壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 白菜收獲機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 白菜收獲機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
姓 名
專 業(yè)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院
二○一八年四月
V
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)大白菜收獲機(jī)的設(shè)計(jì)。大白菜實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲是大白菜機(jī)械化種植的最重要環(huán)節(jié)，本文在總結(jié)國內(nèi)外大白菜收獲機(jī)發(fā)展情況和存在問題的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國大白菜種植實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一款新型高效的大白菜收獲機(jī)，并且進(jìn)行了試驗(yàn)研究驗(yàn)證，結(jié)果表明: 該收獲機(jī)作業(yè)效果良好、適應(yīng)性廣、工作效率高，一次進(jìn)地可完成大白菜收獲過程中切根、拾取、升運(yùn)和分選裝箱等。該大白菜收獲機(jī)的應(yīng)用，將會(huì)更好地適應(yīng)我國大白菜種植模式，同時(shí)降低了成本，更容易被廣大種植戶所接受。不僅可以提高收獲效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且避免了大白菜突遇凍害而帶來的損失，同時(shí)對(duì)于延長大白菜的生長期、提高大白菜的品質(zhì)和產(chǎn)量等都具有重要意義。綜合各方面因素，該收獲機(jī)具有較大的推廣價(jià)值，可促進(jìn)大白菜全程機(jī)械化發(fā)展和種植戶的增產(chǎn)增收、提高種植戶的積極性，對(duì)加快土地流轉(zhuǎn)、大白菜規(guī)?；N植的形成和發(fā)展具有重要意義。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 大白菜收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 大白菜收獲機(jī)工作性能分析。
(3) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇。
(4) 大白菜收獲機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行元件設(shè)計(jì)。
(5) 對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和驗(yàn)證。
(6) 繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和畫出主要零件圖。
關(guān)鍵詞：大白菜收獲機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，性能分析，驗(yàn)證
Abstract
This design is the design of Chinese cabbage harvester. Chinese cabbage realize mechanization harvest is the most important link in Chinese cabbage mechanization planting, this paper summarizes domestic and foreign development situation and existing problems of Chinese cabbage harvester, on the basis of Chinese cabbage in China plant actual situation, designed a new type of efficient cabbage harvester, and experimental study have been carried out to verify the results show that the harvester operation effect is good, wide adaptability, high working efficiency, and can be completed in the process of Chinese cabbage harvest time into root, pick up, elevator and sorting packing, etc. The application of the Chinese cabbage harvester will be better adapted to the Chinese cabbage planting pattern and lower the cost, which will be more easily accepted by farmers. Can not only improve the efficiency of harvest, reduce labor intensity, but also avoid the cabbage encountered some cold injury, loss of at the same time to extend the growth period of Chinese cabbage, increase yield and quality of Chinese cabbage and so on all has the important meaning. Comprehensive factors, the harvest machine has great popularization value, can promote the yield of Chinese cabbage full mechanization development and farmers' income, improve the enthusiasm of farmers to speed up the land circulation, the formation and development of Chinese cabbage scale cultivation is of great significance.
Research contents of this thesis:
(1) overall structure design of Chinese cabbage harvester.
(2) analysis of the performance of Chinese cabbage harvester.
(3) the choice of driving mechanism.
(4) the transmission system and actuator design of Chinese cabbage harvester.
(5) design and calculation analysis and verification of design parts.
(6) draw the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of important parts and draw the main parts drawing.
Keywords: cabbage harvester, structure design, performance analysis, verification.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題的研究意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 國內(nèi)大白菜收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀 3
1.2.2 國外大白菜收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀 4
1.3 大白菜的種植農(nóng)藝分析 9
1.3.1 大白菜的特點(diǎn) 9
1.3.2 大白菜的儲(chǔ)存 9
1.4 大白菜收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 10
1.4.1 大白菜收獲機(jī)的基本構(gòu)成 10
1.4.2 大白菜收獲機(jī)的基本工作原理 10
1.5 大白菜收獲機(jī)關(guān)鍵技術(shù) 11
1.5.1 自動(dòng)仿形夾持扶正機(jī)構(gòu) 11
1.5.2 升運(yùn)機(jī)構(gòu) 11
1.6 本課題研究的內(nèi)容及方法 11
1.6.1 主要的研究內(nèi)容 11
1.6.2 設(shè)計(jì)要求 12
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
2.1 大白菜收獲機(jī)總體部分的介紹 13
2.1.1 收獲機(jī)提升運(yùn)輸裝置簡介 13
2.1.2 收獲機(jī)輸送部分簡介 15
2.1.3 鎖緊機(jī)構(gòu)簡介 15
3 切削機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
3.1 切削刀的分析 17
3.1.1 切削刀的切削情況 17
3.1.2 切削刀的選用 17
3.2 切削機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì) 18
3.2.1 刀片的設(shè)計(jì) 18
3.2.2 壓刀板和刀桿的設(shè)計(jì) 18
4 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
4.1 鎖緊裝置的設(shè)計(jì)要求 20
4.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計(jì) 20
4.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì) 21
4.3.1 斜楔的設(shè)計(jì) 21
4.3.2 滑動(dòng)塊的設(shè)計(jì) 22
4.3.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 23
4.4 防松裝置的零件設(shè)計(jì) 24
4.4.1 防松機(jī)構(gòu)的原理說明 24
4.4.2 彈簧的設(shè)計(jì) 25
4.4.3 壓塊的設(shè)計(jì) 25
4.4.4 開槽體和支架的設(shè)計(jì) 25
4.4.5 防松柱銷的設(shè)計(jì) 25
4.4.6 螺紋空管的設(shè)計(jì) 26
4.4.7 手柄的設(shè)計(jì) 26
4.4.8 彈簧固定桿的設(shè)計(jì) 26
5 提升運(yùn)輸裝置主要零部件的設(shè)計(jì) 27
5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 27
5.1.1 機(jī)架外形 27
5.1.2 計(jì)算部分 28
5.1.3 機(jī)架結(jié)構(gòu)的確定 28
5.2 平帶帶輪的設(shè)計(jì) 29
5.2.1 尺寸和形狀的確定 29
5.2.2 平帶的選擇 30
5.3 平帶帶輪軸的設(shè)計(jì) 31
5.3.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 31
5.3.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 33
5.4 端蓋 33
5.5 支承軸的設(shè)計(jì) 34
6 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35
6.1 輸送機(jī)構(gòu)的組成 35
6.2 輸送機(jī)構(gòu)速度的確定 36
6.3 主要零部件的設(shè)計(jì) 36
6.3.1 張緊裝置的設(shè)計(jì) 36
6.3.2 輸送帶的選擇 39
6.3.3 滾筒的設(shè)計(jì) 40
6.3.4 支撐軸的設(shè)計(jì) 41
6.3.5 其他部件的設(shè)計(jì) 43
結(jié) 論 47
致 謝 48
參考文獻(xiàn) 49
白菜收獲機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題的研究意義
大白菜原產(chǎn)于我國，是深受我國人民喜愛的蔬菜之一。中國大白菜的特點(diǎn)是分布面積廣、產(chǎn)量、耐貯運(yùn)、供應(yīng)期長，在我國菜籃子中占有重要地位，所以大白菜生產(chǎn)直接影響蔬菜市場(chǎng)的供應(yīng)和人民的生活，是名副其實(shí)的大眾化蔬菜。隨著種植規(guī)模化、集約化，傳統(tǒng)的人工收獲方式已經(jīng)無法滿足大白菜大面積的生產(chǎn)需要。因此，發(fā)展大白菜機(jī)械化收獲技術(shù)，研發(fā)適應(yīng)我國大白菜生產(chǎn)的收獲機(jī)械具有重要意義。
大白菜深受廣大消費(fèi)者的喜愛，其主要原因來自于大白菜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值：(1)大白菜的生長期較短，生長迅速，一般于夏末秋初播種，秋末冬初收獲：(2)大白菜耐貯藏和返輸。在0攝氏度左右條什下，可貯藏90～120天，甚至更長。因而在解決蔬菜周年供應(yīng)問題上起著重要作用，尤其在廣大的北方地區(qū)，大白菜供應(yīng)的好壞，直接影響到群眾半年吃菜的問題；(3)大白菜品質(zhì)柔嫩、易熟、口味淡雅。可供炒食、煮食、涼拌、做湯、做餡和加工：腌制等多種方法食用，以大白菜為原料的菜肴可做出150種之多，因而受廣大消費(fèi)者的歡迎；(4)大白菜含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，是消費(fèi)者生理活動(dòng)所必需的維生素、無機(jī)鹽及食用纖維素的重要來源。還含有豐富的鈣、抗壞血酸(維生素c)，胡蘿卜素：(5)大白菜具有很好的藥用價(jià)值。其性平味甘，可解熱除煩，通利腸胃，有補(bǔ)中消食，利尿通便、清肺熱止痰咳，解渴除瘴氣的作用。大白菜不僅是我國人民喜愛的蔬菜，而且也為世界人民所歡迎。自結(jié)球大白菜在中國人地出現(xiàn)以后，很快便引起了鄰近日本、朝鮮、越南及俄羅斯等國的濃厚興趣。根據(jù)國際會(huì)議統(tǒng)計(jì)。日本、韓國、美國、英國、加拿人，德國等都在大面積種植大白菜，已與結(jié)球甘藍(lán)一起形成為世界結(jié)球類型中兩人重要蔬菜。
近年來，隨著人民生活水平的日益提高，蔬菜種類日益豐富，大城市大白菜消費(fèi)量有所降低，但大白菜在蔬菜中仍保持較大的比重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年全國蔬菜播種面積為16339千公頃，大白菜播種面積為2646千公頃．占全國蔬菜總播種面積的16．2％。2005年全國蔬菜橘種面積為17720．7千公頃，大白菜種植面積為2609，3千公頃，占全國蔬菜總播種面積的14．7％。種植面積和所占比例基本穩(wěn)定。(圖1—1、圖1-2).
圖1-1 我國大白菜種植面積 圖 1-2我國大白菜產(chǎn)量 圖1-3大白菜主產(chǎn)區(qū)面積 圖1-4大白菜主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量
我國大白菜的生產(chǎn)主要集中在山東、河此，遼寧、黑龍江、河南、廣西等地(圖1-3，圖1-4)，從圖可以分析得出，雖然各個(gè)主產(chǎn)區(qū)的種植面積和產(chǎn)量稍微有所波動(dòng)，但是，全國的種植面積和產(chǎn)量都很平穩(wěn)。目前，大白菜的生產(chǎn)規(guī)模由分散向基地集中，大白菜連片種植面積已達(dá)幾十公頃其至上百公頃。耕作方式由原來的粗放型向精細(xì)型改進(jìn)，有拖拉機(jī)翻地、耕地、起壟等連續(xù)機(jī)耕作業(yè)運(yùn)用到大白菜的生產(chǎn)過程中。在我國，蔬菜生產(chǎn)的機(jī)械化水平卻相對(duì)落后，其中，蔬菜收獲機(jī)械在我國幾乎還是空白，特別是對(duì)大白菜生產(chǎn)與收獲機(jī)械的研究更是少之又少?，F(xiàn)有的大白菜生產(chǎn)與收獲方式主要是靠畜力或人工作業(yè)。以至于勞動(dòng)力成本在大白菜生產(chǎn)的總成本中所占的比重特別大。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和農(nóng)村富余勞動(dòng)力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，勞動(dòng)力成本將不斷提高。除此之外，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善與人民生活水平的不斷提高，城鄉(xiāng)居民對(duì)蔬菜的消費(fèi)需求日益增加。作為世界蔬菜第一生產(chǎn)人國與出口大國，中國蔬菜產(chǎn)出水平對(duì)世界蔬菜產(chǎn)業(yè)乃至世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的影響，但是，有很多的因素影響著我國蔬菜的產(chǎn)出水平程度，其中就包括勞動(dòng)投入這個(gè)因素，大白菜收獲更是如此。
但是，大白菜現(xiàn)有的生產(chǎn)仍采用人工作業(yè)，尤其是收獲作業(yè)(圖l一5)，農(nóng)民用刀或者鐵鍬從根草處把向菜切斷(圖1-6)，然后一棵一棵的搬運(yùn)到地頭，最后再剝掉損壞的外葉。在整個(gè)勞動(dòng)過程中，農(nóng)民不停的重復(fù)彎腰這個(gè)動(dòng)作，而且，白菜凈重餐達(dá)4．2kg左右，勞動(dòng)強(qiáng)度特別大，容易引起頸椎，腰肌勞損等疾病。本課題針對(duì)大白菜收獲機(jī)械進(jìn)行研究，對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高大白菜生產(chǎn)的機(jī)械化水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
圖1-5人工收獲大白菜圖 圖1一6收獲后的大白菜
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國內(nèi)大白菜收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀
目前，我國對(duì)于蔬菜收獲機(jī)械的研究較少，僅有臺(tái)灣大學(xué)農(nóng)機(jī)系在20 世紀(jì)80 年代末研制成功了一種履帶式甘藍(lán)收獲機(jī)，該機(jī)器配套功率10 kW，一次進(jìn)地可完成拔取、切根、切除外葉、裝箱等工作，一次采收一行，適用于行距為65 cm、株距為40 cm 或者45 cm 的栽培方式。收獲后產(chǎn)品95%直接上市銷售，工作效率為0.04 hm2 /h。其工作效率比人工收獲提高2.5～2.8倍。
國外的有關(guān)大白菜收獲機(jī)械的研究也并不是很多。日本的Kanamitsu 等人研制的自走式大白菜收獲機(jī)，該機(jī)器應(yīng)用了液壓系統(tǒng)，能更好地控制前進(jìn)方向和機(jī)身水平高度，采用圓盤切刀將大白菜在升運(yùn)過程中將其根部切斷，然后進(jìn)行整齊鋪放，完成大白菜收獲作業(yè)。田間試驗(yàn)表明: 對(duì)大白菜根莖部的切斷速度為6 m/s，作業(yè)速度為0.17～0.28m/s。日本農(nóng)業(yè)生物系特定產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)研制成功一種適合大白菜大規(guī)模種植使用的大白菜收獲機(jī)。該機(jī)器采用拖拉機(jī)側(cè)懸掛的方式進(jìn)行配套使用，配套功率為15 kW 的輪式拖拉機(jī)，一次進(jìn)地可以完成收獲、分選、集裝、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。收獲過程中首先對(duì)大白菜進(jìn)行引拔，在引拔的同時(shí)圓盤切刀將白菜根部切斷，斷根后的白菜經(jīng)過傳輸機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)輸、裝箱，最后完成收獲作業(yè)。該機(jī)器收獲方式為單行收獲，應(yīng)用了液壓機(jī)構(gòu)、螺旋升運(yùn)機(jī)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)了大白菜的高效、高質(zhì)量的收獲作業(yè)。國外的其它的這類收獲機(jī)械都是以甘藍(lán)為主，很少有關(guān)于白菜收獲機(jī)械的研究，無論國內(nèi)、國外關(guān)于大白菜收獲機(jī)械的研究是十分稀少的，可見研究大白菜收獲機(jī)械是市場(chǎng)急需的、必要的。
1.2.2 國外大白菜收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)外對(duì)大白菜收獲機(jī)械的研制比較少．主要有以下幾種：
日本白走式大白菜收獲機(jī)(圖1-7)。結(jié)構(gòu)簡單，傾向于實(shí)用化，一行一齊收獲，在運(yùn)送過程中采用回轉(zhuǎn)刃將外葉切除?；剞D(zhuǎn)刃可以自動(dòng)調(diào)整高度，以滿足莖葉切除的程度。本作業(yè)只需兩個(gè)人作業(yè)，大大的提高了勞動(dòng)效率。
1伸縮彈簧 2．支點(diǎn)(入力軸) 3導(dǎo)向板 4圓盤割刀 5螺旋拔取器 6夾持皮帶
圖1-7自走式大白菜收獲機(jī)
1升運(yùn)器 2液壓調(diào)節(jié)裝置 3機(jī)架 4圓盤割刀 5伸縮彈簧 6夾持皮帶 7螺旋拔取器8．地輪 9工作荷臺(tái)
圖1-8懸掛式大白菜收獲機(jī)
日本的懸掛式大白菜收獲機(jī)(圖1-8)，由日本農(nóng)業(yè)生物系特定產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)研制的大規(guī)模大白菜收獲系統(tǒng)，它是集收獲、調(diào)配、裝箱、運(yùn)出于一身的系統(tǒng)。需要3名工作人員，完整的完成大白菜收獲的全過程。機(jī)器的體積龐人，只適合于人一型的農(nóng)場(chǎng)，對(duì)于小型農(nóng)戶沒有實(shí)用價(jià)值。
因?yàn)楦仕{(lán)的外形、生理特性和大白菜的很相似，所以，甘藍(lán)收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)原理也有一定的參考意義。以下是幾種甘藍(lán)收獲機(jī)械：蘇聯(lián)的第一臺(tái)甘藍(lán)收獲機(jī)(圖l一9)是1931年研制成功的。該機(jī)的主要工作部件是左右拔取部件、圓盤鋸齒刀和橫向刮扳式輸送器．用輸送器把甘藍(lán)裝到并行的臺(tái)車上。
1．左拔取器 2右拔取器 3割刀 4板式輸送器
圖1-9 第一臺(tái)甘藍(lán)收獲機(jī)
1仿行輪 2導(dǎo)向錐體 3螺旋輸送器 4吊索輸送器 5接收輸送裝置 6葉子分離輸送器 7檢查輸送臺(tái) 8布蓬 9卸菜升運(yùn)器 10緩沖托盤
圖1-10結(jié)球甘藍(lán)聰合收獲機(jī)
蘇聯(lián)在1963～1964年又研制了MK一1甘藍(lán)收獲機(jī)，該機(jī)為單行，懸掛在1．4噸級(jí)的輪式拖拉機(jī)上，具備以下工作部件：管式扶莖器、兩條垂直配置的鏈索式輸送器(其中每一條都是由兩條帶凸耳的回轉(zhuǎn)式套筒滾子鏈組成，凸耳由橡膠管索相連)和刮板卸料輸送器。
東德設(shè)計(jì)的機(jī)器的工藝方案與MK一l機(jī)器相同；只是加裝了一臺(tái)齒式清選器，ET以除去甘藍(lán)上零散的綠葉，而繩索輸送器改為刷式。
結(jié)球甘藍(lán)收獲機(jī)(圖l一10)，由美國北卡羅來納州研制有鋸齒型工作部件，帶有液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可在離地面2-7cm高度上切割甘藍(lán)，甘藍(lán)進(jìn)入分離器，在那里把切下的葉子左掉，輸送器將其裝入拖車。
英國的通用蔬菜收獲機(jī)(圖1-11)也可以收獲收甘藍(lán)，在上機(jī)架上安裝撥禾輪和稀疏的桿條式輸送器來代替原來的收獲塊根用的拔取器。用直徑為406．4mm的帶齒輪圓盤代替光面圓盤，安裝時(shí)兩盤重疊12．7mm。圓盤有一球形罩，沿地面滑行，以保證規(guī)定的切割高度。撥禾輪把甘藍(lán)棵推到切割器處，再把它送到桿條式輸送器上，菜棵分布在由橫桿構(gòu)成的方格內(nèi)。菜棵由桿式輸送器到橫向輸送器，然后送入返輸輸具中。
1.撥禾輪 2.桿條式輸送器 3橫向輸送器
圖1一11通用蔬菜收獲機(jī)
圖1-12甘藍(lán)聯(lián)合收獲機(jī)
加拿人的甘藍(lán)聯(lián)合收獲機(jī)(圖1-12)。可收獲一行，采用三點(diǎn)結(jié)構(gòu)懸掛在拖拉機(jī)上，采用電子液壓控制系統(tǒng)和軟橡膠傳送帶，割刀高度可以調(diào)整，整齊精確切割，每天收獲125t，不需要更多的操作人員。
日本生產(chǎn)的甘藍(lán)收獲機(jī)(圖1-13)。由15馬力的拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)，作業(yè)速度為0．08m／s。切割部分由一對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的圓盤刀組成，圓盤刀的前后角度可以調(diào)節(jié)。
圖1-13日本懸掛式收獲機(jī)
圖1一14全自動(dòng)收獲機(jī)
日本研制的全自動(dòng)甘藍(lán)收獲機(jī)(圖1-14)。采用星盤切割器夾持甘藍(lán)，螺旋棒夾持根部向后傳送，在傳送的過程中將根部切掉，最后外葉也被切除。在整個(gè)作業(yè)過程中需要兩名工作人員參與。
日本國立農(nóng)業(yè)研究中心的Murakami等人研制了甘藍(lán)采摘機(jī)器人(圖l一15)。由極坐標(biāo)機(jī)械手、4個(gè)手指的末端執(zhí)行器、履帶式行走裝置和CCD機(jī)器視覺系統(tǒng)組成，整個(gè)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取果實(shí)的二值圖像，采用模板匹配的方法識(shí)別合格的甘藍(lán)。田間試驗(yàn)表明，采摘的成功率為43％，工作速度為55s／個(gè)。
1.3 大白菜的種植農(nóng)藝分析
1.3.1 大白菜的特點(diǎn)
(1)葉球易損傷。球莖是由多個(gè)葉片結(jié)球而成，葉子鮮嫩，容易損傷。
(2)形狀差異大。結(jié)球葉菜有很多品種，每一種品種結(jié)球的形狀都不相同，有平頭型、卵圓型和直筒型等。
(3)球高差異大。由于品種和地區(qū)的差異，結(jié)球高度的范圍差距大( 20～ 80cm) 。
(4)種植密度( 株距和行距) 差異大。種植習(xí)慣、品種和地區(qū)等因素對(duì)種植密度有很大的影響，變化范圍為30 ～ 80 cm。
(4)栽培模式整齊。結(jié)球葉菜都是條播，作物生長在同一條基線上。
1.3.2 大白菜的儲(chǔ)存
大白菜在我國普遍以窖藏儲(chǔ)存方式為主，然而大白菜收獲時(shí)機(jī)的掌握對(duì)大白菜的儲(chǔ)存、產(chǎn)量都會(huì)造成很大的影響。收獲時(shí)間過早會(huì)造成大白菜生長期不夠從而影響產(chǎn)量，而且給大白菜的存儲(chǔ)也增加了很大的難度，生長期不夠的大白菜入菜窖儲(chǔ)存十分容易出現(xiàn)爛幫、脫幫現(xiàn)象。收獲過晚的大白菜若遇氣溫突然驟降，會(huì)受低氣溫的影響使白菜遭受凍害，造成損失。大白菜對(duì)低氣溫的適應(yīng)能力很強(qiáng)，在零攝氏度以下還能繼續(xù)生長、抱心、增重，如果可以，使大白菜的生長期得到適當(dāng)?shù)难娱L，對(duì)大白菜的產(chǎn)量和質(zhì)量的提高都具有十分重要的意義。據(jù)研究，當(dāng)最低氣溫降至-3 ℃時(shí)，大白菜仍照常生長; 降到-5 ℃時(shí)，回暖后仍可恢復(fù)生長; 降至-7 ℃時(shí)，若持續(xù)時(shí)間不超過24 h，氣溫回升后仍能恢復(fù)生長; 當(dāng)最低氣溫低于-7 ℃時(shí)，大白菜會(huì)發(fā)生凍害。氣溫越低，凍害越嚴(yán)重，大白菜收獲以后，一般都要晾曬一個(gè)階段才入窖，其收獲期以最低氣溫降到-5 ℃時(shí)為宜。若收后不晾曬而直接入窖的，其收獲期可推遲到最低氣溫降到-7 ℃時(shí)。但要注意收聽當(dāng)?shù)氐臍庀箢A(yù)報(bào)，一旦有寒潮警報(bào)和降溫消息，必須及時(shí)搶收，避免造成損失。
1.4 大白菜收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理
1.4.1 大白菜收獲機(jī)的基本構(gòu)成
大白菜收獲機(jī)主要由扶正夾持機(jī)構(gòu)2、對(duì)稱切削刀3、鎖緊提升機(jī)構(gòu)4、輸送機(jī)構(gòu)5 等構(gòu)成，配套拖拉機(jī)側(cè)懸掛，基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。
1.4.2 大白菜收獲機(jī)的基本工作原理
大白菜收獲機(jī)的工作過程如圖所示，對(duì)稱放置的夾持扶正皮帶輪在主動(dòng)輪的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，將偏移的大白菜扶正并夾持住，高速旋轉(zhuǎn)的切削刀與扶正機(jī)構(gòu)完美配合，在扶正夾持的同時(shí)將大白菜根部切斷，然后經(jīng)過升運(yùn)機(jī)構(gòu)與輸送機(jī)構(gòu)將大白菜運(yùn)輸?shù)饺斯焓暗墓ぷ鲙?，?jīng)過人工分選處理后裝箱，完成大白菜的收獲工作。
1. 夾持帶輪2. 扶正夾持機(jī)構(gòu)3. 對(duì)稱切削刀4. 鎖緊提升機(jī)構(gòu)5. 輸送機(jī)構(gòu)
圖1.1 大白菜收獲機(jī)工作示意圖
1.5 大白菜收獲機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
1.5.1 自動(dòng)仿形夾持扶正機(jī)構(gòu)
由于我國的大白菜種植環(huán)境惡劣，導(dǎo)致大白菜在收獲時(shí)不是十分整齊分布，容易出現(xiàn)左右偏斜現(xiàn)象。另一方面，由于土地、環(huán)境、種植技術(shù)等農(nóng)藝情況不同也導(dǎo)致大白菜的大小不均勻。以上問題會(huì)給大白菜收獲機(jī)的收獲工作帶來非常大的困難，本項(xiàng)研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自動(dòng)仿形夾持扶正機(jī)構(gòu)，不僅可以將偏移的大白菜扶正，還可以自動(dòng)適應(yīng)不同大小的大白菜，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量夾持，且不損傷大白菜，為切削大白菜根部提供良好的工作環(huán)境。
1.5.2 升運(yùn)機(jī)構(gòu)
大白菜平均株重多在4 kg 以上，對(duì)于人工收獲來說工作量十分巨大，且效率極其低下，人工收獲時(shí)需要反復(fù)不斷的彎腰工作，不僅辛苦還會(huì)造成身體疾病。本項(xiàng)研究設(shè)計(jì)的升運(yùn)機(jī)構(gòu)徹底解決了這個(gè)大問題。工作時(shí)，升運(yùn)機(jī)構(gòu)將切根后的大白菜提升到輸運(yùn)工作臺(tái)上，分選者無需彎腰只需站立在分選臺(tái)上就可以對(duì)大白菜進(jìn)行分選、剔除無用的表葉和裝箱等工作。升運(yùn)機(jī)構(gòu)獨(dú)特設(shè)計(jì)的鎖緊機(jī)構(gòu)可以將大白菜固定在升運(yùn)帶上不掉落，從而完成升運(yùn)工作，升運(yùn)后大白菜在輸運(yùn)工作臺(tái)上平鋪放置，為分選工作減輕了工作強(qiáng)度，同時(shí)提高了工作效率。
1.6 本課題研究的內(nèi)容及方法
1.6.1 主要的研究內(nèi)容
在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)大白菜收獲機(jī)設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮大白菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及大白菜收獲機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用大白菜收獲機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和大白菜收獲機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定大白菜收獲機(jī)整體設(shè)計(jì)方案。
2 確定大白菜收獲機(jī)的性能參數(shù)，對(duì)初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。
3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成大白菜收獲機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。
1.6.2 設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出大白菜收獲機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案；
2 完成大白菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型；
4 完成大白菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)造型；繪制大白菜收獲機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
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白菜收獲機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 大白菜收獲機(jī)總體部分的介紹
收獲機(jī)的工作過程為：扶莖器將大白菜扶正，切削刀將白菜切斷。然后提升機(jī)構(gòu)將白菜運(yùn)輸?shù)捷斔蜋C(jī)構(gòu)上，輸送機(jī)構(gòu)再將大白菜運(yùn)輸?shù)窖b箱裝置，最后把裝滿大白菜的箱子擺放在拖拉機(jī)后帶的車廂內(nèi)。如圖1-1所示。
扶莖器主要將大白菜收攏扶正，由一些漸變傾斜桿組成；提升機(jī)構(gòu)工作時(shí)與地面程傾角，平行的兩條平帶夾緊并將大白菜從地面提升到輸送帶上，提升機(jī)構(gòu)位置的固定依靠鎖緊機(jī)構(gòu)；輸送帶布置為水平，方便裝箱機(jī)構(gòu)裝大白菜。
圖2-1 總體結(jié)構(gòu)方案
2.1.1 收獲機(jī)提升運(yùn)輸裝置簡介
一、設(shè)計(jì)帶式提升運(yùn)輸裝置（簡圖如2-2）
圖2-2 帶式提升運(yùn)輸裝置簡圖
原始數(shù)據(jù)：提升帶速：1.5m/s
平帶帶輪直徑：280mm
工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時(shí)有輕微振動(dòng)，使用期限為10年，小批量生產(chǎn)，單班制工作（8小時(shí)/天）。運(yùn)輸速度允許誤差為。
二、 傳動(dòng)方案：如圖2-3
1） 外傳動(dòng)為V帶傳動(dòng)
2） 提升運(yùn)輸為平帶傳動(dòng)
圖2-3 傳動(dòng)方案
三、該方案的優(yōu)缺點(diǎn)：
該提升運(yùn)輸機(jī)有輕微振動(dòng)，由于V帶有緩沖吸振能力，采用V帶傳動(dòng)能減小振動(dòng)帶來的影響，并且該工作機(jī)屬于小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡單的結(jié)構(gòu)，并且價(jià)格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅降低了成本。提升部分采用平帶傳動(dòng)，這是運(yùn)輸裝置中應(yīng)用最廣泛的一種。V帶由拖拉機(jī)上柴油機(jī)引出的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)。
總體來講，該傳動(dòng)方案滿足提升運(yùn)輸裝置的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊以及成本低。
2.1.2 收獲機(jī)輸送部分簡介
本設(shè)計(jì)選用簡單帶式輸送機(jī)為計(jì)算實(shí)例。該帶式輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征和工作原理是：輸送帶既是承載貨物的構(gòu)件，又是傳遞牽引力的牽引構(gòu)件，依靠輸送帶與滾筒之間的摩擦力平穩(wěn)地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 如圖2-4所示為收獲機(jī)帶式輸送機(jī)構(gòu)簡圖，輸送帶繞過驅(qū)動(dòng)滾筒和張緊滾筒。工作時(shí)，由內(nèi)燃機(jī)通過帶輪裝置使驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力使輸送帶運(yùn)動(dòng)，貨物隨輸送帶運(yùn)送到卸載點(diǎn)。 為了減輕對(duì)輸送帶的磨損、提高生產(chǎn)率和便于布置裝、卸載裝置，輸送帶的布置形式為水平輸送。
驅(qū)動(dòng)部分
輸送帶
張緊滾筒
張緊裝置
圖2-4 收獲機(jī)帶式輸送機(jī)構(gòu)簡圖
2.1.3 鎖緊機(jī)構(gòu)簡介
由于大白菜收獲機(jī)的提升運(yùn)輸機(jī)構(gòu)是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，它的兩個(gè)位置示意圖如圖2-5。其中工作位置1-實(shí)現(xiàn)大白菜的收獲的過程；工作位置2-大白菜收獲機(jī)在公路上行駛的時(shí)候，防止提升機(jī)構(gòu)和切削機(jī)構(gòu)與地面碰撞而發(fā)生不良影響。
圖2-5 位置示意圖
結(jié)合示意圖分析可知：鎖緊機(jī)構(gòu)必須可以左右來回運(yùn)動(dòng)，且需將位置1和位置2固定，這就要求鎖緊機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)能很好的貼合和較大的接觸面。而本機(jī)械為小型機(jī)械，要求它的結(jié)構(gòu)簡單，而斜楔鎖緊裝置符合這些要求。它的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示：
斜塊在軌道中做推拉運(yùn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)構(gòu)所需的位置要求，將鎖緊機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)的接觸部位做成斜面能很好的補(bǔ)充因裝配、制造而造成的誤差，從而能夠很好的貼合，增加了工作的穩(wěn)定性。
為防止因農(nóng)業(yè)機(jī)械在工作的過程中的振動(dòng)而使的自鎖機(jī)構(gòu)松動(dòng)，以保證大白菜收獲機(jī)在工作中的安全性。這里在防松裝置中利用彈簧的推力將小柱體貼緊斜體，使之不會(huì)退出來，達(dá)到防松的目的。
圖2-6 鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
3 切削機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1 切削刀的分析
3.1.1 切削刀的切削情況
大白菜與地面緊密的連在一起，要想將它分離，就應(yīng)當(dāng)將其根部切斷，然后通過運(yùn)輸機(jī)構(gòu)運(yùn)到所需的位置上去。當(dāng)然也可以直接從地里拔取出來，但考慮到從地里拔取出來的拔取力過大，拔取的時(shí)候可能會(huì)對(duì)大白菜的部分部位造成損害，且拔取后的根部帶有大量泥土，將會(huì)污染運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和大白菜本身。所以選擇邊切斷邊運(yùn)輸?shù)姆绞?。刀片貼近著地面以1.2m/s的速度向待切割的大白菜運(yùn)動(dòng)過去。通過車的慣性將大白菜切斷。
3.1.2 切削刀的選用
切削刀主要有旋轉(zhuǎn)切割刀和固定式切割刀兩種?；顒?dòng)式的切割刀雖然切削效率比較高，但它結(jié)構(gòu)太復(fù)雜成本太高不適合用于小型的收獲機(jī)械上。
其中固定式的切削刀一般分為斜切刀和弧型切刀兩種如圖3-1所示：其中A為斜切刀B為弧型切刀，A雖然結(jié)構(gòu)比較簡單，加工相對(duì)簡單，但它的剛度沒有B好，容易產(chǎn)生翹曲。所以決定選擇B弧型切刀。
圖3-1 斜切刀和弧型切刀
3.2 切削機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)
3.2.1 刀片的設(shè)計(jì)
（1）刀片的作用
因?yàn)榈镀枪潭ㄔ谔嵘龣C(jī)構(gòu)上的，自身沒有切削速度，只能靠拖拉機(jī)提供一個(gè)切削速度。這就要求刀片相對(duì)鋒利，且具有一定的強(qiáng)度。根據(jù)資料表明新鮮大白菜的切削力為200N。大白菜在切削時(shí)不會(huì)像金屬切削時(shí)產(chǎn)生大量的熱，所以不用考慮到切削熱對(duì)刀體的影響。刀片的形狀如圖3-2所示： 大白菜是種植在一條直線上刀片的直徑只要大于單棵大白菜的直徑就可以了，為了保證刀片能切到每棵大白菜刀片的直徑這里取150mm。刀片鋒利就要求刀片薄一點(diǎn)刀片強(qiáng)度高就要求刀片厚一點(diǎn)綜合一下，這里取刀片的厚度為5mm.
（2）刀片的選材
刀片在切割過程中為不連續(xù)的切割，刀片要受到一個(gè)較大的沖擊，可以選擇綜合機(jī)械性能較好的中碳鋼，又考慮到刀片與地面離的很近時(shí)常會(huì)發(fā)生摩擦，因此希望它有一定的耐磨，這里本機(jī)構(gòu)采用40Gr，且表面要經(jīng)過熱處理使它的硬度為HRC55-60。
圖3-2 刀片
3.2.2 壓刀板和刀桿的設(shè)計(jì)
（1）壓刀板和刀桿的作用
壓刀板主要是用于固定刀片和連接刀桿的，為了牢靠的固定刀片，壓刀板應(yīng)當(dāng)盡量大面積的與刀片相接觸，以保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度。刀桿是安裝確定刀片的安裝角度和安裝位置的。因?yàn)檎麄€(gè)機(jī)構(gòu)為一個(gè)懸壁梁刀桿的末端安裝位置最為危險(xiǎn)，為了提高他的安全性，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)脑龃笏臋M截面積，所以這里選擇板狀的刀桿。
（2）壓刀板和刀桿的選材
它們不是什么很重要的零件，這里選擇30碳素結(jié)構(gòu)鋼。
4 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 鎖緊裝置的設(shè)計(jì)要求
鎖緊裝置的設(shè)計(jì)是否正確合理，對(duì)于保證操作者的安全、減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高成品質(zhì)量有很大的影響。所以對(duì)鎖緊裝置提出了如下基本要求：
（一） 鎖緊力的大小應(yīng)能保證機(jī)構(gòu)不發(fā)生移動(dòng)和振動(dòng)，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；
（二） 機(jī)構(gòu)鎖緊后的變形和受壓表面的損傷不應(yīng)超出允許的范圍；
（三） 應(yīng)有足夠的形成，且要有一定的自鎖作用；
（四） 結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、制造、操作、維修方便、省力、安全、并有足夠的剛度和強(qiáng)度。
由于大白菜收獲機(jī)的提升運(yùn)輸機(jī)構(gòu)是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，它有工作位置1和工作位置2。其中工作位置1-實(shí)現(xiàn)大白菜的收獲的過程，它要求此時(shí)要對(duì)大白菜提升機(jī)構(gòu)有良好的固定作用，不允許其有大的移動(dòng)和振動(dòng)，以保證大白菜能順利的往上提升達(dá)到所需的效果；工作位置2-大白菜收獲機(jī)在公路上行駛的時(shí)候，防止提升機(jī)構(gòu)和切削機(jī)構(gòu)與地面碰撞而發(fā)生不良影響。這就要求我們必定要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)來有效的實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，使它能夠安全和穩(wěn)定的完成上述要求。
大白菜收獲機(jī)的提升機(jī)構(gòu)的兩個(gè)位置示意圖如圖1-5所示：
當(dāng)它轉(zhuǎn)到工作位置1時(shí)，也就是大白菜的收獲位置。為了固定工作位置1，此時(shí)要向右邊推動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)將提升機(jī)構(gòu)牢牢定在工作位置1，保證工作時(shí)的可靠性；當(dāng)大白菜收獲機(jī)械處于公路行駛的階段時(shí)，就要求提升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到位置2上，此時(shí)只要將鎖緊機(jī)構(gòu)向左邊拉出，將提升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到位置2，再將鎖緊機(jī)構(gòu)向右邊推動(dòng)將提升機(jī)構(gòu)固定即可。
4.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計(jì)
由上述分析可知：鎖緊機(jī)構(gòu)必須可以左右來回運(yùn)動(dòng)，且它還要將位置1和位置2卡死這就要求鎖緊機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)能很好的貼合，而且接觸面要相對(duì)的大一些。且本機(jī)械為小型機(jī)械，它要求機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡單，盡量采用手動(dòng)，斜楔鎖緊裝置能很好的滿足這些要求。它的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示：
斜塊在軌道中由人做推拉運(yùn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)構(gòu)所需的位置要求，將鎖緊機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)的接觸部位做成斜面能很好的補(bǔ)充因裝配、制造而造成的誤差，從而能夠很好的貼合，增加了工作的穩(wěn)定性。
4.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)
4.3.1 斜楔的設(shè)計(jì)
（1） 自鎖條件
斜楔鎖緊后應(yīng)能自鎖。條件為斜楔升角α必須小于斜楔面與基面兩處摩擦角之和即α<γ
（2） 斜楔升角的選擇
表4-1 斜楔鎖緊機(jī)構(gòu)計(jì)算數(shù)值
斜楔角α
行程比
理想增力比
5°
0.087
11.430
6°
0.105
9.514
7°
0.123
8.144
8°
0.140
7.115
斜面是整個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)的最主要的工作零件，它的好壞直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)器的工作性能。采用手動(dòng)斜楔鎖緊機(jī)構(gòu)，就應(yīng)當(dāng)考慮到它的自鎖性能。因?yàn)殇摬闹g的摩擦系數(shù)為μ=0.1-0.15，相應(yīng)升角α=11°-17°。本機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)夾緊，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：升角一般為α=6°-8°。取中間值α=7°，因此斜面的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖4-1 斜面的基本結(jié)構(gòu)
（3） 斜楔的選材
斜楔與提升機(jī)構(gòu)直接相接觸，將會(huì)受到?jīng)_擊力，所以要選者中碳鋼，來利用中碳鋼的良好的機(jī)械性能。這里選用45鋼。
4.3.2 滑動(dòng)塊的設(shè)計(jì)
（1）滑動(dòng)塊的作用
滑動(dòng)塊是將斜楔體和軌道連為一體的零件。如果將整個(gè)斜面都設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，它的質(zhì)量就會(huì)很重，且加工不方便?？紤]到這個(gè)斜楔鎖緊機(jī)構(gòu)是用手動(dòng)的，這就要求斜楔體盡可能的輕些，以減輕斜楔體的重量，從而減輕手臂的推力，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。又因?yàn)樾毙w不是非常重要的工作零件，這樣就可以盡量讓斜楔體的結(jié)構(gòu)簡單，可以使用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的零件。
表4-2 熱軋工字鋼各項(xiàng)性能
型號(hào)
尺寸mm
截面面積
cm
理論重量
Kg/m
h
b
d
t
r
R1
20a
20b
200
200
100
102
7.0
9.0
11.4
11.4
9.0
9.0
4.5
4.5
35.578
39.578
27.929
31.069
（2）滑動(dòng)塊的選材
參考各種型鋼的結(jié)構(gòu)，工字鋼比較適合做滑動(dòng)塊的原材料這里我選擇型號(hào)為20a的工字鋼。然后再在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部加工，主要是將其圓角打磨成平面，且平面要求精度比較高，減少它在工作中的摩擦力，使操作者的勞動(dòng)量降低；高一點(diǎn)的精度也會(huì)使得滑動(dòng)塊在工作中的穩(wěn)定性能加強(qiáng)；最重要的是打磨平面可以獲得與導(dǎo)軌大一點(diǎn)的接觸面積以提高工字鋼的強(qiáng)度和剛度從而達(dá)到工作中需要的要求。它的橫截面如圖4-2所示：
圖4-2 滑動(dòng)塊橫截面圖
4.3.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
（1）導(dǎo)軌的作用
軌道主要是用來固定滑動(dòng)塊，使滑動(dòng)塊只能沿一個(gè)方向來回運(yùn)動(dòng)，考慮到大白菜收獲機(jī)為農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，它要求的精度不是太高，因此沒必要設(shè)計(jì)成機(jī)床軌道那樣的高精度軌道，所以它的結(jié)構(gòu)也就要相對(duì)簡單了。主要采用兩塊板固定成一個(gè)軌道使斜楔體可以在兩塊板之間運(yùn)動(dòng)。它的截面如圖4-3所示：
圖4-3 導(dǎo)軌截面圖
（2） 導(dǎo)軌的選材
作為軌道磨損是不可避免的，這就要求軌道耐磨性能會(huì)比較好。機(jī)械制造中軌道一般采用鑄鐵來制造，可以先澆鑄出整個(gè)零件的廓型然后在重要的工作部位進(jìn)行精細(xì)加工，從而來降低加工過程中的工作量。這里選用HT350-主要是用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、凸輪、導(dǎo)軌、工作臺(tái)等摩擦件。
4.4 防松裝置的零件設(shè)計(jì)
4.4.1 防松機(jī)構(gòu)的原理說明
α=7°斜楔鎖緊機(jī)構(gòu)雖然有很好的自鎖性,但是農(nóng)業(yè)機(jī)械在工作的過程中的振動(dòng)是比較大的，這樣是有可能因振動(dòng)而使的自鎖機(jī)構(gòu)松動(dòng)，從而產(chǎn)生不良后果。為了保證大白菜收獲機(jī)在工作中的安全性，就要求斜楔機(jī)構(gòu)能有很好的防松性能。這里我采用如下機(jī)構(gòu)進(jìn)行防松，如示意圖4-4所示：
1-壓柄和壓塊 2-開槽體 3-支架體 4-柱銷
5- 彈簧固定桿 6-彈簧
圖4-4 防松機(jī)構(gòu)
由雙手往下推1，1沿著2的通槽往下移動(dòng)到了2的底部，此時(shí)旋轉(zhuǎn)1九十度松手，將1卡死在2的底部的槽里頭，彈簧將1上的力轉(zhuǎn)移到4上了，這時(shí)4就會(huì)往下移動(dòng)擋住斜楔機(jī)構(gòu)，使之不能運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工作完成了以后，將1往下壓一點(diǎn)，然后再旋轉(zhuǎn)90度，松手。1在彈簧的作用力下自動(dòng)往上升，再往上拔1通過5將4從斜楔機(jī)構(gòu)中拔取出來。這樣斜楔機(jī)構(gòu)又可以移動(dòng)了！
4.4.2 彈簧的設(shè)計(jì)
彈簧的選材：一般的彈簧鋼有碳素彈簧鋼絲、65Mn、60Si2Mn、50GrVA等。其中65Mn淬透性強(qiáng)，脫炭傾向小，但有過熱敏感性和回火脆性，易產(chǎn)生淬火裂紋。一般用來制造直徑為8-20mm的不重要的螺旋彈簧。60Si2Mn各項(xiàng)性能都比較好，但它主要用來制造大截面的、受力很大的螺旋彈簧上。因此這里我選用65彈簧鋼。
4.4.3 壓塊的設(shè)計(jì)
（1）壓塊的作用：
壓塊主要是用來推動(dòng)彈簧并且鎖定彈簧位置的，它要求有一定的強(qiáng)度。
（2）壓塊的選材：
因?yàn)殚_槽體上的帶有螺紋，且要通過焊接來防止因壓柄轉(zhuǎn)動(dòng)而引起螺紋的松動(dòng)。又因?yàn)閴簤K上帶有兩個(gè)定位用的鍵，它要求有一定的強(qiáng)度。這里選擇Q255-它強(qiáng)度較高，用于承受中等載荷的零件，如鍵、拉桿、轉(zhuǎn)軸、螺栓及螺紋鋼筋等。所以是符合壓塊的選材需求的。
4.4.4 開槽體和支架的設(shè)計(jì)
（1）開槽體和支架的作用：
這兩個(gè)零件主要是用來限制壓塊運(yùn)動(dòng)的，使壓塊有固定的位置。
（2）開槽體和支架的選材：
開槽體和支架并沒有很高的要求。所以可以選擇鑄鐵，這里我選擇灰鑄鐵它的牌號(hào)：HT150-機(jī)械制造業(yè)中的一般鑄件，如底座、手輪等零件。
4.4.5 防松柱銷的設(shè)計(jì)
（1）柱銷的作用：
柱銷主要是通過與斜楔體接觸從而來限制斜楔體的移動(dòng)的。
（2）柱銷的選材：
柱銷與斜體是點(diǎn)接觸，它要求柱銷有一定的強(qiáng)度和硬度。這里選擇40Gr作為它的制造材料。40Gr是重要的調(diào)質(zhì)件，如軸類、齒輪類、銷子等。柱銷的工作部分還應(yīng)當(dāng)表面淬火，以增加它的硬度。
4.4.6 螺紋空管的設(shè)計(jì)
（1）螺紋空管的作用：
螺紋空管主要是用來連接壓塊和手柄，使操作者施加的力可以很好的傳遞給彈簧。
（2）螺紋空管的選材：
考慮到螺紋空管是需要加工內(nèi)螺紋的，所以壁厚要取大些。這里選擇冷拔無縫鋼（YB231-64）它的性能參數(shù)如下：外徑-38mm壁厚-8mm 理論重量-5.92kg/m。
4.4.7 手柄的設(shè)計(jì)
（1）手柄的作用：
手柄是操作者施加力的直接對(duì)象，它應(yīng)當(dāng)有很好的省力作用。
（2）手柄的選材：
手柄不是什么重要的工作零件，所以這里也采用鑄鐵HT150。
4.4.8 彈簧固定桿的設(shè)計(jì)
（1）彈簧固定桿的作用：
彈簧固定桿主要是用來固定彈簧的位置，使彈簧不會(huì)隨意的走動(dòng)。還有將柱銷拔離的功能。
（2）彈簧固定桿的選材：
彈簧固定桿一端要加工成螺紋，另一端要焊接，所以強(qiáng)度不可太高，最好選擇含碳量較低的鋼，這里選用20鋼-焊接性能好，便于加工成螺釘、螺母等零件。
5 提升運(yùn)輸裝置主要零部件的設(shè)計(jì)
5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)
5.1.1 機(jī)架外形
收獲機(jī)工作時(shí)，提升運(yùn)輸機(jī)構(gòu)與地面成30°角，要提升的高度大約為一米，所以提升運(yùn)輸機(jī)構(gòu)約兩米長，機(jī)架相應(yīng)也要兩米長左右。考慮到長度較長，采用平帶運(yùn)輸中間部分就可能由于平皮帶具有一定的彈性向內(nèi)凹陷，從而導(dǎo)致中間部分在提升運(yùn)輸過程中不能很好的夾緊大白菜，甚至出現(xiàn)提升運(yùn)輸機(jī)構(gòu)不能正常工作，所以在中間等距布置三個(gè)導(dǎo)輪，保證工作過程中對(duì)大白菜的良好夾緊提升運(yùn)輸。如圖5-1所示：
圖5-1機(jī)架外形
5.1.2 計(jì)算部分
由于初定機(jī)架長兩米左右，所以單根平帶至少長四米，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)有平帶帶長4000mm，4500mm，5000mm。選定4500mm的平帶。
兩端的平帶帶輪直徑根據(jù)大白菜的直徑一般在250mm左右，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定平帶帶輪的直徑為280mm。所以：
208 + 2L = 4500L = 1810 mm (L為機(jī)架長度)
見圖5-2：
圖5-2 平帶帶輪
5.1.3 機(jī)架結(jié)構(gòu)的確定
機(jī)架的大致框架采用橫截面為矩形的結(jié)構(gòu)鋼（見圖5-3）焊接在一起形成，底部由網(wǎng)狀連接以增強(qiáng)機(jī)架的剛性，頂部敞開，垂直安裝的平帶夾緊大白菜通過機(jī)架中間提升運(yùn)輸?shù)剿璧母叨?，具體結(jié)構(gòu)詳見裝配圖。
圖5-3 矩形的結(jié)構(gòu)鋼
5.2 平帶帶輪的設(shè)計(jì)
5.2.1 尺寸和形狀的確定
根據(jù)大白菜的外形尺寸初定平帶帶輪的直徑為300mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定平帶帶輪的直徑為280mm，寬度為198mm， 為防止掉帶，通常在平帶帶輪輪緣表面制成中凸度，根據(jù)平帶帶輪的直徑查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得平帶帶輪的中凸度為0.8mm，輪輻形式為四孔板輻，四個(gè)孔的直徑為40mm，輪轂長為115mm，輪轂孔的直徑為32mm，輪轂內(nèi)外圈之間壁厚為16mm，輪緣厚度為12mm，輪轂與輪輻以及輪輻與輪緣由1：25的錐度過度連接，輪緣邊上有高4mm的凸緣，防止平帶在垂直提升運(yùn)輸工作過程中沿平帶帶輪軸線方向滑脫，詳見圖紙，示意圖如圖5-4所示：
圖5-4 平帶帶輪尺寸圖
5.2.2 平帶的選擇
平帶用來傳遞牽引力和夾緊大白菜，環(huán)繞安裝在軸線與鉛垂線成30°的帶輪上，要求強(qiáng)度高、耐磨耐用、伸長率小和便于安裝修理。帶式提升輸送機(jī)使用的輸送帶有橡膠帶、塑料帶、鋼帶、金屬網(wǎng)帶等，最常用的是橡膠帶。輸送帶的張力由帯芯膠布襯墊層承受，帶的強(qiáng)度決定于帶的寬度和帯芯襯墊層數(shù)。同時(shí)，為使平帶有足夠的橫向剛度，防止它在支撐帶輪之間向兩側(cè)過分塌陷。應(yīng)根據(jù)帶寬選用一定的襯墊層數(shù)，查《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》得襯墊層數(shù)Z=3，并按下式作輸送帶的強(qiáng)度驗(yàn)算：
式中 ：-分別為輸送帶實(shí)際傳遞的和允許傳遞的最大張力（N);
-輸送帶寬度，cm；
Z-襯墊層數(shù)；
-普通分層帆布帶的抗拉強(qiáng)度，N/層·cm；
n-安全系數(shù)，硫化接頭為8-10。
由于該收獲機(jī)提升運(yùn)輸大白菜時(shí)，大白菜是立著被提升到一定高度的，大白菜的高度大約為350mm，而提升運(yùn)輸大白菜的平帶只需夾緊大白菜的中間偏下部分，之前確定了平帶帶輪的寬度為198mm，而平帶的寬度系列有140mm，160mm，180mm，200mm，因此選用垂直提升運(yùn)輸帶的寬度為180mm，襯層Z為3并采用硫化接頭，因?yàn)榱蚧宇^在平帶循環(huán)工作工程中不會(huì)因?yàn)榻宇^處而損傷大白菜。普通橡膠帶具有成槽性好，伸長率較小，對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦系數(shù)較大的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度和允許帶速適用于一般通用帶式輸送機(jī)，故選用常用的橡膠帶就能滿足要求。通過查相關(guān)資料選擇棉帆布芯輸送帶，型號(hào)為CC-56，扯斷強(qiáng)度為56N/（mm層）。每層厚度為1.5mm，每層重量為1.36kg/，參考力拉長率1.5%2%,上下覆蓋膠厚度各為1.5mm。
5.3 平帶帶輪軸的設(shè)計(jì)
5.3.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
（1）、 選擇軸的材料及熱處理
由于平帶運(yùn)輸裝置傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求故選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理.力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度,彎曲疲勞極限，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
（2）、計(jì)算轉(zhuǎn)速
因平帶帶輪的直徑為280mm，查相關(guān)資料初定平帶的提升運(yùn)輸速度為1.25m/s，則軸的轉(zhuǎn)速可根據(jù)一下公式計(jì)算得到：
r/min
所以取軸的轉(zhuǎn)速為90 r/min。
平帶帶輪和機(jī)架底部裝配選用接觸角為12°的圓錐滾子軸承（見圖5-5a），因底部安裝的軸承要承受平帶帶輪的重力以及其他工作部件的重力，其中主要是平帶帶輪的重量，力不是很大，查相關(guān)手冊(cè)得知接觸角為12°可以滿足工作要求；平帶帶輪和機(jī)架頂部裝配選用的軸承為深溝球軸承(見圖5-5b)，因頂部的軸承只需承受軸的徑向力。
根據(jù)軸承確定各軸安裝軸承的直徑為:
圓錐滾子軸承和深溝球軸承的直徑都為30mm。查設(shè)計(jì)手冊(cè)得知：圓錐滾子軸承的標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：GB297-84,型號(hào)為：2007106E；深溝球軸承的標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：GB276-89，型號(hào)為：60106.
圖5-5a 圓錐滾子軸承
圖5-5b 深溝球軸承
（4）、軸外形機(jī)尺寸的確定
1 軸直徑的確定
初估軸徑后,就可按軸上零件的安裝順序,從底端開始確定直徑.最底端軸段1安裝軸承2007106E,故該段直徑為30mm。中間軸段2安裝平帶帶輪，設(shè)計(jì)為32mm。與機(jī)架頂部裝配的軸段3安裝軸承60106,故該段直徑也為30mm。最上面留出一段直徑為28mm的軸段4裝V帶帶輪。。
2 各軸段長度的確定
軸段1的長度大致為軸承2007106E的寬度，取18mm長。軸段2為機(jī)架底部到頂端之間的距離，取210mm。軸段3的長度按軸承60106的寬度確定，取14mm。軸段4伸出機(jī)架安裝V帶帶輪，考慮到大白菜高約300mm，根部露出機(jī)架底面約30mm，夾在機(jī)架中間240mm，菜葉部分高出機(jī)架頂面約長30mm，所以把V帶輪設(shè)計(jì)安裝在高出機(jī)架頂面60mm的地方，故軸段4長100mm。V帶輪安裝在軸端一段直徑為20mm長19mm的軸段上，這段軸上還開有一6x16的鍵槽。軸端中心鉆有一M6x11深13mm的孔，用于安裝帶有M6螺紋的軸端擋圈，使V帶輪軸向定位。
3 軸上零件的周向及軸向固定
為了使安裝方便，平帶帶輪與軸選用間隙配合H6/g5。與軸承內(nèi)圈配合軸徑選用r5，平帶帶輪與軸采用兩個(gè)A型普通平鍵聯(lián)接，為1045 GB1096。平帶帶輪的輪轂部分寬115mm，要固定在中空高度為210mm的機(jī)架的中間，在輪轂的每一端安裝兩個(gè)半圓形的擋圈，防止平帶帶輪的軸向竄動(dòng)。
4 軸上倒角與圓角
為保證軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊(cè)的推薦，取軸肩圓角半徑為0.5mm。。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6403.4-1986，軸的左右端倒角均為145。
5 軸的結(jié)構(gòu)圖見圖5-6：
圖5-6 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖
5.3.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
從動(dòng)軸在受力等各方面工作條件比主動(dòng)軸要好，所以把從動(dòng)軸設(shè)計(jì)為取主動(dòng)軸的軸段1、2和3。主動(dòng)軸能滿足工作要求，從動(dòng)軸如此設(shè)計(jì)也能滿足工作要求。從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖見圖5-7所示：
圖5-7 從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖
5.4 端蓋
平帶帶輪上的圓錐滾子軸承和深溝球軸承內(nèi)圈可以靠軸肩和軸套定位，而外圈要用端蓋定位，示意圖如圖5-8所示：
圖5-8 端蓋定位示意圖
端蓋圓周任一直徑上鉆有兩個(gè)6的光孔，軸承座上鉆有M6的螺紋，通過M6的螺栓把端蓋連接在軸承座上，端蓋下面部分套入軸孔接觸到軸承外圈，從而達(dá)到軸承的軸向定位。端蓋中間比兩邊要凹下一點(diǎn)是為了減少加工面的大小，改善零件的加工工藝性。
5.5 支承軸的設(shè)計(jì)
1）：支承軸
在機(jī)架中間均布著三根支承軸，因?yàn)橹С休S受力不大，選用16的軸，長320mm，直接設(shè)計(jì)成一根螺栓，頭部螺紋長50mm，詳見圖紙部分。
2）：軸套
與支承軸間隙配合，保護(hù)套筒的內(nèi)圈精度。因套筒的內(nèi)圈加工較支承軸難，所示特在套筒和支承軸間加一軸套，內(nèi)徑16mm，長200mm，壁厚2mm，軸套與套筒采取過盈配合，工作時(shí)，軸套和套筒一起繞支承軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3）：套筒
因支承軸較細(xì)，所以在支承軸外套一內(nèi)徑20mm，長200mm，壁厚15mm的套筒，以增加平帶工作的穩(wěn)定性，裝配關(guān)系如上所述。
4）：螺母和墊圈
選用標(biāo)準(zhǔn)的M16螺母和與M16螺母想配合的墊圈，因都已標(biāo)準(zhǔn)化，所以不詳述。
6 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1 輸送機(jī)構(gòu)的組成
帶式輸送機(jī)又稱膠帶輸送機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)俗稱“皮帶”，是常見的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，使用尤為廣泛。帶式輸送機(jī)的主要部件包括輸送帶、驅(qū)動(dòng)裝置、托輥、滾筒、機(jī)架、張緊裝置、等等。設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)時(shí)，首先應(yīng)確定原始的計(jì)算數(shù)據(jù)，如輸送機(jī)的計(jì)算生產(chǎn)率，輸送機(jī)的輸送線路圖，輸送機(jī)的工作制，被運(yùn)輸物料的物理機(jī)械性能以及輸送機(jī)的安裝特征和工作條件，給料和卸料方