土地的良性循環(huán)耕作具有重要意義 2 本課題國內外研究現狀 2.1 國內殘膜回收機機研究現狀 為了防止地膜污染環(huán)境、殘膜影響作物的生長，國外一般不使用地膜。一些國家一方面采用較厚、高強度且可以回收重復利用的地膜，這與國內使用的地膜不同，另一方面研制可以降解的新型無污染地膜，解決了殘膜難以回收的問題國內的殘膜回收機具的收膜部件的結構形式主要有以下幾種：伸縮桿齒式撿拾滾筒、彈式拾膜部件、鏟式起茬收膜部件、輪齒式收膜部件和齒鏈式收膜部件，這幾種機構均工作可靠、回收率比較高。桿齒式撿拾滾筒結構復雜造價高；彈齒式拾膜部件雖然結構簡單，但是曲線軌跡滑道制造困難，造價較高；鏟式起茬收膜部件的結構簡單造價低，但是對土壤的適應性差且不利于殘膜的再生利用；輪齒式收膜部件結構單、造價低且利于殘膜的再生利用，對于破不嚴重的殘膜回收率較高，具有很大的應用前景；齒鏈式收膜部件結構簡單、緊湊，不受收獲季節(jié)的限制，利于整地復式作業(yè)。殘膜回收機具收膜部件的結構形式不同，其殘膜回收率和對土壤的適應性也不同，不同的收膜部件具有不同的優(yōu)缺點，選擇機具時應根據當地實際情況而定 3 本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 3.1需要重點研究的主要問題 （1）釘齒清刷殘膜回收裝置是一種結構簡單、使用方便、脫膜效果好，用于釘齒式拾膜裝置的刷膜器，具有結構簡單、造價低、工效高、使用方便等優(yōu)點。它由拾膜主動輪、鑲嵌在拾膜釘齒間隙中的刷膜帶、其兩端固定在拾膜機架上的刷膜支輥、拋膜張緊輥及刮膜板等組成。釘齒在拾膜時是嵌在刷膜帶中的，拾起膜后釘齒隨拾膜主動輪向上運轉，隨著刷膜帶與釘齒的分離，釘齒上的殘膜雜物由釘齒根部逐漸被刷出齒頂，然后殘膜雜物附在刷膜帶上經刷膜支輥、拋膜張緊輥拋入后部的集膜箱，然后刷膜帶轉至下方重新鑲入釘齒，完成了一個循環(huán)； （2）耕整地碎殘膜回收裝置可以與整地機械聯(lián)合使用，構成整地碎殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機，結用于各種殘膜回收機具上，也可以集成到其它聯(lián)合整地作業(yè)機械或類似的作業(yè)機械上，減少了機具的下地次數。 四 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 （1）查閱有關資料選擇相關參數及材料,設計施肥機。 （2）設計完各零部件后，進行裝配組合，試驗設計的可靠性。 （3）運用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。 （4）運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。 五 工作方案及進度計劃 工作方案： 1、設計并繪制出施肥機總體機架。 2、鏈輪傳動機構的設計。 3、排肥槽輪尺寸設計。 4、繪制所有零部件并查閱相關說明，各零部件尺寸要嚙合達到合適效果。 5、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進。 進度計劃： 第 一 周：查找相關資料、熟悉課題內容。 第 二 周：撰寫開題報告，并制定總體方案。 第三周至第八周：設計施肥機的三維實體模型圖，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。 第 九 周：對回收機進行傳動設計和機構設計。 第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。 第十一周：編寫答辯提綱，準備答辯。 第十二周：答辯 六 參考文獻 [1] 肖麗，侯振安，龔江，等. 不同滴灌施肥方式對鹽漬土棉花生長和氮素吸的影響 [J]. 石河子大學學報，2008，26(4)：427－430. [2] 雷詠雯，郭金強，危常州，等. 棉花膜下滴灌水氮耦合的初步研究 [J].石河子大 學學報，2005，23(1)：43－47. [3] 解紅娥，李永山，楊淑巧，等. 農田殘膜對土壤環(huán)境及作物生長發(fā)育的影響研究 [J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26 [4] 劉建國，李彥斌，張偉，等. 綠洲棉田長期連作下殘膜分布及對棉花生長的影響 [J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29(2)：246－250. [5] 王頻. 殘膜污染治理的對策和措施[J]. 農業(yè)工程學報，1998， 14(3)185－188. [6] 杜曉明，徐剛，許端平，等. 中國北方典型地區(qū)農用地膜污染現狀調查及其防治 對策[J]. 農業(yè)工程學報，2005，21(13)：225－227. [7] 嚴昌榮，梅旭榮，何文清，等. 農用地膜殘留污染的現狀與防治[J].農業(yè)工程學 報，2006，22(11)：269－272. [8] 馬輝，梅旭榮，嚴昌榮，等. 華北典型農區(qū)棉田土壤中地膜殘留特點研究[J].農 業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27(2)：570－573. [9] 王吉奎，付 威，王衛(wèi)兵，等. SMS-1500 型秸稈粉碎與殘膜回收機的設計[J]. 農 業(yè)工程學報，2011，27(7)：168－172 [10] 婁秀華，張東興，耿端陽，等. 殘膜回收機起膜器的設計與試驗研究[J]. 農業(yè) 工程學報，2002，18(6)： 學生簽名 宗樂為 2015 年 11月14日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 雷福祥 2015年 11 月 16 日 LOGO指指導教教師：雷福祥雷福祥凸輪滾筒式殘膜回收機凸輪滾筒式殘膜回收機n班級班級：機械16-1班n學生學生：宗樂為n學號學號：8011212135機構的工作原理機構的工作原理u該機在工作時采用凸輪滾筒的伸縮原理，動力由萬向聯(lián)軸器帶動帶輪再帶動滾筒，滾筒將該機在工作時采用凸輪滾筒的伸縮原理，動力由萬向聯(lián)軸器帶動帶輪再帶動滾筒，滾筒將進行逆時針旋轉。在拖拉機行進過程中，起膜鏟將挑起薄膜，再由旋轉的起膜尺纏住，經進行逆時針旋轉。在拖拉機行進過程中，起膜鏟將挑起薄膜，再由旋轉的起膜尺纏住，經脫膜盤的高速旋轉下，纏在滾筒上的殘膜集于集膜箱中實現殘膜回收的功能脫膜盤的高速旋轉下，纏在滾筒上的殘膜集于集膜箱中實現殘膜回收的功能凸輪滾筒的原理凸輪滾筒的原理凸輪滾筒機構工作時，萬凸輪滾筒機構工作時，萬向軸帶動帶輪，帶輪帶動向軸帶動帶輪，帶輪帶動滾筒，凸輪固定不動，滾滾筒，凸輪固定不動，滾筒中的起膜尺將隨著凸輪筒中的起膜尺將隨著凸輪的的輪廓運動，在凸輪最的的輪廓運動，在凸輪最高點時起膜尺將伸入土壤高點時起膜尺將伸入土壤纏住薄膜，在最低點時起纏住薄膜，在最低點時起膜尺上的薄膜將被刷膜板膜尺上的薄膜將被刷膜板收集，從而達到回收薄膜收集，從而達到回收薄膜的目的。的目的。部分零件的設計與材料選擇部分零件的設計與材料選擇橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力后彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力后能很快恢復原狀。刷膜板將采用表面光滑的橡膠板，不僅能很快恢復原狀。刷膜板將采用表面光滑的橡膠板，不僅富有彈性，而且不沾膜。富有彈性，而且不沾膜。刷膜板的設計刷膜板的設計請各位老師批評指正請各位老師批評指正謝謝大家謝謝大家 16 屆畢業(yè)設計 凸輪滾筒式殘膜回收機 學生姓名 宗樂為 學 號 8011212135 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 16-1 指導老師 雷福祥 日 期 2016 .05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 地膜的大力推廣使用明顯提高了土壤的溫度、保持了土壤水分、維持了土壤的結構、并且有效的防止了害蟲對農作物的侵害，因此地膜的廣泛使用得到了大面積農田的普及并極大地促進了我國農業(yè)經濟的發(fā)展速度。但是由于地膜在土壤中的大量殘留和無法有效的清除，形成的殘膜很難降解，這給生態(tài)環(huán)境造成巨大污染并且嚴重的危害了農業(yè)的安全生產性和農業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染。為了有效的解決殘膜容易破碎、造成難以有效回收以及在作業(yè)過程中將秸稈與殘膜相互纏擾而無法清除的問題，本次設計主要通過分析并結合理論對殘膜回收機的收膜部件和清理裝置，并結合國內外殘膜回收技術的研究方法歸納以及經驗總結的基礎上，給與提出了依靠伸縮桿來實現自動刷膜的方法理論計出了伸縮桿式殘膜回收機。 關鍵詞：撿拾；地膜；凸輪 目 錄 1概述 1 1.1意義 2 1.2我國目前地膜的農用情況 3 1.3國內殘膜回收機狀況 4 2設計的基本結構、原理及其技術要求 6 2.1凸輪滾筒式殘膜回收機的技術關鍵 6 2.2殘膜回機收起膜尺上的載荷 8 3軸的設計和校核 9 3.1軸一的設計 9 3.2軸二的設計 10 3.3軸的校核 11 4帶輪的設計 13 5特殊零件的設計 16 5.1刷膜板的設計 16 結 論 17 致 謝 18 參考文獻 19 塔里木大學畢業(yè)設計 工程概況 本文主要對收集膜裝置進行改造和設計，設計中主要利用凸輪，滾筒，起膜鏟，刷模板等。拖拉機在行進過程中起膜齒鏟起薄膜，再經過起膜尺，起膜尺在滾筒的旋轉過程中會轉起薄膜，薄膜再被刷模板刷到集膜箱中，從而達到回收薄膜的目的。改造過程中要用到一些工具和方法，例如鉗子，螺絲螺母，扳子，電焊等。設計過程中采用的軟件是SolidWorks軟件和CAD軟件。 1概述 1.1意義 農用塑料薄膜主要是用在溫室塑料大棚的聚氯乙烯和用于地膜的聚乙烯等,都是聚乙烯烴類有機化合物,在自然條件下是很難降解的,在土壤中可存在200～400年[10]。大量的殘膜留在土壤中,導致農業(yè)環(huán)境境受到嚴重的污染,破壞了農田的生態(tài)環(huán)境,不僅影響了農作物對水分的吸收,而且影響種子發(fā)芽率和出苗率,造成種子的腐爛,使棉花幼苗等變黃變瘦,甚至會死亡,還影響農機具在田間作業(yè)的質量問題等。現在,我國每年對地膜的使用量基本達到80～90萬噸,據調查得知,由于地膜在自然條件下風吹變質、人為的踩踏和地膜過薄,厚度不夠等因素所造成強度較弱致使在秋后田間會產生比較多的碎膜,而這些破碎的殘膜很難回收的,每年殘存在田野、土壤中的塑料薄膜至少占了供應總量的10%,從目前情況看，累積碎膜的殘存量達到百萬噸左右。 根據調查測算,連續(xù)覆膜30畝的棉田,地表大約有大小碎片,折算以后的殘膜有52.1kg/hm2,耕層30cm內有殘膜56.6塊/m2,折算有殘膜57.9 kg/hm2,兩者合計有殘膜110 kg/hm2。據黑龍江省農懇局環(huán)保部門測定得知，地膜殘留在土壤中的含量達到58.5 kg/hm2左右,可使玉米的產量下降11%～23%,農作物中小麥的產量下降9.0%～16.0%,大豆的減產量達到5.5%～9.0%左右,蔬菜的年均產量會下降14.6%～59.2%;另外在新疆大面積的覆膜，根據新疆生產兵團142團最近幾年對棉花的殘膜量測定得知,如果連續(xù)覆膜2～4年而不回收土壤中的殘膜,如果種小麥減產5%～10%,種玉米將會減產15%～20%左右,種棉花則產量下降20%～25%。農田連續(xù)覆膜的時間越長,碎膜的殘留量將會越多,則對農作物的產量影響將會越大。殘留的地膜對農田生態(tài)環(huán)境的污染后果是非常嚴重的,如果不及時的治理,我們賴以生存和發(fā)展的土壤將不會再有更好的豐收,我們的子孫后代將會面對一場很大的災難。 綜上所述，如果殘膜長期得不到有效的回收和治理，將會造成我國農業(yè)生態(tài)環(huán)境的嚴重惡化。而且,我國地膜覆蓋面積是如此之大，使得形勢將會變得越來越嚴峻，使我們不得不盡快尋找新的解決辦法。就我國國情而言，研制較穩(wěn)定、可靠、性能比較完善的殘膜回收機勢在必行。 國外殘膜回收機現狀 在國外，地膜回收問題也一直是影響農業(yè)技術發(fā)展的一大難題。但在國外地膜覆蓋種植技術的應用范圍遠遠沒有我國的深入廣泛，而且他們一般都采用的是綜合式治理技術，殘膜對農田的危害和對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的危害卻沒有我國的嚴重。國外采用的技術主要包括： （1）在穩(wěn)定、可靠、性能方面的考慮，一般采用較厚，抗拉強度比較大的塑料薄膜。國外采用的塑膜厚度一般在0.03-0.06mm之間，這樣有利于機械收膜，而且回收以后的地膜可以重復使用，可減少地膜的使用量，減小殘膜對環(huán)境的污染。 （2）采用可以降解、沒有毒害的薄膜。例如光解薄膜、生物降解薄膜及植物纖維等地膜。 （3）大力推廣農業(yè)機械化回收地膜。 美國、日本等一些發(fā)達國家很早從60年代就已經開始對地膜覆蓋技術進行研制和并推廣使用，其中日本在這方面的研制和推廣成果最為突出的，美國等國家在殘膜覆蓋和地膜材料組成方面也作了比較多的環(huán)節(jié)。在殘膜回收機械研制方面，由于國外實際應用的地膜厚度較大，地膜在回收時使用地膜的強度比較大。因而國外的地膜回收機都采用結構相對比較簡單，主要是開溝器和滾筒等組成的，殘膜成卷回收是為了減少對生態(tài)環(huán)境的污染和地膜進行二次使用。 1972年Parry開發(fā)了一種殘膜回收機，該地膜回收機在工作時能夠把地表面的覆蓋物全部卷在卷膜輪子上便于回收。 1993年Sawyer研究了一種殘膜回收機，該機構包含可使卷膜輪的線速度與回收機的作業(yè)速度相適應的裝配機構。 1995-1997年，Brooks開發(fā)了一種殘膜回收機，該機構的主要是利用機械振動原理來實現地膜與土壤分離的，而且可以將地膜撕碎成小片以后處理成塑料球，便于回收利用。 殘膜的回收已經是全世界全國所面對的一個比較棘手的問題。英國研制并大力推廣使用懸掛式殘膜回收機已經很長時間了，該機械工作時松土鏟將土撬起或者翻松，然后將地膜翻卷傳送到金屬網上。將收集起來的地膜清洗干凈以便再次使用并減小對環(huán)境的污染。歐美等一些比較大的國家為了解決殘留在土壤中的地膜對生態(tài)環(huán)境造成的危害，大力推廣使用厚度較大，不易被風化的地膜，另外大力研制各種新型有機材料的地膜。 1.2我國目前地膜的農用情況 我們國家從20世紀60年代就開始使用地膜,將地膜種植的技術應用于蔬菜和水果類等農作物的生產,20世紀70年代在棉花等經濟作物上已經大力推廣使用,在最近幾年小麥和玉米等農作物也大面積使用地膜，提高農業(yè)生產和經濟效益。根據目前情況,我國的新疆、寧夏、陜西、黑龍江等寒冷地帶和干旱半干旱地區(qū),地膜覆蓋技術已逐漸推廣應用于多種農作物。 我國對殘膜回收有手工回收和機械化收膜，手工收膜時，不僅勞動強度大，地膜撿拾不夠干凈，費工收膜的效率較低，這樣長年累月的殘膜堆積會給農業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的污染。相反，機械化收膜會克服人工收膜的這些不足，因此，研制并大力推廣使用農業(yè)機械化殘膜回收對我國生態(tài)環(huán)境的保護和可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。 國內殘膜回收機研究的現狀 根據殘膜回收的時間先后順序，我國的殘膜回收機大致分為苗期殘膜回收機和收獲以后的殘膜回收機。具體內容以下詳細說明。 苗期殘膜回收機 目前配合人工除草的殘膜回收機的代表機械有以下幾種： ①4TSM-4型懸掛式收膜機。該機是頭水前揭膜機的代表機型。其結構簡單，使用調整方便，工作可靠，殘膜回收率較高[6]。 ②MSM-3型苗期殘膜回收機。該機具是由新疆農業(yè)科學院農機化所研制。它與小型或中型輪式拖拉機配套使用。 ③CSM-130B型齒鏈式懸掛收膜機。它由新疆生產建設兵團農機推廣站和134團研制。該機與中型拖拉機配套使用，苗期作業(yè)時可同步將地膜揭起并打成卷。它采用的無心圓捆卷膜新穎實用。 ④MS-2型玉米苗期收膜機。它是由我國農業(yè)大學師生研制出的最好的玉米殘膜回收機。該機型殘膜回收率在85%以上，單機生產率在0.3hm2/h，傷苗率在1%以下，配套動力為18.38kW小四輪拖拉機。 1.3國內殘膜回收機狀況 目前我國殘膜回收機的主要收膜部件的結構形式有以下幾種： （1)伸縮桿齒式撿拾滾筒(圖1-1)該種收膜機構簡單容易加工制造，造價相對偏低該機械對殘膜的回收比較干凈，如新疆145團農機推廣站研并推廣使用的2HMJ-3200殘膜回收機[7]，此機械的收凈率大約為80%，生產效率在0.5hm2/h左右，和該殘膜回收機配套的小四輪拖拉機的輸出動力大約為13.2kW。根據以上材料得知[8]，滾筒的轉動時的最小速度應該大于71.5r/min，經過多次的實驗和計算，120r/min是最佳的轉速。 1.伸縮齒 2.滾筒 3.偏心滾筒 4.拾起的殘膜 5.土壤 圖1-1 伸縮桿齒撿拾機構示意圖 （2) 彈齒式拾膜部件(圖1-2)由地輪和地面間的摩擦轉動，并且地輪帶動齒輪轉動，該機械的結構復雜，造價相對偏高，對地膜回收比較干凈。例如在黑龍江地區(qū)研制并推廣使用的QS-2型殘膜回收機，對地膜的收凈率達到80%左右，這也是驚人的數據，生產率能夠達到0.8hm2/h的效率，和該機械配套的小型四輪車的輸出動力為13.2kW左右。根據多次的實驗和計算得知[9]，在考慮殘膜拉伸中的斷裂情況和地輪下陷時地膜的滑移情況，殘膜回收機的拔指彈齒與行走地輪之間的最適合的速度比應該為1.64左右。該速比不僅剛好把地膜挑起并拉緊，使土壤將地膜壓緊，回收后的地膜干凈便于二次使用，對減小污染和提高經濟效益具有重要的意義。 1.彈齒輪 2.滑道 3.彈齒 4.殘膜 5.土壤 圖1-2 彈齒式拾膜部件示意圖 另一方面殘膜回收機的推廣使用還有賴于殘膜的再生利用。由于回收殘膜在短期內沒有直接的經濟效益，因此殘膜回收機械是很難被農民接受使用的。因此，發(fā)展殘膜回收機械除了要和常規(guī)作業(yè)結合起來發(fā)展殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機，研制出結構簡單，便于加工制造，造價較低之外，應考慮殘膜的回收利用和對生態(tài)環(huán)境的污染問題，用農民銷售地膜而得知的生產效率來推動殘膜回收機具的推廣使用和發(fā)展。只有這樣，才能帶動殘膜回收機械的進一步發(fā)展，形成地膜使用、殘膜回收和殘膜再生中利用的在生態(tài)環(huán)境和提高農業(yè)經濟發(fā)展的效益。 總之，研制發(fā)展殘膜回收機不但有明顯的經濟效益，而且具有巨大的生態(tài)效益，為可持續(xù)發(fā)展有很大的推動。 2設計的基本結構、原理及其技術要求 2.1凸輪滾筒式殘膜回收機的技術關鍵 主要收獲的農作物：該殘膜回收機主要用于清除棉花、玉米、高粱等覆膜農作物收獲后地表所遺留的下來的地膜； 配套的機械：該機械的配套動力以18.4-22.0kW（25-30馬力）的中小型四輪拖拉機，在新疆地區(qū)若是多臺機械連用時用大中型四輪拖拉機； 主要結構：該機主要結構包括懸掛機構傳動總成由傳動箱箱、機架、起膜鏟、滾筒、刷模板，凸輪滾筒，和集膜箱等重要部件組成，如圖2-2所示: 圖2-1凸輪滾筒式殘膜回收機機構示意圖 工作原理：該機在工作時采用凸輪滾筒的伸縮原理，動力由萬向聯(lián)軸器帶動帶輪再帶動滾筒，滾筒將進行逆時針旋轉。在拖拉機行進過程中，起膜鏟將挑起薄膜，再由旋轉的起膜尺纏住，經脫膜盤的高速旋轉下，纏在滾筒上的殘膜集于集膜箱中實現殘膜回收的功能。 凸輪滾筒機構的工作原理：如圖(2-3)所示，凸輪滾筒機構工作時，萬向軸帶動帶輪，帶輪帶動滾筒，凸輪固定不動，滾筒中的起膜尺將隨著凸輪的的輪廓運動，在凸輪最高點時起膜尺將伸入土壤纏住薄膜，在最低點時起膜尺上的薄膜將被刷膜板收集，從而達到回收薄膜的目的。 圖2-2凸輪滾筒的工作原理圖 2.2殘膜回機收起膜尺上的載荷 作用在起膜齒的載荷：一是周期載荷，撿膜滾筒回轉 1 周，由起膜尺周期性地入土、出土時土壤阻力所產生的載荷，以及撿膜桿齒挑膜出土所產生的載荷；二是沖擊載荷，即撿膜桿入土及出土后遇到棉根、棉稈阻力所產生的載荷；三是隨機載荷，即土壤內或表面的石塊所產生的載荷。殘膜收機在一個工作周期中所受載荷情況。 B1 、B2 為撿膜桿齒端點的入土和出土點，右邊和左邊的β/2分別為入土角和出土角，γ為挑膜角。 (1) 土壤載荷 根據農業(yè)機械學中鏵式犁的性能和土壤的特點對比分析建立模型，這些研究結果，根據該機械拔指的工作特點，引用文獻[1]給出的公式，結合試驗實測數據，得到撿膜桿齒入土運動過程中土壤載荷計算式為: 式中k1-k7為試驗回歸系數，k1=1.15，k2=1.12，k3=1.12，k4=0.055，k5=0.78，k6=0.065，k7=0.64； b——起膜齒的直徑； l——起膜齒長度； Z——起膜齒入土深度； α——切削角； CI——土壤的圓錐指數； γ——土壤容重； β——剪切速率因子； g——重力加速度； v——起膜齒運動速度。 與一般耕作機械不同，拔指上的周期載荷不但來自于土壤中，還來自于土表以上。 (2) 起膜尺的沖擊載荷 在殘膜回收機撿膜桿齒出、入土撿膜過程中，會不斷遇到棉稈及其根系，因其作用時間短而強度高，本文將其視為沖擊載荷。棉稈及其根系對撿膜桿齒產生的沖擊主要表現形式：一是撿膜桿齒將棉稈拔起；二是撿膜桿齒將棉稈及其根系折彎并滑過；三是撿膜桿齒將棉稈及其根系折斷破壞。 (3) 起膜尺的隨機載荷 起膜尺遇到石塊是回收機最輕易發(fā)生的事情，碰撞的大小不僅和地面有關系，還和回收機的載荷有關系，即以概率 106所對應的載荷為最大載荷。設被試對象有 K 種典型工況，第i 種工況作業(yè)時間為Ti ，平均幅值變化率(頻率權)為Fi，在這種工況下，每次載荷循環(huán)載荷幅值大于等于 SA的概率為Pi(SA)，在合成累積頻次擴展到 106次時，i工況下載荷循環(huán)總頻次為Ki×106。第 i 工況經Ki×106次循環(huán)，其幅值大于等于 SA的次數為： （4-1） 式中 Nai——最小幅值； Nai——特性參數； bi——形狀參數。 在合成累積頻次擴展到106次時，所有k中工況發(fā)生的幅值大于等于SA的總次數為 起膜尺遇石塊沖擊產生的變形根據相對運動原理 假設石塊是運動的，具有速度 v ，沿水平方向撞擊彈性體撿膜桿齒，根據能量守恒定律，在沖擊過程中，沖擊能量(Em)轉化為彈性體的變形能（ U ），桿齒碰到石塊彎曲時的力學模型為 (4-2) 式中： E——材料的彈性模量； I——慣性矩， d——齒長度及直徑； km——石塊的計算質量，m為石塊的質量，k是石塊在土壤中運動的阻力系數。 3軸的設計和校核 3.1軸一的設計 表4-1軸的常用材料及主要力學性能 材料及熱處理 毛坯直徑 mm 硬度 HBS 強度極限 /MPa 屈服強度 /MPa 彎曲疲勞極限 /MPa 應用說明 45正火 100 149 -187 520 270 250 有較好的塑性和適當的強度，可做一般曲軸、轉軸等 選取軸的材料為45碳素鋼，正火處理。 根據滾筒的轉動速度得輸出為, 3)求作用在軸上的力 已知軸的直徑為=60㎜。 圓周力： （4-3） 徑向力： （4-4） 法向力： （4-5） 4）初步確定最小直徑 沒有特殊要求，選軸材料為45鋼，調制處理，HBS為：217～255 （4-6） 軸的結構設計擬定裝配方案軸上由左到右順序為 軸端固定段--軸承段--滾筒，連接段根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足軸向定位要求，1軸段右端需制出一軸肩，故取d1=40㎜，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=70㎜。軸承與軸配合的軸孔長L1=20㎜，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上，而不壓在軸的斷面上，故12段的長度應比L1略短一些，現取L1=60㎜，同理設計后面各段的長度。 3.2軸二的設計 1）輸入高速軸的， 2)求作用在齒輪上的力 因為已知低速級小齒輪分度圓直徑為 圓周力： 徑向力： 法向力： 3）初步確定最小直徑 沒有特殊要求，選軸材料為45鋼，調制處理，HBS為：217～255 4）軸的結構設計擬定裝配方案軸上由左到右順序為 圖4-1 軸的結構示意圖 5）根據軸上是最小直徑，軸頭與V帶輪相連，V帶輪為非標準件，所以需要軸承確定最小徑，軸承同時承受徑向力和軸向力的作用，故選用單列滾子軸承。查手冊圖6—7可知選用30206型參數如下為：軸承d=50㎜ D=80㎜ T=17.25㎜ B=19㎜ C=15㎜。 6) 軸上零件的周向定位 齒輪，V帶輪均采用平鍵連接，按d=50㎜，查得截面b×h=10㎜×10㎜,長為40㎜配合為同樣V帶輪與軸的連接選用平鍵b×h=10㎜×10㎜長。 3.3軸的校核 已知：，， 圓周力： 徑向力： 取折合系數，代入上式得 計算危險截面處軸 的直徑 軸材料為45號鋼，調質處理，查得 ，查的許用彎曲應力 ， 考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值加大4％，故 ， 取該軸徑為50，軸一為低速軸，合適，安全。 已知：， 圓周力： 徑向力： 作用在軸左端帶輪上外力: 垂直面的支承反力 水平面的支承反力 ③F力在支點產生的反力 外力F作用方向與帶傳動的布置有關，在尚未確定具體布置前，可按最不利情況考慮。 ④繪垂直面的彎矩圖 ⑤繪水平面的彎矩圖 F力產生的彎矩 4帶輪的設計 1）已知：發(fā)動機轉速,經換向器后輸出功率, 2）確定計算功率 查得工作情況系數, 故 3）選窄V帶型號 根據、選用B型帶。 4） 求大小帶輪基準直徑、并演算帶速V a)初選小帶輪的基準直徑，應不小于75，現取 （5-1） b)驗算帶速計算帶的速度 （5-2） 因為，故帶速適合。 5） 初步選取中心距 （5-3） 取符合 帶長 對A型帶選取， 則實際中心距 ～ 則 中心距的變化范圍是。 6）驗算小帶輪包角α 由式 所以符合要求。 7）計算帶的根數 （5-5） 令， 查表得 傳動比 查表得 由 查表13-7得 查表得 由以上結果可得 取2根帶。 8）求作用在帶輪上的壓力 得 q=0.17kg/m,單根的拉力為： 作用在軸上的壓力 9）帶輪結構設計 小帶輪轂孔徑 小帶輪基準直徑 ， 故小帶輪采用實心式，大帶輪采用腹板式。 a）小帶輪 其中： b）大帶輪 由于大帶輪與軸二連接，故應先估算軸二的直徑。 軸的估算如下：初選材料為45號鋼，調質，由于軸既傳遞轉矩又承受彎矩， 得 取，且，， 則大帶輪的參數如下： 。 5特殊零件的設計 5.1刷膜板的設計 橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力后能很快恢復原狀。刷膜板將采用表面光滑的橡膠板，不僅富有彈性，而且不沾膜，能達到很好的脫膜效果，結構設計如圖5-2所示在本次設計中，刷模板采用橡膠板，不僅彈性大，容易發(fā)生塑性變形，在生產時用比較光滑的橡膠板，不沾膜，達到易卸膜的效果。 圖6-1 橡膠刷膜板 結 論 本文對凸輪滾筒式殘膜回收機的設計是利用凸輪滾筒原理將各種機械優(yōu)化組合后設計出的一種結構簡單的農業(yè)機械，具有以下特點： 本機器結構簡單、緊湊,各個零件的要求較低，便于生產加工； 該機器工作可靠，對殘膜的收凈率比較高，在田間作業(yè)時對土壤的要求不高，適合于各種土壤的殘膜回收，在作業(yè)過程中，不僅收膜，而切實現自動卸膜功能。在減速器的作用下將發(fā)動機輸出的動力輸給刷膜板，刷膜板達到較高的轉速，將纏繞在滾筒上的地膜集于集膜箱中，實現卸膜過程。 本文介紹的伸縮桿式殘膜回收機成本低，效率較高，和小型四輪拖拉機配合使用，操作簡單，占地面積小等諸多優(yōu)勢。本設計在結構、材料、經濟等多方面符合承包戶的需要。 致 謝 本次設計能順利完成，首先要感謝雷福祥老師的悉心指導，從選題到設計完成的整個過程中，遇到了很多問題，雷福祥老師都能及時給予細心及準確的指導，在設計思路出現混淆或錯誤時，用淺顯易懂的知識深度剖析，使我的設計思路清晰明朗，以免在設計過程中迷失方向，出現大的偏差。在整個設計過程中，老師都能一如既往的表現出高度負責的工作態(tài)度和精益求精的工作作風，這些都是我所應該學習的。在此，對李平老師表示誠摯的感謝！ 感謝母校為我提供了學習機會，使我的知識水平和認知能力得以提高，同時為我們提供了良好的學習條件，在設計過程中難免會遇到課程中沒有學習到的知識點，這時，到塔里木大學圖書館便能找到想要的資料。 感謝老師四年來對我的精心栽培，感謝學校領導和老師們給予的幫助與關懷，感謝與我共同學習和生活了多年的同學們對我的關心與支持！ 大學四年已接近尾聲，大學生活中的每一個細節(jié)都使我終生難忘，以“艱苦奮斗、自強不息”這八個字我將銘記于心，在以后的人生道路中將躬身踐行。 最后，祝愿母校日益昌盛，祝愿老師們、同學們身體健康、事事順利！ 19 參考文獻 [1] 肖麗,侯振安,龔江等. 不同滴灌施肥方式對鹽漬土棉花生長和氮素吸的影響[J].石河 子大學學報，2008，26：427－430. 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