自走式水稻育秧播種機性能優化設計

繆磊 黃毅成 黃康倫 陳勇

摘 要：采取理論研究、規律探索與實驗驗證相結合的方式，針對某型號多功能自走式水稻育秧播種機，在不改變裝備主要用途和基礎結構的前提下，通過研制基于氣力吸附的軟質秧盤無重疊連續拼擺盤技術，優化設計秧盤輸送裝置、播種鋪土裝置、動力驅動裝置、行走控制系統等功能模塊，實現裝備高程度復式作業，進一步減少了秧盤壅堵現象，提升了育秧播種穩定性，實現機具性能優化。

關鍵詞：育秧播種機;自走式;多功能;優化設計

中圖分類號 S223文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）19-0089-03

Performance Optimization Design of a Self-propelled Rice Seedling Seeder

Miu Lei1 et al.

Abstract：By means of combining theoretical research，law exploration and experimental verification，aiming at a certain type of multi-functional self-propelled rice seedling seeder，without changing the main use and infrastructure of the equipment，this paper optimizes the design of seedling tray by developing a soft seedling tray non-overlapping continuous tilting tray technology based on pneumatic adsorption. Functional modules such as conveying device，seeding and paving device，power drive device and walking control system can realize high-level compound operation of equipment，further reduce the backup phenomenon of seedling tray，improve seeding stability and optimize the performance of seedling raising and seeding machine.

Key words：Seedling seeder;Self-propelled;Multi-function;Optimum design

1 引言

實踐表明，育秧環節的好壞直接影響水稻的栽插質量和返青分蘗能力，決定著水稻產量。目前我國水稻育秧方式主要采用的是以人工為主的人工育秧模式和以育秧流水線裝備為基礎的流水線育秧模式，但都存在一定弊端。主要表現為：集成化程度低，育秧流水線主要集成鋪底土、播種、覆土環節[1]，其他環節需通過人工或輔助裝備實現育秧，需外部提供電源;物資投入多，為便于搬運、擺盤，多選用硬質秧盤，一次性投入多，且需要空間儲存秧盤;作業效率低，分段式的作業方式，需大量人工投入，調查顯示，1 hm2秧田流水線及人工模式播種育秧分別需人工225個、645個;秧苗素質不穩定，由于人工參與環節較多，導致產生播種不均勻、土體種子移位、秧盤變形等現象。本文在某型號育秧機前期設計基礎上，對裝備基礎功能模塊進行設計優化，進一步提升其裝備性能，形成具有自主知識產權的高效復式、多功能水稻育秧裝備。

2 原裝備結構及工作原理

2.1 基本結構 自走式水稻育秧播種機[2]主要由6個工作模塊構成，裝備能夠實現秧盤的喂入、鋪底土、播種、覆土、盤輸出、盤下滑、盤擺放7道工序一次完成，其基本結構如圖1。

1.操作臺板 ?2.整體播種鋪土裝置 ?3.秧盤輸送擺落裝置

4.履帶行走裝置 ?5.減速傳動裝置 ?6.動力裝置

2.2 工作原理

2.1.1 操作臺板 集成操縱手柄、控制面板、秧盤疊放平臺等，機具工作時，由人工將秧盤拼放于秧盤輸送裝置，橫向放置2張/排。

2.1.2 整體播種鋪土裝置 集成多倉種土箱、鋪覆土裝置、播種器等，秧盤在輸送過程中完成鋪底土、播種、覆土，播種量5擋可調。

2.1.3 秧盤輸送擺落裝置 集成刮覆土裝置、鏈輪傳動裝置、秧盤擺落裝置等，實現秧盤從喂入到攤放的輸送功能，將秧盤連續平整的攤放在秧板上。

2.1.4 減速傳動裝置 集成主動軸、輸出軸，動力換擋及轉向機構等，輸出軸共3根，分別給履帶行走裝置、秧盤輸送裝置、播種鋪土裝置提供動力。

2.1.5 電機及控制系統 實現行走驅動電機，鋪土電機、播種電機、覆土電機、傳輸帶電機等之間的動作邏輯關系及內部控制算法調節。

3 優化設計

3.1 自動拼擺盤裝置 針對秧盤人工喂入環節，研制了基于氣力吸附的軟質秧盤無重疊連續拼盤擺放技術，實現秧盤自動喂入，解決了軟質秧盤擺盤易壟疊、拼盤易間斷等問題。通過對原操作臺板部位進行改進，機構包括秧盤吸附提升裝置、喂盤擺桿機構、間隙性供氣系統等。工作時，首先吸附提升裝置將秧盤提升到擺桿取盤位置，再由擺桿機構實現喂盤，氣流供給控制系統由微型吸泵及多路管道構成，依據提升、擺桿裝置動作規律控制柔性吸附皮嘴氣流供給（圖2）。

3.2 播種鋪土穩定裝置 播種鋪土均勻性、軸輥運轉穩定性等機具性能直接影響著育秧質量。對裝備各工作模塊進行改進及優化設計，解決播種鋪土過程中播種均勻性低、軸輥易振顫、土體易堵塞等難題。

3.2.1 電機及控制系統優化 如圖3所示，采用行波型旋轉超聲電機[3]作為播種鋪土軸的驅動裝置，通過碟簧向定、轉子提供預壓力，利用碟簧的零剛度特性，使預壓力保持穩定，使電機平穩輸出，大幅提高播種鋪土作業穩定性。

3.2.2 整體播種鋪土裝置優化

3.2.2.1 防堵塞設計 如圖4所示，在底土倉、覆土倉中設計加裝碎土裝置，包括碎土軸、雙頭螺柱，雙頭螺柱按一定的間距通過雙螺母背緊在碎土軸上，相鄰的螺柱交錯設置為90°，露出端起到碎土作用。當泥土（基質）太潮濕或長期積壓，導致凝結成塊狀，通過碎土裝置將塊狀打碎有利于鋪土均勻;并在播種箱兩側加裝電磁激振裝置，產生激勵力防止種子和基質在排出時出現擁堵現象。

3.2.2.2 播種器優化設計 如圖5所示，選用結構簡單、調整方便、通用性好的外槽輪排種器，為克服槽輪轉動過程中對種子流形成的帶動層，槽輪凹凸形成的脈動[4]等現象影響，設計了一種梯齒弧形槽輪播種軸，采用一體化軸平行梯形齒條結構設計，梯形齒條有14組，梯形齒距、齒寬分別為齒高的1.2～1.4倍、1.4～2倍，弧形槽兩邊與梯形齒相切;改進后播種器具有播種均勻、對種子損傷小等優點，種子破損率≤0.8%。

3.3 接地仿形裝置 如圖6所示，為實現秧盤無間隙、無震顫攤放，對秧盤輸送擺落裝置進行改進。采用多鉸接平行四桿單自由度仿形機構，AA、AB、BB構成的平行四桿機構繞A、B鉸接處轉動，根據機構運動的特點，剛性連接在AB上的輸送擺落裝置隨著地勢的起伏，在仿形過程中始終作上、下的平行運動，使接地膠體部分入土角始終不變且貼地運行，實現無級角度接地仿形，利于秧苗出苗整齊。

4 總結

針對上代機型試驗、應用中遇到的實際問題，對各工作模塊進行針對性改進及性能優化。通過試驗和實際應用，優化后的裝備各項性能指標均達到設計要求。裝備集成水稻育秧關鍵環節技術，一次性完成自動喂盤、鋪底土、播種、覆土、鋪盤等多道工序，實現自走、自播、自鋪連續作業功能，大幅提升了水稻種植的“運、育、栽、管”機械化水平，填補了行業空白。

參考文獻

[1]周海波，馬旭，姚亞利.水稻秧盤育秧播種技術與裝備的研究現狀及發展趨勢[J].農業工程學報，2008，24（4）：301-306.

[2]金亦富，生昕，李振巖等.2B-4A型自走式育秧機設計與試驗[J].中國農機化學報，2016，36（6）：15-18.

[3]龔俊杰，沈麗佳.一種創新型行波型旋轉超聲電機，中國：104868782A[P]，2015-08-26.

[4]余泳昌，李明枝，劉曉文.外槽輪排種器結構的改進[J].河南農業大學學報，2016，36（1）：85-88.

（責編：汪新國）