毕业设计（论文）-大蒜播种种植机设计

第一章绪论1.1研究的目的与意义我国大蒜种植业发展迅速，大蒜的地位越来越高。但目前大蒜播种时机械化作业未能普及，主要依靠人工种植，其劳动负担较重，栽植效率低。为了减轻人工劳动强度，提高栽植质量和效率，本文主要在大蒜播种时，对取种、排种、播种三个阶段进行相关机械设计，以此代替蒜农手工播种。大蒜的功效及营养成分自秦汉时期就有大蒜的存在，大蒜有悠久的历史，作为生活中必不可少的食物，深受大众喜爱。大蒜中具有抗菌消炎的作用，能对多种细菌和病毒进行杀灭和抑制。大蒜还具备一定的抗癌能力，具有较高的食用价值[1]。大蒜中含有丰富大蒜素，大蒜的主要食用价值也体现在大蒜素身上。由大蒜加工得到的大蒜素粉，制作成大蒜胶囊，它不仅保留了大蒜的天然成分，而且并没有大蒜的异味，作为大蒜胶囊也更易吸收且食用方便[2]。大蒜中还同时含有其他较多的营养成分，例如：维生素、膳食纤维、胡萝卜素以及各种矿物质及微量元素[3]。大蒜产业的经济价值我国大蒜种植产业发展迅速，大蒜的地位也越来越高。在全球种植面积最大，而且仍在逐渐扩大，据2019年调查，全国大蒜种植面积已达到598.69万亩。近年来，我国每年大蒜出口量也在不断增加，给我国众多大蒜种植地区带来了较高的经济效益。随着大蒜深加工产业迅速崛起，众多大蒜加工业推动着整个大蒜产业的发展。各种大蒜加工产品涌入市场，如：蒜片、蒜粒、黑蒜、蒜油、大蒜素胶囊等等。整个大蒜加工产业在近几年迅速崛起，大蒜的地位也在不断上涨。大蒜产业也具有更好的发展前景。图1-SEQ图1-\*ARABIC1油炸蒜片图1-SEQ图1-\*ARABIC2油炸蒜粒图1-SEQ图1-\*ARABIC3独头黑蒜图1-SEQ图1-\*ARABIC4罐装黑蒜大蒜种植的农艺要求大蒜栽植主要在春季和秋季进行。春播大蒜主要在3-4月份进行播种，而秋播大蒜主要在9-10月份进行播种[4]。大蒜栽植时，蒜种的选取也非常关键，蒜种质量往往影响大蒜产量。在蒜种选择时要尽量选择个头大且健康饱满的蒜瓣作为蒜种。大蒜播种时，一般采取开沟栽植的方法，先用农机或锄头或其他农具开一条浅沟，然后将蒜瓣直立插入土中，需保证蒜瓣的直立型，鳞芽朝上。后用线沟两侧土壤覆在种瓣上。大蒜栽植时，需尽量保证播种均匀，种子之间间隔合适，这样更有利于大蒜后期的成长。图1-SEQ图1-\*ARABIC5大蒜手工点播图1-SEQ图1-\*ARABIC6大蒜手工点播近景大蒜种植机械化的优势及其前景近年来，大蒜市场需求扩大，我国大蒜种植面积仍在持续增加中。由于我国目前大蒜种植方面的机械化发展程度并不高，大蒜栽植还处于人工点播的方式。不仅劳动负担重而且栽植效率低下，蒜农劳作时间长，种蒜变得十分辛苦。为此，大蒜种植机械投入使用已成为迫切需要。1.2.1大蒜种植机械化的优势首先，机械化播种相较手工点播种植速度更快。传统播种方式每人每天仅能播种约三分地大蒜，且一天劳作下来，蒜农往往腰酸背痛，十分辛苦。由机械化播种代替人工播种能减轻蒜农劳动负担，减少种植时间的浪费。机械化播种能完美解决人工播种时出现的一些问题。人工栽植时无法保证种植的整齐性，无法精确控制蒜种之间的位置关系，影响大蒜种植质量。机械化种植能够达到大蒜均匀栽植的效果。机械化播种能带来较好的经济效益。以机械化点播代替传统手工点播，能最大程度上省去蒜农的人工劳务费。由于大蒜种植比较辛苦，大蒜种植的劳务费也在逐年增加，且大蒜播种时间适逢农忙时节，劳动力短缺。而机械化播种并不需要考虑太多有关劳动力的问题。总而言之，大蒜种植机械化相较传统手工点播有着天然的优势，大蒜种植机械化取代手工种植将成为未来大蒜种植业的趋势。1.2.2大蒜种植机械化的发展前景我国大蒜种植面积广，整体机械化水平不高，蒜农利益较小。我国正大力推进农业现代化建设,质量和效率更高的机械化种植取代人工点播已成为迫切需要。近年来,由于政府对大蒜机械化生产也越来越重视，对其投入力度也越来越大，大蒜种植机械化也将有更好的发展前景。大蒜种植机械化相较传统手工点播有天然的优势。机械化发展水平提高，一定能推动一系列大蒜产业及副产业的发展。主要解决问题大蒜种子形状不规则，在排种取种时，往往达不到预想的要求。大蒜在种植时应该在土壤中直立栽培，鳞芽朝上。本文也主要侧重于有关这两个方面的相关设计与研究。通过查阅相关资料，在现有大蒜种植机械的研究基础上，针对其缺点和不足进行改进设计。国内外研究现状国内研究现状由于土地环境影响，我国农业讲究精耕细作。大蒜种植要求高密度小行距蒜瓣直立栽植，机械化水平低下，偏重于手工点播，农艺复杂，平均亩产量较高。我国比较有代表性的大蒜播种机有2ZDS-5型自走式大蒜播种机（如图1-7所示），该机于04年研制开发，种植时先开沟再进行投种栽植，经过田地试验后，由于该装置并不能保证蒜种在入土后保持直立状态，所以未被推广使用；2CS-6型大蒜种植机是一种采用勺链式排种器的大蒜种植装置，其工作原理是利用取蒜勺取种，并在链条带动下继续运动进行播种，然后覆土掩埋，其弊端体现在大蒜种子入土后平放，依然没有解决蒜种直立问题[5]，并不符合我国大蒜种植现状。目前，我国大蒜播种机研发还在初步探索过程中，各种机器暴露的弊端也较明显，需着重解决蒜种入土后朝向问题。图1-SEQ图1-\*ARABIC72ZDS-5型自走式大蒜种植机国外研究现状欧美国家地广人稀，与我国情况截然不同，大蒜种植密度小、行距宽种植质量不高。其机械化程度高，但农艺简单，平均亩产量偏低。亚洲部分国家如韩国、日本，土地状况与中国相似，在此不再赘述。韩国采用的压穴式同步大蒜播种机，工作原理简单，主要依靠压穴器压出仿形穴，再与播种机构相配合，将蒜种投入种穴，依靠种穴形状控制蒜种朝向[6]。但其控制精度不高，理想效果不佳。日本采用的PH4R型大蒜种植机械，需要人工配合机械种植，将蒜种放入取种机构，然后运动到接近地面时推蒜杆动作，将蒜种推入土中，完成种植作业[7]。在种植过程中容易出现伤蒜现象，而且播种质量不高，大蒜后期存活率偏低。欧洲国家多采用转盘式排种器，随机播种，对大蒜种植的农艺要求简单，在转盘上的取蒜勺完成取种后，便开始随机投放[8]。由于完全与我国种植农艺要求不符，所以在此不予考虑。国外大蒜种植机械一般没有考虑蒜瓣入土后的直立情况。总而言之，大蒜蒜种朝向和精密取种两大难题仍是今后研究工作中的重点。图1-8压穴式大蒜播种机1图1-9压穴式大蒜播种机2图1-10欧洲大蒜种植机

第二章设计方案选择2.1本文主要内容对现有的大蒜种植机械进行具体研究和分析，对其进行去粗取精。我的主要工作：通过查阅大量相关大蒜种植机械的资料，分析现有的大蒜种植装置，分析其优缺点，并观察需要着重解决的问题。针对重点问题，设计一种大蒜种植机械播种机构，使其基本满足大蒜种植相关农艺要求。对设计的大蒜播种机构进行运动分析。通过AutoCad、Solidworks等画图软件。绘制结构零件图，装配图，进行三维建模，完成行仿真运动分析。2.2采用现代设计方法在设计过程中利用现代设计方法有很多方便之处，在设计过程中计算机绘图相较手工绘图更加快捷准确。利用相关软件进行整体模拟装配分析，及时发现问题，并及时处理。并且通过计算机软件计算相关数据相较于人工计算难度更小，计算结果也更加准确。2.3设计流程图本次毕业设计论文的过程大致分为：确定设计目标、提出可行方案、选择合适方案、进行结构设计、绘制零件图装配图及其他文件、进行仿真分析、改进设计、完成设计。图2-SEQ图2-\*ARABIC1设计流程图

第三章大蒜种植机械排种装置设计3.1蒜瓣外形尺寸测量与外形分析3.1.1蒜瓣尺寸测量种蒜蒜瓣大小对大蒜成长影响很大，往往种蒜蒜瓣越大大蒜成长个头越大。根据基本种植要求一般选取大瓣和中瓣蒜种。现取50颗中瓣及大瓣大蒜进行尺寸测量。长、宽、高和蒜瓣夹角如图3-1所示。图3-SEQ图3-\*ARABIC1蒜瓣外形尺寸图测量结果统计汇总，数据如表3-1所示：表3-SEQ表3-\*ARABIC1蒜瓣外形尺寸测量数据个数平均值标准差最大值最小值长L（mm）5031.251.2234.1228.55宽B（mm）5020.211.9523.3219.22高H（mm）5021.322.3122.6318.92夹角a（°）5043.4638.5539.6748.623.1.2蒜瓣外形分析由表中数据得出蒜瓣的长、宽、高及夹角分别分布在31.25mm、20.21mm、21.32mm和43.46°左右。先假设各数据符合正态分布，令α=0.5，根据相关公式进行置信区间计算：（3-1）式中:-参数平均值；S-方差；-置信水平为1-α样本数为n的对应t分统计量。根据公式（3-1）可得各参数置信区间分别为:蒜瓣长度L（31.251.23mm），蒜瓣宽度B（20.211.36mm），蒜瓣高度H（21.320.93mm），蒜瓣截面夹角α（33.363.45°）。对测量数据分析总结如下：蒜瓣高和宽尺寸差值很小；蒜瓣形状为上半部分较细尖，下半部分厚大，整体呈半月形，重心位置处于蒜瓣下半部。3.2排种装置方案选择由于大蒜种子外形不规则，对排种装置的主要设计要求是使其能达到精密取种的效果，解决单粒取种问题，分析可取排种器方案：（1）勺链式排种器（如图3-2所示）。工作原理：在链轮的带动下，取蒜勺从种子箱中取种，由于取蒜勺的结构特点，在与清种挡板相配合的情况下能达到每次取种仅取一粒，从而达到精密取种的效果。链轮继续转动，取蒜勺到达一定位置与护种挡板相配以防蒜种掉落，一直到取种完成。在工作时，取蒜勺的距离设计和大蒜栽植时的距离有关[9]。图3-SEQ图3-\*ARABIC2勺链式大蒜排种机构简图（2）转盘式排种器（如图3-3所示）。与勺链式排种器不同的地方在于取蒜勺的传动方式，将取蒜勺安装在转盘上，转盘转动带动取蒜勺动作，取蒜勺设有复位弹簧，到达合适位置，取蒜勺打开并夹紧，继续动作与清种毛刷配合达到单粒取种的效果。转盘继续动作，取蒜勺到达合适位置打开，完成取种工作[10]。同样，取蒜勺的距离设计和大蒜栽植时的距离有关。.图3-SEQ图3-\*ARABIC3转盘式排种器实物图（3）窝眼轮式排种器（如图3-4所示）。由王芳艳设计，工作原理一目了然，大蒜种子由于自重落入型孔，型孔内的蒜种随着整个窝眼轮的转动直到进入导种管。取种时机壳与窝眼轮缝隙较小，能达到清种的效果[11]。大蒜栽植时的距离控制与窝眼轮的转动速度有关。图3-4窝眼轮式排种装置简图分析各排种器优缺点，本文设计决定采用窝眼轮式排种器。主要原因是因为机构整体设计简单，工作原理一目了然。相较其他排种机构结构更加简单，勺链式和转盘式排种装置都需要单独设计取蒜勺这一部件，设计较为繁琐，而且取种时容易造成伤种现象，而窝眼轮装置正好能避开这一缺点。窝眼轮式排种装置工作更加可靠，机械设计的可靠性原则是越简单越可靠，为完成同样的工作机构当然是越简单越好。3.3窝眼轮式排种装置设计窝眼轮式排种器主要构件有：窝眼轮，主要取种机构；种子箱，主要用来存放种子；导种管，排出种子；机壳，固定窝眼轮并达到清种的目的。3.3.1窝眼轮的参数设计窝眼轮为整个窝眼轮式排种器的核心，设计尺寸精确性关系到整个排种机构的相关设计。窝眼轮应选择合适的尺寸，通过查阅相关资料并分析尺寸对播种质量的影响，并根据有关公式计算窝眼轮参数：（3-2）式中：-窝眼轮的线速度；-窝眼轮的直径；-播种机的作业速度；-每穴蒜种个数；-地轮的滑动系数；-排窝眼轮型孔数；-大蒜种植后距离；首先，通过查阅相关试验得到结论：窝眼轮线速度取,根据式中数据计算，本文由于只涉及到大蒜种植播种机构的粗略设计，暂不考虑机器正常作业时地轮工作状况，以及整机等相关问题，为不影响正常设计，所涉及到地轮等相关计算，可先合理假定合适的计算数据。在此，通过查阅资料，假定=1.1m/s，=0.05；根据种植农艺要求取q=1，t=150mm；再将=0.2m/s代入公式，可得：。查阅相关资料选取=18，所以=210mm。最后根据大蒜种子外形特征，选取合适的型孔参数，开口位置大小取40mmx35mm，深度取15mm。3.3.2种子箱的设计种子箱设计虽较为简单，但根据农艺要求也有相应的规定：首先，种子箱需有合适的容量，在保证一次作业面积达到基本要求的前提下尽可能保证种子箱的尺寸要小。其次，箱底应设有合适的夹角，保证种子能够在自身重力作用下落入到窝眼轮的型孔中。考虑实际作业中，种子箱的尺寸由播种面积和每个种子的单位体积影响。查阅相关公式计算种子箱参数：B=nb=（3-3）式中：-工作幅宽-牵引机额定牵引力；-牵引力利用率；-工作时的阻力。通过查阅资料[12]，取；；；代入公式求得，根据实际作业要求选取工作幅宽满足要求。根据公式；(3-4)式中：-种子箱的容积；-种子箱的最大容量；-工作幅宽；-一次作业长度；-每个种子体积质量；假定每次作业的播种量为170kg，作业距离650m，大蒜种子的容重约为0.95g/，计算可取较大容积。因机器需多行种植，所以分为多个种子箱，同时由于大蒜种子之间的存在间隙，因此采用单个种子箱体积不小于16L。可选取基本尺寸为。

第四章大蒜种植机械种植装置设计4.1蒜瓣蒜尖定向控制机构方案选择根据大蒜播种方式，鳞芽朝向问题始终是大蒜种植机械化需克服的一大难题，根据种植农艺要求选择合适的种植装置也是本文设计的重点。4.1.1蒜种定向方案选择大蒜播种机构需保证蒜瓣入土后的直立性问题。据查阅文献[13]，控制蒜瓣方向目前有影像法、红外线法、plc控制技术等等。由于大蒜种植机械工作环境不好，作业过程中振动较大，电子控制方法现在看来并不现实，本文选择传统的机械方法达到蒜种方向控制的要求。4.1.2接种斗种植斗方案分析本文决定采用接种斗和种植斗互相作用的方法，控制大蒜的朝向问题。接种斗和种植斗都是根据大蒜外形特征设计的（如图4-1所示），其漏斗型主体由可动半件和连接机架固定半件构成，结构特点使得蒜瓣在落入接种斗和种植斗不会造成横躺卡住不动，底部开口的宽度由蒜瓣尺寸决定，保持正好卡住不能掉下。利用一对啮合齿轮实现接种斗的打开与闭合，再由复位弹簧使可动半件恢复原位。其具体工作原理：蒜种正向落入接种斗时，当种植斗与接种斗驱动块相动作，带动接种斗啮合齿轮打开可动半件，蒜瓣正方向进入种植斗锥体；若情况相反，蒜瓣根部朝上落入接中斗，由于大蒜种子上细下粗，所以蒜瓣鳞芽部分会先露出，种植斗会先压住芽尖，再带动驱动块联动动作，使得接种斗张开，此时蒜瓣因为自身结构特点会在重力作用下实现换向，根部朝下落入种植斗。（如图4-2所示）图4-SEQ图4-\*ARABIC1接种斗结构图图4-SEQ图4-\*ARABIC2接种斗种植斗工作原理4.1.2蒜瓣在接种斗和种植斗之间运动过程分析根据上述运动过程分析，并列出公式计算运动时间等数据。设蒜瓣从导种管排出点A，蒜瓣意外排出，不正常进入锥体的极限弧长，有公式：(4-1)其中：-极限弧长；t-运动时间；根据公式，首先分析，在实际过程中，由A点进入锥体时间忽略不计，由此可得，而此时弧AC可近似认为等于直角边AC,则,再代入上式得：(4-2)求得：(4-3)蒜瓣在落入接种斗后所作位移为DE，所需时间为，此时有公式：DE=（4-4）再将代入上式整理后可得：(4-5)在此时种植斗与驱动块接触，旋转角度确定为，此时的运动时间公式：（4-6）综上所述：可得到时间配合关系：4.2种植装置设计与计算根据大蒜种植农艺要求，种子在种植时需保证根部接触地面，正向直立种植。因此种植机构的主要设计方面也是为了解决这一难题，在现有大蒜种植机械的研究基础上进行分析，选择合适方案进行优化设计。4.2.1种植机构方案选择据查阅资料[14]目前最新一代的行星轮种植机构，采用了六轴行星轮机构，相较于前几代的行星轮种植机构有了较大的改进。第一代大蒜种植机的种植结构设计源自于小麦收割机，动作与小麦收割机类似。以中间轮和偏心轮相互动作，形成的平行四边形机构往复运动实现种植，种植时种植斗方向固定，保持垂直向下的状态。但机构工作时问题较为明显，首先单边传动产生较大扭矩，造成中心轴受力过大，进而无法使用。其次种植斗的开合机构工作不可靠，蒜瓣投种不精确。图4-SEQ图4-\*ARABIC3第一代行星轮大蒜种植机构在第一代的基础上，第二代大蒜种植机构采用了偏心轮双边传动。但是在试验过程中发现存在死角问题，如果动力不足则无法达到工作要求。在第二代的基础上又设计了第三代大蒜种植机械。更改了种植轴的整体布局，该结构虽然相较之前有所改进，但在试验中又出现打孔不精确和种植不准确的问题。图4-SEQ图4-\*ARABIC4第三代行星轮式大蒜种植机构经过多次试验分析，并在之前行星轮种植机构的基础上确定了六轴行星轮种植机构。其主要结构有六根传动轴、一根中间传动轴、反驱动圆盘组成，每根传动轴上同时装配有多个种植斗，以完成多行种植。安装的传动链轮其主要工作过程：动力装置带动中间传动轴的链轮工作，同时，与中间传动轴连接的行星轮系中的定齿轮随之动作，定齿轮带动惰轮互相动作，惰轮同时带动驱动齿轮啮合，然后驱动齿轮又带动装有种植斗的轴运动，种植斗随轴工作，种植斗到达一定位置与接种斗接触，可动半件打开。种植斗带着接种斗掉入的蒜瓣继续转动，直至与地面接触，形成种穴。接着种植斗上的驱动块受力联动齿轮打开种植斗，蒜种此时落入种穴。种植斗离开种穴后，复位弹簧动作，种植斗恢复，为下次工作做准备。完成整个种植过程。该机构明显避免了蒜种损伤，并且在改进后种植精度相较之前的行星轮机构有所提高，也解决了种植斗位置不理想的问题，从而达到直立种植的要求。图4-SEQ图4-\*ARABIC5六轴行星轮种植机构简图4.2.2行星轮反转驱动机构计算在六轴行星轮种植机构中采用了行星轮反转驱动机构，使种植斗在种植机构工作过程中，依靠行星轮机构同时绕中心轴线旋转，使种植斗方向得到有效控制。其主要结构包括固定在种植圆盘4上的六个驱动齿轮3、三个惰轮2、和一个定齿轮1。定齿轮1与固定轴啮合，使固定轴始终保持静止状态。惰轮2可以转动，并可以保持和种植圆盘相同的旋转方向。驱动齿轮3与驱动轴啮合在惰轮带动下转动，并使种植斗下端始终指向地面。图4-SEQ图4-\*ARABIC6行星轮驱动机构简图反转驱动机构的构成的行星齿轮系如下图：图4-SEQ图4-\*ARABIC7行星齿轮系对其传动系统进行有关计算如下：行星齿轮系中（如图4-7所示），原行星轮系如图a，为行星架，首先给行星轮系施加一个转速，大小与方向与相同。此时图a与图b等效，行星架的转速均为0。进而分析图b，齿轮1转速：=-；齿轮2转速：;齿轮3转速：,所以可得图b传动比：。但是根据实际种植要求，反转驱动机构应该达到图c的要求。分析图c：齿轮1与轴1保持固定状态。同理，驱动轴3和种植斗和也保持不动，于是可得：=0，=0，进而又可得：。再分析整个行星轮系：分析种植圆盘中各齿轮分布状态，可得到其几何关系再根据上文推出的得到，所以根据在等腰三角形可以得到：(4-7)(4-8)式中：m-齿轮模数；z-齿轮齿数。根据种植时实际的运动状态，,这时模数m选择就尤为重要，模数选择应尽量合适，不宜偏大偏小。因此在范围内选取模数m最为合适。查阅资料[15]，齿数小于17，齿轮容易发生根切现象，所以齿数应大于17。齿轮1的齿数应小于齿轮2的齿数，于是可建立目标函数：（4-9）式中：。列出约束条件：（4-10）对上式求解，可取：4.2.3种植斗设计与其运动轨迹分析目前大蒜种植机械的研究难题之一就是保证蒜瓣在传送和种植过程中有关蒜瓣蒜尖朝向的问题，本文通过对大蒜外形尺寸测量，并对大蒜外形特点分析，根据大蒜种植农艺要求，本文采用了锥形种植斗与接种斗相配合的方法。其中种植斗和接种斗总体结构类似，具体尺寸需要根据大蒜蒜种和大蒜的高度决定。锥度取24°，开口宽度需正好使蒜种卡住。对种植斗的运动进行分析：在机器前进过程中，种植斗绕中心轴的圆周运动。与前进运动相结合为主要运动方式。分析图4-8，设圆盘半径OA=R，当时间t=0时，A点坐标位置为（R,R），当时间时，根据三角函数求出A点坐标，公式如下：（4-11）式中：-水平方坐标；-垂直坐标；-整机前进速度；-时间；-圆盘转动的角速度。图4-SEQ图4-\*ARABIC8种植斗运动轨迹与运动摆线形状图据分析，种植斗的运动轨迹取决于一个关键系数。是种植斗圆周运动速度与机器前进运动速度的比值。值的变化从0到时，运动轨迹形状是由直线变化到圆的过程（如图4-9所示）。具体分为：当=0时，运动轨迹为直线；当<1时，呈短幅摆线形状；=1时，呈普通摆线形状；>1时，呈长幅摆线形状；=时，为圆形。图4-SEQ图4-\*ARABIC9种植斗轨迹变化具体分析：<1时形成短幅摆线，种植斗向前挖掘，顶端推土形成种穴，种植斗速度方向与牵引机前进方向相同；>1时形成长幅摆线，种植斗向后挖土形成种穴，牵引机前进方向与种植斗速度方向相反。此时牵引机所受阻力减小，所以可得应该选取>1，也就是>[16]。种植圆盘首先在角速度为时间为t的动作接触到地面，得到种植圆盘转动角度；继续动作到土里最深位置C处，以时间进行动作，得到转动角度为；最后继续动作到达地面出土点D，以时间动作，得到转动角度为；其中根据种穴的对称性可知由=，=。再根据图4-8所示坐标系，求得B点D点坐标：（4-12）可得种穴宽度为：（4-13）式中：；;代入上式又可得：(4-14)种植圆盘在工作过程中，转动一圈，其距离：（4-15）种植圆盘上6个种植轴都装有种植斗，所以相邻两个种穴之间的穴距为：，将代入公式得到：（4-16）式中：R-种植圆盘半径；-穴距；H-种植深度；BD-种穴宽度；最后根据以上公式(4-14)、（4-15）、（4-16）基本可以确定种穴深度、穴距、种植圆盘的旋转半径、种穴宽度、机器前进速度、种植圆盘旋转角速度等之间的相互关系。其运动轨迹分析完成。

大蒜种植机3D建模及有限元仿真分析5.1Solidworks软件介绍Solidworks是一套三维机械设计软件。Solidworks使用方便，绘图精确，而且功能全面[17]。为检验设计合理性，本文在此用Solidworks软件对重要机构进行建模和装配，以达到设计仿真的目的。5.2建立重要零件三维模型首先，根据上文相关设计利用Solidwork绘制排种装置各重要零部件的三维模型：5.3各零部件之间的装配先建立机构上半部分的装配。首先将窝眼轮和种子箱连同机壳装配在一起（如图5-7所示），为方便观察，此处仅装配了半个机壳，再在机壳出种口处装配导种管。图5-SEQ图5-\*ARABIC7排种机构装配体在种子箱下边组装机架，为连接种植斗所用。机架组装完成开始在上边装种植斗的零部件，首先装上一对啮合齿轮，在将种植斗安装在机架上。这样装置的整个上半部分基本安装完成（如图5-8所示）。图5-SEQ图5-\*ARABIC8上半部分装配图再进行种植机构的装配：先装配种植圆盘与传动轴（如图5-9所示），图5-SEQ图5-\*ARABIC9六轴种植架装配图再将种植斗连同部件装配到种植架上（如图5-10所示），种植斗需多组装配，然后将行星轮机构装在圆盘两侧。图5-SEQ图5-\*ARABIC10种植斗装配这样种植机构基本安装完成，再将多组排种机构和种植机构一块装配，如图可见，整体装配较为合理，基本达到理想要求，仿真基本完成（如图5-11所示）。图5-SEQ图5-\*ARABIC11总装配体5.4大蒜种植机关键零部件有限元分析在有限元ANSYSWorkbench有限元分析平台，我们利用上一节SolidWorks对大蒜种植斗的已完成模型，将其件保存为.xt格式，导入到有限元静力学模块（StaticStructural）。由于种植机装配体体积大，在有限元分析时，为了使模拟运算收敛，避免求解失败，因此之前建模时的简化是十分必要的。大蒜种植斗装配体总成导入有限元模型如下图5.5所示：图5-12种植斗装配体有限元模型种植斗、连机架等各部件所用材料相同，主要设置参数有弹性模量、密度、泊松比、屈服极限等，对上述有限元模型进行材料属性定义，具体属性如表5-1所示。表5-1种植斗装配体各部件材料属性参数表零部件名称种植斗、连机架材料Q245R弹性模量E/GPa206密度ρ/(kg/m3)7850泊松比0.3屈服极限σs/MPa260在对大蒜种植斗有限元模型进行网格划分时也可同时对连接架等部件的结构部分进行划分，网格划分采用六面面体网格，网格单元尺寸控制在30mm以内，整体网格质量控制在0.75以上。划分后的罐体总成网格模型如图5-13所示。图5-13网格划分模型由于大蒜种植斗是与直接土壤接触的，因此在施加在载荷时，可以垂直于种植斗的端面向上，土壤一般是被松过的土地，因此受力不是很大，取100N进行施加，在罐体及端面施加压力载荷如下图所示5-14所示。图5-14力学加载模型进行大蒜种植斗与土壤接触时的数值模拟，得到接种斗工作时的应力、变形响应，便于精确的分析接种斗装配体最大应力与变形发生的位置。接种斗装配体的最大等效应力与变形图见下图5-15。(a)最大等效应力(b)最大变形图5-15大蒜接种斗总成有限元分析结果由图5-15（a）分析可知，接种斗装配体最大等效应力及变形均出现在大蒜种植斗表面，主要是由于此区域工作力较为集中，同时，从图中也可看出最大等效应力发生的位置点与最大变形位置基本对应。在整个种植工况下，最大等效应力为7.3MPa，根据第四强度理论，通过对比最大等效应力与Q245R屈服极限，可知，种植斗工作所受力强度低于材料屈服极限，种植斗结构设计强度满足使用要求；由5-15（b）可知，种植斗最大变形6.7×10-2mm远低于变形设计要求，满足大蒜种植工况要求。但是中间两个种植斗的变形明显大于边上两个，这是由于中间两个种植斗没有支撑，因此后续可以可以在中间位置怎增加梁性结构，以提高其稳定性。综上，根据第三章、第四章和第五章对大蒜种植装置的选型、计算以及相关结构设计和有限元分析，最终完成确定了大蒜种植机的整体装置。

总结与展望6.1总结本文主要设计了大蒜种植机械的重要播种机构并得到以下总结：首先针对蒜瓣的外形特点，得到相关数据。通过对大蒜外形特征分析，以及对现有的排种器进行比较优劣，采用窝眼轮式排种装置。该装置结构简单、工作可靠且能达到精密取种的要求。根据大蒜蒜瓣重心在蒜瓣中下部，决定采用种植斗与接种斗相结合，解决蒜瓣播种过程中定向问题，使蒜瓣在种植过程中能保持蒜瓣鳞芽朝上。根据现有设计资料，采用六轴行星轮播种机构，使种植斗实现定向栽培，保证种植效率。根据资料，通过理论分析种植斗的运动轨迹，得到工作过程中机器各机构到达的位置关系，确定种植的的可行性。完成大蒜种植机的3D模型构建，并对关键承载部件进行有限元分析，并提出结构改进意见。6.2展望通过此次设计，对不足的地方有以下展望：仅对重要机构进行相关设计，对整机实际工作分析欠缺，因此，无法分析到更全面的影响因素。大蒜种植机械作业环境较差，需考虑土壤硬度问题。传动部分设计欠缺，没有过多考虑排种机构与种植机构之间的动力关系，需进一步进行相关设计。大蒜蒜瓣入土后直立率还是偏低，需进一步对有关问题改正。参考文献[1]沈联慈，潘烱光，等.大蒜挥发油的化学成分与质量研究.中草药，1993，24（2）：66-68 [2]谈宜斌.蔬菜与养生.中国食品出版社，1989，57 [3]顾银娜，黄蕴慧，李新岗.大蒜有效成分的提取及药理作用.南京军医学院学报，2000，12：249