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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
青飼料打捆機(jī)的設(shè)計(jì)
說明書
學(xué)生姓名 陳 鵬
學(xué) 號 8011212203
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級 16-2
指導(dǎo)教師 王 旭 峰
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
我國飼草、秸稈等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源非常豐富，但是在其商品化生產(chǎn)過程中，首先遇到的問題是這些物料松散，容積密度小，收集、運(yùn)輸困難。這些物料無論在貯存還是運(yùn)輸時(shí)，都占用很大的空間，面臨嚴(yán)重的運(yùn)輸成本壓力[1]。將飼草壓實(shí)打捆后再運(yùn)輸，能夠有效地降低運(yùn)輸成本，節(jié)省飼草貯存空間。另一方面由于,人工收割，工作效率低,作業(yè)成本高，勞動強(qiáng)度非常大，因此新興的青飼料種植業(yè)急需經(jīng)濟(jì)適用的小型青飼料打捆機(jī)，所以，研制、開發(fā)和推廣適合我國農(nóng)牧區(qū)應(yīng)用的各類青飼料撿拾壓捆機(jī)以及提高機(jī)具的性能對現(xiàn)代草業(yè)工程和青飼料收獲機(jī)械化不斷發(fā)展具有重要意義，也是青飼料收獲工藝和機(jī)具系統(tǒng)研究的重要課題[2]。
青飼料生產(chǎn)機(jī)械化是建設(shè)我國現(xiàn)代化畜牧業(yè)的必要過程。 隨著我國畜牧業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有的畜牧養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖戶對青貯飼料的需求越來越大，我國現(xiàn)有的青貯收獲、存儲技術(shù)難以滿足現(xiàn)階段養(yǎng)殖業(yè)的市場需求[3]。針對上述問題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種牽引式青貯飼料高密度打捆機(jī)。該打捆機(jī)配合現(xiàn)有作業(yè)設(shè)備可以完成青貯飼料打捆的作業(yè)過程，該青貯打捆裝置，主要由飼草喂入機(jī)構(gòu)、捆繩機(jī)構(gòu)、成捆室、液壓機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu) 、機(jī)架行走部件、壓力感應(yīng)報(bào)警機(jī)構(gòu)和密調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。
本文首先分析了青飼料生產(chǎn)機(jī)械化在我國畜牧業(yè)發(fā)展中的重要作用，綜合分析了收獲期青貯飼料種植的幾何尺寸，青貯飼料的品種、產(chǎn)量、含水率，等因素，并且結(jié)合當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的新特點(diǎn),進(jìn)而確定了生產(chǎn)工藝流程以及總體配置方案。從社會需求可以看出青飼料機(jī)械的研制在機(jī)型上以中小型為主，在研究內(nèi)容上，重點(diǎn)解決勞動強(qiáng)度大,用工多的牧業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。并介紹了打捆機(jī)的設(shè)計(jì)過程。對打捆機(jī)的整機(jī)參數(shù)、工作性能、工作效率、整機(jī)工作穩(wěn)定、性能可靠，安全性、等因素進(jìn)行了理論驗(yàn)證并且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求等，以YY5080型圓草捆打捆機(jī)為研究對象。通過運(yùn)用PORE三維建模軟件和CAD制圖軟件，設(shè)計(jì)了青貯打捆裝置，通過對圓捆機(jī)成捆室的理論分析，得到影響草捆密度的各種因素之間的關(guān)系，為成捆室鋼輥的布置和選擇提供了理論依據(jù)，并在在理論分析的基礎(chǔ)上，完成了樣機(jī)的三維和二維繪圖。
由于在壓捆機(jī)的工作部件中，輸送喂入機(jī)構(gòu)和成捆室上鋼輥的配合運(yùn)動關(guān)系是關(guān)鍵因素，在不影響飼草喂入，并且喂入機(jī)構(gòu)和成捆室上鋼輥不發(fā)生干涉的情況下，最大限度地提高喂入叉的高度。使圓捆機(jī)的喂入叉進(jìn)入喂入口的時(shí)間延長，高度增大，這樣飼草能夠被充分地喂入到成捆室，從而提高其圓草捆的草捆密度和質(zhì)量。通過對圓捆機(jī)喂入機(jī)構(gòu)和成捆室的分析研究，也為以后的壓捆機(jī)研究與改進(jìn)提供了數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：圓捆機(jī)；喂入機(jī)構(gòu)；成捆室；青飼料；牽引式
目 錄
1引言 1
1.1問題的提出 1
1.2研究目的和意義 1
1.3可行性分析 1
1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.5本課題需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容、關(guān)鍵的問題及解決的思路 3
2青飼料打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 5
2.1打捆機(jī)的結(jié)構(gòu) 5
2.2打捆機(jī)的工作過程 5
2.3打捆機(jī)的傳動部分 6
3動力源的選擇 7
3.1拖拉機(jī)的選擇 7
3.2各級傳動比的確定 7
3.3運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)計(jì)算 7
4帶傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
4.1設(shè)計(jì)功率 9
4.2選擇帶型 9
4.3確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑 9
4.4計(jì)算帶速 9
4.5 V帶的基準(zhǔn)長度和中心距 9
4.6驗(yàn)算小帶輪包角 10
4.7 V帶根數(shù) 10
4.8作用在帶輪軸上的壓力 10
4.9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
5齒輪傳動的設(shè)計(jì) 11
5.1選擇材料 11
5.2齒數(shù)選擇 11
5.3受力分析 12
6鏈輪的設(shè)計(jì) 13
6.1鏈輪齒數(shù) 13
6.2鏈條節(jié)數(shù) 13
6.3計(jì)算功率 13
6.4鏈條節(jié)距 14
6.5實(shí)際中心距 14
6.6計(jì)算鏈速 14
6.7作用在軸上的壓力 14
7軸的設(shè)計(jì) 15
7.1材料的選擇 15
7.2軸的最小直徑的確定 15
7.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
7.4按彎扭合成強(qiáng)度條件校核 16
7.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 19
8鍵與軸承的選擇與校核 21
8.1鍵的選擇 21
8.2鍵強(qiáng)度校核 21
8.3滾動軸承選用 21
8.4計(jì)算所需的徑向基本額定動載荷 21
8.5驗(yàn)算軸承的壽命 22
總 結(jié) 23
致 謝 24
參考文獻(xiàn) 25
工程概況
本文首先介紹了青飼料打捆機(jī)在我國畜牧業(yè)發(fā)展中的重要作用，對打捆機(jī)的發(fā)展趨勢，研究的目的和意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，工作原理等進(jìn)行了介紹，對打捆機(jī)的動力源選擇，傳動部分及主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并以YY5080型圓捆機(jī)為研究對象，通過對其喂入機(jī)構(gòu)和成捆室做研究分析，得出喂入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和草捆的成型機(jī)理，并對打捆機(jī)的工作過程，整機(jī)參數(shù)、工作性能、工作效率、整機(jī)工作穩(wěn)定、性能可靠，安全性、等因素進(jìn)行了理論驗(yàn)證并且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，然后根據(jù)收獲期青貯飼料種植的幾何尺寸，青貯飼料的品種、產(chǎn)量、含水率，等因素，從而確定了青飼料打捆機(jī)的總體設(shè)計(jì)與配置方案。通過對市場的調(diào)查分析可以看出青飼料機(jī)械的研制在機(jī)型上以中小型為主，其目的是重點(diǎn)解決勞動強(qiáng)度大，用工多，飼料運(yùn)輸成本高等問題。根據(jù)對青飼料打捆機(jī)成捆室的理論分析，得到了影響草捆密度的各種因素之間的關(guān)系，為成捆室鋼輥的布置和鋼輥的形狀選擇提供了理論依據(jù)，并在理論分析的基礎(chǔ)上對打捆機(jī)的工作部件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與布置，打捆機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)和成捆室上鋼輥的配合運(yùn)動關(guān)系是關(guān)鍵因素，在不影響飼草喂入，并且在喂入機(jī)構(gòu)和成捆室上鋼輥不發(fā)生干涉的情況下，最大限度地提高喂入叉的高度。使圓捆機(jī)的喂入叉進(jìn)入喂入口的時(shí)間延長，高度增大，這樣飼草能夠被充分地喂入到成捆室，從而提高其圓草捆的草捆密度和質(zhì)量。由于以往打捆機(jī)草捆密度難以控制，我針對這一問題在打捆機(jī)上增加了壓力報(bào)警器可以使草捆密度基本保持一致。
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1問題的提出
我國地域廣袤，而且作為農(nóng)業(yè)大國，有著先天獨(dú)厚的發(fā)展畜牧業(yè)的條件。我國草原遼闊，類型繁多資源豐富，是巨大的天然寶藏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國共有各類天然牧草面積約3.97億平方米，占國土面積的41.7%，僅次于澳大利亞，居世界第二位，同時(shí)也是秸稈資源最豐富的國家之一，每年生產(chǎn)6.4億多噸的秸稈[4]。然而我國草場分的分布很不均勻，導(dǎo)致我國部分地區(qū)一方面牧草匱乏，另一方面則因季節(jié)性牧草過剩而得不到合理利用被廢棄，不僅浪費(fèi)牧草資源，造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也污染了草地和環(huán)境。此外，牧草在流通領(lǐng)域中遇到的一個(gè)主要問題，就是由于青飼料的堆積密度小，使其運(yùn)輸成本增加，利潤空間下降。有些地方甚至因?yàn)槔麧櫸⒈《鴮幙蔁?，也不愿意費(fèi)時(shí)費(fèi)力的運(yùn)輸，造成資源浪費(fèi)，而且也污染了生態(tài)環(huán)境，這是我們必須面臨的顯著問題，急需一個(gè)合理的辦法解決這個(gè)現(xiàn)狀，近年來由于各牧場的牲畜存欄量不斷增加，而相應(yīng)的管理制度又相對滯后，還有自然條件的惡化，即使在飼草資源比較豐富的的地區(qū)，季節(jié)性的飼草缺乏現(xiàn)象也很嚴(yán)重。2000年初，我國內(nèi)蒙古，共有12個(gè)地州60個(gè)縣出現(xiàn)“白災(zāi)”使30萬頭牲畜死亡，主要原因是由于飼料缺乏的饑餓所致，很顯然解決這個(gè)問題的有效措施就是為這些牧草缺乏或季節(jié)缺草的地區(qū)準(zhǔn)備充足的越冬飼草，另一方面我國牧草業(yè)的發(fā)展帶有比較突出的地域性特點(diǎn)，飼草種植地大多位于黃河流域、華北、西北而牧草銷售市場多位于華東、華南的奶牛、肉牛飼養(yǎng)密集區(qū)[5]。由于草場分布不均，部分地區(qū)因季節(jié)性飼草過剩得不到合適的處置而被廢棄，浪費(fèi)了資源也污染了草原。
1.2研究目的和意義
由于我國的飼草壓捆技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，而且多為仿造產(chǎn)品，主要工作部件結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)規(guī)模較少，設(shè)備質(zhì)量欠佳，遠(yuǎn)不能滿足日益擴(kuò)大的國內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場的需要。雖然市場上國外產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價(jià)格太高，不適合國內(nèi)的消費(fèi)水平，導(dǎo)致部分地區(qū)對一些秸稈采用就地焚燒的方式，不但破壞了土壤中的有機(jī)質(zhì)和微生物，使土壤板結(jié)地力下降，同時(shí)又浪費(fèi)掉大量的秸稈資源，所以研制一種性能良好、自動化程度高而且價(jià)格適中的，小型輕便的青飼料打捆機(jī)械[7]?？梢园艳r(nóng)民從艱苦的勞動條件下解放出來，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，對農(nóng)民來說是最實(shí)惠的，故開發(fā)國產(chǎn)打捆機(jī)，對促進(jìn)青飼料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程會起到舉足輕重的作用。
據(jù)資料分析，青飼料采用機(jī)械化方式收獲跟人工及畜力收獲相比，可提高生產(chǎn)率倍，降低作業(yè)成本，減少飼草營養(yǎng)損失一，并能較充分地利用飼草資源。飼草壓捆后平均密度可以增大10 倍左右，相應(yīng)的儲存空間只需壓捆前的1/10 ，而壓捆后的運(yùn)輸成本可比不壓捆運(yùn)輸?shù)某杀窘档?0% 左右[8]?？梢婏暡輭豪Φ慕?jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。隨著我國綜合國力逐步增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐不斷加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正逐步得到優(yōu)化調(diào)整，畜牧業(yè)將成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容,其在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中的比重越來越大。由此可見,如何加快牧草生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程，大幅度提高畜牧業(yè)生產(chǎn)率，對促進(jìn)我國畜牧業(yè)發(fā)展和加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.3可行性分析
（1)生產(chǎn)效率高，使用壽命長，工作穩(wěn)定性好。
（2） 設(shè)計(jì)制作標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度高。機(jī)器所用的材料和零配件為常用標(biāo)準(zhǔn)件，加工手段為
常規(guī)手段，從而降低其成本，易于保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約材料，提高互換性，便于應(yīng)用推廣。
（3）以市場為導(dǎo)向，集美觀與實(shí)用于一體，推動產(chǎn)學(xué)研的發(fā)展之路。
（4）整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，便于安裝拆卸及維護(hù)。
（5）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，人工操作方便且安全等。
（6）存貯時(shí)間長，運(yùn)輸方便。
1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.4.1國外打捆機(jī)的發(fā)展概況
國外青飼料機(jī)械已有100多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了從使用畜力到拖拉機(jī)動力配套、從單項(xiàng)作業(yè)機(jī)具到聯(lián)合作業(yè)機(jī)具等發(fā)展過程。20世紀(jì)60年代是歐美各國牧草機(jī)械發(fā)展的高峰時(shí)期，這一期間完成了由畜力機(jī)械、割、摟草機(jī)具、各種聯(lián)合作業(yè)機(jī)具及成型機(jī)具相繼研制成功并迅速推廣。機(jī)具的保有量迅速上升的美國，青飼料撿拾壓捆機(jī)保量達(dá)70萬臺。20世紀(jì)70年代以來,部分服役機(jī)具趨于飽和，產(chǎn)量和保有量保持穩(wěn)定或略有下降，各公司致力于開發(fā)新產(chǎn)品,改進(jìn)原有產(chǎn)品的性能,以保持競爭能力。美國、德國、法國、意大利、日本等發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。如德國STOLL公司的割曬設(shè)備，德國克拉斯公司自走式壓捆機(jī)，法國庫恩公司的旋轉(zhuǎn)割草機(jī)等,他們生產(chǎn)的打捆裝備品種齊全，配套性能好，可實(shí)現(xiàn)秸稈收獲的全程機(jī)械化作業(yè)[10]。20世紀(jì)90年代,這些國家的割、摟、捆裝、運(yùn)等青飼料收獲機(jī)械陸續(xù)地進(jìn)入我國青飼料種基地，國外先進(jìn)的青飼料收獲機(jī)械技術(shù)比較完善，機(jī)具品種多，性能可靠，但價(jià)格昂貴故在國內(nèi)沒有達(dá)到大面積推廣應(yīng)用。目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機(jī)公司都生產(chǎn)青飼料收獲機(jī)械，產(chǎn)品品種齊全，系列完整，作業(yè)效率高、打捆后便于運(yùn)輸和儲存，能滿足各種生產(chǎn)條件下全面機(jī)械化的需求?，F(xiàn)在，國外打捆機(jī)械正向著高密度、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、智能化方向發(fā)展，可以滿足以農(nóng)作物秸稈為原料的相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；I(yè)利用的需求。主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標(biāo)至今沒有大的變化，只是在操作舒適和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面有所改進(jìn)[11]。
1.4.2國內(nèi)的研究狀況
我國畜牧機(jī)械工業(yè)是農(nóng)業(yè)工業(yè)中起步晚、發(fā)展慢的行業(yè)之一。我國在引進(jìn)國外打捆機(jī)械的基礎(chǔ)上，先后仿制并研發(fā)了自己的打捆機(jī)械。但是，因?yàn)榘l(fā)展較晚，基礎(chǔ)相對薄弱，投入研究經(jīng)費(fèi)少，制造工藝比較落后，導(dǎo)致產(chǎn)品性能及可靠性較低。而且，由于國內(nèi)廠家基本走著一條仿制的道路，缺乏創(chuàng)新，其中打結(jié)器這個(gè)核心部件完全靠進(jìn)口，打結(jié)器售價(jià)高，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本降下不來，產(chǎn)品可靠性上不去，銷售利潤低，必然導(dǎo)致企業(yè)竟?fàn)幠芰ο陆礫12]。也有少數(shù)廠家聯(lián)合相關(guān)高校研究院，在國家科技經(jīng)費(fèi)的支持下，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的打捆機(jī)，但產(chǎn)品優(yōu)勢不明顯[13]。其中的原因很多，比如相關(guān)研究基礎(chǔ)薄弱，投入不足，設(shè)計(jì)開發(fā)手段落后等?？傊?，我國農(nóng)作物秸稈打捆機(jī)械發(fā)展處于起步階段，必須加大研制推廣力度，才能解決秸稈綜合利用中收、儲、運(yùn)難題。
國內(nèi)壓捆機(jī)方面的研究報(bào)道不多，只有壓捆機(jī)生產(chǎn)或改進(jìn)方面的報(bào)道，但企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量低、可靠性差。我國50年代末開始生產(chǎn)畜力固定式捆草機(jī)，60年代初，在引進(jìn)、試驗(yàn)國外小方草捆揀拾壓捆機(jī)基礎(chǔ)上，開展了小方草捆無繩壓捆機(jī)的研究。70年代中期引進(jìn)、仿造了國外的方捆機(jī)并批量生產(chǎn)，70年代末開始仿制圓捆機(jī)[14]。近幾年，隨著市場對高密度草捆和農(nóng)作物秸稈捆需求量的增加，國內(nèi)的一些科研院所和高校開始研制高密度的牧草和秸稈壓捆機(jī)，主要型式可分為機(jī)械式和液壓式，國內(nèi)打捆機(jī)還存在以下問題。
（1）產(chǎn)品品種不全，成套性差，國內(nèi)牧草收獲機(jī)械中、小型機(jī)具為主，品種較少，結(jié)構(gòu)單一，技術(shù)含量較低，機(jī)具老化嚴(yán)重使用效益不高，伊犁州畜牧生產(chǎn)機(jī)械化雖然初步形成了播種、收割、摟草、打捆、壓垛等作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機(jī)械國產(chǎn)機(jī)型很少，用戶不能根據(jù)自己經(jīng)營規(guī)模選擇適宜的機(jī)具[15]。國外畜牧機(jī)具機(jī)型相對較多，技術(shù)含量高，但價(jià)格昂貴，一般用戶購買困難較大。
（2）產(chǎn)品技術(shù)水平低，牧草機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平高低是衡量該行業(yè)整體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，一段時(shí)間內(nèi)，由于資金投入嚴(yán)重不足，技術(shù)創(chuàng)新的原動力、研發(fā)能力、技術(shù)模仿步伐放緩甚至停頓[16]。我國已定型的青飼料機(jī)械大部分屬國外上世紀(jì)80年代或以前的技術(shù)水平，20多年來基本上沒有什么大的改進(jìn)與創(chuàng)新。
（3）售后服務(wù)質(zhì)量差，許多新技術(shù)、新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用沒有暢通的輸出渠道。銷售出去的產(chǎn)品，售后服務(wù)跟不上，也沒有及時(shí)的用戶信息反饋，造成供給與需求相互脫節(jié)。
打捆機(jī)可分為方捆機(jī)和圓捆機(jī)兩種，打捆機(jī)將青飼料包裝成規(guī)則的形狀便于運(yùn)輸并長期保存。打捆機(jī)的壓實(shí)系統(tǒng)，可以使打成的草捆從內(nèi)到外一樣密實(shí)，由于機(jī)械化程度較低，國內(nèi)市場主要打成小捆。
1.5本課題需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容、關(guān)鍵的問題及解決的思路
1.5.1研究內(nèi)容
青飼料打捆機(jī)主要錐齒輪減速器、帶傳動、鏈傳動、鋼輥、撿草機(jī)構(gòu)、機(jī)架、液壓油缸、打結(jié)器和其他附屬設(shè)備等組成。機(jī)架主要由前后箱體板和箱體板固定軸、牽引架牽引板、張緊輪機(jī)構(gòu)、行走輪構(gòu)成，用于固定壓草棍、軸、撿草機(jī)構(gòu)、減速箱體、張緊輪、液壓油缸、壓力報(bào)警器等部件。機(jī)架的設(shè)計(jì)要求便于工作臺和減速箱的維護(hù)保養(yǎng)等其他相關(guān)的操作，為使結(jié)構(gòu)簡單、成本低，機(jī)架采用結(jié)構(gòu)鋼件焊接銑切而成。
本文結(jié)合當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的新特點(diǎn)，及青飼料機(jī)械的研制在機(jī)型上以中小型為主，在研究內(nèi)容上，重點(diǎn)解決勞動強(qiáng)度大，用工多的牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作業(yè)，考慮部分牧場的規(guī)模等，目前研制一種小型輕便的青飼料收獲機(jī)械，可以把農(nóng)民從艱苦的勞動條件下解放出來，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，對農(nóng)民來說是最實(shí)惠的。
在打捆機(jī)各個(gè)結(jié)構(gòu)部件中，喂入機(jī)構(gòu)和成捆室鋼輥是兩個(gè)主要部件，而且這兩個(gè)部件的配合運(yùn)動關(guān)系是影響機(jī)器性能的主要因素。本課題以YY5080型圓捆機(jī)為研究對象，通過對其喂入機(jī)構(gòu)和成捆室做研究分析，了解喂入機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和草捆的成型機(jī)理，本課題具體研究內(nèi)容如下：
（1）通過查閱各種資料和觀察實(shí)際機(jī)器，了解設(shè)備的工作原理和主要參數(shù)。
（2）使用三維建模軟件建立喂入機(jī)構(gòu)和成捆室鋼棍的實(shí)體模型。
（3）通過對圓捆機(jī)喂入機(jī)構(gòu)和成捆室進(jìn)行理論分析，得出影響其工作效率的因素及相互之間的關(guān)系。
1.5.2解決思路
本課題的解決思路主要又以下三種方法。
（1）文獻(xiàn)分析法
通過查閱國內(nèi)外有關(guān)牧青飼料生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用的文獻(xiàn)及有關(guān)數(shù)據(jù)，通過分類整理分析，提出本論文的基本研究框架、研究方向。
（2）分析法
通過分析我國青飼料生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展?fàn)顩r，找到在青飼料生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展中的優(yōu)勢、劣勢、機(jī)遇和挑戰(zhàn)，從國家政策、行業(yè)發(fā)展和企業(yè)自身等方面歸納產(chǎn)生問題的節(jié)點(diǎn)。
（3）馬爾可夫模型預(yù)測法
根據(jù)我國青飼料生產(chǎn)機(jī)械歷年發(fā)展的實(shí)際資料，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，結(jié)合，馬爾可夫理論，建立青飼料生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展模型，并預(yù)測分析年我國牧草生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展趨勢[17]。
最后根據(jù)以上方法，盡量完善打包機(jī)現(xiàn)在存在的問題，爭取做到更好，更方便。
2青飼料打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)
打捆機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2-1所示
圖2-1打捆機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
青飼料打捆機(jī)主要由牽引部分、動力輸出軸、變速部分、捆繩機(jī)構(gòu)、帶傳動、鏈傳動、撿草機(jī)構(gòu)、成捆室機(jī)構(gòu)、液壓油缸、壓力報(bào)警機(jī)構(gòu)、箱體和其他附屬設(shè)備等組成。
2.2打捆機(jī)的工作過程
工作原理如圖所示，拖拉機(jī)動力通過動力輸入軸和變速箱將動力傳遞到各工作部件，在田間作業(yè)過程中，隨著機(jī)具的運(yùn)轉(zhuǎn)和前進(jìn)，高速旋轉(zhuǎn)的撿拾裝置將地面上青飼料，用慣性將青飼料拋入成捆室，在成捆室旋轉(zhuǎn)鋼輥的作用下，青飼料逐漸形成圓捆，如圖a所示。隨著進(jìn)入成捆室的青飼料越來越多，鋼棍不停旋轉(zhuǎn)慢慢卷成圓捆圖 b所示。繼續(xù)撿拾，青飼料將在圓捆外圓周上纏繞，形成了外緊內(nèi)松的圓捆如圖c所示。圓捆外形達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓力報(bào)警器報(bào)警，駕駛員使機(jī)組停止前進(jìn)和撿拾作業(yè)，駕駛員啟動捆繩機(jī)構(gòu)完成捆繩作業(yè)。完成捆繩作業(yè)后，開啟后倉門將圓捆卸出并滾落至地面如圖d所示，合上后門后，繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)行下一個(gè)圓捆的撿拾打捆作業(yè)。
圖2-2 a b c d為圓捆打捆機(jī)作業(yè)過程
a b c d
（a）形成青飼料芯 （b）卷成圓捆 （c）圓捆成形 （d）卸捆
圖2-2打捆機(jī)的作業(yè)過程
2.3打捆機(jī)的傳動部分
青飼料打捆機(jī)主要傳動設(shè)計(jì)是拖拉機(jī)動力通過傳動軸、錐齒輪箱、V皮帶和鏈條傳遞到各個(gè)工作部件。
圖2-3打捆機(jī)的傳動部分示意圖
主要設(shè)計(jì)思路是: 拖拉機(jī)機(jī)通過萬向軸將動力傳遞給一對相互垂直齒合的錐齒輪，錐齒輪軸再將動力傳遞給軸上鏈接的帶輪，帶輪通過V型帶將動力傳遞給鏈接在撿拾器上的帶輪和鏈輪，然后撿拾器上的鏈輪通過鏈條將動力傳遞到成捆室上的各個(gè)旋轉(zhuǎn)滾筒上，使各個(gè)滾筒旋轉(zhuǎn)起來完成打捆操作。
3動力源的選擇
3.1拖拉機(jī)的選擇
由于表3-1產(chǎn)品參數(shù)介紹，可以選擇拖拉機(jī)動力為20～50馬力。
表3-1 紹遠(yuǎn)達(dá)機(jī)械行走式打捆機(jī)產(chǎn)品參數(shù)介紹
型號
配套
動力
驅(qū)動
方式
作業(yè)
速度
撿拾
幅度
捆包
方式
草捆直徑*長度（mm）
草捆
重量
外形（mm）
整機(jī)
重量
50*80
20-50
馬力
傳動軸
1-1.5
米/秒
800
（mm）
間斷
捆包
600*800
20-50
kg
1773*1425*1392
700
公斤
70*100
26-50
馬力
傳動軸
2.5-3.0
米/秒
1000（mm）
間斷
捆包
700-*1000
30-75
kg
2300*1600*1450
870公斤
3.2各級傳動比的確定
拖拉機(jī)額定功率率為18.78kw，轉(zhuǎn)速為540-720或540-1000r/min，查閱資料得出，打捆機(jī)單元輥轉(zhuǎn)速為180r/min，由湖北青貯飼料圓捆打捆機(jī)配套動力參數(shù)得出完成打捆所需的額定功率為6kw,打捆室尺寸為600800
選擇東方紅30馬力拖拉機(jī)拖帶作業(yè)，由選定的拖拉機(jī)滿載轉(zhuǎn)速為=720/min和初定的打捆單元輥筒轉(zhuǎn)速n=180r/min，可得傳動裝置的總的傳動：
得=4 （3-1）
初定鏈傳動為三級傳動傳動比=1.78，錐齒輪傳動為一級傳動傳動比= 1.5，帶傳動為二級傳動由計(jì)算得出=1.5
3.3運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)計(jì)算
3.3.1 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速
設(shè)連接主動錐齒輪的軸為軸1，連接從動帶輪的軸為軸2，連接從輪鏈輪的軸為軸3，成捆室單元滾軸為軸4；因?yàn)樾″F齒與從動帶輪在同一根軸上，故小錐齒的轉(zhuǎn)速與從動帶輪的轉(zhuǎn)速均為；與小錐齒嚙合的錐齒的轉(zhuǎn)速為，從動鏈輪的轉(zhuǎn)速為。單元輥軸上的鏈輪的轉(zhuǎn)速為
（3-2）
（3-3）
3.3.2 各軸輸入功率
設(shè)各軸的傳動效率為；
由上述得
（3-4)
3.3.3 各軸的轉(zhuǎn)矩
拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)矩
(3-5)
(3-6)
4帶傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算
帶輪傳動機(jī)構(gòu)圖如圖4-1所示：
圖4-1帶輪傳動
4.1設(shè)計(jì)功率
由機(jī)械設(shè)計(jì)中（以后用表均出自本書）表8-8得工況系數(shù)，故
(4-1)
4.2選擇帶型
根據(jù)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)教程（第九版）》表8-4選用C型帶傳動。
4.3確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑
由表8-4知，應(yīng)不小于200，現(xiàn)取，可得
(4-2)
由表8-4取
4.4計(jì)算帶速
(4-3)
帶速在5~25m/s之間，合適
4.5 V帶的基準(zhǔn)長度和中心距
初步選取中心距
(4-4)
(4-5)
查表8-2，取
實(shí)際中心距
(4-6)
4.6驗(yàn)算小帶輪包角
(4-8)
由上計(jì)算可知，帶輪包角在合適范圍內(nèi)。
4.7 V帶根數(shù)
由查表8-4得
由傳動比查表8-5得
由查表8-6得，查表8-2得，由此可得
(4-9)
由上計(jì)算得出，V帶根數(shù)取為3。
4.8作用在帶輪軸上的壓力
查表得，故求得單根V帶的初拉力
(4-10)
作用在軸上的壓力為：
(4-11)
4.9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪材料選擇HT200，由于，所以用腹板式結(jié)構(gòu)。查表8-11得：
由此可得：
(4-12）
（4-13）
（4-14）
（4-15）
5齒輪傳動的設(shè)計(jì)
錐齒輪傳動圖如圖5-1所示。
圖5-1錐齒傳動圖
5.1選擇材料
圓錐齒輪減速器為通用減速器，速度不高，故選用7級精度。
材料選擇由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）》表10-1選擇小齒輪材料為(調(diào)質(zhì)）硬度為，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為。
5.2齒數(shù)選擇
設(shè)小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪齒數(shù)為取29。設(shè)模數(shù)，
（5-1）
解得；
分度圓直徑： （5-2）
齒頂高，齒根高，全齒高，頂隙
齒頂圓直徑
（5-3）
齒根圓直徑
（5-4）
外錐距： ，齒寬：
齒頂角：
(5-5)
齒根角：
(5-6)
根錐角
(5-7)
頂錐角
(5-8)
齒寬系數(shù)
(5-9)
5.3受力分析
圓周力
(5-10)
24
6鏈輪的設(shè)計(jì)
如圖6-1所示，鏈傳動示意圖
圖6-1鏈傳動示意圖
6.1鏈輪齒數(shù)
由軸3功率，傳動比查書177頁得：
由于鏈接通常是偶數(shù)，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，常取鏈輪齒數(shù)為基數(shù)，并盡可能與連接數(shù)互質(zhì)。優(yōu)先選用鏈輪齒數(shù)系列為；17 19 21 23 25 38 57 76 95 和114。
本文取，
大鏈輪齒數(shù)
取，實(shí)際傳動比
誤差遠(yuǎn)小于，故允許。
6.2鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距得：
鏈節(jié)距 (6-1)
=109.7
取鏈條節(jié)數(shù)為。
6.3計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）》表9-6得：，故
(6-2)
6.4鏈條節(jié)距
由圖9-13得
(6-3)
采用單排鏈，，故
(6-4)
由圖9-11查得當(dāng)時(shí)，20A鏈條能傳遞的功率為，故采用20A鏈條，由表9-1查得，節(jié)距。
6.5實(shí)際中心距
設(shè)中心距可調(diào)
6.6計(jì)算鏈速
(6-5)
6.7作用在軸上的壓力
由設(shè)得：
(6-6)
(6-7)
7軸的設(shè)計(jì)
動力從拖拉機(jī)傳出，由萬向傳動器傳遞到軸1上的小錐齒輪上，再經(jīng)由軸1上的小錐齒輪由一
級錐齒傳動傳遞到軸2上，由軸2上的錐齒經(jīng)過帶傳動將動力傳遞給軸3上的鏈輪，再由軸3上的鏈輪將動力傳動傳遞到成捆室的各個(gè)滾軸上，從而完成青飼料的打捆作用。
7.1材料的選擇
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第九版)表15-1得軸得常用材料及其主要力學(xué)性能如下表7-1
表7-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能
材料
牌號
熱處理
毛坯直徑/mm
硬度
/HBS MPa
抗拉強(qiáng)度極限
屈服強(qiáng)度極限
彎曲疲勞極限
剪切疲勞極限
許用彎曲應(yīng)力
備注
45
正火
>170~217
590
295
255
140
55
應(yīng)用最廣泛
回火
>100~300
160~217
570
285
245
135
調(diào) 制
200
217~255
640
355
275
155
60
40Cr
調(diào)制
241~286
735
540
355
200
70
用于在載荷較大，而無很大沖擊得重要軸。
>100~300
685
490
335
185
打捆機(jī)在工作時(shí)，撿草器的轉(zhuǎn)速很高，而且傳遞的扭矩很大，綜合考慮，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第九版）表15-1選出軸的材料選擇40調(diào)質(zhì)處理，硬度為241-286，其屈服疲勞強(qiáng)度極限，抗拉強(qiáng)度極限彎曲疲勞極限取，。
7.2軸的最小直徑的確定
由公式
(7-1)
其中 ——該軸傳遞的功率，6.32；
——該軸的轉(zhuǎn)速，320；
——指軸的材料和承載情況確定常數(shù)
已知P=6.32kw,n=320r/min。查表15-3得取帶入上式可得
考慮到軸上有兩個(gè)鍵槽軸徑增大10%得
(7-2)
由于軸的直徑一般為5得倍數(shù)，故取
7.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了便于整機(jī)得裝配以及軸上零件的拆卸，故把軸做成階梯型軸的直徑從中間逐漸向兩端減小?？梢来螌⑤S承和帶輪，鏈輪等從軸端裝拆，為了使軸上的零件便于安裝，軸端及各軸的端部應(yīng)有倒角。軸上磨削的軸段應(yīng)有砂輪越程槽，車制螺紋軸段應(yīng)有退刀槽。
從左向右依次為第一段軸、第二段軸、第三段軸。
第一段軸；軸徑，，車螺紋。
第二段軸：軸徑，，鍵槽分別為、
。
第三段軸；軸徑，。
第四段軸；軸徑，，鍵槽為。
第五段軸；軸徑，。
撿草器軸結(jié)構(gòu)初定如圖7-1所示：
圖7-1軸的結(jié)構(gòu)示意圖
7.4按彎扭合成強(qiáng)度條件校核
7.4.1撿草器軸上扭矩得計(jì)算如下：
(7-3)
圓周力：
徑向力：
軸向力：
7.4.2計(jì)算軸承支反力如下
水平面
(7-4)
(7-5)
垂直面
== (7-6)
軸上載荷的計(jì)算
求軸承上的支反力
垂直面內(nèi)：
水平面內(nèi)：
畫受力簡圖與彎矩圖，如圖7-2所示：
圖7-2受力簡圖和彎矩圖
根據(jù)上面的數(shù)據(jù)和軸的機(jī)構(gòu)以及彎矩和扭矩圖中可以看出，受載荷最大的面是靠近大帶輪的軸承端面，因此求得此截面的彎矩扭矩如表7-2：
表7-2 截面的彎矩扭矩
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
7.4.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。由上表的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（15-5）公式得
(7-7)
前面已經(jīng)選定軸的材料為40，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1可查得[σ-1]=70，所以計(jì)算出軸安全。
7.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
抗彎截面系數(shù)： == (7-8)
抗扭截面系數(shù)： == (7-9)
截面上彎矩應(yīng)力
截面上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
由于軸的材料為40，調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得 。
截面上由于軸肩而形成理論應(yīng)力集中系數(shù)及按《機(jī)械設(shè)計(jì)》[附表3-2查取，因:
經(jīng)插值后可查得
又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為：
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
(7-10)
由機(jī)械設(shè)計(jì)附圖3-2得尺寸系數(shù)=0.85，由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為=0.9
軸按磨削加工由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)
==0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1 ，則按式（3-12）及式（3-14b）得綜合系數(shù)為：
(7-11)
(7-12)
又由碳鋼的特性系數(shù)：
取
取
計(jì)算安全系數(shù)按式（15-6）-（15-8）則得：
(7-13)
（7-14）
故該軸在此截面的右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本機(jī)無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，軸的校驗(yàn)結(jié)束,軸的校驗(yàn)合格。
8鍵與軸承的選擇與校核
8.1鍵的選擇
鍵連接可分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。平鍵按用途分有三種：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。平鍵的兩側(cè)面為工作面，平鍵連接是靠鍵和鍵槽側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩，鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性好等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。但本設(shè)計(jì)采用的是半圓鍵連接。
查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表4-1，參考軸的直徑 分別選擇軸2、4段為半圓鍵、。材料為45鋼，其許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。
8.2鍵強(qiáng)度校核
在本設(shè)計(jì)中撿草器軸傳遞的扭矩最大，根據(jù)要求，需對撿草器的鍵連接進(jìn)行強(qiáng)度校核，因載荷均勻分布，根據(jù)平鍵連接的擠壓強(qiáng)度公式：
式中：T為轉(zhuǎn)矩（）；
（8-1）
為軸徑（）；為鍵的高度（）；為鍵的工作長度（）；為許用擠壓（）；
將數(shù)據(jù)帶入得：
（8-2）
（8-3）
由上式得符合條件。
8.3滾動軸承選用
已知裝軸承處軸徑，轉(zhuǎn)速，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，表6-1得選用向心推力軸承，選型號為6007，其基本參數(shù)為，?；绢~定動載荷。
8.4計(jì)算所需的徑向基本額定動載荷
對于向心推力軸承，其徑向基本額定載荷
（8-4）
式中—載荷系數(shù)，查表取=1；
—當(dāng)量動載荷，；
—溫度系數(shù)，得=1；
—基本額定壽命，本機(jī)預(yù)設(shè)壽命=；
—軸承轉(zhuǎn)速，；
—壽命指數(shù)，對滾動軸承=10/3。
<
故所選軸承符合要求。
8.5驗(yàn)算軸承的壽命
（8-5）
由壽命校核結(jié)果可以看出兩軸承的壽命均大于設(shè)計(jì)壽命，故所選軸承合格。
總 結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深體會到自己在理論知識方面的欠缺，同時(shí)也感到自己在知識的運(yùn)用上也不夠靈活，這也說明我在學(xué)習(xí)知識的過程中存在著一些缺點(diǎn)，總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
（1）在初定方案過程中，由于自己所見實(shí)物過少，零部件的尺寸不能確定，使方案進(jìn)行了多次修改，耽誤了大量時(shí)間。在計(jì)算過程中，對于帶輪和齒輪的基本尺寸，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)加工有偏差，也相應(yīng)作了修改。
（2）由于理論知識的欠缺，在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，有好多知識已經(jīng)尋找問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。斷層，還得回頭翻課本，查找資料，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，浪費(fèi)了許多時(shí)間。
（3）由于前面學(xué)了畫圖軟件后沒有進(jìn)行鞏固，在畫圖時(shí)還要一邊探索一邊畫圖，對畫圖有一定影響。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到了很多，總結(jié)如下：
（1）綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其他課程的知識，使學(xué)的理論知識得到鞏固，加深了對知識的理解。
（2）學(xué)習(xí)、掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本思路及設(shè)計(jì)方法。
（3）對畫圖軟件有了進(jìn)一步理解，運(yùn)用的更加熟練。
總的來說，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我收獲很多，不要小看在課堂上學(xué)的任何一點(diǎn)知識，雖然暫時(shí)覺得用不上，但是在以后的日子里，總會用到；所以在以后的日子里要努力學(xué)習(xí)知識。
這次在考慮問題方面也有點(diǎn)片面，所以在以后的生活中，要盡量全面考慮問題，以免造成不必要的麻煩。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先感謝母校塔里木大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我將以前學(xué)到的知識又重新回顧了一遍，知道了學(xué)習(xí)的可貴與獲取知識的辛勤。承蒙指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，深深地感謝指導(dǎo)老師，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助，體現(xiàn)出了他對工作高度負(fù)責(zé)的精神，特別是王旭峰老師，他利用上班的休息時(shí)間趕來為我指導(dǎo)，同時(shí)，在周末他也會隨時(shí)過來檢查進(jìn)度。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，他耐心的指導(dǎo)，才使我的設(shè)計(jì)順利完成，同時(shí)也感謝在這幾年中給予我知識的各位老師。
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