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1、黑龙江八一农垦大学本科毕业设计摘要针对长期以来精密播种机的研制存在生产周期长、成本高，而且当产品制出后，经常会 出现部件、零部件之间相互干涉而无法装配等缺点，介绍了应用UG软件进行精密播种机单 体虚拟制造和运动仿真的过程。 首先对建立的精密播种机单体零件三维模型进行约束和连接 装配，形成精密播种机单体整机装配，然后进行运动仿真，展示在虚拟环境下的运动特性。 最 后对仿真结果进行处理，测试精密播种机单体的运动性能和检测干涉情况，从而对错误进行修 改。 结果表明：该方法提高了精密播种机设计的准确性和效率，代替了物理样机的制造和试 验，大大降低了成本。关键词：农业工程； 精密播种机单体； 虚拟制造；
2、 运动仿真AbstractFacing the 1ong-standing prob1ems existing in the deve1opment of the precision p1anter such as the pro1onged production period, the high production cost and the dificu1ty in the fina1 asemb1y because of the interference betwen the interacted parts, a proces of the virtua1 manufacturing
3、and motion simu1ation of the precision p1anter unit was introduced app1ying the ProIEngineer software.The fina1 asemb1y of the p1anter unit was formed by restricting and connecting its parts 3-D mode1s. Its motion simu1ation was performed to demonstrate the movement characteristics in the virtua1env
4、ironment.The simu1ation resu1ts were procesed to check the movement characteristics of the p1anter and to corect the posib1e interferences.The resu1ts showed that the proposed proces improves the acuracy and eficiency of the precision p1anter design and deduces the deve1opment cost by using the virt
5、ua1 space instead of the physica1 space.Keywords: Agricu1tura1engineering; Precision p1anterunit; Virtua1manufacturing; Motion simu1ation;目录摘要IAbstractII目录III前言V1我国精密播种机发展现状- 1 -1.1精密播种机的发展前景- 1 -1.2新技术的应用不断普及- 3 -2运动仿真过程- 4 -3装配连接- 6 -4 运动仿真预设置- 8 -4.1新建运动仿真方案- 8 -4.2 参数设置- 8 -4.3 创建连杆- 8 -4.4 创建运动
6、副- 8 -5多功能播种机总体设计- 9 -5.1精播机系统方案设计确定- 9 -5.2农业机械的一般设计要求- 10 -5.3总体参数- 10 -6机架设计- 13 -6.1机架设计计算的准则- 13 -6.2机架设计的一般要求- 13 -6.3精播机机架结构设计方案- 14 -7播种系统设计- 15 -7.1排种器的选型及其材料的确定- 15 -7.2结构设计- 16 -8开沟器- 23 -8.1开沟器- 23 -8.2开沟器比较分析及本机开沟器设计- 23 -9覆土、镇压装置- 25 -9.1覆土器- 25 -9.2镇压轮- 25 -9.3轴承校核- 26 -10 常见故障与排除- 27
7、 -结论- 28 -参考文献- 29 -致谢- 30 -附录错误!未定义书签。前言精密播种机这类机械产品的设计通常采用二 维几何绘图,产品制造出来后经常会出现一些设 计失误,如零部件无法安装以及运行时发生干涉 等。 采用三维 CAD设计产品,不是一个单纯绘图 的过程,而是一个虚拟制造的过程。 设计出来的 产品是与实物完全相同的数字产品,零部件之间 的间隙和干涉一目了然,可以把错误消灭在设计 阶段。 对于运动机构的设计,无论是于工绘图设 计还是二维 CAD的计算机辅助设计,都没有办法 处理,简单的机构还可以模拟,稍微复杂一点的运 动机构就束于无策了。 应用三维设计软件来处理 机构的运动,可以使立
8、体的数字产品在计算机中 运动,模拟真实机械的理论运动过程。 不但能测 试机构是否能运动,还可以检查机构运动时是否 会产生干涉,计算出机构上某个点的运动轨迹,将 机构运动记录下来,产生动态的图片,从而实现机 械产品的虚拟制造和运动仿真。 在国外,虚拟 样机技术已在工业产品的研制上得到应用,取得 了显著的效果。 目前国内将三维 CAD技术 应用在播种机械方面的研究大多是对零部件 和某一机构进行的三维参数化设计和运动仿真, 而对于精密播种机单体整机进行虚拟制造和运动 仿真方面还未见报道。- 30 -1我国精密播种机发展现状我国从80年代末便开始研制精密播种机械。由于种子质量、整地条件、机械制造水平及
9、机器价格等因素制约，我国80年代主要是推广半精量播种。为适应农村生产责任制的要求，大量推广了小型单体播种机。90年代以来，我国逐步推广精密播种机，有10多个企业生产了20多种型号的精密播种机。精密播种机以作物种类分为玉米及大豆精密播种机、谷物（小麦）精密播种机、甜菜精密播种机；以配套动力分为小型（5.813.2kw）、中型（16.236.8kw）和大型播种机（40.4kw以上）精密播种机；以排种器形式分为机械式和气力式两大类精密播种机；机械式中又可分为垂直圆盘式、垂直窝眼式、锥盘式、纹盘式、水平圆盘式、带夹式等形式精密播种机。1.1精密播种机的发展前景1.1.1单粒精密播种机迅速发展在国外，中
10、耕作物如甜菜、玉米、棉花和某些蔬菜、豆类的播种都已大量采用精密播种，主要采用机械式和气力式两种精密播种机。由于气力式播种机对种子尺寸要求不严，不需精选分级，容易达到单粒精播，而且通用性较好，又能适合较高速播种，因此使用气力式播种机越来越多。 为了达到单粒精播，提高株距均匀性，大多采用可精调的刮种器，将多余的种子清除掉；为了降低投种高度，减小种子下抛速度与前进速度之间的相对速差，而设置导种轮或导种管。但是，精密播种受高速作业的影响很大。现有的精密播种机试验结果表明，一般作业速度在48 kmh时，其株距合格率达80以上；而作业速度提高到1112 kmh时，株距合格率下降到60以下。可见高速精密播种
11、机还有待进一步发展、完善。1.1.2 播种机的通用性和适应性不断提高 大多数精密播种机都可以播多种作物，通过更换不同孔径的排种盘(轮)或排种滚筒，使排种器能适应多种作物种子的播种要求。改变型孔大小或增加成穴机构，使之能达到穴播的要求；改变排种器工作转速以达到不同株距的要求。所有这些均提高了播种机的通用性。为了适应不同地区、不同土壤、不同整地条件的要求，大多数播种机上配有多种类型的开沟器(双圆盘式、滑刀式等)和镇压轮(橡胶轮、钢板冲压轮、铸铁轮、宽轮、窄轮等)，供选用。同一型号的精密播种机又成系列，有多种行距和行数的变型。如美国CYCLO气压式播种机有牵引式和悬挂式，有4、6、8、12、16行等
12、共16种机型，可为多种功率的拖拉机配套。1.1.3 精密播种机向高速宽幅发展 为了在最适宦的农业技术条件下、用最短的时间做到适时播种，以及随着拖拉机功率不断增大，为了充分利用其功率，因此要求提高播种机作业的生产率。 影响提高播种机组生产率的因素很多。除了提高机组的工作可靠性、减少故障、简化操作以减少辅助作业时间、提高纯工作时间的利用率外，提高生产率的最主要途径是增大播种机的工作幅宽和提高作业速度。增大播种机工作幅宽虽能直接有效地提高生产率，但加大工作幅宽使机体庞大，消耗金属多，成本高。同时，庞大的机体将受到田块大小、地头转弯以及道路运输的限制，使用不方便。因此，国外很重视提高作业速度的研究。
13、70年代，中耕作物播种机作业速度一般从46kmh提高到810kmh。如西德Aermoat型气力式播种机、法国Pneumasem气吸式播种机和美国7000型指夹式播种机的作业速度为810 kmh，作业质量仍能符合要求。但是，播种机高速作业带来一些问题，如排种性能下降，开沟深度变浅，种子在沟里弹跳、滚动加剧，以及驾驶条件恶化等等。因此，目前作业速度不能太高。中耕作物播种机的工作幅宽，一般单机都由34 m增大到56 m有的工作幅宽更大，如美国CYCLO气压式播种机系列中的16行播种机，其幅宽达11.68 m。加大幅宽使播种机结构庞大笨重，使悬挂式播种机组纵向稳定性变坏，还受到地块大小、道路运输的限制
14、。1.1.4 广泛采用联合作业 播种同时进行联合作业的方式发展很快，形式也比较多，主要有两种：一是在大多数中耕作物精密播种机上都配置排肥器、施肥开沟器以及施撒农药和除莠剂的装置。如西德、法国和美国的几种精密播种机都可以在播种同时施化肥、撒农药和除莠剂。二是播前整地和播种联合作业，如旋耕播种机、犁播机以及有的在开沟器前方加波形圆盘或锄铲进行灭茬播种或少耕法播种，以减少耕作次数，提高生产率，降低作业成本，还可以减少土壤风蚀和起到保墒的作用。1.2新技术的应用不断普及 为了提高播种机作业性能和工作可靠性，简化操作、减轻劳动强度、减少辅助作业时间、提高生产率，播种机上越来越多地采用新技术。如用液压油缸
15、来升降和调节开沟器、划行器、折叠机架；采用液压马达驱动风机或装肥搅龙；采用信号装置、电子监视装置或监控装置来及时报警故障的发生，显示播量或自控凋节排种量大小；开沟器装备一次润滑的滚动轴承；行走轮采用无内胎充气轮；快速挂接装置；宽幅播种机加装横向运输轮等。 在工艺材料方面，播种机上采用塑料或尼龙的零件更多了，如排种盘、排肥盘、轴套、输种管等；采用铝金压铸排种轮、排种器体壳，提高了零件精度，减轻了重量；播种机机架和各种杆件采用薄钢板冷压成异形断面以代替扁钢、角钢和槽钢，增加了刚度和强度，又减轻了重量。2运动仿真过程精密播种机单体由仿形机构、机架、开沟器、 排种器、地轮及传动系统、覆土机构组成。 其工作过程是地轮转动, 带动排种盘排 种,同时,开沟器在仿形机构控制下在田间地表开 出播种所需的深沟,种子落入沟内,由覆土机构完 成覆土。 可以看出,精密播种机的工作是由仿形、 开沟、施肥、播种、覆土、镇压等多种工作部件完成 的复杂动态过程,其田间作业指标要求高,设计难 度大,试制及试验的费用相当昂贵。对精密播种机单体进行虚拟制造和运动仿真 的步骤包括零件三维设计、机构装配连接
