水稻插秧机核心工作部件的动力学分析与改进研究.pdf

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1、浙江理工大学硕士学位论文 p a r a m e t e r sa n dc u Y v e s ，t oa c h i e v et h er e s e a r c hr e q u i r e m e n to fl e s s e n e da b r a s i o na n dr e d u c e i m p a c to fm e c h a n i s m 5 ) B a s e do nt h er e s u l t so ft h eo p t i m a l ，t h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo fs e e

2、d l i n g - p u s h i n g d e v i c ea n ds e e d i n gf e e d e rm e c h a n i sw e r ee s t a b l i s h e db yu s i n go ft h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l i n g s o f t w a r eU G ，a n db u i l tt h ev i r t u a lp r o t o t y p et e s to fs e e d l i n g - p u s h i n gd e v i c ei nt r

3、 a n s p l a n t i n g m e c h a n i s ma n ds e e d i n gf e e d e rm e c h a n i sb ys i m u l a t i o ns o f t w a r eA D A M S ，t h e nv e r i f yt h e c o r r e c t n e s so fm a t h e m a t i c a lm o d e l i n g ，a n do b s e r v e dt h er e s e a r c hr e s u l t sl e s s e n e da b r a s i

4、o na n d r e d u c ei m p a c to fm e c h a n i s m 6 ) T h em o d a la n a l y s i so ft h ed o u b l eh e l i xa x i so fh i g h s p e e dr i c et r a n s p l a n t e rs e e d i n gf e e d e r m e c h a n i sh a db e e nc a r r i e dw i mb yf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r e ，a

5、 n dt h em o d a lm a t e r i a l s i n c l u d i n gN o 4 5s t e e la n dn y l o n ；T h es e e d l i n g - p u s h i n gd e v i c ei nt r a n s p l a n t i n gm e c h a n i s m W a s e x e c u t i v e df l e x i b i l i t yA n a l y s i so fd y n a m i c ss i m u l a t i o na n ds t r e n g t ha n

6、a l y s i s ，a n dv e r i f yt h ew o r k p e r f o r m a n c eo f n y l o n 南r k 7 ) F o rt h ep r e v i o u st h e o r e t i c a ls t u d y , e x p e r i m e n t sW a su s e dt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so f t h e o r e t i c a lr e s e a r c h N y l o nm a t e r i a l sW a su s e dt or

7、 e p l a c eo ft r a d i t i o n a ls t e e ln y l o nm a t e r i a lt o p r o d u c et h ed o u b l eh e l i xa x i so fs e e d i n gf e e d e rm e c h a n i sa n dt h ec a m ，f o r ko fs e e d l i n g - p u s h i n g d e v i c e ，a n da b r a s i o nt e s tW a su s e dt ov e r i f yt h ea d a p t

8、i v eo fn y l o nm a t e r i a l ，e v e n t u a l l yf o u n d r e s i s t a n tn y l o n6 6m e e tt h ew o r kr e q u i r e m e n t s I nt h ev i b r a t i o nt e s t ，w h e nt h em a t e r i a lo fc a m a n df o r ki sn y l o n ，t h ev e r t i c a lv i b r a t i o nf o r c ei sc o n f i r m e dm u

9、 c hs m a l l e r T h et o r q u eo fc a mi n s e e d l i n g p u s h i n gd e v i c eW a sr e d u c e db y h a l fa f t e rt h ei m p r o v e m e n to fc a mt r a c ei nt o r q u et e s t T h er e s u l t so ft e s t ss h o w e dt h a tr e s e a r c h so f1 e s s e n e da b r a s i o na n dr e d u

10、c ei m p a c to fm e c h a n i s m w a ss u c c c e e d K e y w o r d s ：T r a n s p l a n t i n gM e c h a n i s m ；S e e d l i n g - p u s h i n gd e v i c e ；S e e d i n gf e e d e rm e c h a n i s m ； L e s s e n e dA b r a s i o n ；R e d u c e dI m p a c t ；N y l o n6 6 浙江理工大学硕士学位论文 目录 摘要i A b

11、s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 水稻插秧机核心工作部件的研究现状1 1 1 1 分插机构的研究现状l 1 1 2 移箱机构的研究现状2 1 2 水稻插秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究现状3 1 3 尼龙材料在水稻插秧机上的应用现状5 1 4 本文的主要工作及内容安排5 1 5 本章小结6 第二章插秧机核心工作部件的工作原理及结构设计7 2 1 分插机构推秧装置的工作原理7 2 1 1 步行插秧机分插机构推秧装置7 2 1 2 乘坐式插秧机分插机构推秧装置8 2 2 移箱机构的工作原理1 0 2 3 分插机构和移箱机构的联系。1 1 2 3 小结1 2 第三章推秧装置和

12、移箱机构的运动学和动力学建模1 3 3 1 推秧装置数学模型的建立。1 3 3 2 高速插秧机移箱机构数学模型的建立1 5 3 3 本章小结一18 第四章推秧装置和移箱机构的优化与改进1 9 4 1 优化软件概述19 4 1 1 软件开发的背景及意义1 9 4 1 2 软件的应用环境1 9 4 2 推秧装置优化程序1 9 4 2 1 推秧装置优化参数的确定2 0 4 2 2 步行插秧机推秧装置的优化2 0 4 2 3 步行插秧机推秧装置的改进2 0 i 浙江理工大学硕士学位论文 4 2 4 高速插秧机推秧装置的优化2 4 4 2 5 高速插秧机推秧装置的改进2 5 4 3 高速插秧机移箱机构优

13、化与改进2 6 4 3 1 移箱机构优化参数的确定与计算2 6 4 3 2 移箱机构的优化程序- 2 8 4 3 3 移箱机构的优化结果2 9 4 4 本章小结2 9 第五章三维模型的建立和虚拟样机试验。3 0 5 1 推秧装置的三维建模31 5 1 1 推秧装置关键零件的三维建模3 1 5 1 2 推秧装置的虚拟装配3 1 5 1 3 装配干涉检查3 2 5 1 4 拨叉改进设计3 2 5 2 高速插秧机移箱机构的三维建模3 3 5 2 1 双螺旋轴的三维建模3 3 5 2 2 移箱机构其它关键部件的三维建模3 4 5 2 3 移箱机构的虚拟装配3 5 5 3 推秧装置的虚拟样机试验3 7

14、5 3 1 推秧装置模型导入3 7 5 3 2 施加约束、驱动、载荷及验证自由度3 7 5 3 3 推秧装置仿真结果3 9 5 4 高速插秧机移箱机构的虚拟样机试验4 0 5 4 1 对移箱机构施加约束、驱动和载荷4 0 5 4 2 移箱机构的运动学仿真结果4 2 5 4 3 移箱机构的动力学仿真结果4 3 5 5 分插机构和移箱机构整体三维建模和虚拟样机试验4 4 5 5 1 分插机构和移箱机构的三维建模4 4 5 5 2 分插机构和移箱机构的虚拟样机试验4 5 5 6 本章小结4 6 第六章移箱机构和推秧装置的有限元分析4 7 j i 浙江理工大学硕士学位论文 6 1 高速插秧机移箱机构的

15、模态分析。4 7 6 1 1 有限元法模态分析基本理论。4 7 6 1 2 双螺旋轴的模态分析4 8 6 2 步行插秧机推秧装置柔性动力学仿真分析与强度分析5 0 6 2 1 柔性体构件的建立5 0 6 2 2A N S Y S 生成拨叉模态中性文件5 0 6 2 3A D A M S 生成载荷文件5 2 6 2 4 拨叉的强度分析5 2 6 3 高速插秧机推秧装置柔性动力学仿真分析与强度分析5 3 6 3 1 推秧装置柔性动力学仿真分析5 3 6 3 2 高速插秧机推秧装置拨叉的强度分析和结构改进5 3 6 4 本章小结5 4 第七章尼龙材料的应用研究和比较试验。5 5 7 1 尼龙材料的应

16、用j 5 5 7 2 耐磨性试验5 6 7 2 1 试验设备5 6 7 2 2 试验方法5 7 7 2 3 试验结果及结论5 7 7 3 振动试验6 1 7 3 1 试验设备6 1 7 3 2 试验方法6 3 7 3 3 试验结果及结论6 3 7 4 扭矩试验6 4 7 4 1 试验设备6 4 7 4 2 试验方法6 6 7 4 3 试验结果及结论6 6 7 5 本章小结6 7 第八章总结与展望6 8 8 1 总结6 8 8 1 展望。6 9 i i i 浙江理工大学硕士学位论文 参考文献7 0 攻读学位期间获得的研究成果7 3 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 水稻插秧机核心工作

17、部件的研究现状 水稻插秧是我国农业精耕细作的优良传统，传统的“弯腰曲背手插秧”工作条件差、 劳动强度大、作业效率低，用机械插秧来代替人工插秧实现水稻插秧机械化，是实现水稻 生产机械化的重要组成部分。根据相关部门统计资料显示，我国机械化插秧的水平提高 1 ，水稻产能就能增! J I 3 7 5 亿公斤，用插秧机插秧的增产效果达N 5 一1 0 。因此，实现水 稻插秧机的机械化，既能减轻生产者的劳动强度，又能增加收入，必将促进农业生产实现 机械化的大飞跃昭堋。 水稻插秧机的主要核心工作部件包括分插机构、移箱机构等，这些核心工作部件性能 的优劣直接决定插秧机整体性能。 1 1 1 分插机构的研究现状

18、 日本水稻插秧机的研究水平一直处于世界领先水平，9 0 年代日本水稻机械化种植面积 占总面积的9 8 4 畸1 。以日本为代表说明国外水稻插秧机分插机构的研究与发展。 2 0 世纪7 0 年代，日本开始工厂育秧，开发了盘育秧苗技术和设备，为插秧机技术发 展创造了有利的条件。在原先的基础上研制出新型曲柄摇杆分插机构3 ( 见图1 1 ) ，该 机构增加了推秧装置，大大减少了秧苗回带、漂秧 现象，但这种机构比较复杂，加工工艺要求高，而 且当插秧频率高达2 7 0 次分钟时机架会严重振动， 从而限制了工作效率的进一步提高。同时栽植臂上 秧针尖点的线速度过高，容易造成分秧不均，伤秧 及秧苗直立性差等缺

19、陷。 从2 0 世纪8 0 年中期到现在，是第三代水稻插 秧机乘坐式高速插秧机的发展阶段。由于曲柄摇杆 图1 1 曲柄摇杆分插机构 1 栽植臂2 推秧杆3 推秧弹簧 4 拨叉5 曲柄6 凸轮7 摇杆 分插机构的运动惯性力不易克服，使插秧频率受到限制。为进步提高插秧机工作效率， 日本农机化研究所开始致力于新型分插机构的研究。1 9 8 5 年成功研制出了行星系旋转式分 插机构偏心齿轮行星系分插机构盯1 ( 见图1 2 ) ，该分插机构上对称安装了两个栽植 臂，中心轴旋转一周插秧两次，因此在相同的工作频率下，偏心齿轮分插机构秧针尖点的 线速度比曲柄摇杆分插机构秧针尖点的线速度减少了一半，因此伤秧率

20、更低，分秧精度更 高，插秧质量更好。偏心齿轮分插机构工作效率可达3 5 0 4 4 0 次分钟，实现了插秧机高 速化的突破性进展。 1 浙江理工大学硕士学位论文 我国研究的传统分插机构主要包括摇臂导杆分插机构、转臂滑道分插机构、曲柄摇杆 分插机构。摇臂导杆分插机构主要应用于人( 畜) 力插秧机上，适用于洗根苗。转臂滑道分 插机构的主要特点是分插轮的转动与主副滚轮环形滑道控制而形成的相对摆动相组合，该 机构滑道的摩擦大，结构较复杂陋1 。曲柄摇杆分插 I235a 机构高速插秧时，各构件将产生较大的弹性变形 和动应力，影响该插秧机的栽插性能呻3 。 由于旋转式插秧机分插机构相比传统的分插 机构优越

21、，从而取代了曲柄摇杆分插机构。日本 从2 0 世纪8 0 年代开始研究旋转式插秧机分插机 构，我国从9 0 年代开始研究。高速旋转式分插机 构的优点是：惯性力小，旋转一周插秧两次，插 秧质量好、效率高，插秧频率高达4 0 0 6 0 0 次分 钟。旋转式分插机构的主要研究方向是在保证插 秧质量的前提下实现高速化和轻型化n 们。目前现 图1 2 偏心齿轮行星系分插机构示意图 1 推秧凸轮2 拨叉3 推秧弹簧 4 载植臂5 推秩杆6 秧爪7 行星架 8 行星轮9 惰轮1 0 太阳轮 有的高速插秧机分插机构主要有偏心链轮分插机构、偏心齿轮行星系分插机构、正齿行星 轮分插机构、椭圆差速分插机构、圆柱齿

22、椭圆齿行星系分插机构和非圆齿轮行星轮系分插 机构等。 1 1 2 移箱机构的研究现状 移箱机构的工作原理：根据农艺要求，把秧苗连续不断地按照一定速度和一定送秧量 进行横向、纵向送秧，并传递动力驱动推秧装 置工作。横向送秧时需要保证栽植臂每次插秧 秧箱横向移动距离一致，而纵向送秧是当秧箱 移动到左右极端位置时对秧苗进行整体送秧。 现国内外的移箱机构大体可分为转盘齿条 式移箱机构和螺旋轴式移箱机构。 转盘齿条式移箱机构n ( 见图1 3 ) 主要由 移箱盘和送秧齿条组成。移箱盘固定在传动轴 上，随传动轴一起转动。移箱盘上装有由左旋 和右旋两根螺旋条组成的换向器。移箱齿条连 图1 3 转盘齿条式移箱

23、机构 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 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 2 浙江理工大学硕士学位论文 上的螺旋条啮合齿条移动一个距离，并通过齿条架上的插头带动秧箱横向移动。当秧箱盘 嵌入齿条时，秧箱不移动，起到定位作用，此时分插机构分取秧苗。移箱盘每转一圈，秧 箱移动一次，并且每次移动的距离相同。当齿条移到左右两端的最后一个齿时，移箱盘上 的锁定卡被齿条架下部的锁定卡顶开销顶开，使换向器换向，此时换向器上的另一根螺旋 条带动齿条往相反方向移动。移箱盘在传动轴带动下连续旋转，秧箱作间歇

24、往复运动实现 横向送秧工作。 螺旋轴式移箱机构包括2 Z T X - 4 3 0 型移箱机构n 羽、井关P F l 0 0 型插秧机移箱机构n 、洋 马高速水稻插秧机移箱机构、韩国国际水稻插秧机移箱机构、东洋水稻插秧机和“碧浪“ 牌高速水稻插秧机的移箱机构等。以东洋水稻插秧机为例说明螺旋轴式移箱机构的结构和 工作原理。 该插秧机移箱机构( 见图1 4 ) 主要由传动轴、双螺旋轴、横向送秧轴和纵向送秧轴 组成。该结构设计的优点是各轴功 能单一、工作性能稳定、动作准确、 强度较高、抗振性能强。变速箱输 出的动力通过移箱机构的链轮带 动动力输入轴，通过动力输入轴直 接驱动分插机构工作，减少因动力 传

25、输路程过长和传递级数过多而 导致传动效率降低，同时能够保证 分插机构的取秧、推秧、插秧及自 图1 4 东洋水稻插秧机移箱机构 1 横向送秧轴2 滑套3 纵向送秧轴4 双螺旋轴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 身的旋转有足够的动力供给。该结构中滑套纵跨横向送秧轴、纵向送秧轴和双螺旋轴等三 轴，这样设计能够保证移箱轴带动秧箱动力需求的同时， 也能增加机构的强度和稳定性。图中的回位弹簧可以保证 当摆动凸轮处于非工作位置时与送秧凸轮脱离，处于不工 作状态；同时当秧箱转向时，让缓冲装置直接承受移箱的 冲击载荷，降低秧箱此时对螺旋轴回转阶段滑道的冲击， 减小磨损，可以通过优化

26、回转端滑道的曲率、弹簧的刚度 图1 5 混齿旋转式分插机构 和预紧力达到减小冲击的目的。 1 2 水稻插秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究现状 由于曲柄摇杆分插机构在高插次时产生的机架冲击、振动，限制了插秧工作效率的提 3 浙江理工大学硕士学位论文 高；同时会产生分秧不均、伤秧及栽插不稳等情况；还有工作寿命短，加工成本高等缺点。 为了减小分插机构在高插次时对机架产生的冲击、振动，浙江理工大学赵匀教授团队 发明了用于步行插秧机的后插旋转式分插机构n 4 1 。图1 5 为混齿旋转式分插机构，该机构 由一对椭圆齿轮和一对圆柱齿轮组成，该机构具有振动小、运转平稳、结构简单、造价低 等特点。该团队发

27、明的用于高速插秧机的正齿行星轮系分插机构、圆柱齿椭圆齿行星系分 插机构和椭圆差速分插机构相对于日本的偏心齿轮行星系分插机构在作业时产生的振动 和冲击都小得多。 分插机构推秧装置的作用是将插秧机秧箱上的毯状苗撕开并将其推入田间的装置。目 前，在国内外市场上出售的插秧机行星系式分插机构栽 植臂结构形式及其推秧装置传动原理一致( 见图1 6 ) ， 栽植臂与行星轮做取秧动作，栽植臂内的推秧装置做相 对于栽植臂的直线往复运动；由平面凸轮、拨叉、推秧 杆和弹簧共同完成推秧动作。凸轮的廓线决定推秧和回 程的时间，弹簧的刚度决定推秧时间的长短。当插秧速 图1 6 分插机构推秧装置结构图 1 推秧杆2 拨叉3

28、 凸轮4 弹簧 度太慢时，推秧提前，反之推秧滞后，都会造成秧苗直立度；回程太快容易增加扭矩，增 大振动冲击。推秧装置性能的优劣直接影响分插机构的性能，所以对推秧装置凸轮、拨叉 以及弹簧进行理论分析和优化设计是非常有必 要的n 副。 目前还没有针对分插机构推秧装置的减磨 损和减冲击的研究，本文将通过推秧装置的动力 学分析和改进研究，设计减磨损和减冲击的分插 机构推秧装置。 相对于曲柄摇杆乘坐式水稻插秧机，旋转式 水稻插秧机速度提高了一倍，再加上秧箱高度增 加了1 5 倍，秧箱平均冲击载荷增至原来的6 倍， 移箱机构滑块和双螺旋轴滑道的冲击和磨损严 重，因此在设计移箱机构时，降低冲击磨损已成 为国

29、产高速插秧机研究开发的一个重要因素。 “碧浪“ 牌高速水稻插秧机的移箱机构n 7 3 ( 见 纽也 图1 7 高速水稻插秧机移箱机构 1 传动箱箱体2 传动拨叉轴3 从动伞形齿 轮4 主动伞形齿轮5 主动轴6 双螺旋轴 7 滑块8 滑套9 缓冲弹簧 1 0 拨叉轴1 l 拨叉 图1 7 ) 动力通过一对伞形齿轮传递给双螺旋轴，经滑套和滑块带动秧箱横向往复移动，实 4 浙江理工大学硕士学位论文 现横向送秧工作。同时，通过双螺旋轴和拨叉轴上的两组链轮传动，分别将动力传递给拨 叉轴和分插机构主轴，与拨叉轴连接的拨叉拨动纵向送秧轴带动秧苗输送带间歇运动，实 现整体纵向送秧；而分插机构主轴则带动分插机构

30、转动完成取秧、推秧和插秧动作。该机 构设计的特点是在双螺旋轴两端增加缓冲弹簧，减少中间滑块和螺旋轴滑道的冲击磨损。 本文将借助尼龙材料的耐磨性和自润滑性，加工双螺旋轴，配合缓冲弹簧，通过移箱机构 的动力学分析，优化出低冲击磨损的高速插秧机移箱机构。 1 3 尼龙材料在水稻插秧机上的应用现状 聚酰胺纤维俗称尼龙( N y l o n ) ，英文名称P o l y a m i d e ( 简称P A ) ，是美国杰出的科学家 卡罗瑟斯( C a r o t h e r s ) 及其领导下的一个科研小组研制出来的，是世界上出现的第一种合 成纤维。尼龙中的主要品种是尼龙6 和尼龙6 6 ，占绝对主导地

31、位。尼龙的改性品种数量繁 多，如增强尼龙，透明尼龙，高抗冲( 超韧) 尼龙，导电尼龙，阻燃尼龙等，能够满足不 同特殊要求，逐渐成为金属，木材等传统材料代用品，被广泛用作各种结构材料n 8 1 。 目前在水稻插秧机上尼龙材料应用还非常少，用到的部分也不是主要工作部件，仅作 为辅助工作。本文创造性的将尼龙材料应用到插秧机分插机构和移箱机构中，减小主要零 件的加工成本和自身质量，同时达到减磨损和减冲击的效果。 1 4 本文的主要工作及内容安排 在对本领域国内外研究现状分析的基础上，本文开展了如下的研究工作： 1 ) 第二章阐述了分插机构推秧装置和移箱机构的工作原理和结构设计。 2 ) 第三章建立分插

32、机构推秧装置和移箱机构的运动学和动力学模型。 3 ) 第四章基于第三章的数学模型，确定推秧装置和移箱机构的优化参数和优化目标， 利用V B 6 0 软件开发用于机构分析和优化的软件，通过优化得到最优参数和曲线。 4 ) 第五章根据第四章的优化结果，利用U G 三维建模软件建立分插机构推秧装置和移 箱机构的三维模型，并且在A D A M S 仿真软件中对推秧装置和移箱机构进行虚拟样机试验， 试验结果与理论模型做比较，验证理论模型的正确性。 5 ) 第六章利用有限元软件对材料分别为4 5 钢和尼龙的高速插秧机移箱机构双螺旋轴 进行模态分析；对分插机构推秧装置进行柔性动力学仿真分析与强度分析，同时验

33、证尼龙 材料拨叉的工作性能。 6 ) 第七章主要针对前面的理论研究，利用实验验证理论研究的正确性。利用尼龙材 料替代传统钢材，通过耐磨损试验，验证适合移箱机构双螺旋轴、推秧装置凸轮和拨叉的 尼龙材料；利用振动试验，比较因尼龙材料和4 5 钢质量不同，对分插机构的支座垂直振 5 浙江理工大学硕士学位论文 动力的影响；利用扭矩试验，比较推秧装置凸轮改进前后的差异。 1 5 本章小结 简单阐述了水稻插秧机核心工作部件分插机构和移箱机构的国内外研究现状。介绍 水稻插秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究现状，提出本论文的研究目的：水稻插 秧机核心工作部件减磨损和减冲击的研究，而具体的实施方案：对分插机构

34、推秧装置和 移箱机构进行动力学分析和改进研究。鉴于尼龙材料的优越性能，开创性的提出利用尼 龙材料加工插秧机核心工作部件的主要零件一双螺旋轴、凸轮和拨叉。在研究现状分析 的基础上，详细制定论文的主要工作及内容安排。 6 浙江理工大学硕士学位论文 第二章插秧机核心工作部件的工作原理及结构设计 分插机构和移箱机构是插秧机的核心工作部件，而推秧装置是分插机构的重要组成部 分，推秧装置和移箱机构性能的优劣直接决定插秧机整机的性能水平。本章主要介绍推秧 装置和移箱机构的工作原理和结构设计。 2 1 分插机构推秧装置的工作原理 推秧装置如图2 1 所示，是由曲柄转动带动凸轮( 1 ) 转动，同时带动传动杆(

35、 2 ) 压 缩推秧弹簧( 3 ) 。弹簧变形随着凸轮半径的增大而增 大，当凸轮半径最大时推秧杆提到最高点，为取秧做 准备。下段凸轮曲线呈圆弧，此段凸轮与传动杆( 拨 叉) 接触完成取秧和插秧。当秧爪入土到达最低点时， l 凸轮半径骤然收缩，对传动杆的支承力作用消失。压 缩弹簧通过传动杆传递作用力，推动推秧杆，将秧苗 推入土壤，完成插秧。凸轮转动一周，推秧装置完成 图2 1 推秧装置示意图 一次取秧和插秧工作。推秧装置取秧和插秧效果的优 1 凸轮2 传动杆( 拨叉) 3 推秧弹簧 劣直接决定插秧机栽植的效果以及水稻的成活率和生 4 - 推秧杆5 秧爪6 栽植臂 长情况，所以对推秧装置进行研究是

36、非常有必要的。 2 1 1 步行插秧机分插机构推秧装置 插秧机分为步行插秧机和高速插秧机，这两种插秧机对应的分插机构有一定的区别， 而相对应的推秧装置也大不相同。 步行分插机构的工作原理：以椭圆齿轮传动旋转后插式分插机构n 们为例，其结构简图 如图2 2 所示。椭圆齿轮旋转后插式分插机构由 三个全等的椭圆齿轮组成，三个椭圆齿轮的回转 中心均在椭圆齿轮的焦点上，中心椭圆齿轮1 固 定不动，齿轮2 处于初始相位时，长轴与齿轮在 同一条直线上。此时，齿轮2 和齿轮3 长轴不在 一条直线上。工作时行星架依靠固定在中心轮焦 点上的转动轴的带动下绕中心轮转动，由于是三 个相同的椭圆齿轮的啮合，引起周期内传

37、动比变 化，行星轮随行星架( 即齿轮箱) 作圆周运动， 由于行星轮机构的不等速传动，行星椭圆齿作随 7 图2 2 椭圆齿轮旋转后插式分插机构 传动示意图 1 中心轮2 中间轮3 行星轮4 行星 架5 栽植臂 浙江理工大学硕士学位论文 转动中心B 的圆周运动和绕B 点的往复摆动，与行星轮固结的栽植臂5 ，随行星轮作往复 摆动。 完整的插秧包括取秧、推秧、插秧三个阶段，在满足取秧、插秧轨迹的前提下，还需 要一个推秧装置模拟手工插秧时“捺”的动作，避免出现漂秧等现象。因此在分插机构中 还装有推秧装置( 如图2 3 所示) ，即到推秧点时，推秧杆能将秧苗从秧针推离。为满足 推秧的需要，推秧装置由凸轮、

38、拨叉、弹簧、缓冲垫圈组成。凸轮通过定位销定位( 保证 凸轮按设计位置安装) ，由螺钉固定在齿轮箱上。拨叉通过拨叉轴支承在栽植臂上，一端 卡在推秧杆上，使推秧杆可在拨叉带动下运动，拨叉另一端与凸轮接触。当分插机构转动 时，凸轮相对拨叉的一端转动，使拨叉的另一端绕着拨叉轴而被抬起，推秧杆沿着秧针向 上运动，回到取秧位置，推秧杆上的弹簧压缩后蓄能；当拨叉的一端运动至凸轮曲线缺口 时，正好是轨迹要求推秧的角度，这时拨叉脱离凸轮，推秧杆在弹簧弹力的作用下，快速 将推秧杆推下，使秧苗离开秧针，被推入土中。缓冲垫圈材料为橡胶，推秧杆在推秧过程 中与缓冲垫圈接触，从而避免产生较大的冲击。在此机构中，齿轮箱转一

39、圈，由每个推秧 机构完成一次推秧，因此，在齿轮箱转一圈时，拨叉相对于凸轮的运动必须为一转。因为 凸轮固定在行星架( 齿轮箱) 上，当齿轮箱旋转一周时，齿轮箱内的偏心圆和非圆齿轮也 刚好转过一周，与行星圆齿轮固结的行星轮轴相对齿轮箱也转过一周，保证了推秧机构完 成一个工作周期。 A - A 图2 3 椭圆齿轮旋转后插式分插机构 1 秧爪2 推秧杆3 栽植臂4 传动杆( 拨叉) 5 凸轮6 弹簧 2 1 2 乘坐式插秧机分插机构推秧装置 乘坐式插秧机又名高速插秧机，以正齿行星轮分插机构啪1 为例，行星架每旋转一周， 栽植臂插秧2 次。其机构简图见图2 4 所示，它是由4 个全等圆柱齿轮( 4 ，5

40、 ，6 ，7 ) 和3 个 全等椭圆齿轮( 1 ，2 ，3 ) 组成。3 个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，当行星架处 于初始相位角时，齿轮2 和3 的长轴与齿轮1 的长轴共线( 图2 4 ( a ) ) ，齿轮2 、4 和齿 R 浙江理工大学硕士学位论文 轮3 、5 分别固结为一体。中心椭圆齿轮1 ( 也叫太阳轮) 固定不动，工作时齿轮箱( 即行 星架) 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D 1 转动。由于椭圆齿轮 1 与2 和1 与3 啮合引起传动比的变化，导致对称布置的2 个行星圆齿轮6 和7 相对行星 轮中心( 中心做圆周运动) 作往复摆动。通过键和行星轮轴与

41、行星圆齿轮固结的一对栽植 臂，也随之做往复摆动，其复合运动可以分为牵连运动和相对运动，牵连运动是栽植臂随 着齿轮箱作圆周运动，而相对运动是栽植臂随着行星圆齿轮作不等速逆向转动。通过V B 平台对机构参数优化后，秧爪可以按要求的姿态( 角位移和轨迹) 运动，秧爪的运动满足 插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角。 a 初始位置 b 任恿位置 图2 4 正齿行星系分插机构示意图 1 太阳轮2 和3 中间椭圆齿轮4 和5 中间正圆齿轮6 和7 行星圆齿轮 高速插秧机和步行插秧机两者的分插机构推秧装置工作原理基本一致，但两者的推秧 装置在结构上存在一些差异。通过比较图2 3 和图2 5 的推秧装置可以看出，步行插秧机 和高速插秧机推秧装置的主要区别在于栽植臂壳体和传动杆( 拨叉) ，两者结构的不同会 对凸轮的阻力矩产生影响，具体影响在第4 章中详细阐述。 A - 图2 5 高速插秧机分插机构推秩装置示意图