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(guó)內(nèi)現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(jī)，使用UG10.0軟件進(jìn)行水稻種子除芒機(jī)的設(shè)計(jì)、建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，大大縮短了除芒機(jī)的設(shè)計(jì)周期，仿真分析結(jié)果驗(yàn)證了其工作原理的可行性，所設(shè)計(jì)的除芒機(jī)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(jī)具。

關(guān)鍵詞：水稻種子；除芒機(jī)；設(shè)計(jì)；仿真

中圖分類號(hào)：S2265文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.001

基金項(xiàng)目：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（XC2015015）。

作者簡(jiǎn)介：劉文志（1996-），男，黑龍江拜泉人，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化2014級(jí)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(xué)博士，研究方向：水稻機(jī)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(dá)不到應(yīng)有的精度，達(dá)不到水稻機(jī)械化播種的要求，因此，設(shè)計(jì)高效精密的水稻種子除芒機(jī)，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(jìn)而可提高水稻產(chǎn)量，對(duì)水稻增產(chǎn)增收有著十分重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)除芒機(jī)大多為臥式除芒機(jī)，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(jì)了一種立式水稻種子除芒機(jī)。通過UG10.0建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，驗(yàn)證了其原理的可行性，為水稻種子除芒提供了一種新機(jī)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(shí)需求，設(shè)計(jì)的水稻種子除芒機(jī)，主要由電機(jī)、減速器、外殼、進(jìn)料斗，除芒部分和風(fēng)選裝置等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2工作原理

工作時(shí)，首先打開控制面板3上的電源開關(guān)，電動(dòng)機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器4將動(dòng)力傳至除芒葉片軸，葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)。將水稻種子從入料口1倒入進(jìn)料斗，通過葉片的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)6，打開風(fēng)機(jī)8，同時(shí)打開排種控制器11，此時(shí)水稻種子排出，經(jīng)風(fēng)選裝置將雜質(zhì)與水稻種子分離，分離后的雜質(zhì)進(jìn)入集塵盒9，種子從排種口排出，完成整個(gè)除芒過程。

2主要部件設(shè)計(jì)

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

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

2.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)（如表1）

2.2除芒葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除芒葉片為螺旋形，其螺旋角為90°（如圖2）。在旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋式除芒葉片可對(duì)水稻種子表面施加搓擠力并翻動(dòng)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(shí)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(dāng)葉片出現(xiàn)損壞時(shí)，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(dòng)的情況下離心力很小，從而減小整個(gè)裝置的振動(dòng)，提升整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，達(dá)到延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命的效果。

2.4電機(jī)的選擇

選擇電機(jī)時(shí)，需滿足以下幾個(gè)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(jī)所受載荷平穩(wěn)且整機(jī)尺寸不宜過大，故選用6IK120GN電動(dòng)機(jī)。

2.5外殼的設(shè)計(jì)

該機(jī)中，外殼既起到保護(hù)罩的保護(hù)作用又起到機(jī)架的支撐作用，從而簡(jiǎn)化機(jī)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(jiǎn)單、質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、易加工等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足使用要求。

2.6傳動(dòng)系統(tǒng)

葉片軸的轉(zhuǎn)速是影響除芒機(jī)工作的重要因素之一。轉(zhuǎn)速過低，會(huì)使除芒率降低，達(dá)不到工作要求；轉(zhuǎn)速過高，會(huì)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(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)性能可靠，因此選用聯(lián)軸器作為動(dòng)力傳動(dòng)的紐帶。

3三維建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

3.1UG10.0建模

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

3.2應(yīng)用UG10.0進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

鑒于UG10.0強(qiáng)大的仿真功能，進(jìn)入仿真界面，添加各部件之間的連接副如表2所示，在電動(dòng)機(jī)上添加驅(qū)動(dòng)力，開啟運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。通過運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析（如圖5），該機(jī)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(jī)能夠滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，工作原理可行。

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

該機(jī)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，在出現(xiàn)故障時(shí)可快速進(jìn)行拆卸維修，節(jié)省時(shí)間。整體結(jié)構(gòu)輕便易移動(dòng)，可根據(jù)需要轉(zhuǎn)移到工作地點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，適用于實(shí)驗(yàn)室使用，單人即可操作，工作效率高。

使用UG10.0進(jìn)行建模和仿真分析，縮短了機(jī)器的設(shè)計(jì)周期，該技術(shù)在機(jī)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(shí)各部件運(yùn)轉(zhuǎn)正常，驗(yàn)證了該機(jī)器工作原理的可行性，但該機(jī)器的可靠性需要在實(shí)際工作中加以檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭宏，趙鳳芹.水稻種子除芒機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012（11）.

[2]趙淑紅，楊悅乾，閻以勛，等.小區(qū)水稻除芒機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011（9）.

[3]潘九軍，李淑艷，于志斌.除芒機(jī)[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，1994（4）：33.

[4]郭勝.小區(qū)水稻除芒機(jī)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[5]魏清勇.日本HD-102型風(fēng)選脫芒機(jī)簡(jiǎn)介[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2001，10（5）：39.

[6]張偉，胡軍，車剛，等.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2011.

[7]宋洪波，安鳳萍，欒明川.軸流差動(dòng)除芒清選機(jī)[J].農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械，1997（2）：11.

[8]段寶林，趙妍，于興軍.2CM-200型水稻除芒機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2001（3）：74.

[9]徐灝，蔡春源，嚴(yán)雋琪，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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