毕业设计论文微型全喂入联合收割机设计.pdf

毕业设计论文题目：微型全喂入联合收割机设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名：日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 口导师签名：日期：年 月 日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错 别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所 有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程 字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 口良 中 口及格 口不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 口良 中 口及格 口不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 口良 中 口及格 口不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 口良 中 口及格 口不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 口良 中 口及格 口不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 口良 中 口及格 口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 口良 中 口及格 口不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 口良 中 口及格 口不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 口良 中 口及格 口不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 口及格 口不及格建议成绩：口优 口良 中 口及格 口不及格（在所选等级前的口内画“）指导教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 口良 中 口及格 口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优 口良 中 口及格 口不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 口良 中 口及格 口不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 口良 中 口及格 口不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 口良 中 口及格 口不及格建议成绩：口优 口良 中 口及格 口不及格（在所选等级前的口内画“）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日摘要教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况二、论文（设计）质量优 口良 中及格不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况优 口良 中及格不及格3、学生答辩过程中的精神状态优 口良 中及格不及格1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优 口良 中 口及格 口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）优 口良 中 口及格 口不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优 口良 中及格不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优 口良 中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优 口良 中及格不及格评定成绩：口优 口良 口中教研室主任（或答辩小组组长）年 月日及格*不及格（签名）教学系意见：系主任：（签名）年 月 日1摘要我国是一个以丘陵山地为主的陆地国家，随着人口的增多，工业的发展，农 业生产问题日益严重。本课题立足生产，着重应用，为解决实现丘陵山区农业机 械化而进行了一系列颇为有益的探索和研究。本课题主要对微型全喂入联合收割机进行了整体的设计和重要部分的理论计 算。其中，涉及到微型收割机割台、脱粒筒和机架部分的运动分析及设计。并采 用三维软件PROE对实体进行了建模，同时绘制了比较完善的工程图纸。对于其中 的发动机传动部位，进行了力学分析，并采用有限元理论应用ANSYS软件进行了 模拟仿真。经过实验，初步制作了可以应用于水稻收割的微型全喂入联合收割机。关键词：农机，微型收割机，全喂入，脱粒桶II摘要IIIABSTRACTAbst r a c tChina is a hil l y l a nd-ba sed c o unt r y.As t he po pul a t io n inc r ea ses a nd indust r ia l dev el o pment,t he pr o bl em o f a g r ic ul t ur a l pr o duc t io n is mo r e ser io us.Ba sed o n t he pr o duc t io n o f t his issue,f o c using o n a ppl ic a t io ns t o a ddr ess t he r ea l iza t io n o f a g r ic ul t ur a l mec ha niza t io n in hil l y a r ea s is quit e usef ul t o c o nduc t a ser ies o f ex pl o r a t io n a nd r esea r c h.In t his pa per,t he a l l f eeding mic r o-c o mbine wa s o v er a l l desig ned a nd t he impo r t a nt pa r t s wer e t heo r et ic a l c a l c ul a t ed.The mo t io n a na l ysis a nd desig n o f t he mic r o-c o mbined c ut t ing pl a t f o r m,t hr eshing c yl inder a nd t he r a c k pa r t a r e inc l uded.And t he ent it y wa s mo del ed by t he t hr ee-dimensio na l so f t wa r e na med PROE.Fo r t he ser v ic e o f pr o duc t io n,t he eng ineer ing dr a wing whic h wa s r el a t iv el y c o mpl et e wa s dr a wn.Fo r so me o f t he key pa r t s a nd f unc t io n pa r t s,a r ea so na bl e mec ha nic a l a na l ysis ha s been do ne by t he so f t wa r e o f ANSYS.Mea nwhil e,t he pr o bl ems in t he pr o duc t io n pr o c ess t ha t ma y o c c ur a r e a l so been inc l uded.Key wo r ds:a g r ic ul t ur a l ma c hine,mic r o-ha r v est er,a l l f eedingIV目录目录第1章引言.1L1选题背景.11.2 国内外研究现状及趋势.11.3 研究的目标和意义.21.4 课题研究的主要内容.2第2章微型收割机整体方案设计.42.1 设计任务概述.42.2 设计方案论证.42.2.1 方案1:半喂入式联合收割机.42.2.2 方案2:全喂入式联合收割机.52.2.3 方案3:带有下割刀的全喂入式联合收割机.5第3章 微型收割机割台设计.73.1 割台拨禾轮设计.73.1.1 拨禾轮的运动轨迹.93.1.2 拨禾轮工作过程的分析.103.L3拨 禾轮的设计（主要参数的确定）.133.1.3.1 拨禾轮的转速.133.1.3.2 拨禾轮的直径.133.1.4 拨禾轮消耗的功率计算.143.2 割刀机构设计.14321切割器的种类选择.143.2.2 切割器割刀行程.14323割刀的位移、速度和加速度.153.2.4 割刀设计的细节补充问题.163.3 割台拨禾针的设计.173.4 割台集禾滚筒筷子机构的设计.18第4章 微型收割机脱粒桶设计.204.1 谷物的脱粒特性与脱粒原理.214.2 轴流滚筒式脱粒装置.23V电子科技大学学士学位论文4.3 滚筒盖板的设计.264.4 喂入状况分析.274.5 凹板设计.294.6 滚筒设计.294.7 凹板间隙.304.8 滚筒的脱粒速度.31第5章收割机三维建模.355.1 Pr o/ENGINEER 简介.355.2 Pr o/E中零件的三维建模.365.3 装配约束.38第6章微型收割机关键部位分析.416.1 脱粒桶传力板强度校验.416.2 发动机皮带选型.43621带传动的设计（方案一）.43622同步带传动的设计（方案二）.47第7章总结和展望.497.1 本文总结.497.2 工作展望.49参考文献.50致谢.51附录.52附录一：微型收割机部分工程图纸.52外文资料原文.53外文资料译文.58VI第1章引言第1章引言1.1 选题背景20世纪七八十年代，大中型收割机已经纵横我国北方及中原大地，而南方丘 陵地区的农民只能望机兴叹，南方农业机械化水平仍处于低谷状态。从20世纪90 年代开始，国家逐渐开始实施农机购置补贴政策，但是由于南方农机化水平太低,适用机械缺乏，补贴资金绝大多数流向北方，南方地区受益很少，导致南北差距 越拉越大。以上现象的形成，除南方农村经济发展不平衡外，最直接和最主要的 因素是由于南方丘陵山区的地形地貌、耕作条件差异太大。南方多小田块、梯田，人均耕地面积少，田间交通条件差，不利于大型机械作业。随着经济条件的逐步 改善，早日实现农业生产机械化作业已经成为南方农民梦寐以求之事，水稻微型 收割机就是在这种渴望和梦想中出现的。迄今为止，已有多家企业投入到微型农 机的研制工作中来，微耕机，半喂入式收割机均已出现市场，并有普及之势。但 收割效率低，可靠性差，也同时成为掣肘微型农机发展的瓶颈问题。自70年代以 来，我国引进欧美大型联合收割机为主，80年代开始引进日本微型收割机，但 这些在真正意义上并不真正的适应我国的国情。天齐微型全喂入式收割机正式在 这种情况下投入研发。1.2 国内外研究现状及趋势目前，此项课题在亚洲有比较完善的研究和较为广泛的应用。主要以日本久 保田等一系列日本公司为主要代表。在中国，东南亚等农业机械化相对落后的国 家，此项工作都亟待开展和深入发展。由于地缘因素，欧洲、美国以大型农用机 械为主，故此课题在欧美地区几未开展。自80年代以来，我国引进日本微型农用 机械，现国内市场80%以上为日方占有，民族企业急需发展。另外，日本企业根据 日本国情所设计的农用机械，也并不完全适合我国的国情。在使用过程中出现的 问题，都给农民带来了不便。为此，我们急需发展基于中国国情和农业特色的微 型收割机，以减轻广大丘陵、山区农民的负担。市场方面看来，单从国内市场看，即使每个自然村购买23台，长江以南地 区的需求量也将超过30万台/年，其最大的市场应该在湖南、云南、四川、广西、1电子科技大学学士学位论文江西、广东。然后再逐步辐射周边省份。国际市场上，越南、缅甸和菲律宾等主 要农业大国及老挝、柬埔寨、朝鲜和泰国等周边国家均是微型收割机潜在的出口 大市场。只要微型收割机通过了耐久性和适应性试验，确保性能可靠，中国的微 型收割机完全可以填补这块国际市场的空白。1.3 研究的目标和意义微型收割机是顺应时代发展需要和市场需求的农机产品，其显著的特征是微 型化、所用功率小，但其工作性能却可满足收获作业的基本要求，而且作业效率 较高、操作简单、省油，不会破坏田间道路、投资回收期短。正因为如此，微型 收割机刚进入南方农机市场就深受农民的喜欢和欢迎。尽管产品还处于试产试销 阶段，其各项综合技术性能指标（如可靠性和故障率等）难免存在缺陷，但求机 若渴的农机专业户仍然不顾一切，很多厂家正在试验中的样机也被抢购一空，从 南方农村对微型收割机的热切心态可见，市场形势喜人。微型收割机受到市场如 此青睐，其市场需求量目前难以准确预测，但可以肯定市场容量非常大，潜在的 市场将更将巨大。尤其是南方山区农民在国家富农惠农政策的扶持下，已经逐步 脱贫致富，走上小康之路，迫切需要微型收割机等微型农机产品代替繁重的体力 劳动。调查取证：4.8%的农村家庭愿意使用微型收割机进行收割作业，88.7%的农 户觉得收割机作业远胜于人工作业，86.4%的农机专业户相信购买微型收割机比购 买手扶拖拉机更赚钱，92.1%的农机专业户表示希望购买一台性价比高的微型收割 机。本课题对微型收割机进了整体的分析，并研制了一款全新的微型联合收割机 样机。通过本课题的研究以期能够对解决困扰中国农民多年的问题有所助益。也 希望通过本课题的研究，能够给后来的研究者带来新的启迪，从而促进中国农业 的发展。1.4 课题研究的主要内容本课题旨在通过对微型联合收割机的系统研究，从而指导生产，设计出一款 适合于中国当代丘陵地区农村的微型联合收割机。在文章中，将系统介绍整个设 计过程，重点部位将进行必要的动力学分析和仿真。为服务于生产，在设计过程 2第1章引言中进行了三维模型的绘制和工程图纸的绘制。在力学分析方面，除了采用传统的 手工计算和实验方法外，还引入了软件分析仿真。真正做到了，科学设计，结合 实际。论文主要分为三个部分，首先对微型联合收割机的重点部分进行设计过程的 介绍，其次采用三维软件，对整个机器进行建模。最后部分为对机器的重点部位 进行力学和形变等综合分析。每部分的展开依据收割机的具体构成，按照割台，脱粒筒，机架进行。详细的介绍了设计过程，及设计过程中的一些重要经验。希 望对后来者能够有所助益。3电子科技大学学士学位论文第2章微型收割机整体方案设计2.1 设计任务概述微型全喂入式联合收割机在国内尚无比较完善的设计方案和广泛推广的较完 善产品。本课题的设计任务旨在通过一系列的研究摸索，设计出能够广泛应用于 丘陵、山区的微型联合收割机。根据南北通用的原则，设计中需要考虑南北方作 物不同（水稻和小麦），耕作条件不同（水田和旱田）等带来的影响。在满足使用 功能的前提下应当尽量降低能耗、缩减重量以适应广大农村要求的低能耗、低成 本、易拆装、易搬运的要求。此外，需要符合所有农用机械的一贯特征，即可靠 性高，零部件标准化，易维修。根据上文陈述，我们可以总结出此次设计的主要任务：1.实现联合收割功能，达到每小时最低收割0.5亩的收割效率2.实现可以水稻、小麦同时收割的设计目的3.实现可以同时在旱田、水田行走的设计功能4.实现易于操作、运输的要求，要求整机总量不超过150kg5.实现低能耗的设计任务，要求功率低于5.0kw6.实现多功能作业，除收割外，可以应用于小载重运输7.实现易拆装，可以拆成为几个部分，实现山地人工运输2.2 设计方案论证2.2.1 方案1:半喂入式联合收割机所谓半喂入式即割台在收割时只切除作物的穗头部分，然后将切割的穗头输 送至脱粒部分进行脱粒。作物秸秆被切割后码放在收割机两侧部位。其中的杰出 代表为日本久保田公司设计的微型半喂入式联合收割机。此种设计方案的优点是：1.设计方案成熟，尤其以日本久保田公司为代表，具有十分完善的设计方法。国内农机院约在上世纪90年代也开展了此种机型的研制工作。2.此种机型的收割效率较高，约1.2亩/小时，脱不净率低，机器整体性能优 越。此种设计方案的缺点是：1.整体的设计方案较为复杂，制造成本较高（约合4.2万元）4第2章 微型收割机整体方案选型2.由于市场出现较早，产品较为完善，故而市场压力大，与日方相比，处于 劣势。3.适用的地域范围受到限制，对于道路宽度小于2米的地域几乎无法通行，限制了去多条件较差的农村地域的使用。4.整机不可拆分，无法实现山地条件下的人工运输。5.无法实现在水田作业。收割水稻前需要水用放水。2.2.2方案2:全喂入式联合收割机所谓全喂入式联合收割机一般是指大型的联合收割机，在收割时连同秸秆部 分一同被切割后送入脱粒桶脱粒，秸秆被粉碎后送出。此种收割机一般情况下功 率较大，一般在30kw以上，割幅较大（2米以上），适用于大型农场和平原地区的 推广。其中欧美机型设计比较完善，国内产品如“东方红”系列等的设计和产品 也较为完善。通过简化功能，及复杂部位的简化设计，在适当牺牲收割效率的前 提下，可以达到缩小体积，降低功率的设计。此种设计的优点是：1.可以实现板块化设计，拆装方便，经简化设计后体积小，质量轻，约在140 公斤左右，必要时可实现人工扛机器上山。2.由于机型较小，设计成本降低，约在每台0.8万。3.可以实现旱田、水田同时作业。4.经过简化设计后的结构简单，易于操作和维修，机器耐用可靠。此种设计的缺点是：1.设计方案不成熟，属于摸着石头过河，投入研发的成本较高。机器的风险 不确定。3.从论证的角度看，收割的效率较低，估计在0.7亩/小时。4.由于没有可以借鉴的产品，故而产品的设计过程较为繁琐，设计工作量大。5.产品完善所需时间长。6.割幅较高时，造成用户不满；割幅较低时，可能造成脱粒桶工作负荷过重,产生堵塞等现象。2.2.3方案3:带有下割刀的全喂入式联合收割机由于方案2中产生了割幅和脱粒功率无法协调的因素，故而在方案3中设计 双割刀装置，可以同时设置上下两层割刀，从而解决割幅过高的问题。此方案属 5电子科技大学学士学位论文于方案2的后续优化设计。综上所述3种方案中，第一种方案投入大，市场竞争力大，发展空间较小，且不适合中国国情。第2种方案风险较大，产品不够成熟，但具有相当的市场潜 力并且适应当前中国国情。第3种方案可以作为第2种方案的改进型设计和后续 的产品型号。故而，本课题拟设计一种微型的全喂入联合收割机，其结构简图如 图2-1所示。1.支撑轮2.操作系统3.机架4.发动机5.脱粒桶架体6.筛网7.脱粒滚筒8.脱粒桶盖板9.拨禾轮10分禾器11.割刀12.剪刀机构13.集禾滚筒14.驱动轮15.升降器 图2-1微型水稻联合收割机示意图6第3章微型收割机割台设计第3章微型收割机割台设计全喂入微型水稻联合收割机包括三大部件，分别是：机架部分、脱粒桶部分、割台部分。割台部分将水稻作物剪切下来，理顺并传输给脱粒桶；脱粒桶部分对 作物进行脱离，将秸秆抛出，同时将谷粒输送到粮仓；机架，顾名思义即为整个 机器的承重部分。本章进行的是其中之一的割台部分的设计。割台部分位于微型水稻联合收割机的最前端，由拨禾轮、分禾器、割刀、剪 刀机构、集禾滚筒等部分组成。其主要负责将田地上的水稻等作物经过拨禾、切 割、集禾等工作步骤送到脱粒桶部分的入口处，进入下一步工序。图3-1微型收割机割台建模图3.1割台拨禾轮设计拨禾轮是装在收割机的收割台的前面，将作物拨向切割器，配合切割器切割、输送器输送的一个重要部件。生产实践表明，在谷物收割机上安装拨禾轮有利于 收割各种形态的谷物，减少割台的谷物损失。拨禾轮有普通压板式和偏心弹齿式两种。前者适用于收割直立和轻微倒伏的7电子科技大学学士学位论文谷物，后者除了能收割直立的谷物外，还适用于收割倒伏程度不太严重的谷物。图3-2拨禾轮示意图对拨禾轮的工作性能要求是：被拨禾轮引导扶持切割的谷物量要多，铺放要 整齐，损失要少（割台损失要控制在1%0.5%）。拨禾轮在工作中造成的损失主要 是：1.由于拨禾轮对倒伏谷物的引导不好而产生的漏割或切穗。2.拨禾轮在引导谷物时，由于打击、摩擦造成的落粒3.谷物在割台上铺放不好，以至于从台面上滑下去，或把掉穗抛出去因此，要使拨禾轮在引导谷物时，尽量减少对谷穗的打击，以免造成落粒。在扶持禾秸配合切割器切割以后，要继续稳定地向后推送，防止禾秸向前翻倒或 被压板向上挑起，以免造成掉穗。为分析拨禾轮和谷物的相互作用关系，必须对拨禾轮的工作过程进行分析。分析拨禾轮的工作过程，就是分析压板相对谷物做一定规律的运动过程，这个一 定规律的运动过程，可以通过压板行对谷物的运动轨迹来观察分析。8第3章微型收割机割台设计3.1.1 拨禾轮的运动轨迹压板行对谷物的运动轨迹，就是压板相对地面的轨迹。压板相对地面的运动 是复合运动。压板一面绕拨禾轮轴回转，一面随机器前进，其合成轨迹即为压板 相对地面的运动轨迹。要实现拨禾轮的作用，首先应把谷物向后拨送引向切割器,这就必须使压板绕拨禾轮轮轴向后回转的速度Vb大于机器前进的速度Vmo令 Vb/Vm=X（拨禾系数），则入1就是拨禾轮工作的必要条件。入值不同，压板运动 轨迹的形状也不同。入1时压板相对地面的运动轨迹为一条摆线，可用作图法求得。（在此假设拨 禾轮是匀速回转，图3-3中等分8份）要求压板每转一等份的时间内机器前进的 距离是S（认为机器也是等速前进的）。所以：式中n一拨禾轮的转速，转/分；m一圆周等分的分数由点1沿机器前进方向量一线段，其长度等于S,则线段之终点1即为A。点沿圆周转过一等份时的位置。而后从2、3、4m点也沿机器前进方向各引 9电子科技大学学士学位论文一线段，其长度相应为2S、3S、4smS,则这些线段的端点2、3、4 m 即为A。点沿圆周转过2、3、4m等份时的位置。把A。、1，、2 他连 接起来，即得A。点的运动轨迹。经分析可得拨禾轮上点的运动轨迹方程为：x二O1C)2+02 A c o s=Vmt+R c o s。(3_2)y=H+h-O2A sin。=H+h-R sin(/)对时间微分，即可得到其压板沿运动沿x和y方向的分量，即 dxVbx 二肃二Vm-GRsin。(3-3)Vb=-gR cos。dt代入Vm=0.8r n/sz c o=45r pm,R=300mm和特定点的巾即可得到特定点的速度。3.1.2 拨禾轮工作过程的分析1.压板插入谷物开始引导过程从图3-4上看出，AA，为摆线环扣上最大横弦，Ai点的速度垂直向下，Ai点 以后VbxO,速度有向后的分量，B点的速度水平向后，而AJ点的速度垂直向上,AJ点以后Vbx 0,速度有向前的分量，可见只有在环扣AA段内拨禾轮压板能起 引导作用。为减轻压板插入谷物时对穗头的打击，以减少落粒的损失，可以看出 在4点插入谷物为好。此时Vbx=O,同时在此次插入谷物压板的引导范围大。设在 餐点时压板的转角为01，则由公式1-2求得3Rsin小 产0(3-4)sin e i=Vm/c o R=1/入(3-5)在A点开始插入谷物，y.,尸L(L谷物的高度)，则由公式(3-1)得：L=H+h-Rsin i=H+h-R/入(3-6)这样，为了减少压板沉入谷物时的击穗损失，拨禾轮参数与谷物状态间就有(3-6)式这样的关系。10第3章微型收割机割台设计11电子科技大学学士学位论文2.引导、扶持切割过程当压板在&点插入谷物时，此时拨禾轮轴位于Oi点，切割器在其正下方G点 处，随着拨禾轮旋转和机器前进，压板即将K点以右的谷物向后引导，在压板由 起始位置A。转过PI/2角到B点时，压板、拨禾轮轴、切割器位于同一垂线上，这 时切割器便开始切割在压板扶持下长在F点处的禾秸。而后切割器把KF 一段内的 谷物在压板的扶持下全部切割完。机器继续工作，切割器切割长在MK一段内的谷 物，该段内的谷物由于处在两块压板引导扶持的作用范围之外，因此，是在自由 状态下切割的，即压板对这部分谷物起不到引导和扶持的作用。所以，每块压板每插入谷物中一次，向切割器引导并在其扶持下切割的谷物量，可以用线段KF=4x以一定的比例量表示。为压板的作用范围，等于余摆线环 扣最大弦宽的一半(指切割器在轮轴的正下方时)其数值为：Ax=Xj-x2XI=VmL+Rc o s01=Vm4+Rjl-外=vWrJ1CO CO A714_RV,n 0 2z.Ax=(sin-1+7/t2-1)2 2 2假设拨禾轮有Z块压板，则拨禾轮每转一周的作用范围为：S.=Z*Ax=(s in-+7/l2-l-)4 2 2(3-7)拨禾轮一转时间内机器前进的距离为：S0=Vn=2-(3-8)0 m 勺CO A 令一者之比为n：rj=(sin-1 +V/l2-1-)n即为拨禾轮的作用程度，表示受压板引导并在其扶持下切割的谷物占全部 切割谷物的百分数。由上述公式可以看出：要增大n必须增大z和入。增加压板 数z,会使结构复杂，而且对谷物的打击次数增多，因此增加落粒的损失。在机器 12第3章微型收割机割台设计速度一定的情况下，增大入，必然要增加拨禾轮的圆周速度，使压板对谷物的冲 击增强，造成较多的落粒损失。故而存在引导好和落粒损失增大的矛盾。现有机 器上理论计算的n 一般位于0.25-0.5之间。3.1.3 拨禾轮的设计（主要参数的确定）拨禾轮参数的确定，围绕工作过程分析所得的关系式和减少谷粒损失来进行 的。3.1.3.1 拨禾轮的转速器实践表明，拨禾轮的圆周速度不宜超过3米/秒。从前面的分析可知，为使 拨禾轮能向切割器引导作物，必须使Vi/Vi入1。为使在压板引导、扶持下切割的 谷物量多，入的值大一些好。但入值增大后，又使引导好和落粒损失的矛盾突出。为此入值的选择，应当使谷物落粒损失控制在允许范围内选大的人值。现有收割机上人一般取值为1.22.5.压板数多时，入值应取小。机器速度比 较低时，入值可取大些，以改善拨禾轮的工作性能；机器速度比较高时，入值要 取小些，以免压板圆周速度过大，超过允许值。当收割机前进速度因谷物的情况 与地形不同在较大范围内变化时，为使人保持在一适当的范围内，拨禾轮的速度 应能相应的改变，即拨禾轮的速度能相应调节。压板数越多，受压板引导扶持并切割的谷物越多，引导效果越好。但压板数 的增多会造成引导好和落粒损失大的矛盾。根据实验，压板数Z取3-6块，小型 机上取小值。由于本机为小型机，故只取3块压板，机器行进速度较慢（0.8米/秒），故而 本机的人值选定为1.8（较高,全喂入式收割机一般不超过2.03o）0根据公式为可确定拨禾轮的转速为4517min。戒3.1.3.2 拨禾轮的直径由过程分析可知，压板应在4点插入谷物，拨禾轮半径与其他参数的关系为 公式：R L=H+h 2又从铺放质量要求，拨禾轮半径与其他参数的关系为13电子科技大学学士学位论文2H=R+(L h)3拨禾轮半径应同时满足上述两方面的要求，联立上式，得：r=2(L-/z)(3-10)3 a-D选取拨禾轮直径的值常比计算值要小一些。从减轻重量、适应水田作业的方 面考虑，直径也往往适当选小一些。本机设计过程中谷物高度取L=o.7m切割高度设计为h=0.3m故由公式(3-10)可得拨禾轮半径为R=0.3m3.1.4 拨禾轮消耗的功率计算用单位工作幅的阻力来计算功率，即：N=PBVi/75(马力)式中P一拨禾轮每米工作幅的阻力，一般P=4kg/mB一拨禾轮工作幅，米经计算的本机拨禾轮消耗功率约为0.052马力。3.2 割刀机构设计顾名思义，割刀机构即为收割机切割秸秆的运动部分。其作用即为将秸秆顺 利切割。通常的设计方法是采用上下两片刀片，其中一刀片为固定刀片，另外一 刀片为驱动刀片。驱动端和固定端相夹，即可对秸秆进行切割动作。321切割器的种类选择切割器的种类有：割刀作往复运动的往复式切割器和割刀作回转运动的回转 式切割器。回转式切割器切割能力强，割后和禾秸便于集束成堆，惯性力易平衡。但受到圆盘刀直径的限制，工作幅度较窄，机器前进速度不快，因而影响生产效 率的提高，且结构也较为复杂。往复式运动的割刀，切割器工作质量好，构造简 单，特别是切割幅度较大，属于有支撑切割，不需要高的切割速度，使用可靠。在本机器中，采用技术更为成熟的往复式切割器。322切割器割刀行程14第3章微型收割机割台设计如图3-6所示为偏心曲柄滑块机构，偏心距为h,曲柄、连杆长分别为r和1 表示，由图3-6可以看出，当曲柄均匀回转时，割刀作往复运动。可以证明，当 连杆和曲柄成一直线时，连杆的下端到达左终止点A,当曲柄和连杆重合时，到达 右终止点B,AB即为割刀行程So从图3-6中可以得行程S的计算式S=AB=AD-BD=1+r)2-h2 1-r)2-h2化简得：(3-11)实际中h值很小，这样，可近似认为S=2r。s图3-6曲柄滑块运动323割刀的位移、速度和加速度偏心式曲柄滑块机构驱动割刀时的割刀位移与曲柄转角的关系，由图3-6可 得，以。拼为起始相位，则曲柄转过的小角时，割刀的位移x为：x=O,D-CD=(r+Vl2-h2)-(l c o sa+r c o s)(3-12)式中。连杆与割刀运动线间的夹角15电子科技大学学士学位论文整理后得到:x=r(15)+.-+21 1 21微分得割刀速度一/.hc o si/r sin2、V=6yr(sm+-+.-)x 1 21(3-13)(3-14)微分得割刀加速度2/hsin w r c o s2 w、ax=(w r(c o s-j+-j-)(3-15)忽略较小的h和r/1得到：x=r(1-c o s i/)V x=r sinax=(y2r c o s(3-16)由上式可见，割刀位移、速度和加速度都是三个简谐运动，并且只和曲柄的 角速度、曲柄半径、连杆长度、转动角度有关。代入3=173口）叫r=14.5mm,1=52.0mm和转动角度，即可得到任意点割刀的所 有运动参数。3.2.4割刀设计的细节补充问题一般收割机中采用上割刀运动，下割刀固定的切割方式。在本系统中，经过 实验认为：采用上割刀固定，下割刀运动的方式更容易对禾秆进行切割。另外，为了在切割时使禾秆保持最小范围的晃动，应当是上割刀（即定割刀）略长于下 割刀（动割刀），以起到分禾和扶禾的作用。如图3-7所示：图3-7割刀结构示意图16第3章微型收割机割台设计3.3 割台拨禾针的设计拨禾针机构有三个作用：1.拨禾针用于梳理纠缠的禾苗，将为拨入的禾苗进行预梳理；2.同时还起着引导拨禾横杆进入禾秆中间，减少落粒的作用；3.协助拨禾横杆压迫禾秆向割刀方向弯曲根据拨禾针以上三个作用，我们结合拨禾运动过程的分析，以得知拨禾针运 动应具有以下特色：1.拨禾针应该始终保持垂直向下，以便于进入禾秆中间和对禾秆进行压迫行 拨动；2.拨禾针两针之间应当保持适当的距离；首先设计能够使得拨禾针始终保持垂直向下的机构，我们从平行四边形的形 状中得到启示：平行四边形的两边始终保持平行，假使我们固定一边始终垂直向 下，则与之平行的一边必将也垂直向下。1.运动半径2.运动半径3.拨禾针4.固定边 图3-8拨禾针运动结构示意图杆2为主动旋转轴，当杆2旋转时，带动杆1旋转，关节点.为具有一个 转动自由度的较接点，故易得知杆3做始终与杆4平行的垂直向下的运动。当然，要将此机构运动实现，应该根据机器的结构进行具体的设计。以下图 3-9和图3-10便是我们根据机器的特征，进行的具体设计。根据运动分析我们可以 得杆件1的活动端点和杆件2的活动端点，均会绕着各自的固定端点做圆周运动。17电子科技大学学士学位论文故而将此结构设计为两个圆周运动最为简单。但考虑到节点1和2处必定会有垂 直纸面向里的固定杆件，实心的圆盘运动无法绕过这两个杆件。故而，我们采用 如下图所示的三个滚轮确定其中的一个圆周运动，从而避开垂直于圆周的固定杆 件。比较简单的实现了两个圆周互不干扰的圆周运动。另外，两个圆周运动还应 该考虑平面的层次问题。众所周知，两个实体的圆环运动不可能设计在一个平面 内，因此我们设计了 Z型连接轴，将两个圆周运动分割在两个平面，从而比较好 的实现了上述理论运动，相比于前人的机构也相对简单。图3-9拨禾针运动控制结构侧视图 图3-10拨禾针运动控制结构3.4割台集禾滚筒筷子机构的设计集禾滚筒负责将割刀切割下来的禾秆输送给脱粒筒部分。其最重要的参数即 为集禾滚筒的输送速度，即脱粒筒的喂入速度。另外在喂入口处设计喂入口拨禾 杆，可以将切割下来的禾秆较均匀的喂入脱粒筒。18第3章微型收割机割台设计为了实现在喂入U处对禾秆进行送入的装置，我们设计了喂入口拨杆机构。其作用是在集禾滚筒的带动下，实现周期性的向脱粒筒内拨入物料。为实现这一 功能，我们设计了在集禾滚筒带动下的随动偏心拨禾齿结构。其作用就是利用集 禾滚筒的转动动力带动拨杆（拨杆和横杆之间为套筒转动连接）绕短固定横杆转 动。由于拨杆的转动和集禾滚筒的转动为相对的偏心转动，故可实现拨杆相对于 集禾滚筒的周期性伸缩运动，从而实现周期性的向喂入口拨入禾秆的作用。参考 图 3-l l o图3-11喂入口拨禾杆“筷子”结构示意图19电子科技大学学士学位论文第4章 微型收割机脱粒桶设计脱粒筒部分是整个收割机设计的核心部分。集合滚筒将割刀切割下来的禾秆通 过味入口输送到脱粒筒内。麦粒或者稻米在脱粒筒内被脱粒，通过输送螺旋输送 到储粮仓或者口袋。脱粒后的禾秆部分，在脱粒筒内沿着螺旋线被输送到出草口，通过风叶的压迫被出草口的割刀切碎，实现顺利的粉碎出料。衡量脱粒装置工作质量的主要参数是作物的脱净率、谷粒的损伤率、谷粒通 过凹板的分离率，以及茎秆的破碎情况。功率消耗虽不是功能性的参数，但是它 涉及到对脱粒装置的评价，所以也应该予以重视。就联合收割机及脱粒机的脱粒 装置而言，脱净率才是最重要的工作参数，设计和使用调整脱粒装置时应该首先 给予考虑。谷粒的损伤大部分是脱粒装置产生的。谷粒的损伤可分为可见损伤和 内部损伤。内部损伤只能用发芽率实验或者专门的仪器确定，谷物损伤的意义决 定谷粒的用途。一般情况下联合收割机收割谷粒时，分离器损失占总损失的主要 部分。所以应该尽量增加脱粒装置凹板的分离率，以减少分离器的损失。茎秆的 严重破碎将使谷粒分离比较严重，并且大量破碎的短小茎秆通过凹板或者分离器 进入道粮室