水稻育秧播種機秧盤運送擺放裝置設計

孫振雨

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

電動水稻育秧播種機可一次性完成鋪土、播種、覆土等作業，工作效率不小于660 盤·h-1，是水稻育秧播種的重要生產方式，被廣泛應用。經過播種的秧盤需整齊擺放于育秧大棚苗床，為后續稻種生根發芽、移秧插秧做好準備。現階段，從電動水稻育秧播種機播種完畢到放于地面，秧盤基本由人工手動放置完成。該工作勞動強度大，重復性強，節奏快，對人員腰部損傷大，需耗費大量體力。不僅用工多，而且在轉運過程中容易出現工作失誤，導致秧盤跌落傾灑，現急需專用機具替代人工作業。

因此，設計了一種應用于電動水稻育秧播種機的秧盤運送裝置，該裝置可完成接盤、運盤、放盤作業，運行平穩且擺放整齊，解決了水稻秧盤從播種機到大棚苗床的轉運難題。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

該裝置主要由調速電機、驅動鏈輪、電池組、調速控制器、機架、運送平臺、鏈條、運送大鏈輪、行走輪、鏈條托輥、運送小鏈輪、工作鏈輪、行走鏈輪等幾個部分組成，整體結構如圖1所示。

1.調速電機；2.驅動鏈輪；3.電池組；4.調速控制器；5.機架；6.運送平臺；7.鏈條；8.運送大鏈輪；9.行走輪；10.鏈條托輥；11.運送小鏈輪；12.工作鏈輪；13.行走鏈輪

1.2 工作原理

該裝置主要由兩部分構成，行走部分和工作部分。行走部分由蓄電池為調速電機提供動力，調速電機與行走輪鏈輪通過鏈條連接，行走輪安裝固定于機架底部，電機轉動帶動鏈條驅動行走輪轉動，完成行走動作。行走速度可通過調整調速電機轉速調節。

調速電機的動力輸出軸安裝有驅動鏈輪，驅動鏈輪與運送平臺的運送小鏈輪通過鏈條連接，將動力傳遞到運動平臺上，驅動運動平臺向前運動。

秧盤運行軌跡如圖2所示。

圖2 秧盤運動軌跡示意圖

當運送平臺縱向移動到指定位置，繼續隨鏈條向前運動，橫向運送秧盤，到達卸盤處時將秧盤放置于指定位置，同時整機向前移動至下一個秧盤放置處，繼續放置秧盤，直至放置結束，返回播種機處，重復工作。

行走部分采用電瓶驅動，自動化程度高。可實現秧盤對接，準確高效。作業部分采用鏈條輸送，可靠性強，規范化高，標準化作業，一致性較好。保證擺盤作業效率的同時不會耽誤播種工作，有助于農戶搶占時節。

行走部與作業部配合作業，二者既可以獨立完成各自任務又可以同時工作，完成運送、擺放作業。

考慮到育秧大棚內空間有限，以及水稻秧盤質軟易變形的特性，工作部分采用鏈傳動、運送平臺柔性回轉的工作方式。

2 主要技術參數

整機尺寸(長×寬×高)：170 cm×36 cm×63 cm；

行駛速度：1.2 m·s-1；

作業效率：≥660盤·h-1；

配套動力：0.2 kW；

作業電機型號：6IK200RGN-CF(6GN-5K)；

行走電機型號：6IK200RGN-CF(6GN-3K)；

傳動方式：鏈傳動。

3 關鍵部件的設計及選型

3.1 運送平臺的設計

根據農戶實際生產情況，秧盤價格差距較大，一般硬質秧盤3.2元·個-1，軟質秧盤0.36元·個-1，從節約成本角度考慮農戶大多采用軟質秧盤。為適應秧盤較軟特性，設計采用聚乙烯苫布作為運送平臺，該材質可減小振動并受力均勻，同時保證不撒籽不跑土。聚乙烯苫布可實現柔性回轉，節約空間，減少相關運動機構。

運送平臺為運送水稻秧盤的主要部件，承載、運送、放置水稻秧盤的作用，設計尺寸為310 mm×600 mm，寬度大于秧盤尺寸300 mm×600 mm。運送平臺四角與輸送鏈條固定連接，運送平臺隨鏈條前進而前進。

3.2 機架的設計

機架為整機的骨架部分，起到支撐、固定作用，工作部件合理、有序安裝在機架上。針對2BC-660型電動水稻育秧播種機外形尺寸(3 940 mm×475 mm×1 065 mm)進行機架設計[1]。設計中確保水稻秧盤運送平臺高度與播種機出盤高度一致，保證平穩接收秧盤；根據軟性秧盤尺寸設計工作區間尺寸。

機架設計為矩形框架結構，如圖3所示。機架工作區間寬度320 mm，高度560 mm，由兩根底梁、四根立柱、三根橫梁和兩根縱梁焊合而成。為了采購方便，節約成本，所有梁柱選用50 mm×25 mm×1.5 mm矩形方管。

圖3 機架示意圖

3.3 鏈傳動系的設計

按照機架的設計尺寸及部件安裝位置確定鏈傳動中心距。已知：工作鏈傳動中心距L工作=290 mm；L行走=300 mm，預期行駛速度v=1.2 m·s-1。

為了平均鏈輪磨損程度，提高鏈輪使用壽命，一般鏈輪齒數設計為奇數，且最好為質數。

設計驅動鏈輪齒數為19，工作鏈輪齒數為17，行走鏈輪齒數為17；運送大鏈輪、運送小鏈輪齒數分別為17和13。

根據齒數及鏈條型號08A計算得到鏈輪主要技術參數如表1。

表1 各鏈輪主要技術參數

3.4 鏈條的選型及效核

運送平臺數量N的確定。

N=L/l

(1)

式中L—運送鏈條工作長度，mm；

l—運送平臺長度，mm。

已知L=3 022 mm，l=600 mm，代入式(1)計算得N=5。

播種秧盤質量m計算

m=m1+m2+m3

(2)

式中m1—稻種質量，g；

m2—底土質量，g；

m3—覆土質量，g。

根據本地調查，單盤播種量m1=80 g，底土厚度10 mm，覆土厚度5 mm；育秧土按照《NY/T 1534—2019水稻工廠化育秧技術規程》處理，得到育秧土密度1 021.5 kg·m-3(1.0 g·cm-3)[2]。

已知m1=80 g；m2=1 800 g；m3=900 g；代入式(2)得m==2.78kg。

播種完畢的單盤最大靜載荷Q=M×N×G=2.78×5×10=139N，(G=10N·kg-1)。

工作鏈條最大載荷Qmax=5·Q=560N。

根據設計手冊查得選用08A，節距P=12.7mm，抗拉載荷Q=13.8kN，且Q>Qmax，可保證鏈條在工作過程中不會因抗拉載荷導致鏈條斷裂。

3.5 電機的選型

針對不同作業場所的作業條件差距較大，農戶作業水平參差不齊的情況，電機采用減速電機，并配套使用速度調節裝置，實現作業速度和行進速度獨立、實時調節，適應不同農戶差異化工作效率。

蓄電池為減速電機提供動力，減速電機驅動整機工作。整機行走部分選用6IK200RGN-CF(6GN-3K)型減速電機，工作部分選用6IK200RGN-CF(6GN-5K)型減速電機，整機選用3塊天能6-DZF-20型蓄電池。

4 使用

4.1 檢查

開機前檢查。檢查各部件安裝是否齊全，確認各零部件安裝牢固可靠。提前將蓄電池充滿電。

4.2 試運行

打開控制器開關，逐漸調節速度至最大，觀察運轉情況，確認作業、行走過程中無刮碰、異響、變形等故障，確認裝置運轉正常。

4.3 就位

控制行走部將機具移動至電動水稻育秧播種機出盤處，控制作業部運轉，將運送平臺入口與出盤處相接。

4.4 接收，承載

秧盤從出盤處離開時啟動作業部，調整運送平臺速度與秧盤前進速度相同，二者緊密接觸，秧盤離開出盤處落入運送平臺。運送平臺承接完一個秧盤自動承接下一個，連續不斷地承接秧盤。

4.5 運送

當裝置承接的第一個秧盤到達卸盤處時，關閉作業開關，停止接盤動作。打開行走作業開關，調整裝置前進方向，控制行走速度，將裝置行走至苗床指定位置。

4.6 擺放

打開作業控制器，將秧盤從卸盤處卸下，同時調整行走部行走速度，使裝置后退速度與運送平臺速度保持一致。

4.7 返回

擺放結束返回播種機重復作業。

5 結論

設計了一種水稻秧盤自動運送、擺放裝置，該機具設計功能明確、針對性強；解決了電動水稻育秧播種機播種作業完成后秧盤由播種機運送至育秧大棚苗床位置的難題，實現了該過程的機械化；整機結構簡單，運行平穩，安全可靠。

該裝置通過三維軟件CAXA2013實體設計建立了模型，經檢查未出現干涉現象。