關(guān)于水稻插秧機(jī)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　水稻插秧機(jī)</b></p><p>　　1．水稻插秧機(jī)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　水稻插秧機(jī)是用于栽植水稻秧苗的機(jī)具。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，使用壽命長(zhǎng)。它主要包括送秧機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、分插機(jī)構(gòu)、機(jī)架和船體等組成。本設(shè)計(jì)主要完成分插機(jī)構(gòu)和送秧機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b>

2、;</p><p>　　1）水稻插秧機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2）插秧頻率120次/min。</p><p>　　3）插秧深度10~25mm之間。</p><p>　　4）發(fā)動(dòng)機(jī)功率2.42kw，轉(zhuǎn)速2600r/min,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)始末傳動(dòng)比i=26。</p><p>　　5) 對(duì)移箱機(jī)構(gòu)

3、（送秧機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　a.每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合，要求保證取秧準(zhǔn)確、均勻。</p><p>　　b.移箱的時(shí)間應(yīng)與秧爪的運(yùn)動(dòng)相配合。</p><p>　　c.傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，必須使用可靠、耐久。</p><p>　　2. 工作原理及其動(dòng)作分解</p><p>　　分

4、插機(jī)構(gòu) 是水稻插秧機(jī)的主要工作部件，由取秧器（栽植臂和秧爪），驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和軌跡控制機(jī)構(gòu)組成。取秧器在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和軌跡控制機(jī)構(gòu)的控制下，按照一定的軌跡從秧箱中分取一定數(shù)量的秧苗并將其插入土中，然后返回原始位置，開(kāi)始下一次循環(huán)動(dòng)作。</p><p>　　秧爪在栽植臂的帶動(dòng)下完成取秧和插秧工作，圖1中虛線(xiàn)給出秧爪的靜軌跡圖，h為插秧深度。</p><p><b>　　圖1</b

5、></p><p>　　送秧機(jī)構(gòu) 的作用是按時(shí)、定量地把秧苗送到秧門(mén)處，使秧爪每次獲得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧機(jī)構(gòu)分為縱向送秧機(jī)構(gòu)和橫向送秧機(jī)構(gòu)。橫向送秧機(jī)構(gòu)，其送秧方向同機(jī)器行進(jìn)方向垂直，采用的是移動(dòng)秧箱法。因此，又稱(chēng)移箱機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用橫向送秧箱機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　工藝動(dòng)作分解：</b></p><p>　

6、　秧爪按照特定靜軌跡（如 圖1 所示）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　秧箱做橫向直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（在秧爪取秧過(guò)程中，秧箱需保持連續(xù)不斷的勻速運(yùn)動(dòng)；在移至兩端極限位置后，秧箱自動(dòng)換向。）</p><p>　　3．分插機(jī)構(gòu)，送秧機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)及確定</p><p>　　1) 分插機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　方案甲：&l

7、t;/b></p><p>　　評(píng)價(jià)：采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，主動(dòng)件為曲柄，使秧爪按照特定軌跡運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)準(zhǔn)確，快速。</p><p><b>　　方案乙：</b></p><p>　　評(píng)價(jià)：本機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)，利用油缸作為主動(dòng)件，來(lái)實(shí)現(xiàn)秧爪的特定軌跡運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是需要額外的液壓油路。</p><p

8、>　　結(jié)論：方案甲 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，符合設(shè)計(jì)要求，故 分插機(jī)構(gòu) 選用 方案甲。</p><p>　　2）送秧機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　方案A：</b></p><p>　　評(píng)價(jià)：采用凸輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件（秧箱）的橫向直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力小，傳動(dòng)準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)靈活。但凸輪廓線(xiàn)的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。

9、</p><p><b>　　方案B：</b></p><p>　　評(píng)價(jià)：此系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，來(lái)控制齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而影響齒條的運(yùn)動(dòng)，使齒條進(jìn)行直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可靠。但此方案需要PLC控制設(shè)備，成本較高。</p><p>　　結(jié)論： 方案A 采用凸輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，成

10、本較低，故 送秧機(jī)構(gòu) 選擇 方案A。</p><p><b>　　3）方案設(shè)計(jì)的確定</b></p><p>　　綜上所述，考慮到插秧機(jī)的設(shè)計(jì)要求（水稻插秧機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)，送秧機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，必須使用可靠、耐久。）以及自身所學(xué)知識(shí)，本設(shè)計(jì)的 分插機(jī)構(gòu) 選擇 方案甲 ，送秧機(jī)構(gòu) 選擇 方案A 。</p><p&

11、gt;<b>　　如圖 ：</b></p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)仿真圖：</b></p><p><b>　　4．機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）送秧機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)要求中，電動(dòng)機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 為 2600

12、r／min。</p><p>　　由于 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 始末傳動(dòng)比 i = 26 ，</p><p>　　故 皮帶輪 與 齒輪1 的 轉(zhuǎn)速 為 100r／min 。</p><p><b>　　在設(shè)計(jì)要求中，</b></p><p>　　插秧頻率 為 120次/min ，</p><p>　　故 齒

13、輪2 的 轉(zhuǎn)速 為 120r／min ，</p><p>　　即 齒輪1 與 齒輪2 的 傳動(dòng)比 為 5:6 。</p><p><b>　　兩齒輪的設(shè)計(jì)如下：</b></p><p>　　齒輪1 與 齒輪2 之間的中心距為 99 mm 。</p><p><b>　　齒輪傳動(dòng) 如圖：</b>&

14、lt;/p><p><b>　　連桿機(jī)構(gòu)：</b></p><p>　　桿AB為 曲柄，桿CD為 搖桿，BE與 連桿BC 固結(jié)。本設(shè)計(jì)的要求中，點(diǎn)E的軌跡如 圖1中所示。</p><p>　　假設(shè)AB長(zhǎng)為10mm，BC長(zhǎng)為30mm，CD長(zhǎng)為20mm，AD長(zhǎng)為30mm， BE長(zhǎng)為55mm ，</p><p>　　以 A 為 原

15、點(diǎn)，AD 所在直線(xiàn)為 x軸，建立平面直角坐標(biāo)系。</p><p>　　由 10 *cosθ1 + 30 *cosθ2 = 30 + 20 *cosθ3，</p><p>　　10 *sinθ1 + 30* sinθ2 = 20* sinθ3， 得，</p><p>　　θ2 = 2* arctan ﹛2*sinθ1 — [16 — ( 2*cosθ1

16、 +1) ² ]½ ﹜/ （4 * cosθ1 — 11）</p><p>　　點(diǎn)E的軌跡方程如下：</p><p>　　x = 10 *cosθ1 + 55*cos（θ2+θ）</p><p>　　y = 10* sinθ1 + 55 *sin（θ2+θ）</p><p>　　利用 MATLAB軟件，通過(guò)改變角θ的大?。?/p>

17、θ的值依次取10°,15°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°），來(lái)獲得 點(diǎn)E的9個(gè)軌跡圖。</p><p>　　在 MATLAB 編譯器中輸入以下語(yǔ)言：</p><p><b>　　for i=1:9</b></p><p>　　th

18、eta1=0:pi/100:2*pi;</p><p>　　theta2=2*atan((2*sin(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).^2))./(4*cos(theta1)-11));</p><p>　　x=10*cos(theta1)+55*cos((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);</p><p&

19、gt;　　y=10*sin(theta1)+55*sin((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);</p><p>　　subplot(3,3,i);</p><p>　　plot(x,y);</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　得出軌跡圖：</

20、b></p><p>　?。ǖ谝恍?，θ的值依次為 10°,15°，20°，</p><p>　　第二行，θ的值依次為 25°，30°，35°，</p><p>　　第三行，θ的值依次為 40°，45°，50°。）</p><p>　　經(jīng)過(guò)比較這9個(gè)

21、軌跡圖，發(fā)現(xiàn) 第二行第二列 的軌跡圖（θ=30°）中的軌跡與 圖1中的軌跡近似，故 選擇 第二行第二列 的軌跡圖（θ=30°）。</p><p>　　考慮到設(shè)計(jì)要求插秧深度在10~25mm之間，而通過(guò)觀(guān)察此軌跡圖，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)E軌跡最右端點(diǎn)的x坐標(biāo)（略小于40）與點(diǎn)D的x坐標(biāo)（等于30）之差小于10mm且大于5mm，所以需改進(jìn)方案尺寸：</p><p>　　將各桿的長(zhǎng)度增加一

22、倍，即</p><p>　　AB = 20 mm ，BC = 60 mm ，CD = 40 mm ，AD = 60 mm ，BE = 110 mm ，</p><p><b>　　θ= 30°</b></p><p>　　在此情況下，點(diǎn)E軌跡 最右端點(diǎn)的x坐標(biāo)與 點(diǎn)D的x坐標(biāo) 之差必大于10mm且小于20mm，即 方案可以滿(mǎn)足插秧深

23、度在10~25mm之間的要求。</p><p><b>　　2）送秧機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　從動(dòng)件（秧箱）運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)，采用擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)修正等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度曲線(xiàn)（從動(dòng)件無(wú)柔性沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)），如下所示：</p><p>　　從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖分為6個(gè)階段，</p><p>　　各階段運(yùn)動(dòng)方程式如下：</p

24、><p>　　1) 0≤ψ≤φ1 （秧箱做加速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　S = S1[ψ/φ1—sin(πψ/φ1)/ π]</p><p>　　v = S1ω[1 — cos（πψ/φ1）] /φ1</p><p>　　a = πS1ω²sin(πψ/φ1) /φ1²</p><p&g

25、t;　　2) φ1＜ψ＜φ2 （秧箱做勻速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　S = S1 + (S2 - S1)( ψ-φ1)/( φ2 -φ1)</p><p>　　v = 2 S1ω/φ1</p><p><b>　　a = 0</b></p><p>　　3) φ2≤ψ＜π （秧箱做減速運(yùn)

26、動(dòng)）</p><p>　　S = S1﹛ (ψ-φ2)/ φ1—sin [π（ψ-φ2+φ1）/φ1 ]/ π﹜+ S2</p><p>　　v = S1ω﹛1 — cos [π（ψ-φ2+φ1）/φ1 ] ﹜/φ1</p><p>　　a = πS1ω²sin [π（ψ-φ2+φ1）/φ1 ] /φ1²</p><p&g

27、t;　　4) π≤ψ≤π+φ1 （秧箱做加速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　S = S1﹛（2φ1+φ2—ψ）/φ1—sin [π（3φ1+φ2-ψ）/φ1 ]/ π﹜</p><p>　　v = S1ω﹛[cos [π（ψ—φ2—φ1）/φ1] — 1 ﹜ /φ1</p><p>　　a = —πS1ω²sin [π（ψ—φ2—φ1）/φ1

28、 ] /φ1²</p><p>　　5) π+φ1 ＜ψ＜π+φ2 （秧箱做勻速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　S = S1 + (S2 - S1)( 2φ2 +φ1 - ψ)/( φ2 -φ1)</p><p>　　v = —2 S1ω/φ1</p><p><b>　　a = 0</b><

29、/p><p>　　6) π+φ2 ≤ψ≤2π （秧箱做減速運(yùn)動(dòng)）</p><p>　　S = S1﹛ (2φ2 + 2φ1 — ψ)/ φ1—sin [π（2φ2 + 2φ1 — ψ）/φ1 ]/ π﹜</p><p>　　v = S1ω﹛cos [π（ψ + 2φ1）/φ1] — 1﹜ /φ1</p><p>　　a = πS

30、1ω²sin [π（ψ - 2φ2 -φ1）/φ1 ] /φ1²</p><p>　　設(shè)計(jì)要求“每次移箱距離應(yīng)與秧爪每次取秧寬度相配合”，</p><p><b>　　即</b></p><p>　　取秧寬度 ／ 點(diǎn)E的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期 = 從動(dòng)件（秧箱）的勻速運(yùn)動(dòng)速度</p><p>　　點(diǎn)E的

31、往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期已知，周期大小為0.5 s 。</p><p>　　設(shè) 取秧寬度 為10 mm ，</p><p>　　則 v = 2×S1×ω／φ1 = 20mm／s ，</p><p>　　即 從動(dòng)件（秧箱）的勻速運(yùn)動(dòng)速度的大小為 20mm／s 。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定φ1，φ2，S1，S2的值，&l

32、t;/p><p><b>　　且滿(mǎn)足 </b></p><p>　　2 * S1 * ω／φ1 = 20 mm／s 。</p><p>　　φ1，S1應(yīng)盡量小些，</p><p>　　以減小從動(dòng)件從啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定速度所經(jīng)過(guò)的時(shí)間和位移。</p><p>　　取φ1 = π/6, φ2 = 5π/6 ，

33、S1 = 10 mm ，S2 = 110 mm ，</p><p>　　將 φ1，φ2，S1，S2 的值 代入 行程 S 的表達(dá)式 ，得</p><p>　　S = 60ψ/π - 10sin(6ψ)/π, ( 0 ≤ ψ ≤ π/6 )</p><p>　　S = 150ψ/π - 15, ( π/6 ＜

34、ψ ＜ 5π/6 )</p><p>　　S = 60ψ/π - 10sin(6ψ)/π + 60， （ 5π/6 ≤ ψ ＜ π ）</p><p>　　S = 70 - 60ψ/π + 10sin（6ψ）/π, ( π ≤ ψ ≤ 7π/6 )</p><p>　　S = 285 - 150ψ/π, ( 7

35、π/6 ＜ ψ ＜ 11π/6 )</p><p>　　S = 120 - 60ψ/π + 10sin(6ψ)/π. ( 11π/6 ≤ ψ ≤ 2π )</p><p>　　由2 * S1 * ω／φ1 = 20mm／s，S1 = 10 mm，φ1 = π/6，得</p><p>　　ω =π/6 rad/s,</p><p>　　

36、即 凸輪轉(zhuǎn)速 為 5 r/min 。</p><p>　　根據(jù)已求出的從動(dòng)件的 行程S 的表達(dá)式 ，</p><p>　　則 對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 的 凸輪廓線(xiàn)方程式 為可寫(xiě)：</p><p>　　X =（rb + S）* sinψ </p><p>　　Y =（rb + S）* cosψ </p><p>　?。?/p>

37、rb為 凸輪基圓 的 半徑值）</p><p>　　取rb = 20 mm ，滾子半徑為10 mm，在制作 運(yùn)動(dòng)仿真 過(guò)程中，得到 理論廓線(xiàn) 和 實(shí)際廓線(xiàn)，如下圖所示：</p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真圖：</p><p><b>　　5. 心得體會(huì)：</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)考察了我們所學(xué)的機(jī)械原理

38、知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合多方面的要求和需要來(lái)進(jìn)行合理的選擇，這是一個(gè)并不簡(jiǎn)單的過(guò)程。由此可以了解到，自己的能力遠(yuǎn)不能解決復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。我們還應(yīng)不斷地學(xué)習(xí)和積累。</p><p>　　在對(duì)水稻插秧機(jī)完全不了解的情況下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，查找了大量的相關(guān)資料。盡管對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的水稻插秧有了一定的了解，但這些資料對(duì)其工作的描述仍不夠詳細(xì)和清晰。我們未能對(duì)水稻插秧機(jī)的工作流程和原理完全清楚，比如秧箱的具體結(jié)構(gòu)和工作方式。這是

39、設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)比較大的遺憾。</p><p>　　設(shè)計(jì)尺寸的部分是其中最難的步驟，我們只能在做出一個(gè)自我感覺(jué)合理的尺寸假設(shè)的前提下，繼續(xù)以后的設(shè)計(jì)，而且應(yīng)用了一個(gè)之前我們完全陌生的軟件 MATLAB 。因?yàn)椴欢萌绾问褂迷撥浖?，所以尋求朋友的幫助，我們順利得出了點(diǎn)E（秧爪）的與要求軌跡近似的靜軌跡圖。接下來(lái)的步驟水到渠成，花費(fèi)較多時(shí)間是一些繁雜的運(yùn)算。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，積