花生播种机的设计（试验播种器设计含三维图SW及仿真）
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花生播种机的设计（试验播种器设计含三维图SW及仿真）,花生,播种机,设计,试验,播种,三维,SW,仿真
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毕毕 业业 设设 计计题目基于 Solidworks 下的花生播种机的结构设计建模及试验 系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 I设计任务书设计题目：设计题目：基于 SolidWorks 下的花生播种机的三维建模及试验设计要求：设计要求：有教师组织学生进行设计动员和安全教育。要求学生在毕业设计时要做到以下几点：1、进行设计前，应熟练掌握 Solidworks,还要了解花生播种机的基本原理、特点、施用，各个零件的工作原理及形状尺寸的设计和一些基本的设计方法。2、应集中精力进行设计，出现问题时，影响指导老师请教。3、毕业设计过程中要勤于思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累经验技巧，提高设计能力。设计进度要求：设计进度要求：第一周：不布置毕业设计任务；第二周：查资料，打稿；第三周：画图及修改底稿；第四周：完成电子稿及排版；第五周：完成毕业设计；第六周：毕业答辩。指导教师（签名）：指导教师（签名）： II摘 要在现代机械产品设计中，应用计算机软件结合三维 CAD 技术开发的产品精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富。SolidWorks 自 1993 年问世以来，以其优异的性能，强大的功能，灵活的可靠性和创新性，广泛应用于机械、建筑、电子、航天、化工等工程设计领域，在与同类软件的激烈竞争中确立了其三维CAD 主流设计软件的地位。该软件简单实用，操作方便，是许多工程技术人员的首选，也是目前最为流行的三维 CAD 软件之一。本设计以 SolidWorks 为平台，对花生播种机进行了产品结构的设计及建模，主要进行了花生播种机的外形设计、各零件的尺寸设计。在 SolidWorks 中进行了三维建模分析，不仅提高了设计效率，也大大缩短了设计周期。 本设计还对花生播种机进行了试验，分析了播种的效率，不同转速的播种状态，有效的分析了播种的设计原理，大大提高了设计的可行性。关键词：关键词：壳体、播种转盘、料箱等。1目录绪 论 11. 播种机发展现状与趋势 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. 我国播种机的发展现状 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. 播种机的发展前景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 第 1 章 产品的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 排种器结构与工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 设计产品的要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 对设计产品整体结构的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第 2 章 播种机各主要零件的尺寸及作用. . . . . . . . . . . . . . 72.1 排种轮的设计：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 护种挡板结构创新设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3 转轴的设计：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4 壳体的设计：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.5 挡板的设计：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32第三章 产品的试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.1 试验材料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.2 试验方法及评价方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3 实验装置及试验结果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.4 结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 致 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .432绪 论1. 播种机发展现状与趋势播种机发展现状与趋势播种机是农业生产过程中六大关键作业环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂也最为艰巨的工作。播种机械面对的播种方式：作物种类，品种变化繁多，这就序言播种机械要有适应性和满足不同植物要求的工作性能。必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗，苗全和苗壮，因而对产量的影响很大。由于精密播种正种子在田间最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一直，为种子的生长发育创造最佳条件，可以大量节省种子，减少田间间苗用工，保证作物稳产高产。因此，现代农业对精密播种机械的要求越来越迫切。2. 我国播种机的发展现状我国播种机的发展现状我国的播种机市场是以传统的谷物条播种机为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。全国众多播种机企业中，其中只有 10 家生产与大中型拖拉机配套的播种机。与小拖拉机配套的播种机与畜力播种机的产量已达到全播种机全国播种机产量的 90%以上。最近几年我国的联合作业播种机市场发展也较快，其播种机机具主要有播种托肥联合作业机，耕作播种联合作业机，松土施肥覆膜穴播联合作业机。另外，精少量播种机具推广势头强劲，小麦精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。目前国外精密播种机的市场已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地，覆土，镇压，施肥及洒农药装置外，其排种装置多采用新的播种原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理单粒精密播种。我国从 80 年代末便开始研制精密播种机械，其中较早的代表机型主要有 2BY-24 压轮式谷物播种机，2BQ-6 气吸式精密播种机等。由于种子质量，整地条件，机械制造水平及机器价格3等因素制约，我国 80 年代主要是推广精密播种机，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。90 年代以来，我国逐步推广精密播种机。精密播种机以在作物种类分为花生及大豆精密播种机。谷物（小麦）精密播种机，甜菜精密播种机；以配套动力分为小型，中型和大型精密播种机；以排种器形式分为机械式和气力式两大类精密播种机；机械式中有可分为垂直圆盘式，垂直窝眼式，锥盘式，纹盘式，水平圆盘式，带夹式等形式精密播种机。3. 播种机的发展前景播种机的发展前景在国外，中耕作物如甜菜，花生，花生，棉花和某些蔬菜，豆类的播种都已大量采用精密播种，主要采用机械式和气力式两种精密播种机。在中国大型的农户日益显现，但小型农户对播种机的需要也会不断加大。中国的农业需要更大更先进更智能的大型播种机，同时还需要更小更实用更贴近普通农户需要的小型播种机，这些小巧的播种机能把那些拥有另外主要收入职业的农户从繁琐的农田里解脱出来，也会让那些以特色农业致富的农户（如种植大棚作物的农户）更方便的管理自己地田园。花生是我国的四大油料作物之一，既是重要的花生是我国的四大油料作物之一，既是重要的经济作物也是营养价值很高的蛋白植物，在世界农业生产中占有重要地位。我国花生种植面积占世界花生种植总面积的 20%以上，仅次于印度，产量居世界首位，占世界总产量的 35%以上。目前，除了西藏自治区之外，我国其他各个省区都有花生种植，尤以山东、河南、广东等省区更为集中。随着农业科技的发展，花生向良种化、机械化和区域化种植方向发展。此外，我国花生产区基本上属于高产区，是世界平均产量的 23 倍，处于世界前列。因此，目前花生已成为我国最具国际竞争力的优质油料作物和农业结构调整与产业重点扶持的重要内容。但花生播种机械化还处在较低水平，尤其是广东花生产区的机械化播种比例更低，长期以来，花生的播种大都是靠人工完成的，成为制约广东农业机械化全面发展的一个重要方面。播种和收获是花生生产过程中最为耗时耗工的环节，现阶段的突出问题是花生播种机械品种少、性能和质量还不能完全满足要求。播种作为花生生4产重要环节之一，现阶段特别缺少对花生产区具有普遍适应性的播种机械。目前我国花生播种机械化水平无论是同其他主要粮食作物比，还是同世界发达国家比，均处于较低水平。所以大力发展适用、高水平的花生播种机械就变得越来越迫切。播种质量在很大程度上决定花生的产量，而作为播种机核心部件的排种器是主导花生播种机播种质量的关键。目前花生排种器普遍采用内充式垂直圆盘排种器，该排种器创造性地运用了内侧充种的新型充种原理。内充式垂直圆盘排种器，具有良好的充种性能，投种均匀，清种定量准确，并能适应常速和高速运作。国内外许多专家对内充式垂直圆盘排种器排种器进行了大量的研究，并取得了一些有意义成果。但实际应用中，当花生种子大小尺寸差异较大时，播种的空穴、漏播率较高。其次花生种子在排种过程中，由于护种板过长和型孔结构不够完善，使得在排种的过程中种子受到较大的摩擦，从而造成种子损伤，影响出芽率，不能达到农民的播种要求。本文针对上述问题，研究一种内侧充种垂直圆盘排种器，并对其关键部件技术参数进行试验研究。5第 1 章 产品的设计1.11.1排种器结构与工作原理排种器结构与工作原理我所设计的这种小型花生播种机，适用于花生大豆花生等种子的垄作条播。在我国当前的农业生产中，土地实行家庭联产承包责任制，据调查，东北地区平均每人占有耕地的数量为 4 亩，这样每个家庭按至少由三人组成来计算的话，平均每个家庭占有的耕地数量为一垧多，数量虽然不是很多，但是完全靠家庭成员手工完成，劳动强度是很大的。因此，这种产品及其适合的家庭为单位的农户使用。其特点具有：灵活方便，产生效率高。可以节约大量的人力物力，大大降低了农户们的劳动强度。而且，对于农户来说价格是完全可以接受的，内充式垂直圆盘排种器主要由排种轮、排种器、轴、排种器壳体、径向护种板、进种口等组成，单个排种盘结构简图如图 1 所示。该排种器使用了复式型孔内侧充种的原理，有良好的充种性能，清种定量准确，投种均匀，能适应常速和高速作业。6排种盘在排种器内腔，并在地轮的带动下转动，每转一圈完成一个排种周期，工作过程如图 2 所示排种器的排种过程分为充种、清种、护种和投种四个阶段。种子从进种口进入排种器内腔，随着排种轮的转动，排种器内腔中的种子在离心力和重力的作用下，先进入排种盘上的复式型孔的外孔中，并逐渐进入到复式型孔的内孔中。复式型孔内孔中的种子在护种板的保护下进入投种区，在重力和离心力的作用下完成投种。本文基于 solidworks 对排种器进行了三维设计及仿真，总体的结构图如图3 所示7 图 3 花生播种器的 solidworks 总体建模1.21.2 设计产品的要求设计产品的要求1 播种机要保证多数大颗粒种子的播种需要。2 播种机要保证肥料和种子按照一定的量同时埋进土里。3 播种机要保证控制种子的每次播种数目，保证能够按照不同的需要可以方便的调整使用肥料的多少。4 要适用于农家的田间地头，特别是播种较小的土地或地头时不用更换工具且一次性完成所有播种任务。5 结构简单，使用方便，不受土地大小限制，经济实用。1.31.3 对设计产品整体结构的分析对设计产品整体结构的分析基于自身对农业知识的了解，对这款播种器有了以下的分析：要求的第 1、2、3 条是这款播种器最基本的功能，也是其它播种机都有的8功能，相应的解决方案和结构也都比较成熟。我只需在相应的技术上做一些符合第 4、5 条要求的改动和变形。应用比较好的方法是用分度盘来调整播种的量和播种的规律，我要做的是把分度盘的形式改成圆柱体，在两个圆柱体上分别制作所需要的圆巢和梯形巢。分别解决种子的播种和肥料的施用量及频率的调节。使播种机结构简单，维修方便，再生产上也会减少加工程序和成本。让它在实用性和性价比上更有优势。要求的第 4 条是我这款播种机的特色，就是在非常小的田地和其它拥有牵引播种机容易忽视的地头那一部分非常适用，它能够解决像田地较少或只有家里庭院那么大耕田的农户，往往这些农户所拥有的土地用不上那些带有牵引式的播种器，但仅有的这么点土地又对这些拥有工作的农户造成了一定的负担。所以它必须没有占用多于实际空间的结构，一个人就能方便轻松的完成所有播种任务。基于以上的想法我把它定位为一体化结构，借助于土地和自身的重量达到相互运动的效果进而产生播种所需的动力。再由传动装置的配合完成一系列的播种过程，农户在此过程中只需要简单的拿住播种机按照所需的播种路径播种即可。 第 2 章 播种机各主要零件的尺寸及作用2.12.1 排种轮设计排种轮设计由于这个产品的难点在于它在不影响正常功能的前提下保证外形结构的合理性和体积较小的特性。所以先从排种轮（图 2-1）的定形开始，整个设计过程流程图是：排种轮护种挡板排种器轴-排种器前后壳体进种口及挡板整体设计。排种是整个结构的核心，它承载着主要的功能，是核心部分。通过9solidworks 软件可以很容易的做出它的三维建模，这样有助于我更直观的设计和改进它。 排种轮是圆盘碟式排种器核心部件，确定合理的排种轮结构参数是保证播种质量的重要条件。首先，要保证持种空间的大小，持种空间过小，种子难以进入排种轮，造成漏播；持种空间过大，多粒种子进入分种匙，造成重播。其次，保证适当的隔板倾斜角度，倾斜角度过大，加大了分种匙对种子的把持作用，影响清种造成重播；倾斜角度过小，降低了排种轮对种子的把持作用，种子未到隔板上部的开口就落回充种区造成漏播。因此，应该根据种子尺寸及种子在持种空间中的排布设计持种空间。种窝每次取种个数与种窝参数和种子大小有直接关系，其主要参数为种窝的宽度 W 和有效长度 S 及种窝的深度 h，其中种子厚度与长度比应符合农业机械设计手册规定的厚长比大于 0.55 的要求。通过倾斜圆盘式排种器充种试验可知，优选排种轮的种窝尺寸，可提高种子的单穴单粒率，由此可以确定排种轮单排型孔总长 L，种窝长 S、宽 W、深 h 尺寸。 图 4 排种轮结构10 对于排种轮的三维建模如图 5 所示 图 5 播种轮的 solidworks 建模图 建模的过程如下：1先进行整体拉伸切除生成主体结构 图 611 2.切除 2 个沟槽，在指定的位置建立基准面进行拉伸切除。图 7 3.设计排种孔，排种孔是由两个不同的轮廓放样切除而成，建立 2 个基准面，在基准面分别画出指定的外形轮廓，然后进行放样切除。图 8124.建立排种孔的底部凸台，在中间测量的位置建立基准面，然后草图绘制拉伸到下面的曲面成型。图 95拉伸切除指定沟槽图 10136 阵列排种孔。图 117.拉伸切除生成轴孔和固定孔。148.阵列排种孔底部凸台。图 129 排种孔整体阵列。图 13152.2 护种挡板结构创新设计护种挡板结构创新设计现在多数的花生排种器都是定值排种，即只能排一定宽度范围的花生种子。由于排种型孔尺寸为固定值，不能随着花生种子大小的变化而变化，当遇到花生种子尺寸较小时，就会造成多粒排种，从而造成排种的不均匀性，而且会造成浪费。现在多数排种器厂家为解决以上问题，生产了多种不同复式型孔型号的排种盘，当遇到不同宽度范围的种子时，可以选择不同型号的排种盘。但是生产较多不同型号的排种盘会造成浪费，加大生产成本。针对以上问题，设计了一种新型调整挡板结构，该结构固定在排种盘的护种板的左右极限位置，可以通过松开护种板紧固螺栓调整，如图 14 所示，以适应一定宽度范围的花生种子。图 14 护种挡板的三维建模如图 1516图 15 Solidworks 设计建模的过程如下：1 .先拉伸主体结构图 16172.二次拉伸。图 173.建模螺栓孔，拉伸切除孔位，然后向上拉深 2 次成型。图 17182.32.3 转轴的设计：转轴的设计：如图 18 是转轴的三维建模，它的功能就是带动播种轮的转动。图 18 转轴的三维图 根据播种轮的尺寸和重量，对转轴进行设计。确保转轴的结构强度，已保证播种轮正常运转。根据转轴的尺寸，选定轴承 6206. 建模设计如下：1. 进行基础拉伸。19图 192. 进行二次拉伸图 20203.切除固定孔图 214.切除销孔图 22212.42.4 壳体的设计：壳体的设计：2.4.1 前壳体设计，图 23 为前壳体的三维建模图。图 23设计建模过程如下：1. 分别在两个平面建立它的基板，拉伸成型。22图 242.拉伸底部连接板然后在基面切除轮廓。图 253.拉伸进种仓23图 264.进种仓顶部切长孔。在内外表面分别建立基准面，然后放样切除。在进行阵列。图 265.进种仓左侧挡板。拉伸最大轮廓，然后切除导轨槽。24图 27 图 286.制作螺栓孔。拉伸凸台，然后切除螺栓孔。切除槽口孔。切除大圆孔。图 29257.成型侧面挡板孔。先拉伸最大轮廓，然后切除导轨槽。图 30图 31 图32268.切除进料大方孔。图 332.4.2 后壳体设计，图 34 为后壳体的三维建模图。图 34 27建模过程如下：1.建立基础模型，拉伸基板。图 35图 362 成型两侧耳朵，拉抻轮廓，然后切除外形，最后做圆角。28图 372.切除内侧。图 383.切除出料口。29图 394，成型轴孔。拉伸凸台制作圆角拉伸切除轴孔。图 40图 4130图 425.制作螺孔台拉伸。图 436.制作孔。图 44 31图 45图 462.52.5 挡板的设计：挡板的设计：2.5.1 左侧挡板设计，图 47 为挡板的三维图。32图 47建模过程如下：1. 主体拉伸成型。左侧凸起分别二次拉伸，三次拉伸。然后做圆角。图 48图 4933图 50图 512. 背面曲面建模。建立四条轮廓 3D 曲线，然后利用边界曲面命令成型曲面。图 522.5.2 右侧挡板设计，图 53 为挡板的三维图。34图 53建模过程如下：1.主体拉伸成型。左侧凸起分别二次拉伸，三次拉伸。然后做圆角。图 5435图 55 图 5636图 5737第三章 产品的试验3.1 试验材料试验材料试验用花生种子选取最具代表性的花生粤油花生。并从 20 kg 种子中随即抽取 2 000 粒，混合均匀后分成每组 100 粒，并测量抽取的种子质量及特征。在实验室对试验种子称重，每 100 粒称一次，共称到 2 000 粒。结果如表 1 所示。1 000 粒的平均单粒质量为 0.689 g，2 000 粒的平均单粒质量 0.682g。在实验室测量花生种子三个互相垂直方向的直径 a，b， c， 测量样本 50 个 ，其总平均值分别为9.55，8.78，15.36，测量结果表明选择的花生种子符合农业机械设计手册规定的厚长比大于 0.55 的要求。 表 1 组数编号高直径 1直径 2120.2810.410.25216.619.428.22313.849.348.98415.989.088.86518.88.828.76614.5711.4811.31713.159.278.35813.669.248.3918.0210.019.461014.638.848.08一平均15.959.599.06二113.6610.789.4738215.628.727.73315.3810.299.28413.739.589.38515.328.68.07616.9910.968.92713.1810.919.98814.9610.058.88914.239.318.021011.97.997.89平均14.59.728.76118.110.4310.31218.3710.528.91317.1611.389.31414.869.758.13515.8810.19.06614.9610.289.49716.959.519.12816.889.849.48912.779.19.051011.997.97.54三平均15.799.889.04四119.659.888.839214.419.658.97317.538.246.77414.4710.079.23513.629.659.08615.188.968.23713.978.978.78812.839.839.53916.329.799.631014.249.498.75平均15.229.458.78117.5310.169.36215.738.918.47314.6910.217.87413.0110.28.13514.479.628.61617.318.488.43717.068.758.61814.499.348.87913.668.047.321015.627.327.11五平均15.369.18.28平均15.369.558.78403.2 试验方法及评价方法试验方法及评价方法排种器转速是影响排种器充种和清种效果的重要因素之一，影响排种器充种、种效果。而排种器型孔是重要的结构参数，对种子的运动状态、运动轨迹等产生影响。根据花生播种质量的要求，本文以单穴单粒率、空穴率、挤破率作为试验指标。其中：3.3 实验装置及试验结果实验装置及试验结果为对内侧充种垂直圆盘排种器进行排种试验，利用排种器试验台，如图 5 所示。图 58排种器的转速由交流伺服电机提供，通过变频器调节交流电机转速实现排种器转速的改变。3.3.1 排种性能试验对内侧充种垂直圆盘排种器 （ 单排型孔 ） 进行排种试验，以了解排种器结构参数对排种性能的影响。试验表明，采用单排型孔、41当种窝长度由 12mm 减少到 8 mm 时，单穴单粒率可从原来的 58%增加到 79%。由此确定本文设计的排种轮单排型孔总长 L、种窝长 S、宽 W、深 h 分别为 47 mm，8 mm，14 mm 和 12 mm。3.3.2 护种板排种器试验本试验分别测量了选用短护种板和长护种板时不同转速对排种产生空穴率、单穴单粒率及单穴双粒率的影响。测试条件选用单排型孔排种器，种窝长 S、宽 W、深 h 分别为 8 mm，14 mm 和 12 mm。选用短护种板，在右极限位置。分别以 16r/min，20 r/min 和 25 r/min 进行试验，测定排种器空穴率、单穴单粒率、单穴两粒率，整理的试验结果如表 2 所示。试验结果表明，空穴率随着排种器转速增加，单穴单粒率先降后增，单穴双粒率先增后降，在 20 r/min 时性能最优。选用长护种板，在右极限位置。分别以 25r/min，35 r/min 和 45 r/min 进行试验，测定排种器空穴率、单穴单粒率、单穴两粒率，试验结果如表 2 所示。当转速增加时，空穴率会升
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