青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计
第三章 旋耕机工况参数的确定
由于在大棚内作业受到空间等因素的限制，要求机组尺寸尽量小，现选定耕幅为：B=550mm；旋耕刀辊半径：R=220mm；最大耕深：H=200mm；生产效率：每小时1.5亩。这样可计算出旋耕机组的前进速度：V=1000×666.673600×B=0．51m／s，选取 =0．52m/s
3.1 切削速度的确定
旋耕机刀刃的运动是复合运动，其中绕旋耕刀轴的速度V0=?R是相对速度，前进速度Vm是牵连速度，刀刃端点A的运动轨迹可用余摆线参数方程确定。
X=Vm+Rcos?t （3-1）
Y=Rsin?t （3-2）
绝对速度：
V?Vm2?2VmV0sin?t?V02 （3-3）
根据文献，轻型和中型土壤的平均切削速度v约为3-4m/s，草原沼泽粘土平均切削速度v约为6-8 m／s为宜的结论，针对山东地区蔬菜地土壤多为沙土，所以选定平均切削速度v为4-5 m/s左右。由于耕深H=200mm刀辊半径R=220mm刀刃端点沿余摆线从A 点切人土壤至A。
点结束切削，如图3-1所示：切土壤时相应的转动角：?m=arcsin(1一H／R)= 60 切人点A1的绝对速度大小：
VA1?V2m?2VmVsin?m?V20 （3-4）
结束点A2 的绝对速度大小：
VA2?V0?Vm （3-5）
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图3-1旋耕刀的工作示意图
绝对平均切削速度：
(VA1?VA2)/2 取V=4m/s时；
4?(0.522?2?0.52V0sin60?V20)
可得 V0=4.1m/s
取n=180r/min时：则V01?4.0m/s 同理取V=5m/s时：解得V0?5.27m/s 取n=240r/min则V02?5.0m/s 旋耕机工况：
由公式
??V0/Vm
?1?V01/Vm?4.0/0.52?7.7
?2?V02/Vm?5.0/0.52?9.6
切土节距：
S?2?R/Z? Z安装于同一侧的刀齿数：Z=2得
S1?2??220/2?7.98?86.6mm；S2?65mm垫片的最大厚度Smax?86.6mm
8
3-6）3-7） 3-8）
（ （
（
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3.2 旋耕工作部件的受力分析及计算 为了保证旋耕机的稳定性及行驶直线性，减轻重量、简化结构，旋耕刀轴采用中间传动形式，考虑到刀弯曲部份的长度b=50mm及中间传动结构的宽度，旋耕工作部件的配置采用l0把左弯刀，l0把右弯刀。 再据文献[11]，旋耕刀轴所需要的平均扭矩与单把弯刀对单垡作用的不同侧面和剪切面积、切削、破碎和抛掷所需要的平均扭矩，刀刃宽度及耕深等因素有关，按工况：??7.98，S=86.6mm确定单把刀所需的平均扭
Tmax??T1?220Nm： 根据公式：T?9550N/n;得功率；N1?T.n/9550?4.15kw。
作用在工作部件上的力，主要为耕作时土壤对工作部件产生的切削阻力，它的大小和方向与旋耕方法、工作部件的几何形状、运动特点、土壤性质及工作参数有关。如图3所示，假设土壤对工作部件的切削阻力为Rn ，可分解为Rk 和Rr ，当旋耕刀轴旋转过900时，切削阻力由Rnmax变到0，圆周力P1?T/R；1和10刀片：P1?60/0.2?300N；其余刀片： P1?40/0.2?200N；
Rn?P1/cos(????)?1.035P1 （3-9） 式中：????_阻力Rn与旋耕刀辊圆切线夹角再根据文献取?????150左右刀与阻力之间的夹角；??为切削角的变化量
0Rx?1.035P1sin(??15)Rr?1.035P1cos(??15)0
计算水平阻力Rr：因为Rr是?的函数，当刀片位于?=750，刀片5、6位于?=450，刀片3、8位于?=150时水平阻力最小；Fxmin??Rx?876N 根据功率计算公式：
N?FxVm （3-10）
将Fx?876N Vm?0.52m/s 代入公式得N2?0.456kW。
由于水平阻力与前进方向相同，因而它将有助于机组前进。因为旋耕刀轴采用中间传动形式，传动机构下面的土壤是旋耕刀耕不到的地方，为了解决这个问题，在传动机构前加一宽度为B1?50mm，耕深为H=200mm的V型犁铲这样可以保证无漏耕，而且也可以使传动机构的壳体不会受到土壤的阻碍而上抬。
v型犁铲所需的牵引力计算：
Fh?HB1Kp （3-11）
式中：H一犁耕深度(cm)；
B1一犁耕耕幅(cm )；
KP-犁耕比阻定为4.9(N/cm2)
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将H=20 B1=5 KP=4.9：代入上式可得Fk=490N 再根据功率算式：
N?FVhm （3-12）
得N3?490?0.52/1000?0.255kW 机组滚动阻力计算：
?P?9.8?W?9.8?0.35?100?343N
1t根据文献[12]推荐值取名义滚动阻力系数?(包含打滑系数)≤100k —机组重量 所需功率的计算：
N4??PV1m?343?0.52/1000?0.176kW
3.3 机组所需功率的计算
机组所需功率计算：
N?(N1?N2?N3?N4)/?m （3-13） 将N1?4.15kW;N2?0.456kW;N3?0.255kW;N4?0.178kW；??0.85代入上式可得： N?4.84kW。
式中：N1-旋耕刀辊所消耗的功率；
N2-水平阻力产生的推动前进功率； N3-v型犁铲所消耗的功率； N4-机组滚动阻力所消耗的功率
?m-旋耕机组的总机械效率：?m =85％
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第四章 传动机构的设计
4.1 发动机的确定
发动机功率计算：
N0??0N （4-1）
式中：?0-发动机的功率储备系数。
根据文献[13]推荐值取：?0 =1.05 再由N=4.86Kw，N0=5.1kW由前面计算出的发动机功率为5.1kW考虑到成本、配件及棚内作业尽可能减少空气污染等因素，我们采用泰洲林业机械厂生产的175F汽油机，该机为单缸四冲程风冷式，标定功率为1小时功率，转速：5.88kW／3600r／min，12小时功率／车速：4.85kW／3000r／min。
4.2. 皮带轮及皮带的选择
1.选择带型
根据计算功率PCA和小带轮转速n1由机械设计图8-8选定带型，选择B型V带。 2.确定带轮的基准直径dd1
初选小带轮的基准直径dd1，根据表8-3及表8-7，选dd1=119mm。
3.验算带的速度v 根据机械设计
?dp1n1 V? （4-2）
60?10004.计算从动轮的基准直径dd2
由dd1=i·dd2，取dd2=199mm。 5.确定中心距a和带的基准长度Ld
根据传动的结构的需要初定中心距，由
0.7(dd1?dd2)?a0?2(dd1?dd2) （4-3） 取a0=682mm；a0取定后，计算所需带传动的基准长度Ld：
Ld'?2a0??2(dd1?dd2)?(dd2?dd1) （4-4）
4a0将a0?462.7;dd1?119;dd2?199代入公式得L'd?1365
选取和L/d相近的V带的基准长度Ld,取Ld=1350mm；再根据Ld来计算实际中心距，
Ld?L?d a?a0? （4-5）
2由上面已知值的a=455mm
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