水稻种子除芒机的设计与仿真

刘文志+张欣悦+刘岩龙

摘要：为了确保水稻精量播种的农艺要求，提高播种质量，在吸取国内现有先进技术的基础上，设计了效率高、性能稳定，且符合水稻生产播种要求的水稻种子除芒机，使用UG10.0软件进行水稻种子除芒机的设计、建模、运动学仿真分析，大大缩短了除芒机的设计周期，仿真分析结果验证了其工作原理的可行性，所设计的除芒机能够满足除芒率高、破损率低的要求，为水稻种子除芒提供一种新机具。

关键词：水稻种子；除芒机；设计；仿真

中图分类号：S2265文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.001

基金项目：黑龙江八一农垦大学校级大学生创新创业训练计划项目（XC2015015）。

作者简介：刘文志（1996-），男，黑龙江拜泉人，黑龙江八一农垦大学工程学院农业机械化及其自动化2014级在读本科生，E-mail：1119218952@qq.com。

通讯作者：张欣悦（1981-），女，黑龙江大庆人，副教授，工学博士，研究方向：水稻机械化种植技术，E-mail：zxydeemail@126.com。

水稻种子除芒是水稻播种前的重要工序，在过去，由于生产技术较落后，常常是除芒效果差或不除芒，这直接影响到了水稻的播种质量，使播种达不到应有的精度，达不到水稻机械化播种的要求，因此，设计高效精密的水稻种子除芒机，能直接提高播种精度，使播后的种子出苗整齐度高，秧苗素质一致，进而可提高水稻产量，对水稻增产增收有着十分重要的意义。

目前，国内除芒机大多为卧式除芒机，工作效率较高，但在除芒过程中，由于种子受重力作用，堆积于滚筒下方，容易形成作业死区，影响除芒效果。为了消除作业死区，本文设计了一种立式水稻种子除芒机。通过UG10.0建模与运动学分析，验证了其原理的可行性，为水稻种子除芒提供了一种新机具。

1产品结构及工作原理

1.1构造

根据水稻播种的现实需求，设计的水稻种子除芒机，主要由电机、减速器、外壳、进料斗，除芒部分和风选装置等组成，结构如图1所示。

1.2工作原理

工作时，首先打开控制面板3上的电源开关，电动机6转动，电动机通过联轴器4将动力传至除芒叶片轴，叶片轴转动。将水稻种子从入料口1倒入进料斗，通过叶片的高速转动，使稻種与稻种、稻种与工作零件间产生较大的摩擦力，以除去水稻种子上的芒。随后，关闭电动机6，打开风机8，同时打开排种控制器11，此时水稻种子排出，经风选装置将杂质与水稻种子分离，分离后的杂质进入集尘盒9，种子从排种口排出，完成整个除芒过程。

2主要部件设计

设计水稻种子除芒机时，需要考虑以下因素：（1）满足除芒要求，工作性能可靠；（2）机器在工作时有较高的工作效率；（3）机器在除芒的同时，要降低水稻种子的破损率。

在掌握水稻种子除芒机的工作原理之后，对机器的主要部件进行参数化设计，以便于用UG10.0软件进行建模。

2.1主要设计参数（如表1）

2.2除芒叶片结构设计

除芒叶片为螺旋形，其螺旋角为90°（如图2）。在旋转时，螺旋式除芒叶片可对水稻种子表面施加搓挤力并翻动水稻种子，在离心力和摩擦力的作用下，种子的芒、毛刺等被除去，实现除芒效果。该除芒叶片采用螺栓连接的形式固定在叶片轴上，当叶片出现损坏时，便于更换。

2.3除芒叶片在叶片轴上的排列

除芒叶片在叶片轴上的布置如图3所示，除芒装置的除芒叶片共6组，沿叶片轴轴线成60°分布，以保证在叶片轴高速转动的情况下离心力很小，从而减小整个装置的振动，提升整个装置的稳定性，达到延长机器使用寿命的效果。

2.4电机的选择

选择电机时，需满足以下几个要求：（1）额定功率为120 W；（2）调速后的转速为500 r/min；（3）可立式布置；（4）自带齿轮减速器。由于该机所受载荷平稳且整机尺寸不宜过大，故选用6IK120GN电动机。

2.5外壳的设计

该机中，外壳既起到保护罩的保护作用又起到机架的支撑作用，从而简化机器整体结构。该外壳采用薄钢板冲压而成。具有成型快、结构简单、质量轻、强度好、易加工等优点，可以满足使用要求。

2.6传动系统

叶片轴的转速是影响除芒机工作的重要因素之一。转速过低，会使除芒率降低，达不到工作要求；转速过高，会使破损率增加，不能满足除芒要求。联轴器联接结构简单、传动平稳、传动性能可靠，因此选用联轴器作为动力传动的纽带。

3三维建模及运动学仿真

3.1UG10.0建模

此设计中的各部件通过图纸设计，接下来使用UG10.0软件进行建模，创建三维实体，全部零件建模完成后，应用UG10.0进行总体装配，装配完成的模型如图4。

3.2应用UG10.0进行运动学仿真分析

鉴于UG10.0强大的仿真功能，进入仿真界面，添加各部件之间的连接副如表2所示，在电动机上添加驱动力，开启运动学仿真。通过运动学仿真分析（如图5），该机器在工作过程中无干涉现象，各部件工作正常，螺旋叶片和滚筒之间的间隙大小符合使用要求，该除芒机能够满足预期的设计要求，工作原理可行。

除芒机相比，消除了作业死区，提高了除芒率，同时，该机各组件可灵活拆卸，便于机器的维修与调整。

该机器的结构简单，操作便捷，在出现故障时可快速进行拆卸维修，节省时间。整体结构轻便易移动，可根据需要转移到工作地点。其结构设计合理，适用于实验室使用，单人即可操作，工作效率高。

使用UG10.0进行建模和仿真分析，缩短了机器的设计周期，该技术在机械领域具有较大的应用和发展前景，仿真结果表明，其工作时各部件运转正常，验证了该机器工作原理的可行性，但该机器的可靠性需要在实际工作中加以检验。

参考文献：

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