水稻插秧機(jī)的機(jī)械原理課程設(shè)計

1、水稻插秧機(jī)的機(jī)械原理課程設(shè)計1水稻插秧機(jī)設(shè)計要求水稻插秧機(jī)是用于栽植水稻秧苗的機(jī)具。結(jié)構(gòu)簡單、體積小，使用壽命長。它主要包括送秧機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、分插機(jī)構(gòu)、機(jī)架和船體等組成。本設(shè)計主要完成分插機(jī)構(gòu)和送秧機(jī)構(gòu)的設(shè)計。設(shè)計要求：1）水稻插秧機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。2）插秧頻率120 次 /min。3）插秧深度1025mm 之間。4）發(fā)動機(jī)功率2.42kw，轉(zhuǎn)速2600r/min,傳動機(jī)構(gòu)始末傳動比i=26。5） 對移箱機(jī)構(gòu)（送秧機(jī)構(gòu)）的設(shè)計要求：a.每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合，要求保證取秧準(zhǔn)確、均勻。b.移箱的時間應(yīng)與秧爪的運(yùn)動相配合。c.傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，必須

2、使用可靠、耐久。2. 工作原理及其動作分解分插機(jī)構(gòu)是水稻插秧機(jī)的主要工作部件，由取秧器（栽植臂和秧爪），驅(qū)動機(jī)構(gòu)和軌跡控制機(jī)構(gòu)組成。取秧器在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動和軌跡控制機(jī)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。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。1送秧機(jī)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(jī)構(gòu)分為縱向送秧機(jī)構(gòu)和橫向送秧機(jī)構(gòu)。橫向送秧機(jī)構(gòu)，其送秧方向同機(jī)器行進(jìn)方向垂直，采用的是移動秧箱法。因此，又稱移箱機(jī)構(gòu)。本設(shè)計采用橫向送秧箱

3、機(jī)構(gòu)。工藝動作分解：1 ） 秧爪按照特定靜軌跡（如圖 1 所示）做往復(fù)運(yùn)動。2 ）秧箱做橫向直線往復(fù)運(yùn)動。（在秧爪取秧過程中，秧箱需保持連續(xù)不斷的勻速運(yùn)動；在移至兩端極限位置后，秧箱自動換向。)3分插機(jī)構(gòu)，送秧機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計及確定1) 分插機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案方案甲 ：評價：采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，主動件為曲柄，使秧爪按照特定軌跡 運(yùn)動。此機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，傳動準(zhǔn)確，快速。方案乙 ：評價：本機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)，利用油缸作為主動件，來實(shí)現(xiàn)秧爪結(jié)論 ：方案甲結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，符合設(shè)計要求，故分插機(jī) 構(gòu) 選用 方案甲 。2）送秧機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計方案A：評價：采用凸輪機(jī)構(gòu)，通過凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)從動件（秧箱）的橫向

4、直線往復(fù)運(yùn)動。本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳力小， 傳動準(zhǔn)確，運(yùn)動靈活。但凸輪廓線的設(shè)計較復(fù)雜。方案B：評價：此系統(tǒng)以電動機(jī)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(yùn)動，使齒條進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動。此機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，傳動平穩(wěn)，效率高，傳動比準(zhǔn)確，可靠。但此方案需要 PLC 控制設(shè)備，成本較高。結(jié)論： 方案 A 采用凸輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，成本較低，故 送秧機(jī)構(gòu)選擇 方案A。3) 方案設(shè)計的確定綜上所述，考慮到插秧機(jī)的設(shè)計要求(水稻插秧機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)，送秧機(jī)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(xué)知識，本設(shè)計的分插機(jī)構(gòu)方案甲 ， 送秧

5、機(jī)構(gòu)選擇 方案 A如圖 ：運(yùn)動仿真圖：4機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計1) 送秧機(jī)構(gòu)在設(shè)計要求中，電動機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 為2600r min由于 傳動機(jī)構(gòu)始末傳動比i = 26 ，故 皮帶輪 與 齒輪 1 的 轉(zhuǎn)速 為100r min在設(shè)計要求中，插秧頻率為 120次 /min ，故齒輪2 的轉(zhuǎn)速為 120r min，即齒輪1 與齒輪2的 傳動比 為 5:6 。兩齒輪的設(shè)計如下：名稱齒輪1齒輪2模數(shù)m3齒數(shù)3630分度圓直徑d10890齒頂高h(yuǎn) a66齒根高h(yuǎn) f7.57.5基圓直徑d b10084傳動比i5： 6嚙合角22.19 °22.19 °齒輪 1 與 齒輪 2 之間的中心距為99 m

6、m齒輪傳動如圖 ：連桿機(jī)構(gòu)：桿 AB 為 曲柄， 桿 CD 為 搖桿， BE 與 連桿 BC 固結(jié)。 本設(shè)計的要求中，點(diǎn)E 的軌跡如圖 1 中所示。假設(shè)AB長為10mm， BC長為30mm， CD 長為20mm， AD 長為 30mm，BE 長為 55mm ，以 A 為 原點(diǎn)， AD 所在直線為x 軸，建立平面直角坐標(biāo)系。10 *cos 1 + 30 *cos 2 = 30 + 20 *cos 3，得，10 *sin 1 + 30* sin 2 = 20* sin 3， 2 = 2* arctan 2*sin 1 16 ( 2*cos 1 +1) 2 ? / ( 4 *cos 1 11)點(diǎn) E

7、 的軌跡方程如下：x = 10 *cos 1 + 55*cos( 2+ )y = 10* sin 1 + 55 *sin( 2+ )利 用 MATLAB 軟 件 ， 通 過 改 變 角 的 大 小 ( 的 值 依 次 取 10° ,15 °，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50° ) ，來獲得點(diǎn) E 的 9 個軌跡圖。在 MATLAB 編譯器中輸入以下語言：for i=1:9theta1=0:pi/100:2*pi;theta2=2*atan(2*sin(theta1)-sqrt(16-(

8、2*cos(theta1)+1).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得出軌跡圖：第二行，的值依次為25°，30°，35° ，第三行，的值依次為40°，45°，50° 。 ）經(jīng)過比較這9 個軌跡圖，發(fā)現(xiàn)第二行第二列的軌跡圖（ =30 °）中的軌

9、跡與圖 1 中的軌跡近似，故選擇 第二行第二列的軌跡圖（ =30°） ?？紤]到設(shè)計要求插秧深度在1025mm 之間，而通過觀察此軌跡圖，發(fā)現(xiàn)點(diǎn) E 軌跡最右端點(diǎn)的x 坐標(biāo)（略小于40）與點(diǎn)D 的 x 坐標(biāo)（等于 30）之差小于10mm 且大于5mm，所以需改進(jìn)方案尺寸：將各桿的長度增加一倍，即AB = 20 mm ， BC = 60 mm ， CD = 40 mm ， AD = 60 mm ， BE = 110 mm ，= 30在此情況下，點(diǎn) E 軌跡 最右端點(diǎn)的x 坐標(biāo)與 點(diǎn) D 的 x 坐標(biāo) 之差必1025mm大于 10mm且小于20mm，即方案可以滿足插秧深度在 之間的要求。2

10、） 送秧機(jī)構(gòu)從動件（秧箱）運(yùn)動線圖的設(shè)計，采用擺線運(yùn)動修正等速運(yùn)動規(guī)律的加速度曲線（從動件無柔性沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)），如下所示：從動件的運(yùn)動線圖分為6 個階段，各階段運(yùn)動方程式如下：1) 0 1(秧箱做加速運(yùn)動)S = S1 / 1 sin( / 1)/ v = S1 1 cos( / 1) / 1a = S1 2sin( / 1) / 122) 1< < 2 (秧箱做勻速運(yùn)動)S = S1 + (S2 - S1)( - 1)/( 2 - 1) v = 2 S1 / 13) 2 < (秧箱做減速運(yùn)動)S = S1 (- 2)/ 1 sin ( - 2+1)/ 1 / + S2v

11、= S1 1 cos ( - 2+1) / 1 / 1a = S1 2sin ( - 2+ 1) / 1 / 124) + 1(秧箱做加速運(yùn)動)S = S1 (2 1+2 )/ 1sin ( 31+ 2- )/ 1/ v = S1 cos ( 21 ) / 1 1 /1a = S1 2sin ( 2 1) / 1 / 125) + 1 < < + 2 (秧箱做勻速運(yùn)動)S = S1 + (S2 - S1)( 2 2 + 1 - )/( 2 - 1)v = 2 S1 / 1 a = 06) + 2 2(秧箱做減速運(yùn)動)S = S1 (2 2 + 2 1 )/ 1 sin ( 2 2

12、+ 2 1 )/ 1 / v = S1 cos ( + 2 1) / 1 1/ 1 a = S1 2sin ( - 2 2 - 1) / 1 / 12設(shè)計要求“每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合”，即取秧寬度 點(diǎn) E 的往復(fù)運(yùn)動周期= 從動件（秧箱）的勻速運(yùn)動速度點(diǎn) E 的往復(fù)運(yùn)動周期已知，周期大小為0.5 s 。設(shè) 取秧寬度為 10 mm ，則 v = 2 × S1× 1 = 20mm s ，即 從動件（秧箱）的勻速運(yùn)動速度的大小為20mm s 。根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定 1， 2， S1， S2的值，且滿足2 * S1 * 1 = 20 mm s 。 1， S1 應(yīng)盡量小

13、些，以減小從動件從啟動達(dá)到穩(wěn)定速度所經(jīng)過的時間和位移。取 1 = /6 , 2 = 5 /6 ， S1 = 10 mm ， S2 = 110 mm ，將 1， 2， S1， S2 的值 代入 行程 S 的表達(dá)式，得S = 60 / - 10sin(6 )/ ,(0 /6 )/6 < <5S = 150 / - 15,/6 )5 /6 < )S= 60 / - 10sin(6 )/ + 60，S = 70 - 60 / + 10sin ( 6 ) / , ( 7 /6 )S = 285 - 150 / ,(7 /6 < <11 /6 )11 /6 2S = 120

14、- 60 / + 10sin(6 )/ .(2 * S1 * 1 = 20mm s， S1 = 10 mm， 1 = /6，得 = /6 rad/s ,凸輪轉(zhuǎn)速為 5 r/min根據(jù)已求出的從動件的行程 S 的表達(dá)式，則 對心從動件凸輪機(jī)構(gòu)的 凸輪廓線方程式為可寫：X =（ rb + S ） * sin Y = （ rb + S ） * cos（ rb 為 凸輪 基圓 的 半徑值）取 rb = 20 mm，滾子半徑為10 mm，在制作運(yùn)動仿真過程中，得到 理論廓線和 實(shí)際廓線，如下圖所示：5. 心得體會：本課程設(shè)計考察了我們所學(xué)的機(jī)械原理知識。在設(shè)計過程中，要綜合多方面的要求和需要來進(jìn)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(yuǎn)不能解決復(fù)雜的實(shí)際問題。我們還應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)和積累。在對水稻插秧機(jī)完全不了解的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)，查找了大量的相關(guān)資料。盡管對現(xiàn)實(shí)生活中的水稻插秧有了一定的了解，