山药挖掘收获机设计大学毕设论文.docx

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山药挖掘收获机设计大学毕设论文

16届毕业设计

前言

长期以来，山药都是靠传统的人力收获，山药的根茎较长，深入地下，难以采收，如果收获技术不够成熟，根茎破损率就会很高。

随着计算机技术的快速发展，虚拟制造和运动仿真在农机设计中得以实现，从而大大缩短了设计周期，降低生产成本，提高了设计的准确性和可靠性。

本设计利用三维设计软件，对农业机械进行产品设计。

本文设计了一种山药收获装置，结构简单合理，能够完成山药的机械化收获作业。

不仅极大地提高山药收获效率，而且对深土农作物的规模化种植起到了推广作用。

本次的设计对传统山药收获机进行了改进，着重设计了山药收获机的整体结构、传动方式、工作方式，论述了装置在收获过程中的的工作原理。

在完成设计构想之后，基于SolidWorks进行了三维模型建立。

整个过程包括各零件图三维设计、装配体三维图。

关键词：

三维设计；传动方式；动态仿真

目录

1引言1

1.1课题来源及研究课题的意义和目的1

1.2山药收获机的现状及方案说明1

2设计方案分析3

2.1设计方案的说明3

2.2设计方案选择与对比3

2.3设计方案的优化分析及确定5

3传动机构的设计8

3.1轴的初步设计8

3.2v带传动的设计9

3.3齿轮传动的设计计算11

4山药收获机的整体结构设计15

4.1箱体机架的设计15

4.2送土器的设计15

4.3传动方案的确定16

总结17

致谢18

参考文献19

1引言

1.1课题来源及研究课题的意义和目的

山药对当地气候要求不严，但喜温暖湿润，忌积水，怕干旱。

宜种植于肥沃疏松、土层深厚、排水良好的砂质壤土上种植。

原产地位于河南焦作，现在分布于中国西北，华北，和长江流域的湖南江西等地。

由于其营养比较丰富，一直以来都被视为比较理想的补虚佳品，不仅可作为主粮，又可作为蔬菜食用。

有很高的药用价值和食用价值。

随着现代社会人们更加注重养生和健康，而山药的药用价值和使用价值使得其成为很多人的选择。

特别是近几年，山药的种植面积和种植规模不断上升。

因此，山药生产和收获的机械化越来越得到行业的重视[1]。

长期以来，山药的收获都是靠传统的人力收获方式，山药的根茎较长，难以采收，如果收获技术不够成熟，根茎破损率就会很高。

我国大部分地区收获山药的方法是：

从山药种植垄的一端开始，先挖出60-70cm左右的土坑来，人坐在坑的边上，然后用特制的山药铲，沿着地面上山药生长的20cm处的两边开始挖，将根两边泥土铲出，一直挖到山药沟下见到根茎的尖端为止，最后轻轻铲断剩下的细根，手握着根茎的中上部分，小心拔出山药的根茎。

一定要小心精细铲土，避免山药根茎的损伤和折断。

采收山药时，一定要按着山药种植的顺序，一株一株地挨着挖，这样才能有效减少破损率，又能避免漏收。

由于山药一般在下层土壤延伸，最深可延伸到地下70～100cm处，靠人力收获相当费力。

最重要的是人力收获的过程中容易挖到山药块茎，影响山药的品质和市场。

而且劳动强度大，生产效率低。

为此，山药收获的机械化问题就亟待解决。

山药收获技术如果能够实现机械化，将有力地推动山药生产的规模化，显著降低山药生产成本，节省劳动力和农活作业量，使山药种植户增加更多的收入，提高农业生产的经济效益。

本课题研究了我国山药收获机械化的发展现状，山药收获机的未来研究方向。

为山药收获方式以及推广山药收获机械化，促进山药生产效率提供了理论依据。

1.2山药收获机的现状及方案说明

1.2.1我国山药收获机的现状

为了克服山药收获过程中易折断的损伤的难题，我国广大设计者和科学家们进行了刻苦的钻研，以下是现阶段我国对山药收获机械化的研究现状。

资料内容查自中国知识产权局专利检索网站。

第一种山药收获机的发明者是李垒和李善文。

这个发明设计了一种多功能山药收获机。

可以看到，中履带底盘，设置在履带底盘上的操作台、竖直机架、电机、向上提升机构，安装在机架上并且能够沿固定的机架上下移动的齿轮箱的总成，安装在齿轮箱结构下面的用于开沟的螺旋钻轴和提土板，所述电机结构与齿轮箱结构由传动轴实现传动连接；提升机构与齿轮箱结构连接，实现对齿轮箱结构的升降操作；山药收获装置还包括设于箱结构一侧，能够将开沟轴开出的土，向外送给送土器，以及设于履带下部前面的能够实现把土填回功能的送土器。

这种山药收获机的结构比较灵活，而且功能多样化，能够同时实现收获山药和沟内填土的两项功能，除了采收山药外，还可以开电缆沟、管道沟、实现一机多种用法，省时省工，具有相当大的市场价值[2]。

第二种山药收获机发明者倪凡喜。

这个创新专利目的在于，克服现阶段生产技术的不足之处，提供一种山药收获机的理论设计，在不损伤山药块茎的前提下，可以很大地提高生产效率，降低采收山药时的成本。

此专利所述的山药收获机，包括振动破土机构、破土机构的固定架、旋转型轴承座、液压油缸、可以左右移动的轴承固定支架、悬挂型四轴固定支架、手轮、挡土板、开沟刀片、开沟链条、链条固定支架和从动轮。

破土机构固定架是这个专利的主体支撑架，整体呈现方形的框架结构，破土机构固定支架的后端，连接着设置的振动破土机构，破土机构固定支架的前端，连接着旋转式轴承座，旋转轴承座的前面连接着液压油缸，液压油缸的前端连接到左右移动轴承座固定架，左右移动轴承座固定架设置在悬挂式四轴连接在固定架上，在悬挂型四轴固定支架的一边，设计的有手轮，在悬挂型四轴固定支架的两端后侧，设计有挡泥板。

在旋转型轴承座的下端，连接设计有链条固定支架，链条固定支架的前端设计有主动轮，链条固定支架的后端设计有从动轮，绕过主动轮与从动轮，设计有开沟链条，开沟链条的外表面上设置有开沟刀片。

连接到链条固定架上，设置有张紧固定架，张紧固定架的下端设置有张紧轮，张紧轮与开沟链条的内表面相接触[3]。

第三种山药收获机的发明者是卢双贵。

这种山药收获机，由切割锯、松土板与螺旋提升机构组成。

带锯上部连接旋转轮，中间穿过狭长形的开口，下面套有轴承，中间的松土板在后面随着将土松动，松土板固定在套管上的伸缩杆上，液压气泵来提供动力，后面的螺旋提升机构在切割后的土方下面向上转动，即可把山药向上顶出。

由于是采用的拖拉机为动力，切割的土方要大于山药沟，从山药的下面向上拱，不仅保证了山药的完整度，不损坏山药的块茎，而且保持了山药沟的原来样子，工作的效率极大提高，每天可挖掘山药三到五亩[4]。

1.2.2山药收获机的设计要求

传统的农业机械设计，存在着设计周期长，设计成本高，设计质量差，图纸识别困难等问题。

随着计算机技术的快速发展，虚拟制造和运动仿真在农机设计中得以实现，从而大大缩短了设计周期，降低生产成本，提高了设计的准确性和可靠性。

本设计利用三维设计软件，对农业机械进行产品设计[5]。

具体内容：

（1）对农机进行总体结构方案设计，满足其功能要求，力求结构简单，功能合理。

（2）进行农机零件设计，强度和结构上符合要求

（3）进行产品装配。

（4）产品的动态仿真。

本方案设计山药收获机用于山药的收获作业。

提高山药收获效率，降低劳动力，节约山药收获成本。

创新设计或改进现阶段市面上已有的山药收获机，使山药收获作业起来更简单。

给定的条件和要求翻土作业时的作业量为400～500m/小时，采用螺旋排除浮土，螺旋钻杆转速为300转/分钟左右。

2设计方案分析

2.1设计方案的说明

2.1.1山药挖掘收获机整体结构简介

通过现阶段山药收获机的专利以及考察实际情况，可以得出，山药收获机的工作原理和组成部分。

山药收获机的组成部分大致可由支撑部分、动力部分、工作部分和传动部分。

支撑部分：

主要就是山药收获机的机架和山药收获机与拖拉机连接部分，用于支撑整个山药收获机能够顺利切协调的完成收获工作。

动力部分：

用于连接拖拉机传输的动力，把动力提供给山药收获机的传动部分。

传动部分：

传输动力，并起到减速作用。

工作部分：

这部分入土，用螺旋钻杆开沟，达到收获山药的目的。

2.1.2山药收获机的工作原理

以拖拉机为动力源，在拖拉机的尾部安装一个螺旋钻杆机构进行钻土，前面的两个螺旋钻杆开沟，起到收获机的开沟作用。

在开沟之后利用安装在机架后面的送土器将土放置到沟的两侧，起到提升山药种植行土块的作用，机器走过的地方就开出了一道深沟。

2.2设计方案选择与对比

在最终确定山药收获装置的设计方案前，做了很多的准备工作。

首先，查阅了中国专利网上的一些专利申请，仔细阅读并理解了山药收获机现阶段的理论设计情况。

也看到了很多比较好的方案或者设计，其实还都在理论阶段，很多设计者们的精妙设计都还没有通入生产。

这也从一方面表现了现阶段山药收获机的落后程度，同时山药收获的大难题亟待解决。

其次，在网络上检索山药收获机，会发现很多厂家有在直销，仔细研究后，也对山药收获机在设计之后，开发生产的可能性有了一定的认识。

明确了，在现阶段哪些设计是不能开发的，哪些设计更容易开发。

现在开发成功的山药收获机大致可以分为三种：

1）单侧山药开沟机。

2）双侧山药开沟机。

3）链式山药收获机。

下面听过对三种收获机的优缺点分析确定设计方案。

2.2.1单侧山药开沟机

现在的很多设计和市面上已经投入使用的山药收获机，一般都是在山药种植垄的一侧进行挖沟，然后通过人力下沟进行二次挖掘，这样确实省了一部分人力，但是进行二次挖掘时，还是很费力，而且容易损伤和折断山药的茎块。

如下图2-1所示。

图2-1单侧山药收获机实物图

这种山药收获机工作原理简单，作业效率高，而且易推广，在一些土壤比较肥沃、疏松的地区比较适合。

但是缺点也比较明显，收获机开沟之后，山药依然埋一侧的土壤中，剩下的的工作必须依靠人力，从沟中向山药一侧进行挖掘，挖掘的过程不仅难以操作，而且容易损伤山药，影响山药的销售品质。

2.2.2双侧山药开沟机

已经投入使用山药收获机中，现在比较流行是一种是在山药两侧开沟，确定山药种植行的宽度，设计出两个开沟钻的距离，从而从山药种植行的两侧进行挖沟。

实物图如下图2-2。

图2-2双侧山药收获机实物图

这种山药收获机与单侧开沟机相比，有很大的优势，降低了靠人力进行二次挖掘困难程度。

但是这种收获机也有明显的缺点，它虽然降低而人工挖掘强度，但是山药和土块还是紧密结合在一块，无法克服采收过程中的损伤山药块茎的问题。

并且在此装置开沟采收后的土地上，会留下两道很深的沟壑，这将影响下一季山药的种植，导致种植山药时需要填平沟壑。

变相提升了山药种植的难度。

2.2.3链式山药收获机

链式山药收获机与以上两种开沟机原理不同，收获山药之后不会再地上留下很深的沟，这样下一季的种植就不会受到影响。

而且这种山药收获机所需功率小，相对以上两种在收获的时候更经济，更节约成本。

但是链式山药收获机也没有以上两种开沟机的有点。

依靠链上面的刀片进行开土，很难达到很深的程度。

而山药块茎很深，这样在后续的采收中还是需要大量的人力来完成，甚至还需要人力来进行二次开沟。

这样一来，链式收获机在采收中起到的作用就会很局限。

下图2-3为链式收获机的的实物图：

图2-3链式山药收获机

2.3设计方案的优化分析及确定

通过对山药收获机的现状研究，对市场上已经开发成功的山药收获机的分析，总结山药收获机需要满足的条件，分析现有山药收获机的优缺点，最终确定山药收获机的最佳优化方案。

首先总结设计山药收获机要完成的任务：

1）通过山药收获机能实现山药收获的简易化，提高山药收获的效率。

2）此装置在收获山药的时候不能损坏山药的块茎。

3）山药收获机的设计要尽量简易，方案要符合实际情况。

设计方案可以投入生产，并且可以推广。

其次通过对上述现有山药收获机的研究与考察，发现现阶段山药收获机有两个无法实现的难题：

1）装置在开沟后仍然需要大量的人力劳动来完成后续的采收。

2）在后续人力采收的工程中，比较容易损坏山药的块茎。

想要