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多功能排種器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

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多功能排種器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

多功能排種器試驗(yàn)臺(tái)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(tái)模型架構(gòu)出發(fā),確定試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)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(tái)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(tái)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(tái)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(dòng)。排種器試驗(yàn)臺(tái)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(dòng),排種器在實(shí)驗(yàn)時(shí)固定不動(dòng),輸送帶(種床)相對于排種器運(yùn)動(dòng)。這樣,就使播種機(jī)相對地面的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫦鄬τ诓シN機(jī)的運(yùn)動(dòng)。從相對運(yùn)動(dòng)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(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要有臺(tái)架,種床帶裝置,排種器安裝架,驅(qū)動(dòng)裝置,以及5mm厚,長寬不一的鐵板。排種器臺(tái)架L種床帶裝置驅(qū)動(dòng)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(tái)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(huì)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(tái)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(tái)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(dòng)電機(jī)功率的確定從結(jié)構(gòu)上看,本排種器試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)狀態(tài),因此可粗略計(jì)算驅(qū)動(dòng)種床帶傳送裝置平移運(yùn)動(dòng)所做的功,來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。運(yùn)動(dòng)中滾筒所需的驅(qū)動(dòng)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(dòng)摩擦系數(shù),f=0.65滾筒的驅(qū)動(dòng)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(dòng)比,i=2在種床帶最大前進(jìn)速度下驅(qū)動(dòng)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(dòng),單個(gè)排種器的排種盤轉(zhuǎn)動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩最大約為12.75N.M排種器驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī),電動(dòng)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(dòng)機(jī)式一種交流無級(jí)變速電動(dòng)機(jī),它由籠式異步電動(dòng)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(jí)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(tái)使用。3設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)3.1一級(jí)皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì):由前已知該電機(jī)于滾筒的傳動(dòng)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(dòng)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(jí)皮帶傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸(電動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jí)的角接觸球軸承46209,右端滾動(dòng)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(dòng)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(tái)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù),對試驗(yàn)臺(tái)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(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)。通過各學(xué)科知識(shí)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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