【毕业学位论文】（Word原稿）手推式草坪播种机的设计

I 手推式草坪播种机的设计 摘 要 国内草坪播种机所涉及的领域之广， 草坪在城市园林绿化和国土绿化中占有重要的位置，对于平衡生态环境有很重要的意义。草坪不但可以美化环境，净化空气，调节小气候，降低噪音，保持水土和防止灾害等，而且还可以降低人的心理压力，消除疲 劳，恢复休力。随着人类生活水平和环保意识的提高，草坪的作用也体现得越来越重要了。 城市中无论在大大小小的住宅区还是在风景胜地都有成片的草坪，它也成了城市中一道必不可少的绿化风景线。然而，目前我国草坪种植手段还非常落后，种植机械的研究还处于起步状态 ， 专用的草坪播种机还处于起步阶段 , 草坪草种子细小 ,用手撒的方法不仅不易将种子撒匀 , 且工作效率低 , 不能满足建坪建设的要求。 因此，研究草坪播种机是十分必要的， 具有广阔的前景，草坪播种机在生活中具有广泛的应用，今年来受到国家的重视发展迅速，草坪建植机械也得到了大力支持发展，结合国内草坪播种机现状，通过与国外同类机械对比找出国内播种机的不足并且给予改进。 关键词 ：手推式草坪播种机 工作原理 现状与发展 he of of in an of of of is In in or in a of it a in at is is in is in is of to up is a in to of of of of 录 摘 要 . I . 、前言 . 1 题来源 . 1 题的研究目的及意义 . 1 题主要研究的内容 . 1 草坪播种机的应用及国内发展现状 . 2 国外研究现状及发展趋势 . 2 草坪播种机的发展趋势 . 4 国内草坪播种机存在的不足 . 4 2、总体方案的对比与确定 . 5 案比较 . 5 主要技术数指标和重要技术参数 . 7 动方案的确定 . 7 3、设计计算说明书 . 9 轮的设计 . 9 动参数的计算 . 9 力参数计算 . 10 锥齿轮的设计计算 . 11 择材料，热处理方式及精度等级 . 11 齿面接触疲劳强度设计 . 11 算齿轮的主要尺寸 . 12 算轮齿弯曲疲劳强度 . 13 的设计计算 . 14 动轴的设计 . 14 动轴的设计 . 18 速器主体尺寸的设计 . 22 种器叶轮的设计 . 23 承的选择和校核 . 24 动轴轴承的选择 . 24 据滚动轴承型号，查出 . 24 核轴轴承是否满足工作要求 . 24 的强度校核 . 26 动轴上键的强度校核 . 26 动轴键的强度校核 . 27 结 . 28 结 论 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 29 1 1、前言 题来源 随着人类生活水平和环保意识的提高，草坪的作用也体现得越来越重要了。它具有美化环境、净化空气、调节温度湿度、降噪等作用。草坪的播种目前主要有人工播种和机械播种。小面积可用手撒播或利用人工手摇播种机播种，大面积必须用专门播种机播种 。用手播种不如机械播种均匀，且机播效率更高。机械式播种机也是品种繁多，主要已拖拉机牵引式离心播种为主，但小面积地块不适用。专用的草坪播种机还处于起步阶段 , 草坪草种子细小 ,用手撒的方法不仅不易将种子撒匀 , 且工作效率低 , 不能满足建坪建设的要求。 因此，研究草坪播种机是十分必要的。 题的研究目的及意义 草坪在城市园林绿化和国土绿化中占有重要的位置，对于平衡生态环境有很重要的意义。草坪不但可以美化环境，净化空气，调节小气候，降低噪音，保持水土和防止灾害等，而且还可以降低人的心理压力，消除疲 劳，恢 复休力。随着人类生活水平和环保意识的提高，草坪的作用也体现得越来越重要了 。草坪的产量固然离不开草坪播种机，近年来随着国家对草坪建植的重视着重发展草坪建植机械。然而，目前我国草坪种植手段还非常落后，种植机械的研究还处于起步状态， 专用的草坪播种机还处于起步阶段 , 草坪草种子细小 ,用手撒的方法不仅不易将种子撒匀 , 且工作效率低 , 不能满足建坪建设的要求。 因此，研究草坪播种机是十分必要的，具有广阔的应用前景。 题主要研究的内容 手推式草坪播种机的设计是通过人的平均步速作为驱动力，机器工作时人的正常平均 步速推动地轮带动地轮轴转动，通过增速 转换机构传递到执行构件。种子靠 2 重力和安装在种子箱底部的搅种装置顺利通过种子箱底部的落种口下落到作为执行构件的播种器叶轮上，在播种器叶轮高速旋转产生的离心力的作用下撒播于地面。主要设计工作主要包括以下几个方面：传动装置的设计，机架及其零部件的安装。 草坪播种机的应用及国内发展现状 播种机是农业生产中关键作业环节，必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮，因而对产 量的影响也很大。草坪是高度培育的特殊草地 , 随着草坪面积的扩大 , 品质的提高 , 草坪业逐渐由单一的人工作业向半机械化、机械化、自动化过渡 ,草坪的播种一般都有专用的播种机，通过自身原理使种子从排种口落下完成播种过程。草坪播种机广泛应用于一些促进旅游业发展，城市绿化美化，体育事业的发展（足球场，田径运动场等），水土保持，公路护坡等领域。 近几年来，国内草坪业的发展速度十分迅速，全国各地的草坪绿化面积在近几年内迅速增加，不但提高了城市绿化覆盖率，也改善了城市综合生态水平。近几年不断开发和引进新技术，这些新技术的广 泛应用给草坪业带来了一场新的革命，从而提高了草坪的养护管理水品，推动着我国草坪业发展。近 10年来，我国在草坪建植等方面得到了充分的发展，运动场草坪在这一时期内完成了由北京，天津，上海，广州等经济发达地区向沿海经济区内陆城市的辐射，并在全国范围内逐步形成了以草坪业为核心的产业链。 2001 年绿化面积为 94 万 h ， 2010 年发展到了 213 万 h ，增长了 。草坪播种机在全国各地也是应用广泛。如淮安中绿园林机械公司制造的 草坪播种机，适合中小面积草坪播种、施肥，播种、施肥量随意可调，播撒均匀，机架为人 力手扶推行型，体积小，重量轻，操作方便。广州卓华贸易生产的 用螺旋圆锥体施肥播种设计，使其更加均匀，减少不必要的浪费。 国外研究现状及发展趋势 3 目前国外的精密播种机已经达到了相当完善的程度，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。 20 世纪 80年代，美国，澳大利亚，加拿大，法国等西方国家开始研制并广泛使用气力式精密播种机械。国内也有很多的播种机，大部分引进外国技术，播种机一般分为四种类型： （ 1）点播机 ，点播机靠种子或化肥的自重下落进行播种，也称跌落式播种机，一般有手持式和推行时两种。这种机械适用于小面积的补播。撒播机指靠星式转盘的离心力将种子向四周抛撒实现播种的机械。抛撒的量通过料斗底部落料口开度的大小调节。抛撒距离取决于转盘的转速。 （ 2）撒播机，撒播机的排种为离心式排种器，是草坪播种机应用最广泛的排种器，机构中有一个可高速旋转的圆盘，圆盘上都有四条齿板，种子箱内的种子通过排种口落到圆盘上的齿板之间，在驱动机构的驱动下，圆盘高速旋转，种子随圆盘一起转动，在离心力的作用下种子不断沿径向由内向外滑动 。当种子脱离圆盘后，继续沿径向运动，并在重力作用下下落，由于受到空气阻力的作用，在空中散开，均匀落到地表完成播种过程。其中典型的是手推式撒播机，种子箱位于机架之上，由手柄和托架组成，地轮位于机架之下支撑机架并传递动力。在地轮轴中有一对锥齿轮，当地轮带动地轮轴转动时，与地轮轴刚性连接的锥齿轮带动与其啮合的锥齿轮转动，从而带动撒种盘旋转，完成种子的撒播。如北京绿洲草业开发中心新研制的手持或肩挎式撒播机撒播的幅宽为 4 6m，料斗大约放 10柄摇动的速度为 40 60 转 /分，行走速度 3km/h， 生产率约1 时。 （ 3）喷播机： 主要由机架、输送器、风机和喷洒器组成。适用于无性繁殖的草种。气流喷播机更多用于播种后对坪床的覆盖作业，也叫草坪喷铺机。如美国 260、 用于无性繁殖草坪草的根茎、匍匐茎的撒播，也可以将麦秸粉碎喷铺在草坪坪床表面。 2液压喷播机 主要由车架、搅拌箱、机动泵和喷枪组成。喷播机是以水为载体，将经过处理的植物种子、纤维覆盖物、粘合剂、保水剂及植物所需要的营养物质，经过混合、搅拌，再喷洒到需要种植的地方 。 （ 4）补播机，由于草坪管理不善或利用不当使草坪稀疏或有缺斑现象，这就 4 要求进行补种或再次播种。草坪补播有专门的补播机，它由一些独立浮动安装的圆盘、种子箱和一个可以用注水增加重量的圆辊组成些独立浮动安装的圆盘、种子箱和一个可以用注水增加重量的圆辊组成。圆盘的作用是开沟，种子从种子箱中通过导管撒在圆盘所开的沟，辊子是用于将草种与土壤压实，若土壤较坚硬，辊子还可以浇水，使土壤软化后再播种。例如蓝鸟 牌 补播机为 &播种宽度为 46种密度可以调整。 国外离 心式草坪播种机已经普遍于社会，结构简单，灵活耐用，不受地形、环境和气候的影响，不仅适用于大面积建坪，更适用于在复杂场地条件下建坪使用。 2实施保护性耕作，可以减少对土壤的频繁翻耕，蓄水保墒，改善作物生长环境，对于作业方面耗时少，又能保护水土。 草坪播种机的发展趋势 随着科学技术的发展， 我国草坪播种机技术水平日益完善 , 应当 充分利用现代科技成果，进一步推广精密化播种 。目前我国草坪领取越来越广泛，应对草坪播种机规划并且发展。根据待播面积来确定机型，更具有选择性和多样性 。对草坪播种机的 装置材料的选择，提高零件的强度和刚度，减少磨损，降低成本。对零件的制造工艺有一定的要求，零件间的配合要达到一定的要求，提高播种的效率。降低机器作业时的噪音以及减少零件之间的摩擦。结合人机工程人体力学使作业时减少疲劳度，更加有利于操作。此外，还应该积极向其他国家学习，引进他们的先进技术，在原有的基础上加上自己的创新理念，研发出具有适合我国现状的草坪播种机，采用适当的材料，提高效率，节约成本，满足广大草坪作业者的需求。 国内草坪播种机存在的不足 我国的播种机以传统的谷物条播机为主，草 坪播种机以撒播为主，与国外的水平相比还存在很多问题，以前国家不是很重视，一直以来落后于国外一些国家。目前国外的精密播种机已经达到了相当完善的程度，其排种装置多采用新的工作 5 原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。近十年，国家大力扶持草坪建植业，也取得了不小的进步，现国内播种机存在问题：效率低。 1.工作速度低。播种机工作幅宽小。排种器的排种效率低。播种质量不理想，容易有漏播的情况。 适宜长时间作业，耗费人力资源。 适应各种地面要求。 力不均衡。 济性差，不能满足个体户使用。 试图改造利用再生能源作业。 2、总体方案的对比与确定 2、 1 方案比较 常用的播种方式按播种方式有：撒播、条播、穴播、精播等。它们各有如下特点： （ 1）条播：将种子按要求的行距、播量和播深成条的播入土壤中，然后进行覆土镇压的方式。种子排出的形式为均匀的种子流，主要应用于谷物播种：小麦、谷子、高粱、油菜等。 （ 2）穴播：（点播）：按照要求的行距、穴距、穴粒数和播深， 将种子定点投入种穴内的方式。主要应用于中耕作物播种：玉米、棉花、花生等。与条播相比，节省种子、减少出苗后的间苗管理环节，充分利用水肥条件，提高种子的出苗率和作业效率。 （ 3）精密播种：按精确的粒数、间距、行距、播深将种子播入土壤的方式。是穴播的高级形式。 （ 4）撒播：将种子按要求的播量撒布于地表的方式。一般作物播种很少使用这种方法，多用于大面积种草、植树造林的飞机撒播。 可见，要将草籽大面积的种植。根据草坪种子体积小，散种量较大，使用范围很广，所以播种器采用转盘的形式来播种，通过传动使播种盘产生离心力将草籽播出。不仅播种面积有所增加，工作效率也会大大增加。 6 7 主要技术数指标和重要技术参数 计划设计播种机的主要设计参数 : （ 1）功率： 348 W （ 2）轮子转速： 89 r/ 3）净重量： 40 4）变速要求：单级 （ 5）叶轮半径： m （ 6）播种幅宽： 0.8 m （ 7）播种容积： 30L 动方案的确定 传动装置分为齿轮传动、链传动、皮带传动、丝杠传动和减速器。而减速器的类型有很多，不同类型的减速器有不同的特点，选择减速器类型时，应该根据各类减速器的特点进行选 择。常见的减速器有；圆柱齿轮减速器、单级锥齿轮减速器、圆锥 杆减速器和 行星齿轮减速器。作业者在正常行走速度下操作播种，传递出去的力应通过增速转换机构传递。由于增速转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在播种机动力输入构件和增速转换机构的运动输入构件之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。为了使所设计的播种机结构紧凑，采用齿轮传动。齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，直齿锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动的轴线相互 平行，不能起到两轴垂直的作用，因 此不能作为传动方案。直齿锥齿轮传动和的两轴轴线是垂直的，可以满足转动需求。但是蜗轮蜗杆传动的效率低，一般是蜗杆主动，且轴线空间交错，应用到播种机械中，会使支撑结构复杂，影响整体结构紧凑效果。如图 3本次选择的圆锥减速器。 8 图 2锥减速器示意图 9 3、设计计算说明书 轮的设计 地轮是两个直径为 30车轮表面有橡胶皮套以防止震动。在车轮的轴孔中铣一个 8 7 的键槽。在轮辐上制作 6 个直径为 40孔。设计的结构如图 4 动参数的计算 以速度 v =5.5 km/h 来设计；考虑到我国一般草坪地块面积小，幅宽窄的特点，撒种幅宽 D 设计为 0.8 m，设计参数叶轮半径 r 为 m ,考虑叶轮距离地图 3 子 结 构 示 意 图 10 面要有一定的高度选择地轮半径 m，叶轮距离地面的高度 H 为 m。 根据运动学基本原理，忽略种子与播种盘之间摩擦的情况下，传动比为： 2/122212122 ）（d （ 3 式中 力参数计算 草种子较轻，容易甩出，不需要过大的动力，有经验取人的推力为 F 为250N,所以两个地轮上所受力的大小为： 125 N 地轮提供转矩带动撒种盘进行机械运动，假定撒种盘所受的力全部来自地轮 则： P 轮 = F v =250 382 W （ 3 地轮转速： n = 64r/选 8级精度直齿锥齿轮 主动轴承（球轴承） 从动轴承（球轴承） 传动机构总效率： 321 动轴上的所传递的功率大小为： 1 382 从动上的所传递的功率大小为： 21 382 主动轴上的转速大小为： 289 r/11 轴 上的转速大小为： =r/锥齿轮的设计计算 直齿锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面，计算步骤如下： 择材料，热处理方式及精度等级 （ 1）齿轮材料。热处理方式由参考文献 1表 6 =（ 30 50） 齿轮选用 40质处理，齿面硬度 241 286齿轮选用 42质处理，齿面硬度 217 255 （ 2）精度等级。估计圆周速度不大于 3m/s，根据参考文献 1表 6选 8级精度。 齿面接触疲劳强度设计 （ 1）确定公式中的各参数值 1）选齿数。小齿轮齿数 20, 56 2） 确定极限应力 ，由参考文献 1图 6齿面硬度中间值 260得小齿轮 801 。由参考文献 1图 6齿面硬度中间值 230402 。 3） 确定寿命系数 题意可知： 。 4）许用应力由参考文献 1表 6得， 。由参考文献 1式（ 6 M P 80116801l i m 1l i （ 3 M P 40116402l i m 2l i （ 3 5）载荷系数 K。考虑锥齿轮是悬臂布置，由参考文献 1表 6= 6）计算小齿轮传递的转矩 T1 61161（ 3 12 7）齿宽系数 R 。取 。 8）节点区域系数。 Z 。 9）确定材料系数 由参考文献 1表 6 。 （ 2）计算 1d 和 v 1）小轮大端分度直径 （ 3 2）小齿轮齿宽 中点的分度圆直径1 1 （ 3 3）圆周速度： m 1 （ 3 故 8级精度合适。 算齿轮的主要尺寸 （ 1）模数 m （ 3 圆整取 。 （ 2）实际大端分度圆直径 020211 （ 3 1 256222 （ 3 （ 3）锥距 R 21 （ 3 （ 4）齿宽 b 13 （ 3 （ 5）分度圆锥角 1 和 2 9 3 3 s 221 ， （ 3 2 （ 6)当量齿数 s 20co s 111 （ 3 o s 56c o s 222 算轮齿弯曲疲劳强度 （ 1）确定极限应力由参考文献 1图 6齿面硬度中间值 260得小齿轮 90，由参考文献 1图 6齿面硬度中间值 230得大齿轮 802。 （ 2）确定寿命系数 题意可知： 。 （ 3）确定最小安全系数 查参考文献 1表 6 S 。 （ 4）确定许用应力 m Y （ 3 2 9 01m i i M P F 2802m i n 22l i （ 5）复合齿形系数1参考文献 1表 6 （ 3 14 （ 6）计算弯曲应力 ： （ 3 21212 P （ 3 所以齿轮弯曲强度足够。 的设计计算 动轴的设计 （ 1）选择主动轴的材料及热处理方法 该轴无特殊要求，选择 45钢调质处理，有参考文献 1表 9 1- =60 2）初步估算轴径 按钮转强度估算最小直径 按参考文献 1公式（ 9由参考文献 1表 9 = 126 103，取 C=115 33m i n （ 3 此轴头上有一键槽，将轴径增大 5%，即 该轴头安装地轮，根据参考文献 21得地轮内孔直径，取 d = 25 （ 3）主动轴的结构设计 1）确定轴各段直径。如图 3据轴各段确定原则，从最小直径开始，轴段 、 为轴的最小直径，已取定 d1=5段 考虑地轮定位，取 0段 安装轴承，为便于装拆应取 d3与轴承内径标准系列相符，故 5承型号为 7207）；轴段 安装齿轮，取 0段 为轴环，考虑齿轮定位和固定，取 8段 考虑轴承定位与固定，取 2段 安装轴承，取与轴段 同样的直径，取 5段 取与轴段 同样的直径，取 0 15 2）确定轴的各段长度。齿轮轮毂宽度为 48保证齿轮固定可靠，轴段 的长度应小于齿轮轮毂宽度 2 6保证齿轮端面与箱体内壁不相碰撞及轴承拆卸方便，齿轮端面与箱体内壁间应有一定间隙，取两者间距为 23保证轴承含在箱体轴承孔中，取轴承端 面距箱体内壁距离为 2轴段 、 长度 6=25据轴承宽度 B=17轴段 长度 7据小齿轮直径，取轴段 长度 2+40+23+2+17） =84保证地轮不与轴承端盖相碰，取 22+50） =728，根据地轮轴孔长度 60 9=58 （ 4）按弯扭组合强度进行强度校核 1）齿轮上作用力的转矩： 5 7 989 3 齿轮端面的分度圆直径： d = m z =56 2 = 112 （ 3 圆周力： 251124057922t 轮（ 3 径向力： o st a n （ 3 轴向力： 8c o st a n （ 3 2）绘制轴的受力图，如图 33 图 3动轴结构 16 3）求水平面内的支反力及弯矩。 求支反力 61 5 5 56 6 1 求截面 2 2 图 3平面上的弯矩 图 3平面受力 17 4）求垂直面内的支反力及弯矩 求支反力 求截面 8 求截面 7 2 9 4 图 3直面 上的弯矩 图 3直面受力 18 5）求合成弯矩 求截面 22 121（ 3 求截面 5 222 222（ 3 6）按弯扭合成应力校核轴的强度 校核危险截面 C 强度。由于轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，查参考文献 3,取 =的计算应力 M P 7)(32222 2 （ 3 前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，并查得 1 = 60 此 1 ,故轴安全。 动轴的设计 （ 1）选择主动轴的材料及热处理方法 该轴无特殊要求，选择 45钢调质处理，有参考文献 1表 9 1- =60 2）初步估算轴径 按钮转强度估算最小直径 按参考文献 1公式（ 9由参考文献 1表 9 = 126 103，取 C=115。 33m i n ， 图 3成弯矩 19 此轴头上有一键槽，将轴径增大 5%，即 4 4.2 该轴头安装离合器，取 d = 20 （ 3）主动轴的结构设计 1）确定轴各段直径。如图 4据轴各段确定原则，从最小直径开始，轴段 为轴的最小直径，已取定 0段 安装轴承，取 5轴承型号为