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文檔簡介
1、<p><b> 水稻插秧機</b></p><p> 1.水稻插秧機設計要求</p><p> 水稻插秧機是用于栽植水稻秧苗的機具。結(jié)構(gòu)簡單、體積小,使用壽命長。它主要包括送秧機構(gòu)、傳動機構(gòu)、分插機構(gòu)、機架和船體等組成。本設計主要完成分插機構(gòu)和送秧機構(gòu)的設計。</p><p><b> 設計要求:</b>
2、;</p><p> 1)水稻插秧機應包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu)。</p><p> 2)插秧頻率120次/min。</p><p> 3)插秧深度10~25mm之間。</p><p> 4)發(fā)動機功率2.42kw,轉(zhuǎn)速2600r/min,傳動機構(gòu)始末傳動比i=26。</p><p> 5) 對移箱機構(gòu)
3、(送秧機構(gòu))的設計要求:</p><p> a.每次移箱距離應與秧爪每次取秧寬度相配合,要求保證取秧準確、均勻。</p><p> b.移箱的時間應與秧爪的運動相配合。</p><p> c.傳動平穩(wěn),結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,必須使用可靠、耐久。</p><p> 2. 工作原理及其動作分解</p><p> 分
4、插機構(gòu) 是水稻插秧機的主要工作部件,由取秧器(栽植臂和秧爪),驅(qū)動機構(gòu)和軌跡控制機構(gòu)組成。取秧器在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動和軌跡控制機構(gòu)的控制下,按照一定的軌跡從秧箱中分取一定數(shù)量的秧苗并將其插入土中,然后返回原始位置,開始下一次循環(huán)動作。</p><p> 秧爪在栽植臂的帶動下完成取秧和插秧工作,圖1中虛線給出秧爪的靜軌跡圖,h為插秧深度。</p><p><b> 圖1</b
5、></p><p> 送秧機構(gòu) 的作用是按時、定量地把秧苗送到秧門處,使秧爪每次獲得需要的秧苗。按照送秧方向的不同,送秧機構(gòu)分為縱向送秧機構(gòu)和橫向送秧機構(gòu)。橫向送秧機構(gòu),其送秧方向同機器行進方向垂直,采用的是移動秧箱法。因此,又稱移箱機構(gòu)。本設計采用橫向送秧箱機構(gòu)。</p><p><b> 工藝動作分解:</b></p><p>
6、 秧爪按照特定靜軌跡(如 圖1 所示)做往復運動。</p><p> 秧箱做橫向直線往復運動。(在秧爪取秧過程中,秧箱需保持連續(xù)不斷的勻速運動;在移至兩端極限位置后,秧箱自動換向。)</p><p> 3.分插機構(gòu),送秧機構(gòu)運動方案設計及確定</p><p> 1) 分插機構(gòu)的設計方案</p><p><b> 方案甲:&l
7、t;/b></p><p> 評價:采用曲柄搖桿機構(gòu),主動件為曲柄,使秧爪按照特定軌跡運動。此機構(gòu)設計簡單,傳動準確,快速。</p><p><b> 方案乙:</b></p><p> 評價:本機構(gòu)采用連桿機構(gòu),利用油缸作為主動件,來實現(xiàn)秧爪的特定軌跡運動。此機構(gòu)設計簡單,但是需要額外的液壓油路。</p><p
8、> 結(jié)論:方案甲 結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,符合設計要求,故 分插機構(gòu) 選用 方案甲。</p><p> 2)送秧機構(gòu)的方案設計</p><p><b> 方案A:</b></p><p> 評價:采用凸輪機構(gòu),通過凸輪的回轉(zhuǎn)運動,實現(xiàn)從動件(秧箱)的橫向直線往復運動。本機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,傳力小,傳動準確,運動靈活。但凸輪廓線的設計較復雜。
9、</p><p><b> 方案B:</b></p><p> 評價:此系統(tǒng)以電動機為驅(qū)動元件,通過PLC控制系統(tǒng),來控制齒輪的轉(zhuǎn)動,從而影響齒條的運動,使齒條進行直線往復運動。此機構(gòu)設計簡單,傳動平穩(wěn),效率高,傳動比準確,可靠。但此方案需要PLC控制設備,成本較高。</p><p> 結(jié)論: 方案A 采用凸輪機構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單,傳動平穩(wěn),成
10、本較低,故 送秧機構(gòu) 選擇 方案A。</p><p><b> 3)方案設計的確定</b></p><p> 綜上所述,考慮到插秧機的設計要求(水稻插秧機應包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu),送秧機構(gòu)傳動平穩(wěn),結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,必須使用可靠、耐久。)以及自身所學知識,本設計的 分插機構(gòu) 選擇 方案甲 ,送秧機構(gòu) 選擇 方案A 。</p><p&
11、gt;<b> 如圖 :</b></p><p><b> 運動仿真圖:</b></p><p><b> 4.機構(gòu)尺寸的設計</b></p><p><b> 1)送秧機構(gòu)</b></p><p> 在設計要求中,電動機 的 轉(zhuǎn)速 為 2600
12、r/min。</p><p> 由于 傳動機構(gòu) 始末傳動比 i = 26 ,</p><p> 故 皮帶輪 與 齒輪1 的 轉(zhuǎn)速 為 100r/min 。</p><p><b> 在設計要求中,</b></p><p> 插秧頻率 為 120次/min ,</p><p> 故 齒
13、輪2 的 轉(zhuǎn)速 為 120r/min ,</p><p> 即 齒輪1 與 齒輪2 的 傳動比 為 5:6 。</p><p><b> 兩齒輪的設計如下:</b></p><p> 齒輪1 與 齒輪2 之間的中心距為 99 mm 。</p><p><b> 齒輪傳動 如圖:</b>&
14、lt;/p><p><b> 連桿機構(gòu):</b></p><p> 桿AB為 曲柄,桿CD為 搖桿,BE與 連桿BC 固結(jié)。本設計的要求中,點E的軌跡如 圖1中所示。</p><p> 假設AB長為10mm,BC長為30mm,CD長為20mm,AD長為30mm, BE長為55mm ,</p><p> 以 A 為 原
15、點,AD 所在直線為 x軸,建立平面直角坐標系。</p><p> 由 10 *cosθ1 + 30 *cosθ2 = 30 + 20 *cosθ3,</p><p> 10 *sinθ1 + 30* sinθ2 = 20* sinθ3, 得,</p><p> θ2 = 2* arctan ﹛2*sinθ1 — [16 — ( 2*cosθ1
16、 +1) ² ]½ ﹜/ (4 * cosθ1 — 11)</p><p> 點E的軌跡方程如下:</p><p> x = 10 *cosθ1 + 55*cos(θ2+θ)</p><p> y = 10* sinθ1 + 55 *sin(θ2+θ)</p><p> 利用 MATLAB軟件,通過改變角θ的大?。?/p>
17、θ的值依次取10°,15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°,50°),來獲得 點E的9個軌跡圖。</p><p> 在 MATLAB 編譯器中輸入以下語言:</p><p><b> for i=1:9</b></p><p> th
18、eta1=0:pi/100:2*pi;</p><p> theta2=2*atan((2*sin(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).^2))./(4*cos(theta1)-11));</p><p> x=10*cos(theta1)+55*cos((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);</p><p&
19、gt; y=10*sin(theta1)+55*sin((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);</p><p> subplot(3,3,i);</p><p> plot(x,y);</p><p><b> end</b></p><p><b> 得出軌跡圖:</
20、b></p><p> ?。ǖ谝恍?,θ的值依次為 10°,15°,20°,</p><p> 第二行,θ的值依次為 25°,30°,35°,</p><p> 第三行,θ的值依次為 40°,45°,50°。)</p><p> 經(jīng)過比較這9個
21、軌跡圖,發(fā)現(xiàn) 第二行第二列 的軌跡圖(θ=30°)中的軌跡與 圖1中的軌跡近似,故 選擇 第二行第二列 的軌跡圖(θ=30°)。</p><p> 考慮到設計要求插秧深度在10~25mm之間,而通過觀察此軌跡圖,發(fā)現(xiàn)點E軌跡最右端點的x坐標(略小于40)與點D的x坐標(等于30)之差小于10mm且大于5mm,所以需改進方案尺寸:</p><p> 將各桿的長度增加一
22、倍,即</p><p> AB = 20 mm ,BC = 60 mm ,CD = 40 mm ,AD = 60 mm ,BE = 110 mm ,</p><p><b> θ= 30°</b></p><p> 在此情況下,點E軌跡 最右端點的x坐標與 點D的x坐標 之差必大于10mm且小于20mm,即 方案可以滿足插秧深
23、度在10~25mm之間的要求。</p><p><b> 2)送秧機構(gòu)</b></p><p> 從動件(秧箱)運動線圖的設計,采用擺線運動修正等速運動規(guī)律的加速度曲線(從動件無柔性沖擊,運行平穩(wěn)),如下所示:</p><p> 從動件的運動線圖分為6個階段,</p><p> 各階段運動方程式如下:</p
24、><p> 1) 0≤ψ≤φ1 (秧箱做加速運動)</p><p> S = S1[ψ/φ1—sin(πψ/φ1)/ π]</p><p> v = S1ω[1 — cos(πψ/φ1)] /φ1</p><p> a = πS1ω²sin(πψ/φ1) /φ1²</p><p&g
25、t; 2) φ1<ψ<φ2 (秧箱做勻速運動)</p><p> S = S1 + (S2 - S1)( ψ-φ1)/( φ2 -φ1)</p><p> v = 2 S1ω/φ1</p><p><b> a = 0</b></p><p> 3) φ2≤ψ<π (秧箱做減速運
26、動)</p><p> S = S1﹛ (ψ-φ2)/ φ1—sin [π(ψ-φ2+φ1)/φ1 ]/ π﹜+ S2</p><p> v = S1ω﹛1 — cos [π(ψ-φ2+φ1)/φ1 ] ﹜/φ1</p><p> a = πS1ω²sin [π(ψ-φ2+φ1)/φ1 ] /φ1²</p><p&g
27、t; 4) π≤ψ≤π+φ1 (秧箱做加速運動)</p><p> S = S1﹛(2φ1+φ2—ψ)/φ1—sin [π(3φ1+φ2-ψ)/φ1 ]/ π﹜</p><p> v = S1ω﹛[cos [π(ψ—φ2—φ1)/φ1] — 1 ﹜ /φ1</p><p> a = —πS1ω²sin [π(ψ—φ2—φ1)/φ1
28、 ] /φ1²</p><p> 5) π+φ1 <ψ<π+φ2 (秧箱做勻速運動)</p><p> S = S1 + (S2 - S1)( 2φ2 +φ1 - ψ)/( φ2 -φ1)</p><p> v = —2 S1ω/φ1</p><p><b> a = 0</b><
29、/p><p> 6) π+φ2 ≤ψ≤2π (秧箱做減速運動)</p><p> S = S1﹛ (2φ2 + 2φ1 — ψ)/ φ1—sin [π(2φ2 + 2φ1 — ψ)/φ1 ]/ π﹜</p><p> v = S1ω﹛cos [π(ψ + 2φ1)/φ1] — 1﹜ /φ1</p><p> a = πS
30、1ω²sin [π(ψ - 2φ2 -φ1)/φ1 ] /φ1²</p><p> 設計要求“每次移箱距離應與秧爪每次取秧寬度相配合”,</p><p><b> 即</b></p><p> 取秧寬度 / 點E的往復運動周期 = 從動件(秧箱)的勻速運動速度</p><p> 點E的
31、往復運動周期已知,周期大小為0.5 s 。</p><p> 設 取秧寬度 為10 mm ,</p><p> 則 v = 2×S1×ω/φ1 = 20mm/s ,</p><p> 即 從動件(秧箱)的勻速運動速度的大小為 20mm/s 。</p><p> 根據(jù)實際需要,設定φ1,φ2,S1,S2的值,&l
32、t;/p><p><b> 且滿足 </b></p><p> 2 * S1 * ω/φ1 = 20 mm/s 。</p><p> φ1,S1應盡量小些,</p><p> 以減小從動件從啟動達到穩(wěn)定速度所經(jīng)過的時間和位移。</p><p> 取φ1 = π/6, φ2 = 5π/6 ,
33、S1 = 10 mm ,S2 = 110 mm ,</p><p> 將 φ1,φ2,S1,S2 的值 代入 行程 S 的表達式 ,得</p><p> S = 60ψ/π - 10sin(6ψ)/π, ( 0 ≤ ψ ≤ π/6 )</p><p> S = 150ψ/π - 15, ( π/6 <
34、ψ < 5π/6 )</p><p> S = 60ψ/π - 10sin(6ψ)/π + 60, ( 5π/6 ≤ ψ < π )</p><p> S = 70 - 60ψ/π + 10sin(6ψ)/π, ( π ≤ ψ ≤ 7π/6 )</p><p> S = 285 - 150ψ/π, ( 7
35、π/6 < ψ < 11π/6 )</p><p> S = 120 - 60ψ/π + 10sin(6ψ)/π. ( 11π/6 ≤ ψ ≤ 2π )</p><p> 由2 * S1 * ω/φ1 = 20mm/s,S1 = 10 mm,φ1 = π/6,得</p><p> ω =π/6 rad/s,</p><p>
36、即 凸輪轉(zhuǎn)速 為 5 r/min 。</p><p> 根據(jù)已求出的從動件的 行程S 的表達式 ,</p><p> 則 對心從動件凸輪機構(gòu) 的 凸輪廓線方程式 為可寫:</p><p> X =(rb + S)* sinψ </p><p> Y =(rb + S)* cosψ </p><p> ?。?/p>
37、rb為 凸輪基圓 的 半徑值)</p><p> 取rb = 20 mm ,滾子半徑為10 mm,在制作 運動仿真 過程中,得到 理論廓線 和 實際廓線,如下圖所示:</p><p> 凸輪機構(gòu)的運動仿真圖:</p><p><b> 5. 心得體會:</b></p><p> 本課程設計考察了我們所學的機械原理
38、知識。在設計過程中,要綜合多方面的要求和需要來進行合理的選擇,這是一個并不簡單的過程。由此可以了解到,自己的能力遠不能解決復雜的實際問題。我們還應不斷地學習和積累。</p><p> 在對水稻插秧機完全不了解的情況下,通過網(wǎng)絡,查找了大量的相關(guān)資料。盡管對現(xiàn)實生活中的水稻插秧有了一定的了解,但這些資料對其工作的描述仍不夠詳細和清晰。我們未能對水稻插秧機的工作流程和原理完全清楚,比如秧箱的具體結(jié)構(gòu)和工作方式。這是
39、設計過程中一個比較大的遺憾。</p><p> 設計尺寸的部分是其中最難的步驟,我們只能在做出一個自我感覺合理的尺寸假設的前提下,繼續(xù)以后的設計,而且應用了一個之前我們完全陌生的軟件 MATLAB 。因為不懂得如何使用該軟件,所以尋求朋友的幫助,我們順利得出了點E(秧爪)的與要求軌跡近似的靜軌跡圖。接下來的步驟水到渠成,花費較多時間是一些繁雜的運算。</p><p> 通過本次設計,積
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