大蒜栽种机上多粒蒜种连续排放装置的设计与研究

大蒜栽种机上多粒蒜种连续排放装置的设计与研究SRT计划项目研究小组成员：曲洪亮方案设计、三维绘图与论文写作刘琴实验数据处理与零部件设计白华实验数据处理与二维绘图徐向丽资料查找与材料准备季海波三维绘图与机构验证指导教师：於海明目录项目研究内容简介1项目计划实施步骤2排种器结构设计及其工作原理3排种器装配效果图4结语5一、项目研究内容简介目前，高效的大蒜栽植机在国内尚属空白，我国大蒜栽植仍然采用手工插播，劳动强度极大，工作效率很低。大蒜栽植的农艺要求大蒜在栽植过程中必须保证大蒜的瓣尖朝上，正是由于其特殊的栽植要求，制约着大蒜栽植机械的发展。该课题是在研究生论文的基础上进行的，课题组的任务是协作与推进课题的深化，设计利用图像处理蒜种实现定向装置的机械输送部分。该课题关系大蒜机械化种植的需要，因此具有实际意义。项目研究内容简介利用图像处理蒜种实现定向图像采集方向判断电机动作定向输出二、项目计划实施情况1、2010年5-7月，我们对课题进行了深入的分析和探讨，搜集了大量的大蒜播种机资料，并对几种较为典型的设计思想进行了重点分析，了解了大蒜播种机的研发现状、知识产权等情况，有针对性的总结了一些存在机型的利弊，为播种机设计提供了方向性的指导。2、2010年8月，由于假期的影响，我小组主要对蒜种的电子识别原理进行了分析，并在8月末和杨清明同学共同对电子识别装置进行研究。3、2010年9月，小组集中组织了12次学习，学习内容如下：（1）机械传动原理与设计；（2）计算机辅助设计软件的使用；（3）实验的设计与数据分析。4、2010年10月，我们主要进行了两个实验并对机械总体架构进行了初定成果如下：实验一、大蒜外形测量实验。实验二、大蒜种子重心的测定。播种机排序机构初定5、2010年11月，按原思路对结构进行了改进，是排序后的蒜种易于分离，优化了原机构设计。6、2010年12月，进行主要构件的参数设计，进行了大蒜休止角测定、输送带倾斜角度测定实验。7、2011年3月，确定其他构件尺寸，画排种器设计图纸并进行仿真。1、排种器工作原理简图三、排种器结构设计及其工作原理1、上种箱2、下种箱3、清种刷4、蒜瓣5、输送带6、主动轮7、排种管8、轴承9、拨杆10、拨杆摆动轴11、电控单元12、护种带13、护种带主动轮14、机架15、摄像头2、排种器的工作原理在重力作用下，蒜种由上箱落入下箱。在双面齿形带转动过程中，蒜种落入种槽，落入种槽中的蒜瓣可能不止一个，这样可提高取蒜的成功率，减少大蒜播种机械的漏播。此后，蒜种随传送带运动，由于传送带成一定角度，不在槽内以及多余的部分蒜种在重力的作用下落回下箱，如果种槽内的蒜瓣仍多于一个，在蒜种经过清种刷下方时，清种刷进行清种，清种后的种槽内将只有一粒蒜种，此时，蒜瓣尖只有两个朝向，机构完成第一次定向。蒜瓣在保护带的压紧作用下，沿主动轮弧线运动，至换向器下端时受重力作用下落，停于输种管水平槽内。蒜瓣在运动经过摄像头时进行图像采集和处理，换向器根据图像处理结果在蒜瓣停于输种管水平槽时拨动蒜瓣，使蒜瓣落入输种管竖直部分时尖部向上，完成第二次换向。蒜瓣运动的整个路线两侧均设有挡板，所以蒜瓣不会从侧面掉落。输送带上两槽间距设定为株距，能很好的配合完成播种，因此在本设计中选择这种排种方案。3.1传送带槽型尺寸、与水平面间角度试验设计3、两个主要部分的设计四个实验3.1.1蒜瓣尺寸测量传送带槽型尺寸、与水平面间角度试验设计排种器设计主要受到大蒜外形和尺寸的影响，但对于同一种类的大蒜，其密度分布差异不大，因此，按照质量进行划分也可以有效地体现按外形和尺寸划分的结果。从实验结果可以看出大蒜蒜瓣的长宽高平均值分别为L=28.92mm、W=18.31mm、H=6.96mm。按质量将其分为三级：大于6g为一级蒜瓣，小于5g为三级蒜瓣，5g-6g之间为二级蒜瓣四个实验3.1.2大蒜蒜瓣重心测定传送带槽型尺寸、与水平面间角度试验设计对蒜种重心进行测定可以找出蒜种从种子上箱落下以及蒜种在输送种槽内排放状态的规律。本实验采用悬挂法并采用平行光投影原理分析蒜种重心的分布规律。将蒜瓣测试图投影划分为9个区域，结果表明蒜瓣重心集中分布在区域5和区域8交界处。四个实验3.1.3大蒜蒜种自然休止角的测定传送带槽型尺寸、与水平面间角度试验设计为了确定种子箱锥体部分倾角以及输种带与水平面之间的夹角，需要对蒜种的自然休止角进行测定。由于蒜种的体积较大，实验中采用自然堆放法测量蒜种自然休止角。求得休止角为a=38.68度四个实验3.1.4槽型尺寸、角度正交试验传送带槽型尺寸、与水平面间角度试验设计影响试验因素：为了保证蒜种传送的连续性，要求传送带种槽具有良好的充种能力，根据预先实验，可以观察到，运输带上种槽的槽深、输送带与水平面间夹角、传送速度、蒜种质量、传送时的振动等都会影响到蒜种的正确传送率，通过实验确定其主要的影响因素如下：槽深h，输送带与水平面间夹角a，蒜种质量G。排种性能试验指标：蒜种正确输送率ψ。将蒜种能够单一，连续的在种槽内输送视为正确输送。将一段距离内连续种槽内蒜种与种槽的个数比定义为蒜种正确输送率。对试验指标正确输送率来讲，其因素影响的顺为序蒜种质量A、槽深C、角度B。因素的优水平A取第1水平，C取第2水平，B取第2水平较好，最佳组合处理为A1B2C2。即蒜瓣质量取4g，传送角取15度，槽深取6mm。3.2二次定向部分设计3、两个主要部分的设计蒜种的二次换向通过拨杆的摆动及排种管的特殊结构实现，拨杆由摆动杆和旋在拨叉端的推头组成。在步进电机的带动下，通过齿轮齿扇传动，使换向器绕固接于机架的转轴摆动，将落于具有特殊结构的排种管水平槽内的蒜种按系统需要的方向推入排种管。其结构及原理如图所示：换向机构4.1清种刷设计：4、其他部分的设计清种刷用于清除种槽内多余的蒜种，考虑不同品种蒜瓣个体体积存在差异，为确保种刷清种时对不同品种大蒜的适应性，种刷与机架采用螺栓连接，在机架上开设导向槽，种刷可前后移动，因皮带与水平面存在一定角度，这样就调整了种刷与皮带间的距离，进而调整了毛刷作用在蒜瓣上的力。截距Pb=5，取直径d=60，由d=Pb*z/л得z=37.68取z=37计算d=58.92Dc=d-2&=d-1.144=57.784.2输送带轮设计：4、其他部分的设计4.3传动齿轮选取：4、其他部分的设计该机构齿轮传输动力仅用于皮带的输送，速度较慢，受力较小，故无需校核。农业机械取精度等级8-11，保证传动比i=1，且两轮转向相反，压力角a=20。，模数m=2，齿数z=45。取渐开线齿轮，由于农业机械工作环境恶劣，所以材质选用灰铸铁。4.4机架设计：4、其他部分的设计机架总体采用25x25x3角钢焊接而成，部分区域为便于零件安装，采用截面为25x3的钢板条焊接。机架上按零件安装要求设有安装孔。四、排种器装配效果图五、结语大蒜播种机是农业机械化领域的一项重要研究内容，本srt小组成员在我院硕士研究课题《基于图像处理的大蒜播种机排序机构设计》的基础上进行了机械输送部分的设计，成功的实现了机械输送与电子识别的结合，使蒜种的尖部朝向得到了控制。实现了将蒜瓣从群体状态分离，单个传输。实现了一次定向，即蒜种在进入图像识别过程之前只有两个朝向，为图像处理做了必要的准备。创新性的设计了机构构的二次定向部分。本课题得出的结论主要有以下几点：然而，本次研究仅从利用机械实现输送的方向进行了考虑，在图像识别和程序控制方面未有涉及，其能否实现两个部分的完美配合还需进一步的实验进行检验。另外，在实际应用过程中，可通过增加输送机构和识别机构来提高播种效率。总之，提高大蒜播种机的自动化水平是一项庞大而且复杂的过程，由于能力有限和时间的不足，本项研究尚有很多方面有待提高。恳请各位老师给予指导！谢谢！2011年11月17日