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本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目： 電動插秧機設(shè)計 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 年 級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二 O 一九年 五 月 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 學(xué)　術(shù)　誠　信　承　諾 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得研究成果。 盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫 的研究成果，也不包含為獲得佳木斯大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝 意。 簽名：___________ 日期：____________ 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解佳木斯大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論 文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影 印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 簽名：___________ 導(dǎo)師簽名：___________ 日期：____________ I 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 佳木斯大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 設(shè)計（論文） 課 題 名 稱 電動插秧機設(shè)計 學(xué)生姓名 XX 院（系） 工學(xué)院 專 機械設(shè)計制造及其自動化 業(yè) 指導(dǎo)教師 XX 職 稱 講師 學(xué) 博士 歷 畢業(yè)設(shè)計（論文）要求： 本設(shè)計以市場現(xiàn)有的主流插秧機為參考機型，設(shè)計電動插秧機整體方案，并對插 秧機的插植臂詳細設(shè)計，傳動齒輪和軸進行設(shè)計計算。 圖紙不少于 4 個 A0，設(shè)計說明書字數(shù)不少于 1 萬字。 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)： 洋馬步行式插秧機發(fā)動機輸出功率為 2.6KW，最大 3.2KW，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 作業(yè)速度：道路速度：0.38~0.76 m/s 栽插速度：0.72~1.54 m/s 后退速度：0.18~0.36 m/s 植株間距：220mm 、150mm 、120mm 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作計劃： 工作時長（）： 接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 學(xué) 生 簽 名 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 院長（主任）簽名 年 月 日 II 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 摘 要 隨著農(nóng)業(yè)種植規(guī)?；瑱C械化，插秧機發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械極其重要的作用。高性能水稻 插秧機是一種高科技是符合當(dāng)今水稻插秧機的設(shè)計和制造技術(shù)路線。本設(shè)計是基于洋馬 AP4步行式插秧機為原型，改用動力電池驅(qū)動并設(shè)計插秧機種植一部分。為了確保水稻 種植的順利進行，種植運動的種植部分的設(shè)計是至關(guān)重要的。本文對動力驅(qū)動方式進行 電動替換，并對插植結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計和計算，獲得合理的制度參數(shù)，并提供了插 秧機的精確種植參數(shù)作為參考。 關(guān)鍵詞：插秧機；插植部；設(shè)計；機構(gòu) III 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） Abstract With the scale and mechanization of agricultural planting, rice transplanters play an extremely important role in agricultural machinery. The high-performance rice transplanter is a high-tech technology that is in line with the design and manufacturing technology of today's rice transplanters. This design is based on the Yanmar AP4 walking transplanter as a prototype, switched to a power battery drive and designed a part of the transplanter. In order to ensure the smooth progress of rice cultivation, the design of the planting part of the planting movement is crucial. In this paper, structural analysis design and calculation of planting structure are obtained, reasonable institutional parameters are obtained, and the basis of precise planting design of rice transplanter is provided. Key Words: rice transplanter；transplanting；design；mechanism IV 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................................III Abstract...........................................................................................................................................................IV 1 緒 論.........................................................................................................................................................- 2 - 2 插秧機總體介紹......................................................................................................................................- 3 - 3 電動方案設(shè)計..........................................................................................................................................- 7 - 3.1驅(qū)動電機選型...............................................................................................................................- 7 - 3.2 驅(qū)動系統(tǒng)總圖.....................................................................................................................................- 11 - 4 插植臂結(jié)構(gòu)設(shè)計....................................................................................................................................- 12 - 4.1 分插運動軌跡和結(jié)構(gòu)參數(shù)........................................................................................................- 12 - 4.2分插工作原理.............................................................................................................................- 13 - 4.3秧爪.............................................................................................................................................- 14 - 4.3.1秧爪的設(shè)計.....................................................................................................................- 14 - 4.4 運動機構(gòu)的設(shè)計.........................................................................................................................- 18 - 4.4.1 曲柄連桿的組成及工作原理..........................................................................................- 19 - 4.4.2 曲柄連桿的設(shè)計..............................................................................................................- 20 - 4.5 栽植臂的組成與設(shè)計..................................................................................................................- 21 - 4.5.1 推秧擺臂的設(shè)計..............................................................................................................- 21 - 4.6 推秧凸輪的設(shè)計.........................................................................................................................- 23 - 5 插植部送秧結(jié)構(gòu)....................................................................................................................................- 26 - 5.1 校核計算.....................................................................................................................................- 27 - 5.1.1 主軸的設(shè)計計算...............................................................................................................- 27 - 5.1.2計算軸上載荷.................................................................................................................- 27 - 5.1.3 錐齒輪的校核................................................................................................................- 29 - 結(jié) 論........................................................................................................................................................- 33 - 參考文獻....................................................................................................................................................- 34 - 致 謝........................................................................................................................................................- 36 - - 1 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1緒 論 插秧機是將稻苗植入稻田中的一種農(nóng)業(yè)機械。中國傳統(tǒng)的插秧工具秧馬和蒔扶，已 有近千年的發(fā)展歷史。宋代蘇軾曾作“秧馬歌”，敘說了湖北農(nóng)民使用秧馬的勞動情景。 使用蒔扶可以代替手工分秧，并將秧苗梳入泥中定植，直至 20 世紀(jì) 50 年代，某些地區(qū) 仍在使用。中國水稻插秧機的研制工作始于 1953 年。1956 年在蒔扶分秧方式的啟發(fā)下， 首次提出群體逐次分格取秧、直接栽插的秧苗分插原理，從而在水稻插秧機的研制上取 得了突破，研制出水稻拔取苗移栽的第一代樣機。到 1960 年，各地推薦生產(chǎn)上使用的 人力、畜力插秧機已達 21 種。1967 年，第一臺自走式機動插秧機“東風(fēng)-2S”型通過鑒 定定型并投入生產(chǎn),每天可插秧 15～20 畝。 　　日本于 1898 年出版了第一臺水稻插秧機專利;意大利于 1915 年開始研究幼苗的 插秧機，到 20 世紀(jì) 50 年代，拖拉機被出售，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，操作需要使用 更多的輔助勞動而不是推廣。在 20 世紀(jì) 60 年代，日本開發(fā)了土壤幼苗和相應(yīng)的插秧機 的種植技術(shù)。 1966 年以后，工廠化水稻育種設(shè)備的成功開發(fā)促進了移栽機械化的快速 發(fā)展。 - 2 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 插秧機總體介紹 根據(jù)適應(yīng)秧苗的狀態(tài)，將插秧機分為洗苗型，土壤苗型和兩用型。根據(jù)功率，它分 為兩種類型：手動插秧機和電動插秧機。人體移栽機采用間歇移植方法，移植操作在機 器停止的狀態(tài)下進行。移栽操作完成后，手拉機移動植物間距并再次進行移植操作。電 動插秧機采用連續(xù)插入方式，在機器運行過程中完成分支和移植動作。根據(jù)分支和移植 機構(gòu)的運動特性，可分為垂直切口滾動式，縱向分體式直線式和橫向分體式直線式。在 線滾動和在線擺動意味著拾取桿分別由圓周運動和往復(fù)機構(gòu)驅(qū)動，并且在軌道控制機構(gòu) 的控制下進行分離和插入操作，并且拾取設(shè)備插入拆分部分。軌跡接近地面，使形成的 千斤頂更小，幼苗直立穩(wěn)定。滾入和滾出僅用于機動水稻插秧機。 原理和構(gòu)造： 水稻插秧機的工作過程因結(jié)構(gòu)而異，但基本過程大致相同。 "群體逐次分格取秧直 接栽插"的原理如下：將幼苗放置在蛤蜊箱中，處于整潔狀態(tài)，并用蛤蜊箱進行水平移 動，使揀選裝置先后移除一定數(shù)量的幼苗，并在移栽軌道控制機制的作用，根據(jù)農(nóng)藝要 求將幼苗插入土壤中，并將痰液帶回箱子，按照一定的軌跡取出痰液。 盒子的主要功能是攜帶苗，并與送料機構(gòu)，插入和插入機構(gòu)合作，完成喂養(yǎng)和分支 操作。它主要由一個盒，一個盒框架，門（包括簾幕）和刷子。下的橫向移動機構(gòu)的動 作，盒子橫向移動，從而使幼苗移到賁門與拾取裝置協(xié)作以定期服用種植。 插拔機構(gòu)是插秧機的主要工作部件，由拾取裝置，其驅(qū)動機構(gòu)和軌跡控制機構(gòu)組成。 在驅(qū)動機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的軌跡控制機構(gòu)的控制下，拾取裝置根據(jù)一定的軌跡從箱中取出 一定數(shù)量的幼苗并將其插入土壤中，然后返回原位開始下一個周期。根據(jù)分裂的作用， 有水平和垂直兩種。水平分流器具有用于插入幼苗的鉗口和用于幼苗的切割鉗口，并且 兩者可根據(jù)需要互換使用。秧夾子由活動夾子和固定夾子組成，開口度根據(jù)幼苗的厚度 和幼苗數(shù)量調(diào)整;截止型爪具有釋放件，使得臟污的幼苗從爪中順利地取出。 縱向分流 器有一個適合拾取幼苗的梳形爪，適用于帶有去污裝置或筷子型爪的梳形爪。梳狀爪在 分蘗過程中對幼苗具有分裂作用;當(dāng)筷子形狀的爪被帶入弄臟的幼苗時，土壤被推動器 推出。 爪或鉗口一定數(shù)量的被放置在以規(guī)定的線間隔的爪（或卡爪）。在軋制線水稻插秧 機，存在被鉸接地連接到圓周運動的圓形插入臂通常為 2-4爪的行;秋千在線水稻插秧 機。通常，爪行鉸接與搖臂作往復(fù)擺動連接，并且拾取裝置也可直接安裝在用于組驅(qū)動 - 3 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 一組曲柄連桿機構(gòu)的連桿。在大多數(shù)水稻插秧機，拾取裝置的軌跡由除了所述驅(qū)動機構(gòu) 的控制軌跡的控制機構(gòu)控制。常用的軌跡控制機制包括導(dǎo)向槽，滑動，凸輪，行星齒輪， 以及四連桿機構(gòu)，以及各種類型的被組合以形成各種類型的轉(zhuǎn)移機制的驅(qū)動機構(gòu)。 進料機構(gòu)包括縱向進料機構(gòu)和橫向進料機構(gòu)，其功能是及時定量地將幼苗輸送到賁 門，使得每次可以獲得所需的幼苗。1縱向進給機構(gòu)的進給方向與機器的行進方向相同， 有重力進給和強制進給兩種。重力進料是利用壓力板和秧苗本身的重量，使幼苗可以隨 時放在門的門上。它經(jīng)常用于人造水稻插秧機。飼養(yǎng)能力隨盒子的形狀和盒子中的幼苗 數(shù)量而變化。秧均勻性差。強制喂食是通過垂直喂食機構(gòu)定期發(fā)送幼苗，喂食能力強， 兩者以與整體相同的方式送出。前者主要用于帶土壤苗。當(dāng)盒子橫向移動到兩端極限位 置時，整個幼苗被推到門口一次;后者主要用于拉苗，每次取料時，相應(yīng)的喂料一次， 喂料寬度等于裝置的寬度。 2橫向進給機構(gòu)的進給方向垂直于機器的行進方向，均采用 移動箱方式，也稱為移動箱機構(gòu)。根據(jù)其運動方式，分為間歇移動箱和連續(xù)移動箱：間 歇移動箱機構(gòu)用于提取幼苗和土壤幼苗。其特征在于，當(dāng)抓取爪時，停止幼苗的移動， 以便于梳理爪。連續(xù)變速機構(gòu)是在操作中使箱體水平和連續(xù)恒速運動，并自動轉(zhuǎn)換到兩 端的極限位置。因此，在分枝階段，爪子和盒子相對移動，這適合于土壤幼苗。 洋馬步行式 AP4插秧機是適合中國水稻生產(chǎn)地區(qū)的經(jīng)濟條件步行插秧機。該洋馬可 步行 AP4插秧機具有設(shè)計簡單，重量輕，操作方便，使用安全可靠。發(fā)動機，傳動系統(tǒng)， 幀和行走系統(tǒng)，液壓復(fù)制和深度控制系統(tǒng)。請參閱圖（2-1） - 4 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖（2-1） 表 2-1洋馬 AP4 步行式插秧機各類參數(shù) 型號名稱 2ZQS-4(AP4型) 總長（mm） 2190 機器尺寸 總寬（mm） 1500 總高（mm） 1034 機身重量（kg） 145 型號名稱 MZ175 種類 OHV四沖程單缸汽油發(fā)動機 排氣量（cc） 171 發(fā)動機 輸出/轉(zhuǎn)速 kW（PS）min-1 2.6Kw（3.5PS）/3000[最大3.2kW （4.3PS）] 使用燃料 汽車用無鉛汽油 燃料油箱容量（L） 4 啟動方式 手拉式啟動 行走部 機體上下調(diào)節(jié) 液壓式調(diào)節(jié)（手動、自動、連動） 車輪（mm） 橡膠凸緣車輪外徑660 - 5 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 變速檔數(shù)（檔） 前進2（插植1）后退1 插植方式 曲柄搖桿式 插植行數(shù)（行） 4 插植行距（cm） 30 插植株距（cm） 22、15、12 插植部 插植株數(shù)（株/3.3m2） 50.65.75.90（簡易手柄調(diào)節(jié)） 插植深度（mm） 15-40（6段調(diào)節(jié)） 苗數(shù) 橫向進給（mm） 11（26回），14（20回） 調(diào)節(jié) 量 縱向抓?。╩m） 8-17（10段手柄調(diào)節(jié)） 秧苗條件 秧苗的種類 幼苗、中苗 葉齡·苗高 （葉）·（cm） （2.0-4.5）·8-25 預(yù)備用秧苗搭載數(shù)（箱） 3 載插：0.38-0.76（0.34-0.68） 作業(yè)速度（m/s） 道路上：0.72-1.54 后退：0.18-0.36（0.16-0.32） 作業(yè)效率（畝/小時） 2.09（最大） - 6 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 電動方案設(shè)計 驅(qū)動電機用于驅(qū)動插秧機的運行及行走，包括道路行走、栽插作業(yè)和后退行走。在 電機選型時，通常需要計算出電機的額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)。驅(qū)動電機 的參數(shù)計算之前首先需要明確插秧機的各項設(shè)計需求，如表 3-1 所示。 表 3-1 插秧機設(shè)計要求 設(shè)計要求 設(shè)計參數(shù) 整車擬定重量 m 600kg 最大負載 M max 200kg 最高行駛速度vmax 1.54m /s 最大加速度 amax 0.5m /s 2 3.1驅(qū)動電機選型 1. 驅(qū)動力與轉(zhuǎn)矩關(guān)系 輸出轉(zhuǎn)矩Tt 為： T = ighTq t 式中 i ——減速機減速比； g Tq ——電機輸出轉(zhuǎn)矩； Tt ——輸出轉(zhuǎn)矩； h ——減速機到驅(qū)動輪的效率。 驅(qū)動力為： i hTq Tt g F = = t R Rq q 式中 Rq ——驅(qū)動輪的驅(qū)動半徑。 由于驅(qū)動輪通常是剛性的，它是相同的其自由半徑，靜態(tài)半徑和滾動半徑。，均為 Rq 。 2. 驅(qū)動力與阻力計算 插秧機在作業(yè)過程中要克服各種阻礙力，這些力包括：滾動摩擦阻力 F 、空氣阻力 F 、 f w 坡度阻力 F 、加速度阻力 F 。這些阻力均由 F 來提供，因此： r j t - 7 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） Ft = F + F + F + F f w r j (1) 滾動阻力 F f Ff = F + F fz fg 式中 F ——車輪與軸承間阻力； fz F fg ——車輪與道路摩擦阻力。 其中，車輪軸承阻力 F 為： fz md / 2 md 1.15′80 Ffz = P = P = 2000′ =184N D / 2 D 1000 式中 P ——車輪與地面間的壓力，插秧機作業(yè)過程中，有四輪同時著地，各輪的壓 力為 P=2000N； d 為車輪軸直徑，即 d=80mm； D——車輪直徑，即 D=1000mm； μ——車輪軸承摩擦因數(shù)，摩擦阻力系數(shù)為 1.10—1.20，μ =1.15。 車輪與土地的滾動摩擦阻力 F 為： fg F . fg = Qf = 2000′1 15 = 2300N 式中 Q——車輪承受載荷，Q=2000N； f ——路面摩擦阻力系數(shù)， f =0.015。 則： F f = F + F = fz fg 2484N (2) 空氣阻力 F ： w 空氣阻力是插秧機的驅(qū)動期間由所述主體和空氣之間的相對運動產(chǎn)生的阻力。 考慮空氣阻力 ? 0。 F w (3) 坡度阻力 F r 坡度阻力 F ，表達式為： r F = r G sina 式中 G——插秧機滿載總重量； a ——最大坡度。 取坡度： （H / L）= 0.05 = arctan 0.05 ? 2.86° 因此： - 8 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） Fr = Gsina = ′ ° ? 6000 sin 2.86 300N （4） 加速度阻力 F ： j 質(zhì)量可分為翻譯的質(zhì)量和慣性矩，前者將產(chǎn)生的慣性力，而后者將產(chǎn)生慣性力矩。 在正常情況下，轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量，然后帶入計算。加速阻力的計算公式為： Fj = dma max 式中 d ——旋轉(zhuǎn)慣量換算系數(shù)； m——滿載總質(zhì)量。 該值應(yīng)基于對測試旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量來計算。然而，在正常的全負載的情況下， amax = 0.5m/s 2 它可作為 d =1.04，根據(jù)設(shè)計要求 。因此，加速度阻力為： Fj = dma =1.04′600′0.5 = max 312N 總驅(qū)動力為： F t = Ff + F + F + F = 2484 + 300 + 312 = w r j 3096N 3. 確定電機功率與轉(zhuǎn)矩 (1) 估算電機功率 電機驅(qū)動功率的計算公式為： 1 max = ′ ′ ? F v 1 3096 1 P = t n η 2 0.62 2496 .8W 式中 n——驅(qū)動電機的數(shù)量， n=2； h ——電機到驅(qū)動輪的總效率，即h = 0.62。 （2） 估算電機轉(zhuǎn)矩 每臺電機轉(zhuǎn)矩的計算公式為： T = F t R 2i ) q /( h g h g = 30 = 0.97 ， ，將相關(guān)參數(shù)帶入上式得 。 i T ? 25N×m 4. 驅(qū)動電機的選型 根據(jù)上文的計算，電機估算參數(shù)為： 電機功率 P ? 2496.8W 電機轉(zhuǎn)矩 T ? 25N×m 減速機減速比 - 9 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） i g = 30 因此折算電機的最高轉(zhuǎn)速 n n = v i 92.4′30 max g = ? pD 3.14′1 882r/min 式中 v ——小車的最高行駛速度， max = 92.4m / min ； v max D ——車輪直徑， D = 0.5m。 根據(jù)上述，選擇匯恩科技的永磁無刷直流減速電機，型號為 Y112-96V-3KW 定制法 蘭電機，其技術(shù)參數(shù)如表 3-2 所示。 該減速電機體積小、動力強、無極調(diào)速變速、過載能力強、并且免維護。 表 3-2 永磁無刷直流減速電機參數(shù) 額定電壓 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定電流 減速比 VDC W r/min N m N m A i g 96 3000 1500 35 42 31.25 30 - 10 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3.2 驅(qū)動系統(tǒng)總圖 驅(qū)動系統(tǒng)包含電動機、減速器、齒輪副、帶傳動、凸輪以及各傳動軸等等；電 動機輸出的動力經(jīng)減速器分別傳向插秧機構(gòu)和驅(qū)動小車行走。整體布局如圖 4-1 所示。 圖 4-1 - 11 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 插植臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 插植臂是插秧機最重要的部件，是最終的執(zhí)行機構(gòu)，是插秧機的核心機構(gòu)，也是本 設(shè)計的終點設(shè)計部分，下文將做詳細介紹。 4.1 分插運動軌跡和結(jié)構(gòu)參數(shù) （1）插分結(jié)構(gòu)：工作部分用于完成分裂和移栽稱為爪，以及用于控制爪的移動的 機構(gòu)被稱為分插結(jié)構(gòu)。當(dāng)插秧機正在工作，相對于該插秧機幀中的爪前端的軌跡被稱為 爪（即，當(dāng)機器不向前移動軌跡）或相對運動軌跡，并且該軌跡的靜態(tài)軌跡相對于地面 的爪被稱為爪的軌跡。（即，軌跡當(dāng)棘爪通常是提前）或稱為絕對運動軌跡。爪的軌跡 可分為五個階段：分支，運輸，移栽，發(fā)掘，并返回。 圖 5-1 插秧機插秧軌跡 表 4-1 插秧機插秧軌跡參數(shù) 名稱 代號 參數(shù) 名稱 代 參數(shù) 號 曲柄（OA） R2 35mm B 點調(diào)節(jié)長槽長度 BL 30 mm 連桿（AC） R4 90mm 調(diào)節(jié)長槽與 X 軸夾 RB 16° - 12 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 角 搖桿（BC） R5 90mm 秧門角點 M 坐標(biāo)值 XM YM -202 mm 30 mm 秧爪尖與 A 點距 離（AD） L 190 mm 秧門與 X 軸夾角 RM 138° AD 與連桿夾角 R 163.17° 秧爪與連桿夾角 RD 50° B 點坐標(biāo)值 X0 Y0 72 mm 80 mm 推秧時曲柄與連桿 夾角 RT 50.87° 曲 柄 中 心 安 裝 高 度 H0 120 mm 3 寸 穴 距 機 器 前 進 速度 V0 -0.36m/s 4.2分插工作原理 秧爪進入裝滿秧苗的秧箱中,在粉碎裝置的配合下，取出一定數(shù)量的幼苗，稱為分 蘗。在從幼苗中取出秧爪后，將幼苗以幾乎垂直于地面的方向插入土壤中，然后從幼苗 中取出幼蟲，這被稱為在線。分離針則連同土塊一起分取秧苗，插秧后有推秧器脫秧。 1）種植臂的基本工作原理和運動軌跡可以被簡化成一個四桿連桿機構(gòu)。功率是由 驅(qū)動種植臂的運動的曲柄輸入。 2）為了減少在種植臂的工作過程中產(chǎn)生的振動和克服由種植臂產(chǎn)生的慣性，種植 曲柄的另一端形成扇形的平衡重。 3）從種植變速箱的功率由種植臂以旋轉(zhuǎn)凸輪的曲軸驅(qū)動。當(dāng)按壓凸輪作用于按壓 臂，擠壓臂彈簧被壓縮，并且種植叉上升。痰針被用于拾取痰，當(dāng)痰塊被放倒在種植位 置后，推壓臂被瞬間從按壓凸輪分離，按壓臂彈簧的作用下，種植叉被排出和泥塊塊被 排出，以完成種植動作。 移栽移栽白菜移栽機的工作原理采用縱向往復(fù)直播式栽植臂。類型的插件機制的是 筷子型爪和水平技巧。其分插秧的具體過程如下: 1) 取秧:插秧爪插入苗土取秧。 2) 分秧:秧爪與秧門相對運動,使所取秧苗與苗土分離。 3) 運秧:由曲柄連桿機構(gòu)運動軌跡確定,基本上沿與地面弄垂直的軌跡向下運動。 4) 插秧:采用推秧器是秧苗插穩(wěn)。 5) 回程:由曲柄連桿機構(gòu)運動軌跡確定，避開秧門，從苗土上方再次進入秧箱。 - 13 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 4-2 插植臂結(jié)構(gòu) 4.3秧爪 4.3.1秧爪的設(shè)計 筷子型爪都配備了推拉件迫使被推出的幼苗。頜骨的深度調(diào)整方便。爪子不是由苗 帶回，和疤痕也少。因此，筷子型爪被使用（見圖 5-3）?？曜幼τ蓛蓚€鋼針的具有圓 形橫截面，所述支針的直徑為 Φ4.5毫米，兩針之間的間隔為 8mm。當(dāng)一般苗種植，拾 取的深度為 8或 11毫米，并且當(dāng)幼苗種植，拾取的深度為 14或 17毫米。 秧爪用 45鋼，分秧針選用切土式秧針(如圖 5-3所示)，爪部 20毫米范圍內(nèi)熱外理， 表面硬度為 HRC35-40。 - 14 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 4-4 切土式分離爪三維實體圖 表 4-2 秧爪的運動過程 順序 分段 軌跡的特點和要求 a 上止點 秧爪在秧簾外，準(zhǔn)備入簾 ab 入簾 與秧簾成一銳角入簾 - 15 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） bc 取秧 其與秧簾平行，在取秧過程中有梳理作用 cd 分秧 垂直秧門，有分秧作用 de 運秧 基本上與地面垂直向下運秧 ef 插秧 應(yīng)使秧爪的絕對軌跡基本上與地面垂直或稍向前，使秧苗垂 直向下插并適量向前貼；Hs為插秧的最大深度 fg 出土 秧爪插秧后沿 fg方向出土 ga 回程 應(yīng)避開秧門和秧簾 圖 4-5 秧爪運動軌跡 1—秧爪 2—推秧器 Ⅰ—秧爪尖相對運動軌跡 Ⅱ—秧爪尖絕對運動軌跡 Ⅲ—推秧器相對運動軌跡 Ⅳ—推秧器絕對運動軌跡 - 16 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 表 5-3往復(fù)式秧爪運動軌跡 秧苗類別 帶土苗 100~150mm 栽插穴距 122、137、157可調(diào) 準(zhǔn)備入簾的高度 h1 14 入簾高度 h2 30 離地高度 h3 224 插秧深度 h4 20可調(diào) 軌跡的最大高度 H 288 最高點距入土點寬 b1 28 入簾點距入土點寬 b2 16可調(diào) 插秧至最深點后移量 b3 5 出土點至入土點距離 b4 1 回程距秧門寬 b5 16 圖 4-6 秧爪運動軌跡圖 - 17 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4.4 運動機構(gòu)的設(shè)計 秧爪排的設(shè)計如表 4-4所示 表 4-4 秧爪排的設(shè)計 序號 設(shè)計內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 計算結(jié)果及說明 1 畫出設(shè)想秧爪 的運動軌跡 軌跡高度 H H=288mm 如圖 5所示 2 選定秧爪長度 L = LZ=0.7×150=105mm (0.6`~ 0.8)h z y LZ Lz = 0.7′150=105mm hy—適應(yīng)秧苗高度 確定搖臂 CD HD(max)=288+105-20=363mm 3 擺動的最高和 最低位置 HD = + - (max) H L h z 4(max) h4(max)—設(shè)計最大插深 4 定搖臂長度 R R=（1.2～1.5）hy 根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗取 R=75mm 5 定搖臂軸安裝 高度 HZH = + - H2 L h z 4(max) HZH=240mm HZH的尺寸應(yīng)從整機結(jié)構(gòu)考慮 O 的位置方向根據(jù)整個機器的整體配 6 曲柄中心 O的 配置和曲柄的 轉(zhuǎn)動方向 置確定。它通常布置在靠近插頭工作部 分的框架的前部。 曲柄搖桿機構(gòu)的旋 轉(zhuǎn)方向要求插入行程曲柄的旋轉(zhuǎn)角度 大于返回行程的曲柄角度。這是一個順 利的工作時間表和更快的回程。 RBC = (0.25 ~ 0.35) R R BC =100mm 7 搖桿長度的確 定 選用值：RBC=100～160 如果過大，機制不緊湊，所以很難保持 精度，當(dāng)它太小了。 4.4.1 曲柄連桿的組成及工作原理 - 18 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） a 前插式 b 后插式 圖 4-7秧針的運動軌跡 曲柄聯(lián)動機構(gòu)主要由曲柄，搖臂和種植臂組成。 曲柄安裝在固定地鉸接到框架的 傳動軸上，以將傳動軸的動力傳遞到種植臂。搖桿的一端連接到種植臂，另一端固定到 框架。種植臂是連桿體部分，在前端具有單獨的針。由于搖桿的控制功能，種植臂將曲 柄的圓周運動改變?yōu)榉蛛x器的特定彎曲運動，并驅(qū)動針完成分叉，運輸，移植和返回的 動作。 曲柄搖桿式增落機構(gòu)的工作過程由一個由曲柄，種植臂，搖臂和框架組成的四連 桿機構(gòu)控制。當(dāng)曲柄與驅(qū)動軸一起旋轉(zhuǎn)時，種植臂被驅(qū)動繞驅(qū)動軸偏心旋轉(zhuǎn)，但后端由 搖桿控制，使針形成特定的運動軌跡，確保針進入一個合適的角度。將幼苗分成幼苗， 并將幼苗沿垂直方向插入土壤中。將幼苗放入土壤中后，種植臂中的彎曲輪消除了推拉 彈簧上的壓力。彈簧推動叉子使推動器快速推出分離針。 曲柄搖桿機構(gòu)插秧頻率一般為 200~220r/min,加平衡塊后,插秧頻率可達 250~270 r/min。這種分插機構(gòu)運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、密封耐用。每個鉸鏈點是滾動軸承，以確 保旋轉(zhuǎn)層和準(zhǔn)確的移動軌跡的靈活性。甲爪式安全離合器安裝在所述驅(qū)動軸上。當(dāng)分裂 和插入的阻力太大（例如巖石擊打巖石，樹根等），功率，可自動地由斜面斜角的壓縮 彈簧切斷以停止種植臂。為了保護外接下落機構(gòu)的安全。 4.4.2 曲柄連桿的設(shè)計 當(dāng)曲柄 OA被以一定的速度旋轉(zhuǎn)時，擺動桿或搖桿 BC擺動，并固定在根據(jù)閉合曲線 連桿移動爪尖 d完成分裂和插入運動，并且爪軌道控制結(jié)構(gòu)是沒有必要的。 - 19 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 結(jié)構(gòu)簡單，操作是穩(wěn)定的，但爪的行程是有限的，并且插入不能當(dāng)線通過每分鐘提 高，否則會產(chǎn)生大的振動和插入的質(zhì)量受到影響。 圖 4-8 曲柄搖桿機構(gòu)的參數(shù) 則搖桿 BC長 L1=60mm，連桿 AB長 L2=67mm，OC距離為 d=75mm。 - 20 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4.5 栽植臂的組成與設(shè)計 擠出臂組件由擠壓凸輪，擠壓臂和擠壓臂銷組件構(gòu)成。在將針放入土壤之前立即進 行組裝，并快速壓下種植叉以使幼苗彈出。種植叉組件由種植叉，開口銷，壓出螺母， 推出式鎖緊螺母，緩沖墊，種植襯套和油封組成，并與苗木箱合作取出針和種植前端。 設(shè)定幼苗塊的大小，并且在針插入的前夕，種植叉以噴射速度從針中推出幼苗并在按壓 凸輪和按壓臂的作用下將其插入到田地中。種植臂殼體組件由種植臂殼體，蓋板，注油 蓋，搖動曲柄，種植曲柄和種植臂曲柄鎖銷組成，其功能是安裝各種植入部件并完成根 據(jù)設(shè)定的軌道移植動作。 圖 4-9 栽植臂的三維實體圖 4.5.1 推秧擺臂的設(shè)計 在栽植臂中，推秧桿通過連接塊(壓縮彈簧)杠桿推秧擺臂相連，而推秧擺臂的一端 作用著壓縮彈簧，另一端與推動凸輪相互作用以壓縮或放松彈簧，使推桿縮回到種植臂 或推出幼苗。當(dāng)凸輪凸起部按壓擺動臂的一端，該彈簧產(chǎn)生的推挽片是從爪尖拉開到離 開將要采取的幼苗的空間壓縮推桿;當(dāng)凸輪的凹部與所述擺動臂的一端對齊，壓縮彈簧 被釋放，然后，推桿由推桿推到幼苗推入土壤瞬間，和推動器和爪是齊平。 - 21 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 推程采用用正弦加速度運動方式； 運動方程為： s = h 0 - [(d /d ) sin(2pd /d )/(2p )] 0 v = hw cos [ ( )] 1- 2pd /d0 /d 0 a = 2phw2 sin 2pd /d /d 2 ( ) ( ) 0 0 回程選用五次多項式運動方式； 運動方程為： s = c + + + 3 + 4 + 0 c d c d 2 c d c d c d 1 2 3 4 5 5 v = ds = + + + + / dt c1w 2c wd 3c wd 2 4c wd 5c wd 3 2 3 4 5 4 a = dv = 2 2 + 6 +12 + 20 / dt c w2 c w d c w2d c w2d 2 2 3 4 5 3 由上式可得推秧擺臂的基本尺寸。 推秧擺臂的外形如圖 4-10所示。 圖 4-10 推秧擺臂的三維實體圖 推秧擺臂的尺寸如表 7-1所示： 表 4-5 推秧擺臂的尺寸 名稱 尺寸（mm） - 22 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 總長 L 87 與凸輪接觸半徑 R 16 與凸輪接觸處寬度 b 8 彈簧安裝直徑 d 5 與機體鉸接處直徑 d1 10 4.6 推秧凸輪的設(shè)計 設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為 r 12mm ，由于推秧擺臂與凸輪接觸部分采用弧形 0 = 設(shè)計，故滾子直徑為 0。其次，推臂的運動規(guī)律被選擇。因為工作條件是高速和輕負載 時，運動規(guī)律應(yīng)選擇和小，以確保推臂運動的穩(wěn)定性和加工精度。從表 7-2 中可以看出 低于正弦加速度運動規(guī)律可用于推運動的設(shè)計來選擇，并五階多項式運動規(guī)律可以被選 擇用以在回程運動規(guī)律。 表 4-6 運動特征 運動規(guī)律 最大速度v 最大加速度 最大躍度 適用場合 max 等速運動 等加速運動 余弦加速度 正弦加速度 1.00 2.00 1.57 2.00 ￥ 4.00 4.93 6.28 ￥ ￥ 39.5 低速輕載 中速輕載 中低速重載 中高速輕載 五次多項式 1.88 5.77 60.0 高速中載 （2）求理論廓線 由于它是一個直動式輥子推進器盤形凸輪機構(gòu)，所述凸輪的理論輪廓的坐標(biāo)可以如下式 進行 x = ( )sind cosd ( )cosd sind s0 + s + e y = + - s0 s e e=0，s = r ，求得 0 0 x = (r s)sind ( )cosd 0 + y = r0 + s= (r s)sind ( )cosd （a） 式中 s 應(yīng)分段計算。 7 1）推程階段 d p 01 = 210° = 6 - 23 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） é ? pd ? ù s = d p 1 h ? ÷ ( ) ( )ú d / sin 2 / 2 d - 1 ê ? ? ? 1 01 è 01 = ( ) ( ) h 6 / 7p -sin p d 7 1 2 é ? ?ù 12 d ? ÷ ê ú ( ) ú 1 ? ÷ ê ? è ?? d 1 = é 0, ê ? 7p 6 ù ú ? 2）遠休止階段 d = 75° = 02 15p 36 s2 = 2 d 2 = é p 15 0, ê ? 36 ù ú ? 3）回程階段 d = 15° = 03 p 12 d d 4 5 s3 = 10 / -15 + 6 d h d d h h 3 3 3 3 3 4 5 03 d 03 03 = h - + 5 1728 p d hd 4 hd 3 3 /p 3 20736 248832 5 3 3 p 4 d 3 = é p ù 0, ê ú ? ? 12 4）近休止階段d = 60° = 04 p 3 s4 = 0 d 4 = é p 0, ê ? 3 ù ú ? 取計算的時間間隔為 5°，并通過用各相應(yīng)的（a）值來計算的理論輪廓線上的各點 的坐標(biāo)值。計算結(jié)果示于表 5 中。 - 24 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 表 5 δ x y 0° 0.000 15.000 5° 1.307 14.943 10° 2.605 14.772 … … … 350° 2.295 13.014 355° 1.253 14.322 360° 0.000 15.000 凸輪的三維模擬圖如圖 4-11 所示 圖 4-11 凸輪三維實體圖 - 25 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 插植部送秧結(jié)構(gòu) 插植部送秧箱：把秧苗定時輸送到秧爪取秧部位的結(jié)構(gòu)稱為送秧結(jié)構(gòu)。它由橫向送 秧結(jié)構(gòu)和縱向送秧結(jié)構(gòu)組成。它的主要作用是將由齒輪箱傳遞過來的動力傳遞給送秧機 構(gòu)，實現(xiàn)橫、縱向送秧。 圖 5-1 插植部送秧機構(gòu) 插入臂軸通過鏈條旋轉(zhuǎn)輸入鏈輪，和鏈輪驅(qū)動通過一對正齒輪的電源導(dǎo)螺桿，和 沿著所述螺旋的傾斜面插入到所述螺旋槽在所述導(dǎo)螺桿移動時引導(dǎo)塊槽以驅(qū)動橫向軸 線移動左邊和右邊。橫向進給運動完成。 - 26 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5.1 校核計算 5.1.1 主軸的設(shè)計計算 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 圖 5-2 主軸零件圖 軸材料選用 45鋼調(diào)質(zhì)處理，s B =650Mpa，s s =360Mpa。 軸的設(shè)計計算步驟如下： 初算軸徑 d 3 d 3 C P n 由表，C=112 d=112×3 1.2 100 =16.72mm 取 d=20mm 初步計算軸上各段長度 軸承選 6001，寬度 B=12mm 5.1.2計算軸上載荷 由前計算： 鏈輪作用軸上載荷 FQ =1552N，T=110N·m 齒輪作用在軸上載荷： 2T 2′11000 = = T￠ =1100N， =110N·m FT D 20 軸的彎扭矩圖如下所示，并對危險截面進行強度校核； - 27 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 簡化軸上載荷如圖： 其中， FQ =1552N，T=T￠ =110N·m， FTz =FT cos 20° =1100×cos20° =1033.6N FTY =FT sin 20° =3458×sin 20° =376.3N 畫軸的彎矩圖，扭矩圖 - 28 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 從彎矩圖和扭矩線圖中，可以看出，點 B是一種危險的部分。檢查 B點的計算： z 67.52 + 40.12 M= M2 + M2z = =78.6N m 查表得：[s + ]=215Mpa，[s 01b]=102.5Mpa，[s ]=60Mpa 1b -1b 對于不變的轉(zhuǎn)矩，取 [ ] a = - = = s 60 1b [ ] s 78.6 +1b 0.76 M￠ M￠2 +（aT）2 = 78.62 +（0.76′110）2 = =114.4N.m 所以： ￠ ￠ M M 114.4 s [s ] = = = ￡ =14.3Mpa =60Mpa b ′ -1b W 0. 0.1 1 3 d 0.02 3 滿足強度要求。 5.1.3 錐齒輪的校核 （1）選用直齒錐齒輪傳動，7級精度。 已知輸入功率 P1=1.4 kw ； 錐齒輪轉(zhuǎn)速 n=80r/min ； 齒數(shù)比 u=i1=1 條件：動力機為電動機，工作平穩(wěn)，傳動方向不變。 （2）材料選擇　 在 1個軸上的小齒輪的材料是 40Cr鋼，硬度為 241-286HB，硬度為 260HB，齒 輪的材料是 45鋼時，硬度為 229-286HB，硬度為 240HB。 （3） 計算 （I） 按齒面接觸強度設(shè)計 轉(zhuǎn)矩 T1=257040 n/mm 齒寬系數(shù) Ψd=1.0 解除疲勞強度 σHlim1= 710 MPa σHlim2= 580 Mpa 初步計算的許用接觸應(yīng)力 [σH1]=0.9σHlim1=639 [σH2]=0.9σHlim2=522 - 29 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 取 Ad=83 T 1 m +1 初步計算齒輪直徑 d1≥833 × =35.7 Yd s H ] [ 2 m 取 d=40 齒寬 b b=Ψdd1=3.63 mm 計算圓周速度 V =πdn1/(60×1000) = 3.14×40×80/(60×1000) =1.79 m/s 齒數(shù)與模數(shù) 初取齒數(shù) z=11 m=d1/z1=2 載荷系數(shù) 根據(jù) v=1.79 m/s , 選擇齒輪為 7級精度 由機械設(shè)計查得動載系數(shù) KV =1.25 使用系數(shù) KA=1.5 Ft=2T1/d1=6112 N KA t F b =79.6 n/mm <100 n/mm 由表查得：KHα=KFα=1.3 ； 載荷系數(shù) K=1.5*1.25*1.2*1.2=2.7 ε=[1.88-3.2(1/z1+1/z2)] =1.68 4 -ea Zε= =0.88 3 彈性系數(shù) ZE1=189 MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 接觸最小安全系數(shù) SHmin=1.05 由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1 = 60 n1jLh - 30 - 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） = 60×80×1×4000= 1.92×107 N2 =0.24×108 接觸壽命系