玉米精密排种器的建模与仿真.doc

目目 录录 中文摘要 关键词 1 英文摘要 关键词 2 1 绪论 3 1 1 选题的目的和意义 3 1 2 精密排种器目前的发展现状及其分类 3 1 2 1 精密播种及其应用现状 3 1 2 2 机械式精密排种器 4 1 2 3 气力式精密排种器 7 1 2 4 其他类型的精密排种器 8 1 3 计算机辅助设计 CAD 技术 9 1 3 1 计算机辅助设计技术 CAD 的简介 9 1 3 2 对排种器数字化设计的研究背景及其展望 9 1 4 本文的研究内容和方法 12 2 组合内窝孔精密排种器工作原理及结构设计 13 2 1 组合内窝孔玉米精密排种器的选取依据 13 2 2 组合内窝孔玉米精密排种器的结构和工作原理 13 2 3 组合内窝孔玉米精密排种器的结构设计 14 2 3 1 玉米种子的三维尺寸测量与分析 14 2 3 2 排种器的型孔设计 15 2 4 本章小结 18 3 精密排种器的数字化设计 19 3 1 基于特征的参数化设计基础理论和方法 19 3 1 1 特征技术和参数化建模技术简介 19 3 1 2 参数驱动及其特点 20 3 1 3 数字化建模开发平台的选取 21 3 2 基于 Pro E 的精密排种器的数字化建模 22 3 2 1 精密排种器三维数字化实体建模过程 22 3 3 本章小结 27 4 精密排种器的装配与运动仿真分析 28 4 1 Pro E 装配思想介绍 28 4 2 精密排种器的装配连接 28 4 3 精密排种器的运动仿真分析 30 4 3 1 运动仿真的工作流程 30 4 3 2 精密排种器的运动学仿真 30 4 3 3 运动结果的处理 32 4 4 本章小结 34 5 结论与展望 35 5 1 结论 35 5 2 展望 35 参考文献 36 致 谢 38 摘摘 要要 针对长期以来精密排种器的研制存在生产周期长 成本高 而且当产品制造出来后 经常会出 现零部件之间相互干涉而无法装配等缺点 本文介绍了应用 Pro E 软件进行精密排种器虚拟制造和 运动仿真的过程 首先本文介绍了所研究的组合内窝孔精密排种器的结构和工作原理 确定了其型 孔的结构和数目 并对其特有的充填孔和内窝定量孔的形状和尺寸进行了分析和讨论 得到了结构 简单 符合播种要求 适应高速播种的内窝孔轮 然后对该精密排种器的各零部件进行三维建模 并对其进行约束和链接装配 形成精密排种器装配体 然后进行运动仿真 展示在虚拟环境下的运动 特性 最后对仿真结果进行处理 测试精密排种器的运动性能和检测干涉情况 从而对错误进行修改 结果表明 该方法提高了精密排种器设计的准确性和效率 代替了物理样机的制造和试验 大大降低 了成本 关键字 关键字 玉米 排种器 数字化设计 运动仿真 Pro E Abstract Facing the long standing problems existing in the development of the precision seeding device as the prolonged production period the high production cost and the difficulty in the final assembly because of the interference between the interacted parts a process of the virtual manufacturing and motion simulation of the precision seeding device was introduced applying the Pro Engineer software First the paper introduces the structure and working principle of the precision seeding device with combination inner cell determining the structure and the number of the type hole and the shape and size of its unique filling hole and the metering inner cell are analyzed and discussed obtaining the inner cell wheel with simple structure meeting the planting requirements and high speed sowing Then the various components of the precision seeding device are modeled for three dimension The final assembly of the seeding device was formed by restricting and connecting its parts 3 D models Its motion simulation was performed to demonstrate the movement characteristics in the virtual environment Finally the simulation results were processed to check the movement characteristics of the seeding device and to correct the possible interferences The results showe that the proposed process improves the accuracy and efficiency of the precision seeding device design and deduces the development cost by using the virtual space instead of the physical space Keyword maize seeding device digital design motion simulation Pro E 1 1 绪论绪论 1 11 1 选题的目的和意义选题的目的和意义 精密播种是指按照精确的粒数 间距与播深 将种子播入种沟或种穴 并覆土的 播种过程 精密播种可以节省种子 减少间苗时间 大大降低劳动量和劳动强度 而 且精密播种可以有效地避免多余种子争水争肥现象的发生 保证种苗具有良好的生长 环境和势头 提高作物产量和质量 精密播种机是实现精密播种的主要手段 而排种 器是播种机得以实现精密播种的核心部件 是决定播种机特性和工作性能的主要因素 排种器的工作机理和结构是否合理将直接影响到播种机的播种精度 播种速度 制造 成本以及对种子的适应性等各个方面 因此有必要对精密排种器进行研究 以进一步 提高精密播种质量 精密排种器由于自身的特点和工作对象的复杂性 研制一直采用传统的经验或试 验设计的方法 该方法需要经过样机设计 样机试制 田间试验 改进设计 再试制 试验等多个步骤 其缺点是工作量大 效率低 研制周期长 成本高 数字化设计技 术是基于产品描述的数字化平台 建立基于计算机的数字化产品模型 并在产品开发 试验和分析过程中全程采用 达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术 采 用数字化设计方法 针对排种器数字化模型进行分析和仿真 能够有效缩短排种器的 开发周期 同时降低产品的开发成本和制造成本 对于提高排种器设计水平和农业机 械产品开发具有重要的意义 1 21 2 精密排种器目前的发展现状精密排种器目前的发展现状及其分类及其分类 1 2 11 2 1精密播种及其应用现状精密播种及其应用现状 播种是农业生产中的关键作业环节 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 使作物获得良好的生长发育条件 播种质量的好坏 将直 接影响到作物的出苗 苗全和苗壮 因而对产量的影响很大 1 精密播种是指将预定数量的种子播到土壤的预定部位 从这个定义可以看出 精 密播种既包含对播种数量的要求 也包含对种子二维空间坐标位置的要求 这也就是 通常评价播种质量用到的行距 株距 播种深度以及每穴粒数等指标 2 由于精密播种 不仅能大大节约种子 同时还能按照农艺要求均匀地将种子播于土壤中 保证种子在 田间最合理分布 株距均匀 达到出苗早 苗齐 苗全 苗壮 减免人工间苗或其他 作业 获得高产和较高的经济效益 农业专家研究表明 在相同条件下 采用精密播 种技术使植株均匀分布 可以增产7 15 3 所以 许多国家都在不断地进行精密播种 的研究及提高的工作 精密播种是上世纪40年代末开始发展起来的新技术 包括排种的精密性 定量排种 粒距的准确性和播深的稳定性等三个方面 4 国外精密播种机的研究从20世纪40年代就开始了 目前在欧美国家 精密播种已达 到相当完善的程度 在我国 精密播种机的开发和研究开始于70年代初 至今还没有 得到普遍应用 其中原因很多 但主要是由于没有适用的排种器 排种器是播种机的心脏 它是实现精密播种的关键所在 排种器的主要作用是实 现种子的分离 其工作过程主要包括充种 清种 护种 投种 其中适合于玉米精播 的排种器按工作原理分主要有机械式排种器和气力式排种器 1 2 21 2 2机械式精密排种器机械式精密排种器 机械式精密排种器根据种子形状和大小 利用排种器的型孔将种子从种群中分离 出来 充种 清种和卸种等环节靠种子自重或机械装置来完成 具有结构简单 维护 方便 成本低等优点 在生产应用中得到了广泛应用 缺点是对种子尺寸要求严格 作业速度较低 常用于中小型播种机上 机械式精密排种器主要有水平圆盘式 垂直 圆盘式 倾斜圆盘式 指夹式 窝眼轮式 孔带式 勺式等 1 水平圆盘式排种器 水平圆盘精密排种器是国内外研究最早 应用最广的排种器 适合于播种扁平大 粒种子 如玉米等 工作性能可靠 早期的玉米精播机大都采用这类排种器 5 2003年 廖庆喜等对玉米水平圆盘精密排种器的型孔进行了研究 该排种器主要由动盘 定盘 推刮种器 锥齿轮和底座等组成 如图1 1所示 其工作原理为水平圆盘作周期性旋转 种子在重力及离心力作用下囊入型孔 刮种器刮掉多余的种子 然后型孔内的种子通 过推种器将型孔中的种子推出 其特点是充种行程长 结构简单 制造容易 造价低 廉 但对种子尺寸要求严格 须按照种子的不同尺寸级别配用相应的内窝孔轮和合理 的推刮种器 我国的MBJT 6精密播种机 2BZ 6播种中耕通用机采用的都是水平圆盘 式排种器 图图1 1 玉米水平圆盘式排种器玉米水平圆盘式排种器 图图1 2 内侧囊种垂直圆盘式排种器内侧囊种垂直圆盘式排种器 2 垂直圆盘式精密排种器 1991年 马连元 6 等报道了一种内侧囊种垂直圆盘式排种器 如图1 2所示 该排 种器被称为我国在精密排种器研制方面的一次重大突破 该排种器由排种轮 壳体 护种板 种子箱 清种圈等主要零部件组成 排种轮周缘均布三面敞开式窝孔 种子 经进种口进入排种轮内腔 排种轮旋转 种子利用重力 离心力沿径向充入排种轮周 缘的窝孔中 并借助排种轮端面与壳体形成的空隙中种子相互摩擦所产生的侧向力 从排种轮端面充入窝孔 在清种区段时 大窝孔中的种子受重力作用而回落到排种轮 内腔 此时重力的径向分力大于离心力 内窝定量孔中的种子靠孔壁的支撑和种子的离 心力而将种子保留在内窝定量孔中 实现精确定量的目的 在护种区段时 由护种板 护住窝孔中的种子 使种子不漏入内腔 直至投种区时 种子在重力和离心力作用下 由壳体投种口向下方投出 从而完成充种 清种 护种 投种连续循环工作过程 该 排种器囊种性能好 对种子损伤小 通用性好 对种子尺寸要求不严 大豆 玉米种 子可共用同一尺寸的型孔 7 我国2BJT 4型 2BMJ 6型精播机上的采用的就是该类型 的排种器 1998年 于建群 8 等研制了一种新型的内侧充种垂直圆盘式排种器 组合内窝孔 玉米精密排种器 如图1 3所示 其结构和原理与马连元的相似 该排种器的特点是 采用阶梯形内窝定量孔 以实现不同形状和尺寸种子的精确定量 在投种口处开有一 种新型的卸种槽 利于种子投种 3 倾斜圆盘式精密排种器 1999年 李成华 马成林 9 等报道了一种倾斜圆盘勺式玉米精密排种器 该排种器 主要有壳体 投种轮 分种勺盘等组成 如图1 4所示 其工作原理为种子进入持种空 间 当分种勺转到一定高度时 处于分种勺开口上部的非稳定状态的种子在重力作用 下落回到充种区 而处于持种空间内部的稳定状态种子则随着种勺的转动到达排种器 上部 并在种子的重力和种勺推力的共同作用下穿过隔板上的开口落人到投种轮中 投种轮带动种子到达投种口 在重力和离心力的作用下 种子脱离排种器完成投种 图图1 3 组合内窝孔玉米精密排种器组合内窝孔玉米精密排种器 图图1 4 倾斜圆盘勺式玉米精密排种器倾斜圆盘勺式玉米精密排种器 特点是排种器的转速和倾角对漏播率没有明显影响 而重播率受排种器转速和倾角的 综合影响 4 指夹式排种器 1986年 周祖良等设计出一种指夹式玉米精密排种器 10 该排种器主要由指夹器 颠簸器 排送带 外壳等组成 如图1 5所示 排种器工作时 地轮的动力传给排种轴 使装有指夹器的固定盘转动 依靠凸轮使指夹器在转动过程中定时开启与关闭 开启 时指夹器进入种子层充种 关闭后将种子运往颠簸器清种 除去多余种子 使夹指腔 中只留一粒种子 再经卸种口将种子投入背面的排种室 被排种带送到下方通过排种 口投入种床 这种排种器的缺点是结构复杂 只能精播玉米 通用性差 指夹板对尺 寸差异不大 形状规则的种子比较适应 排种性能较好 而且稳定 对于扁平或细长 的种子 夹种性能下降 7 美国约翰迪尔公司生产的7000型精密播种机采用的就是一种 指夹式排种器 5 窝眼轮式精密排种器 窝眼轮式 型孔式 排种器是一种常见的用于中耕作物点播的排种器 主要由窝眼 轮 刮种片 护种板 投种片等组成 如图1 6所示 该排种器的工作部件是一 个绕水平轴旋转的窝眼轮 窝眼轮转动 时 种子靠重力充入窝眼内 经刮种片 刮去多余的种子后 型孔内剩余的那粒 种子随型孔沿护种板转到下方 利用重 力和投种片投入种沟 它适宜于播丸粒 化种子 而以播球状种子效果最好 该 排种器结构简单 投种高度低 通过更 图图 1 7 孔带式精密排种器孔带式精密排种器 图图 1 5 指夹式玉米精密排种器指夹式玉米精密排种器 图图 1 6 窝眼轮式精密排种器窝眼轮式精密排种器 换不同型孔孔径的窝眼轮能点播玉米等多种作物 但对种子需清选分级且易伤种子 不适合高速作业 11 6 孔带式精密排种器 孔带式排种器曾应用于英国斯坦赫公司S870型精密播种机 该排种器主要由种箱 型孔带 清种投种轮 驱动轮 监测器滚轮等组成 如图1 7所示 其主要工作部件是 一个柔性的橡胶带 其上有型孔 位于胶带上的种子靠重力充入运动方向与播种机前 进方向相反的胶带型孔内 由护种板护种 由清种轮清除多余的种子 当种子运动到 投种口时 利用投种轮推力和重力的作用投入种沟 11 该排种器结构简单 紧凑 胶 带易拉伸变形 对种子尺寸要求严格 不适于高速作业 1 2 31 2 3气力式精密排种器气力式精密排种器 气力式排种器是用气体的压力 正压或负压 进行充种 清种或吸取种子 完成单 粒或双粒抓取种子 进行高速精密排种 它对种子尺寸要求不高 伤种率低 排种频 率高 适应高速作业 七十年代以来发展较快 出现许多新结构 按工作原理 它又 分为气吸式 负压吸种 气吹式 正压充种 清种 和气压式等类型 其中 气吸式和 气吹式发展历史较长 使用较为成熟 气压式则系美国七十年代研制的新式气流播种 机 气力式排种器具有适应性强 通用性好 不伤种和对种子尺寸要求不严等优点 适应高速播种作业 在国内外已广泛应用于大中型精密播种机上 但它结构复杂 需 要在播种机上安装风机 气密性要求较高 风机需要消耗大的功率 近年来气力式排 种器在我国应用范围逐步扩大 1 气吸式排种器 气吸式排种器是利用排种元件两侧形成的负压进行排种的 根据结构不同可分为 圆盘型和滚筒型 前者以法国生产的 苏加木 圆盘吸孔式排种器为代表 后者以斯 图图1 8 圆管气吸式排种器圆管气吸式排种器 图图1 9 气力轮式排种器气力轮式排种器 路茨基排种器为代表 4 2008年 孙松涛 张晋国等研制了玉米精播圆管气吸式排种器 该排种器主要由吸种管 U形套 刮种器 风机管道等组成 如图1 8所示 工作时 在地轮带动下 吸种管以一定转速顺时针转动 风机同时在吸种管内产生负压 吸种 孔转到充种区时在负压空气的作用下吸附种子 被吸附的种子随吸种管转到种箱另一 侧 被种箱下的推种片刮落 进入接种漏斗 该排种器具有作业质量高 排种均匀性 好 种子损伤率低 适用于高速作业等特点 2 气吹式排种器 气吹式排种器是在机械式垂直窝眼轮式排种器的基础上 采用气力压种 清种的 原理使排种质量大大提高 其代表有德国 埃罗马特 气吹式排种器和吉林大学研制 的气力轮式精密排种器 12 气力轮式精密排种器主要由排种器壳 排种轮 清种器等 组成 如图1 9所示 工作时 供种轮使种子在充种区内保持一定高度的种子面 种子 在重力和气压作用下充入型孔 一个孔中充有几粒种子 当充入种子的型孔转到吹嘴 下方时 多余的种子被气流吹走 只剩下一粒被气流压住的种子随排种轮转动到投种 口 在重力和推种轮作用下投出 该排种器可以根据不同要求更换不同型孔的排种轮 以及调节不同的吹气压力来精播大豆和玉米 3 气压式排种器 气压式排种器利用排种器两侧形成的正压进行排种 并依靠低压气流将种子输送 到开沟器乃至种沟内 因而又名气送式排种器 按结构不同可分为内腔排种和外壳排 种 其典型代表是美国生产的 赛科洛 cyclo 500 气送式播种机 2001年 贺俊林等研制了一种新型气压式 精密排种器 如图1 10所示 排种器工作时 风机将一定流量和压力的空气送入充种区 其 上的弧形凹槽进入充种区时 型孔内外产生压 力差 一定粒数的种子被压附在充种槽内 当 经过清种区时 清种刷多余的种子清除 进入 护种区后 护种刷将气流隔断 种子进入投种 区后在重力 离心力以及部分气流的共同作用 下投种 该排种器在充种通道中种子面高度低 于100 mm时 会发生排种气压不足的现象 从而影响充种效果 1 2 41 2 4其他类型的精密排种器其他类型的精密排种器 1 磁力式排种器 磁力式排种器是通过用磁力控制种子质量来控制排种量 利用电磁铁吸头对经过 磁粉包衣的种子进行吸种 护种和投种 对种子尺寸和形状均没有具体要求 图图 1 10 新型气压式精密排种器新型气压式精密排种器 2 振动式排种器 振动式排种器通过控制内窝孔轮振动频率 倾斜角大小 使种子在内窝孔轮上形 成均匀的种子流来达到精播的目的 由于振动频率与种子质量大小有关 因此排种器 对种子质量大小有一定要求 即要求种子粒度均匀一致 而且对体积小 质量轻的种 子较难分离 1 31 3 计算机辅助设计 计算机辅助设计 CAD 技术 技术 1 3 11 3 1 计算机辅助设计技术 计算机辅助设计技术 CAD 的简介的简介 计算机辅助设计 CAD Computer Aided Design 技术 是指技术人员在设计过程中 以计算机为辅助工具 进行设计的一切实用技术的总和 计算机辅助设计包括的内容 很多 如 二维绘图设计 三维实体造型设计 概念设计 优化设计 有限元分析 计算机仿真 计算机辅助绘图 计算机辅助设计过程管理等 在工程设计中 一般包 括两种内容 带有创造性的设计 方案的构思 工作原理的拟定等 和非创造性的工 作 如绘图 设计计算等 计算机辅助设计作为一门学科始于 20 世纪 60 年代初 在 CAD 软件发展初期 CAD 的含义仅仅是图板的替代品 即 Computer AidedDrawing or Drafting 而非现在 我们经常讨论的 CAD Computer Aided Design 所包含的全部内容 CAD 技术以二维绘 图为主要目标的算法一直持续到 70 年代末期 以后作为 CAD 技术的一个分支而相对 单独 平稳地发展 进入 80 年代以来 计算机技术突飞猛进 特别是微机和工作站的 发展和普及 再加上功能强大的外围设备 如大型图形显示器 绘图仪 激光打印机 的问世 极大地推动了 CAD 技术的发展 CAD 技术已进入实用化阶段 广泛服务于 机械 电子 宇航 建筑 纺织等产品的总体设计 造型设计 结构设计 工艺过程 设计等环节 早期的 CAD 技术只能进行一些分析 计算和文件编写工作 后来发展到计算机辅 助绘图和设计结果模拟 目前的 CAD 技术正朝着人工智能和知识工程方向发展 即所 谓的 ICAD Intelligent CAD 另外 设计和制造一体化技术即 CAD CAM 技术以及 CAD 作为一个主要单元技术的 CIMS 技术都是 CAD 技术发展的重要方向 在工业化国家如美国 日本和欧洲 CAD 已广泛应用于设计与制造的各个领域如 飞机 汽车 机械 模具 建筑 集成电路中 基本实现 100 的计算机绘图 我国在 机械 CAD 技术方面的研究始于 20 世纪 70 年代中期 当时主要研究开发二维绘图软件 并利用绘图机输出二维图形 主要研究单位是高校 主要应用单位是航空和造船工业 20 世纪 80 年代初有些大型企业和设计院成套地引进机械 CAD 系统并在此基础上进行 开发和应用 取得了一定的成果 近 20 年来 我国许多高等院校 科研单位及一些大 企业都为机械 CAD 系统的科研开发做出了不懈的努力 推出了许多成功的用于绘图 分析计算及图纸档案管理的机械 CAD 软件 例如 华中理工大学的 Iutecad 软件 专 用于二维绘图的 CAXA 电子图板及其它一些专门进行有限元分析和机构运动分析的软 件 国内于 70 年代末开始农业机械 CAD 技术的大力推广应用工作 1 3 21 3 2 对排种器数字化设计的研究背景及其展望对排种器数字化设计的研究背景及其展望 1 基于离散元法的排种器数字化设计 精密排种器工作时 始终存在着种子之间及种子与排种器间的接触作用和种子群 体的运动过程 采用连续介质力学方法 研究种子之间及种子与排种器间的接触作用 和种子群体动力学 只能把种子群体作为一个整体来考虑 无法分析种子群体中单粒 种子的运动过程和种子之间时而接触时而又分离的不连续性 因此不能很好地分析排 种器中种子的运动过程 13 离散元法是20世纪70年代 Cundall提出的计算散粒群体力 学行为的一种数值方法 14 已成为研究散粒物料与边界接触作用和散粒群体动力学问 题的一种通用方法 并在岩土工程与风沙流动 散粒物料的输送 混合 筛分 颗粒 的结块与碰撞 土壤与机械的相互作用 化工过程装备和矿山装备等研究领域得到较 多应用 国外目前未见采用离散元法进行精密排种器研究的报道 2002年 梁留锁以简化的组合内窝孔精密排种器结构为边界模型建立了二维圆形 离散元法的计算模型 对组合内窝孔精密排种器工作时种子的运动状况进行了仿真分 析 揭示了最外层种子运动 种子面形状以及排种器极限转速的基本规律 15 2005年 于建群 付宏等人采用离散元法研究了散粒物料之间 散粒物料与农业机械工作部件 之间的相互作用以及散粒物料的流动过程 提出了由农业机械工作部件计算机辅助设 计模型建立其离散元法分析模型的方法 在此基础上实现了计算机辅助设计软件与离 散元法性能分析软件的集成 开发出了一种播种机精密排种器的集成分析设计系统 并通过实例验证了系统的可行性 16 2006年 孙裕晶采用于建群等人开发的基于CAD 边界模型的二维离散元分析软件LSY2D 建立了精密排种器部件和种子群联合模型 对常压下大豆精密排种过程进行了动态仿真分析 仿真结果表明 对于外充式垂直圆 盘型孔轮排种器 种子在排种轮中心线以下15 0 充种角范围内 可以进行排种型孔 的充填 种子之间的摩擦因数对排种性能影响较大 输种管参数对种子在种沟内分布 具有显著影响 2008年 于建群建立了种子和组合内窝孔精密排种器的离散元法分析 模型 采用离散元法分析该排种器的清种过程 通过改变排种器的CAD模型和离散元 法计算参数 分析不同尺寸和运动参数排种器的清种性能 并将离散元法分析结果与 试验结果进行比较 证明了采用离散元法分析排种器的可行性和优点 为精密排种器 的研究和优化设计提供了一种新方法 17 2 气力式排种器的流场仿真分析 国内外气力式排种器的研究较多 也有很多成功机型 许多农业先进的国家在50 年代就开始推广使用气力播种机 如美国的哈维斯特公司的Cyclo 500型气压式播种机 德国贝克尔公司的acromat II型气吹式播种机等 国内如吉林工业大学研制的气力轮式 排种器 中国农机院研制的2BJ 16气力式精密排种器等 但这些研究在分析气吸式排 种器的流场时 流场分析不仅缺乏实验测试的研究 理论上也只是简化为有势流动 基本是通过测量仪器得出的 并且没有对气吸式排种器的整体气室流场的压力场和速 度场进行分析 应用计算流体力学仿真排种器气室流场 同试验相比 具有可预先研 究 不受条件限制 信息丰富 成本低 周期短等特点 2005年 袁月明等采用ANSYS软件对水稻芽种在气吸式垂直圆盘排种器充种过程 中的速度场和压力场进行了模拟 并利用高速摄像技术 试验研究了精播水稻芽种排 种器的充填过程 排种器气室内流场模型的模拟结果与试验基本相符 表明可采用 ANSYS有限元软件的流体模块对其进行流场分析与性能预测 18 2006年 张敏等利用 ANSYS软件中FLOTRAN CFD对吸种滚筒排种部分的气体流场进行建模 分网 加载 求解后 得到了气流在排种器中的速度矢量分布图和11个排种孔的压力分布图 反映 了气流在排种器中的气流分布情况 并发现在气吸滚筒式精量播种装置中 排种部分 通过外接正压对排种有一定的帮助 但对远离进气口的排种孔则作用不大 远离进气 口的排种主要依靠种子自身的重力和惯性离心力的作用进行排种 19 3 基于虚拟样机技术的播种机数字化设计 在传统的播种机设计中 设计者首先要以平面图的形式表达出来 然后对其校核 修改 最后由生产者把平面图纸上的内容转化成三维的实物 这种方法存在以下缺点 在修改设计和系列化设计时 需要花大量的时间和精力手工绘图 设计手段落后 设 计效率低 不能实现预装配 无法进行装配干涉检验 图形表达不直观 在制造之前 无法看到零部件三维形状 许多问题只有在制造出产品后才能发现 产品的设计周期 长 成本高 采用虚拟样机技术进行播种机零部件参数化造型 可以解决上述问题 设计者可 以在计算机上建立样机模型 根据研究目的对样机进行结构分析及动力学分析 用数 字化仿真代替传统的物理试验 不仅可以缩短产品的开发周期 降低开发成本 而且 可以提高设计精度 改善产品质量 增强产品的竞争力 国外对播种机的设计应用 CAD 技术较早 对播种机的制造过程基本实现了参数化 设计和加工数字化 能够保证加工精度和产品的标准化 国内是近几年才开始采用虚 拟样机技术进行播种机研究 2000 年 郎庆东利用 Working Model WM 动态分析软件 进行小麦精密排种器工作过程动画分析 取得良好效果 2002 年 杨福增等人对早作 节水播种机零部件进行了参数化造型 在对该类播种机开沟器 排种器 地轮等零部 件的造型设计中探讨了技术要点 提高了早作节水播种机修改设计和系列化设计的效 率 20 2004 年 杨欣等人利用三维特征造型软件 Inventor 对小麦精密排种器进行参数 化特征造型和基于装配的关联设计 探讨了排种器三维建模过程中的技术要点和基于 装配的关联设计技术关键 并动态模拟装配过程和二维工程图 提高了排种器改型设 计和系列化设计的效率 确保了较高的设计精度 2005 年 孙裕晶采用基于 Pro E 和 ADAMS 的虚拟样机开发技术改进设计了气力轮式精密排种器 建立了虚拟样机模型 进行动态分析仿真研究 12 2005 年 李成华等人利用 Pro E 建模和装配 对铲式播种 机进行了虚拟设计 并采用 ADAMS 对其工作过程进行了动态仿真 进而采用神经网 络优化技术 确定了播种不同玉米种子时播种机的优化参数 为铲式玉米精密播种机 的设计提供了系统的理论和方法 21 2006 年 袁锐等人利用 Pro E 对建立的精密播种 机单体零件三维模型进行约束和连接装配 形成精密播种机单体整机装配 然后采用 ADAMS 软件对其进行运动仿真 经过对播种机单体在虚拟环境下的运动特性模拟 精密播种机单体的运动性能测试和干涉情况检测 发现并改正了设计过程中的错误 提高了精密播种机设计的准确性和效率 22 1 41 4 本文的研究内容和方法本文的研究内容和方法 1 通过阅读文献和查找相关资料 总结和分析国内外排种器的类型 并且对其进行 分类总结 最后 确定吉林大学于建群教授所发明的组合内窝孔精密排种器为本文的 研究对象 2 在对玉米种子 通科 1 号 的三维尺寸进行测定的基础上 结合北方的播种环境 和机器的作业速度 确定排种器的相关尺寸 型孔数目 充填孔 内窝定量孔的结构 和尺寸 3 将基于特征的三维参数化实体造型技术应用于精密播种器的计算机辅助设计中 以 Pro Engineer Wildfire2 0 为开发平台 建立排种器各零部件的 3D 实体模型 4 对排种器的运动进行计算机模拟动态分析 并对精密播种器进行虚拟装配和干涉 检验 应用 Pro Mechanism 分析模块对播种器进行仿真动画分析 2 2 组合内窝孔精密排种器工作原理及结构设计组合内窝孔精密排种器工作原理及结构设计 2 12 1 组合内窝孔玉米精密排种器的选取依据组合内窝孔玉米精密排种器的选取依据 1 技术背景 目前 国内外精播所用的排种器多为气力式 这种排种器结构较复杂 价格高 使用维护要求严 而型孔轮式机械精密排种器的结构复杂 价格低廉 使用维护方便 工作可靠 国内外学者普遍认为该排种器是播种大粒种子 如玉米 大豆等较理想的 排种器 但它存在着对种子形状尺寸要求严格 种子损伤率高和对高速作业适应性差 等缺点 介于上述分析 吉林大学于建群教授等人发明了一种复式型孔内侧充种精密排种 器 该排种器采用内侧充种和重力清种的工作原理 种子损伤率低 适合于高速作业 当采用阶梯型内窝孔时 可以在一定程度上适应不同形状和尺寸的种子 但还是存在 着阶梯型内窝孔制作工艺复杂和种子形状尺寸适应范围窄等缺点 为了弥补该缺点 于建群教授等人提出了一种改进结构的组合内窝孔精密排种器 2 组合内窝孔精密排种器的创新之处 为了使一个排种器能适应更宽范围的种子形状和尺寸 做成可调式定量孔往往是 最好的选择 而复式型孔内侧充