高速水稻插秧机分插机构研究现状和最新进展.pdf

2003年4月农机化研究第2期高速水稻插秧机分插机构研究现状和最新进展俞高红，赵匀，赵凤芹。，武传宇，杨文珍(1。浙江工程学院机械与自动控制学院，浙江杭州310033；2。浙江大学，浙江杭州310029；3。沈阳农业大学农业工程学院辽宁沈阳110161)【摘要】阐述了分插机构的种类，在分析日本旋转式分插机构工作原理的基础上对已研制成功并被2ll工程评审组专家审定为国际先进水平的几种新型分插机构(差速、偏心链轮、正齿行星轮等)进行了详细的分析和论述。【关键词】农业工程；高速水稻插秧机；评论；分插机构；最新进展【中图分类号】$223。912【文献标识码】A【文章编号11OO3188X(2003)02-0041-03分插机构是水稻插秧机的核心工作部件，其工作性能直接影响到插秧质量和效率。国内外分插机构的研究是随着水稻插秧机的发展逐渐深入的相关理论也逐渐成熟。目前，按分插频率可分为传统分插机构和高速分插机构两种类型。1传统分插机构研究简述传统分插机构主要有摇臂导杆分插机构、转臂滑道分插机构和曲柄摇杆分插机构。摇臂导杆分插机构主要用于人(畜)力插秧机上，适用于洗根苗。转臂滑道分插机构工作原理是分插轮的转动和通过主副滚轮受环形滑道控制的相对于分插轮的摆动组合而成，滑道摩擦大结构复杂。曲柄摇杆分插机构是应用于水稻插秧机上较早的一种分插机构结构简图如图1所示。它是在20世纪60年代初期日本开始研究小苗带土移栽技术、室内机械化盘育秧苗技术和设备的基础上，经过多年的开发创新，研制出曲柄摇杆式分插机构。图1曲柄摇杆分捕机构曲柄摇杆分插机构在我国的代表机型是2ZT一935，它是我国唯一大批量生产的定型水稻插秧机，插秧质量好，得到大面积推广并取得了较好的效果。为了适应于种植双季稻和三季稻的多熟制地区我国浙江金华农机化所研制出了多熟制水稻插秧机该机型号2ZTD一7428，分插轨迹高度达到276mm样机机插苗高能达到30cm而不会出现“搭桥”，机插后直立性较好，但由于加长曲柄半径后，机架振动更为严重。曲柄摇杆分插机构缺点是：高插次时产生的机架振动加剧从而限制了插秧工作效率的提高。同时，分插机构秧爪尖线速度过高，产生分秧不均、伤秧及栽插不稳等缺陷。2高速分插机构研究概述从1980年起，国外开始致力于新型分插机构的研究用以代替传统的曲柄摇杆式分插机构。日本农机化研究所开发的偏心齿轮行星系分插机构和椭圆齿轮行星系分插机构就是其中的代表，机型有YamarRR60高速插秧机。国内从1990年起也开始研究高速分插机构，目前主要研究的有旋转滑道式分插机构、差速式分插机构、(偏心、椭圆)齿轮行星系分插机构、偏心链轮式分插机构和正齿行星系分插机构。21旋转滑道式分插机构在借鉴日本旋转式分插机构的基础上，我国农机学者开始进行旋转式分插机构的国产化研究。图2是1993年吉林四平农机化所设计出的旋转滑道式分插机构，分插频率可达350400次min，分插机构配置在2ZT-9356插秧机上，整机船板作了较大改进，同时配置施肥机构可实现先施肥后插秧适应株距1224cm基本能适应我国北方单季稻地区的稀植和南方多熟制地区插大苗的农艺要求。目前整机性能仍有待于在实践中加以检验。不足之处是滑道摩擦大、加工难度大、成本高和质量大。22(偏心、椭圆)齿轮行星系分插机构偏心齿轮行星式分插机构如图3所示。共5个偏心齿轮，半径相同其工作原理是太阳轮(10)固定不动对称两边分置两对齿轮，靠近太阳轮的为中间齿轮(9o两端齿轮为行星轮(8)其栽植臂结构形式与曲柄摇杆式分插机构相近。栽植臂固定在行星轮上推秧【收稿日期】20020930【作者简介】俞高红(1975-)男浙江三门人。浙江工程学院机械与自动控制分院讲师主要从事机械仿真与农业机器人方面的研究工作。41维普资讯2003年4月农机化研究第2期凸轮固定在行星架上。行星架在转动时，行星轮相对行星架转动，由于栽植臂随行星轮相对于凸轮的转动，带动推秧杆运动而压缩推秧弹簧。在凸轮缺I=l处，推秧弹簧释放能量，驱动推秧杆将秧苗从秧针推入土中。由于栽植臂的两端分别配置秧爪，驱动轴(中心轴)旋转1周。插秧两次。与曲柄摇杆式分插机构比较，振动小，在提高单位时问插次方面，具有较大潜力。椭圆齿轮行星系分插机构与偏心齿轮行星系分插机构的原理基本相似，利用椭圆齿轮实行非匀速比传动。图2旋转滑道式分插机构l23456图3行星齿轮式分插机构由于偏心齿轮行星式分插机构在运动周期内，互相啮合的齿轮之问的间隙发生变化，在高速旋转的条件下，也会引起较大的振动，影响插秧质量。13本洋马公司最近新推出的RR60型高速插秧机的的分插机构，在原来5个偏心齿轮的基础上，又增加了4个偏心齿轮，中间轮和行星轮都是由两个偏心齿轮叠加组成，通过在行星轮上加圆板式弹簧，借助弹簧力，使得2个叠JJu的偏心齿轮互相发生一定错位，来消除偏心齿轮传动过程中齿侧间隙的变化，从而达到消除振动的目的。从目前各地的使用情况看，效果很好。23差速式分插机构差速式分插机构是浙江大学研制的一种高速插秧机分插机构，其简图如图4所示。目前已获得了国家专利。差速分插机构是自由度为2的差动轮系在此轮系中以椭圆齿轮啮合形成所要求的非匀速传动比及转角关系。差速分插机构由3个全等的椭圆齿轮和2个栽植臂总成组成。3个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，且初始相位相同，并支撑在齿轮箱(相当于行星架)上。工作时，齿轮箱作为一个原动件绕中心轴的回转中心O转动，而中心轮作为另一个原动件以齿轮箱2倍的转速同向转动，与行星轮固结的一对栽植臂在齿轮箱的圆周运动和行星轮的非匀速转动的复合运动下，秧爪按要求的姿态(角位移和轨迹)运动，满足插秧的工作轨迹、取秧角和插秧角。图4差速式分插机构图24偏心链轮式分插机构偏心链轮式分插机构是浙江大学研制的另一种高速插秧机旋转式分插机构(其机构简图如图5所示)，已获国家发明专利。其突出的特点是采用偏心链轮作为张紧轮。该分插机构分别由链轮(1)、(2)、(3)和链轮(1)、(4)、(5)组成两组偏心链轮传动机构，其中轮1有两排链轮齿。链轮组(1)、(4)、(5)相当于链轮组(1)、(2)、(3)绕A点转过180。所形成的。Z图5偏心链轮式分插机构衙图如果所有链轮均为普通链轮，当行星架顺时针转动轮(2)、(3)、(4)、(5)在链条的作用下相对于坐标系OXY平动。由于链轮为偏心链轮所以轮(2)、(3)、(4)、(5)的运动相当于是平动和摆动的合成。秧爪分别固定于轮(2)、(4)上，随轮(2)、(4)平动同时，时而顺时针、时而逆时针摆动，选取合适的结构参数，能够满足取秧、插秧动作和行星架转一周插两次的要求。25正齿行星系分插机构正齿行星系分插机构是本课题组研制的另一种新型高速插秧机分插机构，其机构简图如图6所示。它是由4个全等圆齿轮和3个全等椭圆齿轮组成，3个椭圆齿-42-维普资讯2003年4月农机化研究第2期轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，且初始相位相同。中心椭圆齿轮(3)(也叫太阳轮)固定不动，工作时行星架(齿轮箱)在中心轴的带动下，相当于一个原动件绕太阳轮的回转中心O转动。由于是两个椭圆齿轮(3)和(4)啮合，引起传动比的变化，因此对称布置的2个行星圆齿轮作往复摆动。通过键和行星轮轴与行星圆齿轮固结的一对栽植臂，一方面随着齿轮箱作圆周运动，另一方面随着行星圆齿轮作往复摆动，在这两种运动的复合下，秧爪按要求的姿态(角位移和轨迹)运动，通过选择合适的结构参数，就可找到满足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角。图6正齿行星轮分插机构简圈3结束语上述4种新型高速插秧机分插机构都是由浙江工程学院赵匀教授主持的国家自然科学基金项目“高速水稻插秧机分插机构的机理和结构参数研究”的资助下研制成功的，目前已经获国家实用新型专利7项和国家发明专利2项，并且课题组成员已经对其中4种分插机构在试验台上进行了试验研究。试验结果表明，均达到了理论设计的要求。最近被“2ll工程”评审组的专家认定为国际先进水平。【参考文献】1赵匀，蒋焕煜武传宇等双季稻高速插秧机偏心链轮分插机构结构设计和参数优化J机械工程学报，2000，(3)：37-402赵匀农业机械计算机辅助分析与设计M清华大学出版社。19983李革，赵匀，俞高红椭圆齿轮行星系分插机构的机理分析和计算机优化J农业工程学报，2000(4)：78814赵匀，蒋焕煜，武传宇偏心链轮传动的设计和应用M机械设计与研究，1998，(12)：13145俞高红正齿行星轮分插机构的计算机辅助设计和分析D浙江大学。1997PresentStudyStatusandLatestDevelopmentofPlantingMechanismofHighPerformanceRiceTransplanterYUGaohong，ZHAOYun，ZHAOFengqin，WUChuanyu，YANGWenzhen(1ZhejiangInstituteofScienceandTechnology，Hangzhou310033，China；2ZhejiangVniversity，Hangzhou310029，China；3ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161，China)lAbstractlInthispaper，typesofplantingmechanismswereanalyzedBasedontheprincipleofJapaneserotary-typeplantingmechanismwasanalyzedindetail，severalnewtypeplantingmechanism，suchas，differentialgears，eccentricsprocketsandplanetaryspurgears，wereprop