缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計.doc

缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計摘要本文以鼠籠式有序拋秧機(jī)的杠桿頂出機(jī)構(gòu)和導(dǎo)苗管為研究對象?，F(xiàn)有鼠籠式有序拋秧機(jī)上秧盤不能被有效壓緊，會導(dǎo)致缽苗漏頂，從而影響缽苗的利用率和在田間的株距。針對這一問題，本文對鼠籠式有序拋秧機(jī)做了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并對杠桿頂出機(jī)構(gòu)和導(dǎo)苗管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下：(1)對現(xiàn)有杠桿頂出機(jī)構(gòu)優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)可視化優(yōu)化，求得最優(yōu)參數(shù)。(2)以秧盤能被有效壓緊為設(shè)計目的，對鼠籠杠桿頂出式有序拋秧機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。原有秧盤上列間距為1mm，現(xiàn)改為列間距不均勻的排列方式。相應(yīng)的對壓盤裝置做了改進(jìn)，在壓桿上增加滾輪，使得秧盤與壓桿之間改為滾動摩擦，減小阻力。(3)以株距均勻性為目標(biāo)，對缽苗下落過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，根據(jù)拋秧機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及實際工作環(huán)境得出導(dǎo)苗管部分的約束條件，建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，編程得到優(yōu)化結(jié)果，導(dǎo)苗管底圓半徑約為169mm，高度為410mm，導(dǎo)苗管半錐角約19.5。(4)根據(jù)優(yōu)化參數(shù)，對鼠籠杠桿頂出式有序拋秧機(jī)構(gòu)和導(dǎo)苗裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。(5)總結(jié)全文并提出進(jìn)一步研究的設(shè)想及方法。關(guān)鍵詞：水稻缽苗；拋秧機(jī)構(gòu)；導(dǎo)苗管；壓盤裝置；優(yōu)化AbstractThisarticlestudiesthecam-leverdetrusionmechanismandseedlingsguide-canalofmouse-cage-cam-leverdetrusiontypeorderedthrowin-gmechanism.Becauseofseedlingsplatecannotbepressedwellonthethrowingmechanism,somericeplotted-seedlingswillnotbepushedout.Iteffectstheutilizationofriceplotted-seedlingsandafterlandinghavinguniformspacingintherows.1.visualizetheexistingoptimizationprogramofcam-leverdetrusionmechanismandgetthebestresult.2.Improvethethestructureofcam-leverdetrusionmechanismforthegoalofseedlingplatecanbepressedwell.Originalseedlingsrowspacingis1mm,nowtherowspacingisuneven.Improvetheplatendeviceforaddingwheelsonthebar.Slidingfrictionwillchangetorollingfrictionbythismethod,andtheresistancebereduced.3.Forthegoalofseedlinghavinguniformspacingintherows,buildthekinematicsmathematicalmodelofseedlingfalling,accordingthrowingmachinesstructureandactualworkingenvironment,comeofcam-leverdetrusionmechanismoftheconstraintconditions,findconstraintconditionsandgettheresultofoptimization.Theradiusofconescircleoftheseedlingsguide-canalis169mm,theheightis410mm,thesemi-coneangleis5.19.4.Accordingtotheoptimizationparameters,themouse-cage-cam-leverdetrusiontypeorderedthrowingmechanismandseedlingsguide-canalaredesigned.5.Intheend,thereisaconclusionforthepaper,andtentativeplansforfurtherresearchareputforward.Keywords：riceplotted-seedlings；throwingmachine；seedlingsguide-canal；platendevice；optimization目錄摘要Abstract第1章緒論.11.1概述.11.2國外水稻有序拋秧機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.11.3國內(nèi)水稻有序拋秧機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.21.4研究內(nèi)容和具體方法.8第2章杠桿頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析和參數(shù)優(yōu)化.92.1杠桿頂出機(jī)構(gòu)的工作原理.92.2杠桿頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析.102.3杠桿頂出機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化.112.3.1建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型.112.3.2優(yōu)化計算.122.3.3優(yōu)化程序界面（GUI）設(shè)計.142.3.4優(yōu)化結(jié)果.15第3章拋秧機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)改進(jìn).163.1秧盤結(jié)構(gòu)設(shè)計.163.2拋秧裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn).183.3壓盤裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn).19第4章缽苗下落過程運(yùn)動學(xué)分析和導(dǎo)苗裝置優(yōu)化.204.1缽苗下落過程描述.204.2缽苗下落過程的運(yùn)動學(xué)分析.204.2.1缽苗在空中下落分析.204.2.2缽苗在導(dǎo)苗管上滑行分析.234.2.3缽苗離開導(dǎo)苗管后在空中下落分析.254.3導(dǎo)苗管參數(shù)優(yōu)化.274.3.1建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型.274.3.2優(yōu)化計算和結(jié)果.28第5章導(dǎo)苗管的結(jié)構(gòu)設(shè)計.30第6章總結(jié)與展望.31參考文獻(xiàn).32致謝.33附錄.錯誤!未定義書簽。缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計1第1章緒論1.1概述稻米是世界上的主要糧食，特別在亞洲起到重要作用。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織2000年統(tǒng)計，全世界在水稻總產(chǎn)量為5.99億噸，超過玉米和小麥。亞洲是水稻主要產(chǎn)區(qū)，收獲面積占全世界的90%。而在我國，稻谷平均單產(chǎn)6.12噸/公頃，是我國糧食中單產(chǎn)最高的作物，是我國的主要糧食。水稻種植機(jī)械化對水稻生產(chǎn)具有非常大的影響，具有關(guān)資料顯示，與傳統(tǒng)人工作業(yè)相比每公頃可增產(chǎn)稻谷1000kg，按我國現(xiàn)有水稻種植面積計算，水稻種植機(jī)械化程度每增加一個百分點(diǎn)，既可增產(chǎn)稻谷3.7億kg，具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。實踐表明，水稻種植機(jī)械化作業(yè)可減少勞動用工量40，大幅度提高工效；機(jī)械栽插比人工手插平均節(jié)約成本450元公頃左右1。大力推進(jìn)水稻種植機(jī)械化，是解決水稻生產(chǎn)勞動力短缺問題，穩(wěn)定水稻生產(chǎn)，實現(xiàn)水稻生產(chǎn)節(jié)本增效，提高水稻生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率，增加農(nóng)民收入的重要途徑。目前的水稻機(jī)械工藝主要有三種模式：插秧、拋秧和直插。而有序拋秧技術(shù)擁有在種植過程中，根部無損傷，返青快、低節(jié)位有效分蕖多、穗型整齊、成熟一致等優(yōu)點(diǎn)和明顯的增長效果，成了機(jī)械研究人員的熱點(diǎn)2。1.2國外水稻有序拋秧機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r國外水稻拋秧栽培技術(shù)最早始于20世紀(jì)60年代的日本。日本學(xué)者先是借鑒甜菜紙筒的育苗原理，開始研究采用紙筒培育水稻秧苗的移栽技術(shù)。20世紀(jì)70年代初，日本北海道國立農(nóng)業(yè)試驗場開始了紙盤培育小苗技術(shù)的研究。1975年，日本北海道農(nóng)業(yè)試驗場試驗了塑料軟盤拋秧技術(shù)的研究，研制出拋秧塑料軟盤。特別是自購自營模式，規(guī)范化加機(jī)械化收益尤為顯著，是一條致富的捷徑。在培植插秧機(jī)經(jīng)營大戶的過程中，在政策、資金和技術(shù)等方面予以傾斜，并著力推動機(jī)插秧服務(wù)市場化和社會化。要總結(jié)借鑒聯(lián)合收割機(jī)跨區(qū)作業(yè)已形成的好經(jīng)驗，利用不同地區(qū)季節(jié)差異，打機(jī)插秧時間差，提高插秧機(jī)的利用率，引導(dǎo)插秧機(jī)跨區(qū)作業(yè)，增加機(jī)手收入。通過推廣插秧機(jī)，實現(xiàn)機(jī)手致富、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收。創(chuàng)新經(jīng)營機(jī)制和技術(shù)路線，促進(jìn)插秧機(jī)推廣進(jìn)入良性循環(huán)。積極鼓勵單位、集體和個人投資經(jīng)營插秧機(jī)，允許多種模式并存。同時，對暫時以集體名義購置的插秧機(jī)，也應(yīng)及早明晰產(chǎn)權(quán)，以塑料育苗軟盤，可承包租賃，也可改制給個人。缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計2經(jīng)過在不同氣候、不同地點(diǎn)的拋秧試驗，證明了水稻塑盤育苗拋秧栽培是一項使用安全、穩(wěn)產(chǎn)和省力的水稻栽培方法，值得其他國家和地區(qū)借鑒推廣。此后，尼日利亞、印度和韓國、中國都相繼開始了拋秧技術(shù)的試驗研究和應(yīng)用。20世紀(jì)70年代初，日本北海道曾經(jīng)研制出各種形式的插秧機(jī)和拋秧機(jī)，其中有自動6行播秧機(jī)、人工喂入半自動l2行插秧機(jī)、自動散播機(jī)和人力拖動氣力式散拋機(jī)等，當(dāng)時，這些機(jī)械作業(yè)的速度可以滿足要求，但作業(yè)質(zhì)量較差。1980年，日本將缽盤育苗與機(jī)插秧技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，研制出樹脂缽盤大苗插秧機(jī)，由于機(jī)器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，加工精度高，投資大，且樹脂缽盤價格昂貴，農(nóng)場主不愿投資，因而選擇了盤育苗機(jī)插技術(shù)。目前，國外水稻拋秧栽培面積不大。雖然日本曾率先研究成功水稻拋秧栽培技術(shù)，但該技術(shù)在日本未能得到推廣。因為日本經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高和勞動力少，注重農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝配套技術(shù)，從育秧到插秧綜合考慮，而且研制了可供大、中、小苗配套使用的各種型號的插秧機(jī)，以工廠化育秧和機(jī)械插秧取代了拋秧栽培。盡管如此，由于拋秧技術(shù)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在一些適宜的國家和地區(qū)仍有著較為廣闊的應(yīng)用前景3-5。1.3國內(nèi)水稻有序拋秧機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r我國水稻拋秧栽培在生產(chǎn)上的應(yīng)用經(jīng)歷了試驗、示范和推廣幾個時期。20世紀(jì)6070年代，拋秧栽培主要充分調(diào)動各方面的積極性。在機(jī)插秧試驗中，應(yīng)從實際出發(fā)，通過推廣機(jī)插秧技術(shù)，真正為農(nóng)民服務(wù)。從目前的試驗情況看，影響機(jī)插秧的關(guān)鍵因素是育秧成本過高、插后大田管理技術(shù)不成熟。所以，要積極探索可行的技術(shù)路線，把機(jī)插成本降至接近或低于人工栽插成本。鹽城市2001年95的機(jī)插秧采用簡易雙膜育秧方案，使機(jī)插成本降至375元/公頃，與人工栽插育秧成本持平6。同時，要組織有關(guān)技術(shù)專家認(rèn)真研究近幾年的試驗情況，分析機(jī)插水稻全生育過程的生長特性，盡快形成比較完善的機(jī)插秧技術(shù)路線，特別是育秧和插后大田管理技術(shù)規(guī)程，以指導(dǎo)今后機(jī)插秧技術(shù)的大面積示范推廣，為早日解決水稻栽插機(jī)械化做貢獻(xiàn)。20世紀(jì)80年代我國引進(jìn)了日本的拋秧技術(shù)，開展了紙筒和塑料軟盤育秧拋栽試驗，并在生產(chǎn)上進(jìn)行了示范，這一階段紙盤及塑料軟盤已初步應(yīng)用于水稻育苗拋秧，加上化學(xué)除草劑的推廣應(yīng)用，拋秧技術(shù)也具備了進(jìn)一步發(fā)展的條件。90缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計3年代以后，我國改進(jìn)了育苗技術(shù)，采用聚氯乙烯(PVC)片材經(jīng)吸塑制成缽體軟盤，降低了秧盤成本，改進(jìn)了育苗拋秧和水田栽培管理技術(shù)，同時成功研制出了水稻拋秧機(jī)，開辟了水稻機(jī)械化的又一條新路。拋秧栽培技術(shù)被列為國家“九五”農(nóng)業(yè)重點(diǎn)推廣技術(shù)而進(jìn)入迅速發(fā)展階段，1998年我國水稻拋秧技術(shù)應(yīng)用面積達(dá)到了310多萬公頃。我國關(guān)于水稻缽苗移栽機(jī)械的研究是從20世紀(jì)80年代末開始的。1990年延邊農(nóng)學(xué)院研制出第一臺人力水稻缽苗拋插機(jī)，但因拋秧機(jī)構(gòu)工作不可靠，碎缽傷苗率與漏播率高，功效低而未能推廣。1992年北京市農(nóng)機(jī)研究所研制出PY一3型帶輥式拋秧機(jī)，該機(jī)主要問題是拋秧過程中缽苗受擠壓及摩擦作用碎缽傷苗率超過20，缽苗入土直立性差。1994年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出2ZPY系列旋轉(zhuǎn)錐盤式拋秧機(jī)，該機(jī)拋秧部件是一個高速旋轉(zhuǎn)、內(nèi)側(cè)有導(dǎo)秧片的倒圓錐甩盤，靠錐盤旋轉(zhuǎn)對缽苗產(chǎn)生離心力作用拋秧，拋秧高度僅達(dá)到1.51.8m，入土直立性差，倒秧漂秧率高，且對缽體含水率要求較高，易粘盤停機(jī)7。1995年12日，北京市農(nóng)機(jī)研究所研制出的PY3型揚(yáng)場式水稻拋秧機(jī)正式通過行業(yè)專家鑒定，其原理是利用傳動帶的高速運(yùn)動將帶缽秧苗拋向空中，使秧苗落入水田，完成拋秧作業(yè)，工作效率高，入土深度適宜。但秧苗與傳動帶接觸時受沖擊力大，易損傷秧苗，同時秧苗均勻度也受到孔穴帶土量輕重的影響，拋秧均勻度不易掌握。1996年，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的氣力式水稻拋秧機(jī)利用氣流拋送原理，使得拋秧高度達(dá)2.53.5m，作業(yè)幅寬達(dá)到3.54.5m，但仍屬于無序拋秧。近幾年，人們逐步認(rèn)識到無序拋秧分布不均、后續(xù)作業(yè)不便的問題，開始了缽苗有序拋秧機(jī)的研究工作。如南京市農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的2ZU一6型和2ZB79型水稻擺秧機(jī)，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的2SP-6型水稻拋秧機(jī)，但到目前為止還沒能夠大面積運(yùn)用。哈爾濱市對該技術(shù)也作了大量實驗研究，但大部分是由于地塊、地勢、資金、人員素質(zhì)等因素，有所突破，也有所局限，但發(fā)展趨勢仍不太樂觀。我國目前的有序拋秧機(jī)型有較多種類，如氣吸式、氣吹式、氣流吹送式、分拋輪式、機(jī)械手式、振動式，現(xiàn)介紹幾種如下：缽苗有序拋秧機(jī)優(yōu)化設(shè)計4(1)對輥式拔秧機(jī)構(gòu)由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研制的2ZPYH530型水稻缽苗行栽機(jī)，采用對輥式拔秧機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了水稻穴盤育苗的自動拔秧。2ZPYH530型水稻缽苗行栽機(jī)輸秧拔秧裝置主要由輸秧輥、壓秧板、上下拔秧輥等組成。其工作原理是：帶苗缽盤通過人工放在托板上并喂入到輸秧輥上。拔秧輥按一定傳動比帶動輸秧輥轉(zhuǎn)動，當(dāng)上下拔秧輥的夾秧板對接時，靠夾秧板外緣彈性材料變形產(chǎn)生的夾緊力，將位于上下拔秧輥中間的缽苗夾持并帶動其一起運(yùn)動，最后使得缽苗與育秧盤脫離；當(dāng)上下拔秧輥轉(zhuǎn)過一定角度后夾秧扳松開，缽苗落入導(dǎo)苗管，完成拔秧工作。研究者以取秧時的秧苗傾角為目標(biāo)函數(shù)建立了秧苗拔取過程的數(shù)學(xué)模型，對此機(jī)型的自動輸秧拔秧機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。對水稻秧苗抗拉力學(xué)特性及穴盤拔秧性能的力學(xué)試驗研究表明，水稻從育秧穴中拔出來所需承受的