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1、石河子大学本 科 毕 业 论 文（设 计） 棉桃收获机分动箱设计学生姓名 王 钊 指 导 教 师田学艳所在学院机械电气工程学院专业机械设计制造及其自动化年级09机制（2）班中国新疆石河子2013年6月目 录一、选题指南2二、任务书2三、开题报告6四、文献综述7五、毕业论文设计说明书28石河子大学毕业设计说明书学生姓名 王 钊 指 导 教 师田学艳所在学院机械电气工程学院专业机械设计制造及其自动化年级09机制（2）班一、引言5 1.1 设计概要5 1.2 背景及国内外现状5 1.3 设计的前景7二、设计方案的可行性分析及方案的确定8 2.1传动方式的选择8 2.2传动系统的总体要求9 2.2.1
2、 动力输送过程分析9 2.2.2变速箱总体设计102.3 联轴器的选用与设计参数102.4 链轮的设计与 计算12三、SOLIDWORKS造型及部分图纸133.1分动箱主轴143.2分动箱输入轴153.3分动箱输出轴15四、蜗轮蜗杆以及锥齿轮的设计计算174.1蜗轮的设计计算17五、分动箱的建模及传动系统原理235.1分动箱箱体23传动系统图25六、毕业设计心得25七、参考文献27 一、引言1.1 设计概要概念：棉桃收获机是用于棉花采摘后，采摘滞留的大量未开桃或半开桃的机械，是减轻劳动力，减少资源浪费，确保及时有效清地的农用机械功能：该机械应具备采摘、初步清理、输送、暂存、压实五项基本功能，可
3、加入脱壳、清杂、等辅助功能。特点：针对棉桃收获设计，具有采净率高，含杂率低，使用可靠，操作维护简便等特点。设计目的：该论文以分动箱装置作为主要研究对象，以针对新型棉桃采收装置的工作特点和要求设计与其相适应的分动箱为目的，通过优化改进4ZT-8型棉桃收获机分动箱部分结构或参数以适应新型棉桃收获机的需要。1.2 背景及国内外现状新疆是我国主要的产棉基地，棉花生产已成为新疆主要的支柱性产业之一。但是，由于南北疆地理环境和气候条件差异较大，棉花的收获时间区间也较大。所以，新疆每年棉花收获的特点是数量大故棉桃也较多。这就给棉花收获带来了一定的难度，所以研究一种可以收获棉桃的机械也就显得更加重要。除了选择
4、适合本地土壤和气候条件的优良品种外， 棉桃收获机的收获方式也直接影响其质量。而棉桃收获机为实现其收获棉桃的机械目的，需要多个方向的动力输出，其中包括采摘头角笼的纵向动力输出，实现棉桃集中地横向角笼动力输出还有实现棉桃运输到集棉箱的刮板的动力输出，这三种动力都是由拖拉机的一个动力输出轴转化而来的，所以为了实现 动力的变相和分配，分动箱的研制便成为了重中之重，本研究的目的在于提供一种结构简单，安装方便，经济安全的采摘装置动力齿轮箱。目前，随着农业现代化生产的发展，国外棉桃收获机械化、自动化程度都很高。全世界采棉机的主要生产国有美国、前苏联、以色列、中国等4国，目前仅有美国迪尔公司（DEERE）与凯
5、斯公司（CASE JI）以及石河子贵州航天集团尚在生产采棉机正式产品。而与机采棉技术配套机采棉加工成套设备的主要生产国有美国、中国两个国家。国内棉桃收获机的研发与制造还处于初始阶段。新疆地区的棉桃收获一直沿用的普通的棉花收获机，近几年才出现了一种新型的棉桃收获设备即石河子大学研究的棉桃收获机。针对目前棉桃收获中存在的问题，急需设计开发一种新型棉桃收获机，以克服棉桃过程中的棉桃收获率低，质量差，效率低的问题，加速新疆棉花产业快速、稳定地发展。美国有两种采棉机摘铃式和统收式。摘铃式机有选择地用带刺的锥形棒从吐絮的棉铃中将棉纤维采下来。一块棉田可以针对不同层次的棉铃分几次采摘。统收式采棉机无选择性，
6、它一次性地将吐絮的棉铃与未吐絮的、破裂的棉铃以及浆果等杂质一起收走。统收机在德克萨斯州的高平原、罗岭平原、里约观峡谷以及俄克拉荷马州应用很普遍。摘铃式采棉机的采棉效率能达到95%，但通常人们认为只能达到85%至90%。统收式采棉机结构简单效率高，能够将棉田中99%的棉花采摘上来。有些采棉机配备了田间清理或分离设备，类似于轧花厂里枝杆去除机等的预清理机器。这些设备可以去除60%到70%的杂质，减轻轧花厂的负担。虽然这些设备对于棉花的品级有助益，但它们还是通过减低轧花成本给农民带来效益。棉桃收获机源于国外，但由于国内外技术差异以及劳动力数量差异，国外棉桃收获机占有份额较统收机小，而国内仍有大量棉花
7、依赖人工收获，棉桃收获劳动力不足，使棉桃不能及时或不能收获，造成资源浪费严重，而国内棉桃收获机械数量严重不足。现今国内棉桃收获机类型较少。已见公布的有新疆生产建设兵团于1990 年成套引进了原苏联棉花种植收获机械10台(架)，其中包括CKO-2-4 棉桃收获机1台，由新疆农垦科学院农机所测试优化改进。4ZT-8型摘棉桃机是一种适应新疆棉花宽窄行高产栽培模式的棉桃收获机械，由石河子农机局、石河子大学、兵团农垦科学院、石河子农机咨询服务中心、石河子柴油机厂及有关团场参与共同研制而成。1.3 设计的前景霜后的棉桃不仅可收获皮棉，还可作为畜牧业养殖饲料。新疆是我国植棉大区，由于劳动力不足，霜后棉桃大多
8、放弃不收，造成资源上的浪费。根据新疆南北疆废弃棉桃的调查，对数据进行记录，并进行分析，试验地每公顷平均总共213330株棉花，每株废弃棉桃平均101个，每公顷平均总共21556个废弃棉桃。调查组把每块试验地的棉桃称重，每个棉桃平均质量为00027 kg，那么每公顷棉桃平均总质量567kg。调查组把每块试验地的棉桃籽棉称重，每个棉桃籽棉平均质量0.0015 kg，那么每公顷籽棉平均总质量325.5kg。按照调查组的调查统计分析数据，按新疆区2009 年棉花种植面积170万公顷 计算，仅2009 年新疆区因废弃而浪费的棉桃总质量达到了90亿kg，籽棉总质量达到了50 亿kg，按现在市场价，经济损失
9、十分巨大。而要避免这种浪费解决的办法有两种，一种是雇佣劳动力进行2次棉的手工摘除，但随着棉花种植面积不断扩大，棉花收获过程中，人工采棉生产效率低、收获期长，用工量大、条件艰苦、劳动强度大8。高价拾花工使每亩植棉成本由原来平均450元上升到约1000元；另外部分棉区因劳力不足而未能及时采棉完毕，从而相当一些棉农出现“丰产不丰收”的局面，严重制约了我国棉花产业的发展。此外，外省劳动力参加棉花抢收工作，给交通、住宿、社会治安带来诸多问题。因此人工采收已不适应当前棉花生产的发展需求，大力发展和推广机械采收迫在眉睫。据资料显示，人工采收费达到480元/667 m2，机采棉的综合成本只有280元/667
10、m2，每667 m2至少节本增效200元。以上从经济收益上来看，机采棉技术的推广又是势在必行的。产生这个矛盾的主要因素其实就是进口采棉机的生产成本过高，因而经济适用型采棉机的研发和推广迫在眉睫。另一种就是研制一种新型的采收装置，使采收率得到明显的提高，在高效，节约的前提下提高采收率，从而大大增加经济效益。但新型的采收装置因为其采收机理不同而对于分动箱的结构功能提出了特殊的需要，从而催生了新型分动箱设计的需要。现今国内棉桃收获机种类少，性能有待提高，普及率低，棉桃收获机的市场广阔，由此可见，对棉桃收获机的研制与优化改进需求迫切。二、设计方案的可行性分析及方案的确定2.1 传动方式的选择首先应该确
11、定大体的动力传输方式，即从拖拉机主轴传送到各个需要驱动的部位应该使用何种传输方式，目前，假定备选的方式有液压式和机械式两种。首先分析机械式。传动系统的设计既要满足整机的设计思路，还必须在功能上尽量简单直接地满足需要。在农业机械产品上，液压传动的缺点不容小视。棉花收获机械一般作业时间为八月至十月的中午12点至晚上9点，这个时间段里新疆的气温最高的时候可达45，且机器在长时间持续作业的情况下，自身的温度也会升高。所以液压传动对气候条件要求太高，本机中也不适宜应用。因为是采用油管传输压力油，压力损失较大，所以不适合远距离输送动力12。但在本机中需要动力的地方较多，且分布零散，液压传动会使油管增多增长
12、。农业机械工作环境差，扬起的尘土和棉絮以及大量的棉叶碎片都可能造成油液容易污染，油液污染后，会影响系统工作的可靠性；样机在试验中会出现很多意外的故障，液压传动的复杂性可能会给试验带来新的问题，造成更大的困难。而机械传动优点为：（1）传动比较准确（2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；（3）故障容易发现，便于维修一般情况下不太稳定；制造精度不高时，振动和噪声较大但是在本机中，不要求其制造精度高，田间作业时对振动和噪声的要求也不是很高，更不需要其实现无级变速，所以这些缺点对农业机械来说都可以忽略。即选择机械式为本设计的主要传输方式。那么只要对于以往的老式分动箱做出适当的改进便可以了。2.
13、2 传动系统的总体要求2.2.1 动力输送过程分析根据采棉机整机设计的要求，明确了整个采棉机所需动力的地方为三大部分，分别是采摘台（螺旋输送器），横向棉花集中器（即横向螺旋输送器），刮板运输器。他们所需功率和设计转速如下所示。其中采摘台部分所需动力的大小是根据理论计算和历来实际作业得到的实验数据结合推算出来的。计算如下据在148团和143团的调查，该种植模式下平均每株棉花上留有棉桃0.510.8个。按每株0.8个棉桃漏摘计算，居中绞笼每个输送两行棉桃单位长度内棉桃量为：个实际用体积：单位长度内绞笼容积：绞笼转速：取因此该部分中，螺旋输送器所需功率为3KW，转速为60r/min。关于横向角笼运输器有绞笼输送速度:据在148团和143团的调查，该种植模式下平均每株棉花上留有棉桃0.510.8个。按每株0.8个棉桃漏摘计算，居中绞笼每个输送两行棉桃单位长度内棉桃量为：个实际占用体积：单位长度内绞笼容积：绞笼转速：考虑到棉桃在田间的不均匀，为了避免运送不及时造成堵塞取因此该部分中，螺旋输送器所需功率为1KW，转速为120r/min。关于刮板运输器其输送速度定位12
