微型开沟机的设计(编辑修改稿)

微型开沟机的设计(编辑修改稿)内容摘要：

z 角的时间 ts内 ,旋耕也辊前进的距离 , z 是刀盘上同一切削面上刀齿的安装数量 .可计算为： S=vmt=2 mvz = 2 mvRzR  =60mvzn （ 1） 式中： vm机器前进速度， m/s； t机组前进时间， s； z同一旋转切削面刀片数； ω 刀辊角速度， rad/s； n刀辊转速， r/min； s切土进距， m 垡片的厚度及土壤破碎程度由 S 值确定，因此切土进距的大小直接影响碎土质量。 图 3 正转开沟土壤垡片形成示意图 The sketch map of the soil slice forming in positive ditching o o 1AhsBν mωω tsν m txyh △ 12 由上式知，降低机能前进速度、提高刀轴转速、增加每切割小区内的旋耕刀数，都能减少切土 进距，提高碎土质量。 但机组前进速度过慢，生产率底；刀轴转速过快，机组的安全性能降低；刀数增加，刀间空隙度小，容易缠草堵泥。 因此，切土进距不能设计过小，一般在中等粘度的土壤（含水量 20%30%）中作业 ,正转作业切土进距 4— 6cm左右 ,耕作质量即能满足农艺要求。 现取较小值 4cm 进距作计算，拖拉机行使速度一般采用一档操作，其速度为 ，代入公式中，得： Z= 60 60 1. 1 10 000. 04 26 0 36 00vmsn =（片） 圆整计算结果，选取单位切割面上刀片数量为 2片。 刀片直径计算 刀片最大切削半径 Rmax ： Rmax 的确定与设计耕深和传动箱结构有关，耕深增大，要求 R 增大，切削扭矩也随之增大，因此在满足耕深的要求及传动箱结构尺寸允许的情况下， Rmax应尽量取小值。 刀片切土宽度 b(工作幅宽 )： b的大小影响旋耕机的工作质量及功率消耗，若 b增大，旋耕刀滚的刀片数减少，则相邻刀片问距增大，有利于减少堵塞现象，功率消耗不变，但碎土质量差，为了保证碎土质量，就要减小机器的行进速度，故 b不宜过大。 为了保证耕深及适宜的刃口长度，刀片切削半径 Ro的大小可由下式确定： 2 2 20 m a x m a x2 2 2 2 0R R S S R a a m m     （ 2） 式中： S—— 刀片最大进给量， mm； a—— 最大设计耕深， mm。 正切面回转直径取决于最大开沟深度 hmax，刀轴传动箱尾部圆角半径 r，开沟机处于最大开沟深度时传动箱底部离地间隙δ 1，刀轴中心与变速箱的距离 L 和正切面与变速箱的安全间隙δ 2 [22]，如下图： 图 4开沟结构尺寸示意图 Fig .4 The sketch map of the structure of ditching DhmaxrLδ1δ 1 13 其数学表达式为； R≥ hmax+r+δ 1 R≤ Lδ 2 在 蓝天 1dn4 型 多功能农用微型耕作机 上，各参数的取值为： hmax=160mm； r=； L=280mm。 δ 1=20mm；δ 2=10mm。 计算得： ≤ R≤ 270 为提高抛土距离，尽量选取较大的旋耕半径，因此取最大回转切削半径 R回 为 270mm. 刀片正反转的确定 旋耕机的刀片，无论其为何种形状，它在工作时的绝对运动均由两种运动合成。 一种运动是由于安装刀片的轴转动时刀 片绕轴心旋转所形成的圆周运动，另一种运动是机器不断前进时所具有的直线运动。 旋耕机在工作时，这两种运动同时在刀片上产生，刀片的绝对运动是这两种运动合成的结果。 正转旋耕 —— 旋耕机的刀辊的旋转方向和拖拉机前进时轮子的转向相同，旋耕刀由地表向下切土，刀辊的切土反力的水平分力与拖拉机前进方向一致。 反转旋耕 —— 旋耕机的刀辊的旋转方向和拖拉机前进时轮子的转向相反，旋耕刀由已耕土中入土，从底部开始往上切土，刀辊的切土反力的水平分力与拖拉机前进方向 相反。 为了提高开沟质量和耕种机的附着性能，采用正转切削方式 22。 刀盘转速 采用旋耕机自身的链传动，根据相关文献得：开沟需要的刀盘转速要求为 200～300r/min， 本旋耕刀盘设计 转速 为 300 r/min，以满足开沟抛土的要求。 线速度计算如下： u=ω 1R=(300 2/60) =(m/s) 满足 开沟和覆土性能。 刀盘结构及刀片布置原则 刀盘结构 由前面刀片直径计算得出，刀盘最大回转半径 R 回 =270mm，弯刀最大工作半径Rmax=245mm，因此刀盘直径要略大于原弯刀安装尺寸。 具体尺寸如图：刀盘最大直径 14 R0=220mm，刀盘上刀座布置中心圆直径 R1=95mm，刀盘内圆直径取 R2=52mm 略大于刀轴外径。 由前面计算得出同一切削面上刀片数量为 1～ 2 片，考虑到在近沟边两侧的抛土能力较中间强，在刀盘最外侧各安装两片，靠近刀盘中间的两切削面各安装一片刀片，共 6片弯刀。 同时为了方便刀盘在旋耕轴上安装，采用哈夫式刀盘对接安装，如图示，左右刀盘通过焊接的钢板用螺栓连接，整个刀盘通过定位孔用螺栓与刀轴上的刀刀座固定在刀轴上。 为增加弯刀片的纵向切削面， 在刀盘上左右两边横向焊接了 U 型钢，向外扩展了两个切削面，即由紧贴刀盘的两个切削面增加到四个切削面。 另外，为使得开出的沟型整齐，在刀轴原有刀座上，开沟刀盘两侧各加装一片切壁刀，以利于沟壁光洁成型。 切壁刀为一直面弧形刀，弧形刀最大回转直径 R 略大于开沟刀盘最大回转直径（ R 回 ） 2～ 3mm，结构如下图示。 1234R 2R0R 1 图 5刀盘结构图 The structure of blade installing disc 1， U型钢 2，刀座 3，连接钢板 4，定位孔 刀片布置原则 刀片 布置原则： 同一回转平面内，若配置两片以上的刀齿，每片刀的进距应相等，使之切土均匀； 整个刀轴回转一周的过程中，在同一相位角上，应当只有一片刀入土，以保证工作稳定和刀轴负荷均匀。 左刀和右刀应尽量交替入土，以保证刀辊的侧向稳定。 安装方式为左右弯刀各置于刀盘两侧，保证每隔 60 角有一刀片入土，且保证左右交替入土，以利于刀盘的受力稳定均衡。 基本按照上述规则安置刀片见下图。 0176。 360176。 120176。 240176。 刀片排列顺序左弯左弯左弯右弯右弯右弯0 1 2 3 4刀片入土顺序 15 开沟铲 为了将已切削的土壤抛出沟底，必须将土壤的水平后抛 改为上抛，为此加装一个圆弧形开沟铲，圆弧和刀盘为同心圆，如下图示。 图 7开沟铲结构图 The structure of ditching spade 开沟铲与刀盘刀片回转面间的间隙尽量取较小值，一般为 1～。 开沟铲安装位置要求：最低点略低于刀盘最低点，保证将沟内的土壤抛干净；水平最高点基本和旋耕刀盘圆心位置平齐，有利于提高土壤抛掷高度，延长抛土行程，保证足够的抛土宽度。 挡土板 从沟面开始抛出的土壤，由于各方面的因素，会导致部分抛出土壤走向的不确定性，以及对操 作的安全性，必须加装一个弧形挡板，如下图示，在略高于刀盘旋转的最高点处安装，挡板的圆弧半径取较大值： 1～ ，挡板间的夹角为 80○ ～ 90○ ，安装挡板的作用有利于土壤横向抛土距离的作用。 16 图 8 挡土板结构图 The structure of earthblocked plate 7 关键零部件校核计算 齿轮传动设计与校核 选择最后一级传动的齿轮进行设计计算 齿轮相关参数的选择 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）根据设定的传动方案 ，采用软齿面 直齿轮传动。 2）由于此机构中齿轮传动为低速级齿轮传动，速度不高，故选用 7 级精度 3）材料选择：小齿轮材料为 20CrMnTi，渗碳淬火，硬度为 300HBS，大齿轮材料为 45钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料差为 60HBS。 4） 取小齿轮齿数 Z1=20， 则大齿轮齿数 Z2=iZ1= 20=48，取 Z2=48 按齿面接触疲劳强度设计 设计计算公式：    2131 2 tEtdHK T u Zdu  (13) 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数  2）计算小齿轮的转矩 5 33 10 PT n (14) 17 559 5 .5 1 0 3 .7 7 2 53001 .2 1 0 N mm   3）由参考文献 [2]表 107 选取齿宽系数 1d 4）由参考文献 [2]表 106 选取材料的弹性系数 MPa 5）由图 1021e 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 lim 1 1650H MPa  ，大齿轮的接触疲劳强度极限 lim 2 550H MPa  6）由式： 1160 hN n jL (15) 计算应力循环次数 设该齿轮的工作寿命为 12 年，每年工作 180 天，每天 10小时，则   81 6 0 3 0 0 1 1 2 1 8 0 1 0 3 . 8 8 8 1 0N         882 3 . 8 8 8 1 0 3 . 2 7 7 1 . 1 8 6 1 0N      7）由参考文献 [2]图 1019 查得接触疲劳寿命系数 1  ； 2  8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%， 取安全系数 S=1。 由式   limHN HH K S  得 (16)   1 l im 11 0. 97 16 50 16 00 .5H N HH K M P aS       2 l im 22 1 .1 0 5 5 0 6 0 5H N HH K M P aS     计算尺寸： 1）试算小齿轮分度圆直径 1td ，代入  H 中较小的值  2333 t EtdHKT Zudu     (17)  523 10 1 189 . 1 605 mm     2）计算圆周速度  33 64 .7 30 0 1. 02 /60 10 00 60 10 00tdn ms    。