1、玉米收获机摘穗机构设计玉米收获机摘穗机构设计CORN HARVEST MACHINE PICKING MECHANISM DESIGN学生姓名 ：诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论设计是本人在指导老师的指导 下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经 注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的 说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年月摘要 1关键词 11前言 21.1课题的目的 21.2国内外动态 21.2.1国外的发动态 21.2.2
2、国内的发展动态 21.3玉米收获机摘穗形式分类 31.3.1立式摘穗辊型玉米收获机 31.3.2卧式摘穗辊型玉米收获机 31.3.3摘穗板型玉米收获机 42研究的主要内容 42.1摘穗机构设计 42.2.1摘穗形式的确定 42.1.2总体方案的拟定 43主要工作部件的设计 53.1拉茎辊的结构设计 53.1.1拉茎辊的直径设计 73.1.2拉茎辊的转速、间隙、长度的确定 83.1.3螺旋筋的设计 83.2摘穗板的结构设计 83.3拉茎辊、摘穗板具体设计方案 84 传动方案的确定及设计计算 94.1摘穗传动箱的设计 94.2轴的校核 124.2.1按扭矩初步确定轴径 124.2.2轴的结构设计
3、124.2. 3轴的强度校核 154.3 滚动轴承的设计计算 164.3.1轴承载荷校核 164.3.2轴承寿命校核 174.4平键的选择与计算 174.5刮板式输送装置的设计 184.6 机架的结构设计 185总结 20参考文献 20致谢 21玉米收获机摘穗机构设计学 生：彭驰 指导老师：翁伟(湖南农业大学工学院，长沙 410128)摘 要： 玉米作为我国第二大农作物，与之相对应的我国玉米收割机发展比较迟滞。本文 的出发点正鉴于此，着重分析玉米收获机的摘穗机构，玉米收获机摘穗机是整个玉米收获机械的 核心部件，它最大程度地决定了玉米成熟期机械收获作业质量。本文对玉米收割机摘穗机构进行了整体的机
4、构理论研究。分析国内外的各种型号玉米收割机 的不同摘穗方式，选择一种合理使用的摘穗方式，并对其中的关键部位进行了设计计算，主要包 括拉茎辊、摘穗板和传动机构的设计，保证了机构运行的可靠性。关键词： 拉茎辊；摘穗板；传动机构；收获机Corn harvest machine picking mechanism designStudent： Peng ChiTutor ： Wen Wei( college of engineering institute ， Hunan Agricultural University ， Changsha 410128， China)Abstract： Corn a
5、s the second largest crop in our country, compared with the corresponding development of Chinas corn harvester of hysteresis. The starting point of this article is in view of this, focusing on the analysis of corn harvester pick guangzhou agency, corn harvester picker is the core parts of the corn h
6、arvest machine, it will determine the maximum mechanical harvesting operation quality corn ripening stage.In this paper, ear of corn harvester picking mechanism has carried on the overall organization theory research. Analysis of various models at home and abroad different picking ears of corn harve
7、ster, choose a reasonable use way of picking ears, and the key parts for the design and calculation, mainly including stem roller, pick the ear plate and the transmission mechanism design, ensure the reliability of the operation.Key words: Pull stem roll ；Pick the ear plate ； Transmission mechanism
8、； harvester1 前言 玉米收获机是在玉米成熟或接近成熟时，根据农艺要求，用机械来完成对玉米秸 秆收割的作业农机具。 是针对新型能源开发和减轻农民朋友劳动强度而研究开发的一 种新型农业机械，一种价格低廉适合农村小四轮普及，配套就能收割玉米秸秆的农业 机械。它缩短了农民朋友的劳动周期，让人们从繁重的体力劳动解放出来 1。玉米收获机主要由摘穗装置、果穗输送装置、剥苞叶装置、玉米秸秆和根茬处理 装置组成。用玉米收获机，一次完成摘穗、剥皮、摘穗，同时进行秸秆处理等多项作 业，然后将不带苞叶的果穗运到场地，经晾晒后进行脱粒。其工艺流程为：摘穗 -剥皮-秸秆处理 2 。1.1课题的目的 中国的玉米
9、收获一直处于一个落后的阶段，甚至没有走出模仿与测绘的阶段，在 玉米种植面积世界第二的中国， 急需解决玉米机械收获的问题 ,用机械化收获代替传统 的手工收获势在必行，也是现代农业发展的最终形式，这是加快中国农业机械化的一 个重要环节和必须的过程。本课题通过理论设计希望能够为玉米收获机的研发提供一 些建议，立足中国的玉米机械收获的现状，展开研究，尽可能的去除和降低影响玉米 摘穗装置的所有不利因素和条件，尽快实现玉米收割的机械化，推动玉米收获机械行 业的快速发展，缩短与欧美发达国家之间的差距，进而为实现中国的农业现代化迈向 重要的一步。1.2国内外动态1.2.1国外的发展动态 国外玉米收获机的研究与
10、生产技术已经成熟，目前美国、德国、乌克兰、俄罗斯 等西方国家，玉米的收获（包括籽粒和秸秆青贮）已基本实现了全部机械化作业。由 于其种植方式多为一年一季种植，收获时玉米籽粒的含水率很低，大多数国家均采用 玉米摘穗并直接脱粒的收获方式。如美国的John Deere公司、Case公司、德国的Mengle 公司、道依茨公司等的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割 台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的联合收获 3。1.2.2国内的发展动态近二十年来，我国相继引进了一些国外机型，如美国Case公司的联合收获机换装 玉米割台，一次作业可完成玉米摘穗、脱粒的作业。由于我国北方玉米
11、产区尤其是小 麦、玉米一年两茬轮作种植区，玉米收获时籽粒含水率高达 35%以上 4，采用直接脱粒方式收获，籽粒破碎率十分严重， 据 1980年 9 月在河北省栾城县万亩方试验站测定，美国Case公司的1440型联合收获机换装玉米割台后收获玉米时，籽粒破碎率平均为 14%，最高达到 30%，总损失率达到 20%5。而且这种直接脱粒的收获方式也不利于 玉米后熟，使产量降低，并且玉米的茎秆不能粉碎还田或回收利用 3。因此这类机具不适应我国两茬轮作种植区高含水率玉米的收获作业。1.3玉米收获机摘穗形式分类1.3.1立式摘穗辊型玉米收获机立式摘穗辊型玉米收获机是指摘穗辊与地面的水平夹角大于 60。配置的
12、玉米收获机，作业过程：玉米植株从根部被切断后，由夹持部分夹持送往摘穗部分，最后进入 相对旋转的摘辊中，在挤压和冲击的双重作用下将玉米果穗摘掉；果穗掉落进入升运 器被送往果穗箱 （或剥皮装置 ），秸秆等则由后面的粉碎装置粉碎还田，或切碎回收， 没有粉碎装置的便整株放铺在地面。这种机型的优点是：收获损失率小、秸秆处理方便。其中玉米收获机的收获损失 包括落粒损失和落穗损失两种情况。落粒损失存在于整个的收获过程中，在摘穗环节 比重占得最大，这是由摘穗时果穗与摘辊之间的碾压和碰撞所造成的。立式摘穗辊型 玉米收获机的摘穗辊是前倾的，果穗被摘落后会直接落入到升运器中，没有经过碾压 过程，因此落粒损失较少。玉
13、米秸秆作为可再生资源，可以粉碎还田，也可以用作燃 料、或饲料、还可作为建筑材料和轻工原料等。因此，对玉米收获后之后的秸秆，处 理方式也会有不同的要求。立式摘穗辊相对来说后面的空间开阔，所以配置不同的秸 秆处理部件相对简单。例如，如果安装粉碎还田的装置就可实现秸秆的粉碎还田，如 果安装了切碎抛送装置就可实现茎秆的切段回收，如果安装铺放装置就可实现整株秸 秆的回收利用。当然也存在缺点，那就是结构比较复杂并且工作的可靠性不好。1.3.2卧式摘穗辊型玉米收获机卧式摘穗辊型玉米收获机是指摘穗辊与地面的水平夹角成 25。35。左右配置的玉米收获机。工作过程是：玉米植株通过导锥进入相对旋转的摘辊中，在与之挤
14、 压和冲击的共同作用下玉米果穗被摘掉； 通过升运器把掉落的果穗送往果穗箱 （或剥皮 装置），秸秆则被放置在地面或被后面的粉碎器粉碎还田 6。优点：由于结构较为简单，所以作业时候的可靠性较高，并且这种机型是目前我 国研制和生产的玉米收获机的主要机型。缺点：作业时摘穗损失较大并且秸秆处理方 式相对单一。由于摘穗辊为卧式配置，所以摘落的果穗不能马上进入果穗升运器，果 穗和摘穗辊的接触时间过长，摘辊会对果穗的反复冲击和挤压，从而造成断穗和籽粒 损伤增加。另外，由于卧辊式玉米收获机摘穗部件下方的可用空问相对较小，所以对 秸秆的多用途处理很难实现 7。1.3.3摘穗板型玉米收获机摘穗板是20世纪70年代以
15、后新兴的种新型摘穗机构，它与卧式摘穗辊型收获 机在结构上类似，也是站秆式摘穗，茎秆粉碎还田，或平铺在田间待回收利用，是在 卧式拉茎辊的正上方安装摘穗板而成。这种机型的优点：摘穗损失率较小，其实摘穗板型玉米收获机正是为了克服卧式 摘穗辊型收获机存在的摘穗损失大这一缺点而改造设计而成的。作业时由摘穗板下面 的拉茎辊牵引着茎秆向下，当果穗与摘穗板之间接触时产生冲击力，果穗便这样被摘 落。过程当中果穗与拉茎辊并没有发生接触，所以，从这个角度考虑，它减少了摘穗 损失率。缺点：摘穗力量大，拉断或折断的秸秆会比较多。摘穗板型玉米收获机摘穗 时依靠的主要是摘穗板在运动中对果穗产生的冲击。所以当果穗上的果柄与秸
16、秆的连 接强度大于秸秆间的断裂强度时，断秸秆便由此产生。特别是有玉米螟等病虫害的季 节，断秸秆会更容易出现。由于断秸秆在处理上相对困难，会给之后的输送、剥皮及 清选等环节带来不少麻烦。 据有关试验数据表明证明， 摘穗板型收获机在收获玉米时， 果穗箱中出现的断秸秆大约 20 30左右 8。2 研究的主要内容 分析玉米收获机的摘穗机构，以摘穗板、拉茎辊的方式为主要研究内容。确定输 送装置的形式及其结构参数，设计绘制部装图和若干零件图。对工作核心部件摘穗机 构的摘穗板和拉茎辊进行设计绘制，对主要零部件进行校核计算。2.1摘穗机构的设计2.1.1摘穗形式的确定 摘穗机构有立式摘穗辊型，卧式摘穗辊型和摘
17、穗板型三种主要型号，每种型号都有不同的特点和适用地况，需要选取一个比较合理的和应用较为普遍的结构形态进行 研究和分析改进，因此需要对这三种摘穗机构进行分析筛选，选出一种进行理论设计 研究。由拉茎辊与摘穗板组合式的摘穗机构， 收获损失小，籽粒破损率低， 生产率高， 因此选为研究的对象。2.1.2总体方案的拟定为了与国内的实际情况相匹配，不能一味照搬国外的数据，因此，需要实际的考 察国内的农用动力机械，主要是指与摘穗机构配合的拖拉机的马力等配套设施。因为 中国农村多以小型拖拉机形式为主，所以本设计主要从简单的小马力的拖拉机作为动 力源进行设计。与拖拉机联接方式：悬挂式； 摘穗辊型式：摘穗板拉茎辊组
18、合配套动力：18 25马力拖拉机;工作行数：2行：作业速度：46(km / h)1 2 3图1整机示意图Figi The whole mach ine schematic diagram1.边传动箱2.摘穗传动箱3.拉茎辊4.果穗输送机5.摘穗板6.机架1. Edge transmission case 2. Pick the spike transmission case 3. Pull stem roll 4. Ear conveyor 5. Pick the ear plate6. The chassis整机采用悬挂式作业方式，摘穗部件采用摘穗板拉茎辊的组合方式。其工作过程 如下：分禾器
19、从根部将茎秆扶正并导向拨禾链。拨禾链将茎秆引向摘穗板和拉茎辊的 间隙中。每行有一对拉茎辊；将茎秆强制向下方拉引。在拉茎辊的上方设有两块摘穗 板。两板之间的间隙（可调）较果穗直径为小，便于将果穗摘落。3主要工作部件的设计3.1 拉茎辊的结构设计在设计拉茎辊之前，我们需要了解的是拉茎辊的工作原理和一些必要的参数情况， 下面将逐一介绍。拉茎辊一般由前后两段组成，前段为带螺纹的锥体，主要起引导和辅助喂入作用 后段为拉茎段，其断面形状有四叶轮形、四棱形、六棱形等几种 9。玉米收获机需要完成摘穗过程的基本条件（1）能抓取茎秆的基本条件，下图所示为拉茎辊抓取玉米茎秆时的简化示意图。Fig2设两拉茎辊为圆柱形
20、断面，对秸秆端部便产生支反力N和抓取力T,拉茎辊能抓取秸秆的条件是Tcosa Nsina而 T=Nu式中，u-拉茎辊对秸秆的抓取系数; a-对秸秆的起始抓取角。代入上式得Nucosa Nsina(1)(2)简化得 u tana即拉茎辊对秸秆的起始抓取角 a的正切值应小于对秸秆的抓取系数 u10(2)摘穗板挡下果穗的条件拉茎辊在工作中不断向后方拉引秸秆，而果穗被摘穗板挡住。当拉引秸秆的力大 于秸秆前进阻力和果穗摘断力时，则果穗被拉断，落在摘穗板上。满足此条件的受力 分析如下图所示。Fig3 Push dow n the force an alysis on the ear设拉茎辊对秸秆的水平拉引
21、力为 Tjx，秸秆进入拉茎辊的阻力为 Njx，拉断果穗所 需的力为Rg,则拉断果穗的条件为Tjx Njx Rg/ 2 (3)即 Tjcosa Njsi na Rg/2Nj (Ujcosa sina) Rg/2Nj= Njx / cosaNjy (Uj tans) Rg/ 2式中，a-拉茎辊对秸秆的平均摘取角；Uj-拉茎辊对秸秆的抓取系数；Rg-果穗的拉断力，R=385527N (前者为果穗从穗柄上的拉断力，后者为果 穗连同穗柄从秸秆上的拉断力)；Njy-拉茎辊对秸秆的垂直挤压力，与秸秆压缩率成正比，与拉茎辊间隙的选 择有关。3.1.1拉茎辊的直径设计拉茎辊的直径和工作间隙直接影响拉茎辊对茎秆的
22、抓取能力和摘穗效果，有两种 情况，其一直径大，则有利于茎杆的抓取，但秸秆容易拉断，形成断秸秆多。其二如 果直径过小， 则会对茎秆的抓取能力有所降低， 根据田间的试验和预试验的结果表明， 拉茎辊的直径选取80102毫米的时候摘穗效果达到最好，在本设计中，取拉茎辊直 径为 8011。3.1.2拉茎辊的转速、间隙、长度的确定please contacQt 3053703061give you more perfect drawings 据有关数据显示，拉茎辊的线速度 v 是拉茎辊能保证正常工作的重要因素，当 v 过小时，容易对拉茎辊辊造成堵塞；当 v 过高时，会增加落损失。一般将拉茎辊的转 速定位
23、8001022转分，本设计取 800转分，拉茎辊的水平倾角与卧式摘穗辊相 近，为 25。 35。，拉茎辊的间隙可调，为 2030毫米。拉茎辊前段为带螺旋的锥体， 起引导和辅助喂入作用，后段为拉茎段，防止秸秆堵塞，拉茎辊的工作长度在各机型 上差别较大，但多数为 600 800 毫米，考虑到本摘穗机构较小，取长度 600mm12。3.1.3螺旋筋的设计 螺旋筋一般是焊接或者直接铸造在拉茎辊体上的螺旋突起，在设计的理论上，它分别起到两个作用，一是有效的向下拉伸玉米的茎秆并使之顺利的通过拉茎辊辊，二 是起到一个类似螺旋推进器的作用，使玉米茎秆向后运动而不会出现堵塞情况 13。所 以需要螺旋筋的升角与玉
24、米茎秆在拉辊间的运动存在有很大关系。同时螺旋筋升角的 选择还与摩擦角有关。玉米茎秆运动在拉茎辊间隙，产生的向后的动力主要是靠螺旋筋旋转侧面而产生 的推力，此时的情况相当于玉米茎秆滑动在螺旋筋上，因此螺旋筋的升角必须要小于 玉米茎秆相对于螺旋筋的自锁摩擦角，否则将会发生自锁现象 14。于是拉茎辊的材料 用封闭的无缝管做主体，外面为 45#方刚做成的斜筋，这里螺旋筋的升角选取为 25。3.2摘穗板的结构设计摘穗板位于拉茎辊的上方，工作宽度与拉茎辊工作长度相同。为减少对果穗的挤 伤，常将摘穗板的边缘制成圆弧形。 摘穗板的间隙可调，入口间隙为 2235毫米，出 口间隙为 28 40毫米15。3.3拉茎
25、辊、摘穗板具体设计方案根据以上对拉茎辊原理的分析，并参考国外先进的收获机型，设计本机的时，拉茎辊由两部分组成刚。前段为带螺旋的导向锥，后段为拉茎端。如图所示导向锥为拉 茎辊辊的导向部分，它的上面是焊接的导向筋具有导向作用，可将玉米秸杆向右输送进摘穗段，左右拉茎辊的导向筋旋向相反并且相错开 180放置。其中，拉茎段为整个拉茎辊的核心工作部件，绝大部分的果穗摘取段在横拉茎上完成。它的上面分别焊有 主螺旋筋、横拉茎筋16 o(1)螺旋筋具有向后、向下拉动秸杆的作用，并有一定的摘穗作用。(2)横拉茎筋的作用，向下快速拉动秸杆以使其达到摘穗位置，并有一定的摘穗作用。4传动方案的确定及设计计算对于摘穗机构
26、传动部分的设计，设计如下所示Fig3 The tran smissi on part of the schematic1.边传动箱输入动力2.链轮3.直齿轮4.轴承N2055.拉茎辊在拉茎辊的工作过程中，是一对一起工作的，所以他们的转速是一样的。齿轮的 齿数也一样。具体的数据为：与之配合的出轮辐已知输入功率 P1=5kw，小齿轮转速，N1=800r/rain,齿数比u=1，由电动机驱动，并假设该机器的工作寿命为 5年(设每年工作50天)，两班制，并且带式输送机工作平稳转向不变。图5摘穗传动箱Fig4 Pick the spike tran smissi on case(1)选定齿轮类型、精度等
27、级、材料及齿数1根据传动方案，选取直齿圆柱齿轮传动。2本变速箱为农业机械配套使用，转速不高，故选用 7级精度。3材料选择。选择齿轮材料为 45#，齿面渗碳淬火，硬度为40 45HRC4选取齿轮齿数Zi=Z2=24(2)按齿面接触强度设计下面的设计全部参考机械设计第二册上的计算公式18由设计公式进行试算，即dit(4)确定公式内的各计算数值 选择载荷系数Kt=1.3 计算齿轮传递的扭矩5 5Ti=95.5 10 Pi/ni=95.5 10 5/800N mm=5.969 104Nmm由机械设计手册选取齿宽系数 d =0.4由机械设计手册查得材料的弹性影响系数 Ze=189.8MpJ由机械设计手册
28、按齿面硬度查得齿轮接触疲劳强度极限 二Hiimi =600MPa：计算应力循环次数 Ni=N2=60nijLh=60 800 l (2 8 40 5)=1.536 108由机械设计手册查得接触疲劳寿命系数 Khni =Khn2=0.90计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%,安全系数s=1，由式得K L H - L H 2 H Hlim -0.90 600MPa =540MPaS(3)计算计算齿轮分度圆直径dt，代入L：h啲值：please con tacQ 305370306give you more perfectdraw ings将数据代入后得：2 2 3KHb=1.12+0.18 (1
29、+0.6 0.4 ) 0.4 +0.23 10- 84.433=1.166由于： b/h=4.25, KHb=1.423, KFb=1.35故载荷系数：K=KAKvKHakHB=1 1.12 1.2 1.166=1.56按实际的载荷系数校正所算得的分度圆的直径，d 二dt；K/Kt = 122mm计算模数m；m=d1 / Z1=122/24=5mm(4)几何尺寸计算计算分度圆直径：d1=d2=mz=24 5mm=120mm计算中心距：a= (d+d2)= (120+120)/ 2=120mm计算齿轮宽度b= d d1=0.4 120mm=48mm取 B1=B2=48mm验算2T1Ft 1 =9
30、78.5Nd1二 _ n / mm=20.38N/ mmv 100 N/mmb 48结论：合格。4.2轴的校核传动轴示意图如下 I n m w v图6主传动轴Fig5 The main drive shaft如图所示传动轴的刚度和强度是否满足要求是整个变速箱能否正常工作的核心。 所以，本文对轴的刚度和强度进行理论分析和计算。链轮传递的功率p=6马力，齿轮传递的功率p=3马力，转速n=800r/min，齿轮 的齿宽B=26mm，齿数z=24，模数=4.4.2.1按扭矩初步确定轴径选择轴的材料为45钢，调制处理，得材料械性能数据为:b=650MPa，s=360MPa，=270MPa= =155MP
31、a，E=2.15 105 MPa初步计算轴径，由于材料为45钢，取A=115，则得dmin= A3 P =115 3 5 =21.2mmY n 800考虑到加键，需将其轴径增加，故取直径为 25mm。4.2.2轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度选择轴承为圆柱滚子轴承N205型20，为便于轴承的装配，取轴承处的直径I为 25mm，轴肩的尺寸设计为91mm装齿轮处的轴径n为25mm,适合直齿轮的安装，选择的平键尺寸为 bxhxL=8mmx7mmx48mm，轴肩应该比其长，取 d2的尺寸为134mm在m处选择圆柱滚子轴承N206型，根据其尺寸，可取m为34mm，m段长42mm 在W处要进行轴肩定位，故尺寸大于m,取 36mm，根据结构要求，取轴环宽度为 32mm。在V处轴要与拉茎辊进行配合，选择的平键尺寸为 bxhxL=10mmx8mmx30mm，取该处轴径34mm,长度长于L，取40
