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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1本課題研究的背景、目的和意義
苜蓿是一種廉價、經(jīng)濟(jì)的飼料、被稱為“百草之王”不僅產(chǎn)量高（一年可以收獲三到四次）且草質(zhì)優(yōu)良、具有很高的營養(yǎng)價值，是畜牧業(yè)的重要牧草資源。隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，及畜牧業(yè)的發(fā)展牧草種植的面積不斷地加大，牧草收獲機(jī)械獲得了很大的發(fā)展，傳統(tǒng)的苜蓿收獲是采用園盤式或往復(fù)式割草機(jī)，都不帶壓扁裝備，雖然能夠完成收獲作業(yè)，但由于苜蓿脫水干燥時期長，蛋白質(zhì)的損失很大，不能保證苜蓿產(chǎn)品的質(zhì)量，因而大力推廣割草壓扁機(jī)收獲苜蓿是十分必要的。
1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析
苜蓿生產(chǎn)作為營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)的代表，營養(yǎng)體質(zhì)量的保持是生產(chǎn)的關(guān)鍵。國內(nèi)外苜蓿生產(chǎn)都十分重視苜蓿的收獲和加工，因為這是苜蓿產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。
牧草體系在“十二五”啟動之后，即把農(nóng)戶用的小型苜蓿收割壓扁機(jī)的研制列為首要任務(wù)。任務(wù)書簽訂后，2011年6月國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家張英俊教授率領(lǐng)機(jī)械設(shè)備研究室崗位科學(xué)家王德成教授及團(tuán)隊成員專程赴石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司，探討體系與公司合作共同研發(fā)適合我國西北丘陵山地和華北黃淮海小農(nóng)戶苜蓿刈割壓扁機(jī)，經(jīng)過王德成教授及團(tuán)隊成員與石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司3個多月的聯(lián)合研制攻關(guān)，機(jī)型總長2.8m、總寬1.3m、割幅1.2m、工作速度達(dá)4.5-14km/h、作業(yè)效率達(dá)8-15畝/h的小型自走式苜收割收獲機(jī)于2011年10月研制成功，該機(jī)械采用雙圓盤刈割串聯(lián)雙橡膠輥壓扁的技術(shù)工藝，能夠一次完成紫花苜蓿的收割、壓裂莖稈和鋪放草條的作業(yè)工序。
國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系滄州綜合試驗站示范縣河北黃驊市孟莊進(jìn)行了性能評定試驗。經(jīng)測試，收割壓扁收獲的紫花苜蓿水分散失速率為1.92(%/h)、達(dá)到適時打捆的安全水分時粗蛋白含量可保持在21.85%，而收割非壓扁收獲的對照組紫花苜蓿水分散失速率則為1.03(%/h)、達(dá)到適時打捆的安全水分時粗蛋白含量下降為18.37%。收割壓扁收獲苜蓿干燥時間由2-3天減少到30小時，粗蛋白含量減少損失3個百分點。標(biāo)志之一，我國已定型的牧草機(jī)械大部分屬國外20世紀(jì)80年代以前后技術(shù)水平，30多年來基本沒什么改進(jìn)。造成牧機(jī)產(chǎn)品技術(shù)水平低的原因是多方面的，但生產(chǎn)制造工藝水平低是個關(guān)鍵因素。現(xiàn)在牧機(jī)企業(yè)工藝技術(shù)裝備落后、老化，生產(chǎn)設(shè)備大多是20世紀(jì)80年代以前的設(shè)備；科研投入不足，開發(fā)能力差，使得產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢，也是造成牧草機(jī)械技術(shù)水平低的重要因素。 20世紀(jì)90年代，我國牧草機(jī)械市場出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，1999年銷售牧草收獲機(jī)械2.56萬臺，比上年增長173%。牧機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)暢銷勢頭的主要原因：一是國內(nèi)草原生態(tài)建設(shè)和退耕還草發(fā)展加快，二是國家和地方大力發(fā)展草業(yè)畜牧業(yè)和節(jié)糧型畜牧業(yè)投資加大。
（2）國外研究現(xiàn)狀分析
國外牧草機(jī)械已有100多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了從使用以畜力作為動力到與拖拉機(jī)動力配套，從單項作業(yè)機(jī)具到成套機(jī)具，從分段作業(yè)機(jī)具到聯(lián)合作業(yè)機(jī)具等 發(fā)展過程。20世紀(jì)60年代是歐美各國牧草機(jī)械發(fā)展的高峰時期，期間完成了由畜力機(jī)械和割、摟草等基本作業(yè)機(jī)具向與動力機(jī)械配套的更新?lián)Q代。新型的割、摟 機(jī)具和各類聯(lián)合作業(yè)機(jī)具及成形機(jī)具相繼研制成功并迅速推廣。機(jī)具的保有量迅速上升的美國，牧草撿拾壓捆機(jī)保有量達(dá)70萬臺。20世紀(jì)70年代以來，部分服 役機(jī)具趨于飽和，產(chǎn)量和保有量保持穩(wěn)定或略有下降，各公司致力于開發(fā)新產(chǎn)品，改進(jìn)原有產(chǎn)品的性能，以保持競爭能力。前蘇聯(lián)牧草機(jī)械發(fā)展較慢，產(chǎn)品以老式的 割、摟、集、垛、運(yùn)收獲工藝的配套機(jī)具為主。機(jī)型比較落后，到20世紀(jì)70年代末才完成了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
目前，歐美各國幾乎所有的農(nóng)機(jī)公司都生產(chǎn)牧草機(jī)械。產(chǎn)品品種齊全，系列完整，能滿足各種收獲條件下全面機(jī)械化的需要。但機(jī)具主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標(biāo)至今沒有大的變化，只是在操作舒適和電子計算機(jī)應(yīng)用等方面有所改進(jìn)。
國外農(nóng)業(yè)裝備的水平和特點，主要以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的美、日、德、法、英、意大利、澳大利亞、荷蘭、以色列等為代表。這些國家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)作物種植、土地經(jīng)營規(guī)模、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入、社會化服務(wù)體系、自然條件以及使用的農(nóng)業(yè)裝備和機(jī)械化水平等方面具有一定典型性。在一定程度上大大的推動和發(fā)展了牧草收獲機(jī)械的改進(jìn)。
1.3苜蓿壓扁收獲機(jī)性能的要求
(1)為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設(shè)計的割草壓扁機(jī)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：
由于牧草稠密多汁并需要低割，因此，切割速度要快。
(2)為提高牧草收獲量，割茬高度適當(dāng)。要求盡量降低割茬高度，因此，切割器應(yīng)接近地面，并能很好適應(yīng)地形。
(3)壓輥壓力適中。對苜蓿來說，一般情況是90％的莖桿被壓扁，葉片不破損。壓輥壓力過大，除增大功率消耗和加快零件的磨損外還會導(dǎo)致葉子干燥過快，從而造成苜蓿營養(yǎng)損失。
(4)牧草收獲機(jī)械工作條件惡劣，刃口應(yīng)具有自磨性能(采用齒紋刃)，刀具應(yīng)具有保護(hù)裝置(護(hù)刃器)。還應(yīng)具有靈活的起落機(jī)構(gòu)，以便遇到障礙物時，能將切割器升起。
(5) 割下來的牧草能集堆、成行鋪放于地面，且厚度應(yīng)適當(dāng)，易于干燥。盡可能減少機(jī)器對牧草的打擊和翻動，以降低牧草的收獲損失。
(6)結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)。
1牧草收獲機(jī)械的性能的要求
經(jīng)過多次的討論和研究，確定苜蓿壓扁收獲機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括動力機(jī)構(gòu)、動力傳送系統(tǒng)、控制機(jī)構(gòu)以及刀頭裝置等。
機(jī)械裝備示意圖1：
圖1-1：苜蓿壓扁收獲機(jī)裝配簡圖
1. 鋼絲繩 2.后滑輪 3.B型三角帶 4.提升機(jī)構(gòu)組合 5.割草壓扁機(jī)
工作原理是：割草壓扁機(jī)結(jié)合動力時，通過減速器和傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉(zhuǎn)動。隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺，同時將切割器割下的牧草通過導(dǎo)草板推入壓輥．被壓扁的牧草在束草裝置的束縛下形成一定形狀的草條鋪放于四輪車的車輪中間，完成收獲的全過程。
研究目標(biāo)為割茬低，鋪放質(zhì)量好，功率消耗低，工作平穩(wěn)，作業(yè)速度快，易于調(diào)整維修，能即時收獲，經(jīng)濟(jì)、實用，整機(jī)生產(chǎn)效率高。
2.2立式收割臺設(shè)計
割臺是苜蓿壓扁收獲機(jī)的重要組成部分，是機(jī)器的核心部件之一。本割臺采用立式，具有以下功能：苜蓿切斷、輸送，壓扁，給輸送裝置輸入動力，給輸送裝置、壓扁裝置提供安裝平臺。
立式割臺主要部件包括切割器、分禾撥禾器、壓扁輥，輸送器，提升裝置。
2.3苜蓿壓扁收獲機(jī)撥禾裝置的設(shè)計
收割機(jī)上的撥禾裝置常采用撥禾輪，撥禾輪有普通撥禾輪和偏心撥禾輪兩類。
偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)
撥禾輪的結(jié)構(gòu)簡單、可靠。
按結(jié)構(gòu)的不同，有普通式和偏心式。
苜蓿的莖干汁液稠密，一般使用偏心撥禾輪。
圖2-1：偏心撥禾輪工作原理圖
1.軸管 2.副輻條 3.偏心輻盤 4.輻盤 5.主輻條
偏心撥禾輪結(jié)構(gòu)及工作原理
偏心撥禾輪的組成：1.管軸2.劇輻條3．偏心輻盤4.輻盤5．主輻條有軸孔。撥禾輪工作是，彈齒隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動，同時又繞撥禾輪軸座回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此撥禾輪彈齒相對地面生長的作物是兩種暈的的合成。為了使彈齒進(jìn)入禾從后面對作物有后撥的作用，運(yùn)動絕對速度應(yīng)該向后，即撥禾輪彈齒的圓周速度大于機(jī)器前進(jìn)的速度，運(yùn)動軌跡應(yīng)為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度的比值為。當(dāng)機(jī)器作業(yè)時，即能保持平移的彈齒插入作物，扶持適量的莖干，同時切斷莖干以避免對作物的打擊和回帶作用。
同時,撥齒的方向始終是垂直插入草中，水平將草撥向后方，通過旋轉(zhuǎn)將牧草撥入切割器割斷，并將已割苜蓿推向壓扁輥。
2.4撥禾輪的工作原理和參數(shù)的確定
2.4.1撥禾板的運(yùn)動分析
撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時，撥板隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動，同時又繞撥禾軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此撥禾輪撥板相對地面生長的作物是這兩種運(yùn)動的合成。為了使撥板進(jìn)入禾叢后對谷物有向后撥送作用，運(yùn)動絕對速度應(yīng)向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機(jī)器的前進(jìn)速度，其運(yùn)動軌跡為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度之比為撥禾速比，用A表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：^值越大，撥板引導(dǎo)和扶持作物的功能越強(qiáng)，割臺切割作物量越大.其線環(huán)越寬，但A值太大，則撥齒和撥板撥禾時打擊作物力量過,
增加了收割臺的損失。若A=1時，則線環(huán)寬度為零，這時撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示(圖3．3)，設(shè)以撥禾輪軸心0I對地面的投影點為坐標(biāo)原點0，以地面線沿前進(jìn)方向為x軸，以過原點向上垂線為Y軸建立直角坐標(biāo)系。并令撥板由水平位置開始逆時針方向旋轉(zhuǎn)，
則壓板端點的坐標(biāo)方程為
R——撥禾輪半徑，305mm
k——機(jī)器前進(jìn)速度，2．15-4．16m／s
∞——撥禾輪角速度，14．95rad／s
H——撥禾輪安裝高度，564mm
h——割茬高度，80mm。
故，帶入(1)式得壓板端點隨的運(yùn)動方程如下
取上式對時間的導(dǎo)數(shù)，得到撥板水平分速度及豎直分速度隨撥板水平轉(zhuǎn)過的
時間的方程式
撥禾輪對牧草的作用
(1)撥齒的入禾角和撥禾輪高度分析為了減少撥齒對牧草的碰擊，以減少擊落損失，要求撥禾輪撥齒開始接觸作物時，其絕對速度垂直向下，也就是說撥齒進(jìn)入禾叢時其水平分速
度應(yīng)為零()，
即
由此得出撥禾輪安裝高度公式
Y為牧草的自然高度L
由此
式中 R--撥禾輪的半徑，305mm
L--作物高度（500-600mm）
H--割茬高度，80mm
所以撥禾輪的高度安裝位565--650mm通過改變調(diào)節(jié)桿在撥禾輪架上的位置來進(jìn)行調(diào)整。
撥禾輪直徑的確定
撥禾輪直徑，系根據(jù)撥板進(jìn)入禾叢時其水平分速度為零及支持切割時撥板作用在禾桿重心稍上方的兩個條件而確定。
從圖3．7可以看出下列關(guān)系式
式中:R一撥禾輪半徑
L一作物高度(500—600mm)
h一割茬高度(80mm)
因此:
式中：D--撥禾輪直徑 --速度比
當(dāng)=Vb/Vm =2.11代入上式得
將L的最大值取600mm代入上式撥禾輪的最大直徑D=600mm
因偏心撥禾輪的撥齒較長(一般為200ram)，起到了加大撥禾輪直徑的作用。
因此在直徑選擇上，一般較計算值為小，故取撥禾輪直徑為605mm。
2.5往復(fù)式式切割器的設(shè)計
往復(fù)式切割器是聯(lián)合收割機(jī)使用最廣泛的切割部件，其切割圖是評價切割器工作性 能的重要工具，本章就往復(fù)式切割器的構(gòu)造、類型及其結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化以及傳統(tǒng)繪制切割 圖的方法— 描點法作以簡單介紹，并分析影響往復(fù)式切割器工作性能的主要因素。另外，推導(dǎo)切割器的縱向位移與橫向位移間的關(guān)系式，并指出利用傳統(tǒng)高等數(shù)學(xué)知識解決面積的計算問題時，會因解不出原函數(shù)而無法實現(xiàn)。
2.5.1往復(fù)式切割器的構(gòu)造
往復(fù)式切割器由往復(fù)運(yùn)動的割刀和固定不動的支承部分組成[6]（圖2）割刀由刀桿、動少J片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機(jī)構(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護(hù)刃器梁、護(hù)刃器、鉚合在護(hù)刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復(fù)運(yùn)動，其護(hù)刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運(yùn)動中將禾稈推向定刀片進(jìn)行剪切。 （1）動刀片:它是主要切割件,兩側(cè)為刀刃。刀刃的形狀有光刃和齒紋刃兩種。光刃切割較省力，割茬較整齊，但使用壽命較短，工作中需經(jīng)常磨刀。齒紋刃刀片則不需磨刀，雖切割阻力較大，但使用較方便。在谷物收割機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)上多采用齒紋刃。而牧草收割機(jī)由于牧草密、濕，切割阻力較大，多采用光刃刀片。刀刃的刃角i對切割阻力和使用壽命影響大，當(dāng)刃角i由增至度時，切割阻力增加15%。刃角太小時，刀刃磨損快，而且容易崩裂，工作不可靠。一般取刃角為。齒紋刃刀片的刃角i=。光刃刀片為使其磨刀后刃部高度不變，刀片前端頂寬b，一般b=14-16mm，齒紋刃刀片其b值較小些。刀片一般用工具鋼 (T8.T9)制成，刃部經(jīng)熱處理，熱處理寬度為10-15mm,淬火帶硬度為HRC50-60，非淬火區(qū)不得超過HRC35。刀片厚度為2-3mm。每厘米刀刃長度上有6-7個齒，刀刃厚度不超過0.15mm。
(2)定刀片:定刀片為支承件，一般為光刃，但當(dāng)動刀片采用光刃時，為防止莖稈向前滑出也可采用齒刃。國外部分機(jī)器護(hù)刃器上沒有定刀片，由鍛鋼護(hù)刃器支持面起支承切割的作用。
(3)護(hù)刃器:護(hù)刃器的作用是保持定刀片的正確位置、保護(hù)割刀、對禾稈進(jìn)行分束和利用護(hù)刃器上舌與定刀片構(gòu)成兩點支承的切割條件等。其前端呈流線形并少許向上或向下彎曲，后部有刀桿滑動的導(dǎo)槽。護(hù)刃器一般為可鍛鑄鐵或鍛鋼、鑄鋼等制成，可鑄成單齒一體，或雙齒一體或三齒一體。單齒一體損壞后易于更換，但安裝和調(diào)節(jié)較麻煩，現(xiàn)多采雙齒護(hù)刃器。
(4)壓刃器:為了防止割刀在運(yùn)動中向上抬起和保持動刀片與定刀片正確的剪切間隙(前端不超過0-0.5mm，后端不大于1一1.5mm)，在護(hù)刃器梁上每隔30-50厘米裝有壓刃器(在割草機(jī)上每間隔20-30厘米)。它為一沖壓鋼板或韌鐵件，能彎曲變形以調(diào)節(jié)它與割刀的間隙。
(5)摩擦片:部分切割器在壓刃器下方裝有摩擦片，用以支承割刀的后部使之具有垂直和水平方向的兩個支承面，以代替護(hù)刃器導(dǎo)槽對刀桿的支承作用。當(dāng)摩擦片磨損時，可增加熱片使摩擦片抬高或?qū)⑵湎蚯耙苿?。裝有摩擦片的切割器，其割刀間隙調(diào)節(jié)較方便。
（6）護(hù)刃器間距：護(hù)刃器起著保護(hù)刀片和引力莖稈的作用，往復(fù)式切割器切割莖稈分兩個過程，首先是被動力刀片推至護(hù)刃器間隔中間產(chǎn)生橫向彎曲；其次是隨機(jī)器前進(jìn)產(chǎn)生縱向彎曲，這都會使切割力增加，而莖稈切割最大彎曲取決于護(hù)刃器間隔，間隔以大于68.3mm為宜，故取72mm。
（7）動刀片間隔 動刀片間隔取決于刀片尺寸和切割速度。英雌優(yōu)化設(shè)計了刀片結(jié)構(gòu)尺寸。達(dá)到了增加切割速度以減少切割阻力的目的。
2.5.2割刀傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該機(jī)構(gòu)屬于曲柄搖桿一搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，ABC是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，DEF為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄均勻回轉(zhuǎn)時，割刀動刀片作往復(fù)運(yùn)動，完成切割任務(wù)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中已獲應(yīng)用[7～11]擺塊軸承座連接為球頭鉸鏈或球面軸承。
曲柄應(yīng)順時針轉(zhuǎn)動，正常工作轉(zhuǎn)速是500。該傳動機(jī)構(gòu)在搖桿擺動的兩極限位置的連線應(yīng)通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心，這樣的傳動布置能使割刀在往返行程的平均速度相等，對割刀傳動有利。搖桿擺動角度的大小，對割刀的加速度顯然有較大的影響，當(dāng)其他的參數(shù)一定時，搖桿擺角越大，割刀加速度越大，會引起割臺較大的振動，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)[12]
圖2-2：割刀的傳動結(jié)構(gòu)原理圖
2.6 往復(fù)式切割器的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化
為了便于組織專業(yè)化生產(chǎn)和零配件供應(yīng)，國家機(jī)械工業(yè)部1975年公布了切割器的國家標(biāo)準(zhǔn) (GB1209一1213-75)。切割器分為三種型式:
(1)Ⅰ型切割器：其，動刀片為光刃，刀片水平傾角為，護(hù)刃器為單齒，設(shè)有摩擦片。用于割草機(jī)。
（2）Ⅱ型切割器：其，動刀片為紋齒刃，護(hù)刃器為雙齒，設(shè)有摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。
(3)Ⅲ型切割器：其，動刀片為齒紋刃，護(hù)刃器為雙齒，無摩擦片。
用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。所以苜蓿壓扁收獲機(jī)，選用Ⅰ型切割器。
以上各種尺寸類型切割器A. Ⅰ型切割器 B.Ⅱ型切割器C.Ⅲ型切割器
所以選擇Ⅰ型切割器，對苜蓿進(jìn)行收獲。
2.5.3影響往復(fù)式切割器工作的因素
割刀進(jìn)距會影響切割圖中重割區(qū)及漏割區(qū)的面積，當(dāng)進(jìn)距增大時，切割圖變長，漏割區(qū)增加，而重割區(qū)減少;反之，則相反。此外，動刀片的刃部高度也影響到切割圖的形狀。刃部高度增大時，漏割區(qū)減小，而重割區(qū)增加;反之，則相反。由于現(xiàn)在使用于聯(lián)合收割機(jī)上的切割器都己標(biāo)準(zhǔn)化，所以本文主要討論割刀進(jìn)距 (即機(jī)器前進(jìn)速度和割刀曲柄轉(zhuǎn)速)對往復(fù)式切割器的工作性能影響。
切割速度 往復(fù)式七個七的工作質(zhì)量跟切割速度與機(jī)組前進(jìn)速度的速比有密切關(guān)系。往復(fù)切割速度是指平均速度，平均速度越高，切割性能越好。但過高的切割速度是不可取的，因為會使整個機(jī)組產(chǎn)生較大的振動，不但增加了機(jī)組功率的消耗，而且會加速零件的磨損與破壞。經(jīng)過理論計算和試驗，速比在0.8到2.2范圍內(nèi)時，工作質(zhì)量比較理想，因此確定切割速度為2m/s。
割刀的動力學(xué)問題
割刀切割陰力F1主要包括下列3個力：禾桿的平均切割阻力；割刀的慣性力；由于割刀及其附件重量所產(chǎn)生的磨擦力；設(shè)割刀動刀片及其附件每米質(zhì)量為，割刀動刀片長度為L，則割刀運(yùn)動部件的總質(zhì)量為qL[13]。
檸條聯(lián)合收割機(jī)的三角擺塊的3個頂點分別與割刀梁、軸承座、推桿相鉸接，三角擺塊繞軸承座擺動，CDE3點可以近似看做平面運(yùn)動，其受力圖如圖8所示。E點y方向的平動運(yùn)動規(guī)律可以近似看做為割刀動刀片與C點的運(yùn)動規(guī)律，由前面的推導(dǎo)可知：
；； （1）
（2）
時，表示曲柄銷在左止點位置，割刀切割速度為零，加速度為達(dá)最大值；隨著時間的增加，角逐漸增大，割刀相對位移也越來越大，割刀速度按其位移的二次方增加，而割刀加速度按其位移的直線規(guī)律減?。划?dāng)時，割刀相對速度達(dá)最大，而此時加速度為零。當(dāng)角繼續(xù)增大時，加速度繼續(xù)按其位移的直線規(guī)律增大，而速度按其位移逐漸減小為零[14]。
由達(dá)朗伯原理知： ； （23）
于是可得到割刀往復(fù)慣性力F隨著割刀相對位移的變化規(guī)律，如圖8所示．該力F是引起割臺振動的主要原因之一．在三角擺塊軸承座上，割刀梁對面加一平衡配重(質(zhì)量為m )，來平衡這個力。
2.5.4切割器的參數(shù)分析與選取
切割速度Vc與進(jìn)給速度Vm，它們之間的關(guān)系用臨界切割速度比來描述，由運(yùn)動關(guān)系可知道，要想運(yùn)動的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運(yùn)動軌跡重合此時的切割速度Vcp與進(jìn)給速度Vap的比值臨界切割速度比
而
式中：m--刃間節(jié)數(shù)，取偶數(shù)
T--鏈節(jié)距
H--動刀有效切割高度
--滑切角，大約30°
這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設(shè)計的要求
圖2-3：割刀示意圖
2.6壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計
苜蓿植株高30～90公分，主根長，分枝多，葉子小，莖干粗，葉子易風(fēng)干，從而掉落，所以收獲后我們要解決易風(fēng)干的問題，所以機(jī)器部分加入壓扁系統(tǒng)，使收割下來的苜蓿使其莖干部分壓扁，使汁液暴漏出來，加快水分蒸發(fā)。
2.6.1壓扁機(jī)構(gòu)的確定
壓扁機(jī)構(gòu)應(yīng)該安裝在收割臺的下方，其組成部分為兩個水平，相對轉(zhuǎn)動的人字橡膠輥組成，上壓草輥安裝在擺動梁上，擺動量一段用鉸鏈固定，一段用彈簧拉緊，下壓輥用可調(diào)節(jié)滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊在導(dǎo)軌內(nèi)上下滑動根據(jù)進(jìn)草量自動調(diào)節(jié)間隙，兩輥之間的距離間隙約為2mm。
3.傳動系統(tǒng)的設(shè)計與分析
傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及主軸轉(zhuǎn)速的分析
3.1傳動系統(tǒng)的工作原理
圖3-1：傳動工作原理圖
在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設(shè)計緊湊消耗少，以及達(dá)到平衡等。 動力由拖拉機(jī)輸出。由撥禾輪4將苜蓿撥到，通過往復(fù)式割刀一進(jìn)行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉(zhuǎn)動，，擠壓牧草，最后鋪放成條。
3.2切割器的轉(zhuǎn)速確定
苜蓿植株較矮，莖干水分較多，所以收割時要求低割且需要的載荷較大，所以收割機(jī)要求割刀轉(zhuǎn)速快，割茬低，一邊切割速度要到到7~20m/s，切割器轉(zhuǎn)速n=580r/min.
3.3傳動比的確定
收割機(jī)正賽工作狀態(tài)下，要完成撥禾、切割、壓扁和鋪放成條這一系列的工作，為了滿足割草壓扁機(jī)的工作要求，撥禾速度、切割速度和壓扁速度，則要求合理的傳動比。
3.3.1切割系統(tǒng)的傳動比的確定
20馬力拖拉機(jī)柴油機(jī)輸出皮帶輪的轉(zhuǎn)速=2200r/min，功率是15kw，帶動割草壓扁機(jī)上的皮帶輪傳動，傳動比為：=1.1
其中--割草壓扁機(jī)上皮帶輪的直徑
--柴油機(jī)輸出皮帶輪的直徑
動力通過轉(zhuǎn)速箱后，傳遞給切割器的主動軸，到達(dá)減速箱轉(zhuǎn)速n=570r/min
所以傳動比i為：
i====3.5
由此可以得出：
=
取=21，=42，=16，=28.可得中間齒軸上的轉(zhuǎn)速=1000r/min切割器主軸轉(zhuǎn)速n=570r/min達(dá)到要求。
由于軸的選材為Q235號鋼，所以查表13-2可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，，。經(jīng)校核設(shè)計的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。
3.3.2壓扁系統(tǒng)傳動比的確定
為了解決牧草的壓扁的干燥，從而設(shè)計壓扁輸送機(jī)構(gòu)。切割器的切割速度較高，避免切割牧草的堆積，所以壓扁速度應(yīng)該較高些。壓扁輥主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是機(jī)器前進(jìn)速度的三倍以上，
式中：--上壓輥齒輪輪齒數(shù)
--輸入軸齒輪的齒數(shù)
由上式可以得出下壓輥齒輪齒數(shù)=31
3.3.3撥禾輪傳動比的確定
苜蓿被撥入割臺后，則需要及時的到達(dá)壓扁輥，一般撥禾的轉(zhuǎn)速不超過150r/min鏈輪的傳動比不能大于7
由此可以得出撥禾帶的轉(zhuǎn)速=142.8r/min
功率和傳動效率的確定
苜蓿壓扁收獲機(jī)的功率包括切割器的切割功率，撥禾功率，壓扁系統(tǒng)的壓扁功率。
切割系統(tǒng)的功率消耗
使刀片能最大限度的切割，取割副大約1.6m。所以鏈輪的圓周長為：
F=BPd+F1L
所以F=644N，切割需要的功率為
=Fv=6447=4508w
動力由皮帶過帶輪傳遞給切割系統(tǒng)，取皮帶的傳動效率=0.95，直齒的傳動效率=0.96二級帶輪傳動效率為，帶輪輪的傳動效率=10.97
可得總效率為==0.876
所以切割系統(tǒng)的功率P1==5146w
3.3.4壓扁系統(tǒng)功耗及傳動效率
人字輥壓扁均勻。壓輥的壓力據(jù)經(jīng)驗為0.39N/mm。
所以功率：
P=fLv=0.3912008.12=3800w
式中：L--壓輥1200mm
f--壓輥壓力0.39N/mm
v--上下壓輥接觸點8.12m/s
由于壓扁系統(tǒng)是由減速箱輸入軸上的帶輪帶動的，所以壓扁系統(tǒng)傳動效率為：
==0.922
所以，壓扁系統(tǒng)的功率為
3.3.5撥禾系統(tǒng)功率及傳動效率
撥禾功率
P3'=PBv
式中：P--撥禾輪的單位寬度切向力 經(jīng)驗為40N/m
B--撥禾輪的寬度 約為1.55m
V--撥禾輪的圓周速度為 4.5m/m
所以可以得出P3'=283w
薄荷系統(tǒng)是由減速箱輸出軸上的鏈輪帶動，總傳遞效率取皮帶傳動效率=0.95，直齒圓柱齒輪的傳動效率=0.96，鏈輪的傳動效率=0.97，所以傳遞給撥禾輪的總效率
所以=0.824
而撥禾系統(tǒng)的功率為
3.4 傳動皮帶輪的設(shè)計計算
3.4.1主動軸傳出的皮帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速2100r/min,。
（1）V帶型號的選擇：V帶星號應(yīng)根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速來選取，。計算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運(yùn)轉(zhuǎn)時間的長短等因素來確定的。
（1）
式中：——計算功率，；
——傳遞的額定功率，；
——工作情況系數(shù)。
其中：=，=1.3，則計算出=。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取為B型140mm，則根據(jù)傳動比算出=160mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
（2）
則最小=210mm。
確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長：
（3）
得出=891.48。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=900mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計算：
（4）
計算得最小中心距=214mm
（4）驗算主動輪上的包角：
（5）
計算得=，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)
（6）
式中：——包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)；
——長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)；
——單根V帶所能傳遞的功率，；
——單根V帶時的功率增量，。
計算得=2根。
3.4.2減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速558.5r/min，傳動比2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為233r/min。
（1）=2，根據(jù)公式（1）可得 =2.6。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型112mm，則根據(jù)傳動比算出=280mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
據(jù)式（2）計算可得=275mm。
確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長：
根據(jù)式（3）得=1191mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距=305mm。
（4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（5）得：，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6）計算得：=根。
動軸到撥禾鏈輪的帶輪組
小帶輪轉(zhuǎn)速533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為192r/min，則傳動比為2.5。
（1）=1.6，根據(jù)公式（1）可得 =2.08。
（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型100mm，則根據(jù)傳動比算出=278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑，選擇=280mm。
（3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距。
根據(jù)式（2）計算可得=266mm。
確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長：
根據(jù)式（3）得=1159mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（4）得最小中心距=312mm。
（4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（5）得：，符合要求。
（5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6）計算得：=2根。
4.軸的校核計算
苜蓿壓扁收獲機(jī)的傳動系統(tǒng)中共有三個軸，分別：動力出入軸，中間軸，動力輸出軸。
4.1軸的設(shè)計
該軸的一端與皮帶輪相聯(lián)，中間與鏈輪相連，另一端與齒輪zt相聯(lián)，輸入功率為切割所用功率、撥禾所需功率和壓扁所需功率之和為9，61 kW，如果軸的材料選為454調(diào)質(zhì)鋼時，A．，=118，[1]。=30MPa，軸的轉(zhuǎn)速n=2000r／min，
可由公
所以皮帶輪和軸連接的直徑d1=20mm
由于軸上開有鍵槽，故應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱，當(dāng)d≤lOOmm時，～般有一個鍵槽時，軸徑增大5％～7％左右，有兩個鍵槽時應(yīng)增大10％～15％左右，然后圓整至標(biāo)準(zhǔn)直徑。
所以：d≥d。(1十10％)=21．90ram，圓整成25ram，則dI=25ram。
由于與皮帶輪相聯(lián)的軸較長所開的鍵槽也長，其強(qiáng)度削弱的較多，所以此處的軸徑可取30ram，與該軸相配的軸承可選205型軸承。與減速器箱體的軸承相配的軸承可取204軸承。
該軸的示意圖見圖：
圖4-1：動力傳動軸
由于收割機(jī)的工作季節(jié)性很強(qiáng)，一年最多一個月，故不需要對該軸進(jìn)行精確校核疲勞強(qiáng)度(以下同理均不進(jìn)行精確校核疲勞強(qiáng)度)。
2中間軸的設(shè)計及強(qiáng)度校核
(1)軸的設(shè)計
中間軸L的功率包括切割功率和撥禾功率，故為5.493kW，材料為40Ct調(diào)質(zhì)，
[T]=40MPa，=107，轉(zhuǎn)速n。=1000r／min。
通過與連軸器相連的軸徑，確定最小直徑
計算與兩齒輪z。、z；相聯(lián)的軸徑，確定最小直徑
=18mm
由于兩端齒輪軸上都開有鍵槽，故軸徑增大10％左右。則有軸徑為20mm
(3)軸的強(qiáng)度校核計算
a．軸的受力圖見圖4-2。
圖4-2中間軸受力圖
圖4-2受力圖
由受力圖確定出作用在軸上的支反力。
由于有：L．=15mm L2=1060N
校核中間軸的強(qiáng)度(按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核)
危險剖面在大圓柱齒輪Z。的支承和小錐齒輪的支承處，
故對該軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計算(按第三強(qiáng)度理論校核)。
軸的一端與皮帶輪相連，中間與鏈輪連接，另一端與齒輪Z2相連，輸入功率是切割所要的功率、撥禾輪和壓扁所要的功率和為9.61kw，軸的材料選取45°調(diào)質(zhì)剛，A0=118，轉(zhuǎn)速n=2200r/min。由此可以得出皮帶輪和齒輪Z2與軸的直徑d1=20mm。
軸上有鍵槽，所以要考慮鍵槽對軸的前度的消弱，有經(jīng)驗可以得出皮帶輪與相連的軸上的鍵槽較長，所以軸徑可取30mm，與該軸相配的軸承可選205型軸承，減速器箱體的軸承相配的204軸承軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求以外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。
4.2軸承的選擇
滾動軸承的組成：
滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導(dǎo)滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用。
滾動軸承的作用：
滾動軸承使用維護(hù)方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承比較，滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。
滾動軸承座，它包括軸承座底座、軸承座上蓋、第一螺柱組件、軸承座端蓋、密封裝置、密封壓蓋，軸承座底座與軸承座上蓋的左右兩端分別由第一螺柱組件固定連接，軸承座底座與軸承座上蓋內(nèi)為軸承孔，軸承座端蓋中部為旋轉(zhuǎn)軸孔，軸承座底座、軸承座上蓋的前后兩側(cè)分別由螺栓與軸承座端蓋固定連接，軸承座端蓋外側(cè)設(shè)有密封腔，密封裝置位于密封腔內(nèi)，密封裝置外設(shè)有密封壓蓋，密封壓蓋由螺栓與軸承座端蓋固定連接；其特征在于：軸承座底座、軸承座上蓋上一共設(shè)有三個潤滑孔，三個潤滑孔與軸承孔相通，三個潤滑孔成１２０°布置。本實用新型具有潤滑效果好、安裝方便、可靠性好的特點。
軸的兩端都裝有滾動軸承座，軸徑為35mm,采用基孔制選軸承，先選出滾動軸承座型號為：N207。由于軸的轉(zhuǎn)速為1440r/min,工作時間在10h內(nèi)。則選擇圓柱滾子軸承。型號為：6007。
結(jié)論
飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，越來越引起國家和地方的重視，但飼草量不足，質(zhì)量不高，主要原因是牧草收割機(jī)數(shù)量少，種類缺，價格比較高，收割費(fèi)用遲遲降不下來，手工作業(yè)占很大比重，這制約了我國牧草業(yè)的發(fā)展。我國割草壓扁機(jī)大多模仿外國產(chǎn)品丌發(fā)研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機(jī)不配套；或者從國外直接進(jìn)El外國產(chǎn)品，有些功能開發(fā)不出來，浪費(fèi)了能源，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型牧草收獲機(jī)械，基于這一點，在現(xiàn)有機(jī)具的基礎(chǔ)上，通過對中外文獻(xiàn)資料的查閱和收集和對部分國內(nèi)外牧草收獲機(jī)械的調(diào)研，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法設(shè)計了與中型拖拉機(jī)配套使用前置割草壓扁機(jī)，
得出以下結(jié)論：
(1)設(shè)計前置割草壓扁機(jī)該機(jī)與20馬力拖拉機(jī)配套使用，幅寬1．66米，整機(jī)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割、壓扁鋪
條等復(fù)式作業(yè)。集合了割草機(jī)，壓扁機(jī)和摟草機(jī)的功能，簡化了機(jī)器結(jié)構(gòu)，大大
減少相應(yīng)的作業(yè)費(fèi)用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地?zé)o任何負(fù)
作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。
(2)采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少了牧
草損失：
(3)采用人字型橡膠壓扁輥，上下壓輥中心線與垂直方向夾角25，既可將牧
草壓扁，又具有將牧草鉗入的功能。
(4)壓扁后的苜蓿出壓扁輥，由束草裝置平鋪。
致謝
大學(xué)四年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在指導(dǎo)老師李宜峰的細(xì)心指導(dǎo)下完成了我的畢業(yè)設(shè)計。李老師在設(shè)計的整體方案和設(shè)計重點等各個方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。同時也要感謝學(xué)科組每一位老師們給予了精心培養(yǎng)和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會，而且在生活方面還給予我極大的關(guān)懷，在此表示衷心的感謝！
感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。四年珍貴的學(xué)習(xí)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(zhì)得到了極大的鍛煉。在此我謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師以及在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意。
最后，向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示感謝!
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