侧边传动式旋耕机的设计含全套CAD图纸
添加日期:[2019-02-27 17:53]

  要:旋耕机是一种实用性强、应用范围广的耕整地机械,具有切土效果好、碎土能力强、耕后地表平坦等特点,在各种土壤条件下一次 性可达到待播状态,可基本满足农业精细耕作的要求。近年来,我国进行了种植业 结构调整,特别是北方地区,耕整用宽幅高速型旋耕机成为发展方向,大中型拖拉 机具有强劲的动力输出、较大的牵引力和悬挂提升能力,为配套旱地耕作型联合作 业提供了先决条件。而旋耕作为驱动型耕作机械,易于更换和附加工作部件,形成 灭茬、深松、碎土、做畦、起垄、开沟、精量半精量播种、深施化肥、铺膜、 和喷药等多项作业的结构紧凑的联合作业机组,大幅度提高了生产效率,降低了作 业成本。本次设计的侧边传动式旋耕机结构简单、生产率高、功率消耗少、经济效 关键词:旋耕机;旋耕刀片;变速箱;传动系统Design SideTransmission TypeRototiller Abstract: Rotary cultivator soilpreparation machine strongpracticability andwide application. cutssoil goodeffect breaks soil powerfulcapacity soilsurfaceflat after tillage canmake soil allkinds conditionsonce achieved bebroadcastwhich can basically meet agriculturalfarming. recentyears ourcountry has been adjusted especially northernareas thus tillage widehigh-speed-typerotary tiller has developed. Medium-sized tractor provides supportingdryland farming-based combination process itsstrong power output greater traction suspension.However rotarycultivator machine drivenmodel rotary machine easytochange subjoins working parts formsmultiple-assignment compact-structurejoint operating unitsthat clean stubble loose soildeeply break soil do beds ridge ditch sow precise quantityseedsfertilize deeply pave membrane press soil spraywhich greatly improves productionefficiencyand reduces assignmentscost. designedside transmission type rotary cultivator paperhassimple structure high productivity low power consumption higheconomic efficiency. Key words:Rotary Cultivator;Rotary Blade; Gear-Box;Transmission System 要…………………………………………………………………………………1关键词………………………………………………………………………………11 言……………………………………………………………………………22总体方案 的选择及确定………………………………………………………3 2.1 ……………………………………………………33工作参数的计算 及选择………………………………………………………3 3.1 转速度的配合……………………………………53.3 ……………………………………………………64结构设 总传动比的计算及分配………………………………………………8 计算传动装置的运动和动力参数……………………………………8 4.2.4滚子链传动的设计计 算………………………………………………12 4.3 要工作部件的设计及校 ……………………………………………144.3.1 旋耕机刀片的设 计……………………………………………………14 4.3.2 刀片的配置与排 列……………………………………………………17 4.3.3 旋耕机刀轴设 计………………………………………………………18 4.3.4 旋耕机刀轴的强度校 核………………………………………………19 4.3.5 罩壳和平土拖板的设 计………………………………………………225 机组的调 整………………………………………………………………………236 旋耕机是一种实用性强、应用范围广的耕整地机械,具有切土效果好、碎土能力强、耕后地表平坦等特点,在各种土壤条件下一次性可达到待播状态,可基本满足 农业精细耕作的要求。目前,我国与大中型拖拉机配套的旋耕机保有量约15万台, 与手扶拖拉机和小四轮拖拉机配套的旋耕机约200万台。旋耕机在南方水稻生产机械 化应用中已占80%的比例,北方的水稻生产、蔬菜种植和旱地灭茬整地也广泛采用 了旋耕机械。近年来,我国北方进行种植业结构调整,大力推行旱改水,水稻种植 面积迅速增加,扩大了对旋耕机械的市场需求。旋耕机得使用可极大的提高土地耕 作效率。此外,旋耕机具有防疏松土壤、秸秆还田、增加土质肥力和消灭土层中害 虫的功能,广泛用于平原、山区及丘陵地带的各种土质田块的作业任务,水旱田兼 用,具有广泛使用性。 目前,在我国成型的旋耕机械产品中,以卧式旋耕机为主流, 该种旋耕机对土壤适用性强、混土效果好,一次作业可达到翻土、碎土和平整地表 的要求。但一般耕深很浅,漏耕严重,工作部件易缠草堵泥且作业时消耗功率较大。 在卧式旋耕机中,按旋耕机切刀轴与拖拉机轮子的转向可分为正传和反转。本次设 计为正传式旋耕机。 旋耕机入土深度一般小于旋耕机部件半径的10~20考虑到旋耕 部件大小所需的相适应的单位能耗,应使旋耕机刀轴距地面较低,有的设计则依据 旋耕部件与耕深的相对关系,把中央调速器直接安装在旋耕部件的轴上。这样可保 证农具的最小能耗,最小的材料消耗和较好的工作质量。 根据目前旋耕机的使用现 状,预计旋耕机的研究重点将是以下几个方面: (1)在传动方面,现有的旋耕联 合作业机具机架刚性不足,影响传动系统零件寿命,可靠性低。 (2)旋耕刀具设 计参数不合理,作业性能差。 (3)侧边传动式旋耕机部件的结构设计。 发动机功率匹配。(5)整机应满足基本农艺要求,耕深10~13cm,配套动力为15~ 30KW的拖拉机。 (6)作业后,地膜与垄台要贴实、无皱折、无卷曲、无漏覆。 次设计主要是要一次同步完成翻土、碎土、平整地表等作业,并且须通过合理选择参数和优化机构设计,使之整体尺寸、结构设计合理,功率消耗低,满足作业要求, 同时克服其他可能存在的问题。2 总体方案的选择及确定 随着农业科学技术的发 展,旋耕机的研究和使用有很大的进展,出现了多种型式的产品。通过分析比较本 次设计选用卧轴、悬挂式侧边传动的方案,这种结构对土壤适应强、混土效果好, 能一次同步完成翻土、碎土、平整地表的要求,而且结构简单、效率高。2.1 工作 方式的选择 旋耕切削方式的选择 由于切削方式的不同,旋耕机的功耗及所达到的 效果亦有不同。目前有旋耕机刀辊的旋向与其前进方向的不同,一般可分为以下两 种基本形式:正转式和反转式。两者在工作时的切削速度、刀轴切土扭矩等都表现 不同,但反转旋耕机存在的最大问题是作业时刀片切下的土块容易随刀滚抛向前方, 易造成堵塞,不利于旋耕平土。故此处选正转更合适。2.2 动力的选择 根据现有拖 拉机型号使用性能等情况及任务书的要求,现初选东方红-250的轮式拖拉机。其参 数如下表1: 东方红-250的轮式拖拉机技术规格 Tab. Dongfang hong-250-wheeled tractor technical specifications 外型尺寸标定 功率 最大提升力 速度范围 (mm)(kw) (KN) (Km/h) 190 18.4 4.15 1.25~27.86 后轮轮距动力输出轴 轴距 最小离地间隙(mm) 结构质量 动力输出轴 (mm)标定功率 (mm) (kg) 转速(r/min) 1020~(kw) 1493 430 1040 540/730 132017.53 工作参数 的计算及选择3.1 刀片运动轨迹及其分析 旋耕机工作时,旋耕刀运动轨迹是摆线。 以刀轴旋转中心为原点建立坐标系,x轴正向和旋耕机前进方向一致,y轴正向垂直 向下。 设前进速度为 vm ,刀轴旋转角度为ω,开始时刀片端点位于前方水平位置 与x轴重合,则旋耕刀端点运动方程为: xRcosωt vm 刀片运动轨迹Fig Insertstrajectory 式(1)可见—旋耕刀端点的绝对运动,其运动轨迹随着R、ω、和vm 的不同而有 不同的形状和特性。将式对时间求导,可得刀片断点在x轴和y轴方向的分速度: vx Rωcosωt(3)刀片端点绝对速度V的 大小为: vm,λ称为旋耕速度比,它表示旋耕刀端点 旋耕速度比与旋耕机前进速度的比值,λ的大小对旋耕刀运动轨迹及工作状况有重要 影响。 vxvm -Rωsinωt vm (1-λsinωt) vm,则不论旋耕刀运动到什么位置,均有 vx >0,即刀片端点的水平分速 度始终与旋耕机前进方向相同,其运动轨迹是短摆线,这时旋耕刀不能向后切土, 而出现刀片端点向前推土的现象,使之不能正常工作。 若λ>1,则当旋耕刀旋转到 一定位置时,就会出现 vx <0的情况,既刀端绝对运动的水平分速度与旋耕机前进 的方向相反,从而使旋耕刀能够向后切削土壤。只要刀片开始切土时 vx <0,整个 切土过程都可满足这个条件。λ>1时刀端运动轨迹为余摆线。为保证旋耕刀正常切 土,刀刃上切土部分各点的运动轨迹都应是余摆线,即其圆周速度大于旋耕机的前 进速度1。3.2 机组前进速度与刀片回转速度的配合 由以上可知,为保证刀刃切土, 刀片从开始切土直到铣切完毕都不应使刀片顶土。即: vx vm 由公式(6)可见在切土过程中刀刃向后的分速度是逐渐增大的。一般旋耕机的前进速度 vm 0.5~1.5米/秒,刀片的端点切线米/秒。为使机组减少功耗提高 效率需合理选择配合两者的速度2。3.3 耕作深度 通常耕深与旋耕机的结构参数R 和运动参数 vm 、Rω有关。设耕深为H,由刀片运动轨迹图可知当旋耕刀端点开始 切土时其纵坐标 yR-H,变换得y Rsinωt则sinωt(R-H)/R 代入公式(6)中,得: vx vm -(R-H)ω 要使vx <0,必须, vm <(R-H)ω H<R(1-1/λ)λ的选择即要保证旋耕机正常工作及满足设计耕深要求,还要综 合考虑旋耕机结构、功率消耗及生产率等其他因素。如增大R、ω不仅使结构变大, 而且回增大切土扭矩及功率消耗,减小 vm 又会降低生产率。目前常用的速度比为 λ4~10左右2。根据旱耕耕深的设计要求取为H12cm。3.4 沿旋耕机前进方向纵垂面内相邻两把旋耕刀切下的土块厚度,即在同一纵垂面内相邻两把刀相继 切土的时间间隔内旋耕机前进的距离。 vm60/zn t——刀轴每转一个刀片所需时间,sZ——同一旋转平面内的刀片数 n——刀轴转数,r/min 由公式(8)可见,增加z或n, 变小,切土细碎,但随着转数的提高,功率消耗 2亦显著增加。若增加z或n,刀片间距变小,易产生堵塞 现象 。故一般为10~12mm。 综上所述,旋耕部分设计时以上各参数相互影响。 根据设计任务要求及拖拉机规格,p18.4Kw vm 1.25~3.07Km/h。取λ7,VRω2.43 12cm,H12cm,n203r/min,则ω2πn/6020.9rad/s,RV/ω117~286mm。 若同一旋转平面内的刀片数Z2, 6cm。3.5耕幅的确定 工作幅宽应根据配套的 拖拉机功率的大小,旋耕比能耗(旋耕比阻),耕深要求等确定。拖拉机输出动力 轴功率 pe 17.5Kw取功率利用η0.8,则1000 pe ηBH 为旋耕机工作时的比阻,当h12cm时,砂壤土Kr:1.2~1.4 kg/cm2 1000pe Vm将数据代入公式(9),得:1000 17.5 0.8 162cm12 1.2 10 60 B90cm。3.6 机具的配置 由于耕幅B900<拖拉机后轮轮距外缘1020,故要采用偏右侧悬挂。 为消除采用偏右侧悬挂出现耕后左侧留下轮辙,可使机组从地块的右侧进入3。 耕幅的配置关系Fig Cultivationsites configuration3.7 功率耗用 旋耕机工作时所 需的功率计算。在耕作过程中,旋耕机工作所需的功率与多种因素有关,如地块地 形、耕深、耕宽、耕速和土壤性质等。功率消耗主要包括旋耕刀切削土壤消耗的功 率、抛掷土块消耗的功率、推动前进消耗的功率、传动部分消耗的功率及土壤沿水 平方向作用与刀辊上的反作用力所消耗的功率。设计时,假定旋耕机组在比较平坦 的田地里进行匀速直线作业,旋耕机工作时所需的功率可用下式估算4。 100 (10)75将数据代入公式(10),得: N1.330.90.120.6121000010.3Kw 旋耕机工作时的耕幅B0.9m 旋耕机工作时的耕深H0.12m vm ——旋耕机组前进速度 vm 0.6m/s Kr—— 旋耕机工作时的比阻,当h12cm时,砂壤 土Kr:1.2~1.4 kg/c即:1210000~1410000N/ 由N10.3Kw,旋耕机工作装 置工作效率 取0.85,所需的功率pw 12.1kW。动力传动装置效率,可取η0.85,旋耕机工作时所需要的功率 p0 pw /η14.3kW,故所选动力满足旋耕机的功 率耗损。4 结构设计4.1 传动方案拟订 目前有的旋耕机采用变速箱式的传动装置, 有的旋耕机动力从中央传给刀轴,整机受力均匀,根据任务书采用侧边传动。由于 侧边齿轮结构复杂,加工精度要求高,而侧边链传动零件少、质量轻、结构简单、 加工精度要求低,所以本设计采用侧边链传动。 柴油机的输出速度,经V带传到拖 拉机的离合器,通过变速箱变速后,一部分动力传到拖拉机的行走轮上,另一部分 传到旋耕机的输入轴上。考虑到旋耕机的设计尺寸,旋耕机齿轮箱的输入轴和拖拉 机变速箱的输出轴可能不在同一直线上,两者之间采用万向节传动。为了增加旋耕 机的输出力矩,在其输入轴和刀轴间采用单级齿轮减速器和链轮传动4。结构如图2: 万向节2.圆锥减速机构 3.链传动机构 4.刀轴总成 传动方案Fig Ransmissionprogram 根据与所选轮式拖拉机的连接方式选取图 的传动方式,由万向节连接到拖拉机的动力输出轴。万向节的主要作用是补偿拖拉机动力输出轴与 旋耕机第一轴的偏移量,并以最大传动效率和扭矩带动旋耕机工作,同时当负荷更 大时保护旋耕机。4.2 传动装置设计4.2.1 总传动比的计算及分配 由所选拖拉机的 动力输出轴转速 ne 和刀滚的工作转速n可确定传动装置的总传动比i,由 ne 730r/min n203r/min。 (11)由公式(11)可知总传动i3.6,传动比不大, 两级减速一对圆锥齿轮和链轮即可满足要求。考虑到单级圆锥齿轮减速器的传动比 不易过大,以减小齿轮的尺寸,便于加工。取链传动比为 i1 2,则锥齿轮传动比5: i0 i13.6/21.8。4.2.2 计算传动装置的运动和动力参数 各轴转速,拖拉机动力输出 轴为0轴,减速器输入轴为轴,输出轴为轴,刀滚轴为 ,各轴转速为: n0 730r/min n0 i0730/1.8406 r/min i1406/2203 r/min 各轴输入功率按旋耕机所耗功率计算各轴输入功率,得: p0 14.3 kw p0η114.30.9814 kw η2η4140.950.9913.18kw η3η413.180.950.9912.3kw 分别为万向节、圆锥齿轮、链轮、滚动轴承的效率。各轴转矩: T9550P/n (12) T0 9550 p0 n0955014.3/730187.07 Nm 955014/730183.15Nm 955013.18/406310.02Nm 955012.3/203578.65Nm 将以上计算结果整理后列于下表 传动装置动力参数Table mainquality endproducts differentconcentration technology 项目 动力输出轴 输入轴轴

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