精品马铃薯收获机的设计毕业论文设计.docx

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精品马铃薯收获机的设计毕业论文设计

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目录

摘要1

关键词1

1前言1

1.1马铃薯收获机发展概况2

1.1.1国内马铃薯收获机发展概况3

1.1.2国外马铃薯收获机发展概况3

1.2我国马铃薯收获机发展趋势4

1.2.1马铃薯生产现状4

1.2.2马铃薯收获机发展趋势5

1.2.3我国马铃薯生产全程机械化的发展趋势5

2马铃薯收获机械的类型及技术要求5

2.1马铃薯收获机械的类型5

2.2马铃薯收获机的技术要求5

2.3马铃薯收获机发展的主要制约因素6

2.4马铃薯收获机械的发展建议7

3整体结构的确定7

3.1总体结构7

3.2工作原理7

3.3主要性能参数8

4挖掘部件的设计8

4.1挖掘铲的设计8

4.1.1设计依据8

4.1.2平面铲主要参数的确定9

4.2切土圆盘的设计13

5分离部件的设计13

5.1转动输送筛式分离装置14

5.2摆动筛式分离装置16

6结论19

参考文献19

致谢20

马铃薯收获机的设计

摘要：

马铃薯为地下产物，且是块茎繁殖，收获受季节和天气限制。

由于马铃薯的收获费时费力、劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。

为了解决上述问题，本文就国内外马铃薯收获机现状、马铃薯收获机的研究和应用进行介绍和分析，设计了组合分离式马铃薯收获机。

对该机的主要参数进行了选择，对主要零部件的设计进行了理论计算。

关键词：

马铃薯；收获机；农业机械；机械；挖掘铲

TheDesignofthePotatoHarvester

Abstract:

Potatoisanundergroundplant.Itsoftheyearandweather.Sincethepotatolaborintensityandurgentinseasonaldemand.Thepaperanalysesthepresentsituationofpotatopotatodiggerdevelopedthroughselectionofprincipalparametersandtheoreticalcalculationforthedesignofessentialparts.

Keywords:

potato;performanceparametersofthePotatoHarvester

项目数值项目数值

工作宽度1800mm纯小时生产率0.25～0.60hm•理论挖净率＞98%

配套动力（拖拉机）80-100马力理论破损率≤5%

作业速度0.6～1ms行距700～900mm

1挖掘部件的设计

挖掘部分的作用是把薯块和土壤一起挖起，并把薯块和土壤输送到分离筛上。

对挖掘部件的要求如下：

（1）在尽量少挖取土壤的情况下挖净薯块；

（2）挖掘深度稳定不损伤薯块，并可根据需要进行调整；

（3）挖掘铲应有较强的碎土能力，对粘重土壤保证土垡能顺利通过，以便为分离薯块中的土壤提供有利条件；

（4）要求挖掘部件的牵引阻力小，刃口的耐磨性好。

为满足上述要求，采用了组合式挖掘部件。

这种挖掘部件由三角平面多铲、铲架和切土圆盘刀组成。

挖掘铲与铲架通过螺钉连接，铲架固定在机架上。

切土圆盘刀安装高度可调节。

1.1挖掘铲的设计

挖掘铲是挖掘机的主要部件，而挖掘铲的参数的选择是马铃薯挖掘机的设计基础。

1.1.1设计依据

主要依据是薯块的分布宽度、结薯深度和薯块成簇性等生长状况,以及土壤土质和根系的抓土程度。

按收获农艺相关指标——挖净率、伤薯率、明薯率等,对挖掘铲的设计要求是:

（1）将所有薯块掘起,保证挖净且不铲薯；

（2）能流畅地将掘起物送往分离装置；

（3）尽早漏土,减小挖掘阻力,避免机前壅土,且减小筛分部件负荷,提高整机收获的明薯率。

固定式三角平面多铲是挖掘机的主要工作部件之一，结构比振动式挖掘铲和主动圆盘挖掘部件结构简单，制造方便，不需要动力传动。

其缺点是容易产生壅土现象。

壅土现象产生的原因：

（1）土壤板结，有大土块、大石块和杂草缠绕；

（2）悬挂连接尺寸不正确，挖掘铲工作倾角过大或过小；

（3）挖掘深度和前进速度超过设计值。

但在土壤条件好的情况下，正确使用挖掘机是可以避免和减少壅土现象发生的。

因此，固定式三角平面多铲在国内外仍得到广泛应用

。

1.1.2平面铲主要参数的确定

三角平面多铲的铲面为平面，且常用在链杆式挖掘机上。

因此，该机采用三角平面多铲，由11个三角平面铲组成，材料为65Mn。

固定方式是通过铲柄固定在铲架上，并在各铲之间留有滑草间隙。

（1）挖掘铲主要参数如：

图1、图2

图1挖掘铲参数1

FiglDiggingshovelparameter1

图2挖掘铲参数2

Fig2Diggingshovelparameter2

γ—铲刃斜角

α—铲的倾角

L—铲的长度

B—铲的宽度

H—铲后端高度

（2）受力分析：

铲刃斜角γ为了保证铲刃的自动清理，可由图3的受力分析确定。

图3受力分析

Pig3Stressanalysis

图4铲尖受力分析

Pig4Stressanalysisofthescrapertip

由公式P0sin（90°−γ）＞F

（1）

使土壤在铲刃上的滑切能力克服摩擦力，土壤与铲刃做相对运动。

公式中

P0—作用在铲刃的阻力（N）

F—土壤对铲刃的摩擦力（N）

F=Ntg

—土壤对铲刃的摩擦角

由摩擦定律知

F=Ntg

N=P0cos（90°-γ）

将其代入

（1）式得

γ＜90°−

（2）

一般土壤对铲刃的摩擦角为

=26.5°～35°，故取γ=55°为易。

γ过大，茎杆和杂草不能被切断，而且会引起铲前堵塞；但是γ减小时，要达到同样的挖掘宽度，则必须增加铲的长度，这会增加工作阻力，并且需加强铲的强度。

挖掘铲的倾角α和铲的长度L可由图3的受力分析求得。

根据土壤在挖掘铲上的受力分析可建立如下平衡方程式：

Pcosα−F−G

α=0（3）

N−Gcosα−Psinα=0（4）

F=

tg

（5）

式中：

P—沿着挖掘铲移动掘起物所需的力（N）

N—铲对土壤的反作用力（N）

G—铲面上土壤的重力（N）

F—土壤对铲的摩擦力（N）

—土壤对铲的摩擦系数

将式（3）、（4）、（5）联立解得：

（6）

P=Gtg（α+

）（7）

挖掘铲在工作过程中必然受到阻力的影响，工作阻力不仅只是由于铲起的土壤沿铲移动而产生的，同时，由于切割土壤的作用也会产生阻力，因此这部分力为

P1=KA（8）

如果不考虑土壤沿着铲面移动速度的影响，则铲的总阻力为

R=P+P1=Gtg（α+

）+KA（9）

式中：

—土壤对钢的摩擦角

=tg

K—犁沟土壤比阻（Nm

）

A—铲面上土壤的横断面积（m

）

轻质土K=16000～20000Nm

中等轻质土K=20000～24000Nm

中等坚实土K=24000～30000Nm

（3）铲面的水平倾角α

铲面的水平倾角α的理论值可由图5中对铲面移动的掘起物作用力的平衡方程确定。

图5铲面水平倾角及铲的末端离地高度示意图

Pig5Theendofthe=0

式中：

P—沿铲面移动掘起物所需的力

R—铲面对土壤的反作用力

G—掘起物的重力

T—铲面对掘起物的摩擦力

T=R

（

为土壤对钢的摩擦系数）

由此可得：

α=arctg（P－G

）（P+G

）

如果超过上述值，则掘起物就会壅在铲面上，使薯块从铲侧滚落，同时也加大了工作阻力。

实际中，α角根据挖掘铲需要提升掘起物的高度和对松碎土壤的要求来确定，α角增大，有利于破碎土块，但铲的工作阻力增加；α角过小，影响入土深度。

根据试验，取α=18°～25°。

铲的长度L可由挖掘深度h与倾角α计算，即：

L=parametersoftheDiggingShovel

项目数值项目数值

铲的倾角α23°铲的宽度B130mm

边铲宽度B1165mm总铲宽度B21800mm

三角平面铲个数11个铲间隙27mm

铲的长度L340mm铲刃斜角γ55°

挖掘阻力受土壤类型、挖掘深度、铲的形状和铲的倾角等影响很大，因此该机采用三角平面多铲，由11个三角平面铲组成，各单铲之间留有27mm的间隙，间隙过大，易漏掉马铃薯，间隙过小会增大挖掘阻力。

1.2切土圆盘的设计

在工作时，平面铲挖起的土垡容易散落在机器两侧，造成薯块丢失。

为了客服这一缺点，本设计的挖掘铲两侧装有切土圆盘。

圆盘不仅能阻挡薯块丢失，而且还切断茎叶和杂草，防止在铲侧堵塞。

该机切土圆盘设计直径为D=530mm，厚度t=6mm，用65Mn钢制成。

切土圆盘可以将垄两侧切割为土垡，切断互相缠绕的草蔓，避免在工作时平面铲挖起的土垡散落在机器两侧，造成薯块丢失，同时还可通过调整切土圆盘的安装高度来调节挖掘深度。

如果调高切土圆盘的高度，挖掘深度增加；反之，则挖掘深度随之减少

。

2分离部件的设计

配置在挖掘铲后面的分离部件在工作时承受的负荷大，其单位宽度的喂入量达100～150kgs.m，且要求分离掉的土壤达70%～80%。

该部件工作可靠，对薯块的损伤小，并在分离的同时把剩余部分向后输送，以便进行下一步的清选和分离。

作业时为了防止石块卡在挖掘铲和转动输送筛之间，避免转动输送筛喂入口堵塞，在挖掘铲和转动输送筛之间设计了防石装置。

被分离物料的成份主要有土壤、薯块、茎秧、杂草等。

根系土壤交织粘合在一起，要想在较小的结构尺寸下提高分离明薯率，亦是设计难题之一。

本设计采用转动输送筛和摆动筛组合式分离装置，转动输送筛为有效分离面积较大的杆式链组成，它相当于栅格式闭合回转筛。

在输送筛上输送边的中部设有偏心抖动轮，起到边输送边抖动掉土壤的效果。

摆动筛连接在输送链的后部,垂直机器前进方向振摆,完成二次筛分和向机后铺放薯块的作用。

2.1转动输送筛式分离装置

转动输送筛分离装置（运动简图见图6）具有较强的分离性能，并且在倾角达30°时仍有良好的输送能力，结构简单，但是金属用量较大，金属链磨损较快。

输送筛是由杆条和连接这些杆条的平胶带、被动式抖动轮、侧壁、架子等部分组成。

杆条是由直径为10mm的圆钢，按一定间距固定在两条带子上组成。

在输送筛上工作面的杆条下，设置有随动型的抖动轮，抖动轮直接与输送筛的升运链工作面的杆条相接，由升运链杆条带动，其转动的圆周速度与输送筛的工作速度相同，椭圆形抖动器的长半径和短半径之差使输送筛工作面的运动方向发生瞬时的周期性变化，从而抖动输送筛上的掘起物。

图6输送筛运动简图

Pig6Kinematicsketchofthemonveyormesh

决定抖动强度的因素有抖动器长短半径之比、抖动器的数量以及输送筛的紧度和强度等。

输送筛工作过程中并不完全作直线运动，在抖动器作用的某一瞬间可视为圆周运动。

抛起土块时抖动器所需的最低转速由输送筛速度来决定。

在粘土地工作时，最佳速度为2ms。

被动式抖动轮在工作时由输送筛的带条带动。

抖动轮的形状设计为椭圆形，其振幅由前至后逐渐增大。

椭圆形抖动轮工作较温和，产生的冲击力小，制造方便，工作稳定，可以满足在正常工作条件下的使用要求。

被动式抖动轮结构简单，但是调节振幅和频率时必须更换不同形状的抖动轮。

（1）初选椭圆形抖动轮参数：

R=65mm

r=45mm

式中：

R—抖动轮大节圆半径

r—抖动轮小节圆半径

（2）椭圆形抖动轮的周长L按以下近似公式计算：

=688mm

（3）能抛起物体的输送筛最低线速度计算公式：

式中：

K—小节圆半径r与大节圆半径R之比，即

=0.69

g—重力加速度

—输送筛最低线速度

经验表明，K值取0.6～0.7时可获得较好的分离效果。

因此选取R=65mm，r=45mm较为合理。

那么，

（11）

（4）在收获机最大收获速度（1ms）情况下，如能顺利输送，输送筛在此条件下最低输送速度应满足：

=

式中：

—在收获机最大收获速度下输送筛最低输送速度

V—收获机最大收获速度

α—输送筛工作倾角（本设计输送筛倾角为20°）

那么，

=

=0.94ms（12）

由式（11）、（12）得：

=1.1ms

为提高输送筛的输送和分离能力，应适当加大输送筛的线速度。

而线速度过大会使工作功率提高，且容易伤薯。

取：

V=1.6ms

（5）被动式抖动轮的转速与输送筛线速度和抖动轮的周长有以下关系：

=134rmin

式中：

n—抖动轮转速

L—抖动轮周长

V—运链线速度

（6）抖动轮抖动频率f可按下式计算：

f=Zn60=8

13460=18Hz

式中：

Z—抖动轮的凸顶数

n—抖动轮转速

（7）抖动轮结构见表3

表3抖动轮结构

Table3StructureoftheShakingWheel

项目数值项目数值

抖动轮类型椭圆形转速134rmin

抖动频率18Hz大节圆半径85mm

小节圆半径60mm系数K（K=rR）0.69

输送筛线速度1.6ms

（8）转动输送筛结构见表4

表4输送筛结构

Table4StructureoftheConveyorMesh

项目数值项目数值

抖长度（轴距）1542mm宽度（两带中心距）1756mm

杆条直径10mm杆条间隙50mm

工作倾角15°抖动轮个数2

平胶带式输送链是以带子的弹性变形来代替金属的交接摩擦，因此使用寿命长，工作时噪音小。

带式输送筛是由链轮拨动杆条，因而造成杆条的磨损。

为了提高胶带的强度，带中有用合成纤维制成的筋。

转动输送筛式分离装置结构简单，而且在完成分离工作的同时还可以进行与水平成20°的升运工作。

2.2摆动筛式分离装置

偏心轮式摆动筛结构简单，工作可靠，非常适合作辅助清理部件。

筛子采用有效分离面较大的条杆筛,筛架由曲柄连杆机构驱动。

除了筛子结构和安装角度外，影响摆动筛分离和输送能力的主要动力因素是筛体的加速度。

由平面筛的运动分析可知,筛体加速度的大小与筛面的倾角有关,倾角加大则所需的加速度也应加大。

（1）初选摆动筛参数见表5：

表5摆动筛参数

Table5ParametersoftheVibratingScreen

项目数据项目数据

筛面倾角10°～15°筛条长度490～520mm

振幅26～38mm筛总宽1760～1850Hz

（2）摆动筛的主要参数有：

曲轴转速、曲轴偏心半径、筛面倾角、筛子摆动方向与水平之间的夹角、筛子摆动方向与筛面之间的夹角。

物料在筛面上一面后滑移，一面被抛起，物料只有被抛起才能达到振动的效果，以使得土块和马铃薯分离。

摆动筛运动简图见图7：

物料在筛面上的运动形式和方向是由筛子加速度的大小和方向决定的。

筛子加速度由下式决定：

a=ω

Rcosωt

土壤在筛上向下移动的条件为

图7摆动筛运动简图

Pig7KinematicsketchoftheVibratingScreen

式中：

ω—曲柄角速度（rads）

R—区柄偏心半径（m）

t—区柄转动时间（s）

g—重力加速度（ms2）

f—滑动摩擦系数，土壤和薯块对金属筛面的摩擦系数分别为0.5～0.8和0.43

γ—筛子摆动方向与水平面间的夹角（°）

α—筛面倾角（°）

β—筛子摆动方向与筛面之间的夹角（°）

（3）筛面倾角和曲轴转速

摆动筛结构如图8所示：

图8摆动筛结构

Pig8StructureoftheVibratingScreen

为了在筛面上抛起土垡，必须具备下列条件：

a、筛子速度的法向分量（即对筛面垂直线的投影）应该向上；b、是筛子加速度的法向分量α

应该向下，并且其绝对值应等于或大于重力加速度的法向分量，

即：

（12）

或α=ω

Rcosωt≥

（13）

查《农业机械设计手册（下册）》可知，对于对于放置在机器后部的辅助分离筛可选定为α=15°；为了保证良好的输送能力，筛子摆动方向与筛面之间的夹角可选定为

=20°；选定曲轴偏心半径R=35mm。

将选定的参数带入（12）或（13），取cosωt=0.5可计算曲轴转速：

n=465rmin

取主轴转速：

n=540rmin

3结论

中国作为世界的制造中心，正在由制造大国向创造大国迈进，同时制造业又是整个工业和国民经济的基石。

制造也和农业的结合会给中国经济插上腾飞的翅膀。

马铃薯收获机在农业生产过程中起着日益重要的作用。

我国加入WTO之后，马铃薯种植和收获农业将面临激烈的市场竞争和严峻的挑战，同时也面临着更好的发展机遇。

为了能够真正的抓住这个机遇，就需要马铃薯种植机和收获机的帮助，就必须用一些技术先进、挖掘效率高且伤薯率低的设计制造技术来提高我国马铃薯收获机制造行业的竞争能力和综合经济效益。

本文的对马铃薯收获机的主要参数和结构进行设计，并且参考了一些现有的马铃薯收获机，对前人的设计进行了改进，期间主要完成了如下工作：

（1）材料的搜集整理查阅相关资料

查阅相关文章，并对相关的文章进行搜集、整理，选出与设计有关的资料备用，并且找出自己设计的产品与国内外的不同之处，说明其优点所在，拟定设计步骤，采用多方案设计，通过比较，选出最佳方案。

（2）理论与计算设计，全部参数的设计

清楚的表达出挖掘机的结构，及相关设计参数，总体布置设计。

（3）完成总装图，主要部部件图，撰写设计说明书

主要完成与方案相符合的文章的撰写，包括摘要、前言、设计步骤、内容、参考文献等。

图纸的绘制、总装图、部件图。

参考文献

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[19]刘鸿文.材料力学[M],北京:

高等教育出版社,1992.

[20]Nitsch,A.New.3）:

37-39.

致谢

在四年的大学生活期间，感谢所有关心和帮助过我的老师和同学们！

本课题是在导师罗海峰的悉心指导下完成的。

至此在论文定稿之日，谨向恩师致以衷心的感谢，感谢导师在各方面的帮助，感谢导师的信任和支持。

在论文编写的过程中，还得到了各位同窗好友无私的帮助和热情的鼓励，在此一并表示衷心的感谢！

感谢工学院的各位老师在我四年的学习生活期间，对我思想、生活、学习上的指导和关心，使我不断的成长。

最后，特别感谢的是我的父母，他们是我这四年最主要的动力，是他们时刻的关心、理解和支持才使我能够顺利完成学业！

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

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引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

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理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。