玉米钵苗移栽打穴机构设计.doc

玉米钵苗移栽打穴机构设计【优秀农业用机械设备全套课程毕业设计含SW三维3D建模及12张CAD图纸+带答辩ppt+22页加正文12000字】

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玉米 移栽 机构 机械设计 农业 机械设备 打穴机构 课程毕业设计
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玉米钵苗移栽打穴机构设计【优秀农业用机械设备全套课程毕业设计含SW三维3D建模及12CAD图纸+带答辩ppt+22页加正文12000字】

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玉米钵苗移栽打穴机构设计答辩PPT.ppt

行星臂.dwg

行星齿轮.dwg

装配图.dwg

.dwg

鸭嘴短.DWG

鸭嘴长.DWG

摘要

育苗移栽能够提早作物的生育进程、提高单产,能有效抵御大风、雨害、低温等自然灾害,并且节省种子。由于黑龙江的地理条件等因素,通常都采用铺膜种植的方式来提高地温,保墒,还能够抑制很多杂草。要实现膜上打穴移栽,保质保量的在紧迫的春种季节完成移栽,是农民丰产丰收的前提。

在我国,打穴移栽作为一种常规的农业生产技术己在生产实际中得到广泛应用,但是,传统的人工打穴移栽方法存在的劳动强度大、劳动生产率低、移栽速度慢、经济效益差等问题始终没有得到有效的解决,实现打穴移栽机械化已成为生产中迫切需要解决的问题。

由于需要栽植的作物及作业条件的不同,相应的移栽方式及栽植机械也有多种类型。按照移栽作物种类来分,有玉米移栽、甜菜移栽、棉花移栽、蔬菜移栽、烟叶移栽、花卉及树苗移栽等;按照栽植的土地情况来分,有平地移栽、垄上移栽、膜上移栽、打穴移栽和免耕覆盖地移栽等;按照移栽秧苗的状态来分,有钵苗(营养土钵、纸钵、穴盘基质钵等)移栽和裸苗(无土苗)移栽。在移栽的同时,还要进行注水、施肥、施药及铺膜等联合作业。

栽植机械的核心部件是栽植器。按照栽植器的不同,栽植机械主要有钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、导苗管式、吊杯式和输送带式等型式。

按照打穴栽植与零速植苗运动要求,提出了一种摆线形栽植轨迹,并引入了设计参数。在此基础上,研究了平行四边形机构、六连杆机构,并最终设计了行星轮转臂式栽植机作为所设计的栽植机构,它调整简单方便,能够较大的提高整机的工作效率,降低了漏苗率。通过对现有移栽机的各种优点进行学习借鉴,并以三维设计软件solidwbrks为平台,绘制了移栽机构的三维模型及图纸。为今后的移栽机发展提供了提供了技术支撑。

关键词:打穴;行星轮转臂;移栽机;钵苗

Based on SolidWorks membrane

drum planting design

ABSTRACT

  Seedling transplanting to early birth process, improve the yield of crop, can effectively resist natural disasters, such as wind, rain, low temperatures and save seeds. Due to factors such as geographical condition of heilongjiang, usually adopts the membrane planting way to increase the ground temperature, keep moisture, also can inhibit many weeds. To achieve constructio n membrane transplanting, complete transplanting in pressing spring season with good quality, is the precondition of farmers rich harvest.

Constructio n in our country, the transplant as a conventional agricultural production technology has widely used in the actual production, however, the traditional artificial constructio n transplanting method existing in the labor intensity, low labor productivity, transplanting problem of slow speed and poor economic benefits always haven't been solved effectively, and realize the constructio n of transplanting mechanization has become an urgent need to solve problems in production.

Due to the different need planting crops and their work conditions, the corresponding way of transplanting and planting machinery also has a variety of types. Points, according to the transplanting crop varieties have corn, sugar beets transplanting transplanting, cotton transplanting transplanting, vegetables, tobacco transplanting, flower and seedling transplanting, etc; Points, according to the cultivated land situation have flat transplanting, transplanting ridges, membrane transplanting, constructio n transplanting and no-till cover transplanting and so on; Points, according to the state of transplanting seedlings have pot seedling (nutritional soil bowls, paper pot, pot hole tray matrix, etc.) transplanting and naked seedling soilless seedling transplanting. While transplanting, and water, fertilizer, pesticide and membrane joint operations.

The core component of plant machinery is planting apparatus. According to the planting of different, plant machinery mainly pliers clip type, chain type, flexible disc type, seedling guide tube, hanging cup type and type of conveyor, etc.

In accordance with requirements of the constructio n planting and seeding zero speed movement, put forward a kind of pendulum linear trajectory, planting and introduced the design parameters. On this basis, the parallelogram mechanism, six bar linkage is studied, and the final design of the planetary rotary arm type planting machine as the planting design institution, it can be changed easily, can great enhance the working efficiency, reduces the leakage rate. Through the various advantages of existing transplanting machine learning model, and with 3 d design software solidwbrks for platform, mapped the transplanting mechanism of 3 d model and drawings. For the future of the transplanter development provides technical support.

Key words: construction; Planetary rotary arm; Transplanting machine; Pot seedling

目  录

摘要 II

ABSTRACT II

目  录 1 -

1前言 - 1 -

1.1课题研究的目的和意义 - 1 -

1.2国内外研究现状 - 1 -

1.2.1国内移栽机研究现状 - 1 -

1.2.2国外移栽机研究现状 - 2 -

1.2.3移栽机栽植机构的研究现状 - 3 -

1.3研究内容 - 6 -

2栽植机构选型 - 7 -

2.1栽植机构轨迹要求 - 7 -

2.2关于零速投苗问题 - 7 -

2.3栽植机构选型 - 8 -

2.3.1平行四边形栽植机构 - 8 -

2.3.2六杆式栽植机构 - 8 -

3行星轮转臂式栽植机构设计 - 9 -

3.1行星轮转臂式栽植机构结构组成 - 9 -

3.2行星轮转臂式栽植机构的运动分析 - 10 -

3.3行星轮转臂式栽植机构设计参数关系 - 11 -

3.3.1移栽机前进速度、株距和栽植频率的关系 - 11 -

3.3.2 栽植器数量、栽植器转速与栽植器频率的关系 - 11 -

3.3.3 行星架长度、株距和栽植器数量的关系 - 11 -

3.3.4 结构参数的确定 - 11 -

4鸭嘴式栽植器及其开合机构的设计 - 12 -

4.1鸭嘴式栽植器的选型 - 12 -

4.2鸭嘴式栽植器的结构设计 - 12 -

4.3鸭嘴式栽植器开和机构的设计 - 12 -

4.4 凸轮推程设计 - 13 -

结论 - 15 -

参考文献 - 16 -

致谢 - 18 -

1前言

1.1课题研究的目的和意义

众所周知作物栽培方式一般分为两大类:一类是直播方式,用播种机具或人将作物种子直接播于大田中的传统栽植方式:另一种是移栽方式,用机械的方式或人工将在温室中培育的钵苗栽植于田问。移栽相比于直播方式有以下优点:

(1)提高保苗率。我国北方地区春季气温低、有风沙、冻害、干旱等自然灾害,提前室外播种保苗率较低。采用温室或工厂化育苗移栽方法,幼苗期改在苗床培育,可以通过控制土壤温度、湿度、光照等幼苗期的生长环境,提高幼苗成活率和生长速度,减少外界不利环境对幼苗的侵害,提高保苗率。

(2)育苗移栽的作物钵苗根系发达、成熟一致,为机械化移栽、田间管理,收获等环节提供有力条件。

(3)调高土地利用率和复种指数。在外界环境温度低,气候不易种植的季节,可以在温室内小面积育苗,待外界环境适宜,再进行田间大面积移栽,使作物的生长在时间和空间上重叠,可以有效的缩短作物在大田的生长周期,有效利用土地资源,增加经济收入。这对无霜期短的地区(如我国的东北地区)和一年多茬种植地区,尤其具有重要意义。

育苗移栽相对于直播方式有很大优点,但是我国的育苗移栽机械种类单一,如比较成熟的钳夹式移栽机、吊杯式移栽机、挠性圆盘式移栽机与导苗管式移栽机,上述移栽机受栽植器的限制,栽植时都需要与开沟器配合使用,而玉米的栽植往往先起垄后移栽或者需要起垄覆膜移栽,上述栽植器往往不能够完成玉米的栽植,所以,设计能够进行垄上栽植或者是垄上覆膜栽植的栽植机构成为我国移栽机械化需要迫切解决的问题。


内容简介:
东北农业大学学士学位论文 学号: 米钵苗移栽打穴机构 设计 学生姓名: 吴佳强 指导教师: 周福君 所在院系:工程学院 所学专业:机械设计制造及其自动化 研究方向: 机械设计 东北农业大学 中国哈尔滨 2013 年 6 月 o: 2013 玉米钵苗移栽打穴机构设计 摘要 育苗移栽能够提早作物的生育进程、提高单产,能有效抵御大风、雨害、低温等自然灾害,并且节省种子。由于 黑龙江 的地理条件等因素,通常都采用铺膜种植的方式来提高地温,保墒,还能够抑制很多杂草。要实现膜上打穴移栽,保质保量的在紧迫的春种季节完成移栽,是农民丰产丰收的前提。 在我国,打穴移栽作为一种常规的农业生产技术己在生产实际中得到广泛应用,但是,传统的人工打穴移栽方法存在的劳动强度大、劳动生产率低、移栽速度慢、经济效益差等问题始终没有得到有效的解决,实现打穴移栽机械化已成为生产中迫切需要解 决的问题。 由于需要栽植的作物及作业条件的不同,相应的移栽方式及栽植机械也有多种类型。按照移栽作物种类来分,有玉米移栽、甜菜移栽、棉花移栽、蔬菜移栽、烟叶移栽、花卉及树苗移栽等;按照栽植的土地情况来分,有平地移栽、垄上移栽、膜上移栽、打穴移栽和免耕覆盖地移栽等;按照移栽秧苗的状态来分,有钵苗 (营养土钵、纸钵、穴盘基质钵等 )移栽和裸苗 (无土苗 )移栽。在移栽的同时,还要进行注水、施肥、施药及铺膜等联合作业。 栽植机械的核心部件是栽植器。按照栽植器的不同,栽植机械主要有钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、导苗管式、吊杯式 和输送带式等型式。 按照打穴栽植 与零速植苗运动要求,提出了一种摆线形栽植轨迹,并引入了设计参数 。在此基础上, 研究 了平行四边形机构、六连杆机构 ,并最终设计了 行星轮转臂式栽植机 作为所设计的栽植机构, 它调整简单方便,能够较大的提高整机的工作效率,降低了漏苗率。通过对现有移栽机的各种优点进行学习借鉴,并以三维设计软件 平台,绘制了移栽机 构 的三维模型及图纸。 为今后的移栽机发展提供了 提供了技术支撑 。 关键词 : 打穴 ; 行星轮转臂 ; 移栽机;钵苗玉米钵苗移栽打穴机构设计 to of as to as of to To n in is of n in as a in n in of t n of an to in to of a of to to n so to of of is to of of In of n a of On is of as it be of d d 米钵苗移栽打穴机构设计 of 米钵苗移栽打穴机构设计 目 录 摘要 . . 录 . - 1 - 1 前言 . - 1 - 题研究的目的和意义 . - 1 - 内外研究现状 . - 1 - 内移栽机研究现状 . - 1 - 外移栽机研究现状 . - 2 - 栽机栽植机构的研究现状 . - 3 - 究内容 . - 6 - 2 栽植机构选型 . - 7 - 植机构轨迹要求 . - 7 - 于零 速投苗问题 . - 7 - 植机构选型 . - 8 - 行四边形栽植机构 . - 8 - 杆式栽植机构 . - 8 - 3 行星轮转臂式栽植机构设计 . - 9 - 星轮转臂式栽植机构结构组成 . - 9 - 星轮转臂式栽植机构的运动 分析 . - 10 - 星轮转臂式栽植机构设计参数关系 . - 11 - 栽机前进速度、株距和栽植频率的关系 . - 11 - 植器数量、栽植器转速与栽植器频率的关系 . - 11 - 星架长度、株距和栽植器数量的关系 . - 11 - 构参数的确定 . - 11 - 4 鸭嘴式栽植器及其开合机构的设计 . - 12 - 嘴式栽植器的选型 . - 12 - 嘴式栽植器的结构设计 . - 12 - 嘴式栽植器开和机构的设计 . - 12 - 轮推程设计 . - 13 - 结论 . - 15 - 参考文献 . - 16 - 致谢 . - 18 - 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 1 - 1 前言 题研究的目的和意义 众所周知作物栽培方式一般分为两大类:一类是直播方式,用播种机具或人将作物种子直接播于大田中的传统栽植方式:另一种是移栽方式,用机械的方式或人工将在温室中培育的钵苗栽植于田问。移栽相比于直播方式有以下优点: (1)提高保苗率。我国北方地区春季气温低、有风沙、冻害、干旱等自然灾害,提前室外播种保苗率较低。采用温室或工厂化育苗移栽方法,幼苗期改在苗床培育,可以通过控制土壤温度、湿度、光照等幼苗期的生长环境,提高幼苗成活率和生长速度,减少外界不利环境对幼苗的侵害,提高保苗率 。 (2)育苗移栽的作物钵苗根系发达、成熟一致,为机械化移栽、田间管理,收获等环节提供有力条件 。 (3)调高土地利用率和复种指数。在外界环境温度低,气候不易种植的季节,可以在温室内小面积育苗,待外界环境适宜,再进行田间大面积移栽,使作物的生长在时间 和空间上重叠,可以有效的缩短作物在大田的生长周期,有效利用土地资源,增加经济收入。这对无霜期短的地区 (如我国的东北地区 )和一年多茬种植地区,尤其具有重要意义 。 育苗移栽相对于直播方式有很大优点,但是我国的育苗移栽机械种类单一,如比较成熟的钳夹式移栽机、吊杯式移栽机、挠性圆盘式移栽机与导苗管式移栽机,上述移栽机受栽植器的限制,栽植时都需要与开沟器配合使用,而 玉米 的栽植往往先起垄后移栽或者需要起垄覆膜移栽,上述栽植器往往不能够完成 玉米 的栽植,所以,设计能够进行垄上栽植或者是垄上覆膜栽植的栽植机构成为我国移栽机械 化需要迫切解决的问题 。 内外研究 现状 内移栽机 研究 现状 我国旱地栽植机械的研究始 于 20 世纪 50 年代末 60 年代初,最早出现的是棉花营养钵育苗移栽和甘薯钵苗移栽机的实验研究; 20 世纪 70 年代开始研制裸根苗移栽机械,最早用于甜菜移栽;八十年代研制成半自动化 玉米 移栽机。 到目前为止,已研究成功了多种类型的的移栽机械,大多数可用于移栽几种作物,部分机型投入了批量生 产。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 2 - ( a) ( b) 图 1 国内 移栽机 通过对我国移栽机的发展和应用现状的分析,总结出我国移栽机械的主要发展方向为:半自动式 移栽机的改良与多功能移栽机的研发。研究重点有以下几点: (1)移栽质量更加稳定。每一种移栽机械的研制,首先要考查的是其工作质量问题,即能否满足农艺要求,有可靠的喂苗作业,较好的栽植深度、直立度和较少的伤苗率等。 (2)移栽速度进一步提高。目前所用的移栽机械多数为半自动化机具,劳动 的 强度仍然较大,栽植速率较低,相应的劳动生产率也较低,不能适应现代化农业的要求。 (3)功能更加完善。未来的移栽机械不应只具有单一的移栽功能,而应该具有多种功能。即在完成移栽作业的同时,应具有施肥、浇水、除草、化学杀虫、起垄、铺膜等 多种功能。 外移栽机 研究 现状 20 世纪 30 年代, 国外就出现手工喂苗的栽植机具 , 50 年代研制出了多种不 同结构形式的半自动移栽机。到 80 年代,半自动移栽机已在生产中广泛使用。 90 年代初日本将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本的洋马、井关与久保田公司相继推出了多款移栽机,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要移栽卷心菜、大白菜和莴苣等。 ( a) ( b) 图 2 国外 移栽机 通过对国外移栽机的发展和应用现状的分析,总结出国外移栽机械的主要发展方向为:半自动式移栽机的改良与全自动式移栽机的研 发。研究重点有以下几点: 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 3 - ( 1) 由纸钵苗移栽机向穴盘苗移栽机发展。穴盘苗育苗相对于传统的钵苗移栽具有便于管理,节省空间和提高钵苗成活率等优点。 ( 2) 移栽机由多作物移栽向某种或者某几种作物移栽发展。这使作物的移栽质量越来越高。其中日本的洋马、久保田和井关公司研制的栽植机构为鸭嘴式的移栽机得到越来越广泛的应用。鸭嘴式栽植器具有可以进行陇上与膜上栽植的优点,特别是在 玉米 栽植中得到越来越广泛的应用。 ( 3) 移栽机自动化程度越来越高。喂苗装置和取苗装置工作性能越来越可靠。机器由喂苗、取苗与植苗自动化向机身调节自动化 方向发展。 ( 4) 机具的质量更加可靠。国外的农业机械的生产和制造工艺水平越来越高,农业机具不断地向着标准化、通用化与系列化方向发展。 栽机栽植机构的 研究现 状 移栽机构及配套栽植器是移栽机的核心部件,由其完成钵苗的最终栽植任务 ,并决定了钵苗的栽植质量,现有的应用比较广泛的栽植器主要有以下几种: ( 1) 钳夹式栽植器 ,栽植器主要由输送链条(或回转圆盘)和固定其上的秧夹组成。如 图 1示。 图 3 链夹式 栽植 器 工作时,一般由人工或取苗装置将钵苗放在转动的钳夹上,钵苗被夹持并随条 (或栽植盘 )运动 ,到达苗沟时,钳夹被一控制导轨打开,钵苗落入苗沟,然后覆土,完成栽植过程。钳夹式栽植器具有结构简单,成本低,栽植株距和栽植深度稳定,栽植后钵苗的直立度较好等优点,但株距调整困难,一般通过改变秧夹的数量来改变株距,栽植效率低,一般为 30 植速度偏高时容易出现漏苗现象,秧夹有时易伤钵苗。国外主要机型有意大利切克基马格利公司 (产的奥特玛 (植机和荷兰米启根公司 (产的 植机 。 我国主要机型有中国农科院 1982 年烟草研究所研制的 2烟棉栽植机、黑龙江省农机工程研究院 1994 年研制的 2列栽植机、吉林大学研制的 2玉米栽植玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 4 - 机、 栽植机、黑龙江省农垦科学院研制的 2 2甜菜栽植机、富来威的2钳夹式油菜移栽机、富来威的 2钳夹式甜叶菊移栽机、富来威 2钳夹式烟草移栽机等。 (2)圆盘式栽植器。挠性圆盘式栽植器是使用较早、结构比较简单的栽植器,它利用两片可以弹性变形的挠性圆盘来实现夹秧、送秧,并在圆盘问隙变大处松脱钵苗完成定植工作。栽植时,用人工 (或输送带 )将钵苗对准圆盘的中心放置在圆盘的 张开处,镇压轮通过传动机构带动圆盘转动,当圆盘转到聚点位置时,便将钵苗夹紧并带至圆盘间隙较大出,钵苗落入沟中,此时镇压轮及时覆土镇压,完成栽植过程。栽植株距可用人工控制,也可在圆盘外部位置安装指示器,通过调节指示器的个数或调换链轮来调节株距。由于不受秧夹数量的限制,它对株距的适应性较好,在小株距移栽方面具有良好的推广前景,此种栽植器也可用于栽植无土大苗。圆盘一般有橡胶材料或弹簧钢制作,结构简单,成本低;其缺点是会产生较大的株距变异,同时栽植深度不稳定。国外主要机型有德国 司生产的夹盘式压缩土钵苗栽 植机,日本公司研制的 02100全自动大葱栽植机,法国的皮卡多尔栽植机;我国主要机型有吉林省白林地区农机所1990 年研制的 2甜菜栽植机和新疆农科院农机所 1996 年研制的 2纸筒苗甜菜栽植机等 。 图 4 圆盘式 栽植 器 上述钳夹式、链夹式和挠性圆盘式栽植器可以移栽裸根苗和钵苗,这三类机型保证钵苗直立的条件一般是秧夹 (或圆盘 )边缘的圆周线速度与机器的前进速度相等,方向相反,即绝对速度为零。但由于夹持钵苗的位置往往不靠近边缘、地轮打滑以及机车运动等原因,仅靠栽植器难以保证良好的钵苗直立 度,对于裸根苗,还可能产生窝根现象。 (3)吊杯式栽植器。按吊杯与转臂的联接方式不同分为偏心式和单铰接式两种。偏心式吊杯栽植器主要有主动盘、偏 心环、吊杯和平行四杆机构组成,吊杯与转臂通过两点铰接 (也可通过一点固定 ),吊杯与转臂具有确定的相对运动关系,并使吊杯始终垂直于地面;单铰接式是指吊杯与转臂只通过单点铰接,吊杯可以相对于转臂任意转动,吊杯在自重作用下始终保持与地面垂直,在结构上比偏心式简单。工作时,人工将钵苗放入旋转到最高位置的吊杯内,当吊杯转到最低位置附近时,在滚轮轨道控制下,吊篮打玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 5 - 开,钵苗落入苗沟内 ,随后被覆土定植吼国外主要机型有意大利切克基马格利公司(生产的沃夫 (植机、艾德沃思 (机厂生产的坡杜(植机、日本久保田公司的 红薯栽植机和美国 司的 1265 型吊杯式栽植机、意大利 司生产的多功能移栽机;国内主要机型有吉林延边自治州农机所 1980 年研制的 2联合栽植机、黑龙江八五零农场 1997 年研制的 22吊杯式钵苗栽植机和陕西省农机所 1997 年所研制的 2栽植机。吊杯式栽植机的优点是吊杯对钵苗不施加任何强制力,可以有效的避免栽植时伤苗的产生。其缺点是主要适于钵苗移栽,结构较为复杂,作业速度不高,否则漏栽率增加。 图 5 吊杯式栽植器 (4)导苗管式栽植器。栽植器为导苗管式的钵苗栽植机是一种较新型的钵苗栽植机械,如图 1示,其上有一个垂直或倾斜的将钵苗送入开沟器的导苗管,钵苗在导苗管中的运动是自由的,靠重力落到苗沟中,在选择适当导苗管倾角和增加扶苗装置的情况下,可以保证较好的钵苗直立度、株距均匀性和深度稳定性,对于裸根苗,不会产生窝根现象。栽植频率 一般在 60 株 结构相对复杂,成本较高。我国目前对导苗管式栽植机的研究和推广比较多,形式大同小异。国外的主要机型有荷兰米启根公司(产的 栽植机,芬兰劳尼思公司 (产的 栽植机和意大利切克基马格利公司 (产的 栽植机;国内主要机型有中国农业大学 1996 年研制的 2栽植机、山东泰安国泰拖拉机总厂 1998 年研制的2 2棉花栽植机、黑龙江农垦科学院研制的 2玉米钵苗栽植机等。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 6 - 图 6 导苗管式栽植器 究内容 本文主要针对移栽机栽植机构与栽植器及其开合机构关键技术进行了研究,在研究中采用了理论分析、虚拟样机技术与物理样机技术相结合的方法,对齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式转臂栽植机构进行了设计与实验分析。主要研究内容如下 (1)移栽机栽植机构选型。在分析国内外移栽机栽植机构的基础上,提出了几种新型的栽植机构,并对上述几种栽植机构进行了优选,选取了一种齿轮连杆凸轮机构与一种行星轮转臂式机构作为所设计的栽植机构。 (2)齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式栽植机构结构设计。建立 了齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式栽植机构的运动学方程,并对其参数进行了分析,在参数分析的基础上,对齿轮连杆凸轮机构进行了参数的优选,对行星轮转臂式栽植机构进行了优化设计。 (3)栽植器及其开合机构设计。选取了鸭嘴式栽植器作为本设计中栽植机构的栽植器,并提出了一种新型的栽植器开合机构并对机构的参数进行了分析与优选,在 (4)栽植机构与栽植器开合机构的匹配。对栽植机构与栽植器开合机构进行了周期匹配,在周期匹配的基础上,对齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式栽植机构进行了虚拟装配,在考虑栽植器开合的情况下,分析了上述两种栽植机构在不同的设计参数入下的栽植轨迹进行了分析。 (5)齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式栽植机构实验分析。分别建立了齿轮连杆凸轮栽植机构与行星轮转臂式栽植机构的物理样机,选取了钵苗栽植株距均匀性、株深均匀性与钵苗直立度作为对栽植机构栽植质量的评价标准,分别对上述两种栽植机构进行实验,并对两种栽植机构栽植的钵苗的株距误差率、株深误差率与直立度进行了测量与统计。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 7 - 2 栽植机构 选型 植机构轨迹要求 封俊等人在论文移栽机的吊杯运动分析与设计准则中提出了移 栽机栽植轨迹要求。当栽植机构动轨迹为摆线或者是余摆线时理论上通过控制落苗的位置都能得到垂直落苗的要求,即苗离开栽植器瞬间的水平速度为零。但不同的栽植器对轨迹也有不同的要求,余摆线比较适合吊杯、钳夹式等非打孔栽植器。而对于打孔栽植的栽植器通常要求栽植动轨迹为摆线,通过控制栽植器的开合度,在栽植过程中避免挂带苗的产生。同时,相对于余摆线栽植轨迹摆线轨迹在栽植相同的株距时可以减少栽植器在土内的行走路径,减小栽植器和土之间的作用力。 其 中的 机器前进速度, R 为栽植器末端到旋转中心的距离, w 为栽植器旋转的圆周速度, 为引入的设计参数,其值为 。 于零速投苗问题 如何使栽植钵苗保持直立状态,是移栽机设计的核心问题,而栽植器是与钵苗直接接触的部件,工作时,栽植器的运动将对栽植钵苗的直立度产生直接影响。在对栽植器轨迹方程和运动方程分析研究的基础上,封俊等人提出了“零速投苗原理 ,下面从栽植器运动轨迹的 三种情况出发,就有关零速投苗问题作如下分析: (1) 1 的情况 1 时,栽植器的运动轨迹为短摆线,此时,栽植器的水平分速度与移栽机栽植速度方向一致,因此,对于移栽钵苗来说,无论栽植器在哪一点投苗,苗体都存在与机器前进方向相同的水平分速度,换言之,从理论上就可以说明栽植的钵苗会产生前倾,不能保证栽植钵苗的直立度要求。 (2) 1 的情况 =l 时,栽植器的运动轨迹为摆线,且摆线上只有一个拐点,即最低点,栽植器在最低点的水平分速度为零即仅存在一个零点,除最低点外,在其他任意点投苗都与 1的情况相同,因此, 1 时在栽植器在最低点投苗可以保证钵苗的直立度。 (3) 1 的情况 1 时,栽植器的运动轨迹为余摆线,即摆线上有环扣出现,在这种情况下,在轨迹最低点的左右两侧都存在一个点,当栽植器运 动到这两个点上,其水平分速度均为零。因此在这两个点投苗可以保证钵苗的直立度。 由上述设计参数的三种情况分析的知,当 1 或 1 能够满足栽植要求。摆线轨迹零速投苗点是在栽植器打入土中最深处,而余摆线零速投苗点是在栽植器打入土中最深处之前或者之后,因此在栽植相同深度时余摆线在土壤走过的轨迹更长,所受到的阻力会更大,因此 1 时栽植器栽植效果最好。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 8 - 植机构选型 栽植机构的设计有两点要求 : (1)要满足上述对栽植栽植机构栽植轨迹的要求。 (2)要保证栽植器始终平动。 在满足上述栽植器要求的基础上,结合机构设计方面的知识,从简单到复杂,提出了平行四边形机构、六连杆机构 。 行四边形栽植机构 从机构组成原理可知,四杆机构是平面连杆机构中结构最简单、设计最方便的平面机构,根据上节所述移栽机栽植机构运动方案设计要求 (1)、 (2),能满足栽植运动要求的四杆机构是平行四边形机构,如图 7 所示。 平行四边形机构的组成 平行四边形栽植机构主要有平行四边形机构与栽植器组成。栽植器固定于平行四边形机构的 连杆上,这样就可以保证栽植器始终垂直于地面。该栽植机构具有结构比较简单和可以进行膜上栽植两大优点。 图 7 平行四边形栽植机构 杆式栽植机构 平行四边形机构虽能满足栽植要求,但由于连杆转动范围大,运动周期长,满足零速投苗的株距大,故对平行四边形栽植机构机构做了改进,在保证自有度为 1 的情况下,得到了六杆栽植机构,即添加了一双杆组驱动平行四边形栽植机构摆动,平行四边形机构摆动范围小,运动周期段 ,满足零速投苗时株距小,如图 8 所示。 六杆式栽植机构结构设计如图为对平行四边形改进后得到的六杆式栽植机 构。栽植器固定于平行四边形机构的连杆上,这样就可以保证栽植器始终垂直于地面。该栽植机构具有结构比较简单和可以进行膜上栽植两大优点。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 9 - 图 8 六杆式栽植机构结构 3 行星轮转臂式栽植机构设计 星轮转臂式 栽植机构结构组成 栽植机构是移栽机的核心部分。移栽时移栽机栽植机构将喂入到栽植器中的钵苗移植到指定位置,具体包括接苗、带苗、打穴、放苗与回程等工序。最后达到钵苗定植成活、不伤苗、保证钵苗成活率的目的。 块 图 9 鸭嘴栽植器 根据查询 文献,设计出了一种结构简单、工作可靠的栽植器,包括行星架、中心轮( 5)、输入 轴、行星轮( 4)、凸轮( 6)、凸轮推杆( 2)、凸轮推杆导向块( 3)、鸭嘴式植苗器( 1)和植苗器悬臂;所述行星架分别与输入轴、中间行星轮轴固定联接,与行星轮轴转动副联接,输入轴和行星轮轴处于同一直线上;中心轮固定在移栽机机架上,输入轴穿过中心轮并与中心轮组成转动副联接,行星轮空套在行星轮轴上 , 中心轮和 行星玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 10 - 轮 啮合,在其端部固定联接植苗器悬臂;凸轮空套在外行星轮轴上并固定在行星架上,凸轮推杆穿过凸轮推杆导向块,与凸轮推杆导向块组成移动副 联接,凸轮推杆导向块固定于植苗器悬臂上;凸轮推杆一端与凸轮高副接触,另一端与植苗器后额高副接触;植苗器悬臂呈水平状态,植苗器悬臂长度小于行星架长度;中心轮与行星轮的齿数相同、模数相同。 该栽植机构采用了一种全新的行星轮机构,相对于传统的钳夹式、挠性圆盘式栽植机构,该植苗机构具有结构紧凑、工作准确可靠的优点。该植苗机构的末端执行机构采用了鸭嘴式植苗器,栽植时通过鸭嘴打孔栽植,相对于传统的开沟栽植,打孔栽植可以减少覆土镇压时覆土流对苗直立度的影响。因此,更容易得到较好的栽植质量。 星轮转臂式栽植机构的运 动分析 栽植器在行星架的带动下,既绕中心轮中心转动,又绕栽植器与行星轮的固定中心旋转,同时随移栽机在水平方向匀速前进。工作时栽植器的运动是上述运动的合成,栽植器的运动方程为: )s t ( 1) ) ( 2) )c o s ( ( 3) )y ( 4) 式中 : x 栽植器末端水平方向位移 , m ; y 栽植器末端垂直方向位 , m ; 广栽植器末端水平方向分速度 , m/s ; 栽植器末端垂直方向分速度 , m/s ; 移栽机前进速度 , m/s ; R 行星架长度 , m ; I 栽植器长度 , m ; w 栽植机构驱动速度; t 时间 , s ; 令, 栽植器的运动轨迹的形状取决于 值的大小,习惯上将 成为摆线的特征参数。 的取值可能有三种情况: 1 , 1 和 1 。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 11 - 星轮转臂式栽植机构设计参数关系 ( 1) 移栽机前进速度、株距和栽植频率的关系 移栽机的前进速度取决于取决于栽植频率 f 和栽植株距 L ,其关系为 : tv ( 5) 由上式可知当植苗频率和株距 确定后,移栽机的前进速度也就随之确定。 ( 2) 栽植器数量、栽植器转速与栽植器频率的关系 移栽机的栽植频率取决于栽植器的转速 n 和栽植器的数量 N ,其关系为 : ( 6) 由上式可知当栽植器的转速和栽植器的数量确定后,移栽机的栽植频率也就随之确定。 ( 3) 行星架长度、株距和栽植器数量的关系 移栽机的株距受行星架长度和栽 植器数量影响,其关系为 : t /22/2/ ( 7)由前面分析知当入 =1 时,能够最好的满足栽植要求,即 : 12 ( 8) 得: 12 9) ( 4) 结构参数的确定 当选取模数为 2 ,不同齿数在不同栽植臂可实现的栽植株距如表 所示。 表 1 齿数与植臂的关系 齿数 栽植臂 12 24 36 48 表 1 可得当齿轮齿数为 24 和 36 时能够满足大部分株距为 200300 玉米作物栽植要求,但是相对于齿数为 24 的行星轮转臂式栽植机构,齿数为 36 时的行星轮转臂栽植机构能够栽植的株距范围更广,所以本设计中选取了齿轮的齿数为 36。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 12 - 4 鸭嘴式栽植器及其开合机构的设计 嘴式栽植器的选型 传统的栽植器有链夹式栽植器、吊杯式栽植器、挠性圆盘式栽植器与导苗管式栽植器,上述栽植器在进行钵苗栽植时必须与开沟器配合使用,而在 玉米 的栽植中,往往是先起垄后栽植,在一些干旱和环境恶劣的地区,还需要进行膜上打 穴栽植,上述传统的栽植器往往不能够满足上述栽植要求 。因此, 本文设计了一种鸭嘴式栽植器。鸭嘴式栽植器有以下优点: 栽植器在带苗过程中,能够有效避免栽植器伤害到穴盘苗的子叶、茎及根部。扁平状的栽植器能够很好的实现膜上打穴栽植,并且扁平的栽植器能使鸭嘴在打穴栽植过程中遇到更小的阻力。 嘴式栽植器的结构设计 鸭嘴式栽植器由前额和后额组成,后额高于前额,可以更好的保证接苗。 如图 10所示 。 图 10 鸭嘴栽植器 嘴式栽植器开和机构的设计 鸭嘴式栽植器在栽植器开合机构的作用下完成开合,栽植器投放苗是通过开合机构控制栽植器开合决定的,因此 合理的设计栽植器开合机构是栽植系统完成栽植的关键因素。现有的开合机构有导轨式开合机构和凸轮式,相对于导轨式开合机构,凸轮式开合机构开合规律更容易控制,投放苗也更加 稳定。本论文中选取了凸轮式开合机构作为本移栽机栽植器的开合机构,如图 11 所示。 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 13 - 图 11 开合机构结构图 轮推程设计 理论上放苗初始点离鸭嘴栽植器打穴进入土壤最深处位置越近越好,因为离鸭嘴栽植器打穴进入土壤最深处越近,在完成相同栽植深度时,需要打的深度越小;放苗周期越短越好,周期越短可以有效的防治刮带苗的产生。上述参数中当推程为 4,已经可以很好的完成栽植任务,当推程由 4加到 5,放苗初始点离鸭嘴行程最低点的位置、放苗周期基本相同,但是鸭嘴开合度变化比较大,打穴栽植时会承受更大的阻力。由上分析选取凸轮的推程为 4如图 12 所示。 图 12 凸轮 结构图 机构与栽植器开合机构组合的虚拟装配 在上述关于栽植机构与栽植器开合机构周期匹配的基础上对栽植机构和栽植器开合机构在 进行了虚拟装配, 行星轮转臂式 栽植机构中栽植器及其开合机构固定于行星轮,凸轮固定于行星架,整个机构在 行星架的驱动下完成植苗动作 ,如图 13所示。 当入 =l 时,栽植器前后额在栽植过程中有足够的空间避苗,由于有充裕的避苗空间,玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 14 - 栽植器前后额栽植过程中可以较好的防止对钵苗产生挂带作用,可以保持较好的钵苗栽植姿态。由上述对栽植机构在考虑鸭嘴开合情况下,在不同参数入下的栽植状态分析可得当入 =1 时可以得到较好的植苗状态。故可以验证在设计参数入 =1 条件下设计的齿轮连杆凸轮栽植机构符合栽植要求。 图 13 凸轮结构图 玉米钵苗移栽打穴机构设计 - 15 - 结论 玉米 旱地移栽机械化作业是 玉米 种植的主要方向,栽植机构及栽植器的设计是研开发新型移栽机的重要工作。 育苗移栽是为提高产 量、抗灾保收有效途径,目前国内的移栽机种类很多,而能够在铺膜后进行打穴移栽的机型也都是从国外进口用于示范种植,并未得到大面积的推广,其主要原因就是没有将移栽的速度明显的提高,也没有透彻的认识引进移栽机的工作原理,有了问题没法解决,故人们多数还在使用人工打穴移栽,本文的设计研究旨在解决这些问题,并提出展望和今后应继续完成的工作 本文以玉米钵苗打穴移栽机为研究对象,分析了国内外现有栽植器结构和工作原理,按“零速投苗”理论,进行了栽植机构选型,通过虚拟样机仿真分析与物理样机实际试验实现了栽植运
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本文标题:玉米钵苗移栽打穴机构设计【优秀农业用机械设备全套课程毕业设计含SW三维3D建模及12张CAD图纸+带答辩ppt+22页加正文12000字】
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