自走式水稻育秧播種機(jī)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

繆磊 黃毅成 黃康倫 陳勇

摘 要：采取理論研究、規(guī)律探索與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，針對某型號多功能自走式水稻育秧播種機(jī)，在不改變裝備主要用途和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的前提下，通過研制基于氣力吸附的軟質(zhì)秧盤無重疊連續(xù)拼擺盤技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)秧盤輸送裝置、播種鋪土裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、行走控制系統(tǒng)等功能模塊，實(shí)現(xiàn)裝備高程度復(fù)式作業(yè)，進(jìn)一步減少了秧盤壅堵現(xiàn)象，提升了育秧播種穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)機(jī)具性能優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：育秧播種機(jī);自走式;多功能;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號 S223文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）19-0089-03

Performance Optimization Design of a Self-propelled Rice Seedling Seeder

Miu Lei1 et al.

Abstract：By means of combining theoretical research，law exploration and experimental verification，aiming at a certain type of multi-functional self-propelled rice seedling seeder，without changing the main use and infrastructure of the equipment，this paper optimizes the design of seedling tray by developing a soft seedling tray non-overlapping continuous tilting tray technology based on pneumatic adsorption. Functional modules such as conveying device，seeding and paving device，power drive device and walking control system can realize high-level compound operation of equipment，further reduce the backup phenomenon of seedling tray，improve seeding stability and optimize the performance of seedling raising and seeding machine.

Key words：Seedling seeder;Self-propelled;Multi-function;Optimum design

1 引言

實(shí)踐表明，育秧環(huán)節(jié)的好壞直接影響水稻的栽插質(zhì)量和返青分蘗能力，決定著水稻產(chǎn)量。目前我國水稻育秧方式主要采用的是以人工為主的人工育秧模式和以育秧流水線裝備為基礎(chǔ)的流水線育秧模式，但都存在一定弊端。主要表現(xiàn)為：集成化程度低，育秧流水線主要集成鋪底土、播種、覆土環(huán)節(jié)[1]，其他環(huán)節(jié)需通過人工或輔助裝備實(shí)現(xiàn)育秧，需外部提供電源;物資投入多，為便于搬運(yùn)、擺盤，多選用硬質(zhì)秧盤，一次性投入多，且需要空間儲存秧盤;作業(yè)效率低，分段式的作業(yè)方式，需大量人工投入，調(diào)查顯示，1 hm2秧田流水線及人工模式播種育秧分別需人工225個(gè)、645個(gè);秧苗素質(zhì)不穩(wěn)定，由于人工參與環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)致產(chǎn)生播種不均勻、土體種子移位、秧盤變形等現(xiàn)象。本文在某型號育秧機(jī)前期設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對裝備基礎(chǔ)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)一步提升其裝備性能，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效復(fù)式、多功能水稻育秧裝備。

2 原裝備結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 基本結(jié)構(gòu) 自走式水稻育秧播種機(jī)[2]主要由6個(gè)工作模塊構(gòu)成，裝備能夠?qū)崿F(xiàn)秧盤的喂入、鋪底土、播種、覆土、盤輸出、盤下滑、盤擺放7道工序一次完成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1。

1.操作臺板 ?2.整體播種鋪土裝置 ?3.秧盤輸送擺落裝置

4.履帶行走裝置 ?5.減速傳動(dòng)裝置 ?6.動(dòng)力裝置

2.2 工作原理

2.1.1 操作臺板 集成操縱手柄、控制面板、秧盤疊放平臺等，機(jī)具工作時(shí)，由人工將秧盤拼放于秧盤輸送裝置，橫向放置2張/排。

2.1.2 整體播種鋪土裝置 集成多倉種土箱、鋪覆土裝置、播種器等，秧盤在輸送過程中完成鋪底土、播種、覆土，播種量5擋可調(diào)。

2.1.3 秧盤輸送擺落裝置 集成刮覆土裝置、鏈輪傳動(dòng)裝置、秧盤擺落裝置等，實(shí)現(xiàn)秧盤從喂入到攤放的輸送功能，將秧盤連續(xù)平整的攤放在秧板上。

2.1.4 減速傳動(dòng)裝置 集成主動(dòng)軸、輸出軸，動(dòng)力換擋及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等，輸出軸共3根，分別給履帶行走裝置、秧盤輸送裝置、播種鋪土裝置提供動(dòng)力。

2.1.5 電機(jī)及控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)，鋪土電機(jī)、播種電機(jī)、覆土電機(jī)、傳輸帶電機(jī)等之間的動(dòng)作邏輯關(guān)系及內(nèi)部控制算法調(diào)節(jié)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)拼擺盤裝置 針對秧盤人工喂入環(huán)節(jié)，研制了基于氣力吸附的軟質(zhì)秧盤無重疊連續(xù)拼盤擺放技術(shù)，實(shí)現(xiàn)秧盤自動(dòng)喂入，解決了軟質(zhì)秧盤擺盤易壟疊、拼盤易間斷等問題。通過對原操作臺板部位進(jìn)行改進(jìn)，機(jī)構(gòu)包括秧盤吸附提升裝置、喂盤擺桿機(jī)構(gòu)、間隙性供氣系統(tǒng)等。工作時(shí)，首先吸附提升裝置將秧盤提升到擺桿取盤位置，再由擺桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)喂盤，氣流供給控制系統(tǒng)由微型吸泵及多路管道構(gòu)成，依據(jù)提升、擺桿裝置動(dòng)作規(guī)律控制柔性吸附皮嘴氣流供給（圖2）。

3.2 播種鋪土穩(wěn)定裝置 播種鋪土均勻性、軸輥運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性等機(jī)具性能直接影響著育秧質(zhì)量。對裝備各工作模塊進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決播種鋪土過程中播種均勻性低、軸輥易振顫、土體易堵塞等難題。

3.2.1 電機(jī)及控制系統(tǒng)優(yōu)化 如圖3所示，采用行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)[3]作為播種鋪土軸的驅(qū)動(dòng)裝置，通過碟簧向定、轉(zhuǎn)子提供預(yù)壓力，利用碟簧的零剛度特性，使預(yù)壓力保持穩(wěn)定，使電機(jī)平穩(wěn)輸出，大幅提高播種鋪土作業(yè)穩(wěn)定性。

3.2.2 整體播種鋪土裝置優(yōu)化

3.2.2.1 防堵塞設(shè)計(jì) 如圖4所示，在底土倉、覆土倉中設(shè)計(jì)加裝碎土裝置，包括碎土軸、雙頭螺柱，雙頭螺柱按一定的間距通過雙螺母背緊在碎土軸上，相鄰的螺柱交錯(cuò)設(shè)置為90°，露出端起到碎土作用。當(dāng)泥土（基質(zhì)）太潮濕或長期積壓，導(dǎo)致凝結(jié)成塊狀，通過碎土裝置將塊狀打碎有利于鋪土均勻;并在播種箱兩側(cè)加裝電磁激振裝置，產(chǎn)生激勵(lì)力防止種子和基質(zhì)在排出時(shí)出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。

3.2.2.2 播種器優(yōu)化設(shè)計(jì) 如圖5所示，選用結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、通用性好的外槽輪排種器，為克服槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對種子流形成的帶動(dòng)層，槽輪凹凸形成的脈動(dòng)[4]等現(xiàn)象影響，設(shè)計(jì)了一種梯齒弧形槽輪播種軸，采用一體化軸平行梯形齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，梯形齒條有14組，梯形齒距、齒寬分別為齒高的1.2～1.4倍、1.4～2倍，弧形槽兩邊與梯形齒相切;改進(jìn)后播種器具有播種均勻、對種子損傷小等優(yōu)點(diǎn)，種子破損率≤0.8%。

3.3 接地仿形裝置 如圖6所示，為實(shí)現(xiàn)秧盤無間隙、無震顫攤放，對秧盤輸送擺落裝置進(jìn)行改進(jìn)。采用多鉸接平行四桿單自由度仿形機(jī)構(gòu)，AA、AB、BB構(gòu)成的平行四桿機(jī)構(gòu)繞A、B鉸接處轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，剛性連接在AB上的輸送擺落裝置隨著地勢的起伏，在仿形過程中始終作上、下的平行運(yùn)動(dòng)，使接地膠體部分入土角始終不變且貼地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無級角度接地仿形，利于秧苗出苗整齊。

4 總結(jié)

針對上代機(jī)型試驗(yàn)、應(yīng)用中遇到的實(shí)際問題，對各工作模塊進(jìn)行針對性改進(jìn)及性能優(yōu)化。通過試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，優(yōu)化后的裝備各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。裝備集成水稻育秧關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)，一次性完成自動(dòng)喂盤、鋪底土、播種、覆土、鋪盤等多道工序，實(shí)現(xiàn)自走、自播、自鋪連續(xù)作業(yè)功能，大幅提升了水稻種植的“運(yùn)、育、栽、管”機(jī)械化水平，填補(bǔ)了行業(yè)空白。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：汪新國）