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油菜移栽机送苗机构设计【含8张CAD图纸和文档资料】

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含8张CAD图纸和文档资料 油菜 移栽 机送苗 机构 设计 CAD 图纸 文档 资料
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内容简介:
全日制普通本科生毕业设计任务书学生姓名 学 号 年级专业及班级 指导教师及职称 学 部 年 月 日填 写 说 明一、毕业设计任务书是学院根据已经确定的毕业设计题目下达给学生的一种教学文件,是学生在指导教师指导下独立从事毕业设计工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生,不能多人共用。三、选题要恰当,任务要明确,难度要适中,份量要合理,使每个学生在规定的时限内,经过自己的努力,可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达,不得随意更改。五、各栏填写基本要求。(一)毕业设计选题来源、选题性质和完成形式:请在合适的对应选项前的“”内打“”,科研课题请注明课题项目和名称,项目指“国家青年基金”等。(二)主要内容和要求:明确设计具体任务,设计原始条件及主要技术指标;设计方案的形成(比较与论证);该生的侧重点;应完成的工作量,如图纸、译文及计算机应用等要求。(三)主要中文参考资料与外文资料:在确定了毕业设计题目和明确了要求后,指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息,或划定参考资料的范围,指导学生收集反映当前研究进展的参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。(四)毕业设计的进度安排:实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%;主体工作,包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%;撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。6、 各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写,也可使用打印稿,但签名栏必须相应责任人亲笔签名。注:此表如不够填写,可另加附页。毕业设计题目油菜移栽机送苗机构设计选题来源结合科研课题 课题名称: 生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 应用研究 其他主要内容和要求主要内容:1、本项目研究的目的、意义、国内外研究的动态;2、油菜移栽机送苗机构总体方案的拟定和主要参数的设计计算;3、送苗机构传动方案的确定及设计计算,主要工作部件的设计;4、主要零件的强度或寿命校核计算;5、装配总图、部件图、零件工作图的绘制。要求:1、根据单行油菜移栽机的现状和机械设计原理,设计能与油菜移栽相配套的油菜送苗机构。2、油菜栽植株距25cm,送苗机构送苗速度为60株/min。3、完成3张A0图纸(折合),并要求CAD绘制。4、撰写设计说明书,文字在1.01.5万字间,条理清楚,计算有据,格式按湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计规范化要求。5、设计说明书的内容包括:课题的目的、意义、国内外动态;研究的主要内容;总体方案的拟定和主要参数的设计计算;传动方案的确定及设计计算,主要工作部件的设计;主要零件分析计算和校核;参考文献,鸣谢。主要参考资料1 殷艳,王汉中我国油菜产业发展成就、问题与科技对策J中国农业科技导报,2012,14(4):1-72 汤修映,侯书林,朱玉龙,等油菜移栽机械化技术研究进展J农机化研究,2010(4):224-2273 孙桓等编.机械原理.第六版.北京:高等教育出版社.2000 4 濮良贵等编.机械设计.第七版.北京:高等教育出版社,20015 罗海峰,汤楚宙,吴明亮,等中国油菜生产机械化影响因素分析J湖南农业大学学报,2009, 10(4):31-336 哈尔滨工业大学理论力学教研室编,程靳等编.理论力学.第六版.北京:高等教育出版社,2002 7 郁明山等编.现代机械传动手册.北京:机械工业出版社,19968 吴宗泽主编.机械设计.北京:中央广播电视大学出版社,19989 孙松林,罗锡文中国油菜生产机械化影响因素的灰色关联分析J湖南农业大学学报,2009,10(5):27-3010 吴崇友,易中懿我国油菜全程机械化技术路线的选择J中国农机化, 2009(2): 3-611 陈建能,王伯鸿,任根勇,等蔬菜移栽机放苗机构运动学模型建立与参数分析J农业机械学报,2010,41(12):48-5312 陈建能,王伯鸿,张翔,等多杆式零速度钵苗移栽机植苗机构运动学模型与参数分析J农业工程学报,2011,27(9):7-1213 陈建能,黄前泽,王英,等钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构运动学建模与分析J农业工程学报,2012,28(5):6-1214 石峰,孙松林,邓向春,等偏心圆盘指夹式幼苗移栽机栽植机构运动轨迹分析J湖南农业大学学报:自然科学版,2012,38(3):333-336 15 吴崇友,易中懿我国油菜全程机械化技术路线的选择J中国农机化, 2009(2): 3-616 刘磊, 陈永成, 毕新胜,等. 吊篮式移栽机栽植器运动参数的研究J.石河子大学学报.2008(8):504-50617肖卫兵. 烟草移栽机栽植器的设计与试验研究D. 湖南农业大学硕士学位论文,2010:7-818邓春香.烟草栽植器关键部件的设计与实验研究D.湖南农业大学硕士学位论文,2012:8-919 R C Johnson.How to design geneva mechanisms to minimize contact stress and torsion vibrationsJ. Ma-chine Design,1956, 22(9):107-111.20 ALAN W.TRIZ - an inventive approach to inventionJ. Eng-ineering Management Journal, 2002(6):117-124.工作进度安排起止日期主要工作内容 选题、下达设计任务书 调研、查找资料、毕业设计开题 设计方案确定 设计计算 绘制装配图、零件图 中期考核 书写设计说明书,修改 预审、修改 答辩要求完成日期:20 年 月 日 指导教师签名: 批准日期:20 年 月 日 专业教研室主任签名: 接受任务日期:20 年 月 日 学生本人签名: 毕业设计开题报告 学生姓名 学 号 年级专业及班级 指导教师及职称 学 部 年 月 日 xxxxxx学院毕业设计开题论证审批表学生姓名 学号 年级专业及班级 指导教师及职称 开题时间 毕业设计题目油菜移栽机送苗机构设计文献综述1、 选题研究意义油菜作为我国主要油料作物,是农村种植业的支柱产业之一,是农民经济来源的重要组成部分。但是油菜的移栽是劳动强度很大的一项农事活动,我国在油菜种植上,机械化程度严重不足,长期以来,油菜的移栽都是以人工为主,这样不仅劳动强度大,而且在质量上也较差,生产率低,成本高,严重影响了农民种植油菜的积极性和油菜种植面积的扩大。为了提高农民的劳动生产率,降低农民的劳动强度,国内外农机者对油菜移栽机械进行了一定的研究,并形成了一定系列的产品。目前油菜移栽机主要可分为钵苗油菜移栽机和裸苗移栽机两种。钵苗移栽机的发展很快,半自动和全自动的钵苗移栽机已经研发出来,钵苗的培育也已经实现了工厂化,农机与农艺结合成熟,技术已经相当成熟。随着“无土育苗”的诞生,国内油菜幼苗移栽面积正在逐年扩大,面对逐年扩大的移栽面积如果不采用机械作业是无法实现的,因此研制油菜幼苗移栽机十分必要。目前国内的油菜裸苗移栽机都是已半自动为主,送苗方式为人工送苗,这样不仅造成了人工劳动力强度大、移栽速度受到限制、生产效率低等问题,还会出现漏苗现象严重等问题。为了解决出现的问题,全自动送苗机构的设计就显的尤其重要,具有重大意义。二、国内外研究现状欧美和日本是世界上最早研究机械化移栽的国家及地区,初期主要用于商业价值高的蔬菜,后逐步应用到玉米及棉花。以欧洲、北美洲为代表的地区所研制的大型移栽机。其作业多采用大型拖拉机悬挂方式,整机较庞大,工作效率较高,适合平原地带大面积作业。另一个对油菜移栽机起典型代表的是日本,与欧洲广阔的平原相比,日本多山丘的地貌更加与我国南方相似,其研制的移栽机可以更好的适应于我国南方地带。2000年以来,以小型精细作业的蔬菜移栽机蓬勃发展起来,通过2011年12月福建漳州海峡两岸农业机械展览会本文作者有幸参见了最新研制的包括久保田的KP-200半自动蔬菜移栽机、井关2ZY-2A型移栽机等在内的多个国际先进水平的蔬菜苗移栽机。久保田KP-200型移栽机,简易2人乘用式2行不对称栽植,适合油菜、莴苣、卷心菜、白菜等的栽植,可在030cm内自动调节垄高,也在2855cm范围内进行7级行距的调节,其升级版KP-200L甚至可以做到往返4行栽植,即调整栽植器位置,在同一个垄里面进行两次两行移栽,达到四行栽植的目的5。我国的旱地移栽机械的研究开始于20世纪60年代,起步较早,但农机和农艺明显脱节忽略了综合经济效益,更没有科学地分析育苗移栽机械化过程的种植技术难题,从而使这一技术搁浅。近年来,栽植机械伴随着旱地育苗移栽技术的研究和推广而发展起来,已成为科研和生产部门关注的问题之一,又有多种新型栽植机械出现。但总体来讲,目前我国研制使用的栽植机械仍处于起步阶段,以半自动化为主。移栽机按栽植器型式可分为钳夹式、链夹式、吊环式、导苗式及挠性圆盘式移栽机。不同型式的移栽机有其各自的特点,适合不同作物移栽的要求。目前国内已有的移栽机主要适用于秧苗高小于30cm,株距大于20cm的玉米、甜菜和烟草等作物的移栽。而国内正在加紧移栽机的研制工作,主要有:黑龙江省白桦耕作机厂研制的2YZ-2,2YZ-4和2YZ-6移栽机;苏州金果实农业技术装备有限公司生产的多功能移栽机和2ZM-1型秧苗栽植铺膜机;内蒙古农业大学机械厂研制的2ZT-2型甜菜移栽机;北京京鹏有限公司生产的PC10移栽机;辽宁省鞍山市农业机械厂与中国农业机械化科学研究院合作进行研制的国家“九五”科技攻关项目玉米、蔬菜移栽机等。2、 主要参考资料1 殷艳,王汉中我国油菜产业发展成就、问题与科技对策J中国农业科技导报,2012,14(4):1-72 汤修映,侯书林,朱玉龙,等油菜移栽机械化技术研究进展J农机化研究,2010(4):224-2273 孙桓等编.机械原理.第六版.北京:高等教育出版社.2000 4 濮良贵等编.机械设计.第七版.北京:高等教育出版社,20015 罗海峰,汤楚宙,吴明亮,等中国油菜生产机械化影响因素分析J湖南农业大学学报,2009, 10(4):31-336 哈尔滨工业大学理论力学教研室编,程靳等编.理论力学.第六版.北京:高等教育出版社,2002 7 郁明山等编.现代机械传动手册.北京:机械工业出版社,19968 吴宗泽主编.机械设计.北京:中央广播电视大学出版社,19989 孙松林,罗锡文中国油菜生产机械化影响因素的灰色关联分析J湖南农业大学学报,2009,10(5):27-3010 吴崇友,易中懿我国油菜全程机械化技术路线的选择J中国农机化, 2009(2): 3-611 陈建能,王伯鸿,任根勇,等蔬菜移栽机放苗机构运动学模型建立与参数分析J农业机械学报,2010,41(12):48-5312 陈建能,王伯鸿,张翔,等多杆式零速度钵苗移栽机植苗机构运动学模型与参数分析J农业工程学报,2011,27(9):7-1213 陈建能,黄前泽,王英,等钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构运动学建模与分析J农业工程学报,2012,28(5):6-1214 石峰,孙松林,邓向春,等偏心圆盘指夹式幼苗移栽机栽植机构运动轨迹分析J湖南农业大学学报:自然科学版,2012,38(3):333-336 15 吴崇友,易中懿我国油菜全程机械化技术路线的选择J中国农机化, 2009(2): 3-616 刘磊, 陈永成, 毕新胜,等. 吊篮式移栽机栽植器运动参数的研究J.石河子大学学报.2008(8):504-50617肖卫兵. 烟草移栽机栽植器的设计与试验研究D. 湖南农业大学硕士学位论文,2010:7-818邓春香.烟草栽植器关键部件的设计与实验研究D.湖南农业大学硕士学位论文,2012:8-919 R C Johnson.How to design geneva mechanisms to minimize contact stress and torsion vibrationsJ. Ma-chine Design,1956, 22(9):107-111.20 ALAN W.TRIZ - an inventive approach to inventionJ. Eng-ineering Management Journal, 2002(6):117-124.研究方案1、 设计目的 选题来源于生产设计方面,具有较强的实际应用价值。目前我国油菜移栽机处于起步阶段,机械技术与配套农艺技术都缺乏成熟的模式,生产效率低,农民收入微薄。因此,油菜移栽机的研究可以稳定油菜生产、保障市场的供应需要;油菜移栽机的研究可以调整农业结构、促进农民增收;提高我国整体机械化水平,促进我国农机化事业全面协调发展。二、设计内容 1.送苗机构方案的确定; 2.主要的传动参数的确定和计算; 3.传动机构的设计; 4.横向送苗机构和纵向送苗机构设计; 5.主要零件的强度或寿命校核计算。三、关键问题 1.送苗机构运动是不是能达到预期的效果; 2.各部件之间的配合容易产生误差; 3.送苗机构的送苗精确度有时候很难达到预期的精准度。四、解决思路 1.为了送苗机构的运动是不是能达到预期的效果,多次进行机构的运动仿真; 2.通过大量的计算,分析,尽量使误差达到最低; 3.零、部件的结构尺寸不是完全由计算确定的,还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等要求,所以设计时候要边计算,边绘图,反复修改设计计算和绘图交替进行; 4.为了送苗机构的送苗精确度能达到预期的效果,要经过反复的试验,计算,来使送苗机构来达到预期的精准度。五、预期成果油菜移栽机送苗机构设计完成后,可以准确的和栽植机构相配合,且送苗准确度符合要求。工作进度安排起止日期主要工作内容 选题、下达设计任务书 调研、查找资料、毕业设计开题 设计方案确定 设计计算 绘制装配图、零件图 中期考核 书写设计说明书,修改 预审、修改 答辩开题论证小组意见 组长签名: 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任年 月 日 全日制普通本科生毕业设计油菜移栽机送苗机构设计RAPE TRANSPLANTING MACHING FEEDING MECHANISM DESIGN 学生姓名: 学 号: 年级专业及班级: 指导老师及职称: 学 院: 提交日期: 年 月 全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日目 录 摘要1关键词1 1前言21.1课题研究的目的与意义21.2国内外移栽机的研究现状3 1.2.1国外现状3 1.2.2国内现状41.3研究内容6 1.4本章小结62油菜幼苗的农艺特性研究6 2.1油菜育苗方式62.2幼苗的农艺特性7 2.3苗盘输送轨迹分析82.4本章小结8 3送苗机构总体方案拟定93.1送苗机构工作原理9 3.2送苗机构方案拟定93.3送苗机构主要参数设计 11 3.4本章小结114传动机构设计114.1传动机构参数设计124.1.1步进电机的选择124.1.2传动比确定12 4.1.3传动轴参数设计124.2链传动设计计算13 4.2.1一级链传动设计13 4.2.2二级链传动15 4.3齿轮传动设计174.3.1选择齿轮类型,材料及齿数17 4.3.2按齿面接触疲劳强度设计174.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计18 4.3.4几何尺寸计算204.3.5齿面接触疲劳强度校核204.3.6齿根弯曲疲劳强度校核21 4.4传动轴设计214.4.1轴1设计214.4.2轴3设计244.4.3轴4设计25 4.5本章小结255间歇机构设计255.1横向间歇送苗机构设计26 5.1.1槽轮机构参数设计265.1.2圆柱凸轮机构设计27 5.1.3圆柱凸轮轴设计305.2纵向间歇送苗机构设计31 5.2.1带传动设计315.2.2单销槽轮机构设计325.2.3转轴设计335.3本章小结356结束语35参考文献35致谢36 油菜移栽机送苗机构设计 学 生: 指导老师:(xx农业大学xx学院,xx xxxxxx)摘 要:移栽是油菜生产的重要环节,南方油菜移栽生产周期短、劳动强度大、生产效率低,并且目前油菜移栽机多为半自动化。本次设计针对目前油菜移栽机多为半自动的现状,通过油菜幼苗移栽机的自动送苗,提高自动化程度,提高生产率。其中自动送苗机构主要是由横向送苗和纵向送苗两部分组成,通过这两部分的配合传动,使苗盘实现“弓”字型运动,方便机械手在准确时间、准确地点取苗。横向送苗机构由三销槽轮机构与圆柱凸轮机构组成,移栽机的地轮通过链传动传动动力,从而带动槽轮机构中的拨盘带动槽轮来进行间歇运动,槽轮的运动又带动与其同轴的圆柱凸轮往复运动,通过一根连杆带动苗盘横向送苗。纵向送苗机构通过步进电机输送动力,带动传动轴以及单销槽轮机构与同步带轮运动,从而达到纵向送苗的目的。关键词:移栽机;自动送苗;间歇运动;往复运动Rape Transplanting Machine Feeding Mechanism DesignStudent: Tutor:Quan La Zhen(College of Engineering,xxxx Agricultural University, xxxxx, xxxxx,China)Abstract: Transplantingis an important link ofrapeseed production, southernrape transplanting short production cycle, high labor intensity, low production efficiency,andthetransplanting machinefor the semiautomation.This design in view of the presentsituation ofrape transplanting machineissemi-automatic,therape seedlingtransplanting machineautomatic seedling feeding,improve the degree of automation,improve productivity.The automatic seedling feeding mechanismis mainly composed oftransverseand longitudinalfeeding seedlingseedling feedingis composed of two parts,with thetransmissionof these two parts,theseedlingdiscbowshape,convenientmechanical handinthe correct time,accurate location ofseedling.Transverseseedling feeding mechanismis composed of threepin wheelhouse mechanismandcam mechanism,transplanting machinewheelthrough thechain transmissionpower,which led tothe Geneva mechanismdriven by theGenevadialto intermittent motion,the reciprocating motion ofcylindrical camGenevamotiondrivescoaxial,through aconnecting rod drives theseedlingthe transversefeedingseedlingdisc.Vertical feeding seedling mechanism through the stepper motor transport power, to drive the transmission shaft and the pin groove wheel mechanism and synchronous belt wheel movement, so as to achieve the vertical feeding seed.Keywords: Transplanting Machine; Automatic send Seedlings; Intermittent Movement; Reciprocating Motion1 前言1.1 课题研究的目的与意义油菜作为我国主要油料作物,是农村种植业的支柱产业之一,是农民经济来源的重要组成部分。但是油菜的移栽是劳动强度很大的一项农事活动,我国在油菜种植上,机械化程度严重不足,长期以来,油菜的移栽都是以人工为主,这样不仅劳动强度大,而且在质量上也较差,生产率低,成本高,严重影响了农民种植油菜的积极性和油菜种植面积的扩大。为了提高农民的劳动生产率,降低农民的劳动强度,国内外农机者对油菜移栽机械进行了一定的研究,并形成了一定系列的产品。目前油菜移栽机主要可分为钵苗油菜移栽机和裸苗移栽机两种。钵苗移栽机的发展很快,半自动和全自动的钵苗移栽机已经研发出来,钵苗的培育也已经实现了工厂化,农机与农艺结合成熟,技术已经相当成熟。随着“无土育苗”的诞生,国内油菜幼苗移栽面积正在逐年扩大,面对逐年扩大的移栽面积如果不采用机械作业是无法实现的,因此研制油菜幼苗移栽机十分必要。与钵苗移栽相比,裸苗移栽具有以下几个方面的优点:(1) 裸苗移栽技术的核心是采用无土育苗基质培育幼苗和使用促根剂促进幼苗的根系生长。培育出来的幼苗生长很好,根系发达,移栽时没有载体,幼苗不会出现萎焉,移栽后缓苗时间短,新生根出生快。通过大量试验,幼苗成苗率可以达到90%以上,迅速生根,与其他几种移栽方式相比较,增产可以达到10%左右。(2) 采用基质育苗成本低,取材便利,基质具有含水量高,通透性能好,肥料和营养较丰富,起苗、运苗和载苗方便,不伤害幼苗的根的特点。目前国内的油菜裸苗移栽机都是已半自动为主,送苗方式为人工送苗,这样不仅造成了人工劳动力强度大、移栽速度受到限制、生产效率低等问题,还会出现漏苗现象严重等问题。为了解决出现的问题,全自动送苗机构的设计就显的尤其重要,具有重大意义。1.2 国内外移栽机的研究现状目前油菜移栽正在慢慢实现机械化,普通移栽机类型按动力来区分,一般可分为两种形式:一种是拖拉机悬挂牵引式,移栽机作为一个工作部件通过拖拉机后面的液压悬挂系统连接,由拖拉机动力输出轴传递功率给送苗和栽植机构,由拖拉机控制行进速度,动力输出轴变速箱调节栽插株距;另一种是自走式移栽机,机身自带动力,能驱动自身机器行走和完成分苗、栽植作业,此种类型一般结构较为紧凑,体型较小,单人乘坐,两行栽植,苗杯流动式给两个栽植器分苗栽植。目前常用的移栽机整机结构大致分为以下几个部分,即动力部分、传动机构、底盘升降机构、送苗机构、投苗机构、栽植机构等。栽植器按类型可分为吊篮式、圆盘式和钳夹式等,目前以吊篮式栽植器为主,作业过程一般通过送苗机构或手工投苗到栽植器,栽植器采用双曲柄连杆转动间歇式栽植的工作原理,在圆盘上安装圆锥筒式栽植器,栽植器由两片对称啮合的半开圆锥筒、同步拉线凸轮机构构成。工作时,安装有栽植器的双曲柄连杆随着地轮的行走而同步转动,栽植器转动到接触地垄表面时继续向下插入土中,实现打孔功能,继续运动到最低点达到栽插深度要求,此时同步拉线凸轮拨动圆锥筒半锥片,放下秧苗,同时由曲柄连杆机构带动栽植器向上离开土壤,完成一次栽植循环。覆土机构采用双V形双轮镇压的原理实现秧苗栽植时的培土功能2。1.2.1 国外现状欧美和日本是世界上最早研究机械化移栽的国家及地区,初期主要用于商业价值高的蔬菜,后逐步应用到玉米及棉花。以欧洲、北美洲为代表的地区所研制的大型移栽机。其作业多采用大型拖拉机悬挂方式,整机较庞大,工作效率较高,适合平原地带大面积作业。另一个对油菜移栽机起典型代表的是日本,与欧洲广阔的平原相比,日本多山丘的地貌更加与我国南方相似,其研制的移栽机可以更好的适应于我国南方地带。2000年以来,以小型精细作业的蔬菜移栽机蓬勃发展起来,通过2011年12月福建漳州海峡两岸农业机械展览会本文作者有幸参见了最新研制的包括久保田的KP-200半自动蔬菜移栽机、井关2ZY-2A型移栽机等在内的多个国际先进水平的蔬菜苗移栽机。久保田KP-200型移栽机,简易2人乘用式2行不对称栽植,适合油菜、莴苣、卷心菜、白菜等的栽植,可在030cm内自动调节垄高,也在2855cm范围内进行7级行距的调节,其升级版KP-200L甚至可以做到往返4行栽植,即调整栽植器位置,在同一个垄里面进行两次两行移栽,达到四行栽植的目的5。图1 富来威2ZQ-4型油菜移栽机Fig 1 Fulaiwei 2ZQ-4 Rape Seedling transplanter井关的PVHR2两行半自动蔬菜移栽机,单人乘坐式,带环形分苗器,可一人完成两个栽植器的投苗工作。环形分苗器上布置有26个苗杯,苗杯在输送链的作用下转动,到达栽植器上方时,通过特殊的触发装置,可实现奇偶数错开落苗,奇数类苗杯转动到左侧的栽植器上方时打开苗杯底盖,秧苗下落至栽植器,偶数类苗杯在通过左侧栽植器上方时不落苗,继续运动到分苗盘右侧栽植器时才打开底盖落苗,这样就保证了苗杯可以同时落入底下并行的两个栽植器,分苗质量高、结构运动可靠,单人投苗节省了劳动力,降低了生产成本,提高了劳动效率。1.2.2 国内现状我国从在 20 世纪 60 年代开始从发达国家引进并研制移栽机,初期用于玉米、棉花,后陆续发展到烟草、油菜。1979年四川省温江地区农机所研制了2ZYS-4型移栽机,1980年北京市农机所研制了2ZSB-2型钵苗移载机。2008年,南通富来威农业装备有限公司研制的2ZQ-4型油菜移栽机,如图1.1所示,是一种新型的半自动油菜秧苗移栽机械,主要用于油菜的裸苗和钵苗移栽。该机型由中、小型拖拉机拖动,拖拉机与移栽机之间采用三点悬挂的方法联接,前端带有开沟器,使用链条钳夹式栽植器,4人乘坐投苗,能进行4行移栽,由人工将油菜苗投入到钳夹上方苗盒,随着钳夹的运动油菜苗被夹持到圆盘上做圆周运动,转到最低点时送到已开好的苗沟,钳夹打开,秧苗落入沟中,随后被镇压轮覆土压密。目前,国内很多单位在现阶段机械化移栽研制的基础上研制了自走式半自动移栽机。自走式机型体型较小,操作灵活,转弯容易,但其一般都以单行或两行移栽为主。其栽植速度受到人工喂苗速度的限制,一般单人投苗速度在 4050 株/min,最快可以达到60株/min。如图1.2所示,湖南农业大学研制的2ZY-1型烟草移栽机,该机采用汽油发动机,经皮带轮传动至主变速箱分两部分输出,一部分通过皮带轮传动至链轮箱驱动地轮工作,另一部分链传动至副变速箱驱动栽植机构进行栽植作业。烟苗投入投苗转盘,栽植机构运动到最高顶住投苗转盘的内舍,烟苗落入栽植器,栽植器上下往复运动完成投苗,随即双V型覆土轮对已栽植的烟苗进行培土。图2 湖南农业大学2ZY-1型烟草移栽机Fig 2 2ZY-1Tobacco Seedling Transplanter of Hunan Agricultural University目前,就移栽机送苗机构这一块,国内拥有钵苗移栽机送苗和裸苗移栽机送苗两种。其中带有送苗机构的钵苗移栽机送苗方式主要分为带式送苗、导管送苗和圆盘送苗等方式。以上三种带有送苗机构的钵苗移栽机虽然提高了移栽速率,降低了人工劳动力强度,但是大部分移栽机缺少漏苗检测控制系统,即使具有也存在不稳定的问题,会有漏苗现象的出现,并且结构复杂,价格昂贵,市场的普及率低。目前市场上流通的主要移栽机任然是半自动的钵苗移栽机。与钵苗移栽技术相比,裸苗移栽技术发展相对较晚,技术还处于研究阶段。目前国内所研制的裸苗移栽机是半自动化的,送苗方式还是以人工送苗为主,人工劳动力强度大,移栽效率低,漏苗严重,产量低。现在国外只有日本研制出了全自动的裸苗移栽机,这种机型含有送苗机构和取苗移栽机械手,首先送苗机构把苗盘送入,机械手取出苗盘里面的第一课幼苗,接着机械手对夹苗器进行喂苗,幼苗会随着夹苗器运行而落入开沟器开出来的小沟中,然后就是盖土,压平。在机械手喂苗的时候,送苗机构会快速的完成第二课幼苗的输送,等待机械手来夹取第二课幼苗,如此循环,完成全自动的送苗移栽动作,具有送苗、喂苗、移栽一体化的优点,提高了移栽效率,降低了劳动生产强度,但是缺乏了对漏苗的检测,移栽时候的漏苗情况严重,且移载机械手的取苗也不稳定,对幼苗的伤害较大,影响了油菜的产量。研制出经济实用性全自动化、只能化的油菜幼苗移栽机成为了当前的研究重点,而研制自动送苗机构是油菜幼苗移栽机实现全自动化的关键9。1.3 研究内容本课题在于解决油菜裸苗移栽机送苗机构存在的问题,做到既有效解决当前我国油菜裸苗移栽机在移栽过程中不能实现自动送苗的缺陷,又顺应国内外油菜移栽机的发展方向。在已有的移栽机送苗机构的基础上研制出一种简单的自动送苗机构,并通过理论分析和计算,做到优化结构,提高生产效率。(1) 通过对油菜移栽机送苗机构现状的研究,提出当前存在的主要问题,并且针对这些问题,确定研究的方向和目标。通过已有的移栽机研制基础,结合油菜秧苗的物理特性及移栽的特点,设计出适合油菜移栽的送苗机构。(2) 油菜幼苗移栽机送苗机构设计。对油菜苗盘的形状的大小测量,实现自动送苗所需要的要求,确定出合适的方案。(3) 传动机构的设计。研究油菜移栽时苗盘的运动轨迹和速度,以及取苗、送苗所需的运转及间歇时间设计出合理的的送苗机构。结合对送苗机构进行运动学分析、动力学分析及机构的总体优化,设计出合适的传动机构。1.4 本章小结 本章节主要介绍了课题的研究目的和意义以及移栽机在国内外的发展情况。由于我国是油菜种植大国,但是油菜移栽送苗机构基本上是半自动化,工作效率低,因此自动化的油菜幼苗移栽机送苗机构的研究及其重要。2 油菜幼苗的农艺特性研究送苗机构是半自动的油菜移栽机实现全自动化的重要组成部分。机构主要是将幼苗送到指定的位子,并定时定距的输送每一株幼苗,保证机械手能够做到准确的取到幼苗。在这输送过程中,送苗机构要做到两点:第一是需要定时、定距的输送每一株幼苗;第二是机构必须做到每颗幼苗之间的输送有间隔时间,因为机械手定点取苗到将幼苗放入到苗夹上有时间间隔。因此在设计送苗机构前必须先确定好苗盘的运动轨迹很重要。本章通过对幼苗和苗盘的农艺特性研究,选定合适的苗盘输送轨迹,为后面的送苗机构设计提供数据上面的基础。2.1 油菜育苗方式油菜幼苗移栽选苗龄为30-40天,苗高18-20cm,幼苗4或5叶1心为最佳。移栽的合理密度是8000到1万株每亩。现在我国油菜的育苗方法常见的有两种:一是育苗床育苗;二是穴盘育苗。育苗床育苗是选用向阳、土质疏松肥沃、靠近水源,利于灌溉、方便管理的田作为苗床,将油菜籽撒播在育苗床上,待油菜长到移栽苗龄时将幼苗连根,带一部分土壤拔起,进行移栽,这种育苗方式移栽比较简单,但是会对苗根造成一定的损伤,适合传统人工移栽,如图3所示。图3 油菜苗床育苗Fig 3 Seeding bed of rape穴盘育苗一般都是在温室大棚内进行培育的,是将油菜种子播撒在有营养基质的穴盘内,穴盘材料多为聚乙苯乙烯泡沫塑料,耐水和秧苗营养液浸泡,使用年限一般3到5年,消毒以后可以重复使用,如图4所示。图4 油菜穴盘育苗Fig 4 Seeding tray of rape2.2 幼苗的农艺特性针对油菜机械化移栽,我们优先选用穴盘苗,一方面是因为穴盘苗的大小、高矮比较均匀、根系发达,秧苗底部带有营养基,增加了秧苗底部的质量,秧苗在移栽机苗杯内下落的时候因质心下移,其下落姿势不容易发生摆动,和踢毽子一样,在下落的过程中始终保持根部朝下;另一方面,机械化移栽与人工移栽相比,速度较快,一般是人工移栽速度的10倍以上,对于移栽机送苗的速度要求较高,约60株/min,而传统育苗床培育出来的油菜苗,幼苗根生长在同一土块上,在手工投苗的过程中,秧苗根部容易纠缠在一起,在高速投苗作业中,容易伤到幼苗甚至扯断苗根,而穴盘苗本身生长在各自的营养基内,可以实现快速的送苗。2.3 苗盘输送轨迹分析油菜移栽机的机械手在移栽的时候,先将幼苗从苗盘里取出,然后放到油菜移栽机的苗夹上,从而完成取苗动作。在这个过程中,机械手的取苗点和运动的轨迹是固定,且每取一颗幼苗所花的时间为。由于机械手的限制,送苗机构输送幼苗的输送点是固定的,且苗与苗之间的输送间隔时间为,其中。因此在设计送苗机构时候需要保证定时定点的间歇式输送幼苗。现在选用的苗盘尺寸为337mm337mm,苗孔数1010孔,各个穴孔上径26mm26mm,底下开有小孔,下孔径8mm8mm,孔的底部有直径5mm左右的小圆孔,通过圆孔,油菜苗可以汲取底部的营养液,相邻两穴孔中心距25mm,苗盘高为40mm,如图5所示。根据该苗盘的特点可知,幼苗在输送过程中苗盘是一个整体,不能和钵苗输送一样,只需要往一个方向输送钵苗。该送苗机构在送苗时候必须进行两个方向的输送,即:横向输送和纵向输送。这样才能完成完整的整盘幼苗的输送。图5 实验苗盘 Fig 5 Experiment seedlings dish2.4 本章小结 本章节主要介绍了油菜幼苗的农艺特性研究,其中包括油菜的育苗方式、油菜幼苗的农艺特性和苗盘的轨迹分析。油菜幼苗移栽选苗龄为30-40天,苗高18-20cm,幼苗4或5叶1心为最佳。移栽的合理密度是8000到1万株每亩。现在我国常见的油菜育苗方式有育苗床育苗和穴盘育苗两种,经过分析以后可知穴盘育苗更适合送苗机构实现自动化送苗。但是在选用穴盘育苗时该送苗机构在送苗时候必须进行两个方向的输送,即横向输送和纵向输送。3 送苗机构总体方案拟定自动送苗机构是作为全自动油菜幼苗移栽机重要组成部分,该机构的主要功能是把幼苗给逐个的输送到取苗口,代替半自动移栽机的人工送苗,从而降低了劳动力强度,提高工作效率。在第2章中,根据实验苗盘的特性分析出苗盘的运送运动应该按“弓”字形的运动轨迹来完成苗盘的整体输送。本章根据苗盘的特性,将自动送苗机构设计成横向送苗机构和纵向送苗机构。对机构进行理论分析,确定其主要参数。3.1 送苗机构工作原理送苗机构的结构图如图6所示。移栽时,拖拉机除了带动移栽机,同时带动链轮12运动,由链轮12来带动槽轮机构(三销槽轮)7运动,从而槽轮机构7带动圆柱凸轮6转动,6带动连杆2横向运动,2带动苗盘支架11与苗盘4完成横向送苗;电动机14通过齿轮传动带动齿轮轴15转动,从而带动小链轮9运动,小链轮9带动链1传动,轴13带动单销槽轮机构16传动,16带动同步带轮运动,同步带轮带动苗盘完成纵向送苗。 3.2 送苗机构方案拟定根据前面的分析,送苗机构在输送过程中需要满足以下3个条件:(1)送苗机构做到定时定距的输送幼苗;(2)横向送苗机构为圆柱凸轮控制的间歇式往复输送苗盘;(3)纵向送苗机构为电机控制的间歇式单方向送苗盘。根据以上条件可知:送苗机构的传动组成为间歇传动机构和往复传动机构两大部分组成。能完成间歇运动的间歇机构主要有棘轮间歇机构、不完全齿轮间歇机构、槽轮间歇机构等。由于棘轮间歇机构和不完全齿轮间歇机构在运动中刚性冲击太大,运动精度低,很难满足本机构要求的定时定距的精度要求;槽轮间歇机构与前两个机构相比,虽然在传动过程中仍然会存在刚性冲击,但是其结构简单、方便制作,且每次转角都固定,较精确,机械效率高。经过对比,槽轮间歇机构相对与棘轮间歇机构和不完全齿轮间歇机构而言,可以满足所需精度和定距间歇运动,因此本次送苗机构的间歇传动机构选择槽轮机构。能完成往复传动的机构可供选择的有平面四杆机构、曲柄滑块机构、圆柱凸轮机构等。平面四杆机构和曲柄滑块机构虽然结构简单、制造方便、磨损轻、传递动力大等优点,在往复式传动中应用最广泛,但是平面四杆机构和曲柄滑块机构在同等时间内传动的距离是不相等的,不符合本机构定时定距的要求;圆柱凸轮机构是利用曲线凹槽来完成往复式运动的操作,具有结构简单、紧凑、能完成各种复杂运动要求等优点,虽然加工比较困难,但是当圆柱凸轮的角速度一定时,从动件作匀速直线运动,满足送苗机构所要求的定时定距的要求,因此本次送苗机构的往复传动机构选择援助凸轮机构。 综上所述,自动送苗机构传动机构选择槽轮传动机构和圆柱凸轮机构来分别完成间歇式传动和往复式传动。主视图俯视图1.链2;2.连杆;3.大链轮2;4.苗盘;5.轴6;6.圆柱凸轮轴;7.槽轮机构(三销);8.轴1;9.小链轮;10.轴5;11.苗盘架;12.大链轮1;13.轴4;14.步进电机;15.齿轮轴3;16.槽轮机构(单销)图6 油菜移栽机送苗机构结构图Fig 6 Rape seedling transplanting machine to send organization structure3.3 送苗机构主要参数的设计由于送苗机构要求是与移栽机实现同步的送苗,但是纵向送苗的控制选择用步进电机控制,因此纵向送苗的动力来自步进电机,则横向送苗的动力也就取自于移栽机上面的地轮,所以送苗机构在自动送苗的同时同样满足移栽机的数据条件。在移栽机正常工作情况下,已知送苗机构自动送苗给出的时间是每株幼苗所用时间t=1s,则移栽机正常工作情况下所用时间Tt=1s。由于移栽机地轮的输出功率无法确定,只能确定拖动移栽机的动力额定功率,假设额定功率为3.3KW,且动力的输送功率主要用于拖动移栽机运动,则整个送苗机构的所需功率计算如下: (1)式中:F1 克服苗盘,苗盘支架,圆柱凸轮从动件所受重力需要的力; F2 克服苗盘所受重力需要的力; V1 横向送苗的苗盘运动的速度; V2 纵向送苗的苗盘运动的速度; t2 为纵向送苗所用时间; t2 横向送苗所用时间。3.4 本章小结 本章节主要是对送苗机构方案的拟定,通过对送苗机构的工作原理和参数的设计,确定送苗机构的功率大小以及该送苗机构在输送过程中需要满足的条件有:送苗机构做到定时定距的输送幼苗;横向送苗机构均为间歇式双向输送苗盘;纵向送苗机构为间歇单方向输送苗盘。4 传动机构设计横向送苗传动需要从移栽机的地轮取得动力,通过一级链传动,动力传到大链轮1所在的轴1,在轴1上的三销拨盘分得动力,传给横向送苗机构;纵向送苗动力来源于电机的输出,通过电机输出动力到小齿轮,然后小齿轮带动大齿轮转动,从而带动轴2转动,轴2上的二级链传动的大链轮2将动力传给小链轮2,与小链轮2在同轴4上的单销拨盘分得动力,传动机构完成对纵向送苗机构的动力传送。4.1 传动机构参数计算查表可得各传动机构的传动效率如下表:表1 机械元件传动效率表Table 1 Mechanical components transmission efficiency table效率链轮带槽轮轴承齿轮0.970.960.90.980.964.1.1 步进电机的选择 由于前面算出纵向送苗的功率为6.25W,且传动当中会有功率的损耗,所以选择57系列的57BYG250H步进电机,与驱动器相连,通过程序控制,来确定步进电机的功率与转速。确定步进电机功率为40W,转速n机=80r/min。4.1.2 传动比确定(1) 横向送苗根据第三章中公式(1)算出来的速度初选轴2转速=15.17r/min,移栽机地轮转速=20r/min,则横向送苗的总传动比横向送苗的传动主要有链轮传动和槽轮传动,则分配传动比,。(2) 纵向送苗根据第三章公式(1)算出的速度初选轴5转速=45.45r/min,由于步进电机转速n机=80r/min,则纵向送苗的总传动比纵向送苗的传动主要有齿轮传动、链轮传动、槽轮传动以及带传动,则分配传动比为:,。4.1.3 传动轴参数计算(1)计算传动轴1、2、3、4、5的转速已知移栽机地轮的转速=20r/min,=15.17r/min,=45.45r/min (2) (2)计算传动轴1、2、3、4、5的功率 (3)4.2 链传动设计计算4.2.1 一级链传动设计 此链传动用于送苗机构与移栽机地轮的连接,垂直安装。 (1)选择链轮齿数 链传动比: (4) 查机械设计手册,选小链轮齿数z1=25,大链轮齿数z2=iz1=1.3125=31.75,取z2=31,z2120,合适。(2)确定计算功率已知链传动工作平稳,电动机拖动,由机械设计手册7可选KM=1.1,=1.2, =1.22。 计算功率为 Pc=KMP=1.11.21.220.1kW=0.16kW (5)初定中心距a0,取定链节数Lp,a0=(3050)p,取a0=30p。 (6) 取Lp =90节(取偶数)。 (3)确定链节距p首先确定系数KZ,KL,KP。,由机械设计手册7查得小链轮齿数系数KZ=1.34;由机械设计手册查得KL=1.09。选单排链,由表查得KP=1.0。所需传递的额定功率为 (7) 由查机械设计手册选择滚子链型号为06B,链节距p=9.525mm。 (4)确定链长和中心距 计算链长 (8) 计算中心距 (9) 实际安装中心距 a=295mm。 (5)求作用在轴上的力 计算链速 (10)工作压力。工作平稳,取压轴力系数KQ=1.2。轴上的压力。 润滑方式采用油脂润滑8,滚子链型号06B,链轮齿数z1=25,z2=31,中心a=285mm压轴力FQ=1500N。 (6)链轮的基本尺寸小链轮1的尺寸轮的基本尺寸为:p=9.525mm, z1=25, =6.35mm, =8.26mm,链轮采用整体式钢制链轮,材料为45钢,根据机械设计中有关链轮的计算公式,有 (11)综合上述计算结果可得:链轮分度圆直径d为76mm,齿顶圆直径damax取80mm,齿根圆直径df为70mm,齿高hamax为3mm,最大轴凸缘直径dg为66mm,轮毂厚度h为14mm,轮毂长度l为40mm,轮毂直径damin为78mm。大链轮1的尺寸轮的基本尺寸为:p=9.525mm, z=31, =6.35mm, =8.26mm, 链轮采用整体式钢制链轮,材料为45钢。 根据小链轮1的计算公式可知:链轮的分度圆直径为94mm,齿顶圆直径取98mm,齿根圆直径为88mm,齿高为2mm,最大轴凸缘直径为84mm,轮毂厚度10mm,轮毂长度30mm,轮毂直径48mm。4.2.2 二级链传动设计(1)选择链轮齿数链传动比: 查机械设计手册7,选小链轮齿数z2=25。大链轮齿数z1= z2 /i=31.25,取z1=31。(2)确定计算功率已知链传动工作平稳,电动机拖动,由机械设计手册选KM=1.1,=1.2,=1.22,计算功率为=(3)初定中心距a0,取定链节数LP,a0=(3050)p,取a0=30p。 取Lp=90节。(4)确定链节距p由机械设计手册查得小链轮齿数系数KZ=1.34;由机械设计手册查得KL=1.09。选单排链,由机械设计手册查得KP=1.0。所需传递的额定功率为由查机械设计手册选择滚子链型号为06B,链节距p=9.525mm。(5)确定链长和中心距计算链长计算中心距 实际安装中心距 a=295mm。(6) 求作用在轴上的力计算链速工作拉力F=1000P/v=833N工作平稳,取压轴力系数KQ=1.2轴上的压力FQ=KQF1000N润滑方式采用油脂润滑,滚子链型号06B,链轮齿数z1=25,z2=31,中心a=295mm,压轴力FQ=1000N。 (7)链轮的基本尺寸小链轮2的尺寸轮的基本尺寸为:p=9.525mm, z=25, =6.35mm, =8.26mm, 链轮采用整体式钢制链轮,材料为45钢, 根据前面一级链轮计算小链轮的方法计算以后可知:链轮的分度圆直径为76mm,齿顶圆直径取80mm,齿根圆直径为70mm,齿高为3mm,最大轴凸缘直径为66mm,轮毂厚度14mm,轮毂长度22mm,轮毂直径78mm。大链轮2的尺寸轮的基本尺寸为:p=9.525mm, z=31, =6.35mm, =8.26mm, 链轮采用整体式钢制链轮,材料为45钢,根据前面一级链轮计算小链轮的方法计算以后可知:链轮的分度圆直径为94mm,齿顶圆直径取98mm,齿根圆直径为88mm,齿高为2mm,最大轴凸缘直径为84mm,轮毂厚度10mm,轮毂长度30mm,轮毂直径48mm。4.3 齿轮传动设计4.3.1 选择齿轮类型,材料及齿数 (1)按图6所示的机构图,齿轮传动选择用圆柱直齿轮传动。 (2)材料选择:通过分析以后,小齿轮材料选择用40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料选择用45钢(调质),硬度为240HBS,两者的材料硬度差值为40HBS。 (3)为了满足设计要求,以便达到精确的送苗,所以初选小齿轮齿数Z1=21,大齿轮齿Z2=2.2333=46.83,取Z2=47。4.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 (1)试算小齿轮分度圆直径,即 (12) 确定公式中的各参数数值:通过查机械设计手册7,查的KHt=1.4;齿宽系数d=0.63;区域系数ZH=2.5;弹性影响系数ZE=189.8MP;重合度系数Z=0.873;小齿轮,大齿轮。计算小齿轮传递的转矩。计算应力循环次数= (13)计算接触疲劳许用应力 (14)将上面的数据带入式(13)中计算得: (2)调整小齿轮分度圆直径 计算圆周速度 (15)计算齿宽 (16)计算载荷系数:查机械设计手册7得:动载荷系数Kv=1;直齿轮齿间载荷分配系数KH=1;使用系数KA=1.2;齿向分布系数KH=1, (17)按照实际载荷系数算得分度圆直径 (18)及相应的齿轮模数 (19)4.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 (1)试算模数,即 (20)查机械设计手册7得:取齿形系数YFa1=4.42、YFa2=4.01;取修正系数Ysa1=1.54、Ysa2=1.69;取齿根弯曲疲劳极限为=311.1Mpa、=480.0Mpa;取弯曲疲劳寿命系数KFN1=1.38,KFN2=1.4;取弯曲疲劳安全系数S=1.4;重合度系数Y=0.688。计算弯曲疲劳强度许用应力 (21) (22)计算大小齿轮进行比较 (23)大齿轮数值较大,所以取0.027。计算模数 (24) (2)调整齿轮模数计算圆周速度v计算齿宽b计算宽高比计算载荷系数:查机械设计手册7得:动载荷系数Kv=1;直齿轮齿间载荷分配系数KF=1;使用系数KA=1.2;齿向分布系数KF=1。按照实际载荷系数算得分度圆模数对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,因此取由弯曲疲劳强度算得的模数1.94mm,进行圆整为标准值m=2mm,按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=49.63mm,算出小齿轮齿数z1=d1/m=24.82。取z1=25,则大齿轮齿数z2=25x2=50,两齿轮齿数互为质数。4.3.4 几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径d1和d2: (25) 取d1=50mm;d2=100mm (2)计算中心距: (26)取=75mm (3)计算齿轮宽度b:取,4.3.5齿面接触疲劳强度校核根据前面的计算公式计算出:KH=1.91,T1=6858N.mm,d1=48.5mm,u=3.2,ZH=1.56,ZE=189.8MPa,Z=0.91。将它们带入下式(28)中,得到 (27)齿面接触疲劳强度满足要求,并且齿面接触应力比标准齿轮有所下降。4.3.6 齿根弯曲疲劳强度校核 根据前面的计算公式计算出:KF=1.85,T1=6858N.mm,YFa1=1.89,YSa1=1.85,YFa2=1.76,YSa2=1.93,Y=0.74,m=1.5mm,z1=33,d1=48.5mm,u=3.2,ZH=1.56,ZE=189.8MPa,Z=0.91。将它们带入下式(29)中,得到 (28)齿根弯曲疲劳强度满足要求,并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮。 4.4 传动轴设计4.4.1 轴1设计 (1)轴的结构设计轴1采用材料为40Cr,A0取100,根据公式 (29)可得,18.42mm ,根据轴的强度要求,则取=20mm,根据装配的要求,轴端倒角为245,各轴间处倒角半径为R1.5。根据轴承支架,链轮和槽轮拨盘之间的装配关系,可以确定轴的各段的长度和直径,即:=31mm,=20mm;=89mm,=24mm;=400mm,=32mm;=155mm,=28mm;=44mm,=24mm;=31mm,=20mm。 图7 轴1的结构图Fig 7 Shaft 1 structure (2)轴上零件定位大链轮1要固定在轴1的段上面,其周向定位采用普通C型平键来连接,查机械设计手册可知选用键的各尺寸为,大链轮在轴向的定位,其中一端采用轴端定位,另一端采用挡圈定位,查机械设计手册可知选用挡圈的各尺寸d为25.9mm、b为3.6mm、s为1.2mm、d1为2mm,大链轮与轴的配合为。三销拨盘要固定在轴以的段上面,周向定位也采用平键连接,查机械设计手册可知选用键的各尺寸为,槽轮在轴向的定位,一端采用轴端定位,另一端采用挡圈定位,查机械设计手册可知选用挡圈的各尺寸d为22.2mm、b为3.32mm、s为1.2mm、d1为2mm,槽轮与轴的配合为。轴承固定在轴、段,选用外球面球轴承固定支承,轴承是标准件,外球面球轴承的各尺寸分别为d=20mm,D=47mm,B=31mm,其中轴承在轴、段周向定位采用过度配合保证,选轴的直径尺寸公差m6,以上配合都选用7级精度标准。 (3)按弯矩合成应力校核轴的强度首先根据轴的结构图做出轴的计算简图如图8所示。已知轴用外球面支承,其中点长度为15.5mm.A为轴承,B为链轮,C为槽轮,D为轴承。根据轴的计算简图做出轴的结构简图如图8所示,B截面为轴的危险截面, 计算链轮和槽轮分别对轴的作用力。计算链条作用在轴上的力,链条是垂直放置的。已知链轮的分度圆直径为mm,则 (30)的值根据传动链的布置及负荷类型从下表2中可以选定:表2 链传动系数取值表Table 2 Chain transmission coefficient table倾斜角水平或40以内垂直或大于401.151.05计算链轮轴上的作用力 (31)计算链轮轴受垂直力 (32)计算拨盘作用在轴上的力,拨盘作用在轴上的力最大时,角度为15。则 (33)拨盘对轴的径向力为 (34)1)计算轴承的反作用力水平反作用力,。由平衡条件: (35)解得: 垂直反作用力,。由平衡条件:(36)解得: 2)合成弯矩 (37) (38) (39) (40) (41) (42)图8 轴的载荷分布图Fig 8 Shaft load distribution 3)按弯扭合成应力校核轴的强度由=70MPa 则 (43)所以,此轴安全。4.4.2 轴3设计(1)轴的结构设计轴2采用材料为40Cr,A0取100,根据公式(25)得:9.79mm,根据轴的强度要求,则取=20mm,根据装配的要求,轴端倒角为245,各轴间处倒角半径为R1.5。根据轴承座,链轮之间的装配关系,可以确定轴的各段的长度和直径:=31mm,=20mm;=115mm,=24mm;=573mm,=28mm;=50mm,=24mm;=31mm,=20mm。图9 轴3的结构图Fig 9 Shaft3 structure(2)轴上零件定位 大齿轮固定在轴3的上面,其轴的轴向定位采用的周向定位才用普通的C型平键链接,查机械设计手册可知选用键为尺寸为;大链轮2在轴上的轴向定位,其中一端采用轴肩定位,另外一端用弹性挡圈定位,查机械设计手册选择弹性挡圈的各尺寸d为22.2mm、b为3.32mm、s为1.2mm、d1为2mm,链轮与轴的配合为。小链轮要固定在轴3的上面,其与轴的周向定位采用普通的C型平键连接,查机械设计手册可知选用键为尺寸为;大链轮2在轴上的轴向定位,其中一端采用轴肩定位,另外一端用弹性挡圈定位,查机械设计手册选择弹性挡圈的各尺寸d为22.2mm、b为3.32mm、s为1.2mm、d1为2mm,链轮与轴的配合为。轴3用外球面球轴承固定支承,轴承是标准件,查机械设计手册过的其基本尺寸为d=20mm,D=47mm,B=31mm,轴承与轴的周向定位采用过度配合,选轴的直径尺寸公差m6。以上配合都选用7级精度标准,即IT7。4.4.3 轴4设计 (1)轴的结构设计轴3采用材料为40Cr,A0取100,根据公式(25)得:8.90mm,根据轴的强度要求,则取=12mm,根据装配的要求,轴端倒角为245,各轴间处倒角半径为R1.5。根据轴承座、链轮、槽轮拨盘和带轮之间的装配关系,可以确定轴的各段的长度和直径。=27.4mm,=12mm;=10.6mm,=16mm;=656.6mm,=20mm;=28mm,=16mm;=27.4mm,=12mm。 (2)轴上零件定位单销拨盘要固定在轴4的段上,其与轴的周向定位采用普通C型平键连接,查机械设计手册可知所选用键的尺寸为,单销拨盘在轴上的轴向定位,其中一端用轴肩定位,另外一端则用弹性挡圈,查机械设计手册可知所选用的弹性挡圈的尺寸d为14.7mm、b为2.32mm、s为1mm、d1为1.7mm,槽轮与轴的配合为;小链轮2要求固定在轴3的,其与轴的周向定位同样采用普通C型平键连接,查机械设计手册可知所选用键的尺寸为,其在轴上的轴向定位,其中一端用轴肩定位,另外一端则用弹性挡圈,查机械设计手册可知所选用的弹性挡圈尺寸为d为14.7mm、b为2.32mm、s为1mm、d1为1.7mm,小链轮2与轴的配合为;轴3用带立式座外球面球轴承固定支承,轴承是标准件,查机械设计手册可知轴承的基本尺寸为d=12mm,D=40mm,B=27.4mm,轴承与轴的周向定位采用过度配合保证,选轴的直径尺寸公差m6。以上配合都选用7级精度标准,即IT7。图10 轴4的结构图Fig 10 Shaft 4 structure4.5本章小结 本章节主要对传动机构进行设计,其中包括链传动设计、齿轮传动设计、传动轴设计以及齿轮和传动轴的校核。通过对其进行校核,可知链传动设计中的链轮和齿轮传动中的大小齿轮以及传动轴满足设计要求。5 间歇机构设计 送苗机构是由循环往复的间歇式运动横向送苗和间歇式运动纵向送苗来完成送苗,因此横向送苗机构的设计和纵向送苗机构的设计是该设计的重中之重。5.1 横向间歇送苗机构设计横向送苗机构主要是要完成左右双方向的输送苗盘,并且还需要间歇式的输送苗盘,所以横向送苗机构主要是由槽轮机构和圆柱凸轮机构组成。横向送苗机构的工作原理:移栽机的地轮为链轮提供传动动力,链轮带动槽轮做间歇式运动,槽轮又带动圆柱凸轮做循环往复式的运动,从而达到横向间歇式循环往复式的输送苗盘的目的。因此横向送苗机构的设计主要是槽轮机构的设计和圆柱凸轮的参数设计。5.1.1 槽轮机构参数设计槽轮机构的分类主要有外槽轮机构和内槽轮机构,为了制作方便,选用适用最广泛的外槽轮机构,对槽轮机构的参数设计,先要确定槽轮机构的中心距a,槽数z,圆销数n。现在初选中心距a=90mm,槽数z=4。而当槽数z=4时,槽轮机构的运动系数与圆销数的关系如表3所示。由表3可以看出当圆销数 n = 4 时,运动系数k= 1,表示运动间歇时间为 0,不符合条件应当舍去。当 n= 3 时,K =0.75 ,间歇时间为运动时间的 0.33 倍,与1/2相比,大大减少了间歇时间,且符合要求,提高了运动效率,所以选择三销槽表 3 运动系数与圆销数关系表Table 3 The relation of Round pin number and motilitycoefficient圆销数 n1234运动系数 k0.250.50.751轮。三销槽轮机构结构图如图11所示:1.单销拨盘;2.销;3.四槽槽轮;4.锁止盘图11 三销槽轮机构结构图Fig 11 Three pin slot wheel mechanism structure根据槽轮机构的特点可计算出槽轮机构的主要设计参数:圆销转动半径销钉半径锁止弧半径 (44)槽底高 槽顶高 槽深式中:e为槽顶侧壁厚,当z=4时,。将a=90mm,z=4代入公式(36)可得: R=64mm,r1=11mm,rx=46mm, r2=64mm,b16,h=48mm,e=7mm。若选择从动盘轴半径为12mm,避免机构之间发生干涉,主动圆盘半径,可选择半径为77mm。取销钉长度15mm,槽轮的主轮和从轮宽度都为7mm, 主轮和从轮间距为1mm.为了防止动槽轮不与主动轮接触后由于惯性运动,导致影响槽轮正常工作,设置一个锁止盘小圆半径为30mm,大圆半径为46mm,角度为45。5.1.2 圆柱凸轮机构设计为了满足横向送苗机构能往复运动输送苗盘,将圆柱凸轮的凹槽设计成循环的双图12 螺旋轮廓线圆柱凸轮机构结构简图 Fig 12 Spiral contour line cylindrical CAM mechanism structure diagram向螺旋轮廓线,则由螺旋曲线为轮廓线的圆柱凸轮和移动方向平行于凸轮回转轴线的从动件组成,选择一个周期,如图12所示。 (1)凸轮基圆大小确定a.许用压力角条件通常直动从动件圆柱凸轮机构许用压力角=2530。机构采用几何锁合方式时,回程许用压力角与推程相同。通过理论轮廓曲线上任意点(图中为B4点)作法线nn,nn与y轴线夹角即为机构的压力角。显然,该点的斜率即为压力角的正切值,即。 由于=,=d(),故得图13 螺旋轮廓线圆柱凸轮机构运动简图Fig 13 Spiral contour line cylindrical cam motion diagram tan= (45) 因此基圆半径必须满足条件式b.曲率半径条件展开的理论轮廓坐标以直角坐标方式表示时为 因此,B点的曲率半径为 (46)设滚子半径为,凸轮实际轮廓的最小允许曲率半径为,则必须满足条件式 应用数值迭代法即可满足曲率半径条件的最小基圆半径。由于圆柱凸轮与槽轮同轴,根据槽轮机构的特性可知:每次间歇运动,槽轮机构转动90,同步带随着转动90,同步带带动苗盘一次横向的幼苗输送。经过对苗盘进行测量,横向输送一颗幼苗,输送距离为33mm。当 (47)解得,=0.036m=36mm,取槽深为10mm,则有=46mm,=5mm并将它代入公式算出来结果符合要求。 (2)圆柱凸轮参数计算 该轮廓线圆柱凸轮结构采用的是2条旋转方向相反的双方向运动螺旋的曲线连接而成,使横向送苗机构能够往复输送苗盘。主动凸轮作匀角速度运动,从动件作匀速直线运动。从动件绕曲线走的距离即为苗盘横向的位移的距离,根据苗盘的运动轨迹,取苗盘横向运动时的第一个苗孔为原点,第一个苗孔中心与最后一个苗孔中心的距离为297mm,则圆柱凸轮曲线轮廓中心线的水平长度L为297mm,由R=36mm,则有: (48)由公式凸轮的转速为16r/min.整个圆柱凸轮长度取360mm.槽的宽度为6mm,两条曲线之间的夹角为60,=46mm,槽深为10mm。 (3)从动件设计图14 椭圆弧滑块 Fig 14 Tuo arc the slidera.滑块设计 为了能让从动件能够通过双螺旋曲线凹槽的交叉部分,将从动件端部设计为椭圆弧形的滑块,如图5.4所示,图中椭圆滑块长半轴直径为d1,短半轴与螺旋槽宽相等,为了使滑块能够顺利通过交叉部分,则有: , (49)通过计算可得:椭圆弧滑块的长半轴直径d1=22mm;短半轴直径b=5mm,在椭圆弧滑块上焊接一个半径为2的圆销,圆销安装在凸轮外面的套环正上方的圆口里面,圆口半径为5mm,从而来保证圆销在往复转换时的自由转动。b.套环设计套环分为连接圆柱凸轮上的大套环与套在空心管上的小套环,为了减轻总重量,套环的材料均采用铝。大套环的内径为96mm,外径为98mm;小套环的内径为12mm,外径为16mm。套环之间由外圆半径为5mm,长度为75mm的空心圆管通过焊接连接。c.苗盘支架设计 苗盘支架的材料选用硬质聚氯乙烯层板材,苗盘的支架尺寸根据装配的要求,确定为:长656mm,宽258mm,厚为8mm。在支架的下表面车削加工出两条长为258mm,宽为9mm,高为5mm的U型槽,两条槽的中心距为637mm,槽中心的距离与宽边的距离为9.5mm。支架上表面安装有两个直角定位器,用于苗盘在支架上能横向的定位。5.1.3 圆柱凸轮轴设计 (1)轴的结构设计轴4采用材料为40Cr,A0取100,由=0.070.90.98=0.0617KW根据公式(25)得:15.68mm,由轴的强度要求,取=20mm,轴端倒角为245,各轴间处的倒角半径为R1.6。 根据轴承支架、圆柱凸轮、槽轮之间的装配关系,可以确定轴的各段的长度和直径为:=31mm,=20mm;=134mm,=24mm;=360mm,=92mm;=167mm,=28mm;=77mm,=24mm;=31mm,=20mm。 (2)轴上零件定位槽轮要求固定在轴4的段,其周向定位采用普通C型平键连接,查机械设计手册可知选用键尺寸为;槽轮在轴上的轴向定位,其中一端用轴肩定位,另外一端用弹性挡圈,查机械设计手册可知选用的弹性挡圈的尺寸d为22.2mm、b为3.32mm、s为1.2mm、d1为2mm。链轮与轴的配合为。轴4用带立式座外球面球轴承固定支承,轴承是标准件,通过查机械设计手册可以知道轴承的基本尺寸为d=20mm,D=47mm,B=31mm,轴承与轴的周向定位采用过度配合,选轴的直径尺寸公差m6。以上配合都选用7级精度标准,即IT7。图15 轴2的结构图 Fig 15 Shaft 2 structure 5.2 纵向间歇送苗机构设计根据幼苗是输送原理:苗盘横向输送一排幼苗以后其才能纵向输送一棵幼苗。所以纵向输送机构只需要间歇输送即可,只是间隔时间较长而已。纵向送苗机构动力来源于步进电机,横向输送一排幼苗以后通过事先对步进电机设置程序,来控制步进电机对齿轮轴的动力输送,间隔时间可以用槽轮机构来控制,单方向的送苗可以利用传送的来进行输送。5.2.1 带传动设计因为同步带轮与槽轮同轴,根据槽轮机构的特性可知:每次间歇运动槽轮转动90,同步带也随着转动90,同步带带动苗盘纵向输送一棵幼苗。经过多苗盘测量,纵向输送一棵幼苗的输送距离为33mm。则同步带轮半径选择为: (50)解得,带轮的转速=37.625r/min,带轮半径为21mm,查电子版机械设计手册,前面所算出来的参数刚好符合标准同步带轮L-14-25.4型号,其主要参数:齿数Z=14齿,外径d=42mm,齿形为梯形,节距p=9.525,基准带宽所传递功率P的范围:0.054.76KW,基准带宽25.4mm,带厚1.7mm,取两边带挡圈的带轮,宽度为30mm,GB/T 11362-1989。由于纵向输送苗盘的长度为297mm,查机械设计手册知,可选择标准同步带节线长为=1188mm0.76mm,因此中心距L=561mm。在带的上下两层各对称的设置4个半径为2mm,长度为8mm的销钉镶嵌在带上,根据设计数据可知,在一定时间内,横向送苗的距离与纵向送苗的距离是一样的,相间的两个销的距离都是297mm,当苗盘从一边的带运动到另一边的带上时,销始终处于在八个点的位置上。当苗盘横向运动到带上时,其侧边上由苗盘底部往上开的长为13mm,宽为5mm,高为9mm的口正好与销钉配合,带动苗盘纵向送苗。5.2.2 单销槽轮机构设计选择槽轮机构和同步带输送带轮组合机构可以达到纵向间歇单向输送苗盘,和前面一样选择槽数z=4的槽轮,圆销数n1,4,这里选择n=1,可以提高间歇时间,同时可以减少横向间歇输送和纵向间歇输送苗盘时出现相对滑动,这样可以减少送苗输送距离的误差。确定槽轮机构的中心距a=90mm,槽数z=4。当槽数z=4 时,槽轮机构的运动系数与圆销数的关系如表2所示,由表2可以看出,当圆销数n =4时,k=1,表示间歇时间为0,不符合条件应舍去。当n=1时,K =0.25,间歇时间为运动时间的3倍,与n=3相比大大增加了间歇时间,可以与横向送苗错开,避免了苗盘的相对运动提供了时间的保证,符合要求。因此这里选择单销槽轮。单销槽轮机构结构图如图16所示:将a=70mm,z=4代入公式(36)可计算得:R=49mm,r1=8mm,rx=36mm,49mm,b=12mm,h=36mm,图16 单销槽轮机构结构图Fig 16 Three pin slot wheel mechanism structure5.2.3 转轴设计 (1)轴5设计a.轴结构的确定轴5采用材料为40Cr,Ao取100,由=0.02650.90.98=0.0234KW根据公式(25)得8.53mm,由轴的强度要求,取=12mm,轴端倒角为245,各轴间处的倒角半径为R1.6。 根据轴承
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