高速水稻移栽机新型送秧装置的设计与试验

摘要

水稻钵体毯状苗和钵苗的机械化移栽能提高单位面积水稻的产量和水稻在特定地区的复种指数，并缩短水稻种植的周期。送秧装置是水稻移栽机械的关键工作部件之一，其作用在于为水稻种植机构精准稳定的输送秧苗，使其实现按钵取苗。目前国内外对水稻钵苗或钵体毯状苗送秧装置的研究较少，且现有送秧装置存在工作效率低、精度不高或结构复杂等问题。
　　本文根据高速水稻移栽机对送秧装置提出的要求，分别设计了适用于水稻钵苗和钵体毯状苗的送秧装置，以提高这两种移栽机械的送秧精度和稳定性。主要工作内容如下：
　　1）综述了目前国内外常见水稻种植机械的送秧装置及其工作原理，分析了各种送秧装置的优缺点，并在此基础上提出了钵苗和钵体毯状苗送秧装置的设计要求。
　　2）针对水稻钵体毯状苗高速插秧机，设计了采用具有四杆机构-棘轮机构的纵向送秧驱动装置，解决了传统的单向轴承间歇机构送秧时存在的累计误差问题；选用了双面同步带代替原有的单面同步带进行秧苗的纵向送秧，解决了秧苗相对送秧带打滑的问题；设计了固连式锁紧机构和弹性阻力式锁紧机构，前者保证了非纵向送秧过程中水稻秧苗相对秧箱的位置固定可靠，后者在前者的基础上改善了纵向送秧完成瞬间存在的“过冲现象”。
　　3）建立了水稻钵体毯状苗纵向送秧机构的运动学模型，通过 MATLAB软件对机构参数进行了求解，并对其进行了三维建模和虚拟仿真。加工了试验样机，并对样机进行详细的试验，试验结果表明当插秧机工作效率达到250次/min时，单次纵向送秧误差低于±2mm，多次纵向送秧后不产生累计误差，秧苗与双面同步带能可靠的同步传动，分插机构能按钵取苗。
　　4）针对水稻钵苗移栽机，设计了一套新的纵向送秧装置和横向送秧装置。纵向送秧装置具有提前锁紧的功能，横向送秧装置能实现非匀速周期性移箱，前者保证了纵向送秧的精度和稳定性，后者降低了移栽机构取秧过程中秧箱移动的距离。
　　5）给出了新型纵向送秧装置的运动学模型，并开发了对应的优化分析软件，通过软件得到了一组较优的设计参数。设计了对应的凸轮摆杆机构以减小纵向送秧过程中的冲击振动。对横纵向送秧装置进行了建模和仿真分析。
　　6）设计并加工了水稻钵苗移栽试验台，对新型送秧装置横向移箱过程的运动学特性和纵向送秧精度及稳定性进行了试验。试验结果显示横向移箱装置与设计要求相符，纵向送秧机构在高速工作情况下的单次送秧误差小于±2mm且多次送秧后未出现累积误差和漏送的问题。
　　7）设计了水稻钵苗移栽机送秧装置，为后续的乘坐式移栽机样机研发奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 本文的研究目的与意义

1.2 水稻种植机械送秧装置的发展和现状

1.3 研究目标与研究思路

1.4 本课题的工作安排

1.5 本章小结

第二章 高速插秧机钵体毯状苗纵向送秧装置的设计

2.1 设计要求

2.2 纵向送秧机构工作原理

2.3 纵向送秧机构的设计

2.4 建模与仿真

2.5 本章小结

第三章 高速插秧机钵体毯状苗纵向送秧装置的试验与改进设计

3.1 室内试验

3.2 田间试验

3.3 存在的问题

3.4 改进设计与仿真分析

3.5 改进后的试验对比

3.6 本章小结

第四章 水稻钵苗移栽机送秧装置的设计

4.1 设计要求

4.2 工作原理

4.3 横向送秧装置的设计

4.4 纵向送秧传动机构的设计

4.5 纵向送秧驱动机构的设计

4.6 仿真分析

4.7 本章小结

第五章 水稻钵苗移栽试验台的设计与试验

5.1 水稻钵苗移栽试验台介绍

5.2 无苗空载试验

5.3 有苗试验

5.4 存在的问题及改进方案

5.5 本章小结

第六章 水稻钵苗纵向送秧机构辅助分析与优化软件的开发

6.1 软件的功能介绍

6.2 软件的实现原理

6.3 参数优化

6.4 本章小结

第七章 水稻钵苗纵向送秧装置的改进设计与仿真分析

7.1 纵向送秧驱动机构的改进设计与建模

7.2 改进后机构的仿真分析

7.3 本章小结

第八章 水稻钵苗送秧装置总成的设计

8.1 秧箱的结构设计

8.2 传动箱的设计

8.3 本章小结

第九章 总结与展望

9.1 总结

9.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间的成果