水稻插秧機的機械原理課程設(shè)計

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。圖1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方向垂直，采用的是移動秧箱法。因此，又稱移箱機構(gòu)。本設(shè)計采用橫向送秧箱機構(gòu)。工藝動作分解：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。（在秧爪取秧過程中，秧箱需保持連續(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、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)在設(shè)計要求中，電動機 的 轉(zhuǎn)速 為 2600rmin。由于 傳動機構(gòu) 始末傳動比 i = 26 ，故 皮帶輪 與 齒輪1 的 轉(zhuǎn)速 為 100rmin 。在設(shè)計要求中，插秧頻率 為 120次/min ，故 齒輪2 的 轉(zhuǎn)速 為 120rmin ，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齒頂高 ha66齒根高 hf7.57.5基圓直徑 db10084傳動比 i5：6嚙合角 22.1922.19齒輪1 與 齒輪2 之間的中心距為 99 mm 。齒輪傳動 如圖：連桿機構(gòu)：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，建立平面直角坐標系。由 10 *cos1 + 30 *cos2 = 30 + 20 *cos3，10 *sin1 + 30* sin2 = 20* sin3， 得，2 = 2* arctan 2*sin1 16 ( 2*cos1 +1) / （4 * cos1 11）點E的軌跡方程如下： x = 10 *cos1 + 55*cos（2+） y = 10* sin1 + 55 *sin（2+）利用 MATLAB軟件，通過改變角的大?。ǖ闹狄来稳?0,15，20，25，30，35，40，45，50），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*atan(2*sin(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).2)./(4*cos(theta1)-11); x=10*cos(theta1)+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：（第一行，的值依次為 10,15，20，第二行，的值依次為 25，30，35，第三行，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（=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（=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（略小于40）與點D的x坐標（等于30）之差小于10mm且大于5mm，所以需改進方案尺寸：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 ，= 30在此情況下，點E軌跡 最右端點的x坐標與 點D的x坐標 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 = S1/1sin(/1)/ v = S11 cos（/1） /1a = S1sin(/1) /12) 12 （秧箱做勻速運動）S = S1 + (S2 - S1)( -1)/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 03) 2 （秧箱做減速運動）S = S1 (-2)/ 1sin （-2+1）/1 / + S2v = S11 cos （-2+1）/1 /1a = S1sin （-2+1）/1 /14) +1 （秧箱做加速運動）S = S1（21+2）/1sin （31+2-）/1 / v = S1cos （21）/1 1 /1a = S1sin （21）/1 /15) +1 +2 （秧箱做勻速運動）S = S1 + (S2 - S1)( 22 +1 - )/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 06) +2 2 （秧箱做減速運動）S = S1 (22 + 21 )/ 1sin （22 + 21 ）/1 / v = S1cos （ + 21）/1 1 /1a = S1sin （ - 22 -1）/1 /1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 = 2S11 = 20mms ，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，S1，S2的值，且滿足 2 * S1 * 1 = 20 mms 。1，S1應(yīng)盡量小些，以減小從動件從啟動達到穩(wěn)定速度所經(jīng)過的時間和位移。取1 = /6, 2 = 5/6 ，S1 = 10 mm ，S2 = 110 mm ，將 1，2，S1，S2 的值 代入 行程 S 的表達式 ，得S = 60/ - 10sin(6)/, ( 0 /6 )S = 150/ - 15, ( /6 5/6 )S = 60/ - 10sin(6)/ + 60， （ 5/6 ）S = 70 - 60/ + 10sin（6）/, ( 7/6 )S = 285 - 150/, ( 7/6 11/6 )S = 120 - 60/ + 10sin(6)/. ( 11/6 2 )由2 * S1 * 1 = 20mms，S1 = 10 mm，1 = /6，得 =/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 的表達式 ，則 對心從動件凸輪機構(gòu) 的 凸輪廓線方程式 為可寫： X =（rb + S）* sin Y =（rb + 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，自己的能力遠不能解決復(fù)雜的實際問題。我們還應(yīng)不斷地學(xué)習和積累。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細和清晰。我們未能對水稻插秧機的工作流程和原理完全清楚，比如秧箱的具體結(jié)構(gòu)和工作方式。這是設(shè)計過程中一個比較大的遺憾。設(shè)計尺寸的部分是其中最難的步驟，我們只能在做出一個自我感覺合理的尺寸假設(shè)的前提下，繼續(xù)以后的設(shè)計，而且應(yīng)用了一個之前我們完全陌生的軟件 MATLAB 。因為不懂得如何使用該軟件，所以尋求朋友的幫助，我們順利得出了點E（秧爪）的與要求軌跡近似的靜軌跡圖。接下來的步驟水到渠成，花費較多時間是一些繁雜的運算。通過本次設(shè)計，積累了經(jīng)驗，對已學(xué)知識的理解更加深刻。表面看似簡單的問題，在解決的過程中，逐漸顯現(xiàn)出其復(fù)雜。在以后的學(xué)習中，應(yīng)避免犯眼高手低的錯誤。