3718 旋耕機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3718 旋耕機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),旋耕機(jī),傳動系統(tǒng),設(shè)計(jì)
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題目：旋耕機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者：夏明普
指導(dǎo)老師：姚明印副教授
時間：2012年5月,摘要,本文在分析小型步旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理的前提下，介紹說明了小型步旋旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)著和設(shè)計(jì)步驟。并根據(jù)設(shè)計(jì)原則的要求，首先選擇了小型步旋耕機(jī)的類型，確定小型步旋耕機(jī)的耕幅、傳動形式、刀軸轉(zhuǎn)速，離合器工作的選擇等內(nèi)容。然后具體設(shè)計(jì)了小型步旋耕機(jī)的傳動裝置，包括齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核、耕深調(diào)節(jié)裝置和工作部件總成的設(shè)計(jì)。齒輪箱的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，這包括了大量的工作：資料的整理，參數(shù)的設(shè)定，相關(guān)計(jì)算，繪圖等。
關(guān)鍵詞：旋耕機(jī)；變速箱；離合器,前言,旋耕機(jī)是一種由動力驅(qū)動旋耕刀袞完成耕、耙作業(yè)的耕耘機(jī)械。旋耕機(jī)具有犁耙合一的作業(yè)效果，它的耕作部件為旋耕刀輥是由多把旋耕刀在刀軸上按螺旋線排列而成,，較好地切斷植被并將其混合于整個耕作層內(nèi),也能有效地將化肥、農(nóng)藥等混施于土內(nèi),在水田中帶水旋耕后即可直接插秧。其切土、碎土能力強(qiáng),一次作業(yè)能達(dá)到犁耙?guī)状蔚男Ч?耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求.旋耕機(jī)作業(yè)質(zhì)量好、工效高,既能搶農(nóng)時、節(jié)省勞力,又可減少機(jī)器下地次數(shù),減輕行走部件對土壤的壓實(shí),在我國南北方均有廣泛使用。
旋耕機(jī)于 19 世紀(jì)中葉問世以來，得到了迅速發(fā)展和推廣使用。日本二戰(zhàn)之后為了盡快恢復(fù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展引進(jìn)旋耕機(jī)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是由于日本大多為水田直角形旋耕刀不適宜于進(jìn)行水田耕作。一大批日本學(xué)者開始致力于水田用旋耕刀的研究如吉田富穗、松尾昌樹、坂井純等人研制出了旋耕彎刀成功地解決了刀軸纏草等問題。為了解決刀軸纏草的問題本文對旋耕彎刀進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明。對彎刀的刃口曲線提出了相應(yīng)的要求，目前能達(dá)到這種要求的刃口曲線有阿基米德螺線、等角對數(shù)螺線、正弦指數(shù)曲線等其中阿基米德螺線應(yīng)用最廣。 到目前為止，旋耕機(jī)產(chǎn)品雖然在理論上可以配套 58.8－73.5kw 的拖拉機(jī)，但實(shí)際上因受傳動系統(tǒng)強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，配套合理范圍僅達(dá) 48kw 的拖拉機(jī)；耕深亦局限在旱耕 12－16cm，水耕 14－18cm。
我國對旋耕機(jī)的研制始于 20 世紀(jì) 50 年代末， 初期主要研制與手扶拖拉機(jī)配套的旋 耕機(jī)，后來研制出與中型輪式拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)；70 年代初完成了與當(dāng)時國產(chǎn)的各類拖 拉機(jī)配套的系列旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)，并使之得到了推廣應(yīng)用；到 80 年代，與手扶拖拉機(jī)配套的 旋耕機(jī)由專用型發(fā)展到兼用型， 由于手扶拖拉機(jī)配套發(fā)展到與輪式及履帶式拖拉機(jī)配套。 旋 耕機(jī)在我國的發(fā)展經(jīng)歷了單機(jī)研制、發(fā)展系列產(chǎn)品、新產(chǎn)品開發(fā)和換代 3 個階段，隨著新的 種植、耕作農(nóng)藝的發(fā)展和推廣，在旋耕機(jī)基礎(chǔ)上還研制出了多種用途的聯(lián)合復(fù)式作業(yè)機(jī)。,20 世紀(jì) 90 年代以來，為適應(yīng)市場需要，有些企業(yè)試圖開發(fā)大型旋耕機(jī)，但因水平有限，僅采用原有產(chǎn)品外延放大和堆砌材料的方法，沒有著重結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和參數(shù)的優(yōu)化， 目前能與 200 馬力以上拖拉機(jī)配套的農(nóng)機(jī)具在我國還完全依賴進(jìn)口。 另外我國旋 耕機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模都比較小，裝備差、制造工藝水平低，有些產(chǎn)品出廠質(zhì)量粗 放，可靠性不高，企業(yè)低價競爭導(dǎo)致投入創(chuàng)新的部分過少，不利于行業(yè)的發(fā)展。 因而走了彎路。因此，現(xiàn)有旋耕機(jī)產(chǎn)品在品種上尚有大型和深耕型的空缺。隨著水稻集約化、規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，水田耕整用寬幅高速型旋耕機(jī)成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強(qiáng)度特別低，附著力、外摩擦力也接近為零，切土部件與土壤之間存在潤滑水膜。因此，大塊水田使用大型拖拉機(jī)旋耕機(jī)組水耕時，為充分發(fā)揮其功率，實(shí)現(xiàn)高效率、高效益，需要工作幅寬 3m 以上的寬幅旋耕機(jī)。但寬幅又受到道路行駛和入庫停機(jī)不便的制約。解決途徑有二：一是旋耕機(jī)采用寬度伸縮或折疊式結(jié)構(gòu)；二是采用適中的幅寬，提高作業(yè)速度，從現(xiàn)有的 2－5km/h 提高到 4－8km/h。為滿足以上要求，需要改進(jìn)旋耕機(jī)及工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，研制寬幅高速旋耕機(jī)及滅茬、旋耕、旋耙和深施化肥的復(fù)式作業(yè)機(jī)械。 我國作為農(nóng)業(yè)大國，不少農(nóng)機(jī)學(xué)者在旋耕機(jī)方面進(jìn)行了大量的研究工作。為了促進(jìn)驅(qū)動型耕作機(jī)械的發(fā)展，本人選擇了旋耕機(jī)作為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題，借鑒了不少知名學(xué)者的重要研究成果，書寫成文。由于資料搜集的局限性和水平有限，錯誤和不足之處在所難免，歡迎讀者批評指正。,小型旋耕機(jī)圖片集,各式小型旋耕機(jī),旋耕機(jī)的研究意義與發(fā)展趨勢,1 開發(fā)旋耕機(jī)的目的和意義
土壤耕作是種植業(yè)生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，對于農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用。因此，土壤耕作機(jī)械的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注。由于土壤耕作是一項(xiàng)能耗很大的作業(yè)，傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)械，如犁，耙等都需要多次書耕作會對土壤造成破壞，不利于水土保持，消耗較大。長期以來，人們一直在探討新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在這種形勢下，驅(qū)動型耕作機(jī)械誕生了。這種機(jī)械之所以引人注目，一是強(qiáng)化土壤耕作過程，可以滿足不同條件下的不同土壤類型；二是一次耕作可以聯(lián)合作業(yè)；三是有動力驅(qū)動，質(zhì)量好；四是作業(yè)時幾乎不需要牽引功率，減少了功率的消耗。 驅(qū)動型機(jī)具有多種，如旋耕機(jī)，振動土壤耕作機(jī)械等，目前廣泛使用的，應(yīng)用前景最好的就是旋耕機(jī)。耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次旋耕能夠達(dá)到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時抗旱保墑，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。,2 國內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展動態(tài)、存在問題及發(fā)展方向 目前，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的旋耕機(jī)，在國內(nèi)外在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。旋耕機(jī)的保有量也增加的很快，為了適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)規(guī)模，為不同機(jī)型拖拉機(jī)配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅：為 1.25m2．8m 多種型號的旋耕機(jī)。如南昌旋耕機(jī)廠的 IGN 系列多種型號旋耕機(jī)，連云港旋耕機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的 IGE2—210 型旋耕機(jī)，1CN-250S 型旋耕機(jī)等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的機(jī)型還有 1GHL 一 280 型松旋起壟機(jī)、1GSZ-210／280 型組合式旋耕多用機(jī)、1GZJ 一 210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機(jī)、1GLT-4 型松旋滅茬起壟通用機(jī)等。很多機(jī)型為了適應(yīng)黑龍江省農(nóng)藝要求，在旋耕機(jī)后部安裝了起壟犁鏵。為了裝配各種不同的工作件組臺設(shè)計(jì)了專門的機(jī)架，以提高旋耕機(jī)的應(yīng)用水平。有的旋耕機(jī)依據(jù)旋耕部件與耕深的相對關(guān)系，把中央調(diào)速器直接設(shè)計(jì)安裝在旋耕工作部件的軸上。這樣保證了農(nóng)具的最小能耗、最少的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。由于調(diào)速器殼體下是未耕地，存在如何保護(hù)好調(diào)速器殼體的問題。國產(chǎn)的 1G 一 150 旋耕機(jī)和 1G 一 140 旋耕機(jī)等多種機(jī)型的旋耕軸配置在地表水平面上或低于地表。為了防止調(diào)速器外殼的損壞，在殼體上或前犁柱上安有專用的分土鏟。分土鏟開出的鏵溝被補(bǔ)助整地作業(yè)消滅。,3 旋耕機(jī)開發(fā)存在的問題與發(fā)展趨勢
從近幾年國產(chǎn)的旋耕機(jī)配套推廣應(yīng)用情況來看，存在一些問題：
（1）拖拉機(jī)動力輸出軸容易損壞；（2）、十字萬向傳動軸使用壽命短；（3）、旋耕作業(yè)性能不穩(wěn)定和容易纏草的問題；（4）、缺少與大功率拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)；（5）、作業(yè)性能滿足不了當(dāng)今的農(nóng)藝要求；這些問題的解決有待于進(jìn)行更深入的研究。
隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增強(qiáng)，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的旋耕機(jī)的弊端日益突出，已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。故對旋耕機(jī)的研究有了進(jìn)一步的深化，出現(xiàn)如下幾個方向的發(fā)展趨勢：
（1）、向?qū)挿?，高速型旋耕機(jī)發(fā)展；（2）、向聯(lián) （3） 全幅深旋耕機(jī)已起步； 、合作業(yè)機(jī)組方向發(fā)展； （4） 向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展； 、小型旋耕機(jī)需求量有所增加。,總體方案確定及主要參數(shù)的選擇,裝配示意圖如右圖所示
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理,旋耕機(jī)裝配圖,旋耕機(jī)左視圖與俯視圖,小型旋耕機(jī)外觀圖,小型旋耕機(jī)各部件的外觀圖,總裝圖結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì),裝配示意圖主要由發(fā)動機(jī)、變速箱、機(jī)架、旋耕工作部件、限深機(jī)構(gòu)、操縱手柄、三角皮帶輪、支架等組成，其工作原理是將發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)三角皮帶傳遞給變速箱主動軸，經(jīng)二級減速帶動安裝在驅(qū)動輪軸上的旋耕刀片旋轉(zhuǎn)（在銑切加工土壤過程中，通過土壤反力推動機(jī)器前進(jìn)）。耕深主要靠阻力鏟柄上孔眼的位置進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，同時還可通過人改變其對操縱手柄的壓力以增減力矩，調(diào)節(jié)機(jī)器的前進(jìn)速度，借以達(dá)到改變耕深的目的。 另外，旋耕作業(yè)的碎土性能與土壤含水量、土壤堅(jiān)實(shí)度和機(jī)器的作業(yè)速度有關(guān)， 在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳的工作速度。 為了全面實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)在以下幾個方面：1．變速箱殼體采用薄壁鋼板多次沖壓成型，既減少了加工工序， 又降低了制造造成本，也使機(jī)器重量大大減輕。 2．為滿足多項(xiàng)作業(yè)要求，變速箱設(shè)有三個速檔，高速檔用于旋耕、運(yùn)輸作業(yè)， 低速檔用于中耕、起壟作業(yè)。同時在變速箱右側(cè)有動力輸出軸，可肚帶動小水泵、脫粒機(jī)、碾米機(jī)、打漿機(jī)等進(jìn)行場上固定作業(yè)。再有，驅(qū)動輪軸采用通軸結(jié)構(gòu)，它與旋耕工作部件配合安裝，便于工作部件的更換。還可安上運(yùn)輸輪進(jìn)行短途運(yùn)輸作業(yè)。 3．由于該機(jī)是旋耕作業(yè)為主，為在旋耕作業(yè)過程中，不使機(jī)器發(fā)生上跳、前滑現(xiàn)象，增強(qiáng)操作舒適感，整機(jī)重心的布置非常重要。實(shí)踐證明，為確保旋耕作業(yè)的穩(wěn)定性，重心設(shè)在驅(qū)動輪軸上方前后20mm處是適宜的。 4．為保證作業(yè)質(zhì)量，使旋耕時不漏耕，變速箱下部寬度要窄為宜，該機(jī)為45mm基本做到了不漏耕。 5．為適應(yīng)棚室空問矮小的作業(yè)條件，機(jī)器操作手柄既可上下調(diào)整，又可在180°內(nèi)前后轉(zhuǎn)動調(diào)整。,傳動路線示意圖,如右圖所示
旋耕機(jī)傳動路線示意圖,旋耕機(jī)類型、耕幅、刀軸轉(zhuǎn)速和傳動形式的選擇,1.旋耕機(jī)類型的選擇
本設(shè)計(jì)主要適用于溫室及工作內(nèi)部環(huán)境較低的地方，故選用小型號，簡單實(shí)用的步進(jìn)式旋耕機(jī)。
2.旋耕機(jī)耕幅的確定
根據(jù)主機(jī)動力輸出功率和旋耕作業(yè)時單位幅寬功耗可對幅寬進(jìn)行初步選定幅寬過大刀片增多將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)工作過載合適的幅寬則可保證主機(jī)功率的充分利用。實(shí)際中幅寬的初選可采用經(jīng)驗(yàn)公式 B0.260.29N但最終的確定必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證。事實(shí)上對于同一種旋耕機(jī)主機(jī)功率大的配套并不一定有好的作業(yè)質(zhì)量相反卻有可能造成功率的浪費(fèi)通過試驗(yàn)?zāi)芎侠泶_定對應(yīng)幅寬的最佳配套功率可以避免“大馬拉小車”的情況。耕幅與柴油機(jī)的功率有關(guān)，并影響旋耕機(jī)與柴油機(jī)的配置方式。耕幅 B與柴油機(jī)動力輸出軸的額定輸出功率大體成以下關(guān)系：
B=0.26～0.29N N =3.5 KW
式中 N——柴油機(jī)機(jī)的額定功率（KW）
B=0.9207m～1.1506m
本設(shè)計(jì)選取 B=1m,,3.旋耕機(jī)的傳動型式的選擇
三點(diǎn)懸掛式旋耕機(jī)有中間傳動和側(cè)邊傳動兩種形式。中間傳動適合于耕幅為1.752m，本設(shè)計(jì)中旋耕機(jī)的耕幅為 1m，采用中間全齒輪傳動。利用皮帶將電動機(jī)動力傳遞給主軸，輸出的動力經(jīng)皮帶傳至齒輪箱，然后通過中間齒輪箱的三級變速傳動，把運(yùn)動和動力傳到輥刀軸，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)。刀軸分為左、右兩側(cè)。這種齒輪箱特點(diǎn)是機(jī)架牢固、剛性好、布局合理，適用本旋耕機(jī)。缺點(diǎn)是箱體處不能安裝彎刀，如不設(shè)置特殊工作部件，將出現(xiàn)漏耕。為此本設(shè)計(jì)在齒輪箱的下方增設(shè)了犁體總成以消除漏耕現(xiàn)象。
4.旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速選定
在機(jī)組前進(jìn)速度不變的情況下，旋耕機(jī)所需功率隨刀軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，較理想的配合是低刀軸轉(zhuǎn)速和較高的前進(jìn)速度，雖然功耗要增加些，但因生產(chǎn)率提高了，仍可降低單位面積的能耗。近年來，刀軸轉(zhuǎn)速降低的趨勢尤為明顯。另外旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速一般在 200-285r/min，隨著土壤比阻不同，旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速也不同，粘性重的土壤比阻大，轉(zhuǎn)速應(yīng)偏低，砂性土壤比阻小，轉(zhuǎn)速可偏高。 為了提高生產(chǎn)率及地區(qū)適應(yīng)性，減少能耗，本設(shè)計(jì)旋耕機(jī)刀軸轉(zhuǎn)速選擇 200r/min。,,5.耕深裝置的設(shè)計(jì)
旋耕機(jī)是一種作業(yè)范圍廣的農(nóng)用機(jī)械，根據(jù)不同的土壤條件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。對于由功率p小于等于44kw的拖拉機(jī)帶動的旋耕機(jī)時，如果和具有調(diào)節(jié)液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時，利用位調(diào)節(jié)手柄在不同位置的定位調(diào)整耕深，與具有分置式液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時，利用活塞桿上定位卡箍的不同位置調(diào)整耕深。本設(shè)計(jì)中的旋耕機(jī)所選動力源的功率為3.5KW，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，要求旋耕機(jī)的耕深范圍為10—15cm。所以該機(jī)的設(shè)計(jì)旋耕深度最大為15cm，嚴(yán)禁旋耕機(jī)超限作業(yè)，否則將導(dǎo)致某些零部件的損壞和早期磨損，還將嚴(yán)重影響整體作業(yè)效率，故需設(shè)計(jì)耕深調(diào)節(jié)裝置。此設(shè)計(jì)運(yùn)用的是限深桿機(jī)構(gòu)，簡單實(shí)用，通過調(diào)節(jié)螺栓決定限深桿的長度而改變耕作深度。,旋耕機(jī)傳動系統(tǒng)總裝圖,傳動系統(tǒng)的剖視圖,各級傳動系數(shù)參數(shù)的設(shè)定,傳動系數(shù)參數(shù)的確定
傳動方案的分配，首級采用一級帶傳動。傳動比為1.2，末級采用一級鏈傳動，傳動比為1.67，使箱體下部分寬度較小，可以起到防止漏耕的效果。
各檔傳動路線的確定
快檔：帶傳動→ Z1/Z5xZ4/Z8 → 鏈傳動
中檔：帶傳動 → Z2/Z6xZ4/Z8 →鏈傳動
慢檔：帶傳動 → Z3/Z7xZ4/Z8 → 鏈傳動
各對齒數(shù)的確定
齒輪 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8
模數(shù) 2 2 2 4 2 2 2 4
齒數(shù) 28 38 48 18 48 38 28 48
配對齒輪 Z5 Z6 Z7 Z8 Z1 Z2 Z3 Z4,傳動系統(tǒng)主要的軸的設(shè)計(jì),參考文獻(xiàn),,,,[1] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.高等教育出版社. 西安:2001.60-374
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[12] 劉鴻文.材料力學(xué).第四版.高等教育出版社.北京:2004.12.6-127,感謝您的關(guān)注！,經(jīng)過本人三個多月的沒日沒夜的努力工作，終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，心里甚是欣喜，設(shè)計(jì)過程中辛酸是避免不了的，但是看到自己的成果，這些苦這些累都不值得說。在此，我要首先感謝我的指導(dǎo)老師，給予我莫大的精神支持和技術(shù)指導(dǎo)；再就是要感謝在設(shè)計(jì)過程中幫助我解答疑問的同學(xué)們，真心的謝謝你們的幫助，因?yàn)橛心銈兊闹С郑也拍苜|(zhì)按量的完成此次設(shè)計(jì),
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