農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造研究

摘要：水稻在我國有著悠久的種植歷史，水稻插秧機(jī)也在廣泛的使用，本文探討了插秧機(jī)變速器的設(shè)計(jì)以及制造工藝，并對高速插秧機(jī)的插秧性能進(jìn)行了相關(guān)的研究分析，結(jié)果指出：高速插秧機(jī)的變速方式一般為機(jī)械變速，變速器的設(shè)計(jì)主要包括設(shè)計(jì)目標(biāo)以及相關(guān)傳動齒輪與軸的具體參數(shù)選擇，最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)變速器的輕量化；最后分析所設(shè)計(jì)插秧機(jī)的插秧性能，能夠基本滿足秧苗的插秧精度要求。

關(guān)鍵詞：高速插秧機(jī)；設(shè)計(jì)制造；插秧性能

本文所涉及的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備均為水稻插秧機(jī)，水稻在我國具有悠久的種植歷史，機(jī)械插秧機(jī)的插秧秧苗行距與株距均勻、通風(fēng)和透光性比較好，尤其是機(jī)械插秧種植的增產(chǎn)效果比較明顯。目前發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)開始了高速插秧機(jī)的廣泛應(yīng)用，我國對于高速插秧機(jī)的研究起始于上個(gè)世紀(jì)八十年代，目前高速插秧主要是以國外引進(jìn)為主，國內(nèi)關(guān)于高速插秧機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工藝還處在初級的階段，還需要很多的時(shí)間去研究。本文通過對相關(guān)參考文獻(xiàn)的分析，結(jié)合作者多年的農(nóng)業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，對高速插秧機(jī)的設(shè)計(jì)制造目前存在的問題進(jìn)行了相關(guān)分析，提出了相關(guān)的解決對策。

1.高速插秧機(jī)底盤的變速方式

現(xiàn)在市場上車輛的變速方式大多數(shù)采用的都是機(jī)械式變速方式，變速器主要由齒輪、軸以及相關(guān)的傳動裝置組成。

1.1.高速插秧機(jī)采用的機(jī)械式變速器主要是三軸式變速器，齒輪副的傳動效率超過了90%。機(jī)械式變速器對于環(huán)境的變化并不敏感，不會因?yàn)闈櫥偷牟煌瑢?dǎo)致機(jī)械傳動性能的下降。但是使用中有關(guān)行距、株距調(diào)節(jié)范圍的設(shè)計(jì)使得底盤變速器的體積比較龐大，導(dǎo)致安裝比較麻煩。

1.2.液壓無級變速裝置，這種變速器操縱比較簡單，能夠與不同類型的發(fā)動機(jī)之間實(shí)現(xiàn)良好的匹配。液壓無級變速裝置的核心部件只有泵與馬達(dá)，傳動效率較低，通常變速器的傳動效率只有80%；

1.3.液壓機(jī)械無級變速器：這種變速器的傳動效率達(dá)到85%左右，介于上述兩種變速器之間，但是制造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，不宜大規(guī)模在高速插秧機(jī)的制造過程中應(yīng)用。

2. 高速插秧機(jī)變速箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在變速箱傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，縮小齒輪的設(shè)計(jì)尺寸，減小變速箱的重量，對傳動的齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的合理選擇，具體的設(shè)計(jì)過程主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1.變速器設(shè)計(jì)變量的確定：高速插秧機(jī)變速器涉及的零部件比較多，本文對高速插秧機(jī)主變速箱進(jìn)行機(jī)構(gòu)方面的優(yōu)化，主要的優(yōu)化參數(shù)有變速齒輪和傳動齒輪的模數(shù)、齒寬以及齒數(shù)等30個(gè)設(shè)計(jì)變量作為齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

2.2.設(shè)計(jì)目標(biāo)的建立：對于高速插秧機(jī)變速箱的傳動齒輪而言，優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)就是在保證使用條件的前提下，如何將齒輪的體積達(dá)到最小，重量最輕是本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)函數(shù)；

2.3.齒輪約束條件的選擇：一般來說高速插秧機(jī)的齒輪變速箱齒輪的選擇原則是為了降低傳動過程中所產(chǎn)生的噪音，降低轉(zhuǎn)速以及減小齒輪寬度；由于齒寬較大，則會很容易造成齒輪軸向載荷的不均勻，降低齒輪的使用壽命，所以要在保證齒輪強(qiáng)度的情況下，盡量選擇較小的齒寬；在齒數(shù)的限制方面，12≤z≤17，為了防止發(fā)生根切的現(xiàn)象，通常采用正變位齒輪。

3.高速插秧機(jī)的齒輪變速器的機(jī)械加工工藝及關(guān)鍵技術(shù)研究

高速齒輪的加工按照圖紙來進(jìn)行，為了齒輪與軸之間加工裝配的方便，通常采用焊接的方式進(jìn)行連接，但是要保證在焊接過程中產(chǎn)生的熱變形要在設(shè)計(jì)所允許的跳動范圍之內(nèi)。本文所設(shè)計(jì)的高速插秧機(jī)的變速系統(tǒng)主要由五個(gè)傳動軸組成，I軸的連接套和軸之間主要采用焊接工藝進(jìn)行連接，大幅度降低了I號齒輪軸的加工難度，提高了生產(chǎn)效率；II軸與III軸均采用花鍵聯(lián)接的方式進(jìn)行，這樣保證連接強(qiáng)度的同時(shí)還可以保證安全性。IV的主要作用是實(shí)現(xiàn)插秧速度的變化的輸入軸 ，受到的作用力較少，齒輪與軸采取焊接的方式進(jìn)行。其次對于主變速箱的裝配工藝而言，首先應(yīng)該將齒輪、軸、撥叉以及軸承和一些相關(guān)的轉(zhuǎn)向零部件裝入箱體之中，然后再將變速箱的中分連接面涂上密封膠，使得上下箱體能夠很好的使用羅栓連接起來。

4.高速插秧機(jī)的插秧性能測試

高速插秧機(jī)變速器使用以來，經(jīng)過在田間長時(shí)間的測試，發(fā)現(xiàn)齒輪箱內(nèi)部并沒有發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)齒輪與軸之間的疲勞失效的現(xiàn)象，說明上述對變速器及齒輪箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造工藝是正確的，其中也間接說明了齒輪與軸的選擇和設(shè)計(jì)是比較合理的，達(dá)到了設(shè)計(jì)的具體要求。在插秧性能測試方面，更換IV軸齒輪上的齒數(shù)，分別為22，、24、28、32，在苗床上進(jìn)行插秧測試，然后進(jìn)行株距的相關(guān)測試。每輪插秧結(jié)束以后，隨機(jī)選取10個(gè)株距，得到如圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1 插秧次數(shù)與實(shí)測株距之間的關(guān)系

圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輸入軸的齒輪的齒數(shù)分為22，24，28，32時(shí)，能夠滿足插秧株距的要求。

5.小結(jié)

隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，有關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的研究也在逐漸的開展起來。本文以高速插秧機(jī)為研究對象，探討了插秧機(jī)變速器的設(shè)計(jì)以及制造工藝，并對高速插秧機(jī)的插秧性能進(jìn)行了相關(guān)的研究分析，結(jié)果指出：高速插秧機(jī)的變速方式一般為機(jī)械變速，變速器的設(shè)計(jì)主要包括設(shè)計(jì)目標(biāo)以及相關(guān)傳動齒輪與軸的具體參數(shù)選擇，最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)變速器的輕量化；最后分析所設(shè)計(jì)插秧機(jī)的插秧性能，能夠基本滿足秧苗的插秧精度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱德峰， 陳惠哲， 徐一成. 我國水稻機(jī)械種植的發(fā)展前景與對策[J]. 農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備， 2007， （1）： 14～15.

[2] 包春江， 李寶筏. 日本水稻插秧機(jī)的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2004， 35（1）： 162～166.