农业机械结构分析与设计 实习报告.docx

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农业机械结构分析与设计实习报告

2014级农业机械化及其自动化专业（）班（）小组

农业机械结构分析与设计实习报告

指导老师：

实验师

1）学号/姓名：

（组长）

2）学号/姓名：

3）学号/姓名：

4）学号/姓名：

5）学号/姓名：

6）学号/姓名：

7）学号/姓名：

2018年1月8日

s前言

1.1意义

水稻是我国主要粮食作物之一，在我国粮食生产中有着举足轻重的地位。

我国水稻种植的机械化水平很低，这严重制约了我国的水稻种植业的发展。

虽然近年来水稻种植的机械化水平有了显著的增长，但是相对比日、韩等发达国家，我国仍有巨大的差距，远远落后于其它发达国家。

尤其是在水稻种植业的机械化方面，我国要走的道路还很长。

而水稻作为我国最重要的粮食作物，其机械化发展前景巨大，实现水稻插秧机械化是我国水稻生产发展的必然趋势。

因此，要实现水稻生产机械化，扩大机插面积，对插秧机的核心分插机构进行研究是一项很有意义的工作。

1.2内容

结合分插机构的机械原理，进行理论计算和分析，进一步分析插秧机分插机构的结构。

1.3文献综述

赵匀等对推秧装置的凸轮和拨叉进行分析，提出优化方案并试制样机进行试验，该方案能大大降低了振动和磨损。

白海英等从质点动能定理出发，也对推秧装置进行运动分析，得到改进凸轮轮廓的方案，减少凸轮的磨损和整机的振动。

陈德俊、胡杭湘等采用了轨迹再现的方法，研究了适合多熟制水稻插秧的分插机构。

即先给定秧针轨迹的几个特征点，通过运动分析得到与这些预定特征点距离最小的目标函数，并列出约束函数，采用随机方向法，优化得到最佳机构参数。

邵陆寿等以插穴大小适中为目标函数，以保证秧苗垂直下插、秧爪不刮撞已插秧苗、秧爪入土和出土姿态为约束条件，用优化方法来确定机构参数。

2.所选用分插机构的结构原理

2.1转臂滑道式机构

转臂滑道式分插机构，由于其栽插元件的主动件作圆周运动，取秧器以近乎垂直的方向在土壤中作下插运动实现秧苗定值，往往称为滚动直插式分插机构，以区别于主动件作往复运动的往复直插式机构。

2.2转臂滑道式机构的结构原理

转臂滑道式分插根据分秧器端点的相对运动轨迹设计分插机构，就是按照轨迹进行机构综合设计的问题。

机构要求分秧器端点的轨迹能依次通过给定的入秧门点、取秧点、入土点、最深点、出土点等几个特定的位置。

用以控制秧爪排运动的滑道，由多个不同曲率半径的圆弧相切而成。

为满足不同株距的栽植要求，秧爪排的轨迹控制机构在秧爪人土后的一定位置，即解除控制。

此时，秧爪排的运动受到土壤的粘滞，实现由下插到退出的整个定植过程。

3.关键部件的理论计算和分析（理论计算与分析，机构自由度等）

3.1工作原理：

滚动直插的工作原理可以简述为：

带有梳式或夹式取秧器的栽插元件（秧爪排）在作等速圆周运动的主动件（转臂）的驱动下和轨迹控制机构（转臂滑道式机为滚子与滑道）的制约下，按照栽插质量的要求，完成分秧、取秧和在土壤中直插定值。

3.2运动方程：

3.2.1受控状态的运动方程

以起始位置的分插轮中心为坐标原点O，机具前进方向为X轴方向，过O点的铅垂线为Z轴，向上为正，分插轮转臂由OZ向OX方向回转，则秧爪排轴心P点的轨迹为

秧爪尖Q的轨迹为

因

已知：

则

因此

或：

令

则

由上式求时间t的一阶导数与二阶导数可得秧爪尖的运动速度和加速度。

从而判断秧爪的平稳性和分秧速度，是否产生抖动等。

3.2.2失控状态的运动方程

失控状态的运动如前所示，是复摆运动。

平移运动的速度来源于前进速度和P点圆周速度。

平移时的速度v可由下式求得：

围绕P点转动的角速度来源于瞬时力矩和。

或

式中：

失控状态是秧爪尖Q的轨迹方程为

故通过实验得出

，上述方程即可求解。

3.3机构自由度

转臂滑道式分插机构的自由度只有1。

4.结果分析（计算结果与分析，利用软件ANSYS等制作仿真模型）

4.1试验对象与设备

实验对象：

分插机构。

插秧机分插机构是插秧机最核心的部分，往往根据插秧机分插机构来区别插秧机的优劣。

所以，开展水稻插秧机分插机构的设计研究工作具有重要的理论。

实验设备：

插秧机（如下图）

图1转臂滑道式分插机构

4.2试验步骤与过程（附上照片）

4.2.1量尺寸

在测量尺寸的时候，主要用到的工具有卷尺、游标卡尺、螺丝刀和梅花扳手等，螺丝刀和扳手主要用于拆装。

图2滑道

4.2.2画三维图

图3转臂滑道式分插机构装配图

4.2.3运动仿真

4.2.3.1机构运动仿真的基本方法

首先根据分插机构及传动系统各构件的实际尺寸，在SolidWorks平台上建立各构件的三维模型，然后将各构件通过装配模块组装得到完整的装配图。

利用SolidWorks的Simulation模块，根据设计要求设定机构中的约束和连接，设置伺服电机，启动运动分析模块，得到机构的运动轨迹和各构件间的相对运动情况，观察机构在运动中是否存在干涉，并可将运动状态存为影像格式。

另外可得出关键点的位移的变化图，便于进行分析。

总的仿真设计流程如图所示：

（1）定义模型

利用SolidWorks软件分别对分插机构的各个零部件进行实体建模，并组装得到整体的装配图。

定义各零件与主体零件间的连接方式如销钉等，以取得相应的相对运动形式。

（2）添加约束、荷载和驱动器

在Simulation模块中，确定各运动副和机构的荷载，添加伺服电机，设定固定件和运动件。

（3）准备分析

设置了驱动器（伺服电机）后，定义约束、运动类型，设置各运动参数，确定秧爪轴的转速，使机构运转起来，以此来进行机构运动仿真。

（4）分析模型,获得结果

通过观看机构运动过程，检查机构运动状态，检测干涉。

应用轨迹跟踪和测量功能，测量仿真过程中插秧点（即秧针端部中点）的运动轨迹曲线，以及插秧点运动的位移，并对仿真结果进行分析。

通过对运动仿真的结果进行分析，可以不断优化运动模型、改变运动的环境，最终使机构的相关参数趋于完善。

4.2.3.2运动轨迹仿真和分析

（1）运动仿真

在SolidWorks软件中对分插机构及传动系统的运动仿真和分析，主要包括两方面的内容：

首先是创建机构，其次是添加驱动器。

主要内容包括建立曲柄摇杆式分插机构的虚拟样机模型，绘制秧爪运动轨迹，求解取秧点各项运动参数等。

1）插植机构三维模型的建立

转臂滑道式分插机构中各杆件的尺寸，经测量后用SolidWorks进行三维建模。

建立插植机构各杆件的三维图，并组装得到插植臂的装配图如图4所示。

图4插植臂的装配图

2）分插机构及其传动系统的模型装配

模型装配是指将己经用SolidWorks软件绘制好的各零件图通过构件之间建立一定的约束关系，将各零件组装成一个整体，装配图在整体上具有真实立体的效果。

其中建立构件之间的约束就是约束零件之间的自由度，使各零件的自由度变为零。

SolidWorks在装配过程中的约束,分插机构所包含的零件较多，分为若干子组件，再将子组件装配成总的装配图。

3）添加约束和伺服电机设置

将零件建模和装配后，将秧爪轴（电机中心端）固定，并将与秧爪轴通过花键连接的插植臂的曲柄设置为销钉连接，曲柄与连杆为销钉连接，摇杆与连杆之间为销钉连接，摇杆与秧爪固定块也采用销钉连接如图4所示。

4.3试验结果

对分插机构的传动系统进行了动力学分析，对分插机构进行了Pro/E的运动仿真和分析。

对分插机构的运动仿真和分析主要包括：

建立秧爪取秧点运动的数学模型，利用Pro/E平台实体建模，秧爪运动仿真和取秧点位置分析。

利用Pro/E软件进行实体建模和仿真分析，可较大程度地简化设计开发过程、缩短设计时间，同时达到减少开发成本、优化机构性能的目的。

5.分插机构的优化设计（原机构的不足和缺陷、此机构若在其他方面的应用创新等）

5.1原机构的不足和缺陷