机械设计创新大赛(精简)

半自动抛振气吸式穴盘育苗精量播种机,作者：李俊伟，刘国栋，董春旺，黄力栎指导老师：胡斌，李明志,第三届大学生机械设计创新大赛,汇报内容,样机性能试验,研究方法,结构设计,基于TRIZ的原理方案构思与创建,作品创作背景介绍,设计总结,一.创作背景,近几年，我国农村产业结构及种植模式出现较大调整。园林花卉，绿化苗木等作物的工厂化穴盘育苗技术得到迅速发展。穴盘精量播种机是其技术核心之一,一.创作背景,当前市场为国外所垄断，其机型多、功能全，自动化程度高，但价格昂贵。国内处于起步阶段，多为仿制国外机型，可靠性不高，且价格优势亦不明显。因此，设计一款结构简单，高效，可靠，价格适宜的新型穴盘精量播种机具有重要意义,二.原理方案构思与创建 -TRIZ创新理论分析,利用Triz创新理念：系统分析法研究精量播种机。1. 功能分析：实现穴盘精量播种机取种，投种。取种：机械式？气吸式？磁吸？ 气吸(不伤种)投种：自重？气力投种？ 气力投种（清种）气吸：吸板（高效）？滚筒（复杂）？针式（精准）？ 吸板+针式=嘴式吸盘（高效，精准）种与吸嘴接触：传统频率激震（震落种子）震动弹簧力=弹簧+牵引力=抛振装置（简单稳定）气力投种：气正压 气路切换 换向阀 控制 行程开关 撞 位移 水平位移四连杆机构？抽拉式？直滑轨（快捷）,二.原理方案构思与创建 -TRIZ创新理论分析,2. 组件模型：系统、子系统、子子系统（绘制Triz组件模型模板）,二.原理方案构思与创建 -TRIZ创新理论分析,再利用TRIZ三轴分析中因果轴创新理论探讨影响精量播种的原因：,三.结构设计,利用三维CAD软件PRO/E构建播种机的虚拟样机，如图,三.结构设计,核心装置结构：,四. 研究方法,采用数值模拟正交试验方法，即在CFD软件FLOWORKS上建立不同因素水平的吸嘴有限元模型，给定边界条件，进行仿真计算，利用统计学分析软件SPSS对计算结果进行极差与方差分析，寻求前面Triz方法推理的吸嘴真空度、孔型、孔径、导程等设计参数对播种性能的影响。,通过吸嘴外流场仿真发现，流场分布与端口结构形式有关，气流方向截面呈收缩型。,吸盘的优化设计,吸盘气室是容纳工作气体，对吸嘴起到稳定流场、压力场的作用。,12支吸嘴流速值分布,增大气室容积后压力场分布,数值模拟仿真优化结果,参数对播种性能影响的重要次序为：嘴形真空度孔径导程，得到最佳优化参数。V型吸嘴在同等条件下能得到最大流速，吸附能力最强。真空度、孔径大小为吸种性能较主要影响因素，导程对嘴口流速几乎没有影响，仅起到稳定嘴部流场的作用。 在气源同功耗的情况下，对V型吸嘴设计一定的锥角，能提高吸嘴取种处空气流速，改善吸嘴的吸种性能，同时有利于精量取种。矩形吸盘吸嘴流速平均值高，吸种性能好于圆顶形吸盘，气室高度的变化对吸附性能影响甚微，仅起到稳定压力场的作用 。,五.物理样机性能试验,依据虚拟设计结果制作的物理样机,五.物理样机性能试验,试验播种合格的平均率97%,空穴率2%，多粒率1.4%，完全满足穴盘精量穴播的技术要求。,六.设计总结 -创新性与先进性,将针式吸嘴与板式吸种盘整合为嘴式吸盘，提高播种精度。且通过更换吸嘴型号以适应不同外形尺寸种子穴播需求，解决了传统吸盘排种器互换性和通用性差问题，实现了一机多用的功能；电路控制实现：真空取种，气吹投种；用弹簧+牵引电磁铁取代传统弹簧+激震器，使性能更稳定；,六.设计总结 -创新性与先进性,基于TRIZ创新设计理念，构建了播种机理论模型和设计方案。基于PRO/E构建三维虚拟样机基于CFD流场数值模拟试验，实现机构参数优化与结构创新，降低设计成本,六.设计总结 -应用前景,本作品结构简单、控制灵活、操作方便、播种精度高且相对同类产品更具有价格优势，可以应用于绿化苗木及园林花卉种子的规模工厂化育苗和个体温室大棚育苗。若通过更换吸盘后在棉种、甜菜、番茄、辣椒等作物上得到运用推广，其直接经济效益更加显著。综上所述，随着国家大力倡导现代化设施园艺技术的推广，本作品具有非常广阔的市场空间、显著的经济效益与社会效益。,谢谢，敬请专家批评指导！,有图可知：虽然锥形嘴端口流速较低，但种子被吸附状态与吸嘴孔接触点的流速与V型嘴端口流速相差无几，故对锥形口吸附性能影响很小 。两种吸嘴峰值流速分别为: 172.2m/s和189.1m/s，增加锥形角后吸附性能（流速高）好于V型嘴。锥形嘴端口中心外围流速低，吸附力小，有利于清除多余种子，实现精量取种，且锥形角可优化端口进气流场，加大了收缩横截面积，使吸种范围增加，提高吸附率，又能避免种子卡住的问题。,本作品结合我国穴盘育苗生产实际，对国内外主流机型调研的基础上，通过TRIZ（ 冲突解决理论）创新设计理论在概念设计阶段提出穴盘育苗精量播种机的创新设计思路，并利用先进设计方法（CAD 三维造型技术，CFD流体有限元分析,正交试验设计等）实现了该作品设计结构创新，开发出一种新型高效、播种精度高、结构简单、操作方便、价格适合的半自动抛振气吸式穴盘精量播种机。,依据仿真结果对吸嘴的优化设计,实际中由于种子形状不规则，顶部与根部直径差异较大，在吸种过程中，顶部或根部与吸嘴口接触具有随机性，当种子根部吸附于吸嘴口时易卡死，不能自由落入穴盘而造成空穴。所以有必要在嘴端开设锥形倒角，以降低吸附卡死几率 。,目前，我国实现工厂化育苗播种主要有两种基本途径： 1）通过购买国外整套自动化流水线或者单一播种设备； 2）依靠人工点播或撒播。国外整套设备虽自动化程度高，但其结构复杂、不易操作且价格昂贵，即便是单一播种装置价格也在5万元左右，显然不符合我国实际农业经济水平。人工手撒籽播种存在效率低，重播、漏播率高、劳动强度大且播种后出苗不均, 影响秧苗质量等缺点，远远不能满足现代化设施农业的需要。国产育苗播种机多为科研院所研制，实际投入生产的很少，不足育苗设备市场份额的10%。,一. 创作背景,一.创作背景,种苗是园林花卉、绿化苗木生产的物质基础。近几年，随着农村产业结构及种植业结构的调整，园艺绿化植物的种植面积逐