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(lèi) 3
1.3精密播種 3
1.3.1機(jī)械式玉米精密排種器的類(lèi)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(xiàn)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(lèi)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(mǎn)足農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求或滿(mǎn)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(lèi)
按照播種方式劃分，排種器總共分為三大類(lèi)：?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(lèi): 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(mǎn)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(lèi)型。
1.3.1機(jī)械式玉米精密排種器的類(lèi)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(chēng)：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(mǎn)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(lèi)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(lèi)：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(xiàn)速度和傳動(dòng)比
為了保證播種質(zhì)量，首先應(yīng)滿(mǎn)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(xiàn)速度來(lái)控制。型孔的線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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)
【1】張 昆，衣淑娟. 玉米精量播種裝置的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2018.7（7）：257-262.
【2】李 鑫，籍俊杰，馮曉靜． 高速玉米精密排種器的研究［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018.46(8) : 237 -240．
【3】楊麗，顏丙新，張東興等.玉米精密播種技術(shù)研究進(jìn)展［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016.47（11）：38-48.
【4】耿端陽(yáng),張明源,何珂等.傾斜雙圓環(huán)型孔圓盤(pán)式玉米排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2018.49（1）.
【5】崔清亮,侯華銘,鄭德聰?shù)?傾斜圓盤(pán)式谷子精少量排種器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016.32（12）.
【6】譚慶昌，賈艷輝.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2014.
【7】張強(qiáng)，梁留鎖.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.
【8】陳曉華.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2015.
【9】 陸元章.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
【10】 朱龍根.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2002.
【11】 陳傳強(qiáng).農(nóng)業(yè)機(jī)械使用與維護(hù)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.