傾斜圓盤(pán)式玉米播種器設(shè)計(jì)
傾斜圓盤(pán)式玉米播種器設(shè)計(jì)
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第一章 緒論
2
目錄
第一章 緒論 2
1.1發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2排種器 2
1.2.1排種器位置: 2
1.2.2排種器技術(shù)要求:? 2
1.2.3排種器的分類 3
1.3精密播種 3
1.3.1機(jī)械式玉米精密排種器的類型及特點(diǎn) 3
1.3.2方案選擇及改進(jìn) 7
第二章 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)計(jì)算 9
2.1目的及任務(wù) 9
2.2 排種器設(shè)計(jì) 9
2.2.1排種盤(pán)型孔設(shè)計(jì) 9
2.2.2轉(zhuǎn)速、線速度和傳動(dòng)比 10
2.2.3排種器功率設(shè)計(jì) 11
2.3錐齒輪 12
2.4 傳動(dòng)軸 14
2.5 軸承的選擇 15
第三章 關(guān)鍵部件校核計(jì)算 16
3.1 地輪軸校核: 16
3.2 排種器軸校核: 17
3.3 地輪軸軸承校核: 18
3.4排種器軸軸承校核: 19
3.5 鍵的校核 20
第四章 結(jié)論 21
參考文獻(xiàn) 22
第一章 緒論
1.1發(fā)展現(xiàn)狀
玉米是重要的糧食作物,飼料作物和經(jīng)濟(jì)作物,在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。其在飼料業(yè)、制藥業(yè)、食品加工業(yè)以及新能源領(lǐng)域都有著無(wú)可替代的作用。我國(guó)是僅次于美國(guó)的世界第二大玉米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。目前,玉米在我國(guó)糧食生產(chǎn)中種植面積和產(chǎn)量均位居第一位。玉米種植面積逐年增長(zhǎng),產(chǎn)量增加,對(duì)保障我國(guó)糧食安全發(fā)揮了巨大的作用。
歐美等國(guó)家對(duì)精密排種器的研究從 20 世紀(jì) 40 年代開(kāi)始,初期研究主要集中在機(jī)械式排種器,目前在玉米、甜菜等中耕作物以及麥類等條播或半精量播種作物中仍有使用,其結(jié)構(gòu)形式主要有窩眼輪式、垂直圓盤(pán)式、水平圓盤(pán)式、傾斜圓盤(pán)式,為了克服作業(yè)速度低的缺點(diǎn),又相繼發(fā)展了結(jié)構(gòu)較為新穎的機(jī)械式排種器,如 Jhon - Deere 7000 指夾式精密播種機(jī),但其通用性較差。我國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代末開(kāi)始研制精密播種機(jī)械。由于種子質(zhì)量、整地條件、機(jī)械制造水平及機(jī)器價(jià)格等因素制約,我國(guó) 20 世紀(jì) 80 年代主要推廣半精量播種機(jī)。為適應(yīng)農(nóng)村生產(chǎn)責(zé)任制的要求,大量推廣了小型單體播種機(jī)。20 世紀(jì) 90 年代以來(lái),我國(guó)逐步推廣精密播種機(jī)。
1.2排種器
在玉米種植中,播種機(jī)的性能很大程度上決定出苗的好壞,而播種機(jī)的核心部件就是排種器,它是決定播種機(jī)工作質(zhì)量和工作性能優(yōu)劣的重要因素,播種機(jī)能否滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求或滿足程度如何,在很大程度上主要取決于排種器的工作狀況。
1.2.1排種器位置:
一般配置在種子箱底部或開(kāi)溝器上方。
1.2.2排種器技術(shù)要求:?
l 播種量均勻穩(wěn)定,即排種均勻性不受外界條件變化而產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
l 排種均勻。?
l 不損傷種子。
l 通用性好且使用范圍大。
l 調(diào)整方便、工作可靠。
1.2.3排種器的分類
按照播種方式劃分,排種器總共分為三大類:?撒播播種器、條播播種器、穴播播種器三種,目前較為常用的是條播播種器和穴播播種器
按照工作原理劃分,可分為機(jī)械式和氣力式。其中,撒播播種器:離心式;條播排種器:槽輪式、磨盤(pán)式、離心式、氣力式、撥輪式、勺式;?穴播排種器:型孔盤(pán)式(水平圓盤(pán)、垂直圓盤(pán)、傾斜圓盤(pán))、型孔帶式、窩眼式、離心式、指夾式、氣力式(氣吸式、氣吹式、氣壓式)。
1.3精密播種
玉米精密播種是指用精密播種機(jī)依據(jù)農(nóng)藝要求的播種密度,按照一致的行距、均勻的粒距和精確的深度將玉米種子播入土壤中并準(zhǔn)確定位的過(guò)程,可節(jié)省種子、減少間苗作業(yè),同時(shí)達(dá)到苗齊、苗全、苗壯的效果,既節(jié)約成本又提高產(chǎn)量。隨著規(guī)?;a(chǎn)進(jìn)程的加快,作物種植逐漸從過(guò)去單純追求高產(chǎn)向產(chǎn)量與效益并重、效益優(yōu)先的方向發(fā)展,玉米精密播種技術(shù)因其具有突出的節(jié)本增效優(yōu)點(diǎn),得到高度重視和廣泛應(yīng)用。
按照工作原理不同,精密排種器可分為兩大類: 機(jī)械式和氣力式。氣力式排種器對(duì)種子的幾何形狀要求不嚴(yán)、不傷種子、不磕籽,確保播種準(zhǔn)確,出苗率高。但是氣力式排種器需要風(fēng)機(jī)和氣力系統(tǒng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)要求高,動(dòng)力消耗大,要求高度的氣密性,須要大功率拖拉機(jī)配套。我國(guó)農(nóng)村拖拉機(jī)以小型為主,難以滿足大動(dòng)力的要求,且氣力式排種器的使用調(diào)整復(fù)雜,我國(guó)農(nóng)民機(jī)手的素質(zhì)較低,使用操作困難,致使播種效果較差,因而其生產(chǎn)批量依然較小。機(jī)械式因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉而得以廣泛應(yīng)用。機(jī)械式的主要為型孔盤(pán)式,按照?qǐng)A盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向可分為:水平圓盤(pán)排種器、垂直圓盤(pán)排種器和傾斜圓盤(pán)排種器等三種類型。
1.3.1機(jī)械式玉米精密排種器的類型及特點(diǎn)
水平圓盤(pán)式排種器:水平圓盤(pán)式排種器利用種子自重填充到旋轉(zhuǎn)的排種盤(pán)型孔中,隨排種盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到刮種器時(shí),多余種子被清除,保留的種子轉(zhuǎn)動(dòng)至排種口,在自重和推種器作用下完成排種。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,低速工作時(shí)比較可靠,但由于圓盤(pán)一般安裝在地輪軸上,從下種口到種溝距離較大(投種高度H),易造成種子在溝內(nèi)發(fā)生彈跳現(xiàn)象,致使株距合格率降低。
圖1-1 水平圓盤(pán)式排種器示意圖
圖1-2 水平圓盤(pán)式排種器結(jié)構(gòu)示意圖
垂直圓盤(pán)式排種器:?圓盤(pán)一般與地輪同軸安裝,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,投種高度低。但充種面積小,種子填充性能差,故一般采用氣力式,增加種子的吸附作用。
圖1-3垂直圓盤(pán)式排種器示意圖
圖1-4 垂直圓盤(pán)式排種器結(jié)構(gòu)示意圖
傾斜圓盤(pán)式排種器:圓盤(pán)相對(duì)地面傾斜安裝,排種口在圓盤(pán)的最低點(diǎn)?,充種區(qū)大,投種高度低,但傳動(dòng)裝置較為復(fù)雜。
圖1-5 傾斜圓盤(pán)式排種器示意圖
圖1-6傾斜圓盤(pán)式排種器結(jié)構(gòu)示意圖
1.3.2方案選擇及改進(jìn)
通過(guò)上述分析,不難發(fā)現(xiàn):水平圓盤(pán)式排種器投種高度過(guò)高,易發(fā)生種子彈跳現(xiàn)象,影響株距;垂直圓盤(pán)式雖然投種高度較低,但充種面積小,且充填種子困難;而傾斜圓盤(pán)式性能則介于兩者之間,具有合適的投種高度,利于保證株距的均勻性,且充種面積較大,充種方便,另外,傾斜配置的排種器提高了充種盤(pán)型孔側(cè)向填充能力和自然清種能力。損傷率較低。固現(xiàn)今機(jī)械排種器大多數(shù)采用傾斜圓盤(pán)式。
圖1-7 排種盤(pán)工作區(qū)示意圖
采用傾斜圓盤(pán)式排種器時(shí),種子堆積在排種盤(pán)下方,而排種孔也在排種盤(pán)下方,由于種子的大量堆積一定程度上增加了投種困難程度。且由于投種區(qū)的存在,壓縮了充種區(qū)面積。為克服這些缺陷,我們這里采用雙圓盤(pán)式排種器。
雙圓盤(pán)式排種器工作原理:如下圖,雙圓盤(pán)式排種器工作時(shí),種子靠自重側(cè)向進(jìn)入充種型孔內(nèi),隨充種盤(pán)旋轉(zhuǎn)并被帶到上部的過(guò)程中,多余種子沿圓盤(pán)表面靠自重或用清種毛刷清除后滑落到下面的充種區(qū)。型孔內(nèi)的種子轉(zhuǎn)到上部隔板的缺口部位時(shí),種子靠自重作用,落入到與充種盤(pán)同步旋轉(zhuǎn)的排種盤(pán)上的型孔內(nèi),并隨排種盤(pán)轉(zhuǎn)到排種盤(pán)最下端,通過(guò)排出口落到種溝內(nèi)。
圖1-8雙圓盤(pán)式排種器工作示意簡(jiǎn)圖
圖1-9傳動(dòng)方案示意圖
如圖,本次設(shè)計(jì)過(guò)程中采用錐齒輪傳動(dòng),其中軸一(橫軸)連接地輪,軸二(豎軸)連接排種器。
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第二章 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)計(jì)算
第2章 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1目的及任務(wù)
l 題目名稱:傾斜圓盤(pán)式玉米排種器設(shè)計(jì)
l 設(shè)計(jì)內(nèi)容:確定結(jié)構(gòu)參數(shù)、總體配置、排種盤(pán)設(shè)計(jì)、排種器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等主要零部件。
l 技術(shù)要求:適用于中耕作物單粒精密播種技術(shù)要求(取壟距為65cm)
表2-1 玉米排種器的技術(shù)要求
圓盤(pán)傾斜角度(°)
穴距()
機(jī)組作業(yè)速度(km/h)
50
25
5.0
l 工作量要求:設(shè)計(jì)圖紙A0號(hào)圖紙1.5張、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5000字。
l 目 的: 使學(xué)生初步掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械工作部件設(shè)計(jì)、機(jī)械裝置或生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)的基本原則和方法,為將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)際工作打下一定基礎(chǔ)。
2.2 排種器設(shè)計(jì)
用機(jī)械方式進(jìn)行機(jī)密播種的排種器大多屬于型孔式排種器。這種排種器的特點(diǎn)是根據(jù)種子形狀和尺寸等因素設(shè)計(jì)各種形式型孔或窩眼,用以播下每穴數(shù)目相等數(shù)量種子。型孔排種器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿意地完成種子的填充,清除多余種子和投種成穴等一系列操作。
由于我國(guó)玉米品種繁多,外形尺寸很復(fù)雜,籽位大小相差懸殊,千粒重范圍很大,必須對(duì)種子進(jìn)行分級(jí),然后按其每級(jí)種子的形狀尺寸來(lái)設(shè)計(jì)排種盤(pán)型孔。
2.2.1排種盤(pán)型孔設(shè)計(jì)
排種盤(pán)型孔的形狀和尺寸主要決定于種子形狀、尺寸、穴粒數(shù)和種子充填方式。在確定型孔尺寸時(shí),要使種子在填充概率較大情況下按一定排列方式設(shè)計(jì)。常用圓盤(pán)型孔形狀如圖2-1,其中槽孔盤(pán)適應(yīng)能力好,應(yīng)用較多。圓孔盤(pán)類主要有圓柱形窩眼,圓弧形窩眼和圓錐形窩眼。
槽孔 圓弧形 圓柱形
圖2-1 常用圓盤(pán)型孔形狀
分類:按型孔內(nèi)種子粒數(shù)可分單粒盤(pán)和穴播盤(pán)。本次設(shè)計(jì)中,采用的是單粒盤(pán)。
材料:排種盤(pán)大多由灰鑄鐵制成,也有用工程塑料壓制成。
充填方式:?jiǎn)瘟2ゲ劭妆P(pán)的充填方式有平置式和側(cè)立式兩種。大量實(shí)驗(yàn)表明,扁粒玉米種子常以側(cè)立或豎立狀態(tài)從鐘箱側(cè)壁向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入型孔,且側(cè)臥式型孔中進(jìn)人雙粒的幾率少,單粒準(zhǔn)確性高,故現(xiàn)大多采用側(cè)臥式。
型孔尺寸的確定:
經(jīng)實(shí)地測(cè)量,玉米種子尺寸大致如下:
l: 9-12mm
a: 4-6mm
b: 8-10mm
由此,確定排種盤(pán)厚度為6mm,孔徑大小為14mm。
另外,為了增加種子進(jìn)入型孔的機(jī)率,提高充填性能,需在型孔形狀上設(shè)有倒角,其前角和側(cè)面傾角使種子易于送入型孔,并能側(cè)臥于孔內(nèi);后角利于刮種,將多余的種子推出;為便于型孔內(nèi)種子迅速投種,型孔底部尺寸比上部大1~2mm。
2.2.2轉(zhuǎn)速、線速度和傳動(dòng)比
為了保證播種質(zhì)量,首先應(yīng)滿足型孔充填要求,這需要一定的充填時(shí)間和充填空間,充填空間由以確定了的型孔來(lái)完成,充填時(shí)間則由型孔的線速度來(lái)控制。型孔的線速度對(duì)種子充填性能及投種準(zhǔn)確性有著直接影響。若線速度過(guò)高,型孔充種時(shí)間短,種子可能來(lái)不及進(jìn)入型孔,造成漏播。
(2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
式中,
——播種機(jī)作業(yè)速度 (m/s)
——排種盤(pán)直徑 (m) ——地輪(傳動(dòng)輪)直徑 (m)
——排種盤(pán)型孔數(shù) ——地輪滑移系數(shù),一般取0.05~0.12
t——株距(穴距) (m)
由題目要求,可知: ,t=0.25m
設(shè):=24cm, Z=12, D=0.5m ,=0.10,A=14, l=12,b=10
求得:=0.63m/s, v=0.48m/s, =30.6r/min , 1.9096
由>v, 速度在允許范圍內(nèi),可知(一般小于壟距的一半)與Z的選擇合理。
從上述關(guān)系式知,縮小排種盤(pán)直徑或增加型孔數(shù),均能降低排種盤(pán)線速度,從而能改善種子充填性能。但增加型孔數(shù)會(huì)縮小型孔間的間隔,間隔太小,將影響每穴之間的種子分離準(zhǔn)確性。
2.2.3排種器功率設(shè)計(jì)
對(duì)于排種器來(lái)說(shuō),其主要阻力來(lái)源于玉米與充種盤(pán)間的摩擦,和各部間的相互摩擦等。其阻力轉(zhuǎn)矩:
2.3錐齒輪
選擇齒輪材料、熱處理、精度等級(jí):
齒輪材料選擇45鋼,軟齒面齒輪傳動(dòng),小齒輪調(diào)制,齒面硬度為220~230HBS,大齒輪正火,齒面硬度為190~200HBS,精度等級(jí)為8級(jí)。
選擇齒輪齒數(shù),齒寬系數(shù):
由傳動(dòng)比確定錐齒輪齒數(shù),取=25,=47.74,選=48
,
錐齒輪推薦齒寬系數(shù)=0.25~0.3,因齒輪懸臂布置, 取=0.3
確定相關(guān)系數(shù)
當(dāng)量齒數(shù)
當(dāng)量齒輪端面重合度
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
取載荷系數(shù)=1.5;
=N
=0.3
取507MPa設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)。
由第一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列,取m=4mm。
確定主要幾何參數(shù)
取齒寬
齒頂圓直徑由公式 ,
得:
齒根圓直徑由公式 ,
得:
2.4 傳動(dòng)軸
圖2-2 地輪軸軸徑及長(zhǎng)度示意圖
如圖,地輪軸共分十段,全長(zhǎng)為640mm。其中:54mm長(zhǎng)軸段安裝地輪,設(shè)有6x6x50mm C型普通平鍵。134.6mm軸段安裝有軸承端蓋,用于固定軸承。34mm軸段用于安裝錐齒輪,周向采用A型平鍵固定,鍵型號(hào):8x6x28。
圖2-3 排種器軸軸徑及長(zhǎng)度示意圖
如圖,排種器軸軸徑共分五段,全長(zhǎng)126mm。其中,5mm與15mm軸段為方軸,用于連接充種盤(pán)及排鐘盤(pán),便于拆卸。36mm軸段用于連接錐齒輪,采用C型普通平鍵用于周向定位。型號(hào):10x8x32。
2.5 軸承的選擇
由于采用錐齒輪傳動(dòng),傳動(dòng)過(guò)程中存在較大的軸向力,我們這里選用角接觸球軸承。角接觸球軸承不僅可以承受徑向力,還可以承擔(dān)較大的軸向力。
地輪軸: 7005C
排種器軸: 7007C。
第三章 關(guān)鍵部件校核計(jì)算
第三章 關(guān)鍵部件校核計(jì)算
3.1 地輪軸校核:
圖3-1 地輪軸受力分析圖
如圖,
符合要求。
3.2 排種器軸校核:
圖3-2 排種器軸受力計(jì)算圖
如圖,
符合要求。
3.3 地輪軸軸承校核:
由3.1可知,
,
3.4排種器軸軸承校核:
由3.1可知,
,
3.5 鍵的校核
軸1與齒輪配合的鍵 8x7x30校核:
軸1與地輪配合的鍵 6x6x50校核:
軸2與齒輪配合的鍵 10x8x32校核:
第四章 結(jié)論
第四章 結(jié)論
傾斜圓盤(pán)式玉米排種器綜合了水平式,豎直式玉米排種器的優(yōu)點(diǎn),具有合理的離地高度,利于保證株距均勻性,排種過(guò)程簡(jiǎn)單可靠。本次試驗(yàn)過(guò)程中,我們采用了雙圓盤(pán)式玉米排種器,在傳統(tǒng)的單圓盤(pán)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)圓盤(pán),將充種與排種分別在兩個(gè)盤(pán)中進(jìn)行,中間設(shè)有隔板。這種方法增大了了充種面積,同時(shí)也使清種工作變得易于操縱。
設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們采用了槽孔圓盤(pán),這種圓盤(pán)有利于進(jìn)行充種工作。同時(shí)根據(jù)種子流動(dòng)規(guī)律,我們發(fā)現(xiàn)種子總是以側(cè)立或豎立狀態(tài)進(jìn)入穴孔,并以此規(guī)律設(shè)計(jì)了型孔形狀。傳動(dòng)方案為地輪傳動(dòng),其中地輪直徑為50cm。傳動(dòng)方式為錐齒輪傳動(dòng),起到了轉(zhuǎn)向以及傳遞扭矩的作用。為了保證排種器軸與充種盤(pán),排鐘盤(pán)的配合以及拆卸方便,我們擺脫了傳統(tǒng)意義上的圓軸,而采用方軸,這樣的結(jié)構(gòu)避免了鍵的存在,使得更換種盤(pán)變得簡(jiǎn)單。
通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多關(guān)于玉米排鐘機(jī)械的知識(shí),并對(duì)圓盤(pán)式玉米排種器有了系統(tǒng)的認(rèn)知。在查找資料,自主設(shè)計(jì)并不斷更正和改進(jìn)的過(guò)程中,我收獲了很多,并對(duì)基本的設(shè)計(jì)過(guò)程有了細(xì)致了解,為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。
最后,感謝學(xué)院辛苦組織了本次課程設(shè)計(jì),并投入大量人力物力,監(jiān)督并指導(dǎo)我們進(jìn)行課程設(shè)計(jì)工作。另外,也感謝張老師的耐心指點(diǎn),不予余力地講解和分析。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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