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山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文11本課題研究的目的和意義積僅相當(dāng)于荷蘭的14，平均單產(chǎn)僅為荷蘭的1314。國內(nèi)棚室高度比較耕作層厚度為155菜根系的8090分布其中；耕層土壤的容積，并有隨棚室內(nèi)采用柴油機(jī)和汽油機(jī)作為動力，對溫室的環(huán)境造成污染(付靜等，2006；應(yīng)義斌等，1998)。近幾年，通過引進(jìn)、消化和吸收，國內(nèi)研發(fā)了一些溫室小型耕作機(jī)械，有的還設(shè)計有多種作業(yè)功能，以提高機(jī)械的利用率。但是大多產(chǎn)品外型尺寸及結(jié)構(gòu)質(zhì)量偏大，操作不靈便，僅適用于大型溫室。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面還存在一些問題。對于占絕大多數(shù)的簡易溫室和大棚來說，目前適用的機(jī)型還不多，尤其是結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、效率高、使用經(jīng)濟(jì)的大棚耕作機(jī)械，幾乎是風(fēng)毛麟角。針對上述情況，開展適用于簡易棚室的土壤耕作機(jī)具的研究，對工作部件進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步減小機(jī)具尺寸，提高機(jī)器作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動性，盡可能地減輕機(jī)器作業(yè)時對環(huán)境的污染，對于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)，改善農(nóng)民的生產(chǎn)條件，增加農(nóng)民的收入，具有重要的現(xiàn)實意義(樊121國外溫室耕耘機(jī)械的研究現(xiàn)狀播種、間苗、灌溉、中耕和除草等作業(yè)均已實現(xiàn)機(jī)械化。日本、韓國等國家生產(chǎn)的手扶系列多功能耕耘機(jī)，其操作把手上下左右可隨意調(diào)節(jié)，作業(yè)性能好?？梢栽跍厥抑羞M(jìn)行耕地、移栽、開溝、起壟、中耕、鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運(yùn)輸?shù)榷喾N作業(yè)。這些耕耘機(jī)體積小、重心低、功能全、用途廣、廢氣排放少，并且具有工作部件更換、安裝容易等特點。發(fā)達(dá)國家擁有先進(jìn)的溫室和管理技術(shù)，日本、意大利、荷蘭、以色列草等許多作業(yè)項目都實現(xiàn)了機(jī)械化(設(shè)施農(nóng)業(yè)，2005)。為30466用于配帶其它農(nóng)具，如鏵式犁、除草鏟、中耕鏟、齒耙等。意大利MY007)，以33用于菜園、花圃，一次能完成旋耕培土兩項作業(yè)。該公司還生產(chǎn)589736等作業(yè)(樊桂菊，2003；蘇臣等，1995)。m。置于旋耕部件前方的松土鏟使土壤表層形成裂縫，改善旋耕部件的工作條m。日本和韓國生產(chǎn)的機(jī)具，除了體積小以外，還具有多功能的特點。日本、韓國等國家的小型耕耘機(jī)，多以228少對棚室內(nèi)的空氣污染，近幾年，也出現(xiàn)了用電動機(jī)作動力的小型自走式獲、產(chǎn)品處理與加工等工序都己實現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)具的突出特點是小而精，耐用，使用起來輕松自如。例如，日本生產(chǎn)的驅(qū)動輪行走式旋耕機(jī)，韓國理、收獲等多項作業(yè)。英國FW要用于熟地分m，接著旋耕表層土壤，作業(yè)深度m，最后用圓柱形滾動鎮(zhèn)壓器鎮(zhèn)壓地表。鎮(zhèn)壓器的圓周線速度比農(nóng)具前進(jìn)速度高1175倍。鎮(zhèn)壓器的作用是壓碎大土塊，尤其在粘重土質(zhì)的地塊中保證了旋耕機(jī)的工作質(zhì)量。在熟地上作業(yè)時，為了使切割粉碎作業(yè)的效果更好，旋耕機(jī)了新型的齒狀旋耕刀。與以往的工作部件比較，其旋耕效果好，且節(jié)省能耗(周建來，1991)。近幾年，隨著國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的提高，由大中專院校、科研院所和企業(yè)相結(jié)合，研制開發(fā)了的一些能夠進(jìn)行溫室內(nèi)作業(yè)的小型自走式旋耕機(jī)、微型多功能田園管理機(jī)等。由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院研制的溫室電動爪式松土機(jī)(劉爪，模擬人強(qiáng)了對大棚內(nèi)松軟濕潤土壤的碎土能力，具有人工刨土的作業(yè)效果，且避免了廢氣排放對棚室環(huán)境的污染。缺點是松土深度偏小，試驗發(fā)現(xiàn)松土深度僅有8松土爪齒抬起幅度過大，不易在棚室內(nèi)邊角地帶作業(yè)，在松土爪柄內(nèi)安裝緩沖彈簧前，工作過程中有擁土現(xiàn)象，導(dǎo)致功耗增加。型禾豐牌多功能田園管理機(jī)，配置294(楊書勇，1998)。金牛大興萬能管理機(jī)，由沈陽金?？倧S從韓國引進(jìn)開發(fā)的新產(chǎn)品。以四沖程單缸汽油機(jī)為動力，最大功率為552臺主機(jī)可與深旋耕機(jī)、000rPm，整機(jī)重量106左右、上下調(diào)節(jié)。作業(yè)幅寬8001200123國內(nèi)外溫室耕耘機(jī)械存在的問題2000)，而且不適合在簡易棚室內(nèi)使用。國內(nèi)盡管研制生產(chǎn)了一些小型耕作機(jī)械，有的微耕機(jī)還具備多種作8義斌等，1998；相俊紅等，2001)。耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)不同，土壤產(chǎn)生的作業(yè)阻力也不一樣，它直接影響耕作機(jī)具的功率消耗(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1996)。131土壤的通氣性溫室內(nèi)的土壤由于復(fù)種指數(shù)高，施肥、灌溉、耕作的頻率都超過一般的農(nóng)田土，并且有機(jī)質(zhì)含量明顯高于農(nóng)田土，所以其土壤容重低于農(nóng)田土g土壤的總孔隙度增加，但非毛管空隙度低于農(nóng)田土，土壤總孔隙度的改善有利于有機(jī)質(zhì)的礦化，但同時提高了硝化細(xì)菌的活性，從而使土壤殘留的硝態(tài)氮增加，產(chǎn)生濃度危害。132土壤溫度大棚內(nèi)地溫高于露地，同時又有一定的晝夜溫差，這樣有利于蔬菜作物體內(nèi)物質(zhì)的積累，但地溫的增加也會提高硝化細(xì)菌的活性。另外，地溫的提高會使土壤中的多數(shù)微生物種群大量繁殖，促使有機(jī)質(zhì)礦化，還可以造成微生物與根系對有機(jī)營養(yǎng)的競爭。133土壤水分大棚內(nèi)作物種植過程中灌溉次數(shù)多，水的用量大，但由于氣溫、地溫過高，容易形成較為干旱的土體生態(tài)環(huán)境。據(jù)有關(guān)專家研究，土壤水吸力是影響蔬菜生產(chǎn)的重要原因。大棚內(nèi)水分在土壤中運(yùn)行有別于農(nóng)田，土壤水分在耕層內(nèi)的運(yùn)行方向除灌溉水后一天左右的時間外都向著地表方向，這主要緣于大棚內(nèi)的溫度較高致使蒸發(fā)強(qiáng)烈，這種現(xiàn)象會減少養(yǎng)分的淋溶流失，但易于造成表層土壤的次生鹽漬化(趙風(fēng)艷，2000；葛清萍，1998)。由于溫室土壤特有的物理特性，對溫室土壤的耕作也不同于農(nóng)田土。溫空乜動松十機(jī)的硼壤粘性較大。針對這種情況，應(yīng)該對溫室土壤進(jìn)行松土提高表層地溫。起保墑防旱作用。土壤濕度過大時，可加速表層土壤水分的蒸發(fā)，達(dá)到?jīng)鰤劦哪康摹Ｙ|(zhì)分解，提高土壤肥力，有利于農(nóng)作物根系吸收。昌蒲，1995)。一般大田作業(yè)的物理特性，迫切需要研究開發(fā)適宜于棚室內(nèi)作業(yè)、能提高松土性能、并充分利用電力資源、減輕機(jī)器作業(yè)時對環(huán)境污染的機(jī)具。因此，研制了溫室電動松土機(jī)。主要研究內(nèi)容有：深入分析人工刨地時搞頭的運(yùn)動特點，設(shè)計多種機(jī)構(gòu)模擬其運(yùn)動軌跡，通過理論分析和數(shù)學(xué)建模確定出一種其運(yùn)動形式與人工刨地時搞頭的運(yùn)動形式最相似的機(jī)構(gòu)，選定這一機(jī)構(gòu)為松土機(jī)的松土工分析影響松土機(jī)工作性能的因素，在保證農(nóng)藝要求并能盡可能減小功耗的前提下，確定松土機(jī)的各項參數(shù)，計算出松土機(jī)所需的功率，根據(jù)該山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文設(shè)計松土機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由電動機(jī)、傳動變速機(jī)構(gòu)、松土機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)等組成。電動機(jī)提供動力，電動機(jī)輸出的動力通過聯(lián)軸器傳遞給蝸輪蝸桿減速器，減速器的兩個輸出軸與其輸入軸垂直，將動力向減速器的左右兩側(cè)輸出。一側(cè)輸出軸直接帶動曲柄旋轉(zhuǎn)，通過松土爪柄將動力傳遞給松土爪齒，達(dá)到刨地的目的；另一側(cè)通過鏈輪分級傳動將動力傳遞到行走輪。在第一個過渡軸上安裝離合器，通過離合器的嚙合與分離，控制機(jī)器行走與停止。操作手柄可以控制機(jī)器轉(zhuǎn)向。利用其關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，利樣機(jī)，并對樣機(jī)進(jìn)行溫室松土作業(yè)試驗，測試其性能指標(biāo)，樣機(jī)改進(jìn)與完釜16預(yù)期目標(biāo)(1)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、輕巧靈活，操作技術(shù)容易掌握，便于普通農(nóng)民使用，能夠在相對狹小的棚室內(nèi)作業(yè)，具有廣泛的適應(yīng)性，適于在國內(nèi)(2)雙曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動松土爪模擬人工刨地的動作進(jìn)行作業(yè)。與旋耕刀相比，減小了入土阻力和拋土功率，無犁底層，保持松土后土壤具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。(3)電動機(jī)作為動力，可靠性高、操作維護(hù)簡便，不會污染溫室環(huán)境。來完成刨土動作，即在驅(qū)動力的作用下鎬頭一邊隨著機(jī)組勻速前進(jìn)，一邊起到碎土的作用。根據(jù)前面提出的作業(yè)要求，考慮使用平面連桿機(jī)構(gòu)。平211曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能做整周回轉(zhuǎn)而成為曲柄的條件為：a+心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的偏距曲柄其以一定的速度作勻速圓周運(yùn)動時，帶動連桿松土爪的長度，可以對土壤進(jìn)行切削。構(gòu)簡單，但是存在一些缺點：首先，松土爪的對各桿的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于曲柄存在條件的制約，僅增加曲柄的長度是不可取的，需適當(dāng)增加松土爪柄或者松土爪的長度，如果松土爪柄過長，松土過程中會和地面產(chǎn)生碰撞，另外，使整結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)。再次，松土過程中，在連桿的驅(qū)動下滑塊沿導(dǎo)路往復(fù)移動，而導(dǎo)路是固定在機(jī)架上的，當(dāng)松土爪切削土壤時，土壤的反作用力會通過松土爪、松土爪柄、滑塊傳遞給導(dǎo)路，容易造成機(jī)身的強(qiáng)烈震動。為此，212曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最基本的四桿機(jī)構(gòu)是具有四個轉(zhuǎn)動副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，常見的鉸鏈四為連桿。該機(jī)構(gòu)的特點是當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文與機(jī)架相鄰的曲柄為最短桿外，其余3個桿均可以為最長桿。利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為松土部件與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)相比，不僅在各桿位置的調(diào)整和長溫室電動松土機(jī)的研制雖然可以通過增大搖桿的長度來降低松土爪的抬起高度，但是會使機(jī)器的213異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)架相連，稱為連架桿，通常構(gòu)件1為原動件，并作勻速轉(zhuǎn)動，稱為曲柄；圖28異彤曲柄搖桿似于人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，可使松土機(jī)構(gòu)更好地模擬人的松土動作。在曲柄1轉(zhuǎn)動的過程中，連桿2帶動松土爪抬起落下，適當(dāng)調(diào)整A、定合適的各桿長度，可以達(dá)到理想的松土山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文見選擇異形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為松土部件比較合理。221松土機(jī)構(gòu)上各點的運(yùn)動方程必須有一下關(guān)系成立：刁百+石EF萬向做勻速直線運(yùn)動，速度為松土機(jī)前進(jìn)的速度。(23)式(23)表示搖桿的懸掛點0的絕對運(yùn)動，沿松土機(jī)的前進(jìn)方向做勻速直線運(yùn)動，速度為松土機(jī)前進(jìn)的速度，其運(yùn)動形式與原點0相同。的銳角(直線運(yùn)動的合成，運(yùn)動軌跡為余擺線。的相對位移為h，由幾何關(guān)系得：整理得角式2211)協(xié)其運(yùn)動形式和o，=一=一b+213)(214)(215)(216)(217)(218)(219)(220)(221)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文223松土機(jī)構(gòu)的平面自由度目。一般來說，機(jī)構(gòu)自由度也是機(jī)構(gòu)所需的原動件數(shù)(機(jī)械設(shè)計手冊編委(223)上式中：刀機(jī)構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)：只機(jī)構(gòu)中的低副數(shù)(轉(zhuǎn)動副和該松土機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件總數(shù)K=4，故珂=K1=41=3，低副數(shù)P，=4，高7曲柄一個原動件，該機(jī)構(gòu)的平面自由度數(shù)和原動件數(shù)是相等的。23本章小節(jié)三種平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)，確定出了松土部件的最優(yōu)方案。(2)用解析法給出了松土機(jī)構(gòu)上各點的運(yùn)動方程和速度方程。311設(shè)計原則(1)電動機(jī)作為動力，可靠性高、操作維護(hù)簡便，不污染溫室環(huán)境。(3)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、輕巧靈活，能夠在相對狹小的棚室內(nèi)作業(yè)，操作技術(shù)容易掌握，便于普通農(nóng)民的使用，適于在國內(nèi)推廣。312松土機(jī)的整體結(jié)構(gòu)合器操作桿17離合器操作桿2 8萬向輪9過渡軸所示，溫室電動松土機(jī)主要由電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、松土機(jī)構(gòu)、機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)和操作手柄等組成。電動機(jī)提供動力，其輸出軸通過聯(lián)軸器與減速器的輸入軸相連，減速器選用雙輸出軸型，一側(cè)輸出軸輸山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文出的動力直接驅(qū)動曲柄，最終通過松土爪柄將動力傳遞給松土爪齒，使其實現(xiàn)刨地的動作，減速器的輸出軸與工作軸之間用離合器連接，通過離合器的嚙合與分離，控制松土機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。另一側(cè)輸出軸輸出的動力通過鏈輪分級傳動最終將動力傳遞給行走輪，實現(xiàn)松土機(jī)的自走，在過渡軸過離合器的嚙合與分離，控制機(jī)器行走與停止，機(jī)架的后部安裝一萬向輪，通過操作手柄可以控制機(jī)器轉(zhuǎn)向。313松土機(jī)的工作原理松土機(jī)作業(yè)時，曲柄作勻速圓周運(yùn)動，通過連桿帶動搖桿繞其固定點在一定角度內(nèi)擺動，松土爪柄帶動松土爪作上下運(yùn)動，行走輪勻速向前行駛，使松土爪的運(yùn)動軌跡呈余擺線，形成切土和拋土的動作，達(dá)到人工刨地的效果，從而實現(xiàn)松土。松土機(jī)的參數(shù)可分為運(yùn)動參數(shù)、性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)動參數(shù)主要包括機(jī)組前進(jìn)速度、曲柄的轉(zhuǎn)速萬、松土速比兄(允=彤，是驅(qū)動輪輪緣的圓周線速度)、切土節(jié)距要性能參數(shù)有松土深度鼠松土幅寬B、理論生產(chǎn)率形等；結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有曲柄長度R、連桿長度三J，松土爪柄長度三一厶，搖桿長度歷，松土爪齒長度厶和行走輪直徑慮到在棚室內(nèi)作業(yè)，要求機(jī)具邊自走邊耕作，為了保證作業(yè)質(zhì)量，機(jī)器不宜行駛過快。同時過快的速度也需要較大的功率，因此，機(jī)組前進(jìn)速度應(yīng)取得低些。溫室旋耕機(jī)常用的前進(jìn)速度一般為05585農(nóng)業(yè)大學(xué)，1996)，故選定機(jī)組的前進(jìn)速度30kmh。大。旋耕機(jī)的轉(zhuǎn)速通常取173280r驗發(fā)現(xiàn)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速過大，導(dǎo)致機(jī)身劇烈震動，耕溫室r【土爪前后兩次入土的間隔距離稱為切土節(jié)距，也(31)已知：=030節(jié)距69較疏松的水稻土，切土節(jié)距可采用14國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988)。溫室內(nèi)的土壤屬于比較疏松的土壤，對于旋耕機(jī)，五為旋耕刀端點的圓周線速度與機(jī)組前進(jìn)速度的比值，稱為旋耕速比。兄值不同，旋耕刀片在土壤中的運(yùn)動軌跡和所切土垡的形狀各不相同(中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988)，圖32為不同松土速比下旋耕刀的運(yùn)動軌跡。的選擇既要保證旋耕機(jī)率等其他因素。常用的速度比為五=4寶筏等，2003)。對于松土機(jī)，松土速比兄為曲柄邊緣的圓周線速度與機(jī)組前進(jìn)速度的(1)松土深度日溫室里土壤的含水率比較高，一般在16左右，適宜耕作。農(nóng)藝要求。在南方水田一般土壤條件下，旋耕機(jī)工作部件為彎刀，耕深為1216kmh，其耕幅與拖拉機(jī)內(nèi))(中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，1988)。參考以上旋耕機(jī)的幅寬計算公式，將電動機(jī)的輸出功率22對于松土機(jī)來說，由于松土過程中松土爪齒并非完全從土里穿過，在耕幅和耕深相同的情況下，松土機(jī)的功率消耗比旋耕機(jī)小，因此，在旋耕機(jī)幅寬計算公式的基礎(chǔ)上可以適當(dāng)?shù)卦龃笏赏练鶎?，這里選擇松土幅寬為溫室h。為了盡量減少材料，使整個機(jī)器的結(jié)構(gòu)盡量簡單，可以將O點固定在操作手柄的豎直部分。電動機(jī)和減速器通過聯(lián)軸器裝配后，固定在機(jī)架上，測得操作手柄豎直部分的中心與減速器的輸出軸間的水平距離，即圖容易確定出三，、幻和24對松土部件進(jìn)行仿真為了避免使用繁瑣的公式法求三卜島和采用軟件仿真法。零件圖界面下作出作出松土機(jī)構(gòu)上各部分的零件圖，然后在裝配圖晃面下的對各部件進(jìn)行裝配，得到松土機(jī)的簡化模型如圖3_4所示。然后對裝配體的各個零件的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行定義，即將零件分為運(yùn)動零部件和靜止零部里智能運(yùn)動構(gòu)建器工具對該模型的單位、重力、約束、運(yùn)動等項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后利用模擬工具里的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和線性馬達(dá)添加運(yùn)動，這里將整體前進(jìn)的速度設(shè)為300姍【lls，與機(jī)具實際工作時的前進(jìn)速度相同，將曲柄r852s)，與機(jī)具工作時曲柄的轉(zhuǎn)動速度相同，最后點“仿真”按鈕進(jìn)行仿真。首先在保證該機(jī)構(gòu)存在整轉(zhuǎn)動副的情況下，試探性地給出了搖桿、松土爪齒和松土爪柄前段的長度，對松土且使各量的取值盡量小，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整和試驗，最終確定了各參數(shù)的值，其中的豎直距離h=桿長度50土爪齒長度L，=240 走輪的直34中上下兩條余擺線為各參數(shù)為以上值時，松土爪與321中計算所得的理論值相符，而且軌跡曲線平滑無尖角，說明該機(jī)構(gòu)工作性能穩(wěn)定，所以采用這樣一組松土部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)值制造樣機(jī)能夠5仿真結(jié)果分析ms，小于機(jī)具前進(jìn)的速度030ms，因為只要齒在工作過程中不會擁土的結(jié)論。后速度逐漸減小，減為零后速度向上增加?？梢娝赏磷X入土強(qiáng)度大，向下刨土的動作有力，達(dá)到了良好的切土山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文皇d,就是說松土爪齒向后拋土的速度是逐漸減小的，可見其向后拋土的作用減弱。由上述分析可知，在實際作業(yè)時，松土爪主要是切土和翻土，不擁土，拋土的現(xiàn)象得到了弱化。這樣既減少了功率消耗，又較好地保持了土壤的結(jié)構(gòu)，達(dá)到了理想的耕作效果。325急回特性據(jù)進(jìn)行處理，得到如圖如圖37所示的速度圖線。下凸的時間(設(shè)為搞頭完成松土的動作，設(shè)中可見tt以1，松土機(jī)構(gòu)空回行程時速度小，工作行程時速度大，這樣保證了搞頭入土的力度大，有利于很好地碎土，與人刨地時搞頭緩慢被舉起，快速落下的運(yùn)動特點一致。33松土機(jī)功率消耗計算松土機(jī)工作時消耗的功率主要有兩部分組成，一部分為松土部件所消耗的功率，另一部分為機(jī)組行駛所消耗的功率。1988)，松土功率消耗：上式中的k為土壤比阻(N可由公式k2=東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文其中：吒一平均土壤比阻(N毛一耕深修正系數(shù)；也一土壤含水根據(jù)棚室內(nèi)的作業(yè)條件，經(jīng)查表確定：已知松土深度組前進(jìn)速度=O30m，由公式(34)得：15463011(克服阻力所消耗的功率為：式中：廠一滾動阻力系數(shù)：G松土機(jī)重力(N)；8ms，由(35)式可得松土機(jī)克服滾動阻力消耗的功率：由此得松土機(jī)工作時總的功率消耗：34本章小結(jié)(1)介紹了整機(jī)的總體設(shè)計方案和工作原理，根據(jù)其工作要求確定了運(yùn)動參數(shù)、性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。溫室山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文42電動機(jī)的選型由于溫室大棚內(nèi)使用的一般為單相照明電源，通常沒有三相電源，故選用具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、過載能力強(qiáng)、高效節(jié)能、運(yùn)行可靠、維修方便等優(yōu)點，是國內(nèi)中小型電機(jī)的基本系列?？紤]到由于摩擦和其它一些原因造成的功率損失，電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為18NNm，質(zhì)量為33埏。聯(lián)軸器是連接兩軸或回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還具有補(bǔ)償兩軸相對位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能(機(jī)械設(shè)計手冊編委會，2004)。聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，根據(jù)使用要求和工作條件，選用彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆更換彈性原件方便，有微量補(bǔ)償兩軸線偏移和緩沖吸振的能力，主要用于載荷較平穩(wěn)、起動頻繁、對緩沖要求不高的中、低速軸系列傳動。在滿足傳動比和性能要求的情況下，為了減小機(jī)具的尺寸應(yīng)選擇一個電動機(jī)的輸出功率P=22 出軸轉(zhuǎn)速n=1420出軸通過聯(lián)軸器與減速器的輸入軸相連，忽略功能損耗，減速器的輸入功轉(zhuǎn)速和電動機(jī)輸出軸相同。431減速器輸入軸強(qiáng)度和剛度的校核22：1479(Nm)為軸傳遞的最大扭矩)432減速器輸出軸強(qiáng)度和剛度的校核由33中的計算知松土部件所消耗的功率為P，=11一個傳遞的功率為01山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文徑相等，所以只校核傳遞功率為11由公式41得減速器的輸出軸傳遞的扭矩為：同理，由強(qiáng)度條件得：可見，輸出軸的直徑)2=28 理，由剛度條件得：1從經(jīng)濟(jì)性和工作要求兩個方面考慮，采用簡易的牙嵌離合器，其傳動扭矩大，轉(zhuǎn)矩范圍為63,m。結(jié)構(gòu)簡單外形尺寸小，主要由兩個端面有牙的半離合器組成，通過杠桿機(jī)構(gòu)操縱從動半離合器進(jìn)行離合。但接合時有沖擊，適合于靜止接合，或者轉(zhuǎn)速差較低時接合(對矩形牙轉(zhuǎn)速差r機(jī)械設(shè)計手冊編委會，2004)。因此r用斜三角形牙嵌式離合器，因為牙數(shù)越少越容易接合，故選牙數(shù)為2，如圖41和圖42所示。臚(23)操縱環(huán)槽寬度：薩(23)需要卸下軸承時可用螺栓將其頂出。所示，在離合器內(nèi)鑲嵌兩個帶防塵蓋的深溝球軸承，套在過渡軸上，避免了離合器空轉(zhuǎn)時與軸的破壞性摩擦。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖43離合器432中計算知工作軸上傳遞的扭矩：矩，滿足工作要求。由33中計算知過渡軸1上傳遞的功率。=O1r019(Nm)扭矩，亦滿足工作要求。松土部件主要由松土爪齒、松土爪柄、松土爪橫梁、曲柄、搖桿、451松土爪柄的設(shè)計套與曲柄連接。圖44松士爪柄2松土爪橫梁的設(shè)計松土爪橫梁如圖45所示，是厚度為8111111長方形鋼板，上面打有關(guān)東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文453松土爪齒的設(shè)計齒尖長度b=b3=2403=80節(jié)耕深，根據(jù)釘齒垂直安裝的釘齒耙用于松土和碎土的特點，松土爪齒的進(jìn)行熱處理。454曲柄的設(shè)計曲柄分為主動曲柄和從動曲柄，主動曲柄如圖47所示，通過花鍵與工作軸連接，另一端與一側(cè)的松土爪柄連接。從動曲柄圖4一端與機(jī)架另一側(cè)的松土爪柄連接，另一端套在帶座外球面軸承內(nèi)。溫室主動曲柄5搖桿的設(shè)計圖410所示，搖桿主體的材料為厚8山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文鬯一寺，r 搖桿夾在中間，保證了搖桿受力的均衡性和運(yùn)動的穩(wěn)定性，搖桿組合體如圖411所示。件重力的作用下垂，導(dǎo)致鎬齒與地面接觸，不利于機(jī)組自走，為此設(shè)計了定位裝置，將搖桿向后方拉起，進(jìn)而將鎬齒抬起一定的高度，避免鎬齒與地面接觸，以便機(jī)具在不工作時能夠自走，其結(jié)構(gòu)如圖412所示。2定位裝置固定在機(jī)架的左操作手柄的外側(cè)，細(xì)鋼絲的一端拴在定位裝置的下端，另一端拴在搖桿上，松土機(jī)工作前，機(jī)手通過操作手柄將定位裝置搖向前方，使鋼絲松弛，保證搖桿能夠往復(fù)擺動；松土機(jī)停止工作時，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)手通過操作手柄將定位裝置搖向后方，同時通過鋼絲的作用力將搖桿向后方拉起，直至松土爪齒的齒尖與地面離開一定的距離，此時鋼絲繃緊。適當(dāng)設(shè)計鋼絲的長度使其繃緊時與搖桿成一定的角度，且偏向車架內(nèi)側(cè)，此時定位裝置操作桿與機(jī)架操作手柄緊貼，這樣即使在機(jī)組自走過程中機(jī)身強(qiáng)烈震動也不至于松開。46松土機(jī)動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算461動力傳遞方案已知行走輪的半徑R=160。式(43)、(44)中：行走輪軸的轉(zhuǎn)動的角速度，其它同上。電動機(jī)既要帶動松土爪齒進(jìn)行松土作業(yè)，又要驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動，電動r走輪的轉(zhuǎn)速刀=1791r果借助一個減速器將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速減小到行走輪的轉(zhuǎn)傳動比為60；如果借助一個減速器將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速減小到曲柄的轉(zhuǎn)速，r用雙輸出軸式減速器，一側(cè)通過離合器連接工作軸，另一側(cè)利用鏈輪分級傳動將動力通過過渡軸傳遞到行走輪軸。如果采用二級鏈輪傳動會造成鏈輪的尺寸過大，從動鏈輪與地面的距離太小，松土機(jī)在工作過程中會有一定程度的下陷，大鏈輪容現(xiàn)。具體的動力傳遞流程圖如圖413所示。h，462工作軸上動力傳遞方式的設(shè)計由于頻繁地開關(guān)電動機(jī)會大大地縮短電動機(jī)的壽命，所以利用切斷電動機(jī)電源的方式來切斷工作軸上的動力輸出是不可取的，故不可直接將減速器的輸出軸作為工作軸與曲柄連接，為此設(shè)計了圖414所示的動力傳2 45作軸穩(wěn)定性至少要有兩個相距一定距離的軸承支撐來保證，為了盡可能地較小機(jī)具的尺寸，避免使用兩個軸承座，將工作軸的左端與鑲嵌在主動離合器中的調(diào)心球軸承連接，主動離合器既起山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文到動力傳遞和結(jié)合作用，又起到軸承座的作用，靠近花鍵的軸肩處安裝調(diào)心球軸承，通過軸承座固定在機(jī)架上，保證了工作軸的工作穩(wěn)定性。與使用兩個軸承座相比，這樣的動力傳動方式有效地減小了整機(jī)的寬度。如圖415所示，主動離合器內(nèi)壁鑲嵌兩個帶防塵蓋的滾動軸承，套動離合器與從動離合器處于結(jié)合狀態(tài)，動力通過從動離合器傳遞給過渡軸1，再由鏈輪3傳遞出去，最終將動力傳遞給行走輪軸，實現(xiàn)機(jī)具的自走；此時如果主動離合器與從動離合器處于分離狀態(tài)，鏈輪2帶動主動鏈輪繞過渡軸遞給行走輪軸的動力在此被切斷，機(jī)具停止自走。464傳動比的計算r以表示，曲柄的轉(zhuǎn)速(亦即減速器輸溫室電動松土機(jī)的研制其與地面問的距離越小，易與地面產(chǎn)生碰撞。因此將減速器輸出軸到行走5鏈輪設(shè)計與滾子鏈傳動計算農(nóng)業(yè)機(jī)械中較常用的是套筒滾子鏈傳動(楊黎明等，1984；鄭志峰，1992；中國農(nóng)機(jī)研究所，1998)，傳動過程中無滑動，而且傳動尺寸比較緊湊、效率較高，能適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)環(huán)境?，F(xiàn)以減速器輸出軸到過渡軸1的傳動為例，計算結(jié)構(gòu)見表41。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文計算項目 說明。距蚴局弼圓整成X=122，鏈條長度：2局應(yīng)圓整成整數(shù)，避免過度節(jié)。溫空乜動松土機(jī)的研制其余鏈傳動計算步驟同表41，選用滾子鏈的規(guī)格同上。鏈輪的幾何尺寸計算見表42(選用標(biāo)準(zhǔn)鏈輪)。2、47軸的設(shè)計掛軸。對這五根軸的設(shè)計均遵循相同的步驟，首先分別根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度計算出軸徑的最小值；然后再根據(jù)軸上的鍵槽的個數(shù)適當(dāng)?shù)卦龃筝S徑，計算出軸的危險截面處的最小軸徑；最后根據(jù)動力傳遞和安裝需要對軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。471工作軸的設(shè)計根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算實心軸徑的公式(機(jī)械設(shè)計手冊聯(lián)合編寫組，1982)：1-；kg已知P=11kg室電動松土機(jī)的研制其它參數(shù)同上，代入式(48)中，得：1|15其軸徑應(yīng)為：上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該首先要保證曲柄、離合器和軸承的順利安裝，其次要考慮安裝件的軸向定位。結(jié)構(gòu)簡圖如圖416所示，其右端與曲柄通過花鍵連接，左端與作軸的第二個支撐點，保證了工作軸的工作穩(wěn)定性。兩個調(diào)心球軸承既起到支撐工作軸的作用，又能自動補(bǔ)償同軸度誤差，從動離合器通過平鍵與工作軸間隙配合，以便沿軸滑動，起到控制工作軸上動力結(jié)合和分離的作山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文， 、叫。 。減速器輸出軸至行走輪軸的動力傳動采用三級鏈輪傳動實現(xiàn)，故需兩個過渡軸，離合器安裝在過渡軸1上。為由減速器的輸出軸到過度軸1的傳動比為1933，kg入式(47)中，得：當(dāng)截面上有兩個鍵槽時，應(yīng)將求得的軸徑增大710(機(jī)械設(shè)計手根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度計算實心軸徑的公式(機(jī)械設(shè)計手冊聯(lián)合編寫組，1982)：其它參數(shù)同上，代入上式中，得：該軸上有兩個鍵槽，故其軸徑應(yīng)為：于其傳遞的功率和過渡軸1相同，的最小軸徑為1747定在機(jī)架上；兩鍵槽處安裝兩個鏈輪分別與過渡軸1和行走輪軸建立鏈傳4行走輪軸的設(shè)計由于行走輪軸上消耗的功率與兩個中間軸傳遞的功率相同，采用的材料也相同，故其軸徑的初步計算與兩個中間軸相同，即危險截面處的最小上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該值。行走輪軸的設(shè)計首先要保證軸承、鏈輪和行走輪的順利安裝；其次要考慮安裝件的軸向定位。行走輪軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖419所示。475搖桿掛軸的設(shè)計搖桿掛軸并非動力傳遞軸，它的主要作用是固定搖桿的上端點，其次是對操作手柄起緊固作用。該軸穿過兩個操作手柄上的橫孔，兩側(cè)軸肩處車有螺紋，利用利用四個螺母將其軸向固定，再用螺栓將兩個軸孔和操作手柄銷住，避免耕作過程中的沖擊力給軸帶來軸向竄動。其機(jī)構(gòu)如圖420一一一以 翮場吲1所示，為使結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，四根一水平面上。為避免工作過程中鏈條滑落，每一對鏈輪的同向齒面要在同角度實現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)向，同時萬向輪能夠保證松土機(jī)具有穩(wěn)定的刨土深度。111、減速器 5、行走輪軸8、機(jī)架 10、定位裝置20、軸承座482按額定動載荷確定軸承的尺寸承，它是新發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)軸承，為滾動軸承的一種。它與一般軸承的區(qū)別在于：軸承外圈帶有軸承座，軸承內(nèi)圈靠頂絲、偏心套、緊定套等與軸緊固。有多種機(jī)構(gòu)形式，能夠滿足許多不同的使用要求，機(jī)構(gòu)性山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文壽命計算(楊黎明等，1984；余俊，1993；萬長森，1987)。數(shù)(球軸承c=3，滾子軸承占=103)，c基本額定動載荷(N)；橫梁軸承承載能力的主要指標(biāo)(機(jī)械設(shè)計手冊編委會，2004)。在進(jìn)行軸承壽命計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換成與額定動載荷的載荷條件相一致的載荷，稱為當(dāng)量動載荷。軸承在當(dāng)量動載荷作用下的壽命與在實際載荷作用下的壽命相當(dāng)。(410)以安裝在行走輪軸上的軸承為例計算軸承的壽命，已知E=119048短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果的機(jī)械，如手動可見，所選軸承能夠滿足工作要求，同理，對其它軸承進(jìn)行壽命計算，結(jié)構(gòu)，并對關(guān)鍵零件進(jìn)行了校核。實現(xiàn)了主動軸轉(zhuǎn)動過程中兩軸的結(jié)合，使軸的分離和結(jié)合方便省力，提高了工作效率。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文有效圓周力：即鏈輪對行走輪軸的切向力8(N)鏈作用在軸上的徑向力C=(12)f，取25吃11717計算步驟見表51。溫室電動松土機(jī)的研制山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文I|21汀一見圖5-I(d)：e)：285。02M=再孓砭山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文在鏈輪中間截面處：35431面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。彎矩 =018虬=025仃器溫室電動松土機(jī)的研制數(shù)數(shù)磚=169，t=146辨m。一“岍7山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文同理，用安全系數(shù)法對其它軸進(jìn)行校核，均能夠滿足使用要求。好地模擬真實情況，結(jié)果更加精確，并且能夠迅速得到分析結(jié)果。(江洪，曲柄與工作軸通過花鍵連接，曲柄傳遞的扭矩與工作軸傳遞的扭矩相等，工作軸傳遞的扭矩可用以下公式計算(劉鴻文，2004)：M=9549二一刀1 1刀料為合金鋼，添加約束將花鍵槽外壁固定，在每個花鍵的側(cè)面順序添加同方向的應(yīng)用扭矩73976=1233Nm，生成網(wǎng)格，最后進(jìn)行分析，分析結(jié)果溫室電動松土機(jī)的研制2810 N于屈服力N力位移云圖顯示了曲柄的實際變形形狀，從合力位移變云圖中可見其應(yīng)變最大值為7400變亦甚小，從設(shè)計檢查向?qū)е兄诋?dāng)前施加的壓力下安全系數(shù)為266479，從而可以推斷其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可靠的。用同樣的方法對其它零件進(jìn)行有限元分析，它們的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均能滿足53本章小結(jié)(i)以行走輪軸為例，用安全系數(shù)法對其進(jìn)行校核，證實了其軸徑尺寸能夠滿足使用要求。(2)對曲柄進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足工作要求。濕室電動松土機(jī)的研制土壤水分測量611試驗場地的處理為了測量松土機(jī)在不同土壤含水量條件下的松土情況，今在同一個土槽內(nèi)制造出兩種不同含水量的土壤，方法是將土槽從中間分為對稱等大的兩部分，可以在使用前5天往一側(cè)的土槽內(nèi)灑水，在使用前3天往另一側(cè)土槽內(nèi)灑水，兩次撒水的量相同，且盡可能地灑水均勻，這樣在同一時間使用土槽時兩部分土壤的含水量定不相同。612測定方法與步驟土壤含水量是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要指標(biāo)，其測定方法從傳統(tǒng)的烘干法山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文用下式(熊順貴，2001；趙風(fēng)艷等，2000)計算土壤的含水量：通過計算得出土槽的兩部分土壤含水量平均分別為14。20、20。17。62耕深測量機(jī)組前進(jìn)方向取若干點測定松土深度。表6均耕深大于133耕幅耕幅的測量與耕深的測量同時進(jìn)行，452中介紹的橫梁打孔方式是為了使兩側(cè)的松土爪柄受力均勻，也就是說橫梁上的松土爪齒數(shù)為偶數(shù)時電動機(jī)最多只能帶動6個松土爪進(jìn)行松土。表65為松土爪齒個數(shù)不同時的松土幅寬測定結(jié)果。-5 碎土質(zhì)量根據(jù)農(nóng)藝要求，耕作碎土程度直接影響種植。以往評價旋耕的碎土質(zhì)量是在一定面積上(國標(biāo)規(guī)定025的土塊質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比為碎土系數(shù)。表6土系數(shù)大于85，碎土性能較好。20V，測出通過電動機(jī)的電流，的值代入公式即可得出其消耗的功率。分別測量樣機(jī)空轉(zhuǎn)、空行和松土作業(yè)時的電流并計算功率消耗。測量結(jié)果見表67、表68、表68 420)7)7)圖61，二者基本呈線性關(guān)系。結(jié)論及工作原理，提出了第二代溫室電動爪式松土機(jī)的設(shè)計思路。同形