限位装置说明书

青储机割台升降限位机构设计

作者： 指导教师：

摘要：本实用装置青储机采用液压装置控制割台的升降，可根据不同的工作要求和经常变化的工作条件随时调整割台的高度，确保联合收割机正常工作。割台升降的限位设计采用强度足够的调节丝杠、单作用柱塞式液压缸安全卡配合等组成，保证青储机割台满足正常工作要求，及其割台出需要检修时和避免液压缸出现故障时而产生的险，割台的限位装置就保护了人员及身设备的安全。通过对现有青储机的技术资料的查阅，结合设计任务，确定了本设计的基本结构，以及通过相关计算确定了本设计机构中重要的零部件的基本参数。其特点是：设计安装结构简单，性能可靠，经济成本低，适用于一般青储机的工作要求。

关键字：割台；液压缸；丝杠；限位装置

Lifting ensilage machine cutting table

limiting mechanism design

Author: Wang Chao Tutor: Zhang Yongjian, Lv Quangui, Guo Junxian Abstract ：The hydraulic lifting device control header of the device of the utility green machine, can the header height adjusted according to different work requirements and changing working conditions, to ensure the normal work of combine harvester. Limit design header lifting with strength enough the adjusting screw, single action plunger type hydraulic

cylinder safety card and etc, ensure the ensilage machine cutting platform to meet the normal requirements, and the header to maintenance and avoid dangerous fault of hydraulic cylinder and the position limiting device, the header protects personnel and the safety of the equipment. Through access to technical information on the existing green machine, according to the design task, to determine the basic structure of the design, and through the relevant calculation to determine the basic parameters of components important this design in the organization. Its characteristics are: design and installation, simple structure, reliable performance, low cost, suitable for general ensilage machine and job requirements.

Keywords: header; hydraulic cylinder; the limiting device

第一章 引言

1.1 课题研究的目的和意义

我国各地区种植农艺技术完全不同，收获作业技术条件差异很大，要实现高适应性、高可靠性、高稳定性作业，诸多关键技术有待解决。研究与开发新型节能高效系列通用收获机收割台，与国内现有谷物联合收割机配套直接收获谷物籽粒，可以发挥现有谷物联合收割机保有量大的优势，具有配套投资成本低、作业效率高、经济性好的特点。对新机具的研究应用, 将为实现农业现代化提供机械化技术支撑，有利于提高青贮机收获机械化技术水平，降低生产成本，提生产的综合效益，促进农民增收，有利于加快农村经济结构调整，促进农村劳动力转移，增加农民收入，对于促进建设社会主义新农村以及保证农业的可持续发展具有重要的战略意义。

近些年来，农业收获机械快速发展, 由于种植条件的不同，对比目前常用青贮收获机割台存在的缺点日趋明显。从大规模农业收获来讲，收获机械割台的通用是实现高效率收获的重要因素，以及割台在工作中的能力能否达到要求，对收获机械割台的操作灵活和满足工作要求。青储机工作时往往因为割台高度调整不当, 可能导致机器堵塞, 引发机器故障, 直接影响到收割机的收获效率。这就使收获机械割台机构这个装置受到了人们很大的重视。

1.2 国内外研究及应用割台升降机构的现状

现很多公司利用传感器改装青储机机割台液压升降装置, 使安装在青储机割台上的传感器能够准确测得割台与行驶路面之间的距离, 采用用PLD 工作原理, 编辑逻辑程序, 对探测到的数据进行收集, 分析, 处理并发出指令给青储机割台液压升降系统, 使割台自动升降, 保持与行驶路面适当距离, 避免割台在行驶或收割作业过程中遇到凹凸不平路面时发生与地面相碰现象, 造成不必要的经济损失, 同时可以提高收割效率, 有利于下一季精确收割, 精确播种, 避免浪费。从而为青储机机割台的研制与改装提供理论与实践支持。

液压系统改进设计目前, 我国所使用的联合收割机的割台多用机械式控制。针对这一现状对联合收割机的割台升降系统进行了改进。以弱电信号控制液压系统, 从而达到割台自动升降的目的。传统的青储机割台是利用机械仿形机构或人工方法控制液压阀门操纵液压缸来调整工作高度的, 割台高度自动控制系统就是在此基础上再增设传感机构、电磁阀门和电气控制系统来实现的

国内有一种全喂入收割机割台升降辅助机构，它包括与割台相连的割台摇杆和与机车相连的机车摇杆，所述的割台摇杆和机车摇杆相互铰接，割台摇杆和机车摇杆相互构成开口向下的V 形结构。割台摇杆和机车摇杆构成的双摇杆倒V 型结构，使是其一方面可以防止左右晃动，另一方面该双摇杆倒V 型结构可自由随割台的升降而升缩。

还有一种青储机割台总成的快换机构，包括有割台总成和工作整机，在纵传动轴管的中间后部固定设置有割台联结框架，在割台联结框架的上端两侧分别设置有挂接定位座板；工作整机的前端上设置有喂入机构框架，喂入机构框架上端与割台联结框架上端两侧挂接定位座板相对应的位置上分别设置有向上凸起的挂接定位块，在装配中，挂接定位座板安装在挂接定位块上；通过本技术方案，使得割台总成与整机的装卸不需要外部装备和工具，工作整机自身的动作即可实

现自行装卸，使割台总成装卸和更换方便快捷；大大提高了工作整机的工作范围和工作效率。

1.3 课题设计的主要内容

目前，我国的耕种面积不是很集中，而且有很多地方的田地凹凸不平，耕种、收割，对机械化作业的农业机械要求稳定性较高，尤其是向大型青储机这样的收割机，在田地收获时，稳定性很重要，收获和后面的储藏，工作负荷比较大，尤其是割台升降的限位控制，直接影响着收割效率，也影响着广大农民的亲身利益，所以其割台的稳定性及其割台限位装置的研究和发展有重要意义。

收割台高度的限位控制, 通常是用手工控制液压阀门操纵液压油缸来实现。但是，青储机一般工作在田地里，工作环境较差，液压缸要求的共作环境又较高，所以青储机在工作时，液压缸很用意出现故障，尤其是控制割台升降的液压缸出现泄露，这样如果没有割台升降高度的限位机构，那么割台将会立刻降到最低位置，很重的割台，将会产生很大的冲击很震动，会损坏割台及其割台零部件，损坏青储机其他装置。所以本设计采用了保险装置，采用强度足够的限位丝杠和安全卡，来防止此类事情的发生，此限位装置装配简单，无需从新找位置配合，直接通过定位块固定在液压缸缸体上，限位丝杠的中心线和液压缸的中心线平行，整个限位装置性能可靠。安全卡配合直接连接在油缸活塞杆支座上，完全不影响液压缸正常工作，定位块的位置可以调节一定的限位高度（定位块一般情况下不移动），还有调节丝杠也可以在定位块不动的情况下，通过调节同样可以起到青储机割台升降高度的限位。

第二章 总体方案设计

2.1 设计的基本原理

控制割台升降的液压缸：根据液压缸工作时所承受的最大力通过计算，估算合适的液压缸活塞直径，并根据配合选择合适的液压缸。

限位丝杠：根据割台工作时最大承载力，所达到限位位置时限位螺杆所承受的最大负荷，通过做大负荷进行计算，选择能达到工作要求的丝杠或自行设计加工制造的丝杠。

其他辅助装置：根据其工作特性和配合要求进行相应的设计和选择使用。 割台升降：割台升降平稳，操作简单，能达到相应的工作要求最高点和最低点，可靠性较高。

限位：限位装置简单可靠，操作方便，根据工作要求可以任意调节其限位装置，保证了工作时的可靠性和安全性。

总体结构设计与工作原理

青储机割台升降限位机构装置主要液压缸、油缸支座、油缸限位座焊合装置、安全卡装、加强板、开口销、弹簧销、链环装置、调节丝杠等组成。

其工作原理是采用机械限位装置进行青储机割台升降限位，由控制液压缸进而控制割台升降高度，工作时青储机割台的高度和非工作时青储机的割台高度由

调节丝杠控制，作业人员对调节丝杠是随时可以调节的，青储机作业时液压缸的活塞杆上面的安全卡装置是要被链环装置提起来的，如作业时割台出现故障进行检查时，安全卡装置要放下来，目的是防止液压缸故障，割台高度迅速下降再次出现人员设备安全事故，这是对丝杠限位的安全辅助。大大的提高了青储机割台作业时的可靠性和安全性。

方案一：割台升降电动缸如图（1）电控限位装置。设计思路是，台升降电动缸实现将电机的回转运动转换为丝杠副的直线往复运动。电动缸主要由丝杠副、减速器、电机、承载套筒等组成, 如图（2）所示。电机通过减速器将扭矩传递于丝杠, 丝杠副螺母做直线运动。套筒与螺母固连, 套筒一端连接割台。螺母做往复直线运动时, 套筒推动割台同步做升降运动。根据电机与丝杠主轴的安装位置, 可以采用垂直式、折返式(丝杠主轴与电机主轴平行) 等形式。割台升降电动缸作为线性执行器, 实现割台的升降往复运动, 主要技术指标有运动行程、线速度, 位移和加速度等。

其缺点是设计复杂，所要的设计要求电气测量和控制精度较高，且工作环境要求较高，但青储机工作环境都在农田里，环境很恶劣，地区不平，振动动很大，对电子测量元件影响很大，影响检测及其反馈控制的精度要求，其经济性现阶段也不适用。

图1 割台升降限位电动缸

方案二：液压缸控制割台升降→限位丝杠限制割台升降高度→安全卡保证安全工作。如图（2）设计思路是，采用机械装置的限位机构，通过液压缸和安全卡及其限位丝杠简单的配合实现对青储机割台升降高度的控制及其限位，其设计简单可靠，且经济性好。但是其设计的操作稍微繁琐，比起电液控制，每次限位调节都要人为调节。但是根据工作环境要求所迫，这种简单的机械限位装置足以满足工作要求，且可靠性也较高，设计制造的经济成本低，根据技术和其他条件节制，其简单机械限位机构适合于现阶段青储机广泛使用。

图2 割台升降限位装置配合

初步方案的确定：方案进行分析对比，确定方案二为实施方案。

第三章 标准件的选择

3.1 液压缸的选择

割台升降高度的工作性能和工作质量，全都依赖于液压缸的性能参数。根据青储机割台的工作要求和割台的载荷情况，对其进行受力分析。

经调查得出割台工作时总重量为1300kg, 供给液压缸油泵工作压力为16MP ，根据青储机割台安装要求，其限位机构里的液压缸安装与水平面倾斜角度为最大为35度，最小为6度。分别以35度和6度进行受力分析。

将液压缸那个位置等效为质点，根据已有的数据和机构装置角度进行受力分析，计算出这个质点所承受的最大力，然候将这个里近似的看作为液压缸的输出的推力，并且根据如下公式计算出近似的液压缸活塞杆的直径，进而确定选择液压缸的基本参数及型号，进而确定青储机控制割台升降的液压缸。

F =p

其中F —柱塞缸输出的推力，计算后得24000N ；p —取油泵压力16MP ；取0.98；π—取3.14。 π4d 2ηm ηm —

经计算得出d 350= 41.2 mm d 60 =38.6 mm

经整合分析取活塞杆直径为d = 50 mm

计算出了所需活塞杆直径的大概数值，经过查资料，为了保证压力足够和计算误差，选择时柱塞直径可稍微比计算值偏大选择。

可选用型号为YD50型单作用柱塞式液压缸。

主要参数为：柱塞直径50mm ；

柱塞行程350mm ；

公称力是62公斤力/厘米；

最低工作压力为50公斤力/厘米；

工作压力16MP ，

最大工作压力21MP

3.2 销轴的选择

连接焊在过桥的油缸支座与液压缸体配合的销轴，选用GB882-88销轴B 型30×95。

连接焊在割台外壳底部的油缸支座与液压缸活塞配合的销轴，选用销轴GB882-88销轴B 型20×120。

3.3 螺栓的选择

用来固定定位块的连接螺栓，主要承受剪切力，故采用受剪螺栓连接，采用GB5782—M12⨯55。

连接安全卡和橡胶块的的螺栓，采用GB5873—M8⨯25。

3.4 螺母的选择

根据所用螺栓规格进行选择：GB6170—M12

GB6170—M8

根据设计的丝杠螺纹直径进行螺母选择：GB6170-M24

3.5 垫圈的选择

根据需要选用普通平垫圈：GB93—1987—12

第四章 关键零部件设计

青储机割台限位机构的关键部件主要包括限位调节丝杠、油缸限位座焊合体、安全卡装配、定位块。

4.1 限位调节丝杠

限位调节丝杠是本限位机构设计的重要部分。如图3所示，它影响着本机构的结构、复杂程度和工作可靠性。限位丝杠连接着定位块，定位快装夹在液压缸上，并通过螺栓固定锁死。需要调节割台高度降落位置时，只需要调节丝杠就即可。

丝杠直径：影响调节青储机割台高度降落限位行程，丝杠在液压缸下面且与液压缸活塞杆中心线平行。取材料Q235材料的圆刚直径为25mm 长度。经过查询机械设计手册，Q235的抗剪压强度是120-160Pa, 所以其抗压的强度大于抗剪强度，割台工作时的丝杠承受最大限位强度为大致为13MPa ，其最大强度远远小于其抗压强度，所以选择Q235材料的圆钢满足其割台升降限位机构工作要求。

丝杠的螺纹：根据设计工作要求，丝杠要配合M24的螺母使用，所以丝杠的螺纹公称直径加工为24mm ，根据限高度要求螺纹加工长度为170mm ，丝杠和螺母配合使用，丝杠可以调节，调节后，用螺母进行锁紧。

丝杠的长度：根据螺纹长度和直径要求，取丝杠的长度为240mm ，在丝杠一端加工一个长度为40mm 的19 19方。限位丝杠需要调节时，可用扳手在加工的四方上进行调节丝杠。

图 3 限位调节丝杠

4.2 油缸限位座焊合体

限位座管：根据单作用柱塞式液压缸的活塞杆直径，用方管Q235A 加工一个限位座管，方管端面边80mm ，厚度取5mm ，方管总长取155mm ，根据装配关系，在加工和液压缸活塞杆配合的两个直径为22mm 的孔。限位座管装配后，材料Q235的屈服强度满足工作要求。

挡板座：同样采用Q235的钢板，加工一个挡板，因为挡板和丝杠接触时，要承受载荷，所以挡板厚度为8mm 钢板。

加强筋：采用Q235的钢板，加工一个加强筋，因问此加强筋限位时受力较大，所以采用厚度为10mm 钢板。

如图4所示，将限位座管、挡板座、加强筋按照焊合要求，焊合在一起，组成油缸限位座焊合体，其性能满足工作要求，是限位装置的主要部分。

图 4 油缸限位座焊合体

4.3 安全卡装配

安全卡槽钢：用Q235A 的钢板加在折弯机上加工成一个厚度为5mm 的槽钢，根据液压缸活塞缸的长度和割台升降高度要求取槽钢总长为360mm ，还有和活塞杆配合的两个直径为22mm 孔。

加强板：用Q235的钢板加工成2个厚度为4mm 的加强板，同样也有和活塞杆配合的直径为22mm 的孔。

安全卡挡板：用Q235的钢板加工一个厚度为5mm 的安全卡挡板，其主要是在液压缸工作时，用链环把安全卡装配悬空起来，安全卡挡板上的直径为7mm 的孔和链环配合使用。

橡胶垫：根据安全安槽钢里面的大小做成一个橡胶垫，用螺栓连接，主要是在非工作时，防止液压缸的活塞杆和安全卡槽钢刚性接触么，损坏活塞杆的表面精度，使液压缸发省泄露。

如图 5 所示，安全卡槽钢、安全卡挡板、橡胶垫、加强板、螺栓、螺母、垫圈组成了安全卡装配。加强板、安全卡挡板和安全卡槽钢按照焊接要求，正确焊接成型，螺栓连接连接安全卡槽钢哥橡胶垫。液压缸故障时，安全卡可以起到安全卡限位作用。

图 5 安全卡装配

1、安全卡槽钢 2、橡胶垫 3、垫圈 4、螺母 5、螺杆

4.4 定位块

如图6所示，铸造成型的定位块，是ZG45材料，加工成一个M24的内螺纹和限位丝杠配合使用。其强度可以承受割台最大限位时的载荷，装配在液压缸体端，用螺栓连接禁固，也可以调节割台限位位置，在本限位装置里，此定位块属于重要零件。

图 6 定位块

第五章 主要部件的强度校核

5.1 丝杠强度校核

如图7所示，丝杠主要成受轴向力，采用受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）强度校核方法进行对丝杠强度校核。

图7 定位块和限位丝杠装配 受轴向载荷螺栓连接（动载荷）的基本公式：

强度校核计算公式：

许用应力计算公式：

式中：

――轴向载荷22665N ；

――螺栓小径为22mm 。查表获得：

――相对刚度为0.2，按表1选取。错误! ――尺寸因数为0.74，按表2查得。

――制造工艺因数，切制螺纹

，

――受力不均匀因数，受压螺母

――缺口应力集中因数为3，按表3查得。

――抗压疲劳极限取150按表4选取。

――安全因数，控制预紧力

取S a =2

表1 螺栓连接的相对刚度λ

表2 尺寸因数

表3 缺口应力集中因数 表4 抗压疲劳极限

代入数值经过计算得 [

σ

α

=5. 9MPa

σ

α

]=18. 5MPa

明显可以看出

σ

α

≤[σα]

其所选用的材料加工成的丝杠满足强度要求。 结论：丝杠轴向抗压强度足够

5.2 固定定位块的GB5782—M12⨯55螺栓连接强度校核 受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式：

按挤压强度校核计算：

按抗剪强度校核计算：

按挤压强度设计计算：

按抗剪强度设计计算：

式中：

――受横向载荷，取22665N ；

、

――受剪直径22mm ； 中的较小值取20mm ；

查表获得；

――受挤压高度，取

m ――受剪2面。

许用应力的计算公式分两组情况，如表5：

表5 许用应力计算公式

取180MPa 。

表中： 为材料的屈服极限，由螺栓机械性能等级所决定，

代入数值经过计算得[σp ]=144MPa [τ]=45MPa

σ

p

=46. 82MPa

τ=29. 8MPa

则：σp ≤[σp ] τ≤[τ] 所起其螺栓连抗压强度和抗剪强度要求

结论：其螺栓连接强度足够。

结论

作为一名机械的初学者，在毕业设计的过程中我深入的体会到机械设计的规范化与标准化，认识到学习的重要性，更加巩固了我大学四年所学到的知识，受益匪浅。

在设计前期，我们根据学校给的设计题目查阅了大量的文献资料，撰写自己的文献综述，查阅有关于设计内容的论文和相关的设计说明书，进行严密的审阅，并且构思自己的设计方法和设计大纲，为我后面具体设计大下了夯实的基础。在毕业设计的过程中，机械设计手册成了我最好的朋友。在我们机械专业，所有的设计都是建立在标准化与规范化的基础上的创新。所有的零部件的设计我们都在满足其机械性能的基础上优先选用标准件，在大量的翻阅手册的过程中，我认识到手册在机械的重要性，离开手册，任何设计都是空洞，没有依据的。

在这几个月的设计中，我对大学阶段所学的专业知识又有了一次全面而深入的学习，在机械制造、机械设计、互换性技术与应用等课本中本来生疏的的知识在这一段时间里又有了实践性的认识。在画图阶段时，对工程制图原理和尺寸公差标注有了很大的学习，同时在设计的过程中，我们大学所学到的所有课程都被联系到了一起，整个的机械课程的融合和使用成了一个系统，特别是后期设计说明书的书写，对材料的选用，对零件的校核，深入的对机械设计那么课得到了充分运用，那是对我大学所学知识的一次大演练。在整个设计过程中，我深深体会到了理论知识运用到实践中的难度，我明白了要将所学的知识运用到实处还需要付出很多努力与汗水。

在刚开始设计画图阶段，对三维soldworks 软件的运用，大大的方便了我的设计画图，很形象的能展现我设计的模型，对思路启发很大。后面就是对工程图CAD 软件的运用，通过尺寸公差标注，对工程标注原理有了更深的理解，怎样即标注的尺寸少，又能准确的反应工程图的加工形状，这样的优化，是需要大量练习得来的。这次的大演练对我的基本制图软件运用的能力提高不少，以后还要大量练习，而且这样系统的练习，这样才有整体概念，这是一个设计者的宝贵财富和基本能力。

通过对本次毕业设计的完成，我感觉到了完成一个设计不容易，需要不断的学习和查阅，更需要一遍一遍不厌其烦的重复一些计算和草图绘制，因为只有这样，才能对不合理设计的东西体会更深，只有这样，才能不断的优化自己的大脑，才能设计出更合理的机构，每个优秀的设计都是在千万次不合理的设计次数中磨练出来的。毕业设计的完成不只增加了我设计的思路，还提高了我对事物的认识，更重要的是对我以后的工作有了很大的帮助。

参考文献

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致 谢

值此论文完成之际，谨向在学习期间给予我关心和帮助的老师和同学表示最诚挚、最衷心的感谢！

衷心感谢敬爱的老师对我的精心指导。老师们所给予的科学指导和耐心教诲以及在生活上的关爱，学生永远铭记。老师们渊博的学识、严谨的治学态度、敏锐的科学洞察力、勤奋的求知精神使我受益匪浅，他的言传身教将使我终生受益。