小型精密播种机设计说明书

1毕业设计说明书题目：精密播种机设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：2目录一、设计背景.....................................1二、总体方案设计.................................42.1需求分析与定义.............................52.2设备控制..................................6三、标准件选型...................................7四、主体框架设计................................16五、设备装备维护................................17六、总结和展望..................................196.1总结.....................................196.2展望.....................................193一、设计背景在中国制造2025和德国工业4。0的大背景下，全世界的只能生产化行业都在加速，而这次自动化变革的设计行业之多，设计内容之广是前几次生产力的变革所没有的。近年来我们除了一般行业里面看到的自动化进程在不断的推进外，我们中国的自动化企业也越来越关注起其他的行业和工作内容里面去，有些甚至是我们在日常工作生活中重来都未曾想象过的工业。而其实这一点也不令人意外，因为此次自动化的进程就是要从各行业业中的每个生产步骤动作中去。而往往在一般人都想不到可以应用的地方我们将自动化应用进去后则是一个很大的商机和成就。总而言之生活在当下，作为这次知识革命的主导者和参与者，我们有责任和有义务将自动化的大潮推进到各行各业的生产中去。中国作为一个千百年来的传统农业大国，农业曾经是我国的支柱行业，华夏文明就是农耕文明的根本。经历了千年洗礼的中国农耕文化血脉在我们的时代继续传承下去。在时境变迁的今天，农业对我国的社会生活和人文发展还是起着很重要的作用。相对于欧美、澳洲等国的大范围规模性的农业产业，我国因为地貌和人文社科问题，我们的农业没办法实现大型化、规模化和产业化的生产。虽然我国的生产基数规模也相对较大，但我国农业的基本单位基本是以家庭为单位，基数多但无法行程大规模的链接，同时，我国的种植地貌多为丘陵、盆地等，而不是像欧美等国是一片很大很辽阔的平原地貌，这也很大程度上使得我国无法使用像欧美一样的大型机械机械农业的批量化产业化的生产制造。但自动化的大趋势势不可挡，对于这些问题我们更多的是需要使用我们的自动化经验和科学智慧进行解决。目前我国市面上也有一些播种机，但这些播种机普遍都是比较粗旷的播种机，无法实现说精密播种的功能。且这些播种机一般都有一定的体积大小，需要人工在上面进行配合或者是人工进行操作，相对于等级比较高的自动化还是有一定的差距和进步的空间。体积大会使得播种机的使用和安防、应用的地域范围受到限制，需要人工在上面操作则会使得设备相对人工的利用率不高，难以实现说操作人员的真正放手不管。这些严重制约了播种自动化的发展和对于实际农业生产的自由度的提高。为此，我们针对自动播种机体积大，需要人工操作的待优化带你进行思考改良设计，在本设计中，针对于使用场景和使用单位，即在生产规模小的小型面积种植，设计制造一台适用的农业播种机，在播种的过程中，人工不许配合或干预。我们可以设计一个场景：在某面积的地域力一个操作人员可以管理三台机器，当操作人员处理完第一台设备4自动运行起来后，操作人员不再关注于第一台设备，而是着手处理第二台设备；同样的，在处理完第二台设备后处理第三台。当处理完第三台的时候第一台刚好完成单行的播种，操作人员将他移到第四行需要播种的位置进行操作。此流程不断的循环将大幅度提高人员的使用效率，更加符合生产的人力成本和时间成本。另外，在这种设备进行普及后，其造价和功能以及生产方式将会被广大农民群众所接受和推广，而使得我国的传动农业生产得以进步和改观。二、总体方案设计2.1.需求分析和定义根据对实际生产需求的调研我们可以发现，我们的生产场景是由很多的限制的。可以表现为以下的几个方面。第一，在我们很多人的观念中，自动化生产就是设备替代人工的过程，且设备替代的程度越高，则代表着这条产线、这个设备的自动化水平越高。但在我们设计到的这个设计里面，我们不能用这种思维来设计。因为我们的设计应用对象是我们的小众农民，他们的难点和痛点在于实际播种的效率问题和稳定问题，而不是在于在一定周期内的产量问题，毕竟他们没有很多的土地进行耕作，他们实际需要的是尽可能的方便应用简单轻便的设备进行自动的播种。而我们对于一般自动化程度要求高对于他们来说就是将东西放进去就可以不管了，自己在一边就可以完成工作，这才是他们的实际需求。第二，应用场地是受限的。对于一般的种植的地方，特别是南方地区，多为丘陵地貌，比较有突出代表的就是阶梯田。在这种的地貌下要求设备的尺寸越小越好，且设备的越野能力要强，最好是可以克服多种角度的山路。第三，应用的方式。在这些人群所需的生产中，不是需要批量化的生产，而更多强调的是灵活性。举个简单的例子就是你给他一台美国加州大型播种机，宽度都有个四五米的机器，他一是不会用，二是没法用。且不说操作是否可以进行，但自己的一亩三分地放个设备都占了一大半了，他根本无法使用这些设备。所以针对于他们的应用更多是强调灵活性，简而言之就是他能简单使用并且可以根据生产进度使用。根据以上的分析，我们可以得出以下的几点结论。生产场景：小型面积播种，播种的物料为玉米粒等小型的种子。有一定的质量且形态为固态。5设备工作的流程：人工上料到料仓里，料仓通过分料结构将料仓中的种子进行分离，同时在分离的过程中设备需要由犁地结构将土壤犁开，在将种子按照一定的间距埋入土壤当中，并且实现对土壤的压紧。在设计中，料仓主要通过钣金进行折弯和焊接；为了实现播种机的精密运动，采用电池供电，并用伺服电机进行控制；为了实现播种机的犁地功能，模仿普通犁地的结构进行设计，犁地结构和播种机需要相连接在一起，实现在边前进边犁地的功能。在物料分离方面，采用制造一定间距内腔的轮盘，当轮盘和料仓进行相对运动时，物料通过差位落入内腔当中，从而实现分料的功能。为了实现压入土壤的动作，需要在行进方向后面的轮子中增加一定的负载使得可以将土壤压平。6在这个过程当中，操作人员还可以根据产量和日程的安排进行播种机数量的设定：假设今天是第一天播种，播种需要保证进度，我可以选择三台播种机一起工作；当工作进行到第三天时，我只剩下少部分的地方需要播种，这个时候我可以采用一台进行播种作业。者都体现了对实际生产需求的分解和对应的解决思考。为了实现单人操作和方便使用，机械结构方面应该选择尽量简单耐用且传动效率需要较高，因为这样才能使得设备在我们设定的小面积播种更加兼顾耐用。我们将要实现的设计目标是，结构简单方便，人工将物料投入料仓按开关启动后设备即可进行单行的播种。根据调研的结果和了解到的实际生产中的需求，设计的料仓容量为50kg，整个设备运行的最大速度设定为250mm/s。根据这个设计参数进行以下的设计。三、标准件选型同步带的选型计算按齿形分类，同步带可分为体型和圆弧形(HTD/STD/RPP2M~20M)，其中梯形又可分为周节制(又称传统梯形带MXH~XXL)、模数制(m1~m10)、特殊节距制(又称T型齿，T2.5~T20)，如果转速快，传输功率不大的，可以选择传统梯型齿，如果传输功率大，转速不是很快，可以选择圆弧形齿。按材料分类，同步带可分为橡胶皮带(最常用)，聚氨酯皮带（T5、T10、T80等）。聚氨酯皮带作为轻动力传动用具有高精度特点，用于打印机、缝纫机纺织机、NC车床等。同步带轮材料的选择：以45#钢、硬质铝合金为最常见，但在此设计中应保持质量7故选择采用6061合金。本设计中同步带的作用主要是传动功能。所需传递功率P=0.025kw小轮转速n1=50r/min中心距a=300mm（初定，有效行程+100）传动比i=1计算功率的确定图表1根据使用情况选择工况系数KA=1.8计算功率Pca=KA×P=1.8*0.025=0.045kw确定带型和节距8图表2根据小轮转速和传递的功率从表中选择同步带的型号为H，节距Pb=12.7mm确定带轮齿数Z1、Z2与节圆直径d1、d2图表3根据带型的最小齿数，设定小带轮齿数Z1=16大带轮计算齿数Z2=Z1×i==16*1=16小带轮节圆d1=Z1×Pb/π=16*12.7=64.68mm大带轮节圆d2=Z2×Pb/π=16*12.7=64.68mm验证带速v带速V=n1×d1/60/1000==50*64.68/60/1000=0.17mm/s9图表4根据表中可得，允许最大速度Vmax=40mm/s因为V≤Vmax所以带速校核合格确定带长计算基线长度Ld0=2×a+0.5×(d1+d2)+(d2-d1)^2/(4×a)=2*300+0.5*（64.68+64.68）+0=803.20mm根据表格选取圆整基准长度Ld=838.2mm确定同步带齿数Z=66计算中心距aM=2Lp-(Z1+Z2)Pb=2*838.2-（16+16）*12.7=1270mm计算中心距a={M+[M2-8(d2-d1)2]1/2}/8=（1270+（1270*1270-0））/8=317.5mm确定带宽小带轮啮合齿数Zm=0.5×z1-z1×Pb×(z2-z1)/(2×a)^2=0.5*16-12*12.7*0=8取啮合齿数系数Kz=110图表5从表格中选取基准额定功率P0=0.47kw从表格中选取基准宽度bs0=19.1mm计算所需最小带宽bs'=bs0×(Pca/(Kz×P0))^(1/1.14)=19.1*（0.045/（1*0.026））^(1/1.14)=30.9mm从表格中选择带宽bs=12.7mm电机计算校核如下图所示为设计结构示意。图表611在计算电机参数之前，受限计算负载的转速，以此判断是否可以使用步进或伺服电机。首先初设减速机的减速比i=10图表7由于设定电机直连旋转轴，减速机的效率η=0.98计算负载转速，判断是否可以使用步进/伺服电机首先初设减速机减速比i=10减速机效率η0=0.8根据同步带选型后得同步带主动轮节圆d1=32.84mm同步带从动轮节圆d2=32.84mm链条/皮带/齿条传动效率η1=0.98根据设计所需的行程L=1500mm根据负载的摆放方式，倾斜角θ=0°根据设计要求，每分钟往返次数N=1设定加速时间t1=0.2s设定减速时间t3=0.2s设定静止时间t4=1s12图表8计算往返一个周期时间T=60/N==60/1=60s负载最大线速Vmax=2×L/(T-2×t4-t1-t2)/1000=2*1500/（60-2*1-0.1-0.1）/1000=0.05m/s电机最大转速n0max=Vmax×1000/d1×i/60=0.05*1000/32.84=297.33r/min步进电机的一般额定的转速为1000rpm，伺服的一般额定转速为3000rpm因为n0max=297.33rpm≤1000rpm所以可以使用步进电机或伺服电机计算皮带/链条/齿条受力系统所受外力Fa=0N丝杆搭配直线导轨使用，取导轨摩擦系数μ=0.02负载(含平台)总重量m1=8.13kg皮带/链条/齿条重量m2=0kg计算负载总质量m=m1+m2=8.13+0=8.13kg计算启动加速度a=Vmax/t1=0.05/1=0.25m/s²计算电机轴角加速度εm=2×n0/(60×t1)=2*297.33/（60*1）=155.68rad/s²计算匀速运动时主链/带/齿轮拉力F=Fa+mg(μcosα+sinα)=0+8.13*0.98*0.2*1=1.59N计算惯性力ma=m×a=8.13*0.25=2.05N根据转动惯量初选电机计算负载折算到主动轮惯量J3=mr²/η1=8.13