大蒜種植機(jī)械關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書

大蒜種植機(jī)械關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書,大蒜,種植,機(jī)械,關(guān)鍵,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),說明書 大蒜種植機(jī)械關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 我國大蒜種植面積世界最廣，大蒜需求量大，大蒜具有較高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。尤其是近幾年來 ，我國整個大蒜種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速，大蒜的地位上升，大蒜價(jià)格也直線上升。但我國目前大蒜種植方式落后，還處于機(jī)械化水平較低的人工點(diǎn)播狀態(tài)，蒜農(nóng)勞作較辛苦。為減輕蒜農(nóng)勞動負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高大蒜種植效率和大蒜栽植質(zhì)量，大蒜種植機(jī)械化已成為未來大蒜種植方式的發(fā)展趨勢。 大蒜蒜瓣形狀不規(guī)則，大蒜取種、排種、播種相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)。主要解決解決大蒜如何精密取種和播種過程中蒜瓣入土后朝向問題。本文在分析了現(xiàn)有的大蒜種植機(jī)械的排種和種植裝置優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，采用了新型的窩眼輪排種裝置和六軸行星輪種植機(jī)構(gòu)。窩眼輪排種裝置能有效的進(jìn)行精密取種，采用了接種斗和種植斗相配合的機(jī)械裝置有效解決了大蒜種植過程中的鱗芽朝向問題，使蒜種入土后保持直立狀態(tài)。根據(jù)蒜瓣外形特點(diǎn)，和實(shí)際工作要求，經(jīng)過計(jì)算與驗(yàn)證，設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件的尺寸。然后運(yùn)用Solidworks建模軟件，對重要機(jī)構(gòu)建模，并進(jìn)行裝配，查看仿真結(jié)果。 仿真分析結(jié)果表明，整機(jī)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可達(dá)到理想效果，希望能為大蒜種植業(yè)機(jī)械化發(fā)展一些幫助。 關(guān)鍵詞：大蒜種植機(jī)械；排種裝置；種植機(jī)構(gòu) I Abstract Garlic planting area in China is the most extensive in the world, and the demand for garlic is large. Garlic has high industrial value. Especially in recent years, the whole garlic planting industry in our country develops rapidly, the status of garlic rises, and the price of garlic also rises in a straight line. But at present, garlic planting mode in our country is backward, and it is still in the state of low mechanization and manual sowing, garlic farming is hard. In order to reduce the labor burden of garlic farmers, improve garlic planting efficiency and garlic planting quality, garlic planting mechanization has become the development trend of garlic planting in the future. The shape of garlic clove is irregular. The mechanical design of garlic seed collection, seed arrangement and sowing is the key point in the design process. It mainly solves the problem of how to select seeds precisely and how to orientate garlic petals when they are planted in the soil. Based on the analysis of the advantages and disadvantages of the existing garlic planting machinery, this paper adopts a new type of socket wheel seed metering device and a six axis planetary wheel planting mechanism. Socket wheel seed metering device can effectively carry out precision seed collection. The mechanical device of the combination of the inoculation hopper and the planting hopper is adopted to effectively solve the problem of the orientation of the garlic bud during the garlic planting process, so that the garlic seeds can keep upright after being planted in the soil. According to the shape characteristics of garlic clove, and the actual work requirements, after calculation and verification, design the size of key parts. Then using SolidWorks modeling software, the important mechanism is modeled, assembled and the simulation results are checked. The simulation results show that the key mechanism of the whole machine is simple in design structure, reliable in operation and can achieve ideal results. It is hoped that it can help the development of garlic planting mechanization. Key words: garlic planting machinery; seed metering device; planting mechanis II 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1研究的目的與意義 1 1.1.1 大蒜的功效及營養(yǎng)成分 1 1.1.2 大蒜產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 1 1.1.3 大蒜種植的農(nóng)藝要求 2 1.2 大蒜種植機(jī)械化的優(yōu)勢及其前景 3 1.2.1大蒜種植機(jī)械化的優(yōu)勢 3 1.2.2大蒜種植機(jī)械化的發(fā)展前景 4 1.3 主要解決問題 4 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 1.4.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 4 1.4.2 國外研究現(xiàn)狀 5 第二章 設(shè)計(jì)方案選擇 7 2.1 本文主要內(nèi)容 7 2.2 采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 7 2.3 設(shè)計(jì)流程圖 8 第三章 大蒜種植機(jī)械排種裝置設(shè)計(jì) 9 3.1 蒜瓣外形尺寸測量與外形分析 9 3.1.1蒜瓣尺寸測量 9 3.1.2 蒜瓣外形分析 9 3.2 排種裝置方案選擇 10 3.3 窩眼輪式排種裝置設(shè)計(jì) 12 3.3.1 窩眼輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 12 3.3.2 種子箱的設(shè)計(jì) 13 第四章 大蒜種植機(jī)械種植裝置設(shè)計(jì) 15 4.1 蒜瓣蒜尖定向控制機(jī)構(gòu)方案選擇 15 4.1.1 蒜種定向方案選擇 15 4.1.2 接種斗種植斗方案分析 15 4.1.2 蒜瓣在接種斗和種植斗之間運(yùn)動過程分析 16 4.2 種植裝置設(shè)計(jì)與計(jì)算 17 4.2.1 種植機(jī)構(gòu)方案選擇 17 4.2.2 行星輪反轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)計(jì)算 19 4.2.3 種植斗設(shè)計(jì)與其運(yùn)動軌跡分析 22 第五章 仿真分析 25 5.1 Solidworks軟件介紹 25 5.2 建立重要零件三維模型 25 5.3 各零部件之間的裝配 25 第六章 總結(jié)與展望 28 6.1 總結(jié) 28 6.2 展望 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 31 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章 緒論 1.1研究的目的與意義 我國大蒜種植業(yè)發(fā)展迅速，大蒜的地位越來越高。但目前大蒜播種時(shí)機(jī)械化作業(yè)未能普及，主要依靠人工種植，其勞動負(fù)擔(dān)較重，栽植效率低。為了減輕人工勞動強(qiáng)度，提高栽植質(zhì)量和效率，本文主要在大蒜播種時(shí)，對取種、排種、播種三個階段進(jìn)行相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)，以此代替蒜農(nóng)手工播種。 1.1.1 大蒜的功效及營養(yǎng)成分 自秦漢時(shí)期就有大蒜的存在，大蒜有悠久的歷史，作為生活中必不可少的食物，深受大眾喜愛。大蒜中具有抗菌消炎的作用，能對多種細(xì)菌和病毒進(jìn)行殺滅和抑制。大蒜還具備一定的抗癌能力，具有較高的食用價(jià)值[1]。 大蒜中含有豐富大蒜素，大蒜的主要食用價(jià)值也體現(xiàn)在大蒜素身上。由大蒜加工得到的大蒜素粉，制作成大蒜膠囊，它不僅保留了大蒜的天然成分，而且并沒有大蒜的異味，作為大蒜膠囊也更易吸收且食用方便[2]。 大蒜中還同時(shí)含有其他較多的營養(yǎng)成分，例如：維生素、膳食纖維、胡蘿卜素以及各種礦物質(zhì)及微量元素[3]。 1.1.2 大蒜產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 我國大蒜種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，大蒜的地位也越來越高。在全球種植面積最大，而且仍在逐漸擴(kuò)大，據(jù)2019年調(diào)查，全國大蒜種植面積已達(dá)到598.69萬畝。近年來，我國每年大蒜出口量也在不斷增加，給我國眾多大蒜種植地區(qū)帶來了較高的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著大蒜深加工產(chǎn)業(yè)迅速崛起，眾多大蒜加工業(yè)推動著整個大蒜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各種大蒜加工產(chǎn)品涌入市場，如：蒜片、蒜粒、黑蒜、蒜油、大蒜素膠囊等等。整個大蒜加工產(chǎn)業(yè)在近幾年迅速崛起，大蒜的地位也在不斷上漲。大蒜產(chǎn)業(yè)也具有更好的發(fā)展前景。 圖1-1 油炸蒜片 圖1-2 油炸蒜粒 圖1-3 獨(dú)頭黑蒜 圖1-4 罐裝黑蒜 1.1.3 大蒜種植的農(nóng)藝要求 大蒜栽植主要在春季和秋季進(jìn)行。春播大蒜主要在3-4月份進(jìn)行播種，而秋播大蒜主要在9-10月份進(jìn)行播種[4]。 大蒜栽植時(shí)，蒜種的選取也非常關(guān)鍵，蒜種質(zhì)量往往影響大蒜產(chǎn)量。在蒜種選擇時(shí)要盡量選擇個頭大且健康飽滿的蒜瓣作為蒜種。 大蒜播種時(shí)，一般采取開溝栽植的方法， 先用農(nóng)機(jī)或鋤頭或其他農(nóng)具開一條淺溝，然后將蒜瓣直立插入土中，需保證蒜瓣的直立型，鱗芽朝上。后用線溝兩側(cè)土壤覆在種瓣上。 大蒜栽植時(shí)，需盡量保證播種均勻，種子之間間隔合適，這樣更有利于大蒜后期的成長。 圖1-5 大蒜手工點(diǎn)播 圖1-6 大蒜手工點(diǎn)播近景 1.2 大蒜種植機(jī)械化的優(yōu)勢及其前景 近年來，大蒜市場需求擴(kuò)大，我國大蒜種植面積仍在持續(xù)增加中。由于我國目前大蒜種植方面的機(jī)械化發(fā)展程度并不高，大蒜栽植還處于人工點(diǎn)播的方式。不僅勞動負(fù)擔(dān)重而且栽植效率低下，蒜農(nóng)勞作時(shí)間長，種蒜變得十分辛苦。為此，大蒜種植機(jī)械投入使用已成為迫切需要。 1.2.1大蒜種植機(jī)械化的優(yōu)勢 首先，機(jī)械化播種相較手工點(diǎn)播種植速度更快。傳統(tǒng)播種方式每人每天僅能播種約三分地大蒜，且一天勞作下來，蒜農(nóng)往往腰酸背痛，十分辛苦。由機(jī)械化播種代替人工播種能減輕蒜農(nóng)勞動負(fù)擔(dān)，減少種植時(shí)間的浪費(fèi)。 機(jī)械化播種能完美解決人工播種時(shí)出現(xiàn)的一些問題。人工栽植時(shí)無法保證種植的整齊性，無法精確控制蒜種之間的位置關(guān)系，影響大蒜種植質(zhì)量。機(jī)械化種植能夠達(dá)到大蒜均勻栽植的效果。 機(jī)械化播種能帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。以機(jī)械化點(diǎn)播代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工點(diǎn)播，能最大程度上省去蒜農(nóng)的人工勞務(wù)費(fèi)。由于大蒜種植比較辛苦，大蒜種植的勞務(wù)費(fèi)也在逐年增加，且大蒜播種時(shí)間適逢農(nóng)忙時(shí)節(jié)，勞動力短缺。而機(jī)械化播種并不需要考慮太多有關(guān)勞動力的問題。 總而言之，大蒜種植機(jī)械化相較傳統(tǒng)手工點(diǎn)播有著天然的優(yōu)勢，大蒜種植機(jī)械化取代手工種植將成為未來大蒜種植業(yè)的趨勢。 1.2.2大蒜種植機(jī)械化的發(fā)展前景 我國大蒜種植面積廣，整體機(jī)械化水平不高，蒜農(nóng)利益較小。我國正大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè),質(zhì)量和效率更高的機(jī)械化種植取代人工點(diǎn)播已成為迫切需要。 近年來,由于政府對大蒜機(jī)械化生產(chǎn)也越來越重視，對其投入力度也越來越大，大蒜種植機(jī)械化也將有更好的發(fā)展前景。 大蒜種植機(jī)械化相較傳統(tǒng)手工點(diǎn)播有天然的優(yōu)勢。機(jī)械化發(fā)展水平提高，一定能推動一系列大蒜產(chǎn)業(yè)及副產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 1.3 主要解決問題 大蒜種子形狀不規(guī)則，在排種取種時(shí)，往往達(dá)不到預(yù)想的要求。大蒜在種植時(shí)應(yīng)該在土壤中直立栽培，鱗芽朝上。本文也主要側(cè)重于有關(guān)這兩個方面的相關(guān)設(shè)計(jì)與研究。通過查閱相關(guān)資料，在現(xiàn)有大蒜種植機(jī)械的研究基礎(chǔ)上，針對其缺點(diǎn)和不足進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.4.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 由于土地環(huán)境影響，我國農(nóng)業(yè)講究精耕細(xì)作。大蒜種植要求高密度小行距蒜瓣直立栽植，機(jī)械化水平低下，偏重于手工點(diǎn)播，農(nóng)藝復(fù)雜，平均畝產(chǎn)量較高。 我國比較有代表性的大蒜播種機(jī)有2ZDS-5型自走式大蒜播種機(jī)（如圖1-7所示），該機(jī)于04年研制開發(fā)，種植時(shí)先開溝再進(jìn)行投種栽植，經(jīng)過田地試驗(yàn)后，由于該裝置并不能保證蒜種在入土后保持直立狀態(tài)，所以未被推廣使用；2CS-6 型大蒜種植機(jī)是一種采用勺鏈?zhǔn)脚欧N器的大蒜種植裝置，其工作原理是利用取蒜勺取種，并在鏈條帶動下繼續(xù)運(yùn)動進(jìn)行播種，然后覆土掩埋，其弊端體現(xiàn)在大蒜種子入土后平放，依然沒有解決蒜種直立問題[5]，并不符合我國大蒜種植現(xiàn)狀。 目前，我國大蒜播種機(jī)研發(fā)還在初步探索過程中，各種機(jī)器暴露的弊端也較明顯，需著重解決蒜種入土后朝向問題。 圖1-7 2ZDS-5型自走式大蒜種植機(jī) 1.4.2 國外研究現(xiàn)狀 歐美國家地廣人稀，與我國情況截然不同，大蒜種植密度小、行距寬種植質(zhì)量不高。其機(jī)械化程度高，但農(nóng)藝簡單，平均畝產(chǎn)量偏低。亞洲部分國家如韓國、日本，土地狀況與中國相似，在此不再贅述。 韓國采用的壓穴式同步大蒜播種機(jī)，工作原理簡單，主要依靠壓穴器壓出仿形穴，再與播種機(jī)構(gòu)相配合，將蒜種投入種穴，依靠種穴形狀控制蒜種朝向[6]。但其控制精度不高，理想效果不佳。日本采用的PH4R型大蒜種植機(jī)械，需要人工配合機(jī)械種植，將蒜種放入取種機(jī)構(gòu)，然后運(yùn)動到接近地面時(shí)推蒜桿動作，將蒜種推入土中，完成種植作業(yè)[7]。在種植過程中容易出現(xiàn)傷蒜現(xiàn)象，而且播種質(zhì)量不高，大蒜后期存活率偏低。歐洲國家多采用轉(zhuǎn)盤式排種器，隨機(jī)播種，對大蒜種植的農(nóng)藝要求簡單，在轉(zhuǎn)盤上的取蒜勺完成取種后，便開始隨機(jī)投放[8]。由于完全與我國種植農(nóng)藝要求不符，所以在此不予考慮。 國外大蒜種植機(jī)械一般沒有考慮蒜瓣入土后的直立情況?？偠灾?，大蒜蒜種朝向和精密取種兩大難題仍是今后研究工作中的重點(diǎn)。 圖1-8 壓穴式大蒜播種機(jī)1 圖1-9 壓穴式大蒜播種機(jī)2 圖1-10 歐洲大蒜種植機(jī)  第二章 設(shè)計(jì)方案選擇 2.1 本文主要內(nèi)容 對現(xiàn)有的大蒜種植機(jī)械進(jìn)行具體研究和分析，對其進(jìn)行去粗取精。我的主要工作： （1） 通過查閱大量相關(guān)大蒜種植機(jī)械的資料，分析現(xiàn)有的大蒜種植裝置，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并觀察需要著重解決的問題。 （2） 針對重點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)一種大蒜種植機(jī)械播種機(jī)構(gòu)，使其基本滿足大蒜種植相關(guān)農(nóng)藝要求。 （3） 對設(shè)計(jì)的大蒜播種機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。 （4） 通過AutoCad、Solidworks等畫圖軟件。繪制結(jié)構(gòu)零件圖，裝配圖，進(jìn)行三維建模，完成行仿真運(yùn)動分析。 2.2 采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 在設(shè)計(jì)過程中利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有很多方便之處，在設(shè)計(jì)過程中計(jì)算機(jī)繪圖相較手工繪圖更加快捷準(zhǔn)確。利用相關(guān)軟件進(jìn)行整體模擬裝配分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)處理。并且通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)相較于人工計(jì)算難度更小，計(jì)算結(jié)果也更加準(zhǔn)確。 2.3 設(shè)計(jì)流程圖 圖2-1 設(shè)計(jì)流程圖 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的過程大致分為：確定設(shè)計(jì)目標(biāo)、提出可行方案、選擇合適方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制零件圖裝配圖及其他文件、進(jìn)行仿真分析、改進(jìn)設(shè)計(jì)、完成設(shè)計(jì)。  第三章 大蒜種植機(jī)械排種裝置設(shè)計(jì) 3.1 蒜瓣外形尺寸測量與外形分析 3.1.1蒜瓣尺寸測量 種蒜蒜瓣大小對大蒜成長影響很大，往往種蒜蒜瓣越大大蒜成長個頭越大。根據(jù)基本種植要求一般選取大瓣和中瓣蒜種?，F(xiàn)取50顆中瓣及大瓣大蒜進(jìn)行尺寸測量。長、寬、高和蒜瓣夾角如圖3-1所示。 圖3-1 蒜瓣外形尺寸圖 測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)匯總，數(shù)據(jù)如表3-1所示： 表3-1 蒜瓣外形尺寸測量數(shù)據(jù) 個數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 最大值 最小值 長L（mm） 50 31.25 1.22 34.12 28.55 寬B（mm） 50 20.21 1.95 23.32 19.22 高H（mm） 50 21.32 2.31 22.63 18.92 夾角a（°） 50 43.46 38.55 39.67 48.62 3.1.2 蒜瓣外形分析 由表中數(shù)據(jù)得出蒜瓣的長、寬、高及夾角分別分布在31.25mm、20.21mm、21.32mm和43.46°左右。先假設(shè)各數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，令α=0.5，根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行置信區(qū)間計(jì)算： （3-1） 式中:-參數(shù)平均值； S-方差； -置信水平為1-α樣本數(shù)為n的對應(yīng)t分統(tǒng)計(jì)量。 根據(jù)公式（3-1）可得各參數(shù)置信區(qū)間分別為:蒜瓣長度L（31.251.23mm），蒜瓣寬度B（20.211.36mm），蒜瓣高度H（21.320.93mm），蒜瓣截面夾角α（43.363.45°）。對測量數(shù)據(jù)分析總結(jié)如下： （1） 蒜瓣高和寬尺寸差值很??； （2） 蒜瓣形狀為上半部分較細(xì)尖，下半部分厚大，整體呈半月形，重心位置處于蒜瓣下半部。 3.2 排種裝置方案選擇 由于大蒜種子外形不規(guī)則，對排種裝置的主要設(shè)計(jì)要求是使其能達(dá)到精密取種的效果，解決單粒取種問題，分析可取排種器方案： （1）勺鏈?zhǔn)脚欧N器（如圖3-2所示）。工作原理：在鏈輪的帶動下，取蒜勺從種子箱中取種，由于取蒜勺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在與清種擋板相配合的情況下能達(dá)到每次取種僅取一粒，從而達(dá)到精密取種的效果。鏈輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，取蒜勺到達(dá)一定位置與護(hù)種擋板相配以防蒜種掉落，一直到取種完成。在工作時(shí)，取蒜勺的距離設(shè)計(jì)和大蒜栽植時(shí)的距離有關(guān)[9]。 圖3-2 勺鏈?zhǔn)酱笏馀欧N機(jī)構(gòu)簡圖 （2）轉(zhuǎn)盤式排種器（如圖3-3所示）。與勺鏈?zhǔn)脚欧N器不同的地方在于取蒜勺的傳動方式，將取蒜勺安裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動帶動取蒜勺動作，取蒜勺設(shè)有復(fù)位彈簧，到達(dá)合適位置，取蒜勺打開并夾緊，繼續(xù)動作與清種毛刷配合達(dá)到單粒取種的效果。轉(zhuǎn)盤繼續(xù)動作，取蒜勺到達(dá)合適位置打開，完成取種工作[10]。同樣，取蒜勺的距離設(shè)計(jì)和大蒜栽植時(shí)的距離有關(guān)。 . 圖3-3 轉(zhuǎn)盤式排種器實(shí)物圖 （3）窩眼輪式排種器（如圖3-4所示）。由王芳艷設(shè)計(jì)，工作原理一目了然，大蒜種子由于自重落入型孔，型孔內(nèi)的蒜種隨著整個窩眼輪的轉(zhuǎn)動直到進(jìn)入導(dǎo)種管。取種時(shí)機(jī)殼與窩眼輪縫隙較小，能達(dá)到清種的效果[11]。大蒜栽植時(shí)的距離控制與窩眼輪的轉(zhuǎn)動速度有關(guān)。 圖3-4 窩眼輪式排種裝置簡圖 分析各排種器優(yōu)缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)決定采用窩眼輪式排種器。主要原因是因?yàn)闄C(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)簡單，工作原理一目了然。相較其他排種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加簡單，勺鏈?zhǔn)胶娃D(zhuǎn)盤式排種裝置都需要單獨(dú)設(shè)計(jì)取蒜勺這一部件，設(shè)計(jì)較為繁瑣，而且取種時(shí)容易造成傷種現(xiàn)象，而窩眼輪裝置正好能避開這一缺點(diǎn)。窩眼輪式排種裝置工作更加可靠，機(jī)械設(shè)計(jì)的可靠性原則是越簡單越可靠，為完成同樣的工作機(jī)構(gòu)當(dāng)然是越簡單越好。 3.3 窩眼輪式排種裝置設(shè)計(jì) 窩眼輪式排種器主要構(gòu)件有：窩眼輪，主要取種機(jī)構(gòu)；種子箱，主要用來存放種子；導(dǎo)種管，排出種子；機(jī)殼，固定窩眼輪并達(dá)到清種的目的。 3.3.1 窩眼輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 窩眼輪為整個窩眼輪式排種器的核心，設(shè)計(jì)尺寸精確性關(guān)系到整個排種機(jī)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)。窩眼輪應(yīng)選擇合適的尺寸，通過查閱相關(guān)資料并分析尺寸對播種質(zhì)量的影響，并根據(jù)有關(guān)公式計(jì)算窩眼輪參數(shù)： （3-2） 式中：-窩眼輪的線速度； -窩眼輪的直徑； -播種機(jī)的作業(yè)速度； -每穴蒜種個數(shù)； -地輪的滑動系數(shù)； -排窩眼輪型孔數(shù)； -大蒜種植后距離 ； 首先，通過查閱相關(guān)試驗(yàn)得到結(jié)論：窩眼輪線速度取,根據(jù)式中數(shù)據(jù)計(jì)算，本文由于只涉及到大蒜種植播種機(jī)構(gòu)的粗略設(shè)計(jì)，暫不考慮機(jī)器正常作業(yè)時(shí)地輪工作狀況，以及整機(jī)等相關(guān)問題，為不影響正常設(shè)計(jì)，所涉及到地輪等相關(guān)計(jì)算，可先合理假定合適的計(jì)算數(shù)據(jù)。在此，通過查閱資料，假定=1.1m/s，=0.05；根據(jù)種植農(nóng)藝要求取q=1，t=150mm；再將=0.2m/s代入公式，可得：。查閱相關(guān)資料選取=18，所以=210mm。最后根據(jù)大蒜種子外形特征，選取合適的型孔參數(shù)，開口位置大小取40mm，深度取15mm。 3.3.2 種子箱的設(shè)計(jì) 種子箱設(shè)計(jì)雖較為簡單 ，但根據(jù)農(nóng)藝要求也有相應(yīng)的規(guī)定：首先，種子箱需有合適的容量，在保證一次作業(yè)面積達(dá)到基本要求的前提下盡可能保證種子箱的尺寸要小。其次，箱底應(yīng)設(shè)有合適的夾角，保證種子能夠在自身重力作用下落入到窩眼輪的型孔中。 考慮實(shí)際作業(yè)中，種子箱的尺寸由播種面積和每個種子的單位體積影響。查閱相關(guān)公式計(jì)算種子箱參數(shù)： B=nb= （3-3） 式中：-工作幅寬 -牽引機(jī)額定牽引力； -牽引力利用率； -工作時(shí)的阻力。 通過查閱資料[12]，取；；；代入公式求得，根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求選取工作幅寬滿足要求。 根據(jù)公式； (3-4) 式中：-種子箱的容積； -種子箱的最大容量； -工作幅寬； -一次作業(yè)長度； -每個種子體積質(zhì)量； 假定每次作業(yè)的播種量為170kg，作業(yè)距離650m，大蒜種子的容重約為 0.95g/，計(jì)算可取較大容積。因機(jī)器需多行種植，所以分為多個種子箱，同時(shí)由于大蒜種子之間的存在間隙，因此采用單個種子箱體積不小于16L?？蛇x取基本尺寸為。  第四章 大蒜種植機(jī)械種植裝置設(shè)計(jì) 4.1 蒜瓣蒜尖定向控制機(jī)構(gòu)方案選擇 根據(jù)大蒜播種方式，鱗芽朝向問題始終是大蒜種植機(jī)械化需克服的一大難題，根據(jù)種植農(nóng)藝要求選擇合適的種植裝置也是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 4.1.1 蒜種定向方案選擇 大蒜播種機(jī)構(gòu)需保證蒜瓣入土后的直立性問題。據(jù)查閱文獻(xiàn)[13]，控制蒜瓣方向目前有影像法、紅外線法、plc控制技術(shù)等等。由于大蒜種植機(jī)械工作環(huán)境不好，作業(yè)過程中振動較大，電子控制方法現(xiàn)在看來并不現(xiàn)實(shí)，本文選擇傳統(tǒng)的機(jī)械方法達(dá)到蒜種方向控制的要求。 4.1.2 接種斗種植斗方案分析 本文決定采用接種斗和種植斗互相作用的方法，控制大蒜的朝向問題。接種斗和種植斗都是根據(jù)大蒜外形特征設(shè)計(jì)的（如圖4-1所示），其漏斗型主體由可動半件和連接機(jī)架固定半件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得蒜瓣在落入接種斗和種植斗不會造成橫躺卡住不動，底部開口的寬度由蒜瓣尺寸決定，保持正好卡住不能掉下。利用一對嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)接種斗的打開與閉合，再由復(fù)位彈簧使可動半件恢復(fù)原位。其具體工作原理：蒜種正向落入接種斗時(shí)，當(dāng)種植斗與接種斗驅(qū)動塊相動作，帶動接種斗嚙合齒輪打開可動半件，蒜瓣正方向進(jìn)入種植斗錐體；若情況相反，蒜瓣根部朝上落入接中斗，由于大蒜種子上細(xì)下粗，所以蒜瓣鱗芽部分會先露出，種植斗會先壓住芽尖，再帶動驅(qū)動塊聯(lián)動動作，使得接種斗張開，此時(shí)蒜瓣因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)會在重力作用下實(shí)現(xiàn)換向，根部朝下落入種植斗。（如圖4-2所示） 圖4-1 接種斗結(jié)構(gòu)圖 圖4-2 接種斗種植斗工作原理 4.1.2 蒜瓣在接種斗和種植斗之間運(yùn)動過程分析 根據(jù)上述運(yùn)動過程分析，并列出公式計(jì)算運(yùn)動時(shí)間等數(shù)據(jù)。設(shè)蒜瓣從導(dǎo)種管排出點(diǎn)A，蒜瓣意外排出，不正常進(jìn)入錐體的極限弧長，有公式： (4-1) 其中：-極限弧長； t-運(yùn)動時(shí)間； 根據(jù)公式，首先分析，在實(shí)際過程中，由A點(diǎn)進(jìn)入錐體時(shí)間忽略不計(jì)，由此可得，而此時(shí)弧AC可近似認(rèn)為等于直角邊AC,則,再代入上式得： (4-2) 求得： (4-3) 蒜瓣在落入接種斗后所作位移為DE，所需時(shí)間為，此時(shí)有公式： DE= （4-4） 再將代入上式整理后可得： (4-5) 在此時(shí)種植斗與驅(qū)動塊接觸，旋轉(zhuǎn)角度確定為，此時(shí)的運(yùn)動時(shí)間公式： （4-6） 綜上所述：可得到時(shí)間配合關(guān)系： 4.2 種植裝置設(shè)計(jì)與計(jì)算 根據(jù)大蒜種植農(nóng)藝要求，種子在種植時(shí)需保證根部接觸地面，正向直立種植。因此種植機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)方面也是為了解決這一難題，在現(xiàn)有大蒜種植機(jī)械的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，選擇合適方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 4.2.1 種植機(jī)構(gòu)方案選擇 據(jù)查閱資料[14]目前最新一代的行星輪種植機(jī)構(gòu)，采用了六軸行星輪機(jī)構(gòu)，相較于前幾代的行星輪種植機(jī)構(gòu)有了較大的改進(jìn)。 第一代大蒜種植機(jī)的種植結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)源自于小麥?zhǔn)崭顧C(jī)，動作與小麥?zhǔn)崭顧C(jī)類似。以中間輪和偏心輪相互動作，形成的平行四邊形機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)種植，種植時(shí)種植斗方向固定，保持垂直向下的狀態(tài)。但機(jī)構(gòu)工作時(shí)問題較為明顯，首先單邊傳動產(chǎn)生較大扭矩，造成中心軸受力過大，進(jìn)而無法使用。其次種植斗的開合機(jī)構(gòu)工作不可靠，蒜瓣投種不精確。 圖4-3 第一代行星輪大蒜種植機(jī)構(gòu) 在第一代的基礎(chǔ)上，第二代大蒜種植機(jī)構(gòu)采用了偏心輪雙邊傳動。但是在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)存在死角問題，如果動力不足則無法達(dá)到工作要求。在第二代的基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)了第三代大蒜種植機(jī)械。更改了種植軸的整體布局，該結(jié)構(gòu)雖然相較之前有所改進(jìn)，但在試驗(yàn)中又出現(xiàn)打孔不精確和種植不準(zhǔn)確的問題。 圖4-4 第三代行星輪式大蒜種植機(jī)構(gòu) 經(jīng)過多次試驗(yàn)分析，并在之前行星輪種植機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上確定了六軸行星輪種植機(jī)構(gòu)。其主要結(jié)構(gòu)有六根傳動軸、一根中間傳動軸、反驅(qū)動圓盤組成，每根傳動軸上同時(shí)裝配有多個種植斗，以完成多行種植。安裝的傳動鏈輪其主要工作過程：動力裝置帶動中間傳動軸的鏈輪工作，同時(shí)，與中間傳動軸連接的行星輪系中的定齒輪隨之動作，定齒輪帶動惰輪互相動作，惰輪同時(shí)帶動驅(qū)動齒輪嚙合，然后驅(qū)動齒輪又帶動裝有種植斗的軸運(yùn)動，種植斗隨軸工作，種植斗到達(dá)一定位置與接種斗接觸，可動半件打開。種植斗帶著接種斗掉入的蒜瓣繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直至與地面接觸，形成種穴。接著種植斗上的驅(qū)動塊受力聯(lián)動齒輪打開種植斗，蒜種此時(shí)落入種穴。種植斗離開種穴后，復(fù)位彈簧動作，種植斗恢復(fù)，為下次工作做準(zhǔn)備。完成整個種植過程。該機(jī)構(gòu)明顯避免了蒜種損傷，并且在改進(jìn)后種植精度相較之前的行星輪機(jī)構(gòu)有所提高，也解決了種植斗位置不理想的問題，從而達(dá)到直立種植的要求。 圖4-5 六軸行星輪種植機(jī)構(gòu)簡圖 4.2.2 行星輪反轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)計(jì)算 在六軸行星輪種植機(jī)構(gòu)中采用了行星輪反轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使種植斗在種植機(jī)構(gòu)工作過程中，依靠行星輪機(jī)構(gòu)同時(shí)繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，使種植斗方向得到有效控制。其主要結(jié)構(gòu)包括固定在種植圓盤4上的六個驅(qū)動齒輪3、三個惰輪2、和一個定齒輪1。定齒輪1與固定軸嚙合，使固定軸始終保持靜止?fàn)顟B(tài)。惰輪2可以轉(zhuǎn)動，并可以保持和種植圓盤相同的旋轉(zhuǎn)方向。驅(qū)動齒輪3與驅(qū)動軸嚙合在惰輪帶動下轉(zhuǎn)動，并使種植斗下端始終指向地面。 圖4-6 行星輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)簡圖 反轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的行星齒輪系如下圖： 圖4-7 行星齒輪系 對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算如下： 行星齒輪系中（如圖4-7所示），原行星輪系如圖a，為行星架，首先給行星輪系施加一個轉(zhuǎn)速，大小與方向與相同。此時(shí)圖a與圖b等效，行星架的轉(zhuǎn)速均為0。進(jìn)而分析圖b，齒輪1轉(zhuǎn)速：=-；齒輪2轉(zhuǎn)速：;齒輪3轉(zhuǎn)速：,所以可得圖b傳動比：。但是根據(jù)實(shí)際種植要求，反轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)該達(dá)到圖c的要求。分析圖c：齒輪1與軸1保持固定狀態(tài)。同理，驅(qū)動軸3和種植斗和也保持不動，于是可得：=0，=0，進(jìn)而又可得：。 再分析整個行星輪系：分析種植圓盤中各齒輪分布狀態(tài)，可得到其幾何關(guān)系 再根據(jù)上文推出的得到，所以根據(jù)在等腰三角形可以得到： (4-7) (4-8) 式中：m-齒輪模數(shù)； z-齒輪齒數(shù)。 根據(jù)種植時(shí)實(shí)際的運(yùn)動狀態(tài)，,這時(shí)模數(shù)m選擇就尤為重要，模數(shù)選擇應(yīng)盡量合適，不宜偏大偏小。因此在范圍內(nèi)選取模數(shù)m最為合適。查閱資料[15]，齒數(shù)小于17，齒輪容易發(fā)生根切現(xiàn)象，所以齒數(shù)應(yīng)大于17。齒輪1的齒數(shù)應(yīng)小于齒輪2的齒數(shù)，于是可建立目標(biāo)函數(shù)： （4-9） 式中：。 列出約束條件： （4-10） 對上式求解，可?。? 4.2.3 種植斗設(shè)計(jì)與其運(yùn)動軌跡分析 目前大蒜種植機(jī)械的研究難題之一就是保證蒜瓣在傳送和種植過程中有關(guān)蒜瓣蒜尖朝向的問題，本文通過對大蒜外形尺寸測量，并對大蒜外形特點(diǎn)分析，根據(jù)大蒜種植農(nóng)藝要求，本文采用了錐形種植斗與接種斗相配合的方法。其中種植斗和接種斗總體結(jié)構(gòu)類似，具體尺寸需要根據(jù)大蒜蒜種和大蒜的高度決定。錐度取24°，開口寬度需正好使蒜種卡住。 對種植斗的運(yùn)動進(jìn)行分析：在機(jī)器前進(jìn)過程中，種植斗繞中心軸的圓周運(yùn)動。與前進(jìn)運(yùn)動相結(jié)合為主要運(yùn)動方式。分析圖4-8，設(shè)圓盤半徑OA=R，當(dāng)時(shí)間t=0時(shí)，A點(diǎn)坐標(biāo)位置為（R,R），當(dāng)時(shí)間時(shí)，根據(jù)三角函數(shù)求出A點(diǎn)坐標(biāo)，公式如下： （4-11） 式中：-水平方坐標(biāo)； -垂直坐標(biāo)； -整機(jī)前進(jìn)速度； -時(shí)間； -圓盤轉(zhuǎn)動的角速度。 圖4-8 種植斗運(yùn)動軌跡與運(yùn)動擺線形狀圖 據(jù)分析，種植斗的運(yùn)動軌跡取決于一個關(guān)鍵系數(shù)。是種植斗圓周運(yùn)動速度與機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動速度的比值。值的變化從0到時(shí)，運(yùn)動軌跡形狀是由直線變化到圓的過程（如圖4-9所示）。具體分為：當(dāng)=0時(shí)，運(yùn)動軌跡為直線；當(dāng)<1時(shí)，呈短幅擺線形狀；=1時(shí)，呈普通擺線形狀；>1時(shí)，呈長幅擺線形狀；=時(shí)，為圓形。 圖4-9 種植斗軌跡變化 具體分析：<1時(shí)形成短幅擺線，種植斗向前挖掘，頂端推土形成種穴，種植斗速度方向與牽引機(jī)前進(jìn)方向相同；>1時(shí)形成長幅擺線，種植斗向后挖土形成種穴，牽引機(jī)前進(jìn)方向與種植斗速度方向相反。此時(shí)牽引機(jī)所受阻力減小，所以可得應(yīng)該選取>1，也就是>[16]。 種植圓盤首先在角速度為時(shí)間為t的動作接觸到地面，得到種植圓盤轉(zhuǎn)動角度；繼續(xù)動作到土里最深位置C處，以時(shí)間進(jìn)行動作，得到轉(zhuǎn)動角度為；最后繼續(xù)動作到達(dá)地面出土點(diǎn)D，以時(shí)間動作，得到轉(zhuǎn)動角度為；其中根據(jù)種穴的對稱性可知由=，=。 再根據(jù)圖4-8所示坐標(biāo)系，求得B點(diǎn)D點(diǎn)坐標(biāo)： （4-12） 可得種穴寬度為： （4-13） 式中：；; 代入上式又可得： (4-14) 種植圓盤在工作過程中，轉(zhuǎn)動一圈，其距離： （4-15） 種植圓盤上6個種植軸都裝有種植斗，所以相鄰兩個種穴之間的穴距為：，將代入公式得到： （4-16） 式中：R-種植圓盤半徑； -穴距； H-種植深度； BD-種穴寬度； 最后根據(jù)以上公式 (4-14)、（4-15）、（4-16）基本可以確定種穴深度、穴距、種植圓盤的旋轉(zhuǎn)半徑、種穴寬度、機(jī)器前進(jìn)速度、種植圓盤旋轉(zhuǎn)角速度等之間的相互關(guān)系。其運(yùn)動軌跡分析完成。  第5章 仿真分析 5.1 Solidworks軟件介紹 Solidworks是一套三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。Solidworks使用方便，繪圖精確，而且功能全面[17]。為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性，本文在此用Solidworks軟件對重要機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模和裝配，以達(dá)到設(shè)計(jì)仿真的目的。 5.2 建立重要零件三維模型 首先，根據(jù)上文相關(guān)設(shè)計(jì)利用Solidwork繪制排種裝置各重要零部件的三維模型： 5.3 各零部件之間的裝配 先建立機(jī)構(gòu)上半部分的裝配。首先將窩眼輪和種子箱連同機(jī)殼裝配在一起（如圖5-7所示），為方便觀察，此處僅裝配了半個機(jī)殼，再在機(jī)殼出種口處裝配導(dǎo)種管。 圖5-1 排種機(jī)構(gòu)裝配體 在種子箱下邊組裝機(jī)架，為連接種植斗所用。機(jī)架組裝完成開始在上邊裝種植斗的零部件，首先裝上一對嚙合齒輪，在將種植斗安裝在機(jī)架上。這樣裝置的整個上半部分基本安裝完成（如圖5-8所示）。 圖5-2 上半部分裝配圖 再進(jìn)行種植機(jī)構(gòu)的裝配：先裝配種植圓盤與傳動軸（如圖5-9所示）， 圖5-3 六軸種植架裝配圖 再將種植斗連同部件裝配到種植架上（如圖5-10所示），種植斗需多組裝配，然后將行星輪機(jī)構(gòu)裝在圓盤兩側(cè)。 圖5-4 種植斗裝配 這樣種植機(jī)構(gòu)基本安裝完成，再將多組排種機(jī)構(gòu)和種植機(jī)構(gòu)一塊裝配，如圖可見，整體裝配較為合理，基本達(dá)到理想要求，仿真基本完成（如圖5-11所示）。 圖5-5 總裝配體  第6章 總結(jié)與展望 6.1 總結(jié) 本文主要設(shè)計(jì)了大蒜種植機(jī)械的重要播種機(jī)構(gòu)并得到以下總結(jié)： （1） 首先針對蒜瓣的外形特點(diǎn)，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對大蒜外形特征分析，以及對現(xiàn)有的排種器進(jìn)行比較優(yōu)劣，采用窩眼輪式排種裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠且能達(dá)到精密取種的要求。 （2） 根據(jù)大蒜蒜瓣重心在蒜瓣中下部，決定采用種植斗與接種斗相結(jié)合，解決蒜瓣播種過程中定向問題，使蒜瓣在種植過程中能保持蒜瓣鱗芽朝上。 （3） 根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料，采用六軸行星輪播種機(jī)構(gòu)，使種植斗實(shí)現(xiàn)定向栽培。 （4） 根據(jù)資料，通過理論分析種植斗的運(yùn)動軌跡，得到工作過程中機(jī)器各機(jī)構(gòu)到達(dá)的位置關(guān)系，確定種植的的可行性。 6.2 展望 通過此次設(shè)計(jì)，對不足的地方有以下展望： （1） 僅對重要機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，對整機(jī)實(shí)際工作分析欠缺，因此，無法分析到更全面的影響因素。 （2） 大蒜種植機(jī)械作業(yè)環(huán)境較差，需考慮土壤硬度問題。 （3） 傳動部分設(shè)計(jì)欠缺，沒有過多考慮排種機(jī)構(gòu)與種植機(jī)構(gòu)之間的動力關(guān)系，需進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。 （4） 大蒜蒜瓣入土后直立率還是偏低，需進(jìn)一步對有關(guān)問題改正。 參考文獻(xiàn) [1]沈聯(lián)慈，潘烱光，等. 大蒜揮發(fā)油的化學(xué)成分與質(zhì)量研究. 中草藥， 1993，24（2）：66-68? 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Solidworks2011從入門到精通. 北京：機(jī)械工程出版社，2011，03 31 致 謝 本科在讀期間，我受益良多。大學(xué)兩年時(shí)間多虧了老師們的悉心教導(dǎo)和同學(xué)們的互相幫助。在此，我深深感謝陪伴我兩年本科生活的老師和同學(xué)們。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在賈永敏老師的指導(dǎo)下完成的，賈老師總是能對我們在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題給予幫助。賈老師嚴(yán)謹(jǐn)，熱心，有耐心的工作態(tài)度也是值得我們學(xué)習(xí)的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對設(shè)計(jì)相關(guān)工作有了更開拓的思路，也有了更深刻的認(rèn)識，畢業(yè)設(shè)計(jì)更是對大學(xué)期間所學(xué)知識的總結(jié)和學(xué)以致用。所以在此由衷的感謝賈老師對我提供的幫助。 同時(shí)感謝母校對我的教育，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)以及所有老師和同學(xué)們，給了我一個充實(shí)且快樂的大學(xué)生活。