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旋轉(zhuǎn)臺式營養(yǎng)缽機的設(shè)計

2012-04-29 09:46:57尹業(yè)宏孫金風(fēng)余曉琴陸文星
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年3期
關(guān)鍵詞:三維建模

尹業(yè)宏 孫金風(fēng) 余曉琴 陸文星

摘要:設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)臺式營養(yǎng)缽機,該機采用多工位旋轉(zhuǎn)加工的方式,能夠連續(xù)完成營養(yǎng)缽的鋪土、壓制、播種、覆土、推出的加工,生產(chǎn)效率達3 600個/h,其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。設(shè)計中采用Pro/E軟件,對營養(yǎng)缽機進行了三維建模和運動仿真,在此基礎(chǔ)上完成了制缽機的全套加工圖設(shè)計。

關(guān)鍵詞:營養(yǎng)缽;旋轉(zhuǎn)臺式;三維建模

中圖分類號:S223.1+1文獻標(biāo)識碼:A文章編號:0439-8114(2012)03-0598-04

The Design of the Rotary Table Nutrition Bowl Machine

YIN Ye-hong,SUN Jin-feng,YU Xiao-qin,LU Wen-xing

(School of Mechanical Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

Abstract: A new nutrition bowl machine with rotary table was introduced. The machine works by the multi-station rotary processing methods, which could continuous execute spreading soil, squeezing soil, sowing, covering soil, and pushing out the seed nutrition bowl. The production efficiency achieves 3 600 per hour. Moreover, the machine also has the advantage of small occupied area and compact structure. In the design, the Pro/E software was used to make three-dimensional model and simulated motion for nutrition bowl machine. On the basis of above, all processing designs of nutrition bowl machine had been accomplished.

Key words: nutrition bowl; rotary table; three-dimensional model

我國在機械制缽機方面做了很多研究,至今已研制出多種型號的制缽機。首先引進國外的機械化育苗生產(chǎn)線,主要以生產(chǎn)蔬菜苗缽為主,可以實現(xiàn)缽?fù)林苽洹⒗忬w成型、打坑、精密播種及覆土等工藝的機械化,生產(chǎn)效率和機械化程度高,但是價格不菲,普通種植戶無力承受;后來國內(nèi)多家科研單位相繼研制出了多種制缽機,如2ZBJ-50型制缽機,主要滿足玉米、棉花等經(jīng)濟作物,制缽過程雖能半機械化操作,但它采用的是直線式的結(jié)構(gòu),占地面積較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,模板需要及時回收,且只適應(yīng)于大中型工廠的生產(chǎn)制缽;YB50-Ⅰ型制缽機雖體積小重量輕,便于在田間作業(yè),但該機只能制造缽體,不能實現(xiàn)精密播種,給工廠化育苗帶來困難。在農(nóng)村也有相應(yīng)的制缽工具,但是主要依賴人工操作,生產(chǎn)效率低[1-5]。

針對上述制缽機的缺點,從我國的實際情況出發(fā),設(shè)計了一種適應(yīng)于一般農(nóng)戶使用的營養(yǎng)缽機,該機能一次性完成缽苗的鋪土、壓制(打種坑)、播種、覆土及推出工作,結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。

1主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對現(xiàn)有制缽機的結(jié)構(gòu)分析及各自制缽工藝和工序的優(yōu)缺點比較,從能否滿足作物育苗的農(nóng)藝要求、實現(xiàn)機械化制缽及工廠化育秧這三方面出發(fā),確定了營養(yǎng)缽機制缽的工藝流程圖(圖1)。制缽機采用多工位旋轉(zhuǎn)加工的旋轉(zhuǎn)臺式的總體結(jié)構(gòu)方案,即在旋轉(zhuǎn)臺的周邊,按制缽的工藝流程要求設(shè)計5個工作裝置,旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一周即可完成缽體的制作。制缽機主要由工作臺、鋪土裝置、壓制(打種坑)裝置、播種裝置、覆土裝置、推出裝置等構(gòu)成。

1.1工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

工作臺由轉(zhuǎn)盤、機架、動力裝置等構(gòu)成,具體見圖2。轉(zhuǎn)盤周邊均勻開有6個安裝營養(yǎng)缽型腔模的孔,型腔與工作臺采用沉頭螺釘固連,這種設(shè)計有兩個優(yōu)點:一是視生產(chǎn)需要可更換不同規(guī)格的營養(yǎng)缽型腔模,二是型腔模磨損后便于更換。機架是安裝主軸、工作裝置和動力裝置的基礎(chǔ),應(yīng)具有一定的強度和剛度,且重量應(yīng)輕,可采用型材(矩形焊接鋼管)焊接而成。

動力裝置由自帶離合器的減速電機、凸輪分割器等構(gòu)成。電機的輸出軸與凸輪分割器的輸入軸間采用同步帶連接,凸輪分割器的輸出軸通過聯(lián)軸器與主軸的下端連接,主軸的上端與轉(zhuǎn)盤用螺栓固連。

轉(zhuǎn)盤由凸輪分割器帶動做每60°的等分間歇式旋轉(zhuǎn)運動,每次間歇時間為2/3 s,在間歇2/3 s的時間內(nèi),各工位裝置完成其相應(yīng)的動作。設(shè)計轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為10 r/min,則本次設(shè)計的營養(yǎng)缽機的產(chǎn)能為3 600個/h,并且都是經(jīng)過精密播種了的,只需要經(jīng)過一段時間的培養(yǎng),就可以直接投放田間。

1.2鋪土和覆土裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋪土裝置和覆土裝置有相同的結(jié)構(gòu),都是由刮板、攪拌軸、減速電機、料箱和支架等構(gòu)成(圖3)。攪拌軸的中部通過軸承安裝在料箱上,軸的下部與刮板用螺栓固連,軸的上部通過連接套與減速電機的輸出軸相連。鋪土和覆土兩裝置又是通過支架固定在工作臺的機架上。

鋪土和覆土性能的好壞是制缽機的關(guān)鍵,將鋪土和覆土裝置的刮板側(cè)面設(shè)計成與轉(zhuǎn)盤的上面傾斜45°夾角,并讓刮板的底部與轉(zhuǎn)盤的上面始終保持著接觸,這種設(shè)計有利于裝置將料土壓入型腔模中;由于兩裝置電機的速度可分別調(diào)整,加之?dāng)嚢栎S的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向相反,從而加快了向型腔模中填土的頻次,進一步保證了缽體的制作質(zhì)量。

1.3精量播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

精量播種裝置由外殼體、播種盤、支撐架、帶輪等構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。該裝置的動力采用兩等徑帶輪,通過同步帶直接取自轉(zhuǎn)盤主軸,也是每60°做等分間歇式旋轉(zhuǎn)運動。在播種盤周圈上均勻分布6個種孔,種孔的大小剛好能容納2~4粒種子(根據(jù)不同大小的種子來設(shè)計該孔的大?。谕鈿んw的底部正對型腔模的中部位置處也開有孔,每次當(dāng)播種器上盛滿種子的種孔運行到此處時,種子就會落入到型腔模中。播種盤上方設(shè)有擋板,擋板固定在外殼體上,將播種盤的上部空間分成了左右兩個腔,右腔裝有種子,每當(dāng)播種盤上空著的種孔從左腔旋轉(zhuǎn)進入腔時,種子就會落入其中;當(dāng)盛滿種子的種孔即將要旋轉(zhuǎn)出右腔時,擋板上的橡膠板會將多余的種子攔下,由于橡膠板有柔韌性,故不會損傷種子。

1.4壓料和推出裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

壓料(打種坑)裝置和推出裝置也有相同的結(jié)構(gòu),由氣缸固定支架、限位板、沖頭、氣缸、螺母、螺栓、支撐板等構(gòu)成,如圖5所示。氣缸直接安裝在支座上,為保證每個營養(yǎng)缽尺寸的一致,在氣缸底部設(shè)計有一塊限位板來限制氣缸的沖壓距離,限位板的調(diào)節(jié)是依靠螺柱上的兩個螺母來鎖定,通過調(diào)節(jié)限位板的上下可以改變氣缸的沖壓行程。沖頭部分和活塞桿采用螺紋連接和螺母鎖緊的結(jié)構(gòu),沖頭磨損后可直接更換,當(dāng)型腔模的大小更換后,沖頭大小也需要作相應(yīng)的變動。結(jié)構(gòu)簡單,便于維修和更換。

1.5控制部分的設(shè)計

各裝置的啟動或停止由分割器上傳感器的信號以及離合器共同控制完成。當(dāng)分割器上傳感器檢測到分割器進入間歇階段,氣缸開始動作,向下壓制原料;當(dāng)?shù)竭_限位位置后,氣缸進行回程,若沖頭沒離開型腔模,氣缸上的傳感器檢測不到信號,離合器則處于分離狀態(tài),工作臺上的轉(zhuǎn)盤不動;當(dāng)氣缸完全離開型腔模后,傳感器檢測到信號后,離合器開始結(jié)合,工作臺上的轉(zhuǎn)盤開始轉(zhuǎn)動,如此往復(fù)循環(huán)的工作??刂撇糠值难h(huán)流程圖如6圖所示。

3Pro/E三維建模仿真設(shè)計

營養(yǎng)缽制作機整臺設(shè)備的三維建模如7圖所示。三維運動仿真結(jié)果表明,該機能按工作要求實現(xiàn)制缽和精量播種,且結(jié)構(gòu)上無干澀問題。

4小結(jié)

設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)臺式營養(yǎng)缽機,其結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,生產(chǎn)效率高,是一種以機械代替手工制作營養(yǎng)缽的高效制缽機。設(shè)計中采用Pro/E軟件,對營養(yǎng)缽機進行了三維建模和運動仿真,在此基礎(chǔ)上還完成了制缽機的全套加工圖設(shè)計,從而可避免因設(shè)計考慮不周,導(dǎo)致安裝空間不足和尺寸發(fā)生干澀等問題,縮短了設(shè)計周期,提高了制缽機在投產(chǎn)前的可靠性,對今后農(nóng)機具的研制有一定的借鑒意義。

參考文獻:

[1] 趙荔娜. 機械化育苗制缽機的研究[J].農(nóng)村牧區(qū)機械化,2010(5):19-20.

[2] 楊文珍,趙勻,李革,等. 播種制缽機的研究與展望[J].農(nóng)機化研究,2003(1):56-57,69.

[3] 謝俊花,程改青,張飛. 營養(yǎng)缽裝料機設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(12):5235-5239.

[4] 楊文珍,陸秋君,趙勻. 圓盤式精密播種制缽機運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計[J].浙江大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2005,31(3):346-350.

[5] 尹國洪,閘建文,宋景玲,等. 2ZBJ-50機械化制缽機的研制[J].農(nóng)機化研究,1998(3):42-45.

收稿日期:2011-07-14

基金項目:湖北省教研項目(2010227)

作者簡介:尹業(yè)宏(1957-),男,湖北武漢人,副教授,從事機械設(shè)計及其理論研究,(電話)027-88416279(電子信箱)yinyehong1@126.com。

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