多功能排種器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)

多功能排種器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)黃志鋒（廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院廣州510006）摘要：本文基于已有的排種器實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)，提出簡潔方便的試驗(yàn)臺模型架構(gòu)出發(fā)，確定試驗(yàn)臺的傳動系統(tǒng)，利用材料力學(xué)，理論力學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)等計(jì)算出各部件的具體技術(shù)參數(shù)，并驗(yàn)證這些參數(shù)的可行性，事實(shí)證明這是可行的，也是最有效的。關(guān)鍵詞：排種器試驗(yàn)臺排種器DesignforMakingaNewTypeofMultipleFunctionsofPrecisionSeed-drilledApplianeeoftest-bedHUANGZhifeng(CollegeofmechanicalandelectricalengineeringofGuangdonguniversityofengineeringindustryGuangzhou510006)Abstract:ThisarticleisbasedonexistingrowsoftheexperimentparameterofSeed-drilledApplianee,technologyandconvenienttest-bedmodelframework,identifytest-bedtransmission,theuseofthematerialandmechanics.mechanicstheorymechanicaldesignthevariouscomponentsofthespecifictechnologyparametersandauthenticatethefeasibilityoftheseparameters,thefactsprovedthatthisisfeasible,arethemosteffective.thekeywords:Therowtest-bedofSeed-drilledApplianceSeed-drilledAppliance0刖言排種器實(shí)驗(yàn)臺是播種機(jī)研發(fā)所使用的主要手段，是快速產(chǎn)生新一代高性能播種機(jī)必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而高性能播種機(jī)對于農(nóng)業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響，因而排種器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)性。1工作原理及總體結(jié)構(gòu)1.1工作原理在田間測試播種機(jī)性能時(shí)，排種器隨拖拉機(jī)向前進(jìn)方向移動。排種器試驗(yàn)臺正好相反，它是用輸送帶做種床，并模擬播種機(jī)的田間作業(yè)速度進(jìn)行運(yùn)動，排種器在實(shí)驗(yàn)時(shí)固定不動，輸送帶（種床）相對于排種器運(yùn)動。這樣，就使播種機(jī)相對地面的運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫦鄬τ诓シN機(jī)的運(yùn)動。從相對運(yùn)動的概念來說，是一個(gè)參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題，其效果是一樣的。排種器在固定位置把種子排在噴上油層的輸送帶上，種子被油層黏住，然后對種床帶上的排種情況進(jìn)行實(shí)時(shí)攝錄和處理，從而測得種子粒距，達(dá)到檢測排種均勻性等各項(xiàng)指標(biāo)的目的。1.2總體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有臺架，種床帶裝置，排種器安裝架，驅(qū)動裝置,以及5mm厚，長寬不一的鐵板。排種器臺架L種床帶裝置驅(qū)動裝置L屣質(zhì)f1:-巾.110”1圖1機(jī)械總體結(jié)構(gòu)簡圖2主要工作部件參數(shù)的設(shè)計(jì)2.1種床長度的確定考慮到被排種器實(shí)驗(yàn)臺采用視覺方法測得粒距，有時(shí)希望還能從種床帶上直觀地觀察一小段排種實(shí)況，而種床帶剎車后還會運(yùn)行一段距離，因此，把種床帶有效長度定為2.8m較合適，同時(shí)該種床帶的類型為普通橡膠輸送帶，膠布層數(shù)為三層，上膠+下膠厚度為3.0+1.5mm周長為6.228m，寬0.4m,每米長的質(zhì)量為4.01kg/m。2.2種床帶前進(jìn)速度的確定當(dāng)前，國內(nèi)外的當(dāng)前，國內(nèi)外的中耕作物精播機(jī)作業(yè)速度一般都在58km/h左右，部分先進(jìn)的氣力式播種機(jī)可達(dá)1012km/h。一般說來，速度超過10km/h,播種質(zhì)量就有明顯下降的趨勢且試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，播種機(jī)試驗(yàn)前進(jìn)速度為1.02m/s(3.67.2km/h)。排種器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，除了滿足現(xiàn)有播種機(jī)的實(shí)際速度要求之外，還應(yīng)提高其測試范圍，從而種床帶前進(jìn)速度確定為1.57.5km/h。2.3排種盤轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍從現(xiàn)有國內(nèi)外先進(jìn)的中耕作物精播機(jī)的作業(yè)速度來看，其前進(jìn)速度在12km/h時(shí),則對應(yīng)的排種盤轉(zhuǎn)速一般在20200r/min之間。所以，本試驗(yàn)臺排種盤轉(zhuǎn)速調(diào)試范圍為15200r/min。2.4種床帶傳送裝置驅(qū)動電機(jī)功率的確定從結(jié)構(gòu)上看，本排種器試驗(yàn)臺的種床帶傳送裝置是屬于皮帶輸送機(jī)，其背面設(shè)計(jì)了突起肋條限制跑偏，并配有張緊和托輥裝置。工作時(shí)，種床帶處于勻速滑動狀態(tài)，因此可粗略計(jì)算驅(qū)動種床帶傳送裝置平移運(yùn)動所做的功，來確定驅(qū)動電機(jī)功率。運(yùn)動中滾筒所需的驅(qū)動扭力F1為：F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N式中，G種床帶總質(zhì)量，G=6.228*4.01=24.97428kgf橡膠帶與鋼的動摩擦系數(shù)，f=0.65滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩M1為：M仁F1*R=159.2*0.1=15.92N.M式中R滾筒半徑，R=0.1m滾筒在種床最大前進(jìn)速度下的轉(zhuǎn)數(shù)Nm為：Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min式中。V種床帶最大前進(jìn)速度Vm=7.2km/h計(jì)算工作機(jī)功率：P=(M1*Nm)/9550=15.92*192、9550=0.320087kw電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩M0為：M0=M1/i=15.92/2=7.96n.M式中i電機(jī)與滾筒傳動比，i=2在種床帶最大前進(jìn)速度下驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n：n=Nm*i=2*192=384r/min由于采用專用變頻電機(jī)，電機(jī)頻率范圍內(nèi)大部分處于恒功率工作狀態(tài)，則電機(jī)額定功率P0為：Po=M0*n/9550=（7.96*384）/9550=0.320067kw播種機(jī)上排種器大都為地輪驅(qū)動，單個(gè)排種器的排種盤轉(zhuǎn)動所需轉(zhuǎn)矩最大約為12.75N.M排種器驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩M1為：M仁M3/i2=12.75N.M式中。M排種盤所需最大轉(zhuǎn)矩，M3=12.75N.M電機(jī)與排種器軸傳動比，i2=1電機(jī)額定功率：P1=2*P*N，m*M'/60=0.272kw式中，Nm拍中盤最高轉(zhuǎn)速，且為200r/minP=Po+Pi=O.32OO67+O.272=O.592O67KW因此，選取JZy22-4型電磁調(diào)速電動機(jī)，電動機(jī)的功率為1.5kw，質(zhì)量為100kg，調(diào)速范圍為：1201200r/min，此系列電動機(jī)式一種交流無級變速電動機(jī)，它由籠式異步電動機(jī)，電磁轉(zhuǎn)差離合器所組成，與控制器配合后，可在規(guī)定的負(fù)載下和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能均勻地，連續(xù)地?zé)o級調(diào)速，并能輸出額定的轉(zhuǎn)速。因此，適用于該排種器試驗(yàn)臺使用。3設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)3.1一級皮帶傳動的設(shè)計(jì)：由前已知該電機(jī)于滾筒的傳動比為2,即i=n1式n1電機(jī)的轉(zhuǎn)速，且為384r/min。n2滾筒的轉(zhuǎn)速，且為192r/min。該傳動系統(tǒng)的V帶輪可選擇為腹板式帶輪，帶輪材料為HT150,其中大輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)：Z=4，P=1.44kw,d=45mm由公式可得出其各數(shù)據(jù)，B=（Z-1）e+2f=65mmD=90mmd1=66.5mmDw=D+2ha=185.5mm3.2二級皮帶傳動的設(shè)計(jì)：方法與上面相同，可以計(jì)算出以下數(shù)據(jù)：有前已知，該傳動系統(tǒng)的V帶輪可選擇為實(shí)心式帶輪，帶輪材料為HT150，其中小輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)：Z=1，P=0.2992kw,d=30mm由式可得出其各數(shù)據(jù)，B=（Z-1）e+2f=20mmD=75mmDw=D+2ha=75+2*2.75=80.5mm4各軸的設(shè)計(jì)4.1軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼。結(jié)合各方面的情況，我們可選擇45鋼作為軸的材料。4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型.尺寸.數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì).大小方向及分布情況；軸的加工工藝等。4.3第一傳動軸（電動機(jī)與輸送裝置相連的軸）的設(shè)計(jì)：選擇軸的材料：選擇軸的材料為45鋼，其機(jī)械性能由表可查得c1b=60MPa,（5=640MPa,c-1=275MPa,t=155MPa.求得輸入軸上的功率P2=1.44kw，轉(zhuǎn)矩T2=71625N.Mm初步確定軸的最小直徑，根據(jù)表13,選取C=122,C為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力Tt的系數(shù)。 dmin=C*3P2/n2=21.9072mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（1）擬定軸上零件的裝配方案軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用?，F(xiàn)擬出裝配方案如下：根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度已確定軸的最小直徑為21.9072mm，則可設(shè)，VIIIIV段軸的直徑為30mm，右端用軸端擋圈定位，接軸端直徑，取擋圈直徑為33mm,由手冊可確定當(dāng)輸送帶寬為400mm時(shí)，滾筒的長度可確定為450mm，即LIII-V=450mm。由于考慮到用套筒對兩帶輪進(jìn)行軸向定位，初步設(shè)計(jì)該套筒長度為l=32mm,內(nèi)徑為30mm，外徑為45mm,由于VHIIV段軸的直徑為30mm,可由皮帶輪的相關(guān)知識得出帶輪的寬度B=20mm，則，VIIIIV段軸的初步設(shè)計(jì)長度為52mm,因?yàn)榇溯S是階梯軸設(shè)計(jì)，因此在兩帶輪中間設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩，根據(jù)要求，此軸肩高度2.5mm，軸肩處的過渡圓的半徑為1mm，因此初步設(shè)計(jì)VIIVIII段軸的直徑為35mm由皮帶輪的相關(guān)知識可設(shè)計(jì)出該帶輪的寬度B=65mm，因此初步設(shè)計(jì)VIIVIII段軸的長度為65mm，此軸段與下一個(gè)軸段的連接處設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩，查表可知該軸肩高度為2.5mm，相關(guān)過渡圓半徑為1.2mm，初步設(shè)計(jì)VIVII段軸的直徑為40mm，長度為40mm，該段與軸承座連接處的軸肩的高度由查相關(guān)表可知為3mm，相關(guān)的過渡圓半徑為1.6mm，由此VVI段軸的直徑可初步設(shè)計(jì)為45mm在該軸段使用套筒進(jìn)行滾筒的軸向定位，該套筒的長度可初步設(shè)計(jì)為14.54mm，內(nèi)徑為45mm，外徑為28.69mm，該套筒與滾筒連接處設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩，由查表可得該軸肩高度為4mm，過渡圓的半徑為1.6mm，則VVI段軸的長度可初步設(shè)計(jì)為50mm，IIIV段軸的直徑可初步設(shè)計(jì)為54mm，前面已知IIIV段軸的長度為，該軸段與下一個(gè)軸段的連接處設(shè)計(jì)一個(gè)450mm軸肩，以利于滾筒的軸向定位，由查相關(guān)表，該軸肩的高度可設(shè)計(jì)為4mm，過渡圓半徑為1.6mm，則，IIIII段軸的直徑可初步設(shè)計(jì)為62mm，長度可設(shè)計(jì)為10mm，該軸段與下一個(gè)軸段的連接處設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩，查相關(guān)表可把該軸肩高度設(shè)計(jì)為6mm,過渡圓半徑為2mm，則III段軸的直徑可初步設(shè)計(jì)為48mm，長度為20mm，該段軸與下一個(gè)段軸的連接處設(shè)計(jì)一個(gè)軸肩，該軸肩的高度為1.6mm，相關(guān)過渡圓半徑為1.6mm,因?yàn)镮段軸是與軸承相配合的。(3)初步選擇滾動軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作要求并根據(jù)di=45mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的角接觸球軸承46209，右端滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得46209型軸承的定位軸肩高度h=1.1，所以I段軸的長度可初步設(shè)計(jì)為19mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。(4)軸上零件的周向定位皮帶輪，滾筒與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIII-V由手冊查得平鍵截面b*h=16*10(GB109579)，鍵槽用鍵槽銃刀加工，長為85mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB109679)，同時(shí)為了保證滾筒與軸配合有良好的對中性，故選擇滾筒與軸的配合為H7/n6;同樣，右端第一個(gè)帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*15,帶輪與軸的配合為H7/k6。第二個(gè)帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*45，帶輪與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。(5)確定軸上圓角和倒角尺寸參考14，取軸端倒角為2*450，各軸肩處的圓角半徑見圖16。(6)求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)(圖16)做出軸的計(jì)算簡圖(17)。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊中查取a值。因此，作為簡支梁的軸的支撐跨距，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖，扭矩圖和計(jì)算彎矩圖，從軸的結(jié)構(gòu)圖和計(jì)算彎矩圖中可以看出截面33處的計(jì)算彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。截面33處的各相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下。(7)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度(略)(8)校核軸的強(qiáng)度：已知軸的當(dāng)量彎矩后，即可針對某些危險(xiǎn)截面作強(qiáng)度校核計(jì)算，通常只校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面(即危險(xiǎn)截面3Themechanicalprinciplesoftheseventhedition(the7th),ZHENWEIJING,WUKEJIANtheeditorandpublisherofhighereducation3）的強(qiáng)度，則由以上數(shù)據(jù)可得：所以0Ca=Mca/W3=217013/4207.11=51.5825<-1（b=60MPa即（Tca小于45鋼的許用彎曲應(yīng)力，故此軸安全。5結(jié)論采用了最新的排種器試驗(yàn)臺的實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)，對試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)性作用。由采用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)確定試驗(yàn)臺的傳動系統(tǒng)。通過各學(xué)科知識計(jì)算出各部件的具體數(shù)據(jù)并驗(yàn)證其可靠性。其中實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)的選用是最關(guān)鍵的。參考文獻(xiàn)1 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