ZB-3000育苗制钵机相关部件设计及调试

ZB-3000育苗制钵机相关部件设计及调试张多利（黑龙江省畜牧机械化研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005）摘要：本文涉及能生产育苗钵的育苗制钵机，论述了育苗制钵机的凸轮机构和直线运动副两部件的设计及实际运用时遇到的问题，以及针对这些问题采取的相应改进措施。关键词：育苗制钵机；凸轮机构；直线运动副前言随着花卉育苗和钵体栽培的大量涌现，经济作物钵体育苗的增长及一些大田作物钵体育苗的采用，目前对育苗钵的需求量越来越大。钵体育苗是现代农业生产过程中的重要部分，它可实现气候补偿、充分利用光热资源、延长作物生长期，使种植的花卉、瓜果、蔬菜提早上市，提高大田作物产量，从而显著增加种植户的收益,其经济效益和社会效益均非常可观。育苗钵需求量的大量增长也带来了育苗钵的制作问题，当前育苗钵通常由人工制作，劳动强度大，生产效率低，人工制钵已不能满足当今的生产需要，因此高效率高质量的育苗制钵机应运而生。1 ZB-3000育苗制钵机凸轮机构设计研究针对当前高效率高质量的育苗制钵机的迫切需求趋势，我课题组经过认真调研和开发，研制了ZB-3000育苗制钵机，此制钵机是一种能连续作业的农业机械，由机架、动力源、传动减速系统、料箱、制钵成型机构、凸轮与曲柄连杆系统和输送系统组成，其中制钵成型机构包括冲头、压头和成型腔三个子系统，如图1所示。图1育苗制钵机立体图1.减速器 2.连杆 3.电机 4.机架 5.凸轮 6.曲柄 7.压头 8.成型腔 9.料箱 10.冲头 11.直线导轨当制钵机工作时，土壤从料箱内进入成型机构的成型腔，此时成型腔的出口被凸轮推动下的成型机构的压头堵住，而另一端有成型机构的冲头在凸轮与曲柄连杆轴系带动下将土料压缩成所要求的圆台型育苗钵，之后成型机构的压头快速后退，冲头继续前进将育苗钵推出成型腔而完成一次工作周期。1.1育苗制钵机凸轮机构形式确定育苗制钵机中凸轮与曲柄按照一定位置关系装配在同一轴上，凸轮推动成型机构的压头运动，曲柄通过连杆带动成型机构的冲头运动，并且它们是彼此联动配合工作完成育苗钵的成型和卸钵。根据凸轮机构要实现的功能和为了降低功率损耗，我们选用对心直动滚子推杆盘型凸轮机构，其从动件焊接在成型机构的压头推板上，如图1所示。1.2确定凸轮外形轮廓1.2.1确定凸轮与曲柄对应关系因为凸轮与曲柄是联动工作，所以首先要确定凸轮与曲柄的位置关系。当制钵机工作，曲柄通过连杆带动冲头压缩土壤到推出成型的土钵其运动过程如下面图2所示，曲柄连杆机构处于（b）小图位置时，由凸轮推动的成型机构的压头距离成型腔口最远，以便于成型钵落下，所以此时应凸轮推程s=0，以此即确定了凸轮与曲柄的联动对应关系，根据设备结构适当选取凸轮的基圆直径，此为凸轮设计条件（1）。（a） （b）图2 曲柄运动状态图I型1.曲柄 2.连杆 3. 成型机构冲头1.2.2确定凸轮推程转角根据育苗制钵机循环工作过程，当曲柄连杆机构运动到图3中（b）小图所示位置时，凸轮应推动成型机构的压头到达成型腔的端部堵住育苗钵出口以便为马上要开始的压缩做准备，此时凸轮应达到最大推程，因此初定凸轮推程转角为180，此为凸轮设计条件（2）（a） （b）图3 曲柄运动状态图II型1.曲柄 2.连杆 3. 成型机构冲头1.2.3确定凸轮远休止角凸轮达到最大推程后，随即曲柄连杆机构带动成型机构的冲头进入压缩土料过程，此时凸轮机构应维持最大推程状态，以保证压头堵住成型腔的出口，针对某一型钵体高度为60mm，冲头将土料压缩成60mm育苗钵后，成型机构的压头应跟随凸轮迅速进入回程阶段，离开成型腔出口，进入卸钵的过程。根据计算要制成60mm的育苗钵，在曲柄回转半径为125mm条件下，凸轮应维持121的最大推程状态后立即进入回程阶段，即凸轮远休止角为121，此为凸轮设计条件（3）1.2.4确定凸轮回程转角凸轮推程角、远休止角确定后回程角也随即确定，为59，在此阶段，压头要快速回撤，以利于冲头将成型的钵体推出，此为凸轮设计条件（4）。1.2.5确定凸轮轮廓曲线不同的凸轮廓线，其从动件的运动规律也不同，凸轮机构在运动时所受到的力也不同。根据推杆在运动开始时加速度为无穷大、有限值和零可将凸轮机构受到的冲击分为刚性冲击、柔性冲击和无刚性冲击无柔性冲击。为了降低设备所受的冲击，凸轮从动件各个运动阶段都采用谐波运动规律实现无刚性冲击无柔性冲击，再综合上述凸轮设计条件（1）（2）（3）（4），通过计算机运用凸轮设计软件得到凸轮轮廓如下图4：图4 凸轮廓线图1.凸轮理论廓线 2.凸轮从动滚子 3.凸轮实际廓线1.2.6凸轮廓线的完善凸轮机构在实际使用中发现其廓线稍有不足。首先，凸轮在回程段回到最低点后迅速进入到推程，因为钵体被冲头推出后落下需有一定时间要求，且成型腔出口与压头在最远处时之间的空间有限，这就造成钵体未完全落下时受到前进的压头的冲压而破碎或不能继续落下，导致制钵机不能正常工作，如图5所示。为避免此种情况，在凸轮推程起始段采用了10的近休止角，以使成型钵有足够时间下落。1. 凸轮 2.凸轮从动件 3.压头 4.成型的土钵图5成型钵出腔示意图其次，凸轮在回程起始阶段有个圆弧过渡，经数据分析和计算，此阶段压头的回撤速度要比冲头的前进速度慢，在实际应用中会造成已成型好的土钵与成型腔分离后会再被压缩，导致土钵变矮或被压碎。因回程段不会引起设备冲击，所以为解决上述问题将回程段变为有小过渡圆角的直线段，经完善的凸轮廓线如图6所示。图6 经完善后凸