水田秸秆掩埋旋耕机设计毕业设计论文(编辑修改稿)

水田秸秆掩埋旋耕机设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

........................................................................................ 34 1 1 绪论 研究目的及意义 近年来，随着国家越来越重视农业生产，粮食生产产量得以稳步提高。 然而在中国的许多地区仍然使用比较传统的耕作方式，致使春冬季节地表长期裸露，导致农作物秸秆有效利用率逐年下降及土壤表层有机物质和水分的严重流失，土壤贫瘠化和生态环境恶化如意日益加剧，土地得不到很好的修养生息， 严重制约我国粮食产量的进一步提高。 特别是在稻麦轮作地区，对于小麦秸秆的处理方式，大多数农民还是采用焚烧的方法，对资源浪费和环境污染产生了重大影响，同时还存在人身伤亡及田间等火灾事故的隐患。 烟雾笼罩着大地，使广大人民群众眼睛流泪、喉咙痒以及带来了飞机升降困难等问题。 事实证明，焚烧秸秆会带来许多问题，例如资源浪费、土地破坏、环境污染，严重影响了人民生活及交通安全。 因此，水田秸秆掩埋旋耕机的研究，促进农业的可持续发展，已成为全社会关注和急需解决的问题。 [10] 作为一个农业大国，农业发展的基本方向是农业机械化，小 型农机现在已无法满足农业生产的要求，合理有效地开发多功能旋耕机及组装各种的工作部件越发成为研究方向，这样不仅使整机机动性及操作性好，结构紧凑，而且还能提高经济效益。 本论文主要对新型的整地机 —— 水田秸秆掩埋旋耕机尽享了详细的研究分析，水田秸秆掩埋旋耕机能同时满足水田秸秆掩埋、旋耕碎土、整地等多项作业要求。 提高秸秆掩埋效果、降低劳动强度、省时省力，成为市场的迫切要求。 通过换装旋耕刀后，能够完成旋耕及碎土作业，实现一机两用。 总之，使用该机有益于实现秸秆还田，土壤有机质增加，提高农作物产量。 至此我们要积极创新，把 水田秸秆掩埋旋耕技术发展成熟，使其更广泛的运用到农作物生产之中。 研究必要性 从西方机械文明的发展史中我们发现了 “旋耕机”，至今已有 150 多年的历史，起始旋耕机主要用于庭院的耕作。 旋耕机真正投入到大田作业中，伴随着技术的改进，技术革命的更新和 L型旋耕刀具的成功研制。 旋耕机也随着不断地改进并且可以适用于不同类型的土壤。 20世纪初期，日本在从欧洲引进了旱田旋耕机后，成功地研制出了适用于水田工作要求的弯刀，解决了刀齿和刀轴的缠草问题，至此以后旋耕机得到了迅速发展。 上世纪 70 年代， 中国开始研究基于国外引进的旋耕机，秸秆还田机具及技术的发展到目前为止，主要出现了旱地反 2 转灭茬和水田秸秆还田两大类作业机具，因为这两种作业机都没有切草功能，所以当根茬高于 20cm 时，灭茬效果比较差。 [8] 联合收割机结束工作后留下来的小麦秸秆和高留茬直接影响水稻栽培。 当然我们可能会想到用水田埋草机，但是水田埋草机仅能在较深的田间进行埋草作业，而且目前我国的水稻种植大多数采用免耕或浅耕作业，耕深限制直接影响了水田埋草机的埋草效果。 所以，这两种现有的机型和水田埋草机还不符合秸秆还田及耕作的要求。 本论文研究了水田 秸秆掩埋模型即水田秸秆掩埋旋耕机，主要可进行水田秸秆掩埋及碎土、秸秆覆盖操作。 其创新之处在于旋耕刀轴的外径上焊接固定的刀库，它可以与旋耕刀及水田埋草刀刀柄的根部相结合，安装水田埋草刀后，可一次性完成水田秸秆掩埋、旋耕碎土、整地等作业。 改装旋耕刀后可一次性完成旋耕碎土作业，实现一机两用。 随着我国联合收割机的广泛使用，收割后抛的秸秆扨在田中，会给夏季水稻插秧带来很大困难，况且因为大多数的稻麦秸秆处理不当，秸秆还田问题已引起了各级领导和广大群众的关注。 因此，研究开发一种新型经 济高效的秸秆掩埋旋耕机深受广大农民群众的普遍欢迎。 利用水田秸秆掩埋旋耕机将秸秆还田到土壤之中不但增加了土壤的肥力和有机质，以此可以提高农作物产量 5%10%，而且还避免和解决秸秆焚烧所带来的环境污染资源浪费等问题。 [12] 发展趋势 依据我国的调查，在未来将有 30%的水稻和小麦秸秆用于造纸，发电，草编等，有近 70%的秸秆用于还田以增加土壤肥力，但是目前对秸秆的处理方法仍然是焚烧为主。 依据农业部门的介绍，目前秸秆还田机具都以整草还田为主，虽然可以推广应用，但不是理想机型。 故研究开发一种水田秸秆掩埋旋耕机 是十分必要的。 [15] 随着农业机械化程度的不断提高，工作效率和效益的提高，和现有的旋耕机及水田埋草机存在的弊端不断显现，已无法满足农艺要求和生产规模扩大要求。 所以对现有的旋耕机具的发展会出现如下几种发展趋势： 高速宽幅； 深耕全幅；自动化，智能化； 小型化。 目前整体来看，我国的农机发展很不平衡，农业机械化水平明显偏低，农机服务组织化程度较低，整体效益较差，农业装备机构较不合理，农机较科研开发配套系统建设落后。 [3] 总体设计 3 为解决目前稻麦收获过程中存在的问题，本论文 研究了一种水田秸秆掩埋旋耕机，该机与 15 马力以上的各类拖拉机配套使用，主要用于水田耕作。 该机更换水田埋草刀后，能够进行稻麦水田秸秆掩埋、碎土及覆盖秸秆等作业，该实用型机具作业效果好，可以实现降低成本，提高埋草效果及减少作业负荷，一机多用，提高了工作效率和机具功能。 本次的水田秸秆掩埋旋耕机主要研究内容有： a、参与总体方案设计，绘制水田秸秆掩埋旋耕机工作总装配图、田间作业图。 b、关键零部件设计：（ a）旋耕部件图；（ b）传动轴、刀轴、齿轮、箱体、等零件图；（ c）有关计算和校核等。 c、相关信息的调研与收集， 在研究国内外各种旋耕机械的发展现状与发展趋势及结合具体实际情况制定相关结构方案。 d、设计的内容包括动力传动系统、机架、刀轴、刀片等，要求结构简单，重心平衡。 1). 设计时应考虑装配和加工工艺性，为了降低制造成本尽可能地使用标准件、通用件。 2). 采用中间的传动方式，可以节省左右支臂结构，使得受力平衡，还可以降低制造成本。 3). 与拖拉机采用左右对称布置，提高作业质量。 4). 产品应满足农艺的要求，各项指标应达到国家标准。 5). 设计时应注意重心位置，与主机连接后尽可能地达到前后平衡。 刀轴转速与机组前进速度配置要合理。 旋耕刀及水田埋草刀的刀座和入土角布置应采用优化设计，这样能够达到节能效果。 6). 尽可能地结构简单可靠，使用起来安全方便。 7). 要求该机与拖拉机固定连接，旋耕作业应覆盖拖拉机的轮辙。 8). 设计一个主传动系统和旋耕系统及拖板等组成部件，且刀盘上装有两种不同刀具的刀库 — 旋耕刀和水田埋草刀。 小结 （ 1）分析了此设计的研究背景及对农业机械进步与发展的重要意义及发展趋势。 （ 2）综合叙述了旋耕机的发展现状，提出了本论文的主要研究内容。 4 2 总体方案的设计与确定 水田秸秆掩埋旋耕机工作原理与构造 掩埋旋耕机工作原理 水田秸秆掩埋旋耕机是按照拖拉机动力输出轴驱动的耕作机具。 该机无论是装在手扶拖拉机还是装在轮式拖拉机或履带拖拉机上，工作原理都是基本上相同的 图 1。 刀 尖的轨迹。 x：沿机器运行方向横向 坐标； y：向下垂直坐标 ； R： 刀尖圆角 半径 ； ： 机器行进 速度 ； ：刀片尖端的旋转速度 ； t：时间 ； O：轴的初始位置， 刀 尖是水平 初始位置； ：轴在 t时刻的位置 ； H： 旋耕 深度 ； ： 刀 尖开始切削土壤 时 地面 上的点； 刀尖 在时间 t时刻的 点 M（ x， y）。 [14] 5 操纵杆 中间齿轮传动箱 罩壳 弹性柱杆 拖板总成 旋耕刀 水田埋草刀 犁刀 横梁 图 2 水田秸秆掩埋旋耕机简图 具体实施方式：在图中，旋耕机通过连接拖拉机来输入动力经过中间齿轮传动箱 2传递到刀轴上，刀轴由左右两个半轴组成，且为两个空心半轴，分别通过键与传动箱的输出轴连接。 动力经传动箱传到刀轴上带动刀具工作进而可实现机具的秸秆掩埋和旋耕碎土等作业，被旋耕土壤和后抛的土块经罩壳 和拖板总成 5 的挡拖，使土地平整，进而能够实现整地的功能，旋耕刀 6及水 田埋草刀 7左右均匀对称安装在旋耕轴的刀库上，左右水田埋草刀的焊接夹角的范围为65176。 75176。 在旋耕刀轴的外径上，焊接有与旋耕刀 6 和水田埋草刀 7 刀柄的根部相吻合的刀库 ，刀库侧面带有固定螺丝，安装时只需把刀柄插入刀库并按照固定丝固定即可。 犁刀 7可用来消除中间传动漏耕问题。 在图 2中，该水田秸秆掩埋旋耕机是一种小型农用机械，故可以与 15 马力以上的各类拖拉机配套使用，它是在原有的旋耕机基础上通过更换水田埋草刀 7后进行耕作的。 水田秸秆掩埋旋耕机是旋耕机的一种，虽然是动力驱动的农用 机具，但结构并不复杂，刚性较好，都是矩形框架结构。 依据与拖拉机的连接方式的不同，可以将旋耕机分为三点悬挂和直接连接两种。 其中，三点悬挂又分为中间齿轮传动， 6 侧边链条传动和侧边齿轮传动三种；直接连接可分为侧边链条传动和侧边齿轮传动。 一般旋耕机的组成部分为机架、动力系统、刀辊和罩壳拖板等。 [6] 水田秸秆掩埋旋耕机设计方案的确定 依据我国现有的旋耕机种类、结构以及我国拖拉是动力保有情况，经过与指导老师的多次研究商讨，本次设计在原有水田旋耕机的基础上研究开发出一种集秸秆掩埋及旋 耕与一体的新型旋耕机 —— 水田秸秆掩埋旋耕机，通过改进设计原有旋耕机结构及管件技术参数，达到秸秆掩埋和旋耕这种双功能的目的。 机具的连接方式采用成熟的三点悬挂连接方式，采用中间传动方式。 采用这样的结构方式可以规避风险，降低成本，提高传动的可靠性。 经过多级齿轮的降速，使工作轴的转速达到 280r/min 左右。 具体的传动方案方案图见图 2. 考虑到受力平衡、传动可靠性及传动效率等问题，在本次设计中我们采用中间传动方式。 具体的传动方案如下图所示 图 传动方案示意图 7 图 传动方案示意立体图 1轴上的输入动力按照拖拉机经万向联轴器输入，因为 1轴和 2轴是交错轴，故它们之间采用锥齿轮传动，且动力经按照锥齿轮 Z1和 Z2 传给 2 轴达到一级降速的目的，在 2 轴上安装一个直齿圆柱齿轮 Z3,动力再经过直齿圆柱齿轮 Z4和Z5 传给轴 4 达到所需的工作转速。 然而 4轴并不是最终的工作轴（刀轴），如果通过中间传动直接把动力传给刀轴，虽然有牢固，可靠、刚性好等优点，但是为了达到降速的目的对于中间齿轮的直径往往要求比较大，这就 是齿轮锻造加工比较困难，优质材料用量较多，不经济。 故在 4 轴和刀轴之间可以采用同步链传动。 这是因为在结构和工艺方面，链条传动比齿轮传动具有一定的优越性。 链传动的制造与安装精度要求较低，可以用于环境比较恶劣的场合，关键是链传动的寿命较齿轮传动高。 [2] 1). 配套动力： 15 马力以上的拖拉机（设计时所取的拖拉机的型号为东方红 20，转速为 720r/min，功率 P=） [3] 8 2). 作业幅宽： 160cm 3). 设计耕深： 18cm（查阅相关资料可知对于水田的耕深范围是 1418cm，设计时选取最大耕 深 ） 4). 刀轴转速： 280r/min 本章小结 （ 1）本章分析了水田秸秆掩埋旋耕机的工作原理机器构造； （ 2）分析及确定了该种旋耕机的总体方案； （ 3）对旋耕机及拖拉机的主要参数进行了选择。 9 3 传动工作部件的设计与计算 主要工作部件设计计算 可知各传动副的效率为：圆锥齿轮传动： = ；直齿圆柱齿轮： =；球轴承： =；万向联轴器： =。 [18] 拖拉机的标定功率为 20 马力，换算成 ，从而计算各轴的输入功率为 分配 （ 1）、理论总的传动比 （ 2）、对各级传动比分别进行编号为， 为了使锥齿轮的尺寸不致过大，一般使，通过下列设计锥齿轮确定最终的，然后依据 2 轴的转速 =和已知的四轴的转速为 280r/min 左右确定 [17] 锥齿轮的设计计算 选定锥齿轮的精度等级、材料及齿数 1）水田秸秆掩埋旋耕机为一般农用工作机器，速度不高，选用 8级精度（ GB 1009588） [16] 2）材料选择。 选择大齿轮材料为 45钢（调质）， 硬度为 240HBS，小齿轮的材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS。 [16] 3）选用小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为 = 21=，取 =31，从而实际传动比为 齿面接触疲劳强度计算 [16] 因为所选用的齿轮材料硬度小于 350HBS，且传动是闭式的，故其传动方式是闭式软齿面传动，其主要失效形式为齿面点蚀，所以设计准则是按齿面接触疲劳强度设计，然后按齿根弯曲强度校核。 [16] 按照设计计算公式进行试算，即 10 (1) 确定计算公式内的各参数值 1） 试选载荷系数 2） 计算小齿轮传递的扭矩即 1 轴的扭矩 大齿轮传递的扭矩即 2 轴的扭矩 l. 3） 选取齿宽系数 =1/3。 4） 因为锥齿轮的α =20176。 ，故可取区域系数。 查得材料的弹性影响系数。 5） 按齿面硬度查得齿轮 3 的接触疲劳强度极限；齿轮 4的接触疲劳强度极限 . 6） 估算应力循环次数。