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鏈夾式大蔥移栽機的設計 學生姓名 武發(fā)杰 學 號 8031210133 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 農機 16 2 指導老師 肖愛玲 日 期 2016 05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 16 屆畢業(yè)設計 前 言 大蔥在我國已成為區(qū)域規(guī)模種植的蔬菜作物之一 由于大蔥栽植農藝要求的特殊性 即株距 小 直立性要求高 用于其它作物移栽的移栽機基本不能用于大蔥移栽 對于大蔥移栽機 國內 外雖有研究或產品問世 但都存在移栽后蔥苗直立性差的不足 分析原因 是由于栽植器都采用 圓盤式栽植器 蔥苗相對地面速度為零只是在一個時間點上 是瞬間的 時間短 造成蔥苗在相 對地面零速的情況下覆土不充分 移栽后蔥苗傾斜 甚至倒伏 為了解決上述零速栽植的問題 作者分析了各種移栽機的結構特點 最終確定采用鏈夾式投 苗機構 將苗夾和苗槽分別安裝在投苗輸送鏈和喂苗輸送帶上 通過傳動系統(tǒng)使苗夾和苗槽在豎 直方向運動時實現(xiàn)同步 保證苗夾能準確的從對應苗槽中夾取蔥苗 然后蔥苗在被夾持的狀態(tài)下 隨輸送鏈轉為水平運動 其水平運動速度與移栽機前進的速度大小相等 方向相反 從而實現(xiàn)在 一段距離內的零速投苗 能夠實現(xiàn)先覆土鎮(zhèn)壓再釋放蔥苗 從而保證了蔥苗移栽后的直立性 關鍵詞 大蔥 鏈夾式 移栽機 零速投苗 目 錄 1 引言 1 1 1 課題來源及研究的目的和意義 1 1 2 農藝要求 1 1 3 移栽機的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 4 研究內容 3 2 鏈夾式大蔥移栽機的設計方案 4 2 1 移栽機總體方案設計思路 4 2 2 移栽機工作原理 5 3 鏈夾式大蔥移栽機具體設計 6 3 1 移栽機牽引力 牽引功率 懸掛力矩 6 3 2 傳動機構設計 6 3 3 主要零部件的設計 9 4 投苗機構的動力學分析 15 4 1 投苗輸送鏈的運動特性分析 15 4 2 投苗機構輸送鏈張力 15 4 3 苗夾動力學分析 18 5 軸的校核 20 5 1 地輪傳動軸的校核 20 5 2 錐齒輪傳動軸的校核 21 總 結 23 致 謝 24 參考文獻 25 塔里木大學畢業(yè)設計 0 1 引言 1 1 課題來源及研究的目的和意義 大蔥在我國已有 多年的栽植歷史 大蔥富含多種微量元素 有特殊的辛辣味道 具有良30 好的調味和醫(yī)療功效 大蔥在我國不僅栽植歷史悠久 而且栽植面積大 尤其是在我國北方 形 成了許多具有地方特色 全國知名的大蔥品種 其中較為著名的有天津的高腳白 陜西的赤水孤 蔥以及山東章丘的大梧桐等 隨著國家對 三農 問題的關注度越來越大 以及農業(yè)種植結構的 調整 許多地方將大蔥種植作為特色產業(yè)發(fā)展 使得大蔥的種植面積進一步擴大 如山東章丘 天津寶坻和安徽臨泉等地區(qū)的大蔥種植面積甚至超過 萬畝 而且大蔥的種植是在 月份 107 6 天氣炎熱 人工作業(yè)環(huán)境差 效率低 所以農民對實現(xiàn)大蔥移栽機械化的要求越來越迫切 同時 對移栽機的性能要求也越來越高 因此設計一款高性能的大蔥移栽機對實現(xiàn)農業(yè)機械化有著十分 重要的意義 可以提高大蔥栽植過程中人力和物力資源的利用率 降低成本 同時也提高了勞動 生產率和大蔥栽植質量 1 2 農藝要求 1 2 1 蔥苗特性 為了后期的管理以及產量 蔥苗在移栽前要進行篩選 壯苗的標準是苗高 左右 苗重 cm50 左右 蔥白 左右 直徑 左右 g40cm15c1 1 2 2 移栽要求 大蔥的移栽株距 左右 行距 左右 栽植深度要求 左右 要求保證蔥苗移栽后m90c1 的高直立度 株距均勻 1 2 3 栽植特點 與其他移栽作物相比 大蔥移栽的主要特點 第一 株距小 一般作物的移栽株距是 而大蔥的株距僅為 左右 第二 直立性高 不能窩根 章丘大蔥與其他作物的cm50 3c5 移栽有較大的差異 栽植深度較深 一般為 左右 而且后期需要培土 來加長蔥白的長度 cm1 由于大蔥產品質量決定于蔥白的質量 因此移栽后蔥苗不能有窩根現(xiàn)象 15 1 3 移栽機的發(fā)展現(xiàn)狀 對于移栽機的研究無論是國外還是國內都取得了一定的研究成果 目前 市面上流行的移 6 栽機有吊杯式 導苗管式 撓性圓盤式以及鏈夾式 任何一種移栽機都有其自身的特點 能夠適 應某種或某些作物的移栽 但是都不具有普遍使用性 目前國內現(xiàn)有的移栽機主要適用于玉米 棉花 煙苗等大株距 小株高作物移栽 對于大蔥移栽機 國內研究較少 國外研究主要在日 7 本 日本的大蔥移栽機產品需要與相應的農藝相配合 不適應我國大田育苗的現(xiàn)狀 1 3 1 吊杯式移栽機 吊杯式移栽機如圖 1 1 所示 主要由栽植圓盤 偏心圓盤 導軌 吊杯等組成 作業(yè)時 吊 杯始終垂直地面 并隨著圓盤轉動 當?shù)醣D動到上部時 人工將秧苗放入吊杯中 當轉動到預 塔里木大學畢業(yè)設計 1 定位置時 吊杯底部的鴨嘴在導軌的作用下被壓開 秧苗落入穴內 隨后覆土鎮(zhèn)壓裝置進行覆土鎮(zhèn) 壓 完成栽植 吊杯脫離導軌后 在彈簧的作用下重新閉合 以此循環(huán) 吊杯式移栽機在栽植過 程中使秧苗不受沖擊 但喂苗速度低 適合適合于株距較大的缽苗移栽 圖 1 1 吊杯式移栽機 1 3 2 導苗管式移栽機 導苗管式移栽機 如圖 1 2 所示 主要由喂入器 導苗管 扶苗器 開溝器 覆土鎮(zhèn)壓輪和 苗架等組成 作業(yè)時 人工將秧苗投入到喂入器的喂苗筒內 當喂苗筒轉到導苗管的上方時 活 門打開 秧苗依靠自身重力作用 落入導苗管內 由導苗管將秧苗引入苗溝內 通過扶苗器的作 用 秧苗保持直立狀態(tài) 然后覆土鎮(zhèn)壓 完成栽植 導苗管式移栽機不傷苗 較好保持秧苗移栽 后的直立性 栽植頻率在 min60 4株 13 圖 1 2 導苗管式移栽機 圖 1 3 撓性圓盤式式移栽機 1 3 3 撓性圓盤式移栽機 撓盤式移栽機 如圖 1 3 所示 主要由供苗輸送帶 撓性盤 鎮(zhèn)壓輪 以及傳動系統(tǒng)組成 作業(yè)時 人工將秧苗放入供苗輸送帶上 供苗輸送帶上等距安裝橡膠塊 輸送帶將秧苗味入撓盤 塔里木大學畢業(yè)設計 2 內 秧苗隨撓盤旋轉到合適位置 撓盤打開 秧苗進去開好的溝內 然后覆土鎮(zhèn)壓 完成栽植 撓盤式移栽機對秧苗株距的適應性較好 但栽植深度不穩(wěn)定 無法保證秧苗的高直立性 14 1 3 4 鏈夾式移栽機 鏈夾式移栽機 如圖 1 4 所示 主要由機架 導軌 苗夾 鎮(zhèn)壓輪等組成 作業(yè)時 人工將 秧苗放到苗夾上 秧苗被苗夾夾持 在鏈條帶動下轉動 當秧苗轉至苗溝時 苗夾在導軌作用下 被打開 秧苗落入苗溝中 然后覆土鎮(zhèn)壓 完成栽植 現(xiàn)有的鏈夾式移栽機栽植株距準確 栽植 后秧苗的直立度較好 喂苗送苗穩(wěn)定可靠 但零速投苗效果不好 易傷苗 容易造成秧苗的漏栽 9 圖 1 4 鏈夾式 移栽機 1 4 研究內容 1 移 栽機的總體機構 設計 包括四 部分 喂苗機構 投苗機構 機 架和傳動系統(tǒng) 為了實現(xiàn)大蔥 移栽時的零速投 苗 根據(jù)工作 原理設計合理的 傳動機構 并 進行理論計算 2 移 栽機主要零部件 的設計 如苗夾 開溝器 投苗鏈條限位導軌 夾緊導軌 3 對于移栽機的投苗機構進行動力學分析 如投苗輸送鏈 苗夾等 保證機構設計的合理 性 2 鏈夾式大蔥移栽機的設計方案 2 1 移栽機總體方案設計思路 本課題研究的重點是投苗機構 主要問題是 零速投苗 對于大蔥特殊的要求 高直立性 小株距 覆土深等 設計了鏈夾式大蔥移栽機 包括四部分 喂苗機構 投苗機構 機架和傳動 塔里木大學畢業(yè)設計 3 系統(tǒng) 1 喂苗機構 該機構主要部分是輸送帶和苗槽 輸送帶根據(jù)移栽作業(yè)要求設計合理 苗槽 安裝在輸送帶上 大蔥移栽的株距等于苗槽之間的距離 該裝置主要起到一個銜接作用 操作人 員將盛放在苗箱中的裸蔥苗一棵一棵放入每個苗槽之中 蔥苗隨著苗槽由水平轉為豎直運動 到 達合適位置后 被安裝在投苗機構的苗夾夾取 2 投苗機構 該機構主要包括限位導軌 夾緊導軌 苗夾和輸送鏈 苗夾安裝在輸送鏈 的每個鏈節(jié)上 其間距等于苗槽的間距即大蔥株距 限位導軌主要對鏈條擺動起到限制作用 夾 緊導軌主要控制苗夾的開閉 通過兩導軌之間的距離來實現(xiàn)苗夾進入夾緊導軌后逐漸閉合 夾緊 蔥苗 然后在合適的位置逐漸打開完成投苗 夾緊導軌使苗夾逐漸閉合 是為了避免蔥苗被夾取 時造成的損傷 同時也減小了由于突變引起的機構運動沖擊 通過對喂苗機構和投苗機構的合理設計和安裝 實現(xiàn)苗夾在豎直方向與對應的苗槽高度一致 保證準確夾取苗槽中的蔥苗 在喂苗機構 投苗機構和拖拉機之間通過合理的傳動方案 實現(xiàn)苗 夾和苗槽在豎直方向運動的同步 以及苗夾在作水平方向運動時速度與移栽機前進的速度大小相 等 方向相反 實現(xiàn)零速投苗 操作人員向苗槽放苗是在苗槽的水平運動段 隨即苗槽轉為豎直 運動 當蔥苗隨著苗槽轉為豎直運動后 相應的苗夾也進入豎直軌道 在適當位置 苗夾逐漸夾 緊 夾住對應苗槽中的蔥苗 喂苗機構和投苗機構繼續(xù)運動 當苗槽的運動方向偏離豎直運動時 蔥苗和苗槽分離 苗夾隨投苗輸送鏈繼續(xù)運動 當苗夾轉過 后 轉為水平運動 其速度與移09 栽機前進的速度大小相等 方向相反 實現(xiàn)在一段時間內的蔥苗相對于地面速度為零 在這期間 完成對蔥苗的覆土和鎮(zhèn)壓 之后苗夾在夾緊導軌的控制下 逐漸打開放開蔥苗 由于苗夾作水平 運動有一個時間段 覆土鎮(zhèn)壓裝置有充分時間在蔥苗相對地面速度為零的情況下對蔥苗覆土壓實 因此移栽后的蔥苗直立性好 株距均勻等 塔里木大學畢業(yè)設計 4 1 機架 2 開溝器 3 覆土鎮(zhèn)壓輪 4 地輪 5 軸承 UCP211 6 第一傳動鏈輪 7 第一傳動鏈 8 第二 傳動鏈輪 9 第一投苗機構鏈輪 10 投苗輸送鏈 11 第三傳動鏈輪 12 苗夾 13 機架 14 第二投苗 機構鏈輪 15 限位導軌 16 夾緊導軌 17 放置苗箱板 18 苗槽 19 機架 20 軸承 UCP208 21 中間 懸掛支架 22 左懸掛支架 23 錐齒輪 24 第二傳動鏈 25 喂苗輸送帶 26 張緊裝置 圖 2 1 移栽機示意圖 2 2 移栽機工作原理 移栽機整體結構如圖 2 1 所示 通過三點懸掛 懸掛在拖拉機上 由地輪提供動力 地輪帶 動同軸的第一傳動鏈輪 然后經(jīng)過第一傳動鏈和第二傳動鏈輪傳遞給投苗輸送裝置 再由投苗機 構鏈輪帶動第三傳動鏈輪 由第二傳動鏈和一對錐齒輪將動力傳遞給喂苗輸送裝置 苗夾和苗槽 分別安裝在投苗機構輸送鏈和喂苗機構輸送帶上 兩裝置之間通過選擇合適的傳動比保證苗夾和 苗槽在豎直方向的運動同步 以及苗夾運動到水平方向后 所夾持的蔥苗速度能夠與移栽機的速 度大小相等 方向相反 即蔥苗實現(xiàn)零速投苗 在合適的位置覆土鎮(zhèn)壓裝置進行覆土鎮(zhèn)壓 之后 苗夾再打開 放開蔥苗 以此保證蔥苗的零速投放是一個時間段 而不是一個點 同時為了保證 蔥苗在沒進行覆土之前防止開溝后的土回流 影響蔥苗的栽植深度 安裝帶有護板的芯鏵式開溝 器 塔里木大學畢業(yè)設計 5 3 鏈夾式大蔥移栽機具體設計 3 1 移栽機牽引力 牽引功率 懸掛力矩 大蔥移栽機在作業(yè)時 總的牽引力包括兩個芯鏵式開溝器的阻力 覆土鎮(zhèn)壓輪以及地輪的阻 力 當芯鏵式開溝器的開溝深度為 時 阻力 為 地輪和覆土輪受到cm10 51FN80 2 的阻力采用簡化公式進行計算 3 1 kGf 式中 k 表示輪子的滾動阻力系數(shù) 充氣輪在不同的土壤 充氣量的大小不同的情況 滾動 阻力系數(shù)不同 為了保證機器的正常運行 選取較大的值 為輪子承載的重力 粗略估4 0 計 為 GN10 移栽機作業(yè)時所需的平均牽引力 3 NFf4601 06 2 移栽作業(yè)時 根據(jù)分苗的速率和蔥苗的株距要求 可得出拖拉機的前進速度為 考sm05 慮到地況等原因 安全系數(shù) 取 K5 2 移栽機作業(yè)時所需的牽引功率 3 3 WFvP570 46 選用實驗室現(xiàn)有拖拉機東方紅 進行試驗 軸距 最小使用質量 前輪90LXm32kg270 分配的質量 左右 移栽機在懸掛時 一拖拉機的后輪為支撐點 整個移栽機機組的重心kg120 到支點的距離為 m5 移栽機作業(yè)時的懸掛力矩 3 4 KNMf 15 0 平衡力矩 3 5 m0 273 8912 由以上數(shù)據(jù)可知 拖拉機的工作參數(shù)都能滿足實驗要求 3 2 傳動機構設計 如圖 3 1 所示 移栽機由地輪提供動力 地輪帶動同軸的第一傳動鏈輪 然后經(jīng)過第一傳動 鏈和第二傳動鏈輪傳遞給投苗輸送裝置 再由投苗機構鏈輪帶動第三傳動鏈輪 由第二傳動鏈和 一對錐齒輪將動力傳遞給喂苗輸送裝置 塔里木大學畢業(yè)設計 6 1 第一傳動鏈輪 2 地輪 3 第一傳動鏈 4 投苗輸送裝置 5 喂苗輸送裝置 6 錐齒輪 7 第二傳動鏈 8 第三傳動鏈輪 圖 3 1 動力傳動系統(tǒng)示意圖 3 2 1 傳動機構的理論計算 喂苗機構采取人工喂苗 人工分苗速率 根據(jù)大蔥農藝栽植要求 其移栽株f60min株 距是 左右 為了方便計算 下文中選取株距 為了保證蔥苗投放時速度相對地面cm5 S5 為零 大蔥水平運動時的速度與地輪的前進的速度大小相等 方向相反 將地輪的速度計為 sV1 由上述可知 喂苗速率 移栽株距 地輪的速度 的關系 f 1V 3 6 smfSV05 6 01 同時 地輪速度也可表示為 3 7 Rn112 移栽機在行進的過程中 地輪走過的路程應該等于投苗輸送裝置鏈輪轉過的距離 考慮到地 輪在行進過程中會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象 其打滑率計為 根據(jù)各個地方存在差異 此處取值為 K 20 則 3 8 pznRn 212 由上述公式可以求得地輪和投苗機構鏈輪之間的傳動比 由于第一傳動鏈的主動輪與地輪同 軸 被動輪與投苗輸送鏈輪同軸 因此可以得出以下關系 塔里木大學畢業(yè)設計 7 3 9 38 042521 Rpzni 3 10 1 2 11zi 根據(jù)傳動比 取第一 第二傳動鏈輪齒數(shù)分別為 和 投苗機構和喂苗機構上要i38 0 538 分別安裝苗夾和苗槽 為了保證每個苗夾在運動過程中都有相對應的苗槽 因此投苗機構和喂苗 機構選用完全相同的輸送機構 由鏈傳動和齒輪傳動的特性可知 兩者平均傳動比穩(wěn)定 傳動效 率高 故采用第二鏈傳動的傳動比 和錐齒輪的傳動比 都等于 即 2i3i12 i 式中 地輪前進的速度 1V 喂苗速率 f 大蔥移栽株距 S 地輪及第一傳動鏈輪的轉速 1n 地輪半徑 R 投苗機構輸送鏈輪的齒數(shù) z 投苗機構輸送鏈輪節(jié)距 p 投苗機構輸送鏈輪轉速 2n 地輪和投苗機構之間的傳動比 i 第一鏈傳動的傳動比 1 第二鏈傳動的傳動比 2i 錐齒輪傳動比 3 第一傳動鏈輪轉速 1n 第二傳動鏈輪轉速 2 第一傳動鏈輪齒數(shù) 1z 第二傳動鏈輪齒數(shù) 2 3 2 2 錐齒輪的選擇 錐齒輪傳動用于傳遞相交軸之間的運動和動力 無特殊要求時 取軸交角 按齒線09 的形狀可分為直齒 斜齒和曲線齒 斜齒和曲線齒重合度略大 傳動較穩(wěn)定 但是加工復雜 在 能夠滿足工作要求的前提下 首先選擇直齒 塔里木大學畢業(yè)設計 8 圖 3 2 錐齒輪裝配圖 基本參數(shù)的確定 對于直齒錐齒輪的幾何設計 要依據(jù)傳動比 主動輪轉速 傳遞的功率來選擇齒輪的參數(shù) 依據(jù) 機械設計手冊 上錐齒輪的設計步驟來完成 主要參數(shù)如下 表 3 1 錐齒輪主要參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 齒數(shù) 3421 Z傳動比 1 i 大端分度圓直徑 md68齒頂圓直徑 mda83 7021 錐距 R7 021 節(jié)錐角 45 齒頂角 3 a 齒根角 0219 ff 頂錐角 0214 9 根錐角 6ff 齒頂高 mha 齒根高 mhff 421 塔里木大學畢業(yè)設計 9 3 3 主要零部件的設計 3 3 1 苗夾設計 苗夾在大蔥移栽過程中起到最終執(zhí)行的功能 苗夾通過苗夾座安裝在投苗機構輸送鏈的每個 鏈節(jié)上 苗夾從對應安裝在喂苗機構輸送帶上的苗槽中夾取蔥苗 苗夾的夾苗點的準確性 關系 到蔥苗最終的栽植效果 因此苗夾結構設計要合理 苗夾主要由苗夾板 彈簧 牛眼萬向輪 銷 子 苗夾座和滾輪等組成 如圖 3 3 所示 1 苗夾板 2 彈簧 3 萬向滾輪 4 苗夾座 5 銷子 6 滾輪 圖 3 3 苗夾 為了減輕整個苗夾的重量 同時又要保證苗夾在運行過程中 不發(fā)生變形 苗夾板選取 型不銹鋼 苗夾座采用普通 鋼 918NiCr 235Q 圖 3 4 苗夾尺寸圖 點 為苗夾夾苗點 點為苗夾旋轉點 當苗夾繞 點旋轉一定角度后 點旋轉到 點 MOOM 已知 5 89 FJl0 Hl15 ABl60l4 FMl09 ABCD 塔里木大學畢業(yè)設計 10 ECOBA D 09 EA 又有 兩條直線轉過的角度相等 即 MlAB AOCFNM 0 945 8arcosarcos FHJFNll 023arctn BOAlCAOBCD 4si6sisin 02 DlCO 由以上計算可以得到 彈簧 的形變量為 2 3 11 mlABCD1854 通過計算彈簧的變形量可以得出苗夾打開和關閉時兩苗夾板之間的間距 從而為夾緊導軌的 合理安裝提供理論基礎 彈簧采用壓縮彈簧 其作用是苗夾在沒有約束的情況下 將苗夾打開 使苗夾張開一定角度 兩苗夾板的夾苗點之間的距離為 時 再與苗夾座相配合使得苗夾受10 到約束 由于蔥苗的株距為 為了保證苗夾在夾取蔥苗過程中 不會因蔥苗本身的輕微彎m50 曲而造成夾苗點不準確 甚至漏夾的現(xiàn)象發(fā)生 將橡膠塊的寬度設計為 這樣兩苗夾之間m42 的間距為 小于蔥苗直徑 不會出現(xiàn)蔥苗漏夾 同時兩苗夾之間有一段間隙 不會出現(xiàn)苗夾6 打架現(xiàn)象 3 3 2 芯鏵式開溝器設計 芯鏵式開溝器的設計要考慮以下影響因素 1 芯鏵式開溝器的主要作用是保證蔥苗移栽的直立性 犁鏵式開溝器在開溝過程中會有部 分土壤回流 蔥苗被苗夾夾持在由豎直轉向水平方向運動時 會被回流的土壤阻礙 以至于蔥苗 會出現(xiàn)窩根 蔥苗被碰傾斜 為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生 安裝芯鏵式開溝器 需要使翼板加長 2 苗夾的運行軌跡 蔥苗的夾持點位置 需要將芯鏵式開溝器設計成高度可以調節(jié) 根據(jù) 實驗來選取最合適的安裝高度 由于芯鏵式開溝器和覆土鎮(zhèn)壓輪配合使用來完成蔥苗的覆土鎮(zhèn)壓 綜合以上因素 芯鏵式開溝器的設計如圖 3 5 所示 開溝器的寬度 兩翼板之間mB120 的距離 翼板夾角 mb10 06 塔里木大學畢業(yè)設計 11 塔里木大學畢業(yè)設計 12 圖 3 5 芯鏵式開溝器 3 3 3 投苗鏈條限位導軌設計 圖 3 6 限位導軌 投苗鏈條限位導的結構如圖 3 6 所示 其作用 苗夾通過苗夾座安裝在投苗機構輸送鏈上 鏈條在運行過程中會出現(xiàn)波動 因此會帶動苗夾波動 這樣會造成苗夾的夾苗點位置的不確定 同時由于波動 相臨苗夾會產生干涉 以至于無法完成移栽 在這種情況下安裝限位導軌 根據(jù) 苗夾的運動規(guī)律 設計出限位導軌的形狀 在限位導軌上銑出凹槽 使得苗夾在豎直和水平方向 運動時 苗夾座兩端的限位板在凹槽內運動 限制苗夾的抖動 為了減小苗夾座與限位導軌凹槽 之間的摩擦力 采用滾動摩擦代替滑動摩擦 在每個苗夾座的四個角安裝滾輪 苗夾在限位導軌 中的運動情況如圖 3 7 所示 塔里木大學畢業(yè)設計 13 圖 3 7 苗夾在限位導軌中運動示意圖 3 3 4 夾緊導軌設計 夾緊導軌結構如圖 3 8 所示 其作用是控制苗夾的開閉 根據(jù)苗夾的運動軌跡 在豎直到水 平方向上 苗夾需要完成蔥苗的夾取和投放 在此過程中夾緊導軌控制苗夾的打開和夾緊 為了 減小苗夾運行過程受到的摩擦力 在苗夾上安裝牛眼萬向輪 具體完成過程是 苗夾在進入豎直 方向運動時 萬向輪開始進入夾緊導軌 兩導軌之間的距離會逐漸減小 然后保持該距離 從而 使苗夾逐漸夾緊 然后在夾緊的狀態(tài)下豎直運動一段距離 接著苗夾隨輸送鏈轉入水平運動 苗 夾仍處于夾緊狀態(tài)下 在距苗夾張開點 5cm 覆土鎮(zhèn)壓輪開始覆土鎮(zhèn)壓 使蔥苗的零速投放在一個 時間段內 提高蔥苗移栽后的直立度 之后兩夾緊導軌之間的距離逐漸增大 苗夾逐漸打開與蔥 苗脫離 完成蔥苗的投放 塔里木大學畢業(yè)設計 14 圖 3 8 夾緊導軌 塔里木大學畢業(yè)設計 15 4 投苗機構的動力學分析 4 1 投苗輸送鏈的運動特性分析 在整個移栽機中 喂苗機構輸送鏈上安裝苗槽 苗槽固定連接 在運行過程中不受其他力 對于蔥苗的夾取影響較小 投苗機構輸送鏈的每個鏈節(jié)上都安裝苗夾 苗夾呈懸臂結構 輸送鏈 的運動穩(wěn)定性會對苗夾的運動造成影響 可能會使苗夾發(fā)生上下擺動 以至于苗夾的夾苗點不確 定 從而會造成蔥苗的漏夾 影響大蔥移栽的質量 本節(jié)將結合輸送鏈的運動和動力特性 對影 響輸送鏈 穩(wěn)定性傳輸?shù)闹匾蛩剡M行分析 在輸送鏈的設計方案中盡量改善影響因子 1 由于當主動輪做勻速轉動時 鏈條線速度也是不均勻的 從而造成從動鏈輪轉速不恒定 因此瞬時傳動比不恒定 2 由于鏈條線速度的變化而產生加速度 因此鏈節(jié)嚙合時產生附加動載荷 增大鏈條緊邊 張力 產生嚙合沖擊 3 鏈條線速度的變化與鏈輪齒數(shù)和鏈節(jié)距的關系 鏈輪齒數(shù)越多則鏈條的速度變化越小 多邊形效應越弱 一般情況下 當 時 鏈輪齒數(shù)對速度變化的影響可以忽略 25 z 4 鏈條線速度的變化與鏈節(jié)距的關系 鏈節(jié)距越大 速度變化越大 鏈節(jié)距越小 速度變 化越小 結合大蔥移栽的農藝要求 本移栽機的自身特性 由于蔥苗移栽的株距是 而本移栽m50 機采用鏈夾式投苗機構 在每個輸送鏈節(jié)上安裝苗夾 因此 苗夾之間的距離要符合蔥苗的株距 要求 即所選用的輸送鏈的節(jié)距 為 所以 在接下來的設計過程中 對鏈輪的齒數(shù)進行pm50 合理設計 在滿足要求的情況下使鏈輪齒數(shù)越大越好 4 2 投苗機構輸送鏈張力 苗夾安裝在投苗機構輸送鏈的每個鏈節(jié)上 對于鏈條牽引機構來說 輸送鏈是其中重要的部 分 其抗破壞的能力是保證機器能夠正常運行的關鍵指標 輸送鏈帶動苗夾運動 在豎直和水平 階段為了避免鏈條的擺動 添加了鏈條限位導軌 進而加大了鏈條運行過程中受的阻力 因此 輸送鏈必須有足夠的強度 以滿足鏈條所需的拉力 塔里木大學畢業(yè)設計 16 圖 4 1 鏈條簡圖 如圖 4 1 所示 主動輪 與被動輪 之間的距離 被動輪 和被動輪 之間的ABmlAB824 B 距 主動輪 與被動輪 之間的距 段與水平方向之間的夾角mlBC60 CC56 鏈條每米的質量 每個苗夾及其附件的重量 苗夾水平速度 48 kgq 2 N20 三個鏈輪軸直徑 sv5 md40 如圖 4 1 所示 鏈條的張力主要由以下幾點引起 1 鏈條自身的垂度而引起的張力 2 鏈條 苗夾及其附件在上升和下降過程中自身重力引起的張力 3 鏈條與限位導軌之間的摩擦力 4 各個鏈輪與鏈輪軸之間的轉動摩擦 由圖 4 1 中可知 鏈輪 為主動輪 在鏈條繞入 輪時的張力最大設為 當鏈條逐步AAmaxT 脫離鏈輪 后 在 段鏈條只受到由自身重力引起的張力 根據(jù)懸索機構可知 ABT7 6748sin2 0896 24 05 1824 057sin2 0 flqTA 式中 鏈條和苗夾每米的重量之和 mN 塔里木大學畢業(yè)設計 17 鏈條的弧垂度 一般選取 fm50ABlf 段鏈條張力最大點到鏈輪 之間的距離 ABl 段鏈條與水平方向的夾角 鏈輪 輸出側的張力 要克服鏈條 段的張力 和鏈輪 的軸與軸承之間的轉動摩擦BTAT BF 4 1 BABABDdRF1 式中 表示鏈輪 輸入側和輸出側的合力 對于鏈輪 輸入側張力即是 輸出側張力是BR AT 兩張力之間的夾角為 T052 由上式可知 和 之間相差不大 為了便于計算暫時假定 求得 TA B 4 2 2 13785cos7 62cos 0 B 則 4 1 BAABDdRTF 式中 鏈輪軸與軸承之間的摩擦系數(shù) 1 鏈輪軸的直徑 Bd 鏈輪直徑 D 鏈輪 輸出側的張力 要克服鏈條 段的張力 夾緊導軌對苗夾的阻力 鏈輪軸和CCTBfF 軸承座之間的轉動摩擦力 同時減去 段鏈條和苗夾及其附件的自身重力 CBCBCCcfBCC DdRlqlTDdRFGT 121 05 2 壓 由第二章可知彈簧最大變化量是 彈簧的剛度系數(shù)選用為 夾緊導軌對苗夾m8mN 的夾緊力 4 3 9015 kx壓 通過減小夾緊導軌之間的距離 對牛眼萬向輪施加壓力 在理想狀態(tài)下 苗夾在運行過程中 牛眼萬向輪和夾緊導軌之間是純滾動摩擦 但實際情況 萬向輪在有的時間段滾動 有的時間段 滑動 這就造成了萬向輪與導軌之間的摩擦力在滾動摩擦和滑動摩擦之間變化 為了確保提供足 夠的牽引力 在整個階段都滑動摩擦 限位板上裝有滾輪 在限位導軌中做純滾動運動 通過潤 滑該部分的摩擦可忽略不計 對于鏈輪輸入側張力和輸出側張力的合力 同樣采用 的計算方法 CRB 4 4 0 0 45cos29cos2fBCGFTTR 塔里木大學畢業(yè)設計 18 由上述關系可知 NTC 6312804 1 0291 05 62 896 281 鏈輪 輸出側的張力 要克服 段的鏈條張力 夾緊導軌對苗夾的摩擦力 由于自重滾輪AAC 與限位導軌之間的摩擦力 鏈輪軸與軸承座之間的轉動摩擦 側的輸出張力即為鏈條的最大張A 力 4 5 壓FlqlDdRTACACA 231 05 2 4 6 48cos2 0 4 7 壓FlqlTACCA 23 05 式中 是鏈輪 的輸入側張力 帶入數(shù)據(jù)求得 AT N6 58901 05 6 896 204 631 NRA 324cos 5 T7 68 10 結合鏈條的使用環(huán)境及運行情況 先用使用系數(shù)為 則最大牽引力設計為 4 8 TA4 9 04 max 實際選取的輸送鏈抗拉力為 則鏈條的安全系數(shù) KN6 5756 981 n 完全滿足要求 4 3 苗夾動力學分析 苗夾安裝在投苗機構輸送鏈上 隨著鏈條做循環(huán)運動 由于在豎直方向上苗夾的運動和受力 會關聯(lián)到夾苗點的準確性 下面將對在豎直運動時的苗夾進行受力分析 以求得夾緊導軌的安裝 位置 如何使苗夾對鏈條的影響最小 從而減小鏈條的擺動 在此過程中苗夾受到鏈條的作用力 限位導軌和夾緊導軌的摩擦力以及自身的重力 具體受力分析如圖 4 2 所示 塔里木大學畢業(yè)設計 19 圖 4 2 苗夾受力示意圖 由上圖可知 鏈條對苗夾的在 和 方向的力分別是 和 同時有作用力矩 限位xyxoFy OM 導軌對苗夾的彈力為 摩擦力為 由于 為滾動摩擦 大小可以忽略 夾緊導軌對苗夾的nF11 摩擦力為 苗夾的自身重力為 每個苗夾質量實測約為 作用點 2Gkg2ABC 之間的距離分別為 且已測得 求 OAlBCl mlOA0 lOC06 Ol 苗夾在 平面內力矩和 方向受力分析 XYYX 4 9 n OAOBCOyoynxoxFMlFGlM 1 121 0 0 整合上式可得 4 10 OABOCll12 鏈條對苗夾的力矩 的大小表明了苗夾運動過程中 對鏈條運行的影響 在上式中苗夾的自身O 重力以及受到的摩擦力是由客觀因素決定的 要想使苗夾對鏈條的影響最小 調整夾緊的導軌的 位置即 的大小 理想情況下 OBl 0 OM 則 4 11 mFlGlACB 065 182 921 根據(jù)上式計算可知 合理的選擇夾緊導軌的安裝位置 能夠減小鏈條的波動 進而改善苗夾 夾取蔥苗的準確性 塔里木大學畢業(yè)設計 20 5 軸的校核 5 1 地輪傳動軸的校核 1 求作用在鏈輪上的力 5 1 NdTFt 5 362407121 5 2 tr 6 190tan an 2 求軸承上的支反力 垂直面內 FNV921 FNV352 水平面內 H46H7 根據(jù)第四強度理論且忽略鍵槽影響 5 3 MPaW701 3 求彎矩 垂直面內 5 4 mNFNVMax 3681 Vax 2502 水平面內 FNHMax 36811 5 5 mNax 22 總彎矩 5 6 VH 5max1a1 107 3 5 7 22x2 8 扭矩 mNT 750 MMa 522118 3 mNTb 522109 0 5 8 6 0 74 dW Mpapaac 7 5111 bca 04 392 所以軸的強度合格 塔里木大學畢業(yè)設計 21 5 2 錐齒輪傳動軸的校核 圖 5 1 受力分析圖 1 垂直面的支承反力 圖 b NLdFlRarVa 15 802 12 5 9 Varb 635 2 水平面的支承反力 圖 c 5 10 FRtHba27 81 3 繪垂直面的彎矩圖 圖 b mNdlMavc 465211 塔里木大學畢業(yè)設計 22 5 11 mNlRMvbc 416285 4 繪水平面的彎矩圖 圖 c 5 12 lHa7 931 5 求合成彎矩 圖 d 5 13 mNCVc 6 4022 6 該軸所受扭矩為 T 70190N mm 7 按彎扭合成應力校核軸的強度 根據(jù)文獻 6 式 15 5 及以上數(shù)據(jù) 并取 計算6 軸的應力 5 14 MPaWTMcca 74 28 3 2 已選定軸的材料為 45 號鋼 調質處理 由文獻 6 查得 因此 a60 1 ca 1 所以軸的強度合格 塔里木大學畢業(yè)設計 23 總 結 大蔥在我國部分地區(qū)成為了當?shù)刂鲗徒?jīng)濟作物 其種植面積大 農民勞動強大 對于機械 移栽迫切需求 實現(xiàn)大蔥移栽機械化 存在兩個難點 一 大蔥的分苗 二 大蔥移栽后的高直 立度 本文主要針對大蔥移栽后的高直立度做了相關研究 主要研究結果如下 1 根據(jù)大蔥移栽的特性 選擇了鏈夾式大蔥移栽機 2 通過喂苗機構和投苗機構相互配合 實現(xiàn)定距喂苗 在 零速投苗 的前提下設計相應 的傳動系統(tǒng) 3 確定了最終的鏈式傳輸方案 主要包括 投苗 喂苗輸送帶的功能設計 鏈圍的設計和 安裝 根據(jù)零速栽植的宗旨 以及株距的要求 進行了移栽機的傳動方案設計 通過理論計算選 擇合適的傳動比 選擇合適的輸送帶 4 對投苗機構進行動力學分析 通過理論計算 計算出了整個移栽機所需的牽引力 牽引 功率等 并對主要零部件進行了機構合理性的分析 如限位導軌 苗夾 夾緊導軌和開溝器等 移栽機在我國起步較晚 對于大蔥移栽的研究資料很少 本文雖然根據(jù)大蔥自身移栽特性提 出了采用鏈夾式的方案 并做了相關研究 但是由于時間倉促等原因造成研究不足 在以下幾個 方面可以做進一步研究 1 蔥苗標準化育苗 通過田間試驗可以看出 苗的大小 形態(tài)質量好壞對移栽的效果很明 顯 如果蔥苗較直 挺實則在移栽過程中能夠提高取苗的準確率 2 機組結構 整個機組顯得結構太大 造成了重心較為靠后 機構看起來不緊湊 今后需 要對機構進行更合理的設計 這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計 為自己在大學四年所學習知識的全面總 結和鞏固 使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟 基本方法 通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間 所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用 把大學四年來所學的知識貫穿起來 使理論知識和生產實踐密切的結合起來 為我將來的實際工作打下了堅實的基礎 這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目 非常鍛煉人 從方案的論證到最終的設計 涉及的領 域包括 機械制圖 機械原理 工程材料 機械設計等等 通過設計實踐 提高我計算 制圖能 力 使我們能熟練地應用有關參考資料 計算圖表 手冊 圖集 規(guī)范 熟悉有關的國家標準 機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升 在進行畢業(yè)設計的同時 我還學到了許多新的知識 如 Solidworks CAD2007的等軟件的應用 在設計過程中也曾遇到很多的問題 但通過查閱相關的 書籍 手冊以及老師的精心指導 都得到了解決 設計過程基本順利完成 期間的過程真是煩惱 和驚喜 讓我受益匪淺 塔里木大學畢業(yè)設計 24 致 謝 畢業(yè)在即 四年的大學生活已接近尾聲 經(jīng)過三個多月的努力 在肖愛玲老師的悉心指導下 設計任務基本完成了 在撰寫論文期間 我要衷心的感謝我的指導老師肖愛玲老師 從設計的選 題 實施到撰寫 修改和定稿 肖老師均傾注了大量的心血 導師的悉心指導 熱忱鼓勵不僅使 我樹立了深遠的學術目標 掌握了基本的研究方法 還使我明白了許多待人接物與為人處事的道 理 還有 導師淵博的專業(yè)知識 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 精益求精的工作作風 誨人不倦的高尚師德 嚴以律己 寬以待人的崇高風范 樸實無華 平易近人的人格魅力將使我終生受益 同時我還要 感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助 感謝他們四年來的辛勤栽培 他們的 關懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐 最后 也感謝和我一起學習的同窗朋友 他們給了我無數(shù)的關心和鼓勵 也讓我的大學生活 充滿了溫暖和歡樂 感謝他們的陪伴與幫助 愿我們以后的人生都可以充實 多彩與快樂 塔里木大學畢業(yè)設計 25 參考文獻 1 黃于明 趙章忠編著 蔥蒜類蔬菜栽培技術 M 上?？茖W技術出版社 1996 2 蹼良貴 紀名剛 機械設計 M 北京 高等教育出版社 2001 6 3 成人先 機械設計手冊第 3 卷 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 1 4 李寶筏 農業(yè)機械學 M 北京 中國農業(yè)大學出版社 2003 7 5 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室 理論力學第六版 M 北京 高等教育出版社 2002 6 楊可楨 程光蘊 李仲生 機械設計基礎第五版 M 北京 高等教育出版社 2007 7 武科 陳永成 畢新勝 幾種典型的移栽機 J 農機化 2009 03 12 14 8 韓占全 封俊 曾愛軍 我國旱地栽植機械的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 J 現(xiàn)代化農業(yè) 2000 08 29 31 9 胡軍 封俊 曾愛軍 秦貴 王永濤 大蔥移栽機的現(xiàn)狀與發(fā)展前景 J 農機化研究 2002 01 39 41 10 金誠謙 吳崇友 袁文勝 鏈夾式移栽機栽植作業(yè)質量影響因素分析 J 農業(yè)機械學報 2008 09 196 198 11 孔卓 棉花移栽機的虛擬樣機設計 D 山東理工大學 2006 12 熊耐新 棉花裸苗移栽機構設計與試驗研究 D 湖南農業(yè)大學 2011 13 潘啟明 楊樹速豐林扦插作業(yè)技術裝備的設計與研究 D 東北林業(yè)大學 2010 14 肖衛(wèi)兵 煙草移栽機栽植器的設計與試驗研究 D 湖南農業(yè)大學 2010 15 胡軍 撓性圓盤式大蔥移栽機的優(yōu)化設計與試驗研究 D 中國農業(yè)大學 2003 16 章世秀 油菜移栽機的研制 D 南京農業(yè)大學 2009