水稻插秧机移箱机构的发展研究.pdf

2008年5月农机化研究第5期水稻插秧机移箱机构的发展研究徐飞军，李革，赵匀(浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州31O018)摘要：移箱机构是水稻插秧机的重要部件，它担负着纵、横向送秧的工作，对插秧机的取秧量和工作可靠性有直接影响。随着机械插秧向高速化方向发展，对移箱机构也提出了更高的要求。为此，研究了国内外移箱机构的工作原理和结构特点，提出了移箱机构设计和制造的发展趋势。关键词：水稻插秧机；移箱机构；高速化；研究进展中图分类号：$223912文献标识码：A文章编号：1003188X(2008)05-0001040引言水稻机械插秧以其节省秧田、提高工效、缓解劳力矛盾、减轻劳动强度、降低直接成本及增产作用明显等诸多优点，越来越受到广大农民的欢迎。随着科技的进步，插秧机有了很大的改进，随之而来的是移箱机构的改进。目前，全国水稻生产机械化快速发展，设计出高效、可靠的移箱机构已成为国产高速插秧机开发的一个重要课题。1移箱机构的作用移箱机构是插秧机的重要组成部分，其作用是根据农艺要求把秧苗连续不断地按一定速度、定量进行横向送秧和纵向送秧，并传递动力，驱动栽植臂工作。横向送秧时，保证栽植臂每插一次使得秧苗横向移动一定距离；纵向送秧时，秧箱移动到左、右两端位置时，对秧苗进行整体的纵向送秧。2水稻插秧机移箱机构的类型和特点21转盘齿条式移箱机构转盘齿条式移箱机构，如图1所示。转盘齿条式移箱机构主要由移箱盘和移秧齿条组成。移箱盘固定在传动轴上，随轴一起转动。移箱盘上装有换向器，换向器由左旋和右旋两根螺旋条组成。移箱齿条连同齿条架活套在传动轴上。齿条架上的插头与秧箱的插座连接。当移箱盘旋转时，换向器的螺旋条推动齿条移动一个距离，并通过齿条架上的插收稿日期：20071O-08基金项目：国家科技支撑计划项目(2006DAD28B00)作者简介：徐飞军(1981一)，男，杭州人，硕士研究生，(E-meil)xfj0003390163com。通讯作者：赵匀(1946一)，男，哈尔滨人，教授，博士生导师，(Emeil)zhaoyunzstueducn。头，带动秧箱横移。当秧箱盘嵌入齿条时，起定位作用，秧箱不移动，供分插机构分取秧苗。移箱盘转1圈，秧箱移动1次。当齿条移到最后个齿时，齿条架下部的锁定卡顶开销将移箱盘上的锁定卡顶开，换向器换向，齿条即在换向器另一根螺旋条的作用下向相反方向移动。移箱盘在传动轴的带动下连续旋转，秧箱便做间歇往复运动，完成横向送秧工作。但是，该机构的结构尺寸大，在换向时冲击振动较大。1插头2齿条架3齿条4传动轴5圆柱销6移箱盘7锁定卡8换向器9锁定卡顶开销图1转盘齿条式移箱机构222ZTX一430型三轴移箱机构2ZTX一430型插秧机的移箱机构，如图2所示。国产2ZTX-430型水稻插秧机移箱机构箱体内安装了3根轴，驱动轴向栽植臂和螺旋轴传递动力。在这个机型中，移箱轴起着双重作用，即横向移箱和纵向送秧。该轴既轴向移动又绕自己的轴心转动。螺旋轴带动滑套推动移箱轴横向移动和拨动移箱轴旋转完成纵向送秧。这种机型将送秧轴和移箱轴合并为1根，箱内维普资讯2008年5月农机化研究第5期只有3根轴。其优点是结构简单、零件少，减少了材料消耗和整机质量，降低了成本；不足之处是滑套及凸轮的加工精度要求较高，必须保证安装在螺旋轴上的两个送秧凸轮与送秧轴上的两个回位凸轮相平行，使秧箱在两个端点的送秧量一致。移箱轴由于肩负两种功能容易产生变形，特别是移箱轴与秧箱不平行时，移箱轴容易弯曲，使得纵向送秧后推杆及棘爪难以回位，影响下次送秧。1移箱轴2螺旋轴3驱动轴4动力输入轴5推杆6滑套7回位凸轮8送秧凸轮图22ZX-430型插秧机的移箱机构23井关PF1O0型插秧机移箱机构井关PFlO0型插秧机的移箱机构，如图3所示。其取消了箱体，只有一根螺旋轴。工作时，螺旋轴带动滑套直接推动秧箱进行送秧工作，并且用端部安装的凸轮拨动送秧杆进行纵向送秧。这种机构的结构简单，占用空间位置小。但因为用螺旋轴直接推动秧箱，使得螺旋轴负荷较大，加上没有箱壳盛装润滑油，润滑条件差，磨损大。因此，只适用于秧箱较小、驱动力较小的两行机。7l345b1秧箱2链轮3螺旋轴4滑套5橡胶护套6送秧杆7凸轮图3井关PF1O0型插秧机的移箱机构24PF455S插秧机移箱机构东洋PF455S插秧机移箱机构，如图4所示。箱内安装了4根轴，动力输入轴通过链轮输入动力，螺旋轴带动滑套推动横向送秧轴进行横向移动，送秧轴负责纵向送秧。因装在螺旋轴上的滑套跨接在横向送秧轴和纵向送秧轴上，并与横向送秧轴和纵向送秧轴配合，使该移箱机构传动平稳工作可靠。这种4轴移箱机构的最大特点在于通过苗移送拨叉组合实现可调节横向送秧量。三联齿轮和二联齿轮相互啮合配对可以产生3个挡位。根据啮合齿轮的传动比不同而改变秧箱的移动速度，从而达到改变横向送秧量的目的。1横向送秧轴2滑套3纵向送秧轴4螺旋轴5齿轮组6齿轮组7动力输入轴8苗移送拨叉组合9链轮图4东洋PF455s插秧机移箱机构25洋马乘坐式高速水稻插秧机移箱机构洋马乘坐式高速水稻插秧机移箱的机构传动简图，如图5所示。1中间连轴2横向移动驱动连轴3螺旋轴4插植主轴5，7齿轮6插植驱动轴8，16，17，18链轮9圆锥齿轮轴10，11圆锥齿轮12移动环13，15齿轮组14滑键图5洋马乘坐式高速水稻插秧机移箱机构由于插秧速度的提高，该机构的振动和磨损也大为增加。其中，对螺旋轴的设计提出了更高要求。秧箱移动的动力是由螺旋轴齿槽上往复移动的滑块带动的，插秧速度提高1倍，移箱的移动速度也增加l倍，从而导致滑块与螺旋轴之间的磨损加剧。该机构的最大优点是装在插植主轴上的拉链式变速机构，有4种挡位，由4对齿轮组成，主要由挂挡控制拨叉拨动移动环，带动滑键滑动。当滑键滑到某一组齿轮时，由装在滑键上的移动弹簧片锁定滑键和齿轮组，动力就经过这组齿轮由插植主轴传给维普资讯2008年5月农机化研究第5期螺旋轴。这种拉链式变速机构的设计，具有体积小、结构简单、挡位多、便于操作等优点。26韩国国际插秧机移箱机构韩国国际插移秧机移箱机构(如图6所示)箱体分为主副两个箱体。主箱体内安装了4根轴，负责横向移动和纵向送秧；副箱体内机构负责驱动分插机构和输送动力到主箱体内。这种移箱机构的最大特点是体积小、质量轻。该机构的另一大特点是一对齿轮(5)和齿轮(8)安装在箱体外面。这样既节约了箱体内的空间，同时也是一种很好的调节横向送秧量方法。齿轮(5)和齿轮(8)的作用是将动力从移箱动力输入轴传到螺旋轴，同时当改变两齿轮的传动比时，螺旋轴的横向移动速度改变，从而实现了调节横向取秧量的目的。1圆锥齿轮轴2分插机构驱动轴3链条4移箱动力输入轴5，8齿轮6纵向送秧轴7螺旋轴9横向送秧轴1O滑套11滑块12，13凸轮14纵向送秧杆图6高速水稻插秧机四轴移箱机构27高速水稻插秧机的减冲击移箱机构该高速水稻插秧机的移箱机构(如图7所示)包括装在箱体内的动力传送装置及传动箱外的横向、纵向送秧装置。动力通过一对圆锥齿轮传给螺旋轴，经滑套、滑块带动秧箱横向往复移动，实现横向送秧；同时，通过螺旋轴上的两组链轮传动分别将动力传给传动拨叉轴和分插机构主轴，与传动拨叉轴连接的拨叉轴拨动纵向送秧轴带动秧苗输送带间歇运动，实现纵向送秧，分插机构主轴则带动分插机构转动完成取秧、插秧动作。仅有圆锥齿轮、链轮传动件装在箱体内，横向、纵向送秧组件置于传动箱外，使整个箱体结构更加紧凑，且质量减轻。秧箱滑道的两端和螺旋轴的两端安置压力弹簧，配置在传动箱外面，固定在秧箱架上，让缓冲装置直接承受移箱冲击载荷，减少中间传动机构的磨损。滑块和滑道的磨损主要是移箱走到一端后反向运动3一的惯性力引起，通过优化转向端滑道的曲率、弹簧的刚度和预紧力可以达到减小冲击。其原则是滑道和滑块之间的受力最小，它能满足高速水稻插秧机送秧、取秧的要求。1，16缓冲弹簧2传动箱箱体3，5从动链轮4传动拨叉轴6，12链条7，11主动链轮8从动圆锥齿轮9主动圆锥齿轮10主动轴13螺旋轴14滑块15滑套17拨叉轴18拨叉19秧箱2O秧箱滑道图7高速水稻插秧机的减冲击移箱机构3移箱机构发展趋势移箱机构经过多年的发展，已经从简单的齿条式发展到具有缓冲弹簧的高速水稻插秧机移箱机构。对于移箱机构的发展趋势，笔者认为还有以下问题需要进一步的研究：1)减小移箱的冲击磨损。随着水稻机械向高速化发展，移箱机构的冲击磨损必然加剧。同时，我国插秧机占有量较少，南方的双季稻和正在推广的跨区作业，使中国1台高速插秧机年工作量是日本的10倍以上。为此，可以通过以下两种方法来减小冲击：一是外部增加缓冲装置，合理有序地吸收和释放冲击载荷能量；二是改变螺旋轴上槽的结构，在轴的两端回转处采用变曲率滑道，减小滑块在两端转向时形成的冲击。2)采用新型材料。为了达到整机轻型化的目的，在保证刚度要求的情况下，移箱箱体采用较轻的铝合金材料。3)采用横向送秧量和纵向送秧量都可调装置。随着我国水稻机械化的快速发展，带来水稻插秧区域化的问题，既有南北方水稻田地的差异，又有秧苗大小的不同，所以采用送秧量可调的装置才具有广阔的市场前景。维普资讯2008年5月农机化研究第5期4结束语纵观水稻插秧机移箱机构的发展，充分体现出实用高效和重视原始创新的原则。随着近年来水稻插秧机向降低生产成本、节省劳动力以及多种功能方向开展研究与推广，要求移箱机构的性能更加可靠。同其它产品一样，水稻插秧机移箱机构的研发存在一个设计、改进、定型的过程。为此，本文通过对多种移箱机构的研究，提出了几点移箱机构的发展趋势，为进一步研究提供参考依据。参考文献：1李宝筏日本插秧机分插机构平衡问题的分析J农机情报资料，1982(2)：13-222北京农业工程大学农业机械学(上册)M北京：中国农业出版社，19943江苏工学院农业机械学(上册)M北京：中周农业机械出版社，19884赵匀农业机械计算机辅助分析与设计M北京：清华大学出版社，19985杨文珍水稻种植机械喂入机构的计算机辅助分析与设计D杭州：浙江大学，20016杨文珍，杨友东，赵匀，等高速水稻插秧机四轴移箱机构原理设计J中国农机化，2005(5)：67-697杨文珍，赵匀，李革，等高速水稻插秧机移箱螺旋轴回转轨道优化设计J农业机械学报，2003(6)：1671688赵匀，张国风，陈建能，等高速水稻插秧机的减冲击移箱机构：中国，ZL2005100494924P，20070901DevelopandResearchoftheSeedlingFeederMechanismXUFeijun，LIGe，ZHAOYun(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，ZhejiangSciTechUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：TheseedlingfeedermechanismisanimportantcomponentoffleetransplanterItbearsajobofgivingaseedlingtransverselyanddirectionIthavesdirecteffecttofetchaseedlingamountsandthejobreliabilityDevelopwiththefactthatmachinerytransplantsriceshootsspendingdirectiontohighspeed，organizationhasalsobroughtforwardhigherrequesttoseedingfeedermechanismThepaperstudiestheoperati