播种机排种机构的虚拟样机设计与仿真

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Design and Simulation for Virtual Prototype of the Seed-Metering DeviceGU Li-ya(Department of Mechanical and Electrical Engineering，Suzhou Vocational Colege，Jiangsu Suzhou 215104，China)Abstract：Mini-handy COtTt planter is wildly applied in the planting area present.seed-metering devise ofwhich is the keypart controlling the planting accuracy.Itfoc.es on the common handy planter，through designing ofa single seed，two seed，three seed metering device controled by a new type ofthe seed-metering device，to solve the problems，like low-accuracy ofthe seed-controling device，seedjamming，high empty-hole ratio，and inconvenient operation.With the support ofthe CAD，it provides the seed-metering device structure and its injection mold design，together with the kinematics simulation andfiniteelement analysis，which optimizes the design resultandimproves the efficiencyofthe design。

Key Words：Planter；Seed-Metering Device；Kinematics Simulation；Finite Element Analysis(FEA)l l百我国是-个农业大国，而玉米常年种植面积保持在 2400万hm 左右，居世界第二位。随着农业机械化的发展，出现了大量的自动化播种机械 ，但是随着农村联产承包责任制的推行 ，土地被划分得较为零碎，这样就极大的制约了大中型农业机械的使用，这样就急需要-种小型、轻便、操作简单、价格低廉、排种准确、适应性很强的播种机-1]。

对播种机的排种机构进行了深人的理论分析与实验研究，总结现在大部分的手提式播种机在播种H，-t在以下问题：(1)播种精度不高、卡籽、空穴现象严重；(2)单籽、双籽、三籽控制装置不可靠，操作不方便；(3)排种轮强度不够、棘齿磨损严重口。

针对以上问题，提出了设计-种新型的排种装置，并利用计算机辅助设计功能完成排种装置的结构设计与模具设计，利用计算机辅助分析功能对其进行分析，优化设计，计算合理的相关参数，以期达到理想的效果[31。

2排种装置结构设计2.1播种机播种原理播种机结构，如图 1所示。主要由箱体、压杆、排种机构(拨叉、棘轮、排种轮)、凸轮和鸭嘴开穴器组成。当播种施肥时，通过手柄向下压动播种机，使鸭嘴开穴器垂直入土，这时压杆受到土壤的阻力与播种机产生相对移动，同时带动拨叉，拨叉通过棘轮带动排种轮和肥轴转动，当移动到某-固定位置时，完成拨籽和取肥动作，这时要向上提起播种机手柄，通过凸轮打开鸭嘴，完成- 次播种施肥的动作。

来稿日期：2012-09-12基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK2009635)作者简介：顾丽亚，(1981-)，女，江苏常州人，讲师，实验师，主要研究方向：先进制造技术图 1压动式播种机播种原理Fig.1 Principle of Pressing-Type Planter第7期 顾丽亚等：播种机排种机构的虚拟样机设计与仿真 2312.2排种装置籽数控制装置的结构设计 套播种机要求能够实现单籽 、双籽和j籽播种的控制 ，设计方案，如图2所示。排种轮 L部的空间被隔板分割成A、B两个空间，当把插板插入 B空间的开口时，种箱内的种子就只能进人 A区域，实现单籽拨种；而将插板插入A空间的开口时，种箱内的种子就只能进入曰区域，则可实现双籽拨种；若将插板取下(不插入任何开口)，种箱内的种子将能进入A、曰两个区域，即可实现二籽拨种 。

41.插板 2.隔板 3月巴腿 4.排种轮 图2装配结构图Fig.2 Assembling Structure Graph3利用 ADAMS软件对排种装置进行运动学仿真3.1仿真条件分析主要是验证机构运动有无干涉，能否正常完成拨籽动作 ，另外通过拉杆行程与排种轮转角曲线图，验证机构的合理性。在ADAMS中显示模型的初始状态 ，如图3所示。本次方针将拉杆设置为滑动副，将拨叉设置为转动副，将排种轮设置为圆柱副 ，在端盖施加压缩弹簧力，制动爪设置为转动副，同时施加-个迫使其压向排种轮的弹簧力，在拨叉与拉杆、拨叉与排种轮的接触位置设置接触力。在模型中分别定义了各运动部件的特性参数。由于各部件质量较轻，因此忽略质量的影响 。

图 3仿真条件的设置Fig.3 Sim ulation Program Seting3.2排种机构预设条件仿真分析结果 按照预设置的条件进行仿真，得到拉杆行程与排种轮的转角变化曲线，如图4所示。分析曲线可知，水平轴为拉杆行程，从-57位置到-7之间为排种轮转动区域 ，也就是表明排种轮完成-个完整转角，拉杆至少需要移动 50 him。而拉杆的实际行程为71mm(从-57到 14)，能够满足工作要求。仔细观察图发现图中圆圈的区域有-段反转的角度(67.5～57.5)。，这是由于制动爪与排种轮径向齿之间的间隙造成的，并且随着使用时间的增加，由于磨损的作用，该角度有增大的趋势。而这个反转角过大，将会造成反向卡籽现象，因此必须尽量减小反转的角度。修改参数后的曲线，如图 5所示∩以发现，圆圈内的反转角度明显减小了(6157.5)。，由于制动爪与排种轮径向齿之间的间隙不可能完全消除，因此该角度也不可能完全消除，现在的结果已经完全能够达到正常使用的要求了16J。

065 O6O 0 45 040 035 030 025 020 0l5 010 005 000Analysis：Last- Run length(mm)图4初始条件的曲线Fig.4 Curve of the Initial Condition誊 鍪 簿 ：上Il j ； ! j/ i i l l： 0 j i 奠毒065 060 u 45 040 035 030 .025 02U O1) Olu 005 Analysis：lst Run lngth(mm)图5修改参数后的曲线Fig.5 Cuwe After Modifying the Parameters4基于ANSYS的排种轮有限元分析有限元模型，如图6所示。曲线是根据左侧表格里的数据得出来的，如图7所示。施加-个扭矩在拨叉上面，让排种轮另-端固定，从而可以看出拨叉与排种轮接触区域的应力分布情况，根据不同的扭矩，所对应的牛顿力也不同，从而得出的拨叉与排种轮间的接触区域应力值的也不同。表格里有当用不同的牛顿力去转动拨叉时，有对应的拨叉，排种轮所产生的应力。通过分析，可以得出以下结论：当使用 6.515N.m的扭矩(即对应 162.88N的力量)去转动拔叉时，排种轮产生的应力仅为8.34MPa；拔叉产生的詈薹 ㈨! 《232 机 械设 计 与制 造No.7July.2013应力仅为 9.03MPa，都远远小于材料的屈服强度 43MPa，因此从分析结果来看，拔叉、排种轮应该是安全的17-Ol。

建立有限元模型约束图6有限元模型Fig.6 Finite Element Model////////0.00 50.00 100.00 1 50.00 200 00此轴心旋转图7计算及处理结果Fig.7 Calculation and Processing Results5结论通过对小型播种栅I生能要求的分析后提出了-种新型的机械式排种机构，设计了-款单籽、双籽、三籽可控的排种装置，利用 PRO/E软件完成机构模型与该机构中的主要部件注塑模具的方案设计；利用ADAMS软件对排种装置进行运动学仿真、基于ANSYS对排种轮进行有限元分析优化及校核，由于采用了虚拟样机技术 ，避免了反复制作物理样机的成本，优化排种轮结构，延长了排种轮使用寿命，这样不仅提高了设计效率，还提高了设计的准确性，为其它小型农机产品的设计、制造提供了思路和具体措施，具有推广价值。