農業(yè)機械結構分析與設計實習報告

1、2014級農業(yè)機械化及其自動化專業(yè) （）班（）小組農業(yè)機械結構分析與設計實習報告指導老師：實驗師1）學號/姓名：（組長）2）學號/姓名：3）學號/姓名：4）學號/姓名：5）學號/姓名：6）學號/姓名：7）學號/姓名：2018年1月8日s前言1.1 意義水稻是我國主要糧食作物之一，在我國糧食生產中有著舉足輕重的地位。我國水稻種植的機械化水平很低，這嚴重制約了我國的水稻種植業(yè)的發(fā)展。 雖然近年來水稻種植的機械化水平有了顯著的增長，但是相對比日、韓等發(fā)達國家，我國仍有巨大的差距，遠遠落后于其它發(fā)達國家。尤其是在水稻種植業(yè)的機械化方面，我國要走的道路還很長。而水稻作為我國最重要的糧食作物，其機械化發(fā)展

2、前景巨大，實現水稻插秧機械化是我國水稻生產發(fā)展的必然趨勢。因此，要實現水稻生產機械化，擴大機插面積，對插秧機的核心分插機構進行研究是一項很有意義的工作。1.2 內容結合分插機構的機械原理，進行理論計算和分析，進一步分析插秧機分插機構的結構。1.3 文獻綜述趙勻等對推秧裝置的凸輪和撥叉進行分析，提出優(yōu)化方案并試制樣機進行試驗，該方案能大大降低了振動和磨損。白海英等從質點動能定理出發(fā)，也對推秧裝置進行運動分析，得到改進凸輪輪廓的方案，減少凸輪的磨損和整機的振動。陳德俊、胡杭湘等采用了軌跡再現的方法，研究了適合多熟制水稻插秧的分插機構。即先給定秧針軌跡的幾個特征點，通過運動分析得到與這17 / 13

3、些預定特征點距離最小的目標函數，并列出約束函數，采用隨機方向法，優(yōu)化得到最佳機構參數。邵陸壽等以插穴大小適中為目標函數，以保證秧苗垂直下插、秧爪不刮撞已插秧苗、秧爪入土和出土姿態(tài)為約束條件，用優(yōu)化方法來確定機構參數。2. 所選用分插機構的結構原理2.1 轉臂滑道式機構轉臂滑道式分插機構，由于其栽插元件的主動件作圓周運動，取秧器以近乎垂直的方向在土壤中作下插運動實現秧苗定值，往往稱為滾動直插式分插機構，以區(qū)別于主動件作往復運動的往復直插式機構。2.2 轉臂滑道式機構的結構原理轉臂滑道式分插根據分秧器端點的相對運動軌跡設計分插機構，就是按照軌跡進行機構綜合設計的問題。機構要求分秧器端點的軌跡能依次

4、通過給定的入秧門點、取秧點、入土點、最深點、出土點等幾個特定的位置。用以控制秧爪排運動的滑道，由多個不同曲率半徑的圓弧相切而成。為滿足不同株距的栽植要求，秧爪排的軌跡控制機構在秧爪人土后的一定位置，即解除控制。此時，秧爪排的運動受到土壤的粘滯，實現由下插到退出的整個定植過程。3. 關鍵部件的理論計算和分析（理論計算與分析，機構自由度等）3.1 工作原理：滾動直插的工作原理可以簡述為：帶有梳式或夾式取秧器的栽插元件（秧爪排）在作等速圓周運動的主動件（轉臂）的驅動下和軌跡控制機構（轉 臂滑道式機為滾子與滑道 ） 的制約下，按照栽插質量的要求，完成分秧、取秧和在土壤中直插定值。3.2 運動方程：3.

5、2.1 受控狀態(tài)的運動方程以起始位置的分插輪中心為坐標原點O,機具前進方向為X軸方向,過 O 點的鉛垂線為Z 軸，向上為正，分插輪轉臂由OZ 向 OX 方向回轉，則秧爪排軸心P 點的軌跡為Px vmt Rf sin f tPz Rf cos ft秧爪尖 Q 的軌跡為Qx Vmt Rf sin ft lsin( ftp)Pz Rf cos ft lcos( ftp)由四連桿機構OPmOi可知pOPOiOiPmx 012 x 0式中：x為拐臂與秧爪桿基線夾 角，p為PQ與OP的夾角因sin 1OOi .sinOPPOOiPm2 POi2 Oim2 cos 2-2 Pm PQ已知：Oi的坐標位置Xi

6、, Zi ;Oim即滑道曲率半徑為R;OOi的距離A v'Xi2乙2;XOOi與OZ軸的夾角i arctan一； ZiAsin( fti)sin 1A2 R2 2ARf cos( ft i)A2 R2 Rm R2 2ARfcos( ft i)cos 2 x 02Rm A2 R2 2ARf cos( fti)因此arcsinAsin( ft i)A2 R2 2ARfcos( ft i)A2 R2 RmR2 2ARf cos( fti)arccos2-22Rm A2 R2 2ARf cos( ft i)或：令W A2 R2 2ARfcos( ft i)A(Rm R2 W)sin( ft p

7、i) A cos( f t)4RmRi2(RmR2 W)22RmW由上式求時間t的一階導數與二階導數可得秧爪尖的運動速度和加速 度。從而判斷秧爪的平穩(wěn)性和分秧速度，是否產生抖動等。3.2.2 失控狀態(tài)的運動方程失控狀態(tài)的運動如前所示，是復擺運動。平移運動的速度來源于前進 速度和P點圓周速度。平移時的速度v可由下式求得:Vx Vm Rf f COS ftVzRf f sin ft圍繞P點轉動的角速度來源于瞬時力矩和1 .2M P 2J PC2JpMc Mr Mo Mp式中:Jp為秧爪排在P點的慣性矩（g.mm.s2）;c為瞬時角速度（rad/s）;Mp為在P點的力矩和（g.mm）;MC為由秧爪排

8、重量產生的 力矩；M R為土壤反力產生的力矩；MO為秧爪排軸承的摩擦力矩；MP由于抓取的秧等產生的 附加力矩。設c的方向，按實際回轉方 向為f的方向相反為正。C失控狀態(tài)是秧爪尖Q的軌跡方程為ttQx QxoVxdtl cCos °dtt0t0ttQzQzoVzdtl csin 0dtt0t0式中Qx0， Qz0， 0均為剛失控時的參數，由上式求得xz0ft0p0由于c為變數，取決于土壤反 力R的變化。故通過實驗得出c F（t）,上述 方程即可求解。3.3 機構自由度轉臂滑道式分插機構的自由度只有1。4 .結果分析 （計算結果與分析，利用軟件ANSYS制作仿真模型）4.1 試驗對象與設

9、備實驗對象：分插機構。插秧機分插機構是插秧機最核心的部分，往往根據插秧機分插機構來區(qū)別插秧機的優(yōu)劣。所以，開展水稻插秧機分插機構的設計研究工作具有重要的理論。實驗設備：插秧機（如下圖）圖1轉臂滑道式分插機構4.2 試驗步驟與過程（附上照片）4.2.1 量尺寸在測量尺寸的時候，主要用到的工具有卷尺、游標卡尺、螺絲刀和梅 花扳手等，螺絲刀和扳手主要用于拆裝。圖2滑道4.2.2畫三維圖圖3轉臂滑道式分插機構裝配圖4.2.3運動仿真機構運動仿真的基本方法首先根據分插機構及傳動系統(tǒng)各構件的實際尺寸，在SolidWorks平臺上建立各構件的三維模型，然后將各構件通過裝配模塊組裝得到完整的裝

10、配圖。利用SolidWorks的Simulation模塊，根據設計要求設定機構中的約 束和連接，設置伺服電機，啟動運動分析模塊，得到機構的運動軌跡和各 構件間的相對運動情況，觀察機構在運動中是否存在干涉，并可將運動狀 態(tài)存為影像格式。另外可得出關鍵點的位移的變化圖，便于進行分析?？?的仿真設計流程如圖所示：繪制零件模理一 :創(chuàng)建親配體一 * -添加運武副和載荷設固定件和運動件I設置運動方參數I仿真運算輸出分析結果(1)定義模型利用SolidWorks軟件分別對分插機構的各個零部件進行實體建模，并 組裝得到整體的裝配圖。定義各零件與主體零件間的連接方式如銷釘等， 以取得相應的相對運動形式。(2)

11、添加約束、荷載和驅動器在Simulation模塊中，確定各運動副和機構的荷載，添加伺服電機，設定固定件和運動件。（ 3）準備分析設置了驅動器（伺服電機）后，定義約束、運動類型，設置各運動參數，確定秧爪軸的轉速，使機構運轉起來，以此來進行機構運動仿真。（ 4）分析模型, 獲得結果通過觀看機構運動過程，檢查機構運動狀態(tài)，檢測干涉。應用軌跡跟蹤和測量功能，測量仿真過程中插秧點（即秧針端部中點）的運動軌跡曲線，以及插秧點運動的位移，并對仿真結果進行分析。通過對運動仿真的結果進行分析，可以不斷優(yōu)化運動模型、改變運動的環(huán)境，最終使機構的相關參數趨于完善。 運動軌跡仿真和分析（ 1）運動仿真在

12、SolidWorks軟件中對分插機構及傳動系統(tǒng)的運動仿真和分析，主要包括兩方面的內容：首先是創(chuàng)建機構，其次是添加驅動器。主要內容包括建立曲柄搖桿式分插機構的虛擬樣機模型，繪制秧爪運動軌跡，求解取秧點各項運動參數等。1）插植機構三維模型的建立轉臂滑道式分插機構中各桿件的尺寸，經測量后用SolidWorks進行三維建模。建立插植機構各桿件的三維圖，并組裝得到插植臂的裝配圖如圖4 所示。圖 4 插植臂的裝配圖2）分插機構及其傳動系統(tǒng)的模型裝配模型裝配是指將己經用SolidWorks軟件繪制好的各零件圖通過構件之間建立一定的約束關系，將各零件組裝成一個整體，裝配圖在整體上具有真實立體的效果。其中建立構件之間的約束就是約束零件之間的自由度，使各零件的自由度變?yōu)榱?。SolidWorks在裝配過程中的約束，分插機構所包含的零件較多，分為若干子組件，再將子組件裝配成總的裝配圖。3）添加約束和伺服電機設置將零件建模和裝配后，將秧爪軸（電機中心端）固定，并將與秧爪軸通過花鍵連接的插植臂的曲柄設置為銷釘連接，曲柄與連桿為銷釘連接，搖桿與連桿之間為銷釘連接，搖桿與秧爪固定塊也采用銷釘連接如圖4 所示 。Pro/E4.3 試驗結果對分插機構的傳動系統(tǒng)進行了動力學