油菜幼苗移栽機(jī)自動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【缽體育苗移栽】

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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研 究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識(shí) 到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 1  目 錄 摘要........................................................................................................................3 關(guān)鍵詞....................................................................................................................3 1前言..................................................................................................................4 1.1課題研究的意義..........................................................................................4 1.2研究課題所涉及的領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)......................4 1.2.1國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀......................................................................4 1.2.2自動(dòng)取苗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀......................................................................5 1.3國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械化發(fā)展存在的主要問題......................................................5 1.4本課題的研究?jī)?nèi)容......................................................................................5 2取苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)..............................................................................................5 2.1拔苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)..........................................................................................6 2.1.1本裝置的主要結(jié)構(gòu)及安裝......................................................................7 2.1.2工作原理..................................................................................................7 2.1.3對(duì)輥軸的參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力選擇..............................................................7 2.1.4動(dòng)力傳輸裝置..........................................................................................8 2.2輸送裝置的設(shè)計(jì)..........................................................................................9 2.2.1主要構(gòu)成部分：......................................................................................9 2.2.2工作原理................................................................................................10 2.2.3輸送裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算................................................................11 2.3落苗機(jī)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)................................................................................19 2.3.1落苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)....................................................................................19 2  2.3.2落苗機(jī)構(gòu)的工作原理............................................................................19 3其他主要零件的選擇與順滑........................................................................19 4結(jié)束語............................................................................................................19 4.1本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：........................................20 4.2論文的不足與展望....................................................................................21 參考文獻(xiàn)..............................................................................................................21 致謝......................................................................................................................23 3  油菜幼苗移栽機(jī)自動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 生: 指導(dǎo)老師： (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,長(zhǎng)沙410128) 摘要：油菜是我國(guó)優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物，長(zhǎng)江流域是我國(guó)油菜主產(chǎn)區(qū)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶，油菜面 積占我國(guó)油菜總面積的85%左右。據(jù)農(nóng)業(yè)部2007年底統(tǒng)計(jì)，湖南省冬種油菜面積1459萬畝。 而冬季可種植油菜的總面積高達(dá)3000多萬畝，發(fā)展油菜潛力巨大。由于我國(guó)移栽機(jī)械發(fā)展緩 慢，秧苗移栽幾乎全部由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、栽植質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高。 因此，實(shí)現(xiàn)油菜移栽機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。隨著缽體育苗技術(shù)的日趨完善，缽 苗栽植技術(shù)在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：移栽；機(jī)械化；缽體育苗；油菜 The Structure Design of Taking The Seedling Automatically in Thes Thransplanting Machine of Rape Seedlings Student:Du Dongfei Tutor:Wu Mingliang (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:Rape is one of a superior crop in China, the Yangtze river basin is a main producing area and advantageous belt of rape, which planting area is about 85% of the total area in China. From the statistics of agriculture ministry in the end of 2007, the area for winter planting rape is 14.59 million mu in Hunan province, and the area suit for winter planting rape can reach up to 30.00 million mu , which reveal a large potential in the rape industry. The development of transplant machine is slowly in China, so the transplant of seedling is almost all completed by artificial, which high in labor intensity and production costs but low in production efficiency and transplanting quality. Therefore, to realize mechanization of the rape-transplant is in a hurry for agricultural production. The bowl seeding planting technology is widely used in the domestic and 1  overseas with the gradually maturing bowl seeding technology. Key words:ransplant, mechanization, bowl seeding , rape 1前言 育苗移栽具有對(duì)氣候的補(bǔ)償作用和使作物生育提早的綜合效益，其經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益均十分顯著。栽植機(jī)械化可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效益和保證作 業(yè)質(zhì)量，是影響育苗移栽技術(shù)推廣的關(guān)鍵。我國(guó)從60年代開始研究旱地栽植機(jī)械， 初期的栽植機(jī)主要用來移栽玉米和棉花等作物。但農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝明顯脫節(jié)，忽略了 綜合經(jīng)濟(jì)效益，更沒有科學(xué)地分析育苗移栽機(jī)械化過程的種植技術(shù)難題，從而使 這一技術(shù)擱淺。近幾年，由于國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的推廣應(yīng)用的重視，以及勞動(dòng) 力成本的上升，育苗移栽得到了科研和生產(chǎn)部門的廣泛關(guān)注。 【32】 1.1課題研究的意義 目前我國(guó)的移栽機(jī)械，根據(jù)移栽機(jī)工作時(shí)需要的人工干預(yù)程度，移栽機(jī)械大 致有兩種：①半自動(dòng)栽植機(jī)，在栽植過程中，由人工分出單棵的秧苗喂入栽植機(jī)， 由機(jī)具完成開溝、栽苗、扶苗和覆土等工作。人工喂苗頻率一般在60株/min左 右，我國(guó)目前研制和推廣的栽植機(jī)基本上都是半自動(dòng)的。②全自動(dòng)栽植機(jī)，由機(jī) 械或人工喂入一組秧苗（如一張苗盤），由機(jī)具完成分苗和栽植任務(wù)，稱為全自 動(dòng)栽植機(jī)。我研究的課題則是油菜自動(dòng)移栽機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)——自動(dòng)取 苗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 【18】 。 1.2研究課題所涉及的領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 （1）國(guó)外移栽機(jī)發(fā)展概況 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)30年代就出現(xiàn)了手工喂苗的栽植機(jī)具，50年代研制 出多種不同結(jié)構(gòu)形式的半自動(dòng)移栽機(jī)和簡(jiǎn)易制缽機(jī)，到80年代，半自動(dòng)移栽機(jī) 已在生產(chǎn)中廣泛使用，制缽機(jī)已成系列。目前，一些發(fā)達(dá)的國(guó)家已實(shí)現(xiàn)甜菜、玉 米、蔬菜和煙草等旱地作物的育苗工廠化和移栽機(jī)械化。機(jī)型比較成熟，工作可 靠性較好，推廣應(yīng)用廣泛。栽植機(jī)械以半自動(dòng)為主，全自動(dòng)機(jī)型均因結(jié)構(gòu)過于復(fù) 雜，價(jià)格高而沒有廣泛推廣 。 【30】【25】 （2）國(guó)內(nèi)移栽機(jī)發(fā)展概況 我國(guó)的旱地栽植機(jī)械的研究開始于20世紀(jì)60年代，起步較早，但農(nóng)機(jī)和農(nóng) 藝明顯脫節(jié)，忽略了綜合經(jīng)濟(jì)效益，更沒有科學(xué)地分析育苗移栽機(jī)械化過程的種 植技術(shù)難題，從而使這一技術(shù)擱淺。近年來，栽植機(jī)械伴隨著旱地育苗移栽技術(shù) 2  的研究和推廣而發(fā)展起來，已成為科研和生產(chǎn)部門關(guān)注的問題之一，又有多種新 型栽植機(jī)械出現(xiàn)。但總體來講，目前我國(guó)研制使用的栽植機(jī)械仍處于起步階段， 以半自動(dòng)為主。目前，移栽機(jī)按栽植器型式可分為鉗夾式、鏈夾式、吊杯式、導(dǎo) 苗管式及撓性圓盤式移栽機(jī)。不同型式的移栽機(jī)有其各自的特點(diǎn)，適合不同作物 移栽的要求。目前國(guó)內(nèi)已有的移栽機(jī)主要適用于秧苗株高<30cm，株距大于>20 cm的玉米、甜菜和煙草等作物的移栽。而國(guó)內(nèi)正在加緊移栽機(jī)的研制工作，主 要有：黑龍江省白樺耕作機(jī)廠研制2YZ一2，2YZ一4和2YZ一6移栽機(jī)；蘇州 金果實(shí)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備有限公司生產(chǎn)的多功能移栽機(jī)和2ZM一1型秧苗栽植鋪膜 機(jī)；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械廠研制的2ZT一2型甜菜移栽機(jī)；北京京鵬有限公司生 產(chǎn)的PCI0移栽機(jī)；遼寧省鞍山市農(nóng)業(yè)機(jī)械廠與中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院合作 進(jìn)行研制的國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目一玉米、蔬菜移栽機(jī)等 【5】【4】 。 1.2.2自動(dòng)取苗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 目前移栽機(jī)自動(dòng)取苗裝置的研究還較少，通過大量文獻(xiàn)收集概括有以下幾 種，從實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)分為機(jī)械式和氣吸式，從取苗類型分為機(jī)械夾苗取苗式、機(jī)械夾 土取苗式和氣吸氣吹自動(dòng)排苗式 。 【20】【28】 1.3國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械化發(fā)展存在的主要問題 經(jīng)過40年的研究和推廣，我國(guó)的旱地栽植機(jī)械有了較大的進(jìn)展，但是目前 仍然處在起步階段，在許多方面還是空白，研制的移栽機(jī)幾乎沒有得到推廣應(yīng)用， 這其中存在許多低水平的重復(fù)研究、農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝脫節(jié)、相關(guān)技術(shù)及機(jī)具不配套等 問題。其中主要包括以下幾個(gè)方面：1、移栽機(jī)與配套技術(shù)機(jī)具脫節(jié)；2、機(jī)具的 “三化率”低，可靠性差；3、機(jī)具自動(dòng)化程度尚待提高 【21】 。 1.4本課題的研究?jī)?nèi)容 （1）在查閱、分析、研究相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，完成開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述； （2）廣泛查閱資料，通過各種渠道了解移栽機(jī)自動(dòng)取苗裝置； （3）以現(xiàn)有的一些移栽機(jī)設(shè)計(jì)為參考，深入研究油菜移栽機(jī)自動(dòng)取苗裝置； （4）運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械原理等專業(yè)知識(shí)對(duì)該課題做機(jī)構(gòu)及機(jī)械傳動(dòng)方面 的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行一些實(shí)體建模設(shè)計(jì)。 2取苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 取苗機(jī)構(gòu)是油菜移栽機(jī)的重要組成部分。通過該機(jī)構(gòu)從苗盤中取出并送至栽 植機(jī)構(gòu)，完全替代油菜移栽機(jī)中的人工喂苗過程，將人從繁重、重復(fù)的工作中解 脫出來，同時(shí)極大提高了移栽機(jī)的工作效率。 3  設(shè)計(jì)的取苗機(jī)構(gòu)主要分為三個(gè)部分，分別為拔苗機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、落苗機(jī)構(gòu)。 本裝置設(shè)計(jì)的要求和依據(jù)有以下方面：苗的平均高度是100mm，輸送裝置要 求每分鐘輸送60棵幼苗到栽植系統(tǒng)，株距為200mm，而且苗盤中每個(gè)空腔的尺 寸為30mm×30mm。其穴盤的形狀如下圖，而我設(shè)計(jì)的裝置只是用于單排穴盤的 取苗 【24】 ： 圖1穴盤結(jié)構(gòu) Fig.1 Structure of Plug 我設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)圖形如下： 圖2自動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) Automatically take the seedlings in the overall structure Fig.2 2.1拔苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 拔苗機(jī)構(gòu)是將苗從苗盤中取出，并送至開始傳送點(diǎn)處的過程。為了實(shí)現(xiàn)這一 過程，設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)輥拔苗機(jī)構(gòu)裝置。傾斜安裝，且對(duì)輥軸的前部分有螺紋，便 于輸送幼苗。 基本結(jié)構(gòu)如下所示： 4  圖3對(duì)輥拔苗裝置 Fig.3 To pull seedlings devices on the roll 2.1.1本裝置的主要結(jié)構(gòu)及安裝 這個(gè)裝置主要包括安裝架，兩根拔苗對(duì)輥軸，拔苗對(duì)輥安裝架，拔苗對(duì)輥 開口支架和軸承等，所述的拔苗對(duì)輥開口支架與拔苗對(duì)輥安裝架的下端直接安裝 在安裝板上，其下端為長(zhǎng)方體，上端為與水平面法線成一定角度固連的安裝板， 利于兩根拔苗對(duì)輥軸的斜角度安裝，第一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥軸通過軸承 水平安裝在拔苗對(duì)輥安裝架和拔苗對(duì)輥開口支架上，所述第一拔苗對(duì)輥軸和第二 拔苗對(duì)輥軸之間的間隙剛好使得缽苗通過，第一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥軸通 過動(dòng)力裝置帶動(dòng)并且第一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得缽苗在第 一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥軸的帶動(dòng)下，通過第一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥 軸之間的間隙從下往上運(yùn)動(dòng)，達(dá)到將缽苗盤中的缽苗撥出的效果。 2.1.2工作原理 當(dāng)缽苗盤中的缽苗進(jìn)入到第一拔苗對(duì)輥軸第一拔苗對(duì)輥軸和第二拔苗對(duì)輥 軸第二拔苗對(duì)輥軸的中間，通過對(duì)輥軸的對(duì)輥夾持住缽苗，對(duì)輥機(jī)構(gòu)的對(duì)輥?zhàn)饔? 給定缽苗一個(gè)向上的力將缽苗從缽體中拔出，同時(shí)斜角度安裝的對(duì)輥起到螺旋輸 送的作用，將缽苗輸送至輸送機(jī)構(gòu)，到此拔苗過程完全實(shí)現(xiàn)。 2.1.3對(duì)輥軸的參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力選擇 對(duì)輥軸在工作的時(shí)候，不僅要進(jìn)行拔苗，同時(shí)也需要將苗運(yùn)到輸送裝置處， 因此，對(duì)輥軸的表面選用螺紋，這樣即可同時(shí)拔苗和運(yùn)送的過程 。 [17][18] 5  +和右旋；按螺紋母體形狀的不同可分為圓柱螺紋與圓錐螺紋；按照齒形分 為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋等。根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及使用要求和性 能，本機(jī)構(gòu)采用矩形單線螺紋。 取苗從拔出到運(yùn)至輸送裝置的苗的高度h=100mm，由于拔苗機(jī)構(gòu)的對(duì)輥軸還 需要完成螺旋輸送的過程，要實(shí)現(xiàn)這一過程只需要保證拔苗完成的過程和將苗運(yùn) 送到輸送裝置的時(shí)間t相等即可，設(shè)對(duì)輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速為n，對(duì)輥軸的螺距p， 【22】 螺紋的中徑d，則有一下關(guān)系 ： h t =（v是輸送速度） (1) (2) v πnd v = 60×1000 H=0.1m 則有 t = 0.1×60×1000 πnd (3) (4) (5) pn t 60 輸送的距離 AB = pn = 30 60 取螺距p=3，AB=240，則有轉(zhuǎn)速n=600r/min，d=22mm，公稱直徑選24mm，由于 屬于傳動(dòng)螺紋，所以選擇單線矩形螺紋,軸長(zhǎng)240mm，支撐部分軸長(zhǎng)150mm，直徑 20mm。輸入的功率P=FV=0.75kw。 【19】 工作部分的和聯(lián)接部分的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有大徑、螺距、導(dǎo)程、牙型角等。 根據(jù)對(duì)輥軸的作用，初步選定軸的直徑為35mm，長(zhǎng)度為240mm。軸的尾端屬 于安裝部分因此直徑選用20mm長(zhǎng)度150mm即可。 選定公稱直徑d = 24mm查表10-1得d2 = 20.052mm 螺距P=3 d1 = 20.752mm 導(dǎo)程 S = nP =1×3 = 3 (6) (7) 螺旋升角 tanψ = nP πd2 = 0.043 矩形螺紋牙側(cè)角β = 3，所以牙型角α = 2β = 6(8) 0 0 由于對(duì)輥軸的主要作用是傳動(dòng)，所以不需要校核。 2.1.4動(dòng)力傳輸裝置 該動(dòng)力裝置通過電機(jī)然后再通過一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)到對(duì)輥軸，由計(jì)算初步確 定，錐齒輪的輸入功率為0.75kw，工作轉(zhuǎn)速為600r/min，平穩(wěn)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，兩軸 6  交角∑= 750，傳動(dòng)比i=1，材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理加工精度7級(jí)。由上述已 知條件，可以考慮采用一對(duì)直齒錐齒輪，其特點(diǎn)為齒形簡(jiǎn)單，制造容易，成本低。 直齒錐齒輪選取大端面模數(shù)m=3，齒數(shù)z=40，齒形角20°，齒頂高系數(shù)ha =1頂 隙系數(shù)c*=0.2.則錐齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算過程如下 【12】 ： 分度圓直徑 分度圓錐角 d1 = d2 = mz =120mm (9) (10) sin∑ δ1 = arctan = 37.5 0 i +cos∑ ∑ 0 δ2 = ?δ1 = 38 (11) （12) d1 外錐距 R = =100 2sinδ 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 da = m(z + 2cosδ) =124.76mm d f = m(z ? 2.4cosδ) =114.28mm 表1錐齒輪參數(shù) (13) (14) Table.1 Parameters of the bevel gear 大斷面模數(shù)M 3 齒數(shù)Z 圓錐角δ1 外錐距 R1 齒頂圓直徑da 齒根圓直徑d f 分度圓直徑d 齒頂高系數(shù)ha 頂隙系數(shù)c 40 20.5° 88.89 122.76 113.25 120 61.5° 68.27 122.86 116.56 1 0.2 2.2輸送裝置的設(shè)計(jì) 2.2.1主要構(gòu)成部分： 輸送裝置包括對(duì)稱設(shè)置的兩套皮帶輸送裝置，兩套所述皮帶輸送裝置通過動(dòng) 力裝置帶動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩套所述皮帶輸送裝置的皮帶在水平面上相對(duì)設(shè)置，所述 第一皮帶和第二皮帶之間設(shè)有間隙為傳送通，所述皮帶輸送裝置包括主動(dòng)帶輪、 從動(dòng)帶輪、和多個(gè)引導(dǎo)帶輪；所述至少一套皮帶輸送裝置的引導(dǎo)帶輪通過壓緊裝 置安裝在所述安裝板上，所述壓緊裝置使得兩套所述皮帶輸送裝置的所述引導(dǎo)帶 7  輪相對(duì)緊壓，所述壓緊裝置包括導(dǎo)軌、復(fù)位彈簧、柱形管、引導(dǎo)輪套桿支架和支 撐架，所述導(dǎo)軌和所述支撐架安裝在所述安裝板上，所述引導(dǎo)帶輪安裝在所述引 導(dǎo)輪套桿支架上，所述引導(dǎo)輪套桿支架滑動(dòng)安裝在所述導(dǎo)軌上并且可沿所述導(dǎo)軌 移動(dòng)，所述柱形管安裝在支撐架上并且設(shè)置在支撐架和引導(dǎo)輪套桿支架之間，所 述柱形管上安裝有復(fù)位彈簧，所述復(fù)位彈簧的一端與引導(dǎo)輪套桿支架接觸，另一 端通過套裝在柱形管上的套筒擋??；所述套筒的另一端與支撐架固連。所述皮帶 輸送裝置通過主動(dòng)軸輸送動(dòng)力，主動(dòng)帶輪安裝在主動(dòng)軸上，所述主動(dòng)軸上安裝有 主動(dòng)鏈輪，主動(dòng)鏈輪通過鏈條與安裝在從動(dòng)軸上的從動(dòng)鏈輪連接，所述從動(dòng)軸上 還安裝有主傳動(dòng)齒，另一套皮帶輸送裝置的從動(dòng)軸上安裝有從傳動(dòng)齒，主傳動(dòng)齒 與從傳動(dòng)齒嚙合傳送動(dòng)力，從而使得兩套皮帶輸送裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 【14】 2.2.2工作原理 輸送機(jī)構(gòu)的第一皮帶和第二皮帶將缽苗從輸送機(jī)構(gòu)的輸入端輸送到輸出端， 皮帶輸送裝置的引導(dǎo)帶輪通過壓緊裝置安裝在所述安裝板上，所述壓緊裝置使得 兩套所述皮帶輸送裝置的所述引導(dǎo)帶輪相對(duì)緊壓，因此為給對(duì)輥加速落苗機(jī)構(gòu)提 供工作空間，在壓緊裝置的帶動(dòng)下使得兩皮帶輸送裝置的皮帶之間可以根據(jù)缽苗 被夾持的莖稈直徑的大小來相應(yīng)的調(diào)整壓力，驅(qū)動(dòng)輪右端設(shè)計(jì)引導(dǎo)輪，引導(dǎo)輪支 架通過鏈傳動(dòng)由第一驅(qū)動(dòng)輪支架提供動(dòng)力；第一驅(qū)動(dòng)輪和引導(dǎo)輪一起為第一V 型皮帶提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，第一左導(dǎo)向輪、第二左導(dǎo)向輪為皮帶提供導(dǎo)向作用，第一 左從動(dòng)輪能在x軸方向上運(yùn)動(dòng)，第一V型皮帶寬松時(shí)，復(fù)位彈簧的彈簧力推動(dòng)從 動(dòng)輪套桿支架往左運(yùn)動(dòng)起到拉緊皮帶作用，當(dāng)?shù)谝恍推埦o時(shí)，在拉力作用下 拉動(dòng)從動(dòng)輪套桿支架往右運(yùn)動(dòng)壓縮復(fù)位彈簧，從而達(dá)到調(diào)節(jié)第一V型皮帶31在 x軸方向間隙的作用，同理第一左從動(dòng)輪調(diào)節(jié)第一V型皮帶在x軸方向間隙；通 過第一V型皮帶和第二V型皮帶的對(duì)輥?zhàn)饔脢A持缽苗，將拔苗機(jī)構(gòu)拔取的缽苗輸 送至對(duì)輥加速落苗機(jī)構(gòu)，在輸送過程中，缽苗被夾持的莖稈直徑有大小之分，當(dāng) 缽苗直徑較大時(shí)，第一皮帶第一V型皮帶受力固定不動(dòng)，第二皮帶第二V型皮帶 受力將往外擠壓，在擠壓力作用下，導(dǎo)向輪壓緊裝置套桿支架往外擠壓復(fù)位彈簧， 使得第一皮帶和第二皮帶之間的間隙適應(yīng)缽苗的莖稈直徑，同時(shí)向外部（y軸方 向）微量移動(dòng)調(diào)整間隙，而當(dāng)被夾持的莖稈直徑變小時(shí)，在復(fù)位彈簧的彈簧力作 用下，導(dǎo)向輪壓緊裝置帶動(dòng)套桿支架帶動(dòng)導(dǎo)向輪和第二皮帶第二V型皮帶向內(nèi)微 調(diào)，可實(shí)現(xiàn)第一V型皮帶和第二V型皮帶之間輸送間隙的從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 8  圖4傳動(dòng)裝置的示意圖 Fig.4 A schematic view of the transmission means 皮帶張緊裝置如下圖所示： 圖5張緊裝置 Fig.5 Tensioning means 此張緊裝置不僅可以起到張緊皮帶輪的作用，由于油菜幼苗的大小不一樣， 所以又可以起到調(diào)節(jié)對(duì)輥皮帶傳動(dòng)之間的間隙的作用。 【15】 2.2.3輸送裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算 9  1、動(dòng)力的設(shè)計(jì)選擇 根據(jù)要求可以設(shè)定所選動(dòng)力機(jī)為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=0.75KW， 轉(zhuǎn)速n1= 600 r ，傳動(dòng)比i=2，由于屬于農(nóng)用機(jī)械，所以一天運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間大約 為8h。 首先選定V帶的型號(hào)：由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材表11-6查得工作情況系數(shù)Ka=1， 所以計(jì)算功率 Pc=Ka Pc = K AP = 1*0.75 = 0.75KW (15) 根據(jù) Pc和n1由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材圖11-12確定選用A帶。 確定帶輪基準(zhǔn)直徑：由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材表11-7取主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 d1=d2=125mm (16) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材表11-7取d2=200mm。這是將使n2降低，但其誤差在 范圍內(nèi)，所以允許。 + ? 5% 驗(yàn)算帶的速度：根據(jù)教材公式11-15，帶的速度為 πd1n1 v = = 3.925ms (17) 60×10000 帶速在5-25范圍內(nèi)，帶速合適。 確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距：根據(jù)0.7（d1+d2）< a0<2(d1+d2),初定中 心距a0=220mm。由公式11-2計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 (d2 ?d1) 2 4a0 L0 = 2a0 + π (d1 + d2)+ = 752.5mm （18) 2 根據(jù)教材表格11-2選取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為 Ld=800mm。 按照公式11-22計(jì)算實(shí)際中心距 a ≈ a + Ld ? L0 ≈ 204mm (19) (20) 0 2 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：根據(jù)教材公式11-1得 ? d2 ?d1 ×57.3 =180 ≥120 0 0 0 α1 =180 0 a 主動(dòng)輪上的包角合適。 確定帶數(shù)：由教材可知 Pc z = (21) (P0 + ?P0)KαKL 根據(jù) α1 =161.6，查表11-5，得 Kα = 0.95;根據(jù) Ld = 800mm ，查表11-2，得 KL = 0.85;由n1=1440r/min，i=2， d1=125mm，查表11-3和表11-4，得 10  P0 =1.909kW,?P0 = 0.168kW，則 Z=1.06 取z=1根。 確定帶的張緊力：由公式11-23得單根V帶張緊力 F = 500× P 2.5 ?1)+0.1×3.952 C ( 2 =145N (22) (23) 0 zv Kα 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的載荷： α1 FQ = 2zF0 sin = 290N 2 軸的校核： 1，各軸的轉(zhuǎn)速： 第一根軸： n1 = 600 r min (24) (25) 第二根軸： n2 = 600 r min 2，各軸功率 第一根軸： P1 = P = 0.75kW P2 = P1×η = 0.72kW (26) (27) 第二根軸: (其中查表可得η 取0.96) 3，各軸轉(zhuǎn)矩 第一根軸： P T1 = 9550 n 1 =11.94N / m （28） （29） 1 P 第二根軸： T2 = 9550 n 1 =11.46N /m 1 4.軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 已知輸出軸上的功率P1=7.5KW，轉(zhuǎn)速nⅡ =1440r /min， P2 = P1η = 0.72KW （31） 11  轉(zhuǎn)矩 T 2=11.46N/m (32） （33） （1）選擇材料初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表7-11，取C=112，于是得 P2 dmin ≥ c3 = 24mm N2 最小軸徑顯然是安裝大帶輪處軸的直徑，由于此處開鍵槽故將直徑加大 10%-15%，取dmin = 30mm （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 【24】 圖6軸的結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.6 The shaft of the schematic structure view 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 （1）第一段軸長(zhǎng)17，直徑30，查表6-11可得普通V帶帶輪寬B=20，取B=25mm， 為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上,大帶輪與軸的周向定位 采用平鍵連接。查表5-73選用的平鍵尺寸為：b×h×L=10mm×8mm×18mm。 （2）第二段長(zhǎng)242密碼，直徑35mm。。 （3）第三段設(shè)計(jì)直徑為38mm，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為51mm （4）第四段長(zhǎng)度為96mm。 （5）初步選擇滾動(dòng)軸承：軸主要承受徑向力作用，故選用深溝球軸承，參照工 作要求，并根據(jù)d2 = 34mm，查表8-23選擇深溝球軸承6007，其尺寸d×D× B=35mm×62mm×14mm，故lⅢ?Ⅳ = l =14mm軸的總長(zhǎng)為273mm。 3，軸上載荷的計(jì)算 已知皮帶輪對(duì)軸的壓力 F0 =145N，轉(zhuǎn)矩T2 =11.46N.m，取帶輪為GA = 30N并且 假設(shè)重量在軸上呈線性均勻分布 受力分析 12  帶輪 水平力 鉛垂力 Fr = F0 =146N Fa = GA = 30N 選擇軸的材料，并確定需用應(yīng)力：選用45鋼正火處理，由教材表14-1查得強(qiáng)度 極限σ B = 600MPa，由教材表14-5查得其許用彎曲應(yīng)力[σ ?1b] = 55MPa. 由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖克制軸的支承跨度為L(zhǎng)=614mm 按照彎扭合成校核軸的強(qiáng)度 ： 【22】【24】 ①求水平面支反力： FAH = F0 =146N = F2t MCH = FAH L2 = 9782N.mm （34） （35） （36） ②繪制水平面彎矩圖 ③求垂直面支反力：由∑M B = 0得 L + Fa d ? FAVL = 0(d =125mm) Fr 2 2 FAV = 87N FBV + Fr ? FAV = 0 FBV = 59N 由∑ F = 0得 （37） ④繪制垂直面彎矩圖：截面C左側(cè)彎矩 MCV = FAV L2 = 5829N.mm 截面右側(cè)彎矩 （38） MCV ' ; = FBV L2 = 3953N.mm ⑤繪制合成彎矩圖：根據(jù)M = M H 2 + MV 2得 2 MC = M CH + M 2 CV =11387N.mm （39） M ' C = M 2CH + M '2CV =10550N.mm ⑥繪制轉(zhuǎn)矩圖： T = Ft d =18250N.mm （40） （41） 2 ⑦繪制當(dāng)量彎矩圖： M e = M +(αT) 2 2 13  由當(dāng)量彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu)圖可知，C和D處都有可能是危險(xiǎn)截面，應(yīng)當(dāng)分別計(jì)算 其當(dāng)量彎矩。但是由于D點(diǎn)不用要求設(shè)計(jì)，所以只需要校核C點(diǎn)。而此處可將軸 的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力看做脈動(dòng)循環(huán)，取α ≈ 0.6，則 C截面有：M ce = M C +(αT) =15205N.mm 2 2 M ce = M C =10550N.mm （42） ' ⑧校核危險(xiǎn)截面處的強(qiáng)度： M ce M ce σ eb = Wc = 3 ≤ 55MPa （43） 0.1×d2 故軸的強(qiáng)度足夠。 圖7軸的校核與強(qiáng)度計(jì)算 Fig.7 Verification and strength calculation of axis 5.滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 【11】【1】 已知裝軸承處軸徑d=33mm，轉(zhuǎn)速n=720r/min,選用深溝球軸承6007， c = 8600N 14  軸承載荷校核 對(duì)深溝球軸承，其徑向基本 額定載荷 1 Cr = f pP ? ? 60n ? ? ? ε Lh ft ? 10 6 中Cr—基本額定動(dòng)載荷，查表8-23得Cr=8.6kN f p—載荷系數(shù)，查表8-15取 f p=1 P—當(dāng)量動(dòng)載荷，N ft—溫度系數(shù)，查表8-14得 ft=1 Lh—基本額定壽命，本機(jī)預(yù)設(shè)壽命 Lh=4000h n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min ε—壽命指數(shù)，對(duì)球軸承ε=30 帶入數(shù)值求得P=1723.44N故在規(guī)定的條件下，6007軸承可用。 2.2.4輸送裝置的參數(shù) 小帶輪的輸入功率： P P1 =ηn （44） （45） 2 ηn =η1η2 = 0.921984 2 P1 =ηn P2 = 3.45744KW （46） η1表示V帶的傳動(dòng)效率取0.96 η2表示一對(duì)滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率取0.98 根據(jù)要求輸送裝置每分鐘要輸送60棵幼苗且株距為0.2m。 輸送V帶的速度v = 0.2×60 = 0.2ms 60 取輸入軸小帶輪的直徑為125mm，由 πd1n1 v = （47） （48） 60×1000 小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 = v×60×1000 = 30.57 r min π ×d1 由表11-6查得工作情況系數(shù) K A =1,所以計(jì)算功率 Pc = P1×K A = 0.345kW （49） 根據(jù)圖11-12，根據(jù)Pc和n確定選用A型帶 15  由Pc=FeV（Fe表示V帶的工作阻力）得 【25】 Fe=17.25N （50） 設(shè)一根皮帶的緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2，則有 Fe=F1—F2 （51） （52） F1 = e fα F2 本裝置采用一個(gè)主動(dòng)輪，兩個(gè)從動(dòng)輪，兩個(gè)引導(dǎo)輪。選定跟們的直徑分別為 125mm、160mm、200mm、180mm、125mm。如下圖所示 圖8帶輪間的中心距的關(guān)系圖 Fig.8 Pulley center distance between the diagram 有前面的計(jì)算可知輪1和輪2的中心距為220mm，設(shè)從右至左半徑依次為 r1,r2,r3,r4,r5. 根據(jù)已知關(guān)系有： tanα (r2 ?r2) = 220 （53） （54） 2 可得tanα = 6.3 2 依次可以算出剩下幾個(gè)帶輪之間的中心距，依次為252mm、126mm、350mm。 2.2.5對(duì)輥裝置之間的動(dòng)力傳動(dòng)參數(shù) 由于是對(duì)輥裝置所以動(dòng)力由一側(cè)傳到另一側(cè)時(shí)需要用齒輪傳動(dòng) 。 【9】【27】 根據(jù)要求及設(shè)計(jì)，齒輪之間的中心距為130mm，而這對(duì)齒輪作用主要是傳遞 動(dòng)力，所以可以選擇傳動(dòng)比i=1，可求出分度圓的直徑d=mz=130mm，選m=2.5， 即可得出 齒數(shù) z=52 （55） （56） 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 da = m(z + 2) =135mm 16  d f = m(z ? 2.5) =123.75mm ha = m = 2.5mm （57） （58） （59） 齒頂高 齒根高 齒高 hf =1.25m = 3.125mm h = 2.25m = 5.625mm （60） 2.3落苗機(jī)構(gòu)的理論設(shè)計(jì) 2.3.1落苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 對(duì)輥加速落苗機(jī)構(gòu)包括第一對(duì)輥軸、第二對(duì)輥軸、第一對(duì)輥軸支撐架、第二 對(duì)輥軸支撐架、滾動(dòng)軸承，第一對(duì)輥軸（第二對(duì)輥軸）通過滾動(dòng)軸承安裝在對(duì)輥 軸支撐架上，第一對(duì)輥軸支撐架（第二對(duì)輥軸支撐架）與安裝板固連。 2.3.2落苗機(jī)構(gòu)的工作原理 輸送機(jī)構(gòu)送苗機(jī)構(gòu)輸送的缽苗達(dá)到輸送機(jī)構(gòu)的輸出端在引導(dǎo)輪末端處后，由 于一旦沒有V型皮帶的夾持，將缽苗在重力的作用做呈現(xiàn)斜拋動(dòng)，在有限時(shí)間內(nèi) 落入對(duì)輥落苗裝置的第一落苗對(duì)輥軸和第二落苗對(duì)輥軸之間的落苗口處兩對(duì)輥 軸中心處，對(duì)輥軸夾持缽苗的基質(zhì)處，通過對(duì)輥的作用過程取消缽苗向后運(yùn)動(dòng)的 水平速度，同時(shí)給定缽苗一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的加速度，加速缽苗向下運(yùn)動(dòng)，縮短向下 運(yùn)動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)造成的投苗誤差。 【4】 3其他主要零件的選擇與潤(rùn)滑 可調(diào)性導(dǎo)軌4個(gè)、復(fù)位彈簧4個(gè)、柱形管4個(gè)、引導(dǎo)輪套架6個(gè)、支架6 個(gè)、套桿支架4個(gè)、M10螺栓10個(gè)、深溝球軸承6個(gè)、對(duì)輥軸支撐架2個(gè)、普 通平鍵5個(gè)。 齒輪的潤(rùn)滑：由于都是開式齒輪采用人工定期加油潤(rùn)滑 深溝球軸承的潤(rùn)滑：采用脂潤(rùn)滑。 4結(jié)束語 缽體育苗技術(shù)是一種非傳統(tǒng)的常規(guī)苗盤育苗的新型育苗技術(shù)，育苗移栽具有 培育壯苗，解決作物栽培季節(jié)矛盾，促進(jìn)糧油增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。隨著缽體育苗技術(shù)的 發(fā)展與日漸成熟，秧苗移栽技術(shù)也越來越收到廣大農(nóng)機(jī)專家與種植戶的重視，缽 苗移栽機(jī)械在國(guó)內(nèi)外取得很大的發(fā)展與應(yīng)用。 【6】 國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家在2000年以后，隨著插秧機(jī)技術(shù)的日漸成熟及廣泛使用， 17  其栽植臂的機(jī)構(gòu)開始在移栽機(jī)的取苗部件上得到推廣，從而得到了一些插秧機(jī)栽 植臂衍生的少數(shù)的移栽機(jī)取苗部件。比如2000年韓國(guó)的K.H.Ryu研制了由伺服電 機(jī)、單片機(jī)、視覺系統(tǒng)及其傳感裝置組成的栽植機(jī)機(jī)械手，其在室內(nèi)靜態(tài)的試驗(yàn) 中，取苗成功率已經(jīng)達(dá)到了90%，但該種裝置只適宜定點(diǎn)取苗，并不適宜環(huán)境復(fù) 雜的大田作業(yè)，可靠性也有待加強(qiáng)。美國(guó)FrankW.Faulring等人為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移栽 機(jī)設(shè)計(jì)的真空泵式取苗系統(tǒng)。工作原理為：取苗時(shí)，苗盤（包括底盤）被整體放 入定位裝置，隨后將底盤抽出，所有缽苗穩(wěn)穩(wěn)地落在后備托盤上。后備托盤上有 一個(gè)落苗口孔連接落苗管，當(dāng)移動(dòng)缽苗至與這個(gè)落苗口孔相對(duì)中時(shí)，缽苗在自重 力及小電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生的吸引力作用下，將缽苗自穴盤成功吸落，經(jīng)過導(dǎo)苗 管后再完成栽植作業(yè)。待取缽苗由相應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置依次移至此落苗口孔，繼而實(shí)現(xiàn) 連續(xù)取苗。由于所有力都作用在使苗做向下方向的運(yùn)動(dòng)，所以在操作中不存在有 缽苗側(cè)向翻轉(zhuǎn)等的問題。此操作能夠保證較好地達(dá)成取苗栽植來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的效 果，但是這種移栽機(jī)成本高。 【5】 目前國(guó)內(nèi)蔬菜栽植全部用人工完成，油菜栽植機(jī)幾乎是空白，研究工作非常 少，就其當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，我國(guó)油菜栽植機(jī)械的研究和應(yīng)用還處于發(fā)展階段。而 且國(guó)內(nèi)對(duì)移栽機(jī)械的研究和開發(fā)仿造較多，還沒有重大的改進(jìn)和技術(shù)上的突破。 幾乎所有的缽(育)苗移栽機(jī)械都采用人工喂苗。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的很多專家也開始著 手取苗部件方面的研究。比如：2000年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的馬瑞峻等人提出了一種人 機(jī)結(jié)合的全自動(dòng)2自由度機(jī)械手式穴盤水稻缽苗有序移栽機(jī)械的設(shè)計(jì)方案，由單 片機(jī)控制的機(jī)械手自動(dòng)地完成穴盤水稻秧苗的有序拋栽作業(yè)，自動(dòng)化程度得到了 大幅度的提升，但其秧夾開啟時(shí)的可靠性尚未得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。 長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)專家與學(xué)者對(duì)移栽機(jī)械進(jìn)行研究，取得一定的發(fā)展，但 國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)上出現(xiàn)或者公開的移栽機(jī)械的打孔栽植部件仍不能滿足生產(chǎn)的需 要。因此，有必要研究設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低并能滿足農(nóng)藝要求的新型拔 苗、送苗、落苗裝置。 4.1本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)拔苗，不需要人工喂苗，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)約成本； 2)將栽植系統(tǒng)中拔苗、排序、輸送、落苗等四個(gè)工序連貫實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)一體式 工作，既提高機(jī)構(gòu)的工作效率又保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠； 3)實(shí)現(xiàn)不傷苗的排序與輸送，工作過程中皮帶輪之間軸向與縱向的間隙能夠 自動(dòng)調(diào)整，兩皮帶輪之間間隙始終仿形秧苗莖稈直徑； 18  4)機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工制造、成本低、適應(yīng)性好，適合我國(guó)國(guó)情 4.2論文的不足與展望 本文的相關(guān)理論設(shè)計(jì)計(jì)算可能嚴(yán)謹(jǐn)性不是很好，而且一些小部件的，小零件 的設(shè)計(jì)也很粗糙，同時(shí)本裝置還可以進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)與使用性 并進(jìn)，早日實(shí)現(xiàn)大面積的移栽自動(dòng)化。 參考文獻(xiàn) [1]尹業(yè)宏,孫金風(fēng),安寧,等.同步扶正棉苗移栽機(jī)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè) 學(xué),2010,29(1):194-196. 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