水稻插秧机的机械原理课程设计

1、水稻插秧机的机械原理课程设计1水稻插秧机设计要求水稻插秧机是用于栽植水稻秧苗的机具。结构简单、体积小，使用寿命长。它主要包括送秧机构、传动机构、分插机构、机架和船体等组成。本设计主要完成分插机构和送秧机构的设计。设计要求：1）水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构。2）插秧频率120 次 /min。3）插秧深度1025mm 之间。4）发动机功率2.42kw，转速2600r/min,传动机构始末传动比i=26。5） 对移箱机构（送秧机构）的设计要求：a.每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合，要求保证取秧准确、均匀。b.移箱的时间应与秧爪的运动相配合。c.传动平稳，结构简单，加工方便，必须

2、使用可靠、耐久。2. 工作原理及其动作分解分插机构是水稻插秧机的主要工作部件，由取秧器（栽植臂和秧爪），驱动机构和轨迹控制机构组成。取秧器在驱动机构的驱动和轨迹控制机构的控制下，按照一定的轨迹从秧箱中分取一定数量的秧苗并将其插入土中，然后返回原始位置，开始下一次循环动作。秧爪在栽植臂的带动下完成取秧和插秧工作，图 1 中虚线给出秧爪的静轨迹图，h 为插秧深度。1送秧机构的作用是按时、定量地把秧苗送到秧门处，使秧爪每次获得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧机构分为纵向送秧机构和横向送秧机构。横向送秧机构，其送秧方向同机器行进方向垂直，采用的是移动秧箱法。因此，又称移箱机构。本设计采用横向送秧箱

3、机构。工艺动作分解：1 ） 秧爪按照特定静轨迹（如图 1 所示）做往复运动。2 ）秧箱做横向直线往复运动。（在秧爪取秧过程中，秧箱需保持连续不断的匀速运动；在移至两端极限位置后，秧箱自动换向。)3分插机构，送秧机构运动方案设计及确定1) 分插机构的设计方案方案甲 ：评价：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。方案乙 ：评价：本机构采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪结论 ：方案甲结构简单，制造方便，符合设计要求，故分插机 构 选用 方案甲 。2）送秧机构的方案设计方案A：评价：采用凸轮机构，通过凸轮的回转运动，实现从动件（秧箱）的横向

4、直线往复运动。本机构结构简单，传力小， 传动准确，运动灵活。但凸轮廓线的设计较复杂。方案B：评价：此系统以电动机为驱动元件，通过PLC 控制系统，来控制齿轮的转动，从而影响齿条的运动，使齿条进行直线往复运动。此机构设计简单，传动平稳，效率高，传动比准确，可靠。但此方案需要 PLC 控制设备，成本较高。结论： 方案 A 采用凸轮机构，结构简单，传动平稳，成本较低，故 送秧机构选择 方案A。3) 方案设计的确定综上所述，考虑到插秧机的设计要求(水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构，送秧机构传动平稳，结构简单，加工方便，必须使用可靠、耐久。）以及自身所学知识，本设计的分插机构方案甲 ， 送秧

5、机构选择 方案 A如图 ：运动仿真图：4机构尺寸的设计1) 送秧机构在设计要求中，电动机 的 转速 为2600r min由于 传动机构始末传动比i = 26 ，故 皮带轮 与 齿轮 1 的 转速 为100r min在设计要求中，插秧频率为 120次 /min ，故齿轮2 的转速为 120r min，即齿轮1 与齿轮2的 传动比 为 5:6 。两齿轮的设计如下：名称齿轮1齿轮2模数m3齿数3630分度圆直径d10890齿顶高h a66齿根高h f7.57.5基圆直径d b10084传动比i5： 6啮合角22.19 °22.19 °齿轮 1 与 齿轮 2 之间的中心距为99 m

6、m齿轮传动如图 ：连杆机构：杆 AB 为 曲柄， 杆 CD 为 摇杆， BE 与 连杆 BC 固结。 本设计的要求中，点E 的轨迹如图 1 中所示。假设AB长为10mm， BC长为30mm， CD 长为20mm， AD 长为 30mm，BE 长为 55mm ，以 A 为 原点， AD 所在直线为x 轴，建立平面直角坐标系。10 *cos 1 + 30 *cos 2 = 30 + 20 *cos 3，得，10 *sin 1 + 30* sin 2 = 20* sin 3， 2 = 2* arctan 2*sin 1 16 ( 2*cos 1 +1) 2 ? / ( 4 *cos 1 11)点 E

7、 的轨迹方程如下：x = 10 *cos 1 + 55*cos( 2+ )y = 10* sin 1 + 55 *sin( 2+ )利 用 MATLAB 软 件 ， 通 过 改 变 角 的 大 小 ( 的 值 依 次 取 10° ,15 °，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50° ) ，来获得点 E 的 9 个轨迹图。在 MATLAB 编译器中输入以下语言：for i=1:9theta1=0:pi/100:2*pi;theta2=2*atan(2*sin(theta1)-sqrt(16-(

8、2*cos(theta1)+1).2)./(4*cos(theta1)-11);x=10*cos(theta1)+55*cos(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);y=10*sin(theta1)+55*sin(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);subplot(3,3,i);plot(x,y);end得出轨迹图：第二行，的值依次为25°，30°，35° ，第三行，的值依次为40°，45°，50° 。 ）经过比较这9 个轨迹图，发现第二行第二列的轨迹图（ =30 °）中的轨

9、迹与图 1 中的轨迹近似，故选择 第二行第二列的轨迹图（ =30°） 。考虑到设计要求插秧深度在1025mm 之间，而通过观察此轨迹图，发现点 E 轨迹最右端点的x 坐标（略小于40）与点D 的 x 坐标（等于 30）之差小于10mm 且大于5mm，所以需改进方案尺寸：将各杆的长度增加一倍，即AB = 20 mm ， BC = 60 mm ， CD = 40 mm ， AD = 60 mm ， BE = 110 mm ，= 30在此情况下，点 E 轨迹 最右端点的x 坐标与 点 D 的 x 坐标 之差必1025mm大于 10mm且小于20mm，即方案可以满足插秧深度在 之间的要求。2

10、） 送秧机构从动件（秧箱）运动线图的设计，采用摆线运动修正等速运动规律的加速度曲线（从动件无柔性冲击，运行平稳），如下所示：从动件的运动线图分为6 个阶段，各阶段运动方程式如下：1) 0 1(秧箱做加速运动)S = S1 / 1 sin( / 1)/ v = S1 1 cos( / 1) / 1a = S1 2sin( / 1) / 122) 1< < 2 (秧箱做匀速运动)S = S1 + (S2 - S1)( - 1)/( 2 - 1) v = 2 S1 / 13) 2 < (秧箱做减速运动)S = S1 (- 2)/ 1 sin ( - 2+1)/ 1 / + S2v

11、= S1 1 cos ( - 2+1) / 1 / 1a = S1 2sin ( - 2+ 1) / 1 / 124) + 1(秧箱做加速运动)S = S1 (2 1+2 )/ 1sin ( 31+ 2- )/ 1/ v = S1 cos ( 21 ) / 1 1 /1a = S1 2sin ( 2 1) / 1 / 125) + 1 < < + 2 (秧箱做匀速运动)S = S1 + (S2 - S1)( 2 2 + 1 - )/( 2 - 1)v = 2 S1 / 1 a = 06) + 2 2(秧箱做减速运动)S = S1 (2 2 + 2 1 )/ 1 sin ( 2 2

12、+ 2 1 )/ 1 / v = S1 cos ( + 2 1) / 1 1/ 1 a = S1 2sin ( - 2 2 - 1) / 1 / 12设计要求“每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合”，即取秧宽度 点 E 的往复运动周期= 从动件（秧箱）的匀速运动速度点 E 的往复运动周期已知，周期大小为0.5 s 。设 取秧宽度为 10 mm ，则 v = 2 × S1× 1 = 20mm s ，即 从动件（秧箱）的匀速运动速度的大小为20mm s 。根据实际需要，设定 1， 2， S1， S2的值，且满足2 * S1 * 1 = 20 mm s 。 1， S1 应尽量小

13、些，以减小从动件从启动达到稳定速度所经过的时间和位移。取 1 = /6 , 2 = 5 /6 ， S1 = 10 mm ， S2 = 110 mm ，将 1， 2， S1， S2 的值 代入 行程 S 的表达式，得S = 60 / - 10sin(6 )/ ,(0 /6 )/6 < <5S = 150 / - 15,/6 )5 /6 < )S= 60 / - 10sin(6 )/ + 60，S = 70 - 60 / + 10sin ( 6 ) / , ( 7 /6 )S = 285 - 150 / ,(7 /6 < <11 /6 )11 /6 2S = 120

14、- 60 / + 10sin(6 )/ .(2 * S1 * 1 = 20mm s， S1 = 10 mm， 1 = /6，得 = /6 rad/s ,凸轮转速为 5 r/min根据已求出的从动件的行程 S 的表达式，则 对心从动件凸轮机构的 凸轮廓线方程式为可写：X =（ rb + S ） * sin Y = （ rb + S ） * cos（ rb 为 凸轮 基圆 的 半径值）取 rb = 20 mm，滚子半径为10 mm，在制作运动仿真过程中，得到 理论廓线和 实际廓线，如下图所示：5. 心得体会：本课程设计考察了我们所学的机械原理知识。在设计过程中，要综合多方面的要求和需要来进行合理的选择，这是一个并不简单的过程。由此可以了解到，自己的能力远不能解决复杂的实际问题。我们还应不断地学习和积累。在对水稻插秧机完全不了解的情况下，通过网络，查找了大量的相关资料。尽管对现实生活中的水稻插秧有了一定的了解，