《机械创新设计》课件-项目8 多功能播种机设计

1.多功能播种机整体结构设计6.1农业机械结构分析功能分析6.2多功能播种机结构设计多功能播种机整体结构设计多功能播种机播种系统设计6.3多功能播种机结构创新改进与分析整机功能创新分析与设计播种系统功能创新分析与设计播种机当前概况播种机结构优化播种机结构设计01播种机当前概况PARTONE一、播种机当前概况（一）块茎类播种机械块茎类播种机以土豆作为典型农作物，块茎类播种机是一款大型适用于大面积机械化块茎类种植机械。具有高复合性、高精度、高适应性等先进特性，可一次性完成开沟、种植、起垄、施肥、喷药等一系列作业，采用先进的振动、涨紧播种单元技术，漏种率、重种率低，播种精度高，减轻了劳动强度，提高了劳动生产率，降低了生产成本。一、播种机当前概况（二）小颗粒播种机械小颗粒播种机以玉米、花生、黄豆类作物为主。小颗粒播种机是专门用于播种小颗粒种子的机械设备，如油菜、芝麻、蔬菜种子等。它能够实现高精度的播种，提高种子的成活率和农作物的产量。小颗粒播种机的工作原理通常涉及开沟、播种、覆土等步骤。机器在行进过程中，开沟器会开出一定深度和宽度的种沟，然后排种器将种子按照设定的株距和行距播入种沟中，最后覆土器将土壤覆盖在种子上。02播种机结构优化PARTTWO二、播种机结构优化（一）功能优化当前播种机器的功能较为单一，无论是土豆种植机或是玉米播种机。且这些机器都需要拖拉机提供动力，适用于大面积平坦地貌耕种，在原有播种的功能基础上可以引入其他功能，比如：1、耕地功能。2、施肥功能。3、覆土功能。4、可以满足不同作物类型的播种功能。1、结构轻量化。减轻重量更加便于运输，将原有的柴油机更换为锂电池提供动力。2、功能模块化。将动力系统与执行机构的结构分离设计，执行机构通过快换装置实现不同功能。3、维护简单化。尽量选用标准件装配，降低维护或者维修成本。二、播种机结构优化（二）结构优化丘陵地区主要包括辽宁、江苏、浙江、福建、广东、四川、海南以及贵州等省份。这些地区的耕地资源分散，但大部分区域的耕地区域集中为丘陵地带，大型农用机械无法正常使用。故针对上述省份的农业机械进行结构优化。二、播种机结构优化（三）目标作物的选定四川以及云贵等省份。这些地区的耕地资源分散，但大部分区域的耕地区域集中为丘陵地带，主要种植玉米为代表的小型作物，其余大型作物以土豆为代表。故机器的播种功能选择以播种土豆以及玉米等类似作物，在设计过程中结合耕地功能、施肥功能、覆土功能，将其功能进行整合。03播种机当前概况PARTTHREE三、播种机结构设计（一）动力系统动力系统主要由直流无刷电机以及高功率锂电池组成（2套）。不需要用拖拉机提供动力。2套电机可以由同一组电池通过动力，减轻机器的重量。其中1套电机为播种装置提供动力、另1套电机为耕地系统提供动力。三、播种机结构设计（二）传动系统传动系统主要由直流无刷电机将扭矩传递给主轴，主轴带动车轮实现机器移动。同时也希望传动系统在运行时将动力传递给播种系统。在传动系统设计过程中需要注意传动轴的材料和类型的选取。材料方面需要45钢较为合适，在机器运行过程中需要保证足够的扭矩，在机器装满土豆及其作物的时候重量较大需要材料有一定的硬度和韧性，防止运行过程中主轴断裂。机构方面，主轴通常为圆轴。为了和其他传动零件装配，需要在主轴上开键槽，但键槽会改变主轴的强度且加工工艺复杂。考虑到机器的运行速度大概在0.6m/s左右故此可以选用其他类型的轴，优选6方轴作为传动轴，同时可以避免加工键槽。且6方轴传递扭矩较大，适合农机装配使用。三、播种机结构设计（二）传动系统01.传动轮胎的类型选取耕地土壤环境可以根据其成分和特性进行分类。耕地土壤种类丰富，主要包括黑钙土、栗钙土、灰钙土和潮土等。各种土质类型不同且湿度不同，在农机实际使用过程中为了避免机器陷入泥土中以及有石头等障碍物的干扰。通常采用子午线结构的轮胎，这种结构轮胎胎体结构更加坚固，承载能力强，耐用性好。三、播种机结构设计（二）传动系统02.履带式传动系统在湿度过大或者雨水较多的地方，也可以采用履带式农机耕种，‌履带式轮胎‌是一种特殊的轮胎设计，主要用于工程机械、农业机械、采矿机械等重型设备。履带式轮胎由橡胶履带和金属履带两种类型组成，具有高通过性和高机动性，适用于各种复杂地形。

结构组成履带式轮胎主要由橡胶履带、基架、驱动轮、支撑轮、张紧轮等组成。橡胶履带重量轻，更换方便，适用于高速行驶；而金属履带则重量较大，通常用于重型机器如大型拖拉机和联合收割机‌。三、播种机结构设计（二）传动系统02.履带式传动系统优点高通过性和高机动性‌：履带式轮胎能够在泥地、雪地、沼泽等恶劣环境中表现出色，提供卓越的越野性能‌‌轻便和可更换性‌：橡胶履带重量轻，更换便捷，对路面损害较小‌‌低噪声和低震动‌：履带式轮胎在运行时产生的噪声和震动较小，提供更舒适的耕种体验。‌‌高稳定性和低接地比压‌：履带式轮胎的接地比压低，能够更好地适应各种地形，提高车辆的稳定性和牵引力‌。尤其适用于各种农田作业，如水稻收割机等‌。综上所述：在第一代机器设计过程中优选子午线结构的轮胎。三、播种机结构设计（二）传动系统02.履带式传动系统缺点易损坏‌：履带轮的结构复杂，由许多小轮组成，容易受到磨损和损坏。在行驶过程中，履带轮可能会碰撞到坚硬的障碍物或被异物卡住，导致轮胎磨损或轮胎与小轮之间的连接处裂开，需要及时更换或修理，费用较高。‌不易维护‌：履带轮的结构复杂，组成部分众多，维护起来较为复杂。三、播种机结构设计（三）耕种系统耕种系统分为3个部分，分别是翻地装置与开沟装置以及覆土装置。通过3个部分的装置相互联动实现农作物的耕种。翻地装置通常由犁作为主动装置，常见的翻转犁。翻转犁是一种常见的翻土装置，其结构包括悬挂架、翻转油缸、止回机构、地轮机构、犁架和犁体。通过油缸中活塞杆的伸缩带动犁架上的正反向犁体作垂直翻转运动，交替更换到工作位置。翻转犁具有双向翻转功能，省时省油，高效经济，并且可以配置小复犁切割田间地表植被，有利于秸秆杂草深掩变腐肥田。翻转犁还具有三档调幅功能，可以根据土壤比阻力大小选择不同的耕幅‌。三、播种机结构设计（三）耕种系统铧式犁铧式犁是一种非驱动型土壤耕作机械，依靠牲畜或拖拉机的牵引力进行作业。其工作部件与机体之间没有相对运动，主要依靠土壤反力作用进行被动旋转或弹跳运动。铧式犁适用于各种土壤条件，特别是在粘重土壤中表现出色。‌三、播种机结构设计（三）耕种系统覆土盘覆土盘是播种机上的一个重要部件，主要用于将种子覆盖在土壤下面，保护种子并促进发芽生长‌。覆土盘通常由两个部分组成：覆土板和压土轮。覆土板类似于铲子，用于将土壤覆盖在种子上；而压土轮则用于压实土壤，使种子与土壤更好地接触‌。三、播种机结构设计（三）耕种系统通过分析，翻地装置选用翻转犁实习，开沟功能选用铧式犁来实现，最后播种完成后用覆土盘进行掩埋。装备模型如下图所示：三、播种机结构设计（四）播种系统种子箱‌：用于存放种子，通常可以容纳多种类型的种子，农民可以根据需要调整‌。播种装置‌：这是播种机的核心部分，负责将种子从种子箱中取出，并按照设定的深度和间距播撒到土壤中。播种装置有多种形式，包括气压式和机械式等‌。排种器‌：将种子从种子箱排出，通过输种管落入种沟‌。传动系统与耕种系统设计完成后，播种系统的设计也是本装置的核心设计部分。播种系统主要由以下几个部分组成：鉴于播种系统较为复杂，我们将在下次课对播种系统进行深入分析。01.动力系统设计02.传动系统设计03.耕种系统设计多功能播种机整体结构设计在小型播种机中如何实现作物的自动播种？2.多功能播种机机械结构优化6.1农业机械结构分析功能分析6.2多功能播种机结构设计多功能播种机整体结构设计多功能播种机播种系统设计6.3多功能播种机结构创新改进与分析整机功能创新分析与设计播种系统功能创新分析与设计当前机器播种问题分析解决方案分析播种结构优化分析其他功能分析展望01当前机器播种问题分析PARTONE一、当前机器播种问题分析（一）物料存储结构问题分离式料斗‌：此前料斗选用分离式结构设计，材料主要选用pvc板‌。此料斗主要对根茎类作物进行播种，承受重量较大，分离式料斗结构不稳定，在批量生产过程中，工艺较为复杂，考虑将材料换为铁皮，一体化压铸成型。一、当前机器播种问题分析（二）播种过程卡顿问题‌当前及其对土豆类作物进行运输时，主要利用链传动带动使漏勺运动。漏勺从料斗中将土豆提起。从而实现土豆的运输。但是在运输过程中存在一些问题，首先，当作物种子较多时，漏勺在提取时土豆会相互挤压，相互刮蹭，表面质量较差，影响土豆的种子的成活率。其次，相互刮蹭，漏勺上不一定会有种子，影响种植效率。最后，在种植过程中，为了提高种植效率，通常不会将整颗土豆种下，提前会对种子切块处理。一、当前机器播种问题分析（三）‌‌播种间距调整问题播种间距调整问题‌：原有装置是通过调整漏勺的间距来实现播种间距的问题。但是原有的链传动装置存在一些稳定性的问题，故此需要调整种子的播种方式和驱动结构。02解决方案分析PARTTWO二、解决方案分析（一）物料存储结构问题首先，料斗的设计非常注重物料的流动性，以减少堵塞和残留。为了实现这一目标，料斗的壁面通常设计成一定的倾斜角度，以便物料能够顺畅地滑落。此外，一些料斗还采用特殊的结构，如曲线仓斗或改流体，以改善物料的流动性能，避免结拱现象的发生。将料斗的整机结构高度变小，侧壁的倾斜角度变小。农机料斗需要承受物料的重量和压力，因此其结构必须坚固耐用。料斗通常由高强度、耐腐蚀的材料制成，如铝板、不锈钢板等。这些材料具有良好的机械性能和耐腐蚀性，能够确保料斗在长期使用过程中保持稳定的性能。二、解决方案分析（二）播种机构的结构优化01.播种机构的优化：放弃了之前的链传动方式，由于链传动的动力主要依靠播种机器的前进来实现动力传递，故此播种的间距以及频率较为受限。02.机器卡顿问题：由于之前的链传动机器在传输种子的过程中种子容易与机器发生干涉，导致机器卡死无法正常工作。故此我们更换了播种结构。新的机构需要防止机器正常运行过程的卡顿问题，其次可以调整播种的频率问题，经过分析，选用水车相关结构可以解决当前的问题。03.切块问题：在种植过程中，通常需要对较大的种子或者土豆进行筛选，体积较大无法通过机器种植，所以在机器的结构优化过程中希望引入切块装置，提高播种效率。二、解决方案分析（三）播种间距调整问题在种植过程中，需要调整间距时，可以在切块之前调整播种机构的投递速率，若选用水车结构调整结构的旋转速度即可。03播种结构优化分析PARTTHREE三、播种结构优化分析（一）土豆类作物播种结构优化放弃了之前的链条传动装置，改用水车相关结构，具体结构如下图所示，其传动原理为：作物通过斜坡将物料滑到对应的水车料斗中，通过水车旋转，将物料送入到对应的通道实现作物的种植。采用何种结构可以解决作物在进入传动装置过程中的拥堵问题，防止机器卡死。且在对作物的尺寸大小初步筛选后，可以满足每个漏勺均会有作物掉落，保证播种的准确率，同时调整水车的旋转速度可以改变播种的频率间距问题。从结构简单、成本低廉、维护方便等方面考虑。需要将料斗的总体高度降低。改变料斗底部的倾斜角度。倾斜角度控制在15度以内，在土豆的运输过程中需要希望土豆作物可以依次进入播种装置，避免播种时土豆将送料口堵塞。三、播种结构优化分析（二）料斗的结构优化三、播种结构优化分析（三）传动装置的动力优化通过上图可知，将传动装置改变后，需要动力对水车结构进行驱动，在动力驱动上我们选用调速电机作为动力，分为高低中三个挡位。根据不同作物的间距需求，可以自行设定作物的播种间距。至于机器的前进动力，则可以选取人工手推或者电机驱动。04其他功能分析展望PARTFOUR四、其他功能分析展望（一）土豆切块功能对于体型较大的土豆，推荐使用芽眼切法，有助于土豆更好地发根和出芽。切块大小应适中，一般保持在25厘米左右，每块上留有12个芽眼。切块不宜过大或过小，过大则浪费种薯，过小则可能影响发芽和生长。故此，希望在机器上对土豆进行切块，提高种植效率，所以需要在机器上引入切块装置，具体结构为在土豆通过播种装置后直接掉入切块装置进行切块。切块完成后自然掉落进入下一个步骤。四、其他功能分析展望（一）土豆切块功能切块装置结构：切块装置的动作主要依靠四杆机构来实现，在切块后土豆块将会自然掉落进行播种，动力来源主要是从滚轮主轴旋转来实现动力的传递。通过改变四杆机构的曲柄长度来实现切块的速度。四、其他功能分析展望（二）土豆拌种处理功能土豆切块后，应立即进行拌种处理，以防止切面感染杂菌。可以使用甲基托布津、农用链霉素和滑石粉混合物进行处理，干燥切面并促进创伤愈合。故此我们需要在土豆切块掉落后，进行预处理，所以需要再设计一个料斗，将土豆块裹上相关混合物来提高成活率。四、其他功能分析展望（二）土豆拌种处理功能机器整机结构如图所示：05内容小结PARTFIVE01.当前机器播种问题分析02.解决方案分析03.播种结构优化分析多功能播种机机械结构优化04.其他功能分析展望在土豆播种过程中如何实现土豆拌种处理功能？在机器的结构上如何优化可以实现上述的功能？3.多功能播种机播种系统设计6.1农业机械结构分析功能分析6.2多功能播种机结构设计多功能播种机整体结构设计多功能播种机播种系统设计6.3多功能播种机结构创新改进与分析整机功能创新分析与设计播种系统功能创新分析与设计常见农机播种结构介绍小型谷物播种机原理分析土豆类作物播种机原理分析播种系统的方案选定整机传动系统的分析01常见农机播种结构介绍PARTONE一、常见农机播种结构介绍（一）机械式播种机机械式播种机‌：这是历史最悠久、应用最广泛的一类播种机。其工作原理基于机械传动，主要优点包括结构简单、成本低廉、维护方便。然而，机械式播种机存在播种精度较低、适应性差的问题，不适合需要精确播种和高效率的农业生产‌。一、常见农机播种结构介绍（二）气动式播种机‌气动式播种机‌：通过气流输送种子，具备良好的播种性能和较高的效率。且种子的播种频率以及稳定性较高，是欧美发达国家大型农场较为普及的播种系统。其缺点在于需要复杂的气流控制系统，导致维护成本高，较适用大型农业机械规模化播种。一、常见农机播种结构介绍（三）‌‌智能播种一体机智能播种一体机‌：将播种系统、驱动器和控制器集成在一个系统中，简化了系统设计和安装，提升了性能和可靠性。智能播种一体机通过优化播种和驱动控制算法，实现了更高的能效比，降低了能耗。其出色的播种性能和精确的播种深度、间距和速度控制，满足了现代农业对高精度和高稳定性的要求‌。02小型谷物播种机原理分析PARTTWO二、小型谷物播种机原理分析（一）小型谷物种子播种原理分析播种机通常由动力源、传动系统、播种部件和控制系统等组成。播种部件：播种部件是播种机的核心部分，它包括种子仓、种子分配装置和播种刀具等。种子仓负责储存种子，种子分配装置负责将种子均匀地分配到播种刀具上，而播种刀具则将种子插入土壤中。控制系统：控制系统用于控制播种机的工作过程，包括播种深度、行距和播种密度等参数的调节。现代播种机通常配备了电子控制系统，能够实现自动化控制。1.种子供给：在播种机工作前，种子需要先储存在种子仓中。播种机通过传动系统将种子仓与种子分配装置相连，使种子能够顺利地供给到分配装置。2.种子分配：种子分配装置负责将种子均匀地分配到播种刀具上。这通常通过旋转分配装置和分配装置上的孔洞来实现，使得种子能够按照一定的间隔和数量被分配到播种刀具上。3.播种：播种刀具负责将种子插入土壤中。播种刀具通常由尖锐的刀片和种子导向槽组成，它能够在土壤中形成一定深度的沟槽，并将种子准确地放置在沟槽中。播种机通过控制播种刀具的深度和行距来调节播种的深度和间距。播种的具体步骤如下图所示：二、小型谷物播种机原理分析（二）小型谷物种子播种工作过程播种机的工作过程可以简单地分为种子供给、种子分配和播种三个阶段。二、小型谷物播种机原理分析（二）小型谷物种子播种工作过程播种机的工作过程可以简单地分为种子供给、种子分配和播种三个阶段。03土豆类作物播种机原理分析PARTTHREE三、土豆类作物播种机原理分析（一）土豆类作物播种原理分析土豆播种机的工作原理‌主要包括以下几个关键部分：播种装置、种子释放控制系统、播种深度调节系统、移动系统和配套动力源。播种装置通常配备一个容器存放土豆种子，通过传送带或其他装置将种子传送到播种装置，播种装置包括一个或多个种子释放机构，逐个释放种子到土地上。种子释放控制系统通过电子或机械部件控制种子的释放间隔和数量，确保播种的均匀性和准确性。播种深度调节系统可以根据需要调整种子的播种深度，以适应不同品种和土壤条件。移动系统通常由动力源驱动，可以是手动或机械化，如发动机或电动机，驱动播种机的移动和操作‌。04播种系统的方案选定PARTFOUR四、播种系统的方案选定（一）小型谷物种子播种结构从结构简单、成本低廉、维护方便等方面考虑。优选机械式播种机‌。从传动方面以及动力装置方面考虑，将结构进一步优化，更换为活动滚筒的形式。四、播种系统的方案选定（一）小型谷物种子播种结构通过上图可知，将小型颗粒谷物从料斗送入之后，通过滚筒的旋转，可以将物料按照一定的频率进行倾倒，为了控制下料的速度和播种间距的问题，将滚筒设计为可更换式。通过改变滚筒上物料槽的数量，改变播种频率。四、播种系统的方案选定（二）土豆类作物播种结构结合上述问题，优选链条传动加漏勺的结构实现将土豆从料斗中取出的动作。通过调整在链条上的漏勺安装间距实现土豆的播种间距控制。在运输土豆卡顿的问题上，