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專家系統(tǒng)與應用程序 基于模糊集理論的有效性的評估農(nóng)業(yè)機械 摘要： 農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)的服務質(zhì)量是代表農(nóng)業(yè)成功的基本因素之一。從這個意義上說,有一個明確需要定義這些機器質(zhì)量的具體指標,它有可能決定哪些機器適合不同工作條件。服務的技術系統(tǒng)概念的有效性代表質(zhì)量的一個綜合指標。本文運用模糊集理論定義的有效性和可靠性、可維護性和功能作為影響指標的有效性。在這個意義上的模型評估的有效性拖拉機作為農(nóng)業(yè)的典型代表機器已經(jīng)形成。本模型是基于集成上述的語言描述。利用模糊集理論和max-min成分影響指標，模型進行了測試。同一類別的三個拖拉機為例,利用的氣候和土壤條件在更廣泛的貝爾格萊德(塞爾維亞)地區(qū)。即使在這個實驗中條件是非常重要參數(shù) , 相比于其他操作，實現(xiàn)的效果差異也達到大致相等 。 1.介紹 為達到擴張的全球農(nóng)產(chǎn)品的要求，實現(xiàn)更大的農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展。人們普遍認識到當代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中需要適當?shù)臋C器和設備，仔細和詳細規(guī)劃的需求和控制所有相關的生物、技術、技術和其他進程。最終結(jié)果的準確、可靠的預測為每個指定的操作,以及完整的作物生產(chǎn)過程中,。要求加強了引入復雜的實驗,數(shù)學,農(nóng)業(yè)科學統(tǒng)計,機械和其他方法都是特別重要的。在過去的幾十年。除了上述的要求,一個適當?shù)募夹g體系必須滿足生產(chǎn)力的標準,期望的作物生產(chǎn)。在大多數(shù)情況下,在塞爾維亞，tractor-machinery農(nóng)場系統(tǒng)的能力遠遠超過最優(yōu)級別(尼克里奇′,2005),增加成本作物生產(chǎn)。目前,現(xiàn)有的數(shù)學優(yōu)化方法、支持的高性能計算機有效地解決優(yōu)化問題(Dette &韋伯達菲et al .,1990;1994;Mileusnic′,2007;等等)。一個最優(yōu)的技術體系的形成為我們生產(chǎn)了更便宜的食品,高度影響拖拉機的可靠性、可維護性和系統(tǒng)的功能。 與系統(tǒng)科學發(fā)展同樣,實際上的開始是IIWorld戰(zhàn)爭后,在適當?shù)墓こ毯涂茖W文獻定義了一系列的概念,來描述技術系統(tǒng)的基本特征的點的服務質(zhì)量?？煽啃缘闹笜耸羌夹g系統(tǒng)和行為操作,技術指標和可維護性systembehaviors期間的失敗可以表示為大多數(shù)可辨認的概念。這兩個概念及其實現(xiàn)最先進的發(fā)展。有效性的概念被定義在試圖描述同時技術操作系統(tǒng)的行為和失敗的時期。這概念考慮可靠性和可用性的表演,以及提出了技術系統(tǒng)設計的功能(Papic&Milovanovic2007)。換句話說,一個技術系統(tǒng)的有效性的概率,一個成功的功能系統(tǒng)技術和執(zhí)行所需的準則函數(shù)限制允許的差異對于給定時間和給定的周圍條件。雖然在相同的精神,一些作者定義有效性有所不同。在(Ebramhimipour &鈴木,2006)被定義為總體有效性的指標包含效率、可靠性和可用性。這兩個引用定義包括并行關于可靠性和可用性,雖然可用性包括可靠性和可維護性(Ivezic′,Tanasijevic′,& Ignjatovic′,2008)。因此它可以商定有效性是影響可靠性、可維護性的功能?？煽啃韵到y(tǒng)不斷的被定義為特征保持操作abilitywithin允許的差異極限在現(xiàn)在;可維護性的能力是預防和發(fā)現(xiàn)故障及損壞,系統(tǒng)更新通過參加技術和操作能力和功能維修,功能實現(xiàn)功能的程度要求,即調(diào)整環(huán)境,或更準確系統(tǒng)運行的條件。 監(jiān)測的可靠性和可維護性是常見的監(jiān)控時間的狀態(tài)顯示(圖1)可靠性和可維護性的函數(shù)可以確定,以及操作的平均時間和平均時間相關。主要問題出現(xiàn)在形成時間的照片數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄。在現(xiàn)實條件的機器應該連接到信息系統(tǒng)將準確記錄每一個失敗、持續(xù)時間和修復程序。這通常是昂貴或簡易監(jiān)測機器的性能,即關閉的,是不精確的。此外,提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理時間的狀態(tài)要求所有的機器在平等的條件下工作,這是難以實現(xiàn)。至于技術體系的功能,沒有共同的方法測量和量化。這在本文的原因,為了評估的有效性, 將使用專業(yè)知識和分析機器判斷工作的工作過程。應用專業(yè)知識判斷主要用于文學,主要是為數(shù)據(jù)處理和評估的技術系統(tǒng)而言:風險(Li 廖,2007)、安全(王2000;王、楊、&森1995)或可靠性，用專業(yè)知識判斷自然的語言形式。因此,數(shù)學和邏輯概念模型進行處理的經(jīng)驗判斷,即計算的語言描述,模糊集合理論使用(Klir &元,1995;枝,1996)。應用模糊今天集代表了最常用的工具之一各領域解決問題的優(yōu)化(黃顧,&杜,2006)和識別(陳,1996)過程問題。Cai(1996)提出了不同的概述應用程序方面的模糊方法在系統(tǒng)失敗工程,這是一個接近效能評估問題。應用模糊邏輯理論和專家系統(tǒng)(遼、一般2011;Liebowitz,1988)也用于解決優(yōu)化問題的農(nóng)業(yè)機械領域。(Abbaspour-Fard Rohani & Abdolahpour,2011)的基礎上神經(jīng)網(wǎng)絡的應用程序,在拖拉機預測失敗。(Yu,你們&趙,2010)模糊數(shù)學、可靠性理論和多目標優(yōu)化技術應用設計拖拉機最終傳動。機器的可預測性和可靠性,顯著依賴于其有效性的技術系統(tǒng)。本文的觀點是根據(jù)模糊集理論的利用率建立模型的有效性。從而說明模糊集是用于分析可靠性、可維護性和功能表現(xiàn)(部分指標的有效性)以及為他們?nèi)谌胄?。他們的工作是以這種有效模型質(zhì)量的方式評估技術系統(tǒng)。模型可以作為標準購買決策相關的任何程序,系統(tǒng)的操作或維護,修理的預測和維護成本。質(zhì)量和功能的建議模型有效性的確定農(nóng)業(yè)所示機械、拖拉機。 2?；谀：挠行员憩F(xiàn)評估理論 數(shù)學和概念模型的有效性評估實際上是在兩個步驟:總結(jié)模糊命題的部分的效性指標;模糊提到的分成一個指標——合成。模糊命題過程為代表的聲明,包括語言變量基于可用的信息技術系統(tǒng)。在這個意義上它必須定義語言的名字變量,代表不同的等級的效果考慮技術系統(tǒng)和定義的模糊集描述提到的變量。作文是一個模型,它提供了影響結(jié)構(gòu)有效性性能的指標。 2.1。模糊模型解決問題 第一步創(chuàng)建的模糊有效性模型(E)評估本身和定義語言變量以及可靠性(R)、可維護性(M)和功能(F)有關.許多語言變量,它可以發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的理性,人類可辨認的表達式可以同時識別(王et al .,1995)。然而,識別的考慮甚至較小的特征數(shù)量的變量可以有用,因為專家的判斷(Ivezic′et al .,2008)模糊集的靈活性一般包括過渡現(xiàn)象。根據(jù)以上,五個語言變量為代表的有效性表現(xiàn)包括:窮,充足,平均,和優(yōu)秀。這些語言形式變量給出適當?shù)娜悄：?Klir 元,1995),圖2所示。 在圖2中,j = 1,。實際上,5代表的計量單位有效性。因此,部分指標的有效性:R、M和F,隸屬函數(shù)l:在下一步中,執(zhí)行max-min組成。馬克斯-敏成分,也稱為悲觀,經(jīng)常用于模糊代數(shù)作為一個綜合模型(Ivezic′et al .,2008;Tanasijevic et al .,2011;王王et al .,1995;2000)。這個想法是為了讓整體評估(E)等于部分虛擬代表評估。這評估被確定為之間的最好的一個最壞的打算部分成績(R、M或F)。 它可以得出的結(jié)論是,所有的元素(R、M和F)E有同等影響E,max-min組成以并行方式被使用,這將部分的到綜合指標。在文學(Ivezic′et al .,2008;etal .,1995)max-min成分通過運營商”和“和”或“提供一個優(yōu)勢在其他的某些元素在合成的過程中,也使用。 準確地說,如果我們看看三個部分指標,即他們的隸屬函數(shù)(1),可以使C:= j3 = 53組合 的隸屬度函數(shù)。每一種組合代表一個可能的合成效果評估(E)。 這個表達式(6)有必要映射回E模糊集(圖2)。最佳(王et al .,1995),用于轉(zhuǎn)換方法E描述(6)形成定義等級的會員模糊集:貧窮、充足,平均,和優(yōu)秀的好。這個過程被公認為識別。最佳方法是使用距離E(d)之間通過“max-min”成分(6)和每個人E表達式(根據(jù)圖2)來表示的程度E是確認每個模糊集的有效性(圖2)。越接近勒(6)是第i個語言變量,小迪。距離di等于零,如果勒(6)只是第i個相同隸屬度函數(shù)的表達式。在這種情況下,E不應該評估其他表達式,由于這些表達式的排他性。假設迪民(i = 1,。,5)是最小的距離對Ej,讓a1,。,a5代表相對的倒數(shù)距離(計算相應的比率距離di(7)和迪民提到的值)。然后,人工智能 : 1.一個說明性的例子 作為一個說明性的例子對農(nóng)業(yè)機械的評價有效性,比較分析三個拖拉機A1 B2、本文給出和C2。 在拖拉機7.146 l發(fā)動機LO4V TCD 2013安裝。謝謝從35%的扭矩儲備,拖拉機是能夠滿足所有需求預期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)操作在農(nóng)業(yè)?？偼侠瓩C質(zhì)量是16000公斤。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(代碼2)報告最大動力輸出軸功率測量在2200轉(zhuǎn)243千瓦的燃油消耗率嗎198 g /千瓦小時(ECE-R24)。發(fā)動機的最大扭矩1482海里在引擎1450 rpm的政權。傳動裝置是精心“不一樣的”傳達。事業(yè)聯(lián)動機制是一個類別II / III與提升11800公斤。 在拖拉機B2和C2 8.134 l發(fā)動機6081 hrw37 JD安裝,儲備扭矩的40%,這能夠滿足所有的拖拉機需求預期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)操作。拖拉機總重量是14000公斤。根據(jù)經(jīng)合組織(代碼2)報告最大的權力來衡量動力輸出軸在2002轉(zhuǎn)217千瓦燃料消耗率193克/千瓦小時(ECE-R24)。在發(fā)動機最大扭矩1320海里轉(zhuǎn)速為1400 rpm。傳播是“AutoPower。聯(lián)動機制是一個類別II / III 10790丹的提升力。 兩個模型都是電子控制拖拉機發(fā)動機和燃料供給系統(tǒng),滿足排放法規(guī)。從提交的技術特點的拖拉機,B和C看到所有三個拖拉機全功能forperforming困難操作不同的農(nóng)業(yè)技術生產(chǎn)。拖拉機B和C有相同的技術特征,和實踐是相同的類型和模式,除了拖拉機B進入操作在2007年5月,一輛拖拉機C 6月2007年。一輛拖拉機實驗農(nóng)場,這是技術文檔的基本模型,在7月份進入操作2009年。保持農(nóng)業(yè)技術的主要任務提供功能和機器的可靠性。維護所有三個拖拉機是通過機器商店所擁有的用戶升級選擇。 十個工程師(分析師)致力于維護和操作拖拉機的采訪。他們評價R,D和F表1中給出。首先,拖拉機是計算的有效性?？梢钥闯隹煽啃允怯墒姆治鰩熢u為優(yōu)秀(6/10 = 0.6),平均三(0.3)和一樣好(0.1)。以這種方式獲得評估R在表單中，在下一步中,這些評估是映射在模糊集(圖1)為了獲得評估(1)。例如,可靠性在這個例子中確定(11),它是語言0.6變量優(yōu)秀加入重量。 因此,模糊集優(yōu)秀定義為:Rexc=(1/0,1/0,1/0,4/0.25 5/1.0)(據(jù)嗎圖1)。這樣的特定的值模糊集優(yōu)秀Rexc0.6 =(1 / 0.6(0),2 / 0.6(0),3 / 0.6(0),4 /(0.25 - 0.6),5 /(1.0 - 0.6)}。剩下的四個語言變量被以同樣的方式對待。最后對于每個j = 1,。5具體隸屬度函數(shù)(最后一行,表2)被添加到最后拖拉機可靠性模糊形式(1):這些fuzzificated評估(11)和(12)是合成所必需的評估的有效性,使用max-min邏輯。在這種情況下可以使C = 53 = 125組合,走出48的結(jié)果。 第一個結(jié)果是組合2-2-3:E2-2-3(0.025,0.05,0.125),哪里X2-2-3 =(2 + 2 + 3)/ 3 = 2(四舍五入為整數(shù))。最小值的隸屬度函數(shù)這一結(jié)果的是0.025。其他的結(jié)果和相應的我的值如表3所示。所有這些結(jié)果都可以圍繞尺寸X = 2、3、4和5。拖拉機在很大程度上為0.30065(與30%)評估那么好,拖拉機在很大程度上0.27538(27.5%)評估一樣好,而拖拉機C在很大程度上為0.25468平均(25.5%)評估。它可以得出的結(jié)論是,C是最糟糕的,當拖拉機只是稍微比B,特別是如果我們看到的評估為優(yōu)秀的28.8%,而B的程度23.8%的程度。分析了拖拉機可以提出的有效性如圖3。,它可以更清楚地看到,拖拉機的最大的效果。如果這個評估(EA,EB,EC)defuzzificated是重心點計算- Z(Bowles & Pelaez,1995),我們得到了評估的效果如下: 這就意味著在1 - 5(即從貧困的規(guī)模優(yōu)秀)拖拉機是最好的和拖拉機C是最壞的打算。驗證的實現(xiàn)結(jié)果,統(tǒng)計分析的可用性,像家庭與有效性概念,已經(jīng)被使用。那在我們的模型顯示,拖拉機是最好的,和C的壞的效果。在現(xiàn)實中,如果我們分析的可用性,它是看到2904 moto-hours拖拉機在工作3130年可用moto-hours;如果10000 moto-hours計算,在9244年的工作將花費moto-hours。拖拉機B的10004年moto-hours可用,它花9069moto-hours在工作,和拖拉機C 9981可用moto-hours花了9045年的工作。實驗表明,更可靠和有效的拖拉機是少是延遲。在某種程度上,這個初始的優(yōu)勢消滅更糟糕的物流交付備件的時候涉及到拖拉機,拖拉機a . 1100年moto-hours工作可憐的物流在維護希望8個工作日, 一個給定的拖拉機和它極大地影響了可維護性的下降帶來的好處,因此相同的效率(內(nèi)部技術PKB)總剝削的下降。 1.結(jié)論 本文提出一種模型有效性的評估技術系統(tǒng)、精確農(nóng)業(yè)機械、基于模糊集理論。表現(xiàn)作為整體的有效性指標系統(tǒng)的服務質(zhì)量,即為整個測量技術系統(tǒng)的可用性。可靠性、可維護性和功能表演已經(jīng)公認的有效性參數(shù)或指標。語言可以被任命為形式所有提到的共同特征指標。因此模糊集理論出現(xiàn)自然工具建模的有效性。在本文中,應用模糊集理論,這是必要的定義:語言變量及其描述隸屬函數(shù)、模糊規(guī)則的組成和模型集成和去模糊化。模糊的成分即max-min邏輯已經(jīng)被用于集成的有效性指標有效性的整體性能,最適合集成的方法模糊集的隸屬函數(shù)和質(zhì)心點去模糊化的模糊數(shù)的計算數(shù)值。Max-min組合模型,它暴露在這篇文章中,沒有以這種方式處理相應的文獻。另外,在案例研究中,模型的模糊化的問卷調(diào)查的結(jié)果,它代表的正是所積累的方式工程師的知識和技能。 提出的模型可以作為一個簡單的工具的快速估計的有效性即為農(nóng)業(yè)服務的質(zhì)量機械、基于專家判斷和估計。在同時,該模型不需要復雜的IT基礎設施。分析實現(xiàn)模糊集和適當?shù)哪：行钥煽啃浴⒖删S護性和功能表現(xiàn)可以糾正措施的指導購買的方向嗎的設備,結(jié)構(gòu)調(diào)整,改變的維護政策或管理/運營商變更 本文具體分析了三個拖拉機,標志著一個B和C,這表明更高效的拖拉機越頻繁宕機。在某種程度上,這種最初的優(yōu)勢就終止了窮交付備件物流。 感謝 研究工作得到了塞爾維亞共和國教育部和科學界的支持。 江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)論文江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)論文題題 目：腳踏式玉米脫粒機目：腳踏式玉米脫粒機 學學 院：工院：工 學學 院院 姓姓 名：劉宏宇名：劉宏宇 學學 號：號：20050433 專專 業(yè)：機械設計制造及其自動化業(yè)：機械設計制造及其自動化 年年 級：級：2005級級2班班 指導教師：吳瑞梅指導教師：吳瑞梅 設計目的設計目的現(xiàn)在南方有很多省份多山地，農(nóng)村的玉米現(xiàn)在南方有很多省份多山地，農(nóng)村的玉米脫粒不容易實現(xiàn)集體作業(yè)。為了家庭或個脫粒不容易實現(xiàn)集體作業(yè)。為了家庭或個體實現(xiàn)玉米脫粒，而設計此玉米脫粒機。體實現(xiàn)玉米脫粒，而設計此玉米脫粒機。以方便幫助廣大農(nóng)村家庭的玉米脫粒作業(yè)。以方便幫助廣大農(nóng)村家庭的玉米脫粒作業(yè)。一、玉米脫粒機的工作原理一、玉米脫粒機的工作原理 該玉米脫粒機工藝是仿生技術的一種應用該玉米脫粒機工藝是仿生技術的一種應用,模仿人工用手搓玉米的動作。滾筒上安裝模仿人工用手搓玉米的動作。滾筒上安裝有板齒，滾筒帶動板齒轉(zhuǎn)動有板齒，滾筒帶動板齒轉(zhuǎn)動,在脫粒輔助軸在脫粒輔助軸的共同作用下，與玉米擠搓而實現(xiàn)脫粒的共同作用下，與玉米擠搓而實現(xiàn)脫粒。脫粒工作原理圖脫粒工作原理圖 當玉米從進料區(qū)送入，玉米就受到板齒的擠搓當玉米從進料區(qū)送入，玉米就受到板齒的擠搓力，滾筒板齒撥動果穗沿著脫粒輔助軸作圓周力，滾筒板齒撥動果穗沿著脫粒輔助軸作圓周運動，由于板齒與滾筒軸心成一定的夾角運動，由于板齒與滾筒軸心成一定的夾角,所以所以同時也將果穗向排芯口推動同時也將果穗向排芯口推動,實際上玉米果穗的實際上玉米果穗的運動軌跡是螺旋線。由于脫粒輔助軸上也有一運動軌跡是螺旋線。由于脫粒輔助軸上也有一些小小的像挫刀一樣的齒紋，這樣一來玉米棒些小小的像挫刀一樣的齒紋，這樣一來玉米棒就不會被滾筒擠到脫粒輔助軸外，二來增大了就不會被滾筒擠到脫粒輔助軸外，二來增大了玉米、滾筒上的板齒及脫粒輔助的摩擦。玉米玉米、滾筒上的板齒及脫粒輔助的摩擦。玉米在這些力的的作用下既滾動又滑動，以達到擠在這些力的的作用下既滾動又滑動，以達到擠搓脫粒的效果。搓脫粒的效果。帶冠板齒帶冠板齒 整機工作示意圖整機工作示意圖二、驅(qū)動機構(gòu)二、驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)的作用是把人腳一定行程的往復驅(qū)動機構(gòu)的作用是把人腳一定行程的往復運動，轉(zhuǎn)變成曲柄的轉(zhuǎn)動，通過大小齒輪運動，轉(zhuǎn)變成曲柄的轉(zhuǎn)動，通過大小齒輪嚙合增速后，把轉(zhuǎn)動傳給小齒輪，從而帶嚙合增速后，把轉(zhuǎn)動傳給小齒輪，從而帶動工作部件轉(zhuǎn)動。使工作部件具有足夠的動工作部件轉(zhuǎn)動。使工作部件具有足夠的線速度達到滿足工作的要求?？紤]采用曲線速度達到滿足工作的要求?？紤]采用曲柄連桿機構(gòu)。柄連桿機構(gòu)。曲柄連桿機構(gòu)它的特點是，該機構(gòu)的特點是單邊傳動，它的特點是，該機構(gòu)的特點是單邊傳動，把搖桿支點移到機架上，連桿為拉桿，各把搖桿支點移到機架上，連桿為拉桿，各支點和鉸接點受力較小，踏板也較長，也支點和鉸接點受力較小，踏板也較長，也省力。省力。當確定了踏板和搖桿為曲桿這種形式后，當確定了踏板和搖桿為曲桿這種形式后，我們再選擇該種機構(gòu)的最優(yōu)工況。即當踏我們再選擇該種機構(gòu)的最優(yōu)工況。即當踏力一定時能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩，這就要力一定時能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩，這就要求傳動角接近求傳動角接近90。能滿足上述要求的工況。能滿足上述要求的工況是當踏板位于水平位置時，連桿與搖桿和是當踏板位于水平位置時，連桿與搖桿和曲柄相垂直。曲柄相垂直。當確定了最佳工況后，就要確定在滿足最當確定了最佳工況后，就要確定在滿足最佳工況下曲柄的最佳位置，即曲柄與水平佳工況下曲柄的最佳位置，即曲柄與水平面的夾角。面的夾角。因此當踏板近水平位置時，搖桿能和曲柄因此當踏板近水平位置時，搖桿能和曲柄平行并與連桿垂直，使得此時傳動角平行并與連桿垂直，使得此時傳動角接近接近90，才能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩。，才能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩。也就確定了搖桿、連桿和曲柄之間的最佳也就確定了搖桿、連桿和曲柄之間的最佳相對位置，即當腳踏板位于水平位置時，相對位置，即當腳踏板位于水平位置時，搖桿和曲柄平行并與連桿相垂直。搖桿和曲柄平行并與連桿相垂直。三、脫粒滾筒三、脫粒滾筒滾筒轉(zhuǎn)速由滾筒外緣（板齒頂部）線速度滾筒轉(zhuǎn)速由滾筒外緣（板齒頂部）線速度決定，滾筒外緣線速度是以保證不傷害玉決定，滾筒外緣線速度是以保證不傷害玉米籽粒為前提條件。米籽粒為前提條件。從參考文獻中，用籽粒含水率為從參考文獻中，用籽粒含水率為13%左右左右的玉米穗做試驗，將其做自由落體實驗，的玉米穗做試驗，將其做自由落體實驗，得出滾筒外緣（板齒頂部）線速度應該小得出滾筒外緣（板齒頂部）線速度應該小于于4m/s，但滾筒外緣線速度不能過低，否，但滾筒外緣線速度不能過低，否則會影響生產(chǎn)率。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，確認線則會影響生產(chǎn)率。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，確認線速度值在速度值在3.23.9 m/s之間最佳。之間最佳。通過數(shù)據(jù)及試驗結(jié)果取滾筒直徑通過數(shù)據(jù)及試驗結(jié)果取滾筒直徑D=292D=292。根據(jù)根據(jù)已有的脫粒機的主軸數(shù)據(jù)取滾筒軸軸已有的脫粒機的主軸數(shù)據(jù)取滾筒軸軸徑徑 2020。板齒齒的旋向及與水平的夾角：板齒齒的旋向及與水平的夾角：由工作簡圖由工作簡圖,玉米得在螺旋齒給它的軸方力玉米得在螺旋齒給它的軸方力從右到左滑動，所以板齒的旋向為右旋。從右到左滑動，所以板齒的旋向為右旋。夾角影響到板齒對玉米軸向推力的大小，夾角影響到板齒對玉米軸向推力的大小，太大會使的玉米還沒完全脫粒就快速的向太大會使的玉米還沒完全脫粒就快速的向排芯區(qū)排掉了，太小了玉米滑動的速度過排芯區(qū)排掉了，太小了玉米滑動的速度過慢，以至于已脫凈了的玉米芯還在脫粒區(qū)慢，以至于已脫凈了的玉米芯還在脫粒區(qū)滑動，從而就降低了工作效率及多余的功滑動，從而就降低了工作效率及多余的功率消耗。根據(jù)有關資料查得取率消耗。根據(jù)有關資料查得取6060較合適，較合適，既保證了脫凈率又保證了工作效率。既保證了脫凈率又保證了工作效率。四四 玉米脫粒輔助軸玉米脫粒輔助軸 脫粒輔助軸是用于抵住玉米棒脫粒輔助軸是用于抵住玉米棒,并利于玉米并利于玉米棒在板齒與輔助軸間滾動及滑動，協(xié)助板棒在板齒與輔助軸間滾動及滑動，協(xié)助板齒脫粒。其直徑大小得比玉米棒大，要不齒脫粒。其直徑大小得比玉米棒大，要不能玉米棒會從其反方向掉到果箱中。玉米能玉米棒會從其反方向掉到果箱中。玉米棒一般直徑棒一般直徑40405050，所以脫粒輔助軸的，所以脫粒輔助軸的大小取大小取6060。而它又不受多大扭矩，只受點橫向及縱向而它又不受多大扭矩，只受點橫向及縱向的推力，并且力很小，這樣的話就可以設的推力，并且力很小，這樣的話就可以設計成在小金屬軸上套木質(zhì)的空軸，并且小計成在小金屬軸上套木質(zhì)的空軸，并且小金屬軸除兩頭用來安裝做成圓柱形的，其金屬軸除兩頭用來安裝做成圓柱形的，其它部位都做成方軸它部位都做成方軸 輔助軸上的齒紋 輔助脫粒軸五、排芯區(qū)五、排芯區(qū)在排芯區(qū)內(nèi)板齒離輔助性軸的最小距離應在排芯區(qū)內(nèi)板齒離輔助性軸的最小距離應大于玉米芯，所以得大于大于玉米芯，所以得大于4040，而滾筒的，而滾筒的是不變的，只能在這區(qū)域內(nèi)減小輔助軸的是不變的，只能在這區(qū)域內(nèi)減小輔助軸的直徑，由幾何關系可知：直徑，由幾何關系可知：a40-S a40-S，而，而 S=30S=30，則，則a10a10，在這取，在這取1010。由此可。由此可得排芯區(qū)內(nèi)，輔助軸的直徑為得排芯區(qū)內(nèi)，輔助軸的直徑為4040。六、漏斗六、漏斗 玉米棒得先從右邊放入玉米棒得先從右邊放入,這樣的話才能保證這樣的話才能保證有足夠的工作區(qū)來脫粒有足夠的工作區(qū)來脫粒,否則可能存在脫粒否則可能存在脫粒不凈的現(xiàn)象。另一方面，板齒離脫粒輔助不凈的現(xiàn)象。另一方面，板齒離脫粒輔助軸的間隙比玉米棒小，再加上輔助軸也就軸的間隙比玉米棒小，再加上輔助軸也就比玉米棒大些，如沒有漏斗的話，玉米棒比玉米棒大些，如沒有漏斗的話，玉米棒喂入時可能掉到輔助軸的外側(cè)。漏斗有支喂入時可能掉到輔助軸的外側(cè)。漏斗有支撐架用螺栓栓在脫粒機機架上。撐架用螺栓栓在脫粒機機架上。漏斗的設計及安裝歡迎各位老師批評指正！歡迎各位老師批評指正！學校代碼：10410 序 號： 050433 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 腳踏式玉米脫粒機 學 院： 工 學 院 姓 名： 劉宏宇 學 號： 20050433 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 2005 級 指導教師： 吳瑞梅老師 二 OO 九年 五 月 腳踏式玉米脫粒機 1 摘 要 本次設計玉米脫粒機工作原理就是利用板齒和脫粒輔助軸之間的相互擠搓 實現(xiàn)脫粒，板齒安裝在滾筒上，滾筒的主軸通過曲柄連桿機構(gòu)和腳踏板相連。 脫粒輔助軸是用于抵住玉米棒，并利于玉米棒在板齒和輔助軸之間滾動和滑動， 從而實現(xiàn)脫粒。本設計重點是曲柄連桿機構(gòu)的設計，以達到最優(yōu)工況；滾筒、 主軸、板齒和脫粒輔助軸的設計，還有排芯區(qū)和喂料裝置——漏斗的設計。 設計各項參數(shù)達到預期目標，脫凈率高、破碎率低、經(jīng)濟性好，尤其適合 南方小面積種植農(nóng)戶使用。對減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，減輕農(nóng)民負擔， 增加收入有很大的意義。 關鍵詞：脫粒機 脫粒滾筒 脫粒輔助軸 漏斗 abstract Design maize sheller operation principle to utilize board tooth and thresh, assist to crowd to rub with the hands and realize threshing each other axle this time, the board tooth is installed on the cylinder, the main shaft of the cylinder links up with the running-board through the crank connecting rod organization. Thresh, assist axle used for, support, live in maize to be excellent, benefit maize to be excellent in board tooth assisting axle roll and slip, thus realize threshing. This design focus is the design of a crank connecting rod organization, in order to reach the optimum operating mode; Cylinder, main shaft, board tooth and threshing to assist the design of the axle, still arrange the core district and feed the material device --Design of the funnel. Design every parameter reach re-set target, take off net rate high, broken rate low, economy is fine, especially suitable for the little area in the South and plant peasant households to use. To lightening labour intensity, improve production efficiency, lighten peasant's burden, increase incomes and have very great meanings. Keywords: Sheller Cylinder threshing Extracts seeds the auxiliary axis Funnel 腳踏式玉米脫粒機 2 目錄 引言 ...................................................................................................................................................2 一.玉米脫粒機的工作原理 ..........................................................................................................4 二.玉米脫粒機驅(qū)動機構(gòu)的型式與最優(yōu)工況的選擇 ..................................................................5 2．1 驅(qū)動機構(gòu)的作用與型式 ..............................................................................................5 2．2 驅(qū)動機構(gòu)最優(yōu)工況及曲柄最佳位值的選擇 ..............................................................8 三.玉米脫粒機驅(qū)動機構(gòu)設計技術要求 ......................................................................................8 3．1 驅(qū)動機構(gòu)各構(gòu)件的相對位置必須滿足省力的要求 ..................................................8 3．2 踏板行程 S 和擺角 φ 的設計要求 ...............................................................................8 3．3 行程速比系數(shù) K 和極位夾角 θ ...................................................................................9 3．4 機架高度 H....................................................................................................................9 3．5 踏板位置的確定 ............................................................................................................9 3．6 小齒輪中心位置的確定 ..............................................................................................10 3．7 搖桿、連桿和曲柄之間的相對位置確定 ..................................................................10 四．玉米脫粒機滾筒及脫粒部件的設計分析 .........................................................................10 4．1 玉米脫粒機的運動特點 ..............................................................................................10 4．2 玉米脫粒機的靜力平衡 ..............................................................................................11 4．3 滾筒動力學分析 ..........................................................................................................12 4.4 脫粒滾筒轉(zhuǎn)速 .................................................................................................................12 4.5 滾筒直徑及滾筒主軸軸徑和齒輪傳動比的選擇 .......................................................13 4．6 滾筒板齒的相關設計 ..................................................................................................13 4.7 玉米脫粒輔助軸的設計 .................................................................................................14 4.8 輔助軸的的一些安裝位置 .............................................................................................15 4.9 排芯區(qū)的設計 .................................................................................................................16 4.10 漏斗的設計和安裝 .......................................................................................................17 五．玉米脫粒機的主要工作部件的強度校核 .........................................................................17 5.1 玉米脫粒機大齒輪主軸的校核 .....................................................................................17 5．2 玉米脫粒機大齒輪偏心軸的校核 ...............................................................................21 結(jié)束語 .........................................................................................................................................23 參考文獻 .....................................................................................................................................24 腳踏式玉米脫粒機 3 引 言 在我省廣大農(nóng)村，特別是丘陵地區(qū)和山區(qū)，在很長的一段時間內(nèi)，農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)和部分農(nóng)產(chǎn)品加工還須人力來完成。如玉米脫粒、花生收獲和加工，油菜的 脫粒和清選等。如果有一種以人力為動力（有條件的地方可配用小動力）的多 用機具，為山區(qū)和丘陵地區(qū)農(nóng)民服務，對減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，減輕 農(nóng)民負擔，增加收入有很大的意義。提高農(nóng)村經(jīng)濟水平、提高勞動生產(chǎn)率加速 農(nóng)村和諧社會的發(fā)展做出貢獻。 目前市場上還沒有針對丘陵地區(qū)而又多功能的小型機具，并且要求其價格 十分低廉，本項目是通過對農(nóng)村普遍使用的腳踏式人力水稻脫粒機改進而來， 使其有多功能，可以進行玉米、油菜、花生脫粒，它具有結(jié)構(gòu)簡單重量輕，價 格低廉，可在田間移動，完成不同作業(yè)時更換工作部件容易。本設計主要針對 玉米脫粒機。 目前市場上玉米的脫粒大多采用打擊原理設計的普通脫粒機，各種傳統(tǒng)普 通機型的滾筒轉(zhuǎn)速都在 700r/min 以上，滾筒外緣線速度均大于 8m/s，是靠釘齒 高速打擊玉米果穗實現(xiàn)脫粒的，對玉米籽粒傷害較大。 而現(xiàn)在發(fā)達國家如美國已將以打擊原理為主的玉米脫粒機淘汰,用一種擠搓 脫粒技術原理脫粒機取代,并已得到推廣應用。這種技術符合脫凈率高、破碎率 低的要求，全面克服了老式脫粒機存在的缺點。新機型脫粒損失至少比老機型 減少 0.5%，而且對種子玉米和普通玉米均適合。 玉米含水率對生產(chǎn)率和脫粒有一定的影響。含水率在 13%-20%范圍內(nèi)，技 術性能指標比較穩(wěn)定；含水率超過 20%，則脫凈率和破碎率指標下降，夾帶量 上升，凈度指標下降，風選效果和清選質(zhì)量也會下降。 我國的擠搓玉米脫粒技術的研究工作于 2000 年開始起步，并且 取得了快 速進展，參考國外技術進行研究階段已基本完成，在設計和制造中對主要部件 又進行了改進完善，使其結(jié)構(gòu)更加趨于合理，性能又得到進一步提高。現(xiàn)已初 步掌握了該項技術的系列設計及確定基本技術參數(shù)的方法，目前正進行此項技 術的完善、深入研究、系列化及推廣工作。本項目利用已有的腳踏式人力水稻 脫粒機，運用擠搓原理設計而成。各項參數(shù)達到預期目標，脫凈率高、破碎率 低、經(jīng)濟性好，尤其適合南方小面積種植農(nóng)戶使用。對減輕勞動強度，提高生 產(chǎn)效率，減輕農(nóng)民負擔，增加收入有很大的意義。 腳踏式玉米脫粒機 4 一.玉米脫粒機的工作原理 該玉米脫粒機工藝是仿生技術的一種應用,模仿人工用手搓玉米的動作。滾 筒上安裝有板齒，滾筒帶動板齒轉(zhuǎn)動,與玉米擠搓而脫粒，如圖 1.1 圖 1 脫粒機的工作原理圖 圖 2 帶冠板齒 腳踏式玉米脫粒機 5 當玉米從進料區(qū)送入(如圖 1.3)，玉米就受到板齒的擠搓力，并受往左的推 力，所以玉米果穗是邊脫粒邊往排芯區(qū)滑動，這樣的話就有利于下一個玉米脫 粒的連續(xù)性，可同時脫粒好幾根玉米，提高了脫粒的效率。 圖 3 脫粒機的工作簡圖 在脫粒區(qū)內(nèi)，滾筒板齒撥動果穗沿著脫粒輔助軸作圓周運動，由于板齒與 滾筒軸心成一定的夾角,所以同時也將果穗向排芯口推動,實際上玉米果穗的運動 軌跡是螺旋線。其中一部分板(如圖 1.2)所示，設計成頂部帶冠形狀（二至三處 凸起） ，其作用如同人工用竹簽子（過去北方農(nóng)村用于人工脫玉米籽粒的工具） ， 先將玉米果穗上的局部籽粒擠掉，以便后面擠搓板順利。由于脫粒輔助軸上也 有一些小小的像挫刀一樣的齒紋，這樣一來玉米棒就不會被滾筒擠到脫粒輔助 軸外，二來增大了玉米、滾筒上的板齒及脫粒輔助的摩擦。玉米在這些力的的 作用下既滾動又滑動，以達到擠搓脫粒的效果。 二 .玉米脫粒機驅(qū)動機構(gòu)的型式與最優(yōu)工況的選擇 2．1 驅(qū)動機構(gòu)的作用與型式 驅(qū)動機構(gòu)的作用是把人腳一定行程的往復運動，轉(zhuǎn)變成曲柄的轉(zhuǎn)動，通過 大小齒輪嚙合增速后，把轉(zhuǎn)動傳給小齒輪，從而帶動工作部件轉(zhuǎn)動。使工作部 件具有足夠的線速度達到滿足工作的要求。能滿足上述要求而廣泛使用的機構(gòu) 腳踏式玉米脫粒機 6 為曲柄搖桿機構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，我們把曲柄搖桿機構(gòu)分為三種形式： a）.拉桿式 搖桿和踏板支桿為一直桿，統(tǒng)稱總搖桿, 是最早統(tǒng)型第 737 型（圖 2.1.1） 。該機構(gòu)為左右兩套驅(qū)動機構(gòu)。這個搖桿的支點在它的一個端點。 工作時，連桿受拉力作用，總搖桿受拉力?？倱u桿長等于力臂長。即 ,其中 L 為總搖桿長度，S 為踏板行程，Φ 為踏板搖角。2/sin)1(?L?? 該機構(gòu)的特點是搖桿很長，操作省力，各支點及鉸接點受力小，耐磨。其 缺點是受結(jié)構(gòu)限制搖桿支點位于禾斗壁上，不耐磨易松動。而雙面?zhèn)鲃佑捎谥?造精度低很難達到同時傳動的目的，也造成結(jié)構(gòu)復雜成本高。 b）壓桿式 搖桿和踏板仍為一直桿，支點在中間的直桿形，又稱蹺蹺板 形（圖 2.1.2） 。工作時連桿受壓?？倱u桿等于力臂長與重臂長之和，即 , 其中 i 為力臂比,它等于力臂長與重臂長之比。2/sin)1(?L?? 該機構(gòu)的特點是把搖桿支點從禾斗移出，裝在機架上，采用單邊傳動，簡 化結(jié)構(gòu)，降低成本。其缺點是搖桿短小費力，連桿為壓桿不穩(wěn)定易變形，各支 點及鉸接點受力大，磨損快，現(xiàn)很少采用。 c）擺桿式 搖桿和踏板桿不是一直桿 ,而成一定角度，搖桿和踏板為曲 桿, 支點在一端（圖 2.1.3） 。工作時連桿受拉，而總搖桿長等于力臂長與重臂長 之和，即 。2/sin)1(?L?? 圖 4 支點在一端的直桿式 腳踏式玉米脫粒機 7 圖 5 支點在中間的直桿式 圖 6 踏板和搖桿為曲桿式 圖 7 驅(qū)動構(gòu)設計 上述三種機構(gòu)，在保證擺角 Φ 和一定的踏板行程 S 的情況下，支點在一端 的總搖桿長度最短。 它的特點是，該機構(gòu)的特點是單邊傳動，把搖桿支點移到機架上，連桿為 拉桿，各支點和鉸接點受力較小，踏板也較長，也省力。因此，該機構(gòu)是目前 比較理想的一種形式。 腳踏式玉米脫粒機 8 2．2 驅(qū)動機構(gòu)最優(yōu)工況及曲柄最佳位值的選擇 當確定了踏板和搖桿為曲桿這種形式后，我們再選擇該種機構(gòu)的最優(yōu)工況。 因為人力機具是以人力為動力，所設計的驅(qū)動機構(gòu)一定要把省力、減少疲勞為 目標，即當踏力一定時能產(chǎn)生最大的驅(qū)動力矩，這就要求傳動角接近 900，各構(gòu) 件支點和鉸接點受力最小。能滿足上述要求的工況是當踏板位于水平位置時， 連桿與搖桿和曲柄相垂直。 當確定了最佳工況后，就要確定在滿足最佳工況下曲柄的最佳位置（即曲 柄與水平面的夾角） 。為分析方便，在圖 4 中，過 A 點作直線 AC3，平行與 BC 交 CD 于 C3。使 ∠DAC3 ＝∠EDC＝α。設曲柄 AB 長 a，支點距 AD 長為 d， 則連桿長 b = d cosα，搖桿長 C = a ＋ d sinα。從滿足曲柄存在條件來看，應 使 a ＋ d＜b ＋ c，即 a ＋ d＜d cosα＋ a ＋ d sinα，化簡后得出： cosα＋ sinα＞1，從數(shù)學中知，cosα＋sinα 的最大值是當 α= 450 時，因此曲 柄與水平的夾角 α 為 45 度。 三.玉米脫粒機驅(qū)動機構(gòu)設計技術要求 由于腳踏式玉米脫粒機是以人力為動力進行脫粒，因此在設計驅(qū)動機構(gòu)時 必須滿足省力、人體不易疲勞等要求。所以，所設計的驅(qū)動機構(gòu)踏板腳踏頻率 不能高，踏板行程不能大，踏板在最低位置應接近不動的腳底，滾筒轉(zhuǎn)速應均 勻，腳踏應省力等。因此，在設計驅(qū)動機構(gòu)時應滿足如下要求[4]： 3．1 驅(qū)動機構(gòu)各構(gòu)件的相對位置必須滿足省力的要求 如圖（2.1.3）所示，當踏板向下運動過程為做功行程，在做功行程內(nèi)做功 是不均勻的，當在做功中段附近，踏板近水平位置時，人易用力，作用力也大， 而且力臂也大，所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩也大，因此希望當踏板近水平位置時，搖桿 能和曲柄平行并與連桿垂直，使得此時傳動角 γ 接近 90○ ，以產(chǎn)生最大的驅(qū)動 力矩。 3．2 踏板行程 S 和擺角 φ 的設計要求 由圖(2.1.3)看出，踏板行程 S 是指踏板在兩個極端位置時，踏板最端點的 腳踏式玉米脫粒機 9 垂直距離。踏板行程過大，腳提得過高易疲勞，過小則做功小，用不上力，根 據(jù)實際使用情況看，最合適的踏板行程一般在 180～220mm 范圍內(nèi)。踏板行程 確定后，踏板擺角越小，連桿和搖桿的夾角越接近于 90○ ，越有利于傳動，但 擺角越小，擺桿支桿必然要加長，引起結(jié)構(gòu)不緊湊，同時踏板支桿的剛性也差， 工作一段時間后，踏板易傾斜，造成齒輪偏磨。擺角過大，腳面與踏板接觸面 小易疲勞，腳上有泥時也容易打滑傷腿，所以一般情況下擺角在 30○ ～35 ○ 內(nèi)比 較合適。 3．3 行程速比系數(shù) K 和極位夾角 θ 極位夾角是當搖桿處在上下極限位置時，即曲柄為上下死點位置時，連桿 相對應的夾角。 K=180°+θ /180°-θ K—行程速度變化系數(shù) θ—極位夾角 脫粒機工作時，當踏板由上死點向下運動時，人腳用力踏下是一個做功過 程，當踏板由下死點向上運動時，人腳不能做功，依靠滾筒轉(zhuǎn)動慣量一面完成 脫粒做功，一面帶動踏板向上運動。當 k＞1 時機構(gòu)有急回作用，即踏板由下死 點向上運動到上死點時，大齒輪的工作轉(zhuǎn)角小，有利于做功和滾筒的運動平穩(wěn)， 有利于力量的發(fā)揮，也可提高工作效率；但 k 過大即極位夾角過大會產(chǎn)生沖腳 現(xiàn)象，所謂沖腳是指踏板向上運動速度太快，人腳尚未提起，踏板就打在腳板 下方，使人產(chǎn)生疲勞，因此在選擇極位夾角時，應保證不產(chǎn)生明顯沖腳前提下 盡量取大值。 有關資料表明 1.1≥K>1,即 θ≤8.5°時不會產(chǎn)生明顯的沖象 ,因此,在選擇極 位夾角時,應保證在不產(chǎn)生明顯沖腳的的現(xiàn)象的提條件下,盡量取較大值。 3．4 機架高度 H 當脫粒機工作時，當機架過高不易投入料(玉米),機架過低要彎腰也易疲勞。 因此。機架高度應以人的高度來衡量，一般情況下，H = 450～550mm 范圍為宜。 腳踏式玉米脫粒機 10 3．5 踏板位置的確定 踏板運動到上止點時，踏板最遠端至集果箱后檔板的距離 L1 太大，工作時 操作人員彎腰幅度較易疲勞，太短則膝蓋可能碰到集果箱后檔板，為了保證操 作人員操作方便、舒適，一般合適的距離 L1 為 170mm 左右。 3．6 小齒輪中心位置的確定 小齒輪中心至集果箱后檔板的距離過大，工作時操作人員手外伸太遠易疲 勞過小則影響整機結(jié)構(gòu)，該距離大小取決于滾筒直徑、板齒的高低及板齒與檔 板的間隙。L 2 的適宜值一般 270 毫米左右。 3．7 搖桿、連桿和曲柄之間的相對位置確定 由于受沖擊的影響，人力脫粒機脫粒時其做功是不均勻的，在作功中段附 近，踏板近水平位置時，操作人員較易使用力氣，作用力也大。腳踏板在行程 極限位置附近，一方面不容易使用力氣,另一方面連桿拉力對曲柄中心距(即力臂)小, 在相同大小力的作用 F 所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩小。只有在作功行程中部時，用力方 便、力臂大，所產(chǎn)生驅(qū)動力矩最大。因此，當腳踏板近似于水平位置時，搖桿 和曲柄平行并與連桿垂直，產(chǎn)生最大的驅(qū)動力臂。經(jīng)對不同的工況進行分析， 發(fā)現(xiàn)該工況下具有以下優(yōu)點：連桿受力小，各鉸接點支反力小，傳動角大，損 失小。 基于上述分析，可以確定搖桿、連桿和曲柄之間的最佳相對位置，即當腳 踏板位于水平位置時，搖桿和曲柄平行并與連桿相垂直。 四．玉米脫粒機滾筒及脫粒部件的設計分析 4．1 玉米脫粒機的運動特點 ①．玉米脫粒機是以人為動力，而人每分鐘對踏板動的次數(shù)為一定值，不 能過高和過低，一般人每分鐘踏動次數(shù)最高可達 120 次，最少 80 多次，常久使 用時可達 90～100 次。 ②．滾筒在每一轉(zhuǎn)中其各點的速度也是一個變值，當腳踏由上止點向下作 功行程開始點其速度最小，隨著腳踏板的向下運動作功的增大，轉(zhuǎn)速增高。當 腳踏式玉米脫粒機 11 腳踏板達到最低位置時，轉(zhuǎn)速大致最高值。當腳踏板從下止點向上運動是空行 程，轉(zhuǎn)速逐漸降低，當大致上止點時，轉(zhuǎn)速達到最低值。按每分鐘腳踏板的運 動次數(shù)所換算的大齒輪轉(zhuǎn)速可看作平均值，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速差別不應過大， 否則運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定甚至不能正常工作。 4．2 玉米脫粒機的靜力平衡 設脫粒時脫粒阻力為 Pt 作用于滾筒切線方向(圖 2.1.3),腳踏力為 P 取腳踏板 支桿為分離體,從支桿受力平衡得出: P·ED=P1·CD iCDEP?1 式中: P1——連桿受力 i——力臂比 取大齒輪為分離體，根據(jù)受力平衡得出： 11RaZ? 式中： PZ——大齒輪圓周力 a——曲柄半徑 R1——大齒輪節(jié)圓半徑 取滾筒（包括小齒輪）為分離體，根據(jù)受力平衡得出： rPZt?R iParZt 1? 設 ，代入上式，則 …………（1）ir R?1 iat? 式中： R——滾筒半徑； r——小齒輪節(jié)圓半徑; i’——大小齒輪齒數(shù)比。 從運動關系知，滾筒線速度在設計時認為是一常量，大齒輪角速度 ψ 1 取 決于踏板每分鐘運動次數(shù)（正常工作中踏板運動次數(shù) n 為常量，常取 90∽100 次） ，則： ，而 301??n?rR??1 11?ir R?? 式中：ω1——大齒輪角速度 腳踏式玉米脫粒機 12 ω——滾筒角速度（小齒輪角速度） 而滾筒線速度： ，所以 RiC1???RCi1??? 最后得出： ……………（2）ain PiRaPttt ?3011? （2）表明踏力大小及影響因素，從式中看出，踏力的大小與所選擇的脫粒 速度 C 和脫粒阻力 Pt 成正比，與曲柄半徑 a 和力臂 i 成反比，與滾筒半徑大小 無關。上述結(jié)論只有選定 C 后，改變大小齒輪的傳動比 i 使踏板每分鐘有一定 轉(zhuǎn)速 n 的情況下才是正確的，如不考慮脫粒線速度 C，正如式（1）所示踏力的 大小與傳動比和滾筒半徑正比。當按選定所必需的脫粒速度后，為了減小腳踩 力 P，只有適當?shù)卦龃罅Ρ郾?i 和曲柄半徑 a。 4．3 滾筒動力學分析 為了便于分析，取大齒輪為分離體。把滾筒和小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 換算到大齒輪上，小齒輪對大齒輪的作用，用換算阻力 M=PtR 代替，滾筒空轉(zhuǎn)阻力矩用 M0 表示。連桿對大齒輪的作用，用 P1 表示，連 桿在運動中對大齒輪作用近似地看作與地面垂直。 設作功過程開始點——上止點。轉(zhuǎn)速為 ω，作功結(jié)束點——下止點，轉(zhuǎn)速 為 ω 0，在作功行程內(nèi) P1 力作的功為： aPaA n 10 2si???? 在作功行程內(nèi)，根據(jù)能量守恒定律： A=（M+M）л+1/2Jω-1/2Jω 02 2Pa=(M+M0)л+1/2J( ω 2-ω 02) 在空行程內(nèi),根據(jù)能量守恒定律得出 1/2-J(ω 2-ω 02)=(M+M0)л 將上式代入作功 A 的公式得出 P1a=(M+M0)л………………………………（3） 腳踏式玉米脫粒機 13 4.4 脫粒滾筒轉(zhuǎn)速 脫粒線速度是保證脫粒質(zhì)量的主要參數(shù)。滾筒上安裝有板齒，滾筒滾筒是 帶動板齒轉(zhuǎn)動，板齒推動玉米果穗作螺旋運動。由動力分析知，腳踏板踏力的 大小與滾筒線速度成正比，為了減少踏力不宜選取高的線速度，但從另一方面 為了保證運動的穩(wěn)定性，必須有足夠的動能，滾筒線速度不能低。滾筒轉(zhuǎn)速由 滾筒外緣（板齒頂部）線速度決定，滾筒外緣線速度是以保證不傷害玉米籽粒 為前提條件，由試驗數(shù)據(jù)獲得的。用籽粒含水率為 13%（因籽粒含水率較低， 相對比較容易破碎）左右的玉米穗做試驗,查閱資料得出滾筒外緣（板齒頂部） 線速度應小于或等于 4m/s。但滾筒外緣線速度不能過低，否則會影響生產(chǎn)率。 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，確認線速度值在 3.2～3.9 m/s 之間最佳。 4.5 滾筒直徑及滾筒主軸軸徑和齒輪傳動比的選擇 1 滾筒直徑 滾筒設計的主要要求是工作時省力，要有足夠的轉(zhuǎn)動動能來保證運轉(zhuǎn)的穩(wěn) 定性?，F(xiàn)從兩方面分析如下： 從動力學分析知，滾筒的轉(zhuǎn)動動能為: A=1/2Jω 2 而滾筒的轉(zhuǎn)動慣量 J 近似地認為: J=mR2 式中:m—滾筒(包括齒板和弓齒壓盤等)質(zhì)量； R—滾筒半徑； 將 J 值代入轉(zhuǎn)動動能 A 式則得出: A=1/2Jω 2=1/2mR2=1/2mc2 由上式看出:當滾筒線速度確定后,想提高滾筒的動能 ,只有增加滾筒質(zhì)量,而 與直徑大小無關。 再從動力學分析知,踏力的大小為: P=PtC/iω 1a 由此式看出,當脫粒阻力 Pt 為一定值時,踏力 P 與所選擇的滾筒線速度有關, 與選取的半徑無關。綜合以上分析看出，半徑的選取與動力參數(shù)無關，通過數(shù) 據(jù)及試驗結(jié)果取滾筒直徑 D=280+b/2=292㎜。 2 滾筒軸軸徑 由于小齒輪與滾筒間的動力傳輸不是靠鍵付給主軸的,所以它不受扭矩,只是 承受來自脫粒時的徑向力,所以也不需特別的要求, 可根據(jù)實際功率負荷計算扭 矩，確定軸徑。根據(jù)已有的脫粒機的主軸數(shù)據(jù)取 20㎜. 3 齒輪傳動比的選擇 腳踏式玉米脫粒機 14 從運動分析知： C=iω 1R 故 R= C/iω 1 ω 1 為大齒輪角速度，它與踏板每分鐘踏動次數(shù)有關，一般情況下踏板踏動 次數(shù)為 90～100 次，相應 ω 1 為 8.38～9.42°/秒,當滾筒線速度 C 選定后,半徑的 大小僅取決大小齒輪速比 i 表示了不同線速度,不同傳動比情況下的半徑值 .計算 時滾筒線速度為板齒齒頂線速度,而一般指滾筒半徑是指齒板半徑,因而計算出的 半徑值應減去板齒高 h。 4．6 滾筒板齒的相關設計 板齒有規(guī)律地安裝在滾筒軸上，其作用是撥動玉米穗沿輔助軸作復雜運動 （玉米穗本身既滾動又滑動，同時沿脫粒輔助軸作不規(guī)則螺旋運動） ，也推動玉 米穗向排芯口方向移動。 板齒寬度:板齒應與齒板一樣寬或稍小點，根據(jù)機器大小一般范圍為 40～60mm，盡量取寬點，目的是工作時與玉米穗接觸面較大，避免接觸點太小， 產(chǎn)生對玉米穗的局部壓力集中，損傷玉米籽粒。 板齒高度:板齒通過螺栓安裝在齒板上,板齒要超出滾筒側(cè)板的最外緣，由其 幾何關系可得： 2 bDh??? D 為滾筒側(cè)板的最外緣，其值為 350㎜ ， D 為滾筒直徑，其值為 280㎜， b 為齒板的寬度，為 24㎜， 所以 h>23㎜, 考慮到脫粒的效果，經(jīng)計算及幾何關系得：板齒高度 h=30㎜ （如圖 4.6.1） 。 板齒齒的旋向及與水平的夾角：由工作簡圖(圖 1.3),玉米得在螺旋齒給它的 軸方力從右到左滑動，所以板齒的旋向為右旋(如圖 4.6.2)。夾角影響到板齒對 玉米軸向推力的大小，太大會使的玉米還沒完全脫粒就快速的向排芯區(qū)排掉了， 太小了玉米滑動的速度過慢，以至于已脫凈了的玉米芯還在脫粒區(qū)滑動，從而 就降低了工作效率及多余的功率消耗。根據(jù)有關資料查得取 60°較合適，既保 證了脫凈率又保證了工作效率。 圖 8 板齒簡圖 圖 9 滾筒展開圖 腳踏式玉米脫粒機 15 4.7 玉米脫粒輔助軸的設計 脫粒輔助軸是用于抵住玉米棒,并利于玉米棒在板齒與輔助軸間滾動及滑動， 協(xié)助板齒脫粒。其直徑大小得比玉米棒大，要不能玉米棒會從其反方向掉到果 箱中。玉米棒一般直徑 40～50㎜，所以脫粒輔助軸的大小取 60㎜。 而它又不受多大扭矩，只受點橫向及縱向的推力，并且力很小，這樣的話 就可以設計成在小金屬軸上套木質(zhì)的空軸，并且小金屬軸除兩頭用來安裝做成 圓柱形的，其它部位都做成方軸（如圖 4.7.2） 。 圖 10 輔助軸上的齒紋 圖 11 輔助脫粒軸 這樣與帶方孔的木質(zhì)軸配合，來傳遞力，其成本大大降低。為了不讓玉米 棒在其上打滑，因為打滑的話就會影響脫粒的效果，產(chǎn)生脫粒不凈，在其上開 像銼刀一樣的齒紋（如圖 4.7.1） ，增加它與玉米棒之間的摩擦力。 4.8 輔助軸的的一些安裝位置 如圖（4.8.1） ，因為在脫粒區(qū)內(nèi)玉米棒子是永遠不應掉下去的，所以 S 小于 脫掉了玉米的棒芯(35～40㎜)，S 取 30㎜。 由幾何關系可得 2572???? dshbDX 302??dY D——滾筒直徑 b——齒板的寬度 h——板齒高 d——脫粒輔助軸的直徑 由脫粒原理可知滾筒、板齒外緣、玉米及脫粒輔助軸的幾何關系，如圖 （4.8.2） ，脫粒輔助軸的軸線應在安裝圓（R3=217+30=247㎜）上，Y 可定為 腳踏式玉米脫粒機 16 30㎜，這樣可得出 X 為 245㎜。 圖 12 脫粒輔助軸安裝位置圖 圖 13 脫粒輔助軸安裝位置圖 b 圓 1——板齒最外緣（R1=140+12+30=182㎜） 圓 2——板齒外緣加上脫粒區(qū)的間隙 S 的圓（R2=182+35=217㎜） 圓 3——脫粒輔助軸的軸線安裝圓（R3=217+30=247㎜） 4.9 排芯區(qū)的設計 在排芯區(qū)內(nèi)（如下圖）板齒離輔助性軸的最小距離應大于玉米芯，所以得 大于 40㎜，而滾筒的是不變的，只能在這區(qū)域內(nèi)減小輔助軸的直徑，由幾何關 系可知：a>40-S ，而 S=30㎜，則 a>10㎜，在這取 10㎜。由此可得排芯區(qū)內(nèi)， 輔助軸的直徑為 40㎜。 腳踏式玉米脫粒機 17 4.10 漏斗的設計和安裝 根據(jù)工作簡圖 1.3 可知,玉米棒得先從右邊放入,這樣的話才能保證有足夠的 工作區(qū)來脫粒,否則可能存在脫粒不凈的現(xiàn)象。另一方面，板齒離脫粒輔助軸的 間隙比玉米棒小，再加上輔助軸的也就比玉米棒大些，如沒有漏斗的話，玉米 棒喂入時可能掉到輔助軸的外側(cè)。鑒于這些，設計漏斗如圖 4.10.1。漏斗有支 撐架用螺栓栓在脫粒機機架上。 圖 15 漏斗的設計及安裝 五．玉米脫粒機的主要工作部件的強度校核 5.1 玉米脫粒機大齒輪主軸的校核 1 大齒輪受力分析 腳踏式玉米脫粒機 18 大齒輪受如下力的作用（如上圖） 連桿受驅(qū)動力 Pb，其中 Pb=iP P 力按試驗數(shù)據(jù)取 P=45kg。 Pb=ip=1.71×45=76.95 Pb 分解成 Pbz 和 Pby， Pbz=pbsin45°=544.47N Pby=pbcos45°=521.76N (3) 嗤合力 p2 把嗤合力 pz 接近的作用在上方忽略 15°，并且分解成 pt 和 pn。 Pt=pb×a/r1=76.95×65/113.5=473.6N Pn=pbtana=473.6×tan20°=172.37N 重力 G G=3㎏ f=29.4N 2 主軸的彎矩校核 大齒輪軸結(jié)構(gòu)如右圖 主軸的受力圖: 腳踏式玉米脫粒機 19 腳踏式玉米脫粒機 20 以上彎距圖可以知道點 M 處直徑最小，所以彎距最大。所以只需要校正該 處彎曲強度就可以。 根據(jù)強度條件 σmax=Mmax/Wz≤[σ] 其中 Wz=лd 3 /32= л/（32×015 2）=4.02×10 -7 σmax= Mmax/W z=42.8/4.02×10-7 =10.65×107N/m=106.5Mpa 查表得到 45#鋼的 σ s=352Mpa，取安全系數(shù)為 2。所以 [σ] = σ s/2=176Mpa＞ σmax=1.605Mpa 所以該軸彎曲強度核對合格。 3 主軸的剪切強度校核 校核條件：τmax= 1.33×Mmax/S≤ [ τ] 根據(jù)直徑的大小和合成 剪切力的大小校對 B 點和 M 點。 PamNSQBB 2.4/1042.017.543.1 262 ??????? PaMM.. 因為[τ ]=0.8[σ]45#鋼根據(jù)上面的安全系數(shù)取 2 的時候，計算得到 [σ]=176 Mpa,所以[τ]=0.8[σ]=0.8×176=140.8 Mpa 腳踏式玉米脫粒機 21 故根據(jù)剪切強度核對，該軸合格。 綜上所說，大齒輪軸的強度符合要求。 5．2 玉米脫粒機大齒輪偏心軸的校核 偏心軸結(jié)構(gòu)如圖所示， 受力圖如下 腳踏式玉米脫粒機 22 1 彎曲強度校核條件 σmax＜[σ] 當安全系數(shù)取 2 的時候，材料用 45#鋼，根據(jù)大齒輪軸校核得到： [σ]=176 Mpa，偏心軸在 xz 面彎距為： Mbzmax=Pbz×0.02=544.47×0.02=10.89N·m； Mxymax=Pby×0.02=541.87×0.02=10.45N·m； 合成彎矩 )(09.15 2max2max NMyzMax ??? Wz=лd 3/32=9.8×10-8m3 σmax= Mmax/ Wz=153.9Mpa。 由于 σmax＜[ σ]， 所以，根據(jù)彎曲強度校核該軸符合要求。 2 剪切強度校核 腳踏式玉米脫粒機 23 校核條件：τmax＜[ τ] 由于大齒輪軸校核可以知道 45#鋼安全系數(shù)取 2。 所以[τ ]=140.8Mpa MPa7.1205. 74312max????? 所以 τmax＜[ τ]。 根據(jù)剪切強度條件，偏心軸強度符合要求。 由綜上校核可得，上述偏心軸強度符合要求。 腳踏式玉米脫粒機 24 結(jié)束語 畢業(yè)設計是對我們對大學四年來所學知識的大檢閱,也是我們實踐鍛煉的機 會,能夠達到深化理論,理論與實踐更好地結(jié)全的目的。在設計過程中，發(fā)現(xiàn)自己 對知識掌握的不扎實，知識的漏洞很多，更是覺得知識與實踐之間的差別。通 過這次的實踐設計，初步掌握和了解到作為工程技術人員應該具備的專業(yè)素質(zhì) 和創(chuàng)新精神。更加深入掌握機械設計的理論基礎，并大體了解到設計的基本過 程，為以后的進行工程技術設計打下了基礎。 由于相關的數(shù)據(jù)比較少，在整個設計過程中遇到不少麻煩，不過通過大量 的閱讀有關資料，特別是吳瑞梅老師的精心指導下，完成了本項設計。另外因 為時間的倉促，水平的有限，本設計難免有些不合理甚至錯誤的地方，還望請 指正！ 腳踏式玉米脫粒機 25 參考文獻 [1] 李寶箋主編．農(nóng)業(yè)機械學[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003 [2] 吳克堅主編．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1997 [3] 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院編． 實用機械設計手冊[M]．北京：中國 農(nóng)業(yè)機械出版社，1984 [4] 王新章．關于人力脫粒機的設計問題[J]．南昌：江西農(nóng)業(yè)大學學報， 1981(1)12-15 [5] 江西農(nóng)業(yè)大學工學院編. “小農(nóng)具的改進設計”課題鑒定技術文件匯編, 1989 年元月 [6] 吳宗澤主編 . 機械設計. 北京:高等教育出版社 2003 [7] 機械工程手冊 ,電機工程手冊編輯委員會. 機械工程手冊.第 2 版.北京: 機 械工業(yè)出版社,1996 [8] 嚴霖元編 . 機械制造基礎. 江西農(nóng)業(yè)大學,2000 [9] 成大先主主編.機械設計圖冊 零部件的結(jié)構(gòu)與組合 :上冊,下冊.北京: 化學 工業(yè)出版社,1997 [10] 成大先主編.機械設計圖冊 機械設計的錯例與禁忌 . 北京: 化學工業(yè)出 版社,1997 [11]卜炎主編 .機械傳動裝置設計手冊:上冊,下冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999