插秧机分插系统的设计说明

1、目录一、设计的要求、目的及意义 11.1 水稻插秧机简介 11.2 分差机构的设计要求分析 1二、总体方案设计与论证 12.1 总体方案设计 12.2 总体方案评估与确定 2三、机构分析与计算 33.1 曲柄摇杆机构的三维动态仿真 33.2 曲柄摇杆机构的理论计算验证 53.2.1 建立位移方程 63.2.2 建立速度方程 73.2.3 建立加速度方程 8四、关键部件设计 94.1 推秧机构设计 9五、结论 11六、心得体会和建议 12七、参考文献 12需要三维零件图、装配图、 autoCAD 图，汇报 PPT ，联系微信 qiufeng3577、设计的要求、目的及意义1.1 水稻插秧机简介中

2、国传统的插秧工具秧马和莳扶，已有近千年的使用历史。宋代 轼曾作“秧马 歌”，叙说了农民使用秧马的情景。使用莳扶可以代替手工分秧，并将秧苗梳入泥中定 植，直至 20 世纪 50 年代，某些地区仍在使用。 中国 水稻插秧机的研制工作始于 1953 年。1956 年在莳扶分秧方式的启发下， 首次提出群体逐次分格取秧、 直接栽插的秧苗分 插原理，从而在水稻插秧机的研制上取得了突破， 研制出水稻拔取苗移栽的第一代样机。 到 1960年，各地推荐生产上使用的人力、畜力插秧机已达 21种。1967 年，第一台自走 式机动插秧机“东风 -2S”型通过鉴定定型并投入生产，每天可插秧 15 20 亩。日本于 18

3、98年,发表第一个水稻插秧机专利 ;意大利于 1915年开始研究拔秧苗的水 稻插秧机，至 50 年代已有拖拉机配套的商品出售 , 但都由于结构复杂、造价高，作业时 需用辅助劳力多而未能推广。日本于 60 年代研制带土小苗的 栽植 技术和相应的水稻插 秧机。 1966年后，工厂化水稻育秧设备研制成功，促进了插秧机械化的迅速发展。1.2 分差机构的设计要求分析分插系统旨在实现秧苗从秧盘上分离到插植入水田中这一动作。 该过程的主要步骤 有：分秧、运秧、插秧、回程四个阶段。此过程应设计为循环过程以实现更高效的机械 自动化。问题的难点在于： 1、如何顺利将秧苗从秧盘上分离出来； 2、如何保证秧苗在 插秧

4、瞬间与地面尽量保持垂直； 3、如何在插秧之后顺利进入回程并不碰到已插好的秧 苗。为此应该保证分差机构的运动与插秧机的运功的合成运动轨迹为鱼尾线状，且“鱼 头”部分越窄小越好。同时根据实际插秧情况，应保证秧苗间距在 20cm 左右，设计插 秧频率拟定为 120 次/min ，插秧深度 1020mm。二、总体方案设计与论证2.1 总体方案设计方案甲 ： 采用曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪按照特定轨迹运动。此机构设计简单，传动准确，快速。结构简图如下：图1方案乙：采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪 的特定轨迹运动。此机构设计 简单，但是需要额外的液压油路。简图如下：图22.2 总体方案

5、评估与确定评估论证：方案甲结构简单，使用机构单一，方便制造；方案乙岁结构简单，但是需要设计专 用的液压回路，且使用液压设备实现快速动作结构较复杂，制造成本较高。因此相较之 下，方案甲更适合农用水稻插秧机的设计。方案确定：采用曲柄连杆机构实现分插机构的特定轨迹三、机构分析与计算首先通过轨迹仿真了解杆 1、杆 2、杆 3 分别对运动轨迹的影响，模拟图如下：图3图4由模拟结果可以看出：杆 1 的作用：改变轨迹轮廓的大小。杆 2 的作用：改变去程和回程直接的水平间隔。杆 3 的作用：与杆 2 协同控制水平间隔。通过不断调整各杆长度， 避免曲柄连杆机构出现死点的同时让轨迹更加符合所需的 曲线形式，便得到

6、如下仿真轨迹。结合实际尺寸情况按比例设计各构件尺寸如下：杆 1 （曲柄）长度： 35mm杆 2 长度： 90mm杆 3（摆杆）长度： 90mm分离针前端到 A 点距离： 190mm保证分离针前端与 A，B 两点在同一直线上，插植臂与 AB的夹角（锐角）为 60 下图为水稻插秧机不发生水平移动时的轨迹：图5加入水平运动后的合成运动轨迹：图6局部放大 ：图73.2 曲柄摇杆机构的理论计算验证图83.2.1 建立位移方程1）矢量方程OA AB OC CBxARcos tyARsin txBxCL3cos 3 xA L2cos2yB yC L3sin 3 yA L2 sin 2其中， 2, 3 为未知

7、数。将上述方程组联立后得sin 3(yC yA) 02 2 2 2(xC xA) (yC yA) L2 L3 2L3 cos 3(xC xA) 设tan yA yCxA xC则有cos( 32 2 2 2 L3 (xA xC) (yA yC) L2 22 2L3 (xA xC) (yA yC)设设cos( 3 ) A,3在 0 到之间 ， 3可求。2 )曲柄 OA的质心x1R1cos ty1R1sin t3 )连杆 AB的质心x2xAL2a cos( 2 2a)y2yAL2 a sin(2 2a)4 )摇杆 BC的质心x3xCL3c cos 3y3 yC L3c sin 33.2.2 建立速度

8、方程1)A点速度xAR sin tyAcos t2)B点速度xB x AL2sin23)OA质心4)AB质心5)BC质心yB y A L2cos2x1R1 sin ty R1 cos tx2 xAy2 yAx3y3L2aL2asin( 22cos( 22L 3C sin 33L3Ccos2a2a6)BC杆角速度cos 2 sin 2xA2 yA23L3 sin( 23)7)AB杆角速度cos 3 sin 3xA 3 yA 32L2 sin( 23)3.2.3 建立加速度方程1) A 点加速度2R cos t xA2R sin t yA2) OA质心加速度x12R1 sin ty12R1 cos

9、 t3) BC角加速度3C1 cos 2C 2sin 2L3sin(23)22C1xAL3cos33L2cos 22222C2yAL3sin33L2sin 2224)AB角加速度C1 cos 3 C2sin 3L2 sin( 23)5) AB质心加速度x3L3C ( sin33 cos 3)y3L3C ( 3cos 323 sin 3)6)BC质心加速度x2xAL2asin( a22a)a2 cos( 22ay2yAL2acos( a22a)a2 sin( 22a将通过仿真确定的数据代入上面的公式可验证当到达轨迹最下端时， AB的水平速度 与 OA的水平速度近似相等且为零。 合成插秧机水平移动

10、速度后仍远小于 AB的垂直方向 速度，故此数据较为合理，可用作机构具体设计。四、关键部件设计4.1 推秧机构设计推秧机构的作用是在插植臂运动到最下端将秧苗送入水田后通过快速动作将秧苗 打入水田中，避免插植臂返回过程中分离针又拉扯到秧苗将秧苗拖出或撞倒，故做出如 下设计方案：图9如示意图所示。推秧机构主要由凸轮机构实现，具体过程是：将凸轮 5 与曲柄固连 在一起，曲柄每转动一周便带动凸轮 5相对插植机构 6 转动一周，并在插植机构位于最 下处时，是凸轮撤去对拨叉 4的作用力，弹簧 3 便会在弹性力的作用下推动拨叉快速推 动推秧杆 2 完成打苗动作，使秧苗脱离分离针，插入水田中。凸轮大致形状如下：

11、图 10如上图所示，凸轮相对插植臂旋转一周则可使得拨叉有一个慢速回程压缩弹簧的过 程，然后到达凸轮径最大值处时，对拨叉的推力突然消失，拨叉将被弹簧迅速反弹，同 时带动推秧杆快速推秧。五、结论根据整个过程的仿真计算，所设计的分插机构基本可以满足实际需要，机构设计完 成后的二维图大致如下：图 11三维模型及仿真如下：六、心得体会和建议本次课程设计过程中，我们小组齐心协力共同完成了机构的分析计算、仿真模拟、 二维及三维建模， 在这个过程中复习巩固了机械原理、 机械制图等相关课程的理论知识， 再次练习了 AutoCAD的使用，同时自学了 SolidWorks 软件的三维造型和仿真模拟，花 费了数周时间

12、终于成功的解决了课程设计对我们的要求。 整个过程让我们了解认识了一 个完整的设计过程是怎么样的，完成设计工作的步骤规有哪些，这些不论是对我们将来 工作还是继续深造都有很大的帮助，机电一体化课程设计对我们的帮助很大，我们收获 颇丰。同时这个题目也让我们认识到了农业机械化对农业发展的重要影响，让我们对农 业机械化在推动社会主义现代化建设中的重要作用有了更深刻的了解。七、参考文献【1】宋建农、彩玲等 .农业机械与设备 M. ：农业， 2006.【 2】俞高红，匀，凤芹。等高速水稻插秧机分插机构研究现状和最新进展J 农机化研究， 2003(2) ：4l 一 43【 3】 建军，匀，际先高速插秧机差速分插机构的工作原理及其CADCAEJ 农业工