【文章內(nèi)容簡介】 圓板，4大凸輪，5活塞，6滾子圖26 方案二 工作過程：方案二的工作過程和方案一的工作過程類似，也分為三個階段：第一階段，填料（I），第二階段,壓實（IIIII），第三階段，投出（IIIIV）。由于此方案沒有用到小凸輪，所以在出缽的過程中完全是靠大凸輪4的作用，這種方案雖然結(jié)構(gòu)簡單，但該方案存在兩個問題:第一，就是該機器由于沒有小凸輪的作用，所以必須提前推缽，即在III處，但制缽模具2運動到Q時，被推出的一定長度的營養(yǎng)缽有可能斷裂或提前脫落；第二，如果不提前推缽，那么由于只有大凸輪4的作用，所以必須將該凸輪曲線設(shè)計得很陡，如P處，但又由于活塞桿5有一定的長度，所以滾子很難轉(zhuǎn)過這個突變位置，同時活塞桿也容易在此處發(fā)生自鎖，見圖26。綜上兩種方案的分析，故采用方案二，該方案制缽機的三維圖如圖27所示。 圖27 滾筒式制缽機三維實體模型 本課題研制的制缽機方案的優(yōu)點(1)壓實機構(gòu)和投出機構(gòu)是通過凸輪機構(gòu)運動和活塞運動來實現(xiàn)的。即運用了對心直動滾子推桿盤型凸輪機構(gòu)，活塞桿的一端聯(lián)接滾輪，然后滾輪在凸輪上運行，凸輪不轉(zhuǎn)，而活塞的另一端在模具中，相當于氣缸中的活塞運動，通過凸輪結(jié)構(gòu)的運動從而擠壓缽并推出缽，這種壓實機構(gòu)和投出機構(gòu)做成一體，從而簡化了結(jié)構(gòu)。(2)考慮到缽的投出方便，本課題中特意設(shè)置了一個小凸輪結(jié)構(gòu)，推桿的轉(zhuǎn)速為6r/min，而小凸輪的轉(zhuǎn)速為36r/min,當壓桿在推出的過程中，當壓桿轉(zhuǎn)動到某個角度時，小凸輪會推壓桿，直到出缽，這樣就保證了出缽的順利進行。(3)推出的缽會落在與滾筒線速度相同的鏈上，經(jīng)過鏈輪的鏈傳動，自動的將推出的缽運輸?shù)较乱还ば蜻M行作業(yè)，自動化程度高。(4)滾筒一排布置了5個制缽模具，而滾筒上均布6排制缽模具，當滾筒轉(zhuǎn)一圈就會出30個營養(yǎng)缽，所以生產(chǎn)量可以達到10800個/時，生產(chǎn)效率高, 適宜機械化生產(chǎn), 能夠達到較高的生產(chǎn)率, 可滿足帶籽孔的棉花、玉米、瓜果、花卉的農(nóng)作物育苗用營養(yǎng)缽的需要。(5)由于種坑的土是后來擠成型的, 故缽體四周和底部因壓實比較結(jié)實, 有利于缽體移動、育苗、移栽的機械化操作, 而中心及上部中心(原種坑) 處比較松, 有利于作物的發(fā)芽生長。(6)制成的缽體既可采用工廠化方式大批量育苗, 也可由農(nóng)戶按傳統(tǒng)方式在地頭覆膜育苗, 具有較強的適應(yīng)性。 方案中各機構(gòu)的控制和實現(xiàn)(1)各機構(gòu)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系為了使該機器實現(xiàn)預(yù)定的工作，要求各機構(gòu)（包括傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和其他輔助機構(gòu)）必須滿足一定的關(guān)系，不能發(fā)生干涉。特別是小凸輪和推桿之間的關(guān)系，只要當推桿運動到開始出缽的位置時小凸輪才能頂推桿，既不能提前，也不能滯后。同時推桿在運動過程中要能始終與?？缀芎玫呐浜仙希@些就要去制造上滿足一定的精度，在安裝上要注意對正時點。(2)各傳動機構(gòu)的速度控制為了實現(xiàn)已經(jīng)擬定的生產(chǎn)率，考慮到傳動的精確性以及結(jié)構(gòu)的緊湊性，選用齒輪作為執(zhí)行機構(gòu)的傳動裝置，因為齒輪傳動還具有傳動平穩(wěn)，壽命長的優(yōu)點。3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 傳動方案的擬定 對傳動方案的要求合理的傳動方案，首先應(yīng)滿足工作機的性能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低廉、工藝性好、使用和維護方便等要求。任何一個方案，要滿足上訴所有要求是十分困難的，要統(tǒng)籌兼顧、滿足最主要和最基本的要求。 擬定傳動方案根據(jù)各傳動機構(gòu)的優(yōu)缺點（如下）確定傳動方案。(1)鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率高；又因為鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較?。绘湕l采用采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時，鏈傳動能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。 (2)齒輪傳動具有承載能力大、效率高、允許速度高、尺寸緊湊、壽命長等特點。由于斜齒圓柱齒輪傳動的承載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動好，故在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合，常采用斜齒圓柱齒輪傳動。(3) 帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，且能起過載保護作用。但由于它是靠摩擦力來工作的，在傳遞同樣功率的條件下，當帶速較低時，傳動結(jié)構(gòu)尺寸較大。為了減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)將其布置在高速級。(4) 錐齒輪傳動，當其尺寸太大時，加工困難，因此應(yīng)將其布置在高速級，并限制其傳動比，以控制其結(jié)構(gòu)尺寸。(5) 蝸桿傳動具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，但其傳動效率低，尤其在低速時，其效率更低，且蝸輪尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、間斷工作或要求自鎖的場合。為了提高傳動效率、減小結(jié)構(gòu)尺寸，通常將其布置在高速級。(6) 開式齒輪傳動，由于潤滑條件和工作環(huán)境惡劣，磨損快，壽命短，故應(yīng)將其布置在低速級。根據(jù)各種傳動機構(gòu)的特點和上述選擇原則，結(jié)合本設(shè)計的工作條件，得出下面的傳動方案，如圖31。 圖31 傳動方案 由帶有減速機的電動機，通過鏈傳動I，與主軸I相連，將動力由電機傳到軸I，然后通過鏈傳動II將動力傳到軸II，使混料機構(gòu)工作，同時又有齒輪傳動就動力傳到滾筒，使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)；軸I上的動力又經(jīng)過鏈傳動III將動力傳動到運輸機構(gòu)。 電動機和減速器的選擇及相關(guān)參數(shù)計算 電動機和減速器類型的選擇考慮到安裝需要以及工作環(huán)境，采用的是帶有減速機的電動機。參考一般農(nóng)業(yè)機械減速機的選擇，選用G全封閉齒輪減速電機。G系列全封閉齒輪減速機全封閉全壽命機電一體化設(shè)計 。硬齒面斜齒傳動，低噪聲、高效率。整體結(jié)構(gòu)、重量輕，適應(yīng)性強?？筛郊与姶胖苿悠鳌Ｋ哂袦p速比大，傳動效率高，體積小，重量輕，故障少，壽命長，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪音小，拆裝方便，容易維修，結(jié)構(gòu)簡單，過載能力強，耐沖擊，慣性力矩小等特點。根據(jù)所選用減速機的產(chǎn)品手冊（嘉田傳動機械有限責任公司），選用G全封閉齒輪減速電機，常配用的直聯(lián)電動機為Y系列三相異步電動機。 電動機功率的確定電動機的功率由該設(shè)別所消耗的功率決定。該設(shè)備消耗的功率主要有：(1)壓緊和沖出時所作的功壓緊工作時平均所受的壓力去100kg(按經(jīng)驗選取)，沖頭總行程為100mm,沖頭上下總位移為200mm，每小時往復(fù)10800次，所消耗功率按下式計算 式中 F沖頭在行程中所受的平均壓力，單位 N； S沖頭每次行程的位移量，單位 m。 n沖頭每小時的行程次數(shù)，單位 次/小時。因此 (2)混料箱中絞輪消耗功率由于絞輪的轉(zhuǎn)速不高，估計推動1立方米的土料需要1噸的力?；炝舷涞捏w積為： 攪動土料需要的平均力： 消耗功率: 總的工作功率: 為了計算電動機的所需要的功率Pd，先要確定從電動機到工作機的總效率。設(shè)為鏈輪傳動的效率，為滾動軸承的效率，為滑動軸承的效率，為齒輪傳動的效率，查表得=，=，=，=：電動機所需要的功率為:=/ =查閱所選用齒輪減速電機的產(chǎn)品手冊（嘉田傳動機械有限責任公司），考慮到該齒輪減速電機的安裝要求，并滿足功率需要，選擇的G全封閉齒輪減速電機的型號為：。（其詳細參數(shù)及相關(guān)信息見附錄（一））表31 G全封閉齒輪減速電機部分參數(shù) 傳動比的分配從G全封閉齒輪減速電機輸出的轉(zhuǎn)速為144r/min，而按照初步取鏈輪的基準直徑為=104mm()，則連接鏈輪的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)速為72r/min，那么采用方案中的鏈輪傳動的傳動比i=2 。 傳動裝置的運動參數(shù)計算（1）各軸的轉(zhuǎn)速：按照設(shè)計要求，連接鏈輪的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)速均為72r/min，即軸I，軸II，軸III的轉(zhuǎn)速分別為72r/min、36r/min、。（2）各軸的輸入功率計算：軸I：軸II：軸III：4 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 主機架的設(shè)計機架在機器中起到支承和固定機器零件的作用，它作為一個重要的零部件，性能要求較高。機架的設(shè)計主要應(yīng)保證其剛度、強度及穩(wěn)定性。 機架設(shè)計的一般要求（1）在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本底。（2）抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內(nèi)。（3）噪聲小。（4）溫度場分布合理，熱變形對精度影響小。（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工。（6）結(jié)構(gòu)力求便于安裝和調(diào)整，方便維修和更換零部件。（7）有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好。（8）造型好，使之既適用經(jīng)濟，又美觀大方。 焊接機架的特點（1）重量較輕。鋼板焊接毛坯比鑄件毛坯輕30%，比鑄鋼毛坯輕20%。（2）強度高、剛度大，鋼的疲勞強度為鑄造的3倍。但抗振性能較差。（3）生產(chǎn)周期短、能使適應(yīng)市場競爭的需要。（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、壁厚可以相差很大，并且可根據(jù)工況需要不同部位選用不同性能的材料。（5）單件小批生產(chǎn)的大、中型機架；特大型機架，如大型水壓機橫梁，底座及立柱，大的軋鋼機機架和顎式破碎機機架等，可采用小拼大的電渣焊。 鑄造機架的特點（1）重量偏重。（2）鑄鐵機架的強度與剛度較低，但內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，故抗振性能好。（3）生產(chǎn)周期長，資金周轉(zhuǎn)慢，成本高。（4）由于技術(shù)上的限制，鑄件壁厚不能相差過大。而為了取出芯砂、設(shè)計時只能用“開口”式結(jié)構(gòu)，影響剛度。（5）大批量生產(chǎn)的中小型機架。（6）鑄鐵材料來源方便、價廉。 機器機架類型的選擇綜合考慮上述情況，分析如下：該機械屬于農(nóng)業(yè)機械，參考一般農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計，這里選擇機架類型為焊接機架。焊接機架通過焊接槽鋼焊接而成。結(jié)構(gòu)形式如圖41所示。 圖41 機架如圖41，機架采用槽鋼焊接而成，基本尺寸為A=100mm，B=48mm，S=，、B、S分別為槽鋼的寬度、腿高度和腰厚度。 制缽機主要結(jié)構(gòu)設(shè)計圖42 總裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、投出結(jié)構(gòu)設(shè)計制缽機中的營養(yǎng)缽的壓實、投出機構(gòu)的是否合理及是否簡易直接影響到整臺機器的經(jīng)濟性以及適用性。所以營養(yǎng)缽的壓實、投出結(jié)構(gòu)的設(shè)計是非常重要的環(huán)節(jié)，見圖42（I）。如圖43所示，該制缽機中的營養(yǎng)缽的壓實、投出是在活塞桿的一次擠壓中完成，故結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，而且便于安裝。 1方軸，2活塞桿，3導(dǎo)向筒，4—活塞，5制缽模具，6滾筒圖43 壓實，投出機構(gòu)圖 制缽模具的設(shè)計制缽模具是用來制做營養(yǎng)缽的模子，缽的壓實和投出都在制缽模具中進行，所以它的結(jié)構(gòu)和尺寸影響到營養(yǎng)缽的質(zhì)量好壞以及安裝是否方便。（1）缽體形狀和規(guī)格營養(yǎng)缽體積不能過大, 否則重量增加, 運輸及移栽都不適合, 育苗設(shè)施也較大。但目前營養(yǎng)缽一般采用直徑70 mm、高100 mm 左右的圓柱體, 尺寸都較大。因此, 改變缽體規(guī)格是實現(xiàn)機械化育苗移栽首先要解決的問題。本課題中采用的是中等尺寸的營養(yǎng)缽，直徑50mm、高50mm。（2）缽的強度和壓縮比營養(yǎng)缽的運輸、育苗、移栽都要求營養(yǎng)缽具有一定的強度。實驗表明: 缽體壓制成型后(含水率為20 %) , 置于桌面, 上加重力均勻下壓, 承受2～ 3 kg 壓力而不產(chǎn)生變形、裂紋、坍塌或從30～ 40 cm 高度自由落在硬地上, 不發(fā)生較大破碎的營養(yǎng)缽強度較為合適。強度不夠, 在育苗中容易出現(xiàn)變形、坍塌, 運輸、移栽時易破碎。 強度過大, 育苗中不易吸水, 影響種子發(fā)芽, 移栽后缽體在土壤中堅實不碎, 對作物生長不利。要達到合適的強度, 制缽過程中必須采用合適的材料壓縮比。試驗表明:壓制1 個營養(yǎng)體需用的制缽材料是其體積的2. 0～ 2. 5 倍, 也就是說壓制能力達到這個要求即可。一般用草炭或膨化秸稈作配料時壓縮比為(2. 0～ 2. 3) ∶1。 人工腐爛的麥草、麥糠作配料時, 壓縮比應(yīng)為(2. 3～ 2. 5) ∶1。試驗表明: 如果采用微噴式滴灌方式澆水, 運輸過程中將缽體表面含水率降到15 % 左右, 則采用此壓縮比制的缽體在輸送育苗過程中的破碎率小于3 % (棉花約為3 % , 玉米為2 % 以下)。 圖44 制缽模具結(jié)構(gòu)圖（3）制缽模具的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定綜上述分析，同時也為了便于在轉(zhuǎn)動過程中將漏過活塞的土漏出缽體，特在模具的下方開了4個槽口，同時為了避免刮土機構(gòu)在刮土過程中與模具上表面發(fā)生抵觸，影響整臺機械的工作，所以將模具上方的結(jié)構(gòu)加工成弧形，即頂端帶有弧形的圓柱體，弧形半徑與滾筒的半徑相等。經(jīng)設(shè)計計算得制缽模具主要參數(shù)為：模具內(nèi)徑: 。模具高度：模具頂部圓弧半徑：具體結(jié)構(gòu)形式見圖44。 活塞及活塞桿的設(shè)計（1）活塞的設(shè)計在設(shè)計活塞的過程中從以下兩大方面考慮：其一， 缽在壓實和投出的過程中，活塞是與其料直接接觸的，活塞外壁與制缽模具內(nèi)壁有配合，整個活塞在制缽模具中運動，所以為了減少活塞在模具內(nèi)運動的過程中活塞頂部容積中的料進入模具內(nèi)壁和活塞外壁間將活塞卡死的幾率，所以并沒有將整個活塞外壁與模具內(nèi)壁配合，只取了配合段L；其二，為了安裝的方便，所以將活塞開有內(nèi)螺紋與活塞桿連接，同時考慮防止螺紋連接的松脫，故在活塞壁上開有螺紋孔以便安裝緊定螺釘。 經(jīng)設(shè)計計算得活塞的主要參數(shù)為: 活塞大端外徑: 活塞整體長度: 與模具配合段長度: