2ZB-6 33/25型寬窄行缽苗擺栽機(jī)傳動系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王洪明，吳文科，曾文進(jìn)，胡 幫，吳 毅

（湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，湖南 長沙 410004）

2ZB-6 33/25型寬窄行缽苗擺栽機(jī)傳動系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王洪明，吳文科，曾文進(jìn)，胡 幫，吳 毅

（湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，湖南 長沙 410004）

文章主要介紹2ZB-6 33/25型寬窄行水稻缽苗擺栽機(jī)的傳動系統(tǒng)原理研究與設(shè)計(jì)。

缽苗擺栽；寬窄行；傳動系統(tǒng)

湖南省雙季水稻機(jī)插水平較低，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，全省機(jī)插秧水平約為20%。水稻機(jī)械化栽植技術(shù)成為水稻全程機(jī)械化發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重制約了水稻生產(chǎn)地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。因此，為了盡快實(shí)現(xiàn)水稻全程機(jī)械化、糧食增產(chǎn)增收和保障我國糧食安全生產(chǎn)，研究雙季稻產(chǎn)區(qū)水稻栽植機(jī)械化新技術(shù)迫在眉睫，引進(jìn)消化國外水稻先進(jìn)的栽植機(jī)械化設(shè)備勢在必行。湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站以農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目（引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)）為依托，引進(jìn)日本缽苗擺栽機(jī)械化技術(shù)，通過對該技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)、消化、再創(chuàng)新，完成適合我國雙季水稻產(chǎn)區(qū)缽苗插秧機(jī)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和示范，制定雙季水稻缽苗插秧機(jī)械化技術(shù)規(guī)范。

1 缽苗擺栽機(jī)的基本機(jī)構(gòu)

引進(jìn)日本井關(guān)APGP-6型缽苗擺栽機(jī)，該機(jī)配套發(fā)動機(jī)功率5.9kW、額定轉(zhuǎn)速3600r/min、工作行數(shù)6行、行距330mm、工作效率0.33～0.4hm2（5～6）畝/h、插植機(jī)構(gòu)形式為回轉(zhuǎn)滑道式。其基本結(jié)構(gòu)包括：底盤及行走機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、秧苗插植機(jī)構(gòu)等主要部分。

2 樣機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)原理

由于引進(jìn)缽苗擺栽機(jī)樣機(jī)工作行數(shù)為6行，行距330mm，根據(jù)計(jì)算，畝基本苗蔸數(shù)大約為；17000蔸，根據(jù)湖南省雙季水稻的農(nóng)藝要求，畝基本苗蔸數(shù)必須保證在20000蔸以上，故必須對引進(jìn)樣機(jī)的行距進(jìn)行改進(jìn)。通過測繪及計(jì)算，引進(jìn)樣機(jī)工作幅寬布置圖如圖1所示。

圖1 原擺栽機(jī)工作幅寬布置圖

經(jīng)過對引進(jìn)樣機(jī)原理結(jié)構(gòu)的反復(fù)研究分析，可以得出各獨(dú)立工作裝置之間的距離因受結(jié)構(gòu)限制無法縮小，只能保持330mm的行距不變，各獨(dú)立工作裝置的幅寬是可以改進(jìn)縮小到250mm。因此，通過設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的工作幅寬布置圖如圖2所示：

圖2 改進(jìn)后工作幅寬布置圖

經(jīng)過計(jì)算，原有引進(jìn)樣機(jī)無法滿足湖南省雙季稻地區(qū)的農(nóng)藝要求，通過改進(jìn)工作幅寬布置，確定設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

3 工作部分各機(jī)構(gòu)運(yùn)動相位分析與改進(jìn)

通過高速攝像機(jī)在原機(jī)器低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)進(jìn)行攝像后分析，工作部分從取秧到擺栽完成，并回到初始位置一個(gè)周期內(nèi)有108幀圖像，按順序查看這108幀圖像即可記錄每個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動動作的始終，根據(jù)記錄繪制成各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動相位關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3 原擺栽機(jī)工作部分各機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系相位圖

原機(jī)擺栽6行，行距均為330mm，由三組相同單元組成工作裝置。每單元組工作一個(gè)周期，完成14蔸秧苗的同時(shí)取秧和運(yùn)送，然后通過2套橡膠皮帶裝置分左右兩邊將7蔸秧苗按序輸送，再由左右分置的擺栽盤裝置對稱安裝的2個(gè)擺栽爪依次擺栽到田間。國產(chǎn)化樣機(jī)要求行距為250mm，則每單元擺栽裝置的工作幅寬需縮窄80mm，根據(jù)機(jī)構(gòu)分析，同時(shí)取秧必須由14蔸降為10蔸，為了不降低機(jī)器擺栽效率，則需保持皮帶輸送速度和擺栽盤轉(zhuǎn)速不變，因而從取秧到運(yùn)送秧苗的速度需要加快。

原每單元在一個(gè)工作周期內(nèi)完成14蔸秧苗的擺栽，可同時(shí)取樣14蔸，改進(jìn)后同時(shí)取秧為10蔸，為保證擺栽速度不變，則需要提高取秧和運(yùn)送速度。

需提高的轉(zhuǎn)速為：Δn=（14-10）/14×100%=28.5714%

根據(jù)計(jì)算，改進(jìn)后擺栽機(jī)一個(gè)工作周期應(yīng)為77幀，各機(jī)構(gòu)按相應(yīng)比例的相位進(jìn)行調(diào)整，得出改進(jìn)后工作部分各機(jī)構(gòu)運(yùn)動的相位圖。如圖4所示：

圖4 改進(jìn)擺栽機(jī)工作部分各機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系相位圖

通過相位分析，得出改進(jìn)擺栽機(jī)工作部分各機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系相位圖，從而驗(yàn)證改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可行性。

4 工作傳動部分的改進(jìn)設(shè)計(jì)

經(jīng)過對原機(jī)的測繪分析，其傳動路線及各傳動副的參數(shù)如圖5所示：

圖5 傳動系統(tǒng)路線圖

根據(jù)傳動路線和相位圖分析，只要改變工作部分主傳動軸上一對錐齒輪的傳動比即可實(shí)現(xiàn)取秧和運(yùn)送等機(jī)構(gòu)的提速。具體計(jì)算如下：

原該對錐齒輪的傳動比：

則該對錐齒輪副傳動比應(yīng)為：

i'=1.75-1.75Δn=1.25

根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度分析，該對錐齒輪副的小齒輪齒數(shù)保持不變?yōu)橐恕?/p>

改進(jìn)后的錐齒輪副小齒輪齒數(shù)仍為：

Z'1=12

所以改進(jìn)后的錐齒輪副大齒輪齒數(shù)應(yīng)為：

Z'2=1.25Z'1=1.25×12=15

另外，因該錐齒輪副傳動比發(fā)生變化，小錐齒輪的端面定位結(jié)構(gòu)部分同時(shí)發(fā)生改變，經(jīng)計(jì)算小齒輪頂端面與大齒輪中心軸線的距離縮短了7.5mm，故小齒輪定位端面部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)加長7.5mm。

改進(jìn)后，因?yàn)辇X輪傳動負(fù)荷理論上分析稍有變小，但所占比例可忽略，因此，該對齒輪副的模數(shù)和其他設(shè)計(jì)參數(shù)保持不變。改進(jìn)后經(jīng)樣機(jī)試驗(yàn)，各機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)，運(yùn)行可靠，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

通過對各個(gè)工作部件的運(yùn)動軌跡和相位分析，對傳動路線上的各傳動副進(jìn)行再設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)缽苗頂秧機(jī)構(gòu)、秧苗輸送機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)撥盤的有序配合，達(dá)到缽苗秧苗的有序擺栽。根據(jù)再設(shè)計(jì)要求試制，試驗(yàn)樣機(jī)能完全按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行作業(yè)。

[1]井關(guān)農(nóng)機(jī)株式會社.日本井關(guān)乘坐式擺栽機(jī)使用說明書（APGP6）[M].江蘇常州：井關(guān)農(nóng)機(jī)（常州）有限公司，2008.

[2]李建橋，張國鳳，陳建能，等.缽苗有序移栽機(jī)構(gòu)的研究進(jìn)展及應(yīng)用展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008，（2）：1-5.

[3]于曉旭，趙勻，陳寶成，等．移栽機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45，（8）：44－53．

[4]高英武，任述光，湯興初，等.步進(jìn)式水稻缽苗擺植機(jī)送秧機(jī)構(gòu)的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003，34（2）：37－39.

[5]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

[6]蔡亞軍．水稻機(jī)械插秧技術(shù)推廣應(yīng)用的實(shí)踐與探索[J]．中國農(nóng)機(jī)化，2008，（2）：50-54．

[7]來永見，王琨博，熊文江.ZB-630型水稻缽苗移栽機(jī)技術(shù)簡介[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2014，（1）：59-60.

“雙季水稻缽苗擺栽機(jī)械化技術(shù)引進(jìn)試驗(yàn)示范”（項(xiàng)目編號：2014-Z60）；農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目。

王洪明，男，湖南漣源人，湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站站長，高級工程師。

吳文科，男，湖南漣源人，碩士研究生導(dǎo)師，湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站副站長，研究員。