畢業(yè)設(shè)計（論文）-白菜收獲機的設(shè)計與研究

1、畢業(yè)設(shè)計中文摘要白菜收獲機的設(shè)計與研究摘 要近些年以來我國大型白菜農(nóng)業(yè)種植收獲方式由分散向多個基地逐步集中,耕作管理方式也由原來的基地粗放型逐漸轉(zhuǎn)向精細(xì)型,在白菜種植收獲過程中會經(jīng)常用到拖拉機進(jìn)行快速翻地、耕地、起壟等作業(yè)。但是,我國現(xiàn)代蔬菜種植生產(chǎn)收過程的機械化技術(shù)水平卻依舊落后,同時國內(nèi)對蔬菜種植生產(chǎn)與收獲過程機械的深入研究也是非常少。現(xiàn)階段我國白菜生產(chǎn)和收獲的方式依舊是需要大量農(nóng)業(yè)畜力和其他人工勞動作業(yè),這就必然使得農(nóng)業(yè)勞動力生產(chǎn)成本在我國白菜生產(chǎn)中占有較大的占用比重,影響經(jīng)濟效益。本文的目的是要針對現(xiàn)階段白菜種植的實際情況，改良白菜收獲機的個別機構(gòu)，從而提高收獲機的工作效率，減少成本。

2、目前國內(nèi)外對白菜收獲機構(gòu)的研究較少，所以本課題主要參照現(xiàn)有的甘藍(lán)收獲機和甜菜收獲機來設(shè)計。本文設(shè)計希望能夠通過研究白菜收獲機的發(fā)展趨勢，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)典型的甘藍(lán)收獲機的裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究展開。通過借鑒現(xiàn)有機型的設(shè)計優(yōu)點改進(jìn)設(shè)計出相關(guān)新機型的雛形，按照構(gòu)想設(shè)計出一款能夠?qū)崿F(xiàn)一次性實現(xiàn)切根、拾取、升運等工作的機型。通過對比國內(nèi)各機型的機構(gòu)部件設(shè)計，綜合其優(yōu)點，以希望實現(xiàn)提高白菜收獲效率的目標(biāo)。該課題具體目標(biāo)如下：通過減少人力輔助強度、同時減輕白菜破損程度，從而提高白菜收獲質(zhì)量。目前國內(nèi)白菜收獲機的作業(yè)效率已經(jīng)滿足了小型種植戶的需求，但距離生產(chǎn)收獲全自動化的要求依舊相差甚遠(yuǎn)。因此要想實現(xiàn)白菜大規(guī)模的收

3、獲，全自動機械化機型的發(fā)展勢在必行。關(guān)鍵詞：白菜收獲機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；提升運輸機構(gòu)；柔性夾持裝置；畢業(yè)設(shè)計英文摘要Design and research of Chinese cabbage harvesterAbstractIn recent years, the planting and harvesting methods of large-scale Chinese cabbage agriculture in China have been gradually centralized from scattered to multiple bases, and the cultivatio

4、n and management methods have also been gradually transformed from extensive base to fine base. In the process of Chinese cabbage planting and harvesting, tractors are often used to carry out rapid land turning, plowing and ridging.However, the mechanization technology level of modern vegetable plan

5、ting, production and harvesting process in China is still backward, and at the same time, the in-depth research on vegetable planting, production and harvesting process machinery is very few in China.At the present stage, the production and harvest of Chinese cabbage is still in need of a large numb

6、er of agricultural livestock and other manual labor operations, which will inevitably make the cost of agricultural labor in the production of Chinese cabbage occupies a large proportion, affecting economic benefits.The purpose of this paper is to improve the individual mechanism of Chinese cabbage

7、harvester according to the actual situation of Chinese cabbage planting at the present stage, so as to improve the working efficiency of Chinese cabbage harvester and reduce the cost.At present, there are few researches on Chinese cabbage harvesting institutions at home and abroad, so this topic mai

8、nly refers to the existing cabbage harvester and beet harvester to design.The paper aims to study the development trend of cabbage harvester and the device structure of typical cabbage harvester in China.By drawing on the design advantages of the existing models to improve the design of the relevant

9、 new models of the prototype, according to the plan to design a one-time implementation of root cutting, picking, lifting and other work of the model.By comparing the design of mechanism components of various models in China, and synthesizing their advantages, we hope to achieve the goal of improvin

10、g the harvest efficiency of Chinese cabbage.The specific objectives of this project are as follows: to improve the harvest quality of Chinese cabbage by reducing the intensity of human assistance and reducing the degree of breakage of Chinese cabbage.At present, the operating efficiency of Chinese c

11、abbage harvester has met the needs of small-scale farmers, but it is still far from the requirements of full automation of production and harvest.Therefore, if large-scale harvest of cabbage is to be realized, the development of fully automatic and mechanized models is imperative.Keywords: Chinese c

12、abbage harvester;Structural design; Lifting transport mechanism；Flexible clamping device;目 錄1 引言11.1 白菜收獲機的應(yīng)用前景11.2 白菜收獲機的研究現(xiàn)狀21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀31.3 大白菜的物理特性52 技術(shù)任務(wù)書62.1 白菜收獲機的結(jié)構(gòu)與工作原理62.1.1 白菜收獲機的組成62.1.2 白菜收獲機基本工作原理62.2 白菜收獲機的關(guān)鍵技術(shù)62.2.1 扶正機構(gòu)62.2.2 提升運輸機構(gòu)73 設(shè)計計算說明書73.1 總體方案設(shè)計73.1.1 白菜收獲機總體簡介

13、73.1.2 提升運輸裝置簡介83.1.3 輸送機構(gòu)簡介83.2 主要機構(gòu)的設(shè)計93.2.1 切削機構(gòu)的設(shè)計93.2.1.1 切削刀的工作情況93.2.1.2 切削刀的選用93.2.1.3 刀片的設(shè)計93.2.1.4 刀片的選材103.2.1.5 壓刀板和刀桿的設(shè)計103.2.2 鎖緊機構(gòu)的設(shè)計103.2.2.1 鎖緊機構(gòu)工作原理分析103.2.2.2 斜楔的設(shè)計113.2.2.3 滑動塊的設(shè)計123.2.2.4 導(dǎo)軌的設(shè)計133.2.3 防松裝置的設(shè)計143.2.3.1 壓塊的設(shè)計143.2.3.2 開槽體和支架的設(shè)計153.2.3.3 防松柱銷的設(shè)計153.2.3.4 螺紋空管的設(shè)計153

14、.2.3.5 手柄的設(shè)計153.2.3.6 彈簧固定桿的設(shè)計163.2.3.7 彈簧的選材163.2.4 提升運輸裝置主要零部件的設(shè)計163.2.4.1 機架的設(shè)計163.2.4.2 夾持輸送裝置設(shè)計計算173.2.4.3 夾持張緊機構(gòu)的設(shè)計213.2.4.4 夾持裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計243.2.4.5 夾持皮帶軸的設(shè)計計算273.2.4.6 皮帶軸強度校核293.2.4.7 端蓋的設(shè)計323.2.4.8 支承軸的設(shè)計323.2.5 輸送機構(gòu)的設(shè)計333.2.5.1 輸送機構(gòu)的組成333.2.5.2 輸送帶速的確定343.2.5.3 張緊裝置的設(shè)計343.2.5.4 滾筒的設(shè)計353.2.5.5

15、 輸送帶的選取363.2.5.6 支承軸的設(shè)計363.2.5.7 滑架的設(shè)計383.2.5.8 機架的設(shè)計393.2.5.9 支撐板的設(shè)計394 使用說明書40結(jié) 論41參 考 文 獻(xiàn)42致 謝44白菜收獲機的設(shè)計與研究1 引言在我國，大白菜是種植范圍最廣泛的蔬菜之一，也是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖卟?。大白菜和甘藍(lán)同是屬于綠色結(jié)球葉菜類蔬菜，在這種蔬菜的采收種植作業(yè)過程中，大約有40%的工作量將會消耗在蔬菜收獲作業(yè)上。在收獲該類菜蔬過程中，需要種植戶用短刀等工具將白菜根部切斷，然后再人工撿拾、剝?nèi)~、裝車，這樣不但勞動強度大，而且效率很低。隨著目前白菜種植走向規(guī)模化、集約化，原來的人工收獲白菜方

16、式已經(jīng)基本滿足不了現(xiàn)階段白菜種植面積擴大的現(xiàn)狀。因此，發(fā)展機械化菜蔬收獲高新技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義?；谝陨系那闆r，為設(shè)計出符合白菜大規(guī)模種植戶的要求，本文將參考國內(nèi)已有的白菜或甘藍(lán)收獲機的機型，對其各個核心機構(gòu)進(jìn)行技術(shù)集成創(chuàng)新，不斷改進(jìn)，從而達(dá)到提高收獲效率，降低成本的要求。1.1 白菜收獲機的應(yīng)用前景目前，在我國的農(nóng)作物種植和生產(chǎn)的全過程中，機械化的耕作、移栽、灌溉和植保等技術(shù)正在不斷進(jìn)步，但整體上我國蔬菜的機械化生產(chǎn)水平相對較低，收獲率的大小已經(jīng)成為我國現(xiàn)代化蔬菜種植生產(chǎn)未來實現(xiàn)機械化的一個重大難題。大白菜收獲機的應(yīng)用與其他傳統(tǒng)的收獲方式相比最大的優(yōu)勢就是它的收獲效率有大幅度的提升，同時

17、也實現(xiàn)了農(nóng)機和農(nóng)藝的融合。白菜收獲機核心部件的穩(wěn)定性與可靠性將對白菜收獲質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。白菜收獲機的研究方向便是其中通過對其核心機構(gòu)的技術(shù)研究將收獲過程中出現(xiàn)的主要問題分別在設(shè)計過程中加以利用并改進(jìn)。白菜收獲機的主要任務(wù)是在國內(nèi)現(xiàn)有機型的基礎(chǔ)之上對鎖緊機構(gòu)、提升運輸機構(gòu)等相關(guān)種植機構(gòu)分別進(jìn)行一定方面的優(yōu)化改進(jìn)。通過調(diào)試機械參數(shù)等技術(shù)措施，使得各部件之間能夠穩(wěn)定地進(jìn)行機械協(xié)同作業(yè)，從而有效的保障大白菜收獲效率，提高白菜收獲機械的資源利用率和機械通用性。該機械后續(xù)可以進(jìn)一步加強對機電一體化和智能技術(shù)的綜合運用，實現(xiàn)自動對行、智能化和選擇性自動收獲等智能作業(yè)?？梢哉f要實現(xiàn)自動化智能化機械生產(chǎn)，我

18、們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。1.2 白菜收獲機的研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀在蔬菜收獲機械的研制方面，歐美等國起步是比較早的。主要有以下幾種：20世紀(jì)70年代，日本農(nóng)業(yè)生物系研究機構(gòu)成功研制出了一種懸掛式大白菜收獲機，該機械可一次性完成收獲、調(diào)配、裝箱、運輸?shù)裙ぷ?。同時其需要3至4名工作人員，完成大白菜的收獲作業(yè)。由于機器體積龐大，所以其對小型種植戶沒有實用價值。因為甘藍(lán)的外觀、生理學(xué)特性和大白菜很接近，所以，甘藍(lán)收獲機械的基本設(shè)計和工作原理也就具有一定的指導(dǎo)和參照價值。以下介紹的是幾種甘藍(lán)收獲機械：第一臺大型甘藍(lán)收獲機是蘇聯(lián)在1931年研制成功的，該收獲機的主要組成部件有：可左右方向拔取的部件、圓盤狀

19、鋸齒式切割刀和一個橫向刮板式輸送器等部件。美國一家公司的 Shepardson 等人自主研發(fā)的新型甘藍(lán)收獲機主要采用雙旋式圓盤切割結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各種甘藍(lán)的一次性拔取切割作業(yè)，該甘藍(lán)收獲機式利用圓盤切割結(jié)構(gòu)來切除根部，其適用于各種結(jié)球葉菜品種，工作一次的收獲切割率高達(dá)80%。美國Hachiya等建立了一套完全適用于當(dāng)?shù)馗仕{(lán)大規(guī)模收獲的系統(tǒng)，該系統(tǒng)收獲中途不會中斷作業(yè)。該設(shè)計主要采用了一種旋轉(zhuǎn)式雙圓盤的拔取切割裝置，后續(xù)還將配有集手工去葉和裝箱為一體的收獲機械，已于 2001年底正式投產(chǎn)并實現(xiàn)商業(yè)化（圖1）。圖1 甘藍(lán)收獲機系統(tǒng)2017年11月30日，日本的Yanmar和Osada Nouki在參考已

20、有的傳統(tǒng)卷心菜收獲機技術(shù)的基礎(chǔ)上，兩人合作探究研發(fā)出一種新型白菜收獲機（圖2），其機體結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)卷心菜收獲機類似，也是同樣采用了圓盤式一體拔取切割輸送裝置，但是該白菜收獲機械在切割輸送過程中會對白菜葉子造成較大損傷，影響白菜的質(zhì)量。圖2 白菜收獲機英國設(shè)計的通用型輪式蔬菜收獲機同樣也可以用來收獲甘藍(lán)，其主體部分搭載在機架上，并首次在機架上安裝了撥禾輪和桿條式輸送器，用這兩個部件來替代原來只能收獲塊根的撥取器。該機械還用一個輪齒式圓盤代替原來的光面齒式圓盤，圓盤內(nèi)部有一個大的球形保護罩，其會沿著地面滑行，以此來保證精確切割量和切割高度。撥禾輪用來把甘藍(lán)撥送到切削機構(gòu)，之后再由撥禾輪把它們撥送至桿

21、條式輸送器上完成收獲。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀因為國內(nèi)對現(xiàn)代化蔬菜收獲機械的研究起步較晚，所以現(xiàn)階段白菜收獲機型較少，有以下幾種：在20世紀(jì)80年代末，臺灣大學(xué)成功自主研制出了一種懸掛履帶式人工甘藍(lán)收獲機，該設(shè)備可一次性同時完成拔取、切割、切除外葉、裝箱等多種工作，平均工作效率為0.04hm2/h，其綜合工作效率比傳統(tǒng)人工收獲方式提高約2.5倍5。浙江大學(xué)研制的單行自走式甘藍(lán)收獲機（圖3），適用于我國南方地區(qū)，其采用了可彈性浮動的撥輪配套鏟式拔取裝置，拔取效果不錯且對甘藍(lán)損傷較小5。圖3 單行自走式甘藍(lán)收獲機甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研制出了4YB-1型甘藍(lán)收獲機，該設(shè)備主要采用一種螺旋圓錐式引拔收集機

22、構(gòu)將偏移的甘藍(lán)進(jìn)行扶正，然后向上引導(dǎo)，拔出甘藍(lán)5。圖4 4YB-1型甘藍(lán)收獲機哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院成功自主研制出一種農(nóng)用背負(fù)式小型大白菜收獲機，該機采用了一對可斜置安裝的小型切口弧形圓盤對白菜進(jìn)行先切除根部后進(jìn)行拔取的作業(yè)，利用切口圓盤上的弧面與地面接觸以有效限制切削深度，這樣切出的白菜根長度會顯得相差較小5。1.3 大白菜的物理特性大白菜主要盛產(chǎn)于我國東部以及北方地區(qū)，大白菜的普遍栽培要求和種植農(nóng)藝技術(shù)要求：壟距約5060cm，壟高1520cm，壟長約為20m，株距40cm16。圖5 大白菜參數(shù)統(tǒng)計值查閱相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，確定了大白菜主要菜葉外形參數(shù)：葉球展開長度B，球?qū)扗，結(jié)球高度h，整株

23、高度H，地下根深度l，根部直徑d。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。表1 大白菜相關(guān)數(shù)據(jù)名稱 代號 平均值展開度 B 750mm 球 寬 D 180mm260mm株 高 H 500mm結(jié)球高 h 330mm根部直徑 d 40mm地下根深度 l 160mm單株凈菜重 m 2.5kg2 技術(shù)任務(wù)書2.1 白菜收獲機的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1.1 白菜收獲機的組成白菜收獲機基本結(jié)構(gòu)組成包括夾持扶正機構(gòu)、兩對稱的切削刀、鎖緊提升機構(gòu)、輸送機構(gòu)，還需配套采用拖拉機側(cè)臂式懸掛，并以此為主要動力源，如圖6所示。圖6 白菜收獲機工作示意圖2.1.2 白菜收獲機基本工作原理白菜收獲機的基本工作原理為：在機架上安裝的兩個扶正輪通過與白

24、菜接觸，兩個輪對白菜軸向產(chǎn)生兩作用力將大白菜整個扶正，之后夾持輸送裝置將白菜夾持住，同時安裝在機架底部的弧形切削刀在扶正機構(gòu)的配合下將白菜根部切斷，然后經(jīng)過帶式提升運輸裝置與帶式輸送機構(gòu)將白菜運送到白菜集裝箱。2.2 白菜收獲機的關(guān)鍵技術(shù)2.2.1 扶正機構(gòu)由于我國地理環(huán)境和種植農(nóng)藝的差異，導(dǎo)致成熟的白菜大小各異且分布不是很整齊，大部分會發(fā)生左右偏移的情況。由于這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，會間接的對白菜收獲作業(yè)造成不小的影響。所以本課題采用了扶正夾持的裝置，其不但可以把傾斜的白菜進(jìn)行扶正，還可以根據(jù)白菜的外形大小自動調(diào)節(jié)夾持距離，從而實現(xiàn)高效率的夾持，且不會對白菜造成損傷，這會讓切削刀在切割白菜根部時有一

25、個良好的切割環(huán)境。2.2.2 提升運輸機構(gòu)白菜平均株重大約為2.5kg，利用傳統(tǒng)的人工收獲方式的話工作量較大，而且這樣方式下的工作效率極低。收獲時通常需要靠農(nóng)戶不斷的彎腰切割白擦根部，這樣很容易引起身體疾病。本課題主要采用提升運輸機構(gòu)來解決這個問題。工作時，帶式提升運輸機構(gòu)將白菜提升運送到指定高度的輸送帶上。該機構(gòu)主要是將白菜夾持固定在傳送帶，完成提升運送工作。3 設(shè)計計算說明書3.1 總體方案設(shè)計3.1.1 白菜收獲機總體簡介白菜收獲機的收獲工作過程：整個白菜收獲機構(gòu)側(cè)掛在一臺農(nóng)用拖拉機上，扶正器將橫向傾斜于兩側(cè)的白菜扶正，同時弧形切削刀會利用慣性把白菜的根部切斷。之后通過帶式提升機構(gòu)將收獲

26、的白菜運送到指定的工作區(qū)，經(jīng)人工分揀后，最后輸送機構(gòu)將白菜運送到裝箱裝置，完成收獲。如圖7所示。扶正器主要的工作是將白菜扶正并向一個方向收攏，其主要由許多導(dǎo)向桿組成。工作過程中提升運送機構(gòu)和水平面成一個18的傾角，平行的兩傳送皮帶將白菜夾緊并提升運送到一個輸送帶上，鎖緊機構(gòu)可以將提升機構(gòu)的工作是所處的位置鎖定。輸送帶采用水平式布置，這樣方便白菜的裝箱。圖7 總體結(jié)構(gòu)3.1.2 提升運輸裝置簡介帶式提升運輸裝置簡圖如圖8所示。圖8 提升運輸裝置簡圖原始數(shù)據(jù)：夾持輸送帶速：1.0m/s，帶輪直徑：250mm傳動方案：外傳動為V帶傳動，提升運送機構(gòu)為平帶傳動3.1.3 輸送機構(gòu)簡介本課題以農(nóng)用機械較

27、為常用的帶式輸送機為設(shè)計參考。該機構(gòu)的基本工作原理為：在驅(qū)動滾筒和張緊滾筒上繞有一輸送帶，當(dāng)工作時，安裝的電機會帶動驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動，驅(qū)動滾筒和輸送帶之間的產(chǎn)生的摩擦力會帶動輸送帶進(jìn)行工作，這樣輸送帶就能把白菜輸送到收集箱。為了在減輕輸送帶的磨損程度的同時提高工作效率，輸送帶采用水平式輸送。輸送機構(gòu)簡圖如圖9所示。圖9 輸送機構(gòu)簡圖3.2 主要機構(gòu)的設(shè)計3.2.1 切削機構(gòu)的設(shè)計3.2.1.1 切削刀的工作情況在收獲白菜的過程中，需要先將它的根部切斷，然后經(jīng)輸送機構(gòu)運送至收集裝置。當(dāng)然也有機械通過拔取將白菜拔出，但這種方式到所需的拔取力較大，通常會對白菜的一些脆弱部位造成一定程度的損傷，在拔出白菜

28、后，其表面會附著大量泥土并帶入機械中，影響壽命。所以本課題采用一邊切斷一邊運送的收獲方式。安裝在機架底部的刀片與地面呈一定的傾角以0.8m/s的速度切割白菜，利用拖拉機的慣性將白菜割斷。3.2.1.2 切削刀的選用切削刀大體上分為固定式切削刀和活動式切削刀。在白菜收獲過程中活動式切削刀雖然收獲白菜的效率較高，但由于它具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)且制造成本相對較高，導(dǎo)致在中小型收獲機上通常不會運用該類刀具。所以本課題采用了固定式切削刀，該類刀具常見的結(jié)構(gòu)有斜切刀和弧形切刀兩種（如圖10），A為斜切刀，B為弧形切刀；斜切刀雖然整體結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，但其剛度較差，在作業(yè)過程中易產(chǎn)生翹曲。故選用弧形切刀。圖10

29、 斜切刀和弧形切刀3.2.1.3 刀片的設(shè)計刀片是固定在夾緊輸送裝置下方，工作時依靠拖拉機來提供一個均勻的切割速度，這樣的話就要求刀片具備較高的強度。查閱相關(guān)資料知切斷白菜所需切削力大約為200250N。由于切削時刀片不會產(chǎn)生較多的熱量，所以不需要考慮切削熱量對刀片的影響。為了滿足刀片可以切到每個白菜這一要求，這里選取刀片直徑為150mm，刀片的厚度為5mm。該刀片的結(jié)構(gòu)如圖11。3.2.1.4 刀片的選材在收獲白菜的過程中，刀片通常不是連續(xù)的進(jìn)行切割，所以刀片會受到白菜對其的一個作用力，同時考慮到刀片會與地面產(chǎn)生摩擦。故本機構(gòu)選擇綜合機械性能比較優(yōu)良的中碳鋼40Gr，其表面經(jīng)高頻淬火使其硬度

30、達(dá)到HRC5560。圖11 刀片3.2.1.5 壓刀板和刀桿的設(shè)計壓刀板是用來實現(xiàn)刀片的固定和刀桿的連接，將壓刀板和刀片之間的接觸面積擴大，這樣會讓刀片更加牢固，從而保證機構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度。刀桿用來固定刀片在該機構(gòu)的安放位置和安裝角度。為了延長切削機構(gòu)的使用壽命，選用板狀刀桿。選材均為30碳素結(jié)構(gòu)鋼。3.2.2 鎖緊機構(gòu)的設(shè)計3.2.2.1 鎖緊機構(gòu)工作原理分析白菜收獲機在收獲過程中提升運輸裝置需要處在位置1處，為了增強其工作的穩(wěn)定性，需安裝一鎖緊機構(gòu)，其工作位置如圖12所示。位置1可滿足白菜收獲時的要求。圖12 位置示意圖結(jié)合上圖可知：鎖緊機構(gòu)（圖13）工作時需要把位置1進(jìn)行固定，這就要求鎖

31、緊機構(gòu)和提升機構(gòu)之間貼合嚴(yán)密。機構(gòu)中的斜楔塊可以在導(dǎo)軌來回運動，工作時，將夾持輸送機構(gòu)固定在位置1處，除遇維修，否則該機構(gòu)不會放下。把鎖緊機構(gòu)和提升機構(gòu)的接觸面做成傾斜表面，從而消除因裝配、制造而導(dǎo)致的誤差，增強了工作的穩(wěn)定性。因為農(nóng)用機械在進(jìn)行收獲作業(yè)時，常常會產(chǎn)生因振動而使鎖緊機構(gòu)松動的情況，所以采用防松裝置，該裝置是利用彈簧的推力將類似圓錐柱體的零件貼近斜體，以達(dá)到防松的目的，提高白菜收獲機在作業(yè)時的安全性。圖13 鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖3.2.2.2 斜楔的設(shè)計（1）自鎖條件按照技術(shù)設(shè)計要求斜楔應(yīng)滿足特定的自鎖條件：斜楔的升角應(yīng)小于斜楔面與基面兩處摩擦角之和，即。（2）斜楔升角的選取表2

32、斜楔鎖緊機構(gòu)計算數(shù)值變量斜楔升角 5 6 7 8行程比 0.087 0.105 0.123 0.140理想增力比 11.430 9.514 8.144 7.115采用手動斜楔鎖緊機構(gòu)，鎖緊機構(gòu)中的斜楔是主要的工作零件，其材料的性能將影響鎖緊機構(gòu)的工作性能。查閱相關(guān)資料知：鋼材之間的摩擦系數(shù)=0.10.15，相對應(yīng)的升角=1117。本機構(gòu)采用手動加緊，根據(jù)經(jīng)驗：斜楔升角一般為68，這里取=7。（3）斜楔的選材因為斜楔在工作過程中會受到一定大小的沖擊力，故選擇綜合機械性能較好的中碳鋼45鋼。3.2.2.3 滑動塊的設(shè)計（1）滑動塊的作用斜楔和導(dǎo)軌通過滑動塊連在一起。因為該鎖緊機構(gòu)通過手動進(jìn)行鎖緊，

33、所以就要求滑動塊質(zhì)量要輕一點，這樣可減輕斜楔的重量，從而減小所需要施加的推力?；瑒訅K可以使用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的零件。表3 熱軋工字鋼各項性能型號 20a 20b尺寸 mm h 200 200 b 100 102 d 7.0 9.0 t 11.4 11.4 r 9.0 9.0 R1 4.5 4.5橫截面積 cm2 35.578 39.578理論重量 Kg/m 27.929 31.069（2）滑動塊的選材查閱工字鋼相關(guān)參數(shù)后，選取型號為20a的工字鋼作為鑄造滑動塊的材料。為了使其滑動平滑，要將其圓角打磨成高精度的平面，這樣會減少在滑動過程中受到的摩擦力；同時打磨平面可以增大滑動塊與導(dǎo)軌之間的接觸面，從而

34、達(dá)到工作要求。其橫截面如14所示。圖14 滑動塊橫截面圖3.2.2.4 導(dǎo)軌的設(shè)計（1）導(dǎo)軌的作用導(dǎo)軌用來限定滑動塊的滑動方向，保證其只有一個運動方向。因為白菜收獲機為屬于農(nóng)用機械，所以不需要精度較高的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)簡單且輕便：主要采用兩塊板固定形成導(dǎo)軌，使滑動塊能在兩板間運動。其截面如圖15所示。圖15 導(dǎo)軌截面圖（2）導(dǎo)軌的選材在工作過程中，導(dǎo)軌通常會發(fā)生磨損，這就要求導(dǎo)軌的耐磨性要高。在機械制造生產(chǎn)中通常用鑄鐵來制造導(dǎo)軌，這里選用HT-350。3.2.3 防松裝置的設(shè)計由于農(nóng)業(yè)機械在作業(yè)過程中會產(chǎn)生機械振動，會引起鎖緊機構(gòu)的松動，影響白菜收獲機的安全性。所以本課題采用以下的防松機構(gòu)，

35、如圖16所示。圖16 防松機構(gòu)工作原理：施加一個力把1壓下，1會沿著2的通槽移動到2的底部，這時候?qū)?旋轉(zhuǎn)90松開，1會卡死在2底部的槽中，彈簧將1所受的力轉(zhuǎn)移到4上面，然后4會向下運動擋住斜楔機構(gòu)，使其不會運動。當(dāng)完成工作后，把1向下壓一定距離，然后再旋轉(zhuǎn)90后松手。1會在彈簧的作用下上升，再將1向上拉，通過5將4從斜楔機構(gòu)中拔出，完成工作。3.2.3.1 壓塊的設(shè)計（1）壓塊的作用主要作用是向彈簧施壓帶動彈簧運動，同時在一定的位置固定彈簧，需要具有一定的強度。（2）壓塊的選材在開槽體上制有螺紋，要用焊接的方式來減輕由壓桿的轉(zhuǎn)動引起的螺紋松動的現(xiàn)象。壓塊上有兩個用于定位的鍵，其要求有一定的強

36、度。所以選擇強度較高的Q-255，其常用來承受中等載荷，符合壓塊設(shè)計要求。3.2.3.2 開槽體和支架的設(shè)計（1）開槽體和支架的作用兩者主要是用來限制壓塊的滑動距離，讓壓塊滿足位置要求。（2）開槽體和支架的選材開槽體和支架都沒有較高的設(shè)計要求，所以選材用鑄鐵。經(jīng)查資料后，選定HT-150，符合設(shè)計要求。3.2.3.3 防松柱銷的設(shè)計（1）柱銷的作用在柱銷下壓時，柱銷與斜楔體的斜面接觸，以此來推動柱銷運動。（2）柱銷的選材柱銷和斜楔體之間是點接觸，這就需要柱銷有較高的強度和硬度。故選擇40Gr，其表面還需要經(jīng)淬火處理，以增強其硬度。3.2.3.4 螺紋空管的設(shè)計（1）螺紋空管的作用主要用來連接壓

37、塊和手柄，將施加給手柄的力傳遞給彈簧。（2）螺紋空管的選材螺紋空管表面要切制內(nèi)螺紋，所以壁厚要大。故選取冷拔無縫鋼（YB231-64），參數(shù)為：外徑為38mm、壁厚為8mm、理論重量為5.92Kg/m，其滿足設(shè)計要求。3.2.3.5 手柄的設(shè)計（1）手柄的作用將操作者所施加的力傳遞到整個機構(gòu)。（2）手柄的選材手柄不是重要零件，選用HT-150。3.2.3.6 彈簧固定桿的設(shè)計（1）彈簧固定桿的作用主要用來固定彈簧的位置以及將柱銷拔取的功能。（2）彈簧固定桿的選材彈簧固定桿一端有螺紋，另一端焊接，最好選用低碳鋼。這里選取焊接性能好的20鋼。3.2.3.7 彈簧的選材彈簧鋼通常有碳素彈簧鋼絲、65

38、Mn、60Si2Mn、50GrVA等。65Mn雖然有過熱敏感性和回火脆性，容易產(chǎn)生淬火裂紋，但其淬透性強，脫碳傾向小，故選取65Mn彈簧鋼。3.2.4 提升運輸裝置主要零部件的設(shè)計3.2.4.1 機架的設(shè)計白菜收獲機作業(yè)時，提升運輸機構(gòu)和地面之間的夾角成18。所要提升的高度約為0.5m，對應(yīng)提升運輸機構(gòu)長約為1.6m，機架也是需要1.6m左右。因為傳遞距離較長，如果單純采用平帶傳遞的話，白菜會在向上輸送過程中由于帶的向內(nèi)凹陷而掉落。故在中間部分等距布置三個張緊輪，確保將白菜提起。結(jié)構(gòu)如圖17所示。圖17 提升運輸機構(gòu)簡圖初定機架長約為1.6m，所以單根平帶長約為3.2m，查閱機械設(shè)計手冊知平帶

39、帶長有3150mm、3550mm、4000mm。選定長為3550mm的平帶。根據(jù)設(shè)計要求，查閱機械設(shè)計手冊確定帶輪直徑D1=D2=250mm。故：2R+2L=3550 L(機架長度)=1383mm見圖18：圖18機架結(jié)構(gòu)示意圖機架采用矩形橫截面的結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，頂部敞開，豎直安裝的平帶夾緊白菜將其運送到指定的高度，具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。3.2.4.2 夾持輸送裝置設(shè)計計算夾持輸送裝置主要是由兩平帶傳動裝置構(gòu)成，其可以將大白菜夾緊并運送到輸送機構(gòu)，也可以根據(jù)白菜的尺寸大小調(diào)整皮帶的夾持距離。（1）輸送帶帶速計算皮帶的帶速大小和牽引車運動的速度有關(guān)，擬定牽引車速度v機=0.8m/s。查閱連續(xù)輸送機械手

40、冊知帶式輸送機構(gòu)與地面最大傾角不能超過18，本設(shè)計取傾角=18，所以，夾持輸送帶的速度為：v=v機/cos=0.8/cos180.84m/s（2）夾持輸送帶張力計算夾持輸送裝置結(jié)構(gòu)輪廓如圖19所示，輸送機與水平面的夾角=18，線載荷q0=q帶，q1=q帶+q物，上面的輪為驅(qū)動輪。圖19 夾持裝置輪廓圖其中，q物=GaN/m，G為每個白菜的質(zhì)量，取G=25N,a為兩白菜之間的距離，取a=430mm。所以，q物=58.14N/m；其中，q帶=11B（1.25i+1+2）其中，B輸送帶寬度，取B=100mm； i輸送帶的襯層數(shù)，取i=3； 1輸送帶上橡膠層厚度，取1=3mm； 2輸送帶下橡膠層厚度，

41、取2=2mm；所以，q帶=9.63N/m；由上圖可得：驅(qū)動輪繞出端的張力S1等于繞出張力S出S1=S出(31)S2=S1+W0(32)其中， W0=q0（0L-H）=1.69N(33) S3=cS2=1.04（S1+1.35）(34) S入=S4=S3+W1=1.04S2+W1(35) W1 =L1q1（0cos+sin）=25.74N(36)又由歐拉公式得：S入S出e2.6(37)其中，=0.3，=180；聯(lián)立式（35）和式（37）解得：S入=S1=50.83N, S出=S4=17.63N所以，得牽引力F牽=S出-S入=33.2N(38)其中，S1驅(qū)動輪繞出端的張力，N； S2從動輪繞入端的

42、張力，N； S3從動輪繞出端的張力，N； S4驅(qū)動輪繞入端的張力，N； W0直線12段的阻力，N； W1直線34段的阻力，N； L輸送機的水平投影長度，取L=0.77m； L1輸送機的中心距，取L1=0.8m； H輸送機的垂直投影高度，取H=0.5m； 輸送機與水平線的夾角，=18； c張力增大系數(shù)，取c=1.04（滾動軸承）； 0阻力系數(shù)，取0=0.5；（3）夾持輸送帶驅(qū)動功率計算查閱機械設(shè)計手冊得：傳動效率=0.92，功率備用系數(shù)k=1.2，所以得驅(qū)動功率P為：P=k（S出-S入）v1000=0.0364kw(39)（4）夾持輸送帶的參數(shù)設(shè)計 1.帶輪直徑根據(jù)設(shè)計的需要，選取兩直徑相同的帶

43、輪，查閱機械設(shè)計手冊選取標(biāo)準(zhǔn)值D1=D2=250mm。2.輸送帶的選取查閱機械設(shè)計手冊，結(jié)合具體的設(shè)計，選?。?層，寬度為140mm的軟橡膠帶。3.中心距aa=（1.52）（D1+D2）且1.5（D1+D2）a5（D1+D2）(310)參考現(xiàn)有的白菜收獲機的機型，取中心距a=1380mm。4.所需要的帶長L開口傳動的帶長L=2a+2（D1+D2）+（D2-D1）24a3545.4mm(311)結(jié)合具體設(shè)計，取L=3550mm。5.包角11=180-D2-D1a57.3=180150(312)6.撓曲次數(shù)uu=1000mvLumax=（610）次/s(313)其中，m帶輪數(shù)，取m=2；代入數(shù)據(jù)得

44、：u=0.473次/sumax7.帶厚=1.2n(314)其中，n帶的層數(shù)；代入數(shù)據(jù)得：=3.6mm8.帶的截面積AA=100KAPP0KK=492mm2(315)其中，KA工況系數(shù)，查表得：KA=1.0； P0膠帶單位截面所能傳遞的基本額定功率，查表知P0=0.04kw/cm2； K包角修正系數(shù)，查表知K=1.0； K傳動不知系數(shù)，查表知K=0.8；9.帶寬bb=A=4923.6=137mm(316)結(jié)合具體設(shè)計，并查機械設(shè)計手冊取帶寬b=140mm。10.作用在軸上的力FrFr=20Asin12=1771.2N(317)其中，0帶的預(yù)緊應(yīng)力，取0=1.8MPa（5）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)帶輪的直

45、徑大小，查閱機械設(shè)計手冊：為了防止帶滑落，將輪緣表面制有中凸度，取中凸度為0.8mm；帶輪選用四孔板輪，四個孔的直徑取40mm，輪轂長為115mm，輪轂孔的直徑取32mm，輪轂內(nèi)、外圈之間的壁厚取16mm，輪緣厚度為12mm，輪緣與輪輻、輪緣與輪輻均由1：25的錐度過渡連接，輪緣邊上留有4mm的凸緣，防止輸送帶滑落。3.2.4.3 夾持張緊機構(gòu)的設(shè)計（1）彈簧的設(shè)計計算1.彈簧的作用在該機構(gòu)中，一邊用3個等距排列的彈簧，這些彈簧用來調(diào)節(jié)皮帶對大白菜的夾緊力。在輸送過程中，彈簧根據(jù)大白菜不同的尺寸進(jìn)行伸縮，確保大白菜穩(wěn)定的向上輸送，并且可以配合切削刀，切割大白菜根部，完成收獲的前期作業(yè)。2.彈簧

46、的設(shè)計計算根據(jù)工作需要，該彈簧設(shè)計成圓柱螺旋壓縮式彈簧。工作時，彈簧的最小載荷為白菜未進(jìn)入皮帶時其所受的力，由于張緊力的作用，皮帶施加在彈簧上的力為268N;最大載荷是皮帶張緊力和白菜對彈簧施加的壓力之和，為473N；工作行程為5mm，兩端采用固定支承。彈簧的極限載荷查閱機械設(shè)計手冊得：彈簧的最大載荷Fmax0.8F3(318)其中，F(xiàn)3極限載荷，N所以，F(xiàn)3Fmax0.8=591N彈簧的選材及許用應(yīng)力該彈簧受力循環(huán)次數(shù)N=103105，所以選用II類彈簧，選材為C級碳素彈簧鋼絲，初定彈簧絲的直徑d=3.5mm。查閱機械設(shè)計手冊知：=0.45B, B=1650MPa所以，=0.45B=742.

47、5Mpa彈簧絲直徑d根據(jù)設(shè)計要求，初定彈簧絲的直徑d=3.5mm。設(shè)彈簧的平均直徑D2=16mm，旋繞比C=D2d=4.6，查表得：曲度系數(shù)K1=1.33，所以彈簧得直徑為：d=1.6F3K1C=1.65911.334.6742.5=3.53mm(319)故取標(biāo)準(zhǔn)值d=3.5mm；彈簧外徑D=D2+d=19.5mm(320)彈簧得有效工作圈數(shù)n查閱機械設(shè)計手冊得：切變模量G=8104MPa，彈簧的工作圈數(shù)：n=Gmaxd48F3D23=80000103.5485911637（圈）(321)因彈簧工作頻繁，每端有一圈死圈，所以，彈簧的總?cè)?shù)為：n總=n+2=9（圈）載荷與變形的驗算分別計算在最大

48、載荷Fmax和最小載荷Fmin作用下彈簧的變形量max和minmax=8FmaxD23nGd4=84731637800003.54=9.03mm(322)min=8FminD23nGd4=82681637800003.54=5.12mm(323)彈簧的實際工作行程0為：0=max-min=9.03-5.12=3.91mm(324)查閱機械設(shè)計手冊得：彈簧的極限工作應(yīng)力lim為：lim=1.25=1.25742.5=928.13MPa(325)極限載荷Flim為：Flim=d2lim8K1C=3.143.52928.1381.334.6=729.4N(326)其對應(yīng)得變形量lim為：lim=8F

49、limD23nGd4=8729.41637800003.54=13.94mm(327)彈簧其余的幾何尺寸彈簧的最小節(jié)距Pmin=d+maxn+min=3.5+107+0.13.5=5.28mm(328)min=0.1d(329)彈簧的螺旋升角為：=arctantD2=arctan5.283.1416=6(330)彈簧的鋼絲間距為：=t-d=5.28-3.5=1.78mm(331)彈簧的自由長度H0，要求彈簧的兩端磨平、并緊H0=np+（n總-n-0.5）d=75.28+(9-7-0.5)3.5=42.21mm(332)彈簧的長度L為：L=D2n總cos=3.14169cos6=454.9mm(

50、333)彈簧的穩(wěn)定性bb=H0D2=42.2116=2.645.3(334)所以，滿足穩(wěn)定性的要求彈簧如圖20所示圖20 彈簧（2）張緊輪的設(shè)計根據(jù)設(shè)計的需要，張緊輪（圖21）的外徑D=30mm，內(nèi)徑d=10mm，寬h=80mm。選材為塑料。圖21 張緊輪3.2.4.4 夾持裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計（1）V帶傳動的設(shè)計該裝置外傳動采用V帶傳動，兩皮帶的旋轉(zhuǎn)方向相反，為了讓兩個軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，需將皮帶扭成8字形，如圖22所示：圖22 V帶傳動圖1.功率PdPd=KAP=1.20.0364=0.04368kw(335)P傳遞的功率，kw；KA工況系數(shù)，查表取KA=1.2；2.傳送帶的帶型選用普通V帶，帶型為A,節(jié)寬bp=11mm,頂寬b=13mm，高度h=8mm，楔角=40。選用單根帶。3.傳動比ii=n1n2=dp1dp2=24.7224.72=1（兩軸的轉(zhuǎn)速相同，目的是傳遞運動）(336)n1，n2帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min；dp1小帶輪的節(jié)圓直徑，mm；dp2大帶輪的節(jié)圓直徑，mm；4.帶輪的選材選用灰鑄鐵HT200，查閱機械設(shè)計手冊知兩帶輪的結(jié)構(gòu)為實心輪。5.小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1查閱機械設(shè)計手冊，取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=75mm6.大帶輪的基準(zhǔn)直徑d2d2=d1i=75mm(337)7.帶速vv=d1n1601000=3.147524.72601000=0.097m/s(