免费在线 届毕业设计 滴灌带回收机的设计 学生姓名 郑艳伟 学 号 8031212309 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16-3 指导老师 吴明清 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制 前言 针对我国农业滴灌技术的发展，滴灌带的使用量日益剧增，同时滴灌带的回收却成了头号难题。本滴灌带回收机操作便捷、工作效率高、作业质量放心可靠，解决了人工回收滴灌带劳动强度大、投入人力多、作业效率低的问题，并且此滴灌带回收机适用于各种各样的形式的滴灌带的回收。其特点是该机地轮上装有牙嵌离合器，并配有凸轮机构，解决了滴灌带回收过程中卷带器扯断滴灌带的问题，更便利快速回收滴灌带。 随着滴灌带技术在大田作物中的大面积采用，滴灌带的回收已成为人类迫切解决的问题。滴灌带的用量非常大，是滴灌作业一项较大投资。但是每年都在农田里残留大量的滴灌带。滴灌带不及时回收对作物的影响非常大，特别是多年使用的滴灌带的地块，残留在土壤中的比较多，这样将会影响土壤结构，影响作物生长。 关键词：滴灌带回收机；卷带器；滴灌带； 目 录 1绪论 1 1.1课题研究的意义 1 1.2国外滴灌带回收机的发展状况 1 1.3国内滴灌带回收机的发展状况 1 1.4重点研究的核心问题及解决思路 2 2滴灌带回收机的总体设计 3 2.1滴灌带的回收机的结构 3 2.2滴灌带回收机的工作原理 3 3地轮轴的设计 3 3.1轴的设计 3 3.2地轮轴的校核计算 4 4滚子链和链轮 7 4.1滚子链的结构与规格 8 4.2滚子链链轮 8 4.2.1链轮的基本信息参数及主要尺寸 9 4.2.2链轮的齿形 9 4.3链轮的结构与材料 9 4.4链传动的传动比及运动的不均匀性 10 4.5滚子链的额定功率曲线其他装置的设计与选择 14 5.1牵引装置 14 5.2轴承的选择 14 5.3轴承的校核 15 5.4平键的选择和校核 15 总 结 16 致 谢 17 参考文献 18 1绪论 1.1课题研究的意义 目前，在我国中西部地区，缺水干旱，农业灌溉渐渐采用节水灌溉的方式，由于节水效果明显，正逐渐被采用。滴灌技术是新疆针对实际生产需求，在棉田滴灌技术上的基础上发展起来的，是农作物滴灌技术的一次改革，同时也是新疆农业发展的必然趋势。显 随着滴灌技术在大田作物中大面积的采用，滴灌带的回收慢慢的变成了人们迫切解决的问题。滴灌带的用量非常大，是滴灌作业一项非常大的投资，但是每年都在农田里遗留大量的滴灌带，滴灌带来不及回收对作物的生长影响巨大，势必影响来年的使用，特别是多年使用的滴灌带，如果残留在土壤中将会影响土壤结构，影响作物生长[1]。因此，滴灌带的回收和重复使用是降低滴灌投资、节省费用的重要措施，对土壤保护也有很大的意义。目前，人们进行滴灌带的回收主要是采用的是人工回收卷成带卷，这样的劳动强度大,投入的人力较多，作业效率低，尤其是大面积的回收则需要的劳动力更多，进而增加了回收成本，而且回收的卷带松散，堆放在一起，杂乱无章，不利于分类不利于搬运存储，甚至部分农民只是来年春天采用耙子搂一搂或是不收[2]。滴灌带依靠人工回收，率效低，而机收的作业效率是人工回收滴灌带的几十倍，效率高，不仅减轻了农民的劳动强度，还可极大缓解滴灌带回收劳动力紧张的局面。目前滴灌带回收技术还不够成熟，得不到广泛的推广，因此滴灌带回收机械化技术还要进一步的研究制造[3]。回收滴灌带循环利用，降低购买滴灌带的价格，增加农民收入。目前新疆棉田、麦田、甜菜、番茄、辣椒等推广采用滴灌技术未来市场发展的潜力广阔，滴灌面积广阔，滴灌带的使用量日益剧增。因此消除滴灌带污染，保持良好的自然生态环境，将成为滴灌技术能否长久和持续应用下去的关键，也是关系到土地生产力的发挥和造福子孙后代的重大问题。因此研究滴灌带回收机对发展我国新疆当地农业生产的意义十分重大[4]。 1.2国外滴灌带回收机的发展状况 滴灌带技术是当今世界上最先进的节水灌溉技术之一,以色列应用的滴灌带技术不适用地膜，直接用滴灌带。带管带回收处理是世界各国面临的一个棘手仅次于残膜回收问题。 以色列是研究滴灌带回收装置起步较早的国家之一，利用收卷机来回收滴灌带效果较好。铺滴灌带大多数都用在帮助胶水施肥，滴灌带在田间停留时间比较久，一般在农物收获后才开始回收滴灌带。欧美国家位防止残膜滴灌带污染危害，一方面推广使用高强度、耐老化、可以连续使用2-3年。采用手卷式回收滴灌带和残膜。另一方面，积极开发新型产品，防止滴灌带降解，是滴灌带经一段时间自动分解成无害物质混入土壤。 在农业机械科研领域，国外的农业机械应用技术是比较先进的，但是在滴灌带回收机械的应用上，国外目前应用较多的是半自动化作业的滴灌带回收机械。比如美国一家公司开发的PS610型残膜滴灌带回收机，其由机架、地轮、地轮切膜刀、起膜铲和切断圆盘等组成。机器工作时，由拖拉机作为牵引力地轮切刀先将影响地膜两边影响起膜的杂草和根茎切断，然后由起膜铲将地膜掀起，并且将地膜上的土等杂物抖落，最后由切断圆盘将地膜由中部切开，以便于人工捡拾。该机型大多数都用在作物收获后的滴灌带回收，其工作幅宽能够准确的通过地膜宽度做调整，成本低，结构相对比较简单在国外已得到普遍应用[5]。 1.3国内滴灌带回收机械 8SG-4型农田滴管毛管回收机[6]。主要由地轮、调速机构、悬挂架、仿形机构、卷筒、变速机构排管机构等组成。该机的主要创新点位：采取对应的机构解决绕管速度与拖拉机前进速度的同步问题，机构简单的排管机构保证滴灌带在卷筒上排列紧而整齐。滴灌带回收机配套动力为轮式拖拉机，运输时由拖拉机悬挂，工作时由拖拉机牵引，回收机的地轮为动力源，通过链条传动，皮带传动将动力分别传到卷筒及排管机构，必须设计卷绕毛管的圆柱形卷筒。该机为使毛管在卷筒上排列整齐，设有排管装置。滴灌带回收机的前进速度与拖拉机的前进速度相同，基本保持不变，但随着卷筒上卷盘直径逐渐增大，卷盘的绕关速度式持续不断的增加的。工作时若绕管速度大于拖拉机的额前进速度将会出现扯断滴灌带的现象[7] [8]。为此，必须设计一个无级变速装置及相应的调速机构，以确保绕关速度基本与拖拉机的前进速度同步。绕管速度随卷筒上卷盘直径而变化，为使卷盘直径的变化及时反映到无级变速装置上，此回收机还设有一个仿形装置[9]。 拖拉机前进时，收管机地轮传动，通过传动机构一路将动力传递到卷筒上，实现卷管。另一路将动力传递到排管机构，实现排管。当卷筒上滴灌带卷盘直径逐渐增大时，仿形轮转动使调速轴产生已转角，使力传递机构产生轴向移动，推动无级变速主动和被动带轮，改变工作直径，从而使卷筒滴灌带线速度始终与拖拉机前进速度同步。 当然8SG-4型农田滴灌带回收机工作时也存在不足之处：（1）卷筒上滴灌带卷盘直径逐渐增大时，不能确保绕管速度与拖拉机前进速度同步，此回收机的传动比还不够完善，（2）不能确保滴灌带在卷筒上排列整齐和滴灌带的紧密缠绕，（3）滴灌带在卷筒上卷满后拆卸不变，安装不方便[10] [11]。 1.4本课题关键的问题及解决思路 滴灌带回收机械化是一个系统工程。回收滴灌带总系统的研究，对实现过程中机械化、工厂化和设施化产生重大影响。所以要研究设计新型多样的滴灌带回收机械实现机械化、速度化、生态化。滴灌带技术全程机械化就是要在滴灌带生产的所有的环节运用先进使用的机械设备做生产以改善灌溉生产条件，实现滴灌带铺盖、灌溉、施肥、回收等过程的机械化、一体化，提高诋毁、滴灌带生产的水平，经济效益与生态效益，从而推动农业生产向规范化和产业化方向发展。另外滴灌带回收机械化程度的提高，大幅度的降低了劳动强度，大量解放劳动生产力向二三产业转移，有助于农村城市化、工业化，对提升农民素质和生活品质，实现农业现代化具备极其重大的作用。滴灌带回收作业过程中，由于地形，土壤条件以及滴灌带本身的差异性，滴灌带绕卷盘的运动存在随机误差，影响滴灌带的回收质量。任务重点对绕管速度与拖拉机前进速度的同步问题、确保滴灌带在回收过程中不会被拉扯断，同时牙嵌式离合器、凸轮机构能提高滴灌带的回收质量，作业效率。 技术难点如下： （1）毛管卷盘上传递过来的力能及时传递到牙嵌离合器，当阻力过大时，牙嵌离合器短暂分离后啮合，继续传动。 （2）凸轮机构能按拖拉机的前进速度来拨起滴灌带，方便卷盘机构缠绕滴灌带。 （3）整机的适应能力强，能回收不同厂家生产的不一样的规格的毛管，且不受地面状况的影响，可直接从棉田，麦田，辣椒地等田地里回收。 （4） 图2-1 1地轮 2链轮 3链接架 4链条 5支撑架 6卷带器 7调节螺母 8凸轮 9滴灌带拨杆 10牙嵌离合器 11地轮轴 12牵引架 13大梁 14轴承 15轴承座 2.1滴灌带的工作原理及过程 滴灌带回收机采用全悬挂方式通过三点悬挂12和拖拉机相连，在工作过程中，拖拉机基本保持匀速前进，首先是凸轮连杆机构8把滴灌带从地表拨起，同时拨杆还起到牵引作用，凸轮与地轮轴11相连接。然后地轮1通过链传动4带动卷带器6开始回收滴灌带。在这过程中存在卷带器上的滴灌带会缠绕的慢慢的变大，卷带器得线速度会逐渐增大，这时安装在地轮上的牙嵌式离合器10会起到作用，牙嵌式会在阻力大的情况下暂时分离，原本绷紧的滴灌带在这一短暂时间会松弛下来，牙嵌式离合器继续结合专递动力，卷带器继续缠绕滴灌带。在整个回收过程中，牙嵌式离合器始终在分离、结合的状态下，保证滴灌带再回收过程中不会被拉扯断，提高回收机的作业质量，增加了回收效率。 3.地轮轴的设计 3.1轴的设计 1）查找相关文献和材料得知一般农用拖拉机的输出功率为 由公式： 得： 2)初步确定轴的直径 由公式推算出轴的直径，选取轴的材料位合金钢。根据表取A0=112， 于是得： 3.2地轮轴的总体受力分析 模型名称: 轴3 当前配置: 默认 图3-1线性弹性同向性 实体 文档名称和参考引用 视为 容积属性 文档路径/修改日期 如图3-1 实体 质量:2.45382 kg 体积:0.000318678 m^3 密度:7700 kg/m^3 重量:24.0475 N 表3-1容积属性 表3-2材料属性 模型参考 属性 零部件 如图3-1 名称: 合金钢 模型类型: 线性弹性同向性 默认失败准则: 最大 von Mises 应力 屈服强度: 6.20422e+008 N/m^2 张力强度: 7.23 26e+008 N/m^2 图3-2 夹具图像 图3-3装入图象 载荷和夹具 表3-3如下载荷和夹具 夹具名称 夹具图像 夹具细节 固定-1 图3-2 实体: 1 边线 面 类型: 固定几何体 载荷名称 装入图象 载荷细节 压力-1 图3-3 实体: 2 面 类型: 垂直于所选面 值: 2000 单位: N/m^2 图3-4静应力分析 算例结果 表3-4如下静应力分析 名称 类型 最小 最大 Stress VON:von Mises 应力 0.018158N/m^2 节:18402 5938.61N/m^2 节:17869 图3-5静态位移 表3-5如下静态位移 名称 类型 最小 最大 Displacement URES:合位移 0 mm 节: 1472 4.10455e-007 mm 节: 16000 变形形状 图3-6变形形状 图3-7安全系数 表3-6如下 安全系数 类型 最小 最大 Factor of Safety 最大 von Mises 应力 104473 节: 17869 3.4168e+010 节: 18402 4、滚子链和链轮 4.1滚子链的结构和规格 图4-1滚子链 图4-2滚子链 滚子链由内链板1、套筒2、销轴3、外链板4和滚子5组成，如图3-1所示。内链板和套筒、外链板和销轴用过盈配合固定，构成内链节和外链节。销轴和套筒之间为间隙配合，构成铰链，将若干内外链节依次铰接形成链条。滚子松套在套筒上可自由转动，链轮轮齿与滚子之间的摩擦主要是滚动摩擦。链条上相邻两销轴中心的距离称为节距, 用p表示，节距是链传动的重要参数。节距p越大，链的各部分尺寸和重量也越大,承载能力越高，且在链轮齿数一定时，链轮尺寸和重量随之增大。因此，设计时在保证承载能力的前提下，应尽量采取较小的节距。载荷较大时可选用双排链（图4-2）或多排链，但排数一般不超过三排或四排，以免由于制造和安装误差的影响使各排链受载不均。 链条的长度用链节数表示，一般都会采用偶数链节，这样链的接头处可采用开口销或弹簧卡片来固定，如图4-3a、b）所示，前者用于大节距链，后者用于小节距链。当链节为奇数时，需采用过渡链节如图4-3c）所示。由于过渡链节的链板受附加弯矩的作用，一般应避免采用。 GB/T1243-97规定滚子链分为A、B系列，其中A系列较为常用，其主要参数如表4-1所示。表中链号和相应的国际标准号一致，链号乘以25.4/16mm即为节距值。 a) b) c) 图4-3 滚子链接头形式 表4-4 A系列滚子链的基本信息参数和尺寸 (GB/T1243-97) 链 号 节距p (mm) 排距Pt (mm) 滚子外径 d1(mm) 内链节内 宽b1(mm) 销轴直径 d2(mm) 内链板高 度h2(mm) 单排极限拉伸 载荷FQ（KN） 单排每米质量q(kg/m) 08A 12.70 14.38 7.92 7.85 3.98 12.07 13.8 0.60 10A 15.875 18.11 10.16 9.40 5.09 15.09 21.8 1.00 12A 19.05 22.78 11.91 12.57 5.96 18.08 31.1 1.50 16A 25.40 29.29 15.88 15.75 7.94 24.13 55.6 2.60 20A 31.75 35.76 19.05 18.90 9.54 30.18 86.7 3.80 24A 38.10 45.44 22.23 25.22 11.11 36.20 124.6 5.60 28A 44.45 48.87 25.40 25.22 12.71 42.24 169.0 7.50 32A 50.80 58.55 28.58 31.55 14.29 48.26 222.4 10.10 40A 63.50 71.55 39.68 37.85 19.85 60.33 347.0 16.10 48A 76.20 87.83 47.63 47.35 23.81 72.39 500.4 22.60 根据自身的需求选用16A—1—82 GB/T1243—97滚子链：A系列滚子链、节距为25.4mm、单排、链节数为82、制造标准GB/T1243—97。 4.2滚子链链轮 4.2.1链轮的基本信息参数及主要尺寸 链轮的基本信息参数为：链轮的齿数z、配用链条的节距p、滚子外径d1及排距pt。链轮的主要尺寸及计算公式如表3-5所示。 表4-2 滚子链链轮主要尺寸 （mm） · 名 称 代 号 计 算 公 式 备 注 分度圆直径 齿顶圆直径 可在damax、damin范围内任意选取，但选用damax时，应考虑采用展成法加工时有发生顶切的可能性。 分度圆弦齿高 ha是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸（见表9-3） hamax相应于damax hamin相应于damin 齿根圆直径 df = d－d1 齿侧凸缘（或排间槽）直径 h2—内链板高度（见表3-1） 注：da、dg值取整数，其他尺寸精确到0.01mm. 4.2.2链轮的齿形 链轮的齿形应能保证链节平稳而自由地进入和退出啮合，不易脱链，且形状简单便于加工。GB/T1243-97规定了滚子链链轮的端面齿形（表3-3）和轴面齿形（表3-4），由于滚子表面齿廓与链轮齿廓为非共轭齿廓，故链轮齿形设计有较大的灵活性，即在最大、最小范围内均可使用。 若链轮采用标准齿形，在链轮工作图上可不绘制出端面齿形，只须注明按GB/T1243-97制造即可。但为了车削毛坯，需将轴面齿形画出。 4.3.链轮的结构和材料 链轮的结构如图4- 6所示。直径小的链轮常制成实心式（图a）;中等直径的链轮常制成辐板式（图b）；大直径（ d 200mm）的链轮常制成组合式，可将齿圈焊接在轮毂上（图d）或采用螺栓连接（图c）。 表4-3 滚子链链轮的齿槽尺寸计算公式 名 称 单 位 计 算 公 式 最 大 齿 槽 形 状 最 小 齿 槽 形 状 齿面圆弧半径re mm 齿沟圆弧半径ri mm 齿沟角 (°) 注：链轮的实际齿槽形状，应在最大齿槽形状和最小齿槽形状范围内 表4-4滚子链链轮轴向齿廓尺寸 名 称 代 号 计 算 公 式 备 注 p≤12.7 p12..7 齿 宽 单排 双排、三排 四排以上 bf1 0.93 b1 0.91 b1 0.88 b1 0.95 b1 0.93 b1 0.93 b1 P12.7时，经制造厂同意亦可使用P≤12.7时的齿宽。 b1—内链节内宽（见表4-1） 倒 角 宽 倒 角 半 径 倒 角 深 圆 角 半 径 链 轮 齿 总 宽 ba rx h ra bfm ba = (0.1～0.15) p rx ≥ p h = 0.5 p ra≈ 0.04 p bfm = ( m － 1) pt+ bf1 m—排数 仅适用于B型 链轮的材料应有足够的强度和耐磨性，齿面要经过热处理。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，受冲击也比较大，因此所用材料应优于大链轮。链轮所用材料及热处理工艺见表4-5。 表4-5 链轮材料及热处理 材 料 热 处 理 齿 面 硬 度 应 用 范 围 15、20 渗碳淬火、回火 50～60HRC z≤25有冲击载荷的链轮 · 正 火 160～200HBS z 25的主、从动链轮 45、50 45Mn、ZG310-570 淬火、回火 40～50HRC 无剧烈冲击振动和要求耐磨的主、从动链轮 15Cr、20Cr 渗碳淬火、回火 55～60HRC z 30传递较大功率的重要链轮 40Cr、35SiMn、35CrMo 淬火、回火 40～50HRC 要求强度较高又要求耐磨的重要链轮 Q235-A、Q275 焊接后退火 140HBS 中低速、功率不大的较大链轮 灰铸铁（不低于HT200） 淬火、回火 260～280HBS z 50的从动链轮及外形复杂或强度要求一般的链轮 夹布胶木 P 6KW, 速度较高，要求传动平稳和噪声小的链轮 4.4链传动的传动比及运动的不均匀性 链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带很相似，如图4-7所示。多边形边长相当于链节距p,边数相当于链轮的齿数z。链轮每转过一周，链条转过的长度为pz，当两链轮的转速分别为n1和n2时，链条的平均速度为： (4-1) 由上式得链传动的平均传动比为： (4-2) 虽然链传动的平均速度和平均传动比不变，但它们的瞬时值却是周期性变化的。为便于分析，设链的紧边（主动边）在传动时总处于水平位置，图4-7a）中铰链已进入啮合。主动轮以角速度ω1回转，其圆周速度v1=r1ω1，将其分解为沿链条前进方向的分速度v和垂直方向的分速度则： (4-3) (4-4) 式中：1为主动轮上铰链A的圆周速度方向与链条前进方向的夹角。 当链节依次进入啮合时1角在±180°/z1范围内变动，从而引起链速v相应作周期性变化。当1=±180°/ z1时图4-7b、d）链速最小，;当1=0°时（图3-7C）链速最大，vmax=r1ω1。故即使ω1为常数，链轮每送走一个链节，其链速v也经历“最小-最大-最小”的周期性变化。同理链条在垂直方向的速度也作周期性变化，使链条上下抖动。（图4-7b、c、d）。 用同样的方法对从动轮做多元化的分析可知，从动轮角速度ω2也是变化的，故链传动

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