1、BLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 目 录 1 绪 论 . 2 1.1 引言 . 2 1.2 农业土壤耕作的作用与要求 . 3 1.2.1 土壤耕作的作用 . 3 1.2.2 耕整地农艺要求 . 4 1.2.3 土壤耕整地机械 . 4 2.整机结构设计分析 . 6 2.1 结构设计要求 . 6 2.2 旋刀的运动学分析 . 6 2.3 刀盘分布设计 . 7 3 传动方案设计 . 8 3.1 旱地立式驱动耙主体结构方案设计 . 8 3.2 传动比的分配 . 12 4.功率分析 . 13 4.1 单盘作业扭矩与功率分析 . 13 4.1.1 单盘切削、破碎土壤所需的扭矩 . 13 4.1.2 旱地驱
2、动耙的功率消耗 . 14 4.1.3 传动过程的功率分配 . 16 5.传动件的设计 . 16 5.1 轴的设计 . 16 5.1.1 选择轴的材料 . 16 5.1.2 轴上的功率 P，转速 n 和转矩 T. 17 5.1.3 确定轴的最小直径 . 17 5.1.4 轴的强度校核 . 18 5.2 轴承的选用和校核 . 26 5.3 精度要求 . 28 6. 驱动耙其它零部件设计 . 29 6.1 悬挂机构 . 29 6.2 箱体的设计 . 29 6.3 刀具的设计 . 30 7.总结 . 31 参 考 文 献 . 32 致 谢 . 33 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式
3、旱地驱动耙毕业设计 - 2 - 2 旱地驱动耙设计 1 绪 论 1.1 引言 我国 是一个农业大国， 要实现农业现代化，首先要实现生产手段现代化。农业机械化就是农业生产中产前、产中、产后全部实现机械化。其中，土壤耕作实现机械化是减轻农业劳动强度、改善劳动条件、保证作业质量、提高土地单位面积收获量和提高劳动生产率的重要手段。作为 在农业生产中消耗于土壤耕作劳力、动力比重很大 的耕地机械就是一种通过机械化土壤耕作形成良好水、肥、气、热梯度，创造有利于 作物生长发育 的耕层构造 要求 的专用作业农机具。 驱动式耕耘机 械，在现代农业机械中形成了一个新兴品种。此类耕耘机械由拖拉机的动力输出轴通过传动系
4、统将动力以扭矩的形式直接作用于工作部件，使之旋转或往复运动，以提高切土能力并使土壤高度松土。 其切土、碎土能力很强，一次就能达到耕、耙几次的效果，耕后地表较为平整、且松软，且能抢农时，减少拖拉机进地次数，降低作业成本，达到农艺要求。它对土壤湿度的适应范围较大，因此，我国南方地区多用于秋耕稻茬种麦，水稻插秋前的水耕水耙。在我国北方地区，用于大田作物的浅耕灭茬，起到秸秆还田的作用。另外，还适于盐碱地种水稻的整地作业等。因此，近几年驱动式耕耘机械的研究与使用有了很大的发展。 目前世界各国生产的驱动式耕耘机械主要有水平横轴式、立轴式、往复式和联合作业式几大类。 水平横轴式旋耕机 该类旋耕机的旋转轴辊与
5、地面平行并与前进方向垂直，其工作部件为安装在水平轴上的旋刀，旋刀在拖拉机动力输出轴驱动下，垂直切削土壤，达到切土和碎土的目的。 立轴式旋耕机 它是刀齿和刀片绕立轴旋转的旋耕机，其突出的功能是 可以进行深耕，一般能达到 30 35cm，较深的能达到 40 50cm，而且可使整个耕层土壤疏松细碎，但前进速度较慢。目前在水田耕耘的机型有：立轴 浆叶式旋耕机、立轴爪式旋耕机（英国）、立轴笼式旋耕机（日本）、立轴转齿式旋耕机。国内采用立轴式的旋耕机较少。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 3 - 3 1.2 农业土壤耕作的作用与要求 1.2.1 土壤耕作的作用
6、农业生产的实质是通过作物的光合作用，对气候资源和土地资源的加工。机械化土壤耕作 ,则是通过农机具对农田土壤的加工 。机械化土壤耕作不同于以人畜力为动力的土壤耕作 ,因为它对土壤的控制和管理作用比以人畜为动力要大得多 ,也深刻得多。原苏联土壤学家和耕作学的创始人威廉斯有句名言：“没有不良的土壤，只有不良的耕种方法”。他所指的耕种方法也包括土壤耕作在内。通过国内外土壤耕作方法的发展和多样化，也证明土壤耕作可能使土壤环境变好，也可能使土壤环境变坏。 农田土壤在自然力作用下呈现出自上而下的层次结构，从而导致土壤的水、肥、气、热的层次梯度。这种层次的土壤结构和土壤因素的梯度，有时对作物生育是有利的，有时
7、是不利的。通过机械化土壤耕作， 要创造出有利于作物生育的土壤层次结构 耕层构造，形成良好的土壤水、肥、气、热的梯度。良好的耕层构造 (以土壤密度梯度或孔隙梯度、三相比梯度为指标 )应在不同土壤农田中，具有充分协调多变气候对土壤的影响，以满足各类作物生育对土壤生活因素的要求。因此，良好的耕层构造不是一成不变的。 机械化土壤耕作，创造良好的耕层构造，它和农业生态系统一样，也是一个多目标、多因素、多变量的系统，既土壤 作物 大气 机器系统 (SPAMC)的复杂系统。 4 农艺对土壤机械化耕整作业的中心任务要求是调节并创造良好的耕层结构，适宜 的三相（固相、液相和气相）比例，从而协调土壤水分、养分、空
8、气和温度状况，以满足作物生长的农艺要求。 5 土壤翻耕的作用主要有： 松碎土壤 根据各地不同的气候条件和不同作物的要求，以及耕层土壤的紧实状况，每隔一定时期，需要进行土壤耕整作业，使之疏松而多孔隙；以增强土壤通透性。 翻转耕层 通过耕翻将耕作层土壤上下翻转，改变土层位置，改善耕层理化及生IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 4 - 4 物学性状，翻埋肥料、残茬、秸秆和绿肥，调整耕层养分的垂直分布，培肥地力。同时可消灭杂草以及附着的某些病菌、害虫卵等，消除土壤有毒物质。 混拌土壤 混拌土壤，将肥料均匀地分布在耕层中，使土肥相融，成为一体，改善土壤的养分状况。
9、并可使肥土与瘦土混合，使耕层形成均匀一致的营养环境。 1.2.2 耕整地农艺要求 耕翻地有以下的农艺要求： 适时耕翻，既能抢农时，又能保证作业质量； 耕深适当，并符合农业技术要求，深度均匀一致； 翻垡良好，无立垡、回垡，残株杂草要覆盖严密； 耕后地面平整松碎，无重耕、漏耕，尽量减少开闭垄，地头、地边整齐； 坡地耕翻时应沿坡度的等高线进行，以防雨后冲刷土壤，造成水土流失。 整地有以下的 农艺要求： 旱田整地作业的农业技术要求 整地作业须适时，以利防旱保墒和提高整地质量； 整地深度应符合农艺要求，深度一致、不漏耙、不漏压； 整地后的地表平整，无垄沟起伏、碎土均匀，表层松软、下层密实； 修筑畦田要做
10、到地平、土碎、埂直； 水田整地作业的农业技术要求 耙后土壤松碎，起浆好，能覆盖绿肥，田面平坦而无垄沟； 在原浆田中以耙代耕作业时，应将稻茬直接压入糊泥中，灭茬起浆性能良好。 6 1.2.3 土壤耕整地机械 (1) 耕地机械 铧式（壁式）犁 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 5 - 5 铧式犁是应用最普遍的一 种耕地机械。其主要优点是翻转土垡、覆盖杂草残茬和肥料，消灭病虫害等性能好，但碎土能力较差，耕后尚需进行耙地作业。由于铧式犁使用最普遍，数量又最多，现已发展成为我国北方与南方两种系列犁。 6 圆盘犁 圆盘犁工作部件是一个凹面圆盘。工作时，圆盘与前进方
11、向偏一角度。圆盘滚转前进时，前沿刃口切土，后部的凹面将土垡带着向后、向上运动，并使之破碎、翻转。 圆盘犁具有使用寿命长，刃口切割力强，不易拖堆堵塞，阻力较小的优点。其缺点是圆盘犁的覆盖性能与沟底平整度不如铧式犁。 3 (2) 整地机械 圆盘耙（轻型圆 盘耙、重型圆盘耙、缺口圆盘耙） 圆盘耙主要用于耕后碎土和播种前耙地。它的碎土能力较强，能切断杂草残茬与搅土混肥，用于播前整地、收获后的浅耕灭茬作业或用于果园林木和草牧场的田间管理。 钉齿耙 齿耙其功能是碎土、松土、整平，有的也用来覆盖撒播的种子和将肥混入土中。各种齿耙有一定的除草作用。 水田轧耙及联合耙 这类耙在作业时，工作部件靠土壤阻力滚动前进
12、，常用于水田耕后碎土，使泥土搅混起浆便于插秧。我国南方的水稻区常用的水田轧耙多属滚耙。 以上整地机械不论是旱地作业机械还是水田作业机械均为被动式机械，要达到 预期的整地效果，需要进行多次重复作业，其生产效率低，为了提高生产效率，整地机械日趋向驱动工作部件发展。 水田驱动耙 主要用于水田耕翻后的碎土整地作业，也可用在未耕地浅耕作业。其工作部件与地面平行的水平轴旋转。一次作业相当于一般水田耙作业两遍以上的质量，耙得细烂，表面松软，碎土率可达 80以上。 驱动耙都与拖拉机配套使用。由于驱动型机具可以充分利用拖拉机功率，能控制对土壤的作用强度，可满足多种耕作要求。 (3) 旋耕机 旋耕机是一种全悬挂并
13、由拖拉机动力输出轴驱动的土壤耕作机具，其工作部件为安装在水平轴上的 旋刀，旋刀在拖拉机动力输出轴驱动下，垂IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 6 - 6 直切削土壤，达到切土和碎土的目的。 旋耕机的切土、碎土能力很强，一次就能达到耕、耙几次的效果，耕后地表较为平整、且松软，且能抢农时，减少拖拉机进地次数，降低作业成本，达到农艺要求。它对土壤湿度适应范围较大，因此，我国南方地区多用于秋耕稻茬种麦，水稻插秋前的水耕水耙。在我国北方地区，用于大田作物的浅耕灭茬，起到秸秆还田的作用。 2.整机结构设计分析 2.1 结构设计要求 本课题目的是设计满足农艺要求的高效
14、率低能耗的旱地立式驱动耙。 其 设计要求如下： （ 1）耕深 设计耙深为 h=15cm,调节范围 10 18cm，耙深一致； （ 2）碎土程度 沿地块对角线选择具有代表性的 5个测点 (每点面积为 1m2)，若测点耕层内有直径 5cm 以上的土块超过 5 个时，即为碎土不良； （ 3） 尽量降低整机生产的成本，提高工作效率 其 结构要求如下： （ 1） 符合 FS 275 的悬挂机构的几何尺寸要求： （ 2） 符合 FS 275 拖拉机工作参数和功率输出轴的相关参数要求。 （ 3） 机车通过万向节将动力输入机具变速箱驱动旋刀转动 ,为了尽量减小传动的不均匀性，机具与万向节之间的衔接点的位置设置
15、不可过高。 2.2 旋刀 的运动学分析 旋刀在工作时的运动为复合运动，其中绕刀盘中心旋转的运动为相对运动，设圆周速度为 0V ，机组匀速前进运动为牵连运动，前进速度 mV 。 为旋刀旋转的角速度，则 RV 0 ，圆周速度与机组前进速度之比mVV0 ，称为速度比。 的大小对旋刀的运动轨迹及立式驱动耙 的工作状IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 7 - 7 况有重要影响，它确定了工作部件的运动轨迹如果旋刀以角速度 转动，并以速度 mV 前进，那么旋刀的端点 A 的运动轨迹为余摆线（如下图 ） 。 1 仅是旋刀在工作进程中不发生推土的必要条件，但是否能满足耙地
16、疏松土壤的需要，还取决于机器前进速度 Vm 与旋刀工作转速的合理配合 而当 1 时，当刀具运动到一定位置时，就会出现 Vx 0 的现象，即刀具的绝对速度与机器的前进方向相反，因而能以刀刃切削土壤，其运动轨迹为余摆线。本课题所取的 27.3 满足刀刃一直切土的要求。 2.3 刀盘分布设计 在允许的工作幅宽范围内机具横向放置六个刀盘，每个刀盘上对称放置两把旋刀，刀盘 2 和刀盘 5 是主动刀盘，刀盘 1 和刀盘 3 由刀盘 2 上的齿轮驱动，刀盘 4 和刀盘 6 由刀盘 5 上的齿轮驱动。刀盘 1、 2、 3 的运动相互关联组成一组，刀盘 4、 5、 6 运动相互关联组成另外一组，为了防止两刀盘组
17、在传动和工作过程中产生运动干涉，刀盘 3 和刀盘 4 之间余 留一个 20mm 的间隙。 为了减小或抵消刀盘在工作过程中前进时的横向分力（横向分力过大会导致机具的横向振动，增大机具的损耗，增加机组工作的不平稳性），防止同组相邻两刀盘上的旋刀与旋刀之间的运动干涉，采取以下措施： 1. 主动刀盘（刀盘 2 和刀盘 5 ）旋转方向相反（由机具的传动装置实现）； 2. 主动刀盘与相邻两刀盘呈 60 度夹角放置。此时刀盘 2 和刀盘 5、刀盘 1 和刀盘 4、刀盘 3 和刀盘 6 的运动是两两对称关系，每个刀盘产生的横向分力正好被相对称的那个刀盘产生的横向分力相抵消。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计
18、 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 8 - 8 图 3-2：刀盘分布示意图 3 传动方案设计 3.1 旱地立式驱动耙主体结构方案设计 在满足农业机械设计要求和配套机车 FS-275 的挂接要求的前提下进行结构方案设计，并 参考国内外 旱地驱动耙产品数据和 参考有关书籍 ，动力由万向节输入，首先机具上需要设计一组变速箱使得转速由输入时的 540r/min变成输出时的 190r/min；其次要求将万向节输入的水平方向的动力转变成竖直方向的动力（由锥齿传动实现），再次实现主动刀盘相互间的反向传动。为此在设计过程中拟定了以下三种方案： IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动
19、耙毕业设计 - 9 - 9 方案一：万向节输入动力传给两个圆柱齿轮（级传动），这两个圆柱齿轮再 将动力分别传递给左右两个圆锥齿轮（级传动），圆锥齿轮组将水平方向的动力转变成竖直方向的动力（级传动），进而驱动旋刀的转动。齿轮的转速是在动力传递过程中实现的，两个主动刀盘相对应的反向转动由圆锥齿轮的放置位置的不同而实现，具体情况见图 5 3：结构设计方案一示意图。本方案的不足之处在于级传动的传动轴采用的是悬臂支承结构，当工作环境比较恶劣（ 多石土壤 ）时，会产生较大的振动和噪音，并会降低该机具的使用寿命。整机几何参数为：长（ 1654mm）、宽（ 450mm）、 高（ 820mm）、工作时万向节衔接点的位置离地面 的高度（ 470mm）。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计 - 10 - 10 方案二：与方案一相似，也由三级传动组成，与方案一所不同的是在级传动和级传动之间放置了一个中间圆柱齿轮用以实现两个主动刀盘相对应的反向转动，并且在级传动的传动轴上安装了一个平衡机构，用于弥补悬臂支承结构带来的不利影响。具体情况见图 5 4：结构设计方案二示意图。整机几何参数为：长（ 1654mm）、宽（ 450mm）、高（ 910mm）、工作时万向节衔接点的位置离地面的高度（ 470mm）。
