反转灭茬旋耕机工作装置设计
反转灭茬旋耕机是一种可以将秸秆还田的农用机器，本课题是通过给定的幅宽来进行设计的，已知工作幅宽的大小后来选取配套拖拉机的型号，继而进行动力传动装置的设计，在得出刀轴的转速之后进行刀轴大小的设计以及对其进行强度校核。刀轴转速确定后开始进行刀片设计，确定耕深等参数后分析刀片的位置安装等问题，当传动装置、刀轴以及刀片的参数确定之后可进行整体设计，包括罩壳、悬挂方式等，继而得出1GF-170反转灭茬旋耕机工作装置的所有参数，再画出相应的零件图与装配图。
关键词 传动装置，刀轴，罩壳，旋耕机
目 录
1 引言 1
2 反转灭茬旋耕机传动系统结构及技术要求 3
2.1 反转灭茬旋耕机传动系统结构 3
2.2 反转灭茬旋耕机技术要求 4
3 传动装置动力的计算 4
3.1 各传动副效率 4
3.2 动力分配5
3.2.1 拖拉机动力输出轴的额定输出功率5
3.2.2 输入轴Ⅰ及主动锥齿轮的功率、转速和扭矩5
3.2.3 从动锥齿轮的功率、转速和扭矩5
3.2.4 输出轴Ⅱ功率、转速和扭矩5
3.2.5 小齿轮功率、转速和扭矩5
3.2.6 中间齿轮功率6
3.2.7刀轴齿轮功率、转速和扭矩 6
3.2.8刀轴功率、转速和扭矩 6
4 圆柱齿轮的计算及校核 6
4.1 齿轮的材料、精度和齿数选择 6
4.2 圆柱齿轮的设计计算 7
4.3 第一对齿轮主要尺寸的计算8
4.4 第二对齿轮主要参数的计算9
4.5 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核9
5 主要工作部件的设计及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
校核10
5.1 刀片运动轨迹及分析10
5.2 刀片的进刀量11
5.3 耕作深度11
5.4 切土节距12
5.5 旋耕机刀片的设计12
5.6 刀片的配置与排列15
5.7 刀轴的设计16
5.8 旋耕机刀轴的强度校核17
6 罩壳的设计20
7 与拖拉机的联结方式21
结论 23
致谢 24
参考文献25
附录 CAD图纸清单 26
1 引言
我国是农业大国，按照我们民族的农田耕作习惯，农作物收获后都要留一定高度的根茬，大量的留茬不但不能被利用，反而影响农田耕作。农民为清除这些秸秆和留茬，大多采用焚烧的方法。在我国华北地区，每年到了秋收以后，农民因焚烧秸秆而造成大气环境污染，影响了航道的安全，因此，很多省市在秋后都要发布秸秆禁烧令。消除秸秆焚烧的关键是抓住秸秆的综合利用，农作物秸秆和留茬通过机械化的方式直接还田可以增加有机质、培肥地力、改善土壤结构、增强保水保肥能力和改良土壤，同时也是保护环境、发展生态农业、实现有机农业和可持续发展农业的重要保证。旋耕机是机械化耕整地作业的主要配套农机具，旋耕刀是其主要的工作装置，刀片的形状和参数直接影响旋耕的的工作质量和功耗。为适应不同土壤耕作的需要, 国内外对旋耕刀刃口曲线的形状及结构参数作了大量的研究工作, 设计出了许多适应不同工作需要的刀片,这些刀片按其刃口形状大致可归纳为: 凿形刀, 直刃刀和弯刃刀( 曲刃刀) 等三大类。
旋耕刀主要用来完成切土、碎土、翻土工作, 并将切碎的草茎混入土中。在此过程中, 刀片的刃口起着重要的作用。根据农业技术要求, 留在田里的草茎应尽可能被切断并均匀地混入土中。但当刃口变钝或在湿田及较松软的土壤里工作, 土壤支反力不足以支持刃口切断草茎, 则希望草茎在沿刃口的滑切过程中被埋入土中或被甩出, 而不应使草茎缠绕在刃口上。若刃口或刀尖上缠草过多, 不但增加耕作阻力, 还将影响耕作质量。有时过长的草茎由于没有被切断, 便可能绕在刀轴上, 如再碰到粘重的土壤, 刀轴的刀座间逐渐形成很大的泥草团, 影响旋讲机正常作业, 要清除这种泥草团既很费力, 同时还要降低作业效率。在生产实践中合理的旋耕机刀具排列可提高碎土能力与耕作质量，延长刀具的使用寿命，还可以降低功耗和震动，刀片在刀轴上的排列应满足下列要求：在同一回转平面内，若配置! 把以上的刀片，要求每切割小区内几把弯刀的切土量相近，以保证碎土质量好，耕后沟底平整。"在刀轴回转# 周过程中，刀轴每转过一个相等的角度时，在同一相位角，必须是一把弯刀入土，使扭矩较为均衡，减少扭矩波动幅度，以保证工作稳定性和刀轴负荷均匀。#左弯刀片和右弯刀片应交替入土，使刀轴两端的轴承所受的侧压力平衡，以减少旋耕刀对旋耕机重心的转矩，保持旋耕机组工作时的直线性。相继入土的刀片在刀轴上的轴向距离越大越好，尽可能地增大轴向相邻两弯刀间的夹角，以避免发生堵塞。
国外旋耕机的发展至今已有150多年的历史，旋耕机于19 世纪中叶问世直到20 世纪20年代欧洲研制成功直角形旋耕刀后,旋耕机才在欧洲旱地得到推广使用。二战之后, 日本从欧美引进旋耕机用于农业生产, 但因日本多为水田,直角形旋耕刀不适宜于水田耕作, 一大批日本学者开始致力于水田用的旋耕刀研究,研制出了旋耕弯刀,成功地解决了刀轴缠草等问题。旋耕刀按结构分为三种类型，刀片相对土壤的运动情况基本上可以分为两种: ( 1) 凿形刀及直角刀切削过程中, 其侧切刃由远及近切削土壤, 正切刃先入土, 对土壤有较大的松碎作用, 但草茎、残茬易缠于刀轴( 其中凿形刀尤为严重) , 适用于开荒地。( 2) 弯刀切削工作时, 先由侧切刃沿纵向切削土壤, 并且是先由离轴心较近的刃口开始切割, 由近及远, 最后由正切刃横向切开土壤, 这种切削过程, 可把草茎及残茬压向未耕地, 进行有支持切割。这样, 草茎及残茬较易切断,即使不被切断, 也可利用刃口曲线的合理形状, 使其滑向端部离开弯刀, 弯刀不易缠草, 因此适用于稻田粘重土壤和一般土壤。
自20 世纪50 年代开始，各种CAD/CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这些计算机的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。数字化设计是利用计算机软硬件及网络环境，以传统设计理论为基础，通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体与网络通讯等，是一项多学科的综合技术。1985 年江学院的朱金华等人根据旋耕机组的运动学特性和土壤特性而建立的旋耕机刀片的几何模型和动力学模型以及以功耗最小为目标函数优选刀片设计参数的方法，在此基础上建立了包括图形输出在内的旋耕机刀片计算机辅助设计系统。该方法成功的运用旋耕机刀片的二维参数化设计，是国内较早的旋耕刀数字化设计。2006年，江苏大学利用反求工程技术建立逆转潜土旋耕刀的三维模型，进行潜土逆转旋耕刀计算机的仿真。
滚动轴承 η4=0.99
万向节 η5=0.96
3.2 动力分配
3.2.1 拖拉机动力输出轴的额定输出功率
3.2.5小齿轮功率、转速和扭矩
P小= pⅡ=28.07KW (12)
1 引言 1
2 反转灭茬旋耕机传动系统结构及技术要求 3
2.1 反转灭茬旋耕机传动系统结构 3
2.2 反转灭茬旋耕机技术要求 4
3 传动装置动力的计算 4
3.1 各传动副效率 4
3.2 动力分配5
3.2.1 拖拉机动力输出轴的额定输出功率5
3.2.2 输入轴Ⅰ及主动锥齿轮的功率、转速和扭矩5
3.2.3 从动锥齿轮的功率、转速和扭矩5
3.2.4 输出轴Ⅱ功率、转速和扭矩5
3.2.5 小齿轮功率、转速和扭矩5
3.2.6 中间齿轮功率6
3.2.7刀轴齿轮功率、转速和扭矩 6
3.2.8刀轴功率、转速和扭矩 6
4 圆柱齿轮的计算及校核 6
4.1 齿轮的材料、精度和齿数选择 6
4.2 圆柱齿轮的设计计算 7
4.3 第一对齿轮主要尺寸的计算8
4.4 第二对齿轮主要参数的计算9
4.5 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核9
5 主要工作部件的设计及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
校核10
5.1 刀片运动轨迹及分析10
5.2 刀片的进刀量11
5.3 耕作深度11
5.4 切土节距12
5.5 旋耕机刀片的设计12
5.6 刀片的配置与排列15
5.7 刀轴的设计16
5.8 旋耕机刀轴的强度校核17
6 罩壳的设计20
7 与拖拉机的联结方式21
结论 23
致谢 24
参考文献25
附录 CAD图纸清单 26
1 引言
我国是农业大国，按照我们民族的农田耕作习惯，农作物收获后都要留一定高度的根茬，大量的留茬不但不能被利用，反而影响农田耕作。农民为清除这些秸秆和留茬，大多采用焚烧的方法。在我国华北地区，每年到了秋收以后，农民因焚烧秸秆而造成大气环境污染，影响了航道的安全，因此，很多省市在秋后都要发布秸秆禁烧令。消除秸秆焚烧的关键是抓住秸秆的综合利用，农作物秸秆和留茬通过机械化的方式直接还田可以增加有机质、培肥地力、改善土壤结构、增强保水保肥能力和改良土壤，同时也是保护环境、发展生态农业、实现有机农业和可持续发展农业的重要保证。旋耕机是机械化耕整地作业的主要配套农机具，旋耕刀是其主要的工作装置，刀片的形状和参数直接影响旋耕的的工作质量和功耗。为适应不同土壤耕作的需要, 国内外对旋耕刀刃口曲线的形状及结构参数作了大量的研究工作, 设计出了许多适应不同工作需要的刀片,这些刀片按其刃口形状大致可归纳为: 凿形刀, 直刃刀和弯刃刀( 曲刃刀) 等三大类。
旋耕刀主要用来完成切土、碎土、翻土工作, 并将切碎的草茎混入土中。在此过程中, 刀片的刃口起着重要的作用。根据农业技术要求, 留在田里的草茎应尽可能被切断并均匀地混入土中。但当刃口变钝或在湿田及较松软的土壤里工作, 土壤支反力不足以支持刃口切断草茎, 则希望草茎在沿刃口的滑切过程中被埋入土中或被甩出, 而不应使草茎缠绕在刃口上。若刃口或刀尖上缠草过多, 不但增加耕作阻力, 还将影响耕作质量。有时过长的草茎由于没有被切断, 便可能绕在刀轴上, 如再碰到粘重的土壤, 刀轴的刀座间逐渐形成很大的泥草团, 影响旋讲机正常作业, 要清除这种泥草团既很费力, 同时还要降低作业效率。在生产实践中合理的旋耕机刀具排列可提高碎土能力与耕作质量，延长刀具的使用寿命，还可以降低功耗和震动，刀片在刀轴上的排列应满足下列要求：在同一回转平面内，若配置! 把以上的刀片，要求每切割小区内几把弯刀的切土量相近，以保证碎土质量好，耕后沟底平整。"在刀轴回转# 周过程中，刀轴每转过一个相等的角度时，在同一相位角，必须是一把弯刀入土，使扭矩较为均衡，减少扭矩波动幅度，以保证工作稳定性和刀轴负荷均匀。#左弯刀片和右弯刀片应交替入土，使刀轴两端的轴承所受的侧压力平衡，以减少旋耕刀对旋耕机重心的转矩，保持旋耕机组工作时的直线性。相继入土的刀片在刀轴上的轴向距离越大越好，尽可能地增大轴向相邻两弯刀间的夹角，以避免发生堵塞。
国外旋耕机的发展至今已有150多年的历史，旋耕机于19 世纪中叶问世直到20 世纪20年代欧洲研制成功直角形旋耕刀后,旋耕机才在欧洲旱地得到推广使用。二战之后, 日本从欧美引进旋耕机用于农业生产, 但因日本多为水田,直角形旋耕刀不适宜于水田耕作, 一大批日本学者开始致力于水田用的旋耕刀研究,研制出了旋耕弯刀,成功地解决了刀轴缠草等问题。旋耕刀按结构分为三种类型，刀片相对土壤的运动情况基本上可以分为两种: ( 1) 凿形刀及直角刀切削过程中, 其侧切刃由远及近切削土壤, 正切刃先入土, 对土壤有较大的松碎作用, 但草茎、残茬易缠于刀轴( 其中凿形刀尤为严重) , 适用于开荒地。( 2) 弯刀切削工作时, 先由侧切刃沿纵向切削土壤, 并且是先由离轴心较近的刃口开始切割, 由近及远, 最后由正切刃横向切开土壤, 这种切削过程, 可把草茎及残茬压向未耕地, 进行有支持切割。这样, 草茎及残茬较易切断,即使不被切断, 也可利用刃口曲线的合理形状, 使其滑向端部离开弯刀, 弯刀不易缠草, 因此适用于稻田粘重土壤和一般土壤。
自20 世纪50 年代开始，各种CAD/CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这些计算机的应用表明制造业已经开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。数字化设计是利用计算机软硬件及网络环境，以传统设计理论为基础，通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体与网络通讯等，是一项多学科的综合技术。1985 年江学院的朱金华等人根据旋耕机组的运动学特性和土壤特性而建立的旋耕机刀片的几何模型和动力学模型以及以功耗最小为目标函数优选刀片设计参数的方法，在此基础上建立了包括图形输出在内的旋耕机刀片计算机辅助设计系统。该方法成功的运用旋耕机刀片的二维参数化设计，是国内较早的旋耕刀数字化设计。2006年，江苏大学利用反求工程技术建立逆转潜土旋耕刀的三维模型，进行潜土逆转旋耕刀计算机的仿真。
滚动轴承 η4=0.99
万向节 η5=0.96
3.2 动力分配
3.2.1 拖拉机动力输出轴的额定输出功率
3.2.5小齿轮功率、转速和扭矩
P小= pⅡ=28.07KW (12)
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