水稻插秧机的机械原理课程设计

1、水稻插秧机的机械原理课程设计1水稻插秧机设计要求水稻插秧机是用于栽植水稻秧苗的机具。 结构简单、 体积小， 使用寿命长。它主要包括送秧机构、传动机构、分插机构、机架 和船体等组成。本设计主要完成分插机构和送秧机构的设计。设计要求：1）水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构。2）插秧频率120次/min。3）插秧深度 1025mm 之间。4）发动机功率 2.42kw，转速2600r/min,传动机构始末传动比i=26。5）对移箱机构（送秧机构）的设计要求：a. 每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合，要求保证取秧准确、均匀。b. 移箱的时间应与秧爪的运动相配合。c. 传动平稳，结构简单，加

2、工方便，必须使用可靠、耐久。2. 工作原理及其动作分解分插机构 是水稻插秧机的主要工作部件， 由取秧器 （栽植臂和秧爪） ，驱动机构和轨迹控制机构组成。取秧器在驱动 机构的驱动和轨迹控制机构的控制下，按照一定的轨迹从秧 箱中分取一定数量的秧苗并将其插入土中，然后返回原始位置，开始下一次循环动作。秧爪在栽植臂的带动下完成取秧和插秧工作，图1中虚线给出秧爪的静轨迹图，h为插秧深度。送秧机构 的作用是按时、定量地把秧苗送到秧门处，使秧 爪每次获得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧机构分为纵 向送秧机构和横向送秧机构。横向送秧机构，其送秧方向同机器 行进方向垂直，采用的是移动秧箱法。因此，又称移箱机

3、构。本 设计采用横向送秧箱机构。工艺动作分解：（在秧爪取秧过程中，秧箱1） 秧爪按照特定静轨迹（如图1所示）做往复运动。2）秧箱做横向直线往复运动需保持连续不断的匀速运动；在移至两端极限位置后，秧 箱自动换向。）3. 分插机构，送秧机构运动方案设计及确定1）分插机构的设计方案方案甲：评价：采用曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪按照特定轨迹 运动。此机构设计简单，传动准确，快速。方案乙：评价：本机构采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪的特定轨迹运动。此机构设计简单，但是需要额外的液压油路。结论：方案甲 结构简单，制造方便，符合设计要求，故 分插机 构选用方案甲。2）送秧机构的方案设计方案

4、A :/评价：采用凸轮机构，通过凸轮的回转运动，实现从动件（秧箱）的横向直线往复运动。本机构结构简单，传力小，传动准确，运动灵活 但凸轮廓线的设计较复杂方案B:评价：此系统以电动机为驱动元件，通过 PLC控制系统，来控 制齿轮的转动，从而影响齿条的运动，使齿条进行直线往复运动。此 机构设计简单，传动平稳，效率高，传动比准确，可靠。但此方案需 要PLC控制设备，成本较高。结论：方案A采用凸轮机构，结构简单，传动平稳，成本较低, 故送秧机构选择方案A。3）方案设计的确定综上所述，考虑到插秧机的设计要求（水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构，送秧机构传动平稳，结构简单，加工方便，必须使用可靠

5、、耐久。）以及自身所学知识，本设计的 分插机构 选择方案甲，送秧机构选择方案A如图：运动仿真图：4.机构尺寸的设计1）送秧机构O1在设计要求中，电动机 的 转速 为2600r /min由于 传动机构 始末传动比i二26 , 故 皮带轮 与 齿轮1的 转速 为100r/ min在设计要求中，插秧频率为120次/min ，故齿轮2的转速为120r /min ,即齿轮1与齿轮2的传动比为5:6。两齿轮的设计如下:名称齿轮1齿轮2模数m3齿数3630分度圆直径d10890齿顶咼ha66齿根高hf7.57.5基圆直径db10084传动比i5: 6啮合角a22.19 22.19 齿轮1与 齿轮2之间的中心

6、距为99 mm齿轮传动如图:杆AB为曲柄，杆CD为摇杆，BE与连杆BC固结。本设计的要 求中，点E的轨迹如图1中所示。假设AB长为10mm，BC长为30mm ,CD长为20mm, AD长为30mm， BE 长为 55mm ，以A为原点，AD所在直线为x轴，建立平面直角坐标系。由 10 *cos 0 1 + 30 *cos 0 2 = 30 + 20 *cos 0 3,得,10 *sin 0 1 + 30* sin 0 2 = 20* sin 0 3,0 2 = 2* arctan 2*sin 0 1 16 ( 2*cos 0 1 +1) 2? / (4 *COS 0 1 11)点 E 的轨迹方

7、程如下：x = 10 *cos0 1 + 55*cos(0 2+0)y = 10* sin0 1 + 55 *sin(0 2+0)利用 MATLAB 软 件， 通过改 变角0 的大 小( 0 的值 依次 取 10,15 ，20， 25，30，35，40，45，50 )，来获得 点 E 的 9 个轨迹图。在 MATLAB 编译器中输入以下语言：for i=1:9theta1=0:pi/100:2*pi;theta2=2*ata n( (2*si n(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).八2)./(4*cos (theta1)-11);x=10*cos(theta1

8、)+55*cos(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2); y=10*sin(theta1)+55*sin(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);subplot(3,3,i);plot(x,y);end得出轨迹图:第二行，9的值依次为25, 30, 35 ,第三行，9的值依次为40, 45, 50。经过比较这9个轨迹图，发现 第二行第二列 的轨迹图（9 =30 ） 中的轨迹与 图1中的轨迹近似，故 选择 第二行第二列 的轨迹图（9 =30 ）。考虑到设计要求插秧深度在1025mm之间，而通过观察此轨迹图， 发现点E轨迹最右端点的x坐标（略小于40）

9、与点D的x坐标（等 于30）之差小于10mm且大于5mm,所以需改进方案尺寸： 将各杆的长度增加一倍，即AB = 20 mm , BC = 60 mm , CD = 40 mm , AD = 60 mm , BE = 110 mm ,0 = 30在此情况下，点E轨迹最右端点的x坐标与 点D的x坐标之差必 大于10mm且小于20mm，即 方案可以满足插秧深度在 1025mm 之间的要求。2）送秧机构从动件（秧箱）运动线图的设计，采用摆线运动修正等速运动规律的加速度曲线（从动件无柔性冲击，运行平稳），如下所示:从动件的运动线图分为6个阶段，各阶段运动方程式如下：1) 01(秧箱做加速运动)S =

10、S1 ip / 1 sin(n / 1)/ n v = S1 3 1 cos (np / 1) / 1a = n S1 w2 sin( np / 1) / 122) 1 vpv 2（秧箱做匀速运动）S = S1 + (S2 - S1)( p - 1)/( 2 - 1)3) 2n(秧箱做减速运动)S = S1 (书- 2)/ 1 sin n (书- 2+ 1) / 1 / n! + S2v = S1 w 1 cos n (书- 2+ 1) / 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n( - 2+ 1) / 1 / 124)nn + 1(秧箱做加速运动)S = S1 (2 1+ 2 ) /

11、 1 sin n (3 1+ 2- )/ 1 / n!v = S1 w cos n (书一 2 1) / 1 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n( 2 1) / 1 / 125)n + 1 n + 2（秧箱做匀速运动）S =S1 + (S2 - S1)( 2 2 + 1 -9 )/( 2 - 1)v =2 S1 w / 1a =06) n + 22 n(秧箱做减速运动)S = S1 (2 2 + 2 1 )/ 1 sin n( 2 2 + 2 1 )/ 1 / n!v = S1 w cos n( + 2 1) / 1 1 ! / 1a = n S1 w2 sin n(- 2 2

12、- 1) / 1 / 12设计要求“每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合” ，即取秧宽度 点 E 的往复运动周期 = 从动件（秧箱）的匀速运动速度点 E 的往复运动周期已知，周期大小为 0.5 s 。设 取秧宽度 为 10 mm ，则 v 二 2 x Six/ 1 = 20mm / s ,即 从动件（秧箱）的匀速运动速度 的大小为 20mms 。根据实际需要，设定1, 2, Si, S2的值,且满足2 * S1 * / 1 = 20 mm/s 。 1 , S1 应尽量小些,以减小从动件从启动达到稳定速度所经过的时间和位移取 1 = n /6 , 2 = 5 n /6 , S1 = 10 mm

13、 , S2 = 110 mm ,将 1， 2，S1，S2 的值 代入 行程 S 的表达式 ，得0 p n /6 )S = 60 ip / n - 10sin(6ip )/ n ,S = 1504 / n- 15,(n/6V4V5n/6)S= 60 4/ n -10sin(64 )/n + 60,(5n /64VnS = 70 -604 / n + 10sin(64) / n,(兀47 n/6S = 285- 1504 / n ,(7n /6V4V11/6)S = 120- 604 / n +10sin(64 )/ n .(11 n /64）)冗2兀）n /6，得由 2 * S1 * 3/ 1

14、= 20mm/s, S1 = 10 mm 0 1 =3 = n /6 rad/s ,即 凸轮转速 为 5 r/min根据已求出的从动件的 行程 S 的表达式 ，则 对心从动件凸轮机构 的 凸轮廓线方程式 为可写：X = （r b + S ） * sin Y 二（r b + S ） * cos （rb为凸轮基圆的半径值）取rb = 20 mm，滚子半径为10 mm,在制作 运动仿真 过程中，得 到 理论廓线 和 实际廓线，如下图所示：凸轮机构的运动仿真图:5. 心得体会 ：本课程设计考察了我们所学的机械原理知识。在设计过程中， 要综合多方面的要求和需要来进行合理的选择， 这是一个并不简单的 过程。由此可以了解到，自己的能力远不能解决复杂的实际问题。我 们还应不断地学习和积累。在对水稻插秧机完全不了解的情况下，通过网络，查找了大量 的相关资料。 尽管对现实生活中的水稻插秧有了一定的了解， 但这些 资料对其工作的描述仍不够详