关于水稻插秧机的机械原理课程设计

水稻插秧机

1．水稻插秧机设计要求

水稻插秧机是用于栽植水稻秧苗的机具。结构简单、体积小，使用寿命长。它主要包括送秧机构、传动机构、分插机构、机架和船体等组成。本设计主要完成分插机构和送秧机构的设计。

设计要求：

1）水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构。

2）插秧频率120次/min。

3）插秧深度10~25mm之间。

4）发动机功率2.42kw，转速2600r/min,传动机构始末传动比i=26。

5)对移箱机构（送秧机构）的设计要求：

a.每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合，要求保证取

秧准确、均匀。

b.移箱的时间应与秧爪的运动相配合。

c.传动平稳，结构简单，加工方便，必须使用可靠、耐久。

2. 工作原理及其动作分解

分插机构是水稻插秧机的主要工作部件，由取秧器（栽植臂和秧爪），驱动机构和轨迹控制机构组成。取秧器在驱动机构的驱动和轨迹控制机构的控制下，按照一定的轨迹从秧箱中分取一定数量的秧苗并将其插入土中，然后返回原始位

置，开始下一次循环动作。

秧爪在栽植臂的带动下完成取秧和插秧工作，图1中虚线给出秧爪的静轨迹图，h为插秧深度。

图1

送秧机构的作用是按时、定量地把秧苗送到秧门处，使秧爪每次获得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧机构分为纵向送秧机构和横向送秧机构。横向送秧机构，其送秧方向同机器行进方向垂直，采用的是移动秧箱法。因此，又称移箱机构。本设计采用横向送秧箱机构。

工艺动作分解：

1）秧爪按照特定静轨迹（如图1 所示）做往复运动。

2）秧箱做横向直线往复运动。（在秧爪取秧过程中，秧箱

需保持连续不断的匀速运动；在移至两端极限位置后，秧

箱自动换向。）

3．分插机构，送秧机构运动方案设计及确定

1) 分插机构的设计方案

方案甲：

评价：采用曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪按照特定轨迹运动。此机构设计简单，传动准确，快速。

方案乙：

评价：本机构采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪的特定轨迹运动。此机构设计简单，但是需要额外的液压油路。

结论：方案甲结构简单，制造方便，符合设计要求，故分插机构选用方案甲。

2）送秧机构的方案设计

方案A：

评价：采用凸轮机构，通过凸轮的回转运动，实现从动件（秧箱）的

横向直线往复运动。本机构结构简单，传力小，传动准确，运动灵活。但凸轮廓线的设计较复杂。

方案B：

评价：此系统以电动机为驱动元件，通过PLC控制系统，来控制齿轮的转动，从而影响齿条的运动，使齿条进行直线往复运动。此机构设计简单，传动平稳，效率高，传动比准确，可靠。但此方案需要PLC控制设备，成本较高。

结论：方案A采用凸轮机构，结构简单，传动平稳，成本较低，故送秧机构选择方案A。

3）方案设计的确定

综上所述，考虑到插秧机的设计要求（水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构，送秧机构传动平稳，结构简单，加工方

便，必须使用可靠、耐久。）以及自身所学知识，本设计的分插机构选择方案甲，送秧机构选择方案A 。

如图：

运动仿真图：

4．机构尺寸的设计1）送秧机构

在设计要求中，电动机的转速为2600r／min。由于传动机构始末传动比i = 26 ，

故皮带轮与齿轮1 的转速为100r／min 。在设计要求中，

插秧频率为120次/min ，

故齿轮2 的转速为120r／min，

即齿轮1与齿轮2 的传动比为5:6 。

两齿轮的设计如下：

齿轮1 与齿轮2 之间的中心距为99 mm 。

齿轮传动如图：

连杆机构：

杆AB为曲柄，杆CD为摇杆，BE与连杆BC 固结。本设计的要求中，点E的轨迹如图1中所示。

假设AB长为10mm，BC长为30mm，CD长为20mm，AD长为30mm，BE长为55mm ，

以A 为原点，AD所在直线为x轴，建立平面直角坐标系。

由10 *cosθ1 + 30 *cosθ2 = 30 + 20 *cosθ3，

10 *sinθ1 + 30* sinθ2 = 20* sinθ3，得，

θ2 = 2* arctan ﹛2*sinθ1 —[16 —( 2*cosθ1 +1) ²]½﹜/ （4 * cosθ1 —11）

点E的轨迹方程如下：

x = 10 *cosθ1 + 55*cos（θ2+θ）

y = 10* sinθ1 + 55 *sin（θ2+θ）

利用MATLAB软件，通过改变角θ的大小（θ的值依次取10°,15°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°），来获得点E的9个轨迹图。

在MATLAB 编译器中输入以下语言：

for i=1:9

theta1=0:pi/100:2*pi;

theta2=2*atan((2*sin(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).^2))./(4*cos (theta1)-11));

x=10*cos(theta1)+55*cos((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);

y=10*sin(theta1)+55*sin((i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2); subplot(3,3,i);

plot(x,y);

end

得出轨迹图：

（第一行，θ的值依次为10°,15°，20°，

第二行，θ的值依次为25°，30°，35°，

第三行，θ的值依次为40°，45°，50°。）

经过比较这9个轨迹图，发现第二行第二列的轨迹图（θ=30°）中的轨迹与图1中的轨迹近似，故选择第二行第二列的轨迹图（θ=30°）。

考虑到设计要求插秧深度在10~25mm之间，而通过观察此轨迹图，发现点E轨迹最右端点的x坐标（略小于40）与点D的x坐标（等于30）之差小于10mm且大于5mm，所以需改进方案尺寸：

将各杆的长度增加一倍，即