小型旋耕机的总体设计本科毕业设计.doc

目 录摘 要1Abstract2第一章 绪 论31 概述31.1发展历史和背景31.2旋耕机的简介31.3研究方向5第二章 总体方案的确定72.1 旋耕机的组成72.2 旋耕机的传动部分72.3 旋耕机的工作过程8第三章 中间齿轮传动的设计93.1中间齿轮传动箱中一轴和直齿轮的设计93.1.1 一轴的设计93.1.2直齿轮的计算103.1.3轴承的选择123.1.4 一轴的校核123.2中间齿轮传动箱中二轴和锥齿轮的设计173.2.1 二轴的设计173.2.2锥齿轮的计算183.2.3轴承的选择20第四章 侧边传动的设计214.1 侧边传动中三轴的设计214.2侧边传动中链轮的设计224.2.1链的选择224.2.2链轮的尺寸计算24第五章 弯刀、刀座及刀轴设计285.1 刀轴的设计计算285.1.1刀轴的设计285.1.2轴承的选择295.2弯刀的设计与计算295.2.1弯刀的类型295.2.2弯刀的设计305.2.3弯刀的配置与排列335.2.4弯刀的安装34结 论36参考文献37致 谢39附 录40摘 要随着我国农业机械化的发展，耕耘机械也发生了较大变革，国外在十九世纪中末期，才出现实用的旋耕机，国内出现先与手扶拖拉机配套的旋耕机，轮式拖拉机的配套从1959年开始研制的，50年代到80年代，经历了很大的变化，到80年代末已行成多系列产品，90年代上市的产品还有系列旋耕播种联合作业机16种等。目前，随着国家对农机补贴政策的实施，大中型功率拖拉机的快速发展和生产精耕细作及新农艺的要求，旋耕机又有了新的发展。本文着重对旋耕机的设计做出分析和研究。围绕旋耕机的设计方法，针对刀片的特点，研究了如何在工作中选择刀片及影响因素，并对每一部件进行了分析，研究了如何选择与拖拉机的悬挂方式，并提出了解决漏耕的方法。设计过程中兼顾了低能耗、高效率的理念，达到了较实用的效果。关键词：耕耘机械 ； 旋耕机 ； 系列化 ； 联合作业机AbstractWith the development of Agricultural Mechanization in China, farming machinery has also undergone a great change, foreign late in the 19th century, it appears practical rotary cultivator, domestic first hand tractor rotary cultivator, wheeled tractor supporting from 1959 started to develop. In the 1950s to the 1980s, has experienced great changes, to the 1980s at the end of a series of products, 1990s listed products and series rotary tillage and sowing operations for the joint machine 16. At present, with the implementation of national policy of agricultural subsidies, large and medium-sized tractors and the rapid development of production intensive and new agronomic requirements, rotary cultivator and the new development.This paper makes analysis and research focuses on the design of the rotary tiller. Around the cultivator design method, according to the characteristics of the blade of how to choose the blade and its influencing factors at work, and has carried on the analysis to each component, studies how to select and tractor suspension, and puts forward the method to solve the leakage of cultivation. In the design, the concept of low energy consumption and high efficiency is considered, and the practical effect is achieved.Keyword： farm machinery ； rotary cultivator ； series ； Combined Machine第一章 绪 论1概述1.1发展历史和背景旋耕机的发展至今已有150多年的历史，最初在英、美国家由34kw内燃机驱动，主要用于庭园耕作，直到L型旋耕刀研制成功后，旋耕机才进入大田作业。20世纪初，日本从欧洲引进旱田旋耕机后，经过大量的试验研究工作，研制出适用于水田耕作要求的弯刀，解决了刀齿和刀轴的缠草问题，旋耕机得到了迅速发展。我国对旋耕机的研制始于20世纪50年代末，初期主要研制与手扶拖拉机配套的旋耕机，后来研制出与中型轮式拖拉机配套的旋耕机；70年代初完成了与当时国产的各类拖拉机配套的系列旋耕机的设计，并使之得到了推广应用；到80年代，与手扶拖拉机配套的旋耕机由专用型发展到兼用型，由与手扶拖拉机配套发展到与轮式及履带式拖拉机配套。旋耕机在我国的发展经历了单机研制、发展系列产品、新产品开发和换代3个阶段，随着新的种植、耕作农艺的发展和推广，在旋耕机基础上还研制出了多种用途的联合复式作业机。新系列旋耕机采用的新型旋耕刀，综合了合理的速度参数、幅宽和复式作业功能，采用旋耕机基础件组合式结构，可组装在多种机型上，满足不同的用途与农艺要求。目前我国旋耕机的使用范围不断扩大，从南方水田到北方旱地以及牧场、荒地和果林等都广泛使用旋耕机进行耕耘作业21。1.2旋耕机的简介旋耕机有多种不同的分类方法，按刀轴的位置可分为卧式、立式和斜置式，目前卧式旋耕机的使用较为普遍。旋耕机传动形式有中间传动和侧边传动2种。中间传动系统由万向节传动轴和中间传动箱组成；侧边传动系统由万向节传动轴、中间传动箱和侧边传动箱组成。侧边传动又有齿轮传动和链轮传动2种，侧边传动箱采用链传动时，虽然加工要求较低，但其可靠性较差，使用寿命短，链条断后会增加维修费用。当采用中间传动时，传动箱的下部会造成漏耕，影响作业质量，为了解决这个问题，在传动箱的下部固定了一个松土铲，即小型铧式犁，或者在传动箱的旁边装两把特殊的弯刀。为了适应不同的土壤条件及拖拉机动力输出轴转速，有的旋耕机的传动箱配有速比不同的齿轮，以得到不同的刀辊转速。耕机与拖拉机的挂接有3点悬挂、直接联接和牵引3种形式，我国目前采用前2种联接方式。3点悬挂式旋耕机的悬挂及升降与铧式犁相同，由拖拉机动力输出轴驱动，通过万向节传动轴，经传动箱减速后带动刀轴工作。直接联接式旋耕机主要用于与手扶拖拉机配套，一般是将手扶拖拉机的变速箱后盖取下来，然后将旋耕机减速箱和拖拉机变速箱用螺栓联接在一起，动力由拖拉机变速箱里的齿轮直接传给旋耕机的齿轮，以驱动旋耕机运转。卧式旋耕机刀辊的转向有正转和反转2种，目前使用较多的是正转旋耕机。正转时刀片强制切碎土块，并将土块向后抛掷，土块与机罩及拖板相撞后，进一步破碎，碎土充分，但功耗较大，在耕深增加时，影响耕深的稳定性。刀辊反转则有利于降低切土能耗和提高碎土效果，覆盖埋青能力强，但易导致已耕土块堆积，造成刀辊的重复切削，增大了不必要的负荷和功耗。反转旋耕机作业时，罩壳粘土比较严重，因此一般只应用于灭高留的稻、麦茬，在土壤湿度较大的情况下，不宜采用反转旋耕机。刀辊转速对旋耕机组的功耗影响较大，较理想的配置是低的刀辊转速和较高的前进速度。一般情况下,刀辊转速为180260r/min，目前刀辊转速有降低的趋势。同一纵向平面内切土的旋耕刀，在其相继切土的时间间隔内，机组前进的距离称为切土节距。切土节距对碎土程度有较大的影响，一般为达到良好的碎土效果，可增加刀辊在一周内的刀片数量或增加旋耕速比，即降低机组前进速度。目前在中等粘度的麦田地，切土节距为10cm左右，在水稻田的旱耕时，由于放水后一般还用水耙轮作业，因此对碎土质量要求可放宽，切土节距为1014cm18。121刀片有凿型刀、直角型刀(又称L型刀或宽刀)和弯刀3种形式。凿型刀正面有凿型刃口，入土能力强，但易缠草，一般适用于垦荒地和较疏松的田地。直角型刀的刃口由侧切刃和正切刃组成，切削方式和凿型刀相似，也易缠草，但刀身宽，刚性好，适合在土质较硬的干旱地上作业。弯刀的刃口由曲线构成，包括侧切刃和正切刃两个部分，可轻松地将草茎切断，且不易缠草，适合在多草的田里作业，是一种水旱通用的刀型。目前，弯刀在我国、日本及东南亚等地区得到了广泛的应用。弯刀在刀轴上的排列是影响旋耕机耕作质量及功率消耗的重要因素之一，在安装时可根据不同的农艺要求配置。弯刀的排列一般应满足下列要求：刀片尽量工作在少侧向约束条件下，并均匀、顺序入土，以减小对刀轴轴承的侧压力，减少旋耕刀对旋耕机重心的转距，保证机器工作时的直线性，减少功耗，相邻刀片间沿圆周方向的间距应尽可能大，以防止刀间壅土17。弯刀的安装方法主要有3种。第一，内装法。所有左、右刀片都朝向刀轴中间，采用这种装法的旋耕机耕地后，地面中间高成垄,刀轴受力均匀，适于做畦前的耕作。第二，外装法。除左、右两端刀片朝向刀轴中间外，其余左刀片装在刀轴的左侧，右刀片装在刀轴的右侧。这种装法使刀轴受力均匀，耕后地面中间形成一个沟，适于拆畦或旋耕开沟作业。第三，交错法。左右刀片在刀轴上交错对称安装，耕后地面平整，适于犁耕后耙田或旋耕灭茬耕地。其排列方式有多头螺旋线、人字形等圈式13。机组前进速度选择的原则是达到碎土要求，地表平整，既要保证耕作质量，又要充分发挥拖拉机的功率。一为控制功耗急剧增加，应适当压缩耕幅，但为了消除拖拉机轮墩，使耕后地表平整，在土壤比阻较小的情况下，可采用拖拉机与旋耕机正配置，使耕幅大于拖拉机后轮外缘10cm以上；在土壤比阻较大的情况下，可采用拖拉机与旋耕机侧配置。在南方水田一般土壤条件下，耕深1216cm，刀轴转速80220r/min，前进速度25km/h时，各功率段拖拉机应配套的旋耕机工作幅宽。般情况下前进速度选25km/h14，在坚实度较大的土地上耕作时可选用较低的前进速度12。1.3研究方向目前旋耕机已被大量推广使用，但由于现有产品系列因受强度限制，其功能较为单一，预计今后将向以下方向发展，(1)由于我国山地丘陵占大部分，所以中小型旋耕机还将是研究的重点(2)减少功耗、提高效率也是今后研究的一个重点。为了降低功能，提高耕作质量，需对刀片参数进行深入研究，探讨新的耕耘方式，如潜土逆转等。目前国内已生产出反转旋耕埋青机，用于耕作并覆盖绿肥；吸取铧式犁、驱动圆盘犁的优点，使旋耕部件在水平面内斜置，这样旋耕刀能顺利切削土壤，刀辊受力均匀，从而降低功能。为提高效率，还需开发具有复式联合作业功能的大型机具.(3)采用各零部件等寿命的原则和方法对旋耕机进行设计，保证整机无故障使用期限为45年，减少用户的维修保养费用。(4)随着科学技术的发展，应考虑将一些新技术应用到旋耕机上，如信息系统等，开发仿形控制耕幅的果园、林场用旋耕机和液力驱动刀辊的旋耕机等23。因此，小型旋耕机的设计是本次设计的主要任务。小型农用旋耕机外形图(如图1.1)所示： 图1.1小型农用旋耕机外形图14第二章 总体方案的确定2.1 旋耕机的组成旋耕机主要由机架、悬挂架、传动部分、旋耕刀轴、刀片、罩壳等部分组成(如图2.1)所示。其中刀片和刀轴是旋耕机的主要工作部件，刀片通过焊在刀轴的刀座上而且是螺旋排列。本次设计刀片采用65号锰钢并经淬火处理6。罩壳有挡泥罩和平土拖板组成，其作用是挡住刀滚抛起的土块，并将其进一步粉碎。 1.左弯刀 2.刀轴 3.刀座 4.右弯刀 5.机架 6.支臂 7.中间齿轮传动箱 8.侧边链轮传动箱 9.防磨板 图2.1 悬挂式旋耕2.2 旋耕机的传动部分传动部分由万向传动轴、中间齿轮减速箱、侧边传动箱组成，动力由拖拉机动力输出轴经万向传动轴传给中间齿轮箱，再经侧边传动箱传给刀轴如图22所示。中间齿轮箱内由一对圆柱齿轮及一对圆锥齿轮传动，一对圆柱齿轮可以变换安装或根据需要另换一对圆柱齿轮以改变转速。但这种变速方式不方便，目前有的旋耕机采用变速箱式的传动装置。有的旋耕机，动力从中央传给刀轴,整机受力均匀,但中央传动箱下面有漏耕现象，需要采用特殊结构的刀轴。由于侧边齿轮结构复杂，加工精度要求高，而侧边链传动零件少、重量轻、结构简单、加工精度要求低，所以本次设计以侧边链传动为主，（如图2.2的c图）。2.3 旋耕机的工作过程旋耕机工作时(如图2.3)所示，装有刀片的刀滚一方面由拖拉机动力输出轴驱动旋转，一方面随机组前进作直线运动，刀片切下的土垡向后上方抛出与罩壳及拖板撞击而进一步破碎，然后落回地面上，使土壤松碎且平整。旋耕刀切土时，土壤的反推力和拖拉机的前进方向相同。 a.中间传动 b.侧边齿轮传动 c.侧边链传动 图2.2 旋耕机的传动 1.刀片2.罩壳3.拖板 图2.3旋耕机的工作过程