水稻育秧播種機(jī)秧盤(pán)運(yùn)送擺放裝置設(shè)計(jì)

孫振雨

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)可一次性完成鋪土、播種、覆土等作業(yè)，工作效率不小于660 盤(pán)·h-1，是水稻育秧播種的重要生產(chǎn)方式，被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)播種的秧盤(pán)需整齊擺放于育秧大棚苗床，為后續(xù)稻種生根發(fā)芽、移秧插秧做好準(zhǔn)備。現(xiàn)階段，從電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)播種完畢到放于地面，秧盤(pán)基本由人工手動(dòng)放置完成。該工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，重復(fù)性強(qiáng)，節(jié)奏快，對(duì)人員腰部損傷大，需耗費(fèi)大量體力。不僅用工多，而且在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中容易出現(xiàn)工作失誤，導(dǎo)致秧盤(pán)跌落傾灑，現(xiàn)急需專(zhuān)用機(jī)具替代人工作業(yè)。

因此，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)的秧盤(pán)運(yùn)送裝置，該裝置可完成接盤(pán)、運(yùn)盤(pán)、放盤(pán)作業(yè)，運(yùn)行平穩(wěn)且擺放整齊，解決了水稻秧盤(pán)從播種機(jī)到大棚苗床的轉(zhuǎn)運(yùn)難題。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

該裝置主要由調(diào)速電機(jī)、驅(qū)動(dòng)鏈輪、電池組、調(diào)速控制器、機(jī)架、運(yùn)送平臺(tái)、鏈條、運(yùn)送大鏈輪、行走輪、鏈條托輥、運(yùn)送小鏈輪、工作鏈輪、行走鏈輪等幾個(gè)部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.調(diào)速電機(jī)；2.驅(qū)動(dòng)鏈輪；3.電池組；4.調(diào)速控制器；5.機(jī)架；6.運(yùn)送平臺(tái)；7.鏈條；8.運(yùn)送大鏈輪；9.行走輪；10.鏈條托輥；11.運(yùn)送小鏈輪；12.工作鏈輪；13.行走鏈輪

1.2 工作原理

該裝置主要由兩部分構(gòu)成，行走部分和工作部分。行走部分由蓄電池為調(diào)速電機(jī)提供動(dòng)力，調(diào)速電機(jī)與行走輪鏈輪通過(guò)鏈條連接，行走輪安裝固定于機(jī)架底部，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行走動(dòng)作。行走速度可通過(guò)調(diào)整調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

調(diào)速電機(jī)的動(dòng)力輸出軸安裝有驅(qū)動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)鏈輪與運(yùn)送平臺(tái)的運(yùn)送小鏈輪通過(guò)鏈條連接，將動(dòng)力傳遞到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)。

秧盤(pán)運(yùn)行軌跡如圖2所示。

圖2 秧盤(pán)運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

當(dāng)運(yùn)送平臺(tái)縱向移動(dòng)到指定位置，繼續(xù)隨鏈條向前運(yùn)動(dòng)，橫向運(yùn)送秧盤(pán)，到達(dá)卸盤(pán)處時(shí)將秧盤(pán)放置于指定位置，同時(shí)整機(jī)向前移動(dòng)至下一個(gè)秧盤(pán)放置處，繼續(xù)放置秧盤(pán)，直至放置結(jié)束，返回播種機(jī)處，重復(fù)工作。

行走部分采用電瓶驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)化程度高?？蓪?shí)現(xiàn)秧盤(pán)對(duì)接，準(zhǔn)確高效。作業(yè)部分采用鏈條輸送，可靠性強(qiáng)，規(guī)范化高，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，一致性較好。保證擺盤(pán)作業(yè)效率的同時(shí)不會(huì)耽誤播種工作，有助于農(nóng)戶(hù)搶占時(shí)節(jié)。

行走部與作業(yè)部配合作業(yè)，二者既可以獨(dú)立完成各自任務(wù)又可以同時(shí)工作，完成運(yùn)送、擺放作業(yè)。

考慮到育秧大棚內(nèi)空間有限，以及水稻秧盤(pán)質(zhì)軟易變形的特性，工作部分采用鏈傳動(dòng)、運(yùn)送平臺(tái)柔性回轉(zhuǎn)的工作方式。

2 主要技術(shù)參數(shù)

整機(jī)尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：170 cm×36 cm×63 cm；

行駛速度：1.2 m·s-1；

作業(yè)效率：≥660盤(pán)·h-1；

配套動(dòng)力：0.2 kW；

作業(yè)電機(jī)型號(hào)：6IK200RGN-CF(6GN-5K)；

行走電機(jī)型號(hào)：6IK200RGN-CF(6GN-3K)；

傳動(dòng)方式：鏈傳動(dòng)。

3 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)及選型

3.1 運(yùn)送平臺(tái)的設(shè)計(jì)

根據(jù)農(nóng)戶(hù)實(shí)際生產(chǎn)情況，秧盤(pán)價(jià)格差距較大，一般硬質(zhì)秧盤(pán)3.2元·個(gè)-1，軟質(zhì)秧盤(pán)0.36元·個(gè)-1，從節(jié)約成本角度考慮農(nóng)戶(hù)大多采用軟質(zhì)秧盤(pán)。為適應(yīng)秧盤(pán)較軟特性，設(shè)計(jì)采用聚乙烯苫布作為運(yùn)送平臺(tái)，該材質(zhì)可減小振動(dòng)并受力均勻，同時(shí)保證不撒籽不跑土。聚乙烯苫布可實(shí)現(xiàn)柔性回轉(zhuǎn)，節(jié)約空間，減少相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

運(yùn)送平臺(tái)為運(yùn)送水稻秧盤(pán)的主要部件，承載、運(yùn)送、放置水稻秧盤(pán)的作用，設(shè)計(jì)尺寸為310 mm×600 mm，寬度大于秧盤(pán)尺寸300 mm×600 mm。運(yùn)送平臺(tái)四角與輸送鏈條固定連接，運(yùn)送平臺(tái)隨鏈條前進(jìn)而前進(jìn)。

3.2 機(jī)架的設(shè)計(jì)

機(jī)架為整機(jī)的骨架部分，起到支撐、固定作用，工作部件合理、有序安裝在機(jī)架上。針對(duì)2BC-660型電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)外形尺寸(3 940 mm×475 mm×1 065 mm)進(jìn)行機(jī)架設(shè)計(jì)[1]。設(shè)計(jì)中確保水稻秧盤(pán)運(yùn)送平臺(tái)高度與播種機(jī)出盤(pán)高度一致，保證平穩(wěn)接收秧盤(pán)；根據(jù)軟性秧盤(pán)尺寸設(shè)計(jì)工作區(qū)間尺寸。

機(jī)架設(shè)計(jì)為矩形框架結(jié)構(gòu)，如圖3所示。機(jī)架工作區(qū)間寬度320 mm，高度560 mm，由兩根底梁、四根立柱、三根橫梁和兩根縱梁焊合而成。為了采購(gòu)方便，節(jié)約成本，所有梁柱選用50 mm×25 mm×1.5 mm矩形方管。

圖3 機(jī)架示意圖

3.3 鏈傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)

按照機(jī)架的設(shè)計(jì)尺寸及部件安裝位置確定鏈傳動(dòng)中心距。已知：工作鏈傳動(dòng)中心距L工作=290 mm；L行走=300 mm，預(yù)期行駛速度v=1.2 m·s-1。

為了平均鏈輪磨損程度，提高鏈輪使用壽命，一般鏈輪齒數(shù)設(shè)計(jì)為奇數(shù)，且最好為質(zhì)數(shù)。

設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)鏈輪齒數(shù)為19，工作鏈輪齒數(shù)為17，行走鏈輪齒數(shù)為17；運(yùn)送大鏈輪、運(yùn)送小鏈輪齒數(shù)分別為17和13。

根據(jù)齒數(shù)及鏈條型號(hào)08A計(jì)算得到鏈輪主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 各鏈輪主要技術(shù)參數(shù)

3.4 鏈條的選型及效核

運(yùn)送平臺(tái)數(shù)量N的確定。

N=L/l

(1)

式中L—運(yùn)送鏈條工作長(zhǎng)度，mm；

l—運(yùn)送平臺(tái)長(zhǎng)度，mm。

已知L=3 022 mm，l=600 mm，代入式(1)計(jì)算得N=5。

播種秧盤(pán)質(zhì)量m計(jì)算

m=m1+m2+m3

(2)

式中m1—稻種質(zhì)量，g；

m2—底土質(zhì)量，g；

m3—覆土質(zhì)量，g。

根據(jù)本地調(diào)查，單盤(pán)播種量m1=80 g，底土厚度10 mm，覆土厚度5 mm；育秧土按照《NY/T 1534—2019水稻工廠(chǎng)化育秧技術(shù)規(guī)程》處理，得到育秧土密度1 021.5 kg·m-3(1.0 g·cm-3)[2]。

已知m1=80 g；m2=1 800 g；m3=900 g；代入式(2)得m==2.78kg。

播種完畢的單盤(pán)最大靜載荷Q=M×N×G=2.78×5×10=139N，(G=10N·kg-1)。

工作鏈條最大載荷Qmax=5·Q=560N。

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得選用08A，節(jié)距P=12.7mm，抗拉載荷Q=13.8kN，且Q>Qmax，可保證鏈條在工作過(guò)程中不會(huì)因抗拉載荷導(dǎo)致鏈條斷裂。

3.5 電機(jī)的選型

針對(duì)不同作業(yè)場(chǎng)所的作業(yè)條件差距較大，農(nóng)戶(hù)作業(yè)水平參差不齊的情況，電機(jī)采用減速電機(jī)，并配套使用速度調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)作業(yè)速度和行進(jìn)速度獨(dú)立、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同農(nóng)戶(hù)差異化工作效率。

蓄電池為減速電機(jī)提供動(dòng)力，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)整機(jī)工作。整機(jī)行走部分選用6IK200RGN-CF(6GN-3K)型減速電機(jī)，工作部分選用6IK200RGN-CF(6GN-5K)型減速電機(jī)，整機(jī)選用3塊天能6-DZF-20型蓄電池。

4 使用

4.1 檢查

開(kāi)機(jī)前檢查。檢查各部件安裝是否齊全，確認(rèn)各零部件安裝牢固可靠。提前將蓄電池充滿(mǎn)電。

4.2 試運(yùn)行

打開(kāi)控制器開(kāi)關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)速度至最大，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確認(rèn)作業(yè)、行走過(guò)程中無(wú)刮碰、異響、變形等故障，確認(rèn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4.3 就位

控制行走部將機(jī)具移動(dòng)至電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)出盤(pán)處，控制作業(yè)部運(yùn)轉(zhuǎn)，將運(yùn)送平臺(tái)入口與出盤(pán)處相接。

4.4 接收，承載

秧盤(pán)從出盤(pán)處離開(kāi)時(shí)啟動(dòng)作業(yè)部，調(diào)整運(yùn)送平臺(tái)速度與秧盤(pán)前進(jìn)速度相同，二者緊密接觸，秧盤(pán)離開(kāi)出盤(pán)處落入運(yùn)送平臺(tái)。運(yùn)送平臺(tái)承接完一個(gè)秧盤(pán)自動(dòng)承接下一個(gè)，連續(xù)不斷地承接秧盤(pán)。

4.5 運(yùn)送

當(dāng)裝置承接的第一個(gè)秧盤(pán)到達(dá)卸盤(pán)處時(shí)，關(guān)閉作業(yè)開(kāi)關(guān)，停止接盤(pán)動(dòng)作。打開(kāi)行走作業(yè)開(kāi)關(guān)，調(diào)整裝置前進(jìn)方向，控制行走速度，將裝置行走至苗床指定位置。

4.6 擺放

打開(kāi)作業(yè)控制器，將秧盤(pán)從卸盤(pán)處卸下，同時(shí)調(diào)整行走部行走速度，使裝置后退速度與運(yùn)送平臺(tái)速度保持一致。

4.7 返回

擺放結(jié)束返回播種機(jī)重復(fù)作業(yè)。

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種水稻秧盤(pán)自動(dòng)運(yùn)送、擺放裝置，該機(jī)具設(shè)計(jì)功能明確、針對(duì)性強(qiáng)；解決了電動(dòng)水稻育秧播種機(jī)播種作業(yè)完成后秧盤(pán)由播種機(jī)運(yùn)送至育秧大棚苗床位置的難題，實(shí)現(xiàn)了該過(guò)程的機(jī)械化；整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。

該裝置通過(guò)三維軟件CAXA2013實(shí)體設(shè)計(jì)建立了模型，經(jīng)檢查未出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。