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河南科技大學畢業(yè)設計（論文）
前 言
我國香蕉重要分布于廣東、廣西、海南、福建、云南、臺灣等熱帶地區(qū)，2005年總種植面積383.25萬畝總產(chǎn)量590.33萬噸，分別占世界的7.8%和6.9%，名列世界第4位，在世界香蕉生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，成為我國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的主要產(chǎn)業(yè)。其中以廣東省面積產(chǎn)量最大，分別為188.7萬畝和`國香蕉生產(chǎn)主要基地。
近年來，國產(chǎn)香蕉口感、香味、質(zhì)地等方面不如進口香蕉，但國產(chǎn)香蕉的質(zhì)量有了很大的提高?，F(xiàn)在國內(nèi)一等品以上的香蕉果品的外觀、色澤、梳形、梳指整齊度與進口香蕉相比差別不大，但是一等品以上的香蕉所占總產(chǎn)量的比例尚少，這也說明我國香蕉產(chǎn)業(yè)有著巨大的市場空間和發(fā)展前景。
經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些蕉農(nóng)重前輕后，后期水、肥不足，保葉較差，留梳較多，果指飽滿度不夠，套袋擴果工作跟不上，采收加工處理包裝工作滯后。在采收工作中人挑車拉，隨意堆放，環(huán)節(jié)較多，機械損傷嚴重，包裝等加工處理粗放，機械化、集約化程度不高。還有各種激素施用過多過濫，嚴重破壞香蕉質(zhì)量，造成土紙板硬。還有就是地方組織程度差，龍頭企業(yè)不多，輻射力不強。單獨、分散經(jīng)營與大規(guī)模標準化生產(chǎn)之間矛盾越來越凸顯，整體產(chǎn)業(yè)化的程度不高。
目前，大部分的蕉農(nóng)還是運用原始的人工方法和工具來收獲種植香蕉，當香蕉收獲以后，香蕉徑桿由人工逐棵砍伐搬運出園。即占地、浪費勞力，又浪費了大量的有機肥，因為香蕉秸稈里富含大量的有機質(zhì)氮、磷、鉀和微量元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機肥原料之一，這就需要我們來開發(fā)出一種獨特的農(nóng)用還田機械。
研究應用香蕉秸桿還田機械技術，保護耕地，增強土壤肥力。香蕉秸桿含有大量的有機肥料和農(nóng)作物需要的元素。利用香蕉秸稈/根茬還田機的粉碎還田等綜合處理，一方面有利于微生物的活動，經(jīng)過發(fā)酵，增加土壤肥力，又解決了占地問題，減少污染。另一方面，還能耕作土地。提高生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)的成本，同時又可縮短休耕期，便于搶種。也可以說，香蕉秸稈/根茬還田機的出現(xiàn)是必然的，也是農(nóng)業(yè)機械上的一次革命。
第一章 香蕉秸稈/根茬還田機的功能及特點
§1.1 香蕉秸稈/根茬還田機的功能介紹
香蕉秸稈/根茬還田機是功能齊全的香蕉秸稈粉碎還田專用機械。它不但能夠處理香蕉秸稈的本身，還可以清除地理的根茬。并能夠一次性完成粉碎、除根、還田作業(yè)。經(jīng)過該還田機的作業(yè)后，無須再整理就可以實施新一輪的種植。因而真正實現(xiàn)復式作業(yè)，同傳統(tǒng)的作業(yè)方式相比，可節(jié)省大量的人力物力，具有較高的生產(chǎn)率，可為香蕉種植戶帶來可觀的經(jīng)濟效益，并且又較好的保護了環(huán)境。另外本機具有較好的經(jīng)濟性，合理的價格使香蕉種植戶完全能夠接受。在較短的時間內(nèi)可實現(xiàn)投資回報。獨特的結構和完備的工作性能受到蕉農(nóng)的好評。
§1.2 香蕉秸桿/根茬還田機的簡單介紹
香蕉是熱帶及亞熱帶地區(qū)的主要經(jīng)濟作物之一，在我國的南方地區(qū)大面積地廣泛種植。作為多年生長綠草植物，根秸粗大（平均直徑200mm）單生直立（高度越2米）葉寬大、厚而長，一年收獲一季。為取得較大的收益，近幾年新開發(fā)出一年生的香蕉，而且果大、品質(zhì)好，深受用戶的歡迎，但新品種也對香蕉地耕整提出更高的要求。
以往的香蕉地耕作業(yè)方式是用大中型拖拉機將秸桿壓倒后把殘株推至地頭堆積，任其自然風化，腐爛，腐爛期是一到五年，且占用耕地，根秸用圓盤率犁式重耙多次的破碎，由于重耙破碎效果差，碎塊較大，還田后腐爛期較長，年復一年，造成土質(zhì)過送，不利于香蕉生根，影響其抗風雨的能力，最后再犁耕深翻，不僅效率低，而且浪費人力、物力和財力，這種傳統(tǒng)的作業(yè)方式已不能適應當前生產(chǎn)的需要。
根海南市場的調(diào)研，首先確定了與東方紅拖拉機的配套的復式作業(yè)機的方案（香蕉秸桿和根茬一次粉碎還田）并與國外一些相關機具的刀軸和耕機對比實驗，得出以下幾種結論：50kw(66馬力）拖拉機動力不足，不能同時完成復式作業(yè)，只能單一工作，復式機具的粉碎效果好，工作效率高，根據(jù)這種情況的總結，最終確定了大馬力拖拉機配套使用香蕉秸桿和根茬一次性粉碎還添的設計方案，它功能滿足目前香蕉還田的要求，各項要求均達到國際要求，符合農(nóng)業(yè)機械的實際要求，并能深入農(nóng)心。
§1.3 香蕉秸稈/根茬還田機的主要參數(shù)
香蕉秸稈／根茬還田機的主要參數(shù)如表１-１所示。
表１-１ 香蕉秸稈/根茬還田機的主要性能參數(shù)
規(guī)格
還田機
配套動力/kw
>50
耕深
400
切碎刀軸轉速 r/min
810
旋耕刀軸轉速r/min
270
生產(chǎn)率
0.4 ～～0.6
與拖拉機聯(lián)接方式
標準三點式
外形尺寸（長X寬X高）
2000×1200×900
整機重量/kg
980
耕幅/mm
1000
§1.4 香蕉秸稈/根茬還田機的動力配置
由于還田機是復式作業(yè)，粉碎裝置和除根裝置同時工作，若選用的拖拉機功率過小時，則只能滿足單功率機具作業(yè)，若粉碎和除根同時工作，則動力不足，難以起動還田機。因為拖拉機后置動力輸出分兩部分作用，因此，要求拖拉機具有良好的動力性能。根據(jù)多次試驗和對比使用，最后選擇了東方紅—X824大輪拖，81馬力，后輪驅動，采用東方紅LF80—90拖拉機成熟技術，動力強勁，性能卓越，造型美觀，可配套犁、耙、旋耕機、播種機、收割機、青貯機、秸稈還田機等機具進行各種農(nóng)田作業(yè)，并可用于運輸?shù)绕渌鳂I(yè)。其主要技術參數(shù)如表1-2所示。
表１-２ 東方紅－X824型拖拉機的主要技術參數(shù)：
外型尺寸(mm)
4260 × 2170 × 2785
軸距(mm)
2314
前輪輪距(可調(diào))(mm)
1630-1960
后輪輪距(可調(diào))(mm)
1500-2100
最小離地間隙(mm)
430
最小轉向圓半徑(m)
5.3
變速箱擋數(shù) 前進/后退
12/4
速度范圍
前進(km/h) 1.65-27.2
倒退(km/h) 4.3-12.8
發(fā)動機形式
立式、水冷、四沖程、直噴節(jié)能型柴油機
發(fā)動機標定功率(kw)
60.5
動力輸出軸形式
后置、獨立式及同步式
發(fā)動機額定轉速(r/min)
2400
動力輸出軸轉速(r/min)
720選裝540 1000 540/1000 540/720
§1.4.1 功能簡介
香蕉秸桿/根茬還田機是功能齊備的香蕉秸桿粉碎還田的專用農(nóng)業(yè)機械，它不但能夠處理香蕉秸桿的本身，對香蕉樹的根茬也可以同時進行處理，并且可在一臺機械上（拖拉機）實現(xiàn)還田物直接翻入土中，而后平整土地，工作效率可達0.3~0.5，經(jīng)過還田機作業(yè)后的土地無須再進行整理，即可實施新一輪的種植。因而真正實現(xiàn)復式作業(yè)，同傳統(tǒng)的作業(yè)方式相比，可節(jié)省大量的人力物力和才力，能很好的保護環(huán)境。另外本機具有較好的經(jīng)濟性，合理的價格使香蕉種植戶完全能夠承受，在較短的時間內(nèi)，可實現(xiàn)投資回報。獨特的結構和完整的工作性能，深受農(nóng)民的好評。
§1.4.2 結構簡介
香蕉秸桿/根茬還田機是拖拉機后置式農(nóng)具，它從拖拉機的后動力輸出為為動力源，采用三點標準懸掛式，整機由兩大部分組合而成。前部為香蕉秸桿粉碎部分，后部分為除根還田部分，動力流分為兩路：一路換向提速供給粉碎刀具800r/min的高速粉碎需要具有良好的平衡性，其一定質(zhì)量的慣性保證了粉碎的穩(wěn)定性和良好的切碎效果，所需起動的加速度較大，故需求拖拉機應具有較好的動力性能；另一路經(jīng)換向、減速器提供給除根還田裝置，雙輥款到階梯工作裝置，可以有效的保證根茬的清除和良好的動力，消耗更為合理。整機的動力輸入端裝有拖拉機和農(nóng)具的安全保護裝置，使拖拉機與農(nóng)具構成的整個系統(tǒng)能在特定的安全工況下工作，并對意外情況的出現(xiàn)實施設備保護。為了便于地頭調(diào)頭和轉場，保證除根的有效性。該機還設有液壓動力裝置。工作時液壓系統(tǒng)對除根裝置產(chǎn)生向下的壓力，以保證除根裝置的入土量，轉場即地間調(diào)頭，液壓系統(tǒng)又可方便的將全部的除根裝置提起，巧妙的傳動線路的設計，保證了耕作轉場等期間動力流的聯(lián)系不斷性，無需在次
期間斷開拖拉機的動力輸出，方便了操作。香蕉秸稈/根茬還田機結構如圖1-1所示。
粉碎裝置
拖拉機
萬向傳動軸
提升油缸
除根還田裝置
圖1-1香蕉秸稈/根茬還田機
第二章 設計任務及設計方案
§2.1 設計任務及設計要求
§2.1.1 設計內(nèi)容
根據(jù)設計任務書的要求，在本次的設計的過程中。整個還田分為若干部分來設計。分別為主要傳動設計裝置、粉碎裝置的設計、側傳動設計、除根裝置設計以及總裝設計。本次設計由2人共同設計完成，每人負責一部分裝置的設計。最后由總裝人員通過三點懸掛及提升油卸來把各部分組裝成功，通過連軸器和安全離合器把主傳動系統(tǒng)和拖拉機的后置動力輸出連接起來，組成香蕉秸桿一根茬粉碎還田機的總成。完成香蕉秸稈/根茬還田機的設計。
§2.1.2 課題名稱、設計要求：
1：完成主傳動系統(tǒng)各零件部件的設計；
2：完成主傳動系統(tǒng)的總裝配圖（繪制一張0號圖紙）；
3：完成主傳動箱箱體的零件圖（繪制一張１號圖紙）；
4：完成其他零部件的零件圖（至少繪制六張2號圖紙）；
5：編寫畢業(yè)設計說明書。
§2.2主傳動系統(tǒng)設計要求
主傳動系統(tǒng)是整個還田機的心臟部分。它既是要給粉碎系統(tǒng)提供動力，又要給除根裝置提供動力，并且還要接收由拖拉機傳來的動力，這就要求它有良好的抗沖擊能力，運動的過程必須平穩(wěn)，各個換位裝置之間不干涉，結合緊簇。由于還田機要盡可能的減少重量。使它的生產(chǎn)率高，所以主傳動系統(tǒng)也應更可能的輕便，這樣才能保證它符合農(nóng)用的要求。
為了使還田工作在可靠的情況下，必須做到以下幾點：
1.保證每根傳動軸的強度足夠，不會產(chǎn)生彎曲變形等一系列情況。
2.傳動平穩(wěn)，每個齒輪的齒面間隙，壓力角符合設計要求，不會出現(xiàn)卡死等情況。
3.傳動箱體設計合理，不會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，有能夠換油的放油通道，能夠散發(fā)出熱量，延長機器的一次性運行時間。
4.各部分部件應設計合理，確保能夠生產(chǎn)出來，最好低成本生產(chǎn)出來，減少設計造價。
5.達到設計說明書的設計要求。
6.盡量使用標準的零件，減少設計周期，提前完成產(chǎn)品的上市。
第三章 主傳動設計
§3.1 主傳動系統(tǒng)的初步設計方案
由于香蕉秸桿/根茬還田機是農(nóng)用機械，它工作在重載的情況下，并且有兩次的換向機構，故采用圓錐直齒輪來傳遞功率，它的傳動平穩(wěn)，結構平穩(wěn)，結構牢固可靠。根據(jù)這些要求初步設計簡圖如圖3-1所示：
Z1
Z2
豎直傳動軸
Z4
Z3
側傳動軸
主傳動軸
圖3-1主傳動系統(tǒng)簡圖
據(jù)初步傳動方案，分別定義三根傳動軸為：主傳動軸、齒輪軸、側傳動軸。分別定義兩組轉向的齒輪為Z1/Z3和Z3/Z4。其中Z1、Z3是主傳動齒輪。由于齒輪與軸之間的連接力較大，用普通的軸難以達到要求，故選用花鍵來連接，根據(jù)軸徑的大小和軸承的型號來設計不同的花鍵號。花鍵的傳遞功率大，傳動平穩(wěn)可靠，用在這里是最佳方案。
其中Z1齒面連接的與Z3是反向的，這樣為了安裝的方便把Z1與軸上的螺栓來連接。這樣就很好解決了軸上難剃花鍵的問題，也達到了設計的要求，是很好的方案。
§3.2 傳動零件的設計及計算
設計時初用拖拉機的動力是東方紅-X824型輪式拖拉機，它的動力輸出軸的轉速為540/1000r/min。由于香蕉秸桿根茬粉碎還田機工作在重載輸出，中速運行的情況下，所以應選擇輸出軸的轉速為540r/min。初步設計還田機的刀軸的轉速為900r/min，除根裝置的轉速為180 r/min。
§3.2.1 傳動比及齒輪的設計：
1.傳動比：
由：
==3/5 ==3/1
2.齒輪的設計：
根據(jù)傳動比和齒輪的工作條件，初步 設計齒輪的齒數(shù)分別為
Z=50、Z=30、Z=14、Z=42
設它的模數(shù)為m=7mm，大端壓力角為標準角20。
已知Z和Z是一對嚙合的齒輪：
分錐角： =arc tan(Z/ Z)=art tan50/30=59
=90-=90-59=31
當m>1mm時, 則齒頂高：
=1，=0.2
故 ha=·m=1×7mm=7mm
齒根高： =（＋）·m=(1+0.2)×7=8.4mm
分度圓直徑：
齒頂高直徑：=
齒根圓直徑：
錐距：
齒根角：
頂錐角：
頂隙 ：
齒寬 ：
根據(jù)上面兩齒輪的傳動幾何參數(shù)，我們可以設計出這兩個齒輪的嚙合圖如圖3-2所示：
圖3-2 第一組齒輪嚙合圖
又因為Z和Z是一對嚙合齒輪
分錐角：
因為這對齒輪為標準的圓錐直齒齒輪，且m>1故=1，=2
齒頂高：ha=·m=1×7mm=7mm
齒根高：=（＋）·m=(1+0.2)×7=8.4mm
分度圓直徑：
齒頂圓直徑：=
=
齒根圓直徑：
錐距 ：
齒根角：
頂錐角：
頂隙：
齒寬：
根據(jù)上面兩齒輪的傳動幾何參數(shù)，我們可以設計出這兩個齒輪的嚙合圖如圖3-3所示：
圖3-3 第二組齒輪嚙合圖
計算兩組齒輪的圓周速度：
由公式得：
由機械手冊得可知：
農(nóng)業(yè)機械的精度一般為8~9級，因為要求它傳動平穩(wěn)運行可靠，故選用8級精度。
§3.2.2 軸的設計
1.傳動軸的材料和直徑設計
在傳動的過程中，主傳動軸直接與拖拉機的后置輸出軸通過聯(lián)軸器和離合器聯(lián)結在一起的，它承受很高的轉矩，故選用的材料較好一點，其它兩傳動軸分別選用相對經(jīng)濟的材料，故主傳動軸選用40Gr，其它兩軸均為45鋼，初步設計說明拖拉機的標定功率為60.5kw，故軸徑的初步估算公式為：
式（3-1）
A為材料的承載情況，是確定常數(shù)。
故：
根據(jù)功率分配，此軸需用功率很大可取60.5KW進行設計
根據(jù)功率分配可取
根據(jù)軸的直徑求它的扭矩為：
因為軸上裝有齒輪，齒輪與軸之間的扭矩相當大，故普通鍵已不能滿足其要求，故本次設計中齒輪與軸之間的鍵都采用花鍵連接（除齒輪Z與下傳動軸為齒輪軸外）。由機械設計手冊、最小軸徑、機構特點結合來選用以下幾種花鍵型號：主傳動軸的最小直徑為36mm，故選花鍵為8×36×40×7（Z×d×D×B）齒數(shù)為8，小徑為36mm，大徑為40mm，齒寬為7mm，倒角為0.3mm，粉碎刀軸的最小直徑為80mm，故選花鍵為；10×82×86×12。
（a）外花鍵 （b）內(nèi)花鍵
圖3-4 內(nèi)、外花鍵圖
2.軸的結構設計：
在本次設計中主傳動軸安排在箱體的中間位置，因為它上面裝兩個齒輪，并且與離合器相連接，故有兩個花鍵及一個軸有連接。為了使箱體的優(yōu)化加工，應選大小兩個外徑一樣大的同型號軸承，齒輪1左邊用套筒來定位，右邊用軸肩定位，兩軸承分別以軸肩和套筒定位，采用過渡配合或過盈配合裝入，右邊齒輪z3的左邊與軸承套筒相連，右邊通過調(diào)速螺母和墊片來調(diào)節(jié)。
Ⅰ段即為與離合器相連接部分，它是由所造花鍵來確定的，初步設定長度為73，它的直徑為花鍵大徑d1＝50mm。
Ⅱ段直徑d2＝50（由機械設計手冊查齒輪倒角c1=2.5-3.5mm，由此段安裝入軸承，故取c=3.5,d2=d1+2c=50+3.5*2=57mm），亦符合氈圈離封標準軸徑，也符合軸承內(nèi)徑要求。
初選30210系列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為50mm。
Ⅲ段安裝齒輪１，根據(jù)齒輪的設計，這段軸為階梯軸，大徑為140mm，第二階為76mm，初步設計這段長度為60mm。
Ⅳ段為傳動部分，是主傳動軸最長的部分，這段主要是為了齒輪2和齒輪3的空間而留，為了軸的加工方便，設計這段軸的直徑為40mm，這段長度為220mm。
Ⅴ段為軸肩，其直徑為48mm。
Ⅵ段為安裝齒輪3，為了在加工的過程中減小挽刀的次數(shù)，故在符合軸的強度及抗扭強度上，采用與離合器相同的外花鍵，故這段軸的長度為50mm，最大直徑為50mm。
Ⅶ段為安裝軸承，初步定軸承的型號為30210系列軸承，它的內(nèi)徑為50mm。
Ⅷ段為螺紋結構，它是用來調(diào)整齒輪３位置并鎖緊軸承２防止其軸向跳動，它的長度為17mm。
軸的結構設計草圖如圖3-5所示。
圖3-5 主動軸結構簡圖
根據(jù)這種設計方法，齒輪軸的初步設計見圖3-6所示：
圖3- 6齒輪軸結構簡圖
§3.3 軸承的選擇
§3.3.1滾動軸承的工作特性
1．負荷能力
滾動軸承的負荷能力與軸承類型和尺寸有關。相同外形尺寸下，滾子軸承的負荷能力為球軸承的1.5～3倍。滾動軸承的選用，即應該滿足外載荷的要求，又應該盡量發(fā)揮軸承本身的負荷能力。
2．速度特性
滾動軸承的工作轉速上升到一定限度后，滾動體和保持架的慣性力，以及極小的形狀偏差，不僅導致運動狀態(tài)惡化，而且造成摩擦面間溫度升高和潤滑劑的性能變化，從而導致滾動體回火或軸承元件的膠合失效。在一定負荷和潤滑條件下，滾動軸承所能允許的最高轉速稱之為極限轉速。它與軸承類型、尺寸、精度、油隙、保持架的材料和結構、潤滑方式、潤滑劑的性能和用量、負荷的大小和方向以及散熱條件等因素有關。一般來說，圓錐滾子軸承具有較高的極限轉速。
§3.3.2滾動軸承類型選擇原則
1．軸轉速較高，負荷不大，而旋轉精度要求較高時，宜用球軸承，如：6000型。
2．轉速較低負荷較大或沖擊負荷時，宜采用滾子軸承，如：2000型，3000型。
3．支點跨距大，軸的變形大或多支點軸，宜采用調(diào)心軸承，如：1000型、3000型、69000型。
根據(jù)以上原則及分析，類比三門峽通用機械廠的設計數(shù)據(jù)，選用30000型圓錐滾子軸承，其受力及壽命均能滿足設計要求。軸承如圖3-7所示：
圖3-7 圓錐滾子軸承
第四章：秸稈粉碎還田機刀具的研究
§4.1 秸稈粉碎還田機刀具布置的研究
秸稈粉碎還田機刀輥（包裹刀軸、刀具及附件）的振動危害性非常大，不但影響粉碎性能，而且對整機也有極大的破壞性。例如：懸掛架、機罩開焊開裂，膠帶（或鏈條）拉斷或磨損失效等等。影響機具振動的因素很多，如刀輥、傳動系、工況等。其中刀具布置的合理性是影響機具振動的重要因素。因此，本文對刀具布置加以研究，以使刀輥的振動減至最小。
§4.1.1刀輥振動分析
空載情況下刀輥高速旋轉，受力比較復雜，可以從靜態(tài)分量和動態(tài)分量兩方面來考慮。其中，靜態(tài)分量包括刀輥自重、軸承支力、傳動扭矩等；動態(tài)分量則指刀輥、刀具及其附件由于旋轉而產(chǎn)生的離心力，現(xiàn)有機器一般具有以下特點：刀軸近似為勻質(zhì)回轉件，刀具軸向間距相等，刀具周向間距角度相等。這些特點可保證到輥自重及其作用點在旋轉過程中是變動的，實質(zhì)上，刀輥正是通過軸承支力使整機產(chǎn)生振動。假如能夠保證動態(tài)分量平衡，軸承支力可視為不變量。這樣，刀輥自重、軸承支力、傳動扭矩3個靜態(tài)分量就在旋轉過程中達到了平衡。刀軸一般可以認為是勻質(zhì)回轉件，它的離心力可視為零。因此，減振的關鍵在于使刀具及其附件的離心力保持平衡。
§4.1.2“均力免振假設”的提出
秸稈還田機的轉速一般都比較高，由于刀輥不平衡，在高速運轉的狀況下，會產(chǎn)生較大的振動。在刀軸上合理排列刀片是減振的重要措施。目前掌握的國內(nèi)外有關這方面的資料甚少，我們在分析秸稈還田機刀片排列以及與之類似的還田機彎刀排列，錘片式粉碎機錘片排列基礎上，歸納出一些秸稈還田機刀片排列必須遵循的原則以及不是必須滿足但對秸稈還田機工作防振等有利用的原則：
（1）空載旋轉時刀軸受力均勻，刀片產(chǎn)生的離心力的合力為零，即徑向受力必須平衡。
（2）軸向相鄰刀片間距以不產(chǎn)生實際漏切割帶為原則。
（3）軸向相鄰兩刀片徑向夾角要盡量大。
（4）相繼打擊秸稈的刀片的軸向距離越大越好，以免干擾和堵塞。
（5）所有刀片沿刀軸周向盡量呈等角分布，以使工作平衡，刀軸負荷均勻。
（6）盡量每次一組刀片打擊秸稈。
（7）制造及裝配要方便。
（8）功率消耗盡量小。
根據(jù)這些原則，我們進一步提出假設：某一種刀片排列方式能滿足刀片在刀輥軸向上等間分布，而在刀軸周向上等角度分布，并且滿足刀輥空載時受力均勻，徑向平衡的基本條件，那么它就是能達到減振要求的優(yōu)先排列。
§4.2刀具設計及選擇
§4.2.1 刀具結構形式選擇
現(xiàn)在常見的甩刀有以下幾種：直刀型、L型刀、錘爪型、T型刀等。
1．L型及其改進型
玉米、高梁等高桿作物，由于秸稈較粗而脆、剛度較好，所以此類秸稈的粉碎多以打擊粉碎為主，切割為輔，因而對刃口的鋒利程度要求不高，而且都是單支撐切割，刀片形狀為L型，如圖4—1所示。它的工作過程是高速旋轉的刀片打擊秸稈，從而達到粉碎目的。理論上L改進型刀片要比L型刀片粉碎秸稈所需的功耗小30%～40%。因為L型改進刀片切割秸稈是斜切，即刀片與秸稈纖維成一定斜角；而L型刀片切割秸稈是橫斷切，即刀片垂直秸稈纖維。實際上秸稈粉碎還有打擊的因素摻雜其中，但綜合作用的結果仍然是L改進型刀片功效好。其次，刀片在工作過程中又不是不可避免地要打土。在同等入土深度的情況下，L改進型刀片接觸土的總長度要比L型短，這樣，L改進型刀片也要比L型省力，所以目前大多數(shù)用于玉米、高梁等高稈作物秸稈還田機的刀片都采用L改進型。目前，此類型刀片已形成標準，代號為 ZB B93008—88。
其中L改進型刀片幾何參數(shù)見圖4—1（b）（40位單面刃口刀片的寬度）。
（a） L型橫斷切 （b） L改進型，斜切
圖4—1 L型及其改進型
2．T型刀片
T型刀片的特點是既有橫向切割，又有縱向切割，即在切割的同時還通過刀柄的刃部將秸稈打裂。由于它的結構復雜所以較多的用于立式摘剝機的還田機上。
3．爪型刀片
爪型刀片又稱錘爪式刀片，如圖4—2示，它的主要工作原理是利用高速旋轉的錘爪來搗碎、撕剪秸稈。由于錘爪質(zhì)量較大，且其重心靠外，旋轉時轉動慣量很大，粉碎效果較好。錘爪一般采用高強度耐磨鑄鋼，強度大耐磨損。由于它旋轉時的能量出貯存大，常用于大中型秸稈還田機上。河北石家莊農(nóng)機廠生產(chǎn)的4Q系列秸稈粉碎還田機就是使用的這種。
圖4—2 錘爪刀片
4.直刀片
對于香蕉秸稈還田，由于香蕉秸稈比較脆，所以香蕉秸稈的粉碎主要以打擊為主，切斷為輔。因此，香蕉秸稈還田機以直刀片形式為最好。直刀片如圖4-3所示：
圖4—3 直刀片
實驗結果及設計任務的要求，此秸稈還田機是與東方紅X-824型拖拉機配套使用的，且直刀片適應性強，對香蕉秸稈具有較好的粉碎性能。所以選用直刀片。根據(jù)動力學原理，甩刀的能量T為：
式（4-1）
式中 J為轉動慣量，
m為錘爪質(zhì)量，kg；
為轉動物體的慣性半徑
為軸轉動的角速度
v為刀片末端線速度
從式中可以看出，在一定的前提下，適當增大甩刀的慣性半徑，即增加轉動慣量，就可提高甩刀的打擊能量，提高粉碎質(zhì)量。
§4.2.2 刀片的選材及熱處理
由于秸稈還田機刀片經(jīng)常與泥土、秸稈等摩擦，工作條件極為惡劣，所以要求選材要好，要有較強的耐磨性和較高的抗沖擊韌性，通過比較不同材料的十幾種熱處理工藝的實驗結果，最終篩選出兩種材料的熱處理工藝，即65Mn合金鋼等溫處理工藝和28SiMnB合金鋼強熱化處理工藝，經(jīng)過這兩種工藝處理后，材料的各項技術指標明顯提高。
1．65Mn合金鋼等溫處理工藝
將加工好的刀片加熱到830～840保溫10分鐘后，爐內(nèi)冷卻到250～260時，保溫30分鐘正火，然后250～260回火2小時。
2．28SiMnB強熱化處理工藝
將刀片加熱到880～900保溫10分鐘，然后用10%的水溶液淬火，最后
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在180～200回火2小時。除此之外，也可采用單面氧炔噴焊工藝，這種工藝加工出的刀片還具有自磨銳性能。
根據(jù)這兩種材料對比，刀片材料選用65Mn。
§4.2.3刀片合理密度及最佳排列方式
1．刀片合理密度
通過實驗可知，對秸稈還田機，并非刀片數(shù)目越多，粉碎質(zhì)量越好。刀片的數(shù)量有一個最佳值，過多或過少都會使粉碎質(zhì)量下降。刀片數(shù)目過少，秸稈沒有被充分的切割打擊，而是粉碎出的物料塊大稈長；刀片數(shù)目過多，一方面空載功耗大，另一方面，過多的刀片使被粉碎的物料難以很快排出粉碎室，已造成局部暫時堵塞而影響粉碎。刀片數(shù)量的最佳值一般由刀片的密度來確定：
刀片密度 C 式（4-2）
式中 N—刀片總數(shù)，片；
L—刀片在主軸上分布的長度，mm;
對于直刀片型，刀片密度取的大些，一般取C=0.05～0.07片/mm，對于L型及L改進型一般取C=0.02～0.04片/mm，而對于T型刀片，C值較小，取C=0.01片/mm，直刀片為12mm/片。
2．刀片的末端線速度及動能
由公式可以看出，刀片速度的大小直接影響到片動能的大小，也就直接關系到粉碎的質(zhì)量。一般刀片的末端線速度為30～50m/s，粉碎香蕉秸稈刀片速度可適當高些，速度提高了，刀片的動能就增大，粉碎質(zhì)量也會更好。
3．刀片的排列方式
刀片的排列方式對于秸稈還田至關重要，合理的排列方式不僅能使還田機粉碎質(zhì)量提高，而且還可以使還田機平衡性能好，減輕還田機的震動。這一點對于拖拉機來講也非常重要，還田機的震動解決不好，不僅機具本身被震壞，對拖拉機的壽命影響也很大。目前大多數(shù)秸稈還田機采用加配重的方法解決震動問題，這樣做不僅制造繁瑣，而且配重加入后不同程度地影響粉碎質(zhì)量。因此探討免震的刀片排列方式尤為重要。
甩刀的排列方式有單螺旋線排列、雙螺旋線排列、星形排列、對稱排列幾種。不管那種排列均應滿足：
（1） 刀軸受力均勻，徑向受力平衡。
（2） 相鄰兩刀片徑向夾角要大。
單雙螺旋線排列有一個共同的弊病，即在粉碎過程中，秸稈側向移動
現(xiàn)象嚴重，使還田機有“一頭沉”現(xiàn)象。
根據(jù)所要切割秸稈的長度要求，綜合以上布置原則，參考三門峽通用機械廠的產(chǎn)品，且考慮到刀具平衡問題，并且參考農(nóng)業(yè)機械設計手冊中旋耕機刀具布置結構和李慶軍等的“秸稈還田機具布置的研究”，確立使用對稱排列的排刀方式，在刀柄的兩端各裝一個直刀片，結構如圖4-5所示：
圖4-5 粉碎裝置
第五章 其它零件的設計及注意
§5.1其它零件設計
在本次的設計中，主傳動箱體是用在農(nóng)業(yè)用途上，當傳動軸在高速運轉時，一些樹枝及土塊飛濺上運轉的軸時，將會使它們以更快的速度飛濺出去，容易造成人身的傷害，一些柔性物質(zhì)繞在運轉的軸上，容易造成一些零件的損壞。故需要軸筒把這些旋轉的軸保護起來，使它不能被別的東西毀壞，也不致傷到別人。
本次設計中用到兩個軸筒，它們分別是側傳動軸上的側軸筒和粉碎刀軸上的下軸筒。
密封法蘭盤：密封法蘭盤是可防止油流經(jīng)軸承流到地面污染土地，密封法蘭盤上裝有密封圈，它與下軸筒相聯(lián)結使刀軸從法蘭盤中伸出。其結構圖5-1如下：
圖5-1 密封法蘭盤圖
§5.2 設計箱體時應注意的問題
設計箱體時應考慮以下幾個方面的問題：
機體要有足夠的剛度，機體剛度不夠，會在加工和工作的過程中產(chǎn)生不容許的變形，引起軸承座孔中心線歪斜，在傳動這產(chǎn)生偏載，影響減速器的正常工作。因此要在設計機制是，首先保證軸承座的剛度，為此應使軸承有足夠的壁厚，并在軸承座的附近加支撐肋。
應在考慮便于機體加工零件的潤滑，密封的散熱，對大多數(shù)的減速器由于傳動件的圓周速度V小于等于12米每秒，故常用鋟油潤滑，因此機體內(nèi)需要有足夠的潤滑油用以潤滑和散熱。同時為了避免油攪動是沉渣泛起，齒輪頂?shù)接统氐酌娴木嚯x不應小于30—50mm。
機體結構要有良好的工藝性，機體結構工藝性的好壞，對提高加工精度和裝配質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率以及便于檢修、維護等方面有直接的影響。故應特別注意，在設計鑄造機體時，應該考慮到鑄造工藝的特點，力求形狀簡單、壁厚均勻、過度平緩，金屬不要局部積聚。還應該機體外形簡單，校核方便，盡量避免出現(xiàn)狹縫，否則沙型強度不夠，在取模和澆注形成廢品。
機體加工要求在設計時，應盡可能減少機械加工面積以提高勞動生產(chǎn)率，并減少刀具磨損，為了保證加工精度并縮短加工工時，應盡可能減少在機械加工時工件和刀具的調(diào)整次數(shù)，其中與螺栓頭部或螺母接觸的支承面，應進行機械加工，這樣可以保證機體安裝的平穩(wěn)性。
主傳動箱體的設計圖見圖紙（１號零件圖）
在本次的設計中，由于是選用直齒圓錐齒輪，這樣軸承它受兩種不同的力，一種是軸向力，一種是徑向力，這樣深溝球軸承就滿足不了要求，故選擇圓錐滾子軸承，這種軸承既可以承受軸向力作用，同時也可以承受徑向力作用。
本次設計中共選擇了３對不同的軸承，其中也有一個深溝球軸承，代號為6309系列，圓錐滾子軸承有30010，30011，30012三個不同系列的軸承。
§5.3附屬零件的選用
1.放油螺塞
減速器底一般都有放油螺塞，在本次的設計中也不例外，它也有放油螺塞．它用來排出污油，注油前用螺塞封住螺紋孔，防止油流出來。
2.通氣孔
減速器運行時，由于摩擦發(fā)熱，使機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導致潤滑油從縫隙（如剖面軸深出間隙）向外滲漏。所以多在機蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣孔，使體內(nèi)熱漲氣體自由逸出，達到機體內(nèi)外氣壓相等，提高機體有縫隙出的密封性能。
3.調(diào)整墊片
調(diào)整墊片由多片很薄的軟金屬制成，用以調(diào)整軸承間隙，有的墊片還要起填整傳動零件（如蝸輪 圓錐 齒輪等，本次設計中調(diào)整圓錐齒輪）軸向位置的作用。
4.密封裝置
在伸出軸與可通端蓋之間有間隙，必須安裝密封件，以防止漏油和污物進入機體內(nèi)，造成不必要的影響。密封件多為標準件，其密封效果相差很大，應根據(jù)具體情況的不同而選用不同的密封件。
5.軸承端蓋結構
軸承端蓋用以固定軸承及調(diào)整軸承間隙并承受軸承向力，軸承端蓋有嵌入式和凸緣式兩種。本次設計中運用的就是凸緣式軸承端蓋。
凸緣式軸承端蓋調(diào)整軸承間隙比較方便，密封性能也好，所以用的較多．這種端蓋多用鑄鐵鑄造，所以要很好考慮鑄造工藝。例如在設計穿通式軸承端蓋時，由于裝置密封件需要較大的端蓋厚度，這時應考慮鑄造工藝，盡量使整個端蓋厚度均勻，當軸承端蓋的寬度較大時，為了減少加工量，可在端部鑄出一段較小的直徑Ｄ，但必須保留有足夠的長度Ｌ，否則擰緊螺釘時容易使端蓋傾斜，以致軸承受力不均，可取L＝0.15D。
6.軸承的潤滑與密封
根據(jù)軸徑的速度，軸承可以用潤滑脂和潤滑油潤滑，當浸油齒輪圓周速度小于2m/s時，宜用潤滑脂來潤滑，當浸油齒輪圓周速度大于２m/s時，可采用機體內(nèi)的油液的飛濺來直接潤滑軸承式引導飛濺在機體內(nèi)壁上的油溝經(jīng)流通道流到軸承面上進行潤滑．如采用脂潤滑時應在軸承旁加擋油板，在本次設計中，均采用潤滑油來潤滑。
當軸承旁是斜齒輪時，而且斜齒輪直徑小于軸承外徑時，由于斜齒有沿齒輪軸向派油作用，使過多的潤滑油件沖向軸承，尤其在高速時更為嚴重，增加軸承阻力，還有齒輪嚙合時會出現(xiàn)一些細小的金屬粒掉入軸承，造成軸承運動的不暢，影響它的運行及使用壽命，所以應在軸承旁裝置擋油板，擋油板可可用薄鋼沖壓式用圓鋼車制，也可以用鑄造成型。
7.減速器箱體的設計
主傳動箱體是用以支承和固定軸系零件并保證傳動件嚙合精度和良好的潤滑及軸系可靠密封的重要零件，其重量占整個主傳動機構的總重量的3%－5%。因此，設計機箱體結構時必須綜合考慮傳動質(zhì)量，加工的工藝及成本等一系列的問題。
主傳動箱體可以是鑄造的，也可以是焊接的，本次設計要求機體采用HT200鑄造制成。鑄鐵是具有較好的吸振性，容易切削且承受性能良好，但它的缺點是重量較大，但仍廣泛的應用于各行各業(yè)中。
變速器的機體可以采用部分式或整體式結構，剖分式被廣泛采用，但本次設計的機體是采用整體式，它的優(yōu)點是提高了孔的加工精度，減少了零件數(shù)量，但裝配較復雜，裝配精度高。
第六章 安裝調(diào)試與使用維護
§6.1零件安裝
§6.1.1輥子與刀盤的安裝
因為輥子與刀盤不經(jīng)常拆卸安裝,把輥子和刀盤的聯(lián)接采用焊接。焊接就是通過加熱或加壓或兩者并用,采用填充材料使連接件達到原子結合的加工方法。其實質(zhì)就是使被焊接金屬的原子之間相互擴散,相互結合,并形成整體。它屬于永久性連接金屬的工藝方法,其具有其他連接方法所沒有的優(yōu)點：
(1) 節(jié)省材料和工時,減輕結構的質(zhì)量。
(2) 焊接接頭的致密性好,可以制造密封容器。
(3) 生產(chǎn)率高,便于機械化自動化生產(chǎn)。
但是由于焊接過程中局部加熱或冷卻,容易產(chǎn)生焊接應力、變形及焊縫等缺陷，并且有些金屬的焊接要求比較復雜的工藝措施才能保證焊接質(zhì)量。
§6.1.2焊接性
在焊接中常用的材料是鋼材，實踐證明鋼的碳含量越高焊接性越差，當Wce<0.4% 時,鋼的焊接性較好，當Ｗce=(0.4%-0.6%)時，鋼的焊接性一般，當Wce>0.6%時,鋼的焊接性差。
根據(jù)鋼材的這種焊接特性，本次設計中錕子和刀盤的材料都是根據(jù)這種特性來選擇的,錕子材料是35號鋼,刀盤材料是45號鋼,兩者能夠進行良好的焊接。
§6.2 刀盤與刀具的安裝
1．刀具在長時間使用后,會磨損和損壞,要不斷地把這些損壞的刀具拆卸下來,換裝新刀，由此,在此設計中,刀具和刀盤的聯(lián)結采用螺栓連接,能夠滿足這種工作要求。但是刀具在工作時,會對螺栓產(chǎn)生很大的剪切力,按照傳統(tǒng)的方法是直接選用標準件,以節(jié)省設計時間,在此次設計中,不能采用標準件螺栓,需要根據(jù)這種工作特點來設計出合適的螺栓。
這種結構的設計優(yōu)點是能夠避免刀具在工作中和螺栓產(chǎn)生很大的剪切力,把螺紋損壞.因此,用此軸連接可避免這種情況。
2．螺栓材料選擇:
螺栓在工作中要受到剪切力,并不承受拉力和應力,因此,選用25鋼來加工螺栓。
§6.3 秸稈還田機的正確使用及注意事項
§6.3.1作業(yè)前的準備:
1. 認真閱讀使用說明書,熟悉秸稈還田機的技術性能及安全操作要領。
2. 檢查萬向節(jié)安裝的正確性!萬向節(jié)若安裝錯誤,則會產(chǎn)生響聲,加劇還田機的震動,并引起機件損壞。
3. 檢查各部件固定是否牢靠,各轉動部件是否靈活,有無碰撞現(xiàn)象,齒輪箱機油是否達到標定油位,各軸承部位是否注足黃油。
4. 檢查并調(diào)整還田機橫向,縱向水平程度和留茬高度。
5. 檢查地輪的調(diào)整是否與土壤干濕度,堅定度,作物種植形式及地表平整狀況相適宜。
6. 檢查三角皮帶的松架度,用手力壓,帶體下沉5mm為宜,在作業(yè)中應隨時檢查,以免降低刀軸轉速,影響粉碎質(zhì)量和加劇三角帶的磨損。
7. 檢查完畢后(機后嚴禁站人),應進行空負荷運轉5-10min,檢查有無異常現(xiàn)象,如強烈震動,摩擦,碰撞等,確定各部件運轉正常后方可準備作業(yè)。
8. 察看待作業(yè)地塊有無障礙物,如石塊,樹根等,對不能移動的障礙物應設明顯標志,對堆放的作物秸桿應均勻散開!以保證作業(yè)質(zhì)量。
§6.3.2作業(yè)操作
1. 作業(yè)前,應先將還田機提升到直刀片離地20-25cm高度.接合動力輸出軸,轉動1-2min掛上作業(yè)檔,緩慢放松離合器踏板,同時操作液壓升降調(diào)節(jié)手柄;使還田機逐步降至所需要的留茬高度,隨之加大油門投入正常作業(yè)。
2. 作業(yè)時,禁止直刀片甩入土作業(yè),防止無限增加扭矩而引起機具損壞;作業(yè)時應及時清除纏草;避開土埂及其它障礙物;地頭應留有3-5m機組回轉地帶。
3. 作業(yè)轉彎或倒退時應先提升機具,提升位置不應過高,以免萬向節(jié)傾角過大造成機件損壞,轉彎或倒退后方可降落工作,轉移地塊或路上行走時必須切斷拖拉機后輸出動力。
4. 作業(yè)時若聽到有異常響聲,應立即停車檢查,排除故障后方可繼續(xù)作業(yè)。
§6.3.3注意事項
1. 還田機作業(yè)時刀具禁止打土。
2. 每班作業(yè)前必須檢查各連接螺栓,螺母和刀具銷軸連接是否牢固。
3. 還田機運轉時機后嚴禁站人或跟蹤。
4. 禁止帶負荷轉彎或倒退。
5. 還田機運轉時嚴禁檢查,保養(yǎng)和排除故障。
6. 還田機運轉時嚴禁猛提猛放升降裝置。
§6.4 還田機故障與排除方法
還田機是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的機具之一,為使機手在使用中正確維護并能解決常見的故障,提高作業(yè)質(zhì)量,以下介紹部分常見故障及其排除方法。
1. 刀片斷裂和變形
(1) 原因 刀片質(zhì)量差、過硬易斷、過軟則易彎曲;機具落地太快,與起步結合動力不協(xié)調(diào)。
(2) 排除和預防的措施 選擇專業(yè)廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,先起步,再結合動力輸出軸,最后再緩慢落下還田機,使其在前進中逐漸入土。
2. 傳動系統(tǒng)損壞
(1) 原因 機手操作不當、萬向節(jié)選擇錯誤、機具的安裝不當、作業(yè)前后沒及時保養(yǎng)機具、地頭轉彎時、農(nóng)具提升過晚。
(2) 排除和預防的方法 嚴格按前述正確的方法入土落機,使傳動系統(tǒng)受力均勻;萬向節(jié)方軸和軸套的選擇要適于作業(yè)機的型號,不可與其他機型的方軸和軸套混用；安裝萬向節(jié)時要注意萬向節(jié)的夾叉開口要在同一個水平面內(nèi),保證刀軸旋轉均勻；嚴格按說明書要求潤滑保養(yǎng)機具,防止出現(xiàn)干磨；農(nóng)具提升高度不宜過高,刀齒離地20cm以下,傳動軸的傾角不超過30°；轉彎時，必須先提起農(nóng)具然后轉彎，不得先轉彎后提農(nóng)具，也不得邊轉彎邊提農(nóng)具。
3．超負荷
(1)原因 耕深過大，刀刃方向裝反、前進速度過快、萬向節(jié)安裝不當、阻力增大。
(2)排除和預防的方法 減少耕深、糾正裝反的刀齒、將刀齒刃口磨銳、降低行進速度、重新安裝萬向節(jié)。
4．萬向節(jié)損壞
(1)原因
安裝不當、保養(yǎng)不良、萬向節(jié)選擇不當。
(2)排除和預防的措施
變速箱在工作位置時與方軸夾角不得超過１０°、提升時該夾角不得超過３０°、及時保養(yǎng)、潤滑萬向節(jié)。
5．振動大
(1)原因
萬向節(jié)安裝不當、螺栓松動、個別刀齒裝反、刀齒質(zhì)量不均勻、萬向節(jié)夾叉開口不在同一個平面內(nèi)、軸承磨損嚴重、間隙變大而振動。
(2)排除的方法
緊固松動的螺栓、對磨損嚴重的軸承要更換新的。
結 論
在朱德榮老師近三個月的耐心指導下，我和同學一起完成了這次的畢業(yè)設計任務。在這次設計中，我主要負責的是香蕉秸稈還田機的切和傳動部分碎的設計。
通過這次畢業(yè)設計，我總結如下：
（1） 雖然設計很不滿意，但我基本掌握了設計的方法。
（2） 通過實地調(diào)研、查找資料，類比同類機型等各種方法，獲得必要的機器和設計參數(shù)。
（3） 在盡量準備的基礎上，通過計算、比較、優(yōu)化參數(shù)，以使獲得最好的設計效果。
（4） 在用CAD作圖中，進行反復的比較，在不斷的修改中逐漸完善設計的合理性，使裝備的結構性、整體性盡量完善。
但是，也有不足：
（1） 設計中 ，總感知識的貧乏，力不從心，使自己很痛苦。望在以后的工作中把此克服掉。
（2） 自己的創(chuàng)新意識不足，在有了草案或在設計過程中，與別人比較，總感自己方案不是很好，就得從頭再來，把好的轉化為自己的。望自己能盡快趕上能人，直至超過為好。
這次設計是對以前所學知識的一次綜合檢驗，是對個人綜合素質(zhì)的一次考評。通過設計，我對以前所學知識有了進一步的認識，尋找問題、分析問題、解決問題的能力有了進一步的提高，這是一次極好的鍛煉機會。同時，在設計中，有些設計還不夠優(yōu)化、不夠合理等，這些問題我會在以后的工作中克服掉。
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致 謝
本次畢業(yè)設計過程中，得到了各方面的大力幫助，首先帶我設計的指導老師朱德榮老師給我耐心的指導，對我不明白的地方給予耐心細致的講解，直到我徹底明白為之，這使我受益匪淺。同時，在我整個設計過程中，給我耐心地提供了大量的實驗參數(shù)和參考資料，并提出了很多好的建議和設計方法，這些對我做好此次設計以及改進我的設計思路都有很大的幫助，真可為受益匪淺，朱老師多次到實驗室親自指導我們，并給我們做詳細的講解各個部分的功用和有關技術要求，這使我對整個還田機的工作過程、工作原理等有了一個全面地認識。另外，還給我們講了香蕉秸稈粉碎機的市場供求情況及相關的生產(chǎn)廠家，使我們增長了很多見識，學到了許多課本上學不到的知識，在此我向朱老師表示我最誠摯的感謝！
此外，還得到了很多老師的熱情幫助，若沒有這么多老師的細心指導，我很難把此次設計做好。在此感謝老師們！