一種插秧機株距調整變速箱設計【含圖紙】

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浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 班 級 機械設計制造及其自動化 09 級（4）班 課題名稱 一種插秧機株距調整變速箱設計  姓 名  王鵬 開題報告（包括選題意義、研究的基本內容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析 ，預 期研究成果、研究工作計劃等內容，非藝術類不少于 3000 字） 目錄 1 選題的背景與意義 1.1 水稻插秧機的國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2 插秧機株距調整變速箱研究意義 2 研究的基本內容與擬解決的主要問題 2.1 基本內容 2.2 擬解決的主要問題 3 研究方案、可行性分析及預期研究成果 3.1 研究方案 3.1.1 傳統(tǒng)設計方法 3.1.2 現(xiàn)代設計方法 3.2 可行性分析 3.3 預期研究成果 4 研究工作計劃（進度安排） 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見  （從選題、任務工作量、質量預期、可行性等 幾個方面） 答辯組長簽名： 年 月 日  系 主 任 審 核 意 見  簽名： 年 月 日 一種插秧機株距調整變速箱設計 王鵬 （機械設計制造及其自動化 09 級（4）班 I09690128 ） 1 選題的背景與意義 水稻是我國最主要的糧食作物 ，因其種植面積大 、單位面積產量與總產量高 ， 在糧食生產中地位舉足輕重，而水稻種植的機械化是水稻生產的必然趨勢[1]。大 力發(fā)展水稻生產機械化 ，可以有效爭搶農時 、抵御自然災害的影響 、確保和擴大 種植面積、提高水稻產量、節(jié)約生產成本[2]。 1.1 水稻插秧機的國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 水稻機械化插秧技術是繼品種和栽培技術更新之后進一步提高水稻勞動生 產率的又一次技術革命 。目前，世界上水稻機插秧技術已成熟 ，日本、韓國等國 家以及我國臺灣地區(qū)的水稻生產全面實現(xiàn)了機械化插秧。 國內外較為成熟并普遍使用的插秧機 ，其工作原理大體相同 。發(fā)動機分別將 動力傳遞給插秧機構和送秧機構 ，在兩大機構的相互配合下 ，插秧機構的秧針插 入秧塊抓取秧苗 ，并將其取出下移 ，當移到設定的插秧深度時 ，由插秧機構中的 插植叉將秧苗從秧針上壓下，完成一個插秧過程。同時，通過浮板和液壓系統(tǒng) ， 控制行走輪與機體相對位置和浮板與秧針的相對位置，使插秧深度基本一致[3]。 水稻插秧種植方式主要集中在亞洲 ，目前國外生產插秧機的國家也全部在亞 洲，主要是日本和韓國 。日本是世界上水稻插秧機械化水平最高的國家 ，也是插 秧機械研究和制造水平最高的國家，插秧機技術和產品均處于領先地位。 日本插秧機產品已經形成標準化、系列化和多樣化的格局。乘坐式有  3 至 10 行，步行式有 1、2、4、6 行,每種產品各具特色 ,適應于不同的環(huán)境條件和生 產規(guī)模，滿足不同用戶的需要 。日本種植單季水稻 ，普遍采用中、小苗旱育稀植 技術。插秧機行距為 300 和 330mm[4]。韓國生產的插秧機也有步進式和乘坐式兩 類，但型號比較單一，沒有形成系列。日本插秧機主要有下述五方面的特點： (1)結構型式有乘坐式和步進式 2 大類。 (2)乘坐式插秧機有高速型和普通型 2 個品種。 (3)高速插秧機又細分為側重點不同的多個機型。 (4)耕整地與插秧聯(lián)合作業(yè)。 (5)多用途插秧機。 隨著國內插秧機市場需求的啟動 ，未來發(fā)展前景廣闊 。我國很多企業(yè)都介入 插秧機的開發(fā)和生產 ，國外的插秧機企業(yè)也改變過去單一的產品出口方式 ，紛紛 在我國建立獨資或合資企業(yè)進行插秧機生產 ，國內插秧機市場已經形成國際化的 競爭局面。 近年來, 在國內插秧機市場需求下 ，引進和自主開發(fā)的產品發(fā)展很快 ，已初 步克服了品種單一的缺陷。國內插秧機行距為 240 和 300mm。主要有步行式 、乘 坐式和獨輪乘坐式 3 種類型。步行式插秧機和高速插秧機主要是合資企業(yè)的產品 , 國內生產的主要是獨輪乘坐式插秧機 , 自主開發(fā)的步行式插秧機和高速插秧機 也進入了批量生產階段 。目前插秧機市場的競爭主要來自國外產品 ，韓國的技術 來自日本其產品價格比較低 ，而且進入我國市場的方式更為靈活 ，因此對我國市 場的沖擊很大[5]。 根據(jù)國外插秧機技術發(fā)展情況，插秧機的基本結構形式不會有大的變化 ，將 來主要向著降低生產成本、提高作業(yè)效率的方向發(fā)展[6]。 （1）高速插秧機將是主導發(fā)展產品。從機型結構來看，高速插秧機具有高 效率、高性能等優(yōu)勢 ，是未來的主要發(fā)展方向與主導發(fā)展產品 ；步進式插秧機由 于作業(yè)效率低、使用勞動強度大。市場占有率將逐步下降。 （2）少免耕作業(yè)和復合作業(yè)。插秧機從單一插秧作業(yè)向插秧的同時施肥、 鋪膜和少耕或免耕插秧等復式作業(yè)方向發(fā)展。 （3）發(fā)展多功能插秧機底盤。插秧機底盤將向水田多功能通用底盤方向發(fā) 展， 以提高機器利用率，降低生產成本。 從國內目前水稻生產機械化的發(fā)展情況看 ，水稻機插秧仍然是水稻生產全程 機械化的最薄弱環(huán)節(jié) ，插秧機還處于發(fā)展初期 ，未來幾年市場需求量將會保持快 速上升態(tài)勢。插秧機產品質量和技術水平將進一步提高 。發(fā)展將會出現(xiàn)下述幾個 方面的特點： （1）手扶步進式插秧機將是持續(xù)發(fā)展的機型。 （2）插秧機產品向系列化和多樣化發(fā)展。 （3）水稻種植機械向高速、精準、創(chuàng)新的方向發(fā)展。 （4）向降低成本，提高可靠性的方向發(fā)展。 1.2 插秧機株距調整變速箱研究意義 雖然機插水稻實現(xiàn)了定行 、定深、定穴和定苗栽插 ，滿足高產群體質量栽培 中寬行淺栽稀植的要求 。但只有使插秧機獲得符合標準要求的插秧質量 ，才能確 保水稻的增產增收 。為了達到滿意的插秧質量 ，在插秧前必須對插秧機進行適當 的調整到位，并保證大田有基本的苗數(shù)。 因水稻品種不同 ，對大田基本苗數(shù)的要求也是不同的 ，基本苗數(shù)過大過小對 水稻的生長都不利 ，也必然影響到水稻的產量 。而大田的基本苗數(shù)是由秧苗栽插 時的行距、株距和每穴株數(shù)決定的。插秧機的行距為 30cm 固定不變，可調的只 有株距和每穴株數(shù)[7]。所以，通過調整株距調整大田基本苗數(shù)來合理實現(xiàn)水稻栽 植密度，從而獲得最高的產量 ，對于水稻種植具有重要的意義 。通過設計合理而 高效的株距調整變速器 ，對于適應多品種水稻種植 ，不同栽植密度要求 ，充分利 用機械具有重要意義。 2 研究的基本內容與擬解決的主要問題 2.1 基本內容 本次畢業(yè)設計中主要完成的內容包括： 1）水稻機械化插秧的意義及發(fā)展 2）插秧機株距調整變速箱方案設計 研究插秧機株距調整變速箱的技術方案 ，按照課題內容 ，完成總體方案設計 ， 實現(xiàn) 7 個株距 25，21，18，17，14，12，11（cm）調整。 3）插秧機株距調整變速箱的結構設計 要求結構設計合理、簡單，裝置重量輕。 4）完成二維、三維圖紙 完成三維、二維裝配圖和零件圖。 2.2 擬解決的主要問題 在整個株距調整變速器設計中，首先要考慮的問題是實現(xiàn)  其 25,21,18,17,14,12,11 （cm）七個株距的調整 。要達到此目標要求 ，必須根據(jù)插 秧機工作行走速度進行插植臂插植速度的設計（株距調整變速器轉速設計 ）。在 確定株距調整變速箱的轉速后 ，要合理確定齒輪組的變速組數(shù) ，傳動比以及齒輪 參數(shù)。 在此基礎上要保證變速器結構合理 、簡單輕便，以減輕整機的重量 ，便于插 秧機在水田中的作業(yè) 。所以在滿足七個株距調整的前提下 ，應盡可能使得變速箱 整體結構小，重量輕，結構緊湊。 3 研究方案、可行性分析及預期研究成果 3.1 研究方案 3.1.1 傳統(tǒng)設計方法 當機械系統(tǒng)的執(zhí)行件的轉速或速度需要在一定范圍內變化 ，而又允許有一定 的轉速損失時 ，基于經濟性考慮 ，采用有級變速系統(tǒng) ，而有級變速系統(tǒng)的設計方 法、原則比較系統(tǒng)而成熟。一般設計方法如下所述： 1）根據(jù)插秧機的工作速度確定株距調整的檔位數(shù)與各檔的傳動比； 2）根據(jù)擋位數(shù)和各檔傳動比，草擬變速箱的傳動方案； 3）確定變速箱的主要參數(shù)，包括中心距 A 、齒輪模數(shù) m，齒寬 b 等； 4）根據(jù)變速箱的傳動比選配齒輪，確定各檔齒輪的齒數(shù)； 5）進行變速箱主要零部件的強度和壽命計算，包括齒輪、軸、軸承、嚙合 套、換擋離合器的計算； 6）進行變速箱整體結構設計，繪制總裝配圖； 7）進行變速箱各零部件結構設計 , 繪制零件圖[8]； 3.1.2 現(xiàn)代設計方法 插秧機在設計時，為減小插秧時的滾動阻力，整車全部采用輕量化設計 。而 變速器作為高速插秧機的重要部分 ，在滿足強度和傳動的平穩(wěn)性條件下 ，應盡量 減小體積、減輕質量。因此，在高速插秧機變速器的設計過程中 ，采用傳統(tǒng)的設 計方法很難得到理想的設計效果 。而優(yōu)化設計方法在汽車變速器設計中得到了廣 泛的應用。借鑒此方法對高速插秧機的主變速器進行設計 ，使變速器在滿足一定 的性能條件下，減輕質量、增加傳動的平穩(wěn)性。 影響主變速器設計的因素很多 ，為了使問題簡化 ，設計時主要考慮各檔嚙合 齒輪的模數(shù)、齒數(shù)和齒寬，以此作為設計變量。 變速器在達到動力性和使用性要求情況下，應該盡量減小體積以減輕質量 、 節(jié)省成本。由于變速器的整體尺寸主要取決于齒輪系 ，故以變速器齒輪體積之和 最小作為第一目標函數(shù)。 高速插秧機變速器優(yōu)化的約束條件可以分為設計準則約束和性能條件約束 。 前者用以滿足設計變量的基本要求，后者用于限制變速器的強度性能[9]。 3.2 可行性分析 傳統(tǒng)有級變速系統(tǒng)的設計方法 、原則比較系統(tǒng)而成熟 。在本科學習期間已經 對涉及其中的各種原理有了直接的接觸學習 ，掌握了其基本規(guī)律 ，且有課程設計 的實踐基礎，運用傳統(tǒng)設計方法進行變速器的設計問題不大。 隨著科學技術的快速發(fā)展 ，有限元分析方法和優(yōu)化設計等先進設計方法都得 到開發(fā)應用，這些軟件的設計基礎都是過去的力學分析和計算方法 ，很多新開發(fā) 的軟件價格昂貴 ，但其中仍然存在很多的不足 ，通過對國外的很多齒輪計算資料 的研究和分析，同時結合我們自身變速器設計的實際條件和學習情況，使 MATLAB 編程可以實現(xiàn)傳動軸和變速齒輪的輔助設計以及計算，節(jié)省了時間，并  用 簡化了計算過程 ，且在降低成本的同時 ，應用起來比較方便 。并且程序的計算結 果較為準確，在變速器傳動軸和齒輪的設計上應用值得信賴。 3.3 預期研究成果 在完成株距調整變速箱七個株距調整的設計要求的基礎上 ，實現(xiàn)變速箱結構 設計合理、簡單，裝置重量輕的優(yōu)化設計，完成二維圖紙，三維建模。 4 研究工作計劃（進度安排） 起止時間 2012.11.15 至 2012.12.10  內容 調研、信息匯總，文獻查閱分析 2012.12.10 至 2012.12.31 2013.01.01 至 2013.01.05 2013.01.21 至 2013.03.01 2013.03.02 至 2013.03.28 2013.03.29 至 2013.04.11 2013.05.03 至 2013.05.10 2013.05.11 至 2013.05.24 2013.05.25 至 2013.05.29 [1]高速水稻插秧機分插機構研究 :1  外文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學 、 機械原理等相關知識 提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯，開題答辯 整體方案設計 變速箱箱體等零部件的設計 三維 CAD 建模 完成并提交畢業(yè)論文 整理材料準備答辯 論文答辯 參考文獻 [2]謝舒,藍峰，等.水稻插秧機的國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .南方農機，2009，6: 1. [3]曹志宇，王冬沐，等.水稻插秧機的工作原理及機插技術的應用 .科技縱橫，2009,7: 1. [4]沈亮，韓休海，耿志杰.我國水稻插秧機發(fā)展現(xiàn)狀 .農機使用與維修， 2011，1: 1. [5]趙亮，高希文，顏華，等 .國內外水稻插秧機及發(fā)展 .中國農業(yè)機械化科學研究院 : 2. [6]劉文華.水稻插秧機現(xiàn)狀分析及發(fā)展預測 .湖南農機，36，4:6. [7]黃永.保證機插秧質量的措施.農技服務，2011: 1. [8]尹占順，齊吉福，劉毅.定軸式動力換擋變速箱的設計 .農業(yè)技術裝備，2008,7:1. [9]胡曉明，朱為國.高速插秧機主變速器多目標優(yōu)化設計 .機械傳動，2012:48-49.