玉米联合收获机卧辊式割台设计-毕业论文.doc

1、1目录目录 .2摘 要 .2Abstract.3第一章 课题研究的目的和意义 .41、课题的提出和意义 .42、国内外研究开发的现状及趋势 .63、研究开发的必要性及意义 .12第二章 课题的目标和主要研究内容 .131、研究目标 .132、主要研究内容 .13第三章 指导思想与技术路线 .131、指导思想 .132、设计技术路线 .13第四章 割台的总体设计 .141、课题主要研究目标 .142、课题要求的主要技术指标 .143、摘穗辊最佳转速的确定 .144、方案的确定及主要参数的计算 .155、卧式摘穗辊式原理。 .15第五章 三维设计 .161、虚拟设计特点 .162、虚拟产品建模技术

2、概述 .183、主要部件摘穗辊组合的绘制过程 .254、总结 .29参 考 文 献 .292摘 要卧辊式割台是玉米联合收获机的核心部件，本文对卧式割台的主要部件进行了系统的理论分析，并对割台部件进行了虚拟设计，为玉米收获机研究设计提供依据。采用理论分析的方法对卧辊式割台的主要零部件的参数和结构进行了改进设计。在先前研究的基础上，分析总结了与卧式茎杆切碎装置相配置的卧式摘穗辊主要参数的选择依据及应用范围。在分析了相关的实验数据后确定了摘穗的最佳转速，以保证收获机的最佳摘穗质量。以玉米收割机割台为研究对象，围绕虚拟设计与制造等相关技术理论，论述了如何应用虚拟设计方法达到快速开发对象的目的。基于 P

3、ro/Engineer 虚拟环境，采用级连层次单元模型建立产品模型的方法，重点对玉米收割机的虚拟建模、虚拟装配等方面进行了探讨和研究。关键词：卧式割台，摘穗辊，分禾器，虚拟设计3AbstractThe horizontal header is the central equipment of corn combine harvester. The main equipments of horizontal header were processed theoretical analysis. And do the virtual design to the header part.The ma

4、in parameters and structures of the horizontal header were designed by theoretical design. Based on the study ahead, the parameters of horizontal snapping roller matched with horizontal hob shredder were summarized. After analyzed the related empirical datum to determine picked ears of best rotation

5、al speed for guaranteed of the harvester picks an ear of quality best.In the paper, based on Virtual Design and Virtual Manufacturing, the header part of the corn combine harvester is studied, in order that the objection of researching rapid product development is obtained.On the platform of the Pro

6、/Engineer, by means that the lower-class units models form the higher-class units model, the header part of the corn combine harvester s virtual model are established. Keywords: horizontal header, Snapping roller,Virtual Design,Pro/Engineer4第一章 课题研究的目的和意义1、课题的提出和意义我国玉米种植面积和总产量仅次于美国，居世界第二位。在我国，玉米是仅次于

7、小麦的主要粮食作物。全国玉米种植面积 0.24 亿公顷（约 3.6 亿亩） ，约占全国总面积的 21.1。玉米年产量达 11409 万吨，按茎杆和产粮比为 1.8计算，将产生 20536.2 万吨的玉米茎杆。玉米在我国分布很广，南自海南岛，北至黑龙江省的黑河以北，东起沿海省份，西到新疆及青藏高原，都有种植。由于气候差异和历史传统种植模式的影响，在我国玉米栽培模式千差万别，如有春玉米一年一作、春玉米一年两作和两年三作、夏玉米一年两作以及小麦、玉米套种、一家一户小规模种植等多种模式，玉米植株的产量、高度等生长特点也差异较大。这些模式都是基于传统的手工作业基础上发展和沿袭下来，较少地考虑到机械化作业

8、方式的协调统一。随着农业生产机械化水平的提高和农业科学技术、机械技术的发展，在玉米生产中广泛采用机械化生产方式明显地受到玉米农艺栽培技术的相互制约，还没有一套系统的玉米机械化生产技术体系指导和应用到玉米生产中。因此机械化技术的应用和玉米栽培制度的改革成为缺少规范性的玉米机械化收获技术体系这个矛盾中的两个主要方面。由此，农民在生产中存在着机具有了怎么应用的问题（即适应玉米种植模式） ，以及如何种植玉米来适应机械化收获的问题，而不造成减产、减少收入等方面的问题。因此制订适宜当前玉米收获的机械化技术与栽培模式相配套的技术规范，编写既适合玉米收获机械设计和使用维修方面的培训教材来指导玉米生产，成为农业

9、和农民生产中的实际需要，也是该项目所研究的重点内容。为了适应农业现代化发展的要求，玉米收获机械化水平需要进一步提高。5玉米收获是玉米种植中最繁重的体力劳动，约占整个玉米种植投入劳动量的55 ，在玉米生产全过程中机械化占据举足轻重的地位。利用机械收获，不仅把农民从繁重的体力劳动中解放出来，还为农民节省了费用，更能节省时间，用于外出打工，增加收入。因此，机械收获是减轻农民“三秋”劳动强度、为农民增效、增收的有效途径之一。农业部 2004 年最新统计，我国小麦机收率达 82 ，比去年提高了 10 个百分点，而玉米的收获机械化水平不到 2，玉米机械化收获问题，已经成为我国农业现代化发展的瓶颈，引起了各

10、级政府和有关专家的高度重视，玉米收获机械化被农业部定为“十五”期间我国重点推广的十大农业机械化新技术之一，加大了科研和推广的支持力度。山东、河南、河北、辽宁、吉林等主要玉米产区都把玉米机收列为重点发展方向。初步预测，若要实现玉米收获机械化，全国共需玉米收获机 30 万台，工业产值可达 240多亿元。随着人民生活水平的不断提高，城乡人民的饮食结构也在不断变化，人均的食用口粮逐年下降，饲料粮的需求逐年增多，而饲料粮中首选的作物是玉米。玉米不仅是优质的饲料，而且是制药、化工、食品等行业不可缺少的原料。在玉米产量不断提高的同时，也产生了大量的茎杆。由于一直以来没有合理的茎杆处理技术和机具，华北地区的玉

11、米茎杆焚烧现象十分严重，每到秋收种麦季节，浓烟四起，6066以上的茎杆被焚烧掉，只有 14.720.1的玉米茎杆经机械粉碎还田，用于青贮的也只有 2022 7。这样一来，大量的茎杆被付之一炬，不仅是巨大的浪费，而且也造成了严重的空气污染，还导致了诸如飞机不能起降、高速公路事故频发等社会公害事件的发生。怎样有效地处理这些茎杆已经成为政府关注的问题。在实现小康向更加富裕迈进的新时期，随着人民生活水平的提高，食物营养结构的改善，农牧业结构将进一步优化调整，畜牧业比重将进一步增大，农牧业良性循环的发展将增大对饲料作物的需求。但由于我国草原资源有限，过渡的滥垦及放牧造成的草原退化、沙尘暴剧增等，使得生态

12、环境急剧恶化，牲畜饲草需求的矛盾更加突出。因此大力开发茎杆资源，发展以茎杆为主要饲料6的农区畜牧业，是我国畜牧业发展的重要途径。畜牧业的发展将加大玉米生产的发展，玉米生产的发展又将增大对玉米生产机械化的需求，针对我国玉米收获的现状，研制适宜中国国情的穗茎兼收型玉米联合收获机具具有重要的现实意义。2、国内外研究开发的现状及趋势玉米机械收获是玉米生产全过程机械化的关键一环。机械收获是指通过机械手段，完成摘穗、输送、装箱和茎杆还田等工序，这些工序一次完成称为联合收获。世界上第一台玉米联合收获机是由澳大利亚昆士兰文巴的艾伦（George Hand）于 1921 年设计出来，又经过多次完善和改进，随后一

13、些经济发达国家便逐步开始生产和使用，至上世纪五、六十年代已完成玉米收获机械化，玉米生产全过程机械化技术体系已经成熟的应用多年。其特点是“大功率、多功能、高效率、高舒适性” ，机械化收获主要采用玉米摘穗、脱粒、秸秆还田的收获工艺，这种收获方式不适合我国一年两作地区和其他地区的玉米种植特点，特别是在玉米高含水率收获时损失率较高。穗茎兼收机型仅有乌克兰赫尔松公司生产的玉米收获机，但结构庞大、价格高，不适合我国国情。青贮收获机是完成玉米穗、茎一起切碎收获的机具，不符合我国农村玉米收获方式。玉米播种环节，随着播种机械的研制开发与推广应用，机械技术和质量渐趋成熟，具备了满足机械化种植的基本条件。我国玉米收

14、获机械研制起步较晚，目前从事玉米收获机械研究和生产的单位有 50 余家，机型达 60 多个品种，分为自走式、悬挂式、牵引式和谷物联合收获机配玉米割台等四种形式，又分单行和多行，摘穗机构主要有板式、卧辊式和立辊式，各厂家生产结构参数相近，但配套性、标准化不够，新产品开发和生产投资力度小、可靠性差、质量也难以保证。由于播种等环节与收获环节上的脱节，玉米机械化生产技术还不规范，适宜各个地区不同种植特点的技术规范还没有完全建立和应用。因此，必须加快对玉米生产各环节关键机械化技术与装备的配套应用研究与试验示范，以加速玉米生产机械化的进程。目前美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家，玉米的收获包括籽粒和茎杆

15、青贮已基本上实现了机械化，由于其种植方式多为一7年一季，收获时玉米籽粒的含水率很低，大多数国家均采用玉米摘穗并直接脱粒的收获方式。美国的 John Deere 公司、Case 公司、德国 Mengle 公司等玉米联合收获机，绝大部分是在小麦收获机上换装玉米割台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的联合收获 8。从 20 世纪 80 年代初期，我国相继引进了一些国外机型，如美国 Case 公司的联合收获机换装玉米割台，一次作业可完成玉米摘穗、脱粒和清选作业。由于我国北方玉米产区尤其是小麦玉米一年两作种植区，玉米收获时籽粒含水率高达 35%以上，采用直接脱粒方式收获，籽粒破碎率十分严重。据

16、 1980 年9 月在河北省栾城县万亩试验站测定，美国 Case 公司的 1440 型联合收获机换装玉米割台后收获玉米时，籽粒破碎率平均为 14%，最高达到 30%，总损失率达到 20%。而且这种直接脱粒的收获方式也不利于玉米后熟，导致产量降低。因此这种类型的机具不适应我国两茬轮作种植区高含水率玉米的收获作业。同期我国还引进了前苏联的 KCKY6 型自走式玉米收获机，是现在乌克兰赫尔松康拜因联合收获机制造公司生产的。这种收获机可以进行摘穗青贮联合作业，实现穗茎兼收。它采用对行作业，设计收获行距 700mm，而我国广大农村的玉米种植行距杂乱，制约了机具的使用；它的茎杆切割方式为无支撑切割，使得作

17、业后的留茬高度高且参差不齐，而且由于喂入杂乱造成切碎后的茎秆长短不一，切碎后的饲料斜茬率高，切段长度达 40120mm。使得饲料利用率很低，用户使用后很不满意。并且这种机型宽度达 4.5m，机体庞大，价格昂贵，不适应我国农村广大地区的田间道路情况及经济的发展水平。约翰迪尔新世纪 7000 系列自走式青贮收获机是一种能进行穗茎一起切碎的专用的青贮收获机，速度快，效率高，能耗少，自动化水平高，虽然它能进行青贮但不能进行摘穗作业，并且由于机具价格昂贵，令购买者望而却步，因此这些机型不适合我国玉米的机械化收获。目前，国内玉米收获机正处于开发、试验和示范阶段，少数企业的玉米收8获机也仅为小批量生产。在未

18、来 5 年内主要是发展功能单一、价格低廉、结构简单、可靠性高和易维修的玉米收获机，机型将以背负式和中小型自走式机为主。功能单一的摘穗还田机也会有一定市场。其发展经历了三个阶段，第一阶段始于 20 世纪 60 年代，几乎没有形成定型产品。第二次高潮出现在 80 年代后期，共有近 50 家企业和科研单位参与其中，研究开发的重点是解决高湿玉米（籽粒含水率高达 35%以上）的收获问题，针对当时农村经济发展状况和经营规模，研制成功了 60 多种机型。到 2000 以后，我国的玉米收获机发展进入第三个阶段。单从技术开发层面上说，当时我国的玉米收获机已经达到或接近国际先进水平。但是对我国农村小规模经营状况（

19、地块小、玉米品种多、种植行距不一等）针对性不强。再有随着近几年农村经济结构的调整和畜牧业的发展，穗茎兼收型玉米联合收获机的需求量迅速增加。这使我国玉米收获机技术的开发围绕以下几个热点展开：1）不对行收获技术；2 ）降低收获机动力消耗的技术；3）降低收获后果穗含杂率的技术；4）降低籽粒破碎率的技术。总之，玉米收获机在二、三发展阶段，归纳起来主要有以下几种机型：a.牵引式玉米收获机。牵引式玉米收获机是我国最早研制和开发的机型。牵引式玉米收获机以丰收2 卧型最为典型，如图 1-1 所示。它是 80 年代初期专门为大农场设计的机型，配套动力为 40kW 及其以上的拖拉机，摘穗机构为摘穗辊式且具有剥皮的

20、功能，工作部件配置在拖拉机的右后方。这种机型的可靠性及作业效率都很高，价格也不高，动力可与整机分离，提高了动力的利图 11 丰收2 卧双行牵引式玉米收获机9用率，适合较大地块作业，只是茎杆粉碎质量差。它致命弱点是机组较长（17米） ，不适合广大农村的小地块作业，且作业前需人工开道，个体农户根本无法使用，目前已很少见。b.悬挂式玉米联合收获机。悬挂式玉米联合收获机是指玉米收获机悬挂在拖拉机上，使其与拖拉机形成一体，形式与自走式收获机相近。有前悬挂、侧悬挂和倒悬挂三种。代表机型有 4Y118 型的单行玉米收获机，配套动力为11 14.7Kw 的小四轮拖拉机，摘穗形式多为摘穗辊式摘穗结构（图 12）

21、 ，一次可完成玉米的摘穗、集箱和茎杆粉碎等作业，但由于先天的动力不足、效率低、重复碾压地表以及可靠性差等原因，只是昙花一现，未能大面积使用；4Y 2 型、4YW2 型（图 1-3） 、4YB3 型，这些机型配套动力为36.847.8kW （5065HP）拖拉机，两行机摘穗机构多为摘穗辊式，三行以上多为摘穗板式。一次作业可以完成玉米的摘穗、果穗集箱和茎杆粉碎，但碎茎杆只能还田不能收集。这类收获机价格适中（3 万元左右） ，并且能够充分利用现有的拖拉机，达到一机多用，为目前保有量最多的机型。但是我国现有的拖拉机设计时只考虑了拖拉机的耕、种等功能，没有考虑配套收获机械的特殊需求，不能倒开，也没有前动

22、力输出轴，因此此种机型还存在一些弱点。c.自走式玉米联合收获机。自走式玉米收获机是一种专用收获机型。具有结构紧凑、性能较为完善、作业效率高、作业质量好等优点。在发展潮流方面，图 12 4Y118 型单行玉米收获机 图 13 4YW2 背负式玉米获机(向农)10具有代表性。代表机型有 4YZ3 型、4YF 3 型、4YZ4 型（图 14） ，这些机型的摘穗机构基本采用已定型的前苏联或美国结构，即摘穗板拉茎辊拨禾链组合结构，其籽粒损失率较小，底盘多为在国内已定型的小麦联合收割机底盘基础上的改进型，可以实现玉米的摘穗、集箱和茎杆粉碎等功能，少数机型还有剥皮功能。但这类收获机结构复杂，制造难度大，成本

23、高，售价均在 10万元以上；再者由于机具结构复杂，需要的专用设备、工艺装备较多，企业受资金限制，前期投入不够，许多关键部件制造精度难以保证，造成机具可靠性不高。还由于摘穗板式摘穗机构本身的特点，机具的适应性差。果穗的断秆率较高，有的甚至达到 30，果穗的含杂率较高，消耗功率大。d.换装割台玉米收获机。换装割台，一机多用，提高机具利用率。利用现有的自走式小麦联合收割机，将割台换装玉米收获割台，既可收获小麦也可收获玉米。本着互换容易、作业时互不影响的原则，将动力系统、行走驾驶系统及部分动力系统共用。这样做可以提高收获机的利用率，缩短投资回收期，市场前景极为广阔。目前淄博向农机械有限公司（图 15） 、约翰.迪尔佳联收获机厂、新疆联合收获机厂等企业正在开发试验此种机型。从试验情况看，还需要进一步减化结构，提高使用可靠性。如果换装割台成功，必将加快我国收获机械化的发展，形成良性循环，互相促进销售与推广。 图 14 4YZ4 型玉米收获机