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1、小型电动旋耕机的设计青岛农业大学本科生毕业论文设计题 目 小型电动旋耕机的设计 姓 名 姜雪锋 学 院 机电工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 20041 学 号 03208040151 指导教师 张锡斋 完成时间 com 2008 年 6 月 18 日摘要本文介绍了一种大棚蔬菜种植耕整地机械-小型电动旋耕机的设计方案对旋耕机的国内外情况进行了分析和对比重点进行了发动机的选择变速器的设计部分零件的设计传动路线的设计以及对旋耕刀轴的设计等该机耕深 1520cm 动力由发动机输出经皮带传动传给变速箱进行减速二级传动采用链传动旋耕刀轴的设计采用三段式中间为空心的圆管钢两边采用实心轴可制出
2、轴肩来安装轴承和端盖装有行走机构和限深铲耕后地表平整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适合大棚耕整地工艺的要求关键词小型电动旋耕Design of a Small Machine of Electrical RotateAbstractIn this paper the cultivatorone of the important small agricultural machines is designed based on comparing and researching the developing situation of cultivator at home
3、and abroad The design includes the choice of motor the choice of transmission the design of some parts and the design of the cultivator knife-axis etcThe plowing depth of the cultivator can be controlled to 1520cm and the outgoing power is from engineering to the gearbox using beltsafter that be tra
4、nsferred to the arbor of rotate knife Between gearbox and the arbor of rotate knife adopt chains to transmit The design of arbor of rotate knife adopt three parts the middle part is hollow rolled steel two side parts is solid rolled steel may process Shoulder-axis to lay on roller bearing and Cover
5、The surface is neat after till the cultivator designed in the paper can overcome the problems of small-power complex structure trouble operation low plowing depth etc It can meet the request of greenhouseKey words small electrical Rotary目 录摘 要 Abstract 第一章 绪论 111 该课题研究的目的和意义 112 2第二章 方案的论证 21 技术要求 3
6、22 方案选择 3第三章 531 切削速度的确定 532 弯刀主要参数的确定 633 弯刀的选择配置与排列 734 电动机的选择 8第四章 传动系统的设计计算 41 传动 942 带及带轮的设计计算 1043 链轮的设计 1344 齿轮的设计 45 轴的设计 19第五章 24参考文献 2 致 谢 2绪论11 该课题研究的目的和意义棚室生产是一种高投入高产出的产业而棚室的生产所需劳动力是从事大田生产的 1520 倍是从事大地蔬菜生产的 3 倍左右棚室管理机在棚室生产环节中有着举足轻重的作用棚室管理机的研制和开发应向一机多功能的方向发展即一机实现旋耕整地开沟扶垄播种中耕除草收割配水泵喷药喷雾及短途
7、运输等项作业特别是在旋耕整地环节上一定要实现能够耕整棚室边角地带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本文研制开发出一种电动旋耕机械该机以交流电机为动力具有动力强耕作速度快不排放有害气体噪声低等优点同时可起到使用安全可靠高效节能无污染该机是一种由电动机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 12
8、0000 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 12 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12 国内外棚室旋耕机的现状我国棚室耕作机械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耘机械其适应性差生产效率低而且作业质量不稳定我国旋耕机存在的问题是规模小成本高三化水平低使用水平低维修成本高功能单一等问题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有的微耕机还设计有多种作业功能考虑了兼顾露地作业提高了机械的使用效率但是由于产品大多存在以下问题均未能很
9、好的推广外形尺寸及结构质量大操作不灵便特别是从露地简单转移到大棚内的机械在棚室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 时其碎土性能就会变差耕作阻力变大作业性能可靠性和耐久性等方面还存在一些问题国外旋耕机设施农业耕作机械已非常成熟作业性能稳定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但进口机型价格高一般在 7000 元台以上而且配件难维修服
10、务各个方面跟不上 对我国国土 70 的丘陵土地的情况十分不适用 可以预见若有价格更为低廉且能够耕整棚室边角的小型旋耕机问世不但直接经济效益显著而且还具有广泛的社会效益其推广前景将是十分广阔的第二章 方案论证21 技术要求温室大棚生产耕作困难劳动强度大效率低成本高 需要一种机械可以满足温室大棚的空间小障碍物多边角地带无法耕耘等问题研制一种体积小重量轻操作方便不排放有害气体噪声低使用安全可靠推动方便操作搬运高效节能无污染的小型农用旋耕机22 方案方案一图 2-1 方案一中间传动1 旋耕刀 2 大链轮 3 链条 4 小链轮 5 变速箱 6 电动机 7 小带轮8 大带轮 9 旋耕刀设计原理传动部分由带
11、轮变速箱链轮组成 动力由电动机输出经带轮传动到变速箱输入轴再经变速箱传到刀轴 如图 2-1 所示利用旋转的刀片作为工作部件对土壤进行切削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撞击而迅速降低速度使土壤呈细碎状态掉落在地面达到松碎土壤的目的旋耕刀轴中间因旋耕刀采用弯刀所以需要设计松土铲对中间的漏耕部分进行松土方案二图 2-2 方案二侧边传动设计原理动力由电动机输出经皮带传动到变速箱经变速箱减速后再经过链传动到旋耕刀轴这样可以减少中间的漏耕现象这样可以在中间加一个阻力铲增大旋耕机的前进阻力减少操作人员的体力消耗中间的变速箱可以改为带轮减速但是本机的设计如果采用带轮的设计会使
12、带轮的尺寸过大使整机的尺寸过大因此应选择电动机作为动力一级减速采用带传动中间传动采用变速箱侧边传动采用链传动整机的尺寸较小零部件及旋耕机参数的设计31 切削速度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 600mm 旋耕刀辊半径 R 220mm 耕深 150200mm 生产效率每小时 15 亩这样可计算出旋耕机组的前进速度 V 051ms 选取 05ms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 tR 3-1Y R 3-2式中 R 旋耕刀端点转动半径 到轴
13、旋转角速度Vm 旋耕机前进速度t 时间绝对速度3-3图 3-1 旋耕刀的工作示意图根据文献轻型和中型土壤的平均切削速度约为 3-4ms 草原沼泽粘土平均切削速度约为 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为 4-5 ms 左右由于耕深 150200mm 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 所示切削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取 V 4ms 时 可得 V0 41ms取 n 180rmin 时则同理取 V 5ms 时解得取 n 240rmin 则32 弯
14、刀主要参数的确定刀片最大切削半径 R R 的确定与设计耕深和传动箱结构有关 耕深增大 要求 R 增大 切削扭矩也随之增大 因此在满足耕深的要求及传动箱结构尺寸允许的情况下 R 应尽量取小值 R 取为 198cm刀片正切刃幅宽 b 工作幅宽 b 的大小影响旋耕机的工作质量及功率消耗 若 b 增大 旋耕刀滚的刀片数减少 则相邻刀片间距增大 有利于减少堵塞现象 功率消耗不变 但碎土质量差 为了保证碎土质量就要减小机器的行进速度 故 b 不宜过大为了保证耕深及适宜的刃口长度 刀片切削半径 R0 的大小可由下式确定35式中 S 刀片最大进给量a 最大设计耕深切土节距在同一纵向平面内切土的旋耕刀 在其相继
15、切土的时间间隔内 机组前进的距离称为切土节距根据试验 旱耕熟地 含水量 2030 S 取 10 12 cm 左右 耕轻中粘度土壤 含水量大于 35 S 取 6 9 cm 粘重土壤多草地 S 取 4 6 cm 查农业机械学北京农业工程大学主编得刀片最大进给量S 36R0 cm根据农业机械设计手册和农艺要求选择 R198 的旋耕刀33 弯刀的选择配置与排列旋耕机刀片是旋耕机的主要工作部件 刀片的形状及参数对旋耕机的工作质量功率消耗有很大影响为了适应不同的技术要求及土壤状况的要求 目前常用的刀片有弯形刀片直角刀片和凿形刀片三种形式弯形刀片 铊形刀 弯形刀的刃口呈弧形 由正面刃口和侧面刃口两部分组成 正面刃口较宽 正面和侧面刃口均有切削作用工作时 靠近回转轴的侧切刃先与土壤接触进行切削 最后由正切刃切削这种切削过程可把未被侧刃切断的土块草茎压向未耕地 以坚硬的未耕地为支撑由正面刃进行切割 这样草茎易被切断对
