水稻插秧机关键技术的研发.pdf

0引言 水稻是我国种植面积最大 单产最高 总产最多 的主要粮食作物 其常年种植面积和总产约占我国粮 食作物的28 和40 种植方式主要为传统的人工 插秧 虽然我国在20世纪60年代已开始水稻种植机 械化研究 对插秧机关键部件的设计与研究有所突 破 但使用成本高 可操作性差 远不及水稻生产机 械化中的耕作机械和收获机械 与我国经济社会的发 展状况不协调 严重制约了我国水稻生产的发展 成 为制约水稻生产全程机械化的瓶颈 也限制了我国水 稻生产的规模化 专业化 商品和现代化的发展 20世纪80年代后 引进 吸收 消化的小苗带 土宽行机插秧技术在低成本育秧技术取得突破后 在 单季常规稻种植地区 机插秧技术推广应用有了长足 的发展 但在水稻主产地区的双季稻和杂交稻的应用 上 由于水稻品种的特性决定其栽培技术的特殊性 有别于常规稻 以致于目前所应用的机插技术尚不能 适应 其特征为 已占水稻种植面积的55 左右杂 交稻种植的关键为单本稀植 要求机插定位 定量准 确 机插秧单株稀植技术亟待解决 双季稻的后季 稻秧龄较长 秧苗过高 移栽时已有分蘖 插秧机分 插机构的运动轨迹尚未适应 机插秧效果不好 目前 国内尚缺少对水稻大苗 大株距和单本稀 植机插秧关键技术的应用基础研究 要解决制约水稻 生产全程机械化的瓶颈问题 有以下几个方面的关键 技术需要进行研发 1稀植分插机构 分插机构是水稻插秧机的关键工作部件之一 从 水稻插秧机问世以来一直是研究的热点 机插性能主 要集中在三个方面 一是如何保证栽插质量 即如何实现插秧时的秧 爪轨迹和姿态 取秧角和插秧角 近似于人工手插轨迹 精确插秧 如何实现分插机构工作时运转平稳 震动 小 达到不伤秧 不漏插 二是立苗直 不松散 秧针及插植叉头部几何形 状的设计是立苗姿态主要原因之一 而分插机构插植 端的入水角 回转时的运动轨迹应防止干涉插前秧 苗 浮板的尺寸 形体的设计对立苗姿态影响很大 如何实现浮板形体小 浮力大 行走时壅泥少 对邻 行秧苗的影响小是机械设计的关键 三是定位 定量准确 取秧精度高 即机插时保 持秧苗姿态 正确输送 精确插秧 实现取苗量调节 手柄与送秧皮带 齿轮 结构连动 随取苗量的变化自 动调节纵向送秧量等 国内对步行插秧机分插机构的设计与研究大多采 用运动学建模与优化相结合的方法 对日本的旋转式 分插机构进行工作机理的研究 并提出了不少改进方 案 在运动学特性分析研究较为充分 在动力学分析 方面由于数学建模的复杂性研究较少 要解决我国水 稻种植大株距 大苗机插秧问题 需要农机与农艺进 水稻插秧机关键技术的研发 朱祖良 江苏省农业机械试验鉴定站 南京市 210000 摘要 为使水稻插秧机的运用得到进一步推广 针对我国水稻种植品种多 产量高 地域差别大 劳动强度大等问题 对我国机秧插技术的应用进行了研究 分析了制约我国水稻插秧机发展的主要问题 阐述了当前插秧机稀植分插机构 自动控制与监测技术 设计 开发的现状与今后研发方向 对加快水稻插秧机关键技术的研发步伐 推动我国水稻种植 机械化的发展 具有重要的意义 关键词 插秧机 分插机构 自动控制 设计 中图分类号 S223 91文献标识码 A文章编号 1006 7205 2009 02 0066 03 朱祖良 论水稻插秧机关键技术的研发 J 中国农机化 2009 2 66 67 72 ZHU Zu liang Key technologies for rice transplanter J Chinese Agricultural Mechanization 2009 2 66 67 72 收稿日期 2009年2月18日 朱祖良 男 1953年生 南京市人 江苏省农机鉴定站高级工程师 研究方向为机械设计 中国农机化 Chinese Agricultural Mechanization No 2 2009 Total No 222 2009年第2期 总第222期 一步相结合 从机构工作机理的角度创新构思稀植分 插机构的应用方案 解决杂交稻种植中大株距 大苗 移栽时分插机构的设计问题 并采用科学的试验和检 测手段进行试验分析与验证 以满足55 以上稀植插 秧面积的机械化种植需要 2插秧机自动控制与监测技术 1 水稻生长的生物性要求是 浅 稳 直 匀 秧苗的 浅 稳 水稻返青快 分蘖多 根系比较发 达 不易倒伏 秧苗的 直 匀 水稻生长的通风 透光条件好 病虫害不易发生 籽粒饱满 能实现高 产 稳产 插秧机的优势就在于浅插并插深一致 但机 插秧时如何去实现 机械设计的关键在于插植部件的水 平技术与土壤条件相适应的仿形装置 国内对机插秧技 术的研究偏向于机械工作原理和结构改进 缺少对插秧 部分水平平衡控制和根据土壤条件的自动插深控制原 理与技术的研究 导致我国水稻插秧机的插秧精度和 立苗姿态及工作适应性不如日本 韩国的插秧机过关 2 日本是水稻种植机械研发水平较高的国家 在 自动插深插的控制上采取了速度感应型插深自动调节机 构 根据不同插秧速度条件下浮板浮起高度的变化自动 调节插秧深度 插植部平衡控制采用了先进的 UFO 平衡装置 插秧时插植部的倾斜及机身的倾斜可分别通 过 倾斜传感器 和 角度传感器 来控制插植部水 平 并且研究人员已经开展利用卫星全球定位系统 GPS 导航的无人驾驶水稻插秧机的研究及基于机器视觉导航 插秧机进行辅助驾驶的应用研究 导航技术在插秧机 中的应用也将成为高水平水稻插秧机的发展趋势之一 3 解决高速乘坐式插秧机所发生的成条漏插的 现象 除了需要提高秧苗质量 规范装秧 提高插秧 机构的分插精度外 配置漏插与栽插质量的监视报警 装置势在必行 4 乘坐式插秧机的高速不高效 其原因之一是装 秧辅助时间多 研发插秧机自动供秧技术将有助于解 决该问题 提高机器适应性 作业质量与生产效率 3设计与开发平台 国内对机插秧技术的设计与开发手段还较为传 统 很大一部分是借凭经验进行类比设计 一般只进 行静态分析而不注重动态特征分析 不像汽车制造 工程机械 航空航天等工业产品应用先进虚拟样机技 术进行研发 基于Pro Engineering ADAMS ANSYS的 虚拟样机技术解决方案 可以较好地解决水稻插秧机 复杂的机械 液压混合设计 动力学分析和结构与参数 优化 在产品开发设计中可用于虚拟模型的验证以及对 多种方案进行比较 如在计算机上验证稀植分插机构 插深自动调节机构 插植部平衡控制机构的工作原理与 动作准确性 对小田块地区的小半径转向靠行的仿真与 模拟 改进纵向送秧量 横向送秧量与秧针取秧量三者 之间的协调和匹配 保证各行取秧量一致 使各个秧箱 同时补秧 在秧苗几何物理的基础上 利用ANSYS建 立其数字物理模型 把该模型引入到虚拟样机软件 ADAMS中 建立水稻插秧机虚拟样机和工作对象的作 用关系 从而可更精确地分析插秧机的工作过程 日本洋马乘坐式高速插秧机已经采用液压机械混 合驱动的HMT变速和HST无级变速器 其传动效率 高 性能优越 从而使底盘行走能力得到极大提升 另外 6行乘座式高速插秧机的销售价格比4行手扶 插秧机价格高4 6倍 但工作效率仅提高1倍 零部 件维修价格高 运行成本与目前多数农村经济状况不 相适应 针对我国国情 研发配置旋转式分插机构的 普通乘座式4行 6行四轮驱动的高速插秧机 性价 比高 投资回报快 在经济相对比较发达 田块中 小的水稻生产区都具有很大的市场潜力 水稻插秧机的发展是实现我国水稻生产全程机械 化 水稻生产的规模化 商品化和农业结构调整的重 要举措 是充分体现出农机与农艺相结合 实用高效 和原始创新能力 插秧机稀植分插机构的作业精度 自动控制与监测技术水平是插秧机整机质量和作业质 量的技术关键 对插秧机关键技术的研发将降低生产 成本 节省劳动力 提高机器作业性能 可靠性和适 应性 运用虚拟样机技术可以较好地解决复杂的水稻 插秧机的设计 动力学分析和参数优化 可大大减少 研发成本和物理样机制造 试验的周期 具有巨大的 工程实用价值 对我国水稻插秧机设计水平的提高有 极大的促进作用 加快水稻插秧机关键技术的研发步 伐 对推动我国水稻种植机械化的发展 对促进规模 化生产 农业结构调整 农村劳动力转移 新农村建 设和实现农业现代化具有重要的意义 参考文献 1 朱德峰 陈惠哲 徐一成 我国水稻机械种植的发展前景与 对策 J 农业技术与装备 2007 1 14 15 2 包春江 李宝筏 日本水稻插秧机的研究进展 J 农业机械 学报 2004 35 1 162 166 3 李耀明 徐立章 向忠平 邓玲黎 日本水稻种植机械化技术 的最新研究进展 J 农业机械学报 2005 21 11 182 185 4 赵匀 农业机械计算机辅助分析和设计 M 北京 清华大学 出版社 1998 下转第72页 朱祖良 论水稻插秧机关键技术的研发第2期67 学报 2006 11 14 黄少安 孙圣民 宫明波 等 中国土地产权制度对农业经 济增长的影响 对1949 1978年中国大陆农业生产效率 的实证分析 J 中国社会科学 2005 3 Analysis and Control of Noise from a Wheeled Tractor LI Wei1 LI Jing zhong2 REN Yue guang2 1 China Agricultural Machinery Testing Center CAMTC Beijing 100122 China 2 China Official Tractor Test and Evaluation Center Luoyang 471039 China Abstract Combination of the 3C certification of the tractor enterprise analysis the noise limit value and noise level of domestic and foreign tractor summarizes the noise control method and measures in commonly used small wheeled tractor Keywords wheeled tractor noise limit value noise sources identification de noising Key Technologies for Rice Transplanter ZHU Zu liang Testing Appraisal Station for Agricultural Machinery of Jiangsu Province Nanjing 210000 China Abstract there exist a lot of questions in rice planting such as lots of varieties high yield geographical differences and heavy labor intensive in order to promote the application of rice transplanter analysis of the main problem which restrict the development of rice transplanter describe the current situation of design and development for rice transplanter wide spacing planting and separating planting mechanism automatic control and monitor technology then predict the future direction of research and development it has important significance to accelerate the pace of research and development for rice transplanter key technologies promote the development of rice plant mechanization Keywords transplanter separating planting mechanism automatic control rice plant mechanization Study on the Effects of Land Fragmentation on the Agricultural Mechanization HOU Fang an China Agricultural University Beijing 100083 China Abstract Small scale operations based on households is the main feature of the agricultural production since the family based contracted responsibility system was established in Chi