水稻插秧机的机械原理课程设计.docx

水稻插秧机的机械原理课程设计.docx

《水稻插秧机的机械原理课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水稻插秧机的机械原理课程设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

水稻插秧机的机械原理课程设计

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10~25mm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，又称移箱机构。

本设计采用横向送秧箱机构。

工艺动作分解：

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。

（在秧爪取秧过程中，秧箱

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、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

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m

3

齿数

36

30

分度圆直径d

108

90

齿顶咼ha

6

6

齿根高hf

7.5

7.5

基圆直径db

100

84

传动比i

5:

6

啮合角a

22.19°

22.19°

齿轮1与齿轮2之间的中心距为99mm

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*cos01+30*cos02=30+20*cos03,

10*sin01+30*sin02=20*sin03,得,

02=2*arctan{2*sin01—[16—（2*cos01+1）2]?

}/（4*

COS01—11）

点E的轨迹方程如下：

x=10*cos01+55*cos（02+0）

y=10*sin01+55*sin（02+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：

fori=1:

9

theta1=0:

pi/100:

2*pi;

theta2=2*atan（（2*sin（theta1）-sqrt（16-（2*cos（theta1）+1）.八2））./（4*cos（theta1）-11））;

x=10*cos（theta1）+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10~25mm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）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=20mm,BC=60mm,CD=40mm,AD=60mm,BE=110mm,

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10~25mm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=S1[ip/©1—sin（n®/©1）/n]

v=S13[1—cos（np/©1）]/©1

a=nS1w2sin（np/©1）/©12

2）©1vpv©2

S=S1+（S2-S1）（

（秧箱做匀速运动）

p-©1）/（©2-©1）

3）©2<^

S=S1{（书-©2）/©1—sin[n（书-©2+©1）/©1]/n!

+S2

v=S1w{1—cos[n（书-©2+©1）/©1]!

/©1

a=nS1w2sin[n（®-©2+©1）/©1]/©12

4）n<^

S=S1{（2©1+©2—»）/©1—sin[n（3©1+©2-»）/©1]/n!

v=S1w{[cos[n（书一©2—©1）/©1]—1!

/©1

a=—nS1w2sin[n（®—©2—©1）/©1]/©12

5）

n+©1<®

（秧箱做匀速运动）

S=

S1+（S2-S1）（2©2+©1-

9）/（©2-©1）

v=

—2S1w/©1

a=

0

6）n+©22n（秧箱做减速运动）

S=S1{（2©2+2©1—»）/©1—sin[n（2©2+2©1—»）

/©1]/n!

v=S1w{cos[n（®+2©1）/©1]—1!

/©1

a=nS1w2sin[n（®-2©2-©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0.5s。

设取秧宽度为10mm，

则v二2xSix®/©1=20mm/s,

即从动件（秧箱）的匀速运动速度的大小为20mm／s。

根据实际需要，设定©1,©2,Si,S2的值,

且满足

2*S1*®/©1=20mm/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=5n/6,S1=10mm,S2=110mm,

将©1，©2，S1，S2的值代入行程S的表达式，得

S=60ip/n-10sin（6ip）/n,（0<

S=150ip/n-15,

S=60p/n-

10sin（6

p）/n+60,

（5n/6

<

p

V

n

S=70-

60

p/n+10sin（6p）/n,

（兀

<

p

<

7n

/6

S=285

-150

p/n,

（

7

n/6

V

p

V

11

/6

）

S=120

-60

p/n+

10sin（6p）/n.

（

11n

/6

<

p

<

n/6）

）

）

冗

2

兀）

n/6，得

由2*S1*3/©1=20mm/s,S1=10mm01=

3=n/6rad/s,

即凸轮转速为5r/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=（rb+S）*sinp

Y=（rb+S）*cosp

（rb为凸轮基圆的半径值）

取rb=20mm，滚子半径为10mm,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细和清晰。

我们未能对水稻插秧机的工作流程和原理完全清楚，比如秧箱的具体结构和工作方式。

这是设计过程中一个比较大的遗憾。

设计尺寸的部分是其中最难的步骤，我们只能在做出一个自我感觉合理的尺寸假设的前提下，继续以后的设计，而且应用了一个之前我们完全陌生的软件MATLAB。

因为不懂得如何使用该软件，所以寻求朋友的帮助，我们顺利得出了点E（秧爪）的与要求轨迹近似的静轨迹图。

接下来的步骤水到渠成，花费较多时间是一些繁杂的运算。