蔬菜大棚旋耕机设计大学论文.doc
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1、青岛农业大学 本科生毕业论文(设计)题 目: 小型旋耕机的总体设计 姓 名: 刘尚尚 学 院: 高职学院 专 业: 机械设计制造及自动化 班 级: 2006级1班 学 号: 0618010109 指导教师: 王新 完成时间: 2010年5月14日 2010 年5月 14 日IV小型旋耕机的总体设计摘 要本文在广泛搜集资料的基础上,对国内外旋耕机的研究现状进行分析和对比,论证了重要机械小型旋耕机的设计方案,重点进行了发动机的选择,变速器的设计,部分零件的设计以及对旋耕刀轴的设计等。该机设计耕深可达到20cm,由发动机输出动力经变速箱传递给刀辊,变速箱有三个挡位可供选择,刀辊驱动装置下方安装有v型
2、犁铲。其主要特点:尺寸小、操作便捷、功率大、耕深易调节等。同时,本机可以实现一机多用的功能,能够解决以往小型旋耕机功率小、结构复杂、操作麻烦、耕深浅等问题。关键词:旋耕机;耕深;功率 Mini-Cultivator Used for Vegetable GreenhouseAbstractThe mini-cultivator used for the vegetable greenhouse is put forward higher requirement with developing quickly of the planting industry of vegetable green
3、house in China. In this paper, the cultivator, one of the important small agricultural machines, is designed based on comparing and researching the developing situation of cultivator at home and abroad. The design includes the choice of motor, the choice of transmission, the design of some parts and
4、 the design of the cultivator knife-axis etc.The plowing depth of the cultivator can be controlled to 20 cm, and the outgoing power is from engineering to the gearbox, after that be transferred to the knife roll, and there are 3 gear switches on the cultivator. Its main characteristics are small siz
5、e, easy operation, enough power, controllable depth and can success the multi-function. The cultivator designed in the paper can overcome the problems of small-power , complex structure, trouble operation, low plowing depth etc.Key words: vegetable greenhouse; cultivator; plowing depth; power目 录摘 要I
6、AbstractII第一章 绪 论11.1该课题研究的目的和意义11.2 国内外棚室旋耕机的现状21.2.1 国外温室耕耘机械的发展现状21.2.2 国内温室耕耘机械的发展现状21.3 国内外温室耕耘机械存在的问题3第二章 总体方案设计42.1 拟定研究方案42.2提出确定研究方案43.1 切削速度的确定73.2 旋耕工作部件的受力分析及计算93.3 机组所需功率的计算10第四章 传动机构的设计114.1 发动机的确定114.2. 皮带轮及皮带的选择114.3 变速箱的设计12第五章 主要零部件的设计145.1 齿轮轴的设计与计算145.2 从动轴轴的设计与计算165.3 链轮的设计及链的选定
7、175.4 旋耕刀的设计18第六章 结论与建议236.1 总结236.2建议23参考文献24致 谢26青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第一章 绪 论1.1该课题研究的目的和意义蔬菜是人们日常生活不可缺少的主要食物,而且随着我国城镇人口的不断增加及人民生活水平的日益提高,人们对蔬菜的要求在数量上和质上均发生了很大的变化。人们要求在保证蔬菜供应的基础上,做到全年均衡供应2。因此,棚室设施栽培已成为蔬菜生产中必不可少的重要手段。由于棚室栽培经济效益显著,因而,此项技术还广泛地应用于经济作物、花卉、菌类栽培及养殖业等方面,是我国近几年重点推广的农业先进技术之一,但棚室生产存在许多让人望而生畏的困难
8、。为解决温室大棚生产耕作困难、劳动强度大、效率低、成本高的问题,我们了这种结构简单、机型小巧、操纵灵活、价格低廉、性能可靠的适合于蔬菜棚室内的低矮环境的小型旋耕机。本文采用理论分析与试验温室大棚内部耕整地劳动强度大,混拌肥料、覆盖残株的作用,是日光温室生产中节省劳力、降低成本、发家致富的绿色环保型农机具也可用于露天菜地及果园的旋耕作业。该机集旋耕、驱动于一体,碎土性能好,生产效率高,并配有动力输出轴, 可带动水泵等农机具,体积小,重量轻,造型美观,操作方便主要依靠人工挖掘翻地,生产率低。旋耕机是一种由动力驱动的土壤耕作机具,其切土、碎土能力强,一次作业能达到犁耙的几次效果,耕后地表平整,松软能
9、满足精耕细作要求,且能抢农时、节省劳力。旋耕机将人工作业的松土、刨茬、捞茬、运茬等工序一次完成,可提高工效倍。据统计菜田如果实现机械化,一台机器顶16个劳动力,使用一台机器节约十六个劳动力,一年一个劳动力需要8000到15000元,每人按8000元算,将节约120000元。菜地机械化后一亩地全年由3茬变成4茬,如果一年增加一茬可增加1.2万元3。可见机械化可以解放劳动力同时提高农民收入,减轻劳动强度,提高作业质量。因此,高性能、低功耗、多功能适应我国国情的旋耕机具有广阔的发展前景。1.2 国内外棚室旋耕机的现状1.2.1 国外温室耕耘机械的发展现状国外设施农业耕作机械已非常成熟,作业性能稳定,
10、功能齐全,小巧轻便。日本、意大利、荷兰、以色列等国家的产品广泛用于旋耕、犁耕、开沟、作畦、起垄、中耕、培土、铺膜、打孔、播种、灌溉和施肥等作业项目。荷兰、以色列、日本、美国等国家对温室用作业机具进行了系统的开发、研究、推广和应用,许多作业项目如耕整地、播种、间苗、中耕和除草都已实现了机械化。 美国专门生产小型拖拉机的吉尔森公司生产的自走式旋耕机4,主要特点是旋耕刀片取代行走轮,刀盘直径为 35.5cm,耕幅为 30.466cm,传动形式为链传动和蜗轮蜗杆传动两种型式。功率为 3.68kW 左右,适于菜园、温室等地作业。不旋耕时可换上行走轮并配带其他农具:翻转犁、除草铲、中耕铲、齿耙等。意大利
11、MB 公司生产一种单轮驱动轴旋耕机,动力为 3.3kW 汽油机,单机重量为 40kg,适于菜园、花圃中耕作业,一次完成旋耕培土两项作业。该公司还生产 5.897.36kW 多用自走底盘,由驱动轴配带旋耕机完成田间旋耕作业,换上轮胎后又可完成犁耕、运输、喷雾等作业5。日本和韩国,蔬菜育苗、种植、田间管理、收获、产品处理与加工等工序都己实现机械化。机具的突出特点是小而精,耐用,使用起来轻松自如。例如,日本生产的适于温室作业的带驱动轮行走式旋耕机,韩国生产的万能管理机,一台主机配带 40 多种农机具或工作部件,可用于农田、果园和温室大棚等作业6。1.2.2 国内温室耕耘机械的发展现状近几年,针对温室
12、大棚等特殊作业环境,我国也相继出现了适于保护地作业的小型机具。由大专院校、科研院所和工厂相结合研制的小型自走式旋耕机、微型多功能田园管理机等都可用于棚室耕整地作业8。 由沈阳农业大学的科研人员研制成功的一种适于温室作业的绿色环保型农机具,IGD900 型旋耕机7,有 380V 、220V 两种动力机型可供选择。装有行走轮,推动方便,转向灵活,操作搬运一人便可完成,工作参数为耕幅 900mm、耕深(可调)150mm250mm、刀片数量 18个。耕作速度快、不排放有害气体、噪声低,是日光温室生产中节省劳动力、降低成本的绿色环保型农机具。DN- 4 型禾丰牌多功能田园管理机,体积小、重量轻、功能多、
13、结构紧凑、操作方便。在狭窄地段、山区梯田、茶园果林、大棚暖房内均可作业。利用摩擦片压盘式离合器,分离灵敏,安全可靠。机器可正向或反向作业,机配置2.94kW(4马力)机型,特加倒退档和无快速互锁装置,即机器换倒退档时,快速档自动脱开。采用旋耕刀具、耗用功率小,碎土效果好。1.3 国内外温室耕耘机械存在的问题虽然国外温室农业机械作业功能比较齐全,可靠性高,但是进口机型价格高,一般要在 5000 元以上,而且维修服务不方便9。我国现有产品的机型不多,应用不普遍,多为借用现有的露地用小型耕作机械。近几年,针对温室、大棚等特殊耕作环境,国内研制生产了一些小型耕作机械,但是产品大多存在以下问题:外型尺寸
14、及重量大,操作不灵便。特别是从露地直接转移到大棚内的机械,在设施内转向和转移都十分困难,而且边角地带无法工作,漏耕严重。生产率低,适应性较差,当土壤含水率较高(超过 20%以上)时,其碎土性能变差,能耗增加。作业性能、可靠性、耐久性等方面还存在一些不足。第二章 总体方案设计2.1 拟定研究方案为了减轻蔬菜大棚的劳动强度,各科研单位和高校,已经开始研究一些用于蔬菜大棚种植的机械,如喷灌设备、前轮驱动式旋耕机及其它的耕作机械等10。为了减轻劳动强度,各科研单位和高校,已经开始研究一些用于蔬菜大棚种植的机械,如喷灌设备、微型白走式旋耕机及其它的耕作机械等。国外产品价格高、配件少、个别机型工作可靠性差
15、,所有机型其耕作深度都只有10cm左右、发动机功率偏小。而蔬菜大棚对不同作物的种植有不同的耕深要求,最深的耕深要求在20cm左右,为此本课题设计一种适合我国国情的,价格低、工作可靠、操作方便、耕深可以达到20cm左右、且耕深可以调节的小型深耕旋耕机组。2.2提出确定研究方案本课题根据现有机型的基础上提出以下几种设计方案:方案一:1-中央减速箱;2-安全接盘;3-联轴器;4-边齿轮减速器;5-弯刀;6-旋耕刀轴图2-2 方案二图工作原理:旋耕机主要由机架、传动系统、旋耕机工作部件、罩盖等部分组成。旋耕机通过机架与手扶拖拉机连接在一起,利用高速旋转的刀片作为工作部件,对土壤进行耕作。拨动副变速杆,
16、拖拉机的动力由后桥传递给中央减速器,然后再经传动轴由侧边减速齿轮箱传至旋耕刀轴。旋耕刀轴接受动力后,从后面向前看反时针转动,刀片由上向下切削土壤,并将土壤抛向后方,抛起的土壤碰到挡泥盖板后受到阻挡而降低速度,呈细碎状态掉落在地面,达到松碎土壤的目的。方案二:工作原理:发动机通过传动系统将动力传给驱动轮和和刀辊,来实现耕耘工作。旋耕机刀辊驱动装置下方装有v型犁铲,可以尽可能消除漏耕地块。耕深度可自由调节。旋耕机刀辊驱动链壳可绕机架上下摆动,将耕深定位手柄闭合,把操纵手柄上抬或下压,达到深度要求后放松定位手柄,将操纵手柄端平实现耕深调节。设有两个前进档,1 X2倒档和两个旋耕刀轴转速。只要将传动链
17、盒调换方向就可以实现旋耕刀轴转速改变。1-发动机;2-铁轮;3-胶轮;4-传动链盒;5-刀辊驱动装置;6-V型犁产;7-旋耕刀辊;8-尾轮;9-耕深定位手柄;10-操纵手柄;11-耕深定位杆;12-变速杆;13-离合器;14-变速器图2-1 方案一图方案三:工作原理:发动机通过传动系统带动旋耕刀辊旋转实现耕耘工作,本机设有三个档位即1档、2档、空挡,可以根据不同的耕作情况通过档位变换来完成工作任务。另外本机后面可以挂接其它农具,这样即实现限制耕深的目的,又可防止漏耕情况。该机构由发动机、机架、传动系统、旋耕部分、以及其它农机组成。图2-3 方案三图 通过比较三种方案:第三种方案最好,它优点在于
18、操作方便、结构紧凑、污染小,而且更大得实现了一机多用的功能,非常适合于蔬菜大棚耕耘工作。第三章 旋耕机工况参数的确定由于在大棚内作业受到空间等因素的限制,要求机组尺寸尽量小,现选定耕幅为:B=550mm;旋耕刀辊半径:R=220mm;最大耕深:H=200mm;生产效率:每小时1.5亩。这样可计算出旋耕机组的前进速度:V=1000666.673600B=051ms,选取 =052m/s3.1 切削速度的确定旋耕机刀刃的运动是复合运动,其中绕旋耕刀轴的速度V0=R是相对速度,前进速度Vm是牵连速度,刀刃端点A的运动轨迹可用余摆线参数方程确定。X=Vm+R (3-1) Y=R (3-2)绝对速度:
19、(3-3)根据文献,轻型和中型土壤的平均切削速度v约为3-4m/s,草原沼泽粘土平均切削速度v约为6-8 ms为宜的结论,针对山东地区蔬菜地土壤多为沙土,所以选定平均切削速度v为4-5 m/s左右。由于耕深H=200mm刀辊半径R=220mm刀刃端点沿余摆线从A 点切人土壤至A。点结束切削,如图3-1所示:切土壤时相应的转动角:=arcsin(1一HR)= 切人点A1的绝对速度大小: (3-4)结束点A2 的绝对速度大小: (3-5)图3-1旋耕刀的工作示意图绝对平均切削速度: (3-6)取V=4m/s时; 可得 V0=4.1m/s取n=180r/min时:则同理取V=5m/s时:解得取n=2
20、40r/min则旋耕机工况: 由公式 (3-7) 切土节距: (3-8)Z安装于同一侧的刀齿数:Z=2得 垫片的最大厚度3.2 旋耕工作部件的受力分析及计算为了保证旋耕机的稳定性及行驶直线性,减轻重量、简化结构,旋耕刀轴采用中间传动形式,考虑到刀弯曲部份的长度b=50mm及中间传动结构的宽度,旋耕工作部件的配置采用l0把左弯刀,l0把右弯刀。 再据文献11,旋耕刀轴所需要的平均扭矩与单把弯刀对单垡作用的不同侧面和剪切面积、切削、破碎和抛掷所需要的平均扭矩,刀刃宽度及耕深等因素有关,按工况:,S=86.6mm确定单把刀所需的平均扭 : 根据公式:得功率;。作用在工作部件上的力,主要为耕作时土壤对
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