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塔里木大學畢業(yè)設計
前 言
近年來，我國農業(yè)發(fā)展迅速，機械化水平不斷提高，隨著棉花種植面積的不斷增加，棉花生產全程機械化正在進一步完善，棉花種植已超過10 0 萬hm “, 由于光熱資源不穩(wěn)定及棉花個體特性差異, 部分棉桃不吐絮。據(jù)調查, 棉花收獲后, 平均每株棉花上留有棉桃0. 8 個, 若將其全部收獲, 可收約105 k妙m , 皮棉, 經濟效益十分明顯, 棉花種植面積每年不斷擴大, 勞動力卻嚴重不足, 霜后棉桃大多放棄不收, 造成棉花減產。利用機械采摘半開或未開的棉桃是減少損失與提高單產的有力措施, 同時還可起到清地、節(jié)約勞力的雙重作用。為此, 棉花是重要的經濟作物之一。隨著棉花種植面積不斷擴大, 勞動力嚴重不足, 霜后棉桃大多放棄不收, 造成棉花減產。利用機器采摘未開棉桃和再剝桃清花是減少損失與提高單產的有力措施, 同時還可起到清地、節(jié)約勞力的雙重作用。而在我國, 棉桃收獲機的研究還是空白。據(jù)調查分析, 摘棉桃機的推廣應用前景十分廣闊。如能推廣, 除可新增工業(yè)產值外, 還可形成棉花機械生產的新領域。為此, 在參考國外類似機型的基礎上, 研制成一種適合棉花種植模式的摘棉桃機。為此,本文設計一種新設計、適合棉花種植模式的棉桃收獲機械是至關重要的。梳指式棉桃收獲機具有結構簡單、性價比高等優(yōu)點，但目前技術不成熟。本文結合國內外梳指式采棉機的技術基礎，將復雜產品設計和仿真有機集成于梳指式棉桃收獲機的開發(fā)過程中，該項技術的開發(fā)有助于解決我國棉花產量低，浪費大等低等問題，對于在地區(qū)提高棉花產量無疑具有極其重大的現(xiàn)實意義
1.緒 論
1.1選題的意義和目的
棉花是重要的經濟作物之一。隨著棉花種植面積不斷擴大, 勞動力嚴重不足, 霜后棉桃大多放棄不收,造成棉花減產。利用機器采摘未開棉桃和再剝桃清花是減少
損失與提高單產的有力措施, 同時還可起到清地、節(jié)約勞力的雙重作用。而在我國, 棉桃
收獲機的研究還是空白。據(jù)調查分析, 摘棉桃機的推廣應用前景十分廣闊。如能推廣, 除
可新增工業(yè)產值外, 還可形成棉花機械生產的新領域。為此, 在參考國外類似機型的基礎
上, 研制成一種適合棉花種植模式的摘棉桃機。
1.2本課題國內（外）研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1本課題現(xiàn)在主要存在的問題
（1)存在的最主要問題是棉花植株高度對收獲機產生的影響。當植株過時由于收獲機摘桃齒具有一定高度, 它與機架是鋼性聯(lián)接, 高度不可調整,這樣就造成了棉桃收獲不凈的現(xiàn)象。解決的辦法主要是, 設計機體時盡量把底盤降低些, 選用合適的輪胎, 以不影響機械正常通過性為條件, 使摘桃齒與地面的距離減小, 這樣不僅可提高收凈率, 還可提高作業(yè)效率。
1.2.2國外研究現(xiàn)狀及分析
美國是世界上棉花總產較高的國家。一九七二年棉花播種面積為8058萬畝,單產皮棉72.8斤/畝,總產量為5866萬擔。美國棉花種植主要在南半部,以德克薩斯、密西西比、加和福尼亞等州種植較多，他們在這方面有著優(yōu)越的成就。迪爾公司自1920年開始研制水平摘錠的摘棉機。經過近九十年幾代人的不懈努力，迪爾公司目前位于美國艾奧瓦州的得梅因工廠已經成為世界上最大的水平式摘錠自走式摘棉機工廠。1950年，迪爾公司推出了行業(yè)內第一臺自走式摘棉機－No. 8型2行摘棉機。它的誕生引起了當時整個棉花生產行業(yè)的轟動。該機從棉花植株的兩邊進行采摘，實現(xiàn)了田間棉花的快速機械化收獲，采摘效率遠遠高于當時其它同類型的摘棉機，一天的采摘效率相當于80名摘花工人的工作量。與其它類型摘棉機不同的是，它僅從開放的棉桃中摘出棉花纖維，而對未開放的棉桃又不產生損傷，不會造成棉花的減產。在采摘速度每小時為3.21公里時，每小時采收面積可達0.71公頃。
1.2.3國內研究現(xiàn)狀及分析
棉花是重要的經濟作物之一。隨著棉花種植面積不斷擴大, 勞動力嚴重不足, 霜后棉桃大多放棄不收, 造成棉花減產。利用機器采摘未開棉桃和再剝桃清花是減少損失與提高單產的有力措施, 同時還可起到清地、節(jié)約勞力的雙重作用。而在我國, 棉桃收獲機的研究還是空白。據(jù)調查分析, 摘棉桃機的推廣應用前景十分廣闊。如能推廣, 除可新增工業(yè)產值外, 還可形成棉花機械生產的新領域。為此, 在參考國外類似機型的基礎上, 研制成一種適合棉花種植模式的摘棉桃機,現(xiàn)在，我國棉桃收獲機械正向現(xiàn)代化方向發(fā)展，相信不久的將來我國棉花事業(yè)也能逐步實現(xiàn)機械化。
1.3本課題所設計的任務要求及可行性分析
1.3.1任務要求
1、該機應滿足調整方便、保養(yǎng)方便、傳動可靠等優(yōu)點。
2、能滿足各種地塊棉桃收獲，運轉平穩(wěn)，工作可靠，且維修方便。
從而解決了現(xiàn)有棉桃浪費、采不凈的問題,具有結構簡單,使用方便、作業(yè)率高等優(yōu)點,適合大面積推廣,是棉花機械事業(yè)的新紀元。
1.4本課題需要重點研究的及解決的思路
利用機械采摘半開或未開的棉桃是減少損失與提高單產的有力措施, 同時還可起到清地、節(jié)約勞力的雙重作用。 最主要問題是棉花植株高度對收獲機產生的影響。當植株過低時, 由于收獲機摘桃齒具有一定高度, 它與機架是鋼性聯(lián)接, 高度不可調整, 這樣就造成了棉桃收獲不凈的現(xiàn)象。解決的辦法主要是, 設計機體時盡量把底盤降低些, 選用合適的輪胎, 以不影響機械正常通過性為條件, 使摘桃齒與地面的距離減小, 這樣不僅可提高收凈率, 還可提高作業(yè)效率。
1.5完成本課題所必需的工作條件及解決的辦法
由于本設計正處于初期設計階段，在國內還沒有現(xiàn)成的針對棉田大面積棉桃采摘機器，有些問題不能確定，有待于以后的進一步研究，探索與完善。
1.6方案的確定
（1）動力選型與匹配,速度和轉速確定；
（2）皮帶輪傳動設計；
（3）刮板器設計；
（4）摘桃齒設計；
1.7過程中發(fā)現(xiàn)的問題及改進建議如下
(l) 主推機型播種行數(shù)(9 行)少, 由此產生拖拉機在返回作業(yè)時, 其一側輪胎碾壓上次播種行, 影響出苗時間。應增加播種機的播種行數(shù)為11一13 行?，F(xiàn)已生產這些行數(shù)的播種機具。
(2) 某些部件的強度與剛度不夠, 如雙圓盤開溝器的圓盤刀, 現(xiàn)在厚度是4mm , 由于國產65 Mn 鋼板質量差, 因此其強度、剛度弱, 耐磨性差。應加厚開溝器的圓盤刀, 厚度在5 一6 m m 范圍內, 并提高熱處理工藝水平,保證其耐磨性能。
(3 )進一步完善圖紙質量與加工工藝水平, 使之能
更加滿足制造質量及保護性耕作技術要求
圖1-1 總裝圖
2.設計方案的選擇
2.1 設計思想
經過多次的討論與研究，該機由采摘臺、輸送機構、集桃箱、配套拖拉機及其連接附件等幾部分組成本，采摘臺主要組成部分有輸桃攪龍、刮板器、梳指總成。梳指總成即梳子型棉桃剝離器。梳子型棉桃剝離器由一組間隔等距的V 型剛性金屬長釘組成，這些長釘是彈性安裝的，且平行于前進方向。工作中，梳指與地面成15°～ 30°夾角，確保疏指前端接近于地面，設計確定選用該機可由普通小型四輪車牽引, 地輪通過鏈傳動帶動刮板式運輸器工作, 由摘桃機構摘收棉桃。
2.2 輸送處傳動系統(tǒng)的確定
由于皮帶和鏈傳動相比具有結構簡單、噪聲小、調節(jié)和安裝比較容易的特點，且農用機械要求較低成本和適應較惡劣工作環(huán)境，帶式輸送機的優(yōu)點是運輸能力大,而工作阻力小,耗電量低,約為刮板輸送機耗電量的1/3~1/5。因在運輸過程中物料與輸送帶一起移動,故磨損小,物料的破碎性小。由于結構簡單,既節(jié)省設備,又節(jié)省人力,故廣泛應用于我國國民經濟的許多工業(yè)部門 。國內外的生產實踐證明,帶式輸送機無論在運送能力方面,還是在經濟指標方面,都是一種較先進的運送設備。所以傳動系統(tǒng)均采用帶傳動。要求皮帶的安裝位置要準確，偏差不應超過3mm，皮帶安裝不應打滑，在皮帶運動部位要有安全防護措施。
2.3 系統(tǒng)總體方案的確定
拖拉機傳動裝置→減速器→帶傳動→輸送裝置→采摘裝置→輸送裝置→拖拉機
3. 收獲機的設計
3.1 功率、速度和轉速確定
3.1.1)主要技術參數(shù): 該機的工作效率為180 ～ 195，行進速度為3． 5 ～ 5，割臺的割幅為2.2m; 動力源為LYH400 /404 拖拉機，其動力輸出轉速760; 采摘臺的功率需求是3kW
3.1.2)速度、轉速。根據(jù)經驗, 確定收獲機地輪工作速度為 換算成200 , 由此得知, 大帶輪轉速為90 。根據(jù)傳動比, 小帶輪轉速為180 , 由于小帶輪與刮板同軸, 所以刮板上帶輪轉速也為180。
3.2皮帶輪傳動設計
3.2.1由于皮帶和鏈傳動相比具有結構簡單、噪聲小、調節(jié)和安裝比較容易的特點，且農用機械要求較低成本和適應較惡劣工作環(huán)境，帶式輸送機的優(yōu)點是運輸能力大,而工作阻力小,耗電量低,約為刮板輸送機耗電量的1/3--1/5。因在運輸過程中物料與輸送帶一起移動,故磨損小,物料的破碎性小。由于結構簡單,既節(jié)省設備,又節(jié)省人力,故廣泛應用于我國國民經濟的許多工業(yè)部門 。國內外的生產實踐證明,帶式輸送機無論在運送能力方面,還是在經濟指標方面,都是一種較先進的運送設備。所以傳動系統(tǒng)均采用帶傳動。要求皮帶的安裝位置要準確，偏差不應超過3mm，皮帶安裝不應打滑，在皮帶運動部位要有安全防護措施
3.2.2原始數(shù)據(jù)與資料
（1）皮帶輪傾斜角度：；
(2)運輸物品：棉桃;
(3)輸送機斜長：1.85m
3.2.3傳動鏈節(jié)距,由《機械設計》查, 功率與小鏈輪轉速n=30～4 0 r/m in , 采用16A型鏈條, 節(jié)距P= 25.40mm。
3.2.4傳動鏈中心距、節(jié)數(shù)。中心距越小, 單位時間內鏈條屈伸的次數(shù)就越多, 越容易產生疲勞和磨損。根據(jù)機體計尺寸, 取中心距A =12
圖2-1皮帶輪
3.3 刮板器設計
(1 )刮板的選用。根據(jù)收獲機摘桃齒總寬度, 確定刮板采用等邊角鋼原形, 寬30mm , 厚4 mm, 橫截面積2.3c㎡, 內側圓角半徑4.5mm。
(2 )刮板的安裝。刮板之間距離為140mm , 根據(jù)刮板器上兩齒輪鏈條中心距, 確定刮板器上安裝有23個刮板, 每個刮板在工作中都能達到刮桃利落、不卡桃和不漏刮。根據(jù)棉桃尺寸, 確定刮板一個邊的最前端距摘桃齒高度為30～40mm
3. 4 摘桃齒設計
3.4.1根據(jù)生產建設兵團棉花種植方式, 精量播種機單體播種裝置寬度和棉花株間與行間的距離以及收獲時間棉花的生長總高度決定了摘桃齒的設計方向
3.4.2在兵團棉花種植方式中, 精量播種機的單體播種裝置鋪膜寬度為2000～2100mm,實際棉花的株距要小于此數(shù)。根據(jù)設計中所選擇的材料和材料所要變形達到的尺寸, 確定摘桃齒的總寬度為1840mm。摘桃齒的材料采用3#厚3mm的熱軋等邊角鋼, 變形過程中, 其余參數(shù)都不變, 只是把90°直角改成120 °,確定摘桃齒寬度為40～50mm ,摘桃齒頂端設計成尖頭, 便于棉稈導人。摘桃齒總體離地高度確定為500 ～ 600mm,根據(jù)棉桃尺寸, 決定相臨摘桃齒距離為10mm 摘桃齒長度450mm 。
3. 5 水平螺旋輸送機的的設計計算
3.5.1螺旋輸送機主要特點
(1) 承載能力大、安全可靠。
(2)適應性強、安裝維修方便、壽命長。
(3)整機體積小、轉速高、確保快速均勻輸送。
(4) 密封性好、外殼采用無縫鋼管制作，端部采用法蘭互相連接成一體，剛性好。
3.5.2 螺旋輸送機工作原理
物料從進料口加入，當轉軸轉動時，物料受到螺旋葉片法向推力的作用。該推力的徑向分力和葉片對物料的摩擦力，有可能帶著物料繞軸轉動，但由于物料本身的重力和料槽對物料的摩擦力的緣故，才不與螺旋葉片一起旋轉，而在葉片法向推力的軸向分力作用下，沿著料槽軸向移動
3.5.3計算輸送量
螺旋輸送的生產率Q=15t/h，水平輸送的距離L=5m，螺旋輸送的生產率Q=15t/h，水平輸送的距離L=2m，水平螺旋直徑D=200mm，螺旋軸直徑d=200mm螺距S=200mm如圖所示
圖3-1
螺旋轉速:n=
3．6 采摘臺部件設計
采摘臺主要組成部分有輸桃攪龍、刮板器、梳指總成。梳指總成即梳子型棉桃剝離器。梳子型棉桃剝離器由一組間隔等距的V 型剛性金屬長釘組成，這些長釘是彈性安裝的，且平行于前進方向。工作中，采摘臺通過液壓驅動，使梳指與地面成15°～ 30°夾角，確保疏指前端接近于地面。根據(jù)《農業(yè)機械學》所提供的公式，即
(1)
式中L—梳指工作段長度;
Lg—梳指工作段內被拉過的莖稈長度;
—拉莖輥工作時的傾角。
最終確定梳指的長度L = 650mm
根據(jù)輸棉攪龍的輸送量公式為
(2)
式中Q—輸送量;
—物料填充系;
—傾斜系數(shù);
k—螺距與直徑;
R—物料容重;
n—輸棉攪龍的轉數(shù);
D—輸棉攪龍的螺旋直徑。
考慮到現(xiàn)場工作中，輸棉攪龍的實際工作部分僅為其整個圓周的1 /3 ～ 1 /2。因此，輸棉攪龍的實際輸送量在4．2 ～ 6．4t /h。
采摘臺的設計參數(shù)如下:
收獲機工作效率: 180 ～ 195
收獲機行進速度: 3.5 ～ 5
梳指長度/m: 0.65
梳指自然間隙/mm: 15
工作時梳指頭間隙/mm: 200
梳指傾角/( °) : 20
輸桃攪龍的轉速/ : 60
螺旋直徑/m: 0．3
螺距直徑比: 1
梳指彈簧剛片厚度/mm: 0．8
3.7采摘裝置與水平面的夾角的確定
圖4-1
——鏈條運動方向與水平方向的夾角；
——棉桃植株的最低結桃高度；
——棉桃植株有效結桃之差。
為了的確定采摘臺與水平方向的夾角，需要滿足以下幾個條件：
1） 鏈盤能夠在棉桃植株的最低結桃高度內夾緊棉桃植株；
2） 保證采摘裝置能夠在機器行走過程中適應不同棉株高度，提高采凈率；
3） 能順利將棉株拔起，并送入摘桃輥；
4.V帶的設計計算
圖5-1
4.1 傳動比的分配
1.計算總的傳動比 (3)
2.傳動比的分配取 (4)
3.低速級傳動比：
4.2 各軸的轉速、功率和轉矩
轉速： (5)
功率： kw (6)
扭矩： (7)
轉速： (8)
功率： (9)
扭矩：= (10)
轉速：
功率： (11)
扭矩： (12)
轉速： (13)
功率：= (14)
扭矩： (15)
4.3 帶傳動方案的確定
外傳動帶選為普通V帶傳動
1. 確定計算功率：
（1）、查文獻[10]表9-6得工作情況系數(shù)
（2）、查得 式（4.1）
2、選擇V帶型號
查文獻[10]圖3-12得：選A型V帶。
4.4 帶傳動設計計算
1、確定帶輪直徑
（1）、查文獻[10]表3-5得選取小帶輪直徑
=82.5（電機中心高符合要求）
（2）、驗算帶速，求得：
式（4.2）
（3）、從動帶輪直徑
查文獻[10]表3-6得 取
2、確定中心距
（1）、初定中心距a和帶長
式（4.3）
取
（2）、帶的計算長度
式（4.4）
由文獻[10]表3-3，取帶的基準長度Ld =1000mm
(3)、確定中心距a
式（4.5）
(4)、確定中心距調整范圍
式（4.6）
3、驗算小帶輪包角，根據(jù)文獻[10]圖3-13
式（4.7）
4、確定V帶根數(shù)Z
計算V帶根數(shù)Z，由文獻[11]表8-1-24
式（4.8）
式中：為單根V帶的基本額定功率，為時單根V帶額定功率增量，為帶長修正系數(shù)，為小帶輪包角修正系數(shù)。
查文獻[11]表8-1-33，， 查表8-1-27， 查表8-1-29，
代入上式：取
5、確定（單根帶）初拉力
式（4.9）
由文獻[11]表8-1-28查得0.06kg/m
6、計算對軸的壓力，得：
式（4.10）1、確定帶輪直徑
（1）、查文獻[10]表3-5得選取小帶輪直徑
=82.5（電機中心高符合要求）
（2）、驗算帶速，求得：
式（4.2）
（3）、從動帶輪直徑
查文獻[10]表3-6得 取
2、確定中心距
（1）、初定中心距a和帶長
式（4.3）
取
（2）、帶的計算長度
式（4.4）
由文獻[10]表3-3，取帶的基準長度Ld =1000mm
(3)、確定中心距a
式（4.5）
(4)、確定中心距調整范圍
式（4.6）
3、驗算小帶輪包角，根據(jù)文獻[10]圖3-13
式（4.7）
4、確定V帶根數(shù)Z
計算V帶根數(shù)Z，由文獻[11]表8-1-24
式（4.8）
式中：為單根V帶的基本額定功率，為時單根V帶額定功率增量，為帶長修正系數(shù)，為小帶輪包角修正系數(shù)。
查文獻[11]表8-1-33，， 查表8-1-27， 查表8-1-29，
代入上式：取
5、確定（單根帶）初拉力
式（4.9）
由文獻[11]表8-1-28查得0.06kg/m
6、計算對軸的壓力，得：
式（4.10）
5.其他部件的設計
5.1 棉桃收獲機廂體設計
根據(jù)種植方式, 廂體的外形尺寸為2400、2000、1600mm
5.2懸掛機架的設計
結 論
(1) 該機傳動可靠平穩(wěn)、噪聲低、高度調節(jié)范圍大。摘桃器設計合理, 但機具剛度較差, 安裝高度應適當調高。
(2)當?shù)乇砥秸⒚廾绺叨纫恢聲r, 收獲棉桃作業(yè)效果較理想, 基本上能滿足農業(yè)技術指標。但當農田不平整或棉苗高度不一致時, 由于該機不能對植株高度單體仿形, 所以容易產生漏摘或重摘現(xiàn)象。
(3)畢業(yè)設計是高等學校本科教學計劃中非常重要的組成部分，是對學生在大學期間所學的專業(yè)基礎知識、研究能力、自學能力、創(chuàng)新能力及其他綜合能力的檢驗，是教學計劃中最后一個綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，也是高校開展綜合素質教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑。鞏固和加強學生對多元學科理論、基礎知識與技能的綜合應用能力的訓練，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和科學研究能力，培養(yǎng)其嚴謹、求實的治學態(tài)度和刻苦鉆研、勇于探索的精神。
本設計的研究就是為了減少水資源的浪費和實現(xiàn)對移動不方便的機械進行清洗工作。
由于本設計正處于初期設計階段，在國內還沒有現(xiàn)成的針對大中型農用機械進行清洗的機器，國際上也只是少數(shù)國家處在研究試驗階段，有些數(shù)據(jù)還不能確定。
通過對本畢業(yè)設計的完成，我覺得有以下收獲：
(1) ．系統(tǒng)地了解了做畢業(yè)設計和論文撰寫的具體步驟，從構思到動手，由抽象到具體，反復修改條理清楚，思路清晰，循序漸進；
(2) 明確了撰寫論文的具體內容，中英文摘要、關鍵字、正文、參考文獻，同時也清楚了發(fā)表論文應具有的格式；
(3) 由于是做設計，從而使自己在很多問題上得到了獨立思考的機會，不再是以前的那樣去理解老師的思想，而是站在自己的立場上考慮該如何把自己事情講述的清楚；
(4)在制圖的過程中，對已學制圖規(guī)則和標準知識進行了復習和鞏固；
(5)通過該畢業(yè)設計，使自己對機械繪圖有了更廣、更深的理解；
(6)經過這幾個月的獨立學習和思考，使自己在許多方面都有了不小收獲，更加地豐富了自己的知識，最主要的是自己學會了如何單獨思考、處世，關鍵是掌握了怎樣學習的方法。
致 謝
首先感謝的是我的指導老師，設計是在王旭峰老師的悉心指導下完成的。他無論是在資料的整理，還是在設計的畫圖等各個方面都給予了我大量的指導和幫助，在他的精心指導下，才使得我的設計一步一步的有序的完成，同時也學到了許多書本上學不到的知識，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時也要感謝學科組每一位老師們在百忙中抽出時間對我的問題進行了詳細的解答和指導，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學習交流機會，而且在我沒有想到的方面還給予我詳細的指導，為我改進設計，提供了寶貴的建議，學生深表謝意。
大學四年學習時光已經接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學們、表達我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學習和提高。塔里木大學四季如歌的校園，美麗如詩的風景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學習期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質得到了極大的鍛煉?！白詮姴幌?，求真務實”的校訓我將銘記于心，在未來的學習和工作中躬身踐行。
再次,感謝我的同學們,在畢業(yè)設計過程中得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導和建議。在此向所有支持、關心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠健康、幸福!
最后，感謝我的父母親人們對我大學四年學習的默默支持，使我能順利完成學業(yè)。
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