水稻插秧機的機械原理課程設(shè)計

1、水稻插秧機的機械原理課程設(shè)計1水稻插秧機設(shè)計要求水稻插秧機是用于栽植水稻秧苗的機具。 結(jié)構(gòu)簡單、 體積小， 使用壽命長。它主要包括送秧機構(gòu)、傳動機構(gòu)、分插機構(gòu)、機架 和船體等組成。本設(shè)計主要完成分插機構(gòu)和送秧機構(gòu)的設(shè)計。設(shè)計要求：1）水稻插秧機應(yīng)包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu)。2）插秧頻率120次/min。3）插秧深度 1025mm 之間。4）發(fā)動機功率 2.42kw，轉(zhuǎn)速2600r/min,傳動機構(gòu)始末傳動比i=26。5）對移箱機構(gòu)（送秧機構(gòu)）的設(shè)計要求：a. 每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合，要求保證取秧準(zhǔn)確、均勻。b. 移箱的時間應(yīng)與秧爪的運動相配合。c. 傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，加

2、工方便，必須使用可靠、耐久。2. 工作原理及其動作分解分插機構(gòu) 是水稻插秧機的主要工作部件， 由取秧器 （栽植臂和秧爪） ，驅(qū)動機構(gòu)和軌跡控制機構(gòu)組成。取秧器在驅(qū)動 機構(gòu)的驅(qū)動和軌跡控制機構(gòu)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。秧爪在栽植臂的帶動下完成取秧和插秧工作，圖1中虛線給出秧爪的靜軌跡圖，h為插秧深度。送秧機構(gòu) 的作用是按時、定量地把秧苗送到秧門處，使秧 爪每次獲得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧機構(gòu)分為縱 向送秧機構(gòu)和橫向送秧機構(gòu)。橫向送秧機構(gòu)，其送秧方向同機器 行進(jìn)方向垂直，采用的是移動秧箱法。因此，又稱移箱機

3、構(gòu)。本 設(shè)計采用橫向送秧箱機構(gòu)。工藝動作分解：（在秧爪取秧過程中，秧箱1） 秧爪按照特定靜軌跡（如圖1所示）做往復(fù)運動。2）秧箱做橫向直線往復(fù)運動需保持連續(xù)不斷的勻速運動；在移至兩端極限位置后，秧 箱自動換向。）3. 分插機構(gòu)，送秧機構(gòu)運動方案設(shè)計及確定1）分插機構(gòu)的設(shè)計方案方案甲：評價：采用曲柄搖桿機構(gòu)，主動件為曲柄，使秧爪按照特定軌跡 運動。此機構(gòu)設(shè)計簡單，傳動準(zhǔn)確，快速。方案乙：評價：本機構(gòu)采用連桿機構(gòu)，利用油缸作為主動件，來實現(xiàn)秧爪的特定軌跡運動。此機構(gòu)設(shè)計簡單，但是需要額外的液壓油路。結(jié)論：方案甲 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，符合設(shè)計要求，故 分插機 構(gòu)選用方案甲。2）送秧機構(gòu)的方案設(shè)計方案

4、A :/評價：采用凸輪機構(gòu)，通過凸輪的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)從動件（秧箱）的橫向直線往復(fù)運動。本機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳力小，傳動準(zhǔn)確，運動靈活 但凸輪廓線的設(shè)計較復(fù)雜方案B:評價：此系統(tǒng)以電動機為驅(qū)動元件，通過 PLC控制系統(tǒng)，來控 制齒輪的轉(zhuǎn)動，從而影響齒條的運動，使齒條進(jìn)行直線往復(fù)運動。此 機構(gòu)設(shè)計簡單，傳動平穩(wěn)，效率高，傳動比準(zhǔn)確，可靠。但此方案需 要PLC控制設(shè)備，成本較高。結(jié)論：方案A采用凸輪機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，成本較低, 故送秧機構(gòu)選擇方案A。3）方案設(shè)計的確定綜上所述，考慮到插秧機的設(shè)計要求（水稻插秧機應(yīng)包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu)，送秧機構(gòu)傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，必須使用可靠

5、、耐久。）以及自身所學(xué)知識，本設(shè)計的 分插機構(gòu) 選擇方案甲，送秧機構(gòu)選擇方案A如圖：運動仿真圖：4.機構(gòu)尺寸的設(shè)計1）送秧機構(gòu)O1在設(shè)計要求中，電動機 的 轉(zhuǎn)速 為2600r /min由于 傳動機構(gòu) 始末傳動比i二26 , 故 皮帶輪 與 齒輪1的 轉(zhuǎn)速 為100r/ min在設(shè)計要求中，插秧頻率為120次/min ，故齒輪2的轉(zhuǎn)速為120r /min ,即齒輪1與齒輪2的傳動比為5:6。兩齒輪的設(shè)計如下:名稱齒輪1齒輪2模數(shù)m3齒數(shù)3630分度圓直徑d10890齒頂咼ha66齒根高h(yuǎn)f7.57.5基圓直徑db10084傳動比i5: 6嚙合角a22.19 22.19 齒輪1與 齒輪2之間的中心

6、距為99 mm齒輪傳動如圖:桿AB為曲柄，桿CD為搖桿，BE與連桿BC固結(jié)。本設(shè)計的要 求中，點E的軌跡如圖1中所示。假設(shè)AB長為10mm，BC長為30mm ,CD長為20mm, AD長為30mm， BE 長為 55mm ，以A為原點，AD所在直線為x軸，建立平面直角坐標(biāo)系。由 10 *cos 0 1 + 30 *cos 0 2 = 30 + 20 *cos 0 3,得,10 *sin 0 1 + 30* sin 0 2 = 20* sin 0 3,0 2 = 2* arctan 2*sin 0 1 16 ( 2*cos 0 1 +1) 2? / (4 *COS 0 1 11)點 E 的軌跡方

7、程如下：x = 10 *cos0 1 + 55*cos(0 2+0)y = 10* sin0 1 + 55 *sin(0 2+0)利用 MATLAB 軟 件， 通過改 變角0 的大 小( 0 的值 依次 取 10,15 ，20， 25，30，35，40，45，50 )，來獲得 點 E 的 9 個軌跡圖。在 MATLAB 編譯器中輸入以下語言：for i=1:9theta1=0:pi/100:2*pi;theta2=2*ata n( (2*si n(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).八2)./(4*cos (theta1)-11);x=10*cos(theta1

8、)+55*cos(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2); y=10*sin(theta1)+55*sin(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);subplot(3,3,i);plot(x,y);end得出軌跡圖:第二行，9的值依次為25, 30, 35 ,第三行，9的值依次為40, 45, 50。經(jīng)過比較這9個軌跡圖，發(fā)現(xiàn) 第二行第二列 的軌跡圖（9 =30 ） 中的軌跡與 圖1中的軌跡近似，故 選擇 第二行第二列 的軌跡圖（9 =30 ）?？紤]到設(shè)計要求插秧深度在1025mm之間，而通過觀察此軌跡圖， 發(fā)現(xiàn)點E軌跡最右端點的x坐標(biāo)（略小于40）

9、與點D的x坐標(biāo)（等 于30）之差小于10mm且大于5mm,所以需改進(jìn)方案尺寸： 將各桿的長度增加一倍，即AB = 20 mm , BC = 60 mm , CD = 40 mm , AD = 60 mm , BE = 110 mm ,0 = 30在此情況下，點E軌跡最右端點的x坐標(biāo)與 點D的x坐標(biāo)之差必 大于10mm且小于20mm，即 方案可以滿足插秧深度在 1025mm 之間的要求。2）送秧機構(gòu)從動件（秧箱）運動線圖的設(shè)計，采用擺線運動修正等速運動規(guī)律的加速度曲線（從動件無柔性沖擊，運行平穩(wěn)），如下所示:從動件的運動線圖分為6個階段，各階段運動方程式如下：1) 01(秧箱做加速運動)S =

10、S1 ip / 1 sin(n / 1)/ n v = S1 3 1 cos (np / 1) / 1a = n S1 w2 sin( np / 1) / 122) 1 vpv 2（秧箱做勻速運動）S = S1 + (S2 - S1)( p - 1)/( 2 - 1)3) 2n(秧箱做減速運動)S = S1 (書- 2)/ 1 sin n (書- 2+ 1) / 1 / n! + S2v = S1 w 1 cos n (書- 2+ 1) / 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n( - 2+ 1) / 1 / 124)nn + 1(秧箱做加速運動)S = S1 (2 1+ 2 ) /

11、 1 sin n (3 1+ 2- )/ 1 / n!v = S1 w cos n (書一 2 1) / 1 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n( 2 1) / 1 / 125)n + 1 n + 2（秧箱做勻速運動）S =S1 + (S2 - S1)( 2 2 + 1 -9 )/( 2 - 1)v =2 S1 w / 1a =06) n + 22 n(秧箱做減速運動)S = S1 (2 2 + 2 1 )/ 1 sin n( 2 2 + 2 1 )/ 1 / n!v = S1 w cos n( + 2 1) / 1 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n(- 2 2

12、- 1) / 1 / 12設(shè)計要求“每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合” ，即取秧寬度 點 E 的往復(fù)運動周期 = 從動件（秧箱）的勻速運動速度點 E 的往復(fù)運動周期已知，周期大小為 0.5 s 。設(shè) 取秧寬度 為 10 mm ，則 v 二 2 x Six/ 1 = 20mm / s ,即 從動件（秧箱）的勻速運動速度 的大小為 20mms 。根據(jù)實際需要，設(shè)定1, 2, Si, S2的值,且滿足2 * S1 * / 1 = 20 mm/s 。 1 , S1 應(yīng)盡量小些,以減小從動件從啟動達(dá)到穩(wěn)定速度所經(jīng)過的時間和位移取 1 = n /6 , 2 = 5 n /6 , S1 = 10 mm

13、 , S2 = 110 mm ,將 1， 2，S1，S2 的值 代入 行程 S 的表達(dá)式 ，得0 p n /6 )S = 60 ip / n - 10sin(6ip )/ n ,S = 1504 / n- 15,(n/6V4V5n/6)S= 60 4/ n -10sin(64 )/n + 60,(5n /64VnS = 70 -604 / n + 10sin(64) / n,(兀47 n/6S = 285- 1504 / n ,(7n /6V4V11/6)S = 120- 604 / n +10sin(64 )/ n .(11 n /64）)冗2兀）n /6，得由 2 * S1 * 3/ 1

14、= 20mm/s, S1 = 10 mm 0 1 =3 = n /6 rad/s ,即 凸輪轉(zhuǎn)速 為 5 r/min根據(jù)已求出的從動件的 行程 S 的表達(dá)式 ，則 對心從動件凸輪機構(gòu) 的 凸輪廓線方程式 為可寫：X = （r b + S ） * sin Y 二（r b + S ） * cos （rb為凸輪基圓的半徑值）取rb = 20 mm，滾子半徑為10 mm,在制作 運動仿真 過程中，得 到 理論廓線 和 實際廓線，如下圖所示：凸輪機構(gòu)的運動仿真圖:5. 心得體會 ：本課程設(shè)計考察了我們所學(xué)的機械原理知識。在設(shè)計過程中， 要綜合多方面的要求和需要來進(jìn)行合理的選擇， 這是一個并不簡單的 過程。由此可以了解到，自己的能力遠(yuǎn)不能解決復(fù)雜的實際問題。我 們還應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)和積累。在對水稻插秧機完全不了解的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)，查找了大量 的相關(guān)資料。 盡管對現(xiàn)實生活中的水稻插秧有了一定的了解， 但這些 資料對其工作的描述仍不夠詳