水稻種子除芒機的設(shè)計與仿真

劉文志+張欣悅+劉巖龍

摘要：為了確保水稻精量播種的農(nóng)藝要求，提高播種質(zhì)量，在吸取國內(nèi)現(xiàn)有先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了效率高、性能穩(wěn)定，且符合水稻生產(chǎn)播種要求的水稻種子除芒機，使用UG10.0軟件進行水稻種子除芒機的設(shè)計、建模、運動學仿真分析，大大縮短了除芒機的設(shè)計周期，仿真分析結(jié)果驗證了其工作原理的可行性，所設(shè)計的除芒機能夠滿足除芒率高、破損率低的要求，為水稻種子除芒提供一種新機具。

關(guān)鍵詞：水稻種子；除芒機；設(shè)計；仿真

中圖分類號：S2265文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.001

基金項目：黑龍江八一農(nóng)墾大學校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（XC2015015）。

作者簡介：劉文志（1996-），男，黑龍江拜泉人，黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院農(nóng)業(yè)機械化及其自動化2014級在讀本科生，E-mail：1119218952@qq.com。

通訊作者：張欣悅（1981-），女，黑龍江大慶人，副教授，工學博士，研究方向：水稻機械化種植技術(shù)，E-mail：zxydeemail@126.com。

水稻種子除芒是水稻播種前的重要工序，在過去，由于生產(chǎn)技術(shù)較落后，常常是除芒效果差或不除芒，這直接影響到了水稻的播種質(zhì)量，使播種達不到應(yīng)有的精度，達不到水稻機械化播種的要求，因此，設(shè)計高效精密的水稻種子除芒機，能直接提高播種精度，使播后的種子出苗整齊度高，秧苗素質(zhì)一致，進而可提高水稻產(chǎn)量，對水稻增產(chǎn)增收有著十分重要的意義。

目前，國內(nèi)除芒機大多為臥式除芒機，工作效率較高，但在除芒過程中，由于種子受重力作用，堆積于滾筒下方，容易形成作業(yè)死區(qū)，影響除芒效果。為了消除作業(yè)死區(qū)，本文設(shè)計了一種立式水稻種子除芒機。通過UG10.0建模與運動學分析，驗證了其原理的可行性，為水稻種子除芒提供了一種新機具。

1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1構(gòu)造

根據(jù)水稻播種的現(xiàn)實需求，設(shè)計的水稻種子除芒機，主要由電機、減速器、外殼、進料斗，除芒部分和風選裝置等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2工作原理

工作時，首先打開控制面板3上的電源開關(guān)，電動機6轉(zhuǎn)動，電動機通過聯(lián)軸器4將動力傳至除芒葉片軸，葉片軸轉(zhuǎn)動。將水稻種子從入料口1倒入進料斗，通過葉片的高速轉(zhuǎn)動，使稻種與稻種、稻種與工作零件間產(chǎn)生較大的摩擦力，以除去水稻種子上的芒。隨后，關(guān)閉電動機6，打開風機8，同時打開排種控制器11，此時水稻種子排出，經(jīng)風選裝置將雜質(zhì)與水稻種子分離，分離后的雜質(zhì)進入集塵盒9，種子從排種口排出，完成整個除芒過程。

2主要部件設(shè)計

設(shè)計水稻種子除芒機時，需要考慮以下因素：（1）滿足除芒要求，工作性能可靠；（2）機器在工作時有較高的工作效率；（3）機器在除芒的同時，要降低水稻種子的破損率。

在掌握水稻種子除芒機的工作原理之后，對機器的主要部件進行參數(shù)化設(shè)計，以便于用UG10.0軟件進行建模。

2.1主要設(shè)計參數(shù)（如表1）

2.2除芒葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計

除芒葉片為螺旋形，其螺旋角為90°（如圖2）。在旋轉(zhuǎn)時，螺旋式除芒葉片可對水稻種子表面施加搓擠力并翻動水稻種子，在離心力和摩擦力的作用下，種子的芒、毛刺等被除去，實現(xiàn)除芒效果。該除芒葉片采用螺栓連接的形式固定在葉片軸上，當葉片出現(xiàn)損壞時，便于更換。

2.3除芒葉片在葉片軸上的排列

除芒葉片在葉片軸上的布置如圖3所示，除芒裝置的除芒葉片共6組，沿葉片軸軸線成60°分布，以保證在葉片軸高速轉(zhuǎn)動的情況下離心力很小，從而減小整個裝置的振動，提升整個裝置的穩(wěn)定性，達到延長機器使用壽命的效果。

2.4電機的選擇

選擇電機時，需滿足以下幾個要求：（1）額定功率為120 W；（2）調(diào)速后的轉(zhuǎn)速為500 r/min；（3）可立式布置；（4）自帶齒輪減速器。由于該機所受載荷平穩(wěn)且整機尺寸不宜過大，故選用6IK120GN電動機。

2.5外殼的設(shè)計

該機中，外殼既起到保護罩的保護作用又起到機架的支撐作用，從而簡化機器整體結(jié)構(gòu)。該外殼采用薄鋼板沖壓而成。具有成型快、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、強度好、易加工等優(yōu)點，可以滿足使用要求。

2.6傳動系統(tǒng)

葉片軸的轉(zhuǎn)速是影響除芒機工作的重要因素之一。轉(zhuǎn)速過低，會使除芒率降低，達不到工作要求；轉(zhuǎn)速過高，會使破損率增加，不能滿足除芒要求。聯(lián)軸器聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、傳動性能可靠，因此選用聯(lián)軸器作為動力傳動的紐帶。

3三維建模及運動學仿真

3.1UG10.0建模

此設(shè)計中的各部件通過圖紙設(shè)計，接下來使用UG10.0軟件進行建模，創(chuàng)建三維實體，全部零件建模完成后，應(yīng)用UG10.0進行總體裝配，裝配完成的模型如圖4。

3.2應(yīng)用UG10.0進行運動學仿真分析

鑒于UG10.0強大的仿真功能，進入仿真界面，添加各部件之間的連接副如表2所示，在電動機上添加驅(qū)動力，開啟運動學仿真。通過運動學仿真分析（如圖5），該機器在工作過程中無干涉現(xiàn)象，各部件工作正常，螺旋葉片和滾筒之間的間隙大小符合使用要求，該除芒機能夠滿足預(yù)期的設(shè)計要求，工作原理可行。

除芒機相比，消除了作業(yè)死區(qū)，提高了除芒率，同時，該機各組件可靈活拆卸，便于機器的維修與調(diào)整。

該機器的結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，在出現(xiàn)故障時可快速進行拆卸維修，節(jié)省時間。整體結(jié)構(gòu)輕便易移動，可根據(jù)需要轉(zhuǎn)移到工作地點。其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，適用于實驗室使用，單人即可操作，工作效率高。

使用UG10.0進行建模和仿真分析，縮短了機器的設(shè)計周期，該技術(shù)在機械領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用和發(fā)展前景，仿真結(jié)果表明，其工作時各部件運轉(zhuǎn)正常，驗證了該機器工作原理的可行性，但該機器的可靠性需要在實際工作中加以檢驗。

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