插秧机分插系统的设计.doc

目录
一、设计要求、目标及意义 1
1.1水稻插秧机介绍 1
1.2分差机构设计要求分析 1
二、总体方案设计和论证 1
2.1总体方案设计 1
2.2总体方案评定和确定 2
三、机构分析和计算 3
3.1曲柄摇杆机构三维动态仿真 3
3.2曲柄摇杆机构理论计算验证 5
3.2.1建立位移方程 6
3.2.2建立速度方程 7
3.2.3建立加速度方程 8
四、关键部件设计 9
4.1推秧机构设计 9
五、结论 11
六、心得体会和提议 12
七、参考文件 12

需要三维零件图、装配图、autoCAD图，汇报PPT，联络微信qiufeng3577

一设计要求、目标及意义
1.1水稻插秧机介绍
中国传统插秧工具──秧马和莳扶，已经有近千年使用历史。宋代苏轼曾作“秧马歌”，叙说了湖北农民使用秧马情景。使用莳扶能够替换手工分秧，并将秧苗梳入泥中定植，直至20世纪50年代，一些地域仍在使用。中国水稻插秧机研制工作始于1953年。1956年在莳扶分秧方法启发下，首次提出群体逐次分格取秧、直接栽插秧苗分插原理，从而在水稻插秧机研制上取得了突破，研制出水稻拔取苗移栽第一代样机。到1960年，各地推荐生产上使用人力、畜力插秧机已达21种。1967年，第一台自走式机动插秧机“东风-2S”型经过判定定型并投入生产，天天可插秧15～20亩。
日本于1898年,发表第一个水稻插秧机专利;意大利于19开始研究拔秧苗水稻插秧机，至50年代已经有拖拉机配套商品出售,但全部因为结构复杂、造价高，作业时需用辅助劳力多而未能推广。日本于60年代研制带土小苗栽植技术和对应水稻插秧机。1966年后，工厂化水稻育秧设备研制成功，促进了插秧机械化快速发展。
1.2分差机构设计要求分析
分插系统意在实现秧苗从秧盘上分离到插植入水田中这一动作。该过程关键步骤有：分秧、运秧、插秧、回程四个阶段。此过程应设计为循环过程以实现更高效机械自动化。问题难点在于：1、怎样顺利将秧苗从秧盘上分离出来；2、怎样确保秧苗在插秧瞬间和地面尽可能保持垂直；3、怎样在插秧以后顺利进入回程并不碰到已插好秧苗。为此应该确保分差机构运动和插秧机运功合成运动轨迹为鱼尾线状，且“鱼头”部分越窄小越好。同时依据实际插秧情况，应确保秧苗间距在20cm左右，设计插秧频率确定为120次/min，插秧深度10~20mm。
二、总体方案设计和论证
2.1总体方案设计
方案甲：
采取曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪根据特定轨迹运动。此机构设计简单，传动正确，快速。结构简图以下：

图1
方案乙：
采取连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪 特定轨迹运动。此机构设计简单，不过需要额外液压油路。简图以下：

图2
2.2总体方案评定和确定
评定论证：
方案甲结构简单，使用机构单一，方便制造；方案乙岁结构简单，不过需要设计专用液压回路，且使用液压设备实现快速动作结构较复杂，制造成本较高。所以相较之下，方案甲更适合农用水稻插秧机设计。
方案确定：
采取曲柄连杆机构实现分插机构特定轨迹。

三、机构分析和计算
3.1曲柄摇杆机构三维动态仿真
首先经过轨迹仿真了解杆1、杆2、杆3分别对运动轨迹影响，模拟图以下：
图3
图4
由模拟结果能够看出：
杆1作用：改变轨迹轮廓大小。
杆2作用：改变去程和回程直接水平间隔。
杆3作用：和杆2协同控制水平间隔。
经过不停调整各杆长度，避免曲柄连杆机构出现死点同时让轨迹愈加符合所需曲线形式，便得到以下仿真轨迹。
结合实际尺寸情况按百分比设计各构件尺寸以下：
杆1（曲柄）长度：35mm 杆2长度：90mm
杆3（摆杆）长度：90mm 分离针前端到A点距离：190mm
确保分离针前端和A，B两点在同一直线上，插植臂和AB夹角（锐角）为60°
下图为水稻插秧机不发生水平移动时轨迹：

：

图5
加入水平运动后合成运动轨迹：

图6
局部放大：

图7
3.2曲柄摇杆机构理论计算验证

图8

3.2.1建立位移方程
1） 矢量方程

其中，为未知数。将上述方程组联立后得
设

则有
设
设在0到π之间，可求。
2）曲柄OA质心
3）连杆AB质心
4）摇杆BC质心
3.2.2建立速度方程
1） A点速度
2） B点速度
3） OA质心

4） AB质心

5） BC质心

6） BC杆角速度

7） AB杆角速度
3.2.3建立加速度方程
1) A点加速度

2) OA质心加速度

3) BC角加速度

4) AB角加速度

5) AB质心加速度

6) BC质心加速度

将经过仿真确定数据代入上面公式可验证当抵达轨迹最下端时，AB水平速度和OA水平速度近似相等且为零。合成插秧机水平移动速度后仍远小于AB垂直方向速度，故此数据较为合理，可用作机构具体设计。
四、关键部件设计
4.1推秧机构设计
推秧机构作用是在插植臂运动到最下端将秧苗送入水田后经过快速动作将秧苗打入水田中，避免插植臂返回过程中分离针又拉扯到秧苗将秧苗拖出或撞倒，故做出以下设计方案：

图9
如示意图所表示。推秧机构关键由凸轮机构实现，具体过程是：将凸轮5和曲柄固连在一起，曲柄每转动一周便带动凸轮5相对插植机构6转动一周，并在插植机构在最下处时，是凸轮撤去对拨叉4作用力，弹簧3便会在弹性力作用下推进拨叉快速推进推秧杆2完成打苗动作，使秧苗脱离分离针，插入水田中。
凸轮大致形状以下：

图10
如上图所表示，凸轮相对插植臂旋转一周则可使得拨叉有一个慢速回程压缩弹簧过程，然后抵达凸轮径最大值处时，对拨叉推力忽然消失，拨叉将被弹簧快速反弹，同时带动推秧杆快速推秧。
五、结论
依据整个过程仿真计算，所设计分插机构基础能够满足实际需要，机构设计完成后二维图大致以下：

图11
三维模型及仿真以下：

图12
六、心得体会和提议
此次课程设计过程中，我们小组齐心协力共同完成了机构分析计算、仿真模拟、二维及三维建模，在这个过程中复习巩固了机械原理、机械制图等相关课程理论知识，再次练习了AutoCAD使用，同时自学了SolidWorks软件三维造型和仿真模拟，花费了数周时间最终成功处理了课程设计对我们要求。整个过程让我们了解认识了一个完整设计过程是怎么样，完成设计工作步骤规范有哪些，这些不管是对我们未来工作还是继续深造全部有很大帮助，机电一体化课程设计对我们帮助很大，我们收获颇丰。同时这个题目也让我们认识到了农业机械化对农业发展关键影响，让我们对农业机械化在推进社会主义现代化建设中关键作用有了更深刻了解。
七、参考文件
【1】宋建农、刘彩玲等.农业机械和设备[M].北京：农业出版社，.
【2】俞高红，赵匀，赵凤芹。等．高速水稻插秧机分插机构研究现实状况和最新进展[J]．农机化研究，(2)：4l一43．
【3】 尹建军，赵匀，张际先．高速插秧机差速分插机构工作原理及其CAD／CAE[J]．农业工程学报，，19(3)：90—94．
【4】华南农学院农机系.水稻插秧机原理和设计[M].1978.
【5】孙桓，陈作模,葛文杰等.机械原理第七版[M].高等教育出版社，.
【6】张建民等.机电一体化系统设计[M].北京：北京理工大学出版社，.
【7】唐宾，时胜德等.曲柄摇杆式分插机构动力学分析[J].。
【8】鲁屏宇等.工程图学 第2版[M].机械工业出版社，.