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16 屆畢業(yè)設計
小麥割曬機的設計
學生姓名 李國偉
學 號 3031212132
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-2
指導老師 范修文
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
前 言
小麥是一種在全世界各地被廣泛種植的食用作物，它的發(fā)源地是中東地區(qū)。因為小麥是世界上生產(chǎn)總量僅次于玉米且高于稻米排名第二的糧食作物，所以小麥收割的問題是全世界面臨的一個較為重大的課題。進入21世紀，隨著科技的不多發(fā)展，大型的收割機已在世界各國的平原和大片的土地上廣泛使用。但是，我國大部分種植的小麥除了在平原或大塊的土地上，還有在高原或山地上，以及一些小麥種植面積較小的地區(qū)，它們都無法應用大型的收割機，為解決這些問題，我們對現(xiàn)有的收割機進行了研究，設計出小型拖拉機驅(qū)動的收割機。該收割機可以應用在山地、小塊土地和不規(guī)整地塊種植地區(qū)。
本文在對該設計的小型收割機的基礎上、借鑒許多聯(lián)合收割機，本著結(jié)構(gòu)簡單、對工作環(huán)境要求低等為目標的同時還要遵循可靠性的原則，設計出盡可能提高生產(chǎn)效率、適合于多種環(huán)境下工作、而且具有環(huán)保和節(jié)約資源的驅(qū)動式收割機。
收割機設計方案設計農(nóng)業(yè)機械收割機，通過對比研發(fā)，綜合考慮傳動效率，結(jié)構(gòu)外觀、收割方式與加工成本，確定最合理的方案。然后對割麥機的整體結(jié)構(gòu)與關鍵組成機構(gòu)做了具體設計與理論研究，設計內(nèi)容主要包括：機架、割臺、分禾器、撥禾輪、曲柄連桿機構(gòu)等部分。并且對收割機的重要部件如軸承、齒輪等進行了設計計算和理論校核，使所選機構(gòu)為最優(yōu)，以保證機構(gòu)的可靠性，裝配后的收割機最優(yōu)。
關鍵詞：小麥；割曬機；設計
目 錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國內(nèi)外小麥割曬機發(fā)展狀況 1
1.3小麥割曬機存在的問題 4
1.4研究的內(nèi)容和方法 4
1.5預期目標 5
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 5
1.7工作條件及解決方法 5
2小麥割曬機總體設計 5
2.1收割的典型方法及收割方案的選擇 5
2.2小麥割曬機機的結(jié)構(gòu) 6
3收割機的基本參數(shù)的確定及相關設計 7
3.1作業(yè)速度 7
3.2割幅 7
3.3喂入量 8
3.4割刀速度和機器前進速度的關系 8
3.5小麥收割機下刀的直徑，拔麥尺寸和收縮比 9
3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙收割機的軸距 10
3.7割刀切割數(shù)據(jù)計算 10
4切割系統(tǒng)的設計 12
4.1收割機的上、下刀設計 12
4.2切割器的確定 13
5其他結(jié)構(gòu)的確定 14
5.1軸、軸承、鍵的設計計算及校核 14
5.2小麥割曬機輸送系統(tǒng)的設計 19
5.3總體結(jié)構(gòu)尺寸 19
5.4外形結(jié)構(gòu)尺寸確定和中心估算 20
總 結(jié) 21
致 謝 22
參考文獻 23
塔里木大學畢業(yè)設計
1緒論
1.1課題研究的意義
小麥是世界的主要糧食作物之一，是我國大多數(shù)地區(qū)的主要主食，我國2014年小麥播種面積為3.69億畝，全國小麥產(chǎn)量高達1.26億噸左右，比2013年增長3%左右。到目前為止，全國小麥收獲的機械化水平已遠超70%，尤其是南方平原地區(qū)，其機械化已達到了世界先進化水平。但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素，導致我國小麥收割機的研發(fā)相比較與國外有著明顯的差距。近半個世紀以來，我國不斷地通過研究國外收割機的的先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來，并且某些方面已接近或達到世界先進水平。一般，對種植在平原或大塊的土地上的小麥，使用大型的收割機。但，對種植于山地上的和較為分散的小塊土地上的小麥不適合用大型的收割機，所以在區(qū)域進行勞作的農(nóng)民只能運用最原始的方法進行作業(yè)——使用鐮刀進行人力收割。該方法勞動量非常大，工作效率非常低。
小麥收割是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，必須及時進行，以保證豐產(chǎn)豐收。如小麥一般要求在5-8天的黃熟期或完熟初期內(nèi)收獲完畢。收獲過早，籽粒不滿，影響產(chǎn)量；過遲，易造成脫離損失。小麥收獲時期又正值雨季。若不及時收割，會造成植株倒伏、穗上發(fā)芽和種子霉爛等損失。俗語說“麥熟一晌，龍口奪糧”、“八成熟，十成收”、“十成收，兩成丟”，說明小麥及時收獲的重要性。因此，實現(xiàn)具有生產(chǎn)效率高、谷物損失少、高效優(yōu)質(zhì)特點機械收割，對確保糧食豐產(chǎn)豐收起著重大作用。其中，小麥割曬機成本低、割收后小麥的浪費率低、特別適合我國現(xiàn)在的土地狀況。為使了更好的了解我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和盡出自己的貢獻，自己將會對傳統(tǒng)小麥割曬機制作、設計及優(yōu)化等。
1.2國內(nèi)外小麥割曬機發(fā)展狀況
1.2.1國外小麥割曬機發(fā)展現(xiàn)狀
國外農(nóng)業(yè)發(fā)展主要以大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式為主，而具有高生產(chǎn)率和良好穩(wěn)定性的聯(lián)合收割機則具有廣闊的市場。為了適應能夠趕上這一變化潮流，近些年，國外聯(lián)合收割機研發(fā)生產(chǎn)在不斷地改進與進步，如增大分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸、裝用大功率發(fā)電機、采用電子和信息技術(shù)系統(tǒng)等。聯(lián)合收割機的發(fā)展方向體現(xiàn)出的特點為:寬割幅、大喂入量;通用型、組合型收割;人機舒適性、操作簡易性并且更加的智能化和數(shù)控化。
國外收割機比較有代表性的國家和地區(qū)為歐美和日本等地。其中全喂入脫粒收割機大多應用在歐美等地區(qū)，由于該機型具有體積大和高生產(chǎn)率等特點，因此可以在小麥生產(chǎn)量較大的地區(qū)應用;而日本則以中小型機為主，其特點是半喂入，體積較小，其工作效率比歐美等地區(qū)的收割機的工作效率要低。大型收割機，喂入量一般為5-6公斤/秒，高者達10-20公斤/秒，裝有功率為130-160馬力的發(fā)動機，甚至還配有功率達250左右馬力的發(fā)動機，從而提高了效率，降低投資和使用成本，節(jié)省了能源。據(jù)約翰·迪爾公司的有關資料分析，喂入量為1.5-2公斤/秒的機器與喂入量為6-7公斤/秒的機器相比，單位生產(chǎn)率所配的發(fā)動機的功率和機器購置費用要高一倍。
七十年代末期，北美幾家公司研制了幾種軸流型聯(lián)合收割機。這種機器收割效率高，適于收割干燥地區(qū)的小麥、大豆，玉米，籽粒破碎率低。但對收獲潮濕小麥適應性差，能源消耗較多，未能推廣。
歐洲幾家公司現(xiàn)在研制出一些新型聯(lián)合收割機，這些新機型采用了傳統(tǒng)型脫粒裝置，用離心分離裝置替代逐稿器，提高了聯(lián)合收割機的效率，如克拉斯(Class)公司研制了一種帶有多輪式分離裝置的聯(lián)合收割機D0116cs，據(jù)稱喂入量可達10公斤/秒以上。斯佩里一新荷蘭(Sperry-New Holland)公司研制成一種采用傳統(tǒng)脫粒裝置，加分離輪和軸流式分離裝置的聯(lián)合收割機TF42型和TF44型。
圖1-1國外最新小麥聯(lián)合收割機
1.2.2國內(nèi)小麥割曬機發(fā)展現(xiàn)狀
在二十世紀五十年代我國開始研制鋪放式收割機，經(jīng)過不斷地研究外國收割機的基礎上才逐漸發(fā)展起來并形成規(guī)模[2]。1960年，我國開始應用國外的畜力搖臂收割機，這種收割機產(chǎn)自荷蘭、捷克等一些西方國家，然后我們在對國外的這些收割機進行研究與分析，逐漸設計了許多適應我國收割特點的蓄力收割機，其中太谷號和霍邱號是其中的佼佼者。但由于其設計的結(jié)構(gòu)有缺陷，可靠性系數(shù)低，后期保養(yǎng)不健全和受畜力條件的限制等多方面的原因，未能夠?qū)崿F(xiàn)普遍的應用。而在此時，中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院和吉林省東風機械裝備有限公司自行研究與開發(fā)了許多前懸掛式和后牽引式的收割機，它們是由大中型拖拉機為動力，其割幅大約是在2.0 -4.9m之間，GS-4.6型、4SX-3.8型等是其主要代表。但是它們存在著較大的限制，它們的鋪放方式還存在著一定的問題，那就是只能應用于聯(lián)合收割機分段收獲階段當中的揀拾階段，而不能應用于分堆打捆。為了達到分堆打捆的作業(yè)目的，二十世紀五十年代后期全國各地開始致力于研發(fā)新機型致力于解決上訴問題，其中具有代表性是臥式割臺雙帆布轉(zhuǎn)向條放式和上海一108型立式割臺式收割機。但由于多方面的原因(結(jié)構(gòu)的不合理、后期的維護等)一直得不到普遍的應用。一直到1970年，我國小麥收割機的研制與開發(fā)才日益走向成熟。我國再對日本立式割臺收割機進行了分析與研究，摒棄其缺點，然后增加了一個構(gòu)件一一星輪扶禾器，并且被切割割下來的作物鋪放垂直于與機器前進方向，這樣做的目的是為了更好地人工打捆。北京一18-5型以及130(140)型、160型等鋪方式聯(lián)合收割機是其中較具有代表性地。二十世紀八十年代以后，由中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院聯(lián)合全國許多省份的農(nóng)機研究部門以及十多個廠家對該類收割機重新進行了改進設計并對其結(jié)構(gòu)加以完善，進而再原機的基礎上設計出一款新型的收割機，并且確定了其定型的依據(jù)是靠其配套的動力裝置(手扶和小四輪拖拉機)而決定的。至此在全國掀起了大規(guī)模的推廣小型鋪放式收割機的熱潮，其中在二十世紀八十年代末和九十年代初這一期間得到了較快的進步。
在國外收割機器和技術(shù)的基礎上我國研發(fā)了谷物聯(lián)合收割機，它的逐步發(fā)展是通過消化、吸收、仿制國外的收割機。到目前為止，己經(jīng)形成了以大、中、小型并重，自走式、牽引式以及拖拉機懸掛式共存，自主研發(fā)式機占主導的局面，而且己有不少產(chǎn)品出口國外，走向世界。
我國最開始投入生產(chǎn)的聯(lián)合收割機是牽引式，其第一代產(chǎn)品是由北京農(nóng)機廠研發(fā)的，該產(chǎn)品命名為GT-4.9。它是在原蘇聯(lián)C-6型樣機的基礎上進行研制的，于1956年開始投入生產(chǎn)。該機是在以東方紅54/75等大型拖拉機的牽引下進行收割的，其割幅是4.9m，并且配有功率為29.4kW的發(fā)動機，其喂入量大約是，其上配有釘齒式脫粒滾筒、輸送帶平臺式割臺、回轉(zhuǎn)帶式分離裝置、兩級風扇篩子式清選裝置、糧箱卸糧以及可以攜帶的草車。隨后開封聯(lián)合收割機廠便開始大規(guī)模的投入生產(chǎn)，并且對許多地方進行了重新設計和改進創(chuàng)新，改進后其各項指標均得到了大幅度的提高，其市場占有率也是很高的。該機不僅僅是在一些私營農(nóng)場上應用，而且在國營大型農(nóng)場得到了廣泛的使用，并且對早期小麥的收割的機械化上起到了至關重要的作用，但由于其體積過于大，且不易拆卸和轉(zhuǎn)移，因此一般不在農(nóng)村使用。
縱觀我國歷史，中小型自走式聯(lián)合收割機始創(chuàng)于二十世紀70年代，此后十年的時間里中小型自走式聯(lián)合收割機得到了高速的發(fā)展，并且完成了質(zhì)的飛躍。這些機型大多是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是機型較小，成本低廉,適合一般較為平整的大塊土地。
目前，由于地貌的不同而導致種植區(qū)域的不同，進而引發(fā)收割的方式也不盡相同，如山東、河南等華北平原區(qū)和東北三省等東北平原區(qū)擁有較大的種植面積并且這些地域處于交通方便地段，所以說己經(jīng)完全采用機械化收割，主要利用機動式大型聯(lián)合播種機、收割機完成農(nóng)作物播種收獲，根據(jù)動力供給方式的不同主要有牽引式、懸掛式、和自走式三種類型的收割機，如圖1-2所示。
圖1-2常見的收割機
然而在我國丘陵山區(qū)、偏遠的農(nóng)村以及小塊土地上則還無法應用大型機械，農(nóng)機化程度不高。我國正大力實施農(nóng)業(yè)機械化的環(huán)境下，為實現(xiàn)丘陵山區(qū)農(nóng)機化，許多小型機動型農(nóng)機具發(fā)展態(tài)勢迅速，且技術(shù)日趨成熟，故比較多見的小型農(nóng)機具多為動力型，如圖1-3所示。
圖1-3小型收割機
1.3小麥割曬機存在的問題
我國不斷地通過研究國外收割機的的先進收割機和開發(fā)自主機器才逐步發(fā)展起來，但由于我國建國較晚和科技較為落后等因素，導致我國小麥收割機的研發(fā)相比較與國外有著明顯的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）割臺升降速度較慢。（2）撥禾輪彈尺夾帶谷物。（3）散鋪器位置過低，割茬過高等等。
1.4研究的內(nèi)容和方法
1.4.1研究的內(nèi)容
（1）熟悉小麥收割機各個機構(gòu)的構(gòu)成；
（2）完成小麥收割機動力驅(qū)動系統(tǒng)設計與研發(fā)；
（3）完成小麥收割機傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)的設計；
（4）完成小麥收割機整體機構(gòu)的設計；
（5）建立整機的三維模型。
1.4.2研究的方法
（1）利用文獻搜索方法進行中外文獻資料的收集;
（2）調(diào)查研究國內(nèi)外微型收割機的設計；
（3）利用機械設計理論對整機進行設計計算；
（4）利用SolidWorks軟件進行三維建模；
（5）試制樣機；
（6）到田間進行試驗和各性能的檢驗；
（7）改進和完善樣機，確定最終圖紙。
1.5預期目標
（1）對切割器刀片切割麥稈的切入方式和所受的阻力進行；
（2）對機器中的各個部件，進行受力分析。進而使動力在機構(gòu)的傳遞過程中減少損失；
（3）對機器整體輪廓的優(yōu)化設計。
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路
（1）盡可能多的搜集一些相關的資料，在充分了解的基礎上，獲得更多的思路去解決問題；
（2）結(jié)合自己查閱的資料，對小麥割曬機機構(gòu)的相關知識進行梳理，整合出最適合于小 麥收割的機器；
（3）借鑒前人設計相關機械過程中的經(jīng)驗，取長補短完成設計。同時積極與指導老師商討，確定最佳方案；
（4）選擇合適動力傳動方式，設計循環(huán)裝置和傳動裝置；
（5）利用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖；
（6）利用有限元分析和SolidWorks進行虛擬樣機設計，完成整機各零件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習工廠、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，為項目開展提供了場地和條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小麥割曬機機設計的工作條件。
2小麥割曬機總體設計
2.1收割的典型方法及收割方案的選擇
2.1.1收割的幾種典型方法
目前，常見的小麥收割方法如下：
（1）分段收獲法：收割機將小麥切割后在田間鋪放或捆束；在田間或運至脫粒場地用脫粒機脫粒。這種方法技術(shù)上比較成熟，機型較多、生產(chǎn)率底，在捆、垛、運、脫等工序中會有損失，勞動強度較大。
（2）聯(lián)合收貨法：一次性完成收割、脫粒、分離莖稈、清選谷粒、裝袋或隨車卸糧各項工作。這種方法機械化程度高，生產(chǎn)效率高，省工、省時，清選效果好，損失小，但機器的年利用率低。
（3）分段、聯(lián)合收獲法：收割機、拾禾器與聯(lián)合收割機配合使用，實現(xiàn)前期收割、中期拾禾、晚期直接收獲。機器利用率高，購機投資回收快；生產(chǎn)率高；機械化水平高；緩解收獲期緊張，強農(nóng)時；利用谷物的后熟作用，提高小麥的質(zhì)量和品質(zhì)。該方法，經(jīng)常被使用。
2.1.2收割方法的選擇
我國自改革開放以來，實行包產(chǎn)到戶的家庭聯(lián)產(chǎn)承保責任，將大塊的土地分配給個人所有，便形成了每家每戶土地少且不集中。對于只是小塊的土地，用大型的收獲機不方便、成本高。而使用最原始的方法，用人工用鐮刀進行收割。但該方法勞動強度太大，生產(chǎn)效率很低。故，最好采用小型的用拖拉機驅(qū)動的割曬機進行收獲。
2.2小麥割曬機機的結(jié)構(gòu)
小麥割曬機是通過拖拉機右側(cè)皮帶輪動力輸出傳動到離合分離主軸，離合隨時控制割曬機的運動和停止，再把主軸動力傳動割曬機齒輪箱中。齒輪箱變速后把動力一部分輸送到曲柄搖桿機構(gòu)上，為割刀切割小麥莖稈提供動力；另一部分動力帶動皮帶轉(zhuǎn)動，將割刀切割后的小麥輸送至該機構(gòu)的一側(cè)。從而實現(xiàn)割曬機各個工作部位完成小麥割倒、輸送、鋪放工作。小麥割曬機是通過拖拉機為機構(gòu)提供動力。減少了對勞動力的需求、提高了工作效率。非常適合我國現(xiàn)階段的土地使用狀況“每家每戶土地少且不集中”。并且，小麥割曬機適用于多種工作環(huán)境條件，山地、高原等。小麥割曬機極大的方便人們收獲小麥。
1. 齒輪箱 2.三角帶輪 3.聯(lián)軸器 4.軸承端蓋 5.軸 6.撥禾輪7.皮帶輪
8.輸送帶 9.滾動軸承 10.支撐柱 11.基座 12.曲柄 13.連桿 14.與機架相連的柱
15.柱 16.割刀 17.撥禾輪 18.分禾器 19.割刀擋板 20.分禾器 21.機架 22.軸
圖2-1小麥割曬機
3收割機的基本參數(shù)的確定及相關設計
確定小麥收割機各工作部件的基本依據(jù)有作業(yè)速度、喂入量、生產(chǎn)率、割幅等參數(shù)，他們之間相互影響、相互關聯(lián)。
3.1作業(yè)速度
根據(jù)耕作制度、稻麥種類、田塊大小、田面平整、潮濕程度和操作者勞動強度而定，其經(jīng)驗值見表3-1。
表3-1割曬機作業(yè)速度經(jīng)驗值
收割小麥種類
割曬機作業(yè)速度（米/秒）
稻田
割易掉粒秈稻
0.75-1.0
割梗稻
1.0-1.3
麥田
小麥鋪放
1.2-1.5
小麥割曬
1.2-1.8
3.2割幅
割幅根據(jù)耕作制度、生產(chǎn)規(guī)模、田地大小、收獲習慣、脫粒方式和可能供應的動力機而定。而有時動力機及整機重量幾乎是決定性的因素，表3.2為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可供設計參考。
表3-2根據(jù)動力機功率決定割幅
動力機功率（馬力）
整機重量（公斤）
割幅（米）
3- 4
200左右
1.0
10-12
500左右
1.5-1.8
20-30
1500-1800
2.0-3.0
40-50
2000以上
4.0-5.0
割幅大小還有保證收割機輪子不壓未割的小麥和鋪放的小麥桿，割幅B還應滿足如下關系:
（3-1）
式中:W-為兩驅(qū)動輪外側(cè)寬;
Y-割臺超出驅(qū)動輪外側(cè)的余量。
綜合考慮，先設定割幅B =0. 5m
3.3喂入量
根據(jù)公式：
(3-2)
式中: -機器前進速度，m/s ;
-作物單位面積產(chǎn)量，kg/畝，取450kg/畝;
-喂入谷粒和莖桿之比，簡稱谷草比，取B =1;
=1.33
將以上數(shù)據(jù)帶入式(3-2)中可以求得:q=0.3 -0.5 Kg/s
由式(3-2)可以得出，當其他條件不變時，與成反比關系。對于收割一定的喂入量，根據(jù)情況具體分析，對比采用小割幅配以較快的前進速度，還是采用較大割幅配以較低的速度。從小麥收割機的受自身結(jié)構(gòu)的限制出發(fā)來看:割幅越大收割機的尺寸和重量也就越大;進而導致增加行走消耗的功率，進而引發(fā)勞動強度的增加，也就是人要提供更大的動力。
3.4割刀速度和機器前進速度的關系
小麥收割機工作時，收割機向前運動，行走輪撥動齒輪傳遞動力，通過傳動機構(gòu)將動力傳至收割機刀盤，上刀盤做快速旋轉(zhuǎn)運動，下刀盤不動。上刀盤快速轉(zhuǎn)動做圓周運動。上刀盤的速度(圓周速度)和機器前進的速度的關系可以用進距來表示:
（3-3）
式中: -收割機行走的速度；
-齒輪組的轉(zhuǎn)速；
-齒輪組的角速度。
也可以用切割速度比/L9表示割刀速度與機器前進速度之間的關系。
（3-4）
式中：-平均速度；
-前進速度；
-行程；
-進距。
綜上所訴實際工作當中的上刀盤若凡過小，則割斷刃口容易發(fā)生雜亂的現(xiàn)象，將會影響切割質(zhì)量，進而誘發(fā)莖桿折斷和拉斷等問題;反之，重割現(xiàn)象將不可避免，進而引發(fā)劇烈的震動。據(jù)大量實驗總結(jié)出經(jīng)驗數(shù)據(jù):當前進速度=1 m/s并且凡為1.6，則割斷刃口雜亂或切割質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象將不會發(fā)生。但是凡是隨著收割機的速度變化而變化的為1 m/s時臨界切割速度比為1.6，而我設計的人力收割機車速控制在2.0m/s 。
3.5小麥收割機下刀盤托的直徑，拔麥盤尺寸和收縮比
對全喂入小麥收割機的工作部件的研究指出，上下刀盤的分離損失率是限制小麥收割機喂入量的關鍵。上下刀盤的分離損失率與莖桿層的厚度有密切關系，當其他條件不變時，隨著喂入量的增加，莖桿層變厚，損失率加大，當喂入量超過額定值時，損失率急劇增加。小麥在莖桿層中占的體積很小，可以忽略不計，則上下刀盤上莖桿層的厚度h可按下式求得。
（3-5）
式中： h-莖桿在自然狀態(tài)時的厚度，m；
Q-機器作物的喂入量，kg/s ；
-谷物中谷粒的含量，以質(zhì)量百分比計，=B/(1+B)( B為谷草比)；
-逐稿器寬度，本設計中由于采用了割幅為0.4m，小麥收割機下刀盤托的跨距為0.3m；
N-上下刀盤之間的寬度利用系數(shù)，取為0.7；
R-莖桿在自然狀態(tài)時的容重，由經(jīng)驗值得，小麥的容重約為30kg/m；
-莖桿層沿逐稿器運動的平均速度，一般情況下從0.4m/s 。
數(shù)據(jù)代入上式中，可以求得h=0.01-0.15m之間。下?lián)茺湵P的直徑為310mm，中撥麥盤的直徑為340mm，上撥麥盤的直徑為360mm。
3.6軸距、輪距、接地壓力和最小離地間隙聯(lián)合收割機的軸距
輪式小麥收割機的軸距是由小麥生長的地域而決定的，而且它要綜合考慮小麥收割機的機動性和穩(wěn)定性，通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸。其中軸距的大小與轉(zhuǎn)彎半徑成正比關系，軸距小可以提高整機動性，但會降低使縱向穩(wěn)定性。由于設計的人力收割機的整體尺寸不大，中心高度不太高，而且為了滿足收割機運轉(zhuǎn)靈活，同時還得考慮整機的穩(wěn)定性，故本設計取80mm 。
小麥收割機輪距的大小確定也要受小麥生長的地域條件的限制，同時也要考慮到整機的機動性和穩(wěn)定性，通過對比同類機型以及總體的布局來確定其尺寸，總車的寬度應該大于輪距，因此取輪距為238 mm，輪子半徑為140mm 。
小麥收割機的整體的通過性能與收割機距離地的最小間隙有關，一般最小離地間隙應該介于60-80 mm之間。
3.7割刀切割數(shù)據(jù)計算
3.7.1切割速度計算及其運動分析
偏置的曲柄連桿機構(gòu)示意圖如圖2-4所示。割刀的運動特性對切割器性能有直接影響，往復式切割器工作時動刀片在曲柄連桿機構(gòu)的驅(qū)動下做橫向的往復直線運動，且運動是間歇的。通過對該機構(gòu)的運動分析找出割刀位移與速度之間的關系，為確定合理的割刀速度提供理論依據(jù)，表3-3為切割試驗臺切割器部分參數(shù)。
表3-3切割器主要參數(shù)
項目
參數(shù)
偏距mm
102.1
曲柄半徑mm
39
連桿長度mm
181.2
圖 3—1 切割系統(tǒng)
建立動刀片的運動方程，動刀片的行程S為:
（3-4）
簡化后可得:
（3-7）
式中:L一連桿長度，mm;r一曲柄長度，mm;e一偏距，mm。
在對曲柄連桿進行運動分析時，由于連桿長度遠大于曲柄半徑r，動刀片的運動可以近似看做簡諧運動，以曲柄中心為原點，X軸右方向為正，可得到動刀片位移x、速度v和加速度a:
（3-8）
3.7.2切割速度與進給速度設計
在小麥收獲過程中，其生產(chǎn)率取決于收割機的作業(yè)速度，而作業(yè)速度又與切割速度息息相關，只有當切割速度與作業(yè)速度相適應時才能保證不漏割，否則將產(chǎn)生漏割。往復式切割器割刀的運動是由水平橫向運動和機組前進運動合成的，割刀橫向運動平均速度與機組前進運動速度}m的比例關系，決定了割刀的運動軌跡。
往復式切割器割刀的速度是實時變化的，在實際運用中多采用割刀的平均速度，割刀平均速度表示的是割刀完成一個行程的平均速度，而實際的切割速度都大于割刀平均速度，割刀平均速度是往復式切割器中用來確定曲柄轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)之一，由此可得割刀平均速度：
（3-9）
式中：t-割刀運動一個行程S=2r內(nèi)所用時間，s；
n-曲柄轉(zhuǎn)速，r/min,r-曲柄半徑，m。
往復式切割器機組前進速度為：
(3-10)
割刀橫向運動平均速度與機組前進速度的比值為，的大小對切割質(zhì)量影響較大，確定與之間的數(shù)量關系，即給出相應只值的大?。?
(3-11)
4切割系統(tǒng)的設計
4.1收割機的上、下刀設計
切斷莖稈要求個到必須克服其橫切面內(nèi)的切割阻力，但是由于水稻、小麥等作物的莖稈剛度小，在受到極小的外力作用下就會發(fā)生彎斜，從而導致切割較困難。因此，為了能夠順利切割莖稈，就必須采取一定的措施和方法。比如說增加割刀的速度、給予被切割的莖稈適當?shù)闹位蚴翘岣咔懈钚实取?
圖4-1單支撐切割 圖4-2雙支撐切割 圖4-3無支撐切割
支撐莖稈的切割器分為有支撐和無支撐兩類。
有支撐切割:單支撐和雙支撐(圖4-1和圖4-2 )。實驗結(jié)果表明:在切割時取兩點支撐切割可使莖稈不彎曲從而達到切割較省力的效果。
無支撐切割:它是動刀片直接切割莖稈，其過程如圖4-3所示。無支撐的莖稈在較低速度被切割時，會很容易被推倒或折斷，從而失去了切割效果。其原因是莖稈無支撐，只能依靠其自身的彎曲、是很難與動刀的切割力相平衡的。這就導致動刀必須以一定的切割速度才能使原來靜止的莖稈在瞬間獲得來自其傳遞的速度，隨即莖稈產(chǎn)生較大的加速度及與其反方向的慣性力，當時，莖稈就可以被切割。所以，在使用無支撐切割時就必需要有較大的切割速度才能實現(xiàn)切割，而且還能提高切割效率。但是，卻增加了功率的消耗、增加了整機的振動和徒添一些不必要的空割。由試驗觀察表明:有支撐的切割器其割刀速度在0.3m/s與0.6m/s之間小麥的稈莖有被擠壓撕破的現(xiàn)象，可知阻力逐漸減少;當速度超過0.6m/s時，則上述現(xiàn)象會消失，同時阻力也在緩慢減少，因此我們在設計時一般割刀的速度應該大于0.6m/s 。因此我們可以得出速度越大其慣性力也就越大，因而導致莖稈的抗彎能力也就越大，這樣會完成順利的切割。
4.2切割器的確定
本設計的切割器是通過兩個刀片(動、定)之間的剪切將作物莖進行切割的。我們知道，兩個刀片加持著莖稈，在其接觸點A、 B兩處存在著正壓力N1、N2和摩擦F1。若R1為N1與F1的合力，而R2另兩個的合力，我們進而就可以得到莖稈被加持時兩刀片應滿足的條件:R1與R2必須在同一條直線上。
圖4-14加持莖稈的受力分析
圖中的三角形OAB的我們可以得知:
（4-4）
從四邊形OACB中我們可以得出:
（4-5）
由此，我們可以得出：
（4-6）
我們可以得出當 時，莖稈被加持住。
此式即為收割機前進速度與刀盤轉(zhuǎn)速應滿足的關系。由此也可以得出從切割器切割時所需的尺寸。
5其他結(jié)構(gòu)的確定
5.1軸、軸承的設計計算
5.1.1軸的設計計算
確定軸的最小直徑，初步估算軸的最小直徑，選擇軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112，于是得
（5-1）
=112
=19.6mm
軸的設計的結(jié)構(gòu)與尺寸關系如下圖：
圖5-1
軸的校核
T=9.55 （5-2）
P=1.5Kw
n=500/2
r=250r/min
T=9.551.5/250=51570N （5-3）
δ1=26.5°
=130mm
=20
圓周力：
（5-4）
徑向力：
（5-5）
軸向力：
N （5-6）
合力：
（5-7）
水平方向：
（5-8）
m
垂直方向：
（5-9）
彎矩：
m
合成彎矩：
（5-10）
=
=30061.8Nmm
當量彎矩：
（5-11）
=
初步認為A截面有較大應力集中，確定其為危險截面，進行安全系數(shù)校核
前面通過計算得A截面合成彎矩：
抗彎截面系數(shù)：
（5-12）
彎曲應力：
扭轉(zhuǎn)切應力 ：
（5-13）
切應力副和平均切應力：
（5-14）
求綜合影響系數(shù)：
（5-15）
過盈配合時軸的有效應力集中系數(shù)：
配合為:
材料為碳鋼毛胚直徑:
表面狀態(tài)系數(shù)：
求安全系數(shù)設按無限壽命(Kn=1)計算：
（5-16）
（5-17）
復合安全系數(shù)由式：
（5-18）
所以，軸的強度安全。
5.2.1軸承的選用
已知：設計的齒輪軸向載荷為0，徑向載荷是1591.2N軸承轉(zhuǎn)速n=250r/min裝軸承處的直徑為30-40毫米范圍之間選擇，運動平穩(wěn)。由工作條件和環(huán)境可知：選用深溝球軸承
選擇軸承的型號
（1）求比值
=0/1758.75=0 （5-19）
根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44故此時＜e。
（2）初步計算當量載荷P，根據(jù)式（13-8a）
P= （5-20）
按照表13-6，=1.0-1.2,取=1.2。
按照表13-5，X=1，Y=0，則P=1.2×1655.75=1986.9N
（3）求軸承應有的基本額定動載荷值
（4）按照設計手冊選用C=1021.2N的軸承6007此軸承的基本額定動載荷C=26000N
軸承的驗算。
（5）求相對軸向載荷e值與Y值，對深溝球軸承取f=14.7,則相應軸向載荷為零。
（6）用線性插值法求Y值Y=0。
（7）求當量動載荷P
P=1.2×1571.75=2110.5N （5-21）
所以選用的軸承合適
5.2小麥割曬機輸送系統(tǒng)的設計
輸送系統(tǒng)是油菜割曬機的重要裝置，其輸送通暢性能直接決定作業(yè)效率和收獲損失。本設計的輸送系統(tǒng)由立輥總成、伸縮撥指滾筒總成和輸送帶總成構(gòu)成如圖5-1，采用輸送比較可靠、損失較低的立式輸送形式。工作時被切斷的小麥莖稈跳上割臺之后在撥指的作用力下被推向輸送帶，割臺兩端的小麥莖稈則再經(jīng)由做相向運動立輥的輥齒作用力下被橫向推至伸縮撥指滾筒中間位置，再被推向輸送帶，到達輸送帶上的油菜莖稈由輸送帶輸送至割曬機右側(cè)，再經(jīng)鋪放置田間。整個輸送系統(tǒng)在三個部分的匹配協(xié)同作用下完成小麥莖稈流的輸送。
圖5-2 傳動系統(tǒng)
5.3總體結(jié)構(gòu)尺寸
小麥收割機的總長、總高、總寬由最后的總裝配圖確定。小麥收割機的機動性靈活性以及穩(wěn)定性限制其尺寸。本設計中取總長為550mm，高300mm，寬160mm 。
5.4外形結(jié)構(gòu)尺寸確定和中心估算
外形尺寸的長、寬、高主要取決于割麥盤、行走機構(gòu)、作業(yè)者以及離地間隙、行走輪大小、中心軸距、行走輪間距等尺寸，本設計的小麥收割機的總體尺寸以確定。
總 結(jié)
此次設計的任務是完成小麥割曬機機的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，為自己在大學四年所學習知識的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把大學四年來所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。
這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設計，涉及的領域包括：機械制圖，機械原理，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關的國家標準。機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進行畢業(yè)設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。
我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該具有更加淵博的知識，如應該對計算機應用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展現(xiàn)狀等各個方面能力進行加強。
在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關的書籍、手冊以及老師的精心指導，都得到了解決，設計過程基本順利完成。
致 謝
畢業(yè)在即，四年的大學生活已接近尾聲，經(jīng)過三個多月的努力，在范修文老師的悉心指導下，設計任務基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導老師范修文，從設計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，范老師均傾注了大量的心血。導師的悉心指導、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術(shù)目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。
最后，也感謝和我一起學習的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關心和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實、多彩與快樂！
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