塔里木大學畢業設計前言我國吃韭菜有著悠久的歷史，好多菜肴都有韭菜。可見我國人民對韭菜的熱愛之深。隨著科技的進步，各種糧食蔬菜都大面積種植，源自于有著機械收割裝置，限制韭菜種植面積發展的重要因素就是在于機械化問題。我國勞動人民在長期的生產實踐中對收割工具有許多發明創造，據古書記載在三千五百年前已經發明了鐮刀，在十三世紀中葉創造了推鐮等高效工具。但這些成就在長期的封建和半封建、半殖民地的社會中得不到應有的發展和重視。當韭菜種植面積大時靠人們用鐮刀收割，效率太低，在收割時菜農一直蹲著非常累，而且如果大面積種植，收割的勞動力比較少，而且工價很高，又加大了韭菜的做種植成本，相應的單位面積的效益也隨之降低了。韭菜收割機的設計過程從對韭菜收割的機械化轉換，總結普通農業機械的運動模式和功能實現，到具體機構的設計構思和分析計算，產品模型的建立，工程分析和設計制造，一步一步完整走過，讓整個設計路程圓滿而成果豐碩。其中，數字化的設計方法和基于特征的參數化設計系統讓設計過程高速而有效，對這個設計過程起到了關鍵性的作用。韭菜收割機是在對常用的農業機械進行了初步探索下進行的，對農機的普遍機構進行了深入研究，并從中提取出農業機械通用的結構和使用的設計，將其精華注入到這款韭菜收割機中，力求使這款韭菜收割機能更加實用，更加合理，以彌補設計實踐上的經驗不足。在設計過程中，我們對部分機構進行了功能實現性的設計，機械設計分析和理論設計計算，從割刀的設計、皮帶鏈條的設計選用，多方面設計研究讓收割機模型更加合理。關鍵詞：收割機；溫室韭菜；往復式割刀；設計塔里木大學畢業設計塔里木大學畢業設計目錄TOC\o"1-2"\h\u1緒論 緒論1.1課題研究的意義我國吃韭菜有著悠久的歷史，好多菜肴都有韭菜。可見我國人民對韭菜的熱愛之深。隨著科技的進步，各種糧食蔬菜都大面積種植，源自于有著機械收割裝置，限制韭菜種植面積發展的重要因素就是在于機械化問題。我國勞動人民在長期的生產實踐中對收割工具有許多發明創造，據古書記載在三千五百年前已經發明了鐮刀，在十三世紀中葉創造了推鐮等高效工具。但這些成就在長期的封建和半封建、半殖民地的社會中得不到應有的發展和重視。當韭菜種植面積大時靠人們用鐮刀收割，效率太低，在收割時菜農一直蹲著非常累，而且如果大面積種植，收割的勞動力比較少，而且工價很高，又加大了韭菜的做種植成本，相應的單位面積的效益也隨之降低了。隨著種植業結構調整和設施栽培的迅速發展，韭菜的種植面積逐年增加，在面積上已經由過去的占蔬菜面積的2%-3%發展到現在的5%-6%。一畝地一年畝產韭菜3000斤，一斤一塊錢，除去成本和人力一畝地可以獲取1500塊錢，收割韭菜一斤一毛錢，要損失300元錢，況且農村這樣的工人也很難找，大面積種植時，人工收割成本會很高，如果有一臺機器來代替這樣的工作，不但可以減少菜農成本，還可以推廣大面積種植。可見現在研制一臺韭菜收割機器十分重要。1.2國內外溫室韭菜收割機的發展現狀1.2.1國外溫室韭菜收割機的發展現狀隨著科技的發展，農業機械化的發展，國外對于韭菜收割機的研制也有著比較先進的成果。在二十世紀九十年代已經取得了一定的成果，經過數十年的發展，現在技術已經日趨成熟。國外的韭菜收割機主要是韓國為主，現階段已經能夠大大的減少勞動力，為菜農提供很好地效益。國外的韭菜收割機類型較多，收割的通用性比較強，相對來說比較成熟。國外的韭菜收割機可以很好地實現韭菜的收割，并且有些收割機還可以很好地實現一機多用的效果。韭菜收割機的效率較高并且在實現很好地收割的前提下并且能夠實現不傷根莖，能夠很好地實現韭菜的再生長，可以很好的保證菜農的利益。1.2.2國內韭菜收割機的現狀我國現階段也有自己的韭菜收割機，但是現階段我國還是以引進國外的韭菜收割機為主，并在其基礎上進行改進和研發，我國已經能夠研發出自己的韭菜收割機并且投入使用。但是在節省人力物力的同時也存在著技術的問題，只是能夠對韭菜進行割倒，清洗，打捆。由于技術、經濟的問題，并未能夠完全在全國范圍內進行廣泛的推廣和使用。我國現在正在處于韭菜收割機的發展初期，現在有許多的菜農還是一直在使用人工收割和小型的割刀進行收割，并沒有多少在使用自走式的韭菜收割機。溫室韭菜收割機在全國范圍內的使用率并不高，發展溫室韭菜收割機即節省了勞動力，有提高了生產率和經濟效益，有著極為廣闊的市場和應用前景。溫室韭菜收割機是我國目前市場的需求而自主研制開發的普及產品，是用于韭菜收割的專業設備，該機器可以實現韭菜的收割和接收為一體，具有結構簡單、操作方便、節省人力等特點。溫室韭菜收割機在我國今后的發展將是一片光明。近幾年來，我國有些企業在自主研發以及引進外國的先進設備來滿足農戶的需求以及廣大市場的需求。各種韭菜收割機已經相繼投入使用，為農戶帶去了方便。1.3國內外溫室韭菜收割機存在的問題我國研究韭菜收割機的起步比較晚發展比較緩慢，和發達國家相比來說只能望其項背。但是韭菜收割機在實際的生產和使用的過程中仍然存在著一些如下較為突出額問題，因此，難以大范圍的推廣和使用。（1）韭菜的行距。根據韭菜收割機的行距不同，對韭菜的行距也有一定的要求。菜農不根據收割機來確定其行距則對韭菜的收割帶來了很大的不便。（2）傷根損葉。韭菜與其他作物有所不同，由于韭菜多年生長、一年收割3-5次的特殊性，因此要求不能夠傷根損葉，所以溫室韭菜收割機在操作的情況下對后續的生長有一定的影響，因此，對韭菜的收割有很高的要求。（3）收割不齊。在收割的時候由于割刀以及傳送的問題，導致進入收獲筐的時候落入散亂，對后續的打捆造成了不便。（4）通用性差。一般的韭菜收割機只能用于韭菜的收割，而不能通過改變零部件來實現一機多用。（5）機具性能不穩定，適應性不高。當韭菜的行距以及收割高度不一定的時候，對于韭菜的收割同樣會帶來有些想不到的問題。（6）作業成本偏高效率差。現在韭菜收割機處于發展初期，較好的韭菜收割機的費用不菲。對于菜農來說，實用性和成本高低成為了菜農首先考慮的問題。因為通用性不好，不能實現一機多用，導致生產設備利用率低，所以收割韭菜的成本也會隨之增加。從而國內能夠實現韭菜收割機全面推廣和使用還有一定的距離。隨著技術的提高這些問題將會在以后慢慢解決，并且能夠占據一定的市場。1.4研究的內容和方法根據我國溫室韭菜收割機的發展和存在的問題以及未來韭菜收割機的要求設計韭菜收割機。溫室韭菜收割機主要有動力輸入裝置、切割裝置、傳送裝置、微乳裝置、接收裝置組成。其中，動力行走裝置是通過小型柴油機實現驅動。并且切割裝置通過小型電機來實現并且通過曲柄連桿裝置來實現切割。通過傳送裝置來實現接收，從而達到收割韭菜的目的。先確定我國已有的韭菜收割機的類型，根據已有的韭菜收割機的原理及結構，設計新型的韭菜收割機，使其產品能夠更加適應小型企業的以及菜農的要求。主要保證機械功能的穩定性，保證切割性好，韭菜的完整性好，避免損根傷葉問題的出現等優點。1.5預期目標（1）整機操作方便，結構簡單，通用性好，使用壽命長。（2）在溫室中便于操作，效率高，能夠很好地對韭菜進行收割，人工勞動量少，同時動力消耗上要盡量少。（3）制造價格便宜，容易普及，能夠滿足普通家庭農戶的需求。1.6重點研究問題的關鍵及解決思路在現有的韭菜收割機的基礎上，進行利用刀具進行收割傳送裝置，實現韭菜的收割，從而實現韭菜收割機的設計。（1）選擇合適動力傳遞方式，設計工作裝置和傳動裝置。（2）運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。（3）運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模。1.7工作條件及解決方法塔里木大學位于南疆中心位置，校內有農業工程重點實驗室、小工廠等實驗基地，為項目開展提供了場地和基本條件。校內擁有優良的硬件環境，機械電氣化工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且師資力量雄厚，完全可以滿足溫室韭菜收割的條件。2溫室韭菜收割機的總體設計2.1收割的典型方法及收割方案的選擇2.1.1收割的幾種典型方法目前開發出來的絕大部分設備都是采用機械式來進行收割，常見的機械式收割方式如下：（1）往復式韭菜收割：其割刀作往復運動，結構簡單，適應性較廣。目前在谷物收割機、牧草收割機、谷物聯合收獲機和玉米收獲機上采用較多。它能適應一般或較高作業速度的要求，工作質量較好，但其往復慣性力較大，震動較大。切割時，莖稈有傾斜和晃動，因而對莖稈堅硬、易于落粒的作物易產生落粒損失。粗莖稈作物，由于切割時間長和莖稈多次切割現象，則會出現割茬不夠整齊。對于韭菜收割來說，比較適宜。（2）圓盤式韭菜切割：圓盤式切割器在水平面內作回轉運動，因而運轉較平穩，震動較小。該切割器的割刀圓周速度較大，其切割能力較強。切割時靠莖稈本身的剛度和慣性支撐。目前在牧草收割機和甘蔗收割機上采用較多，在小型水稻收割機和小型韭菜收割機上也有采用。2.1.2收割方案的選擇為了實現預定功能提出兩個方案可供選用：方案一：利用往復式割刀來進行收割，其結構簡單，容易設計，便于制造，性價比也比較高，只需要通過一個曲柄搖桿機構來實現方案二：采用圓盤式割刀進行其結構相對比較復雜，設計比較困難，適合莖稈比較粗壯的作物，加工工藝要求比較高。經過方案的比較和選擇，在設計要求內方案一能夠滿足設計的要求條件，方案一比方案二性價比高，且容易實現。所以選擇方案一的割刀收割方案。2.2溫室韭菜收割機的結構溫室韭菜收割機的結構主要有分禾器、撥禾輪、割刀、曲柄搖桿機構、傳送滾、傳送帶、電機、機架等結構組成，如圖2-1所示。在確定好行距之后，在發動機的驅動下經過減速器來實現韭菜收割機的驅動。在進地之后，在分禾器的作用下實現單行的韭菜的喂入，進而經過撥禾輪來進行韭菜的扶正，通過與機架垂直的兩個傳送滾進行韭菜的扶正并且夾緊。往復式割刀在曲柄搖桿機構的作用下實現動割刀的往復運動進而實現實現韭菜的切割，在韭菜隔斷之后直接通過傳送帶傳送至后面的接收器內，從而完成了韭菜的收割。傳送帶的傳動是傳送電機來帶動的，通過齒輪來連接兩個傳送滾的反向轉動。傳送帶的主動傳送滾帶動從動傳送滾的運動再通過皮帶和齒輪的連接來實現撥禾輪的轉動。在整個韭菜收割的過程中主要機構是傳送裝置和割刀裝置，在這兩個裝置的配合使用下使得整個過程變得簡單。此次韭菜收割機的設計可以實現一機多用的作用，根據不同作物的要求，要求收割時的割茬也會不一樣。韭菜的收割割茬一般在1cm左右，而其他作物的割茬顯然不同，所以可以通過調整前輪的高度來調節不同作物割茬的要求。對于不同的作物來實現不同的割茬要求，較好的解決了收割機都不同作物的適應性，生產效率高。分禾器2.撥禾輪3.支撐前輪4.傳送帶5.傳送帶電機6.傳送滾筒7.接收筐8.曲柄搖桿機構9.驅動輪圖2-1溫室韭菜收割機結構圖3撥禾機構的設計撥禾輪的設計是韭菜收割的開始，撥禾輪的使用可以收割直立和一般倒伏的作物。圖3-1撥禾輪撥禾輪的運動軌跡的形狀，決定于撥禾輪的圓周速度Vy與機器前進的速度Vm的比值；為撥禾速度比。只有當≥1時，才有可能將作物莖干引向割刀配合切割，并在割斷后繼續的向后推送莖桿，一面在割刀上發生堆積和堵塞。＞1時，撥禾輪的工作情況才是正常的。撥禾輪的工作過程中，需要撥禾輪具有良好的工作質量，除了滿足＞1外，還應該滿足工作過程中不同階段的要求。切割時，撥禾輪應該扶持作物莖桿，以配合進行切割，避免切割器將莖桿向前推到。3.1撥禾輪的位置調整要使撥禾輪能夠正常夠其安裝高度就必須滿足：（3-1）式中：R—撥禾輪的半徑；h—割刀離地的高度；L—為作物高；H—撥禾輪軸安裝高度。清掃割刀和穩定推送的條件當莖桿被割斷夠，要求撥禾輪繼續起推送作用，如果此時撥禾輪的作用點位于已割作物中心的上方，就能將莖桿穩定的向后推送，直到與撥禾輪圓周相切的位置，如果撥禾輪的作用點過高，清掃切割的作用將減弱，如果撥禾輪的作用點在重心之下，則隔斷的作物很可能回繞在撥禾輪向前翻或者被挑起，造成損失。已割斷作物的中心位置一般在頂部向下的1／3處，設已割部分長L則l=1／3L。因此，要求撥禾齒在割斷作物的中心點以上，則應該保證：（3-2）3.2撥禾輪的轉速為了選擇撥禾輪的轉速，首先確定撥禾速度比，前已分析，撥禾輪正常工作的必要條件是≥1，加大撥禾輪的速度比，撥禾輪的作用范圍和作用程度增加，但是也不能過大，它受到兩方面的限制，但是機器的前進速度Vm一定時，增大值，就要提高撥禾輪的圓周速度Vy，這將對作物的沖擊增加，而使作物不能夠很好地切割。經實驗證明，韭菜收割的速度一般在1.5m／s。另一方面，當機器前進速度Vm較高時，為了使Vy不超過受脫離損失限制的允許值，撥禾輪的速度比就應該減小。當機器前進速度較低時，很有可能在Vy不超過3m／s煩人情況下，大大增加撥禾輪速度比，但是過大則會出現回彈現象。（3-3）（3-4）經過專家實驗韭菜收割機的一般取1.3～2.3。這里取1。所以R為撥禾輪的半徑，為撥禾輪的角速度。n初取為22r／min，前進速度Vm應該根據機器的生產率、割副、調配動力等因素而定，在使用中，由于地塊條件畝產量和作物的狀態等情況的改變而需要改換不同的前進速度。3.3撥禾輪的直徑撥禾輪的直徑與穩定推送有很大的關系，撥禾輪的直徑應該滿足：（3-5）其中取1.8，L取0.3，h取0.01；即撥禾輪的直徑取0.4m。4曲柄搖桿機構的設計與計算具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖桿機構。通常，曲柄為主動件且等速轉動，而搖桿為從動件作變速往返擺動，連桿作平面復合運動。曲柄搖桿機構中也有用搖桿作為主動構件，搖桿的往復擺動轉換成曲柄的轉動。4.1曲柄搖桿機構的簡單設計在韭菜收割機的割刀傳動的問題下，結合實際情況，所以曲柄搖桿機構是一種很好的是割刀進行往復運動的很好地方式，其結構簡圖見圖4-1。圖4-1曲柄搖桿機構結構簡圖曲柄搖桿機構作為韭菜收割時的核心機構，AB為曲柄搖桿結構中的搖桿，AB桿在割刀電機的帶動下繞著A點進行轉動從而帶動連桿BC進行擺動。D點為一定點，CDE為一彎曲的連桿，在連桿BC的作用下CDE進行擺動，再用連桿EF連接刀具，從而可以實現動刀具的往返運動，今兒實現韭菜的切割。4.2割刀在曲柄搖桿機構下的運動分析割刀的運動特性對切割器性能有著直接的影響，曲柄連桿機構的割刀運動：為了簡化分析，如圖4-2，設曲柄軸的偏心距為0，連桿的長度為無窮大，則割刀運動可視為曲柄在割刀運動線上的投影，為一簡諧運動。圖4-2割刀運動分析若以曲柄軸心為坐標原點O，水平向右為X軸，向上為Y軸，并令曲柄由第二象限的水平位置順時針轉動，則割刀的位移方程為：（4-1）速度方程式：（4-2）加速度方程式為：（4-3）式中:r—曲柄半徑；—曲柄角速度。割刀位移、速度、加速度與曲柄轉角的關系如表4-1所示。表4-1位移、速度、加速度與曲柄轉角的關系圖00900180027003600-r0+r0-r00000為了便于分析，下面研究割刀速度與位移的關系及加速度與位移的關系（4-4）兩邊平方簡化后得：（4-5）可見速度Vx與位移x的關系為一橢圓方程式。橢圓的長軸半徑為，短軸半徑為r。由圖可知任意位移點的割刀速度。割刀加速度a與割刀位移X的關系為：（4-6）即加速度與位移為一直線關系。5往復式切割器的切割性能參數的分析5.1切割速度分析試驗證明：在割刀鋒利、割刀間隙正常（動、定刀片間的間隙為0～0.5mm）的條件下，切割速度在0.6～0.8m／s以上時能順利的切割莖桿，若低于此限制速度，則會出現割茬不齊并有堵刀的現象出現。為了探討切割器在切割莖桿過程中的速度大小，需繪制切割器的切割速度圖，并進行分析，切割器的切割速度簡圖如圖5-1。圖5-1切割器切割速度簡圖切割器切割速度的特點是：割刀在一個行程中與兩個定刀片相遇，因而有兩個切割速度范圍，分別為Va1-Vb1及Va2-Va2。從兩個范圍的速度看，雖然沒有最大割刀速度，但仍屬于較高速度區段，因而切割性能良好。因此，安裝割刀時，應當使用銷處左右兩止點位置，定刀片和動刀片的中心線重合。5.2切割平均速度割刀的速度為一變量，為了便于表示割刀速度的大小，常以平均值即割刀平均速度Vp表示。（5-1）式中:n—割刀曲柄速度；r—割刀曲柄半徑；s—割刀行程。有Vp又在0.9和1m／s之間，選擇Vp=1m／s代入可得：n=394r／min5.3切割功率的計算切割器的功率包括：切割功率Ns和空轉功率Nh兩部分。即：（5-2）（5-3）式中：—機器前進的速度；—機器割副；—切割每平方米面積的莖桿所需功率。割韭菜在10和20馬力間。Nh大小與切割器安裝技術狀態有關，一般每米割副所需空轉功率為0.8～1.5馬力。=0.56米／秒，B=0.2米，L0取15馬力Nh=1.2馬力。代入可得：N=1.37馬力。6傳送機構的設計與選擇韭菜收割的傳送機構我選用帶式傳送，帶式輸送機是連續運輸機的一種，其運輸特點是形成裝載點到裝載點之間的連續的物料流，所以輸送帶的傳送可以很好地是韭菜從收割點到接收點的傳送，然而普通的傳送并不能完全滿足韭菜收割機的要求。傳送帶分為以下幾個類型：（1）按放置方向水平、傾斜和組合三種；（2）按轉向分為順時針、逆時針兩種；（3）按運動狀態分為勻速和變速兩種。結合溫室韭菜收割機特點我們采用組合式的傳送類型來給與傳送。就韭菜收割機而言傳送部分是相對來說比較重要的一個組成部分。本次設計的主動傳送滾在韭菜收割機的后方，來實現動力的輸入。由于韭菜收割機特殊性，所以必須實現雙傳送來實現韭菜收割機的傳送，動力輸出的同時要實現主動傳送滾的反轉，鑒于這一特殊性我們使用齒輪連接兩個傳送滾筒的方式來實現滾筒的反轉如圖6-1。圖6-1傳送滾筒的齒輪連接與此同時從動滾筒在割刀的前方，既能實現韭菜的傳送又能是韭菜進行加緊便于收割，整個傳送裝置如圖6-2。圖6-2傳送帶機構示意圖7軸的校核軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數用軋制圓鋼和鍛件，有的則是直接用圓鋼。碳素鋼比合金鋼低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強度的，故選用碳素鋼制造軸尤為廣泛，所以選擇45號鋼。圖7-1動力輸入軸（1）計算作用在傳送軸上的作用力大小，此處取P=340kW.h；n=20；轉矩：T=95.5×105×EQ\F(P,n)=95.5×105×EQ\F(0.34,20)=81170(N.mm)圓作用直徑：d1=25mm圓周力：Ft=2T/d1=2×81170/25=6493(N)徑向力：Fr=Ft/2.653=2447(N）軸向力：Fа=Ft/3.734=1738(N)（2）求垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩FBV=(Fr×20+Fа×d1/2)/430+20=164(N)FDV=Fr-FBV=2447-164=2283(N)截面C處彎矩為:MCV左=FBV×430=70520(N.mm)MCV右=FDV×20=45660(N.mm)（3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩FBH=Ft×20/(430+20)=2447×20/430=114(N)FDH=Ft-FBH=6493-114=6379(N)截面C處彎矩為：MCH=FBH×430=114×430=49020(N.mm)（4）截面C處垂直和水平的合成彎矩（5）按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由公式：（7-1）式中：а—應力折算系數；Mv—軸上危險截面處的當量彎矩，N.mm；W—軸上危險截面處的抗彎矩截面系數，mm3；[σ-1]—軸在對稱循環狀態下的許用彎曲應力,MPa；d——軸上危險截面處直徑，mm。取а=0.6，計算截面上的應力：前面已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由表查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。總結這次畢業設計是一個很好地對自己大學四年的總結，本次溫室韭菜收割機的設計基本上對大學四年所學到的只是做了一個全方位的鞏固的認識。這次的設計使我把理論和實際做了一個很好的結合。溫室韭菜收割機的設計非常的全方位。從方案的論證到最終的設計，涉及的領域包括：機械制圖，機械原理，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規范，熟悉有關的國家標準。機械方面知識得到系統的鞏固和提升。在進行畢業設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。最后畢業設計是大