水稻插秧機(jī)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

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1、水稻插秧機(jī)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)1水稻插秧機(jī)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、體積小，使用壽命長(zhǎng)。它主要包括送秧機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、分插機(jī)構(gòu)、機(jī)架和船體等組成。本設(shè)計(jì)主要完成分插機(jī)構(gòu)和送秧機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)功率2.42kw，轉(zhuǎn)速2600r/min,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)始末傳動(dòng)比i=26。5) 對(duì)移箱機(jī)構(gòu)（送秧機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)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(shí)間應(yīng)與秧爪的運(yùn)動(dòng)相配合。c.傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，必須使用可

2、靠、耐久。2. 工作原理及其動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)和軌跡控制機(jī)構(gòu)組成。取秧器在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)作。 秧爪在栽植臂的帶動(dòng)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。圖1送秧機(jī)構(gòu) 的作用是按時(shí)、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(dòng)秧箱法。因此，又稱移箱機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用橫向送秧箱機(jī)

3、構(gòu)。工藝動(dòng)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(dòng)。2） 秧箱做橫向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（在秧爪取秧過程中，秧箱需保持連續(xù)不斷的勻速運(yùn)動(dòng)；在移至兩端極限位置后，秧箱自動(dòng)換向。）3分插機(jī)構(gòu)，送秧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)及確定1) 分插機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 方案甲： 評(píng)價(jià)：采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，主動(dòng)件為曲柄，使秧爪按照特定軌跡運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)準(zhǔn)確，快速。 方案乙： 評(píng)價(jià)：本機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)，利用油缸作為主動(dòng)件，來實(shí)現(xiàn)秧爪的特定軌跡運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是需要額外的液壓油路。 結(jié)論：方案甲 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，符合設(shè)計(jì)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(jì) 方案A： 評(píng)價(jià)：

4、采用凸輪機(jī)構(gòu)，通過凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件（秧箱）的橫向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力小，傳動(dòng)準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)靈活。但凸輪廓線的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。方案B： 評(píng)價(jià)：此系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，通過PLC控制系統(tǒng)，來控制齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而影響齒條的運(yùn)動(dòng)，使齒條進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，傳動(dòng)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(jiǎn)單，傳動(dòng)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(jì)的確定綜上所述，考慮到插秧機(jī)的設(shè)計(jì)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(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，必須使用可靠、耐久。）

5、以及自身所學(xué)知識(shí)，本設(shè)計(jì)的 分插機(jī)構(gòu) 選擇 方案甲 ，送秧機(jī)構(gòu) 選擇 方案A 。如圖 ： 運(yùn)動(dòng)仿真圖：4機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 1）送秧機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求中，電動(dòng)機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 為 2600rmin。由于 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 始末傳動(dòng)比 i = 26 ，故 皮帶輪 與 齒輪1 的 轉(zhuǎn)速 為 100rmin 。在設(shè)計(jì)要求中，插秧頻率 為 120次/min ，故 齒輪2 的 轉(zhuǎn)速 為 120rmin ，即 齒輪1 與 齒輪2 的 傳動(dòng)比 為 5:6 。兩齒輪的設(shè)計(jì)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 ha66齒根高 hf7.57.5基圓直徑 db10084傳動(dòng)比 i5：6嚙合角 22.

6、1922.19齒輪1 與 齒輪2 之間的中心距為 99 mm 。齒輪傳動(dòng) 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(jì)的要求中，點(diǎn)E的軌跡如 圖1中所示。假設(shè)AB長(zhǎng)為10mm，BC長(zhǎng)為30mm，CD長(zhǎng)為20mm，AD長(zhǎng)為30mm， BE長(zhǎng)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。由 10 *cos1 + 30 *cos2 = 30 + 20 *cos3，10 *sin1 + 30* sin2 = 20* sin3， 得，2 = 2* arctan 2*sin1 16 ( 2*cos1 +1) / （4 * cos1 11）點(diǎn)E

7、的軌跡方程如下： x = 10 *cos1 + 55*cos（2+） y = 10* sin1 + 55 *sin（2+）利用 MATLAB軟件，通過改變角的大?。ǖ闹狄来稳?0,15，20，25，30，35，40，45，50），來獲得 點(diǎn)E的9個(gè)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-(2*cos(theta1)+1).2)./(4*cos(theta1)-11); x=10*cos(theta1)+55*cos(i-1)*3.75*pi/180+pi/

8、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：（第一行，的值依次為 10,15，20，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(gè)軌跡圖，發(fā)現(xiàn) 第二行第二列 的軌跡圖（=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（=30）?？紤]到設(shè)計(jì)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

9、且大于5mm，所以需改進(jìn)方案尺寸：將各桿的長(zhǎng)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) 之差必大于10mm且小于20mm，即 方案可以滿足插秧深度在1025mm之間的要求。2）送秧機(jī)構(gòu) 從動(dòng)件（秧箱）運(yùn)動(dòng)線圖的設(shè)計(jì)，采用擺線運(yùn)動(dòng)修正等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度曲線（從動(dòng)件無柔性沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)），如下所示：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖分為6個(gè)階段，各階段運(yùn)動(dòng)方程式如下：1) 01 （秧箱做加速運(yùn)動(dòng)）S = S1/1sin(/1)/ v = S11 cos（/1）

10、 /1a = S1sin(/1) /12) 12 （秧箱做勻速運(yùn)動(dòng)）S = S1 + (S2 - S1)( -1)/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 03) 2 （秧箱做減速運(yùn)動(dòng)）S = S1 (-2)/ 1sin （-2+1）/1 / + S2v = S11 cos （-2+1）/1 /1a = S1sin （-2+1）/1 /14) +1 （秧箱做加速運(yùn)動(dòng)）S = S1（21+2）/1sin （31+2-）/1 / v = S1cos （21）/1 1 /1a = S1sin （21）/1 /15) +1 +2 （秧箱做勻速運(yùn)動(dòng)）S = S1 + (S2 - S1)( 22 +1

11、- )/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 06) +2 2 （秧箱做減速運(yùn)動(dòng)）S = S1 (22 + 21 )/ 1sin （22 + 21 ）/1 / v = S1cos （ + 21）/1 1 /1a = S1sin （ - 22 -1）/1 /1設(shè)計(jì)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(dòng)周期 = 從動(dòng)件（秧箱）的勻速運(yùn)動(dòng)速度點(diǎn)E的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期已知，周期大小為0.5 s 。設(shè) 取秧寬度 為10 mm ，則 v = 2S11 = 20mms ，即 從動(dòng)件（秧箱）的勻速運(yùn)動(dòng)速度的大小為 20mms 。根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定1，2，S1，S2的值，且滿

12、足 2 * S1 * 1 = 20 mms 。1，S1應(yīng)盡量小些，以減小從動(dòng)件從啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定速度所經(jīng)過的時(shí)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 )S = 150/ - 15, ( /6 5/6 )S = 60/ - 10sin(6)/ + 60， （ 5/6 ）S = 70 - 60/ + 10sin（6）/, ( 7/6 )S = 285 - 150/, ( 7/6 11/6 )S = 120 - 60/ + 10sin

13、(6)/. ( 11/6 2 )由2 * S1 * 1 = 20mms，S1 = 10 mm，1 = /6，得 =/6 rad/s,即 凸輪轉(zhuǎn)速 為 5 r/min 。根據(jù)已求出的從動(dòng)件的 行程S 的表達(dá)式 ，則 對(duì)心從動(dòng)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(dòng)仿真 過程中，得到 理論廓線 和 實(shí)際廓線，如下圖所示：凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真圖：5. 心得體會(huì)：本課程設(shè)計(jì)考察了我們所學(xué)的機(jī)械原理知識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，要綜合多方面的要求和需要來進(jìn)

14、行合理的選擇，這是一個(gè)并不簡(jiǎn)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(duì)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(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的水稻插秧有了一定的了解，但這些資料對(duì)其工作的描述仍不夠詳細(xì)和清晰。我們未能對(duì)水稻插秧機(jī)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。這是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)比較大的遺憾。設(shè)計(jì)尺寸的部分是其中最難的步驟，我們只能在做出一個(gè)自我感覺合理的尺寸假設(shè)的前提下，繼續(xù)以后的設(shè)計(jì)，而且應(yīng)用了一個(gè)之前我們完全陌生的軟件 MATLAB 。因?yàn)椴欢萌绾问褂迷撥浖?，所以尋求朋友的幫助，我們順利得出了點(diǎn)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(fèi)較多時(shí)間是一些繁雜的運(yùn)算。通過本次設(shè)計(jì)，積累了經(jīng)驗(yàn)，對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解更加深刻。表面看似簡(jiǎn)單的問題，在解決的過程中，逐漸顯現(xiàn)出其復(fù)雜。在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)避免犯眼高手低的錯(cuò)誤。