桑葉采收機總體方案的擬定及傳動系統(tǒng)的設(shè)計

桑葉采收機總體方案的擬定及傳動系統(tǒng)的設(shè)計,桑葉采收機總體方案的擬定及傳動系統(tǒng)的設(shè)計,桑葉,采收,總體方案,擬定,傳動系統(tǒng),設(shè)計 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計 桑葉采收機總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計 DESIGN OF TRANSMISSION SYSTEM AND THE OVERALL PLAN OF MULBERRY LEAF HARVESTING MACHINE 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)及班級： 指導(dǎo)老師及職稱： 教授 學(xué) 院：工學(xué)院 湖南長沙 提交日期：2013 年 5 月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生設(shè)計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下， 進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注 明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確 的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 1 前言 1 2 課題設(shè)計的意義 2 2.1 桑葉采收機發(fā)展現(xiàn)狀 2 2.2 采茶機發(fā)展現(xiàn)狀2 2.3 桑葉采收機的市場及其前景3 3 總體方案的提出 3 3.1 主要結(jié)構(gòu) 3 3.2 工作原理4 4 主要零部件的設(shè)計計算 4 4.1 整機結(jié)構(gòu) 4 4.2 設(shè)計要求 5 4.2.1 技術(shù)指標 5 4.3 汽油機的選擇 5 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 5 4.3.2 汽油機的選擇計算 5 4.4 帶傳動的設(shè)計與計算 5 4.4.1 帶輪材料的選擇及熱處理 5 4.4.2 帶輪設(shè)計 5 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計計算 7 4.5.1 初級參數(shù)假定 7 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計 8 4.6 軸的設(shè)計計算 9 4.6.1 軸的計算 9 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案9 4.6.3 軸的校核10 4.6.4 鍵的校核 11 4.7 風(fēng)機的設(shè)計12 4.7.1 各種類型風(fēng)機的工作原理12 4.7.2 風(fēng)機的分類 12 4.7.3 離心式通風(fēng)機的選擇13 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計計算13 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及材料的選擇14 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝14 4.8.2 刀具材料的選擇15 4.9 其他部分的設(shè)計15 4.9.1 機架的設(shè)計15 4.9.2 行走輪設(shè)計15 5 總結(jié)16 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點及解決問題的效果16 參考文獻17 致謝18 桑葉采收機總體方案的擬定和傳動系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： （8） 摘 要: 為了提高采摘桑葉的效率,本畢業(yè)設(shè)計為設(shè)計一款桑葉采收機,對該機進行結(jié)構(gòu)設(shè) 計,對其性能參數(shù)進行設(shè)計計算,對各傳動元件進行設(shè)計計算（繪制機具總裝圖,及其部分元件圖。 ）,最終設(shè)計出一臺便于操作維修、成本低、安全可靠的桑葉采收機。 關(guān)鍵詞：桑葉采收；采摘；負壓；皮帶輪；鋼絲軟軸 Design of Transmission System and the Overall Plan of Mulberry Leaf Harvesting Machine Student：Mao Pengcheng Tutor：Yang Wenmin （College of Engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: In order to improve the efficiency of picking mulberry leaves, this graduation design is to design a mulberry leaf harvesting machine, design the structure of the machine, design and calculate its performance parameters and each driving element (drawing machine assembly drawings, and its component diagram.) Finally, design a mulberry leaf harvesting machine that is cheapy, easy to repair, safe and reliable. Key words: Mulberry leaf harvesting; harvesting; negative pressure; pulley; the wire flexible shaft 1 前言 種桑養(yǎng)蠶在我國有著悠久的歷史 ,栽桑的目的是采葉養(yǎng)蠶，而桑葉又是桑樹的營 養(yǎng)器官，在采葉的同時，要注意養(yǎng)樹，以達到下期或來年得到更多桑葉的目的。采葉 的基本方法有摘葉法、采芽法和剪條法三種 15：摘葉法在小蠶或夏、秋蠶期應(yīng)用；采 芽法在春蠶大蠶期應(yīng)用；剪條法是連條帶葉剪取條桑，直接飼蠶。秋末冬初，通過剪 梢（剪去枝條梢部） ，能減少桑樹凍害，提高發(fā)芽率和春葉產(chǎn)量。目前全國桑蠶養(yǎng)殖 達到盛況,而且還在不斷地擴大化中,作為今后農(nóng)戶新的一種經(jīng)濟農(nóng)作物,勢必會形成 全國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。如果能針對性地研發(fā)出來適用于這種桑葉采摘方式的工具,就 能把農(nóng)戶從痛苦的勞作中解救出來,讓他們省時又省力地完成龐大的工作量。 本課題即針對桑葉采收主要靠人工進行時的問題及現(xiàn)有采收設(shè)備不足的現(xiàn)狀，研 究出一種專用于桑葉采收的機械設(shè)備，并對整機各結(jié)構(gòu)部件進行協(xié)調(diào)，對采收機所用 刀片的材料、結(jié)構(gòu)進行分析，研制配套的負壓系統(tǒng)，相應(yīng)的鋼絲軟軸，機架，并進行 計算和裝配圖的繪制。最終設(shè)計出一臺便于操作維修、成本低、效率高的桑葉采收機。 2 課題設(shè)計的意義 2.1 桑葉采收機發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機是從近年來發(fā)展起來的，然而采茶機的研制早有淵源。1956 年開始,日本 就開始試作電氣動力源的攜帶型采桑機,1961 年開始公開演示。同年,日本制定了農(nóng)業(yè) 現(xiàn)代化發(fā)展的農(nóng)業(yè)基本法,使得全國的拖拉機的普及臺數(shù)超過了 100 萬臺,有效地推進 了農(nóng)業(yè)的機械化。 與采茶機類似，攜帶型采桑機的采桑方式有 3 種,即往復(fù)動刃型(現(xiàn)在的可搬型采 桑機多采用這種方式)圓盤狀的水平回轉(zhuǎn)刃型以及圓桶刃型,攜帶型的機械,機身重 6- 12 公斤,采摘幅度 25-45 厘米.采摘勞動強度相對較大,工作效率也相對較低,但現(xiàn)在日 本的桑樹園還有不少是沿用該機械的,1 小時可采 40-60 公斤鮮葉 14。 2.2 采茶機發(fā)展現(xiàn)狀 采桑機雖然在國外早已開始應(yīng)用，但在我國的研究卻比較落后。中國早已研制出 自己的采茶機，中國對采茶機的研究是五十年代末期開始的，近年來進展較快。機器 采茶已在部分地區(qū)和國營茶場較大面積上試用，全國不少專業(yè)研究機構(gòu)也對機采問題 作了較為廣泛的研究，并已取得一定成果。中國研制并已提供生產(chǎn)上試用、試驗的機 型有十余種。采茶機的工作原理均屬切割式?；拘褪接型鶑?fù)切割式、螺旋滾刀式、 水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式三種。動力來源分機動、電動、手動三種。 采茶機的工效與茶芽生長情況、操作者技術(shù)熟練程度及采茶機采摘幅寬度關(guān)系較 大。機采的生產(chǎn)效率一般要比手采高 6-15 倍。如江蘇芙蓉茶場機動螺旋滾動式采茶 機（采摘幅寬 270 毫米，每臺兩人輪換工作） ，臺時產(chǎn)量為 80-100 斤鮮葉，較手采提 高 15 倍。湖北省 74-I 型手搖軟軸傳動采茶機（采摘幅 270 毫米，兩人操作） ，臺時 產(chǎn)量為 73 斤鮮葉，較采提高 6-8 倍。上海農(nóng)機所和我所試制的 JW 機動往復(fù)切割有茶 機（幅寬 300 毫米，兩人操作） ，臺時間量為 80-90 斤鮮葉，比手采提高 10 倍左右。 采茶機的采摘質(zhì)量，以往復(fù)切割式為好，完整芽葉可達 60-70%，加上破碎但能制 茶的部分鮮葉，可制率達 85-90%。水平旋轉(zhuǎn)鉤刀式采茶機的完整芽葉為 40-55%，可 制率在 75%以上。螺旋滾切式采茶機的完整芽葉只有 30-40%，可制率在 50%以上 11。 2.3 桑葉采收機的市場及其前景 近年來 ,我國桑蠶業(yè)發(fā)展很快 ,隨著種桑面積的擴大 ,廣大桑農(nóng)也遇到了一些難 題 ,比如桑葉目前只能靠手工采摘 ,效率很低。隨著東桑西移工程的實施,目前全國 的桑蠶養(yǎng)殖達到了空前的旺盛階段,除去幾個因天氣與地形影響而種不了桑養(yǎng)不了蠶 的地區(qū),其它地方基本上或多或少的都已形成了大規(guī)模的桑蠶養(yǎng)殖,從而也使得桑蠶養(yǎng) 殖成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè).幾十年來,農(nóng)戶的手工勞作形成了采摘桑葉的唯一習(xí)慣,時間 長,勞動強度大,除去手部會受傷外,還會因天氣炎熱而造成中暑死亡的事例。這種勞 動方式幾十年來給農(nóng)戶帶來苦不堪言的痛楚,但因為沒有一種有效的工具可以幫助他 們從繁重的勞動中解脫出來,所以他們不得不一直忍受著。 為此 ,作者設(shè)計了桑葉采收機 ,以降低勞動強度 ,提高采桑效率 ,獲得更高的經(jīng) 濟效益。 隨著桑蠶養(yǎng)殖市場的不斷擴大化,這種桑葉采收機必會受到廣大農(nóng)戶的喜愛與接 納,也使得桑葉采收機的市場需求前景無限！ 3 總體方案的提出 目前市場上的桑葉采收機，總體結(jié)構(gòu)上可以借鑒的地方較少，因此我根據(jù)現(xiàn)有茶 葉采收機及修剪機的結(jié)構(gòu)，結(jié)合桑葉特征以及農(nóng)機相關(guān)知識進行修改，提出了本設(shè)計 的總體方案。 該桑葉采收機的工作原理是肉眼識別，單葉操作，機械采摘，真空收集。工作時 真空泵運轉(zhuǎn)使采集箱處于負壓狀態(tài)，另機械采摘器形成吸力，用肉眼識別和選擇桑葉 嫩枝，用機械采摘器將嫩枝切斷，嫩枝被吸入機械采摘器并經(jīng)軟管進入采集箱。 本桑葉采收機的優(yōu)點是肉眼識別，選擇性采收。機械采摘提高勞動效率節(jié)省人工； 真空收集提高收集速度，避免手指、指甲等接觸、劃傷葉片，既保護勞動者，又減少 了產(chǎn)品污染。 31 主要結(jié)構(gòu) 以下結(jié)合圖 1 對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的說明。 圖 1 總體布置圖 Fig 1 General arrangement diagram 1-扶手，2-支撐墊，3-鋼絲軟軸，4-可視泄料窗，5-皮帶輪，6-汽油機（風(fēng)機） ， 7-濾葉絲網(wǎng)，8-采集箱，9-行走輪，10 軟管，11-采摘刀，12-進葉口 32 工作原理 該桑葉采收機由小型汽油機作為氣吸裝置和采摘器的動力來源。小型汽油機的曲 軸與風(fēng)機采取直連的連接方式，傳動方式為把汽油機的轉(zhuǎn)動部分與離合器、皮帶輪相 連，通過一級皮帶輪減速帶動鋼絲軟軸轉(zhuǎn)動，繼而帶動采摘頭的采摘刀轉(zhuǎn)動，切斷桑 樹細嫩枝葉。收集部分由風(fēng)機、軟管和采集箱組成。小型汽油發(fā)動機在怠速狀態(tài)工作 時，離心式離合器處于分離狀態(tài)，不傳遞動力。當(dāng)汽油發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到離合工作轉(zhuǎn)速 時，離合器開始結(jié)合對外輸出動力，一方面通過一級皮帶減速驅(qū)動鋼絲軟軸帶動采摘 刀工作。與此同時發(fā)動機在額定工況下工作時，風(fēng)機也在額定工況下工作。氣吸式風(fēng) 送結(jié)構(gòu)把切下來的桑葉吸送到采集箱內(nèi)，從而實現(xiàn)對桑葉的采收。 4 主要零部件的設(shè)計計算 4.1 整機結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的桑葉采收機主要由機架、鋼絲軟軸、刀具、皮帶輪、汽油機、風(fēng)機以 及其他零部件和支撐件組成。雙人操作，一人推車前進，另一人進行采收。汽油機帶 動皮帶輪傳遞動力到軸承，帶動采摘刀工作，同時風(fēng)機制造負壓將切斷的桑葉吸進采 集箱。 4.2 設(shè)計要求 4.2.1 技術(shù)指標 (1) 采收高度：300mm ； (2) 機身重量：40%； 4.3 汽油機的選擇 4.3.1 已知給定刀具參數(shù)如下 (1) 切削力 F=150N (2) 切削最大半徑 R=60mm (3) 刀片轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 4.3.2 汽油機的選擇計算 T=FR=150N0.06=9N.m Pw=Tn/9550=91500/9550=1.4kw P 軟軸 =1.4/0.98=1.43kw P2=1.43/0.94=1.52kw Pd=P 風(fēng)機 +P2=4kw 由以上計算，我選擇 IE67-8F 汽油機，水冷，最大功率 10kw，額定轉(zhuǎn)速 2500r/min. 4.4 帶傳動的設(shè)計與計算 帶傳動是一種摩擦傳動，由具有彈性和柔性的帶繞在帶輪上所產(chǎn)生的摩擦力來傳 遞運動和動力，帶傳動主要用在中、小功率傳遞中，傳動平穩(wěn)，噪聲小。在需要精確 傳動比的地方，同步帶因不需要潤滑而得到廣泛的應(yīng)用；而更多的地方不需要精確的 傳動比，因此其他形式的帶傳動廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域。一般來 說，帶傳動的功率 P=60KW，線速度的范圍為 5-25m/s，傳動比 i125mm 其中，大帶輪直徑為 mndd 23140521 實際傳動比 I、從動輪的轉(zhuǎn)速分別為 69.140312di min/7.52rin961 從動輪的轉(zhuǎn)速誤差為 在正負百分之五以內(nèi)，為允許值。%4.10154 (4) 驗算帶速 V (1)smndV/3.8106 在 5-25m/s 范圍內(nèi)。 (5) 確定帶的基準長度 LD 和中心距 按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求初定中心距 (2)21217.0dda563 初定 m0 由文獻10的式 8-22 得 (3)0 21210 4)()(2addaL 021214)(502addm.19 由文獻10表 8-2，選取帶的基準長度 LD=1600mm 計算實際中心距 (4)mLad 75.042).15960(5200 (6) 校驗小帶輪包角 a1 由文獻10式（8-25）查得 小帶輪包角 (5)a3.57-18012）（ da = .436 = 9 滿足要求。 (7) 確定 V 帶根數(shù) Z 由文獻10式（8-26） (6)LaAcaKPZ010 由表 8-2 查得 KL=0.92，由表 8-4a 查得單根普通 V 帶的基本額定功率 P0=3.8， 由表 8-4b 查得功率增量 P 0=0.68，由表 8-5 查得包角修正系數(shù) Ka=0.98 得普通 V 帶的根數(shù)298.68.034Z 取 Z=2 根 (8) 求初拉力 F0 及帶輪軸上的壓力 Fq 由文獻10式（8-27）得單根 V 帶所需最小初拉力為 (7)20)5.2(qZKPFVac 182.0918.04. N927 由式（8-28 ） ，帶輪軸的壓軸力為 (8)2sin10aZFq69i.47 =493.5N (9) 設(shè)計結(jié)果 由以上計算及分析我決定選擇 1 根 B-4000GB1171-89V 帶，中心距 a=505mm，帶 輪直徑 dd1=140mm，d d2=236mm，軸上壓力 Fp=493.5N 4.5 鋼絲軟軸的設(shè)計計算 4.5.1 初級參數(shù)假定 (1) 選取軟軸鋼絲材料 根據(jù)要求，軟軸材料選用碳素鋼，其中 =700MPa (2) 確定鋼絲軟軸纏繞層數(shù) m 根據(jù)要求，選取該軟軸鋼絲纏繞層數(shù) m=4 (3) 假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 根據(jù)要求，假定最外層螺旋鋼絲纏繞比 742Dc (4) 假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 根據(jù)要求，假定軟軸單位長度允許扭轉(zhuǎn)角 m/360 4.5.2 鋼絲軟軸的設(shè)計 (1) 計算最外層鋼絲直徑及軟軸外徑 如鋼絲軟軸中各層鋼絲滿足等強度條件，則： (9)EDKnEKnDm22124 =1119 初定最外層螺旋鋼絲纏繞頭數(shù) Z4=9，得： (10)44KZ360Ecd =2.13mm 圓整取 d4=2mm，則： D24=14mm， D0=D2m+dm=16mm.軟軸外徑=16mm (2) 選取其余各層螺旋鋼絲直徑 選取各層螺旋鋼絲直徑 d1，d 2，d m-1。一般?。篸 1d 2d 3d m-1d m 為便于加工及方便設(shè)計，?。?d2=d3=d4=2mm，d 1= =1mm4 計算得： D23=10mm， D22=6mm，D 21=3mm C1=3，C 2=3，C 3=5 確定各層螺旋鋼絲頭數(shù) 由 (11)m21 CdkZdkZ 注意到 Z 取整數(shù)，故取 Z1=8，Z 2=4，Z 3=7，Z 4=9 校核強度,由 (12) 可得 1=646MPa， 2=646MPa， 3=598MPa， 4=523MPa，顯然強度足夠。 (2) 校核剛度 由 (13)miiDdZEM123670 得 ，故剛度足夠。5. 綜上，所設(shè)計軟軸能滿足要求。 4.6 軸的設(shè)計計算 軸的設(shè)計也和其它零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合 理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零 件的可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方 面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強度。這時只需要對軸進行強度計 算，以防止斷裂或塑性變形。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在及其中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件 的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)結(jié)的方法；載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的 加工工藝等。 而影響軸的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異。 4.6.1 軸的計算 軸上的功率 P=1.53kw，軸轉(zhuǎn)速 n1=1500r/min，根據(jù)公式算得： (14) 初步確定軸的最小直徑：先初步估算軸的最小直徑。本設(shè)計選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，適用于承受交變負荷、中等速度、中等負荷、強烈磨損、無很大沖擊 的重要零件。取 A0=150，于是得 (15) 因此，選取軸徑為 40mm。 4.6.2 擬定軸上零件的裝配方案 (1) 選擇滾動軸承：因軸承只受徑向載荷和軸向載荷作用，故使用深溝球軸承， 由文獻10表 13-2，初選滾動軸承代號為 6310，選擇內(nèi)徑 d=50，外徑 D=80，寬度 B=16。 (2) 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩方面。其主要尺寸為其截面尺寸（一般 以鍵寬 b鍵高 h 表示）與長度 L。鍵的截面尺寸 bh，按軸的直徑 d 由標準中選擇 鍵的長度 L=(1.52)d，這里 d 為軸徑。 普通平鍵的主要尺寸，因為：d=40mm，即公稱直徑：d3844，公稱尺寸 bh=128，公稱尺寸 b=12。 取輪轂長度 L=80。平鍵選用材料為 45 剛，個數(shù)為 2 個，長度取 40mm。為了保證 與軸配合有良好的對中性，故選擇皮帶輪輪轂與軸的配合為 。76Hn (3) 確定軸上圓角和倒角尺寸，參考文獻10表 15-2，取軸端倒角為 245，各 軸 肩處的圓角半徑及結(jié)構(gòu)尺寸見圖 2 及圖 3。 (4) 由于快速皮帶輪軸必須同時帶動汽油機和風(fēng)機，需要兩個聯(lián)軸器，而慢速皮 帶輪要帶動鋼絲軟軸，需要一個聯(lián)軸器，因此共需要三個聯(lián)軸器。選用標準件 GYS6。 其中，軸孔直徑分別為 40mm 和 50mm。因為需要保持連接緊密，所以采用過盈配合 76Hk 圖 2 慢速皮帶輪軸 Fig 2 Slow pulley Shaft 圖 3 快速皮帶輪軸 Fig 3 Fast pulley Shaft 4.6.3 軸的校核 軸傳遞的扭矩由軸的計算得 T1=9741Nmm 已知帶輪軸壓軸力 Fq為 493.5N 只考慮垂直面所受彎矩，如圖 b MV=56Fq=28869.75Nmm 由于水平面彎矩為 0，危險截面處最大合成彎矩計算 (16)VH2 做扭矩圖，如圖 c T1=9741Nmm 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據(jù)文獻10 式（15-5）及以上所算的數(shù)據(jù)，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 a=0.6，軸的 計算應(yīng)力 (17) 易知 ,故安全！MPa6079.51 圖 4 軸的校核 Fig 4 Axis calibration 4.6.4 鍵的校核 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要的實效形式是工作面被壓潰。因此通常只按工作面 的擠壓應(yīng)力進行強度校核。 假定載荷在工作面上是均勻分布的，不同平鍵連接的強度條件為 (18) 式中；T-傳遞的扭矩 Nm K-鍵與輪鍵槽的接觸高度 mm L-鍵的工作長度 mm D-軸的直徑 對于安裝皮帶輪的軸上的鍵進行相關(guān)校核， ，其中MPap6.12MPap60 可見 ，所以鍵的強度足夠。p 4.7 風(fēng)機的設(shè)計 風(fēng)機是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為被輸送氣體的壓力能和動能的一種動力設(shè)備。對 于采收桑葉來說，風(fēng)機是一種不可缺少的動力設(shè)備。利用風(fēng)機所產(chǎn)生的負壓，為采收 提供所需的風(fēng)量。 風(fēng)機根據(jù)其作用原理的不同，一般可分為離心式、軸流式、混流式三類。在工業(yè) 生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的是離心式和軸流式，在通風(fēng)除塵系統(tǒng)中，主要是使用離心式風(fēng) 機。 4.7.1 各種類型風(fēng)機的工作原理 (1) 離心式風(fēng)機工作原理 離心風(fēng)機的工作原理是，葉輪告訴旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量,即流體通過 葉輪后,壓能和動能都得到提高,從而能夠被輸送到高處或遠處。離心式風(fēng)機的葉輪裝 在一個螺旋型的外殼內(nèi),當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時,流體軸向流入,然后轉(zhuǎn) 90進入葉輪流道并徑 向流出。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn),在葉輪入口處不斷形成真空,從而使流體連續(xù)不斷地被風(fēng)機吸 入排出。 (2) 軸流式風(fēng)機工作原理 軸流式風(fēng)機的工作原理是，旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓推進力使流體得能量，升高其壓能和動能。 軸流式風(fēng)機的葉輪安裝在圓錐形機殼內(nèi)，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，流體軸向流入。在葉片葉道 內(nèi)獲得能量后，沿軸向流出。軸流式風(fēng)機適用于大流量，低壓力，電廠中常用作送引 風(fēng)機。 (3) 混流式風(fēng)機工作原理 混流式風(fēng)機工作原理是，流體進入葉輪后，流動的方向處于軸流式與離心式之間，近 似沿錐面流動?；炝魇斤L(fēng)機的性能亦介于離心式與軸流式之間，起流量大于離心式但 小于軸流式；全壓大于軸流式而小于離心式。 考慮到桑葉采收機功率不大，我選擇離心式風(fēng)機。 4.7.2 風(fēng)機的分類 按壓力的大小風(fēng)機可分為通風(fēng)機，鼓風(fēng)機和壓氣機。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 日益需要輸送空氣、氧氣、氮氣、氫氣、乙烯、丙稀等各種氣體的機械。通風(fēng)機是應(yīng) 用最廣泛的一種氣體輸送機械。 通風(fēng)機按照工作時候產(chǎn)生的壓力大小可分為（在大氣壓為 101.3KPa，氣溫為 20的標準狀態(tài)下）： 低壓離心式通風(fēng)機：通風(fēng)機全壓 p1KPa； 中壓離心式通風(fēng)機：通風(fēng)機全壓 p=1KPa3 KPa； 高壓離心式通風(fēng)機：通風(fēng)機全壓 p=3KPa5 KPa； 低壓軸流通風(fēng)機：通風(fēng)機全壓 p500Pa； 高壓軸流通風(fēng)機：通風(fēng)機全壓 p500Pa。 通風(fēng)機廣泛地運用于各個工業(yè)部門，在家庭中廣泛使用的電風(fēng)扇和吹風(fēng)機都屬于 通風(fēng)機，其中離心式通風(fēng)機因為性能范圍廣，效率高，體積小，重量輕，能與高速原 動機直聯(lián)，所以運用最為廣泛。 4.7.3 離心式通風(fēng)機的選擇 離心式通風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)部件為葉輪、機殼、進氣口、出氣口 機殼內(nèi)的葉輪安 裝于原動機拖動的軸承上。葉輪由葉片和連接葉片的前盤及后盤組成。葉輪后盤裝在 轉(zhuǎn)輪上，機殼一般是鋼板制成螺線狀箱體，支撐與支架上。 離心式通風(fēng)機的選擇主要是指風(fēng)機本體的選擇，同時還包括與其相配的傳動部件 電動機等的選擇，選擇風(fēng)機是保證通風(fēng)除塵系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。風(fēng)機選擇不當(dāng)， 造成設(shè)備投資及能耗的浪費，因此，在選擇風(fēng)機時，一定要全面考慮，做到正確選擇， 以達到預(yù)期目的。 4.7.4 主要參數(shù)的設(shè)計計算 (1) 輸送量的確定：根據(jù)要求知其輸送量為 300kg/時。 (2) 混合比的選?。夯旌媳仁侵冈趩挝粫r間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量與同一時間內(nèi)通過 該管道的空氣質(zhì)量之比，用 m 表示。吸送式負壓輸送系統(tǒng)裝置混合比的選取主要 取決于管系條件（輸送管長度、管內(nèi)壁粗糙狀況、彎管數(shù)量及管道布置方式等） 、 物料物理特性及氣源機械的性能（真空度、風(fēng)量等）因數(shù)。M 值越大，有利于提高 裝置的輸送能力。對懸浮輸送方式來說，在規(guī)定生產(chǎn)條件下，如選定的 m 值大， 則所需風(fēng)量小，因而可用管徑較小的管道，且單位能耗也低。但若 m 值過大，則 管路壓力損失增大，要求采用真空度較高的氣源機械，且輸送管道容易發(fā)生堵塞。 反之，如選取的 m 值小，則所需風(fēng)量大，不僅管徑和分離、除塵等設(shè)備的尺寸都 要增大，且由于功率主要消耗在輸送大量空氣而使裝置單位能耗增高。然而選用 小的 m 值，卻可以采用真空度較小的風(fēng)機。由此看來，影響 m 值的因數(shù)很多，其 值的范圍也較大，很難用公式簡單計算求得。在設(shè)計計算時盡可能參考各種實例、 憑借已有經(jīng)驗或試驗數(shù)據(jù)來確定，一般低真空吸送式負壓輸送系統(tǒng)裝置，選取混 合比 m=2。 (3) 計算空氣流量的確定：根據(jù)選擇的輸送混合比 m=2，所需風(fēng)量 Q 應(yīng)為： (19) 式中：Q風(fēng)量（m3/h） a空氣比重，取 a=1.2kg/m Gs輸送量 kg/h 混合比，其值由經(jīng)驗得。在此選擇 =4 所以按設(shè)計要求的風(fēng)量為： )/(3.208.15hmGQas (5) 被輸送物料的運動速度確定：確定合理的輸送速度必須保證裝置能長期正常 輸送物料。因此，應(yīng)該考慮以下諸多因素可能的影響：風(fēng)機工作性能的變化；管系漏 氣；輸送物料品種及某類物料圖物理特性的可能變化；氣流輸送系統(tǒng)要求具有一定的 輸送能力儲備；氣象條件的變化。 綜合以上各項影響因素，按照已有實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)，我這次選用的輸送氣流速度為 20m/s。 (5) 輸料管的內(nèi)徑：輸料管起始段內(nèi)徑可按下式確定： (20)mvQDa6023.801.018. 考慮到桑葉大小，為防止堵塞，選擇內(nèi)徑為 60mm。 根據(jù)上述分析和計算結(jié)果，我選擇 11-62 離心式風(fēng)機，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為 n=2500r/min 風(fēng)量為 Q=500m3/h，進口風(fēng)壓 H=-250Pa。 4.8 刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及材料的選擇 4.8.1 刀具與采摘頭的結(jié)構(gòu)與安裝 刀具的結(jié)構(gòu)采用用圓盤形的刀盤，兩邊有裝有兩個對稱的刀片，為防止切割桑樹 枝時桑樹枝外滑，故把刀刃設(shè)計成呈圓弧型。刀具使用螺紋和軟軸相連，并通過管接 頭安裝在采摘頭上，管接頭采取螺釘固定。 與此同時，真空軟管也通過管接頭連接在采摘頭上，采摘頭由 Q235 鋼制造。采 摘刀的位置要放置到正好能將切下來的枝葉送往真空管中的部位，不偏不倚。具體形 式如圖 5。 圖 5 采摘頭 Figure 5 Picture head 4.8.2 刀具材料的選擇 因刀片在高速的環(huán)境下工作，且在剪切過程中，刀片會受到很大的擠壓力，摩擦 也會很厲害，需要的硬度也比較高。根據(jù)這些因素我決定選擇 W18Cr4V。 W18Cr4V 是應(yīng)用比較廣泛的的高速鋼，其性能主要有：熱處理硬度可達 63- 66HRC，抗彎強度可達 3500MPa 左右，可磨性好。其優(yōu)點：通用性強，工藝成熟。 熱處理：經(jīng)淬火硬度達到 66HRC，刀尖處噴涂碳化鈦或氮化鈦。 4.9 其它部分的設(shè)計 4.9.1 機架的設(shè)計 機架是固定和承載汽油機和工作機構(gòu)的，機架采用焊接成型，考慮到加工和維修 的方便性和使用的經(jīng)濟性，故材料采用塑性好，焊接性能好的 HT200 焊接而成。汽油 機、風(fēng)機、工作機構(gòu)與機架均采用螺栓聯(lián)接。 4.9.2 行走輪設(shè)計 桑葉采收機的行走輪由輪轂和輪胎組成，輪轂根據(jù)前面的設(shè)計要求選擇 45 鋼。 輪胎在此要與輪轂配合，輪胎的大小尺寸應(yīng)與桑葉采收機的整體形狀和尺寸緊緊相連。 輪胎的外徑是 =160mm，由于負載不大，且速度較低，為使結(jié)構(gòu)簡化，其具體形狀采 用輪軸合一的形式，外圈材料為橡膠。行走輪的具體尺寸如圖 6。 圖 6 行走輪 Figure 6 The walking wheel 5 總結(jié) 5.1 產(chǎn)品的優(yōu)點及解決問題的效果 該設(shè)計的桑葉采收機，投入使用后可大大提高茶樹修剪的效率，和以往人工進 行修剪工作相比較，不但可以節(jié)約大量勞動力、降低成本，而且修剪效果比人工修剪 要好很多。 經(jīng)過和現(xiàn)有采收機的比較，發(fā)現(xiàn)本設(shè)計的采收機有如下優(yōu)點： (1)與一般采收機相比，該機節(jié)能較多； (2)該采收機更適用于桑樹種植的特殊模式； (3)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅固、簡單，維修方便； (4)該機可通過軟軸對不同高度的桑樹進行采收。 由于該機節(jié)能多、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、維護及操作方便和售價低廉，因此更加適 合于種桑養(yǎng)蠶的勞動人民選用。 參考文獻 1 肖麗萍,魏文軍,宋建農(nóng),靳桂萍,可控變桿長空間機構(gòu)在農(nóng)機部件工作軌跡上的設(shè)計與應(yīng)用 J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2007(07) 3 李健,龐新維,桑葉采摘機主運動系統(tǒng)公差的設(shè)計J. 農(nóng)機化研究. 2007(03) 3 李健,靳龍,伍麗峰,開口空心齒輪軸的優(yōu)化設(shè)計J. 機械設(shè)計與制造. 2006(01) 4 李健,靳龍,桑葉采摘機手動操作機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計J. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2005(11) 5 尹健,謝慶生,羅延科,陳倫軍,考慮彈流潤滑的齒輪傳動多目標優(yōu)化設(shè)計的遺傳算法實現(xiàn)J. 機械工程學(xué)報. 2003(06) 6 姚文斌,何天淳,鋼絲軟軸抗扭剛度的計算及測量J. 力學(xué)與實踐. 2000(02) 7 王靜,生產(chǎn)過程中扭矩衰減的控制方法J. 大眾科技. 2011(10) 8 權(quán)啟愛,舒南炳,孟慶恩,朱守貞,從日本樣機試驗試述我國采茶機的研究J .中國茶葉.1980 年 05 期 9 何云信，容積式真空泵結(jié)構(gòu)型式的探討J. 真空.2002 年 02 期 10 璞良貴、紀名剛， 機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001 11 潘根生.試論我國茶葉機采的發(fā)展前景J .茶葉.1990 年 03 期 12 侯亞威，垂直管內(nèi)糧食顆粒流動特性的試驗研究D .內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué).2010 年 13 吳宗澤，羅圣國,機械設(shè)計課程設(shè)計手冊D .清華大學(xué).2006 年 14 王同洲，桑蠶實用技術(shù)M黃河出版社，2000 15 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化（果疏機械分冊）M農(nóng)業(yè)出版社 16 鄒慧君機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新M機械工業(yè)出版社，2008 17 張偉農(nóng)業(yè)物料學(xué)M中國農(nóng)業(yè)出版社,2007. 18 呂庸厚.組合機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新M.機械工業(yè)出版社,2008 19 便攜式雙滾切刀采茶機運動分析 李長虹 谷千里 何林 農(nóng)機化研究 2011 年 第 09 期 20M.R. Smith.Mechanisms And Machine TheoryM.Higher Education Press，2001,05：49- 64 21Rakesh V.Vohra.Mechanism Design：A Linear Programming ApproachM.Cambridge University Press,2011,04:20-35 致 謝 本論文是在楊文敏老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。從開題報告到中期檢查， 再到設(shè)計完成，無論是論文格式問題還是設(shè)計方面的疑問，楊老師總是在百忙之中耐 心地給我解答，在楊老師的幫助下，最終完成此次設(shè)計。 在這次畢業(yè)設(shè)計中，由于個人水平的有限，加上沒有較多的工作經(jīng)驗，設(shè)計中仍然存 在許多不足之處，望各位老師提出寶貴建議。再次感謝楊文敏老師這段時間的悉 心指導(dǎo)和關(guān)懷。