油菜幼苗移栽機自動取苗機構結構設計【缽體育苗移栽】【cad高清圖紙和說明書全套】

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湖 南 農 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設計 油菜幼苗移栽機自動取苗機構結構設計 RAPE TRANSPLANTING MACHINE AUTOMATICALLY TAKE THE SEEDLINGS INSTITUTIONS 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 指導老師及職稱： 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013年5月 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研 究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外， 本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做 出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識 到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 1  目 錄 摘要........................................................................................................................3 關鍵詞....................................................................................................................3 1前言..................................................................................................................4 1.1課題研究的意義..........................................................................................4 1.2研究課題所涉及的領域在國內外的研究現狀及發(fā)展趨勢......................4 1.2.1國內外移栽機的發(fā)展現狀......................................................................4 1.2.2自動取苗裝置的發(fā)展現狀......................................................................5 1.3國內移栽機械化發(fā)展存在的主要問題......................................................5 1.4本課題的研究內容......................................................................................5 2取苗機構的設計..............................................................................................5 2.1拔苗機構的設計..........................................................................................6 2.1.1本裝置的主要結構及安裝......................................................................7 2.1.2工作原理..................................................................................................7 2.1.3對輥軸的參數設計及動力選擇..............................................................7 2.1.4動力傳輸裝置..........................................................................................8 2.2輸送裝置的設計..........................................................................................9 2.2.1主要構成部分：......................................................................................9 2.2.2工作原理................................................................................................10 2.2.3輸送裝置的參數選擇與計算................................................................11 2.3落苗機構的理論設計................................................................................19 2.3.1落苗機構的結構....................................................................................19 2  2.3.2落苗機構的工作原理............................................................................19 3其他主要零件的選擇與順滑........................................................................19 4結束語............................................................................................................19 4.1本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點：........................................20 4.2論文的不足與展望....................................................................................21 參考文獻..............................................................................................................21 致謝......................................................................................................................23 3  油菜幼苗移栽機自動取苗機構結構設計 學 生: 指導老師： (湖南農業(yè)大學工學院,長沙410128) 摘要：油菜是我國優(yōu)勢農作物，長江流域是我國油菜主產區(qū)和優(yōu)勢產業(yè)帶，油菜面 積占我國油菜總面積的85%左右。據農業(yè)部2007年底統(tǒng)計，湖南省冬種油菜面積1459萬畝。 而冬季可種植油菜的總面積高達3000多萬畝，發(fā)展油菜潛力巨大。由于我國移栽機械發(fā)展緩 慢，秧苗移栽幾乎全部由人工完成，勞動強度大、生產效率低、栽植質量差、生產成本高。 因此，實現油菜移栽機械化已成為農業(yè)生產的迫切需要。隨著缽體育苗技術的日趨完善，缽 苗栽植技術在國內外被廣泛應用。 關鍵詞：移栽；機械化；缽體育苗；油菜 The Structure Design of Taking The Seedling Automatically in Thes Thransplanting Machine of Rape Seedlings Student:Du Dongfei Tutor:Wu Mingliang (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:Rape is one of a superior crop in China, the Yangtze river basin is a main producing area and advantageous belt of rape, which planting area is about 85% of the total area in China. From the statistics of agriculture ministry in the end of 2007, the area for winter planting rape is 14.59 million mu in Hunan province, and the area suit for winter planting rape can reach up to 30.00 million mu , which reveal a large potential in the rape industry. The development of transplant machine is slowly in China, so the transplant of seedling is almost all completed by artificial, which high in labor intensity and production costs but low in production efficiency and transplanting quality. Therefore, to realize mechanization of the rape-transplant is in a hurry for agricultural production. The bowl seeding planting technology is widely used in the domestic and 1  overseas with the gradually maturing bowl seeding technology. Key words:ransplant, mechanization, bowl seeding , rape 1前言 育苗移栽具有對氣候的補償作用和使作物生育提早的綜合效益，其經濟效益 和社會效益均十分顯著。栽植機械化可以減輕勞動強度、提高生產效益和保證作 業(yè)質量，是影響育苗移栽技術推廣的關鍵。我國從60年代開始研究旱地栽植機械， 初期的栽植機主要用來移栽玉米和棉花等作物。但農機和農藝明顯脫節(jié)，忽略了 綜合經濟效益，更沒有科學地分析育苗移栽機械化過程的種植技術難題，從而使 這一技術擱淺。近幾年，由于國家對農業(yè)高新技術的推廣應用的重視，以及勞動 力成本的上升，育苗移栽得到了科研和生產部門的廣泛關注。 【32】 1.1課題研究的意義 目前我國的移栽機械，根據移栽機工作時需要的人工干預程度，移栽機械大 致有兩種：①半自動栽植機，在栽植過程中，由人工分出單棵的秧苗喂入栽植機， 由機具完成開溝、栽苗、扶苗和覆土等工作。人工喂苗頻率一般在60株/min左 右，我國目前研制和推廣的栽植機基本上都是半自動的。②全自動栽植機，由機 械或人工喂入一組秧苗（如一張苗盤），由機具完成分苗和栽植任務，稱為全自 動栽植機。我研究的課題則是油菜自動移栽機的一個關鍵部件的設計——自動取 苗機構結構設計 【18】 。 1.2研究課題所涉及的領域在國內外的研究現狀及發(fā)展趨勢 1.2.1國內外移栽機的發(fā)展現狀 （1）國外移栽機發(fā)展概況 國外發(fā)達國家20世紀30年代就出現了手工喂苗的栽植機具，50年代研制 出多種不同結構形式的半自動移栽機和簡易制缽機，到80年代，半自動移栽機 已在生產中廣泛使用，制缽機已成系列。目前，一些發(fā)達的國家已實現甜菜、玉 米、蔬菜和煙草等旱地作物的育苗工廠化和移栽機械化。機型比較成熟，工作可 靠性較好，推廣應用廣泛。栽植機械以半自動為主，全自動機型均因結構過于復 雜，價格高而沒有廣泛推廣 。 【30】【25】 （2）國內移栽機發(fā)展概況 我國的旱地栽植機械的研究開始于20世紀60年代，起步較早，但農機和農 藝明顯脫節(jié)，忽略了綜合經濟效益，更沒有科學地分析育苗移栽機械化過程的種 植技術難題，從而使這一技術擱淺。近年來，栽植機械伴隨著旱地育苗移栽技術 2  的研究和推廣而發(fā)展起來，已成為科研和生產部門關注的問題之一，又有多種新 型栽植機械出現。但總體來講，目前我國研制使用的栽植機械仍處于起步階段， 以半自動為主。目前，移栽機按栽植器型式可分為鉗夾式、鏈夾式、吊杯式、導 苗管式及撓性圓盤式移栽機。不同型式的移栽機有其各自的特點，適合不同作物 移栽的要求。目前國內已有的移栽機主要適用于秧苗株高<30cm，株距大于>20 cm的玉米、甜菜和煙草等作物的移栽。而國內正在加緊移栽機的研制工作，主 要有：黑龍江省白樺耕作機廠研制2YZ一2，2YZ一4和2YZ一6移栽機；蘇州 金果實農業(yè)技術裝備有限公司生產的多功能移栽機和2ZM一1型秧苗栽植鋪膜 機；內蒙古農業(yè)大學機械廠研制的2ZT一2型甜菜移栽機；北京京鵬有限公司生 產的PCI0移栽機；遼寧省鞍山市農業(yè)機械廠與中國農業(yè)機械化科學研究院合作 進行研制的國家“九五”科技攻關項目一玉米、蔬菜移栽機等 【5】【4】 。 1.2.2自動取苗裝置的發(fā)展現狀 目前移栽機自動取苗裝置的研究還較少，通過大量文獻收集概括有以下幾 種，從實現機構分為機械式和氣吸式，從取苗類型分為機械夾苗取苗式、機械夾 土取苗式和氣吸氣吹自動排苗式 。 【20】【28】 1.3國內移栽機械化發(fā)展存在的主要問題 經過40年的研究和推廣，我國的旱地栽植機械有了較大的進展，但是目前 仍然處在起步階段，在許多方面還是空白，研制的移栽機幾乎沒有得到推廣應用， 這其中存在許多低水平的重復研究、農機和農藝脫節(jié)、相關技術及機具不配套等 問題。其中主要包括以下幾個方面：1、移栽機與配套技術機具脫節(jié)；2、機具的 “三化率”低，可靠性差；3、機具自動化程度尚待提高 【21】 。 1.4本課題的研究內容 （1）在查閱、分析、研究相關文獻的基礎上，完成開題報告和文獻綜述； （2）廣泛查閱資料，通過各種渠道了解移栽機自動取苗裝置； （3）以現有的一些移栽機設計為參考，深入研究油菜移栽機自動取苗裝置； （4）運用機械設計及機械原理等專業(yè)知識對該課題做機構及機械傳動方面 的相關參數設計，并進行一些實體建模設計。 2取苗機構的設計 取苗機構是油菜移栽機的重要組成部分。通過該機構從苗盤中取出并送至栽 植機構，完全替代油菜移栽機中的人工喂苗過程，將人從繁重、重復的工作中解 脫出來，同時極大提高了移栽機的工作效率。 3  設計的取苗機構主要分為三個部分，分別為拔苗機構、輸送機構、落苗機構。 本裝置設計的要求和依據有以下方面：苗的平均高度是100mm，輸送裝置要 求每分鐘輸送60棵幼苗到栽植系統(tǒng)，株距為200mm，而且苗盤中每個空腔的尺 寸為30mm×30mm。其穴盤的形狀如下圖，而我設計的裝置只是用于單排穴盤的 取苗 【24】 ： 圖1穴盤結構 Fig.1 Structure of Plug 我設計的機構的基本設計圖形如下： 圖2自動取苗機構的整體結構 Automatically take the seedlings in the overall structure Fig.2 2.1拔苗機構的設計 拔苗機構是將苗從苗盤中取出，并送至開始傳送點處的過程。為了實現這一 過程，設計了一個對輥拔苗機構裝置。傾斜安裝，且對輥軸的前部分有螺紋，便 于輸送幼苗。 基本結構如下所示： 4  圖3對輥拔苗裝置 Fig.3 To pull seedlings devices on the roll 2.1.1本裝置的主要結構及安裝 這個裝置主要包括安裝架，兩根拔苗對輥軸，拔苗對輥安裝架，拔苗對輥 開口支架和軸承等，所述的拔苗對輥開口支架與拔苗對輥安裝架的下端直接安裝 在安裝板上，其下端為長方體，上端為與水平面法線成一定角度固連的安裝板， 利于兩根拔苗對輥軸的斜角度安裝，第一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥軸通過軸承 水平安裝在拔苗對輥安裝架和拔苗對輥開口支架上，所述第一拔苗對輥軸和第二 拔苗對輥軸之間的間隙剛好使得缽苗通過，第一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥軸通 過動力裝置帶動并且第一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥軸相對運動，使得缽苗在第 一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥軸的帶動下，通過第一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥 軸之間的間隙從下往上運動，達到將缽苗盤中的缽苗撥出的效果。 2.1.2工作原理 當缽苗盤中的缽苗進入到第一拔苗對輥軸第一拔苗對輥軸和第二拔苗對輥 軸第二拔苗對輥軸的中間，通過對輥軸的對輥夾持住缽苗，對輥機構的對輥作用 給定缽苗一個向上的力將缽苗從缽體中拔出，同時斜角度安裝的對輥起到螺旋輸 送的作用，將缽苗輸送至輸送機構，到此拔苗過程完全實現。 2.1.3對輥軸的參數設計及動力選擇 對輥軸在工作的時候，不僅要進行拔苗，同時也需要將苗運到輸送裝置處， 因此，對輥軸的表面選用螺紋，這樣即可同時拔苗和運送的過程 。 [17][18] 5  +和右旋；按螺紋母體形狀的不同可分為圓柱螺紋與圓錐螺紋；按照齒形分 為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋等。根據所設計的機構的特點及使用要求和性 能，本機構采用矩形單線螺紋。 取苗從拔出到運至輸送裝置的苗的高度h=100mm，由于拔苗機構的對輥軸還 需要完成螺旋輸送的過程，要實現這一過程只需要保證拔苗完成的過程和將苗運 送到輸送裝置的時間t相等即可，設對輥軸轉動時的轉速為n，對輥軸的螺距p， 【22】 螺紋的中徑d，則有一下關系 ： h t =（v是輸送速度） (1) (2) v πnd v = 60×1000 H=0.1m 則有 t = 0.1×60×1000 πnd (3) (4) (5) pn t 60 輸送的距離 AB = pn = 30 60 取螺距p=3，AB=240，則有轉速n=600r/min，d=22mm，公稱直徑選24mm，由于 屬于傳動螺紋，所以選擇單線矩形螺紋,軸長240mm，支撐部分軸長150mm，直徑 20mm。輸入的功率P=FV=0.75kw。 【19】 工作部分的和聯接部分的主要結構參數有大徑、螺距、導程、牙型角等。 根據對輥軸的作用，初步選定軸的直徑為35mm，長度為240mm。軸的尾端屬 于安裝部分因此直徑選用20mm長度150mm即可。 選定公稱直徑d = 24mm查表10-1得d2 = 20.052mm 螺距P=3 d1 = 20.752mm 導程 S = nP =1×3 = 3 (6) (7) 螺旋升角 tanψ = nP πd2 = 0.043 矩形螺紋牙側角β = 3，所以牙型角α = 2β = 6(8) 0 0 由于對輥軸的主要作用是傳動，所以不需要校核。 2.1.4動力傳輸裝置 該動力裝置通過電機然后再通過一對錐齒輪傳動到對輥軸，由計算初步確 定，錐齒輪的輸入功率為0.75kw，工作轉速為600r/min，平穩(wěn)均勻轉動，兩軸 6  交角∑= 750，傳動比i=1，材料選用40Cr，調質處理加工精度7級。由上述已 知條件，可以考慮采用一對直齒錐齒輪，其特點為齒形簡單，制造容易，成本低。 直齒錐齒輪選取大端面模數m=3，齒數z=40，齒形角20°，齒頂高系數ha =1頂 隙系數c*=0.2.則錐齒輪的幾何參數計算過程如下 【12】 ： 分度圓直徑 分度圓錐角 d1 = d2 = mz =120mm (9) (10) sin∑ δ1 = arctan = 37.5 0 i +cos∑ ∑ 0 δ2 = ?δ1 = 38 (11) （12) d1 外錐距 R = =100 2sinδ 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 da = m(z + 2cosδ) =124.76mm d f = m(z ? 2.4cosδ) =114.28mm 表1錐齒輪參數 (13) (14) Table.1 Parameters of the bevel gear 大斷面模數M 3 齒數Z 圓錐角δ1 外錐距 R1 齒頂圓直徑da 齒根圓直徑d f 分度圓直徑d 齒頂高系數ha 頂隙系數c 40 20.5° 88.89 122.76 113.25 120 61.5° 68.27 122.86 116.56 1 0.2 2.2輸送裝置的設計 2.2.1主要構成部分： 輸送裝置包括對稱設置的兩套皮帶輸送裝置，兩套所述皮帶輸送裝置通過動 力裝置帶動相對運動，兩套所述皮帶輸送裝置的皮帶在水平面上相對設置，所述 第一皮帶和第二皮帶之間設有間隙為傳送通，所述皮帶輸送裝置包括主動帶輪、 從動帶輪、和多個引導帶輪；所述至少一套皮帶輸送裝置的引導帶輪通過壓緊裝 置安裝在所述安裝板上，所述壓緊裝置使得兩套所述皮帶輸送裝置的所述引導帶 7  輪相對緊壓，所述壓緊裝置包括導軌、復位彈簧、柱形管、引導輪套桿支架和支 撐架，所述導軌和所述支撐架安裝在所述安裝板上，所述引導帶輪安裝在所述引 導輪套桿支架上，所述引導輪套桿支架滑動安裝在所述導軌上并且可沿所述導軌 移動，所述柱形管安裝在支撐架上并且設置在支撐架和引導輪套桿支架之間，所 述柱形管上安裝有復位彈簧，所述復位彈簧的一端與引導輪套桿支架接觸，另一 端通過套裝在柱形管上的套筒擋??；所述套筒的另一端與支撐架固連。所述皮帶 輸送裝置通過主動軸輸送動力，主動帶輪安裝在主動軸上，所述主動軸上安裝有 主動鏈輪，主動鏈輪通過鏈條與安裝在從動軸上的從動鏈輪連接，所述從動軸上 還安裝有主傳動齒，另一套皮帶輸送裝置的從動軸上安裝有從傳動齒，主傳動齒 與從傳動齒嚙合傳送動力，從而使得兩套皮帶輸送裝置相對運動。 【14】 2.2.2工作原理 輸送機構的第一皮帶和第二皮帶將缽苗從輸送機構的輸入端輸送到輸出端， 皮帶輸送裝置的引導帶輪通過壓緊裝置安裝在所述安裝板上，所述壓緊裝置使得 兩套所述皮帶輸送裝置的所述引導帶輪相對緊壓，因此為給對輥加速落苗機構提 供工作空間，在壓緊裝置的帶動下使得兩皮帶輸送裝置的皮帶之間可以根據缽苗 被夾持的莖稈直徑的大小來相應的調整壓力，驅動輪右端設計引導輪，引導輪支 架通過鏈傳動由第一驅動輪支架提供動力；第一驅動輪和引導輪一起為第一V 型皮帶提供旋轉動力，第一左導向輪、第二左導向輪為皮帶提供導向作用，第一 左從動輪能在x軸方向上運動，第一V型皮帶寬松時，復位彈簧的彈簧力推動從 動輪套桿支架往左運動起到拉緊皮帶作用，當第一型皮帶張緊時，在拉力作用下 拉動從動輪套桿支架往右運動壓縮復位彈簧，從而達到調節(jié)第一V型皮帶31在 x軸方向間隙的作用，同理第一左從動輪調節(jié)第一V型皮帶在x軸方向間隙；通 過第一V型皮帶和第二V型皮帶的對輥作用夾持缽苗，將拔苗機構拔取的缽苗輸 送至對輥加速落苗機構，在輸送過程中，缽苗被夾持的莖稈直徑有大小之分，當 缽苗直徑較大時，第一皮帶第一V型皮帶受力固定不動，第二皮帶第二V型皮帶 受力將往外擠壓，在擠壓力作用下，導向輪壓緊裝置套桿支架往外擠壓復位彈簧， 使得第一皮帶和第二皮帶之間的間隙適應缽苗的莖稈直徑，同時向外部（y軸方 向）微量移動調整間隙，而當被夾持的莖稈直徑變小時，在復位彈簧的彈簧力作 用下，導向輪壓緊裝置帶動套桿支架帶動導向輪和第二皮帶第二V型皮帶向內微 調，可實現第一V型皮帶和第二V型皮帶之間輸送間隙的從而實現自適應調節(jié)。 8  圖4傳動裝置的示意圖 Fig.4 A schematic view of the transmission means 皮帶張緊裝置如下圖所示： 圖5張緊裝置 Fig.5 Tensioning means 此張緊裝置不僅可以起到張緊皮帶輪的作用，由于油菜幼苗的大小不一樣， 所以又可以起到調節(jié)對輥皮帶傳動之間的間隙的作用。 【15】 2.2.3輸送裝置的參數選擇與計算 9  1、動力的設計選擇 根據要求可以設定所選動力機為Y系列三相異步電動機，其額定功率P=0.75KW， 轉速n1= 600 r ，傳動比i=2，由于屬于農用機械，所以一天運轉的時間大約 為8h。 首先選定V帶的型號：由《機械設計基礎》教材表11-6查得工作情況系數Ka=1， 所以計算功率 Pc=Ka Pc = K AP = 1*0.75 = 0.75KW (15) 根據 Pc和n1由《機械設計基礎》教材圖11-12確定選用A帶。 確定帶輪基準直徑：由《機械設計基礎》教材表11-7取主動輪的基準直徑 d1=d2=125mm (16) 由《機械設計基礎》教材表11-7取d2=200mm。這是將使n2降低，但其誤差在 范圍內，所以允許。 + ? 5% 驗算帶的速度：根據教材公式11-15，帶的速度為 πd1n1 v = = 3.925ms (17) 60×10000 帶速在5-25范圍內，帶速合適。 確定V帶的基準長度和傳動中心距：根據0.7（d1+d2）< a0<2(d1+d2),初定中 心距a0=220mm。由公式11-2計算帶的基準長度 (d2 ?d1) 2 4a0 L0 = 2a0 + π (d1 + d2)+ = 752.5mm （18) 2 根據教材表格11-2選取帶的基準長度為 Ld=800mm。 按照公式11-22計算實際中心距 a ≈ a + Ld ? L0 ≈ 204mm (19) (20) 0 2 驗算主動輪上的包角：根據教材公式11-1得 ? d2 ?d1 ×57.3 =180 ≥120 0 0 0 α1 =180 0 a 主動輪上的包角合適。 確定帶數：由教材可知 Pc z = (21) (P0 + ?P0)KαKL 根據 α1 =161.6，查表11-5，得 Kα = 0.95;根據 Ld = 800mm ，查表11-2，得 KL = 0.85;由n1=1440r/min，i=2， d1=125mm，查表11-3和表11-4，得 10  P0 =1.909kW,?P0 = 0.168kW，則 Z=1.06 取z=1根。 確定帶的張緊力：由公式11-23得單根V帶張緊力 F = 500× P 2.5 ?1)+0.1×3.952 C ( 2 =145N (22) (23) 0 zv Kα 計算帶傳動作用在軸上的載荷： α1 FQ = 2zF0 sin = 290N 2 軸的校核： 1，各軸的轉速： 第一根軸： n1 = 600 r min (24) (25) 第二根軸： n2 = 600 r min 2，各軸功率 第一根軸： P1 = P = 0.75kW P2 = P1×η = 0.72kW (26) (27) 第二根軸: (其中查表可得η 取0.96) 3，各軸轉矩 第一根軸： P T1 = 9550 n 1 =11.94N / m （28） （29） 1 P 第二根軸： T2 = 9550 n 1 =11.46N /m 1 4.軸的結構尺寸設計 已知輸出軸上的功率P1=7.5KW，轉速nⅡ =1440r /min， P2 = P1η = 0.72KW （31） 11  轉矩 T 2=11.46N/m (32） （33） （1）選擇材料初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調質處理。查表7-11，取C=112，于是得 P2 dmin ≥ c3 = 24mm N2 最小軸徑顯然是安裝大帶輪處軸的直徑，由于此處開鍵槽故將直徑加大 10%-15%，取dmin = 30mm （2）軸的結構設計 【24】 圖6軸的結構示意圖 Fig.6 The shaft of the schematic structure view 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 （1）第一段軸長17，直徑30，查表6-11可得普通V帶帶輪寬B=20，取B=25mm， 為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上,大帶輪與軸的周向定位 采用平鍵連接。查表5-73選用的平鍵尺寸為：b×h×L=10mm×8mm×18mm。 （2）第二段長242密碼，直徑35mm。。 （3）第三段設計直徑為38mm，長度設計為51mm （4）第四段長度為96mm。 （5）初步選擇滾動軸承：軸主要承受徑向力作用，故選用深溝球軸承，參照工 作要求，并根據d2 = 34mm，查表8-23選擇深溝球軸承6007，其尺寸d×D× B=35mm×62mm×14mm，故lⅢ?Ⅳ = l =14mm軸的總長為273mm。 3，軸上載荷的計算 已知皮帶輪對軸的壓力 F0 =145N，轉矩T2 =11.46N.m，取帶輪為GA = 30N并且 假設重量在軸上呈線性均勻分布 受力分析 12  帶輪 水平力 鉛垂力 Fr = F0 =146N Fa = GA = 30N 選擇軸的材料，并確定需用應力：選用45鋼正火處理，由教材表14-1查得強度 極限σ B = 600MPa，由教材表14-5查得其許用彎曲應力[σ ?1b] = 55MPa. 由軸的結構設計草圖克制軸的支承跨度為L=614mm 按照彎扭合成校核軸的強度 ： 【22】【24】 ①求水平面支反力： FAH = F0 =146N = F2t MCH = FAH L2 = 9782N.mm （34） （35） （36） ②繪制水平面彎矩圖 ③求垂直面支反力：由∑M B = 0得 L + Fa d ? FAVL = 0(d =125mm) Fr 2 2 FAV = 87N FBV + Fr ? FAV = 0 FBV = 59N 由∑ F = 0得 （37） ④繪制垂直面彎矩圖：截面C左側彎矩 MCV = FAV L2 = 5829N.mm 截面右側彎矩 （38） MCV ' ; = FBV L2 = 3953N.mm ⑤繪制合成彎矩圖：根據M = M H 2 + MV 2得 2 MC = M CH + M 2 CV =11387N.mm （39） M ' C = M 2CH + M '2CV =10550N.mm ⑥繪制轉矩圖： T = Ft d =18250N.mm （40） （41） 2 ⑦繪制當量彎矩圖： M e = M +(αT) 2 2 13  由當量彎矩圖和軸的結構圖可知，C和D處都有可能是危險截面，應當分別計算 其當量彎矩。但是由于D點不用要求設計，所以只需要校核C點。而此處可將軸 的扭轉剪應力看做脈動循環(huán)，取α ≈ 0.6，則 C截面有：M ce = M C +(αT) =15205N.mm 2 2 M ce = M C =10550N.mm （42） ' ⑧校核危險截面處的強度： M ce M ce σ eb = Wc = 3 ≤ 55MPa （43） 0.1×d2 故軸的強度足夠。 圖7軸的校核與強度計算 Fig.7 Verification and strength calculation of axis 5.滾動軸承的設計計算 【11】【1】 已知裝軸承處軸徑d=33mm，轉速n=720r/min,選用深溝球軸承6007， c = 8600N 14  軸承載荷校核 對深溝球軸承，其徑向基本 額定載荷 1 Cr = f pP ? ? 60n ? ? ? ε Lh ft ? 10 6 中Cr—基本額定動載荷，查表8-23得Cr=8.6kN f p—載荷系數，查表8-15取 f p=1 P—當量動載荷，N ft—溫度系數，查表8-14得 ft=1 Lh—基本額定壽命，本機預設壽命 Lh=4000h n—軸承轉速，r/min ε—壽命指數，對球軸承ε=30 帶入數值求得P=1723.44N故在規(guī)定的條件下，6007軸承可用。 2.2.4輸送裝置的參數 小帶輪的輸入功率： P P1 =ηn （44） （45） 2 ηn =η1η2 = 0.921984 2 P1 =ηn P2 = 3.45744KW （46） η1表示V帶的傳動效率取0.96 η2表示一對滾動軸承的傳動效率取0.98 根據要求輸送裝置每分鐘要輸送60棵幼苗且株距為0.2m。 輸送V帶的速度v = 0.2×60 = 0.2ms 60 取輸入軸小帶輪的直徑為125mm，由 πd1n1 v = （47） （48） 60×1000 小帶輪的轉速 n1 = v×60×1000 = 30.57 r min π ×d1 由表11-6查得工作情況系數 K A =1,所以計算功率 Pc = P1×K A = 0.345kW （49） 根據圖11-12，根據Pc和n確定選用A型帶 15  由Pc=FeV（Fe表示V帶的工作阻力）得 【25】 Fe=17.25N （50） 設一根皮帶的緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2，則有 Fe=F1—F2 （51） （52） F1 = e fα F2 本裝置采用一個主動輪，兩個從動輪，兩個引導輪。選定跟們的直徑分別為 125mm、160mm、200mm、180mm、125mm。如下圖所示 圖8帶輪間的中心距的關系圖 Fig.8 Pulley center distance between the diagram 有前面的計算可知輪1和輪2的中心距為220mm，設從右至左半徑依次為 r1,r2,r3,r4,r5. 根據已知關系有： tanα (r2 ?r2) = 220 （53） （54） 2 可得tanα = 6.3 2 依次可以算出剩下幾個帶輪之間的中心距，依次為252mm、126mm、350mm。 2.2.5對輥裝置之間的動力傳動參數 由于是對輥裝置所以動力由一側傳到另一側時需要用齒輪傳動 。 【9】【27】 根據要求及設計，齒輪之間的中心距為130mm，而這對齒輪作用主要是傳遞 動力，所以可以選擇傳動比i=1，可求出分度圓的直徑d=mz=130mm，選m=2.5， 即可得出 齒數 z=52 （55） （56） 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 da = m(z + 2) =135mm 16  d f = m(z ? 2.5) =123.75mm ha = m = 2.5mm （57） （58） （59） 齒頂高 齒根高 齒高 hf =1.25m = 3.125mm h = 2.25m = 5.625mm （60） 2.3落苗機構的理論設計 2.3.1落苗機構的結構 對輥加速落苗機構包括第一對輥軸、第二對輥軸、第一對輥軸支撐架、第二 對輥軸支撐架、滾動軸承，第一對輥軸（第二對輥軸）通過滾動軸承安裝在對輥 軸支撐架上，第一對輥軸支撐架（第二對輥軸支撐架）與安裝板固連。 2.3.2落苗機構的工作原理 輸送機構送苗機構輸送的缽苗達到輸送機構的輸出端在引導輪末端處后，由 于一旦沒有V型皮帶的夾持，將缽苗在重力的作用做呈現斜拋動，在有限時間內 落入對輥落苗裝置的第一落苗對輥軸和第二落苗對輥軸之間的落苗口處兩對輥 軸中心處，對輥軸夾持缽苗的基質處，通過對輥的作用過程取消缽苗向后運動的 水平速度，同時給定缽苗一個向下運動的加速度，加速缽苗向下運動，縮短向下 運動時間過長造成的投苗誤差。 【4】 3其他主要零件的選擇與潤滑 可調性導軌4個、復位彈簧4個、柱形管4個、引導輪套架6個、支架6 個、套桿支架4個、M10螺栓10個、深溝球軸承6個、對輥軸支撐架2個、普 通平鍵5個。 齒輪的潤滑：由于都是開式齒輪采用人工定期加油潤滑 深溝球軸承的潤滑：采用脂潤滑。 4結束語 缽體育苗技術是一種非傳統(tǒng)的常規(guī)苗盤育苗的新型育苗技術，育苗移栽具有 培育壯苗，解決作物栽培季節(jié)矛盾，促進糧油增產的優(yōu)勢。隨著缽體育苗技術的 發(fā)展與日漸成熟，秧苗移栽技術也越來越收到廣大農機專家與種植戶的重視，缽 苗移栽機械在國內外取得很大的發(fā)展與應用。 【6】 國外一些發(fā)達國家在2000年以后，隨著插秧機技術的日漸成熟及廣泛使用， 17  其栽植臂的機構開始在移栽機的取苗部件上得到推廣，從而得到了一些插秧機栽 植臂衍生的少數的移栽機取苗部件。比如2000年韓國的K.H.Ryu研制了由伺服電 機、單片機、視覺系統(tǒng)及其傳感裝置組成的栽植機機械手，其在室內靜態(tài)的試驗 中，取苗成功率已經達到了90%，但該種裝置只適宜定點取苗，并不適宜環(huán)境復 雜的大田作業(yè)，可靠性也有待加強。美國FrankW.Faulring等人為實現自動移栽 機設計的真空泵式取苗系統(tǒng)。工作原理為：取苗時，苗盤（包括底盤）被整體放 入定位裝置，隨后將底盤抽出，所有缽苗穩(wěn)穩(wěn)地落在后備托盤上。后備托盤上有 一個落苗口孔連接落苗管，當移動缽苗至與這個落苗口孔相對中時，缽苗在自重 力及小電機驅動壓縮機產生的吸引力作用下，將缽苗自穴盤成功吸落，經過導苗 管后再完成栽植作業(yè)。待取缽苗由相應驅動裝置依次移至此落苗口孔，繼而實現 連續(xù)取苗。由于所有力都作用在使苗做向下方向的運動，所以在操作中不存在有 缽苗側向翻轉等的問題。此操作能夠保證較好地達成取苗栽植來實現增產的效 果，但是這種移栽機成本高。 【5】 目前國內蔬菜栽植全部用人工完成，油菜栽植機幾乎是空白，研究工作非常 少，就其當前的發(fā)展狀況，我國油菜栽植機械的研究和應用還處于發(fā)展階段。而 且國內對移栽機械的研究和開發(fā)仿造較多，還沒有重大的改進和技術上的突破。 幾乎所有的缽(育)苗移栽機械都采用人工喂苗。同時，國內的很多專家也開始著 手取苗部件方面的研究。比如：2000年華南農業(yè)大學的馬瑞峻等人提出了一種人 機結合的全自動2自由度機械手式穴盤水稻缽苗有序移栽機械的設計方案，由單 片機控制的機械手自動地完成穴盤水稻秧苗的有序拋栽作業(yè)，自動化程度得到了 大幅度的提升，但其秧夾開啟時的可靠性尚未得到進一步的驗證。 長期以來國內外農機專家與學者對移栽機械進行研究，取得一定的發(fā)展，但 國內目前市場上出現或者公開的移栽機械的打孔栽植部件仍不能滿足生產的需 要。因此，有必要研究設計一種結構簡單、成本較低并能滿足農藝要求的新型拔 苗、送苗、落苗裝置。 4.1本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點： 1)能夠實現自動拔苗，不需要人工喂苗，節(jié)省勞動力，節(jié)約成本； 2)將栽植系統(tǒng)中拔苗、排序、輸送、落苗等四個工序連貫實現，實現一體式 工作，既提高機構的工作效率又保證機構的運動平穩(wěn)可靠； 3)實現不傷苗的排序與輸送，工作過程中皮帶輪之間軸向與縱向的間隙能夠 自動調整，兩皮帶輪之間間隙始終仿形秧苗莖稈直徑； 18  4)機構整體結構簡單、易加工制造、成本低、適應性好，適合我國國情 4.2論文的不足與展望 本文的相關理論設計計算可能嚴謹性不是很好，而且一些小部件的，小零件 的設計也很粗糙，同時本裝置還可以進行進一步的研究，以求達到經濟與使用性 并進，早日實現大面積的移栽自動化。 參考文獻 [1]尹業(yè)宏,孫金風,安寧,等.同步扶正棉苗移栽機設計[J].湖北農業(yè) 學,2010,29(1):194-196. 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