插秧机升降系统的设计

机电一体化系统课程设计说明书题目：插秧机的升降系统的设计小组成员：专业年级：指导教师：完成日期：目录一、插秧机升降系统设计的意义及目的 (1)1、插秧机升降系统设计的意义 (1)2、插秧机升降系统设计的目的 (1)二、方案的评价与优选 (1)1、方案一：通过机械转动进行升降 (1)2、方案二：利用链条和链轮进行升降 (2)3、方案三：利用齿条和齿轮进行升降 (2)4、方案的选择 (3)三、液压控制设计 (3)1、绘制液压回路 (3)2、选择液压阀型号 (4)3、绘制总示意图 (5)4、电磁换向阀的控制 (5)四、尺寸设计及校核 (6)1、总体安装尺寸设计 (6)2、机械部分具体尺寸设计与校核 (7)2.1 机械尺寸设计 (7)2.2 尺寸校核 (7)2.2.1 弯曲应力校核 (7)2.2.2 强度校核 (8)3、液压缸部分设计与校核 (8)3.1 液压缸尺寸计算 (8)3.1.1计算活塞杆受力 (8)3.1.2 初选系统压力 (9)3.1.3 液压缸尺寸设计 (10)3.2 液压缸活塞杆行程计算 (12)3.3 液压缸材料和精度的选择 (13)3.3.1 缸筒材料 (13)3.3.2 活塞材料 (13)3.3.3 活塞杆材料 (14)3.3.4 导向套、密封、防尘 (14)插秧机升降系统的设计3.4 液压缸尺寸校核 (14)3.4.1缸筒壁厚δ (14)3.4.2活塞杆强度和稳定性 (15)五、感悟和体会 (16)参考文献 (17)插秧机升降系统的设计第 1 页插秧机升降系统的设计一、插秧机升降系统设计的意义及目的1、插秧机升降系统设计的意义我国是典型的农业大国，水稻的种植面积在我国比较大，随着科学技术的不断的发展，依靠人力和手扶式插秧机来进行插秧已不再符合当前的生产力发展水平，因此，便出现了高速插秧机，升降系统在整个插秧机的工作中有着至关重要的作用，他直接影响插秧的质量和插秧机的工作效率，所以，在设计插秧机时，要对其升降系统进行相关的设计。

2、插秧机升降系统设计的目的插秧机的升降系统，要实现插秧机载苗台在适当时候上升和下降的功能。

当插秧机在田埂、道路上行走和过沟埂时，载苗台处于上升状态，以利于方便快速行走，提高插秧机工作的效率。

在田中插秧作业时，载苗台处于下降状态，让浮板贴紧地面，使液压自动插深系统起作用，保证插秧的质量。

二、方案的评价与优选1、方案一：通过机械转动进行升降工作原理：在液压回路中通过三位四通电磁换向阀控制液压缸活塞的移动方向，使液压缸两个方向移动带动机械部分转动，从而使与机械铰连接的载苗台进行升降，示意图如图1所示：图1 方案一系统简图插秧机升降系统的设计第 2 页1—机架 2—液压缸 3—仿形三角臂 4—载苗台5—连动杆2、方案二：利用链条和链轮进行升降工作原理：利用链条和链轮，将链条一端固定在机架上，另一端与载苗台链接，将链轮固定在液压缸上，通过液压缸移动链轮，使链条拖动载苗台进行升降，示意图如图2所示。

优点：工作时性能相对稳定，有较大的力矩，能传递较远的动力，与齿轮相比成本便宜，能在低速、重载条件下工作，有一定弹性，具有缓冲吸振的能力，传动功率大，效率高，与带传动相比有较高的传动比。

缺点：链条的铰链磨损会使节距变大造成脱落现象，且对安装和维修的要求比较高。

图2 方案二系统简图1—液压缸 2—机架 3—导轨 4—载苗台 5—链轮6—链条 7—活塞杆3、方案三：利用齿条和齿轮进行升降工作原理：利用齿条和齿轮的啮合，将齿条与载苗台连接，齿轮固定，使齿轮转动，通过啮合使齿条移动，从而带动固定在齿条上的载苗台进行升降，示意图如图3所示。

优点：结构紧凑，有较大的传动速度和传动功率，在低速重载条件下适用，平稳性高，传递运动准确可靠，传动效率高，使用寿命长。

插秧机升降系统的设计第 3 页 缺点：生产成本高，制造和安装要求高，齿轮太厚则太重，太薄则与齿条接触较小，受力增大，易损坏。

图3 方案三系统简图1—齿条 2—主动齿轮 3—导轨 4—电动机 5—载苗台6—从动齿轮1 7—从动齿轮2 8—从动齿轮34、方案的选择经过比较，方案一结构简单，安装方便，易于实现，大部分部件之间的连接都是铰链接，能够适应水田多水潮湿的工作环境；方案二链条的铰链磨损会使节距变大造成脱落现象，且对安装和维修的要求比较高，容易在工作中产生生锈等损坏，则会影响传动精度，对升降造成一定影响，且方案二的链条在工作过程中容易脱落，维修不方便，影响插秧效率；方案三的齿轮齿条也难以适应水田恶劣的工作环境，而且生产成本高，制造和安装要求高，齿轮太厚则太重，太薄则与齿条接触较小，受力增大，易损坏；而方案一主要是液压缸带动机械转动，相比方案二和方案三，对环境的适应性较好，故选定方案一。

三、液压控制设计1、绘制液压回路在方案中主要靠液压缸带动仿形三角臂转动，使载苗台升降。

液压缸活塞杆左移，载苗台上升；活塞杆右移，载苗台下降。

在设计液压缸时要达到能控制左右移动的效果，插秧机升降系统的设计第 4 页选择双作用单活塞液压缸。

在设计液压回路时，选用了O 型三位四通电磁换向阀，当电磁阀两端都不通电时，阀心处于中位，活塞杆固定；左端通电时，阀心处于左端，使活塞杆右移；右端通电时，阀心处于右端，使活塞杆左移。

动力装置选用定量泵，流量固定，容易控制。

在出油路安装溢流阀，起安全阀的作用，以限制系统的最高压力，当压力超过额定值时，溢流阀打开溢流，保证系统安全。

出油路安装节流阀，形成较大背压，使运动平稳，调速范围大，可获得较低的运动速度。

绘制液压回路如图：图4 液压回路图1、3、5—油箱 2—溢流阀 4—定量泵 6—节流阀 7—三位四通电磁换向阀 8—双作用单活塞液压缸2、选择液压阀型号溢流阀选用B F Y DE 103 型，通径为10 mm ，额定流量为63L/min ，调压范围为0.5~6.3MPa ，需要的直流电压为12V 。

节流阀选用MG6G1.2型。

电磁换向阀选用WE5型，中位机能为O 型的三位四通电磁换向阀。

工作压力≤6MPa ，额定流量为15L/min ，需要的直流电压为12V 。

插秧机升降系统的设计第 5 页 3、绘制总示意图将液压部分与机械部分相结合，绘制总示意图如下：图5 升降系统总示意图4、电磁换向阀的控制液压回路中，电磁换向阀由插秧机上蓄电池（24V ）带动，连电路图如图所示：图6 电磁换向阀控制电路插秧机升降系统的设计第 6 页在回路中，YA1为电磁换向阀左端，YA2为电磁换向阀右端，按钮SB 用来控制怎个回路，在回路通电时，按下SB 按钮，回路断电，电磁换向阀处于中位，液压缸固定，载苗台保持不动。

按钮SB1用来控制YA1，按下按钮SB1，YA1通电，电磁换向阀处于左位，液压缸活塞右移，载苗台下降。

按钮SB2用来控制YA2，按下按钮SB2，YA2通电，电磁换向阀处于右位，液压缸活塞左移，载苗台上升。

用机械连锁，使SB1和SB2不会同时作用。

四、尺寸设计及校核1、总体安装尺寸设计设计各零件尺寸，示意图如图7，AE 之间为液压缸，三角形BCE 为仿形三角臂，CD 处连接载苗台，BCDF 构成一个平行四边形，带动载苗台升降。

整个升降装置通过A 、B 、F 点铰链接在机架上，可以转动。

图7 尺寸设计和安装图以地面为X 轴建立一坐标系，A 、B 、C 点及载苗台最低点距地面的距离如图7所示，此外其他尺寸如下：mm l AB 450=,mm l BE 160=,mm l CE 660=,mm l l DF BC 620==,mm l l CD BF 300==。

插秧机升降系统的设计第 7 页 2、机械部分具体尺寸设计与校核2.1 机械尺寸设计连动杆长mm l DF 620=，仿形三角臂各边长为mm l BC 620=，mm l BE 160=，mm l CE 660=，如图所示：图8 仿形三角臂在设计连动杆6和仿形三角臂4时，由于所受工作载荷G=300kg=3000N ，相对较小，查资料选用矩形空心型钢，截面积尺寸为：长50mm ，宽30mm ，厚2.5mm ，截面积为3.5982cm ，质量为2.817kg/m 。

BE 设计为两片三角板，厚度为2.5mm 。

2.2 尺寸校核经过分析，主要是仿形三角臂受力，尤其是杆BC ，受力最大，容易发生弯曲，对于连动杆以及仿形三角臂的BE 和CE 杆，受力较小，故只需对杆BC 进行校核。

2.2.1 弯曲应力校核弯曲应力校核，使用校核公式：][max max σσ≤=WM 式中 max M —最大弯矩，m N ⋅；W —抗弯截面系数，3mm N m N GL M ⋅=⨯==930262.030002max图9 截面示意图363333109.405.06045.0025.005.003.06m H bh BH W -⨯=⨯⨯-⨯=-=材料选用45钢，其为塑性材料，屈服极限MPa s 360=σ，其许用应力ssn σσ=][，sn 为安全系数，一般取1.5，故：M P a n ss2405.1360][===σσ。

计算得： M P a M P a W M 240][8.18910109.493066max max =≤=⨯⨯==--σσ 满足弯曲要求。

2.2.2 强度校核强度校核，使用校核公式：][σσ≤=A F式中：F —工作载荷，F=G=3000N ；A —截面积，3-42m 103.589=3.589cm =A ⨯。

计算得：M P a M P a A F 240][35.81010589.3300064=≤=⨯⨯==--σσ 满足强度要求。

3、液压缸部分设计与校核 3.1 液压缸尺寸计算 3.1.1计算活塞杆受力作用在活塞杆上的力包括工作载荷g F ，导轨的摩擦力f F 和由于速度变化而产生的惯性力a F 。

（1）工作载荷g F活塞杆的工作载荷有作用于活塞杆上轴线的重力、拉力、推力等，这些作用力的方向与活塞的运动方向相同为负，相反为正。

在实际工作过程中，由于载荷量较大，活塞自身的重力可以忽略不计，主要计算活塞杆所受的拉力或推力。

图10 仿形三角臂受力图仿形三角臂受力分析如图10，G 为载苗台及其载重总重量，取最大值G=300kg=3000N ，BC 间距离mm l BC 620=，F 为液压缸活塞杆对仿形三角臂作用的力，BE 间距离为mm l BE 160=，F 和G 对B 点力矩平衡，按最大值计算，有0=⨯-⨯BE BC l F l G得：F=11625N 。

液压缸活塞杆受力为F 的反作用力，故：N F F g 11625==。

（2）导轨摩擦载荷f F对于直动型安装的液压缸一般都附有活塞导轨以固定其运动方向，导轨摩擦相对于总载荷可以忽略不计，因此0=f F 。