葡萄埋藤机

机械电气工程学院本科毕业设计

题目：

葡萄埋藤机设计说明书

院

（系）

专

业

学

号

姓

名

指导教师

日

期

摘

要

本文通过调研葡萄的种植和国内外现有葡萄藤越冬埋土机械的使用情况，在综

合分析各自优点的基础上，通过自主创新研制出一种新型葡萄埋藤机。该机向两侧

抛土埋藤解决了葡萄藤越冬埋土机械化问题。本文设计的旋耕取土部件，解决了葡

萄埋藤机松土、碎土、抛土以及取土量大的问题。工作时取土宽度为 80cm，最大取

土深度 25cm，可以满足不同年份葡萄藤越冬埋土所需土量的要求。本文设计的葡萄

埋藤机能够适应不同行距的葡萄藤越冬埋土的要求，一次完成取土、抛土、埋土作

业，具有取土量大、埋土均匀工作效率高的特点，对实现葡萄藤越冬埋土机械化具

有很高的现实意义，促进了葡萄种植业机械化发展。

关键词:葡萄藤，抛土，越冬埋土，机械

Abstract

Based on the

research of

grape planting in domestic and foreign grapevine winter

buried soil mechanical usage, on the basis of

comprehensive analysis

of their respective

advantages, through independent innovation to develop a new type of grape cane machine.

On both sides of the machine to throw soil buried rattan has solved the grapevine winter

buried soil mechanical problems. Rotary tillage soil component design, this paper solves

the buried grape vines machine pulverizing, breaking a large quantity of soil and soil and

soil problems. Earth while working width is 80 cm, with maximum soil depth of 25 cm, it

can satisfy different vintage grapevine winter buried soil the soil volume requirements.

Buried in this paper, design of grape vine machine can adapt to different row spacing of

grapevine winter buried soil requirements, a complete soil and soil, buried soil homework,

with a large amount of soil and buried soil evenly the efficiency high characteristic, to

realize the mechanization of grapevine winter buried soil has high practical significance,

and promote the mechanization of grape planting industry development.

Keyword：grapevine，throwing soil，winter protection，machine

目

录

Abstract............................................................................................................................................................2

1.绪论............................................................................................................................................................. 3

1.1 本课题来源及其研究的目的和意义......................................................................................................3

1.2 本课题所涉及的问题在国内外研究现状及其分析.............................................................................4

1.2.1 国外研究现状...................................................................................................................................... 4

1.2.2 国内研究现状...................................................................................................................................... 4

2.葡萄埋藤机的总体设计.............................................................................................................................5

2.1 研究内容.................................................................................................................................................. 5

2.3 传动系统设计.......................................................................................................................................... 6

2.3.1 总传动方案的确定.............................................................................................................................. 6

2.3.2 各部分传动速度的设计...................................................................................................................... 6

2.3.3 各轴功率的计算.................................................................................................................................. 6

2.4 葡萄埋藤机工作原理.............................................................................................................................. 7

3.旋耕取土部件的设计................................................................................................................................. 7

3.1 旋耕刀的设计及排列方案...................................................................................................................... 7

3.1.1 旋耕刀的设计要求.............................................................................................................................. 7

3.1.2 旋土刀片的排列方案.......................................................................................................................... 8

3.2 旋耕刀轴的设计...................................................................................................................................... 9

3.3 集土铲设计............................................................................................................................................ 10

4.土壤输送机构设计................................................................................................................................... 11

4.1 纵向输送机构设计................................................................................................................................ 12

4.1.1 橡胶输送带的设计............................................................................................................................ 12

4.1.2 输送辊的设计.................................................................................................................................... 12

5.传动齿轮箱设计....................................................................................................................................... 13

5.1 中间齿轮箱设计.................................................................................................................................... 13

5.2 侧边传动齿轮箱设计............................................................................................................................ 15

5.2.2 齿轮设计............................................................................................................................................ 15

5.2.3 葡萄埋藤机总体装配图.................................................................................................................... 19

结论和总结............................................................................................................................. 19

致谢......................................................................................................................................... 20

参考文献................................................................................................................................. 21

1.绪论

1.1 本课题来源及其研究的目的和意义

葡萄是我国主要的水果品种。近年来，随着我国农村产业结构的调整，葡萄产业

得到了很大的发展。特别是近十年,葡萄种植面积和产量一直呈上升趋势。根据农业部

统计数据显示，2005 年我国葡萄栽培面积为 40.81 万公顷，产量达到 579.4 万吨，在我

国果树栽培中栽培面积位居第六位，产量位居第五位，在世界上分别排第四、第五位。

在新疆、山东、河北、辽宁、山西、吉林和河南等葡萄主要产区，葡萄生产已形成了

规模化、产业化的发展格局。随着葡萄生产的规模化发展．对葡萄生产全程机械化的

需求也越来越高，同时也为葡萄生产全程机械化发展提供了条件。

据研究，葡萄枝蔓能忍受-16℃低温，芽眼能忍受-13℃的低温，根系抗冻能力最弱。

自根苗欧洲种，如龙眼、玫瑰香、葡萄皇冠等的根系在-5℃～-7℃时就受冻害；玫瑰露

(底拉洼)、罗也尔玫瑰（布来顿）、耐格拉等欧洲杂交种在-6℃～-8℃时就受冻害；贝

达（河岸葡萄×美洲葡萄）可耐-13℃的低温；山葡萄可耐-15℃低温。因此，葡萄越冻

指标为-5℃日平均日数 145 天，极端最低气温-30.6℃,因此，葡萄越冬必须采取防冻措

施。

我国由于特有的地理环境和气象条件，优质葡萄产区大多在西北及北部地区，也

就形成了我国特有的葡萄种植方式，即我国北方地区葡萄生产主要作业环节是：春天

扒藤一上架绑藤一除草施肥浇水一喷施药剂一收获一冬季埋藤等，入冬前必须完成掩

埋。目前我国北方地区葡萄生产中,冬季埋藤是葡萄种植生产过程中劳动强度最大、质

量要求高、时间性强的作业。葡萄藤埋土防寒、防风干时，要求土壤要细碎，防止大

土块搭接，有空洞透风抽条。埋土压蔓要防止损伤枝蔓，以免病害浸染以及影响来年

产量。取土位置距根部不能太近，最少 50cm 左右，以免根部受冻，埋土防寒后冬季进

行田间检查，发现问题及时补救。防寒后及时灌冬水，以保证植株安全越冬。葡萄根

系常分布在地表下 20～60cm 土层中，深的达 100cm。葡萄较易产生不定根，根受伤后，

在伤口附近再生大量的根，因此在栽培上适当断根是可以的，但不能大量断根。根系

生长的土壤温度是 21～25℃，超过 28℃或低于 10℃时即停止生长。葡萄根系发达，有

很强的吸收能力和养分贮藏能力，但抗寒性较差，比枝蔓怕冻，土壤温度在-4℃到-6℃

时，就能受冻害，甚至冻死[1]。一旦冬季根系遭受冻害，次年枝蔓生长、结果便会大

受影响。因此，埋土防寒时要特别注意根系防寒。但长期以来，葡萄的种植管理等生

产环节中，埋藤作业目前仍以人工为主，人工作业存在劳动效率低、埋土不匀、土块

大、容易漏风透气的缺点，极易造成葡萄藤风干死亡。这严重制约了葡萄产业化的发

展进程。因此，葡萄种植农户对该生产环节实现机械作业有着强烈的要求。葡萄越冬

覆土如果能够实现机械化生产，将有力地推动葡萄生产的规模化，显著降低葡萄生产

成本，节省用工量，使农民增加更多的收入，提高农业生产的经济效益。同时，也增

加了营机户的收人，而营机户收入增加可以投入更多的资金购买先进的农机装备。更

好地服务于现代农业生产和社会主义新农村建设的各个领域。

本课题为分析我国葡萄埋藤机械化研究现状．展望葡萄埋藤作业机械化技术的发

展方向，阐述推广葡萄埋藤机械化的意义，为促进葡萄种植业增产、增效和果农增收

提供理论依据。

1.2

本课题所涉及的问题在国内外研究现状及其分析

1.2.1 国外研究现状

国外的葡萄基本上是沿不冻线以上种植的，葡萄常年固定在架子上生长，为其机

械化作业提供了便利条件。美国是世界葡萄生产大国，不仅产量和面积超过我国，而

且其葡萄机械化生产管理水平也处于世界领先地位。美国农民经营葡萄园规模较大，

农业机械化程度很高。在美国，鲜食葡萄生产除果穗整形和采摘用人工以外，从种植、

整形、施肥、耕作、喷药及包装等均有相应的作业机械；酿酒葡萄根据需要可以进行

机械收获。因此，美国的葡萄栽培技术和生产管理己实现了标准化、信息化和全程机

械化，现正向自动化和智能化方向发展。

1.2.2 国内研究现状

我国从上世纪八十年代初就已经开始着手研制葡萄埋藤机，经过几代科研人员的

努力己经研制出几种形式的样机并且己经小批量的生产，但大都具有一定的局限性。

1984年，新疆农科院农机化所研制的与铁牛-55型拖拉机配套，进行篱架式葡萄藤

越冬埋土机，该机采用铲抛原理，将土抛向藤捆。该机具主要由机架、铲刀、升运器、

输送器及传动系统组成，但由于机具作业效率低、埋土量小、适应性差，没有得到广

泛推广。

2003年，辽宁省营口市研发了20PF型葡萄越冬覆土机(如图-1)，该机与14.7kw拖拉

机配套，通过传动轴、链轮减速后使覆土器叶轮将土取出，并均匀地抛到葡萄藤上，

经过二、三次的往复抛土作业，达到埋土要求。该机适用于沙壤土、含水率在12%-25%

以下的无石块葡萄园中作业。对于东北等高寒地区，虽有一定的适应性，但因效率低

等缺点，推广应用还有很大的局限性。

2007年，酒泉市农业机械推广站和敦煌市吕家堡农机加工生产个体业主王成贵共

同研制了葡萄藤越冬掩埋和农田旋耕作业的多功能农业机械-3LG型葡萄埋藤旋耕多用

机，该机具可分别与手扶拖拉机和13.23kw以上的轮式拖拉机配套使用。该机具采用卧

式旋耕原理，合理配置专用刀具，工作时旋起的土壤按设计的方向移动抛出，实现埋

藤作业，现已通过了省级农机推广鉴定，并申请了国家专利，但该机具由于取土量小、

抛土分散并没有得到大量的推广。

由天津市汉沽区农机部门用金狮或工农-12型手扶拖拉机底盘，结合旋耕机的工作

原理改进而成的手扶改制单侧埋藤机，该机具提高了主轴转速，选用高效切刀、抛土

刀，使抛土量提高，开沟深度12-15cm，开沟宽度40-50cm，可实现埋藤作业。作业中

采用倒开，向外侧抛土。目前手扶拖拉机拥有量很大，此项改装费用低，适用性强，

可实现一机多用，便于在小田块、小地头的葡萄园中作业，操作简便灵活，但该机具

开沟取土距离葡萄藤根部较近容易伤根，且一次埋土量小，需要多次埋土达到葡萄藤

冬季埋土的要求。

天津市农机研究所研制的MT200-2葡萄埋藤机，该机具可与18.4-22.1kw轮式拖拉

机配套使用，采用后悬挂，中置式传动，双侧逆旋的高效抛土结构，提高了埋藤作业

效率和作业质量，降低了机具操作者的劳动强度。但该机具双侧抛土，一次埋土量小，

需要对葡萄藤进行多次冬季埋土，且要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，则机具

作业质量将受到很大的影响，甚至无法作业。因此，该机具的推广具有一定的局限性。

但均存在很多问题，没有得到推广应用。因此，借鉴现有葡萄埋藤机的设计原理和研

制经验，设计一种适用于不同葡萄种植行距、不同年龄段葡萄藤的性能可靠、效率较

高、动力消耗小的新型葡萄埋藤机，是我国葡萄种植产业发展的必然趋势。

2.葡萄埋藤机的总体设计

2.1 研究内容

本课题研究内容可分为四大部分:一是对葡萄埋藤机的整体结构进行设计；二是葡

萄埋藤机旋耕取土机构的探索研究，解决我国严寒地区埋藤需土量大的问题；三是研

制葡萄埋藤机的土壤输送机构，使旋耕取土部件取出的土壤均匀集中的抛在葡萄藤上；

四是研制集传动与换向功能于一体齿轮箱，使得葡萄埋藤机土壤输送机构可以选择埋

土的方向。

2.2 总体结构的设计

根据葡萄藤越冬埋土作业的要求，以及确定的农艺要求，进行关键工作部件的设

计，确定出总体结构。埋藤机与拖拉机工作时，埋藤机与拖拉机采用标准三点悬挂连

接，动力输出轴传递动力。整机主要由动力传输机构、旋耕取土机构、土壤输送机构

及万向行走轮等组成（如图 2-1）。

1、旋耕取土系统

2、牵引架

3、纵向土壤输送机构

4、横向土壤输送机构

5、

万向行走轮总成

6、横向土壤输送系统护罩

7、纵向土壤输送系统护罩

8、

纵向土壤输送传动链轮

9、横向土壤输送传动链轮

10、主传动、换向齿轮箱

图 2-1 葡萄埋藤机总体结构示意图

2.3 传动系统设计

2.3.1 总传动方案的确定

图 2-2 葡萄埋藤机俯视图

埋藤作业时，一般选用动力输出轴转速为 540 r ／min。对于具有 540 r／min 或 720

r／min 双输出转速的拖拉机，在土壤较硬，葡萄行距在 1.8～2 m 时可选用 540r／rain

进行作业；在土壤较软，葡萄行距在 2～2.2 m 时可选用 720 r／min 进行作业。

本机型设计的葡萄埋藤机旋土刀的旋转半径为 318mm，机组配套使用的拖拉机功

率 36.75kw，拖拉机动力输出轴转速为 540r/min。对旋耕机刀轴转速而言,一般旱耕或

耕作比阻较大的土壤时选用低速挡,其转速为 200r/min 左右,在水耕、耙地和耕作比阻较

小的土壤时选用高速挡,其转速一般为 270r/min 左右，本课题选择刀轴转速为 240r/min。

考虑到葡萄埋藤机刀轴，纵向输土机构和横向输土机构都需要动力传输。故本文设计

了如图 2-3 所示的动力传输系统。设计的动力传输系统主要分为三部分:

第一部分:动力经拖拉机动力输出轴传输到中间传动齿轮箱，经过锥齿轮、传动轴传给

侧边传动箱，侧边传动箱经过齿轮传动传递给旋耕刀轴。

第二部分:动力从侧边传动箱上输出轴经过链轮、链条传输给纵向土壤输送机构。

第三部分:动力经中间传动齿轮箱的后输出轴，在经过传动轴传输给横向土壤输送机构。

具体传动实施方案如图所示。

侧边传动齿轮箱 中间传动齿轮箱

横向输送轴

传动链轮

纵向输送轴

图

2-3

葡萄埋藤机传动示意图

2.3.2 各部分传动速度的设计

为使集土铲部分的土壤最大限度地输送至需埋藤的部位，保证由旋耕刀旋松的土

壤不至于滞留在集土铲中发生堵塞，纵、横输送带需尽量选择最高速度，即纵、横向

输送轴的转速要大于或等于旋耕刀轴的转速，本设计选用旋耕刀轴转速等于纵、横向

输送带的转速。

2.3.3 各轴功率的计算

设圆柱齿轮、圆锥齿轮、球轴承、滚子轴承及联轴器传动效率为 、 、 、 、

查手册得 =0.97、 =0.95、 =0.99、 =0.98、 =0.98

则 P1 =P =36.75kw

P2 =P1 ⋅η2 ⋅η4 =36.75 ⨯0.95 ⨯0.98 =34.215kw

P3 =P2 ⋅η2 ⋅η4 =34.215 ⨯0.95 ⨯0.98 =31.854kw

P4 =P3 ⋅η1 ⋅η3 ⋅η4 ⋅η5 =31.854 ⨯0.97 ⨯0.99 ⨯0.98 ⨯0.98 =26.55kw

即旋耕刀轴功率为 26.55kw 。

2.4 葡萄埋藤机工作原理

工作时旋耕取土部件对土壤进行疏松打碎，土壤在旋耕取土部件旋土刀与集土铲

的配合下沿集土铲的方向抛送到纵向土壤输送机构中，纵向土壤输送机构在传动链条

的带动下高速旋转，将旋耕取土部件抛送的土壤输送到横向土壤输送机构中。横向土

壤输送机构在主传动齿轮箱后输出轴的带动下，将土壤均匀的抛在待冬季埋土的葡萄

藤上，一次完成葡萄藤越冬埋土的全过程。

3.旋耕取土部件的设计

3.1 旋耕刀的设计及排列方案

3.1.1 旋耕刀的设计要求

旋耕刀是旋耕机的重要工作部件，刀片的形状与参数直接影响旋耕机的工作质量

和功耗，合理设计刀具的侧切面、过渡面和正切面曲线形状是设计研究取土部件的一

个重点。由于葡萄埋藤机的旋土刀是在葡萄藤的行间工作，工作条件比较恶劣，作业

难度大。本文设计的旋土刀除了满足疏土碎土外还要满足以下要求：

（1）旋土刀旋土深度要大

因为我国葡萄主产地新疆、宁夏等冬季气温经常达到-20℃～-30℃，为了防止葡萄

藤的冻伤要求葡萄藤冬季埋土量大，要求葡萄埋藤机的取土深度为 20-25cm，达到埋藤

所需的土量。

（2）旋土刀具有抛土功能

因为本文设计的葡萄埋藤机是将旋耕取土部件旋耕的土壤全部抛送到纵向土壤输

送机构中，要求旋土刀具有向后抛送土壤的功能，从而减小动力消耗和避免机组前端

出现土壤拥堵现象。

（3）旋土刀工作时的动力消耗小

我国人口众多，人均资源相对短缺，考虑到经济效益和节能减排，旋土刀的设计

尽可能的减小工作时的动力消耗。减小排放以保护环境。

（4）旋土刀组布局要合理

合理的旋土刀布局可以减小机组的侧向力，增加旋耕取土部件向后抛送土壤的能

力，减小动力消耗。

旋土刀片可分为凿形刀、弯形刀、直角刀和弧形刀。根据四种刀的不同形状和参

数特性、工作状态，从动力消耗和旋耕抛土的要求出发，本课题选用弯曲形式的旋土

刀。其刃口曲线方程如下：

r =r0 +kθ（3-1）

式中： r0 ——刀刃起始工作半径，cm

k ——比例常数

θ——位置度，极角

3.1.2 旋土刀片的排列方案

图 3-1 弯形刀示意图

旋土刀片的排列方式有单螺旋排列、双螺旋排列、星星排列、对称排列等，均应

满足机组旋耕刀轴的设计碎土性好且刀轴受力均匀。由于所设计的旋耕取土机构需要

将翻耕的土壤全部抛送到纵向输送机构，要求翻耕的土壤不能太散乱且尽量向中间靠

拢，利用旋耕取土机构的送土铲与旋耕刀轴的抛送相结合。按照普通旋耕机旋耕刀双

头螺旋排列方案，机组前面土壤拥堵严重，动力消耗大。考虑到目前葡萄园种植行距

允许拖拉机通过的功率及葡萄埋藤的要求，本课题采用四条螺旋排列的方式且螺旋线

左右旋土刀对称分布，保证了所有旋耕的土壤都被抛送到后面的输送带上并有效地解

决了土壤拥堵问题。

图 3-2

旋耕刀排列示意图

图 3-3

旋耕刀轴螺旋排列三维结构图

3.2 旋耕刀轴的设计

图

3-4

旋耕机刀轴装配三维结构图

常用的旋耕机的刀轴直径为 70～80mm，通过分析可知通过增加旋耕刀刀轴的直径

可以增加旋耕取土部件的取土深度，故本文采用直径为 146mm 的刀轴并进行了旋耕刀

轴强度校核计算。

将旋耕刀轴、轴上焊接的旋土刀座及旋土刀片作为一个整体进行受力分析。旋耕

刀轴在旋转过程中仅受单纯的扭矩作用，本文采用侧边传动根据受力分析画出扭矩图，

如图所示，由扭矩图可知旋土刀轴的危险点在距离传动最远的一端。

图 3-5

旋耕刀轴受力图

计算轴的最大扭矩 M

max

M

max

图 3-6

n

刀轴扭矩图

其中 P——拖拉机输出功率，KW

n——旋土刀轴转速，r/min

将 P4 =26.55kw，n=240r/min 代入公式得：

240

圆截面轴的抗扭截面模量为：

Wt =

πD

3

式中：Wt ——圆截面轴抗扭截面模量

D——旋土刀轴半径，mm

将 D=146mm 代入公式中

16

材料的最大切应力为

Wt

=1056.4N·m =0.6x mm

16

将 M

max

M

max

，Wt

1056.4

10

，代入公式得

τ

max

=

W

t

=

0.6 ⨯10

-3

=1.76MPa

刀轴的材料选用 Q235，所以材料的许用应力[ σ]=235MPa，许用切应力

[ τ]=(0.5 一 0.6)·[ σ]=117.5 一 141MPa。则得：τmax <[ τ]，即满足强度要求。

3.3 集土铲设计

集土铲主要有弧形铲和左右侧板组成。侧板负责将旋松的土壤收拢，弧形铲负责

铲土并向后抛送。

旋耕刀旋土宽度为 100cm，最大深度为 20cm，弧形铲需及时将土铲走防止土壤在

旋耕刀作用下发生绕流设计高度为 24cm。为保证土壤全部收拢，侧板设计为向两侧张

开且底部加开 20cm 高的坡口以减小机具的行走阻力。

4.土壤输送机构设计

图

3-7

集土铲侧板结构示意图

土壤输送机构是葡萄藤越冬埋土的直接执行者，它将土壤输送到葡萄藤上完成葡

萄藤的越冬埋土工作，它的工作性能直接关系着葡萄藤越冬埋土的质量。本文设计的

土壤输送机构，包括横向土壤输送机构和纵向土壤输送机构。为了承接旋耕取土机构

和横向土壤输送机构之间的土壤输送，纵向土壤输送机构设计成倾斜式。纵向输送机

构与横向输送机构之间倾角选择为 35°，这样既保证了整体结构的紧凑性还使土壤不容

易下滑，为防止输送物料时由于倾角导致物料下滑本课题在纵向输送带上安装了 12 个

送土板，防止土壤滑落且便于土壤抛送。

1、输送带

2、送土板

3、定位块

4、梯形槽侧板

纵向输送辊

5、横向输送辊

6、输送带托辊

7、

4.1 纵向输送机构设计

4.1.1 橡胶输送带的设计

图

4-1

土壤输送机构示意图

图 4-2

纵向输送带

考虑到橡胶输送带的转速和载荷，本课题对输送带进行了设计。

(1)输送带带宽的确定

带宽的确定取决于带速和生产率，生产率按ISO5408计算方法即：

Q=AvK

式中： Q——生产率(m3/s);

v——带速(m/s);

K——运输机倾角影响系数;

A——胶带上物料最大断面积;

代入数值得出胶带上物料最大断面积，通过查表和本机组的实际情况，本文纵向

土壤输送带设计宽度为 110cm，横向土壤输送带设计宽度为55cm。

(2)输送带的强度

对帆布层的普通输送带计算其层数

b ⋅σ

式中Z——输送带层数; F1——稳定工作情况下输送带最大张力;

b——带宽(mm); σ——输送带纵向扯断强度(N/mm·层);

n——安全系数，按DTll型推荐值参考，对棉帆布输送带n=8～9，对尼龙、聚

酷帆布带n=10～12。

本文设计的输送带选用的帆布为4层棉帆布，带厚为8mm。

4.1.2 输送辊的设计

本课题设计的输送辊中间带有梯形槽以防止输送带在高速运转时发生跑偏并且在

输送带上有与其配套的定位块。

工作时橡胶定位块卡在梯形槽中随着输送辊旋转给输送带定位，从而防止了输送

带的跑偏现象。

为了防止输送带跑偏，在输送辊带动橡胶输送带旋转过程中至少有一个定位块始

终处于输送辊的梯形槽中。即定位块在输送带上的间距小于输送辊半周长时满足定位

块始终在输送辊中起定位作用。

即

其中，输送辊直径

代入公式得

D=140mm

S <

πD

2

3.14 ⨯140

S<219.8mm

S <

2

=219.8mm

150mm

故当

时定位块始终起到定位作用。本课题设计定位块的间距为

。

5.传动齿轮箱设计

5.1 中间齿轮箱设计

图 4-4

输送辊平面示意图

根据传动方案的选择，在此设计了中间传动锥齿轮箱，

齿轮的设计

中间传动换向齿轮主要是锥齿轮的设计

参数选择

本文主要进行了中间Ⅰ、Ⅱ轴上相互啮合的直齿锥齿轮的设计。

选用材料：查表选择小齿轮材料为 20CrMnTi，渗碳淬火，硬度为 55～60HRC

大齿轮材料为 20CrMnTi，渗碳淬火，硬度为 55～60HRC

初选齿数：取小齿轮齿数 Z1 =17

17

齿宽系数取班ψR =0.33

根据拖拉机的输出转速，选择齿轮精度等级为 8 级

寿命系数YN1，YN 2 取YN1 =YN 2 =1

通过查机械设计手册可得

极限应力σFlim1 =470MPa σFlim2 =470MPa

尺寸系数YX1，YX 2 YX1 =YX 2 =1

安全系数 S F ： S F =1.4

S F

[σF1]=671.4MPa [σF 2 ]=671.4MPa

按齿根弯曲强度设计

R R 1 F

又

T1

=9549 ⋅

P

n

=9549 ⨯

36.01

540

=636.78N ⋅m

o

分锥角

δ

δ

2

1

=arctanu=arctanl.6=57.99

=90 一δ2 =32

Z1 15

当量齿数

ZV1

=

cosδ

1

=

cos32

o

=17.7

Z

V 2

=

Z

2

=

24

o

=45.3

cosδ

2

cos 57.99

查手册得:

YFa1

=2.91

YFa2

=2.37

Y

Sa1

=1.57

YSa2

=1.67

K

A

=1 ， K

V

=1.2 ， K

Hβ

=1.75 ， K

Hα

=1

则 K =K

A

⋅K

V

⋅K

Hβ

⋅K

Hα

=1⨯1.2 ⨯1.75 ⨯1 =2.1

将上述求得的数据代入公式(5 一 9)可得:

0.3⨯(1 -0.5 ⨯0.3)⨯17 ⨯671.4 ⨯1.6

由标准模数系列表取标准模数 m=8

d =mz1 =17 ⨯8 =136mm

按齿面接触强度进行校核

(1-0.5φR )φRd u

2

+1

=7.7

由机械设计手册查 MQ 线得接触疲劳极限δ

取安全系数 S H =l，寿命系数 Z N1 =Z N2 =1

SH 1

S H 1

1

2

Hlim1

=1500MPa，δ

H lim2

=1500MPa

通过查机械设计手册可得: Z

将数据代入公式(5 一 13)得:

E

=190MPa

5

， Z

H

=2.5

σ

H

=190 ⨯2.5 ⨯

4 ⨯2.1⨯6.368⨯10

(1 -0.5 ⨯0.3)⨯0.3 ⨯136

3

⨯1.6

=1272.94 MPa < [σ

H1

]

因此设计的直齿锥齿轮满足强度要求。

同理设计的后输出传动直齿锥齿轮 1 采用 20CrMllTi 渗碳淬火，模数 m=8mm，齿数

z=35；

传动齿轮 2 采用 20CrMnTi 渗碳淬火，模数 m=8mm，齿数 z=28。

5.2 侧边传动齿轮箱设计

5.2.1 轴承的选择

本课题设计的旋耕刀轴与纵向土壤输送机构采用侧边传动。因为这样不仅使得旋

耕刀能够在刀轴上满幅工作，提高了作业效率，而且减小了葡萄埋藤机旋耕取土部件

的动力消耗和土壤的阻塞，使得旋耕取土部件抛送的土壤均匀细腻。

为了增加旋耕刀的旋转半径，增加旋耕取土量，侧边传动箱体采用三级齿轮传动，

保证刀轴能够运转平稳，传动效率高，使上下输出轴间距离达到了 640mm。本次设计

的侧边传动箱输入轴同时也作为纵向输送机构的动力输出轴，中间支承轴配合的轴承

选用 6010 深沟球轴承，下输出轴配合轴承为 30209 圆锥滚子轴承。

1 2

3

4

5

6

1、轴

2、深沟球轴承

3、渐开线直齿圆柱齿轮

轴承

4、端盖

5、箱体、

6 圆锥滚子

5.2.2 齿轮设计

图 5-2

侧边传动箱结构示意图

3 个直齿轮都用 40Cr 钢制造，调质处理，硬齿面。

H B S =2 8 0

查手册得 1.3 2.4

1.3 2.4

取齿轮精度为

8

级

由输入轴转速 n1

n1 340

=340r / min ，刀轴转速 n

4

=240r / min

得 i

=

n

4

=

240

=1.42

初选齿轮 1 齿数 Z

1

=23

i1

=i2

=i3

=1.12 ，

则 i =i1 ⋅i

2

⋅i3

=1.12 ⨯1.12 ⨯1.12 ≈1.42

即有 Z

2

=i1 ⋅Z

1

=1.12 ⨯23 =25.76

圆整为 Z

同理得 Z

2

3

=26

=29 , Z

4

=32

设计 1、2 级圆柱齿轮

按齿面接触强度设计

确定公式内各数值

试选载荷系数 K t =1.3

计算齿轮 1 传递的转矩

d

5

1t

≥2.32

3

KT1

φd

5

⋅

u ±1

u

⎝

Z

[σ

E

H

]

⎭

2

T1

=

95.5 ⨯10

P3

=

95.5 ⨯10

⨯31.854

=8.947 ⨯10

5

N ⋅mm

取齿宽系数φd

=1

n1

340

1

2

查手册得材料的弹性影响系数 Z

E

=189.8MPa

按齿面硬度查表得接触疲劳强度极限σ

H lim1

=600MPa,σ

Hlim2

=600MPa

由机械设计式 10-13 计算应力循环次数

N1 =60n1 jLh =60 ⨯340 ⨯1 ⨯8 ⨯15 ⨯60 =1.47 ⨯10

1.12

取寿命系数 K HN 1 =0.90, K HN 2 =0.95

计算接触疲劳许用应力

取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得

S

S

计算

8

试算齿轮 1 的分度圆直径 d

⎛

1t

，代入[σ

⎫

H

]中较小的值

5

2

d

1t

≥2.32

3

K

t

⋅T1

⋅

u +1



Z

E

⎪

=2.32

3

1.3 ⨯8.947 ⨯10

⋅

2.12



189.8

⎪

mm =64.003mm

计

φ

算圆周速度 v

d

u

⎝

[σ

H

]

⎭

1

1.12

⎝

550

⎭

v =

πd

1t

n1

=

π⨯60.003 ⨯340

=1.07 m / s

60 ⨯1000

60 ⨯1000

计算齿宽

b =φd ⋅d1t

=1 ⨯60.003 =60.003mm

计算齿宽与齿高之比

Z1 23

=2.609 mm

齿高 h =2.25m

b 60.003

t

=2.25 ⨯2.609 mm =5.87mm

h

=

5.87

=10.22

计算载荷系数

根据 v =1.07m / s ，8 级精度，查机械设计图 10-8 得动载系数 K

直齿轮， K Hα=K Fα=1

由机械设计表 10-2 查得使用系数 K A =2

V

=1.1

由表 10-4 用插值法查得 8 级精度，小齿轮相对支承对称布置时， K

h

K =K A ⋅KV ⋅K Hα⋅K Hβ=2 ⨯1.1⨯1 ⨯1.342 =2.952

Hβ

=1.342

按实际的载荷系数校正所算得的分度圆半径，由机械设计（10-10a) 得

K t 1.3

计算模数

Z1 23

按齿根弯曲强度设计

由机械设计式（10-5）得

d 1 ⎝F ⎭

确定公式内各数值

由机械设计图 10-20c 查得齿轮 1 弯曲疲劳极限σFE1 =500MPa ，齿轮 2 的弯曲疲劳极限

σFE2 =480 MPa

取寿命系数 K FN1 =0.85, K FN 2 =0.88

计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得

S 1.4

S 1.4

计算载荷系数

K =K A KV K FαK Fβ=2 ⨯1.1⨯1⨯1.32 =2.904

查取齿形系数和应力系数

由机械设计表 10-5 查得

YFa1 =2.69, YFa2 =2.60

Y

Sa1

=1.575, YSa2

=1.595

计算 1、2 齿轮的

Y

Fa

⋅YSa

并加以比较

齿轮 1 的数值大

设计计算

[σ

F

]

5

YFa1

[σ

YFa 2

[σ

⋅YSa1

F ]1

⋅YSa2

2

=

=

2.69 ⨯1.575

303.57

2.60 ⨯1.595

301.71

=0.01396

=0.01374

m ≥

3

2 ⨯2.904 ⨯8.947 ⨯10

1⨯23

⨯0.01396 =5.16mm

由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触强度所

决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数 5.16 并考虑到增大

齿轮中心距以达到加大旋耕刀旋土深度将其圆整为标准值 m =8mm

图 5-4

圆柱齿轮

5.2.3 葡萄埋藤机总体装配图

从动链轮横向

通过以上对旋耕取土机构、土壤输送机构以及传动机构的设计，我们得到葡萄埋藤机

的总体结构并利用 Out CAD 对其进行设计，以下就是本次设计的最终结果

葡萄埋藤机主视图

葡萄埋藤机侧视图

葡萄埋藤机俯视图

结论和总结

葡萄埋藤机具有埋土均匀，作业质量好，效率高、成本低等优点。综合分析我国

现有葡萄埋藤机的使用情况，结合我国地块和葡萄种植模式可知，采用两侧旋耕取土，

抛土的葡萄埋藤机在我国比较适用。

1)研制了一种新型葡萄埋藤机，机组采用三点全悬挂正牵引式作业方式，工作可

靠，能够一次完成葡萄藤越冬埋土的全过程，效率高，质量好。

2)设计的旋耕取土部件，能够满足葡萄藤越冬埋土所需土量的要求，设计的旋土

刀的排列方式能够将土壤及时抛送到土壤输送机构上，旋耕取土部件未出现土壤拥堵

现象。

3)设计埋藤机满足工作要求，且结构简单、工作可靠。

随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于

快完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，

但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知

识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。毕业设计是对以往所有课程设计的

总结，要求我们尽量把学到的知识毫无保留得发挥出来.如今的社会已是知识经济发展

迅速的时代，我们学的远远不够.因为知识的海洋着无边际，我们只有不断的学习，不

断的充实自己，才能不断迈步向前。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请

教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。我有过为

一个问题绞尽脑汁苦苦思索，有过停在某个地方徘徊不前甚至茶饭不思的时候，也有

过灵光一闪，苦思冥想的难题得到圆满解决的时候，其中的困惑、苦恼、兴奋、激动

只有自己饱尝之后才能体会地真切。

通过这次毕业设计，我更深刻地明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工

作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/58bbd309a65177232f60ddccda38376baf1fe0a0.html