1、毕业设计（论文）题目烟草打顶机的设计系（院）机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级2018级1班学生姓名学号指导教师职称讲师二。二二年六月二十日近年来,我国研制的大多数烟田管理机械，大多缺乏管控机械设备的工作特性，精确度低，工作技术水平低。许多农户目前仍然选用传统工艺的人工打顶，人工打顶的核心优点是效能低、成本上升、操作方式冗长。所以，以求做到打顶效率更高、更准确、更灵巧、更方便的打顶作业，设计了一个可以根据不同高度调整香烟燃放机，在完成烟花收放的同时完成夹持和切割的工作设备。根据不同的农业和生产的需要，进行整体结构设计。整机以高地隙拖拉机和柴油机为驱动力，重点设计了削顶机械结构、升降机构
2、、切割机。这包含削顶机的动力推算、动力系统的选定和各部件的选型等。基于ABAQS的有限元模型的刚度检测结果表明，所有的运动部件都是小的和更强大的材料，可以承受最大的应力和满足要求。关键词：烟草打顶，夹持机构，升降机构DesignOfTobaccoToppingMachineAbstractInrecentyears,mostofthetobaccofieldmanagementmachinerydevelopedinChinamostlylacktheworkingcharacteristicsofcontrolmechanicalequipment,withlowaccuracyandlow
3、workingtechnicallevel.Manyfannersstillchoosethetraditionalprocessofartificialtop,thecoreadvantagesofartificialtoparelowefficiency,risingcost,longoperationmode.Therefore,inordertoachievehighertopefficiency,moreaccurate,moredexterous,moreconvenienttopwork,adesigncigarettecanbeadjustedaccordingtodiffer
4、entheights,inthecompletionoffireworksatthesametimetocompletetheholdingandcuttingworkequipment.Designtheoverallstructureaccordingtotheneedsofdifferentagricultureandproduction.Thewholemachinetakeshighgaptractoranddieselengineasthedrivingforce,focusingonthetopcuttingmechanicalstructure,liftingmechanism
5、andcuttingmachine.Thisincludesthepowercalculationofthejackingmachine,theselectionofthepowersystemandtheselectionofeachcomponent.ThestiffnessdetectionresultsofthefiniteelementmodelbasedonABAQSshowthatallthemovingcomponentsaresmallandmorepowerfulmaterialsthatcanwithstandthemaximumstressandmeettherequi
6、rements.Keywords:tobaccotop,holdingmechanism,liftingmechanism目录第一章绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外烟草研究及现状11.3 研究内容21.4 技术路线21.5 本章小结3第二章烟草打顶机整体设计方案的确定42.1 整体设计原则42.2 整机操作流程42.3 主要的工作参数52.4 本章小结6第三章打顶机机构的设计与选型73.1 切割方式的确定73.2 打顶机构的方案确定83.3 夹持式打顶机构工作原理83.4 夹持输送机构的设计与部件选型93.4.1 夹持初始角的确定93.4.2 夹持式打顶机构受力分析与参数计算
7、103.4.3 夹持皮带速度计算123.4.4 柴油机转速计算14第四章割刀与扶禾器设计154.1 割刀切割参数的计算154.2 割刀电机的选型164.3 扶禾器的设计16第五章升降机构及动力系统的确定185.1 升降机构的方案确定185.2 收集箱的设计195.3 打顶机动力的计算与部件选型195.3.1 动力系统的确定195.3.2 蓄电池参数计算与选型20第六章打顶机关键部件的有限元分析及运动学仿真216.1升降机构主动链轮有限元分析21第七章结论与建议237.1 结论237.2 创新点23致谢错误!未定义书签。滨州学院本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义我国烟草打
8、顶作业基本上都是由人工来完成，工作效率低。人工打顶作业劳动量较大，成本高，作业效率低，同时人工作业不能构建大面积的烟草种植业,不利于实现现代化农业。近年来，国外先进的烟草机械已在中国引进。通过不断的研究和创新，我们研制出开发了很许多新型烟草田间管理机械器因此，开发低成本和高性能的产品设计的烟草行业是很重要的。1.2 国内外烟草研究及现状日本、加拿大和美国等一些发达国家，在1930年前后就已经开始对烟草机械进行相关的研究，在1970年前后就把大量的机械化应用到了烟草的生产当中。2000年以后就实现了烟草打顶、抑芽联合作业的机械化生产，以目前来看，国外的烟草打顶机械化程度已经很高了，大部分的烟草生
9、产已经实现了智能化，各个环节上已经有了相应成熟的产品，且大部分都是中大型，功能比较齐全，适合烟草的大规模生产作业。在美国，轴心是空心的，通过相关路径将抑芽剂输送到刀片下，保证刀片在工作时处于被抑芽剂浸湿的环境，在割刀高速旋转动作的同时，将充分的抑芽剂喷到烟茎上同时披露了完成打顶和抑制芽工作的同时进行烟顶和抑芽剂工作的打顶装置。马利强等研制了一种打顶消毒联合作业装置，该装置挂载在履带式行走机构上，通过高度调节挂载部件来调节打顶高度，工作时由电动机带动钩形割刀旋转切割，同时喷头对烟草伤口进行消毒，切下的烟花进入卸料口，排送到空地上山。随着农业现代化的发展，自动控制系统将在农业领域运用得越来越广泛，
10、该系统的应用将进一步提高烟草农业的自动化与智能化，李岩磊等研制的烟田智能打顶机，该机打顶抑芽装置安装在高地隙通用底盘上，可同时完成两行烟草的打顶抑芽工作，可通过摄像头检测烟草高度信息，实时调整打顶装置高度，采用割刀体绕水平轴旋转的切割方式，可同时完成抑芽剂的喷施，智能化程度较高,基本实现了打顶的智能化作业。杨庆璐设计的夹持打顶机构应包括夹持电机、抑芽剂喷头、夹持带、扶禾器、带轮、机构轨道架、割刀消毒喷头、割刀、割刀电机等零部件，并通过SolidWork软件来设计夹持打顶机构三维立体结构。夹持打顶机构通过主动带轮、被动带轮、后浮动张紧轮、前浮动张紧轮来构建一个封闭式的传动系统，但是，因为左右两侧
11、直流夹持电机存在相反的转向，导致夹持皮带内侧从前到后移动，让农作物顶部夹持住并且朝后拉。为了满足粗细水平不一的农作物顶部，前后浮动张紧轮摆动钱链均能够摆动，结合实际需求来完善两侧夹持皮带之间的距离，并通过弹簧来保持使两侧夹持皮带之间的夹持力适中；利用底部圆盘切割刀割断农作物顶部,并通过两侧夹持皮带夹持割断的农作物，再朝后运输。烟草种植技术的应用，有助于保障烟草的健康生长，同时需要加强田间管理，提升烟草的品质与产量，实现农民群众的增收。因此当地的农技相关部门应加大对烟草种植户经验的传授、技术的指导，帮助当地的种植户更好地掌握选地、移栽、灌溉、施肥以及病虫害防治等种植技术，以及田间管理措施，帮助种
12、植户提高烟草的产量和质量。1.3 研究内容1 .分析研究本课题的意义。论述国内外烟草打顶机的研究现状、分析存在的问题；2 .对总体方案进行设计，其中包括各部分的设计以及相关设备的选型；3 .对打顶机总体架构进行设计；根据烟草植株的形状设计打顶机的动力输出装置进行选择并且对打顶机的行走装置进行设计；4 .根据烟草植株的高低不同，行走时植株的状态，对打顶机打顶时切割植株顶芽的打顶装置进行设计。5 .使用SolidWorks和CAD描绘设计打顶机器的图像，使用ABAQUS进行模拟，汇总并改善机器的构造。1.4 技术路线技术路线如图1-1所示:升降机构研究及资料整理提出该机的设计思路与方案关键零部件的
13、设计与选型夹持式打顶机构T 切割系统一割刀的设计收集箱的设计蓄电池的选型图1-1技术路线1.5 本章小结本文介绍了研究的目的和意义，分析了国内烟草打顶的现状和发展趋势，本课题的研究内容和方法。第二章烟草打顶机整体方案设计夹持式烟草打顶装置结构主要包括动力系统、升降平台上的固定节、夹持式打顶机构、割刀和升降驱动机构和烟花收集装置等部分。2.1 整体设计原则（1）由于不同品种在不同时期需要打顶的高度会有差异，所以夹持式打顶装置的设计需要可以通过高地隙拖拉机上的液压装置进行不同高度的调整，这样才能对生长高度在l.l1.6m区间内的烟草进行打顶，打顶时期，植株与植株之间的高度差在0.3m以内，所以夹持
14、式打顶机构的升降距离设计为0.3m。（2）种植烟草时，根据两排之间的距离和高距拖拉机两轮之间的距离设计的夹持式打顶装置，每次只能对一排树进行打顶作业。（3）选择旋转切割作为打顶方式，夹持式打顶机构把烟草植株上部夹持在夹持皮带上,然后用旋转式割刀盘进行旋转切割，切割后的烟花掉落在收集箱里。（4）把防护装置安装在夹持式打顶机构上，为了防止旋转割刀转速过快对植株造成较大伤害，需要在夹持式打顶机构前半部分安装了扶禾装置，把烟草的叶片进行下压的同时把烟草植株进行收拢。各个零件的安装、紧固和拆卸应该容易操作。（5）打顶装置的动力由蓄电池和柴油机同时提供，本产品应该尽量减少动力消耗，使其更节能环保。（6）整
15、机结构简单、机构分配合理，尽量降低成本使其更容易修理，能够使大多数烟农上手操作，满足多种烟草的需求。2.2 整机操作流程打顶装置由控制系统、夹持式打顶机构和割刀消毒装置组成。可根据烟草植株的高度不同，自动调节夹持式打顶机构的位置，从而提高打顶的准确率。调节打顶装置总体高度控 制 系 统拖拉机驱动液压系统打顶机构刀具打顶1.1 1烟草夹持式智能打顶机的工作流程烟草打顶机机组进入田间工作前，有工作者根据烟田植株的平均高度通过调整液压伸缩油缸来控制升降机构，进而调整打顶装置到烟草植株的合适高度。调整完毕以后进入烟草田进行打顶工作。工作时，通过对拖拉机液压系统的控制进行相应的调整，带动主动链轮控制打顶
16、机构的移动，进而做到精确的打顶。烟草植株被扶禾器收拢至中间位置，下压植株上半部的烟叶，以保证这部分烟叶的完好。烟草植株上部被夹持皮带夹持着向后输送，圆盘割刀转动将烟花切断。就这样周而复始的完成每一株的打顶工作。2.3 主要的工作参数（1）打顶高度烟草的打顶高度对烟叶的生产质量至关重要，直接影响烟叶的质量与产量,根据不同烟区烟草的高度和烟草打顶的农艺要求来确定烟草的打顶高度。实践表明，烟草打顶位置偏高，会造成打顶不彻底，植株会生长出新的烟芽，造成烟叶小而薄，降低烟叶品质；打顶位置偏低，机械化操作易造成植株上部烟叶的损伤，但下部烟叶大而厚，品质更好。此外，对于生长期较长的烟草品种，打顶的位置可偏高
17、；生长期较短的烟草品种，打顶的位置须偏低。对于植株高大且生长旺盛的烟草，打顶的位置可偏高；对于植株弱小且长势颓废的烟草，打顶的位置须偏低。因此，打顶位置的确定是机械打顶整个过程中的重要部分。本设计的是根据大部分的烟草生长特点并结合烟草生产的农艺要求和烟草本身的生长特点来确定打顶高度在1.0-1.55m之间。滨州学院本科毕业设计（论文）(2)作业速度打顶机选用的高地隙拖拉机的行驶速度区间在014km/h,根据农艺的要求来确定打顶机整体的行进速度为1.52.0km/h。(3)作业幅宽根据烟草种植的规模种植标准来确定烟草种植的行距为1.2m、株距为0.5m。(4)打顶准确率打顶准确率是评价打顶机效率
18、的重要参数，机械打顶不同于人工打顶，打顶时难免会有漏打的情况。传统的人工打顶缺点就是效率低，但是可以做到打顶准确率为100%,所以机械打顶要做到的不仅是效率高，还要使其打顶准确率尽可能的提高。因此，本设计的打顶准确率至少应在90%及以上。(5)打顶机底盘高度由于烟草植株的高度大多数在1.4-1.75m之间，打顶烟花的高度在0.120.26m之间，为保证打顶机在烟田之间可以顺利通行，减少对烟叶的损害,因此，拖拉机底盘高度应不低于1.6m,拖拉机底盘高度最高为1.7m,满足要求。(6)作业效率按烟叶栽培技术规范，该设备的工作幅面宽度为2.4m,工作速度为1.4-1.6km/h,其工作效率在0.36
19、hm/h。(7)打顶装置高度调节范围由于烟田植株平均高度在1.41.75m之间，通过调整液压杆来把打顶装置调整到合适的高度，该设备前方的液压机构可调整的范围在1.462.6m之间；烟花在烟叶上方的高度大多在0.120.26m,所以机器进入烟田开始打顶后，打顶机构可以调整的高度在00.3m之间，可以满足大多数烟草的打顶需求。2.4 本章小结本章结合课题的目的，给出了一种针对大部分烟草打顶工作的打顶机的总体设计方案，并对整机的结构、工作过程进行了描述，并对其工作参数进行了分析，为以后的产品设计和零件选择打下了基础。第三章打顶机机构的设计与选型打顶机的主要机构是由切割机构、升降机构和烟花输送收集装置
20、组成，可实现打顶高度的调整、烟花切割、割刀消毒、烟花收集等作业。最关键的部位是打顶机构。3.1 切割方式的确定烟草茎秆中纤维的方向与烟草茎秆轴向平行，因此割刀切入烟草茎秆的方式与切割阻力和切割功耗有直接的关系。根据切割面和切割方向与烟草茎秆轴线方向的关系，主要有三种切割方式：横断切、斜切和滑切。其切割阻力和功耗有较大差异创纥（1）横断切：烟草茎秆的轴线方向与切割面和割刀切割方向垂直。缺点是所需要的功率消耗和切割阻力比较大。（2）斜切：烟草茎秆轴线方向与切割面偏斜，但烟草茎秆轴线方向与割刀切割方向垂直。与横断切相比较的话，优点是功耗和切割阻力都有所降低，降低幅度大约在3040%左右。（3）滑切：
21、烟草茎秆轴线方向与切割面偏斜的同时烟草茎秆轴线方向还与割刀切割方向偏斜。与横断切相比较而言，优点是割阻力和功耗都有所降低，降低幅度大约是60%和30%o在此之前的机器采用的大多为垂直旋转式切割，工作时割刀在随机组前进的同时对烟草的烟花进行打顶作业，在割刀旋转的同时将烟草的烟花向收集箱方向甩出。经过对之前机器的分析可知，这样的切割方式并不能有效的收集烟花，烟花被割刀轻易地抛出收集罩的范围。不同的的切割方式所对应的切割阻力也有很大差距，对比上述的三种切割方式，为省力也最节能的切割方式为滑切，所以本设计对于烟草打顶的切割方式选择滑切。3.2 打顶机构的方案确定打顶机构是打顶机进行打顶作业的核心部件，
22、经过对国内外打顶机的研究与总结，采用了夹持打顶的作业方案，采用皮带夹持烟草茎秆同时进行打顶作业的工作方式，解决了前代机型烟花收集率低的问题口工夹持式打顶机构主要由左右扶禾器、主被动带轮、夹持皮带、夹持皮带传动装置、浮动张紧轮、张紧轮摆动钱链、割刀和割刀传动装置等组成【。扶禾器收拢目标烟行上的烟草植株，引导至夹持皮带起轧口处，并将烟草植株上部的烟叶下压口明减少对烟叶的损伤拖拉机通过夹持皮带传动装置带动皮带轮转动，两侧皮带轮转向相反，因此两侧夹持皮带可将收拢后的烟株夹持并向后输送，与此同时，拖拉机通过割刀传动装置带动圆盘割刀将烟花切下，切下的烟花继续被夹持皮带夹持向后输送，最后进入收集装置收集，夹
23、持切割的方式可有效的收集每一株被切下的烟花。夹持支座的前后两端均安装有由夹持皮带连接的浮动张紧轮，以适应粗细不同的烟草植株，保持夹持皮带的夹持力。工作时，夹持部分与水平面呈30。夹角，便于割刀的布置及烟花的输送。3.3 夹持式打顶机构工作原理打顶机构是由两套对称的带传动系统、切割机构和安装支座构成的，打顶机构的结构示意图如图3-1所示。1.被动带轮2.后浮动张紧轮3.后摆动钱链4.张紧弹簧H5.割刀传动装置6.割刀7.夹持皮带8.张紧弹簧19前摆动钱链10.前浮动张紧轮11.主动带轮12.夹持电机图3-1打顶机构结构示意图打顶机构的拖拉机通过带动主动带轮转动，夹持皮带绕过主动带轮、前浮动张紧轮
24、、后浮动张紧轮和被动带轮，形成一个封闭的传动。两侧直流夹持电机转向相反，带动夹持皮带内侧由前向后移动，夹持皮带夹持烟株上部并向后输送,切割电机带动圆盘割刀转动将夹持的烟花切断，切断后的烟花继续被夹持向后输送。前摆动钱链和后摆动钱链可调整张紧轮对皮带的张紧，其压紧力由张紧弹簧提供。张紧弹簧使张紧轮处于浮动状态，可调整两侧夹持皮带之间的间隙，以适用粗细不同的烟草茎秆，既保证了两侧夹持皮带夹持烟秆所需的夹持力，也避免了夹持力过大损害烟草植株。3.4夹持输送机构的设计与部件选型3.4.1 夹持初始角的确定扶禾器将烟草茎秆收拢引导至夹持皮带起轧开口处，烟草茎秆轧入夹持皮带的条件是烟草茎秆与夹持皮带之间的
25、摩擦角0应大于夹持机构初始的起轧角度y,在摩擦特性试验装置上测得烟花茎部与夹持皮带的摩擦角e为39。选用V型开口作为夹持皮带的开口形状，这样更容易把茎秆输送到到夹持机构的开口处，使皮带开口的初始角度减小。由于田间作业时环境的不确定性，此设备设计的夹持初始角度y为30,符合了茎秆进入夹持皮带最低要求。1.主动带轮2.夹持皮带3.烟草茎秆4.前张紧轮5.前摆动钱链6.张紧弹簧图3-2输送机构工作示意图滨州学院本科毕业设计(论文)3.4.2 打顶机构受力分析与参数计算夹持皮带输送需要打顶的植株的过程中需要对植株有一定的夹持力，这样是为了防止烟花被夹持皮带向后输送的过程中出现水平方向的倾斜，也是为了防
26、止出现烟草植株在垂直方向上的滑落，烟花在输送过程中的受力分析如图3-3所示。(b)摩擦力分解图图3-3烟花输送时的受力分析图 由烟花受力分析图可以得到力与力矩的平衡方程组为:(3-3)(3-1)(3-2)FflX=Pf2x+Pwpfiy+Ff2y=G+(3-4)滨州学院本科毕业设计（论文）式中：G烟花所受的重力，3N；Fw风的阻力，取2N；/1上层皮带摩擦力，N；年2下层皮带摩擦力，N；八夕一风的阻力产生的力矩，N.m；。1工一上层皮带摩擦力在水平方向的分力，N；斤划一上层皮带摩擦力在竖直方向的分力，N；号2工一下层皮带摩擦力在水平方向的分力，N；下层皮带摩擦力在竖直方向的分力，N；Li风的阻
27、力与上层皮带夹持中心的距离，为0.2m；L2上层皮带夹持中心与下层皮带夹持中心的距离，为0.02mo通过机选得乡i=22.0N,Ff2=2Q.QN,烟草茎秆与夹持皮带之间的摩擦系数为0.33,所以，上层皮带对烟花茎部的夹持力为67N,下层夹持皮带对烟花茎部的夹持力为61N。被切下来的烟花在向后输送时，最容易从皮带上滑落的位置就是输送到张紧轮的中间位置，所以可以根据临界条件进行计算分析。夹持机构的受力分析如图3-4所示由夹持机构受力分析图可得，带轮与夹持皮带受力分析的平衡方程为公式（3-5）和（3-6）：24sin偿）=Fn（3-5）2%sin（彳）=瓦（3-6）式中：夹持皮带最小拉力，N；心一
28、夹持皮带对烟花茎部的夹持力，Fni=67N,FW2=61N；片一张紧轮受到的拉力，N；P夹持皮带V型开口夹角，为54。；3夹持皮带的拉力角为11%（b）夹持皮带与带轮受力合成图图3-4夹持机构受力分析图通过计算得最小拉力Fpi为350N,Fp2为318N,轮片的受力为717N,摆动钱链与张紧轮的力臂比为5:4,由公式（3-6）计算得出所需弹簧的最小张紧力为574No所以选用60Si2Mn材质的高弹力弹簧，该弹簧的具体参数为：簧丝直径为2.5mm,中径为22mm,有效圈数为7圈，由于弹簧张紧力在不同情况是需要有所调节，所以张紧弹簧的安装位置可根据不同使用场景进行调整和变换。3.4.3 夹持皮带速
29、度计算皮带夹住烟花上部，可完成对植株的夹紧切断和夹紧传送。为了达到工作的需要，所选择的皮带必须具有一定的宽度，并且具有一定的韧性，同时要考虑到成本的控制以及后期的替换和维修，最后选择了A形V带作为夹紧装置的皮带，在左右夹紧段的两侧各设置两条皮带。为了达到抓取的目的，输送带的速度必须与设备的工作速度一致。滨州学院本科毕业设计(论文)图3.5夹持运动示意图如图几何关系可知：(3-7)(3-8)%_yasin(90+A)sin(9O-0)sinOcosAVr=cos(e-A)Vm式中：Vm机组前进速度，取1-5km/h；vr一夹持皮带传送速度，m/s；夹持皮带绝对速度，m/s；A一力与竖直方向的夹角
30、；叶一与机组前进方向的夹角；6夹持机构的倾角。由公式3-8可知，夹持皮带的传送速度会受到夹持机构倾斜角度。的取值影响。当倾斜角度过大时，在机器前进方向的传送速度分量会变小，竖直方向的传送速度分量会变大，从而减小传递效率，同时可能会使机器的输送发生堵塞，造成烟叶的损伤；倾斜角度变小，这样就很难完成夹持输送和切割，也就起不到保护烟叶的作用了，这样对于切割机构的布置也会造成影响。考虑到以上因素，取6为30%机组前进速度x/惬小于夹持皮带的运转速度分在水平方向的分速度，一般为%=(1.462.24)%，由于烟田中的环境具有不确定性，所以取吃=1.73%时夹持皮带的运转速度适中，又很难发生烟花在皮带上的
31、堵塞。3.4.4 柴油机转速计算通过对夹持皮带的计算，得出了夹持机构的主动轮的转速，从而得出了该夹夹持机构所需柴油机的最小转数。夹持皮带传送速度：vr=mid=1.37vm(3-9)式中：机组前进速度，取L5km/h；vr夹持皮带传送速度，m/s；n一夹持机构主动带轮的转速，r/min；d夹持机构主动带轮的直径，为100mm。由公式(3-9)计算得出夹持机构的主动带轮转速约为140r/min,我们选用的五星常ZS1115M电动柴油机额定转速为2200r/min即使有因为摩擦的损失和皮带的弹性滑动，该柴油机的转速也足够带动夹持和打顶装置。表3-1ZS1115M电动柴油机参数型号功率(KW)转速(
32、r/min)质量(kg)长(mm)宽(mm)高(mm)启动方式ZS1U5M16.22200190858450699电启动第四章割刀与扶禾器设计4.1割刀参数的计算考虑到烟草植株生长状况、打顶的平整性、切割机构的整体布置以及机组工作的稳定性等因素，本研究采用水平旋转切割。割刀在水平面内作回转运动，运动比较平稳，震动小，打顶效率较高。为保证切割机构工作的稳定，考虑到烟草植株茎秆质地较硬，选用切割效率和切割能力较强的锯片式圆盘割刀表4-1圆盘割刀相关参数m,基体厚度切宽(mm)中心孔径外径(mm)齿数(mm)齿(mm)(mm)(mm)高速和金刚11.61625580ATB为满足烟草打顶的切割要求，需
33、确定割刀的转速，割刀上任意一点的速度由割刀的旋转速度和机组前进速度合成。故在任意一点的速度%为va=yjr2-co2+2vm-r-co-cos(w-t+cp)+vm2(4-1)由此公式可知，当34+卬=兀+2兀(1255mm图4-1割刀速度合成示意图整理得：Vamin=1-(4-2)令外小讥=匕/，可得：(4-3)(4-4)3二grVd+Vmn=2nr式中：%割刀任意一点速度，m/s；vamin一割刀最小速度，m/s；n刀盘转速，r/min；力割刀应有的切割速度，m/s；m机组前进速度，m/s；co一刀盘角速度，rad/s；8刀盘转过的初始角度，rad；t刀盘旋转时间，s；r刀盘半径，mm。4
34、.2 割刀电机的选型根据经验数据，无支撑切割的旋转式切割器在切割作物叶片时，割刀的线速度不低于10m/st3o由于割刀盘上各个点的速度相等，所以以刀盘上任意一一个边界点为基准点，这样割刀电机的转动速度就可以确定了，割刀的旋转半径r=127.5mm,机组前进速度L5km/h,将半径r和前进速度期皿代入公式(4-12),得刀盘转动速度n=790r/mino如果想要降低切削力，可以采用提高割刀的切割速度的方法，同时为了使结构变得更简单、方便生产。所以采用信达电机生产的XD-5D90GN型号直流电动机为割刀提供动力，额定转速为1066r/min,该电机的额定电压为24V。XD-5D90GN型号直流减速
35、电动机相关参数如表4-2所示:表4-2XD-5D90GN型号直流电动机相关参数型号机身长度(mm)额定转速(r/min)额定电压(V)额定功率(W)额定扭矩(N-m)重量(kg)XD-5D90GN203106624900.643.54.3 扶禾器的设计烟叶栽培中因机械挖沟或人工移栽会造成一定的播种误差，造成部分烟株与整株的产量有一定的偏差；在生产中，由于生长条件及自然风的影响，使其不能滨州学院本科毕业设计（论文）垂直生长。烟草打顶机沿着烟道直线行进，为了保证打顶准确，设计了一种打顶机构扶禾器，该装置能将烟杆收起，并将烟苗导向皮带V形开口，同时对烟株上部进行保护，降低割刀对烟叶的伤害。扶禾器的安
36、装在夹持式打顶机构割刀护罩上，曲板焊接在钢筋护板边框上，曲板为左右两个，呈V型安装且其尖端部分向上弯曲。机组作业时，随着机组的前进，待打顶的烟草植株上部的烟叶进入扶禾器尖端下部，机组继续前进，烟叶被扶禾器弯曲部分下压保护起来，避免烟叶被割刀损伤，左右两曲板的尖端处为V型开口的最大间距，间距为550mm,因此扶禾器可将偏离烟行中心275mm范围内的烟草植株收拢并引导至夹持式打顶机构夹持皮带V型开口处。1.护板边框2.曲板3.割刀护罩4.扶禾器固定螺孔图4-3扶禾器第五章升降机构及动力系统的确定5.1 升降机构的方案确定升降机构的功能是将打顶机构举升或降至适当的打顶位置。本设计结合早期型号的实践，
37、结合这种打顶机构的结构特性，研制了一种链轮液压提升装置。液压链轮传动与早期型号相比无打滑现象，可以对夹紧式打顶机构的升降距离进行精确控制。1 .轴承2.链条3.夹持式打顶机构导轨4.夹持式打顶机构升降架5.升降架滚轮6.机架7.液压杆8.滚轮9.链轮安装座10.链轮11.链轮轴12.夹持式打顶机构5-1升降机构示意图夹持式打顶机构安装在平台架的升降轨道上，通过8个滚轮将夹持式打顶机构限制安装在导轨上，只能做上下移动。两个液压杆固定安装在高1m,宽80cm,长80cm的平台架后方的机架上。链条绕过链轮，两端分别连接夹持式打顶机构和液压杆，拖拉机推动液压杆带动链轮转动，用两根链条带动打顶机构，使其
38、能够完成上下的移动。通过查阅机械设计手册确定链轮的材料为45号钢，硬度为197-255HBW,升降平台机架材料选择为Q235碳素钢，其屈服强度为235MPa。5.2 收集箱的设计在收集箱的左上方有两个安装架，通过这两个安装架可以把收集箱安装在打顶装置右下方的位置，从而把割刀割下来的烟花收集到收集箱之内，如图5-2所示。该收集箱采用45号钢制作的长80cm,宽50cm,高50cm的长方体铁箱，箱体左上方有两个收集箱安装架，以便于安装在打顶机的打顶装置的右下方，起到收集烟花的作用。1.收集箱安装架2.收集箱图5-2收集箱5.3 打顶机动力的计算与部件选型前置打顶装置和高地隙拖拉机两部分一起组成完整
39、的打顶机，在打顶机工作时，高地隙拖拉机的底盘足够高，可以使植株在下方通过，进而不损伤烟草植株。打顶机的动力系统主要为拖拉机前进、液压油缸、升降系统、夹持式打顶机构、烟花收集提供动力。5.3.1 动力系统的确定高地隙拖拉机的行走主要依靠自身的机械系统，液压油缸的调整则是依靠拖拉机上的液压系统，拖拉机运作时的转速可以同时为为割刀供动力的蓄电池充电。本设计的动力系统如图所示。割刀电动机由蓄电池供电，蓄电池由拖拉机充电，最终完成烟草植株的打顶工作。滨州学院本科毕业设计（论文）图5-3动力系统5.3.2 蓄电池参数计算与选型蓄电池为电能储备元件，高地隙拖拉机的发电机产生的电能可储存在蓄电池内，蓄电池为整
40、个打顶装置提供电能。割刀电机：割刀电机工作电压为24V,额定功率为90W,其额定电流为3.75Ao打顶机连续工作8小时所需的电量：Q=3.75X8=30(/”)(5-1)经计算，最终选用12V20AH超威一号6-DZF-20蓄电池，此电池的输出电压为12V,容量为20AH。超威一号6-DZF-20蓄电池的相关参数如表5-1所示：表5-1蓄电池相关参数型号额定电压(V)额定容量(AH)长(mm)宽(mm)高(mm)6-DZF-20122018077170第六章打顶机关键部件的有限元分析及运动学仿真6.1升降机构主动链轮有限元分析升降机构的主动链轮是整个打顶机中要求最高的重要零件，其运作的稳定性和
41、结构的强度都是非常关键的，因此由链轮工作时各个方向的约束和受到的载荷,可以进行有限元静力学分析。利用SolidWorks三维建模软件对主动链轮进行三维建模，然后进行静力学分析。通过查阅机械设计手册可知，链轮的主要材料为45号钢，硬度为197-255HBW,调制处理。45号钢的力学特性为:质量密度为7890kg/m3,泊松比为0.269,屈服强度为355MPa,杨氏模量为210GPa。由升降机构中的主动链轮的实际工作情况可知该链轮的所有自由度之中只有轴线方向的旋转自由度是灵活的，而其他方向的自由度都被固定。所以，在链轮键槽部分施加约束，然后施加顺时针方向反方向的转矩M在链齿部。根据实际情况中多收
42、到的扭矩，设定M的值为14.274Nmo在对主动链轮模型进行完上述前处理操作后，主动链轮的位移变形云图如图6-1所示：0X)0079716Max0400740220Q0O683%000626340MO56M0005124600045552080398580X)00341(400028470Q0O2277604001708200011398Si94e-SOMin图6-1主动链轮的位移变形云图由图5-3可以看出，在链轮与链轮啮合时，链轮的齿端至齿根位移的最大变化量为7.9x10/,在整体链轮与链轮接合时，链轮与链轮啮合时，链轮的链齿从齿端向齿根间的位移变化量逐渐减少，最大位移值为7.9x10%,整
43、体链轮的结构变化量较小，位移偏差较小，可满足使用需求。主动链轮的应力分析云图如图6-2所示。12/02 11.939 Max 11A45 10288 9438 85730j0C0206237.7157 66584 6j0011 5J4394.M66 3429325721.7148图6-2主动链轮的应力分析云图由图5-4可以看出，在链轮与链链啮合时，链轮与链链的接合处的应力较大，而即将与链链分离的链齿与其它啮合的齿形相比，应力值在6.5MPa左右。在链轮的键槽部位存在最大的应力，这里是链轮的主要受力点，其最大应力为H.94MPa,比45号钢的355MPa低得多。从理论上可以看出，主动链轮的应力、
44、应变与真实载荷、变形状态一致，并与有关的材料参数进行了对比，达到了提升装置的强度指标。第七章结论7.1 结论（1）设计了一台烟草打顶机，主要由夹持式打顶装置、高地隙拖拉机和烟花收集装置组成。该机能够在完成烟草的精确打顶的同时完成烟花收集的作业,有效的降低打顶工作的劳动强度，具有作业精准和效率有效提高的优点。（2）设计的烟草打顶装置包括了夹持式输送机构、升降机构、切割机构。可以实现打顶机构高度调整、夹持切割、烟株收拢等作业，作业效率高、效果好。这个装置即有结构紧凑的特点，也有功能齐全的优点。（3）升降机构采用链传动和液压升降的设计，在驱动力矩小、易于控制的同时，可以动作迅速且完成高精度的打顶，有
45、效提高打顶机作业的精度和速度,减少了能源和功率的损耗。7.2 创新点（1）扶禾器的设计可以对烟花做到精准的收拢和夹持，从而提高了打顶的成功率（2）本设计的夹持打顶机构，其中收拢、夹持和切割烟花一体化的这种作业方式，可以有效的提高烟花的切割效率和收集效率。滨州学院本科毕业设计(论文)参考文献1J马利强.烟草打顶机的研究DJ.山东农业大学,2010.2夏志林，陈联雄,彭玉龙，刘京，张之矶，韩小斌,任震宇，刘宏博.轻简式烟草打顶抑芽机控制系统研究J.安徽农业科学,2017,45(24):221-2233李岩磊.烟田智能打顶机的研制与试验D.山东农业大学,2015.4杨庆璐.烟草夹持式智能打顶机的研制
46、与试验D.山东农业大学,2018.5J刘超.烟草的种植技术与田间管理研究JJ.新农业,2021,12:83.杨银平.烟草种植技术与田间管理探讨J.种子科技,2021,39(13):41-42.7范国强，杨庆璐，张晓辉等.烟草夹持式智能打顶机设计与试验J.农业机械学报，2017,48(07):121-126.8 XiangzhenKong,DechengLi,WujinLi.HongguangLi,YansongXiao.StudyonClimateChangesforFlue-CuredTobaccoGrowthinChenzhouCityofHunanProvinceJ,AgriculturalSciences,2020,05(ll):13.9宋涛.烟田智能打顶机关键部件的设计D.山东农业大学，2011.10)郑梅迎，张继光等.不同覆盖方式对土壤温湿度及烟草生长发育的影响J.中国农学通报,2020,36(16):13-21.11李伟.基于机器视觉的烟草打顶抑芽机测控系统的研究D.山东农业大学,2017.12郭健
