土豆裝袋機(jī)說(shuō)明書(shū)

2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析土豆裝袋機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于土豆的撿拾和裝袋的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械主要是針對(duì)一些種植土豆范圍較小、種植土地較為平坦的農(nóng)民需求問(wèn)題。整體結(jié)構(gòu)主要由撿拾裝置、升運(yùn)土豆裝置、分選裝置等組成。2.2總體技術(shù)方案其工作原理是被鏟出的土豆在土壤表層，由撿拾鏟斗撿起土豆，而輸送帶把土豆送至分選裝置區(qū)裝置部分，并且在這個(gè)運(yùn)輸過(guò)程，土豆與輸送帶之間的運(yùn)動(dòng)可以使沾在土豆上的土壤抖落出去，再被傳送到分選區(qū)，整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程有效地將地里的土豆快速、準(zhǔn)確地裝入三個(gè)分級(jí)的袋子中。整個(gè)工作過(guò)程中，由變速箱提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。帶有擋板的傳送帶可以有效地防止土豆在傳送過(guò)程中滾落。當(dāng)土豆被輸送到袋裝裝置部分時(shí)，土豆由于袋裝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)自由落體原則被送入帶中，最后通過(guò)人工操作實(shí)現(xiàn)土豆的袋裝。2.3功能實(shí)現(xiàn)方案2.3.1傳動(dòng)方式的確定土豆上升至輸送通道，需要借助動(dòng)力系統(tǒng)將其上升至袋裝裝置處。采用動(dòng)力的方式有帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，其中鏈條傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：傳遞功率大且過(guò)載能力強(qiáng)，傳動(dòng)很精確，結(jié)構(gòu)比較緊湊，確保機(jī)械效率高，能夠很好的適合于比較惡劣的場(chǎng)合，但成本較高，易磨損，需要經(jīng)常性維護(hù)，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，不能保證土豆的收獲的完整度，適用范圍有限。相比于帶轉(zhuǎn)動(dòng)，成本高且無(wú)法保證土豆的完整度，而且?guī)鲃?dòng)對(duì)于傳動(dòng)距離較長(zhǎng)的機(jī)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)尤為合適，它主要能夠減少振動(dòng)，從而有效保護(hù)土豆，避免造成較高的土豆損失率。在比較了以上兩種方案的優(yōu)劣之后，最終決定采用帶式輸送系統(tǒng)，因?yàn)樗袭?dāng)前設(shè)計(jì)的需求。這種系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)減速器降低轉(zhuǎn)速后，利用帶傳動(dòng)將土豆從地面運(yùn)送至輸送通道。土豆隨輸送通道傾斜，借助重力滑入袋裝環(huán)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝袋。裝滿的袋子需放置在下方的支撐架上，這一過(guò)程需要人工操作，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐架以替換裝滿的袋子，確保連續(xù)裝袋作業(yè)的順利進(jìn)行。2.3.2撿拾裝置的確定方案一：如圖2-1的方案一的撿拾裝置簡(jiǎn)圖所示，最右側(cè)被固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副受動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，與相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副帶動(dòng)其余轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，而上方被固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)從而令鏟斗實(shí)現(xiàn)上下一定區(qū)間的翻轉(zhuǎn)，將所得的物料放置物料區(qū)。如圖2-2是方案一傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖，其中電機(jī)作為動(dòng)力裝置，考慮到負(fù)載問(wèn)題，連接鏈傳動(dòng)進(jìn)行初步減速，再經(jīng)過(guò)單機(jī)圓柱齒輪減速器的輸入軸后實(shí)現(xiàn)二次減速，再由減速器輸出軸帶動(dòng)圖2-1中最右側(cè)被固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，操作簡(jiǎn)化易維護(hù)。缺點(diǎn)：摩擦損耗大，鏈傳動(dòng)要求的工作環(huán)境高，空間占用大，系統(tǒng)波動(dòng)大，不適合高速運(yùn)動(dòng)作業(yè)。圖2-1方案一的撿拾裝置簡(jiǎn)圖圖2-2方案一傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖方案二：如圖2-3的方案二的撿拾裝置簡(jiǎn)圖所示，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)副施加動(dòng)力并帶動(dòng)鏟斗實(shí)現(xiàn)上下翻轉(zhuǎn)的動(dòng)作，將物料送入放料區(qū)。如圖2-4是方案二傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)作為動(dòng)力，經(jīng)由單級(jí)齒輪減速器進(jìn)行減速后輸出帶傳動(dòng)，再由輸出軸將動(dòng)力送往圖2-3中左上角被固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副上。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上比方案一更為牢固可靠，系統(tǒng)波動(dòng)比方案一要更容易計(jì)算，操作簡(jiǎn)化易維護(hù)。缺點(diǎn)：摩擦損耗大，不適合高速運(yùn)動(dòng)作業(yè)。圖2-3方案二的撿拾裝置簡(jiǎn)圖圖2-4方案二傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖方案三：如圖2-5的方案三的撿拾裝置簡(jiǎn)圖所示，撿拾鏟主要是依靠曲柄滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏟的上下翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，并帶動(dòng)鏟斗向前往表層土壤里鏟起土豆后送入放置物料的輸送帶上。圖2-6是方案三傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶傳動(dòng)，再由單極圓柱齒輪減速器減速，最后傳遞動(dòng)力給圖2-5中左側(cè)的曲柄，即轉(zhuǎn)動(dòng)副，由它來(lái)作為主動(dòng)件。優(yōu)點(diǎn)：整體結(jié)構(gòu)比起方案一和方案二而言更加簡(jiǎn)單，空間占用小，并且效率更快。圖2-5方案三的撿拾裝置簡(jiǎn)圖圖2-6方案三傳遞給撿拾裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖綜上分析，考慮到設(shè)備需要在外作業(yè)，考慮到成本問(wèn)題和結(jié)構(gòu)需要更為簡(jiǎn)單、牢固的問(wèn)題，撿拾裝置確定使用方案三的方式。2.3.3分選裝置的確定方案一：如圖2-7的方案一的分選裝置所示，固定在機(jī)架上的轉(zhuǎn)動(dòng)副受到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)后，由該轉(zhuǎn)動(dòng)副的帶動(dòng)促使其余轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)，從而令滑塊在一定水平區(qū)間內(nèi)滑動(dòng)，滑塊被固定在帶篩網(wǎng)的機(jī)架上，在篩網(wǎng)抖動(dòng)的過(guò)程中，不同大小的土豆會(huì)落入對(duì)應(yīng)的籃子內(nèi)，如圖2-8為篩網(wǎng)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。如圖2-9是方案一傳遞給分選裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖，其中電機(jī)作為動(dòng)力裝置，考慮到負(fù)載問(wèn)題，電機(jī)輸出軸與帶傳動(dòng)進(jìn)行初步減速，再經(jīng)過(guò)單機(jī)圓柱齒輪減速器的輸入軸后實(shí)現(xiàn)二次減速，再由減速器輸出軸與被固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，作為裝置的動(dòng)力來(lái)源。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)化易維護(hù)。缺點(diǎn)：摩擦損耗大，空間占用大，系統(tǒng)波動(dòng)大，不適合高速運(yùn)動(dòng)作業(yè)。圖2-7方案一的分選裝置圖2-8篩網(wǎng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2-9方案一傳遞給分選裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖方案二：如圖2-10的方案二的分選裝置簡(jiǎn)圖所示，由對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副施加動(dòng)力并帶動(dòng)滾子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一定程度上的上下抖動(dòng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)篩網(wǎng)抖動(dòng)。如圖圖2-11是方案二傳遞給分選裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)作為動(dòng)力，經(jīng)由帶傳動(dòng)進(jìn)行減速后輸對(duì)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)型凸輪進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)化易維護(hù)。缺點(diǎn)：對(duì)凸輪的摩擦損耗極大，不適合高速運(yùn)動(dòng)作業(yè)。圖2-10方案二的分選裝置簡(jiǎn)圖圖2-11方案二傳遞給分選裝置的動(dòng)力簡(jiǎn)圖方案三：如圖2-12的方案三的分選裝置及其動(dòng)力傳動(dòng)簡(jiǎn)圖所示，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱蝸輪蝸傳動(dòng)進(jìn)行減速，帶動(dòng)滾筒里的傳動(dòng)軸動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾筒翻滾的動(dòng)作，不同大小的土豆經(jīng)由不同大小的篩網(wǎng)洞會(huì)落入不同分級(jí)的籃子里，并被裝入袋中。優(yōu)點(diǎn)：整體結(jié)構(gòu)比起方案一和方案二而言更加簡(jiǎn)單，空間占用小，并且效率更快。圖2-12方案三的分選裝置及其動(dòng)力傳動(dòng)簡(jiǎn)圖綜上分析，考慮到設(shè)備需要在外作業(yè)，考慮到成本問(wèn)題和結(jié)構(gòu)需要更為簡(jiǎn)單、牢固的問(wèn)題以及使用壽命的問(wèn)題，分選裝置確定使用方案三的方式。3土豆裝袋機(jī)的主要零部件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的土豆裝袋機(jī)主要包括撿拾裝置和分選裝置。按照當(dāng)前土豆機(jī)械化收獲的現(xiàn)狀，撿拾裝置所工作的地塊是由土豆挖掘機(jī)挖掘后的得到的。土豆被挖掘機(jī)挖掘后，土壤和土豆的混合物會(huì)均勻地鋪設(shè)在挖掘后高度一致的薯壟上。相較于土豆挖掘機(jī)，只需要撿拾土豆的撿拾鏟的入土深度較淺，則整個(gè)設(shè)備向前的阻力較小，因此收集到的土豆上附著的土壤也比較少。因?yàn)樵谕炼雇诰驒C(jī)的工作過(guò)程中已經(jīng)進(jìn)行了一次薯土分離，使土粒、土塊與土豆之間的間隙增大，黏合性降低。因此，撿拾鏟在工作時(shí)受到的前進(jìn)阻力較小。由于撿拾裝置是進(jìn)行二次收獲的工具，二次收獲時(shí)的漏薯會(huì)造成明顯的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了既能滿足使用需求，又能有效減少整體收獲過(guò)程中的漏薯率，選擇了普通平鏟作為撿拾鏟，并在普通平鏟的兩側(cè)設(shè)計(jì)了擋板，以減少前進(jìn)時(shí)漏薯的可能。3.1撿拾裝置上下系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的土豆裝袋機(jī)的撿拾裝置對(duì)一些文獻(xiàn)的理論和實(shí)際數(shù)據(jù)參考，被土豆挖掘機(jī)挖掘后的土豆土壟寬度為650-750mm，土豆撿拾鏟的入土角為20°，為了避免鏟斗在不被使用時(shí)受損，因此在使用開(kāi)始前鏟斗在平行于地面的上20°位置。撿拾開(kāi)始，鏟斗下翻至平行于地面的下20°位置，如圖3-1所示。圖3-1撿拾裝置上下運(yùn)動(dòng)位置當(dāng)它取得物料后，鏟體又向上翻轉(zhuǎn)40°，回到原來(lái)的位置，完成物料的傳遞。曲柄搖塊機(jī)構(gòu)具有急回特性，但在整個(gè)撿拾過(guò)程影響不大，由此將從動(dòng)件的角速度按平均角速度計(jì)算。實(shí)現(xiàn)撿拾的整個(gè)過(guò)程，時(shí)間為2s，鏟得的土薯混合物的重量為500N。由于撿拾過(guò)程需要上下共翻轉(zhuǎn)80°，并且物料傳遞的過(guò)程需要機(jī)體不需要等候，即機(jī)體又向前0.4m，當(dāng)鏟斗向下到下到達(dá)20°位置時(shí)，機(jī)體又向前0.2m，此時(shí)撿拾鏟也到達(dá)新的區(qū)域可以進(jìn)行撿拾。撿拾裝置的撿拾過(guò)程次數(shù)約為一分鐘30次，即一分鐘內(nèi)撿拾鏟上下翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共2400°。由設(shè)計(jì)方案得知，首先從撿拾鏟的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行初步的選型和軸的載荷初步計(jì)算，然后進(jìn)行電機(jī)負(fù)載的估算，再按負(fù)載的估算結(jié)果來(lái)選擇合適的電動(dòng)機(jī)，以及軸的載荷是否需要進(jìn)行調(diào)整。3.1.1撿拾裝置的撿拾鏟參數(shù)設(shè)計(jì)如圖3-1撿拾鏟的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示：將土壤-雜草混合物對(duì)鏟刃邊緣的阻力F分解為沿鏟刃方向和垂直于鏟刃方向的F1和F2，根據(jù)幾何數(shù)學(xué)關(guān)系可得：圖3-1撿拾鏟的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （3-1） （3-2）在正壓力F的作用下產(chǎn)生摩擦力f，摩擦力方向與F1方向相反，如果F1＞f，則土草混合物會(huì)與鏟刃產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，即： （3-3）又因?yàn)槟Σ烈驍?shù)，則 （3-4）為了確保土壤和莖葉能夠順暢地沿著鏟刃滑移，撿拾鏟的鏟刃張角被設(shè)定為120°，即就可以滿足設(shè)計(jì)要求REF_Ref2978\r\h[33]。這是基于比較得出的結(jié)論，考慮到土壤對(duì)鋼的摩擦角φ在30°～60°之間，摩擦因數(shù)在0.577～0.721之間，以及莖葉對(duì)鋼的摩擦因數(shù)在0.95～0.98之間。只要滿足莖對(duì)鋼的摩擦因數(shù)，就能滿足設(shè)計(jì)要求，從而確保撿拾效果。在設(shè)計(jì)撿拾鏟的鏟面傾角時(shí)，需遵循的原則是確保被撿拾物能夠順利地沿著鏟面向上移動(dòng)，同時(shí)防止其回落。基于這一原則，以被撿拾的物質(zhì)為研究對(duì)象，可以建立鏟面受力平衡的方程式來(lái)確定最佳的鏟面傾角，立鏟面受力平衡方程為： （3-5） （3-6） （3-7）聯(lián)立上式求得： （3-8）P—沿著撿拾鏟移動(dòng)方向的推力;N—鏟面對(duì)撿拾物的支承反力（反作用力的支撐力）;G—撿拾物的重力;f—鏟面與撿拾物的摩擦力;μ—土壤與鋼的摩擦因數(shù)，。實(shí)際上，角的設(shè)定是基于撿拾鏟對(duì)所需撿拾物的高度和松碎土壤的要求而定。當(dāng)增大時(shí)，碎土能力會(huì)隨之提升，但鏟的工作阻力會(huì)增加，因此一般不大于20°;又因?yàn)橥炼挂呀?jīng)被挖掘出來(lái)，與土壤一起形成土薯混合物，所以的角度可以相對(duì)靈活調(diào)整，由牽引的拖拉機(jī)功率20Kw，每秒0.2m可知，。研究表明，確保薯土混合物沿著挖掘鏟上表面向后運(yùn)動(dòng)的條件為REF_Ref9500\n\h[34] （3-9）P——撿拾鏟撿拾過(guò)程收到的作用力，即撿拾阻力NGC——挖掘鏟鏟面上薯土混合物重力，即Nθ——挖掘鏟入土角φ——土壤對(duì)鏟面的摩擦角參考土豆挖掘收獲的理論與經(jīng)驗(yàn)，土豆撿拾鏟入土角一般設(shè)置為20°～30°。同時(shí)，為保證撿拾裝置撿拾起薯壟的土豆，對(duì)應(yīng)于薯壟位置作業(yè)的撿拾鏟的有效工作寬度W1需要大于壟底寬度，計(jì)算式為REF_Ref9641\n\h[35REF_Ref9647\n\h-36]： （3-11）L——土豆種植行距s——土豆生長(zhǎng)平均分布寬度σ——土豆綜合標(biāo)準(zhǔn)差ε——機(jī)具行駛偏差在考慮土豆種植的農(nóng)藝要求，土豆的種植間距一般行間距350mm，生長(zhǎng)平均分布寬度600mm，土豆綜合標(biāo)準(zhǔn)差20mm，機(jī)具行駛偏差30mm。以及撿拾鏟的入土性能和碎土效果的綜合因素后，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，土豆撿拾裝袋機(jī)的撿拾鏟被設(shè)計(jì)為入土角度為20°，長(zhǎng)度為800mm，寬度為800mm。為了確定鏟體的高度，根據(jù)平面鏟的結(jié)構(gòu)尺寸圖中的幾何關(guān)系，建立了以下幾何關(guān)系式：其中，a為鏟體的后端高度，為平面鏟的傾角，L為平面鏟鏟面長(zhǎng)度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)知，被土豆挖掘機(jī)挖掘后的土豆土壟寬度為650-750mm，因此為了保證挖凈率，挖掘鏟的寬度不小于800mm，當(dāng)考慮到實(shí)際收獲土豆的條件，建議鏟寬取800mm，鏟長(zhǎng)取800mm，則鏟體后端高度為566mm。3.1.2撿拾裝置的撿拾鏟驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型撿拾裝置上下運(yùn)動(dòng)度數(shù)為一分鐘2400°，鏟得的土薯混合物的重量為500N。主動(dòng)件桿長(zhǎng)根據(jù)圖畫(huà)法可得實(shí)際尺寸為2000mm，主動(dòng)件為250mm。則連桿的工作速度為： （3-12）則電動(dòng)機(jī)的工作效率： （3-13）又因?yàn)閾焓把b置的主動(dòng)件動(dòng)力需電機(jī)經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)和減速器進(jìn)行減速，由于帶傳動(dòng)的機(jī)械效率為0.95，連桿的機(jī)械效率為0.95，單級(jí)圓柱齒輪減速器的機(jī)械效率為0.96，，兩個(gè)聯(lián)軸器的機(jī)械效率為0.97得，電動(dòng)機(jī)所需額定功率： （3-14）撿拾裝置是由電機(jī)輸出帶傳動(dòng)，再向單級(jí)圓柱齒輪減速器機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力傳輸?shù)?帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為，單級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比范圍為。 （3-15）對(duì)上述計(jì)算結(jié)果和農(nóng)業(yè)機(jī)械一般情況進(jìn)行綜合考慮，選擇Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)，該系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行安全可靠。選擇型號(hào)為Y2-112M-4。電機(jī)參數(shù)如表3.1所示，電機(jī)實(shí)物圖如圖3-2所示。表3-1三菱電機(jī)生產(chǎn)的HF-SP352電機(jī)型號(hào)額定功率Kw額定轉(zhuǎn)矩（）額定轉(zhuǎn)速r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（）額定電流A質(zhì)量KgY2-112M-442.314402.28.847圖3-2電機(jī)實(shí)物圖3.1.2撿拾裝置中的帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)電機(jī)功率P=4kw,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，初選傳動(dòng)比i=3（1）確定計(jì)算功率本次帶傳動(dòng)計(jì)算和參數(shù)選擇均為查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)第十版課本得到，由表格得工作情況系數(shù),故 （3-16）（2）選擇V帶的帶型根據(jù)、查詢(xún)圖片得知選用B型.（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑,并驗(yàn)算帶速v1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑由表、圖得到小帶輪的基準(zhǔn)2)驗(yàn)算帶速V。按式(8-13)驗(yàn)算帶的速度 （3-17）因?yàn)?m/s<V<30m/s,故帶速合適。計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)課本公式計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 （3-18）根據(jù)課本表格，取標(biāo)準(zhǔn)值為