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倾斜圆盘式玉米播种器设计 倾斜圆盘式玉米播种器设计 学院： 姓名： 学号： 班级： 指导教师：第一章 绪论2目录第一章 绪论21.1发展现状21.2排种器21.2.1排种器位置：21.2.2排种器技术要求：21.2.3排种器的分类31.3精密播种31.3.1机械式玉米精密排种器的类型及特点31.3.2方案选择及改进7第二章 关键部件设计计算92.1目的及任务92.2 排种器设计92.2.1排种盘型孔设计92.2.2转速、线速度和传动比102.2.3排种器功率设计112.3锥齿轮122.4 传动轴142.5 轴承的选择15第三章 关键部件校核计算163.1 地轮轴校核：163.2 排种器轴校核：173.3 地轮轴轴承校核：183.4排种器轴轴承校核：193.5 键的校核20第四章 结论21参考文献22第一章 绪论1.1发展现状玉米是重要的粮食作物，饲料作物和经济作物，在我国农业生产和国民经济中占有重要的地位。其在饲料业、制药业、食品加工业以及新能源领域都有着无可替代的作用。我国是仅次于美国的世界第二大玉米生产国和消费国。目前，玉米在我国粮食生产中种植面积和产量均位居第一位。玉米种植面积逐年增长，产量增加，对保障我国粮食安全发挥了巨大的作用。欧美等国家对精密排种器的研究从 20 世纪 40 年代开始，初期研究主要集中在机械式排种器，目前在玉米、甜菜等中耕作物以及麦类等条播或半精量播种作物中仍有使用，其结构形式主要有窝眼轮式、垂直圆盘式、水平圆盘式、倾斜圆盘式，为了克服作业速度低的缺点，又相继发展了结构较为新颖的机械式排种器，如 Jhon Deere 7000 指夹式精密播种机，但其通用性较差。我国从 20 世纪 80 年代末开始研制精密播种机械。由于种子质量、整地条件、机械制造水平及机器价格等因素制约，我国 20 世纪 80 年代主要推广半精量播种机。为适应农村生产责任制的要求，大量推广了小型单体播种机。20 世纪 90 年代以来，我国逐步推广精密播种机。1.2排种器在玉米种植中，播种机的性能很大程度上决定出苗的好坏，而播种机的核心部件就是排种器，它是决定播种机工作质量和工作性能优劣的重要因素，播种机能否满足农业技术的要求或满足程度如何，在很大程度上主要取决于排种器的工作状况。1.2.1排种器位置：一般配置在种子箱底部或开沟器上方。1.2.2排种器技术要求：l 播种量均匀稳定，即排种均匀性不受外界条件变化而产生严重影响。l 排种均匀。l 不损伤种子。l 通用性好且使用范围大。l 调整方便、工作可靠。1.2.3排种器的分类按照播种方式划分，排种器总共分为三大类：撒播播种器、条播播种器、穴播播种器三种，目前较为常用的是条播播种器和穴播播种器按照工作原理划分，可分为机械式和气力式。其中，撒播播种器：离心式；条播排种器：槽轮式、磨盘式、离心式、气力式、拨轮式、勺式；穴播排种器：型孔盘式（水平圆盘、垂直圆盘、倾斜圆盘）、型孔带式、窝眼式、离心式、指夹式、气力式（气吸式、气吹式、气压式）。1.3精密播种玉米精密播种是指用精密播种机依据农艺要求的播种密度，按照一致的行距、均匀的粒距和精确的深度将玉米种子播入土壤中并准确定位的过程，可节省种子、减少间苗作业，同时达到苗齐、苗全、苗壮的效果，既节约成本又提高产量。随着规模化生产进程的加快，作物种植逐渐从过去单纯追求高产向产量与效益并重、效益优先的方向发展，玉米精密播种技术因其具有突出的节本增效优点，得到高度重视和广泛应用。按照工作原理不同，精密排种器可分为两大类: 机械式和气力式。气力式排种器对种子的几何形状要求不严、不伤种子、不磕籽，确保播种准确，出苗率高。但是气力式排种器需要风机和气力系统，结构复杂，技术要求高，动力消耗大，要求高度的气密性，须要大功率拖拉机配套。我国农村拖拉机以小型为主，难以满足大动力的要求，且气力式排种器的使用调整复杂，我国农民机手的素质较低，使用操作困难，致使播种效果较差，因而其生产批量依然较小。机械式因为其结构简单，成本低廉而得以广泛应用。机械式的主要为型孔盘式，按照圆盘的旋转方向可分为：水平圆盘排种器、垂直圆盘排种器和倾斜圆盘排种器等三种类型。1.3.1机械式玉米精密排种器的类型及特点水平圆盘式排种器：水平圆盘式排种器利用种子自重填充到旋转的排种盘型孔中，随排种盘转动到刮种器时，多余种子被清除，保留的种子转动至排种口，在自重和推种器作用下完成排种。其结构简单，低速工作时比较可靠，但由于圆盘一般安装在地轮轴上，从下种口到种沟距离较大（投种高度H），易造成种子在沟内发生弹跳现象，致使株距合格率降低。 图1-1 水平圆盘式排种器示意图 图1-2 水平圆盘式排种器结构示意图垂直圆盘式排种器:圆盘一般与地轮同轴安装，传动机构简单，投种高度低。但充种面积小，种子填充性能差，故一般采用气力式，增加种子的吸附作用。图1-3垂直圆盘式排种器示意图 图1-4 垂直圆盘式排种器结构示意图 倾斜圆盘式排种器：圆盘相对地面倾斜安装，排种口在圆盘的最低点，充种区大，投种高度低，但传动装置较为复杂。图1-5 倾斜圆盘式排种器示意图图1-6倾斜圆盘式排种器结构示意图1.3.2方案选择及改进通过上述分析，不难发现：水平圆盘式排种器投种高度过高，易发生种子弹跳现象，影响株距；垂直圆盘式虽然投种高度较低，但充种面积小，且充填种子困难;而倾斜圆盘式性能则介于两者之间，具有合适的投种高度，利于保证株距的均匀性，且充种面积较大，充种方便，另外，倾斜配置的排种器提高了充种盘型孔侧向填充能力和自然清种能力。损伤率较低。固现今机械排种器大多数采用倾斜圆盘式。图1-7 排种盘工作区示意图采用倾斜圆盘式排种器时，种子堆积在排种盘下方，而排种孔也在排种盘下方，由于种子的大量堆积一定程度上增加了投种困难程度。且由于投种区的存在，压缩了充种区面积。为克服这些缺陷，我们这里采用双圆盘式排种器。双圆盘式排种器工作原理：如下图，双圆盘式排种器工作时，种子靠自重侧向进入充种型孔内，随充种盘旋转并被带到上部的过程中，多余种子沿圆盘表面靠自重或用清种毛刷清除后滑落到下面的充种区。型孔内的种子转到上部隔板的缺口部位时，种子靠自重作用，落入到与充种盘同步旋转的排种盘上的型孔内，并随排种盘转到排种盘最下端，通过排出口落到种沟内。 图1-8双圆盘式排种器工作示意简图图1-9传动方案示意图如图，本次设计过程中采用锥齿轮传动，其中轴一（横轴）连接地轮，轴二（竖轴）连接排种器。29第二章 关键部件设计计算第2章 关键部件设计计算2.1目的及任务l 题目名称：倾斜圆盘式玉米排种器设计l 设计内容：确定结构参数、总体配置、排种盘设计、排种器传动机构等主要零部件。l 技术要求：适用于中耕作物单粒精密播种技术要求（取垄距为65cm）表2-1 玉米排种器的技术要求圆盘倾斜角度（）穴距（）机组作业速度(km/h) 50255.0l 工作量要求：设计图纸A0号图纸1.5张、设计说明书5000字。l 目 的: 使学生初步掌握农业机械工作部件设计、机械装置或生产过程自动控制设计和机电液一体化设计的基本原则和方法，为将来的毕业设计和实际工作打下一定基础。2.2 排种器设计用机械方式进行机密播种的排种器大多属于型孔式排种器。这种排种器的特点是根据种子形状和尺寸等因素设计各种形式型孔或窝眼，用以播下每穴数目相等数量种子。型孔排种器的设计应满意地完成种子的填充，清除多余种子和投种成穴等一系列操作。由于我国玉米品种繁多，外形尺寸很复杂，籽位大小相差悬殊，千粒重范围很大，必须对种子进行分级，然后按其每级种子的形状尺寸来设计排种盘型孔。2.2.1排种盘型孔设计 排种盘型孔的形状和尺寸主要决定于种子形状、尺寸、穴粒数和种子充填方式。在确定型孔尺寸时，要使种子在填充概率较大情况下按一定排列方式设计。常用圆盘型孔形状如图2-1，其中槽孔盘适应能力好，应用较多。圆孔盘类主要有圆柱形窝眼，圆弧形窝眼和圆锥形窝眼。 槽孔 圆弧形 圆柱形图2-1 常用圆盘型孔形状分类：按型孔内种子粒数可分单粒盘和穴播盘。本次设计中，采用的是单粒盘。材料：排种盘大多由灰铸铁制成，也有用工程塑料压制成。充填方式：单粒播槽孔盘的充填方式有平置式和侧立式两种。大量实验表明，扁粒玉米种子常以侧立或竖立状态从钟箱侧壁向下运动进入型孔，且侧卧式型孔中进人双粒的几率少，单粒准确性高，故现大多采用侧卧式。型孔尺寸的确定： 经实地测量，玉米种子尺寸大致如下：l: 9-12mma: 4-6mm b: 8-10mm由此，确定排种盘厚度为6mm,孔径大小为14mm。另外，为了增加种子进入型孔的机率，提高充填性能，需在型孔形状上设有倒角，其前角和侧面倾角使种子易于送入型孔，并能侧卧于孔内；后角利于刮种，将多余的种子推出；为便于型孔内种子迅速投种，型孔底部尺寸比上部大12mm。2.2.2转速、线速度和传动比 为了保证播种质量，首先应满足型孔充填要求，这需要一定的充填时间和充填空间，充填空间由以确定了的型孔来完成，充填时间则由型孔的线速度来控制。型孔的线速度对种子充填性能及投种准确性有着直接影响。若线速度过高，型孔充种时间短，种子可能来不及进入型孔，造成漏播。 （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）式中， 播种机作业速度 (m/s) 排种盘直径 (m) 地轮(传动轮)直径 (m)排种盘型孔数 地轮滑移系数，一般取0.050.12 t株距（穴距） (m) 由题目要求，可知： ，t=0.25m设：=24cm， Z=12, D=0.5m ，=0.10，A=14, l=12，b=10求得：=0.63m/s, v=0.48m/s, =30.6r/min , 1.9096由v, 速度在允许范围内，可知(一般小于垄距的一半)与Z的选择合理。从上述关系式知，缩小排种盘直径或增加型孔数，均能降低排种盘线速度，从而能改善种子充填性能。但增加型孔数会缩小型孔间的间隔，间隔太小，将影响每穴之间的种子分离准确性。2.2.3排种器功率设计对于排种器来说，其主要阻力来源于玉米与充种盘间的摩擦，和各部间的相互摩擦等。其阻力转矩：2.3锥齿轮选择齿轮材料、热处理、精度等级：齿轮材料选择45钢，软齿面齿轮传动，小齿轮调制，齿面硬度为220230HBS，大齿轮正火，齿面硬度为190200HBS，精度等级为8级。选择齿轮齿数，齿宽系数：由传动比确定锥齿轮齿数，取=25，=47.74，选=48 ，锥齿轮推荐齿宽系数=0.250.3，因齿轮悬臂布置， 取=0.3确定相关系数 当量齿数当量齿轮端面重合度 按齿面接触疲劳强度校核取载荷系数=1.5； =N=0.3 取507MPa设计齿轮参数。 由第一标准模数系列，取m=4mm。确定主要几何参数 取齿宽齿顶圆直径由公式 ，得：齿根圆直径由公式 ，得： 2.4 传动轴图2-2 地轮轴轴径及长度示意图如图，地轮轴共分十段，全长为640mm。其中：54mm长轴段安装地轮，设有6x6x50mm C型普通平键。134.6mm轴段安装有轴承端盖，用于固定轴承。34mm轴段用于安装锥齿轮，周向采用A型平键固定，键型号：8x6x28。图2-3 排种器轴轴径及长度示意图 如图，排种器轴轴径共分五段，全长126mm。其中，5mm与15mm轴段为方轴，用于连接充种盘及排钟盘，便于拆卸。36mm轴段用于连接锥齿轮，采用C型普通平键用于周向定位。型号：10x8x32。2.5 轴承的选择 由于采用锥齿轮传动，传动过程中存在较大的轴向力，我们这里选用角接触球轴承。角接触球轴承不仅可以承受径向力，还可以承担较大的轴向力。地轮轴： 7005C排种器轴: 7007C。第三章 关键部件校核计算第三章 关键部件校核计算3.1 地轮轴校核：图3-1 地轮轴受力分析图如图， 符合要求。3.2 排种器轴校核：图3-2 排种器轴受力计算图如图， 符合要求。3.3 地轮轴轴承校核：由3.1可知， ， 3.4排种器轴轴承校核：由3.1可知， ，3.5 键的校核轴1与齿轮配合的键 8x7x30校核：轴1与地轮配合的键 6x6x50校核：轴2与齿轮配合的键 10x8x32校核：第四章 结论第四章 结论倾斜圆盘式玉米排种器综合了水平式，竖直式玉米排种器的优点，具有合理的离地高度，利于保证株距均匀性，排种过程简单可靠。本次试验过程中，我们采用了双圆盘式玉米排种器，在传统的单圆盘基础上增加了一个圆盘，将充种与排种分别在两个盘中进行，中间设有隔板。这种方法增大了了充种面积，同时也使清种工作变得易于操纵。设计过程中，我们采用了槽孔圆盘，这种圆盘有利于进行充种工作。同时根据种子流动规律，我们发现种子总是以侧立或竖立状态进入穴孔，并以此规律设计了型孔形状。传动方案为地轮传动，其中地轮直径为50cm。传动方式为锥齿轮传动，起到了转向以及传递扭矩的作用。为了保证排种器轴与充种盘，排钟盘的配合以及拆卸方便，我们摆脱了传统意义上的圆轴，而采用方轴，这样的结构避免了键的存在，使得更换种盘变得简单。通过本次课程设计，我学到了很多关于玉米排钟机械的知识，并对圆盘式玉米排种器有了系统的认知。在查找资料，自主设计并不断更正和改进的过程中，我收