多功能排種器試驗臺的設(shè)計

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1、多功能排種器試驗臺的設(shè)計 黃志鋒 （廣東工業(yè)大學機電工程學院廣州510006） 摘要：本文基于已有的排種器實驗技術(shù)參數(shù)，提出簡潔方便的試驗臺模型架構(gòu)出發(fā)，確定試驗臺的傳動系統(tǒng)，利用材料力學，理論力學，機械設(shè)計等計算出各部件的具體技術(shù)參數(shù)，并驗證這些參數(shù)的可行性，事實證明這是可行的，也是最有效的。 關(guān)鍵詞：排種器試驗臺排種器DesignforMakingaNewTypeofMultipleFunctionsof PrecisionSeed-drilledApplianeeoftest-bed HUANGZhifeng (Collegeofmechanicalandelectrica

2、lengineeringofGuangdonguniversityofengineeringindustryGuangzhou510006) Abstract:ThisarticleisbasedonexistingrowsoftheexperimentparameterofSeed-drilledApplianee,technologyandconvenienttest-bedmodelframework,identifytest-bedtransmission,theuseofthematerialandmechanics.mechanicstheorymechanicaldesignt

3、hevariouscomponentsofthespecifictechnologyparametersandauthenticatethefeasibilityoftheseparameters,thefactsprovedthatthisisfeasible,arethemosteffective. thekeywords:Therowtest-bedofSeed-drilledApplianceSeed-drilledAppliance 0刖言 排種器實驗臺是播種機研發(fā)所使用的主要手段，是快速產(chǎn)生新一代高性能播種機必不可少的實驗設(shè)備，而高性能播種機對于農(nóng)業(yè)發(fā)展具有深遠的影響，因而排

4、種器試驗臺的設(shè)計具有現(xiàn)實性。 1工作原理及總體結(jié)構(gòu)1.1工作原理 在田間測試播種機性能時，排種器隨拖拉機向前進方向移動。排種器試驗臺正好相反，它是用輸送帶做種床，并模擬播種機的田間作業(yè)速度進行運動，排種器在實驗時固定不動，輸送帶（種床）相對于排種器運動。這樣，就使播種機相對地面的運動轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫦鄬τ诓シN機的運動。從相對運動的概念來說，是一個參考坐標系轉(zhuǎn)換問題，其效果是一樣的。排種器在固定位置把種子排在噴上油層的輸送帶上，種子被油層黏住，然后對種床帶上的排種情況進行實時攝錄和處理，從而測得種子粒距，達到檢測排種均勻性等各項指標的目的。 1.2總體結(jié)構(gòu) 試驗臺總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有臺架

5、，種床帶裝置，排種器安裝架，驅(qū)動裝置,以及5mm厚，長寬不一的鐵板。 排種器 臺架L種床帶裝置 驅(qū)動裝置 L屣 質(zhì)f 1 :-巾 .11 0” 1 圖1機械總體結(jié)構(gòu)簡圖 2主要工作部件參數(shù)的設(shè)計2.1種床長度的確定 考慮到被排種器實驗臺采用視覺方法測得粒距，有時希望還能從種床帶上直觀地觀察一小段排種實況，而種床帶剎車后還會運行一段距離，因此，把種床帶有效長度定為2.8m較合適，同時該種床帶的類型為普通橡膠輸送帶，膠布層數(shù)為三層，上膠+下膠厚度為3.0+1.5mm周長為6.228m，寬0.4m,每米長的質(zhì)量為4.01kg/m。 2.2種床帶前進

6、速度的確定 當前，國內(nèi)外的當前，國內(nèi)外的中耕作物精播機作業(yè)速度一般都在5?8km/h左右，部分先進的氣力式播種機可達10?12km/h。 一般說來，速度超過10km/h,播種質(zhì)量就有明顯下降的趨勢且試驗標準要求，播種機試驗前進速度為1.0?2m/s(3.6?7.2km/h)。排種器試驗臺的設(shè)計，除了滿足現(xiàn)有播種機的實際速度要求之外，還應提高其測試范圍，從而種床帶前進速度確定為1.5?7.5km/h。 2.3排種盤轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍 從現(xiàn)有國內(nèi)外先進的中耕作物精播機的作業(yè)速度來看，其前進速度在12km/h時,則對應的排種盤轉(zhuǎn)速一般在20?200r/min之間。所以，本試驗臺排種盤轉(zhuǎn)速調(diào)試范圍

7、為15?200r/min。 2.4種床帶傳送裝置驅(qū)動電機功率的確定從結(jié)構(gòu)上看，本排種器試驗臺的種床帶傳送裝置是屬于皮帶輸送機，其背面設(shè)計了突起肋條限制跑偏，并配有張緊和托輥裝置。工作時，種床帶處于勻速滑動狀態(tài)，因此可粗略計算驅(qū)動種床帶傳送裝置平移運動所做的功，來確定驅(qū)動電機功率。運動中滾筒所需的驅(qū)動扭力F1為： F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N 式中，G種床帶總質(zhì)量，G=6.228*4.01=24.97428kg f橡膠帶與鋼的動摩擦系數(shù)，f=0.65滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩M1為： M仁F1*R=159.2*0.1=15.92N.M式中R

8、——滾筒半徑，R=0.1m滾筒在種床最大前進速度下的轉(zhuǎn)數(shù)Nm為： Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min式中。V種床帶最大前進速度Vm=7.2km/h計算工作機功率： P=(M1*Nm)/9550=15.92*192、9550=0.320087kw電機的額定轉(zhuǎn)矩M0為： M0=M1/i=15.92/2=7.96n.M式中i――電機與滾筒傳動比，i=2在種床帶最大前進速度下驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)數(shù)n：n=Nm*i=2*192=384r/min由于采用專用變頻電機，電機頻率范圍內(nèi)大部分處于恒功率工作狀態(tài)，則電機額定功率P0為： Po=M0*n/955

9、0=（7.96*384）/9550=0.320067kw播種機上排種器大都為地輪驅(qū)動，單個排種器的排種盤轉(zhuǎn)動所需轉(zhuǎn)矩最大約為12.75N.M排種器驅(qū)動電機的額定轉(zhuǎn)矩M1為： M仁M3/i2=12.75N.M式中。M――排種盤所需最大轉(zhuǎn)矩，M3=12.75N.M——電機與排種器軸傳動比，i2=1電機額定功率： P1=2*P*N，m*M'/60=0.272kw式中，Nm——拍中盤最高轉(zhuǎn)速，且為200r/minP=Po+Pi=O.32OO67+O.272=O.592O67KW因此，選取JZy22-4型電磁調(diào)速電動機，電動機的功率為1.5kw，質(zhì)量為100kg，調(diào)速范圍為：120~1200r/mi

10、n，此系列電動機式一種交流無級變速電動機，它由籠式異步電動機，電磁轉(zhuǎn)差離合器所組成，與控制器配合后，可在規(guī)定的負載下和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能均勻地，連續(xù)地無級調(diào)速，并能輸出額定的轉(zhuǎn)速。因此，適用于該排種器試驗臺使用。 3設(shè)計傳動系統(tǒng)3.1一級皮帶傳動的設(shè)計： 由前已知該電機于滾筒的傳動比為2,即i=n1式n1電機的轉(zhuǎn)速，且為384r/min。n2—滾筒的轉(zhuǎn)速，且為192r/min。 ⑩該傳動系統(tǒng)的V帶輪可選擇為腹板式帶輪，帶輪材料為HT150,其中大輪的各項數(shù)據(jù)：Z=4，P=1.44kw,d=45mm 由公式可得出其各數(shù)據(jù)，B=（Z-1）e+2f=65mmD=90mmd1=66.5mmDw=D+

11、2ha=185.5mm3.2二級皮帶傳動的設(shè)計： 方法與上面相同，可以計算出以下數(shù)據(jù)：有前已知，該傳動系統(tǒng)的V帶輪可選擇為實心式帶輪，帶輪材料為HT150，其中小輪的各項數(shù)據(jù)：Z=1，P=0.2992kw,d=30mm 由式可得出其各數(shù)據(jù)，B=（Z-1）e+2f=20mmD=75mmDw=D+2ha=75+2*2.75=80.5mm4各軸的設(shè)計4.1軸的材料： 主要是碳鋼和合金鋼。結(jié)合各方面的情況，我們可選擇45鋼作為軸的材料。 4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型.尺寸.數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì).大小方向及分布

12、情況；軸的加工工藝等。 4.3第一傳動軸（電動機與輸送裝置相連的軸）的設(shè)計： ①選擇軸的材料： 選擇軸的材料為45鋼，其機械性能由表可查得[c1]b=60MPa,（5=640MPa,c-1=275MPa,t=155MPa. 求得輸入軸上的功率P2=1.44kw，轉(zhuǎn)矩T2=71625N.Mm初步確定軸的最小直徑，根據(jù)表13,選取C=122,C為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應力[Tt]的系數(shù)。 ③ dmin=C*3P2/n2=21.9072mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： （1）擬定軸上零件的裝配方案軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用。現(xiàn)擬出裝配方案如下： ⑵根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段

13、直徑和長度 已確定軸的最小直徑為21.9072mm，則可設(shè)，VIII——IV段軸的直徑為30mm，右端用軸端擋圈定位，接軸端直徑，取擋圈直徑為33mm,由手冊可確定當輸送帶寬為400mm時，滾筒的長度可確定為450mm，即LIII-V=450mm。由于考慮到用套筒對兩帶輪進行軸向定位，初步設(shè)計該套筒長度為l=32mm,內(nèi)徑為30mm，外徑為45mm,由于VHI——IV段軸的直徑為30mm,可由皮帶輪的相關(guān)知識得出帶輪的寬度B=20mm，則，VIII——IV段軸的初步設(shè)計長度為52mm,因為此軸是階梯軸設(shè)計，因此在兩帶輪中間設(shè)計一個軸肩，根據(jù)要求，此軸肩高度2.5mm，軸肩處的過渡圓的半徑為1

14、mm，因此初步設(shè)計VII——VIII段軸的直徑為35mm由皮帶輪的相關(guān)知識可設(shè)計出該帶輪的寬度B=65mm，因此初步設(shè)計VII——VIII段軸的長度為65mm，此軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個軸肩，查表可知該軸肩高度為2.5mm，相關(guān)過渡圓半徑為1.2mm，初步設(shè)計VIVII段軸的直徑為40mm，長度為40mm，該段與軸承座連接處的軸肩的高度由查相關(guān)表可知為3mm，相關(guān)的過渡圓半徑為1.6mm，由此V――VI段軸的直徑可初步設(shè)計為45mm在該軸段使用套筒進行滾筒的軸向定位，該套筒的長度可初步設(shè)計為14.54mm，內(nèi)徑為45mm，外徑為28.69mm，該套筒與滾筒連接處設(shè)計一個軸肩，由查表可得

15、該軸肩高度為4mm，過渡圓的半徑為1.6mm，則V――VI段軸的長度可初步設(shè)計為50mm，III――V段軸的直徑可初步設(shè)計為54mm，前面已知IIIV段軸的長度為，該軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個450mm軸肩，以利于滾筒的軸向定位，由查相關(guān)表，該軸肩的高度可設(shè)計為4mm，過渡圓半徑為1.6mm，則，II——III段軸的直徑可初步設(shè)計為62mm，長度可設(shè)計為10mm，該軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個軸肩，查相關(guān)表可把該軸肩高度設(shè)計為6mm,過渡圓半徑為2mm，則I――II段軸的直徑可初步設(shè)計為48mm，長度為20mm，該段軸與下一個段軸的連接處設(shè)計一個軸肩，該軸肩的高度為1.6mm，相關(guān)過

16、渡圓半徑為1.6mm,因為I段軸是與軸承相配合的。(3)初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作要求并根據(jù)di=45mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標準精度級的角接觸球軸承46209，右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得46209型軸承的定位軸肩高度h=1.1，所以I段軸的長度可初步設(shè)計為19mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (4)軸上零件的周向定位 皮帶輪，滾筒與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIII-V由手冊查得平鍵截面b*h=16*10(GB1095——79)，鍵槽用鍵槽銃刀加工，長為85mm(標準鍵長見

17、GB1096――79)，同時為了保證滾筒與軸配合有良好的對中性，故選擇滾筒與軸的配合為H7/n6;同樣，右端第一個帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*15,帶輪與軸的配合為H7/k6。第二個帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*45，帶輪與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 (5)確定軸上圓角和倒角尺寸 參考14，取軸端倒角為2*450，各軸肩處的圓角半徑見圖16。 (6)求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)(圖16)做出軸的計算簡圖(17)。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取a值。因此，作為簡支梁的軸的支撐

18、跨距，根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖，扭矩圖和計算彎矩圖， 從軸的結(jié)構(gòu)圖和計算彎矩圖中可以看出截面3――3處的計算彎矩最大，是軸的危險截面。截面3――3處的各相關(guān)數(shù)據(jù)計算如下。 (7)按彎扭合成應力校核軸的強度(略) (8)校核軸的強度：已知軸的當量彎矩后，即可針對某些危險截面作強度校核計算，通常只校核軸上承受最大計算彎矩的截面(即危險截面3―― Themechanicalprinciplesoftheseventhedition(the7th),ZHENWEIJING,WUKEJIANtheeditorandpublisherofhighereducation 3）的強度，則由以上

19、數(shù)據(jù)可得：所以0Ca=Mca/W3=217013/4207.11=51.5825<[-1（｝b=60MPa 即（Tca小于45鋼的許用彎曲應力，故此軸安全。 5結(jié)論 ⑴采用了最新的排種器試驗臺的實驗技術(shù)參數(shù)，對試驗臺的設(shè)計起到了指導性作用。 ⑵由采用的實驗技術(shù)參數(shù)確定試驗臺的傳動系統(tǒng)。 ⑶通過各學科知識計算出各部件的具體數(shù)據(jù)并驗證其可靠性。其中實驗技術(shù)參數(shù)的選用是最關(guān)鍵的。 參考文獻 [1] 《機械設(shè)計》楊明忠朱家誠【M】.武漢理工 大學出版社2001.107-5629-1725-6. ThemechanicaldesignofYANGMINGZHONGZHUJIACHENG

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