浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 文獻(xiàn)綜述 報告 班 級 09 機(jī)制 4 班 姓 名 王珍珍 課題名稱 異形 非圓錐齒輪 行星輪系水稻寬窄行 分插機(jī)構(gòu) 設(shè)計 目錄： 1 前言 2 國內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀和 發(fā)展趨勢 3 寬窄行分插機(jī)構(gòu) 的 運(yùn)動軌跡要求 4 寬窄行插秧機(jī)的 研究 意義 5 總結(jié) 6 參考文獻(xiàn) 指導(dǎo)老師 審批 意 見 簽名： 年 月 日 1 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計 王珍珍 （ 09 機(jī)制四班 Q09300105） 1. 前言 農(nóng)業(yè)的根本出路在于發(fā)展科技，其實(shí)質(zhì)在于機(jī)械化，發(fā)展農(nóng)業(yè)的首要問題是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化問題。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要組成部分，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展水平是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的重要標(biāo)志。我國加入世貿(mào)組織后，借鑒國際經(jīng)驗(yàn)證明，科技水平低的農(nóng)業(yè)是沒有競爭力的農(nóng)業(yè)，勞動生產(chǎn)率低的農(nóng)業(yè)也是沒有競爭力的農(nóng)業(yè)。要提高我國農(nóng)業(yè)在國際市場上的競爭力，首要的任務(wù)是擴(kuò)大農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模，用高新技術(shù)裝備農(nóng)業(yè)，所有這些，都離不了農(nóng)業(yè)機(jī)械化。農(nóng)業(yè)機(jī)械化承載著 8 億農(nóng)民的希望，支撐著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。離開了農(nóng)業(yè)機(jī)械化，農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化就無從談起。 中國是一個人口大國，糧食是首先要解決的問題，而水稻是中國的主要糧食作物。但是，到目前為止我國的水稻種植仍然以人工育秧，插秧為主，生產(chǎn)落后，勞動強(qiáng)度大。并且改革開放以來，我國西部農(nóng)村地區(qū)的青壯年紛紛到東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)務(wù)工，使得西部農(nóng)村的勞動力銳減，許多良田無人耕種，水稻種植面積減少，增加了全國糧食供應(yīng)的難度。隨著中國人口的增加，城市建設(shè)的快速發(fā)展，國家工業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)。大量的工業(yè)園區(qū)，住宅區(qū)的建設(shè)使得耕地面積進(jìn)一步減少，而糧食的需求將更大。水稻的產(chǎn)量和種植效率的提高已經(jīng)成為急待我們解決的問題。機(jī)械化種植可以 提高水稻產(chǎn)量與質(zhì)量，提高土地利用率與種植速度。 2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 水稻插秧種植方式主要集中在亞洲，目前國外生產(chǎn)插秧機(jī)的國家也全部在亞洲，主要是日本和韓國。日本是世界上水稻插秧機(jī)械化水平最高的國家，也是插秧機(jī)械研究和制造水平最高的國家，插秧機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品均處于領(lǐng)先地位，而且日本和韓國都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)水稻插秧機(jī)械化。而我國國內(nèi)現(xiàn)在的水稻機(jī)械化種植面積不到全國面積的 6%，所以水稻機(jī)械化種植的普及是解決水稻種植問題的關(guān)鍵。隨著國內(nèi)插秧機(jī)市場需求的啟動，未來發(fā)展前景廣闊。我國很多企業(yè)都介入插秧機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)國 外的插秧機(jī)企業(yè)也改變過去單一的產(chǎn)品出口方式，紛紛在我國建立獨(dú)資或合資企業(yè)進(jìn)行插秧機(jī)生產(chǎn)，國內(nèi)插秧機(jī)市場已經(jīng)形成國際化的競爭局面。近年來國內(nèi)插秧機(jī)市場發(fā)展迅速，2 產(chǎn)銷量增長很快， 2010 年我國插秧機(jī)保有量將突破 30 萬臺，較之“十五”末的 7.96萬臺，增長近 4 倍。插秧機(jī)的產(chǎn)銷量大幅攀升， 2010 年年度產(chǎn)銷量較之 2005 年增長了 3 倍多。機(jī)械種植水平快速增長，由 2005 年的 7.14%增長到 2009 年的 16.71%，四年提高了 9.57 個百分點(diǎn)。 2011 年我國插秧機(jī)市場將繼續(xù)得益于國家政策的拉動，出現(xiàn)需求高潮。 近幾年 來我國的水稻機(jī)械化雖然得到快速發(fā)展，但是也只有近 140 多萬 hm2，只占全國水稻種植面積的 5%。而發(fā)達(dá)國家，比如水稻機(jī)械化種植最發(fā)的國家日本，早在 1988 年就達(dá)到了 98%。韓國開始使用機(jī)械種植水稻的時間比較晚，但其速度非常快，到 1992 年就已經(jīng)達(dá)到 95%。而導(dǎo)致我國水稻機(jī)械化程度低的原因主要有： 1. 國產(chǎn)插秧機(jī)可靠性低，而進(jìn)口插秧機(jī)的價格太高。在我國農(nóng)民的收入承受不起動則十幾萬，幾十萬的插秧機(jī)； 2. 我國地域遼闊，南北方水稻種植凡是存在很大的差異，很多國外的插秧機(jī)對我國北方的單季稻十分合適，但是對南方的雙季稻卻不適應(yīng)，而我國主要的水稻產(chǎn)量在南方； 3. 水稻插秧機(jī)里面的機(jī)構(gòu)設(shè)計需要很高的科技，它是一個很復(fù)雜的系統(tǒng)，要求企業(yè)有相當(dāng)高的制造生產(chǎn)和研發(fā)的能力。這就導(dǎo)致我國的插秧機(jī)被日本等國的插秧機(jī)所壟斷，缺乏國產(chǎn)競爭企業(yè)。 因此無論性能上還是經(jīng)濟(jì)上都急需研究適合我國國情的水稻插秧機(jī)。其中分插機(jī)構(gòu)是插秧機(jī)中最為重要的工作部件，它的研究是最為必要，最有價值的。 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的研究，最早是 20世紀(jì) 50年代我國發(fā)明 的曲柄滑道式分插機(jī)構(gòu)，60 年代日本在改進(jìn)我國插秧機(jī)構(gòu)中發(fā)明了更為簡單高效的曲柄搖桿式分插機(jī)構(gòu)。后來日本又發(fā)明了毯狀秧苗，使插秧的成功率和秧苗的成活率都大大提高。在 70 年代初期分叉機(jī)構(gòu)上又增加了推秧裝置，避免秧苗被秧針回帶。在 70 年代后期，曲柄上增加了配重裝置，使分插機(jī)構(gòu)達(dá)到動平衡，即使在高轉(zhuǎn)速下，它也能平穩(wěn)的工作，這使得單位時間內(nèi)插秧次數(shù)提高到 270 次 /分。到了 80 年代，日本開始研制高速插秧機(jī)構(gòu)，單位時間的插秧次數(shù)是曲柄搖桿式的兩倍。高速插秧機(jī)構(gòu)應(yīng)用行星輪系分插機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于乘坐式插秧機(jī)。 我國在 90 年代初期 開始研制高速分插機(jī)構(gòu)，取得了很大的成績。特別是浙江理工大學(xué)的趙勻教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，經(jīng)過多年的努力，攻克了許多難關(guān)，發(fā)明了多種旋轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)，獲得多項(xiàng)發(fā)明專利，有很多已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給廠家。這些發(fā)明包括偏心鏈輪分插3 機(jī)構(gòu)，橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)等。 3.寬窄行分插機(jī)構(gòu)的 運(yùn)動軌跡要求 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的絕對運(yùn)動軌跡是當(dāng)插秧機(jī)有一個向前的速度 時 秧針相對地面的軌跡。分插機(jī)構(gòu)的工作過程如下 : （ 1）取秧過程：秧針從運(yùn)行到碰觸到秧苗開始到將秧苗從秧 盤 上取下的過程，這過程要求保證直取秧，秧針盡量減少傷害秧苗，這樣縮短秧苗的返青時間， 有利于秧苗的成長，使水稻產(chǎn)量增加。這要求秧針取苗的時候是垂直秧門下去，這樣不會傷害到其他的秧苗。所以在取秧過程的軌跡應(yīng)該和秧門垂直。取秧時秧爪與水平線的夾角 ( 取秧角 ) 應(yīng)在 5 25 ; （ 2）送秧過程：是指取完秧后到開始推秧的這段過程，秧苗從秧 盤 被取下來在秧針上隨著分插機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從垂直秧盤到旋轉(zhuǎn)到一定角度，以便方便插秧。 （ 3）插秧過程：是將秧苗插入到地里的過程，這過程需要秧苗保持一定的直立度要使秧苗和地面的角度保持在 8090 度之間，這需要軌跡在插秧階段形成的穴口適合。軌跡的穴口長度為 20 30 mm, 過大會導(dǎo)致所插秧苗倒伏或漂秧 ;增加秧苗的返青時間，不利于水稻增產(chǎn)。推秧時秧爪與水平線的夾角 ( 推秧角 ) 應(yīng)在 60 80 ,即取秧角與推秧角的角度差約為 50 60。 （ 4）空運(yùn)行過程：由于插秧機(jī)往前運(yùn)動，在空運(yùn)行過程中要求插秧機(jī)不能將秧苗推到，這將有利于秧苗的成長，以減少返青時間。回程軌跡要有向上的趨勢 , 避免有太向前的趨勢 , 以免秧爪碰傷已插秧苗。 4. 寬窄行插秧機(jī)研究意義 目前國內(nèi)外水稻種植最為普遍的是等行距和株距的插秧機(jī)。根據(jù)我國的氣候地理情況，如果采用寬窄行插秧機(jī)插秧將會增加秧 行間的通風(fēng)，光照，達(dá)到減少病蟲害，增穗、增粒、提高粒重，充分發(fā)揮邊際效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。對于我國水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的提高起到很大的作用。而由于行距是由秧門決定，所以不可調(diào)，株距是由分插機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速和插秧車前行速度一起控制的。通過調(diào)節(jié)株距可以改變種植密度，但是插秧機(jī)在工作是只能按照調(diào)好的株距運(yùn)行，在工作過程中其株距也是不 能變的。作為水稻機(jī)械化最為發(fā)達(dá)的日本雖然也沒有寬窄行的種植模式。 但是小西達(dá)等也利用錐齒輪和共軛凸輪4 機(jī)構(gòu)得到實(shí)際所需的空間插秧軌跡。但這種機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，需要改變移箱機(jī)構(gòu)和秧箱結(jié)構(gòu)，且不適合我國寬窄行插秧的需要 。 目前 見報道的只有延吉插秧機(jī)制造有限公司和黑龍江農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制了一種寬窄行插機(jī)，采用等行距插秧用的曲柄搖桿式分插機(jī)構(gòu)，只是在分插機(jī)構(gòu)和秧箱的布置上做了一定的改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了 20cm-40cm 的插秧行距，但 目前市場上存在的 秧箱未能有效利用，尤其是采用 20cm 秧盤，與現(xiàn)有 30cm秧盤不通用，機(jī)器不成熟， 未能有效控制機(jī)器成本， 限制了機(jī)器的推廣。 5.總結(jié) 本課題在不改變其它機(jī)構(gòu)的前提下，對分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計出一種 不完全非圓錐 齒輪傳動寬窄行分插機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)秧針針尖插秧運(yùn)動軌跡參數(shù)的優(yōu)化， 達(dá)到我國寬窄行插秧的 需求。 5 參考文獻(xiàn) 1 俞高紅，張瑋煒，孫良，趙勻 .偏心齒輪 -非圓齒輪后插旋轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計 J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2011,27(11):914 2 孫 良，趙 勻，俞高紅，姚佳明 .基于 D-H 變換矩陣的寬窄行分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性分析與設(shè)計J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 . 3 孫 良，趙 勻，姚佳明，俞高紅 .非勻速空間行星輪系機(jī)構(gòu)在寬窄行分插機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用 J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 . 4 俞高紅，劉炳華，趙 勻，孫 良，謝永良 .橢圓齒輪行星輪系蔬菜缽苗自動 移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動機(jī)理分析 J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 2011,42(4):5357 5 俞高紅 , 趙勻等 . 高速水稻插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀和最新進(jìn)展 J.農(nóng)機(jī)化研究 . 2003, 2: 4143 6 李革 ,趙勻 ,俞高紅 .橢圓齒輪行星 系 分插機(jī)構(gòu)的機(jī)理分析和計算機(jī)優(yōu)化 J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2000,16（ 4）： 7881 7 趙勻 ,孫良 ,趙雄 ,陳建能 ,李革 .一種齒輪驅(qū)動傾斜式寬窄行插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu) P.中國： 201020155142.2, 2010-04-9 8 孫良 , 趙勻 , 俞高紅 , 武傳宇 .一種萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu) P.中國： 201020155132.9, 2010-04-9 9 俞高紅 ,陳志威 ,趙勻 ,孫良 ,葉秉良 . 橢圓 不完全非圓齒輪行星系蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的研究 P.機(jī)械工程學(xué)報， 2012， 7,Vol.48， No.13. 10 趙勻，俞高紅，李革，武傳宇，楊文珍 . 旋轉(zhuǎn)式水稻分插機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、參數(shù)優(yōu)化和試驗(yàn)驗(yàn)證 P.機(jī)械設(shè)計與研究， 2002-8 增刊， 198200 11 俞高紅，孫良，趙勻 . 混合齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)的人機(jī)交互參數(shù)優(yōu)化 J.農(nóng)業(yè)機(jī)械 學(xué)報，2008-2，第 39 卷 12 陳建能 ，趙 勻 .高速插秧機(jī)橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化 J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報， 9, 2003 :5（ 34） 13 Edathiparambil Vareed Thomas Development of a mechanism for transplanting rice seedlingsJ Mechanism and Machine Theory： 2002， 37(