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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計 桑葉采收機總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計 DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM AND THE OVERALL PLAN OF MULBERRY LEAF HARVESTING MACHINE 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 指導老師及職稱： 教授 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013 年 5 月 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生設(shè)計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導老師的指導下， 進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注 明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確 的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞 ………………………………………………………………………………………1 1 前言 ………………………………………………………………………………………1 2 課題設(shè)計的意義 …………………………………………………………………………2 2.1 桑葉采收機發(fā)展現(xiàn)狀 …………………………………………………………………2 2.2 采茶機發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………………………2 2.3 桑葉采收機的市場及其前景…………………………………………………………3 3 總體方案的提出 …………………………………………………………………………3 3.1 主要結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………3 3.2 工作原理…………………………………………………………………………………4 4 主要零部件的設(shè)計計算 …………………………………………………………………4 4.1 整機結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………4 4.2 設(shè)計要求 ………………………………………………………………………………5 4.2.1 技術(shù)指標 ……………………………………………………………………………5 4.3 汽油機的選擇 …………………………………………………………………………5 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 ……………………………………………………………5 4.3.2 汽油機的選擇計算 …………………………………………………………………5 4.4 帶傳動的設(shè)計與計算 …………………………………………………………………5 4.4.1 帶輪材料的選擇及熱處理 …………………………………………………………5 4.4.2 帶輪設(shè)計 ……………………………………………………………………………5 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計計算 …………………………………………………………………7 4.5.1 初級參數(shù)假定 ………………………………………………………………………7 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計 ……………………………………………………………………8 4.6 軸的設(shè)計計算 …………………………………………………………………………9 4.6.1 軸的計算 ……………………………………………………………………………9 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案…………………………………………………………9 4.6.3 軸的校核……………………………………………………………………………10 4.6.4 鍵的校核 …………………………………………………………………………11 4.7 風機的設(shè)計……………………………………………………………………………12 4.7.1 各種類型風機的工作原理…………………………………………………………12 4.7.2 風機的分類 ………………………………………………………………………12 4.7.3 離心式通風機的選擇………………………………………………………………13 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計計算………………………………………………………………13 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及材料的選擇………………………………………………………14 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝………………………………………………………14 4.8.2 刀具材料的選擇……………………………………………………………………15 4.9 其他部分的設(shè)計………………………………………………………………………15 4.9.1 機架的設(shè)計…………………………………………………………………………15 4.9.2 行走輪設(shè)計…………………………………………………………………………15 5 總結(jié)………………………………………………………………………………………16 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點及解決問題的效果………………………………………………………16 參考文獻……………………………………………………………………………………17 致謝…………………………………………………………………………………………18 桑葉采收機總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計 學 生： 指導老師： （8） 摘 要: 為了提高采摘桑葉的效率,本畢業(yè)設(shè)計為設(shè)計一款桑葉采收機,對該機進行結(jié)構(gòu)設(shè) 計,對其性能參數(shù)進行設(shè)計計算,對各傳動元件進行設(shè)計計算（繪制機具總裝圖,及其部分元件圖。 ）,最終設(shè)計出一臺便于操作維修、成本低、安全可靠的桑葉采收機。 關(guān)鍵詞：桑葉采收；采摘；負壓；皮帶輪；鋼絲軟軸 Design of Transmission System and the Overall Plan of Mulberry Leaf Harvesting Machine Student：Mao Pengcheng Tutor：Yang Wenmin （College of Engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: In order to improve the efficiency of picking mulberry leaves, this graduation design is to design a mulberry leaf harvesting machine, design the structure of the machine, design and calculate its performance parameters and each driving element (drawing machine assembly drawings, and its component diagram.) Finally, design a mulberry leaf harvesting machine that is cheapy, easy to repair, safe and reliable. Key words: Mulberry leaf harvesting; harvesting; negative pressure; pulley; the wire flexible shaft 1 前言 種桑養(yǎng)蠶在我國有著悠久的歷史 ,栽桑的目的是采葉養(yǎng)蠶，而桑葉又是桑樹的營 養(yǎng)器官，在采葉的同時，要注意養(yǎng)樹，以達到下期或來年得到更多桑葉的目的。采葉 的基本方法有摘葉法、采芽法和剪條法三種 [15]：摘葉法在小蠶或夏、秋蠶期應(yīng)用；采 芽法在春蠶大蠶期應(yīng)用；剪條法是連條帶葉剪取條桑，直接飼蠶。秋末冬初，通過剪 梢（剪去枝條梢部） ，能減少桑樹凍害，提高發(fā)芽率和春葉產(chǎn)量。目前全國桑蠶養(yǎng)殖 達到盛況,而且還在不斷地擴大化中,作為今后農(nóng)戶新的一種經(jīng)濟農(nóng)作物,勢必會形成 全國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。如果能針對性地研發(fā)出來適用于這種桑葉采摘方式的工具,就 能把農(nóng)戶從痛苦的勞作中解救出來,讓他們省時又省力地完成龐大的工作量。 本課題即針對桑葉采收主要靠人工進行時的問題及現(xiàn)有采收設(shè)備不足的現(xiàn)狀，研 究出一種專用于桑葉采收的機械設(shè)備，并對整機各結(jié)構(gòu)部件進行協(xié)調(diào)，對采收機所用 刀片的材料、結(jié)構(gòu)進行分析，研制配套的負壓系統(tǒng)，相應(yīng)的鋼絲軟軸，機架，并進行 計算和裝配圖的繪制。最終設(shè)計出一臺便于操作維修、成本低、效率高的桑葉采收機。 2 課題設(shè)計的意義 2.1 桑葉采收機發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機是從近年來發(fā)展起來的，然而采茶機的研制早有淵源。1956 年開始,日本 就開始試作電氣動力源的攜帶型采桑機,1961 年開始公開演示。同年,日本制定了農(nóng)業(yè) 現(xiàn)代化發(fā)展的農(nóng)業(yè)基本法,使得全國的拖拉機的普及臺數(shù)超過了 100 萬臺,有效地推進 了農(nóng)業(yè)的機械化。 與采茶機類似，攜帶型采桑機的采桑方式有 3 種,即往復(fù)動刃型(現(xiàn)在的可搬型采 桑機多采用這種方式)\圓盤狀的水平回轉(zhuǎn)刃型以及圓桶刃型,攜帶型的機械,機身重 6- 12 公斤,采摘幅度 25-45 厘米.采摘勞動強度相對較大,工作效率也相對較低,但現(xiàn)在日 本的桑樹園還有不少是沿用該機械的,1 小時可采 40-60 公斤鮮葉 [14]。 2.2 采茶機發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機雖然在國外早已開始應(yīng)用，但在我國的研究卻比較落后。中國早已研制出 自己的采茶機，中國對采茶機的研究是五十年代末期開始的，近年來進展較快。機器 采茶已在部分地區(qū)和國營茶場較大面積上試用，全國不少專業(yè)研究機構(gòu)也對機采問題 作了較為廣泛的研究，并已取得一定成果。中國研制并已提供生產(chǎn)上試用、試驗的機 型有十余種。采茶機的工作原理均屬切割式?；拘褪接型鶑?fù)切割式、螺旋滾刀式、 水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式三種。動力來源分機動、電動、手動三種。 采茶機的工效與茶芽生長情況、操作者技術(shù)熟練程度及采茶機采摘幅寬度關(guān)系較 大。機采的生產(chǎn)效率一般要比手采高 6-15 倍。如江蘇芙蓉茶場機動螺旋滾動式采茶 機（采摘幅寬 270 毫米，每臺兩人輪換工作） ，臺時產(chǎn)量為 80-100 斤鮮葉，較手采提 高 15 倍。湖北省 74-I 型手搖軟軸傳動采茶機（采摘幅 270 毫米，兩人操作） ，臺時 產(chǎn)量為 73 斤鮮葉，較采提高 6-8 倍。上海農(nóng)機所和我所試制的 JW 機動往復(fù)切割有茶 機（幅寬 300 毫米，兩人操作） ，臺時間量為 80-90 斤鮮葉，比手采提高 10 倍左右。 采茶機的采摘質(zhì)量，以往復(fù)切割式為好，完整芽葉可達 60-70%，加上破碎但能制 茶的部分鮮葉，可制率達 85-90%。水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式采茶機的完整芽葉為 40-55%，可 制率在 75%以上。螺旋滾切式采茶機的完整芽葉只有 30-40%，可制率在 50%以上 [11]。 2.3 桑葉采收機的市場及其前景 近年來 ,我國桑蠶業(yè)發(fā)展很快 ,隨著種桑面積的擴大 ,廣大桑農(nóng)也遇到了一些難 題 ,比如桑葉目前只能靠手工采摘 ,效率很低。隨著東桑西移工程的實施,目前全國 的桑蠶養(yǎng)殖達到了空前的旺盛階段,除去幾個因天氣與地形影響而種不了桑養(yǎng)不了蠶 的地區(qū),其它地方基本上或多或少的都已形成了大規(guī)模的桑蠶養(yǎng)殖,從而也使得桑蠶養(yǎng) 殖成為當?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè).幾十年來,農(nóng)戶的手工勞作形成了采摘桑葉的唯一習慣,時間 長,勞動強度大,除去手部會受傷外,還會因天氣炎熱而造成中暑死亡的事例。這種勞 動方式幾十年來給農(nóng)戶帶來苦不堪言的痛楚,但因為沒有一種有效的工具可以幫助他 們從繁重的勞動中解脫出來,所以他們不得不一直忍受著。 為此 ,作者設(shè)計了桑葉采收機 ,以降低勞動強度 ,提高采桑效率 ,獲得更高的經(jīng) 濟效益。 隨著桑蠶養(yǎng)殖市場的不斷擴大化,這種桑葉采收機必會受到廣大農(nóng)戶的喜愛與接 納,也使得桑葉采收機的市場需求前景無限！ 3 總體方案的提出 目前市場上的桑葉采收機，總體結(jié)構(gòu)上可以借鑒的地方較少，因此我根據(jù)現(xiàn)有茶 葉采收機及修剪機的結(jié)構(gòu)，結(jié)合桑葉特征以及農(nóng)機相關(guān)知識進行修改，提出了本設(shè)計 的總體方案。 該桑葉采收機的工作原理是肉眼識別，單葉操作，機械采摘，真空收集。工作時 真空泵運轉(zhuǎn)使采集箱處于負壓狀態(tài)，另機械采摘器形成吸力，用肉眼識別和選擇桑葉 嫩枝，用機械采摘器將嫩枝切斷，嫩枝被吸入機械采摘器并經(jīng)軟管進入采集箱。 本桑葉采收機的優(yōu)點是肉眼識別，選擇性采收。機械采摘提高勞動效率節(jié)省人工； 真空收集提高收集速度，避免手指、指甲等接觸、劃傷葉片，既保護勞動者，又減少 了產(chǎn)品污染。 3．1 主要結(jié)構(gòu) 以下結(jié)合圖 1 對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的說明。 圖 1 總體布置圖 Fig 1 General arrangement diagram 1-扶手，2-支撐墊，3-鋼絲軟軸，4-可視泄料窗，5-皮帶輪，6-汽油機（風機） ， 7-濾葉絲網(wǎng)，8-采集箱，9-行走輪，10 軟管，11-采摘刀，12-進葉口 3．2 工作原理 該桑葉采收機由小型汽油機作為氣吸裝置和采摘器的動力來源。小型汽油機的曲 軸與風機采取直連的連接方式，傳動方式為把汽油機的轉(zhuǎn)動部分與離合器、皮帶輪相 連，通過一級皮帶輪減速帶動鋼絲軟軸轉(zhuǎn)動，繼而帶動采摘頭的采摘刀轉(zhuǎn)動，切斷桑 樹細嫩枝葉。收集部分由風機、軟管和采集箱組成。小型汽油發(fā)動機在怠速狀態(tài)工作 時，離心式離合器處于分離狀態(tài)，不傳遞動力。當汽油發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到離合工作轉(zhuǎn)速 時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力，一方面通過一級皮帶減速驅(qū)動鋼絲軟軸帶動采摘 刀工作。與此同時發(fā)動機在額定工況下工作時，風機也在額定工況下工作。氣吸式風 送結(jié)構(gòu)把切下來的桑葉吸送到采集箱內(nèi)，從而實現(xiàn)對桑葉的采收。 4 主要零部件的設(shè)計計算 4.1 整機結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的桑葉采收機主要由機架、鋼絲軟軸、刀具、皮帶輪、汽油機、風機以 及其他零部件和支撐件組成。雙人操作，一人推車前進，另一人進行采收。汽油機帶 動皮帶輪傳遞動力到軸承，帶動采摘刀工作，同時風機制造負壓將切斷的桑葉吸進采 集箱。 4.2 設(shè)計要求 4.2.1 技術(shù)指標 (1) 采收高度：<300mm ； (2) 機身重量：40%； 4.3 汽油機的選擇 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 (1) 切削力 F=150N (2) 切削最大半徑 R=60mm (3) 刀片轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 4.3.2 汽油機的選擇計算 T=FR=150N×0.06=9N.m Pw=Tn/9550=9×1500/9550=1.4kw P 軟軸 =1.4/0.98=1.43kw P2=1.43/0.94=1.52kw Pd=P 風機 +P2=4kw 由以上計算，我選擇 IE67-8F 汽油機，水冷，最大功率 10kw，額定轉(zhuǎn)速 2500r/min. 4.4 帶傳動的設(shè)計與計算 帶傳動是一種摩擦傳動，由具有彈性和柔性的帶繞在帶輪上所產(chǎn)生的摩擦力來傳 遞運動和動力，帶傳動主要用在中、小功率傳遞中，傳動平穩(wěn)，噪聲小。在需要精確 傳動比的地方，同步帶因不需要潤滑而得到廣泛的應(yīng)用；而更多的地方不需要精確的 傳動比，因此其他形式的帶傳動廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域。一般來 說，帶傳動的功率 P<=60KW，線速度的范圍為 5-25m/s，傳動比 i125mm 其中，大帶輪直徑為 mndd 23140521??? 實際傳動比 I、從動輪的轉(zhuǎn)速分別為 69.140312di min/7.52rin?961 從動輪的轉(zhuǎn)速誤差為 在正負百分之五以內(nèi)，為允許值。%4.10154???? (4) 驗算帶速 V (1)smndV/3.8106??? 在 5-25m/s 范圍內(nèi)。 (5) 確定帶的基準長度 LD 和中心距 按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求初定中心距 (2)????21217.0dda???563 初定 m0? 由文獻[10]的式 8-22 得 (3)0 21210 4)()(2addaL????? ??021214)(502add??????m.19 由文獻[10]表 8-2，選取帶的基準長度 LD=1600mm 計算實際中心距 (4)??mLad 75.042).15960(5200 ??????? (6) 校驗小帶輪包角 a1 由文獻[10]式（8-25）查得 小帶輪包角 (5)a3.57-18012?????）（ da = ??.436 = ??9 滿足要求。 (7) 確定 V 帶根數(shù) Z 由文獻[10]式（8-26） (6)??LaAcaKPZ010?????? 由表 8-2 查得 KL=0.92，由表 8-4a 查得單根普通 V 帶的基本額定功率 P0=3.8， 由表 8-4b 查得功率增量 ΔP 0=0.68，由表 8-5 查得包角修正系數(shù) Ka=0.98 得普通 V 帶的根數(shù)??298.68.034????Z 取 Z=2 根 (8) 求初拉力 F0 及帶輪軸上的壓力 Fq 由文獻[10]式（8-27）得單根 V 帶所需最小初拉力為 (7)20)5.2(qZKPFVac??? ??182.0918.04. ????N927? 由式（8-28 ） ，帶輪軸的壓軸力為 (8)2sin10aZFq?69i.47?? =493.5N (9) 設(shè)計結(jié)果 由以上計算及分析我決定選擇 1 根 B-4000GB1171-89V 帶，中心距 a=505mm，帶 輪直徑 dd1=140mm，d d2=236mm，軸上壓力 Fp=493.5N 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計計算 4.5.1 初級參數(shù)假定 (1) 選取軟軸鋼絲材料 根據(jù)要求，軟軸材料選用碳素鋼，其中 [σ]=700MPa (2) 確定鋼絲軟軸纏繞層數(shù) m 根據(jù)要求，選取該軟軸鋼絲纏繞層數(shù) m=4 (3) 假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 根據(jù)要求，假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 742?Dc (4) 假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 根據(jù)要求，假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 ??m/360??? 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計 (1) 計算最外層鋼絲直徑及軟軸外徑 如鋼絲軟軸中各層鋼絲滿足等強度條件，則： (9)???????????EDKnEKnDm2212??????4 =1119 初定最外層螺旋鋼絲纏繞頭數(shù) Z4=9，得： (10)??44KZ360????Ecd =2.13mm 圓整取 d4=2mm，則： D24=14mm， D0=D2m+dm=16mm.軟軸外徑=16mm (2) 選取其余各層螺旋鋼絲直徑 選取各層螺旋鋼絲直徑 d1，d 2，……，d m-1。一般?。篸 1≤d 2≤d 3≤……≤d m-1≤d m 為便于加工及方便設(shè)計，?。?d2=d3=d4=2mm，d 1= =1mm4 計算得： D23=10mm， D22=6mm，D 21=3mm C1=3，C 2=3，C 3=5 確定各層螺旋鋼絲頭數(shù) 由 (11)m21 CdkZdkZ???? 注意到 Z 取整數(shù)，故取 Z1=8，Z 2=4，Z 3=7，Z 4=9 校核強度,由 (12) 可得 σ 1=646MPa，σ 2=646MPa，σ 3=598MPa，σ 4=523MPa，顯然強度足夠。 (2) 校核剛度 由 (13)???????miiDdZEM123670 得 ，故剛度足夠。??5. 綜上，所設(shè)計軟軸能滿足要求。 4.6 軸的設(shè)計計算 軸的設(shè)計也和其它零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合 理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零 件的可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方 面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強度。這時只需要對軸進行強度計 算，以防止斷裂或塑性變形。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在及其中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件 的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)結(jié)的方法；載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的 加工工藝等。 而影響軸的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異。 4.6.1 軸的計算 軸上的功率 P=1.53kw，軸轉(zhuǎn)速 n1=1500r/min，根據(jù)公式算得： (14) 初步確定軸的最小直徑：先初步估算軸的最小直徑。本設(shè)計選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，適用于承受交變負荷、中等速度、中等負荷、強烈磨損、無很大沖擊 的重要零件。取 A0=150，于是得 (15) 因此，選取軸徑為 40mm。 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案 (1) 選擇滾動軸承：因軸承只受徑向載荷和軸向載荷作用，故使用深溝球軸承， 由文獻[10]表 13-2，初選滾動軸承代號為 6310，選擇內(nèi)徑 d=50，外徑 D=80，寬度 B=16。 (2) 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩方面。其主要尺寸為其截面尺寸（一般 以鍵寬 b×鍵高 h 表示）與長度 L。鍵的截面尺寸 b×h，按軸的直徑 d 由標準中選擇 鍵的長度 L=(1.5~2)d，這里 d 為軸徑。 普通平鍵的主要尺寸，因為：d=40mm，即公稱直徑：d>38~44，公稱尺寸 b×h=12×8，公稱尺寸 b=12。 取輪轂長度 L=80。平鍵選用材料為 45 剛，個數(shù)為 2 個，長度取 40mm。為了保證 與軸配合有良好的對中性，故選擇皮帶輪輪轂與軸的配合為 。76Hn (3) 確定軸上圓角和倒角尺寸，參考文獻[10]表 15-2，取軸端倒角為 2×45，各 軸 肩處的圓角半徑及結(jié)構(gòu)尺寸見圖 2 及圖 3。 (4) 由于快速皮帶輪軸必須同時帶動汽油機和風機，需要兩個聯(lián)軸器，而慢速皮 帶輪要帶動鋼絲軟軸，需要一個聯(lián)軸器，因此共需要三個聯(lián)軸器。選用標準件 GYS6。 其中，軸孔直徑分別為 40mm 和 50mm。因為需要保持連接緊密，所以采用過盈配合 76Hk 圖 2 慢速皮帶輪軸 Fig 2 Slow pulley Shaft 圖 3 快速皮帶輪軸 Fig 3 Fast pulley Shaft 4.6.3 軸的校核 軸傳遞的扭矩由軸的計算得 T1=9741N·mm 已知帶輪軸壓軸力 Fq為 493.5N 只考慮垂直面所受彎矩，如圖 b MV=56Fq=28869.75N·mm 由于水平面彎矩為 0，危險截面處最大合成彎矩計算 (16)VH???2 做扭矩圖，如圖 c T1=9741N·mm 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據(jù)文獻[10] 式（15-5）及以上所算的數(shù)據(jù)，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 a=0.6，軸的 計算應(yīng)力 (17) 易知 ,故安全！??MPa6079.51???? 圖 4 軸的校核 Fig 4 Axis calibration 4.6.4 鍵的校核 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要的實效形式是工作面被壓潰。因此通常只按工作面 的擠壓應(yīng)力進行強度校核。 假定載荷在工作面上是均勻分布的，不同平鍵連接的強度條件為 (18) 式中；T-傳遞的扭矩 N·m K-鍵與輪鍵槽的接觸高度 mm L-鍵的工作長度 mm D-軸的直徑 對于安裝皮帶輪的軸上的鍵進行相關(guān)校核， ，其中MPap6.12????MPap60?? 可見 ，所以鍵的強度足夠。??p?? 4.7 風機的設(shè)計 風機是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為被輸送氣體的壓力能和動能的一種動力設(shè)備。對 于采收桑葉來說，風機是一種不可缺少的動力設(shè)備。利用風機所產(chǎn)生的負壓，為采收 提供所需的風量。 風機根據(jù)其作用原理的不同，一般可分為離心式、軸流式、混流式三類。在工業(yè) 生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的是離心式和軸流式，在通風除塵系統(tǒng)中，主要是使用離心式風 機。 4.7.1 各種類型風機的工作原理 (1) 離心式風機工作原理 離心風機的工作原理是，葉輪告訴旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量,即流體通過 葉輪后,壓能和動能都得到提高,從而能夠被輸送到高處或遠處。離心式風機的葉輪裝 在一個螺旋型的外殼內(nèi),當葉輪旋轉(zhuǎn)時,流體軸向流入,然后轉(zhuǎn) 90°進入葉輪流道并徑 向流出。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn),在葉輪入口處不斷形成真空,從而使流體連續(xù)不斷地被風機吸 入排出。 (2) 軸流式風機工作原理 軸流式風機的工作原理是，旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓推進力使流體得能量，升高其壓能和動能。 軸流式風機的葉輪安裝在圓錐形機殼內(nèi)，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，流體軸向流入。在葉片葉道 內(nèi)獲得能量后，沿軸向流出。軸流式風機適用于大流量，低壓力，電廠中常用作送引 風機。 (3) 混流式風機工作原理 混流式風機工作原理是，流體進入葉輪后，流動的方向處于軸流式與離心式之間，近 似沿錐面流動?；炝魇斤L機的性能亦介于離心式與軸流式之間，起流量大于離心式但 小于軸流式；全壓大于軸流式而小于離心式。 考慮到桑葉采收機功率不大，我選擇離心式風機。 4.7.2 風機的分類 按壓力的大小風機可分為通風機，鼓風機和壓氣機。隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展， 日益需要輸送空氣、氧氣、氮氣、氫氣、乙烯、丙稀等各種氣體的機械。通風機是應(yīng) 用最廣泛的一種氣體輸送機械。 通風機按照工作時候產(chǎn)生的壓力大小可分為（在大氣壓為 101.3KPa，氣溫為 20℃的標準狀態(tài)下）： ⑴ 低壓離心式通風機：通風機全壓 p≤1KPa； ⑵ 中壓離心式通風機：通風機全壓 p=1KPa~3 KPa； ⑶ 高壓離心式通風機：通風機全壓 p=3KPa~5 KPa； ⑷ 低壓軸流通風機：通風機全壓 p≤500Pa； ⑸ 高壓軸流通風機：通風機全壓 p≥500Pa。 通風機廣泛地運用于各個工業(yè)部門，在家庭中廣泛使用的電風扇和吹風機都屬于 通風機，其中離心式通風機因為性能范圍廣，效率高，體積小，重量輕，能與高速原 動機直聯(lián)，所以運用最為廣泛。 4.7.3 離心式通風機的選擇 離心式通風機的主要結(jié)構(gòu)部件為葉輪、機殼、進氣口、出氣口 機殼內(nèi)的葉輪安 裝于原動機拖動的軸承上。葉輪由葉片和連接葉片的前盤及后盤組成。葉輪后盤裝在 轉(zhuǎn)輪上，機殼一般是鋼板制成螺線狀箱體，支撐與支架上。 離心式通風機的選擇主要是指風機本體的選擇，同時還包括與其相配的傳動部件 電動機等的選擇，選擇風機是保證通風除塵系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。風機選擇不當， 造成設(shè)備投資及能耗的浪費，因此，在選擇風機時，一定要全面考慮，做到正確選擇， 以達到預(yù)期目的。 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計計算 (1) 輸送量的確定：根據(jù)要求知其輸送量為 300kg/時。 (2) 混合比的選?。夯旌媳仁侵冈趩挝粫r間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量與同一時間內(nèi)通過 該管道的空氣質(zhì)量之比，用 m 表示。吸送式負壓輸送系統(tǒng)裝置混合比的選取主要 取決于管系條件（輸送管長度、管內(nèi)壁粗糙狀況、彎管數(shù)量及管道布置方式等） 、 物料物理特性及氣源機械的性能（真空度、風量等）因數(shù)。M 值越大，有利于提高 裝置的輸送能力。對懸浮輸送方式來說，在規(guī)定生產(chǎn)條件下，如選定的 m 值大， 則所需風量小，因而可用管徑較小的管道，且單位能耗也低。但若 m 值過大，則 管路壓力損失增大，要求采用真空度較高的氣源機械，且輸送管道容易發(fā)生堵塞。 反之，如選取的 m 值小，則所需風量大，不僅管徑和分離、除塵等設(shè)備的尺寸都 要增大，且由于功率主要消耗在輸送大量空氣而使裝置單位能耗增高。然而選用 小的 m 值，卻可以采用真空度較小的風機。由此看來，影響 m 值的因數(shù)很多，其 值的范圍也較大，很難用公式簡單計算求得。在設(shè)計計算時盡可能參考各種實例、 憑借已有經(jīng)驗或試驗數(shù)據(jù)來確定，一般低真空吸送式負壓輸送系統(tǒng)裝置，選取混 合比 m=2。 (3) 計算空氣流量的確定：根據(jù)選擇的輸送混合比 m=2，所需風量 Q 應(yīng)為： (19) 式中：Q—風量（m3/h） ρa—空氣比重，取 ρa=1.2kg/m Gs—輸送量 kg/h μ—混合比，其值由經(jīng)驗得。在此選擇 μ=4 所以按設(shè)計要求的風量為： )/(3.208.15hmGQas????? (5) 被輸送物料的運動速度確定：確定合理的輸送速度必須保證裝置能長期正常 輸送物料。因此，應(yīng)該考慮以下諸多因素可能的影響：風機工作性能的變化；管系漏 氣；輸送物料品種及某類物料圖物理特性的可能變化；氣流輸送系統(tǒng)要求具有一定的 輸送能力儲備；氣象條件的變化。 綜合以上各項影響因素，按照已有實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)，我這次選用的輸送氣流速度為 20m/s。 (5) 輸料管的內(nèi)徑：輸料管起始段內(nèi)徑可按下式確定： (20)mvQDa6023.801.018. ??? 考慮到桑葉大小，為防止堵塞，選擇內(nèi)徑為 60mm。 根據(jù)上述分析和計算結(jié)果，我選擇 11-62 離心式風機，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為 n=2500r/min 風量為 Q=500m3/h，進口風壓 H=-250Pa。 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及材料的選擇 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝 刀具的結(jié)構(gòu)采用用圓盤形的刀盤，兩邊有裝有兩個對稱的刀片，為防止切割桑樹 枝時桑樹枝外滑，故把刀刃設(shè)計成呈圓弧型。刀具使用螺紋和軟軸相連，并通過管接 頭安裝在采摘頭上，管接頭采取螺釘固定。 與此同時，真空軟管也通過管接頭連接在采摘頭上，采摘頭由 Q235 鋼制造。采 摘刀的位置要放置到正好能將切下來的枝葉送往真空管中的部位，不偏不倚。具體形 式如圖 5。 圖 5 采摘頭 Figure 5 Picture head 4.8.2 刀具材料的選擇 因刀片在高速的環(huán)境下工作，且在剪切過程中，刀片會受到很大的擠壓力，摩擦 也會很厲害，需要的硬度也比較高。根據(jù)這些因素我決定選擇 W18Cr4V。 W18Cr4V 是應(yīng)用比較廣泛的的高速鋼，其性能主要有：熱處理硬度可達 63- 66HRC，抗彎強度可達 3500MPa 左右，可磨性好。其優(yōu)點：通用性強，工藝成熟。 熱處理：經(jīng)淬火硬度達到 66HRC，刀尖處噴涂碳化鈦或氮化鈦。 4.9 其它部分的設(shè)計 4.9.1 機架的設(shè)計 機架是固定和承載汽油機和工作機構(gòu)的，機架采用焊接成型，考慮到加工和維修 的方便性和使用的經(jīng)濟性，故材料采用塑性好，焊接性能好的 HT200 焊接而成。汽油 機、風機、工作機構(gòu)與機架均采用螺栓聯(lián)接。 4.9.2 行走輪設(shè)計 桑葉采收機的行走輪由輪轂和輪胎組成，輪轂根據(jù)前面的設(shè)計要求選擇 45 鋼。 輪胎在此要與輪轂配合，輪胎的大小尺寸應(yīng)與桑葉采收機的整體形狀和尺寸緊緊相連。 輪胎的外徑是 Φ=160mm，由于負載不大，且速度較低，為使結(jié)構(gòu)簡化，其具體形狀采 用輪軸合一的形式，外圈材料為橡膠。行走輪的具體尺寸如圖 6。 圖 6 行走輪 Figure 6 The walking wheel 5 總結(jié) 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點及解決問題的效果 該設(shè)計的桑葉采收機，投入使用后可大大提高茶樹修剪的效率，和以往人工進 行修剪工作相比較，不但可以節(jié)約大量勞動力、降低成本，而且修剪效果比人工修剪 要好很多。 經(jīng)過和現(xiàn)有采收機的比較，發(fā)現(xiàn)本設(shè)計的采收機有如下優(yōu)點： (1)與一般采收機相比，該機節(jié)能較多； (2)該采收機更適用于桑樹種植的特殊模式； (3)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅固、簡單，維修方便； (4)該機可通過軟軸對不同高度的桑樹進行采收。 由于該機節(jié)能多、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、維護及操作方便和售價低廉，因此更加適 合于種桑養(yǎng)蠶的勞動人民選用。 參考文獻 [1] 肖麗萍,魏文軍,宋建農(nóng),靳桂萍,可控變桿長空間機構(gòu)在農(nóng)機部件工作軌跡上的設(shè)計與應(yīng)用 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2007(07) [3] 李健,龐新維,桑葉采摘機主運動系統(tǒng)公差的設(shè)計[J]. 農(nóng)機化研究. 2007(03) [3] 李健,靳龍,伍麗峰,開口空心齒輪軸的優(yōu)化設(shè)計[J]. 機械設(shè)計與制造. 2006(01) [4] 李健,靳龍,桑葉采摘機手動操作機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2005(11) [5] 尹健,謝慶生,羅延科,陳倫軍,考慮彈流潤滑的齒輪傳動多目標優(yōu)化設(shè)計的遺傳算法實現(xiàn)[J]. 機械工程學報. 2003(06) [6] 姚文斌,何天淳,鋼絲軟軸抗扭剛度的計算及測量[J]. 力學與實踐. 2000(02) [7] 王靜,生產(chǎn)過程中扭矩衰減的控制方法[J]. 大眾科技. 2011(10) [8] 權(quán)啟愛,舒南炳,孟慶恩,朱守貞,從日本樣機試驗試述我國采茶機的研究[J] .中國茶葉.1980 年 05 期 [9] 何云信，容積式真空泵結(jié)構(gòu)型式的探討[J]. 真空.2002 年 02 期 [10] 璞良貴、紀名剛， 機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001 [11] 潘根生.試論我國茶葉機采的發(fā)展前景[J] .茶葉.1990 年 03 期 [12] 侯亞威，垂直管內(nèi)糧食顆粒流動特性的試驗研究[D] .內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學.2010 年 [13] 吳宗澤，羅圣國,機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[D] .清華大學.2006 年 [14] 王同洲，桑蠶實用技術(shù)[M]．黃河出版社，2000． [15] 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化（果疏機械分冊）[M]．農(nóng)業(yè)出版社． [16] 鄒慧君．機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新[M]．機械工業(yè)出版社，2008． [17] 張偉．農(nóng)業(yè)物料學[M]．中國農(nóng)業(yè)出版社,2007. 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