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摘要
隨著近來溫室大棚的發(fā)展以及環(huán)保發(fā)展意識(shí)的日益增強(qiáng),小型機(jī)的需求就顯得更為重要,尤其以電力為動(dòng)力裝置的機(jī)械。然而目前廣泛應(yīng)用的播種機(jī)是以內(nèi)燃機(jī)及人力為動(dòng)力裝置。本設(shè)計(jì)電動(dòng)小型播種機(jī)與傳統(tǒng)的播種機(jī)相比.新穎之處在于播種機(jī)完全采用電力為動(dòng)力裝置,從而改善了人們?cè)谔镩g作業(yè)時(shí)的工作環(huán)境,況且更符合環(huán)保發(fā)展的觀點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)主要用于農(nóng)戶田間播種和設(shè)施種植播種.增加部分裝置也可用于施肥、耙磨、除草等田間作業(yè)。詳細(xì)介紹了播種機(jī)的結(jié)構(gòu)組成以及各部件的形式、要求以及功用。詳細(xì)介紹了電動(dòng)小型播種機(jī)動(dòng)力裝置及各部件要求,包括播種機(jī)的動(dòng)力選擇、機(jī)械傳動(dòng)的選擇及尺寸、排種輪設(shè)計(jì)、排肥輪的設(shè)計(jì)、開溝器的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、鏈輪的設(shè)計(jì)、其他的各部件設(shè)計(jì)以及播種機(jī)的工作要求、播種前的準(zhǔn)備及播種機(jī)的使用等。在設(shè)計(jì)中考慮播種深度連續(xù)可調(diào)、播種行距連續(xù)可調(diào)、播種穴距可調(diào)、種子破碎率和播種均勻度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中在考慮實(shí)用的同時(shí),兼顧經(jīng)濟(jì)節(jié)約,從而達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)成本低、能耗小、效率高,而且操作方便的目的。
關(guān)鍵詞:電動(dòng) 小型 播種機(jī)
Abstract
With the development of the greenhouse and the consiousness of protecting our ervironment ,boosting up ,the apply of the powy machine becomes more important ,especially the machine with electric power .but at the present time the seeding-machine which is adopted abroadly is drived ba gad engine or man power .this kind of minitype seeding-machine knows from the conventional seeding-machine .Its novel aspect is its drive set which are drived by electric power completly ,so they will improve the work condition ,and accord with euthenics .
This design is applied mostly with the farms of the farmers ,they can also used to fertilize、abrade、get rid of grass and so on ,when we incress some equipment .My design introduce the structure of the seeding-machine and the types of many parts 、some request an fuction .My design introduce the drive equipment of the machine and the types of many parts 、request and fuction .My design also introduce the drive equipment of the machine and the request of the parts which consist of the selecting of the power 、the size 、the design of the axial 、chain wheel 、some other parts and so on .We must consider suiting well of the depth 、the row spacing 、the distance of scoop and the rate of seeds breaking up when seeding .In my design ,while thinking over applied ,I give attention to saving econmy ,consequently achieve structure in reason 、the cost of produce lowness 、the cost of power lowness 、the effidiency highness and convenient when operating .
KEY WORDS :electromotion minitype seeding-machine
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
課題
名稱
電動(dòng)小型播種機(jī)設(shè)計(jì)
系 別: 機(jī)械工程系
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí): 機(jī)083
學(xué)生姓名: 趙 樸
學(xué) 號(hào): 33
指導(dǎo)教師: 孫有亮
開題時(shí)間: 2012年3月31日
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
工程設(shè)計(jì)
一 、論文資料的準(zhǔn)備
播種機(jī)是以作物種子為播種對(duì)象的種植機(jī)械。用于某類或某種作 物的播種機(jī),常冠以作物種類名稱,如谷物條播機(jī)、玉米穴播機(jī)、棉花播種機(jī)、牧草撒播機(jī)等。
播種機(jī)的發(fā)展概況 公元前1世紀(jì),中國(guó)已推廣使用耬,這是世界上最早的條播機(jī)具,今仍在北方旱作區(qū)應(yīng)用。1636年在希臘制成第一臺(tái)播種機(jī) 。1830 年俄國(guó)人在畜力多鏵犁上制成犁播機(jī)。1860年后,英美等國(guó)開始大量生產(chǎn)畜力谷物條播機(jī)。20世紀(jì)后相繼出現(xiàn)了牽引和懸掛式谷物條播機(jī),以及運(yùn)用氣力排種的播種機(jī)。50年代發(fā)展精密播種機(jī)。中國(guó)從20世紀(jì)50年代引進(jìn)了谷物條播機(jī)、棉花播種機(jī)等。60年代先后研制成懸掛式谷物播種機(jī)、離心式播種機(jī)、通用機(jī)架播種機(jī)和氣吸式播種機(jī)等多種類型,并研制成磨紋式排種器。到70年代,已形成播種中耕通用機(jī)和谷物聯(lián)合播種機(jī)兩個(gè)系列,同時(shí)研制成功了精密播種機(jī)。
播種機(jī)的類型 按播種方法,可分為以下幾種:
? ?①撒播機(jī)。使撒出的種子在播種地塊上均勻分布的播種機(jī)。常用的機(jī)型為離心式撒播機(jī),附裝在農(nóng)用運(yùn)輸車后部。由種子箱和撒播輪構(gòu)成。種子由種子箱落到撒播輪上,在離心力作用下沿切線方向播出,播幅達(dá)8 ~12米。也可撒播粉狀或粒狀肥料、石灰及其他物料。撒播裝置也可安裝在農(nóng)用飛機(jī)上使用。
? ?②條播機(jī)。主要用于谷物、蔬菜、牧草等小粒種子的播種作業(yè)。常用的有谷物條播機(jī),作業(yè)時(shí),由行走輪帶動(dòng)排種輪旋轉(zhuǎn),種子按要求由種子箱排入輸種管并經(jīng)開溝器落入溝槽內(nèi),然后由覆土鎮(zhèn)壓裝置將種子覆蓋壓實(shí)。其結(jié)構(gòu)一般由機(jī)架、牽引或懸掛裝置、種子箱、排種器、傳動(dòng)裝置、輸種管、開溝器、劃行器、行走輪和覆土鎮(zhèn)壓裝置等組成。單機(jī)播幅為6~7米,播速一般為10~12千米/小時(shí)。
? ?③穴播機(jī)。按一定行距和穴距,將種子成穴播種的種植機(jī)械。每穴可播1粒或數(shù)粒種子,分別稱單粒精播或多粒穴播,主要用于玉米、棉花、甜菜、向日葵、豆類等中耕作物,又稱中耕作物播種機(jī) 。每個(gè)播種機(jī)單體可完成開溝 、排種、覆土、鎮(zhèn)壓等整個(gè)作業(yè)過程。
④精密播種機(jī)。以精確的播種量、株行距和深度進(jìn)行作業(yè)的播種機(jī)。具有節(jié)省種子、免除出苗后的間苗作業(yè)、苗距整齊的優(yōu)點(diǎn) 。 一般在穴播機(jī)各類排種器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。也有事先將單粒種子按一定間距固定的紙帶播種,或使種子垂直回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的環(huán)形橡膠或塑料制種帶孔排入種溝。
?⑤聯(lián)合作業(yè)機(jī)和免耕播種機(jī)。如在谷物條播機(jī)上加設(shè)肥料箱、排肥裝置,即可在播種的同時(shí)施肥。與土壤耕作、噴撒殺蟲劑 、除莠劑和鋪塑料薄膜等項(xiàng)作 業(yè)組成聯(lián)合作業(yè)機(jī),能一次完成上述各項(xiàng)作業(yè)。免耕播種機(jī)是在前茬作物收獲后直接開出種溝播種,以防止水土流失、節(jié)省能源,降低作物成本。
目前,小型農(nóng)用播種機(jī)保有量與小型農(nóng)用拖拉機(jī)的數(shù)量幾乎持平,每年的春播前是小型農(nóng)用播種機(jī)配件銷量最大的時(shí)期,從幾年的銷售情況看,銷售的配件主要是易損件和耐用件。
第一臺(tái)真正高效率的播種機(jī)直到1701年才由英國(guó)農(nóng)民發(fā)明家念斯洛·圖爾制造出來。圖爾發(fā)覺早期的播種機(jī)有問題,它們不能均勻地撒播種子。種子本該呈直線撒播,但在種子播種線上卻常常有缺漏。因此,圖爾發(fā)明了一個(gè)彈簧機(jī)械裝置,它均勻、連續(xù)地把種子撒播出去。由于種子以這種方式撒播,每棵作物都有望能很好地生長(zhǎng),而且由于小麥成直線種植而更易除掉雜草。其結(jié)果是農(nóng)民獲得了更好的收成和更多的利益,食品供應(yīng)也更為可靠。
隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷推進(jìn),各地的溫室大棚也越建越多,大棚耕作機(jī)械成了農(nóng)戶耕作的急需品。但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大棚耕作機(jī)械顯現(xiàn)出機(jī)型不多、應(yīng)用不方便的特點(diǎn),且多為借用現(xiàn)有的露地用小型耕作機(jī)械。
近幾年針對(duì)溫室、大棚等特殊耕作環(huán)境,國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家研制生產(chǎn)了一些小型耕作機(jī)械。但產(chǎn)品大多存在體積大、操作不靈便、在邊角地帶無法工作、漏耕嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低、適應(yīng)性較差等缺陷,在作業(yè)性能、可靠性和耐久性等方面也都存在一些問題。
相比之下,國(guó)外設(shè)施農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械技術(shù)非常成熟,其機(jī)械作業(yè)性能穩(wěn)定、功能齊全、小巧輕便,但進(jìn)口機(jī)型價(jià)格高,一般每臺(tái)在7000元以上,而且配件不全,維修服務(wù)跟不上。我國(guó)生產(chǎn)的多功能農(nóng)田管理機(jī)一般比國(guó)外的同類機(jī)型價(jià)格低一半,但其質(zhì)量往往又讓消費(fèi)者擔(dān)心。
設(shè)施內(nèi)作物的栽培方法各種各樣,與之配套的作業(yè)機(jī)械也各不相同。設(shè)施內(nèi)缽苗栽植技術(shù)的關(guān)鍵是缽苗移栽機(jī),配套機(jī)械主要有穴盤育苗、缽盤育苗設(shè)備及高效機(jī)械化制缽機(jī)等。我國(guó)目前尚無此類小型移栽機(jī),因此,國(guó)內(nèi)目前急需開發(fā)小型精密或精量播種機(jī)。
二、本課題的目的(重點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn))
畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科大學(xué)生完成學(xué)業(yè)中最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),是將在大學(xué)學(xué)到的理論知識(shí)系統(tǒng)化、條理化、實(shí)用化最關(guān)鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能,提高分析與解決實(shí)際問題的能力;較復(fù)雜工程計(jì)算的工作能力;計(jì)算機(jī)繪圖與手工繪畫相結(jié)合的工程圖繪制能力。掌握一般機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路、方法和步驟,掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡。
通過對(duì)電動(dòng)小型播種機(jī)的總體設(shè)計(jì)以及機(jī)械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)電動(dòng)小型播種機(jī)的工作原理、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行掌握、理解。使其滿足工作職能要求來完成電動(dòng)小型播種機(jī)各部分的設(shè)計(jì)。即能完成農(nóng)戶大棚正常播種,并且增加部分裝置也可用于施肥、耙磨、鋤草等輔助作業(yè)。并在此前提下滿足操作簡(jiǎn)便、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)上的要求。做到和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合,不要做沒用又耗費(fèi)大的產(chǎn)品。
重點(diǎn):本課題分兩個(gè)部分:電動(dòng)小型播種機(jī)的總體設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
該機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、開溝器、鎮(zhèn)壓輪、播種量調(diào)節(jié)器和料斗等組成。
對(duì)總體設(shè)計(jì)需對(duì)電動(dòng)小型播種機(jī)的工作原理、各機(jī)構(gòu)之間關(guān)系、各零、部件組成及關(guān)系進(jìn)行掌握。
創(chuàng)新點(diǎn):電動(dòng)小型播種機(jī)主要由機(jī)械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)兩大部分組成。本播種機(jī)以電力為動(dòng)力裝置,相對(duì)傳統(tǒng)的播種機(jī)更符合環(huán)保無污染發(fā)展的觀點(diǎn),而且其自動(dòng)化程度要有所提高,而且能耗小,效率高,并且操作方便,相對(duì)來說更適于近來發(fā)展較快的溫室大棚作業(yè)。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
電動(dòng)小型播種機(jī)的方案設(shè)計(jì),包括總體設(shè)計(jì),機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
技術(shù)要求:播種深度20~60mm連續(xù)可調(diào),播種行距200~500mm連續(xù)可調(diào),播種穴據(jù)5~500mm可調(diào),種子破碎率和播種均勻度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
工作要求:要求最大生產(chǎn)率為30畝/日。
設(shè)計(jì)思路:(1)、根據(jù)工作環(huán)境要求及設(shè)計(jì)要求確定其工作原理,選擇機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方式。
1.考慮大棚的土壤硬度,電動(dòng)機(jī)功率的選擇可以較低;同時(shí)注意電氣線路部分的高度絕緣。
3.零件可直接選擇標(biāo)準(zhǔn)件,其他的小型部件可以自行設(shè)計(jì)加工。為了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,選鏈條作為傳動(dòng)方式。
4.為了增大整機(jī)的作業(yè)牽引力,故把地輪向后調(diào)。后面的兩個(gè)鎮(zhèn)壓輪也改為電機(jī)驅(qū)動(dòng),使整機(jī)變?yōu)樗妮嗱?qū)動(dòng)的形式。
5.因作業(yè)場(chǎng)地和機(jī)身重量都比較小,整轉(zhuǎn)彎的時(shí)候可手動(dòng)轉(zhuǎn)彎,不對(duì)轉(zhuǎn)彎進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。
(2)初步確定主機(jī)、主要元件或構(gòu)件的基本參數(shù)和技術(shù)性能,如功率、承載、速度、行程或調(diào)節(jié)幅度、外形尺寸等。
1.播種機(jī)的運(yùn)行速度保持在與人的步行速度。
2.其功率大小,需要根據(jù)實(shí)地實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)算而確定下來。外形尺寸根據(jù)以往的成功設(shè)計(jì),而選擇兩壟的播種機(jī)機(jī)架。而開溝器,覆土器,播種速度,施肥量等可自行調(diào)節(jié)。
3.通過機(jī)構(gòu)的調(diào)整加大機(jī)身重量等,可以使整機(jī)的地面接觸力更大。
(3) 、通常提出幾種不同方案,從技術(shù)和設(shè)計(jì)兩個(gè)方面比較論證,選擇最理想的。通過實(shí)驗(yàn),最終確定所選擇的設(shè)計(jì)方案。基本播種方式有:條播、穴播(點(diǎn)播)、撤播、精密播種、及聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)五種。這幾種機(jī)型的輔助部件基本相同,只是其核心工作部件排種器有較大差異。
設(shè)計(jì)方案一:直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置,單行播種。
1.優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,速度便于控制,對(duì)操作人員技術(shù)要求不高,對(duì)環(huán)境無污染。
2.缺點(diǎn):作業(yè)效率較低,能源需要定時(shí)補(bǔ)給,不適合長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)。
設(shè)計(jì)方案二:交流電機(jī)動(dòng)力,雙行播種。
1.優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,速度便于控制,無污染,可以方便在大棚環(huán)境中工作。
2.缺點(diǎn):雙行播種,能源利用率低,工作總量較小,需要外接電源,對(duì)操作距離有限制,需要自行手動(dòng)轉(zhuǎn)彎。
設(shè)計(jì)方案三:交流電機(jī)動(dòng)力,三行播種。
1.優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,速度便于控制,無污染,工作效率更高。
2.缺點(diǎn):?jiǎn)涡胁シN,能源利用率低,需要有外接電源才能工作,制作比較復(fù)雜。
經(jīng)過比較,我選用交流電機(jī)動(dòng)力,雙行播種,兼顧效率和經(jīng)濟(jì)性。
四、總體安排和進(jìn)度(包括階段性工作內(nèi)容及完成日期)
3.21~3.27 完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告,開題報(bào)告。
3.28~4.10 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與總體方案的確定。
4.11~5.22 實(shí)施設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、試驗(yàn)。
5.23~6.16 進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真樣機(jī)和優(yōu)化設(shè)計(jì),并編寫設(shè)計(jì)說明書。
6.18~6.22 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定。
五、主要參考文獻(xiàn)
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[2]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年
[3]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年
[4]徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)1. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988年
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[12]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年
[13]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年
[14]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年
指導(dǎo)教師意見:
指導(dǎo)教師簽名: 日期:
教研室意見:
教研室主任簽名: 日期:
系意見:
系領(lǐng)導(dǎo)簽名: 日期:
系蓋章
目錄
第1章 前言··········································································1
1.1播種機(jī)的常識(shí)和技術(shù)現(xiàn)狀·······················································1
1.2播種方式及常見播種類型·······················································3
1.2.1條播·············································································3
1.2.2穴播·············································································4
1.2.3撒播·············································································4
1.2.4精密播種·······································································4
1.2.5聯(lián)合作業(yè)機(jī)和免耕播種························································5
1.3播種工作過程和機(jī)械構(gòu)造·······················································5
1.3.1工作過程·······································································5
1.3.2機(jī)械構(gòu)造·······································································6
1.4播種機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)·····························································7
第2章 總體設(shè)計(jì)····································································9
2.1 概述···············································································9
2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)········································································10
2.3 設(shè)計(jì)目的········································································10
2.4 動(dòng)力方案選擇···································································10
2.5 設(shè)計(jì)題目分析及設(shè)計(jì)思想·····················································12
2.6 設(shè)計(jì)主參數(shù)及機(jī)構(gòu)類型確定··················································12
2.6.1工作速度······································································12
2.6.2播量的確定···································································13
2.6.3種、肥箱的容積······························································13
2.6.4機(jī)架設(shè)計(jì)······································································14
2.6.5工作幅度······································································14
2.6.6 排種、排肥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)·························································14
2.6.7開溝器設(shè)計(jì)····································································18
2.6.8覆土器設(shè)計(jì)···································································22
2.6.9鎮(zhèn)壓輪設(shè)計(jì)····································································23
2.6.10 地輪設(shè)計(jì)····································································23
第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)及播種技術(shù)措施···········································25
3.1傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖和動(dòng)力傳遞路線圖····································25
3.1.1傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖·································································25
3.1.2動(dòng)力傳動(dòng)路線圖······························································25
3.2傳動(dòng)原理·········································································25
3.3技術(shù)措施·········································································26
3.3.1播種均勻性和各行排量一致性措施·········································26
3.3.2降低破種率措施······························································27
3.3.3種肥同播時(shí),肥料的利用率··················································27
第4章 零部件設(shè)計(jì)·······························································28
4.1種箱及肥箱設(shè)計(jì)·································································28
4.2開溝器設(shè)計(jì)及校核······························································29
4.3排種器···········································································31
4.4地輪參數(shù)確定···································································32
4.4.1輪子直徑和輪輞寬度的確定·················································32
4.4.2輪子滾動(dòng)阻力計(jì)算····························································32
4.5電機(jī)和電瓶選擇及鏈輪設(shè)計(jì)···················································33
4.5.1電機(jī)總功率確定······························································33
4.5.2電動(dòng)機(jī)及電瓶的選擇·························································34
4.5.3傳動(dòng)比的確定·································································35
4.5.4鏈輪選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算·························································36
4.6地輪軸設(shè)計(jì)······································································40
4.7鍵的校核·········································································47
4.8銷的校核·········································································48
4.9軸承的校核······································································48
第5章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)·····················································49
5.1電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則······························································49
5.2電氣元件的選擇·································································49
第6章 播種機(jī)使用·······························································52
6.1播種量調(diào)整······································································52
6.2實(shí)際操作說明···································································53
6.2.1播種作業(yè)前準(zhǔn)備······························································53
6.2.2播種機(jī)的試播及作業(yè)·························································55
6.2.3播種機(jī)的保養(yǎng)與保管·························································56
6.2.4播種質(zhì)量檢查·································································56
第7章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)····························································59
參考文獻(xiàn)·············································································61
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
課題
名稱
小型電動(dòng)助力播種機(jī)設(shè)計(jì)
系: 機(jī) 械 工 程 系
專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí):
姓名:
學(xué)號(hào): 26號(hào)
起迄日期: 2012年3月19日~ 2012年 6月24日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 機(jī)械系小院
指導(dǎo)教師:
輔導(dǎo)教師:
發(fā)任務(wù)書日期: 2012年3月 19 日
1、本畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題應(yīng)達(dá)到的目的:
1)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)和技能,分析和解決機(jī)械工程實(shí)際問題的能力,熟悉生產(chǎn)技術(shù)工作的一般程序和方法。
2)培養(yǎng)學(xué)生懂得工程技術(shù)工作所必須的全局觀念、生產(chǎn)觀念和經(jīng)濟(jì)觀念,樹立正確的設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。
3)培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究,查閱技術(shù)言文獻(xiàn)、資料、手冊(cè),進(jìn)行工程計(jì)算、圖樣繪制及編寫技術(shù)文件的能力。
2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等):
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容:電動(dòng)助力式小型播種機(jī)以人力和電動(dòng)機(jī)(48V直流)動(dòng)力相結(jié)合,主要用于農(nóng)戶田間播種和設(shè)施種植播種(以小麥、玉米為主),增加部分裝置也可用于施肥、耙磨、除草等田間作業(yè)。技術(shù)要求:播種深度20~60mm連續(xù)可調(diào),播種行距200~500mm連續(xù)可調(diào),播種穴距0~500mm可調(diào),種子破碎率和播種均勻度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),工作要求:最大生產(chǎn)率為10畝/日。該機(jī)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、動(dòng)力裝置、操縱機(jī)構(gòu)、開溝器、鎮(zhèn)壓輪、播種量調(diào)節(jié)器和料斗等組成。本設(shè)計(jì)要求達(dá)到結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)成本低、能耗小,效率高,滿足工作性能,而且操作方便的目的。設(shè)計(jì)成果要求設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算書各1套,并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真樣機(jī)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3、對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題成果的要求(包括圖表、實(shí)物等硬件要求):
設(shè)計(jì)說明書不少于2萬(wàn)字;工程繪圖量不少于折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙3張;用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖一般不少于2/3;并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真樣機(jī)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。查閱文獻(xiàn)15篇以上,翻譯與課題有關(guān)的外文資料,譯文字?jǐn)?shù)不少于3000字。
4、主要參考文獻(xiàn)
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[16]袁任光編著.可編程序控制器選用手冊(cè) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2002
[17]饒振綱 王勇衛(wèi)編著.滾珠絲杠副及自鎖裝置 北京:國(guó)防工業(yè)出版社 1990
[18]陸玉 何在洲 佟延偉主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(第三版)北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1999
[19]數(shù)字化手冊(cè)系列(軟件版)編寫委員會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(軟件版)R2.0北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1999
5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題工作進(jìn)度計(jì)劃:
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
3.19~3.25
3.26~4.08
4.09~5.20
5.21~6.17
6.18~6.24
完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告,開題報(bào)告。
設(shè)計(jì)任務(wù)分析與總體方案的確定。
實(shí)施設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、試驗(yàn)。
進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真樣機(jī)和優(yōu)化設(shè)計(jì),并編寫設(shè)計(jì)說明書。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定。
教研室審查意見:
教研室主任簽字:
年 月 日
系審查意見:
系主任簽字:
年 月 日
使用DME作為挖掘機(jī)鏟斗填充物的數(shù)字模型
南非Matieland7602 Privte Bag X1 Stellenbosch大學(xué)機(jī)械和機(jī)械電子工程部,收于2007年2月15日,校訂版收于2009年2月25日,2009年5月8日接受,2009年6月25日在線提供。
摘要
挖掘機(jī)鏟斗填充物是一種復(fù)雜的流動(dòng)著的顆粒,對(duì)于包含的不同的機(jī)制的理解是非常重要的。這種抽象的元素方法對(duì)于模擬土壤裝置間的相互作用是是一種有前途的方法,并且它也被用于模擬挖掘機(jī)鏟斗的填充過程。有效的模擬是基于準(zhǔn)確性,通過這種準(zhǔn)確性模型預(yù)測(cè)出斗的拉力和不同流動(dòng)區(qū)的變化。通過用
經(jīng)驗(yàn)的方法比較,DEM預(yù)測(cè)出較低的斗拉力但是一般的傾向總會(huì)精確的被模擬出。在鏟掘的最后錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)拉力占20%。就質(zhì)量而言,在觀察和模擬流動(dòng)區(qū)域的處置和從一個(gè)階段轉(zhuǎn)移到另一個(gè)具有良好的一致性。在所有的填充階段,DEM能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出顫抖中材料的體積并使誤差保持在6%以內(nèi)。
1 引言
運(yùn)載設(shè)備在農(nóng)業(yè)業(yè)運(yùn)載業(yè)和礦業(yè)中扮演者一個(gè)重要角色。這些裝備在外形和功能上有很大的差異,但是大多土壤鏟掘機(jī)器能夠歸為三種基本種類之一,這三種包括葉片式,割裂式,和斗容式。這篇文章主要介紹了使用抽象的元素方法作為鏟掘機(jī)鏟斗的填充物及DME。
鏟斗經(jīng)常在運(yùn)載機(jī)上出現(xiàn)。拉鏟掘機(jī)經(jīng)常用于從露天煤礦移走超重負(fù)荷的東西。它的移除暴露了沉積的煤使之被采掘。一輛拉鏟掘機(jī)就像一臺(tái)裝載機(jī)一樣,擁有一個(gè)超過100立方米的巨大鏟斗并且有鋼繩索調(diào)動(dòng)著。拉鏟掘機(jī)是采礦中很昂貴的但也是最為基本的一部分,并且在南非的采礦業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中扮演這很重要的角色,在煤礦工業(yè)中拉鏟掘機(jī)的效率每提高1個(gè)百分點(diǎn),這就將會(huì)導(dǎo)致1百萬(wàn)的R的增長(zhǎng),每種拉鏟掘機(jī)的年產(chǎn)量。鏟斗也經(jīng)常在液壓鏟掘機(jī)和裝載鏟挖機(jī)上找到。
鏟斗填充物是一種顆粒狀的流動(dòng)的東西。野外裝備用于測(cè)量斗裝物的儀器是非常昂貴和困難的。使用小的比例經(jīng)驗(yàn)裝配來評(píng)價(jià)斗的設(shè)計(jì)是可行的,但是這種方法代價(jià)高并且比例的有效性從在著問題。放大模擬實(shí)驗(yàn)的的結(jié)果從在這問題,因?yàn)椴]有一個(gè)普遍的規(guī)定對(duì)于流動(dòng)顆粒,因?yàn)樗麄兪莿?dòng)態(tài)的。
根據(jù)清單斗的填充物,在沒有大的石塊的情況下,在橫軸方向上有很小的移動(dòng)。流動(dòng)的模型沿著十字口在拉力的方向上是填充的最重要方面,通過兩倍容積的模型能夠很好地分析出結(jié)果。Rowlands基于拉鏟掘機(jī)鏟斗填充的實(shí)驗(yàn)做出了相似的實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)Maciejewski et al.,在試驗(yàn)情況下當(dāng)鏟斗或推土機(jī)的擋板被討論時(shí),刨系狀況只應(yīng)用于一些畸變區(qū)域,用于這樣工具的刨系方法只能用較低的準(zhǔn)確度予于證實(shí),Maciejewski et al.也研究這種在鏟斗中刨系條件的假設(shè)。在鏟斗中沙土和鏟斗的動(dòng)作被強(qiáng)制在兩面透明的屏障之間。為了在這種斗進(jìn)行測(cè)量,由于處于沙土與墻板之間的摩擦而作用于鏟刀上的力不得不評(píng)估式忽略,對(duì)于擁有多齒的鏟斗,他們展示出這些牙并不是作為單個(gè)的三維物體,而是作為一個(gè)寬的刀具建于模型。這種在如此多的牙之前的畸變模式被發(fā)現(xiàn)屬于刨系畸變,最終作者總結(jié)出這是正確的對(duì)于特殊的粘合的沙土并且可能不會(huì)應(yīng)用于其他材料。在這個(gè)研究中,鏟斗擁有一個(gè)寬的嘴型,沒有鏟牙,并且是基于Maciejewski et al.的發(fā)現(xiàn),刨系假設(shè)被制作并且二維的DEM模型被使用。
用于模仿沙土和牙之間的相互作用的分析方法被限用于極微小的刀具動(dòng)作和問題的假定幾何形狀。這些方法并沒有期望是正確的對(duì)于先進(jìn)掘土問題的后發(fā)展階段的分析。這種分析方法是以Terzaghi的消極土壤壓力理論和初步土壤衰減模式的假設(shè)。Cleary 使用DEM仿制拖線鏟斗的填充物趨勢(shì)被展出并且作了以下質(zhì)量方面的比較。但是并沒有實(shí)驗(yàn)結(jié)果被展示出與水有關(guān)的挖掘機(jī)斗得填充物的工藝被Maciejewski和Jarzebowski用于實(shí)驗(yàn)性的研究。他們的研究。他們的研究目標(biāo)是為了挖掘過程和鏟斗軌線的最優(yōu)化,據(jù)演示最具活了有效地鏟斗是一種。后部擋板的推力效果被消弱的鏟斗。Owen et al.模仿出了3D的拖線鏟斗填充物。在這種方法下,鏟斗用于有限元法和DEM制作的沙土被模仿成簇的半圓被用于近似模仿出部分角度,這種鏟斗沿著一條規(guī)定的線路。Esterhuyse和Rowland研究了實(shí)踐性的大規(guī)模拖線鏟斗填充物的動(dòng)作。并且將焦點(diǎn)至于傳動(dòng)裝置布局。顫抖形狀和牙狀。他們出示鏟斗款高比例的方法和在填充鏟斗所需拖拉距離方面的重要角色。用最短填充距離的鏟斗被發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生最高的峰值拉力。
這個(gè)研究的最主要物體是證明DEM在預(yù)測(cè)鏟斗的推力和材料流動(dòng)模式的能力,DEM的結(jié)果將被在一個(gè)沙箱中與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較。
2抽象元素法
抽象元素法是以被作為單個(gè)不連續(xù)粒狀材料的動(dòng)作模仿為依據(jù)的。DEM是最先由Cundall和Strack用于巖石力學(xué)的。在這一研究中,所有的模仿都是二維的并且使用商業(yè)DEM軟件PFC進(jìn)行操作。
一個(gè)線性聯(lián)系的模型在法線方向上使用一個(gè)彈性系數(shù)Kn,在剪切方向上使用一個(gè)彈性系數(shù)Ks。摩擦滑移在幾何切線的方向上是允許存在的。用摩擦系數(shù)μ表示。衰減力作用于一個(gè)點(diǎn),力的方向與該點(diǎn)的速度方向相反并且是按一定比例于最終作用該店的力衰減。對(duì)于得到一個(gè)詳細(xì)的DEM描述,讀者涉及到Cleary和Sawley,Gundall和Strack,Hogue和Zhang和Whiiten。
3實(shí)驗(yàn)性的
兩個(gè)平行的玻璃儀表盤被安裝于距沙土箱200mm處。鏟斗外形輪廓被淡妝于一輛載重車,載重車市有一個(gè)球螺桿喝不進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的。完整的裝配可設(shè)置一個(gè)角度相對(duì)于水平面如圖2a所示。第一根桿被傳動(dòng)和固定為了使兩根桿保持垂直第二根臂桿保持自由狀態(tài),便能夠在垂直方向上移動(dòng)。首先,反向重力在A點(diǎn)增加使鏟斗的輪廓總重保持平衡,第二個(gè)臂桿集成。這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)“失重”的鏟斗。反重力之后被夾在B點(diǎn)來設(shè)置“有效的”鏟斗重量。由于臂桿總是垂直的甚至操縱角為0度,高效的鏟斗重量。由于臂桿總是垂直的甚至操縱角為0度,高效的鏟斗重量總是垂直向下的。49.1N,93.2N,138.3N和202.1N的鏟斗重量是常被使用的。
當(dāng)鏟斗被拖在演示方向上,他也是自由的在垂直的方向上移動(dòng),作為有效地鏟斗重量是和顆粒狀物體作用于其他的力的一個(gè)結(jié)果。鏟斗的底部邊緣總是被安排平行于拖的方向和材料自由表面。這種動(dòng)作類型像一個(gè)拖線型鏟斗,這種鏟斗在被拉的方向被一系列繩索所拖拉,但是在其他方向上的行動(dòng)依舊是自由的。
載有彈性負(fù)荷的聚四氟乙烯的繩子被用于封印介于鏟斗輪廓和玻璃表盤之間的小口子。一種力傳感器被設(shè)計(jì)并建造用于測(cè)量的鏟斗的拉力。一系列標(biāo)準(zhǔn)被系于n條鋼柱上。四種品系標(biāo)準(zhǔn)值的裝置被用于測(cè)量在拉方向的力,其他力的組成部分不能被測(cè)出。力傳感器被標(biāo)定并且刻度的常規(guī)檢測(cè)可避免測(cè)量上的漸變。在拖拉開始之前力傳感器被調(diào)零。這種對(duì)于鏟斗重量部分的補(bǔ)償在拖拉方向進(jìn)行著。鏟斗的垂直換置被一線性多變不同種的轉(zhuǎn)換器處置并且用作DEM模擬的輸入。在實(shí)驗(yàn)和DEM模擬兩者中,鏟斗被給予了10mm/s的速度鏟斗輪廓的尺寸數(shù)據(jù)。
4DEM參數(shù)和數(shù)字模型
圖3展示出了系列被測(cè)量的谷物尺寸和同等重量DEM谷物。對(duì)一批給定尺寸的正常分類被用于創(chuàng)造部件簇。簇可以由增加2個(gè)或更多的部件到一起形成,以至于形成一個(gè)剛醒部件,粒子彼此之間被包含于簇中并且保持一定距離擁有簇的可以與任何延伸聯(lián)系的同時(shí)發(fā)生的部件,不可能產(chǎn)生在這些部件之間。這些簇不能被破壞在模擬時(shí),盡管力作用于他們,在模型中20000——30000個(gè)簇部件被使用。
一個(gè)定量過程,出現(xiàn)在另一張紙上,被發(fā)展用于不連貫的材料。部件尺寸,形狀和密度由物理測(cè)量方法決定。研究所剪切檢測(cè)和濃縮檢測(cè)被檢測(cè)被用于決定材料的內(nèi)部摩擦角和
--硬度。這些檢測(cè)被數(shù)次重復(fù),使用DEM模型在不同的部分摩擦系數(shù)和部分剛性系數(shù)。剪切檢測(cè)和濃縮檢測(cè)的結(jié)合能夠用于決定一種獨(dú)一無二的摩擦系數(shù)和剛度組。
在使用中軟件PFC20所謂的墻是常用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)。檢測(cè)裝置和鏟斗,與實(shí)驗(yàn)中的一尺寸大小一樣,由墻建造而來,墻板是剛性的并且可移動(dòng)根據(jù)規(guī)定的轉(zhuǎn)彎和旋轉(zhuǎn)速度。作用于墻的力和轉(zhuǎn)折點(diǎn)不能夠影響到墻板的動(dòng)作。在整個(gè)試驗(yàn)中一個(gè)持續(xù)的10mm/s的拉速度被應(yīng)用垂直移動(dòng)被處理進(jìn)行。垂直移動(dòng)會(huì)受到安裝角和實(shí)際的鏟斗重量的影響。一種典型的結(jié)果在圖4中展示出。除了起初的轉(zhuǎn)變,垂直速度幾乎是恒定的,并且隨著鏟斗重量的增加會(huì)變大。在DEM模型中,行進(jìn)速度設(shè)置為10mm/s,并且經(jīng)處理的垂直移動(dòng)被讀取從一個(gè)文件中并且應(yīng)用于鏟斗。
建立于PFC20的標(biāo)準(zhǔn)功能適用于獲得力和轉(zhuǎn)折點(diǎn),并且作用于各自的墻板和鏟斗,且作為一個(gè)整體。重力的組成部分會(huì)相應(yīng)的依據(jù)水平的裝配做調(diào)整。
5結(jié)果和討論
做關(guān)于流動(dòng)模式的有關(guān)質(zhì)量的比較是困難的。當(dāng)比較材料的自由面時(shí),一些比較能做出圖5和圖6展示出材料是如何流進(jìn)鏟斗的對(duì)于θ=0和θ=20°這具有代表性。當(dāng)比較磁療自由表面的形狀時(shí),模擬能夠預(yù)測(cè)出普通的形狀在填充的起初階段。但是模擬無法精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)出自由表面在最后的填充階段。
曲線與實(shí)驗(yàn)的自由表面相適應(yīng),并且覆蓋了很多的圖5和圖6的結(jié)果,介于兩個(gè)自由面最大的不同就是沿著垂直于行進(jìn)的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)測(cè)量,兩種測(cè)量制形成,一種是DEM預(yù)測(cè)出的較高堆積高度,另一種是DEM預(yù)測(cè)出較低高度。被測(cè)量出的價(jià)值和位置在圖中已經(jīng)表明。將名義上零件尺寸作為10mm,DEM預(yù)測(cè)的堆積高度的精準(zhǔn)性在1.5~4.5倍之間。
圖7展示了典型的從實(shí)驗(yàn)和模擬中獲得的拉力。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)獲得較大變化的拉力在大多時(shí)能被觀察出但是無法解釋并需要進(jìn)一步的研究。從這個(gè)結(jié)果看,DEM模型在拉力中占據(jù)一般的傾向是很清晰的。但預(yù)測(cè)出較低的價(jià)值與測(cè)量?jī)r(jià)值比較起來。超過完整的800mm的移動(dòng),模型可預(yù)測(cè)出比測(cè)量力低15~50N的力。在最終的推動(dòng)誤差為20%。介于聚四氟乙烯的繩索和玻璃表盤的摩擦力藥效。顆粒物與盤的邊緣之間的摩擦力可能也會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果。這些摩擦力可能不能夠被測(cè)出或包含于2D的DEM的模型并且可能是模型低估拉力的原因。
拖拉能量是被定義為拉力移動(dòng)曲線下的面積。使用不同的裝置角θ和實(shí)際上的鏟斗重量Wb,拉力能量E700 超過了700mm的移動(dòng)量在圖8中被比較。
第一個(gè)發(fā)現(xiàn):能夠做到的是隨著實(shí)際鏟斗的重量增加,一個(gè)給定的θ,將有一個(gè)線性增長(zhǎng)在所需的拉力能量上。一個(gè)近似的調(diào)查顯示隨著鏟斗重量的增加,鏟斗被進(jìn)一步插入材料中,這將引起一個(gè)較高的拉力當(dāng)與一個(gè)較輕的鏟斗比較時(shí)。
第二個(gè)能夠發(fā)現(xiàn)的是隨著θ的增加,在拉力能上力會(huì)減小。實(shí)際的鏟斗重量Wb總是垂直向下動(dòng)作,如圖2C,以至于正常的力將鏟斗插入材料中是由Wb*cosθ決定。因此,隨著θ角的增加,將會(huì)使得鏟斗插入材料的力減小,這會(huì)引起拉力能的減少。但與使用的較低的θ的結(jié)果線比較時(shí)。DEM模擬能夠占領(lǐng)普通趨勢(shì)。但是他預(yù)測(cè)出的拉力能低于被測(cè)值。這一現(xiàn)象的原因是由于預(yù)測(cè)的拉力太低因?yàn)椴话w粒物與玻璃表盤之間的摩擦力。無論怎樣,它將依舊可能使用模擬結(jié)果用于填充物的質(zhì)量最優(yōu)化。
使用模擬結(jié)果能夠明確有多大的力施加于各鏟斗。如圖9中的鏟斗被分解為6個(gè)部分。圖片顯示出以一定的比例的力施加于每一個(gè)部分。從開始起升到位移200mm??偭χ饕┘佑陂_口處和底部部分。當(dāng)材料開始流過鏟斗時(shí),其他部分也開始發(fā)揮作用,首先是內(nèi)部曲線,最后是前端部分,低于5%的力作用于頂端部分。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于施加于底部的力,施加底部的力占總力的30%。造成這一現(xiàn)象的原因是鏟斗內(nèi)部材質(zhì),幾乎沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)并且頂部端面所受的壓力只是由鏟斗自身的重力所決定的。在完全填充的過程中20%~30%的拉力施加于開口處。這就表現(xiàn)出開口和牙的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。眾所周知開口的長(zhǎng)度或牙和鏟角是影響鏟斗填充物的重要因素。
Rowland使用谷物、豌豆、和玉米的混合物在他的2維探測(cè)裝置上。填充物的動(dòng)作的觀察結(jié)果導(dǎo)致了一個(gè)理論的發(fā)展。這一理論描述了流動(dòng)的特征和材料進(jìn)入鏟斗的模式。Rowland稱這一概念為剪切區(qū)理論。他觀察到確切的剪切平面形成在不同移動(dòng)材料固體之間。這些剪切刨平面可根據(jù)內(nèi)部裝置和自身的不同填裝階段調(diào)節(jié)方位和位置。這一概括出的理論如圖10所示。不同的流動(dòng)區(qū)域,由Rowland命名,在圖上標(biāo)注。相對(duì)于鏟斗的材料移動(dòng)由箭頭所標(biāo)注。
6結(jié)論
這份報(bào)告的目的是為了說明具體的元素方法能夠預(yù)測(cè)挖掘機(jī)填充過程的準(zhǔn)確性。進(jìn)入到鏟斗的材料的模式因?yàn)椴牧现g的相互作用而產(chǎn)生的拉力,能量需求和鏟斗填充效率和實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方法相比較。這種研究局限于松散的填充物材料和二維模型。