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畢業(yè)設計任務書 一、畢業(yè)設計原始資料 1．查閱相關資料了解氣吸滾筒式精密排種器的種類及型式； 2．了解氣吸滾筒式精密排種器的排種情況及要求并查取相關文章； 3．簡易排種器構照片。 二、畢業(yè)設計任務及要求 1．設計氣吸滾筒式精密排種器并繪制裝配圖 1 張； 2．獨立查閱文獻和調(diào)研；正確翻譯外文資料；較好地完成開題報告按時進行中 期報告；綜合利用各種資料信息，選擇合理、可行的方案進行機構設計；結構 設計合理、工藝可行； 3．按格式要求認真完成畢業(yè)設計說明書。 三、畢業(yè)設計工作量 1．設計說明書 畢業(yè)設計說明書應包括下列內(nèi)容：封面、畢業(yè)設計任務書、中文摘要、英文 摘要、目錄、前言、正文、參考文獻、致謝、附錄、論文評定成績，并按順序排 列。設計說明書的字數(shù)應在 20000 字以上，采用 A4 紙打印。 2．查閱參考文獻 查閱文獻 10 篇以上，其中查閱與課題有關的外文文獻 2 篇以上，并將其中的 1 篇文獻的摘要的原文和譯文（不少于 3000 漢字）附在附錄中。 3．設計圖紙 畢業(yè)設計圖紙應符合國家有關制圖標準，正確體現(xiàn)設計意圖，圖面整潔，布 置勻稱，尺寸標注齊全，字體端正，線型規(guī)范。圖紙全部由計算機繪制。 序號 圖 紙 內(nèi) 容 規(guī)格 比例 1 氣吸滾筒式精密排種器的裝配圖 0# 1：2 2 滾筒 1# 1：4 3 4 5 四、畢業(yè)設計進度安排 I 序 號 起止日期 設 計 內(nèi) 容 1 3 月 1 日～3 月 14 日 撰寫開題報告，開題答辯 2 3 月 15 日～3 月 22 日 選擇方案 3 3 月 22 日～4 月 30 日 機械設計及繪圖 4 5 月 1 日～5 月 9 日 中期檢查 5 5 月 1 日～5 月 5 日 畢業(yè)設計說明書 6 5 月 11 日～ 5 月 18 日 畢業(yè)設計答辯 7 5 月 19 日～ 5 月 20 日 畢業(yè)設計整改 五、參考資料 1．許劍平、謝宇峰、陳寶昌 國外氣力式精密播種機技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]農(nóng)機化研究 2.廖慶喜、黃海東、吳福通 我國玉米精密播種機械化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢【J】農(nóng)業(yè)裝備技術 2006 32(1)：4-7． 3.劉桂蘭．我國氣力式播種機的發(fā)展[J]．農(nóng)村牧區(qū)機械化，1996(4)：17． 4.]杜 輝、樊桂菊、劉 波．氣力式精量播種機與排種器的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)裝備技術 2002(3)：13一l4． 5. 石宏，李達目前國內(nèi)外播種機械發(fā)展走向．農(nóng)機機械化與電氣化．2002(2)：42 6. 徐東，蔬菜穴盤育苗滾筒式氣力精量播種裝置研究．沈陽農(nóng)業(yè)大學碩士論文．2007 7. 張敏，氣吸滾筒式水稻精量播種裝置的理論與試驗研究．江蘇大學碩士論文．2006 8. 趙湛，氣吸振動式精密排種器理論及試驗研究．江蘇大學博士論文．2009 9. 王希強，氣吸振動式精密排種器的結構優(yōu)化及實驗研究．江蘇大學碩士論文．2007 10. 王朝輝，氣吸滾筒式超級稻育秧播種器的基本理論及試驗研究．吉林大學博士論 文．2010 六、審批意見 系主任簽名： I 年 月 日 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 I 摘 要 排種器是實現(xiàn)精密播種技術的核心部件，其工作性能的好壞直接影響著播種 精度、均勻性、種子的出苗率等。由于氣吸振動式排種器具有對種子尺寸要求不 高、不傷種子、通用性好、適應性強的優(yōu)點，且易于提高播種速度，實現(xiàn)自動控 制，是一種較為先進的排種裝置，已成為當前國內(nèi)外精密排種器發(fā)展的主要方向 之一。本文在對國內(nèi)外現(xiàn)有的精量播種裝置進行深入研究的基礎上，分析了多種 形式的排種裝置的優(yōu)缺點，完成了氣吸滾筒式包衣種子精量播種裝置的機理。通 過建立種子在吸種孔處受力的力學模型，得到了播種裝置設計的主要結構參數(shù)。 學會使用圖表資料以及手冊，掌握與本本設計有關的各種資料的名稱，出處， 能夠做到熟練運用。因此，它在我們的大學生活中占有重要的地位。就我個人而 言，我希望能通過這次課程設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練，從 中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎。 由于能力有限，設計當中可能會有不足之處，懇請各位老師給予批評指正。 關鍵詞：氣吸滾筒式;精密播種;包衣種子 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)論文 II Abstract As a core component of precision sowing technique, seeder’s working performance directly influenced the sowing accuracy, seed spacing uniformity and emergencerate . Vacuum-vibration seeder has become the major development trend of precision seeder because of its advantages including lower requirement of seeds size, lower harmful tosseds , higher universality, widely adaptability, easy to improve the working efficiency and realize automatic control．This paper analyzed the merits and shortcomings of diversified plant devices, to accomplished the theory of mechanism for suction drum. Through build the dynamics model of the seed received force near the suction pore，gained the principal structural parameters to design the seeder device. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes. Key words：computerized numerical control；Fixture designing ；Operation sheet 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 III 目錄 摘要 I ABSTRACTII 目錄 III 前言 V 1 設計的目的及內(nèi)容 1 1.1 研究目的及意義 .1 1.2 國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀 .2 1.3 研究內(nèi)容 .4 2 總體方案的確定 5 2.1 工作方案 .5 2.2 傳動方案 .5 3 總體機構及工作原理 6 3.1 氣吸滾筒式精密排種器結構及原理 .6 3.2 主要技術參數(shù) .8 4 排種動力學分析 9 4.1 吸孔前流場分布規(guī)律 .9 4.2 吸種最小真空度分析 .9 4.3 種子受力分析計算 10 5 結構設計及分析 .13 5.1 滾筒體設計 13 5.2 中心軸設計 15 5.3 換氣裝置 15 5.4 端蓋設計 15 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 IV 5.5 激振裝置 15 5.6 風機的選擇 16 5.7 傳動機構設計計算 17 6 關鍵零部件校核 .19 6.1 軸的強度校核 19 6.2 軸承校核 20 7 結論 .21 參考文獻 .22 致 謝 23 附錄 .24 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 V 前言 播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關鍵性作業(yè)環(huán)節(jié)，由于播種的季節(jié)性，必須要在較短的 農(nóng)時內(nèi)，根據(jù)農(nóng)藝的要求將種子播到地里。播種質(zhì)量的好壞將直接影響到作物的 出苗、苗全和苗壯。精密播種是為了適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要而提出的，精密播 種可以保證種子在田間擁有最合理的分布，播種量精確、株距均勻、播深一致。 為種子的生長發(fā)育創(chuàng)造了最佳條件且可以大量節(jié)省種子并保證作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，同 時也給后續(xù)的收獲機械化提供了方便。世界各國都很重視精量播種技術，發(fā)達國 家以基本實現(xiàn)大、中粒作物的精量播種，節(jié)本增效顯著。由于其籽粒小，力學性 能差，易破碎等原因，同時精良排種困難、排種后均勻性較差、容易破碎等難題， 有些技術已應用于生產(chǎn)，但由于結構復雜、成本高，至今還沒能實現(xiàn)大規(guī)模的推 廣 [1]。因此對煙草等小顆粒作物的精播技術有待進一步研究。本文以煙草包衣種 子為例，探討小顆粒種子的精播問題. 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 1 - 1 設計的目的及內(nèi)容 1.1 研究目的及意義 1.1.1 種子包衣的作用 (1)能有效地防治作物苗期病蟲害。目前我國推廣的種衣劑型中多含有呋喃丹、 甲拌磷、辛硫磷、多菌靈、粉銹寧等農(nóng)藥，對多種作物病蟲害有明顯的防治效果， 可保證苗齊、苗全、整齊度好。 (2)能明顯促進幼苗生長。有些種衣劑中含有微量元素、生物菌劑及植物生長 激素等，因此，包衣的種子表現(xiàn)為發(fā)芽快、長勢旺、苗色綠、植株健壯，為豐產(chǎn) 打下了基礎。 (3)能降低環(huán)境污染程度。采用包衣技術改變了傳統(tǒng)的農(nóng)藥噴灑方式，可以避 免空氣污染。 (4)能顯著增加作物產(chǎn)量。各種作物種子包衣后一般產(chǎn)量可增加 5％一 20％。 此外，有些種衣劑包衣種子后還可起到防草、抗旱、提高種子的播種品質(zhì)、 改善潮濕土壤中的出苗效果等作用。 小顆粒種子具有籽粒小，自重輕，摩擦角和剪切力小等特點。在排種過程中， 較比大顆粒種子，小顆粒種子具有精良排種困難、排種后均勻性較差、容易破碎 等難題，因此對小顆粒包衣種子排種器的設計有更高的要求。 1.1.2 精密播種的特點： （1）精密播種可以節(jié)約大量種子 （2）節(jié)省田間間苗定苗用工。精密播種苗齊苗壯，不擁擠，可提高田間間苗 定苗工效， 甚至可以取消間苗定苗工作。 （3）可增加作物產(chǎn)量。精密播種的苗分布均勻，透風透光性好，能充分利用 土壤中的水分營養(yǎng)。苗期發(fā)育好，苗齊苗狀，可增產(chǎn) 10%～30% [3]。 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 2 - 隨著精密農(nóng)業(yè)的發(fā)展，精密播種機由于節(jié)約良種、不用間苗、田間植株均勻 等優(yōu)點，正受到越來越多的關注和研究，現(xiàn)在種子直徑較大的如棉花、小麥、玉 米、土豆等中耕作物的排種器研究已很深入，但是對于小顆粒種子的排種器的研 究還有待加強?，F(xiàn)有排種器產(chǎn)品也存在不少問題，例如機械式的排種器存在對種 子尺寸形狀要求高、傷種嚴重和播種效率低等缺點，而氣吸式的排種器存在型孔 堵塞、排種不精確、漏氣等問題。同時小顆粒種子更多的是涉及到了經(jīng)濟作物和 油料作物如煙草、油菜、苜蓿、谷子、芝麻等，所以小顆粒種子排種器的設計具 有重要的發(fā)展前景和廣闊的應用領域。 為了滿足日益增長的種苗需求量，各地開始建立育苗工廠，引進世界先進的 穴盤育苗技術，進行種苗工廠化生產(chǎn)。在育苗工廠中傳統(tǒng)的手工操作方式是不能 滿足人們對生產(chǎn)的需求的，育苗工廠需要有精確、便捷、高效的現(xiàn)代化的育苗設 備，來完成育苗的各項工作 [4]。 精密排種器技術的落后是制約我國小顆粒種子種植機械化發(fā)展的重要原因， 研究小顆粒包衣種子精量播種裝置對促進我國小顆粒種子的生產(chǎn)機械化進程具有 現(xiàn)實意義。 1.2 國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 歐美等國家對精密排種器的研究從 20 世紀 40 年代開始，初期主要集中在機 械式，目前在玉米、甜菜等中耕作物以及麥類等條播或半精量播種作物中仍有使 用，其結構形式主要有窩眼輪式、垂直圓盤式、水平圓盤式、傾斜圓盤式。50 年 代后期開始出現(xiàn)氣力式精密排種器。近 10 年來，新機型不斷涌現(xiàn)，通用性、播種 精度和效率不斷得到提高。 法國 Monosem 公司 20 世紀 90 年代末開發(fā)的 NGPLUS 氣吸式精密播種機，其核 心工作部件(排種器)采用多種材料偶聯(lián)技術，排種器殼體和排種器蓋均采用鋁合 金精密壓鑄，排種盤采用不銹鋼板和激光鉆孔新工藝，具有平面度精度高、耐磨 性好和抗腐蝕等優(yōu)點，在排種器上還采用了高強塑料減磨密封環(huán)、黃銅精鑄剔種 刀、清種刀和攪種輪，不僅確保了種盤與吸氣通道的密封性，而且提高了排種器 的播種性能和使用壽命。 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 3 - 德國 Amazone 公司最新研制生產(chǎn)的 ED 系列氣吸式單粒精密播種機能夠滿足不 同土壤條件、不同作物和不同農(nóng)藝要求的播種作業(yè)，具有較高的生產(chǎn)率及可靠性， 播種機上的吸風機除了使用動力輸出軸驅(qū)動外還可用液壓馬達驅(qū)動。 JohnDeere 公司在 20 世紀 90 年代末生產(chǎn)的 Maxemerge planters 系列高速氣 吸式精密播種機裝備了“精準農(nóng)業(yè)“高新技術系統(tǒng)，將衛(wèi)星定位、地理信息、專家 智能和遙感技術相融合，可根據(jù)土壤肥力和含水量等條件的變化，實施變量播種 和施肥，達到節(jié)約種肥、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境和降低成本的目的，它采用了高性能、低 噪音的馬達液壓驅(qū)動風機，實現(xiàn)了風機轉速的無級調(diào)速，可適應不同作物、不同 壓差的播種需要，提高了排種器的吸排種性能。 國際上先進的精密排種器普遍采用了氣力式工作原理，正朝著大型、高效、 操控電子化方向發(fā)展，先進的液壓技術、電子技術、通訊技術以及新型材料、加 工工藝正逐步應用到精密排種器上，工作效率和精度不斷得到提高 [6]。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國精密排種器的開發(fā)和研究開始于 20 世紀 70 年代初，早期主要研究了機 械式精密排種器，至今仍然被廣泛應用，如少量條播小麥使用的密齒槽輪式、錐 盤式，精播玉米使用的內(nèi)窩眼式，精播大豆使用的型孔式，精少量條播水稻使用 的攪龍式等。20 世紀 80 年代初期開始氣力式精密排種器的研發(fā)工作，最近幾年 這一技術得到了迅速發(fā)展。 江蘇大學和南京農(nóng)機化研究所共同研制的 2QB－330 型氣吸振動式秧苗盤精量 播種機，應用振動氣吸的原理，每穴 1.2 粒種子的播種合格率達到了 90％以上。 中國農(nóng)業(yè)大學和廣西北海市農(nóng)機化研究所研制的氣吸式雙層滾筒水稻播種器，采 用雙層滾筒結構有效地解決了小顆粒種子堵塞吸孔的難題。廣西林科所研制的 4Ut 乙 10000 型流動式育苗作業(yè)線，播種裝置采用的也是氣吸式滾筒型排種器， 漏播率小于 5％，但工作效率比較低，每小時播種約 10000 穴。 中國農(nóng)業(yè)大學研制了新型組合吸孔式小麥精播機排種器，排種性能遠遠優(yōu)于 機械式精密排種器，作業(yè)速度高，播種均勻性好，實現(xiàn)了小麥單粒精密播種 [7]。 吉林工業(yè)大學研制的氣力輪式精密排種器可高速精播小粒距作物，粒距合格 率達 91％，所需氣源全壓僅為 4.1kPa，具有結構簡單、制造容易、操作方便等優(yōu) 點。 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 4 - 黑龍江省農(nóng)機研究院研制的 2BJQ 系列高速氣吸式精密播種機，采用了精密壓 鑄鋁合金制造工藝，能夠精確播種玉米、大豆、棉花、瓜子、高梁等十多種作物。 采用氣吸式工作原理也是我國精密排種器發(fā)展的主要方向之一，經(jīng)過努力，已經(jīng) 成功研制了多種機型，工作性能得到顯著提高，但與國際先進水平相比，整體的 技術水平和專業(yè)化水平還有比較大的差距，作業(yè)速度、播種精度和制造工藝水平 都比較低。 1.3 研究內(nèi)容 1）種子的物理特性研究。以為例進行物料特性的研究，分別測試它們的三軸 尺寸、千粒重、休止角、內(nèi)外摩擦角特性等，為氣吸滾筒式排種器的結構參數(shù)設 計和運動參數(shù)設計提供依據(jù)。 2）確定滾筒式氣力精量播種裝置的工作原理、工藝及結構設計。 3）滾筒體的設計。根據(jù)標準種盤尺寸和種子物理特性來確定滾筒體的設計參 數(shù)。 4）負壓吸種機理。基于氣固耦合理論，分析種子在氣流場中的受力情況，建 立種子受力、負壓差、吸孔集合形狀之間的數(shù)學關系，確定吸孔的有效吸種區(qū)域 和種子瞬間吸附過程，并對吸孔結構參數(shù)進行優(yōu)化設計。在此基礎上，分析種層 厚度及其空間離散分布狀態(tài)對種子受力的影響，揭示振動和負壓作用下的吸種機 理。 5）傳動裝置設計計算。 根據(jù)《機械設計》的相關知識來設計計算鏈傳動。 6）相關組件的設計和校核。運用《機械設計》和《材料力學》的相關知識對 軸及軸承的強度進行校核。 2 總體方案的確定 2.1 工作方案 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 5 - 根據(jù)氣力式排種器的工作原理，所設計的排種器密封性要好，而且還要能夠 實現(xiàn)負、常壓的轉換。本文的設計主要是針對排種器的排種器的滾筒體以及滾筒 體內(nèi)負壓室、常壓室的設計。 2.2 傳動方案 滾筒轉速的大小應保證在排種質(zhì)量合格條件下的最佳工作速度。一方面，滾 筒轉速越高，種子的離心慣性力越大，氣吸室所需的真空度越大，為防止出現(xiàn)漏 吸，就需要適當提高風機的轉速；另一方面，隨著滾筒轉速的提高，吸孔與種子 的接觸時間縮短，使得部分吸孔由于來不及吸種或吸種不充分脫落造成空穴，合 格率下降，也需要適當提高真空度，但真空度的增加，有能使重播率增大，進而 增加清種的壓力。因此，為保證氣吸式排種器的排種質(zhì)量，滾筒的轉速應綜合選 擇。變速器具有結構簡單，制造方便，工藝要求不高，操縱非常簡單的特點。根 據(jù)需要滾筒式排種裝置將采用鏈輪傳動，滾筒轉速和傳送帶的傳送速度之間的傳 動比，加上一個減速器連接到調(diào)速電機上，再通過傳動軸帶動鏈輪傳動使?jié)L筒轉 動。 根據(jù)本設計裝置的需要，傳動裝置主要由調(diào)速電機、軸、減速器、鏈輪、鏈 條組成如圖 2-1 所示，調(diào)速電機提供動力，通過減速器，鏈輪傳動將動力傳送到 滾筒上。其選用的主要參數(shù)為節(jié)距為 19.05，滾筒軸上的鏈輪選用 13 齒，減速器 軸上的鏈輪選用 13 齒的鏈輪。鏈條的鏈號選用 12A 的鏈條。 圖2-1 傳動方案 3 總體結構及工作原理 3.1 氣吸滾筒式精密排種器總體結構及原理 調(diào)速電機 減速器 鏈傳動 滾筒 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 6 - 3.1.1 氣吸滾筒式精密排種器總體結構 本文設計的滾筒排種器結構如圖 3-1、3-2 所示，它主要由吸排種滾筒、振動 種盤、傳動系統(tǒng)、和機架等組成，其中電動機由變頻器控制，并通過鏈條、鏈輪 驅(qū)動滾筒，使?jié)L筒能實現(xiàn)無級調(diào)速。種盤由電磁振動器激勵，通過調(diào)節(jié)振動頻率 來改變種盤的振動狀態(tài)。鏈條、鏈輪驅(qū)動滾筒，使?jié)L筒能實現(xiàn)無級調(diào)速 [10]。 圖3-1 總體結構圖 1、機架 2、支承座 3、中心軸 4、緊定螺釘 5、平鍵 6、密封圈 7、左端蓋 8、滾筒 9、螺釘 10、右端蓋 11、軸承 12、鏈輪 13、緊定螺釘 14、隔板 15、殼體 16、接種斗 圖 3-2 排種器結構示意圖 3.1.2 氣吸滾筒式精密排種器的工作原理 農(nóng)業(yè)物料種子通常呈現(xiàn)散體顆粒狀，其機械特性介于固體和流體之間，自然 狀態(tài)下，種子之間存在著負載的擠壓和摩擦作用力，力的大小與種層厚度、摩擦 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 7 - 系數(shù)有關，且特定種子的內(nèi)摩擦系數(shù)為常數(shù)。通過給種盤施加小幅高頻振使種群 在種盤內(nèi)產(chǎn)生向上的拋擲運動而相互分離，則種子之間的作用力由靜摩擦轉變?yōu)?動摩擦，流動性增強。通過合理調(diào)節(jié)種盤振動參數(shù)，種子呈現(xiàn)“沸騰”狀態(tài)，可 以顯著減小吸種阻力。 根據(jù)排種器的設計，排種器的滾筒被隔板分為負壓吸種區(qū)和零壓排種區(qū)。滾 筒為懸臂梁結構，一端與轉動端蓋用緊定螺釘連接，通過端蓋與鏈輪相連實現(xiàn)轉 動，另一端與固定端蓋間隙配合，通過密封圈密封。固定端蓋上焊接隔板，通過 隔板與大氣相通，形成常壓腔。滾筒表面的吸孔與真空室相通。零壓區(qū)通過隔板、 固定端蓋與大氣相通。播種時，空氣壓縮機通過空心軸上的吸孔吸走滾筒內(nèi)腔的 空氣，產(chǎn)生負壓，使?jié)L筒上吸孔的兩端形成負壓差。滾筒繞固定軸轉動，當吸孔 經(jīng)過種子箱時，種子在吸孔負壓差的作用下被吸附在吸孔上隨滾筒一起轉動。當 滾筒轉至正下方隔氣板所形成的零壓腔時，筒內(nèi)外壓差為零，種子在自重的作用 下落入育苗盤穴孔中，實現(xiàn)精密播種，工作原理如圖 3-3 所示。 滾筒體主要是由無縫鋼管經(jīng)過加工而成，滾筒通過鉆床鉆出對應穴盤的吸種 孔，通過鏈輪實現(xiàn)轉動。 滾筒軸固定，主要作用是實現(xiàn)抽氣作用形成負壓室及支撐滾筒的作用。 圖3-3 工作原理圖 3.2 主要設計參數(shù) 1）根據(jù)標準種盤尺寸(540mm×280mm） ，孔數(shù) 8×16，口徑 32mmx32mm， 底部 13x13mm，壁厚 0.7mm，容量 20cc 來確定滾筒的外形尺寸； 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 8 - 2）根據(jù)生產(chǎn)率 4.8km/h 和滾筒尺寸來確定滾筒轉速； 3）根據(jù)種子特性（通過實驗測得種子三軸平均粒徑 1.688mm，千粒重 5.12g，休止角 27.09°，漂浮速度 6.35m/s。 ） 、生產(chǎn)率 4.8km/h 來確定滾筒內(nèi)的 真空度大小。 4 排種動力學分析 4.1 吸孔前流場分布規(guī)律 如圖4-1吸孔處氣流流場呈放射狀,且在以錐頂O 為中心的球面上氣流速度大 小相等 , 其值取決于吸種距離(吸孔前種子所在位置與O 點的距離的大小)。吸種 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 9 - 距離為x時,氣流流經(jīng)截面的球冠面積S為: (4-1) ????cos12??xhS 式中: －為吸孔錐頂角； －為球冠高度。?2 根據(jù)流量公式可推導出吸種距離為 時的氣流流速 ：xxV (4-2) 式中 為空氣流量。Q 式4-2表明,吸孔前的氣流并非均勻的定常流,其速度、壓強隨吸種距離的變化 而改變,越接近吸孔口附近,速度變化梯度越大,根據(jù)伯努利方程,吸孔口附近壓強梯 度較大。 為吸孔壓強； 為距錐較遠區(qū)域壓強； 為吸孔直徑；iP?id 為吸種距離； 為錐頂角； 為錐頂； 為球冠高度x?2Oh 圖 4-1 吸孔前的流場分布 4.2 吸種最小真空度分析 理論上氣流速度大于物料懸浮速度是保證物料正常向上運動的基本條件。氣 流速度等于物料懸浮速度時為臨界狀態(tài),此時吸孔前氣流速度(物料懸浮速度)為 v0，吸種距離為x 0 ,相應吸孔內(nèi)的真空度為能吸附種子所需要的最小真空度,設為 Pmin (圖4-1)。設距吸孔錐頂較遠區(qū)域壓強為P ,其值等于大氣壓,此處速度為0 , 根據(jù)伯努利方程： (4-3)2min5.0iivP???? 由連續(xù)方程可求得臨界狀態(tài)時吸孔內(nèi)氣流速度v i ???cos-1π2QSvx? 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 10 - (4-4) ??200cos18iidvxv???? 由式(4-1) 、(4-2) 和(4-3) 得: (4-??44 20mincos132xdvPi???? 5) 可見，能吸附種子的最小真空度與吸孔參數(shù)(α、d i )和吸種距離x 有關。 參考測定參數(shù),懸浮速度為6.35m/s , 吸種距離3 mm ,吸孔直徑1.2mm，2α為90°， 常溫下ρ為1.205m 3/kg ,代入計算得到最小真空度為3.415kPa。取真空度為 4KPa。 4.3 種子受力分析計算 4.3.1 種子被滾筒帶出時受力 圖 4-2 種子受力分析圖 當種子被吸附住后，除受到吸力P、重力G、支持力N外，還受到慣性和離心力 P離 和滾筒對它的摩擦力P 摩 的作用。種子在摩擦力P 摩 的作用下，被滾筒帶出種箱的 條件是在切線方向有： (4-6) ?cosG?摩 摩擦力P 摩 可用下式表示： (4-7) ????tanitan離摩 PNP??? 將式(4-7)帶入(4-6)，有： (P+Gsinα-P 離 )tanψ≥Gcosα (4-8) 式中：ψ－吸孔附近種子與滾筒的摩擦角 α－種子與滾筒軸線所在水平面的夾角。 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 11 - 式4-8就是種子在吸孔氣流作用下被滾筒帶出種箱的條件。如果貼在滾筒上種 子距離吸孔較遠，這時 。當滾筒轉速較低時，慣性離心力P 離 也可以忽略不0∞? 計。這時式(4-3)可以寫成下式： (4-9) 式4-9表明，當種子與滾筒的摩擦角ψ大于或等于種子與滾筒軸線所在水平面 的夾角α的余角時，種子在只有摩擦力的作用下也將被帶出種箱。 由式4-8 可知，增大種子與滾筒軸線所在水平面的夾角α有利于滾筒帶出種子； 相反，當α減小時，則對種子的帶出不利。 如果有多粒種子貼近吸孔，即使各種子受到的氣流吸力P不是很大，但在摩擦 力的作用下也可能被滾筒帶出種箱，很容易造成一孔吸多粒的現(xiàn)象。特別是當α較 大時這種現(xiàn)象更容易發(fā)生。 種子被滾筒帶出種箱后，要保證種子不在重力的作用下從吸孔上自動掉下來， 摩擦力必須始終大于種子重力的分力。 式4-8是當種子在Ⅱ、Ⅲ象限時所在的形式。 當種子在Ⅰ、Ⅳ象限時， 23??? 式(4-8)應寫成： (4-10) 將式(4-10)的右邊對 求導，并令其等于零：? (4-11)??sintancosGP????離 解式(4-11)可得： 。這時式4-10的右邊取得最大值，即種子在這個位置??? 最容易脫落。 4.3.2 種子吸附在滾筒上的條件 當種子被吸附到滾筒的吸種口上時，種子受到由正負壓差引起的吸附力P，離 心力 P離 =mω2R，摩擦力P 摩 = （ 為種子與滾筒的摩擦角），重力G= 的作?tan?Nmg 用。受力分析如圖4-2所示。 ??????2tan(t0costansi?? 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 12 - 由圖 4-2 建立種子的受力平衡方程式： (4-12) ??costan???mgN (4-13)PR??i2 作用在種子上的正壓力為： ??0sn???gP 所以吸種的條件是： ?sin2?m 將數(shù)據(jù)代入驗算符合要求。 5 結構設計及分析 5.1 滾筒體設計 5.1.1 滾筒尺寸 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 13 - 根據(jù)煙草種子育苗盤尺寸（540mm×280mm），孔數(shù)8×16，口徑32mmx32mm 底 部13x13mm，壁厚0.7mm，容量20cc來確定滾筒尺寸參數(shù)。 1）滾筒的直徑D： D=L/3.14=540mm/3.14=170.06mm （滿足排種滾筒每旋轉一周播種一盤） 2）排種滾筒的長L：L=600mm(滿足滾筒L育苗盤寬的2倍560mm) 3）壁厚2mm。 5.1.2 滾筒的吸孔形狀及孔徑 常見的吸孔形式主要有直孔、錐孔、沉孔，其結構如圖5-1所示： 圖 5-1 吸孔形式 根據(jù)理論分析和試驗結果可知，在相同工作參數(shù)下，錐孔的垂直吸種距離、 徑向吸種距離和吸種空間體積均大于直孔和沉孔，具有較強的吸種能力，吸種合 格指數(shù)也較高。 由負壓室吸孔的吸附力計算公式可知，吸孔直徑的大小對負壓室所需的真空 度較高，及在真空度相同的條件下，小孔徑吸孔易使吸附力不夠會造成空穴增加， 而在吸孔直徑相同的條件下，真空度越大則重播率增加。因此，為降低空穴和重 播，就需要選擇適合于煙草包衣種子的吸孔直徑。根據(jù)經(jīng)驗公式確定吸孔孔徑： d=(0.64～0.66)b 式中：b-種子平均寬 根據(jù)實驗測量，知包衣種子平均寬 b=1.687 則d=0.66×1.687mm=1.134mm 取d=1.2mm 5.1.3 滾筒吸孔的周向排數(shù) 對于氣吸滾筒是播種器而言，提高工廠化育苗生產(chǎn)率的途徑只要有兩個：一 是增加氣吸滾筒的轉速，二是增加氣吸滾筒上的吸孔周向排數(shù)。氣吸滾筒上吸孔 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 14 - 的周向排數(shù)不變時，提高生產(chǎn)效率意味著滾筒的轉速增大，則吸孔完成過程吸附 的時間相對縮短，種子的吸附幾率則會大大降低，造成吸種過程中空穴率上升而 合格率下降。如滾筒轉速一定，增加吸孔的周向排數(shù)，卸種頻率會相對增加，滾 筒吸孔的周向排數(shù)過多時，則負壓降低，導致吸種能力和合格率的下降，其原因 是吸孔總面積增加，負壓室泄漏過多，負壓室壓力損失增加，降低了吸種能力， 另外滾筒周向上兩排孔之間的距離縮短，氣流互相有影響，也影響了負壓室氣流 的穩(wěn)定。 綜合考慮選用周向排數(shù)為16排的滾筒。 5.1.4 滾筒內(nèi)的真空度 在其他條件不變的情況下，提高滾筒轉速為避免空穴增多，就要相應的提高 真空度。此外，滾筒轉速提高后，已吸住的種子受到其它種子的碰撞及沖擊力增 大，離心力也隨之增加，容易脫落而造成空穴，為此也應適當提高真空度。但真 空度提高有可能產(chǎn)生細吸吸附多粒種子，從而增加了重播率，降低吸種性能。綜 合考慮以上幾方面的因素，真空度為2～4KPa。根據(jù)計算公式 得 ，符合實驗要求。 xdvPi44 20min)cos1(3????KPa?? 5.1.5 滾筒的轉速 提高工廠化育苗的生產(chǎn)率，對于氣吸滾筒式播種機關鍵在于提高滾筒的轉速， 但是滾筒的轉速不能超過一定的限度，由于轉速過高，吸附時間縮短，吸孔為完 成吸附過程造成空穴。另外轉速過高，種子所受的離心力增大，使種子飛出，影 響播種均勻性。實驗結果表明，滾筒線速度不宜超過0.18m/s。 根據(jù)公式 ,符合實驗結果。 5.2 中心軸設計 中心軸（如圖 5-2 所示）主要作用是抽掉滾筒負壓室的空氣，軸上吸孔孔徑 與滾筒上的的吸孔孔徑一致為 1.2mm，通氣軸左端與風機相連將滾筒內(nèi)的空氣抽 出形成真空度為 4KPa 的負壓腔，同時支撐滾筒體。 smsDv /18.0/9.617.043?????? 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 15 - 圖 5-2 軸 5.3 換氣裝置 換氣裝置屬于懸臂梁結構，由左端蓋、隔板、通氣軸三部分組成。通氣軸與 支承座過渡配合固定在支架上不動，左端蓋與滾筒間隙配合，通過軸套固定在通 氣軸上，隔板焊接在左端蓋上。滾筒與右端蓋通過緊定螺釘連接隨鏈輪一起轉動。 換氣裝置的工作過程主要是通過通氣軸左端與風機相連將滾筒內(nèi)吸出的空氣 抽出，使?jié)L筒吸種的氣室達到負壓狀態(tài)。隔板與左端蓋焊接并與大氣相通形成常 壓室。 5.4 端蓋設計 左端蓋固定不動，與滾筒間隙配合，在端面開一個口，與隔板相配合實現(xiàn)與 大氣相通。右端蓋通過緊定螺釘與滾筒連接，再通過螺釘與鏈輪相連帶動滾筒旋 轉。 5.5 激振裝置 常用的激振裝置包括機械式、電磁式、液壓式及氣動式。本文采用了電磁振 動器作為種盤的激振源。電 磁 振 動 器 ， 又 名 倉 壁 振 動 器 。 可 用 于 各 種 振 動 機 械 ， 如 給 料 機 ， 小 型 輸 送 機 ， 振 動 篩 ， 振 動 平 臺 及 倉 壁 振 動 等 等 場 合 ， 使 用 靈 活 方 便 。 振 動 強 度 可 用 控 制 器 隨 意 調(diào) 節(jié) 。 電 磁 振 動 器 是 高 效 、 節(jié) 能 振 動 器 ， 廣 泛 在 化 工 、 建 材 、 礦 產(chǎn) 等 粉 體 機 械 上 使 用 。 電 磁 振 動 器 安 裝 在 粉 料 倉 下 部 縮 口 處 的 外 側 ， 電 磁 振 動 器 產(chǎn) 生 的 高 頻 振 動 ， 可 有 效 地 消 除 粉 料 因 內(nèi) 摩 擦 、 潮 解 、 帶 電 和 成 份 偏 析 等 原 因 而 引 起 的 堵 塞 、 搭 拱 現(xiàn) 象 。 使 用 電 磁 振 動 器 作 疏 料 裝 置 ， 結 構 簡 單 ， 下 料 流 暢 ， 能 穩(wěn) 定 給 料 系 統(tǒng) 。 電 磁 振 動 器 也 可 用 在 其 它 需 振 動 源 的 機 械 上 。 電 磁 振 動 器 使 用 簡 單 ， 在 線 圈 繞 組 引 線 串 接 隨 振 動 器 附 帶 的 二 極 管 ， 接 通 220V 交 流 電 源 即 可 工 作 。 工作 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 16 - 原理如圖 5-3 所示。 圖 5-3 電磁激振種盤工作原理圖 工作過程中，給電磁鐵線圈通以交變電流，磁路的磁通量將隨時間發(fā)生變化， 從而產(chǎn)生交變電磁吸力，種盤在電磁吸力和振動彈簧的作用下實現(xiàn)振動。 5.6 風機的選擇 現(xiàn)設吸孔的通孔內(nèi)的氣流平均速度為v i ，已知通孔內(nèi)外的氣壓差△P= 4KPa。根據(jù)流體力學原理，吸孔內(nèi)的阻力系數(shù)為： (5-1) 2ivP???? 由式5-1可求得： (5-2) ?i 當吸孔直徑為0.8～3mm時，ξ=0.17～0.72。用插值法得ξ=0.27， 代入數(shù)據(jù)得 =15.68m/siv 通過單個吸孔的空氣量 為： 17.72×10-6m3/siQ? 氣源總的流量Q為： 12.76m3/h?i20 則風機型號為：NK-125，主要參數(shù)：吸力 12kpa，功率 800w，額定電壓 220v，50Hz。 5.7 傳動機構設計計算 根據(jù)需要滾筒式排種裝置將采用鏈輪傳動，傳動裝置主要由電動機、調(diào)速器、 鏈條、鏈輪組成。 iivd?41 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 17 - 5.7.1 原動機的選擇 （1）所需電動機的功率 (5-3) dtJT???dtJ??? 滾筒的轉動慣量估算: (5-4) gGDgmJ42 22??????? 式中，g－重力加速度， 2/81.9sg? －系統(tǒng)旋轉部分的重量，NG ρ－系統(tǒng)旋轉部分的半徑，m －系統(tǒng)旋轉部分的直徑，mD 系統(tǒng)旋轉角速度，與每分鐘轉數(shù) n 的關系為: (5-5) 將 J 及 代入 5-3 式，整理得 (5-6) ?21mvJM??N???076.375.089 (5-7)1926.??nP 總效率 ： 6.90?鏈 輪? 電動機功率： (5-8) KWPwd 172.0.17? 選功率為 250w 的單相電容啟動異步電機，主要參數(shù)為：額定功率 250W，級 數(shù) 4,同步轉速 60r/min，額定電流 2A，功率因數(shù)為 0.92，最大額定轉矩為 1.7 。調(diào)速范圍為：2.4-60r/min [21]。mN? 8.6n? 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 18 - 6 關鍵零部件校核 6.1 軸的強度校核 軸的受力分析如圖 6-1 所示： 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 19 - 圖 6-1 軸受力分析 假設 ， ，軸的材料為 45 鋼，彎曲許用應力 。NG201?20 ??MPa10?? 由靜力平衡方程 。求出支座反力。?X?Y0?M (6-1) 2121GF? (6-2) 34505221??? 求得： NF217?NF832? 應力彎矩圖為: 圖 6-2 彎矩圖 對于 A 截面 ，??????????? ???????? MPaDMW64343 10982.67.01.516 滿足強度要求。 對于 B 截面： ，滿足強度要??ad633 9.2.0872 求。 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 20 - 6.2 軸承校核 純徑向載荷且徑向載荷小選用深溝球軸承，型號為 6006，內(nèi)徑 30mm， 外徑 55mm，厚度 13mm，基本額定動載荷 Cr=13.2KN，基本額定靜載荷 C0r=8.30KN。 由于軸承的轉速很低，按照點蝕破壞來選擇軸承尺寸就不符合軸承的實 際失效形式。在這種情況下，滾動接觸面上的接觸應力過大，而使材料表面 引起不允許的塑性變形才是軸承的失效形式，應按軸承的靜強度來選擇軸承 的尺寸。 軸承上作用的徑向載荷 和軸向載荷 ，應折合成一個當量靜載荷 ，rFa 0P 即 6-3 arYXP00?? 式中， 、 分別為當量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)0XY 6-4 NFar 12656.00 ?? 按軸承靜載荷能力選擇軸承公式為： SC? 式中， =1.5， 稱為軸承靜強度安全系數(shù)。S00 ， 符合要求。NPC189265.??? 7 結論 本文是在參考眾多關于精密播種裝置研究的基礎上，針對煙草包衣種子精量 穴播研究現(xiàn)狀和發(fā)展要求，在綜合分析現(xiàn)有氣吸排種器結構及其性能的基礎上， 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 21 - 針對煙草包衣種子個體尺寸差異，提出了氣吸滾筒式排種器。文中通過對氣吸滾 筒式排種器結構設計研究、工作過程分析得到如下結論: 1.取種裝置結構簡單新穎，較好適應了包衣種子個體尺寸差異條件下的精量 取種，生產(chǎn)使用維護成本低。梯形接種杯及梯形接種杯與護種帶共同組成的封閉 接種區(qū)可確保種子進入接種杯，有效的避免了因投種-接種造成的空穴。以上結構 的創(chuàng)新為吸滾筒式排種器的結構設計提供了新的思路。 2.理論分析了氣吸滾筒式排種器的工作過程，建立了穴播不同工作階段的模 型，為今后其結構和工作參數(shù)的優(yōu)化設計奠定了基礎。 3.利用 cad 繪制了氣吸滾筒式排種器的裝配圖，并進行了主要工作部件的校 核，結果表明：排種器器在 4.8km/h 時，依然可以可靠的取種，達到設計目標要 求。 總之，本文通過結構設計，理論分析，計算機仿真對氣吸滾筒式排種器做了 初步探討，得到了一些有用的結論，為進一步深入研究奠定了理論基礎。由于時 間和設計條件的限制，文中還有一些問題和不足之處需要進一步分析研究。本文 是在指導老師李玉清的精心指導下完成的。老師在各方面給予了我無盡的關心、 幫助和教誨，使畢業(yè)設計得以順利完成。老師淵博的知識、敏銳的思維、嚴謹求 實的科學態(tài)度和寬厚民主的工作作風，使學生終生受益。值此論文完成之際，向 培養(yǎng)我的老師致以深深的謝意！ 參考文獻 [1] 許劍平、謝宇峰、陳寶昌．國外氣力式精密播種機技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．農(nóng)機化研究 [2] 廖慶喜、黃海東、吳福通．我國玉米精密播種機械化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．農(nóng)業(yè)裝備技 術 2006 32(1)：4~7． 黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設計 - 22 - [3] 劉桂蘭．我國氣力式播種機的發(fā)展[J]．農(nóng)村牧區(qū)機械化，1996(4)：17． [4] 杜 輝、樊桂菊、劉 波．氣力式精量播種機與排種器的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)裝備技術 2002(3)：13~l4． [5] 石宏，李達．目前國內(nèi)外播種機械發(fā)展走向[J]．農(nóng)機機械化與電化．2002(2)：42 [6] 徐東．蔬菜穴盤育苗滾筒式氣力精量播種裝置研究．沈陽農(nóng)業(yè)大學碩士論文．2007 [7] 張敏．氣吸滾筒式水稻精量播種裝置的理論與試驗研究．江蘇大學碩士論文．2006 [8] 趙湛．氣吸振動式精密排種器理論及試驗研究．江蘇大學博士論文．2009 [9] 王希強．氣吸振動式精密排種器的結構優(yōu)化及實驗研究．江蘇大學碩士論文．2007 [10]王朝輝．氣吸滾筒式超級稻育秧播種器的基本理論及試驗研究．吉林大學博士論 文．2010 [11]李耀明，趙湛．基于遺傳算法的氣吸式排種器工作參數(shù)優(yōu)化[J]．中國科技論文在線; 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