562-香蕉秸秆根茬还田机的主传动、粉碎机构设计

前言我国香蕉重要分布于广东、广西、海南、福建、云南、台湾等热带地区，2005年总种植面积383.25万亩总产量590.33万吨，分别占世界的7.8%和6.9%，名列世界第4位，在世界香蕉生产中占有举足轻重的地位，成为我国南方地区农业经济的主要产业。其中以广东省面积产量最大，分别为188.7万亩和`国香蕉生产主要基地。近年来，国产香蕉口感、香味、质地等方面不如进口香蕉，但国产香蕉的质量有了很大的提高。现在国内一等品以上的香蕉果品的外观、色泽、梳形、梳指整齐度与进口香蕉相比差别不大，但是一等品以上的香蕉所占总产量的比例尚少，这也说明我国香蕉产业有着巨大的市场空间和发展前景。经过调查发现，一些蕉农重前轻后，后期水、肥不足，保叶较差，留梳较多，果指饱满度不够，套袋扩果工作跟不上，采收加工处理包装工作滞后。在采收工作中人挑车拉，随意堆放，环节较多，机械损伤严重，包装等加工处理粗放，机械化、集约化程度不高。还有各种激素施用过多过滥，严重破坏香蕉质量，造成土纸板硬。还有就是地方组织程度差，龙头企业不多，辐射力不强。单独、分散经营与大规模标准化生产之间矛盾越来越凸显，整体产业化的程度不高。目前，大部分的蕉农还是运用原始的人工方法和工具来收获种植香蕉，当香蕉收获以后，香蕉径杆由人工逐棵砍伐搬运出园。即占地、浪费劳力，又浪费了大量的有机肥，因为香蕉秸秆里富含大量的有机质氮、磷、钾和微量元素，是农业生产中重要的有机肥原料之一，这就需要我们来开发出一种独特的农用还田机械。研究应用香蕉秸杆还田机械技术，保护耕地，增强土壤肥力。香蕉秸杆含有大量的有机肥料和农作物需要的元素。利用香蕉秸秆/根茬还田机的粉碎还田等综合处理，一方面有利于微生物的活动，经过发酵，增加土壤肥力，又解决了占地问题，减少污染。另一方面，还能耕作土地。提高生产的效率，降低生产的成本，同时又可缩短休耕期，便于抢种。也可以说，香蕉秸秆/根茬还田机的出现是必然的，也是农业机械上的一次革命。第一章香蕉秸秆/根茬还田机的功能及特点§1.1香蕉秸秆/根茬还田机的功能介绍香蕉秸秆/根茬还田机是功能齐全的香蕉秸秆粉碎还田专用机械。它不但能够处理香蕉秸秆的本身，还可以清除地理的根茬。并能够一次性完成粉碎、除根、还田作业。经过该还田机的作业后，无须再整理就可以实施新一轮的种植。因而真正实现复式作业，同传统的作业方式相比，可节省大量的人力物力，具有较高的生产率，可为香蕉种植户带来可观的经济效益，并且又较好的保护了环境。另外本机具有较好的经济性，合理的价格使香蕉种植户完全能够接受。在较短的时间内可实现投资回报。独特的结构和完备的工作性能受到蕉农的好评。§1.2香蕉秸杆/根茬还田机的简单介绍香蕉是热带及亚热带地区的主要经济作物之一，在我国的南方地区大面积地广泛种植。作为多年生长绿草植物，根秸粗大（平均直径200mm）单生直立（高度越2米）叶宽大、厚而长，一年收获一季。为取得较大的收益，近几年新开发出一年生的香蕉，而且果大、品质好，深受用户的欢迎，但新品种也对香蕉地耕整提出更高的要求。以往的香蕉地耕作业方式是用大中型拖拉机将秸杆压倒后把残株推至地头堆积，任其自然风化，腐烂，腐烂期是一到五年，且占用耕地，根秸用圆盘率犁式重耙多次的破碎，由于重耙破碎效果差，碎块较大，还田后腐烂期较长，年复一年，造成土质过送，不利于香蕉生根，影响其抗风雨的能力，最后再犁耕深翻，不仅效率低，而且浪费人力、物力和财力，这种传统的作业方式已不能适应当前生产的需要。根海南市场的调研，首先确定了与东方红拖拉机的配套的复式作业机的方案（香蕉秸杆和根茬一次粉碎还田）并与国外一些相关机具的刀轴和耕机对比实验，得出以下几种结论：50kw(66马力）拖拉机动力不足，不能同时完成复式作业，只能单一工作，复式机具的粉碎效果好，工作效率高，根据这种情况的总结，最终确定了大马力拖拉机配套使用香蕉秸杆和根茬一次性粉碎还添的设计方案，它功能满足目前香蕉还田的要求，各项要求均达到国际要求，符合农业机械的实际要求，并能深入农心。§1.3香蕉秸秆/根茬还田机的主要参数香蕉秸秆／根茬还田机的主要参数如表１-１所示。表１-１香蕉秸秆/根茬还田机的主要性能参数规格还田机配套动力/kw50耕深400切碎刀轴转速r/min810旋耕刀轴转速r/min270生产率0.4～～0.6与拖拉机联接方式标准三点式外形尺寸（长X宽X高）2000×1200×900整机重量/kg980耕幅/mm1000§1.4香蕉秸秆/根茬还田机的动力配置由于还田机是复式作业，粉碎装置和除根装置同时工作，若选用的拖拉机功率过小时，则只能满足单功率机具作业，若粉碎和除根同时工作，则动力不足，难以起动还田机。因为拖拉机后置动力输出分两部分作用，因此，要求拖拉机具有良好的动力性能。根据多次试验和对比使用，最后选择了东方红—X824大轮拖，81马力，后轮驱动，采用东方红LF80—90拖拉机成熟技术，动力强劲，性能卓越，造型美观，可配套犁、耙、旋耕机、播种机、收割机、青贮机、秸秆还田机等机具进行各种农田作业，并可用于运输等其它作业。其主要技术参数如表1-2所示。表１-２东方红－X824型拖拉机的主要技术参数：外型尺寸(mm)4260×2170×2785轴距(mm)2314前轮轮距(可调)(mm)1630-1960后轮轮距(可调)(mm)1500-2100最小离地间隙(mm)430最小转向圆半径(m)5.3变速箱挡数前进/后退12/4速度范围前进(km/h)1.65-27.2倒退(km/h)4.3-12.8发动机形式立式、水冷、四冲程、直喷节能型柴油机发动机标定功率(kw)60.5动力输出轴形式后置、独立式及同步式发动机额定转速(r/min)2400动力输出轴转速(r/min)720选装5401000540/1000540/720§1.4.1功能简介香蕉秸杆/根茬还田机是功能齐备的香蕉秸杆粉碎还田的专用农业机械，它不但能够处理香蕉秸杆的本身，对香蕉树的根茬也可以同时进行处理，并且可在一台机械上（拖拉机）实现还田物直接翻入土中，而后平整土地，工作效率可达 0.3~0.5，经过还田机作业后的土地无须再进行整理，即可实施新一轮的种植。因而真正实现复式作业，同传统的作业方式相比，可节省大量的人力物力和才力，能很好的保护环境。另外本机具有较好的经济性，合理的价格使香蕉种植户完全能够承受，在较短的时间内，可实现投资回报。独特的结构和完整的工作性能，深受农民的好评。§1.4.2结构简介香蕉秸杆/根茬还田机是拖拉机后置式农具，它从拖拉机的后动力输出为为动力源，采用三点标准悬挂式，整机由两大部分组合而成。前部为香蕉秸杆粉碎部分，后部分为除根还田部分，动力流分为两路：一路换向提速供给粉碎刀具800r/min的高速粉碎需要具有良好的平衡性，其一定质量的惯性保证了粉碎的稳定性和良好的切碎效果，所需起动的加速度较大，故需求拖拉机应具有较好的动力性能；另一路经换向、减速器提供给除根还田装置，双辊款到阶梯工作装置，可以有效的保证根茬的清除和良好的动力，消耗更为合理。整机的动力输入端装有拖拉机和农具的安全保护装置，使拖拉机与农具构成的整个系统能在特定的安全工况下工作，并对意外情况的出现实施设备保护。为了便于地头调头和转场，保证除根的有效性。该机还设有液压动力装置。工作时液压系统对除根装置产生向下的压力，以保证除根装置的入土量，转场即地间调头，液压系统又可方便的将全部的除根装置提起，巧妙的传动线路的设计，保证了耕作转场等期间动力流的联系不断性，无需在次期间断开拖拉机的动力输出，方便了操作。香蕉秸秆/根茬还田机结构如图1-1所示。图1-1香蕉秸秆/根茬还田机第二章设计任务及设计方案拖拉机万向传动轴提升油缸除根还田装置粉碎装置§2.1设计任务及设计要求§2.1.1设计内容根据设计任务书的要求，在本次的设计的过程中。整个还田分为若干部分来设计。分别为主要传动设计装置、粉碎装置的设计、侧传动设计、除根装置设计以及总装设计。本次设计由2人共同设计完成，每人负责一部分装置的设计。最后由总装人员通过三点悬挂及提升油卸来把各部分组装成功，通过连轴器和安全离合器把主传动系统和拖拉机的后置动力输出连接起来，组成香蕉秸杆一根茬粉碎还田机的总成。完成香蕉秸秆/根茬还田机的设计。§2.1.2课题名称、设计要求：1：完成主传动系统各零件部件的设计；2：完成主传动系统的总装配图（绘制一张0号图纸）；3：完成主传动箱箱体的零件图（绘制一张１号图纸）；4：完成其他零部件的零件图（至少绘制六张2号图纸）；5：编写毕业设计说明书。§2.2主传动系统设计要求主传动系统是整个还田机的心脏部分。它既是要给粉碎系统提供动力，又要给除根装置提供动力，并且还要接收由拖拉机传来的动力，这就要求它有良好的抗冲击能力，运动的过程必须平稳，各个换位装置之间不干涉，结合紧簇。由于还田机要尽可能的减少重量。使它的生产率高，所以主传动系统也应更可能的轻便，这样才能保证它符合农用的要求。为了使还田工作在可靠的情况下，必须做到以下几点：1.保证每根传动轴的强度足够，不会产生弯曲变形等一系列情况。2.传动平稳，每个齿轮的齿面间隙，压力角符合设计要求，不会出现卡死等情况。3.传动箱体设计合理，不会出现漏油现象，有能够换油的放油通道，能够散发出热量，延长机器的一次性运行时间。4.各部分部件应设计合理，确保能够生产出来，最好低成本生产出来，减少设计造价。5.达到设计说明书的设计要求。6.尽量使用标准的零件，减少设计周期，提前完成产品的上市。第三章主传动设计§3.1主传动系统的初步设计方案由于香蕉秸杆/根茬还田机是农用机械，它工作在重载的情况下，并且有两次的换向机构，故采用圆锥直齿轮来传递功率，它的传动平稳，结构平稳，结构牢固可靠。根据这些要求初步设计简图如图3-1所示：图3-1主传动系统简图据初步传动方案，分别定义三根传动轴为：主传动轴、齿轮轴、侧传动轴。分别定义两组转向的齿轮为Z1/Z3和Z3/Z4。其中Z1、Z3是主传动齿轮。由于齿轮与轴之间的连接力较大，用普通的轴难以达到要求，故选用花键来连接，根据轴径的大小和轴承的型号来设计不同的花键号。花键的传递功率大，传动平稳可靠，用在这里是最佳方案。其中Z1齿面连接的与Z3是反向的，这样为了安装的方便把Z1与轴上的螺栓来连接。这样就很好解决了轴上难剃花键的问题，也达到了设计的要求，是很好的方案。§3.2传动零件的设计及计算Z1Z2竖直传动轴Z4Z3侧传动轴主传动轴设计时初用拖拉机的动力是东方红­X824型轮式拖拉机，它的动力输出轴的转速为 540/1000r/min。由于香蕉秸杆根茬粉碎还田机工作在重载输出，中速运行的情况下，所以应选择输出轴的转速为 540r/min。初步设计还田机的刀轴的转速为 900r/min，除根装置的转速为180 r/min。§3.2.1传动比及齿轮的设计：1.传动比：由得 2 1 n n i=：= 12 i 2 1 n n = 900r/min r/min 540 =3/5= 34 i 4 3 n n = 180r/min r/min 540 =3/1 2.齿轮的设计：根据传动比和齿轮的工作条件，初步设计齿轮的齿数分别为 Z 1=50、Z 2 =30、Z 3 =14、Z 4 =42 设它的模数为 m=7mm，大端压力角为标准角20 o。已知Z 1和Z 2 是一对啮合的齿轮：分锥角： 1d =arc tan(Z1/ Z 2 ) =art tan50/30=59 o 2d =90 o ­ 1d =90 o ­59 o =31 o当 m1mm时, 则齿顶高：* ha =1，* c =0.2 故 ha=* ha ·m=1×7mm=7mm齿根高： f h =（* ha ＋* c ）·m=(1+0.2)×7=8.4mm分度圆直径： mm mz d 350 50 7 1 1=´== mm mz d 210 30 7 2 2=´==齿顶高直径： 1 a d = mm ha d 350 59 cos 7 2 350 cos 2 1 1=´´+=¶+o mm