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專家系統(tǒng)與應用程序
基于模糊集理論的有效性的評估農(nóng)業(yè)機械
摘要：
農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)的服務質(zhì)量是代表農(nóng)業(yè)成功的基本因素之一。從這個意義上說,有一個明確需要定義這些機器質(zhì)量的具體指標,它有可能決定哪些機器適合不同工作條件。服務的技術系統(tǒng)概念的有效性代表質(zhì)量的一個綜合指標。本文運用模糊集理論定義的有效性和可靠性、可維護性和功能作為影響指標的有效性。在這個意義上的模型評估的有效性拖拉機作為農(nóng)業(yè)的典型代表機器已經(jīng)形成。本模型是基于集成上述的語言描述。利用模糊集理論和max-min成分影響指標，模型進行了測試。同一類別的三個拖拉機為例,利用的氣候和土壤條件在更廣泛的貝爾格萊德(塞爾維亞)地區(qū)。即使在這個實驗中條件是非常重要參數(shù) , 相比于其他操作，實現(xiàn)的效果差異也達到大致相等
。
1.介紹
為達到擴張的全球農(nóng)產(chǎn)品的要求，實現(xiàn)更大的農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展。人們普遍認識到當代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中需要適當?shù)臋C器和設備，仔細和詳細規(guī)劃的需求和控制所有相關的生物、技術、技術和其他進程。最終結果的準確、可靠的預測為每個指定的操作,以及完整的作物生產(chǎn)過程中,。要求加強了引入復雜的實驗,數(shù)學,農(nóng)業(yè)科學統(tǒng)計,機械和其他方法都是特別重要的。在過去的幾十年。除了上述的要求,一個適當?shù)募夹g體系必須滿足生產(chǎn)力的標準,期望的作物生產(chǎn)。在大多數(shù)情況下,在塞爾維亞，tractor-machinery農(nóng)場系統(tǒng)的能力遠遠超過最優(yōu)級別(尼克里奇′,2005),增加成本作物生產(chǎn)。目前,現(xiàn)有的數(shù)學優(yōu)化方法、支持的高性能計算機有效地解決優(yōu)化問題(Dette &韋伯達菲et al .,1990;1994;Mileusnic′,2007;等等)。一個最優(yōu)的技術體系的形成為我們生產(chǎn)了更便宜的食品,高度影響拖拉機的可靠性、可維護性和系統(tǒng)的功能。
與系統(tǒng)科學發(fā)展同樣,實際上的開始是IIWorld戰(zhàn)爭后,在適當?shù)墓こ毯涂茖W文獻定義了一系列的概念,來描述技術系統(tǒng)的基本特征的點的服務質(zhì)量?？煽啃缘闹笜耸羌夹g系統(tǒng)和行為操作,技術指標和可維護性systembehaviors期間的失敗可以表示為大多數(shù)可辨認的概念。這兩個概念及其實現(xiàn)最先進的發(fā)展。有效性的概念被定義在試圖描述同時技術操作系統(tǒng)的行為和失敗的時期。這概念考慮可靠性和可用性的表演,以及提出了技術系統(tǒng)設計的功能(Papic&Milovanovic2007)。換句話說,一個技術系統(tǒng)的有效性的概率,一個成功的功能系統(tǒng)技術和執(zhí)行所需的準則函數(shù)限制允許的差異對于給定時間和給定的周圍條件。雖然在相同的精神,一些作者定義有效性有所不同。在(Ebramhimipour &鈴木,2006)被定義為總體有效性的指標包含效率、可靠性和可用性。這兩個引用定義包括并行關于可靠性和可用性,雖然可用性包括可靠性和可維護性(Ivezic′,Tanasijevic′,& Ignjatovic′,2008)。因此它可以商定有效性是影響可靠性、可維護性的功能。可靠性系統(tǒng)不斷的被定義為特征保持操作abilitywithin允許的差異極限在現(xiàn)在;可維護性的能力是預防和發(fā)現(xiàn)故障及損壞,系統(tǒng)更新通過參加技術和操作能力和功能維修,功能實現(xiàn)功能的程度要求,即調(diào)整環(huán)境,或更準確系統(tǒng)運行的條件。
監(jiān)測的可靠性和可維護性是常見的監(jiān)控時間的狀態(tài)顯示(圖1)可靠性和可維護性的函數(shù)可以確定,以及操作的平均時間和平均時間相關。主要問題出現(xiàn)在形成時間的照片數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄。在現(xiàn)實條件的機器應該連接到信息系統(tǒng)將準確記錄每一個失敗、持續(xù)時間和修復程序。這通常是昂貴或簡易監(jiān)測機器的性能,即關閉的,是不精確的。此外,提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理時間的狀態(tài)要求所有的機器在平等的條件下工作,這是難以實現(xiàn)。至于技術體系的功能,沒有共同的方法測量和量化。這在本文的原因,為了評估的有效性, 將使用專業(yè)知識和分析機器判斷工作的工作過程。應用專業(yè)知識判斷主要用于文學,主要是為數(shù)據(jù)處理和評估的技術系統(tǒng)而言:風險(Li 廖,2007)、安全(王2000;王、楊、&森1995)或可靠性，用專業(yè)知識判斷自然的語言形式。因此,數(shù)學和邏輯概念模型進行處理的經(jīng)驗判斷,即計算的語言描述,模糊集合理論使用(Klir &元,1995;枝,1996)。應用模糊今天集代表了最常用的工具之一各領域解決問題的優(yōu)化(黃顧,&杜,2006)和識別(陳,1996)過程問題。Cai(1996)提出了不同的概述應用程序方面的模糊方法在系統(tǒng)失敗工程,這是一個接近效能評估問題。應用模糊邏輯理論和專家系統(tǒng)(遼、一般2011;Liebowitz,1988)也用于解決優(yōu)化問題的農(nóng)業(yè)機械領域。(Abbaspour-Fard Rohani & Abdolahpour,2011)的基礎上神經(jīng)網(wǎng)絡的應用程序,在拖拉機預測失敗。(Yu,你們&趙,2010)模糊數(shù)學、可靠性理論和多目標優(yōu)化技術應用設計拖拉機最終傳動。機器的可預測性和可靠性,顯著依賴于其有效性的技術系統(tǒng)。本文的觀點是根據(jù)模糊集理論的利用率建立模型的有效性。從而說明模糊集是用于分析可靠性、可維護性和功能表現(xiàn)(部分指標的有效性)以及為他們?nèi)谌胄省Ｋ麄兊墓ぷ魇且赃@種有效模型質(zhì)量的方式評估技術系統(tǒng)。模型可以作為標準購買決策相關的任何程序,系統(tǒng)的操作或維護,修理的預測和維護成本。質(zhì)量和功能的建議模型有效性的確定農(nóng)業(yè)所示機械、拖拉機。
2?；谀：挠行员憩F(xiàn)評估理論
數(shù)學和概念模型的有效性評估實際上是在兩個步驟:總結模糊命題的部分的效性指標;模糊提到的分成一個指標——合成。模糊命題過程為代表的聲明,包括語言變量基于可用的信息技術系統(tǒng)。在這個意義上它必須定義語言的名字變量,代表不同的等級的效果考慮技術系統(tǒng)和定義的模糊集描述提到的變量。作文是一個模型,它提供了影響結構有效性性能的指標。
2.1。模糊模型解決問題
第一步創(chuàng)建的模糊有效性模型(E)評估本身和定義語言變量以及可靠性(R)、可維護性(M)和功能(F)有關.許多語言變量,它可以發(fā)現(xiàn)最大數(shù)量的理性,人類可辨認的表達式可以同時識別(王et al .,1995)。然而,識別的考慮甚至較小的特征數(shù)量的變量可以有用,因為專家的判斷(Ivezic′et al .,2008)模糊集的靈活性一般包括過渡現(xiàn)象。根據(jù)以上,五個語言變量為代表的有效性表現(xiàn)包括:窮,充足,平均,和優(yōu)秀。這些語言形式變量給出適當?shù)娜悄：?Klir 元,1995),圖2所示。
在圖2中,j = 1,。實際上,5代表的計量單位有效性。因此,部分指標的有效性:R、M和F,隸屬函數(shù)l:在下一步中,執(zhí)行max-min組成。馬克斯-敏成分,也稱為悲觀,經(jīng)常用于模糊代數(shù)作為一個綜合模型(Ivezic′et al .,2008;Tanasijevic et al .,2011;王王et al .,1995;2000)。這個想法是為了讓整體評估(E)等于部分虛擬代表評估。這評估被確定為之間的最好的一個最壞的打算部分成績(R、M或F)。
它可以得出的結論是,所有的元素(R、M和F)E有同等影響E,max-min組成以并行方式被使用,這將部分的到綜合指標。在文學(Ivezic′et al .,2008;etal .,1995)max-min成分通過運營商”和“和”或“提供一個優(yōu)勢在其他的某些元素在合成的過程中,也使用。
準確地說,如果我們看看三個部分指標,即他們的隸屬函數(shù)(1),可以使C:= j3 = 53組合
的隸屬度函數(shù)。每一種組合代表一個可能的合成效果評估(E)。
這個表達式(6)有必要映射回E模糊集(圖2)。最佳(王et al .,1995),用于轉(zhuǎn)換方法E描述(6)形成定義等級的會員模糊集:貧窮、充足,平均,和優(yōu)秀的好。這個過程被公認為識別。最佳方法是使用距離E(d)之間通過“max-min”成分(6)和每個人E表達式(根據(jù)圖2)來表示的程度E是確認每個模糊集的有效性(圖2)。越接近勒(6)是第i個語言變量,小迪。距離di等于零,如果勒(6)只是第i個相同隸屬度函數(shù)的表達式。在這種情況下,E不應該評估其他表達式,由于這些表達式的排他性。假設迪民(i = 1,。,5)是最小的距離對Ej,讓a1,。,a5代表相對的倒數(shù)距離(計算相應的比率距離di(7)和迪民提到的值)。然后,人工智能
:
1.一個說明性的例子
作為一個說明性的例子對農(nóng)業(yè)機械的評價有效性,比較分析三個拖拉機A1 B2、本文給出和C2。
在拖拉機7.146 l發(fā)動機LO4V TCD 2013安裝。謝謝從35%的扭矩儲備,拖拉機是能夠滿足所有需求預期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)操作在農(nóng)業(yè)?？偼侠瓩C質(zhì)量是16000公斤。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(代碼2)報告最大動力輸出軸功率測量在2200轉(zhuǎn)243千瓦的燃油消耗率嗎198 g /千瓦小時(ECE-R24)。發(fā)動機的最大扭矩1482海里在引擎1450 rpm的政權。傳動裝置是精心“不一樣的”傳達。事業(yè)聯(lián)動機制是一個類別II / III與提升11800公斤。
在拖拉機B2和C2 8.134 l發(fā)動機6081 hrw37 JD安裝,儲備扭矩的40%,這能夠滿足所有的拖拉機需求預期表現(xiàn)最差的農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)操作。拖拉機總重量是14000公斤。根據(jù)經(jīng)合組織(代碼2)報告最大的權力來衡量動力輸出軸在2002轉(zhuǎn)217千瓦燃料消耗率193克/千瓦小時(ECE-R24)。在發(fā)動機最大扭矩1320海里轉(zhuǎn)速為1400 rpm。傳播是“AutoPower。聯(lián)動機制是一個類別II / III 10790丹的提升力。
兩個模型都是電子控制拖拉機發(fā)動機和燃料供給系統(tǒng),滿足排放法規(guī)。從提交的技術特點的拖拉機,B和C看到所有三個拖拉機全功能forperforming困難操作不同的農(nóng)業(yè)技術生產(chǎn)。拖拉機B和C有相同的技術特征,和實踐是相同的類型和模式,除了拖拉機B進入操作在2007年5月,一輛拖拉機C 6月2007年。一輛拖拉機實驗農(nóng)場,這是技術文檔的基本模型,在7月份進入操作2009年。保持農(nóng)業(yè)技術的主要任務提供功能和機器的可靠性。維護所有三個拖拉機是通過機器商店所擁有的用戶升級選擇。
十個工程師(分析師)致力于維護和操作拖拉機的采訪。他們評價R,D和F表1中給出。首先,拖拉機是計算的有效性?？梢钥闯隹煽啃允怯墒姆治鰩熢u為優(yōu)秀(6/10 = 0.6),平均三(0.3)和一樣好(0.1)。以這種方式獲得評估R在表單中，在下一步中,這些評估是映射在模糊集(圖1)為了獲得評估(1)。例如,可靠性在這個例子中確定(11),它是語言0.6變量優(yōu)秀加入重量。
因此,模糊集優(yōu)秀定義為:Rexc=(1/0,1/0,1/0,4/0.25 5/1.0)(據(jù)嗎圖1)。這樣的特定的值模糊集優(yōu)秀Rexc0.6 =(1 / 0.6(0),2 / 0.6(0),3 / 0.6(0),4 /(0.25 - 0.6),5 /(1.0 - 0.6)}。剩下的四個語言變量被以同樣的方式對待。最后對于每個j = 1,。5具體隸屬度函數(shù)(最后一行,表2)被添加到最后拖拉機可靠性模糊形式(1):這些fuzzificated評估(11)和(12)是合成所必需的評估的有效性,使用max-min邏輯。在這種情況下可以使C = 53 = 125組合,走出48的結果。
第一個結果是組合2-2-3:E2-2-3(0.025,0.05,0.125),哪里X2-2-3 =(2 + 2 + 3)/ 3 = 2(四舍五入為整數(shù))。最小值的隸屬度函數(shù)這一結果的是0.025。其他的結果和相應的我的值如表3所示。所有這些結果都可以圍繞尺寸X = 2、3、4和5。拖拉機在很大程度上為0.30065(與30%)評估那么好,拖拉機在很大程度上0.27538(27.5%)評估一樣好,而拖拉機C在很大程度上為0.25468平均(25.5%)評估。它可以得出的結論是,C是最糟糕的,當拖拉機只是稍微比B,特別是如果我們看到的評估為優(yōu)秀的28.8%,而B的程度23.8%的程度。分析了拖拉機可以提出的有效性如圖3。,它可以更清楚地看到,拖拉機的最大的效果。如果這個評估(EA,EB,EC)defuzzificated是重心點計算- Z(Bowles & Pelaez,1995),我們得到了評估的效果如下:
這就意味著在1 - 5(即從貧困的規(guī)模優(yōu)秀)拖拉機是最好的和拖拉機C是最壞的打算。驗證的實現(xiàn)結果,統(tǒng)計分析的可用性,像家庭與有效性概念,已經(jīng)被使用。那在我們的模型顯示,拖拉機是最好的,和C的壞的效果。在現(xiàn)實中,如果我們分析的可用性,它是看到2904 moto-hours拖拉機在工作3130年可用moto-hours;如果10000 moto-hours計算,在9244年的工作將花費moto-hours。拖拉機B的10004年moto-hours可用,它花9069moto-hours在工作,和拖拉機C 9981可用moto-hours花了9045年的工作。實驗表明,更可靠和有效的拖拉機是少是延遲。在某種程度上,這個初始的優(yōu)勢消滅更糟糕的物流交付備件的時候涉及到拖拉機,拖拉機a . 1100年moto-hours工作可憐的物流在維護希望8個工作日, 一個給定的拖拉機和它極大地影響了可維護性的下降帶來的好處,因此相同的效率(內(nèi)部技術PKB)總剝削的下降。
1.結論
本文提出一種模型有效性的評估技術系統(tǒng)、精確農(nóng)業(yè)機械、基于模糊集理論。表現(xiàn)作為整體的有效性指標系統(tǒng)的服務質(zhì)量,即為整個測量技術系統(tǒng)的可用性?？煽啃?、可維護性和功能表演已經(jīng)公認的有效性參數(shù)或指標。語言可以被任命為形式所有提到的共同特征指標。因此模糊集理論出現(xiàn)自然工具建模的有效性。在本文中,應用模糊集理論,這是必要的定義:語言變量及其描述隸屬函數(shù)、模糊規(guī)則的組成和模型集成和去模糊化。模糊的成分即max-min邏輯已經(jīng)被用于集成的有效性指標有效性的整體性能,最適合集成的方法模糊集的隸屬函數(shù)和質(zhì)心點去模糊化的模糊數(shù)的計算數(shù)值。Max-min組合模型,它暴露在這篇文章中,沒有以這種方式處理相應的文獻。另外,在案例研究中,模型的模糊化的問卷調(diào)查的結果,它代表的正是所積累的方式工程師的知識和技能。
提出的模型可以作為一個簡單的工具的快速估計的有效性即為農(nóng)業(yè)服務的質(zhì)量機械、基于專家判斷和估計。在同時,該模型不需要復雜的IT基礎設施。分析實現(xiàn)模糊集和適當?shù)哪：行钥煽啃?、可維護性和功能表現(xiàn)可以糾正措施的指導購買的方向嗎的設備,結構調(diào)整,改變的維護政策或管理/運營商變更
本文具體分析了三個拖拉機,標志著一個B和C,這表明更高效的拖拉機越頻繁宕機。在某種程度上,這種最初的優(yōu)勢就終止了窮交付備件物流。
感謝
研究工作得到了塞爾維亞共和國教育部和科學界的支持。
XX大學畢業(yè)設計(論文)任務書
設計（論文）
課題名稱
手扶插秧機插植部分設計
學生姓名
XX
院（系）
工學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
指導教師
XX
職 稱
講師
學 歷
博士
畢業(yè)設計（論文）要求：
本設計以洋馬步行式插秧機為原型，設計插秧機的插植部分，對插秧機的插植臂和送秧箱的整體設計，傳動齒輪和軸進行設計計算。
圖紙不少于1.5個A0，設計說明書字數(shù)不少于4000字。
畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容與技術參數(shù)：
發(fā)動機輸出/轉(zhuǎn)數(shù) KW（PS）min-1 2.6KW (3.5PS)/3000 [最大3.2KW (4.3PS)]
作業(yè)速度：道路速度：0.38~0.76 m/s
栽插速度：0.72~1.54 m/s
后退速度：0.18~0.36 m/s
株距檔位：220mm 、150mm 、120mm
畢業(yè)設計（論文）工作計劃：
工作時長（9周）：
插植系統(tǒng)設計 1周 確定具體設計方案以及確定插植臂主軸尺寸 2周
機械制圖 3周 編寫設計說明書 2周
改進設計 1周 檢查錯誤 1周
接受任務日期 20011 年 11月 9日 要求完成日期2012 年 5 月 9 日
學 生 簽 名 年 月 日
指導教師簽名 年 月 日
院長（主任）簽名 年 月 日
UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 手扶插秧機插植部分設計
學 院：
姓 名：
學 號：
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
年 級：
指導教師： 職 稱：講師
二O一二年 五 月
XX大學畢業(yè)設計(論文)任務書
設計（論文）
課題名稱
手扶插秧機插植部分設計
學生姓名
XX
院（系）
工學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
指導教師
XX
職 稱
講師
學 歷
博士
畢業(yè)設計（論文）要求：
本設計以洋馬步行式插秧機為原型，設計插秧機的插植部分，對插秧機的插植臂和送秧箱的整體設計，傳動齒輪和軸進行設計計算。
圖紙不少于1.5個A0，設計說明書字數(shù)不少于4000字。
畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容與技術參數(shù)：
發(fā)動機輸出/轉(zhuǎn)數(shù) KW（PS）min-1 2.6KW (3.5PS)/3000 [最大3.2KW (4.3PS)]
作業(yè)速度：道路速度：0.38~0.76 m/s
栽插速度：0.72~1.54 m/s
后退速度：0.18~0.36 m/s
株距檔位：220mm 、150mm 、120mm
畢業(yè)設計（論文）工作計劃：
工作時長（9周）：
插植系統(tǒng)設計 1周 確定具體設計方案以及確定插植臂主軸尺寸 2周
機械制圖 3周 編寫設計說明書 2周
改進設計 1周 檢查錯誤 1周
接受任務日期 20011 年 11月 9日 要求完成日期2012 年 5 月 9 日
學 生 簽 名 年 月 日
指導教師簽名 年 月 日
院長（主任）簽名 年 月 日
畢業(yè)論文題目
摘 要
隨著農(nóng)業(yè)種植規(guī)?；?，機械化，水稻插秧機在農(nóng)業(yè)機械中占有極為重要的地位，高性能插秧機是與當今世界插秧機設計，制造技術接軌的高新技術。本設計是基于洋馬AP4步行式插秧機為原型，設計插秧機的插植部分。為保證水稻栽植的順利進行，栽植運動的插植部分系統(tǒng)設計至關重要。本文對插植結構進行結構分析設計和計算，得到合理的機構參數(shù)，為插秧機的精確插植設計提供依據(jù)。
關鍵詞：插秧機，插植部，設計，機構
The hand transplanter planting design
Abstract:Along with the agriculture planting scale, mechanization, rice transplanting machine in agricultural machinery occupies a very important position, high performance rice transplanter is with the current world rice transplanter design, manufacturing technology integration of high-tech. The design is based on AP4race walking type rice transplanter for prototype, design of rice transplanter transplanting part. In order to ensure the smooth rice planting, planting movement of the planting system design is very important. This paper analyses the structure of planting structure design and the computation, obtains the reasonable parameters for rice transplanter, the precise planting design basis
Keywords:rice transplanter, transplanting, design, mechanism
- 20 -
目錄
1緒論 - 2 -
1.1插秧機發(fā)展歷史 - 2 -
1.2發(fā)展趨勢 - 2 -
2 插秧機總體介紹 - 3 -
2.1 插秧機總體結構和設計原理 - 3 -
2.2手扶插秧機的各類參數(shù) - 4 -
2.3 插秧機動力傳送路線 - 7 -
3 插植臂結構設計與運動原理 - 8 -
3.1 分插運動軌跡和結構參數(shù) - 8 -
3.2插植臂結構 - 9 -
4 插植部送秧結構 - 11 -
5 校核計算 - 12 -
5.1主軸的設計計算 - 12 -
5.2 錐齒輪的校核 - 15 -
參考文獻 - 19 -
致謝 - 20 -
1緒論
1.1插秧機發(fā)展歷史
中國傳統(tǒng)的插秧工具秧馬和蒔扶，已有近千年的使用歷史。宋代蘇軾曾作“秧馬歌”，敘說了湖北農(nóng)民使用秧馬的情景。使用蒔扶可以代替手工分秧，并將秧苗梳入泥中定植，直至20世紀50年代，某些地區(qū)仍在使用。中國水稻插秧機的研制工作始于1953年。1956年在蒔扶分秧方式的啟發(fā)下，首次提出群體逐次分格取秧、直接栽插的秧苗分插原理，從而在水稻插秧機的研制上取得了突破，研制出水稻拔取苗移栽的第一代樣機。到1960年，各地推薦生產(chǎn)上使用的人力、畜力插秧機已達21種。1967年，第一臺自走式機動插秧機“東風-2S”型通過鑒定定型并投入生產(chǎn),每天可插秧15～20畝。
日本于1898年,發(fā)表第一個水稻插秧機專利;意大利于1915年開始研究拔秧苗的水稻插秧機，至50年代已有拖拉機配套的商品出售,但都由于結構復雜、造價高,作業(yè)時需用輔助勞力多而未能推廣。日本于60年代研制帶土小苗的栽植技術和相應的水稻插秧機。1966年后，工廠化水稻育秧設備研制成功，促進了插秧機械化的迅速發(fā)展。
1.2發(fā)展趨勢
插秧機的研究應該根據(jù)各國土質(zhì)和人口等地區(qū)因素，因地制宜，發(fā)展適合當?shù)厍闆r的插秧機，此外，插秧機也要向提高作業(yè)效率，提高對秧苗的適應性，提高使用操作性能方向發(fā)展。為了克服漏插、漂秧和鉤傷秧等缺陷,今后將通過對送秧、分秧、插秧等工作機構的改進與創(chuàng)新，繼續(xù)提高插秧質(zhì)量和對各種秧苗的適應性，同時要研制適用于每穴一株雜交水稻秧苗的新型插秧機；研究提高工作裝置的自動化程度，如實現(xiàn)自動裝秧及故障自動停機等的途徑；進一步完善包括育秧在內(nèi)的水稻全套種植機械化體系，提高非插秧季節(jié)水稻插秧機的綜合利用程度。
2 插秧機總體介紹
2.1 插秧機總體結構和設計原理
類型
水稻插秧機按適應秧苗的狀態(tài)分拔洗苗型、帶土苗型和兩用型。按動力分為人力插秧機和機動插秧機兩類。人力插秧機采用間歇插秧方式，插秧動作在機器停歇狀態(tài)下進行，插秧動作結束后，手拉機器移動一個株距，再次進行插秧動作。機動插秧機采用連續(xù)插秧方式，在機器行進過程中完成分秧、插秧動作。機動插秧機又分手扶自走式、乘坐自走式和拖拉機懸掛式等類型。按分秧和插秧機構的運動特征可分為縱分滾動直插式、縱分擺動直插式和橫分擺動直插式。滾動直插和擺動直插是指取秧器定位桿件分別由作圓周運動和作往復運動的機構驅(qū)動，并在軌跡控制機構的控制下完成分秧、插秧動作，取秧器在插秧段的運動軌跡接近與地面垂直，使形成的插孔較小，秧苗直立性和穩(wěn)定性好。滾動直插只用于機動插秧機。
原理和構造
插秧機的工作過程，因結構不同而各有差異，但基本流程大致相同。其“群體逐次分格取秧直接栽插”原理為：秧苗以群體狀態(tài)整齊放入秧箱，隨秧箱作橫向移動，使取秧器逐次分格取走一定數(shù)量的秧苗，在插秧軌跡控制機構作用下，按農(nóng)藝要求將秧苗插入泥土中，取秧器再按一定軌跡回至秧箱取秧。
各種插秧機栽插部分的組成基本相同：人力插秧機由秧箱、分插秧機構、機架和浮體(船板)等組成，自走式機動插秧機還設有動力驅(qū)動、行走裝置、送秧機構等部分。
秧箱
主要功能是承載秧苗，并與送秧機構、分插秧機構配合，完成送秧和分秧作業(yè)。主要有箱體、箱架、秧門(包括秧簾)和秧刷等組成。在橫向移箱機構作用下，使秧箱橫向移動，從而使秧苗移向秧門，以配合取秧器有規(guī)律的取秧栽插。
分插秧機構
是水稻插秧機的主要工作部件，由取秧器及其驅(qū)動機構和軌跡控制機構組成。取秧器在驅(qū)動機構的驅(qū)動和軌跡控制機構的控制下，按照一定的軌跡從秧箱中分取一定數(shù)量的秧苗并將其插入土中，然后返回原始位置開始下一次循環(huán)動作。按分秧動作，有橫分和縱分兩種。①橫分取秧器有適于拔取苗栽插的秧夾和適于帶土苗栽插的切扒式秧爪，兩者根據(jù)需要可互換使用。秧夾由活動夾片和固定夾片構成，其張開度根據(jù)秧苗的粗細和秧苗數(shù)量進行調(diào)節(jié)；切扒式秧爪帶有脫秧片，使帶土秧苗從秧爪上順利脫出。②縱分取秧器有適于拔取苗栽插的梳式秧爪，適于帶土苗栽插的有裝上脫秧器的梳式秧爪，或采用筷子式秧爪。梳式秧爪在分秧過程中對秧苗有分理作用；筷子式秧爪在插入帶土秧苗中取秧時，由推秧片把帶土苗強制推出。
一定數(shù)量的秧夾或秧爪按規(guī)定行距配置在秧夾（或秧爪）排上。在滾動直插式插秧機上，一般有2～4個秧爪排與作圓周運動的分插輪轉(zhuǎn)臂鉸接相連；在擺動直插式插秧機上。一般是一個秧爪排同作往復擺動的搖臂鉸接相連，也可將一個取秧器直接裝在一組曲柄連桿機構的連桿上，進行分組驅(qū)動。在多數(shù)插秧機上，取秧器的運動軌跡除由驅(qū)動機構控制外，還受軌跡控制機構的控制。常用的軌跡控制機構有導槽、滑道、凸輪、行星齒輪和四桿機構等，與各種驅(qū)動機構配合組成各種類型的分插秧機構。
送秧機構
包括縱向送秧機構和橫向送秧機構，其作用是按時、定量地把秧苗送到秧門處，使秧爪每次獲得需要的秧苗。①縱向送秧機構的送秧方向同機器行進方向一致，有重力送秧和強制送秧兩種。重力送秧是利用壓秧板和秧苗自身的重量，使秧苗隨時貼靠在秧門處，常用于人力插秧機，其送秧能力隨秧箱形式及秧箱內(nèi)秧苗數(shù)量多少而變化，因而送秧均勻度較差。強制送秧是由縱向送秧機構定期推送秧苗，其送秧能力強，又分整體送秧和對準送秧兩種。前者主要用于帶土苗。當秧箱橫向移動至兩端極限位置時，將整體秧苗往秧門推送一次；后者主要用于拔取苗，取秧器每取秧一次，即相應的送秧一次，送秧寬度等于取秧器的取秧寬度。②橫向送秧機構的送秧方向同機器行進方向垂直，都采用移動秧箱法，因而又稱移箱機構。按其移動方式又分為間歇移箱和連續(xù)移箱:間歇移箱機構用于拔取苗和帶土苗,其特點是在秧爪分取秧苗時停止移箱，以利于秧爪梳理分秧。連續(xù)式移箱機構是在作業(yè)中使秧箱作橫向連續(xù)等速運動，移至兩端極限位置后自動換向，因而在分秧階段，秧爪和秧箱相對移動，適用于帶土苗。
機架
是插秧機各部件和機構安裝的基礎，要求剛性好、重量輕。按機架與船板連接方式可分為整體式和鉸接式兩種：整體式是用插深調(diào)節(jié)器調(diào)整插深后，把機架和船板鎖定；鉸接式是機架和船板僅靠插鎖連接，在作業(yè)過程中插秧深度隨泥腳深淺而變化。
行走裝置和承載浮體
人力插秧機以船板為承載浮體，支承機器的全部重量,一般不設行走裝置,作業(yè)時由人力牽引，使船板在泥面滑行。自走式機動插秧機的行走裝置包括驅(qū)動輪、導向輪和陸地運輸輪等。驅(qū)動輪多采用葉片式鐵輪，并有獨輪驅(qū)動、兩輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動等類型，其承載浮體有整式船板和間隔配置的浮板兩種類型，支承機器的部分重量。中國的乘坐自走式機動插秧機多采用前面一個驅(qū)動輪、后面為整體式船板的獨輪驅(qū)動方式,陸地運輸時加裝2個尾輪，具有結構簡單、行駛阻力小、操縱輕便、行駛直線性和轉(zhuǎn)彎靠行性能好等特點。日本則采用前面兩個導向輪、后面兩個驅(qū)動輪加3～4塊浮板的驅(qū)動方式,或前、后4個驅(qū)動輪加浮板的驅(qū)動方式。日本的手扶自走式機動插秧機多采用兩個驅(qū)動輪加浮板的驅(qū)動方式。 動力驅(qū)動部分及其他 自走式機動插秧機的動力驅(qū)動部分包括發(fā)動機、 變速傳動裝置，以及轉(zhuǎn)向、換檔、離合等操縱機構。此外還有各種調(diào)節(jié)裝置、監(jiān)測訊號裝置、牽引架、插秧手座位、秧籃及遮陽裝置等輔助部分。
2.2手扶插秧機的各類參數(shù)
洋馬AP4步行式插秧機是雙輪驅(qū)動步行式插秧機，人在機后步行操作，其主要操作系統(tǒng)都在機器后部，用剛絲與各控制部分相連，便于操作，控制機器。苗箱與插植臂也在機器后部，便于機手查看并添加秧苗。為了提高機器的機動性能，減輕重量，洋馬步行式AP4插秧機大大采用了工程塑料（浮板、秧箱、罩蓋等）和鋁合金鑄件（主變速箱、插枝傳動箱、導軌等）。插秧機的發(fā)動機在前部，使機器前后平衡。
洋馬步行式AP4插秧機是一種適合于我國水稻產(chǎn)區(qū)廣大經(jīng)濟條件使用的步行式水稻插秧機，洋馬步行式AP4插秧機設計結構簡單、輕巧，操作靈便，使用安全可靠，它主要由發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、機架及行走系統(tǒng)、液壓仿行及插深控制系統(tǒng)等組成。見圖（1-1）
圖（2-1）
洋馬AP4步行式插秧機各類參數(shù)
型號名稱
2ZQS-4(AP4型)
機器尺寸
總長（mm）
2190
總寬（mm）
1500
總高（mm）
1034
機身重量（kg）
145
發(fā)動機
型號名稱
MZ175
種類
空氣冷卻OHV四沖程單缸汽油發(fā)動機
排氣量（cc）
171
輸出/轉(zhuǎn)速 kW（PS）min-1
2.6Kw（3.5PS）/3000[最大3.2kW（4.3PS）]
使用燃料
汽車用無鉛汽油
燃料油箱容量（L）
4
啟動方式
手拉式啟動
行走部
機體上下調(diào)節(jié)
液壓式調(diào)節(jié)（手動、自動、連動）
車輪（mm）
橡膠凸緣車輪外徑660
變速檔數(shù)（檔）
前進2（插植1）后退1
插植部
插植方式
曲柄搖桿式
插植行數(shù)（行）
4
插植行距（cm）
30
插植株距（cm）
22、15、12
插植株數(shù)（株/3.3m2）
50.65.75.90（簡易手柄調(diào)節(jié)）
插植深度（mm）
15-40（6段調(diào)節(jié)）
苗數(shù)
調(diào)節(jié)量
橫向進給（mm）
11（26回），14（20回）
縱向抓?。╩m）
8-17（10段手柄調(diào)節(jié)）
秧苗條件
秧苗的種類
幼苗、中苗
葉齡·苗高 （葉）·（cm）
（2.0-4.5）·8-25
預備用秧苗搭載數(shù)（箱）
3
作業(yè)速度（m/s）
載插：0.38-0.76（0.34-0.68）
道路上：0.72-1.54
后退：0.18-0.36（0.16-0.32）
作業(yè)效率（畝/小時）
—2.09（最大）
表2-1
2.3 插秧機動力傳送路線
1-2
圖2-2
3 插植臂結構設計與運動原理
3.1 分插運動軌跡和結構參數(shù)
(1)分插結構：用以完成分秧和插秧的工作部件稱為秧爪，而控制秧爪運動軌跡的機構稱為分插結構。插秧機工作時秧爪尖相對于插秧機機架的軌跡稱為秧爪靜軌跡（即機器不前進時的軌跡）或者稱為相對運動軌跡，而秧爪相對于地面的軌跡稱為秧爪動軌跡(即秧爪正常前進時的軌跡)或者稱為絕對運動軌跡。秧爪運動軌跡可以分為分秧、運秧、插秧、出土、回程段5個階段。如圖2-1所示（圖中主要參數(shù)見表2-1），秧爪進入秧箱取秧走過的軌跡D1D2稱分秧段，分秧之后到插秧之前的軌跡D2D3稱運秧段，插秧時秧爪尖的動軌跡D3`D4`稱插秧段，插秧之后秧爪尖到離開地面的運動軌跡D4`D5`稱為出土段，出土之后回到取秧之前的靜軌跡D5D1稱為回程段。
圖3-1 插秧機插秧軌跡
名稱
代號
參數(shù)
名稱
代號
參數(shù)
曲柄（OA）
R2
35mm
B點調(diào)節(jié)長槽長度
BL
30 mm
連桿（AC）
R4
90mm
調(diào)節(jié)長槽與X軸夾角
RB
16°
搖桿（BC）
R5
90mm
秧門角點M坐標值
XM
YM
-202 mm
30 mm
秧爪尖與A點距離（AD）
L
190 mm
秧門與X軸夾角
RM
138°
AD與連桿夾角
R
163.17°
秧爪與連桿夾角
RD
50°
最大取秧量B點坐標值
X0
Y0
72 mm
80 mm
推秧時曲柄與連桿夾角
RT
50.87°
曲柄中心安裝高度
H0
120 mm
3寸穴距機器前進速度
V0
-0.36m/s
表2-1
3.2插植臂結構
插秧機共設有四個插植臂，插植臂間隔距離相等，呈左右對稱狀態(tài)。插植臂主要由曲軸臂、插植臂殼體、推桿、秧爪、彈簧、插植臂上蓋、凸輪等組成（如圖3-2所示）。作用是從苗箱上切取一定面積的秧塊并栽插到田里。
如圖所示，由曲柄臂、從動臂、插植臂殼體和機架組成四連桿機構，相互鉸接處都安裝有軸承，保證轉(zhuǎn)動靈活，工作平穩(wěn)，運動軌跡準確。曲軸臂固定在插植臂軸上，當動力通過插植臂軸傳入時，曲軸臂做圓周運動，從動臂做往復運動，而插植臂殼體（即連桿）做平面內(nèi)的復雜運動，與插植臂殼體固定為一個構件的秧爪按預訂的軌跡（連桿曲線）進入秧門取秧后插入地面，當秧爪插入地面的時由凸輪和推桿手柄脫離接觸，在彈簧的壓力下推桿使秧苗脫離秧爪而栽植于農(nóng)田。
分析插植臂結構的工作過程，主要是看分秧段和插秧段。分秧段影響分秧的質(zhì)與量，分秧時秧爪與秧苗間夾角一般較小，均在30°以內(nèi)，進入秧門D1點距秧門口的高度稱為取秧高度，應大于苗根土厚10mm；在D2點秧爪分秧速度一般在1.0m/s以上，最佳范圍為1.5~2m/s便于利索分秧;擰動調(diào)節(jié)按鈕可以改變從動臂B點連接在鏈箱后蓋長槽中的位置可改變分秧段軌跡而調(diào)整取秧量大小，插秧段主要討論運動軌跡，由于D3D5插孔大小，時有利于提高插秧的穩(wěn)定性，而推秧的相位與軌跡影響秧苗插秧時的直立性。在插秧段秧爪速度應急劇減小，依靠慣性作用（此時秧爪加速度最大）而提高插秧直立性與穩(wěn)定性。
圖3-2 插植臂結構
4 插植部送秧結構
插植部送秧箱：把秧苗定時輸送到秧爪取秧部位的結構稱為送秧結構。它由橫向送秧結構和縱向送秧結構組成。它的主要作用是將由齒輪箱傳遞過來的動力傳遞給送秧機構，實現(xiàn)橫、縱向送秧。
圖4-1
橫向送秧結構的作用是使秧爪能在秧箱的工作幅度內(nèi)依次均勻取秧，使秧箱連同秧苗做整體移動，它主要由插植動力輸入軸、輸入鏈輪、導向螺桿，橫送軸，縱送軸，端蓋等構成（圖3-1）。插植臂軸通過鏈條帶動輸入鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈輪通過一對直齒輪將動力傳動給導向螺桿，插入導向螺桿內(nèi)的螺旋槽的導塊沿著螺旋槽斜面移動從而帶動橫送軸左右運動，隨之完成了橫向送秧運動。
縱向送秧結構：一般縱向送秧結構安裝在秧箱底部。主動凸輪安裝在導向螺桿上，主動凸輪間歇性地帶動從動凸輪，使固定在送秧軸上的抬把隨軸轉(zhuǎn)動秧箱下的棘爪而推動棘輪帶動送秧星輪轉(zhuǎn)動一定的角度完成縱向整體送秧，送秧完畢，棘爪與抬把依靠扭簧復位。
5 校核計算
5.1主軸的設計計算
軸的結構設計：（圖5-1）
圖5-1
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，=650Mpa，=360Mpa。軸的設計計算步驟如下：
計算項目 計算內(nèi)容 計算結果
初算軸徑d 由表，C=112
=112×
=16.72mm 取d=20mm
初步計算軸上各段長度 軸承選6001，寬度B=12mm
計算軸上載荷：
由前計算：
鏈輪作用軸上載荷=1552N，T=110N·m
齒輪作用在軸上載荷：
=1100N，=110N·m
繪制軸的彎扭矩圖，對危險截面進行校核
簡化軸上載荷如圖：
其中， =1552N，T==110N·m， ==1100×cos=1033.6N
==3458×=376.3N
畫軸的彎矩圖，扭矩圖
由彎矩圖、扭矩圖可知B點為危險截面。對B點進行校核計算：
M===78.6Nm
查表得：=215Mpa，=102.5Mpa，=60Mpa
對于不變的轉(zhuǎn)矩，取
=114.4N.m
所以：
=14.3Mpa=60Mpa
滿足強度要求。
。
5.2 錐齒輪的校核
（1）選用直齒錐齒輪傳動，7級精度。
已知輸入功率P1=1.4 kw ；
錐齒輪轉(zhuǎn)速n=80r/min ；
齒數(shù)比u=i1=1
條件：動力機為電動機，工作平穩(wěn)，傳動不逆向。
（2）材料選擇
1軸上的小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為241～286HB,取硬度為260HB，嚙合的中齒輪材料為45#鋼(調(diào)質(zhì))，硬度229～286HB,硬度取為240HB。
（3） 計算
（I） 按齒面接觸強度設計
轉(zhuǎn)矩 T1=257040 n/mm
齒寬系數(shù) Ψd=1.0
解除疲勞強度 σHlim1= 710 MPa
σHlim2= 580 Mpa
初步計算的許用接觸應力 [σH1]=0.9σHlim1=639
[σH2]=0.9σHlim2=522
取Ad=83
初步計算齒輪直徑 d1≥83=35.7
取d=40
齒寬b b=Ψdd1=3.63 mm
計算圓周速度
V =πdn1/(60×1000)
= 3.14×40×80/(60×1000)
=1.79 m/s
齒數(shù)與模數(shù) 初取齒數(shù)z=11 m=d1/z1=2
載荷系數(shù)
根據(jù)v=1.79 m/s , 選擇齒輪為7級精度，
由機械設計查得動載系數(shù) KV =1.25.
使用系數(shù) KA=1.5
Ft=2T1/d1=6112 N
=79.6 n/mm <100 n/mm
由表查得：KHα=KFα=1.3 ;
載荷系數(shù)K=1.5*1.25*1.2*1.2=2.7
ε=[1.88-3.2(1/z1+1/z2)]
=1.68
Zε==0.88
彈性系數(shù)ZE1=189
節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.5
接觸最小安全系數(shù) SHmin=1.05
由公式計算應力循環(huán)次數(shù)
N1 = 60 n1jLh
= 60×80×1×4000= 1.92×107
N2 =0.24×108
接觸壽命系數(shù) ZN ZN1=1.15 ZN2=1.25
許用接觸應力[σH] : [σH1] =777.6MPa
[σH2]= 690MPa
驗算σH=ZEZHZε=570 MPa <[σH2]
計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整
確定傳動主要尺寸
d=m*z=2*11=22
（II）按齒根彎曲強度設計
重合度Yε=0.25+0.75/ε=0.7
齒向載荷分配系數(shù) KFα=1/Yε=1.43 KFβ=1.35
載荷系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=3.62
[σF]1= Mpa
[σF]2= Mpa
查取齒形系數(shù)
YFa1=2.4 YFa2=2.1
應力修正系數(shù) YSa1=1.63 YSa2=1.75
彎曲疲勞極限 σFmin1=600 MPa σFmin2=450 MPa
最小安全系數(shù) SFmin=1.25
由公式計算應力循環(huán)次數(shù)
N1 = 60 n1jLh
= 60×485×1×4000= 1.2×108
N2 =0.24×108
彎曲壽命系數(shù) YN1=0.85 YN2=0.92
尺寸系數(shù) FX=1.0
許用彎曲應力[σF] [σF1]==408 MPa
[σF2]==331.2 MPa
驗算 σF1==102.6 MPa <[σF1]
σF2=σF1=98.5 MPa <[σF2]
所以滿足要求
（III）確定齒輪的齒形參數(shù)
標準錐齒輪幾何尺寸：
① 分度圓直徑d :
d=mz=2×11=22 mm
② 齒頂高ha
ha=ha*m=1×2=2mm
③ 齒根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2=2.5 mm
④ 齒全高 h=ha+hf =(2ha*+c*)m=2+2.5=4.5 mm
（IV）齒輪結構
對于小齒輪，其齒數(shù)較少，分度圓直徑與軸的直徑相差不是很大，可以采用整體式設計。
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致謝
本次畢業(yè)設計，是在XX老師導下完成的，通過本次設計，不僅檢驗了我大學四年來知識積累的程度，而且豐富了我在實際設計中經(jīng)驗的累積，更是對我設計思想的一次全面升華。在設計過程中，本著認真刻苦的態(tài)度去學習設計的步驟、方法、以及經(jīng)驗，但是由于該設計許多方面的細節(jié)問題涉及面太廣，而本人知識面和能力都極其有限，同時由于時間倉促，因而不能科學詳盡地做出正確的選擇與判斷。所以設計中難免出現(xiàn)很多錯誤。雖然有這些不足和遺憾，但是總的來說，基本上完成了插秧機的插植部設計和一些零部件設計，成功的完成了老師布置的任務。由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。
在這一個學期的設計過程中，我們得到了有豐富工作經(jīng)驗的指導老師肖老師的大力支持和幫助，在設計過程中他們不知疲倦、不厭其煩的給我們分析和講解，而且也給我灌輸了一些先進的設計方法和設計理念，使我大受裨益。在此，我忠心地向XX老師表示感謝。同時，在設計過程中，我也得到很多同學的支持和幫助，在此，我一同表示最忠誠的感謝。