多功能播種機總體設(shè)計【三維UG】【包含CAD圖紙、說明書完整打包】

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Its motion simu1ation was performed to demonstrate the movement characteristics in the virtua1environment.The simu1ation resu1ts were procesed to check the movement characteristics of the p1anter and to corect the posib1e interferences.The resu1ts showed that the proposed proces improves the acuracy and eficiency of the precision p1anter design and deduces the deve1opment cost by using the virtua1 space instead of the physica1 space.Keywords: Agricu1tura1engineering; Precision p1anterunit; Virtua1manufacturing; Motion simu1ation;目錄摘要IAbstractII目錄III前言V1我國精密播種機發(fā)展現(xiàn)狀11.1精密播種機的發(fā)展前景11.2新技術(shù)的應(yīng)用不斷普及32運動仿真過程43裝配連接64 運動仿真預(yù)設(shè)置84.1新建運動仿真方案84.2 參數(shù)設(shè)置84.3 創(chuàng)建連桿84.4 創(chuàng)建運動副85多功能播種機總體設(shè)計95.1精播機系統(tǒng)方案設(shè)計確定95.2農(nóng)業(yè)機械的一般設(shè)計要求105.3總體參數(shù)10 6機架設(shè)計14 6.1機架設(shè)計計算的準則146.2機架設(shè)計的一般要求146.3精播機機架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案157播種系統(tǒng)設(shè)計167.1排種器的選型及其材料的確定167.2結(jié)構(gòu)設(shè)計178開溝器248.1開溝器248.2開溝器比較分析及本機開溝器設(shè)計249覆土、鎮(zhèn)壓裝置269.1覆土器269.2鎮(zhèn)壓輪269.3軸承校核2710 常見故障與排除28結(jié)論29參考文獻30致謝31附錄32前言精密播種機這類機械產(chǎn)品的設(shè)計通常采用二 維幾何繪圖,產(chǎn)品制造出來后經(jīng)常會出現(xiàn)一些設(shè) 計失誤,如零部件無法安裝以及運行時發(fā)生干涉 等。 采用三維 CAD設(shè)計產(chǎn)品,不是一個單純繪圖 的過程,而是一個虛擬制造的過程。 設(shè)計出來的 產(chǎn)品是與實物完全相同的數(shù)字產(chǎn)品,零部件之間 的間隙和干涉一目了然,可以把錯誤消滅在設(shè)計 階段。 對于運動機構(gòu)的設(shè)計,無論是于工繪圖設(shè) 計還是二維 CAD的計算機輔助設(shè)計,都沒有辦法 處理,簡單的機構(gòu)還可以模擬,稍微復(fù)雜一點的運 動機構(gòu)就束于無策了。 應(yīng)用三維設(shè)計軟件來處理 機構(gòu)的運動,可以使立體的數(shù)字產(chǎn)品在計算機中 運動,模擬真實機械的理論運動過程。 不但能測 試機構(gòu)是否能運動,還可以檢查機構(gòu)運動時是否 會產(chǎn)生干涉,計算出機構(gòu)上某個點的運動軌跡,將 機構(gòu)運動記錄下來,產(chǎn)生動態(tài)的圖片,從而實現(xiàn)機 械產(chǎn)品的虛擬制造和運動仿真。 在國外,虛擬 樣機技術(shù)已在工業(yè)產(chǎn)品的研制上得到應(yīng)用,取得 了顯著的效果。 目前國內(nèi)將三維 CAD技術(shù) 應(yīng)用在播種機械方面的研究大多是對零部件 和某一機構(gòu)進行的三維參數(shù)化設(shè)計和運動仿真, 而對于精密播種機單體整機進行虛擬制造和運動 仿真方面還未見報道。- 45 -1我國精密播種機發(fā)展現(xiàn)狀我國從80年代末便開始研制精密播種機械。由于種子質(zhì)量、整地條件、機械制造水平及機器價格等因素制約，我國80年代主要是推廣半精量播種。為適應(yīng)農(nóng)村生產(chǎn)責任制的要求，大量推廣了小型單體播種機。90年代以來，我國逐步推廣精密播種機，有10多個企業(yè)生產(chǎn)了20多種型號的精密播種機。精密播種機以作物種類分為玉米及大豆精密播種機、谷物（小麥）精密播種機、甜菜精密播種機；以配套動力分為小型（5.813.2kw）、中型（16.236.8kw）和大型播種機（40.4kw以上）精密播種機；以排種器形式分為機械式和氣力式兩大類精密播種機；機械式中又可分為垂直圓盤式、垂直窩眼式、錐盤式、紋盤式、水平圓盤式、帶夾式等形式精密播種機。1.1精密播種機的發(fā)展前景1.1.1單粒精密播種機迅速發(fā)展在國外，中耕作物如甜菜、玉米、棉花和某些蔬菜、豆類的播種都已大量采用精密播種，主要采用機械式和氣力式兩種精密播種機。由于氣力式播種機對種子尺寸要求不嚴，不需精選分級，容易達到單粒精播，而且通用性較好，又能適合較高速播種，因此使用氣力式播種機越來越多。 為了達到單粒精播，提高株距均勻性，大多采用可精調(diào)的刮種器，將多余的種子清除掉；為了降低投種高度，減小種子下拋速度與前進速度之間的相對速差，而設(shè)置導種輪或?qū)ХN管。但是，精密播種受高速作業(yè)的影響很大?，F(xiàn)有的精密播種機試驗結(jié)果表明，一般作業(yè)速度在48 kmh時，其株距合格率達80以上；而作業(yè)速度提高到1112 kmh時，株距合格率下降到60以下?？梢姼咚倬懿シN機還有待進一步發(fā)展、完善。1.1.2 播種機的通用性和適應(yīng)性不斷提高 大多數(shù)精密播種機都可以播多種作物，通過更換不同孔徑的排種盤(輪)或排種滾筒，使排種器能適應(yīng)多種作物種子的播種要求。改變型孔大小或增加成穴機構(gòu)，使之能達到穴播的要求；改變排種器工作轉(zhuǎn)速以達到不同株距的要求。所有這些均提高了播種機的通用性。為了適應(yīng)不同地區(qū)、不同土壤、不同整地條件的要求，大多數(shù)播種機上配有多種類型的開溝器(雙圓盤式、滑刀式等)和鎮(zhèn)壓輪(橡膠輪、鋼板沖壓輪、鑄鐵輪、寬輪、窄輪等)，供選用。同一型號的精密播種機又成系列，有多種行距和行數(shù)的變型。如美國CYCLO氣壓式播種機有牽引式和懸掛式，有4、6、8、12、16行等共16種機型，可為多種功率的拖拉機配套。1.1.3 精密播種機向高速寬幅發(fā)展 為了在最適宦的農(nóng)業(yè)技術(shù)條件下、用最短的時間做到適時播種，以及隨著拖拉機功率不斷增大，為了充分利用其功率，因此要求提高播種機作業(yè)的生產(chǎn)率。 影響提高播種機組生產(chǎn)率的因素很多。除了提高機組的工作可靠性、減少故障、簡化操作以減少輔助作業(yè)時間、提高純工作時間的利用率外，提高生產(chǎn)率的最主要途徑是增大播種機的工作幅寬和提高作業(yè)速度。增大播種機工作幅寬雖能直接有效地提高生產(chǎn)率，但加大工作幅寬使機體龐大，消耗金屬多，成本高。同時，龐大的機體將受到田塊大小、地頭轉(zhuǎn)彎以及道路運輸?shù)南拗?，使用不方便。因此，國外很重視提高作業(yè)速度的研究。 70年代，中耕作物播種機作業(yè)速度一般從46kmh提高到810kmh。如西德Aermoat型氣力式播種機、法國Pneumasem氣吸式播種機和美國7000型指夾式播種機的作業(yè)速度為810 kmh，作業(yè)質(zhì)量仍能符合要求。但是，播種機高速作業(yè)帶來一些問題，如排種性能下降，開溝深度變淺，種子在溝里彈跳、滾動加劇，以及駕駛條件惡化等等。因此，目前作業(yè)速度不能太高。中耕作物播種機的工作幅寬，一般單機都由34 m增大到56 m有的工作幅寬更大，如美國CYCLO氣壓式播種機系列中的16行播種機，其幅寬達11.68 m。加大幅寬使播種機結(jié)構(gòu)龐大笨重，使懸掛式播種機組縱向穩(wěn)定性變壞，還受到地塊大小、道路運輸?shù)南拗啤?.1.4 廣泛采用聯(lián)合作業(yè) 播種同時進行聯(lián)合作業(yè)的方式發(fā)展很快，形式也比較多，主要有兩種：一是在大多數(shù)中耕作物精密播種機上都配置排肥器、施肥開溝器以及施撒農(nóng)藥和除莠劑的裝置。如西德、法國和美國的幾種精密播種機都可以在播種同時施化肥、撒農(nóng)藥和除莠劑。二是播前整地和播種聯(lián)合作業(yè)，如旋耕播種機、犁播機以及有的在開溝器前方加波形圓盤或鋤鏟進行滅茬播種或少耕法播種，以減少耕作次數(shù)，提高生產(chǎn)率，降低作業(yè)成本，還可以減少土壤風蝕和起到保墑的作用。1.2新技術(shù)的應(yīng)用不斷普及 為了提高播種機作業(yè)性能和工作可靠性，簡化操作、減輕勞動強度、減少輔助作業(yè)時間、提高生產(chǎn)率，播種機上越來越多地采用新技術(shù)。如用液壓油缸來升降和調(diào)節(jié)開溝器、劃行器、折疊機架；采用液壓馬達驅(qū)動風機或裝肥攪龍；采用信號裝置、電子監(jiān)視裝置或監(jiān)控裝置來及時報警故障的發(fā)生，顯示播量或自控凋節(jié)排種量大小；開溝器裝備一次潤滑的滾動軸承；行走輪采用無內(nèi)胎充氣輪；快速掛接裝置；寬幅播種機加裝橫向運輸輪等。 在工藝材料方面，播種機上采用塑料或尼龍的零件更多了，如排種盤、排肥盤、軸套、輸種管等；采用鋁金壓鑄排種輪、排種器體殼，提高了零件精度，減輕了重量；播種機機架和各種桿件采用薄鋼板冷壓成異形斷面以代替扁鋼、角鋼和槽鋼，增加了剛度和強度，又減輕了重量。2運動仿真過程精密播種機單體由仿形機構(gòu)、機架、開溝器、 排種器、地輪及傳動系統(tǒng)、覆土機構(gòu)組成。 其工作過程是地輪轉(zhuǎn)動, 帶動排種盤排 種,同時,開溝器在仿形機構(gòu)控制下在田間地表開 出播種所需的深溝,種子落入溝內(nèi),由覆土機構(gòu)完 成覆土。 可以看出,精密播種機的工作是由仿形、 開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等多種工作部件完成 的復(fù)雜動態(tài)過程,其田間作業(yè)指標要求高,設(shè)計難 度大,試制及試驗的費用相當昂貴。對精密播種機單體進行虛擬制造和運動仿真 的步驟包括零件三維設(shè)計、機構(gòu)裝配連接、運動仿 真、運動結(jié)果處理和分析等,其工作流程見圖 圖 2-1播種機單體簡單結(jié)構(gòu)圖圖 2-2工作流程圖零件設(shè)計是三維設(shè)計的基礎(chǔ),用軟件 的建 立零件 既快 捷又準 確, 通過 拉伸 （ Extrude)、 旋 轉(zhuǎn) （ Revo1ve)、 掃掠 （ Swep)、 混 成（ B1end) 、抽殼（ She1) 等方法可生成零件實體,并 建立合適的約束條件和特征間父子關(guān)系,在設(shè)計 過程中可從不同角度觀察零件,以便對錯誤進行 修改。 如排種盤的三維設(shè)計過程為：旋轉(zhuǎn)生成基本實體拉伸切除形成中心軸孔建立孔特征數(shù)組復(fù)制孔特征,完成設(shè)計。根據(jù)精密播種機單體零件的不同結(jié)構(gòu)特點, 采用不同的設(shè)計方法依次對所有零件進行設(shè)計, 并建立精密播種機零件庫。 可通過模型樹（ Mode1Tre) 了解 零件的設(shè)計過程, 靈活 地對 其 進 行 修 改。圖為精密播種機單體部分零件的三維圖圖 2-3部分零件三維圖3裝配連接零件設(shè)計完成后,就可以利用UG軟件的模塊進行裝配連接,UG軟件提供的 零件裝配方式有放置和連接兩種類型,放置類型 包括匹配（ Mate)、對齊（ A1ign) 、插入（ Insert)、坐 標系（ Cord Sys)、相切（ Tangent)、線上的點（ Pnt on Line)、 曲面上的點 （ Pnton Srf)、 曲面邊（EdgeonSrf)以及自動（Automatic)等約束類型。連接類 型 包 括固定 （ Rigid) 、 銷釘 （ Pin) 、 滑塊 （S1ide)、圓柱 （ Cy1inder)、 平面 （ P1anar) 等方 式。根據(jù)精密播種機單體各部件的實際裝配關(guān)系和部 件的運動功能選擇相應(yīng)的放置類型和連接類型, 能夠使裝配件實現(xiàn)運動功能,如開溝器柄與仿形機構(gòu)后支座之間、仿形機構(gòu)后支座與機架之間、種 箱與機架之間、軸承座與機架之間、排種器殼與機 架之間采用匹配、對齊等約束類型進行放置裝配,而仿形機構(gòu)前后支座與連桿之間、軸與軸承之間、 覆土機構(gòu)與機架之間等處采用連接裝配,先用銷釘連接,再用一個軸對齊和一個平面匹配來限制 連接元件沿軸線的平移,裝配后連接元件可以繞著元件轉(zhuǎn)動但不能相對于附著元件移動。圖 3-1裝配圖運動仿真過程為了減少運動副數(shù)量，將各個部件之間的運動關(guān)系表示清楚，提高機構(gòu)運動分析的效率。在對花生播種機進行運動仿真之前，首先要根據(jù)運動副對花生播種機結(jié)構(gòu)進行簡化，建立運動仿真模型。本文運動仿真的目的在于根據(jù)運動仿真的結(jié)果來研究開溝器的運動軌跡、分析仿形機構(gòu)設(shè)計的合理性及影響仿形誤差的因素，并以此為原則，去掉與運動仿真過程無關(guān)的部件，進行模型簡化。將剛性連接在將懸掛裝置簡化為一個連桿，去掉起壟裝置、排種裝置、施肥裝置、噴藥裝置和覆膜裝置，簡化后的運動仿真模型中只包含拖拉機模型、仿形機構(gòu)、播種機機架、施肥鏟、雙圓盤開溝器和限深輪等部件。由于在運動仿真過程中不考慮土壤阻力及土壤的松軟性，所以為了提高機構(gòu)運動仿真分析的效率，在運動仿真模型中將仿形機構(gòu)上的壓力彈簧去掉。4 運動仿真預(yù)設(shè)置4.1新建運動仿真方案在 UG 的應(yīng)用中，選擇“開始運動仿真”命令，進入運動仿真分析模塊。在運動仿真導航器中新建一個運動仿真模型，在環(huán)境對話框中接受默認的“動態(tài)”分析。4.2 參數(shù)設(shè)置選擇“首選項運動”命令，彈出運動仿真預(yù)設(shè)置對話框，選擇重力常數(shù)為默認值，證角度單位為度。4.3 創(chuàng)建連桿本模型創(chuàng)建了 11 個連桿，標號為 L001 L011。其中，L001 是驅(qū)動連桿;L002為拖拉機; L003 是懸掛架及仿形機構(gòu)前拉桿; L004 是仿形機構(gòu)上拉桿; L005是仿形機構(gòu)下拉桿; L006 包括仿形機構(gòu)后拉桿、播種機機架、限深輪、施肥鏟和雙圓盤開溝器; L007 L009為施肥鏟位置上的輔助連桿; L010 和 L011 為雙圓開溝器位置上的輔助連桿。4.4 創(chuàng)建運動副選擇“解算方案”命令，設(shè)定解算方案類型為“常規(guī)驅(qū)動”，分析類型為“運動學/動力學”，時間為200s，步數(shù)為 300 步。在“解算方案”對話框中，單擊“確定”按鈕進行解算。解算完成后，“動畫控制”對話框自動彈出，單擊“動畫控制”對話框中的“播放”按鈕，通過運動仿真動畫來表現(xiàn)花生播種機的運動過程，觀察仿形機構(gòu)和開溝器在上下坡過程中的運動狀態(tài)，如圖 5 所示。運動仿真的結(jié)果以圖表和電子表格的形式繪出，選擇“生成圖表”命令，生成運動副 J015 J017 和J018 J020 的 Y 方向的位移曲線與位移曲線數(shù)據(jù)點電子表格5多功能播種機總體設(shè)計5.1精播機系統(tǒng)方案設(shè)計確定5.1.1 主要技術(shù)參數(shù)：1)配套動力：1220馬力四輪拖拉機 2)機具質(zhì)量：350kg（含水箱） 3)作業(yè)行數(shù)：兩行 4)行距：450550mm （可調(diào)） 5)穴距：260-330mm（可調(diào)） 6)穴粒數(shù)：13粒 7)播深：4060mm 8)鋪膜寬度：6001000（mm） 9)水箱容積：300升/只 10)施肥箱容積：16升/只 11)作業(yè)速度：23km/h 12)作業(yè)生產(chǎn)率：1.5-3畝/小時 13)播水量根據(jù)農(nóng)藝要求自行控制5.1.2 機具構(gòu)造該機構(gòu)主要由機架,主軸總成,刮土板,施肥機構(gòu),水箱,植保機構(gòu),開溝器,穴灌水機構(gòu),鎮(zhèn)壓機構(gòu),鋪膜機構(gòu)及間隔填土壓膜機構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)圖如下所示5.1.3主要經(jīng)濟指標1)種子破損率90% 3)漏播率95% 5)地膜漏覆土程度e,X=0.56,Y=1.73 （9-1）查表得：Pr=XFr+YFa=9052N軸承6203的Cr=9580N,故選取軸承合適。(2）校核軸承的額定靜載荷Por=4250NCor=4780N （9-2）所以軸承6203滿足要求。10 常見故障與排除1)播種不均勻 若因作業(yè)速度變化大，應(yīng)使作業(yè)速度保持均勻；若因刮種舌嚴重磨損，應(yīng)更換刮種舌；若困外槽輪卡箍松動，使工作長度變化，應(yīng)調(diào)整外槽輪工作長度，固定好卡箍。2)排種器不排種 種子箱內(nèi)種子不足時，應(yīng)添加種子；傳動機構(gòu)不工作，應(yīng)檢修調(diào)整傳動機構(gòu)；驅(qū)動輪不轉(zhuǎn)動，應(yīng)排除驅(qū)動輪故障；排種輪卡箱、鍵銷松脫時，應(yīng)重新緊固排種輪；輸種管或下種口堵塞，應(yīng)及時排除堵塞物。，3)種子破碎率高 作業(yè)速度快，使傳動速度過高，易使種子破碎率高，應(yīng)降低作業(yè)速度，保持勻速前進；護種裝置損壞，應(yīng)更換護種裝置；刮種舌離排種輪太近時，應(yīng)調(diào)整刮種舌與排種輪的間距。4)播種深度不夠 主要因開溝器拉桿變形，入土角度小，使開溝器彈簧壓力不足所致。應(yīng)矯直開溝器拉桿，增大入土角，并調(diào)緊彈簧，增加開溝器壓力。5)開溝囂堵塞 播種機落地過猛，開溝器堵土時，應(yīng)停機清理開溝器的堵土；作業(yè)時禁止開溝器入土后倒車。6)覆土不嚴 覆土板角度不當，應(yīng)調(diào)整覆土板角度；彈簧壓力不足，應(yīng)調(diào)緊彈簧。 結(jié)論本文利用 UG 軟件的運動仿真模塊，在對播種機結(jié)構(gòu)進行簡化的基礎(chǔ)上，建立運動仿真模型，對播種機機構(gòu)進行運動仿真分析，研究施肥鏟和雙圓盤開溝器的運動情況。通過播種機的運動仿真動畫，可以直觀、生動地觀察花生播種機在上坡和下坡過程中的運動規(guī)律，得到施肥鏟和雙圓盤開溝器運動軌跡曲線、施肥和播種深度曲線。對運動仿真曲線的研究有利于更好地調(diào)整仿形機構(gòu)設(shè)計參數(shù)，從而減小仿形誤差，保證仿形機構(gòu)在實際應(yīng)用中達到最佳仿形效果。參考文獻1 董剛等.機械設(shè)計M. 北京機械工業(yè)出版社，19982 龔桂義.機械設(shè)計課程設(shè)計指導書M. 高等教育出版社, 1990 3 孫桓,陳作模.機械原理M.高等教育出版社, 20004 趙明生.機械工程手冊專用機械卷(一)M. 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Elements of Mechanical EngineeringJ. Katson Publ. House.1985 20 Orlov P.Fundamentals of Machine DesignR. Moscow: Mir Pub. 1987致謝本次設(shè)計的主要目的和主導思想是對播種機的結(jié)構(gòu)進行仿真。在設(shè)計中進一步加深了對機械設(shè)計的實踐能力，也對在大學四年里學到的其他相關(guān)課程進行了全面的復(fù)習和運用。尤其在綜合分析和解決問題，獨立工作能力方面得到了很大的鍛煉。鍛煉了我們的查閱資料的能力培養(yǎng)了我們的協(xié)同工作的能力，但也暴露了我們的不足比如基礎(chǔ)不牢靠缺乏經(jīng)濟觀念等。由于時間的關(guān)系和能力的限制，在設(shè)計中難免存在錯誤和不足。懇請老師的批評和指正。在本次的設(shè)計中，得到了機械系全體老師的大力幫助和指導讓我受益匪淺。使我得以順利的完成設(shè)計，再次表示衷心的感謝。附錄Design of sawing anti-blocking mechanism forno-tillage planter and its cutting mechanismLiao Qingxi1,Gao Huanwen2,Shu Caixia1Abstract: Based on blocking issues of no-tillage planter for dry-land farming in two-crop-a-year region in North of China and shortcomings of anti-blocking mechanism developed, such as higher rotation speed (above 1500 r/min) and bigger power consumption (width power consumption per unit up to 1641.74 kW/m, including traction power), a new sawing anti-blocking mechanism was developed and its cutting mechanism was investigated in this paper. Meanwhile stress distribution of the saw-tooth blade calculated by the ANSYS finity element software showed that the saw-tooth blade would be feasible to cut corn straws. Experimental results in the soil bin showed that: 1)The sawing anti-blocking mechanism with two cutting modes of sustaining and no-sustaining cut could realize an integrated function of cutting and directly throwing by reverse rotation, namely, it could throw straws directly to the rear of the opener by former angle of saw-tooth and thrower; 2)The cutting rate of straws would increase along with the rising of s