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1、前 言甜菜收获是甜菜生产的重要过程，劳动强度大，占用农时多，不仅关系到块根产量，更影响到块根的含糖量及杂质含量，是保证甜菜增产增收的关键环节。收获过早，甜菜的产量低、品质差,含有的非糖物质多，且出糖率低；收获过晚，甜菜容易受冻害、保藏困难，还会影响秋耕整地、秋冬灌及后巷作物的生长1。本文设计的甜菜捡拾装卸机是甜菜分段收获过程中的一种必备机械，在甜菜收获过程中完成了甜菜的捡拾装卸工序。不仅有效提高了工作效率，而且完成甜菜全程机械化采收的目标。本课题设计的主要内容是甜菜捡拾装卸机的设计。主要通过对甜菜种植模式与机械原理的分析、方案的论证比较与选择，完成甜菜捡拾装卸机的总体设计，输送清理装置的设计，
2、提升装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对甜菜捡拾装卸机的结构尺寸、传动轴的结构尺寸、齿轮的传动比等进行了详细的计算和说明，并且对轴承以及轴承盒的型号作了选择。使本方案有了初步的设计应用价值。关键词：捡拾；装卸；甜菜收获机 目 录1绪论11.1课题研究的意义11.2国内外甜菜捡拾装卸机发展状况11.3甜菜捡拾装卸机研究的问题21.4研究的内容和方法21.5预期目标31.6重点研究的关键问题及解决思路31.7工作条件及解决方法32甜菜捡拾装卸机总体设计32.1输送清理器的典型方法及剥壳机方案的选择32.2甜菜捡拾装载机的组成52.3甜菜捡拾装载机的原理63甜菜捡拾装载机结构设计73.1
3、车厢的设计73.2机架的设计说明74传动机构的设计84.1平带设计84.2锥齿轮的传动设计计算104.3锥齿轮的校核105传动装置的设计与选用125.1传动方案的设定125.2块根损失率的设计136轴的计算146.1按扭矩初算轴径146.2传动轴的校核15总 结16致 谢17参考文献18 塔里木大学毕业设计1绪论1.1课题研究的意义目前，国内市场对甜菜收获机械的整体需求较大。随着国家对农业的政策扶持和农机科研工作资金投入的增强，甜菜的机械化生产将面临新的春天。从我国现有机型的实际使用效果来看，引进的国外收获装备的技术性能和使用可靠性都还不错，但价格十分昂贵，且与我国甜菜种植户的购买力水平和甜菜
4、的经济效益形成巨大反差；国内研发的收获机械很难适应不同的作业环境，机械质量和作业性能都不能满足大面积推广的要求。因此，改变我国甜菜机械化生产落后的局面，实现甜菜机械化收获，只有从我国甜菜全程机械化的实际情况出发，提高国产机械装备的研发能力和装备的供给能力才是唯一正确途径2。经过多年的研究和探索，我国已经逐渐积累了一定的甜菜收获装备研发的经验，但还处于对国外机型的仿制阶段，对甜菜收获机的研发还主要依靠设计经验和试验验证来完成，关于甜菜收获机关键部件的理论分析及技术研究还相对薄弱3。因此，结合甜菜种植区域相对集中和大中型动力配置多的特点，在对国外先进技术装备消化吸收的基础上自主研发符合我国两段收获
5、方式的牵引式甜菜联合收获机，对于提高我国技术储备，提升自主研发水平和创新能力，缩短我国与发达国家的甜菜装备技术差距，改变我国甜菜机械化生产的落后面貌，满足我国现阶段广大甜菜种植用户的迫切需求具有重要的意义和紧迫性。本论文对于实现甜菜收获装备的国产化，丰富我国收获机装备品种改变机型结构不合理的格局，加快自走式联合收获机和牵引式联合收获机的研制具有重要的现实意义4。 本文设计的甜菜捡拾装卸机是甜菜分段收获过程中的一种必备机械，在甜菜收获过程中完成了甜菜的捡拾装卸工序。不仅有效提高了工作效率，而且完成甜菜全程机械化采收的目标。本课题设计的主要内容是甜菜捡拾装卸机的设计。主要通过对甜菜种植模式与机械原
6、理的分析、方案的论证比较与选择，完成甜菜捡拾装卸机的总体设计，输送清理装置的设计，提升装置的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对甜菜捡拾装卸机的结构尺寸、传动轴的结构尺寸、齿轮的传动比等进行了详细的计算和说明，并且对轴承以及轴承盒的型号作了选择。使本方案有了初步的设计应用价值5。1.2国内外甜菜捡拾装卸机发展状况1.2.1国外甜菜捡拾装卸机发展现状国外普遍采用联合收获方式。联合收获工艺即收获中由1 台机具完成切缨、挖掘、捡拾及清理装载等全部工序，具有机械化程度高、用工少和生产效率高的特点。其代表机型有白俄罗斯戈梅利“巴里西耶”牌KCH-6-3 型甜菜全自动收获机。该机一次可完成甜菜除叶、
7、去青头、挖掘、清理及装车等作业。美国尔斯惠公司生产的4600 型甜菜收获机有自己的清土系统，它的特点是把甜菜切削的非常干净，可大大减轻劳动强度，促进秋收顺利进行，效率高、土杂少、尾根长，对甜菜损伤少；设备坚固耐用、维修成本低、维护方便且性价比高；收获速度很快，一天功效可抵500 个劳动力6。1.2.2国内甜菜捡拾装卸机发展现状我国甜菜机械收获发展速度缓慢，多为分段收获设备，联合收获机多为引进国外设备，自主研发的产品较少，并且机具性能较国外差距大7。20 世纪70 年代末，新疆农垦科学院农机所开展甜菜收获机械的研制，先后研制出4TQ-2 型切缨机、4TW-312 型圆盘式挖掘集条机及4TW-3（
8、2）B 型挖掘机。新疆农垦科学院农机所4TWZ-4型甜菜收获机是用于甜菜分段收获配套机具之一，主要用于挖掘收获经切缨机切削清理过叶缨的甜菜。该机既可用于甜菜两段式收获工艺，一次完成甜菜挖掘、拣拾、清理输送和装车的联合作业，也可用于甜菜3 段式收获工艺，将挖掘出的甜菜块根初步清理后集成堆堆放，以便于人工进行辅助清理。黑龙江省畜牧机械研究所研制的4TSL-2 型甜菜收获机，可实现机械化挖掘甜菜，并可进行清理、装箱，它既可用于甜菜两段式收获，也可用于3段式收获，是较为方便的实用型收获机械8。1.3甜菜捡拾装卸机研究的问题在保证甜菜有效挖掘的前提下，设计结果和性能良好的输送清理装置，实现甜菜块根、土块
9、、莲叶和杂草等混合物的有效分离，并尽可能的减少甜菜对土壤的携带和其在输送过程中的损伤9。为了提高收获机械的适用度，甜菜收获机的输送清理装置应满足以下要求。（1）符合甜菜块根的几何尺寸和机械力学强度要求，确保甜菜块根的输送清理工作顺畅，避免部件的缠草和壅堵现象。（2）实现土壤的有效松碎，便于甜菜与土壤的分离和块根粘附土壤的清除，减少后续作业负担。（3）确定合理工作参数，保证输送清理装置工作稳定，减少块根机械损伤，并满足一定的性能要求。1.4研究的内容和方法立足国内的动力配套状况和甜菜种植农艺特点，该机械主要由输送清理装置和升运装置等组成，能够一次性完成甜菜的去土、输送、提升和收集作业。其牵引架通
10、过螺栓与机架铰接，并置于机架前方；输送清理装置位于机架下方，分别完成甜菜联合收获机的实时对行和甜菜块根的挖掘、抛送和去土功能；升运装置位于机架后方，将甜菜块根提升并汇集到机架上方的收集箱内；液压系统主要为后升运装置提供动力，并控制机架升降、机具自动对行和卸料，使机具结构简单、调整方便、运行可靠，在一定程度上减轻了甜菜收获的劳动强度，提高了生产效率，增加农民收益10。1.5预期目标1.5.1为确保收获工艺流程顺畅和连续，保证较好的作业质量：（1）操作稳定性强，行驶平稳顺畅。（2）结构紧凑，具有较好的通过性。（3）整机刚度好，稳定性强。1.5.2根据甜菜收获机作业质量等国家相关标准规定，甜菜联合收
11、获机的作业质量要求应达到以下目标6。（1）块根损失率不超过5%。（2）块根含杂率不超过7%。（3）根体折断率不超过6%。1.6重点研究的关键问题及解决思路通过自己设计研究实现甜菜块根、土块、莲叶和杂草等混合物的有效分离，并尽可能的减少甜菜对土壤的携带和其在输送过程中的损伤。（1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。（2）运用Auto CAD软件，绘制二维零件图和装配图。（3）利用有限元分析和Solid-works进行虚拟样机设计，完成整机各零部件的三维建模。1.7工作条件及解决方法塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土槽实验室、农业工程重点实验室等，设计条件较好，为项目开展提
12、供了场地和基本条件。校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足甜菜捡拾装卸机的工作条件。2甜菜捡拾装卸机总体设计2.1输送清理器的典型方法及方案的选择2.1.1输送清理器的几种典型方法输送与清理是两个密不可分的作业，一般相互结合通过一种部件来完成。输送清理装置主要将粘连在块根上的泥土、游离的土壤和杂质清除，并完成块根的向后输送。目前，广泛釆用的输送清理器可分为升运式、旋转指盘式、滚筒式、爪轮式和螺旋辊式11。（1） 升运式输送清理器升运式输送清理器主要由相互平行的杆条组成，结构简单，工作可靠，能够在分离土壤和杂物的同时将块根向
13、后输送，但不易分离大块硬土和甜菜残株。根据结构形式可分为单链式输送、双链式输送和辅助链式输送，如图2-1升运式输送清理器。其中，双链式输送清理器可以完成较大倾角的块根提升，但对较大土块和杂质的清理能力有限，且对块根的损伤相对较大。升运部件的链条主要有钩形链、套筒链、套筒滚子链、平胶带和齿形橡胶带等，如图所示2-1。图2-1升运式输送清理器图2-2链条结构 图2-3旋转指盘式输送清理器 图2-4滚筒式输送清理器（2）旋转指盘式输送清理器旋转指盘式输送清理器多采用金属杆条制成，结构近似圆盘，结构如图所示。构成指盘的杆条端部（外圆周围）可做成封闭和非封闭两种。工作时，借助甜菜块根在旋转指盘中所受的离
14、心力和摩擦力来完成甜菜块根的清理，利用栅条间的空隙和离心力的作用分离块根上的泥土和夹杂物，完成块根向后输送。（3）滚筒式输送清理器滚筒式输送清理器的适应性强，清理效果好，可以完成不同土壤条件下的块根清理工作，结构如图2-4所示。该类机构多制成圆筒形，构成外壳的杆条间距可固定也可调整。对于双层外壳滚筒件可以依据块根的大小来改变两层外壳间的相对转速，实现杆条间距的无级调整。（4）爪轮式输送清理器爪轮式输送清理器由多个安装在平行轴上的爪轮组成，可以通过调整转动速度达到不同的清土效果，结构如图所示。该机构结构简单、工作可靠、没有易损件，但对干硬土壤条件的块根清理损伤较大，对湿重土壤条件的块根清理效果不
15、理想。工作时，块根被爪轮抛扔，与轮齿发生撞击和摩擦，使其點附的土块破碎，实现块根与土壤分离。常见的爪轮可分个齿，齿角有直齿和弧齿两种。（5）螺旋辑式清理输送器螺旋辑式清理输送器主要用于纵向过渡输送，多采用个、个或个具有一定安装间隙的平行辑轴组成。每一对辑子形成一个通道，便于块根的输送和清理，工作时，螺旋棍轴绕自身轴线相对转动，借助棍子上的螺旋杆条清除泥土，扯掉残叶和杂质，实现块根的输送和归拢。在此期间，块根沿滚轴平行方向移动，利用其与螺旋棍子上的楔形或圆形螺杆条的相互摩擦，去除块根點附的泥土和残留的莲叶。由于辑子直径相对较大，清理输送器的清土能力有限，不适于在潮湿的土壤条件下工作，通常用于甜菜的二级清理。带有光棍的清理输送器可以辅助清理块根中存有的石头和土块。综合以上分析，各种清理输送器适用不同的土壤条件，在结构、制造成本、对块根的损伤和清理输送效果等方面存在差异。目前，釆用单一的输送清理装置很难有效的达到预期清理目标。根据研究结果和经验，各种装置的清理质量如表所示。通常土壤条件和挖掘装置决定
