內充式玉米排種器設計

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農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)專業(yè)課程設計說明書設計題目：內充式玉米排種器設計姓 名：學 號：班 級：專 業(yè)：學 院：指導教師：目 錄第一章 緒論1.1 專業(yè)課程設計的目的…………….………………….………1 1.2 設計題目………………………………………….……………11.3 任務要求…………………………………………….……………1第二章 內充式垂直盤式排種器的構造………………………………………2第三章 內充式垂直盤式排種器的工作原理及工作過程3.1 排種器的工作原理…………………………….……………….23.2 排種器的工作過程3.2.1 排種器的充種過程……………………….………………23.2.2 排種器的清種過程………………….……………………33.2.3 排種器的護種過程…………….…………………………43.2.4 排種器的投種過程………….……………………………4第四章 排種器主要零件設計4.1 排種輪的設計4.1.1 排種輪直徑及內窩孔個數(shù)的設計………….…………44.1.2 排種器型孔參數(shù)的設計…………………………………44.2 排種器殼體的設計4.2.1 尺寸設計……………………………………………………74.2.2 進種孔設計………………….……………………………84.2.3 投種孔設計………………………………………………….94.2.4 放種孔設計…………………….…………………………94.3 護種板的設計………………….………………………………….94.4 軸系設計4.4.1 軸的結構設計……………….……………………………104.4.2 滾動軸承和鍵選擇…………………….…………………104.5 放種孔蓋設計………………………….……………………….11第五章 粗糙度與公差5.1 粗糙度的確定5.1.1 殼體粗糙度的確定……………………………………….115.1.2 排種盤粗糙度的確定…………………………….……125.2 公差的選擇………………….………………………………….12第六章 課程設計的感想…………………………………….………………12參考文獻…………………………………………………………………….13第一章 緒論- 1 -第一章 緒論1.1 專業(yè)課程設計的目的專業(yè)課程設計是農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)本科整個教學計劃中一個非常重要的實踐教學環(huán)節(jié)，其目的是使學生初步掌握農業(yè)機械工作部件設計、機械裝置或生產過程自動控制設計和機電液一體化設計的基本原則和方法，為將來的畢業(yè)設計和實際工作打下一定基礎。1.2 設計題目本次專業(yè)課程設計的題目是組合內窩孔玉米精密排種器，是一種新型的內側充種垂直圓盤排種器，具有結構簡單、充種性能好、清種定量準確、投種均勻、種子尺寸適應能力強、適于高速作業(yè)等特點。技術參數(shù)見表 1-1表 1-1 技術參數(shù)7 穴距 14 厘米；機組作業(yè)速度 6km/h1.3 任務要求利用兩周時間進行排種器部件總體方案擬定、結構設計、參數(shù)分析計算和關鍵零件設計，設計 A1 號草圖 1 張，A0 號圖紙 1 張、設計說明書 5000字。第二章 內充式垂直盤式排種器的構造排種器主要由排種輪、護種板、外殼、軸、排種口蓋等組成，如圖2-1 [1]。農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 2 -圖2-1 組合內窩孔精密排種器CAD模型第三章 內充式垂直盤式排種器的工作原理及工作過程3.1 排種器的工作原理排種器的工作原理是種子從外殼上的進種口進入排種輪內腔，隨著排種輪轉動，內腔中的種子在重力和離心力的作用下，充人由長圓孔和調節(jié)板組成的型孔，型孔中多余的種子在清種區(qū)靠自重滑落，進入內窩孔定量的種子，穩(wěn)定可靠地被送到護種區(qū)，并在重力和離心力的作用下投出，投種口上方的卸種槽可以防止種子卡在型孔中 [4]。3.2 排種器的工作過程排種器的工作過程可分為充種、清種、護種和投種4 個子過程。3.2.1 排種器的充種過程3.2.1.1 進種過程分析排種器裝配后，其殼體和內窩孔輪組成排種器內腔。在殼體的側面開有矩形進種口，種子可由此進入排種器內腔。進種口的尺寸和位置決定了種子能農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 3 -否順利進入排種器內腔及在內腔中的高度(即種子數(shù)量)。進種口尺寸與種子形狀、尺寸、內摩擦力、種箱尺寸及種子與種箱的摩擦因數(shù)等有關。它是種子的側向孔口流動過程，是一個復雜的散粒體力學問題。為能得到便于實際應用的結果，通過試驗確定最小進種口尺寸。通過試驗還可知，排種器工作時，由于內窩孔輪轉動，種子面始終保持在接近于進種口上邊的位置而處于平衡狀態(tài) [3]。3.2.1.2 一次充種過程分析排種器工作時，數(shù)粒種子在重力作用下進入充填孔，稱為一次充種。為保證一次充種完全、可靠，一次充種區(qū)應有足夠的弧長，即當充填孔在充種區(qū)時，應保證其完全被種子覆蓋 [3]。3.2.1.3 二次充種過程分析所謂二次充種是指進入充填孔的種子，在摩擦力的作用下進入內窩定量孔的過程。確定內窩定量孔形狀和尺寸的原則是，第一粒種子在任何可能的位置狀態(tài)均能順利地進孔，而不能容納第二粒種子。通過試驗可知：在大多數(shù)情況下均是一粒種子先進入充填孔，然后在摩擦力的作用下迅速進入內窩定量孔。對于長扁形種子，其進入內窩定量孔的狀態(tài)可能是平臥或側立。因而為適應長扁形種子，內窩定量孔的上寬應大于種子寬度的最大值，內窩定量孔的階梯深應大于種子厚度的最大值，內窩定量孔的總深應大于種子寬度的最大值，內窩定量孔的深槽寬應大于種子厚度的最大值。經(jīng)過試驗，內窩孔的長取種子最大長度的75%即可滿足使用要求 [3]。3.2.2 排種器的清種過程清種過程是影響此種排種器性能的主要因素。為分析清種開始角和清種終止角，定義如下：①當充填孔內的種子開始回落時，該充填孔軸線與y 負軸夾角稱清種開始角；②當充填孔內的全部種子落出填充孔時，該充填孔軸線與y 負軸的夾角稱清種終止角 [1]。3.2.2.1 排種輪角速度對清種開始角和終止角的影響通過實驗：隨著排種輪角速度增大，清種開始角與終止角均增大，當當排種輪角速度為5π/2 弧度/秒時，充填孔到護種板時清種過程還沒結束，因不第三章 內充式垂直盤式排種器的工作原理及工作過程- 2 -能完成清種過程，而使排種器的性能變壞（單粒率下降） [1]。3.2.2.2 排種輪半徑對清種開始角和終止角的影響通過實驗：清種開始角隨著排種輪半徑的增大而增大，清種終止角卻在變小。因此當排種輪半徑變大時，清種終止角與開始角的差值變小，清種角度范圍變小，但數(shù)值變化不大 [1]。3.2.2.3 充填孔直徑對清種開始角和終止角的影響通過實驗：知充填孔直徑對清種角度的影響不大 [1]。3.2.2.4 摩擦系數(shù)對清種開始角和終止角的影響通過實驗：隨著摩擦系數(shù)的增大，清種開始角增加，清種終止角下降，但變化不明顯 [1]。3.2.3 排種器的護種過程護種過程即充填孔轉過內護種板起始位置角到投種前的工作過程。護種過程中種子的一般運動形式為：首先從內窩定量孔滑進充填孔，并隨內窩孔輪一起轉動，當其運動到某一位置角時（此時種子處于充填孔的前側即內窩孔輪轉動方向一側） ，則在摩擦力的作用下開始向內窩定量孔方向移動，并第2次進入內窩定量孔 [2]。3.2.4 排種器的投種過程投種口長度應保證種子投出后不碰投種口另一邊壁。為避免投種時出現(xiàn)夾種現(xiàn)象，在排種器殼體內表面靠近投種口處，開有卸種槽。卸種槽的結構和尺寸對夾種影響較大，它應保證在內窩孔輪一定轉速范圍內，對不同形狀和尺寸的種子均有卸種作用 [2]。第四章 排種器主要零件設計4.1 排種輪的設計4.1.1 排種輪直徑及內窩孔個數(shù)的設計農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 2 -根據(jù)題目要求：穴距14cm；機速6km/h。 12tD80m,g9.8rad/t=.04.58s????????????外 外外在 單 位 時 間 內 （ 1小 時 ） 有x0.4=6 2857(粒 )則 每 播 一 粒 種 子 的 時 間 間 隔 ：3 .4s取 播 種 盤 內 徑考 慮 清 種 效 果 對 于 臨 界 角 速 度 應 滿 足 下 式 ： r 其 中 ： 根 據(jù) 以 往 設 計 經(jīng) 驗 ， r取 10m 代 入 數(shù) 據(jù) ： 1則 臨 界 轉 角pp3.7n1.73.n60n312.rad/t60.9.56/sms????? ?????????外由 以 上 可 知 ： 轉 角 即 可 滿 足 要 求6內 窩 孔 數(shù) 目 個 所 以 取 內 窩 孔 個 數(shù) 為 ： =個驗 證 線 速 度 ： 當 =時 則 v當 線 速 度 滿 足 ： （ .32， 7） 時 ， 即 可 滿 足 使 用? 要 求 。型 孔 及 排 種 輪 直 徑 設 計 合 理4.1.2 排種器型孔參數(shù)的設計本次課程設計中，用于實驗的種子品種為：長單228；在種子中隨機抽取200粒，種子的三維尺寸平均值及三維尺寸的分布見表4-1和圖`4-1。第四章 排種器主要零件設計- 6 -表4-1 種子的三維尺寸平均值 [5]三維尺寸 長（mm） 寬(mm) 厚(mm) 等效直徑(mm) 球形率平均值（mm ） 長單228 9.58 8.74 5.95 7.89 0.83圖4-1 長單 228種子的三維尺寸和等效直徑分布 [5]此次課程設計中采用復式內窩型孔形式（如圖4-2 [4]） ，采用大孔充種內窩孔定量，為增加單粒種子的穩(wěn)定性，內窩孔為勺形大孔與內窩孔的連接為園弧過渡以防卡種。第四章 排種器主要零件設計- 7 -圖4-24.1.2.1 大孔尺寸的設計大孔直徑主要受投種頗率及充種性能的限制，D 越大充種極限速度越高，但排種輪總孔數(shù)減小。若孔太小，排種輪上的型孔數(shù)目可以增加，但充種極限速度減小。經(jīng)理論分析和實驗驗證，當大孔為圓孔時，取D大于 1.6l（l為種長）為種長；大孔為長孔時，取D大于1.5l，孔寬B大于1.2b （b為種寬） 。對于長單228：D1.6*9.58=15.328mm，取 D=18mm。4.1.2.2 內窩孔尺寸的設計單粒精播內窩孔，內窩孔尺寸是決定排種器工作性能的關鍵，試驗表明對于種厚與種長相比大于0.55的種子，按下述方法確定：設種子的最大尺寸為，種長l，最小尺寸為種厚e，中間尺寸為寬內b，窩孔長L 內 ，選擇的原則是保證一粒種子按種長方向能穩(wěn)定在窩內，但不能使兩粒種子按種厚方向進入，取0.8lL 內 1.5e；內窩孔寬B：lB1.85e；內窩孔深h:bh1.85e 。對于長單228：內窩孔長L 內 =7.5mm， 內窩孔寬 B=6mm，內窩孔深h=10mm。排種輪的尺寸設計見零件圖ZNYJP/JHG-1-5。4.2 排種器殼體的設計4.2.1 尺寸設計殼體的尺寸設計見零件圖 ZNYJP/JHG-1-6，結構見圖 4-3。農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 8 -圖 4-34.2.2 進種孔設計殼體的側面開有矩形進種口，種子可由此進入排種器內腔。進種口的尺寸和位置決定了種子能否順利進入排種器內腔及在內腔中的高度（即種子數(shù)量） 。進種口尺寸與種子形狀、尺寸、內摩擦力、種箱尺寸及種子與種箱的摩擦因數(shù)等有關。它是種子的側向孔口流動過程，是一個復雜的散粒體力學問題。為能得到便于實際應用的結果，通過試驗確定最小進種口尺寸。通過試驗還可知，排種器工作時，由于內窩孔輪轉動，種子面始終保持在接近于進種口上邊的位置而處于平衡狀態(tài)，見圖4-3。圖4-4 試驗得到的排種器內腔種子面的形狀 [3]第四章 排種器主要零件設計- 1 -為保證一次充種完全、可靠，排種器內腔中種子面的最大高度可達到充種區(qū)終止位置角的極限值位置，再根據(jù)內窩孔輪轉動時排種器內腔種子面的形狀，即可確定最高進種口位置。4.2.3 投種孔設計投種口長度應保證種子投出后不碰投種口另一邊壁，見圖4-3。為避免投種時出現(xiàn)夾種現(xiàn)象，在排種器殼體內表面靠近投種口處，開有卸種槽。卸種槽的結構和尺寸對夾種影響較大，它應保證在內窩孔輪一定轉速范圍內，對不同形狀和尺寸的種子均有卸種作用。圖 4-5 玉米種子投種過程的斜拋模型4.2.4 放種孔設計放種孔的作用：在播種過程中需要換種的情況下，移出排種器中剩余的種子，見圖4-3。設計的要求：方便移出全部剩余的種子。4.3 護種板的設計護種板的設計關鍵是護種板起始位置角的設計。排種輪線速度在 0.35~0.72m/s 范圍內，經(jīng)試驗 =22.5 度時，排種合格率大于 90%，?達到最佳工作狀態(tài)，見圖 4-6。農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 10 -圖 4-64.4 軸系設計4.4.1 軸的結構設計，見圖 4-7。圖 4-74.4.2 滾動軸承和鍵選擇4.4.2.1 深溝球軸承型號：6004 GB/T 276-1994數(shù)量：2 個農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書- 11 -4.4.2.2 鍵的選擇型號：GB/T 1096 5*5*12GB/T 1096 8*7*13數(shù)量：各一個4.5 放種孔蓋設計放種孔蓋的作用：在播種機正常作業(yè)時，用其擋住放種孔，保證播種機正常工作，當需要清除排種器內部種子時，可以卸下放種口蓋，排出種子，結構見圖 4-7。圖 4-7第五章 粗糙度與公差5.1 粗糙度的確定5.1.1 殼體粗糙度的確定殼體與機架靠螺栓連接，因此其下表面要求半精加工，Ra 值確定為6.3；殼體內側在工作中要求與排種輪外側有 1mm 的間隙，且要減小與種子摩擦力，需要半精加工，Ra 值確定為 3.2；與軸承配合的表面要與軸承外圈配合，需要定心及配合特性，Ra 值確定為 3.2；非配合表面，要求確定尺寸的粗加工即可，Ra 值確定為 12.5；對于殼體非工作表面直接鑄出即可，不需第五章 粗糙度與公差-11-加工。5.1.2 排種盤粗糙度的確定排種盤軸向需要定位，軸向兩面需要半精加工，Ra 值確定為 6.3；排種盤外側在工作中要求與殼體內側有 1mm 的間隙，且要減小與種子摩擦力，需要半精加工，Ra 值確定為 3.2；排種盤上有與鍵配合的工作表面，需要半精加工，Ra 值確定為 3.2；非配合表面，要求確定尺寸的粗加工即可，Ra 值確定為 12.5；對于殼體非工作表面直接鑄出即可，不需加工。5.2 公差的選取軸與排種盤孔的配合選擇過盈配合，公差帶代號為 H 公差等級為 7 級；軸與滾動軸承內圈的配合選擇過渡配合，公差帶代號為 h 公差等級為 7 級；軸與滾動軸承外圈的配合選擇過盈配合，公差帶代號為 H 公差等級為 7 級。第六章 課程設計的感想課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。 “千里之行始于足下” ，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。課堂上也有部分知識不太清楚，于是我又不得不邊學邊用，時刻鞏固所學知識，這也是我作本次課程設計的最大收獲。整個設計我基本上還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。希望答辯時，老師多提些問題，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩農機設計為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)課程設計說明書-12-我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元” 。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。最后，我要感謝我的老師們，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院?。參考文獻[1]于建群，申燕芳，牛序堂等. 組合內窩孔精密排種器清種過程的離散元法仿真分析. 農業(yè)工程學報，2008，24（5）：1-4.[2]于建群，馬成林，張格. 組合內窩孔精密排種器護種和投種過程分析. 農業(yè)工程學報，2001，34（4）：1-3.[3]于建群，馬成林，王立鼎. 組合內窩孔精密排種器充種過程分析. 農業(yè)工程學報，2001，32（5）：1-4.[4]張道林. 內充式排種器主要設計參數(shù)的確定. 山東工程學院學報. 1994，8（2）：1-6.[5]楊明芳. 基于離散元法的玉米排種器的數(shù)字化設計方法研究：[碩士論文]. 長春：吉林大學，2009[6]陳曉華. 機械精度設計與檢測. 北京：中國計量出版社，2006[7]安向東. AuToCAD 應用基礎教程. 北京：清華大學出版社，2007[8] 中國農業(yè)機械化科學研究院. 農業(yè)機械設計手冊（上）. 北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2007