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1、毕业设计（论文）刀片式秸秆粉碎还田机设计说明书1 引言农业可持续发展是当今世界农业发展的重大课题。随着农村经济的发展，国家政策的积极引导，农民科学意识的提高，秸秆粉碎还田机械已被国家乃至世界重视起来了。因为秸秆粉碎还田可以减少污染、改良土壤、增加地力，秸秆粉碎还田机的运用可以节省人力。1.1 秸秆粉碎机的国外现状1.1.1 秸秆粉碎机的国外应用现状国外玉米秸秆粉碎还田机的研究与生产技术已经成熟，目前美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家，玉米的秸秆粉碎已基本实现了全部机械化作业。由于其种植方式多为一年一季种植，收获时玉米茎秆的含水率很低，大多数国家玉米秸秆粉碎还田机通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间
2、隙进行玉米的秸秆粉碎还田。 乌克兰赫尔松康拜因联合收获机制造公司的KCKY-6型玉米秸秆粉碎还田机，可以进行摘穗果穗剥皮青贮联合作业，适合我国大部分地区的农艺要求。但由于机型庞大，对我国农村广区的田间道路情况适应性差。价格昂贵，另外，意大利OMARV公司也开发出了各种不同的秸秆粉碎还田的机具，其价格也非常昂贵与我国经济的发展水平不符。1.1.2 秸秆粉碎机的国应用现状从90年代开始，在引进国外技术和国外农业科研成果的基础上，全国的各大中专院校和各省的农机研究所，先后研究开发了机械化秸秆粉碎还田技术。型号多达60多种，申报的有关专利有60多项。但是，构造和工作原理大致相同。按照配套动力大小可分为
3、与小四轮拖拉机配套的小型秸秆还田机，还有与30马力、50马力、65马力配套使用的大中型秸秆还田机，其中与50马力拖拉机配套应用最为普遍。按照性能来分，旱地还田机有玉米秸秆还田机、反转旋耕灭茬机、根茬粉碎还田机。水田秸秆还田机械主要有水田埋草以及驱动圆盘犁、机耕船、水田犁等。玉米秸秆粉碎还田机有多种，按照生产厂家来看，主要有4JH系列、4F系列、4JQ系列、4Q系列、9Q2型等，产品己成系列，可与18.358.8千瓦拖拉机配套，是秸秆还田的主要机械。近几年这类秸秆粉碎还田机具质量有明显的提高，大多数机械运转平稳、性能可靠，粉碎效果好，生产效率高。玉米秸秆粉碎还田机的品种也有可很大发展，如附带破茬
4、功能的秸秆切碎灭茬机，增加了旋耕装置，在粉碎秸秆的同时，可将地表以下5厘米的根茬切碎，土壤旋松。还有与小四轮拖拉机配套的小型悬挂式双立轴多刀组结构的秸秆切碎还田机。根茬粉碎还田机，这类机具灭茬旋耕深度可达10厘米，可将根茬粉碎后直接均匀地混合于地表10厘米的耕层中，作业质量可达到播前除茬整地的要求。还有配套小麦联合收割机的秸秆根茬粉碎机，在安装割台的位置安装上秸秆根茬粉碎机，实现了一机多用。另外秸秆粉碎质量好坏与主机和还田机的选型与匹配关系极大。“大马拉小车”浪费功率，“小马拉大车”必然粉碎效果差。因此，拖拉机的牵引力要大于还田机的工作阻力，并留有一定的储备。就地区讲，拖拉机选型以铁牛55、铁
5、牛60、60、清江650、50、650为主，配带农机厂生产的4Q1.5型还田机为最佳组合。从目前看，刀片式还田机对秸秆的打击效果好、成本低，深受农户欢迎。其主要机型有：（1）6FH60型/90型秸秆粉碎还田机，由市农机研究所设计，与功率为8.8KW13.2KW的小四轮拖拉机配套使用，采用前悬挂方式与拖拉机联接。（2）4JFH240型秸秆粉碎还田机，省荷泽市牡丹区农机推广站联合乡镇农机站研制开发解决了目前玉米秸秆还田机只粉碎秸秆不灭根茬的难题。（3）4JFH248型秸秆粉碎还田机，结构紧凑，操作灵活，性能较稳定，工作可靠。（4）4JM160型秸秆粉碎还田机，由市农业机械研究所设计，市拖拉机燃机公
6、司制造，是拉力动力输出轴驱动的复式作业机具。（5）IBM160型秸秆粉碎还田机，由省农机推广站与市农机研究推广站中心和恒昌集团联合研制，与50型四轮拖拉机配套使用。（6）富路牌4YF160型玉米秸秆粉碎还田机，采用前置式挂接机构与动力配套，有效解决了其他后置机型因秸秆被拖拉机碾压后不便粉碎还田的问题。（7）1JHYZ型秸秆粉碎还田机，潍坊市天宇机械研制开发。（8）1JH150型秸秆粉碎还田机，是华勒机械股份吸收国外先进技术研制而成的新型农机产品。虽然，近十几年间，实现玉米秸秆还田机械化的呼声高涨，政府、科研单位和企业对秸秆还田机械化市场看好，但推广效果不大。究其原因有政策方面、种植模式等多方面
7、的因素。但机具的适应性差也是主要原因之一。开发适合中国国情的玉米秸秆还田机机型成为国玉米收获机械研究的一个新重点。1.2 本机的特点及要求1.2.1 我国玉米秸秆还田机械的技术特点与欧美等发达国家相比，我国的玉米种植有以下几个特点：1、种植地块小，2、玉米种植行距不统一，3、玉米收获期茎秆含水率较高。因此我国玉米收获机械的设计要求与欧美等发达国家不同。应达到以下几点： (1)、设计的秸秆还田机在作业、运输、卸粮过程中应十分灵活，适合小地块田间使用。 (2)、针对当前农民文化素质不高的特点，开发的秸秆还田机应尽量操作简便、维修方便。 (3)、设计的秸秆还田机应可进行不对行切割。否则既影响切割质量
8、又降低生产效率。影响了农民购买秸秆还田机的积极性。 (4)、机组要有较好的强度和刚度，能适应恶劣的田间道路。 (5)、机组有较高的使用可靠性。1.2.2 本机的特点和要求我们本次设计的是JH型刀片式秸秆粉碎还田机，本机的特点和要求有以下几点：1)工作幅度宽以往我国的秸秆粉碎还田机主要是配套小四轮拖拉机的，但是，现在这种局面正在改变。与大中型拖拉机配套的秸秆粉碎还田机数量增长较快，大中机型成为主要的发展方向。因而我这次设计的工作幅宽为1500cm。这样符合拖拉机向大中机发展的趋势，且主要原因是效率较高。2)需求的功率大 由于本机的工作幅度较宽，故其需求的拖拉机的功率也较大，本机选用的配套拖拉机型
9、号是铁牛-60型。3)切削方式为刀片式切削方式通常用的有刀片式和锤爪式两种。锤爪式切削需要的功率大，相对成本上要浪费些，因此本次设计采用刀片式切削，刀片式切削制作简单，工作时消耗功率低。4)布刀方式秸秆还田机的刀片排列方式有，单螺旋线，双螺旋线，对称排列布置，但是他们在动平衡方面的效果都不太理想。因此，我在做这次设计时，查阅了大量的资料，应用了最新的研究成果，应用“均力免振假设”对刀片排列进行了优化，使机具的振动大幅度减小。5)传动平稳，噪音小，损失小本机的传动方式为：将还田机输出轴经万向节传递动力给减速机；经减速机增速后传递给皮带轮，经皮带轮二次增速传递动力到刀滚筒，皮带紧采用紧轮滚动压紧方
10、式进行调整。由于采用的是v带传动，故其传动功率大，且传动平稳，噪音小。另外，本机具有结构紧凑，操作简便，机动灵活等特点。 1.3 整机结构方案的确定1.3.1 设计要求本次课题要求设计一台能满足玉米和小麦秸秆粉碎还田用的刀片式秸秆粉碎还田机。主要技术要求：作业幅宽1500mm；刀轴转速1800r/min；刀片数量36；留茬高度：2080mm；配套动力5055hp；挂接方式：全悬挂。1.3.2 调查中发现的问题拖拉机动力输出轴传递的动力经万向联轴节传给变速箱，在至齿轮、三角带两级增速后带动刀轴及弯刀一起高速旋转，高速旋转的弯刀冲击力将秸秆捡起在喂入口负压的辅助作用下，秸秆被吸入机壳并多次打击、剪
11、切、揉搓、撕拉，使秸秆达到粉碎要求，最后被气流抛送出机壳外面，均匀的落到地面并经压辊压平，适用于北方旱作农业区。通过实际调查，发现秸秆粉碎还田机有以下几个问题：一是秸秆粉碎还田量过大而造成部分秸秆不能有效掩埋；二是秸秆粉碎还田机只能粉碎地表秸秆，而不能破除地表以下根茬影响播种。三是许多秸秆粉碎还田机产品质量不过关，材质强度不够，加工精度较差，作业中故障较多，给推广工作带来困难。本次课题在完成设计任务的同时，要着力对以上问题进行研究分析，制定出改进方案，努力设计出一种性能优越的秸秆粉碎还田机。1.3.3本机的结构及特点刀片式秸秆粉碎还田机的结构及特点：主要结构有机架，动力传递机构，包括三角带传动
12、及传动锥齿轮箱；秸秆粉碎机构，包括旋转刀架组成，固定刀具；悬挂，升降机构，地轮，三角带紧装置等。结构特点是动、定刀均采取立式结构，整机安装在拖拉机后方，属后置式。可将直立的玉米秸秆直接粉碎，而不必像其他机型需先将秸秆压倒再粉碎，可减少工作阻力，提高作业效率；刀片是焊接在刀轴上的刀柄上；刀片在刀轴上采用优化排列，动、定刀片相互错开，提高了秸秆粉碎效果。刀片式秸秆粉碎还田机的刀片采用特殊材料制成，坚硬耐磨，具有良好的粉碎功能。粉碎合格率达90以上，留茬高度在50毫米以下。该机与50型，55型，60型轮式拖拉机配套，运输方便，地头转弯灵活，对生长在田间或铺放于地面的玉米，高粱等作物秸秆，麦稻类软秆及
13、杂草有良好的粉碎效果。1.3.4 工作原理操纵拖拉机升降手柄使还田机降至工作位置，发动机皮带轮通过三角带带动齿轮箱上皮带轮，通过锥齿轮传动，减速增扭，改变动力传递方向，带动动力轴旋转，动刀片和定刀片相配合，将进入机器的玉米秸秆剪切、冲击、撕裂成2040毫米左右的碎秸秆，碎秸秆在离心力及重力作用下被抛出机外，均匀洒布田间，为耕整地作业创造条件。1.3.5 秸秆粉碎还田机的系统方案设计与其他农业机械产品相同，秸秆粉碎还田机具有工作条件恶劣多变，使用分散，保管条件差，工作部件易磨损等特点。因此要求秸秆粉碎还田机做到坚固耐用，安全可靠，使用维护方便。在满足农业技术要求的前提下，尽可能提高产品和零部件的
14、标准化、系列化和通用化程度。(1).农业机械的一般设计要求： 各工作部件行进方向工作阻力与各轮子滚动阻力的总和应不大于拖拉机的额定牵引力，并有一定的功率储备。工作部件由地轮驱动时，还要考虑因传动效率而引起的阻力增加。 工作部件的提升方式有液压式和机械式两种。在与备有液压系统的拖拉机配套时可采用 液压提升，并应该校核在工作状态下提升工作部件的能力；采用机械提升时，地轮应有足够的驱动力矩。 根据不同要求，考虑其工作幅度与拖拉机轮距的配套适应性及二者的相对位置；考虑工作状态下牵引得直线性。 考虑机具在拖拉机上悬挂的位置与拖拉机前后轮的载荷分布，机组的纵向、横向稳定性和操纵性，装卸是否方便。合理选择机
15、具在拖拉机上的悬挂方式，最常用的是双轴式三点悬挂，即悬挂式机具通过一根上拉杆和左右两根下拉杆与拖拉机三点相连，并可上下、左右运动。根据技术要求选则悬挂参数并校核。 半悬挂式机具还应校核机具工作时限深轮和尾轮上的载荷，二者的接地压力应接近，避免出现抬头或翘尾现象。(2). 机具选用材料和工艺要求机具的工作部件多与土壤作物等接触而产生磨擦，应采用具有耐磨性较高和足够韧性的钢材铸铁制造，若需要，可采用渗碳、高频设处理等表面硬化工艺，以提高耐磨性。某些要求特殊性撞断面的零件采用农用异型钢或周期性扎质变断面型钢。为增强抗腐蚀性，延长使用寿命，要使用各种防锈、防腐油漆或涂料。(3).秸秆粉碎还田机总体设计程序 选择整机型式； 初步选择各部件和机构的结构型式和参数； 确定整机主要参数； 绘制整机的纵向和平面配置图； 绘制工作部件机动图并进行受力分析；初步确定挂接参数；绘制机组机动图并进行受力分析，在此基础上验证运输间隙及机组稳定性等是否符合要求；修订整机的纵向和平面配置图；进行各零部件的结构设计；进行各主要零部件的强度验算。1.3.6 机具的主要构造该机具主要有机架；动力传递机构，包括三角带传动及传动锥齿轮箱；秸秆粉碎机构，包括旋转刀具总成、固定刀具部件；地轮以及三角带紧装置等 总体结构简图： 1)机架：机架是整个机具的基体，各
