3718 旋耕機傳動系統(tǒng)設(shè)計,旋耕機,傳動系統(tǒng),設(shè)計 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題目：旋耕機傳動系統(tǒng)設(shè)計,設(shè)計者：夏明普 指導(dǎo)老師：姚明印副教授 時間：2012年5月,摘要,本文在分析小型步旋耕機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理的前提下，介紹說明了小型步旋旋耕機的設(shè)計遠著和設(shè)計步驟。并根據(jù)設(shè)計原則的要求，首先選擇了小型步旋耕機的類型，確定小型步旋耕機的耕幅、傳動形式、刀軸轉(zhuǎn)速，離合器工作的選擇等內(nèi)容。然后具體設(shè)計了小型步旋耕機的傳動裝置，包括齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵零件的強度校核、耕深調(diào)節(jié)裝置和工作部件總成的設(shè)計。齒輪箱的設(shè)計是本次設(shè)計的主要內(nèi)容，這包括了大量的工作：資料的整理，參數(shù)的設(shè)定，相關(guān)計算，繪圖等。 關(guān)鍵詞：旋耕機；變速箱；離合器,前言,旋耕機是一種由動力驅(qū)動旋耕刀袞完成耕、耙作業(yè)的耕耘機械。旋耕機具有犁耙合一的作業(yè)效果，它的耕作部件為旋耕刀輥是由多把旋耕刀在刀軸上按螺旋線排列而成,，較好地切斷植被并將其混合于整個耕作層內(nèi),也能有效地將化肥、農(nóng)藥等混施于土內(nèi),在水田中帶水旋耕后即可直接插秧。其切土、碎土能力強,一次作業(yè)能達到犁耙?guī)状蔚男Ч?耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細作要求.旋耕機作業(yè)質(zhì)量好、工效高,既能搶農(nóng)時、節(jié)省勞力,又可減少機器下地次數(shù),減輕行走部件對土壤的壓實,在我國南北方均有廣泛使用。 旋耕機于 19 世紀中葉問世以來，得到了迅速發(fā)展和推廣使用。日本二戰(zhàn)之后為了盡快恢復(fù)經(jīng)濟發(fā)展引進旋耕機用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是由于日本大多為水田直角形旋耕刀不適宜于進行水田耕作。一大批日本學(xué)者開始致力于水田用旋耕刀的研究如吉田富穗、松尾昌樹、坂井純等人研制出了旋耕彎刀成功地解決了刀軸纏草等問題。為了解決刀軸纏草的問題本文對旋耕彎刀進行了設(shè)計說明。對彎刀的刃口曲線提出了相應(yīng)的要求，目前能達到這種要求的刃口曲線有阿基米德螺線、等角對數(shù)螺線、正弦指數(shù)曲線等其中阿基米德螺線應(yīng)用最廣。 到目前為止，旋耕機產(chǎn)品雖然在理論上可以配套 58.8－73.5kw 的拖拉機，但實際上因受傳動系統(tǒng)強度及結(jié)構(gòu)尺寸、機架結(jié)構(gòu)強度的限制，配套合理范圍僅達 48kw 的拖拉機；耕深亦局限在旱耕 12－16cm，水耕 14－18cm。 我國對旋耕機的研制始于 20 世紀 50 年代末， 初期主要研制與手扶拖拉機配套的旋 耕機，后來研制出與中型輪式拖拉機配套的旋耕機；70 年代初完成了與當時國產(chǎn)的各類拖 拉機配套的系列旋耕機的設(shè)計，并使之得到了推廣應(yīng)用；到 80 年代，與手扶拖拉機配套的 旋耕機由專用型發(fā)展到兼用型， 由于手扶拖拉機配套發(fā)展到與輪式及履帶式拖拉機配套。 旋 耕機在我國的發(fā)展經(jīng)歷了單機研制、發(fā)展系列產(chǎn)品、新產(chǎn)品開發(fā)和換代 3 個階段，隨著新的 種植、耕作農(nóng)藝的發(fā)展和推廣，在旋耕機基礎(chǔ)上還研制出了多種用途的聯(lián)合復(fù)式作業(yè)機。,20 世紀 90 年代以來，為適應(yīng)市場需要，有些企業(yè)試圖開發(fā)大型旋耕機，但因水平有限，僅采用原有產(chǎn)品外延放大和堆砌材料的方法，沒有著重結(jié)構(gòu)的改進和參數(shù)的優(yōu)化， 目前能與 200 馬力以上拖拉機配套的農(nóng)機具在我國還完全依賴進口。 另外我國旋 耕機械生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模都比較小，裝備差、制造工藝水平低，有些產(chǎn)品出廠質(zhì)量粗 放，可靠性不高，企業(yè)低價競爭導(dǎo)致投入創(chuàng)新的部分過少，不利于行業(yè)的發(fā)展。 因而走了彎路。因此，現(xiàn)有旋耕機產(chǎn)品在品種上尚有大型和深耕型的空缺。隨著水稻集約化、規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，水田耕整用寬幅高速型旋耕機成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強度特別低，附著力、外摩擦力也接近為零，切土部件與土壤之間存在潤滑水膜。因此，大塊水田使用大型拖拉機旋耕機組水耕時，為充分發(fā)揮其功率，實現(xiàn)高效率、高效益，需要工作幅寬 3m 以上的寬幅旋耕機。但寬幅又受到道路行駛和入庫停機不便的制約。解決途徑有二：一是旋耕機采用寬度伸縮或折疊式結(jié)構(gòu)；二是采用適中的幅寬，提高作業(yè)速度，從現(xiàn)有的 2－5km/h 提高到 4－8km/h。為滿足以上要求，需要改進旋耕機及工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，研制寬幅高速旋耕機及滅茬、旋耕、旋耙和深施化肥的復(fù)式作業(yè)機械。 我國作為農(nóng)業(yè)大國，不少農(nóng)機學(xué)者在旋耕機方面進行了大量的研究工作。為了促進驅(qū)動型耕作機械的發(fā)展，本人選擇了旋耕機作為自己的畢業(yè)設(shè)計論文課題，借鑒了不少知名學(xué)者的重要研究成果，書寫成文。由于資料搜集的局限性和水平有限，錯誤和不足之處在所難免，歡迎讀者批評指正。,小型旋耕機圖片集,各式小型旋耕機,旋耕機的研究意義與發(fā)展趨勢,1 開發(fā)旋耕機的目的和意義 土壤耕作是種植業(yè)生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，對于農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用。因此，土壤耕作機械的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注。由于土壤耕作是一項能耗很大的作業(yè)，傳統(tǒng)的土壤耕作機械，如犁，耙等都需要多次書耕作會對土壤造成破壞，不利于水土保持，消耗較大。長期以來，人們一直在探討新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在這種形勢下，驅(qū)動型耕作機械誕生了。這種機械之所以引人注目，一是強化土壤耕作過程，可以滿足不同條件下的不同土壤類型；二是一次耕作可以聯(lián)合作業(yè)；三是有動力驅(qū)動，質(zhì)量好；四是作業(yè)時幾乎不需要牽引功率，減少了功率的消耗。 驅(qū)動型機具有多種，如旋耕機，振動土壤耕作機械等，目前廣泛使用的，應(yīng)用前景最好的就是旋耕機。耕機切土、碎土能力強，一次旋耕能夠達到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時抗旱保墑，減少拖拉機進地次數(shù)，減輕對土壤壓實，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機具投資，提高機具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機的主要配套機具之一。,2 國內(nèi)外旋耕機的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外旋耕機的發(fā)展動態(tài)、存在問題及發(fā)展方向 目前，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的旋耕機，在國內(nèi)外在實際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當完善。旋耕機的保有量也增加的很快，為了適應(yīng)當前的生產(chǎn)規(guī)模，為不同機型拖拉機配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅：為 1.25m2．8m 多種型號的旋耕機。如南昌旋耕機廠的 IGN 系列多種型號旋耕機，連云港旋耕機集團公司生產(chǎn)的 IGE2—210 型旋耕機，1CN-250S 型旋耕機等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的機型還有 1GHL 一 280 型松旋起壟機、1GSZ-210／280 型組合式旋耕多用機、1GZJ 一 210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機、1GLT-4 型松旋滅茬起壟通用機等。很多機型為了適應(yīng)黑龍江省農(nóng)藝要求，在旋耕機后部安裝了起壟犁鏵。為了裝配各種不同的工作件組臺設(shè)計了專門的機架，以提高旋耕機的應(yīng)用水平。有的旋耕機依據(jù)旋耕部件與耕深的相對關(guān)系，把中央調(diào)速器直接設(shè)計安裝在旋耕工作部件的軸上。這樣保證了農(nóng)具的最小能耗、最少的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。由于調(diào)速器殼體下是未耕地，存在如何保護好調(diào)速器殼體的問題。國產(chǎn)的 1G 一 150 旋耕機和 1G 一 140 旋耕機等多種機型的旋耕軸配置在地表水平面上或低于地表。為了防止調(diào)速器外殼的損壞，在殼體上或前犁柱上安有專用的分土鏟。分土鏟開出的鏵溝被補助整地作業(yè)消滅。,3 旋耕機開發(fā)存在的問題與發(fā)展趨勢 從近幾年國產(chǎn)的旋耕機配套推廣應(yīng)用情況來看，存在一些問題： （1）拖拉機動力輸出軸容易損壞；（2）、十字萬向傳動軸使用壽命短；（3）、旋耕作業(yè)性能不穩(wěn)定和容易纏草的問題；（4）、缺少與大功率拖拉機配套的旋耕機；（5）、作業(yè)性能滿足不了當今的農(nóng)藝要求；這些問題的解決有待于進行更深入的研究。 隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的增強，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的旋耕機的弊端日益突出，已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴大的需要。故對旋耕機的研究有了進一步的深化，出現(xiàn)如下幾個方向的發(fā)展趨勢： （1）、向?qū)挿?，高速型旋耕機發(fā)展；（2）、向聯(lián) （3） 全幅深旋耕機已起步； 、合作業(yè)機組方向發(fā)展； （4） 向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展； 、小型旋耕機需求量有所增加。,總體方案確定及主要參數(shù)的選擇,裝配示意圖如右圖所示 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理,旋耕機裝配圖,旋耕機左視圖與俯視圖,小型旋耕機外觀圖,小型旋耕機各部件的外觀圖,總裝圖結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計,裝配示意圖主要由發(fā)動機、變速箱、機架、旋耕工作部件、限深機構(gòu)、操縱手柄、三角皮帶輪、支架等組成，其工作原理是將發(fā)動機的動力經(jīng)三角皮帶傳遞給變速箱主動軸，經(jīng)二級減速帶動安裝在驅(qū)動輪軸上的旋耕刀片旋轉(zhuǎn)（在銑切加工土壤過程中，通過土壤反力推動機器前進）。耕深主要靠阻力鏟柄上孔眼的位置進行上下調(diào)節(jié)，同時還可通過人改變其對操縱手柄的壓力以增減力矩，調(diào)節(jié)機器的前進速度，借以達到改變耕深的目的。 另外，旋耕作業(yè)的碎土性能與土壤含水量、土壤堅實度和機器的作業(yè)速度有關(guān)， 在實際作業(yè)中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳的工作速度。 為了全面實現(xiàn)設(shè)計技術(shù)指標，在結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化設(shè)計，體現(xiàn)在以下幾個方面：1．變速箱殼體采用薄壁鋼板多次沖壓成型，既減少了加工工序， 又降低了制造造成本，也使機器重量大大減輕。 2．為滿足多項作業(yè)要求，變速箱設(shè)有三個速檔，高速檔用于旋耕、運輸作業(yè)， 低速檔用于中耕、起壟作業(yè)。同時在變速箱右側(cè)有動力輸出軸，可肚帶動小水泵、脫粒機、碾米機、打漿機等進行場上固定作業(yè)。再有，驅(qū)動輪軸采用通軸結(jié)構(gòu)，它與旋耕工作部件配合安裝，便于工作部件的更換。還可安上運輸輪進行短途運輸作業(yè)。 3．由于該機是旋耕作業(yè)為主，為在旋耕作業(yè)過程中，不使機器發(fā)生上跳、前滑現(xiàn)象，增強操作舒適感，整機重心的布置非常重要。實踐證明，為確保旋耕作業(yè)的穩(wěn)定性，重心設(shè)在驅(qū)動輪軸上方前后20mm處是適宜的。 4．為保證作業(yè)質(zhì)量，使旋耕時不漏耕，變速箱下部寬度要窄為宜，該機為45mm基本做到了不漏耕。 5．為適應(yīng)棚室空問矮小的作業(yè)條件，機器操作手柄既可上下調(diào)整，又可在180°內(nèi)前后轉(zhuǎn)動調(diào)整。,傳動路線示意圖,如右圖所示 旋耕機傳動路線示意圖,旋耕機類型、耕幅、刀軸轉(zhuǎn)速和傳動形式的選擇,1.旋耕機類型的選擇 本設(shè)計主要適用于溫室及工作內(nèi)部環(huán)境較低的地方，故選用小型號，簡單實用的步進式旋耕機。 2.旋耕機耕幅的確定 根據(jù)主機動力輸出功率和旋耕作業(yè)時單位幅寬功耗可對幅寬進行初步選定幅寬過大刀片增多將導(dǎo)致發(fā)動機工作過載合適的幅寬則可保證主機功率的充分利用。實際中幅寬的初選可采用經(jīng)驗公式 B0.260.29N但最終的確定必須經(jīng)過試驗驗證。事實上對于同一種旋耕機主機功率大的配套并不一定有好的作業(yè)質(zhì)量相反卻有可能造成功率的浪費通過試驗?zāi)芎侠泶_定對應(yīng)幅寬的最佳配套功率可以避免“大馬拉小車”的情況。耕幅與柴油機的功率有關(guān)，并影響旋耕機與柴油機的配置方式。耕幅 B與柴油機動力輸出軸的額定輸出功率大體成以下關(guān)系： B=0.26～0.29N N =3.5 KW 式中 N——柴油機機的額定功率（KW） B=0.9207m～1.1506m 本設(shè)計選取 B=1m,,3.旋耕機的傳動型式的選擇 三點懸掛式旋耕機有中間傳動和側(cè)邊傳動兩種形式。中間傳動適合于耕幅為1.752m，本設(shè)計中旋耕機的耕幅為 1m，采用中間全齒輪傳動。利用皮帶將電動機動力傳遞給主軸，輸出的動力經(jīng)皮帶傳至齒輪箱，然后通過中間齒輪箱的三級變速傳動，把運動和動力傳到輥刀軸，即執(zhí)行機構(gòu)。刀軸分為左、右兩側(cè)。這種齒輪箱特點是機架牢固、剛性好、布局合理，適用本旋耕機。缺點是箱體處不能安裝彎刀，如不設(shè)置特殊工作部件，將出現(xiàn)漏耕。為此本設(shè)計在齒輪箱的下方增設(shè)了犁體總成以消除漏耕現(xiàn)象。 4.旋耕機的刀軸轉(zhuǎn)速選定 在機組前進速度不變的情況下，旋耕機所需功率隨刀軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，較理想的配合是低刀軸轉(zhuǎn)速和較高的前進速度，雖然功耗要增加些，但因生產(chǎn)率提高了，仍可降低單位面積的能耗。近年來，刀軸轉(zhuǎn)速降低的趨勢尤為明顯。另外旋耕機的刀軸轉(zhuǎn)速一般在 200-285r/min，隨著土壤比阻不同，旋耕機的刀軸轉(zhuǎn)速也不同，粘性重的土壤比阻大，轉(zhuǎn)速應(yīng)偏低，砂性土壤比阻小，轉(zhuǎn)速可偏高。 為了提高生產(chǎn)率及地區(qū)適應(yīng)性，減少能耗，本設(shè)計旋耕機刀軸轉(zhuǎn)速選擇 200r/min。,,5.耕深裝置的設(shè)計 旋耕機是一種作業(yè)范圍廣的農(nóng)用機械，根據(jù)不同的土壤條件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。對于由功率p小于等于44kw的拖拉機帶動的旋耕機時，如果和具有調(diào)節(jié)液壓懸掛機構(gòu)的拖拉機配套時，利用位調(diào)節(jié)手柄在不同位置的定位調(diào)整耕深，與具有分置式液壓懸掛機構(gòu)的拖拉機配套時，利用活塞桿上定位卡箍的不同位置調(diào)整耕深。本設(shè)計中的旋耕機所選動力源的功率為3.5KW，根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，要求旋耕機的耕深范圍為10—15cm。所以該機的設(shè)計旋耕深度最大為15cm，嚴禁旋耕機超限作業(yè)，否則將導(dǎo)致某些零部件的損壞和早期磨損，還將嚴重影響整體作業(yè)效率，故需設(shè)計耕深調(diào)節(jié)裝置。此設(shè)計運用的是限深桿機構(gòu)，簡單實用，通過調(diào)節(jié)螺栓決定限深桿的長度而改變耕作深度。,旋耕機傳動系統(tǒng)總裝圖,傳動系統(tǒng)的剖視圖,各級傳動系數(shù)參數(shù)的設(shè)定,傳動系數(shù)參數(shù)的確定 傳動方案的分配，首級采用一級帶傳動。傳動比為1.2，末級采用一級鏈傳動，傳動比為1.67，使箱體下部分寬度較小，可以起到防止漏耕的效果。 各檔傳動路線的確定 快檔：帶傳動→ Z1/Z5xZ4/Z8 → 鏈傳動 中檔：帶傳動 → Z2/Z6xZ4/Z8 →鏈傳動 慢檔：帶傳動 → Z3/Z7xZ4/Z8 → 鏈傳動 各對齒數(shù)的確定 齒輪 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 模數(shù) 2 2 2 4 2 2 2 4 齒數(shù) 28 38 48 18 48 38 28 48 配對齒輪 Z5 Z6 Z7 Z8 Z1 Z2 Z3 Z4,傳動系統(tǒng)主要的軸的設(shè)計,參考文獻,,,,[1] 濮良貴，紀名剛主編. 機械設(shè)計.第七版.高等教育出版社. 西安:2001.60-374 [2] 席偉光，楊光，李波主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.高等教育出版社.北京.2003.5.2：180-250 [3] 應(yīng)義斌,蔣煥煜,成芳.蔬菜棚室用自走式微型旋耕機的研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.Tarnsact ions of the CSA　第13 卷,第1 期　.1997 年　3 月，88-91 [4] 羅國平,李平林,張力乃,黃少顏等. 機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.第二版.西安:2004. 7-10 [5] 李寶筏主編.農(nóng)業(yè)機械學(xué).中國農(nóng)業(yè)出版社.北京:2003.2.29-32 [6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編.理論力學(xué).第六版.高等教育出版社.北京:170～188 [7] 中國農(nóng)牧業(yè)機械產(chǎn)品手冊編輯部編輯.中國農(nóng)牧業(yè)機械產(chǎn)品手冊.中國農(nóng)業(yè)科技出版社.北京:60-62. 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