温室电动松土机说明书.docx
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温室电动松土机说明书
温室电动松土机
课程机械设计
作品温室电动松土机
专业车辆082
姓名余靖韩淼龙邢盼
目录
一、产品设计背景………………………………………3
二、现有机械产品状况概述……………………………3
三、本产品设计概述……………………………………4
四、产品整体设计方案与主要参数的确定……………5
五、设计小结……………………………………………16
六、附录…………………………………………………17
一、产品设计背景
温室大棚的大规模兴起不仅丰富了人们的菜篮子,而且大大的带动了农村经济的发展加快了现代化农业的发展进程。
温室大棚内的松土作业是一项基础性作业,迫切需要小型化、多功能化的农机具代替人力来提高生产效率。
资料表明,温室大棚内,土壤一般耕作层厚度为15--,25cm,蔬菜根系的80~90%分布其中;耕层土壤的容积密度为1.1肚1.13g/cm3;5~0.25nlm水稳性团聚体为13.7-55.5%,并有随着种植年限加长而增加的趋势,土壤粘性较大。
传统的土壤耕作机具在粘性较大的土壤中,碎土能力降低,土壤阻力增大,功耗增加。
并且在棚室内采用柴油机和汽油机作为动力,对温室的环境造成污染。
针对上述情况,开展适用于简易棚室的土壤耕作机具的研究,对工作部件进行改进,进一步减小机具尺寸,提高机器作业的经济性和机动性,尽可能地减轻机器作业时对环的污染,对于发展经济、高效和环保的设施农业,改善农民的生产条件,增加农民的收入,具有重要的现实意义。
二、现有机械产品的状况概述
近几年,随着国内设施农业的发展和农村经济水平的提高,由大中专院校、科研院所和企业相结合,研制开发了的一些能够进行温室内作业的小型自走式旋耕机、微型多功能田园管理机等。
有的微耕机还具备多种作业功能,适用于露地和温室不同条件,提高了机械的利用效率。
但大多产品仍存在以下问题:
①外型尺寸及重量大,操作不灵便。
特别是从露地直接转移到大棚内的机械,在设施内转向和转移都十分困难,而且边角地带无法工作。
②适应性较差,当土壤含水率较高(超过15%以上)时,松土效果变差,能耗增加。
③可靠性较差,易对环境造成污染。
三、本产品设计概述
整机主要由电动机、联轴器、减速器、松土部件、机架、行走机构和操作机构等组成。
以蓄电池作为能源装置,电动机提供动力,电动机输出轴通过联轴器与减速器的输入轴相连,减速器选用双输出轴型,一侧输出轴输出的动力直接驱动曲柄,通过松土爪柄将动力传递给松土爪,使其实现刨地的动作;另一侧输出轴输出的动力通过链轮分级传动,将动力传递给行走轮,实现松土机的自走,过渡轴上安装离合器,通过离合器的啮合和分离,控制机器行走与停止,通过操纵手柄控制机器转向。
采用曲柄摇杆机构作为松土机构。
该机构结构简单,摇杆的固定点及其与松土爪柄的铰接点,类似于人的肩关节和肘关节,使松土机构可更好的模拟人的刨土动作,切土和碎土性能好,抛土动力消耗显著减小,松土效果比较理想。
采用电动机提供动力,比燃油经济,无污染,符合节能、环保的要求。
机器结构简单,体积小、重量轻,机动性好,适合在空间狭小的棚室内工作。
四、产品整体设计方案与主要参数的确定
Ⅰ.松土机整体结构
正视图
俯视图
整体外观视图
如上图所示温室电动松土机主要由电动机、联轴器、减速器、松土机构、机架、行走机构和操作手柄等组成。
电动机提供动力,其输出轴通过联轴器与减速器的输入轴相连,减速器选用双输出轴型,一侧输出轴输出的动力直接驱动曲柄,最终通过松土爪柄将动力传递给松土爪齿,使其实现刨地的动作,减速器的输出轴与工作轴之间用离合器连接,通过离合器的啮合与分离,控制松土机构的工作状态。
机架的后部安装一万向轮,通过操作手柄可以控制机器转向。
Ⅱ.主要参数确定
松土机的参数可分为运动参数、性能参数和结构参数,运动参数主要包括机组前进速度vm、曲柄的转速n、松土速比λ(λ=vp/vm,vp是驱动轮轮缘的圆周线速度)、切土节距S等;主要性能参数有松土深度H,松土幅宽B、理论生产率W等;结构参数主要有曲柄长度R、连杆长度L1,松土爪柄长度L1+L2,摇杆长度L3,松土爪齿长度L4和行走轮直径D等。
1、运动参数
(1)机器前进速度Vm
温室旋耕机常用的前进速度一般为0.55-0.85m/s,故选定机组的前进速度Vm=O.30m/s=1.08km/h。
(2)曲柄转速n
在满足工作要求的情况下,依据曲柄转速越低越好的原则,初定曲柄的转速n=142r/min。
(3)松土比λ
速度比λ对旋耕机的工作性能有重要影响,λ的选择既要保证旋耕机正常工作及满足耕深要求,还要综合考虑旋耕机结构、功率消耗及生产率等其他因素。
常用的速度比为λ=4-10,初定λ=8,则Vp=λVm=8x0.3=2.4m/s。
2、性能参数
(1)松土深度H
温室里土壤的含水率比较高,一般在16%左右,适宜耕作。
农艺要求耕作深度一般为10-15cm;参照旋耕机的耕作深度,确定松土深度H=13cm。
(2)松土幅宽B
参考已有资料有公式B=0.26-0.29√N(N为发动机的额定功率(kW)将电动机的输出功率2.2kW带入上式得:
B=0.26-0.29√N=0.26-0.29√2.2=0.386-0.430(m)
于松土机来说,由于松土过程中松土爪齿并非完全从土里穿过,在耕幅和耕深相同的情况下,松土机的功率消耗比旋耕机小,因此,在旋耕机幅宽计算公式的基础上可以适当地增大松土幅宽,这里选择松土幅宽为0.5m。
(3)理论生产率W
松土机的作业幅宽B设定为0.5m,由此得机组的理论生产率W=0.1VmB=0.1*1.08*0.5≈0.05hm2/h。
3、结构参数
结构参数主要有曲柄长度R,O'相对于O的坐标(p,h),连杆长度L1,松土爪柄长度L1+L2,摇杆长度L3,松土爪齿长度L4和行走轮直径D等,松土部件结构如下:
曲柄边缘圆周线速度Vp=2.4m/s,s,曲柄转速n=142r/min,且Vp=ωR(ω为曲柄的角速度),ω=2Πn/60,Vp=Rπ=2πnR则:
R=60Vp/2πn=60*2.4/(2*3.14*142)=0.16m=16cm
Ⅲ、主要部件的选型和设计
(1)电动机的选择
选用Z2电动机,它的最大优点就是便于调速,十分实用与本机操作。
选其功率为2.2kW,满载转速为1420r/min,堵转转矩和最大转矩分别为1.8N·m和1.6N·m。
(2)联轴器的选择
联轴器已经标准化了,根据使用要求和工作条件,选用弹性柱销联轴器HL2,本联轴器机构简单,制造容易,装拆更换弹性原件方便,有微量补偿两轴线偏移和缓冲吸振的能力,主要用于载荷较平稳、起动频繁、对缓冲要求不高的中、低速轴系列传动。
(3)减速器的选择
在满足传动比和性能要求的情况下,为了减小机具的尺寸应选择一个体积尽可能小的减速器,故选用WP系列蜗杆减速器,型号为:
WPS-70,传动比i=25,质量15kg,输入轴直径D1=18mm,两个输出轴直径D2=28mm.电动机的输出功率P=2.2kW,输出轴转速n=1420r/min。
电动机的输出轴通过联轴器与减速器的输入轴相连,忽略功能损耗,减速器的输入功率P1=2.2kW,其转速和电动机输出轴相同。
1减速器输入轴和输出轴的强度和刚度校核
2减速器的输入轴和输出轴材料均为45号钢,查表可知[τ]=40MPa,
G=280GPa,[φ]=1.5(°)/m。
轴传递的扭矩的计算公式为:
减速器输入轴传递的扭矩为:
有强度条件:
得:
可见,输入轴的直径D,=18mm>12.4mm满足强度要求。
有刚度条件:
可见,输入轴的直径D,=18mm>16.4mm满足刚度要求。
同理输出轴也是符合要求的。
Ⅳ、松土部件的组成和设计
松土部件主要由松土爪齿、松土爪柄、松土爪横梁、曲柄、摇杆、套筒、销等组成。
松土爪齿通过螺栓固定在松土爪横梁上,松土爪横梁的两端通过螺栓与两侧的松土爪柄连接,松土爪柄分别与曲柄、摇杆通过铰链连接。
(1)松土爪柄的设计
采用厚为8mm的钢板,其一端通过四个螺栓与松土爪横梁连接,另一端通过铜套和销子与摇杆连接,中间孔通过铜套与曲柄连接。
如图1所示:
(图1)
(2)松土爪横梁的设计
松土爪横梁如图2所示,是厚度为8mm长方形钢板,上面打有关于横梁的中心线成对称式均匀分布的平孔,其中直径为8mm的孔用来安装松土爪齿,通过螺栓与松土爪齿连接,为防止爪齿绕螺栓旋转,每个松土爪齿通过两个螺栓与松土爪横梁连接,每相邻两对孔之间的距离为88mm,共有8对孔,即横梁最多可以安装8个松土爪齿。
直径为5mm的四个孔用来将横梁固定在松土爪柄上。
(图2)
(3)松土爪齿的设计
松土爪齿的设计主要参考钉齿耙的耙齿,确定松土爪齿的长度b=240mm,则齿尖长度b’=b/3=240/3=80mill,形状为上宽下窄,有利于减小土壤阻力。
因为方形断面钉齿有良好松土、碎土能力,工作稳定,而圆断面钉齿松土和碎土能力较差,故将松土爪齿的断面设计为方形断面。
形状如图3所示:
(图3)
(4)曲柄的设计
曲柄分为主动曲柄和从动曲柄,主动曲柄如图4所示,通过花键与工作轴连接,另一端与一侧的松土爪柄连接。
从动曲柄图5所示,其一端与机架另一侧的松土爪柄连接,另一端套在带座外球面轴承内。
(图4)
(图5)
(5)摇杆的设计
摇杆由摇杆主体和夹板两部分组成,摇杆主体和夹板分别如图6和图7所示,摇杆主体的材料为厚8mm的钢板,夹板的材料为厚5mm的钢板。
(图6)
(图7)
两块夹板通过三个螺栓固定在摇杆主体的两侧,将摇杆夹在中间,保证了摇杆受力的均衡性和运动的稳定性,摇杆组合体如图8所示:
(图8)
4l
五、设计小结
经过两个月的思考与实践设计,通过组员孜孜不倦地探索与努力,我们设计的园艺电动松土机基本成形。
在零件的设计上,松土部件的原动件曲柄与上一代样机的驱动轮相比,体积和重量大大减小,简化了零件结构,节省了材料,减轻了样机的重量。
本机以电动机为动力,具有体积小、成本低、工作可靠、不污染环境等优点。
采用整体式机架,电动机和减速器固定在机架的上方,导向轮安装在机架的后方,缩短了松土爪齿和机架前端的距离,减小了松土爪柄的长度,使整机尺寸减小,后导向轮兼起限深作用。
另外,本机模拟人工刨地的动作进行作业,幅宽和耕深能够满足温室内的耕作要求,对土壤的切削和破碎效果好,抛土能力得到了弱化,降低了功耗,耕后地表平整,无犁底层,减轻了土壤的压实,对温室环境没有污染,松土爪齿抬起幅度不大,适合在温室内使用。
最后,此次机械设计大作业的带给我们的收获不仅仅的是个成形的产品,更多的是付出劳动和汗水之后无限的成就感和喜悦,当然还有团队合作的精神与锻炼。
六、附录
工作分配情况:
余靖108015039设计、绘图
韩淼龙108015058设计、计算
邢盼108015031设计、PPT、说明书
罗鸿杰108015042协助
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