1、甜菜收获机的研制与设计目录第1章 绪论61 甜菜的开发利用及前62 甜菜机械收获的现状73 课题研究目的及意义9第2章 设计方案的选择111 设计的依据112 设计的可行性分析113 整机结构方案的确定12第3章传动装置的设计 141 传动方案的设定.142 直齿圆锥齿轮的传动设计计算143 锥齿轮的校核 184 轴的设计计算205 轴承的选用225.1 选择轴承的型号255.2 轴承的验算 256 键的选择26第4章 主要零部件的设计271 挖掘器的设计尺寸272 输送装置的设计283 机架的设计29第5章 结论30参考文献30设计心得33致谢词35摘 要我国甜菜收获方式主要以人工为主、机械
2、为辅, 用工量大, 成本高, 产量低, 效益差, 这些制约了国内甜菜业生产机械化的发展。因此无论从成本、经济效益或从不误农时解决秋收劳力紧张及甜菜收获质量、提高农工生产甜菜积极性等方面来说, 甜菜收获机械化都是迫切需要解决的问题。目前，甜菜机械化收获方法分为联合收获、两段法、三段法。联合收获是用一台机器或机组在一次作业过程中, 完成甜菜收获过程的各主要作业工序。生产率高、劳动强度低, 但机器结构复杂、成本高, 使用水平要求高, 只在大面积收获时, 才能收到经济效果。二段法、三段法收获: 机具结构简单、成本低, 且劳动强度不大, 生产率也很高, 在不完全配套的情况下分段收获机具可以单独使用, 完
3、成甜菜收获过程中相应的作业工序。我所设计的甜菜收获机是用于分段收获的配套机具之一, 主要用于挖掘收获经切缨机切削清理过叶缨的甜菜。该机用于甜菜两段式收获工艺, 一次性完成甜菜挖掘, 将挖掘出的甜菜块根初步清理后集成堆堆放, 以便于人工进行辅助清理。本次设计主要的机构有挖掘装置和清理输送装置，工作方案通过Solidworks建立三维模型，清楚的反映了收获机结构部件之间的工作关系和整机的工作原理。关键词:甜菜 收获机械 方案选择 结构设计AbstractHarvestingofsugar beetbasedmainly onmanual, mechanicalsecondary,employmen
4、t capacity,high cost, low output andpoor efficiency, whichrestricted theproduction of domesticsugar beetindustry inthe development ofmechanization.Soin terms ofcost, cost-effectivesolutionor nevermistakenfarming seasonharvestsugar beetharvestand the quality oflabortension, improveagricultural and in
5、dustrialproductionand other positiveaspects ofsugar beet, thesugar beetharvest mechanizationisan urgentneed to address theproblem. Current，Mechanizedharvestingmethods are divided intosugar beetharvester,two-stage,three-stage method.Harvesterisa machineorprocessunitin anoperationto completethe proces
6、s ofsugar beetharvestin allmajor operatingprocesses.High productivity,low labor intensity, but themachine structureis complicated and costly,requires highlevels of use,only in thelarge area ofharvestin order to receiveeconomic effects.SecLaw, three-stage methodgains:equipmentsimple, low cost,and lab
7、orintensity ofsmall, productivityis also high,inthe case ofnot fullysupporting thesub-Harvestercan be used aloneto completethe process ofsugar beetharvestin thecorrespondingjob Process.Ibeetharvestingmachine isdesigned toharvestthe supportingequipmentfor thesegmentone of the mainharvestfor themining
8、machinecuttingbycuttingYingYing cleanedbeetleaves.Forsugar beetharvestingmachinetwo-stageprocess,once completedbeetdigging,diggingout of thebeetrootwillclean up afterthe initial integration ofpilesplacedtoassistin theclean-upmanually. Thedesign of the mainbodies arediggingand cleaningconveyorunit, t
9、he work programestablishedbySolidworksthree-dimensional model,clearlyreflects the harvesterworking relationshipbetween thestructural componentsand the wholeworks.Keywords: beets, Harvest machinery, Scheme selection, structure design第一章 绪论在我国， 甜菜是除甘蔗之外的第2 大重要糖料作物，是我国北方地区制糖的主要原料来源。近年来，由于甜菜良种培育技术和先进种植技
10、术的推广普及，我国甜菜单位面积产量有了较大提高，如新疆地区单产已在5457 t/hm2， 接近发达国家先进水平。甜菜作为我国北方传统的糖料作物，种植面积和总产量都将会稳定在一个适当的范围内。为发展甜菜生产，我国甜菜产业研究机构和甜菜产区的农技部门对甜菜良种选育、栽培模式等现代技术进行了大力推广示范，已经形成了一套比较成熟的种植技术和完善的农艺制度， 有力地支撑了甜菜种植业的发展。相比之下，我国甜菜生产全程机械化发展和机械装备水平却落后很多，尤其收获环节的机械化问题更为突出，与当前甜菜种植技术发展形势极不适应。我国甜菜产区的种植模式大致相同，普遍以采用地膜覆盖、直接播种的种植方式为主，也有采用育
11、苗移栽方式的，但其成本较高，推广应用的比较少。黑龙江和内蒙古东部地区以垄作为主，垄（行）距为500、600 mm，定苗密度一般为6 万9 万株/hm2；华北、西北和夏播地区，大部分采用沟播畦作，行距450、500 mm，定苗密度一般为7.5 万10.5 万株/hm2。随着优良品种选育技术、种植技术的不断进步以及种植条件的日益改善，单位面积产量的提高还有较大空间，种植甜菜的经济效益也将进一步提高。1甜菜的开发利用及前景甜菜浑身都是宝。甜菜的主要产品是糖。糖是人民生活不可缺少的营养物质，也是食品工业，饮料工业和医药工业的重要原料。除生产蔗糖外，甜菜及其副产品还有广泛开发利用前景。1.1甜菜茎叶的利
12、用甜菜的茎叶是理想的多汁绿色饲料，除含有牲畜所需的一般营养物质外，还富含胡萝卜素，能补充饲料中的甲种维生素之不足，增加其乳制品中甲种维生素的含量。其营养成分见表14-2。甜菜茎叶还可以作为肥料还田，培肥地力，增加土壤中有机质含量。1.2菜根的利用甜菜的块根水分占75%，固形物占25%。固形物中蔗糖占16%18%，非糖物质占7%9%。非糖物质又分为可溶性和不溶性两种：不溶性非糖主要是纤维素、半纤维素、原果胶质和蛋白质;可溶性非糖又分为无机非糖和有机非糖。无机非糖主要是钾、钠、镁等盐类;有机非糖可再分为含氮和无氮。无氮非糖有脂肪、果胶质、还原糖和有机酸;含氮非糖又分为蛋白质和非蛋白质。非蛋白非糖主
13、要指甜菜碱、酰胺和氨基酸。甜菜制糖工业副产品主要是块根内3.5%左右的糖分和7.5%左右的非糖物质以及在加工过程中投入与排出的其它非糖物质。果胶的生产及利用。甜菜中的纤维素和半纤维素由于不溶于水，故在浸糖过程中不移入糖汁中而留在废粕内。蛋白质、灰分、皂素等大多也残留在废粕内。唯独果胶质处于与纤维素化合状态，在一定温度和酸性或碱性条件下，能水解成可溶性的水果胶质，进入糖汁后，成为影响清洁和结晶的有害物质。因此在制糖过程中，通过控制浸糖温度，可使90%以上的果胶留在甜菜粕中。从甜菜粕中提取果胶的工艺较简单，即将甜菜粕加温、水解，再使果胶质与废渣分离便生产出初级果胶质。初级果胶质与水泥、石膏炉灰渣混
14、合，便可生产出泡沫硅酸盐制品，达到建筑行业对保温隔热材料的技术要求，从而成本较低。该项技术工艺简单，易于操作且有利于环保，前景很好。废蜜的生产及二氧化碳的利用。在制糖过程中所产生的低度糖蜜，不能再返回煮糖，此类糖蜜称之为废蜜，其产量为甜菜加工量的4%左右。一是生产发酵制品 凡是用淀粉作为原料所生产的发酵制品，绝大部分可以用废蜜制取。由于废蜜价格低，产品产值高;经济效益好，因此目前我国的甜菜制糖厂均利用废蜜生产发酵制品。主要产品有：酒精、有机溶剂(如丙酮、丁醇和乙醇等)、甘油、酵母、谷氨酸、味精、柠檬酸等。二是作饲料 由于废蜜中含有糖分、多种维生素、氨基酸及一些微量元素，可用做作牲畜饲料。如有增
15、进食欲、帮助消化、牛泌乳提高乳量、促进新陈代谢和体质发育等。2 甜菜机械收获现状目前，我国还没有专门用于甜菜种植的系列机械装备，甜菜种植中的耕整地、铺膜、播种及中耕管理等生产环节使用的机械大部分与大田作物机械通用，或将这些机械稍加改进、改装后使用，机械化水平虽然不高，但是整地、播种、中耕除草和植保等生产环节基本上没有对甜菜的正常生产形成制约性的影响。收获环节则不然，由于机械化程度低，已经严重影响到甜菜不能在最佳收获期内及时收获，对甜菜的增产增收构成直接威胁。机械化收获已然成为我国甜菜种植全程机械化最落后最薄弱环节。我国甜菜收获机械化水平落后局面的形成，并不是因为甜农不想实现机械化收获，而是渴望
16、早日实现收获机械化， 渴望在解决及时收获和保障收获质量的同时，从繁重的体力劳动中解放出来。我国甜菜收获机械化水平落后最重要原因是国产收获机械装备落后，没有完全适合于生产要求的成熟机型可用。由于现有的国产机械不能完全满足使用要求，为了生产急需，近几年开始由国外进口机器，把解决甜菜机械化收获的着眼点瞄向了进口机械装备。尽管进口机器价格昂贵，每年各地还是进口了一定数量、不同类型的甜菜收获机，并在生产中发挥了作用。由此不难看出，实现甜菜机械化收获，关键在于机械装备。目前，甜菜产区的农场和农户对实现甜菜机械化收获的呼声日高，迫切希望先进、适用和价格低廉的国产机械装备尽快取得突破，以满足国内甜菜生产需要。
17、2.1 块根挖掘收获机块根挖掘收获机用于收获已切去茎叶的甜菜。它可以分成两类。类用于两段收获法，它具有挖掘、捡拾、分离、装载机构，另一类用于三段收获法，它具有挖掘、检拾、分离、集条机构。总体形式多为牵引式和悬挂式，自走式较少。块根挖掘收获机的主要工作部件有挖掘部件、分离清理部件、贮箱等三部分。挖掘部件:可以分为动方式和非动力式两大类。动力式挖掘部件在工作时振动成转动)，它适于低洼地和粘重土壤，不易堵塞，工作质量好，适应不同气候的能力强。如苏联PKC一6机型上用振动式挖掘叉。法国的一些机型上则多装振动式犁桦挖掘铲。非动力式挖掘部件，工作时不接受动力，靠其与土壤的相对运动来挖掘块根。国外常用的是球
18、面倾斜圆盘与导向滑掌相配合的组合式挖掘器，法国的一些机型上都采用这种挖掘器。分离(清理)部件:目前用于生产机型上的分离部件主要有:大转轮式分离部件:始见于美国的一些机型上，它结构简单，分离能力强，在分离同时将块根提升，便于进行下道工序。美国JD一4910型甜菜收获机上的分离部件就属于这种。栅状同转圆盘分离部件:它可以一个、两个、三个搭配使用。用它刘块根进行初次清理、集条、输送。法国的机型普遍采用这种形式。螺旋滚筒分离部件:通过这称分离部件的块根流可转向90。在转向过程中块根上的土壤受叶片冲撞而脱落。法国莫罗公司的CN系列捡拾装载机土就采用了这种分离部件。贮箱:为了提高机具的生产率，在1一3行收
19、获机.上都设有贮箱(13m)，在多行自走式联合收获机上，有的也设有贮箱。贮箱的大小由行数和马力大小来确定，西德佩因特纳型自走式联合收获机为贮箱可容纳12t块根贮箱卸载方式有侧面输送链式和储箱整体倾翻式两种。2.2捡拾装载机多用于三段收获工艺，用来在田间行走捡拾块根条铺，并对块根清理后装入并行的运输车中。捡拾机构有双层差速杆条式和栅状回转盘式两种。前者用的比较广泛，法国莫罗公司的CN系列检拾装载机上就采用了这种形式，而布劳德雷弗尔公司的捡拾机则采用了栅状回转圆盘式检拾机构。2.3 甜菜联合收获机按其所能完的工艺来分，有用于一段收获和两段收获的两种，前者在一台机具上可以完成全部收获过程，而后者只能
20、将甜菜切缨、挖掘出来以后放于田间，为下段收获作业创造条件。联合收获机所选用的各项作业的工作部件，与单项作业的机具上的工作部件基本相同。失叶收获部件依茎叶回收与否来选则。挖掘部件在法国联合收获机上多采用组合式挖倔部件。在美国、苏联、英国的联合收获机上则多采用圆盘式挖掘器。联合收获机熊生产效率目前己达2.5ha/h，工作速度己达8-10km/h。3课题研究目的及意义在我国， 甜菜是除甘蔗之外的第2 大重要糖料作物，是我国北方地区制糖的主要原料来源。为发展甜菜生产，我国甜菜产业研究机构和甜菜产区的农技部门对甜菜良种选育、栽培模式等现代技术进行了大力推广示范，已经形成了一套比较成熟的种植技术和完善的农
21、艺制度， 有力地支撑了甜菜种植业的发展。相比之下，我国甜菜生产全程机械化发展和机械装备水平却落后很多，尤其收获环节的机械化问题更为突出，与当前甜菜种植技术发展形势极不适应。甜菜收获是投入工时最多的生产环节， 不但用工多、劳动强度大和作业条件艰苦，而且对收获质量要求很高。甜菜收获是保证甜菜增产增收最重要的环节，其中保证及时收获和收获质量尤为重要。保证甜菜增产增收除当地气候、土壤、品种及栽培技术等条件外，最重要的是保证在最佳收获期内及时收获和储藏。收获过早不仅产量低，块根含糖率低，而且非糖物质多、品质差；反之，收获过晚，甜菜容易遭受冻害，造成转化糖含量增加，降低产糖率，而且块根不耐储藏，影响品质等
22、级和收购价格。保证收获质量，是把收获环节造成的“掐头去尾”的损失降低至最低程度，既要满足糖厂收购标准的要求，又要保证甜菜品质不致因收获质量而降低，影响甜农的经济收益。因此 ,甜菜收获环节已经成为制约我国甜菜种植业发展的最大瓶颈，解决甜菜的机械化收获问题迫在眉睫。第二章 设计方案的选择1 设计的依据1甜菜收获的农业技术要求（1）为了得到最高的含糖量。甜菜必须适时收获，理论上最适宜的收获期应在甜菜糖分的积蓄量开始小于其呼吸的耗量时进行。实际收获期应选在理论收获期的前后一段最短的时间内，在寒冷的地区必须在严重霜冻前收获。（2）甜菜块根的挖净率不应小于98%，损伤率不应小于7%，切割根头的厚度，在叶族
23、不散的情况下尽量少切，一般切去根头的厚度为1020mm 。（3）切去根头后，在块根山个不应留有侧叶和叶柄。切除的茎叶要保持清洗，以便收集做饲料。上交糖厂的块根含土量不得大于6%。甜菜生长情况和物理机械特性。要求作物在田间生长的直线性好，行距和横距均匀，根头长势一致，茎叶生长集中等。但是影响甜菜生长情况及其物理特性的因素很多，这主要与作物的品种，土壤，气候，栽培技术和田间管理等条件有关。2 设计可行性分析由于分段式收获工艺易于与中小型拖拉机配套，因此这种方法较适合我国目前国情。考虑到由于目前国内尚未制定出适于机械收获甜菜的标准，多数地区甜菜收购中仍要求用人工对甜菜青头进行辅助清理，该机作为分段式
24、收获工艺的配套机具之一，除要求该机能一次完成甜菜挖掘、拣拾、清理输送和装车的联合作业，适应机械收获甜菜的需要外，还要求该机能单独实现甜菜集堆作业，以方便目前人工辅助清理作业的需要，一机多用。综合以上考虑，确定其总体技术方案为：机组与拖拉机采用半悬挂方式连接，挖掘拣拾部分采用组合式挖掘部件与栅状拣拾清理圆盘相结合的配置，输送、清理部分由杆条链倾斜输送装置和垂直链耙式升运机构组成，块根箱采用前置式结构并采用液压驱动翻转的自动卸载机构，以使整机结构简单、紧凑。关于机组作业方式机组作业方式主要是根据甜菜种植模式及配套动力确定。近年来，由于甜菜“宽膜密植”种植模式的推广以及为了与棉花等中耕作物的铺膜播种
25、机、中耕机“一机多用”，新疆垦区甜菜生产中多采用了“2膜8行”6030cm宽窄行铺膜种植模式。为适应甜菜宽窄行铺膜种植模式的挖掘作业，机组配置也以一次跨3行挖掘为宜，此时作业幅宽为1800nun。本着简单、实用的原则，通过对有关样机及资料的综合分析，我们设计采用对甜菜块根具有较提升能力，结构简单、易于安装配置的圆盘组合式挖掘部件，并结合田间试验合理地确定了其组合形式与结构参数。采用与栅状回转式拣拾清理圆盘相结合的配置，实现对甜菜块根的挖掘、拣拾和初步清理。另外，在位于挖掘部件一侧还设置了辅助上盘装置，以利于提升挖掘后的甜菜，顺利地过渡到拣拾清理圆盘，提高栅状拣拾清理圆盘捡拾性能和减少甜菜块根的
26、“过桥”损失。采用组合式挖掘部件与栅状拣拾清理圆盘相。该机设计中我们选择采用了栅状拣拾清理圆盘、杆条链倾斜输送装置和垂直链耙式升运机构相结合的配置，组成了三级复式清理输送机构。栅状拣拾清理圆盘作为该机的第一级清理输送机构可起到拣拾、清理和输送的三重作用，具有效率高、结构紧凑、清理效果好、分离作用明显的特点.该机采用了双拣拾圆盘的配置结构。拣拾清理圆盘对地面的倾角，国外样机中一般不超过10。，该机设计中考虑到适当加强拣拾清理圆盘对甜菜块根的清理作用，拣拾圆盘选取了较大的倾角，经试验确定其设计值为2O。另外，该机设计中拣拾清理圆盘的前后位置、高度及倾角均设计为可调，其调整范围为5。，这样在田间作业
27、时，还可根据作业条件如土壤硬度、含水率及甜菜生长条件的不同，方便地对拣拾清理圆盘的倾角进行调整，以取得最好的作业效果。该机作业时一次跨3行作业，采用双拣拾清理圆盘配置，每个圆盘拣拾幅宽为600mm；为使块根全部拣拾上盘，栅状拣拾清理圆盘拣拾扇形角应基本满足 100， 圆盘直径设计取值：D=1400mm。一般地，用于清理、集条的栅状拣拾清理圆盘其圆周线速度约为4060ms；通过计算结合试验，确定该机圆盘转速为n=180rmin，此时V线一518ms。杆条链倾斜输送装置其结构如整机结构图示，具有结构简单、工作可靠、分离作用好等特点。3 整机结构方案的确定我国目前多采用人工及半机械化机具分段收获，近
28、年来正在研制机械化 收获机具。国外现在甜菜收获机的机型很多，分段收获的有：茎叶收获机、块根挖掘集条机、除茎挖掘集条机、块根拣拾清理转载机、块根挖掘清理装载机。甜菜收获机的结构因其完成的收获项目而异。由于对甜菜茎叶和根头的切除是在挖掘块根之前或挖掘之后进行。收获机械又分为两种基本形式：一是在挖掘块根之前把茎叶和跟头切除；另一种是在挖掘之后再切除茎叶和根头。采用第一种方案切除，因地形气候以及甜菜生长情况的影响往对根头的切除多少与要求有较大差异，致使不能广泛推广。目前各地技术人员对其进行多方面的改进，但效果甚微。就目前兵团的情况而言，大都采用第二种方案，半机械化的收获，各地都配备有起拔机，然后人工切
29、除。为了适应当前各团场状况，我们在此采用拔后切缨，即与其起拔机配套。常用的集中捡拾清理装置的比较：栅板式倾斜输送装置具有一定的集条作用，但是其清理泥土的能力差。加上震动装置后较好些，也不利于排除泥土和其他杂质。输送带不具有集条功能，输送天才时容易打滑，使甜菜落下，输送效率低。同时也不利于清理泥土和残叶等。凸轮式输送装置虽然清理能力好，但是因为采用的是凸轮之间相互挤压传动，因此效率极低，消耗能量很大，制造工艺也很复杂。因此在实际中很少采用。本设计通过调查、实验得出结论：采用旋转式输送装置输送崛起的甜菜块根具有非常好的清理输送能力。由于甜菜切缨的质量要求高，并且由于品种、环境等的影响，使其生长情况
30、及大小尺寸差异较大，而糖厂要求青顶及须根全部切除，另外职工要求切除厚度不要太厚。一般将青顶切除即可。在我们现在的水平和时间范围内很难设计出一个全自动化的甜菜切除机，依次，我们根据当地情况，从半自动化人工的角度仿照手工切一缨情况设计一个简单的切缨机，以减轻劳动强度，提高生产效率。第三章 传动装置的设计1传动方案的设定拖拉机的动力轴转速为540r/min,输出端的转速为180r/min.由此可得减速器的传动比为3:1。2 直齿圆锥齿轮的传动设计计算（1）选择齿轮的材料考虑到齿轮的传动载荷一般，参考类似减速器的结构，大小齿轮都选用45号钢，小齿轮调质处理，HB1=220240；大齿轮正火处理，HB2=190210,查新编机械设计实用手册图9-4和图9-5得：Hlim=540Mpa,Flim1=210Mpa,Flim2=180Mpa。（2）由简化计算初步选定主要参数按接触强度设计计算： T1=9550P/n=9550*1.5/500=28.65Nm由表9-29查得： KA=1由表9-67查得 K=1.2 Dfe1=1140
