机电一体化专业论文机电一体化技术在农业机械上的应用Word格式.docx
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参考文献18
摘要
在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，农业机械化作为自动化生产线上的重要成员，逐渐在农业上得到认同并采用。
农业机械化的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家一个农业大国自动化的水平，目前，机电一体化在农业上主要承担着小麦联合收割机、农业机械节油、搬运以及等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将水稻联合收割机可一次性完成收割、脱粒、筛选、分离和装袋作业。
该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了大、中型收割机在丘陵、山区和水田难以收割的难题，在南方双季稻区、泥脚深度不大于20厘米的稻田中均能正常收割水稻。
该机采用全喂入、轴流式滚筒脱粒机构收割，确保脱粒干净、破碎率低，分离性能好。
关键词：
收割脱粒分离水稻
第一章农业机械的发展历史现状与趋势
1．1农业机械的发展历史
新中国建立之际，中国农业机械工业基础非常薄弱。
为了适应农业机械化发展的需要，中央提出“农机制造以地方为主的方针”，各地大搞农业机械工业。
到1979年，全国已建立县和县以上农业机械制造厂2327个，农业机械修造厂2386个，从而基本上建成了农业机械制造、维修、配件生产大致适应，门类比较齐全的农业机械工业体系。
与此同时，建立了包括农业科研、鉴定、推广、培训、供应、维修等比较齐全的农业机械化支持保障体系。
到1980年底，全国各省、市（地）、县均设有农业机械管理机构，每个县均有农机修造厂，50%的公社和20%的生产大队建立了农机维修点，公社农机管理站4.31万个（占全国公社数的80%），形成了覆盖全国、遍布城乡、比较健全的农业机械化支持保障网络，为农业机械使用提供及时、方便、可靠的服务。
新中国建立之初，中国农业机械动力很少，仅18万千瓦（见表1）。
到1980年，全国农业机械总动力达到14746万千瓦。
每万公顷耕地拥有大、中型拖拉机75台，小型拖拉机189台，农用载重汽车13.5辆，灌溉动力机械570千瓦。
1949-1980年，中国农业机械化作业水平有了很大的提高。
从种植业机耕、机播、机收水平分析，机耕面积占耕地面积达到63%，机播面积占播种面积达到24.7%，机收面积占收获面积达到15%（见表2）。
1980年农用动力中，人：
畜（头）：
机（千瓦）的比例，从1965年的100：
18：
4.6变为100：
16：
47，畜力相对减少了11%，机力增加了10倍以上。
总体而言，到1980年，机械拥有量中的不少指标已经达到或基本达到，但农业机械化作业水平等指标都比原定目标相差甚远，改革开放以后特别是进入新世纪以来，我国农业和农村经济建设取得重大进展。
农业机械装备总量持续增加。
2001至2006年我国农机总动力从5.50亿千瓦增长至7.26亿千瓦，拖拉机保有量由1405.5万台增长到1728.3万台。
2006年大中型拖拉机保有量达到167.6万台，比上年增长20%；
联合收割机保有量55.6万台，比上年增长17%；
水稻插秧机保有量11.2万台，比上年增长40%。
高性能、大马力和复式作业的农业机械保持高速增长，农机装备结构得到明显改善。
农田作业机械化水平显著提高。
2006年，我国机械化耕地、播种和收获总面积达到23.4亿亩，作业水平分别为52.1%、32.4%和25.2%，全国耕种收综合机械化水平达到38%，农业综合生产能力明显增强。
在小麦、水稻和玉米三大粮食作物中，小麦机播和机收水平均超过80%，基本实现了生产全程机械化，水稻机械化栽植和收获水平分别为10%和40%，玉米机播和机收水平分别达到58%和5%。
1．2中国农业机械发展现状
经过农机行业几十年的不懈努力，我国耕作机械业已具有了很大的规模，并拥有了种类较为齐全的产品系列，能较好地满足农业生产和用户的要求。
但在取得成绩的同时，受一些不利因素的影响，我国农机化尚存在一些问题。
（一）经费不足、研发能力薄弱。
前几年当农业机械化发展处于低潮期时，一些农业院校和理工大学里的农机院系相继缩编与转向，使得坚守农机研发这块阵地的人员越来越少，造成农机应用技术基础研究薄弱。
与此同时，国家级农机研究单位由于受到经费不足、人才流失等因素的制约也难以有所作为；
农机企业特别是耕作机械企业因规模小、利润低，大多数也不具备自主开发能力。
因此导致基础性、关键性技术研究日益被弱化；
前瞻性技术、共性技术研究失去了基础；
新产品与新技术研发滞后。
而新的种植技术与耕作方式所需耕作机械技术与产品研发的滞后，又直接影响了农业新技术的推广。
（二）我国耕作机械的技术、产品水平与发达国家相比差距明显。
具体体现在以下几个方面：
一是我国单一机械技术与国外液压、气动和机电一体化技术综合应用的差距；
二是我国手动、半自动机械技术与国外全自动、遥控、信息化技术的差距；
三是我国中小型、单一功能与国外大型、联合与复式作业机械的差距；
四是我国初步替代人工作业机械与国外作业高质量和操作舒适化的差距；
五是我国普通机械制造工艺装备与国外激光切割、柔性加工等先进装备的差距；
六是我国单一钢铁材料与国外金属、塑料、橡胶以及特殊钢材的差距。
（三）制造和装备技术落后，生产集中度和产品科技含量低。
随着市场经济的深入，老牌的农机企业负担日益加重，由于日益暴露出来的弊端，使农机市场格局发生重大变化，企业结构散乱，分散严重，生产集中度低，这无疑限制了企业的发展规模，也限制了企业装备和制造技术的提高。
生产的农机产品科技含量不高，不能形成更高的附加值，也就提高不了经济效益。
1．3农业机械的发展趋势
我国农机化已经进入了一个快速发展机遇期：
一是农机化促进法在2004年出台；
二是农机化行政编制增加；
三是农机化的国家项目增加。
农机化促进法涵盖了农机化工作的方方面面，制订原则是“淡化管理，立足促进”.随着农村经济条件的改善和各地基本建设规模的扩大，挖掘机、装载机和吊装设备等农村工程机械需求量成倍地增长；
保护性耕作支持政策使得保护性耕作机具得到了快速发展；
设施农业装备和节水设备在各地示范项目的带动下需求不断增长。
国外农机业多年的发展经验表明，采用智能化、自动化的作业方式是农业发展的必然趋势，是发展高效节本农业的有效途径。
世界农业发达国家在采用了高度自动化的作业机械后不仅提高了工作效率，降低了作业成本，而且还提高了其农产品在国际市场场上数量和价格的相对优势。
我国农机业要想在国际上立足，就必须缩小我国与农业发达国家在农业机械装备方面的差距。
这样国外自动化、智能化程度很高的农机装备才不会占领我国市场，也不会使我国农机行业陷入困境。
近年来，随着我国改革开放政策的不断深入，我国科学技术方面也取得了突飞猛进的发展，为我国实现农业生产自动化、智能化打下了基础
农机企业要在农机市场上发挥自己的自然优势和社会优势，确定自己的市场竞争能力。
农机企业参与市场活动，在市场竞争中要取得主动权，必须依据市场营销环境的现状，发展趋势和企业自身的主客观条件，科学而合理地制定企业的发展策略和努力目标。
尽快调整优化产业结构，加快新产品的开发和老产品改进的同时，努力提高产品质量。
规范市场，采取强强重组，保持清醒的风险意识，提高整体竞争力。
以人为本，以科技创新为核心，以产学研结合为模式，全方位推动农机工业的发展。
加强国际技术合作与交流，扩大融资渠道，加快企业发展。
遵纪守法，遵守WTO组织原则，有理有节，以诚信待人。
总之，加入WTO后，农业对农机化提出了更高更迫切的要求。
我们必须坚持用邓小平同志的“发展才是硬道理”的科学论断指导实践，用发展的办法去解决前进中的问题，充分利用加入WTO对农机行业发展有利的因素，尽可能避免和克服不利因素，适应变化，转变观念，与时俱进，强抓机遇，迎接挑战，充分发挥农业机械这一先进生产力在促进农业生产方式的根本转变，加快实现农业机械化的步伐，努力推进我国农业现代化的发展进程。
第二章农业机械的分类
广泛意义的农业机械，其范围较大，种类较多，可以说凡是农、林、牧、副、渔业生产过程中所用的各种机械，统称为农业机械。
农业机械概括地可分为动力机械和工作机具两大类。
2.1农业动力机械
农业动力机械主要有：
拖拉机、内燃机、电动机三大类。
此外，在西北边远地区、东南沿海地区和西南山区还有风力和水轮机等。
（一）拖拉机
拖拉机是农业生产中具有多方面作业功能的主要行走动力。
它与牵引式或悬挂式农机具配套，可以进行耕整地、种植、施肥、田间管理、植物保护、收获、农田基本建设、运输等一系列移动作业；
也可以利用拖拉机动力输出轴和皮带轮工作装置驱动脱粒、清洗、农副产品加工、排灌等机械进行固定作业；
还可同用于园林、山地、沤田等具有特殊用途的机具配套作业。
拖拉机种类很多，主要有手扶拖拉机、轮式拖拉机、履带式拖拉机、船形拖拉机等。
其中船形拖拉机销往南方水田地区较多，其它类型拖拉机和轮式拖拉机在全国各地销售量较大，特别是手扶拖拉机和轮式拖拉机需求量最大。
（二）内燃机
内燃机也是农业生产中具有多方面用途的配套动力源。
它可以作为拖拉机、联合收割机、插秧机、植物保护机械、水陆运输机械的动力，也可以与脱粒机、农副产品加工机械、排灌机械、畜牧机械等配套进行固定作业。
农用内燃机主要有柴油机和汽油机两种，在全国各地都有销售，尤以中小型柴油机为最多。
（三）电动机
电动机在农业生产中也是应用比较广泛的农用动力之一。
它主要与排灌、脱粒、农副产品加工等机械配套进行固定作业。
电动机的种类很多，最常用的是小容量（100千瓦以下）的三相鼠笼式异步电动机。
电动机的结构简单，操作方便，在我国各地的销售量有逐年上升的趋势。
（四）风力机
风力机是我国新疆、内蒙古等西北边远地区和东南沿海地区农用和生活用动力的来源之一，多为小型，利用风力发电、提水或完成其它固定作业。
水轮机是中小型水力发电站的主要动力，也可作为水泵、水磨、铡草等农业机械的动力。
它较广泛应用用于中南、西南山区等小水电资源蕴藏量丰富的地区。
2.2农业工作机具
农业工作机具（简称农机具）一般可按以下四种方法分类：
（1）按农业机械作业性质可分为：
农田耕作机械、收获机械、场上作业机械、农副产品加工机械、排灌机械、植保机械、装卸运输机械以及畜牧、林业等其它机械。
（2）按动力可分为：
人力机械、畜力机械、机力机械及风力机械等。
（3）按地开明和耕作制度分为：
平原旱作机械、水田机械、山地机械及垄作机械等。
（4）按部颁标准规定分类，在部颁标准NJ89-74《农机具产品编号规则》中将机具分为以下十类：
耕耘和整地机械；
种植和施肥机械；
田间管理和植物保护机械；
收获机械；
谷物脱粒、清选和烘干机械；
农副产品加工机械；
装卸运输机械；
排灌机械；
畜牧机械和其它机械
2.3农业机械的保养
机车在运行时，由于不停地运转操作、颠簸震动，可能造成燃油连通部件（如油箱开关、油管接头、柴油滤清器及高压油管等）出现松动而漏油，因此有必要保持良好的检修习惯，这不仅是为了安全行车，而且可以减少油耗，提高经济效益。
同时，机车由于长期运行，一些精密部件（如缸套活塞组件、配气机构和燃油系列等）会磨损，从而导致机车功率下降，油耗上升。
因此，做好机车的技术保养，确保技术状态良好是节约用油的重要因素之一。
1、新车磨合
2、检查轮胎气压
3、定期清洗滤清器
4、加机油需要适量
5、使用洁净的柴油
6、防止燃油滴漏
7、保证各部位轴承润滑良好
第三章水稻联合收割机的总体设计
该水稻联合收割机可一次性完成收割、脱粒、筛选、分离和装袋作业。
3.1整机结构
该水稻收割机为轮式自走全喂入联合收割机，整机分为行走部分和收割部分，行走部分采用四轮式拖拉机形式，驱动形式为柴油机前置后轮驱动，行走轮采用人字橡胶轮，后轮（驱动轮）用特制的刚轮制成，有利于增加行走时对土壤的附着力，发动机到变速箱之间采用单片摩擦式离合器传动动力，变速箱是在拖拉机变速箱基础上加大传动比而成的，采用前轮转向，由转向盘经过转向节和转向摇杆控制转向，制动器由双端拉紧带式制动式，采用半轴制动
有动力输出轴经过变速箱输出。
前悬梁伸出约0.5m用于悬挂收割机割台。
收割部分由割刀，搅龙，输送链、脱粒滚筒、凹板、逐稿轮、逐稿器和清选筛、风扇、螺旋推运器、和接粮平台组成。
收割机割台由割刀、搅龙组成，其上端两点悬挂在前悬梁上面，下端由液压缸支撑在车架上面，可以调节割台的高低，当需要割在较高时，只需要将液压缸支起即可。
3.2水稻联合收割机的总体布置
本水稻联合收割机的总体布置的特点是：
收割台悬挂在车架悬架的正前方，倾斜输送链布置在收割机的左侧，后轮驱动，前轮转向，主要工作线基本按照整车纵线对称布置，驾驶台位于脱粒机的前方，发动机布置在前轴上方，通风散热良好
1.推运器叶片的外援与割台的底板和后挡板之间的间隙
2.推运器叶片外缘至倾斜输送链链耙的距离
3.拨禾轮弹齿尖与切割器的最小间隙，
4.脱粒装置的的配置
5.逐稿器和清选装置的配置
6.拨禾轮、割台、搅龙、输送链的相互布
3.3确定整体参数
1.设计喂入量：
本设计喂入量为q=0.3—0.5kg/s
2.割幅：
初设为B=1.2m
3.前进速度：
由于q=BVmW（1+1/β）/C（3-1）
式中Vm为机器前进的速度，m/s；
W为作物单位面积产量，kg/亩，取450kg/亩；
β为喂入的谷粒和茎杆之比，简称谷草比，取β=1；
C=1333
将以上数据带入3-1中可以求得
Vm=0.35—0.65（m/s）
由3-1式可以知道，当其他条件不变时，割幅B和前进速度之间成反比关系。
对于既定的设计喂入量，是选择叫小割幅配以较快的前进速度，还是采用较大割幅配以较低的速度，要根据情况具体分析，从谷物联合收割机的本身的结构来看，随着割幅的增大，整体的尺寸和重量也要增大；
随着前进速度的提高，行走消耗的功率也要增大，发动机的马力和重量也要增加，，从使用条件来看，如果在小块田里作业，割幅太大会运转不方便，如果联合收割机使用的地区的平均田块面积较大，用较大的割幅和较低的速度可以减少机器往返运行的次数，减少行走的功率消耗并缩短地头转弯所花费的空行时间，提高经济效果，而南方的田块正是平均面积不大，应选用小割幅的收割机。
4.滚筒长度，分离器尺寸和收缩比：
对全喂入谷物联合收割机的工作部件的研究指出，逐稿器的分离损失率是限制联合收割机喂入量的关键。
逐稿器的分离损失率与茎杆层的厚度有密切关系，当其他条件不变时，随着喂入量的增加，茎杆层变厚，损失率加大，当喂入量超过额定值时，损失率急剧增加。
谷粒在茎杆层中占的体积很小，可以忽略不计，则逐稿器上茎杆层的厚度h可按下式求得。
h=（1-δ）q/BzηγVz（3-2）
5.轴距、轮距，接地压力和最小离地间隙，本设计取1250mm。
6.总长、总高、总宽
本设计中取总长为4380mm，总高1880mm，总宽1540mm。
7.外形尺寸的确定和中心的估算
外形尺寸，既长、宽、高主要取决于割台、脱粮装置、驾驶室以及离地间隙、轮子大小、轴距、论距等尺寸，本设计的联合收割机的总体尺寸在上面已经说明了。
参照同类不见的重量资料，估计本车重量在1吨左右。
根据总体布置图计算出本联合收割机的中心大约在距离前轴为70mm，距离后轴为550mm，且基本上落在纵向的中心线上。
根据此重心位置可以计算出前轮既导向轮所承受的重量为44%，后轮所承受的重量为56%。
3.4确定水稻联合收割机的动力选择
水稻联合收割机除了要克服行走阻力外，还需要克服各工作部件的阻力。
由于田间土壤、地形的变化，行走速度的差异、作物生长情况和湿度的变化以及杂草等因素的影响，使联合收割机的工作符合是不稳定的，所需的功率经常在变化。
谷物联合收割机的符合不稳定的特点，不仅使功率消耗经常在变化，而且对工作质量有很大的影响，因为当符合发生变化时，使的发动机的工作不见的转速也相应随之改变，而工作部件转速的改变，僵直界影响机器的切割质量、脱粒损失、分离损失和子粒破碎率，因此没，应该控制发动机和工作不见由于负荷变化引起的转速变化量，使其不超过一定的范围。
在选择发动机的时候要研究它的调速特性，选择工作点；
在传动设计中，则应该使传动系统（滚筒）具有足够的转动惯量，一克服瞬时增大的阻力。
下面计算个部分的功率。
1行走部分
图3-1
行走轮：
如图3-1，在牵引力的作用下，策划能够手垂直载荷Q的行走论，沿着地面均匀转动时，压入土中一顶深度Z0，并在地面流下轮辙，如上图所示，此时，土壤与轮子接触处有土壤对轮子的法向反作用力的合力N和切向摩擦力的合力T。
此外还有作用与轮子周套中的摩擦力矩Mm。
通常Mm很小，可以忽略不计。
法向反作用力N垂直于轮缘并通过轮心，社他作用与A点，A点的论心的水平距离为rd。
N和T的合理为R，其水平分量为Rx，垂直分量为Ry。
若在某一瞬时外力出与平衡状态，则：
∑Fx=0，P-Rx=0；
∑Fy=0，Q-Ry=0
∑MA=0，Prd-Qd=0
整车质量跃为1.2吨故Q=1200/4=300kg
又Rx=fz×
Q（fz为轮子滚动阻力系数，这里取fx=0.3）（3-3）
Rx=300×
0.3=90kg
P=Rx=90k
2主动轮：
主动轮的受力情况如图3-2所示
图3-2
当忽略掉M,时其平衡方程式：
Pt—（Fz+Rx）=0（3-4）
Q—Ry=0
Mq—（Pt—Rx）rd—Ryd=0
且Rx=Q×
Fz=300×
0.5=150kg
Pt=150+90=240kg
Mq=（240-150）×
0.4+300×
0.1=46+30=76kgm
总的扭矩为M=2Mq=2×
76=-1520Nm
取车的平均速度为0.5m/s
w=Mθ=1520*1.25=1.9kw
即行走部分所需的功率为1.9kw。
2、工作部分
①滚筒部分所需要的功率，由经验公式可以求得，滚筒的功率约为2kw。
②又后面章节所计算的割台螺旋推运器的功率约为0.48。
③集粮螺旋推运器的功率为0.18。
④割刀工作部分的功率经过标准查得约为1kw。
⑤风扇工作功率由后面风扇章节求得约为0.5。
由所计算的每个功率的总和，可以求得是需要的柴油机的额定功率，选择柴油机的额定功率为8.82kw，转速2200r/min，最大扭矩为1650N.M
柴油机的储备功率为
3切割器的设计
1选用标准型（国标Ⅱ型）既单刀距行程型（S=t=t=76.2）其切割速度系数见表3-1
表3-1
切割
速度m/s
始切
速度Vz
终切
速度
平均切割速度v
最大切割速度vmax
割刀平均速度v
系数K
3.8
3.5
3.85
4.0
2.5
②割刀速度和机器前进速度的关系：
收割机工作时，割刀一面做往复运动，一面做前进运动，其绝对速度是着两种速度的合成。
割刀速度和机器前进的速度的关系可以用进距来表示（既割刀完成一次行程的时间内机器前进的距离）：
H=Vm×
Л/w=30Vm/n（3-5）
式中Vm表示机器前进速度，m/s；
n表示曲柄转速，r/min；
w表示曲柄角速度。
也可以用气割速度比λq表示割刀速度与机器前进速度之间的关系。
第四章传动系统的设计
传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分，在整台机器的质量和成本中占有很大的比例。
机器的工作性能和运转费用也在很大程度上取决于传动装置的优劣。
因此，不断提高传动装置的设计和制造水平就具有极其重大的意义。
4.1传动类型的选择
选择传动类型是所根据的主要指标是：
效率高，外廓尺寸小，质量小，运转性能良好及符合生产条件等。
根据水稻收获机的实际工作条件和割台各部件之间的组合装配情况，要求传动装置必须工作可靠，且割台的动力输出轴与其他工作轴距离较远，工作是环境恶劣，低速重载，可以在高温和潮湿的环境中正常工作，综合以上要求，比较各种传动方式的优缺点和适用场合，我们选择采用链传动方式。
4.2链传动的设计
现已知割台动力输入轴的功率P=1000w，转速n=662r/min，即为主动链轮的转速。
传动比i=1.5，载荷平稳。
（1）选择链轮齿数
取小链轮齿数
，大链轮的齿数为
（2）确定计算功率
由表9-7查得
，由图9-13查得
，单排链，则计算功率为：
=1.0×
1.52×
1000=1.52kW（4-5）
（3）选择链条型号和节距
根据
kW及
r/min查表9-11，可选10A-1。
查表9-1，链条节距为p=15.857mm
（4）计算链节数和中心距
初选中心距
=（30~50）p=（30~50）×
15.857mm=（475.71~792.85）mm取
=600mm。
相应的链长节数为
（4-6）
取链长节数为
节。
查表9-7得到中心距计算系数
，则链传动的最大中心距为
mm（4-7）
（5）计算链速
，确定润滑方式
m/s（4-8）
由
m/s和链号10A-1，查图9-14可知应采用滴油润滑。
（6）计算压轴力
有效圆周力为：
（4-9）
链轮水平布置时的压轴力系数
，则压轴力为
=
（4-10）
以上为割台动力输入轴与割刀摆环主轴之间的链传动装置的设计，同样方法，可以设计出搅龙转轴与中间轴及其拨禾轮转轴间的传动。
4.3传动系统总体结构的设计
经过上面分析，传动类型选择的链传动，由发动机输出的动力传递到割台动力输入轴，再由该轴提供给割刀摆环、搅龙和拨禾轮工作所需的动力。
因此，需要合理安排各个工作部件的位置，以尽量提高传动效率，并且减小整机的总体尺寸。
若将所有的传动装置都连接在输入轴上，根据传递的功率和效率，明显看出所需的直径尺寸过大，导致割台整体尺寸太大，并且稳定性也没有保证。
因此，需要将割台的总动力分配，进行间接的传动。
由于拨禾轮与喂入搅龙间的距离偏大，直接用一条链进行传动有很大的不便，会导致传递效率下降，工作状态不稳定，因此，需要在两者之间添加一个中间轴来传递给拨禾轮所需的动力。
为了避免在链条的松边垂度过大是产生啮合不良和链条的振动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角，在该传动装置中设有张紧轮，来调节控制张紧程度。
4．4割台悬臂轴的设
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