小区播种机的设计【总体及传动部件】【小麦 小区条播机-采用机械式排种器】
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总体及传动部件
小区播种机的设计【总体及传动部件】【小麦
小区条播机-采用机械式排种器
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小区播种机的设计学 生：指导老师：（湖南农业大学工学院，长沙410128）摘 要：小区播种机是培育新品种和进行品种对比试验等田间试验时所用的专用播种机。与人工播种相比，小区播种机具有播种、播量、播深均匀一致，出苗质量高的优点；同时减轻了劳动强度，有助于减少试验误差，提高试验的准确性。因此，小区播种机的研究对于培育农作物新品种，提高育种研究的精确性，实现育种研究机械化具有重要意义。关键词：小区；播种机；精量播种；链传动The Design of Drive Components and OverallConduct of Plot SeederStudent：Zhang QinTutor：Luo Haifeng（College of engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：Plot seeder is the dedicated machion which is used to cultivate new varieties and makes species comparision tests.Compared with manual planting,plot seeder can reduce the labor intensity ,reduce the test error and increase the accuracy of the test.Therefore,to study plot seeder has great importance to cultivate new crops ,to improve the accuracy of breeding ,to achieve dreed mechanization.Key words: plot seeder；fine quantity sowing seeds；chain drive1 前言1.1 课题的意义我国是一个有着悠久历史的农业火国，农业在国民经济中的作用举足轻重，农业是国民经济的基础。人口多、耕地少是我国的基本国情。我国耕地为1.267亿ha（约19亿亩），以12亿人口计算，人均只有0.1056ha（1.584亩）而且耕地后备资源不足。我国仍然处在一个发展中的农业大国，其中75的人口和90以上的国土在农村，人均农业资源低于世界平均水平，经济技术基础相对薄弱。同发达国家相比，农业生产力求平还相当低，农业仍然是国民经济发展中的薄弱环节。进入21世纪，我国农业生产所面临的问题仍然十分严峻。一方面，工业化和城市化占用了大片农田，使得本来就很少的耕地资源变得更加宝贵。另一方面，随着人口增艮和人民生活水平的不断提高，对于农产品数量和质量的需求将更加迫切。据预测，到2030年我国人口将达16亿，需求粮食将达到6.4亿t至7.2亿t。所以说我国的粮食形势并不乐观。【1】根据我国粮食增产的历史及潜力看，采用扩大农作物种植面积来提高粮食产量的做法，潜力是很有限的。因此，提高农田的单产水平，培育和推厂农作物优良品种，发展良种的增产潜力就成为粮食增产的基本途径。在一个中等农业试验站里仅小麦一项的选种量就可达14000个品系，产量鉴定量还需设置1500个左右的小区，因而试验小区的数量是相当大的。而试验工作量之大，工作之繁重也是相当惊人的。小区播种机是培育新品种、繁殖良种和进行品种对比试验等田间试验时所用的专用播种机。当前我国的小区播种机的数量和品种还比较少，远远不能满足全国众多农业科研教育单位的需要。这使得大多数试验小区只能用人工的方法完成试验小区的播种，这样做的劳动量是非常巨大的，易拖延播种季，效率很低。而且这些方法还直接影响着育种试验的精确性。具体说来，第一，用人工方法开沟，会造成深浅不一致。第二，人工撒籽、点籽或摆籽，播种的均匀度和播种量难以保证。第三，人工覆土会引起干湿土混合，损火水分，出苗率和整齐度将受到影响，这对种子萌芽是不利的。然而大田播种机很难适应小区播种机的特殊农艺要求。因此，研究小区播种机是一项十分必要和迫切的工作。研制小区播种机的目的在于减少大量的人工劳动省工省时，更重要的是保证试验的精确性。迄今为止，我国从事播种机械研究的专家学者涉猎了世界各国各类型的排种器形式，其中属于引进仿制的有：外槽轮排种器、离心式排种器、内槽轮种式排种器、垂直圆盘式排种器、水平圆盘式排种器、倾斜圆盘式排种器、气吸式排种器、气压式排种器、吸盘式排种器等等，种类繁多。属于我国独创且在农业生产中获得大最应用的排种器有：辽宁70-2型窝眼式排种器、鲁抗的摆杆式排种器、张波屏的纹盘式排种器、张波屏的锥盘式小麦精密排种器等【2】。对于小区播种机而言，排种器还必须满足小区播种工艺的要求，而目前我国在小区播种机排种器的研究上做的还很少，因此有必要对此进行进一步地研究。1.2 国内外小区播种机的研究状况根据资料，世界上第一台小区播种机于1935年在加拿大研制成功。截至目前有加拿大、挪威、美国、法国、前苏联、德国、奥地利、瑞典、日本和中国等国家研制过小区播种机。1964年还成立了国际田间小区试验化学会，以促进学术交流，推动研究工作的开展【3】。挪威研制的小区播种机采用了份量播种锥体格盘式排种器，首次体现出小区播种的特点，即一个小区播完一份种子。它采用锥体分种器和周围环绕的格盘排种。它的不足之处是由于格盘端砸与底座平面的间隙不当，使得种子破损严重，而且行内种于分布均匀度差。美国曾经设计了气压式单粒精密小区播种机，它采用了比较新颖的排种装置，其圆筒内用格挡分成三格，每格下面系着四个种子袋与各排种器相连。当盛种筒转动时，其中的排种袋便分别将种子供应给与之相连的排种器。该机可以播玉米、高粱、大豆、向日葵等作物。美国某公司还生产了一种为拖拉机配套的小区播种机，它安装在拖拉机前后轮之间，两个操作者的座位架在拖拉机的纵梁上略低于拖拉机手的座位。法国研制的单粒小区精密播种机也采刚了气压式排种装置，所不同的是装置的边缘分布着若干吸嘴的金属盘。吸嘴与盘内的真空负压相连，当金属盘旋转时，吸种吸嘴可以使真空绝断，种子便落入位于金属盘上方的接种盘内，而后从开沟器中排山。该播种机可以播种小麦、人麦、黑麦、菜豆、玉米、向日葵、油菜等作物。前苏联研制的小区播种机采用锥体格盘式排种器，可以进行玉米、高粱等作物的播种。德国Xoxen大学研制了PlotAeromat型气压式小区播种机，并配备了不同规格的窝眼轮，可以播玉米、向日葵、小麦、大麦、黑麦等作物。相对而言，我国的小区播种机的研制工作起步较晚。70年代中期才开始有个别单位进行了这方面的研究工作。我国研制的小区播种机最主要有以下类型：黑龙江省农科院的ZXBJ-4型小区精密播种机【4】，黑龙江农垦科学院红兴隆研究所的XBJ-15和XBJ-15A型种子播种机，中国农业工程研究院和北京农业大学研制的NKXB-1.4型小区条播机【5】，新疆农垦科学院农机所研制的2XBX-2.0悬挂式小区条播机等等。虽然我国的小区播种机有了一定的发展，但是还存在一些问题。首先，一些机型仅仅停留在科研成果阶段，根本没有形成产品。有的虽然进行了小批量的生产，但是在实际的播种过程中，出现了一些新的问题，还需要进一步的完善改进。其次，小区播种机的需求量不象大田播种机那样大，而且由于小区播种机的特殊要求，使得研制投入较多，开发时间长，所以一些单位考虑到经济效益而停止了小区播种机的研制工作。由于种种原因，造成目前我国小区播种机数量少，品种也不多，远远不能满足众多的农业科研单位的需要，大部分农业试验区的播种问题仍未实现机械化，大部分农业试验区的播种问题仍未实现机械化，大部分研究单位仍采用人工方法完成试验小区的播种，从而直接影响到农业试验的精确性，占用大量的劳动力。现有的小区播种机主要可分成小区条播机和小区精量点播机等类型，以适应不同特性种子的播种要求。1.3 小区播种机的主要研究内容1.3.1 课题背景鉴于育种小区播种机国内外发展的现状及广大农业试验科研单位进行育种试验的需要，研究设计一种小区条播机。主要对排种器装置进行研究，以期实现较好的排种性能。从而保证小区育种试验的精确性，实现减轻人工播种工作量和节约试验种子的目的。1.3.2 课题研究的内容 本课题在探究分析国内外现有的小区播种机型的基础上，以具体一种种子为研究对象，研制一种小区播种机，重点进行该播种机总体及传动部件设计，以合理的工作方式及最佳的结构布置，使该播种机结构合理、使用方便、节省功耗、性能良好，满足田间育种机械化播种的要求。首先对总体进行设计，随后着重设计传动部分。总体方案的设计只要包括各机构的功能要求，使播种机结构合理、使用方便、节省功耗性能良好，保证种子均匀顺利排出。传动装置的设计要满足个部件的运动要求，使个部件按给定的转速转动，满足田间育种机械化的要求。小区播种机的排种器试验拟采用机械式控制方式。对于排种器主要对锥体、格盘、送种漏斗和传动装置等进行设计。2 小区播种机结构设计2.1 拟定方案根据小区播种机的工作条件和播种要求，选用牵引式（后悬挂式）。下面进行具体分析。2.1.1 机理分析设计(1)排种空尺寸与格盘转速的关系 在播种过程中，排种孔尺寸与格盘转速之间必须满足一定关系。在速度一定的情况下，排种孔不能过小。否则，种子有可能来从排种孔排出而残留在格盘内，小区播种是不允许这种情况发生的，因此有必要对这一问题进行理论上的分析。若假定种子为球形，如图1所示【6】。设种子围绕锥体格盘中心轴的旋转半径为r，格盘在排种时的角速度为w，种子经过排种孔时跟随格盘以水平速度v=rw运动，即落入摊种孔的初速度为vrw。由于种子是靠重力从排种孔落下的，如果当种子通过排种孔上方时，其重心降至低于档板上平面时，就可以保证落入排种孔。于是按自由落体方程可求出直径为d的球形种子充种的极限速度为：即 (1)式中：A排种孔直径，d种子直径。图1球形种子排种示意图Fig1 the diagram of spherical seeds对于平躺在格盘内的扁粒种子，设其重心距大端的距离为种子长度为a的，如图2所示。类似地可得，即 (2)式中：n种子长度，b种子宽度。图2 扁形种子排种示意图Fig2 the diagram of seeds oblate如果种子的运动速度过快，种子在进入排种孔时将出现如图3所示的情况。在这种情况下，当种子与排种孔边缘接触时，种子能够落入排种孔的条件是：图3 排种示意图Fig3 the diagram of seeding (3)式中 e种子与排种孔边缘接触时，种子重心到排种孔边缘的距离，h种子与排种孔边缘接触时，种子重心到排种孔边缘的距离。(2)地轮与格盘的传动比小区播种机在田间进行播种作业时，传动部分由地轮带动。为实现格盘旋转一周，格盘恰好走完一个小区的效果，设计时必须要求地轮与格盘之间满足一定的传动比。设小区的长度为l，地轮的直径为d，地轮与格盘的传动比为i。当格盘旋转一周时，地轮恰好走完一个小区的长度，则 (4)由式(4)得地轮与格盘的传动比 (5)实际播种时，应考虑地轮滑移的因素。设轮子的滑移系数为ks ，轮子滚动的距离为L，实际行走的距离为Lp则由 得【7】， (6)令，得 (7)由式7可见，当选择尺寸较大的地轮时，可以减少地轮与格盘之间的传动比，有利于简化传动部分的结构。2.2 小区播种机的整体设计2.2.1 作业速度根据小区播种机精度要求，一般要求作业效率为0.080.56hm2/h，播种机的工作速度0.16m/s1.11m/s【8】。考虑到收获机收获时的作业速度，泰山12拖拉机选用v=1m/s。地轮的滑移率=0.050.12，故取=0.05，机速即实际工作速度。 (8)2.2.2 工作幅宽工作幅宽主要取决于配套拖拉机的牵引能力和播种机的工作阻力。播种机的工作阻力包括开沟器工作阻力、地轮滚动阻力、部件传动的工作阻力。工作幅宽（B）计算公式： (9)式中： T正常的机组工作速度下，拖拉机的额定牵引力（N）T=2.94KN。 拖拉机牵引力利用系数，一般取=0.8。 pm小区播种机每米幅宽的工作阻力（N/m）。所以： 实际工作中，牵引效率T小于等于额定效率，所以实际工作幅宽小于1.65m。根据设计要求取工作幅宽：B=1.4m2.2.2 整体机架的设计整体机架主要是由方形空心型钢（KQF40402.0）焊接而成，整体尺寸是通过拖拉机悬挂装置和工作幅宽决定的。采用焊接的方式连接，结构简单，可以支撑收获机作业时带来的阻力。整体机架是为了能够更好的与拖拉机的悬挂架配合，采用了三角形固定，能够承受收获机的全部重量。由于播种的幅宽为1400mm，所以机架的宽度应超过工作幅宽，取为1800mm。机架的总长度是由开沟器和仿形机的长度确定，选择长度为1000mm，为了便于传动装置的布置，选择机架的高度为740mm。2.3 排种器的设计2.3.1 排种器的结构确定目前小区播种所采用的排种器就排种方式而吉，主要分为气力式和机械式。本课题采用机械式设计，主要针对小麦进行条播试验。经过分析研究，决定利用锥体均分的原理，采用旋转锥体和格盘式排种器。它的特点是利用旋转锥盘将种子均匀的分配到槽格中，格盘旋转一周经过一个小区一份种子全部排完，如此依次完成多个小区的播种过程，不同品种更换时不需要清种。2.3.2 排种装置的设计与参数确定课题所设计的排种器主要由漏斗、锥体、格盘等组成，用来完成种子分流排种作业。格盘粘结在锥体上成为一体，与锥体同时转动。一份种子落下时首先经过漏斗落到锥体的顶端，然后种子沿锥体表面均匀地落到下边的格盘中。播种时，格盘中的种子随格盘一同旋转。当种子经过落种口时，落入下面连接的输种管中排出。下面具体介绍主要部分的设计情况【8】：（1）漏斗设计小区播种过程中，每一份小区的种子装在一个种盒中，然后通过漏斗下方落入锥体格盘排种器。漏斗处在定量输送装置和排种器的中间位置，它对于种子分流具有重要影响。理论上种子应该落在漏斗下口正对着锥体顶点的圆心上。这是种子沿锥体表面均匀分种的必要条件【9】。图4漏斗设计示意图Fig4 the diagram of funnel如图4所示，根据第二章理论分析的结果，设计过程如下：设漏斗上端开口的直径为B，下端开口的直径为b，漏斗的高为L，倾角为。首先，确定倾角的大小。为防止在漏斗壁存留种子，倾角应大于种子与漏斗壁的摩擦角（一般在5560之间），于是选60。为了保证播种时获得良好的分种效果，种盒中的种子应通过漏斗恰好落在下方开口的圆心。同时应避免种子在下落过程中与漏斗壁接触，因为种子与漏斗壁接触后发生碰撞后将改变预先的运动路径，从而达不到理想位置，影响分流效果。再有关漏斗的理论分析【10】，得 (10) (11)式中定量输送装置经过漏斗上方时的水平速度，种盒开始从漏斗上口落下时距离漏斗外缘的距离，g重力加速度。根据分析，式(10)是种子恰好落到下口中心的充要条件，式(11)是避免种子接触漏斗壁的必要条件。同时还得到当60度时，按照式(10)所得到的参数L，B，x，必满足式(10)。因此可以根据式(10)确定未知的参数L，B，x，然后根据播种量的多少和种子的种类来近似确定下端的开口直径b。在式(10)中，共有L，B，x三个未知参数，在实际设计中可以先根据设计经验及易于加工等角度考虑先确定两个未知数，根据式(10)来确定另外一个未知参数。因此在实际设计漏斗部分过程中，情况就变得比较简单，只根据设计经验来考虑，而不需具体按照式(10)来确定参数。如图2-4所示，不妨取B250mm。而漏斗上开口的直径XB/2x30mm，漏斗高度L150mm。本机器以小麦为主要试验对象，进行六行的小区条播试验，因此每个小区的播种量不大，所以设计中下开口直径取b30mm。另外漏斗的壁厚为0.2mm【11】。（2）椎体设计锥体是锥体格盘排种器的重要组成部分，它对种子的分流起着十分重要的作用。如图5所示，设锥体顶角为，锥体高度为h，底面直径为d。首先确定顶角,同漏斗的设计一样，图5所示的角应大于等于种子与锥体表面的摩擦角，因此取60。又如图4可见，2180。于是锥体项角180-2=180-260=60【12】。图5 椎体示意图Fig5 the diagram of cone根据设计经验取锥体高度h100mm，如图5可得， 设计中锥体与格盘粘结成一体，锥体与格盘的运动是通过与锥体中心连结的传动轴的传动来完成的。为了实现锥体与轴的连结，采用以下的设计方案：在锥体的下部粘结一个上端开口、下端封闭的铁环，它的外径比锥体底面直径d小1mm，它的高度l7mm。在铁环下端的吲心加工一个与锥体中心轴同心的螺旋孔，孔径为18mm，孔深为7mm。同时，将传动轴的端部也进行螺纹加工。这样通过螺纹配合，传动轴带动锥体实现了转动。锥体由壁厚为0.2mm的扇形钢板所卷成。（3）格盘设计格盘示意图如图6所示。1. 外圈 2. 上筒 3. 下筒 4. 格板1Outer ring 2.upper shell 3.lower shell 4.grating图6格盘示意图Fig6 the diagram of plate格盘主要由外圈和内圈及均匀分布在它们之问的格板组成，下面分别进行介绍【13】。 内圈内圈如图7所示。内圈由两部分组成，一部分是由厚为0.5mm的钢板所卷成空心圆柱形状的上筒。上筒高为16mm，直径为115mm，与锥体底面直径相同。另一部分则是由同样厚度的钢板所卷成的圆台状的下筒。圆台母线与圆台中轴线的夹角30。一般传统的锥体格盘排种器是没有下筒的，那样结构相对简单。设计下筒的目的是减少种子在每个格槽内的分布面积，期望得到更好的插种效果【14】。图7 内圈示意图Fig7 the diagram of inter ring 外圈图8 外圈示意图Fig8 the diagram of outer ring外圈也由两部分组成，一部分是厚为0.5mm的钢板卷成的护种筒。护种筒高为120mm，直径为165mm。护种筒的作用是防止种子在分种过程中弹出，以保证种子落到格盘中。另一部分的下筒与内圈的下筒类似，它也是由钢板卷成圆台形状，圆台母线与圆台中轴线的夹角30。这样可以确保下筒表面的倾角（90-30=60）不小于种子与下筒表面的摩擦角，确保种子顺利落下【15】。 格板格板如图9所示。格板将格盘分成若于个格槽，格板数目对于摊种的均匀性起着重要的作用。同时在加工上，格板也起着连接内圈和外圈的作用。在试验台的实际加工中，格板与内圈和外圈之间采用电弧焊进行连接。设计中所采用的格板数目为18个，格板呈辐射状均匀地粘结在内圈和外圈中间【16】。格板应采用较薄的钢板或塑料材料，不应过厚，否则壁上将可能残留少量种子。设计中采用了材料为厚度为0.2mm的钢板。图9 格板示意图Fig9 the diagram of grating（4）挡板的设计及挡板与格盘的间距 挡板的设计图10挡板示意图Fig10 the diagram of baffle图7为挡板俯视圈，挡扳是锥体格盘排种器的一个重要组成部分。它与格盘共同组成一个容纳种子的空间。挡板应有一定的刚度，用来保持与锥体轴线垂直，因此不能选用过薄的钢板。挡板开有排种孔，下面焊接一个由0.2mm厚的钢板围成的圆管，长度为50mm【17】。圆管的下端在播种时接种管进行播种。播种时，格盘中的种子在锥体格盘的带动下，经过挡板上的排种孔时，每个格槽中种子便依次落下，经送种管排出。具体设计中，档扳采用了一块厚为5mm的矩形钢板，在挡板中心加工一个孔，目的是使传动轴从孔中穿过。挡板上的排种孔，根据不同的播种需要可以采用不同形状，本设计中采用便于加工的圆形孔。孔的尺寸影响到排种过程中种于的残留问题，鉴于小区播种农艺不允许种子残留，因此选择孔的尺寸是很重要的。根据理论部分的推导，可以得到种子运动速度和排种孔直径之间的关系，即 （对应圆粒种子） (12) (对应扁粒种子) (13)式中 A排种口直径 d圆形种子直径 a扁粒种子的长度 d扁粒种子的宽度 r格板中种子的旋转半径因试验以小麦种子为主，所以按扁粒种子的公式(13)计算。由式(2-12)可得 (14) 实际设计中r66mm，对于小麦种子以小麦9428为例，6.68mm，b=3.06mm。另外根据播种要求，播种机的前进速度一般在拖拉机的挡和挡之间。以江西拖拉机厂生产的丰收牌拖拉机为例，档的速度为1.06km/h。档的速度为1.40km/h。试验时小区的长度为9.42m【18】。由于播种机播完一个小区，锥体格盘恰好转过一圈。下面计算在档和档的情况下，相应锥体格盘的角速度w【9】。第一种情况：档时，拖拉机速度 走完一个小区需要的时间 (L为小区长度)此时格盘恰好旋转一周，格盘转速为第二种情况：档时，拖拉机速度走完一个小区的时间此时的格盘转速为经比较，显然w2 w1，于是将r66mm，=6.68mm，b=3.06mm，w2=0.260rad/s，代入(5)得实际设计中，A=30mm【19】，满足要求。 挡板与格盘的间距播种时，种子在挡板与格盘组成的空间里运动。挡板与格盘的间距必须适中。间距过大，将导致种子从问隙中流出；间距过小，由于加工误差存在，格盘的旋转将受到挡板的阻碍，严重时格盘将停止旋转而不能进行排种。在本设计中，考虑到试验以播小麦为主，因此安装时根据小麦的尺寸，要求挡板与格盘的闻距为1mm。具体通过控制传动轴与锥体的螺旋配合来实现，简单易行，调整间距方便。2.4 主要技术参数（以小麦为例）外形尺寸（长宽高）/mm：18001000740工作幅宽：1.4m结构质量：80kg使用质量：82kg播种状态运输间隙：50mm工作行数/行：6播深/mm:3040行距、粒距/mm：200，20生产效率/( hm2/h)：0.33 传动系统的设计计算3.1 动力传动的选择拖拉机的型号选择是根据总功率的大小决定的，对其工作和经济性都有影响。通常对于长期连续运转，载荷不变或者变化很少，要求所选用的拖拉机的功率等于或者略大于工作时所需的总功率。根据传动的稳定可靠和对收获机需要的功率我们先采用泰山12拖拉机。 泰山12拖拉机输出功率的分配功率的估算公式为【20】： (15)式中： Nt拖拉机动力功率（Kw）Pt拖拉机基本档位的挂钩牵引力（KN）V拖拉机基本档位的实际工作速度（Km/h）所以： (16)由总体设计可知，拖拉机将动力传给地轮和开沟器，因为两地轮受摩擦力很大，消耗大部分功率，约占55%，分配头转速比较高，中间传动消耗功率比较大，故左侧地轮分配功率较大占25%；由于采用箭铲式开沟器，阻力较小，消耗功率较小，约占45%。即： 左侧地轮获得的功率为：P左=18% Nt =1.5Kw 右侧地轮获得的功率为：P右=15% Nt =1.2Kw 开沟器获得的功率为：P开=65% Nt =7.3Kw左侧地轮获得的功率一部分由自身所受摩擦力消耗，其余经过链传动、锥齿轮传动后传给链传动传给格盘。 实际消耗的功率由总体设计可知，拖拉机输出功率主要由一下几个方面消耗，地轮在地面滚动摩擦力消耗部分功率（P1），各传动机构存在功率损失，分配头的旋转（P2）、格盘的转动（P3）消耗部分功率，开沟器消耗部分功率（P4）。左侧地轮需要的功率为：P左=P1/2+P2/1 (17)左侧传动的总效率：1=轴承2带链3 =0.9920.750.963=0.65 P1=FfVmax=832.5w其中，拖拉机的最快行进速度：Vmax=1.11m/s，两侧地轮所受摩擦力：Ff = umg = 750N ，m=300kg，u=0.25P2=0.19kw可解得：P左=0.72kw右侧地轮需要的功率： (18)右侧传动的总效率：可解得： P3=0.03Kw P右=0.44Kw开沟器的工作阻力受很多种因素的影响，如开沟器形状、结构参数、开沟深度、土壤性能及播种机作业速度等。箭铲式开沟器平均工作阻力在30N50N之间，工作受土壤条件影响，并且播种不同作物开沟深度不同，取其工作阻力为F=150N，故开沟器需要的功率为P开=6FVmax=999w小区播种机消耗的总功率为P=P左+P右+P开=2.2Kw3.2 传动部分的设计计算3.2.1 左侧第一级链传动的设计计算拖拉机平均行进速度V=2km/h，地轮半径r=0.45m，分配头转速w1=1800r/min，可求得左侧传动部分的传动比为R=87.78，分配为三级传动如下图：表1 传动比设计 Table 1 The design of drive ratio 参数 第一级链传动 第二级齿轮传动 第三级链传动 传动比i 4.5 4.5 4.2小齿轮齿数Z1 21 17 17大齿轮齿数Z2 95 77 71(1)链轮设计【21】已知主动链轮转速为n1=21.22r/min，由设计要求可知从动链轮转速为95.49r/min，传动比i=4.5 链轮齿数 Z1=21 ，Z2=95 设计功率 Pd=KAP， P=0.3Kw由机械设计手册表12-3查的KA=1Pd=10.3=0.3Kw 确定链条的链节数LP 初定中心距0=400mm，则链节数为 (19)取LP=126节 传递的功率由机械设计课本图9-13查得KZ=1.2由机械设计课本图9-11查得Ka=1 KP=1故所需传递的功率为 (20)根据小链轮转速n=95.49r/min及功率Pca=0.36kw，由机械设计课本图9-11选链号为08A单排链。再由机械设计课本表9-1查得链节距P=12.7mm。 确定链条长度及中心距 (21)由机械设计课本查表9-7得中心距计算系数f1=0.23381，最大中心距=f1p2Lp-(Z1+Z2)=403.8mm，可取中心距0=400mm 计算链速v=z1n1p/(601000)=0.4m/s根据链速v，由机械设计课本查图9-14可选择定期人工润滑方式润滑。 作用在轴上的轴压力 有效圆周力 Fe=1000P/v=750N 按垂直布置取压轴力系数KFp=1.05 (22)表2 08A滚子链规格和主要参数 单位（mm）Table 2 The standard and major parameter of08A roller chain链号 节距P 滚子直径d1 内节内宽b1 销轴直径d2 内链板高度h2 排距 08A 12.7 7.92 7.85 3.98 12.07 14.38（2）链轮轮廓计算链轮基本参数和主要尺寸【22】 基本参数链轮齿数：Z1=95，Z2=21配用链条的节距p p=12.7mm 分度圆直径d 对z1=384mm对z2=85mm 齿顶圆直径d (23)对z1： dmax=391.96mm dmin=388.58mm取d=390mm对z2： dmax=93mm dmin=88.8mm取d=92mm 齿根圆直径df 对z1： df=376.08mm对z2： df=77.08mm 分度圆弦齿高h 对z1： hmax=4.08mm，hmin=2.39mm对z2： hmax=4.46mm，hmin=2.39mm 链轮材料及热处理材料： 20 Cr热处理： 渗碳、淬火、回火 紧定螺钉的选择螺钉GB75-85 M825轴承选择滚动轴承 6203 GB/T276-933.2.2左侧第二级锥齿轮传动的设计计算（1） 齿轮设计已知主动齿轮转速为n1=95.49r/min，由设计要求可知从动齿轮转速为401r/min，传动比i=4.5。 齿轮齿数 Z1=17 Z2=773.2.3 左侧第三级链传动的设计计算（1） 链轮设计已知主动链轮转速为n1=401.06r/min，由设计要求可知从动链轮转速为1804.8r/min，传动比i=4.2。 链轮齿数 Z1=17 Z2=77 设计功率 Pd=KAP，P=0.27kw由机械设计手册表12-2-3查得KA=1Pd=11.5=0.29kw 确定链条的链节数LP初定中心距，则链节数为： (24)LP=110。 传递的功率由机械设计课本图9-13查得Kz=1.2，由机械设计课本表9-11查得K=1，由机械设计课本表9-11查得链系数Kp=1，故所需传递的功率为Pca=KKzP=0.32kw (25)根据小链轮转速n=1804.8r/min及功率Pca=0.35kw，由机械设计课本图9-11选链号为08A单排链。再由机械设计课表表9-11查得链节距P=12.7。 确定链条长度及中心距 (26)由机械设计课本查表9-7得中心距计算系数f1=0.23912最大中心距=f1p2Lp-(z1+z2)=382mm，可取中心距0=380mm 计算链速v=z1n1p/(601000)=6.5m/s根据链速v，由机械设计课本查图9-14可选择定期人工润滑方式润滑。 作用在轴上的压轴力有效圆周力 Fe=1000P/v=41.5N按垂直布置取压轴力系数KFp=1.05Fp=FeK=2071.05=42.6N（2）链轮轮廓计算链轮基本参数和主要尺寸 基本参数链轮齿数： Z1=71， Z2=17配用链条的节距p：p=12.7mm 分度圆直径d 对z1： d=311.36mm对z2： d=69.11mm 齿顶圆直径d (27)对z1： dmax=319.32mm dmin=315.88mm 取d=316mm对z2： dmax=77.07mm dmin=72.7mm 取d=75mm 齿根圆直径df ： 对z1： df=303.44mm对z2： df=61.2mm 分度圆弦齿高h： (28) (29)对z1： hmax=4.12mm，hmin=2.39mm对z2： hmax=4.58mm，hmin=2.39mm 链轮材料及热处理材料： 20 Cr热处理： 渗碳、淬火、回火 紧定螺钉的选择螺钉GB75-85 M825轴承选择滚动轴承 6203 GB/T276-933.2.4 右侧链传动的设计计算根据格盘的运动要求，查农艺可得小区区长为9.42m，则根据第二章的公式可以算出格盘与地轮之间的传动比，取滑移率为10%，地轮直径由设计得为450mm【24】，即则传动比分配为： 表3 传动比设计 Table 3 The design of drive ratio传动 第一级链传动 第二级齿轮传动 第三级链传动 传动比 1 1 6这里就不重复多余计算，取其中一级计算即可，其他的计算与上一小节的计算方法一致，改变传动比计算即可。（1） 链轮设计已知主动链轮转速为n1=21.22r/min，由设计要求可知从动链轮转速为21.22r/min，传动比i=1。 链轮齿数 Z1=22 Z2=22 设计功率 Pd=KAP，P=0.04kw由机械设计手册表12-2-3查得KA=1Pd=10.04=0.04kw取LP=110节。传递的功率由机械设计课本图9-13查得Kz=1.2，由机械设计课本表9-11查得K=1，由机械设计课本表9-11查得链系数Kp=1，故所需传递的功率为 (30)根据小链轮转速n=21.22r/min及功率Pca=0.05kw，由机械设计课本图9-11选链号为08A单排链。再由机械设计课表表9-11查得链节距P=12.7。计算链速v=z1n1p/(601000)=0.1m/s根据链速v，由机械设计课本查图9-14可选择定期人工润滑方式润滑。作用在轴上的压轴力有效圆周力 Fe=1000P/v=400N按垂直布置取压轴力系数KFp=1.05Fp=FeK=2071.05=420N（2）链轮轮廓计算链轮基本参数和主要尺寸 基本参数链轮齿数： Z1=22， Z2=22配用链条的节距p：p=12.7mm 分度圆直径d 对z1： d=89.24mm对z2： d=89.24mm 齿顶圆直径d (31)对z1和z2 ： dmax=97.4mm dmin=93.27mm 取d=94mm 齿根圆直径df ： 对z1，z2 ：df=81.49mm 分度圆弦齿高h： (32) (33)对z1，z2 ： hmax=4.12mm，hmin=2.39mm 齿轮材料及热处理材料： 20 Cr热处理： 渗碳、淬火、回火4 其他零部件的设计4.1 托架的设计图11 托架简图Fig11 the diagram of bracket为了方便排种器的安排，将排种器托架单独做出，而不与机架焊接在一起，这样可方便排种器下端锥齿轮的位置调节，使各传动更加可靠。托架是由螺钉紧定在机架上的【25】。4.2 左侧末级传动轴设计1） 初步确定轴的最小直径P=0.27kw ，n=1800r/min，有公式： (34)由于选取轴的材料为45钢，调质处理，根据课本机械设计表15-3，取A0=126，于是得dmin=6.64mm。2） 轴的结构设计轴的最小直径为草图中的紧定螺钉孔，即与齿轮和带轮配合处理轴的直径。为了与右侧带轮配合【26】，取此处直径为17mm，长度为42.5mm，其左侧为轴承配合处，取直径为17mm，长度为12mm；其左侧为轴肩，用于轴向定位轴承，查手册得其直径为22mm；为了与左侧链轮配合，取此处轴肩直径为17mm，长度为19.5mm，其右侧为轴肩，用于轴承定位，查手册取其直径为22mm。3） 初步选择滚动轴承因为轴承承受轴向力和径向力都比较小，选用轴承型号为6203深沟球轴承，轴承内径为17mm，外径为40mm，宽度为12mm。轴承成对使用，两端轴承型号相同。4） 确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表15-2，取轴端倒角为245，轴肩处圆角半径为2mm。5） 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即危险截面的强度。轴受到的扭矩T=95501000P/n，其中P=0.27kw，n=1800r/min可得：T=1432.5Nmm (35)Mv=168.524.5=4128.28Nmm (36)前已选定轴的材料为45钢调质处理，由机械设计表15-1查得-1=60Mpa，因此，ca-1，故安全。4.3 地轮的设计图12 地轮Fig12 land wheel如图12所示，地轮的最大直径是450mm，地轮具有支撑，仿形，驱动等多重作用，在轮的外圆上铸有抓地爪，以增加地轮的抓地功能，增大摩擦力，减少打滑。地轮是驱动装置中最重要的一个部分，拖拉机上的牵引力经过连接架传到了地轮，地轮经过链传动把动力传给了排种器。由于地轮一般是铸铁做成的，成本比较高，而且重量重，为了能够在完成工作的情况下，还能节省材料，我们需要做成凹形的，而且有必要打孔。4.4 地轮轴的选择与校核4.4.1 地轮轴的选择地轮轴是通过链传动转动的，链传动是通过拖拉机的牵引。轴的具体尺寸应该是多少，应根据轴的具体受载以及受力情况来确定。因为这个轴要同时收到弯矩和扭矩，所以两个都要考虑到。有机械设计课本370页，轴的扭转强度公式是： (37)由拖拉机传到链轮时，功率p为0.45kw。由资料查出播种机的工作阻力为30N，工作速度是1.5m/s，由上式可知道轴的计算公式为： (38) (39) (40)经过计算得，地轮轴直径取20mm是比较合适的，材料是45钢。4.4.2 地轮轴的校核地轮轴受到的力是弯扭组合，下面是轴的载荷分析图。图13轴的载荷分析图Fig13 load analysis diagram of axle (41) (42)所以 (43)有计算得 轴的弯矩组合公式是： (44)符合条件，这种材料的轴主要用于收到不大的冲击的情况下。5 结论这个设计在分析国内外发展现状，查阅文献资料，在研究现有小区播种机的基础上，设计了一种用于田间育种的小区播种机，重点进行了该播种机排种方案确定，以合理的工作方式及最佳的结构布置，使该播种机的结构合理、使用方便、节约能耗、性能良好，满足了田间育种机械化播种的要求。这次设计得出的总结和建议： 设计的小区播种机能实现在给定的区长内播下定量的种子，不混种，不伤种，更换品种时不用人工清种。 行内播种均匀性于各行播量一致性较好，可进行同一行程内，相同区长不同播量和不同品种的连续作业。 该播种机的结构合理、使用方便、节约能耗、性能良好，满足看田间育种机械化的要求。 由于条件所限，所有设计均是理论设计。建议今后有条件的情况下应进行实际田间播种试验，从而获得更理想的设计作品。 由于时间仓促，且受实际条件的限制，自己的知识面也不是很充实，本文中一定存在着一定缺点和不足，恳请老师们多多批评指正。参考文献1 刘水利,李瑛. 小区微型精密播种机的研究J. 农机化研究,2013,(04):8184+88.2 彭斌,魏敏. 小型多功能精密播种机的设计J. 科技信息,2012,(33):168169.3 刘曙光
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