小型机械式插秧机设计研究.doc

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1、小型机械式插秧机设计研究摘要：针对贵州喀斯特地貌的小型农田的栽植环境，设计了一款可分离小型机械式插秧机。此装置采用人力带动链轮与锥齿轮联合驱动，通过秧盘底下的曲柄滑块机构实现秧盘横向移动送秧、曲柄插秧机构拨动秧盘上的秧块实现纵向插秧。通过分析横向送秧机构的工作原理，建立曲柄滑块机构的运动学模型，计算得出：连杆1为79mm、连杆2为125mm、偏心距e为35mm。对关键部件利用有限元仿真进行分析评估。结果表明：该装置设计合理，秧盘移动机构工作可靠，可满足插秧工作。关键词：小型机械；插秧机；设计；有限元仿真由于地形原因（特别是贵州喀斯特地区），一些地区农田分散，大型插秧机和其他农业机械的普

2、及受到限制，且山区水稻种植以梯田及零散种植居多[1]，该地区的现行水稻栽培方式还是以地膜水育秧、人工手插为主，生产成本高，劳动强度大，作业条件艰苦且效率低下[2]，使高产水稻作物难以发挥其潜力。针对小型田间秧苗的插秧工作，徐高飞等[3]设计了手扶便携式插秧机，此款插秧机为人力驱动，但工作效率相对较低；邵陆寿等[4]设计了半机动插秧机，采用人力牵引的组合式秧箱，但此款插秧机操作不便；郑银河等[5]设计了2行手扶式机动水稻插秧机，该机器配备单缸小型汽油机，但此款插秧机发动机易进水，过水渠时可能损坏发动机，同时该插秧机价格昂贵且对环境有污染。针对目前贵州秧苗的栽植现状，设计了一台小型机械式插

3、秧机，旨在为满足贵州小型田间秧苗的栽植提供便利。此款可分离小型机械式插秧机适用于贵州小型田间秧苗的栽植，具有灵活轻便的特点，弥补了市面上对小型插秧机的缺口。1插秧机结构及工作原理41.1插秧机基本结构。该插秧机主要由链轮传动、自行车、秧盘、秧块、曲柄滑块机构、锥齿轮传动、秧盘前档盘、曲柄插秧机构等组成。整体结构如图1，插秧机背部传动如图2。此插秧技术可用于小型机械式插秧机的设计中，以期为小型插秧机的设计及试验提供借鉴和参考。1.2插秧机工作原理。根据贵州种植习惯及秧苗的农艺规范，采用穗粒兼备的中秆品种钵形毯状苗[6-7]，机械移栽所用苗为中小苗，苗龄为15~20天，苗高为12~17cm

4、，秧块标准大小分别为58cm、28cm和2cm[8-9]，种植程序按农艺规范执行，种植方式为插播、四行单株。基于曲柄滑块机构及自行车驱动的秧苗栽植方式设计了此插秧机，通过研究该栽植方式的关键技术，以期解决当前针对贵州小型田间秧苗栽植面临的机械化困难。工作时，插秧机在田间行走，踩动自行车踏板驱动插秧机工作，传动链将动力传递给插秧曲柄轴，曲柄通过连杆带动秧爪完成分秧及插秧动作。在一个工作循环中，秧爪下行至秧盘，完成分秧动作；秧爪夹持秧苗继续下行，将秧苗插入田间；传动链将动力传递给锥齿轮轴，锥齿轮轴带动曲柄滑块机构将秧盘横移一个步距，将下一株秧苗移至分秧工位；秧爪进入回程阶段，秧爪上移返回工

5、作循环的起始位置[10-11]。2关键部件设计42.1秧盘左右移动的曲柄滑块机构设计。秧箱是插秧机的重要部件，担负着定时、定量、均匀送秧的工作[12-14]。目前移箱机构的设计有三种形式：一是齿条式；二是螺旋轴式[15]；三是链式。此款插秧机采用人力踩动自行车踏板驱动曲柄滑块机构实现秧盘的移动，分析横向送秧驱动机构的工作原理，建立曲柄滑块机构的运动学模型。曲柄滑块机构的位置关系式：Q1s1cosφ1+Q2sinφ1-Q3=s12Q1s2cosφ2+Q2sinφ2-Q3=s22Q1s3cosφ3+Q2sinφ3-Q3=s32式中Q1=2a；Q2=2ae；Q3=a2-b2+e2。通过三组两

6、连杆的对应角位置：φ1=22.51°，s1=179.91mm；φ2=127.44°，s2=30.09mm；φ3=176.87°，s3=39.91mm。运用曲柄滑块机构的位置关系式设计出一组参数，a=79.091mm，b=125.226mm，e=-35.034mm。则a杆取79mm，b杆取125mm，偏心距e取35mm，通过设计得出运动分析曲线如图3，由曲柄滑块机构对应的位置曲线可知该机构为往复运动；从对应的速度曲线可知机构的速度呈正弦变化趋势；由加速度曲线可知此机构加速度部分呈余弦变化。图3运动分析曲线通过设计结果得出的运动分析曲线（图3）可知：驱动秧盘移动的曲柄滑块机构能够进行正常稳

7、定的循环往复工作，曲柄滑块机构的工作行程达到秧苗输送的要求，设计结果满足误差要求。通过计算结果，设计出曲柄滑块机构的3D模型如图4。2.2自行车的设计。基于现有的轮椅三轮车进行设计，重新设计车身的轮子，以适应田间插秧工作，为防止自行车在田间打滑，轮子整周采用开槽处理。由于车架后部宽度过小，不适合插秧机的搭载工作，所以也需重新设计。将车架后部切掉，加宽车架后部的宽度，并增加加强筋，以增加车架的强度，同时也可用来搭载插秧机组件。考虑到田间工作的环境