大学生课程设计任务书机械设计校核.docx

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大学生课程设计任务书机械设计校核

课程设计

课程名称：

农业机械学

设计题目：

烤烟生产机械化

学院：

现代农业工程学院

专业：

农业机械化及其自动化

年级：

08级

学生姓名：

陈林

指导教师：

朱惠斌

日期：

2011年6月27日至2011年7月15日

教务处制

目录

第一章引言

1.1概述

1.2课程设计的目的及意义

1.3课程设计的要求

第二章总体方案设计与论证

2.1总体思路

2.2方案的选择与论证

2.3最终选择的方案

第三章具体方案的设计

3.1理论计算

3.2设计校核

第四章方案的三位实现

4.1三维软件介绍

4.2主要零件图的绘制

4.3装配体的实现

第五章动力匹配及作业效率

第六章总结

参考文献

致谢

附录

附录一：

装配图

附录二：

零件图

农业机械学课程设计—烤烟生产机械化

摘要:

本文论述了两种移栽机械的现状，并分析了几种常见移栽机的工作原理和优缺点。

在此基础上，提出了一种新型的作业高效、结构简单和成本较低的钳夹式烟苗移栽机。

其主要特点是在机架上分别设置喂苗装置，链式苗筒带，覆土镇压装置及悬挂装置，经过人工分选后放入移栽夹里，经链条运送到机架下部，同时开够器进行开沟，烟苗放入开好的沟内，此时覆土镇压轮进行覆土和镇压，及时将烟苗压紧好扶直。

本设计主要以烟苗移栽机移栽部件的形式及功能特点、移栽机作业的技术要求和移栽机主要工作部件的优化设计为主要目标，选定两个方案后比较各个方案的可行性，选择最佳方案，确定了移栽机的总体构造，移栽部件的工作原理，移栽机的传动机构，移栽机开沟及覆土部件的设计。

最后利用solidworks制图软件制作其图形。

关键词：

农业机械烟苗移栽机零件校核

第一章引言

1.1概述

烟草是一种重要的经济作物，是国家和地方财政收入的重要经济来源。

烟草的种植是先育苗后移栽，种植密度及均匀性对烟草生长及后期产品的品质有很大的影响，在烟苗的培育过程中．将烟草幼苗从苗床移栽到大田中是必不可少的作业环节。

在我国目前主要采用手工来完成移栽作业，存在劳动强度大、作业效率低、移栽质量差等问题。

国外发达国家已实现了从育苗到移栽的机械化作业，这不仅大大地提高了烟草幼苗的质量，也降低了育苗成本，提高了经济效益。

然而烟草移栽提出了更高的要求，即最大限度地保证烟苗栽植株、行距均匀一致，但传统的人工移栽很难达到理想的效果。

烟草移栽机的使用解决了这一难题，利用烟草移栽机能一次完成移栽、覆土、浇水、施肥、镇压等工序。

近年来，我国部分地区烟草种植始终是劳动密集型的行业，同其他国家农作物比较，烟草种植机械化的发展很缓慢，随着新农村建设和国民经济的飞跃发展，烟叶产区投入的劳动力和所得到的回报不平衡越发凸显，这种不平衡的状况如果得不到有效地解决，将成为影响我国烟草可持续发展的限制因素。

长期以来，我国烟草移栽一直沿用传统的手工劳作方式，随着烟草种植面积的不断增加和近几年来农村劳动力向城市的转移，烟草移栽机械化已成为农民越来越迫切的要求。

因为烟草种子很小，直播很难得到全苗、壮苗，需要育苗移栽，而栽烟季节性强，技术要求高，人工移栽虽很细心，但往往栽的深浅不一，株行距不符合农艺要求，影响烟草产量和质量提高。

1.2课程设计的目的及意义

1）目的：

为了克服现有技术问题的不足，设计一种烟苗移栽机，它主要是针对我国烟草种植区的气候、地形等条件，提出一种适合我国国情的烟苗移栽机，达到能够大大节约劳动力，减轻烟农的劳动强度，提高生产效率，且移植效果好，成活率高，有利于烟苗的成长的目的。

因此，立足国情，开发一套适合我国烟草移植的烟草移栽机械，培养设计能力、分析问题和解决问题的能力。

2）意义：

提高自己的工程意识，计算与绘图设计能力以及综合知识的应用能力，为从事机械方面的科研活动、生产实践打下扎实的基础。

1.3课程设计的要求

1）按烟草移栽的要求进行设计。

2）了解烟草移栽时的特性。

3）行距：

1100mm；株距：

800mm。

4）移栽方式：

三点悬挂式移栽机移栽。

5）移栽效率：

50株/分钟。

第二章总体方案设计与论证

2.1总体思路

随着钵体育苗技术的日趋完善，钵苗栽植技术已在国内外广泛地应用。

我国从国外引进和自行研制过各种形式的烟苗移栽机，按照栽植器形式可分为钳夹式（圆盘钳夹式和链条钳夹式）、吊杯式及挠性圆盘式钵苗移栽机。

不同形式的移栽机有各自的特点，适合不同农作物移栽的要求。

目前国内已有的移栽机主要适用于秧苗株高小于30cm，株距大于20cm的玉米、甜菜、烟草等经济作物的移栽，下面对国内常见的两种移栽机作简单的介绍。

2.2方案的选择与论证

方案一：

吊杯式烟苗移栽机

吊杯式烟苗移栽机如图所示，该移栽机的工作原理：

由地轮驱动栽植器圆盘转动，吊杯与地面保持垂直，并随圆盘转动，当吊杯转到上面时，由人工将秧苗喂入吊杯中，当吊杯转动到下面预定位置时，吊杯上的滚轮与导轨接触，固定滑道使栽植器下部打开，烟苗落入苗沟内，随即被覆土定植，吊杯在离开固定导轨后自动关闭，等待下一次喂苗。

该移栽机的优点：

①具有可以进行膜上打孔移栽的独特优点：

②由于吊杯对烟苗不施加强制夹持力，烟苗在移栽过程中不受任何冲击，特别适合于根系不很发达而且易破的钵苗移栽；③吊杯在投放烟苗的过程中起到扶持作用，有利于烟苗直立。

缺点：

①结构相对复杂；②喂苗速度不能过高，否则漏栽率增加，生产率偏低。

1.转动圆盘2.吊杯转臂3.吊杯4.深度调节机构

5.座椅6.仿形机构7.运输限位链8.悬挂架9.仿形、深度轮

10.地轮11.开沟器12.开启导轨13.覆土器14.镇压轮15.苗架

方案二：

钳夹式烟苗移栽机

钳夹式烟苗移栽机是在钳夹式烟苗栽植机的基础上改进得到的。

钳夹式烟苗移栽机，分为圆盘钳夹式和链条钳夹式两种型式，但由于圆盘钳夹式的“零速栽植”与“喂苗时间"不易控制，所以多用链条钳夹式。

链条钳夹式移栽机如图1．1所示，由开沟器l，机架2，滑道3，苗夹4，环形链5，钳夹6，地轮7，传动链8和镇压轮9等组成。

该移栽机的工作原理：

钳夹安装在栽植环形链上，链条一般由地轮驱动，当钳夹转动到上部水平位置时，由人工将秧苗喂入到打开的钳夹内，当钳夹转动进入滑道后，钳夹关闭，烟苗被夹住，随钳夹向下输送，当烟苗达到与地面垂直时，钳夹脱离滑道，自动打开，烟苗随之落入由开沟器开出的沟内，此时烟苗根部被回土流覆盖，在镇压轮的镇压下将土壤压实，完成栽植过程。

该移栽机的优点：

①移栽平稳，栽植速率一般为30—40株／分；②种苗直立度较高；③在较低速的情况下，可以保证不漏苗；④株距准确；⑤结构简单。

缺点：

在栽植速度偏高时，①作业速度低，工作效率大大下降；②容易发生倾倒和被土壤埋没等现象，漏苗、缺苗率大大增加；③苗夹有时易伤秧苗。

1.开沟器2.机架3.滑道4.秧夹

5.环形链条6.钳夹7.地轮8.传动链9.镇压轮

2.3最终选择的方案

分析以上两种形式的烟苗移栽机的组成、工作原理和优缺点后，得出这两种移栽机的主要问题：

1）移栽机通用性差，规格单一，不能适用于多种作物的移栽作业；

2）可靠性差，制约了该项技术的发展；

3）作业速度满足不了农艺的要求，使经济效益下降；

4）栽植机具结构复杂，成本高；

5）存在研究与应用脱节以及低水平的重复研究等问题。

以烟苗移栽机为例，到目前为止，国内研制的烟苗移栽机已超过12种规格型号，而在生产实践中，这些移栽机存在移栽速度低、性能不稳定、机械化程度不高，移栽费工、费时、经济效益不高等，移栽作业的作用就显得很小，难以大面积推广应用。

而与之形成鲜明对比的是，大多数烟苗移栽机都是采用育苗移栽方式种植，而我国在烟苗移栽机方面的研究却几乎是一片空白。

综上所述，故我们组采用方案二。

第三章具体方案的设计

3.1理论计算

3.1.1主要数据规格：

1）整机尺寸（毫米）：

长1580宽2100高1500

2）作业宽度（毫米）：

1400

3）行数（行）：

2

4）行距（毫米）：

1100

5）株距（毫米）：

80

6）栽植深度（毫米）40—100

7）生产率（株/分钟.行）：

25

8）投苗方式：

人工辅助和机械移栽

主要参数的确定

1）行距、株距的确定根据农艺要求，行距B=1100mm，株距为800mm，拖拉机轮距调整为1400mm，一次栽两行。

2）行走速度的确定人工喂苗的适宜速度为1株／2s，可确定主机行走速度为（0.266～0.333）m／s之间，可满足株距要求。

主机经减速可达此速度。

3）按照农艺要求，烟苗移栽的高度约210mm，根约30～50mm长，因此开沟深度定在60～80mm范围可调。

烟苗移栽机的基本参数确定

该移栽机是悬挂在拖拉机上，由拖拉机提供动力，下面按拖拉机行走2.5公里，地轮的直径1000mm，可得出：

地轮的中心轴转速

株距和传动比的关系：

送苗机的运转，全靠地轮驱动。

其作业质量好坏和传动比有很大的关系。

从地轮到移栽夹传动比的确定原则是：

使移栽夹的线速度与机组前进速度前大小相等，方向相反。

即落苗时相对速度等于零（简称零速原理）。

此时，苗落地不容易发生倾斜或翻倒现象。

根据这个原则确定传动比i：

V前=V盘，即

式中：

n1和n2—分别为地轮和移栽夹转速（转/分）

D1和D2—分别为地轮和移栽夹直径（米）

若栽植盘线速度V盘大于机组前进速度V前。

则苗落地时，可能向后倒。

相反则向前倒，但考虑到钵苗落地时受惯性力的影响，不至于向前倒，故实际选用的传动比可略小于理论值。

3.2移栽机主要部件分析：

1.机架：

机架采用三角悬挂机架结构与拖拉机直接挂结，大部分零部件直接或间接地装配在机架上。

三角悬挂架：

悬挂架的结构与材料，选用普通碳素钢Q235[4]服极限为σs=235MPa强度极限σb=490MPa，悬挂架由左拉杆和右拉杆螺栓紧固件组成，采用半悬挂式，设有支撑轮，在运输时承受农机具部分重量，半悬挂式比牵引式结构简单，重量轻，机动性好，牵引性与跟踪性好，与悬挂式相比，幅宽大，机组纵向稳定性好。

悬挂部位：

采用后悬挂，主要用于播种，栽植，植保等机具，农机具配置在拖拉机驱动轮后部，因为拖拉机驱动轮有较大的承载能力，后悬挂成为农机具主要悬挂部位，后悬挂能增加驱动轮的垂直载荷，提高机具牵引性能，一般不利于观察作业质量，运输时拖拉机稳定性和操作性变差，但对于移栽机械，后面坐着两名喂苗手，可以随时观察作业情况，所以此缺点可以解决。

悬挂机组的校核：

，P——作用在油缸活塞上的力（N），G——悬挂农机具的重量，G=Mg,其中M为悬挂农机的重量，

，

——机械效率（考虑悬挂机构各铰链点摩擦损失），取0.8－0.9，M与n——从图中量出力臂长度

右图为三角悬挂架的结构图：

又设计手册得

B1下悬挂架的肩宽度为822.50——825.50

A1下悬挂销或接头外径36.33——36.58

悬挂架的高度为900

2.苗箱：

为装载烟苗的箱体，置于机架上，便于取苗手取苗。

苗箱平面型式箱底。

底板和侧面材料用摩擦系数较小和不易生锈的镀锌铁皮，苗箱采用敞开式苗箱。

装在主机架上，，配置三个以便取苗。

3.刮土铲：

多为平板式，用钢板制成

下缘宽度b为50——70mm，安装时刮泥板的下缘应在圆盘轴线的水平面上，与圆盘刃口的距离为20——30mm，与圆盘面呈20——30°。

刮泥板的工作边与镇压轮的间隙：

在镇压轮直径小于560mm时英保持在1——7mm，镇压轮直径等于或大于560mm时应保持在1——10mm。

4.开沟器：

采用钝角靴鞋式开沟器，即入土角a＞90°，开沟时，将表层土壤向下及向两侧挤压，使种沟压紧，不会使湿土翻出，利于保墒，因其结构简单，轻便，制造容易，使用与浅播。

制造材料为铸铁件或铸钢件，比较耐磨，磨损后可以跟换或修复。

（1）滑刀入土角a,保证滑刀对土壤滑切作用的必要条件是a＞90°+

，

为土壤与滑刀之间的摩擦角，

=14°~38°。

（2）滑刀刃口角

，为使刀刃将土壤切开，并减小其工作阻力

＜90°-

。

（3）开沟宽度X1，与开沟深度H和烟苗覆土深度

有关,

。

（4）移栽作业对开沟器的要求如下：

1）开沟直，深度一致且符合要求；2）避免干土覆盖种子，不乱土层；3）避免土壤中杂物（作物残茬、杂草、及肥料等）造成拥塞；4）对土壤湿度适应性好；5）结构简单、阻力小；6）回土符合作业技术要求。

5.镇压轮：

作用是压碎土块，压紧耕作层，以利于播种或移栽后镇压，镇压器的工作部件，镇压轮，通常用铸铁制成。

镇压器对土壤的压实作用取决于它的重量和直径等因素。

行走装置安装在机架尾部，起运输作用，田间作业时拆下，这时覆土机构的两圆柱轮即起镇压，又起支撑机架的作用。

a——镇压器的镇压深度

G——镇压器的接地重量

L——镇压器的工作长度

D——镇压器的直径

用于压紧表层土壤的镇压器，直径为

160——500mm单位承压力为

0.05——0.2兆帕，目前使用的镇压轮直径

为500——760mm，单位幅宽质量为160——670kg/m

镇压器的最小直径满足以下计算式：

D——镇压轮直径

a——镇压轮轮辙深度

a——镇压轮翻转角，保证镇压器的正常工作，应使a小于等于20度

6滑道:

由两根导杆和传动链组成，传动链上装有夹持器。

长度：

1200

7.夹持器：

采用橡胶片，钢条，弹簧制造，形状适宜，移栽能力强，损伤率低，钳片有一定的弹性，重量轻，便于制造维修，橡胶片粘接牢固，耐磨。

8.地轮：

起到支撑机架的作用，同时带动机组前进，为夹持装置输送动力。

9.座位：

塑料材质，每个机具配置两个座位

3.3设计校核

3.3.1校核一：

三角悬挂架

作者:

陈林200811404120

班级:

农机081

日期：

2011710

1.简介

2.材料

3.载荷和约束信息

4.算例属性

5.结果

a.应力

b.位移

c.位移

d.安全系数

6.结论

7.附录

1.简介

该报告采用软件分析了烟苗移栽机三角悬挂架的受力分析及其变形,方轴受力后变形情况及其变形范围,为机械选材提供理论依据.

2.材料

号数

实体名称

材料

质量

体积

1

悬挂架1

[SW]1023碳钢板（SS）

329.98kg

0.0419929m^3

3.载荷和约束信息

夹具

约束1<悬挂架1>

于4面immovable（notranslation）.

载荷

载荷1<悬挂架1>

于3面应用法向力-600N使用均匀分布

4.算例属性

网格信息

网格类型:

实体网格

所用网格器:

标准网格

自动过渡:

关闭

光滑表面:

打开

雅可比检查:

4Points

单元大小:

46.553mm

公差:

2.3276mm

品质:

高

单元数:

8861

节数:

17602

完成网格的时间（时;分;秒）:

00:

00:

02

计算机名:

202-60

解算器信息

品质:

高

解算器类型:

自动

5.结果

5a.应力

名称

类型

最小

位置

最大

位置

图解1

VON:

vonMises应力

1.75534N/m^2

（102.418mm,

-134.893mm,

182.185mm）

2.92633e+006N/m^2

（-563.364mm,

-227.84mm,

-22.6954mm）

悬挂架1-SimulationXpressStudy-应力-图解1

JPEG

5b.位移

名称

类型

最小

位置

最大

位置

图解2

URES:

合位移

0mm

（-567.73mm,

-41.8885mm,

232.5mm）

0.0161001mm

（421.914mm,

-434.886mm,

-80.9652mm）

悬挂架1-SimulationXpressStudy-位移-图解2

JPEG

5c.位移

5d.安全系数

悬挂架1-SimulationXpressStudy-安全系数-图解4

JPEG

无数据可用。

6.结论

该报告反映了三角悬挂架的受力变形及其受力分析,方轴在受到机体600牛顿的拉力时略有变行,但变形在其安全范围内,每平方米受力大小是安全的.

7.附录

材料名称:

[SW]1023碳钢板（SS）

说明:

材料来源:

材料模型类型:

线性弹性同向性

默认失败准则:

未知

应用程序数据:

属性名称

数值

单位

弹性模量

2.05e+011

N/m^2

泊松比

0.29

NA

质量密度

7858

kg/m^3

屈服强度

2.8269e+008

N/m^2

3.3.2校核二：

机架

作者:

陈林

日期：

2011-7-12

1.简介

2.材料

3.载荷和约束信息

4.算例属性

5.结果

a.应力

b.位移

c.位移

d.安全系数

6.结论

7.附录

1.简介

这是支撑机体的载重机架,受力后变形情况及其受力分析,可以看到受力变形的大小.

2.文件信息

模型名称:

机架

模型位置:

D:

\农业机械移栽机专利\机架.SLDPRT

结果位置:

C:

\DOCUME~1\jszx\LOCALS~1\Temp

算例名称:

SimulationXpressStudy（-默认-）

3.材料

号数

实体名称

材料

质量

体积

1

机架

[SW]1023碳钢板（SS）

79.9127kg

0.0101696m^3

4.载荷和约束信息

夹具

约束1<机架>

于1面immovable（notranslation）.

约束2<机架>

于1面immovable（notranslation）.

载荷

载荷1<机架>

于5面应用法向力100N使用均匀分布

5.算例属性

网格信息

网格类型:

实体网格

所用网格器:

标准网格

自动过渡:

关闭

光滑表面:

打开

雅可比检查:

4Points

单元大小:

49.648mm

公差:

2.4824mm

品质:

高

单元数:

7173

节数:

14454

完成网格的时间（时;分;秒）:

00:

00:

08

计算机名:

202-60

解算器信息

品质:

高

解算器类型:

自动

6.结果

6a.应力

名称

类型

最小

位置

最大

位置

图解1

VON:

vonMises应力

0.000451052N/m^2

（945.459mm,

47.8446mm,

-1747.6mm）

1.38211e+006N/m^2

（-900.866mm,

-40.941mm,

-1290.01mm）

机架-SimulationXpressStudy-应力-图解1

JPEG

6b.位移

名称

类型

最小

位置

最大

位置

图解2

URES:

合位移

0mm

（-747mm,

38mm,

-935mm）

0.058894mm

（-969.293mm,

-260mm,

-2240.42mm）

机架-SimulationXpressStudy-位移-图解2

JPEG

6c.位移

6d.安全系数

机架-SimulationXpressStudy-安全系数-图解4

JPEG

无数据可用。

7.结论

从受力图可以看出受力变形是在很小的范围,即是安全范围.

8.附录

材料名称:

[SW]1023碳钢板（SS）

说明:

材料来源:

材料模型类型:

线性弹性同向性

默认失败准则:

最大vonMises应力

应用程序数据:

属性名称

数值

单位

弹性模量

2.05e+011

N/m^2

泊松比

0.29

NA

质量密度

7858

kg/m^3

屈服强度

2.8269e+008

N/m^2

第四章方案的三维实现

4.1三维软件介绍

Soildworks是世界上第一套基于Windows系统开发的三维CAD软件。

该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学、易用等特点，是当前最优秀的中档三维CAD软件之一。

自从1996年生信实维公司将Soildworks引入中国以来，受到广泛好评，许多高等院校也将Soildworks用作本科生的教学和课程的首选软件。

Solidworks软件功能强大，组件繁多。

Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

第五章动力匹配及作业效率

5.1拖拉机的类型简介

拖拉机的类型主要有轮式和履带式两种。

拖拉机是一种自走农用动力机械，需要与各种农具配套才能完成相应的作业。

因此，农机经营单位要合理选择拖拉机的配套农具，以充分发挥拖拉机的作用。

现将8.8千瓦（12马力）手扶拖拉机、8.8～11千瓦（12～15马力）小四轮拖拉机、18.4千瓦（25马力）四轮拖拉机、36.8千瓦（50马力）四轮拖拉机、40.4～47.8千瓦（55～65马力）四轮拖拉机、东方红－802型。

5.2拖拉机动力选择：

华龙2ZY-1栽植机拖拉机

外形尺寸（长×宽×高）：

2060×1360×1300（mm）

整机质量：

350（kg）；

牵引动力：

13.2～20.6（KW）；

作业速度：

1.5～3.0（m/s）

拖拉机基本参数：

空气阻力系数C-d＝0.48，迎风面积A＝6.52m+2，滚动阻力系数f=0.01，车轮半径 r＝0.51m。

5.3作业效率检验：

根据以上选择的参数，对开沟、行走等消耗功率进行计算，依据《农业机械设计手册》有关公式，以长江51-81手扶拖拉机，输出功率4.4lkw为例，计算如下：

1）开沟消耗的功率

式中

一铣抛单位土方的功能消耗（

），在0.15～0.44之问，因在已耕地作业，

取0.15。

一沟断面积（

），

一机组前进速度，

一系统传动功率，取0.88

代入各数据得

，机具有两组开沟器，故开沟消耗功率为