旋轉式水稻缽苗移栽機構的設計開題報告.doc

浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告班級09機械類（四）班姓名劉曉冕課題名稱旋轉式水稻缽苗移栽機構的設計目錄1選題的背景與意義1.1國內外研究現狀和發(fā)展趨勢1.2多指手研究意義2研究的基本內容與擬解決的主要問題2.1基本內容2.2擬解決的主要問題3研究方案、可行性分析及預期研究成果3.1研究思路方案3.2可行性分析3.3預期研究成果4研究工作計劃答辯意見（從選題、任務工作量、質量預期、可行性等幾個方面）答辯組長簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日旋轉式水稻缽苗移栽機構的設計(機械類09(4)班B09300418)1.1本文研究目的與意義水稻是我國第一大糧食作物，全國有近60%的人口以水稻為主食，在糧食安全中占有極其重要的地位。我國水稻常年種植面積約3000萬公頃，占全國谷物種植面積的30，占世界水稻種植面積的20；稻谷總產量近20000萬噸，占全國糧食總產的40，占世界稻谷總產的35；在主要糧食作物生產中，水稻種植機械化水平最低。移栽是水稻種植過程中的重要環(huán)節(jié)，它具有對氣候的補償作用和使作物生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經濟效益和社會效益均非?？捎^。與其他國家和地區(qū)相比，我國水稻種植機械化程度較低，絕大部分是移栽作業(yè)；與國內的水稻生產其他工藝流程相比，機械化程度也是最低的（收獲機械化50%以上，種植機械化約12%）。目前，水稻移栽機械主要有水稻拋秧機、插秧機、缽苗栽植機，相應的移栽技術分別為拋秧、插秧和缽苗栽植。其中，水稻拋秧技術栽植淺、植傷輕、返苗快、分蘗早、分蘗節(jié)位低、淺層根分布廣，提早成熟，且增產增收，但是拋秧容易使秧苗倒伏、直立性不好，影響緩苗，進而影響產量；與拋秧技術相比，水稻插秧方式可以保證栽植秧苗有較好直立性，但與拋秧移栽采用缽盤育秧不同，插秧技術采用毯狀秧苗，毯狀苗幾乎不能保留秧苗的成長土質及營養(yǎng)物質，插秧時秧苗斷根多，緩苗期較長，要10天左右；而水稻缽苗栽植技術也采用缽盤育秧，綜合了以上兩種水稻移栽方式的所有優(yōu)點，克服了不利的因素，缽苗栽植直立性好，無緩苗期，增產明顯，成為當今水稻機械化移栽技術的研究重點。另外，目前超級稻種植都是采用手工移栽，要求每穴種植1到2株秧苗，用現有的毯狀苗插秧種植方式根本無法滿足此精準移栽要求；用水稻拋秧移栽技術，難以保證栽植秧苗的直立性，影響產量；而用本課題提出的水稻缽苗栽植技術,即可以解決超級稻機械化種植需要每穴1到2株苗，又可以保證栽植秧苗的直立性要求，有利于超級稻種植的推廣。水稻缽苗栽植是一種水稻高產的移栽技術。具有壯苗淺栽、緩苗快、分蘗早、分蘗節(jié)位低、有效分蘗多、根系發(fā)達、提早成熟增產增收等優(yōu)點，一直以來深受農民歡迎。水稻缽苗栽植在保證栽植缽苗的直立度后（與水平面夾角不低于60度），缽苗栽植方式較插秧方式增產10%-15%，因此增產效果明顯。日本研究出的水稻缽苗栽植機（又稱水稻缽苗擺栽機）價格昂貴、結構復雜，而且又是采用半硬塑膠穴盤，成本高，育苗要求也高，使想迫切改變手工勞作并提高稻谷產量的廣大農村農民望而卻步，黑龍江墾區(qū)五年前曾引進日本的兩種水稻缽苗擺栽機進行試驗，到現在一直也沒有推廣，不適合中國國情。近幾年來，我國吉林省有幾家企業(yè)一直在研究水稻缽苗栽植機，并進行了小規(guī)模的應用推廣，基本能夠保證栽植缽苗有較好的直立度。其移栽機構采用多桿式移栽機構，移栽效率低，單行效率只有80株/分鐘左右，由于多桿式機構的結構限制，移栽效率很難再提高了。其移栽效率遠遠低于步行式插秧機的插秧效率，更不用說與高速插秧機相比。為了實現我國水稻缽苗栽植技術的發(fā)展與應用，滿足廣大農民的對水稻缽苗栽植機械化的需求，研究出一種新型高速水稻缽苗栽植機，具有非常重大的科學意義與經濟價值。具有取苗與栽植苗功能的移栽機構，作為水稻缽苗栽植機的核心工作部件，已經成為制約高速水稻缽苗栽植機械發(fā)展的“瓶頸”問題，開展該移栽機構理論與創(chuàng)新設計研究已迫在眉捷。本課題通過開展水稻缽苗移栽機構的工作機理分析，依托課題組多年研究水稻種植機械的研究平臺，對水稻缽苗移栽機構進行創(chuàng)新研究與優(yōu)化設計，發(fā)明一種新型的高速水稻缽苗移栽機構，并建立相應的設計理論與方法，將促進我國水稻缽苗栽植技術的發(fā)展與應用。為今后高速水稻缽苗栽植機的研發(fā)提供重要理論基礎和設計依據，將直接指導水稻缽苗有序移栽機構的設計,特別是水稻缽苗栽植方式非常適合于超級稻的機械化種植，有利于促進超級稻種植的推廣，提高我國農業(yè)機械的研究水平。因此,開展本課題研究，不僅具有重要的科學意義，也具有重大的實際應。1.2水稻缽苗移栽機構的發(fā)展概況自水稻拋秧或擺秧技術應用以來，國內外不少專家學者開始對有關水稻缽苗移栽機械進行研究。據有關資料報道，從事這方面研究的國家主要是日本和中國。1.2.1國外發(fā)展概況日本是水稻移栽機械化程度最高的國家，日本在完成工業(yè)化的進程中，逐步實現了水稻種植機械化。根據有關資料報道，黑龍江省曾分別引進日本井關農機公司和實產業(yè)株式會社生產的水稻缽苗擺栽機，如圖1.1（a）所示，該擺栽機一次可栽6行，采用半硬塑膠缽盤育秧苗，缽盤中的每個缽穴是上粗下細的圓錐杯，杯的底部有一小孔。采用從半硬塑膠缽盤底部將秧苗頂出的取苗方式，其工作過程示意如圖1.1（b）所示。頂桿對準小孔有兩種形式：一種是頂桿平移，另一種是缽秧盤平移。從結構發(fā)明的角度看，機構作用于土缽，土缽是固體，個體差異小，工作可靠，但是機構的運動是直線間歇運動。需要一套完成精確移動定位的機構，加工精度要求高，1.機架2.托盤3.撥桿4.輸秧輥5.秧苗6.壓盤板7.支座8.上拔秧輥9.下拔秧輥圖1.3對輥式拔秧機構機構磨損后容易頂偏，造成塑料秧盤損壞，有時缽苗的秧根掛住缽盤，造成秧苗脫離不成功，這對育秧要求比較高。頂出的缽苗，通過分秧供秧機構將秧苗水平分送到兩側的旋轉分插部件，由旋轉分插部件將水平放置的秧苗轉換成垂直方式入土，完成秧苗的田間擺栽作業(yè)。具有可成行擺栽帶缽秧苗，株距準確，均勻性好，作業(yè)質量高等優(yōu)點。但擺栽機具結構復雜，成本高，對整地和育秧質量要求均較高，同時半硬塑膠穴盤成本也高，從國內引進試驗來看，并不適合我國國情。再如日本洋馬農機株式會社的竹山智洋發(fā)明了另一種缽苗移栽機（專利號為：ZL200480007602.4）,由驅動裝置和兩個栽植爪組成，如圖1.2示。該移栽機構的驅動裝置由兩套行星輪系機構串聯而成，回轉箱相當于行星架，第一回轉箱內有9個齒輪（其中2個是扇形齒輪）和一套擺動凸輪機構，第二回轉箱與第一回轉箱中的行星輪固接，內有5個齒輪，由第二套行星輪的行星軸輸出運動驅動栽植爪實現取苗和栽植苗動作，該移栽軌跡較為復雜，如圖2所示。該缽苗移栽機構的結構很復雜，可靠性不高，它的設計制造成本相對也比較高，所以該缽苗移栽機構未能得到實際應用。1.2.2國內發(fā)展概況我國在90年代后期,水稻缽體育秧技術有了較大的發(fā)展,中國農業(yè)大學、吉林大學、江蘇大學、八一農墾大學等院校都開始進行缽體育秧技術與移栽技術研究。我國目前的有序缽苗移栽機構有較多種方式，現介紹幾種如下：(1)對輥式拔秧機構由中國農業(yè)大學工學院研制的2ZPYH530型水稻缽苗行栽機，采用對輥式拔秧機構(如圖1.3)，實現了水稻穴盤育苗的自動拔秧。2ZPYH530型水稻缽苗行栽機輸秧拔秧裝置主要由輸秧輥4、壓秧板6、上拔秧輥8和下拔秧輥9等組成。其工作原理是：缽盤苗通過人工放在托板上并喂入到輸秧輥4上，拔秧輥按一定傳動比帶動輸秧輥4轉動，當上下拔秧輥（8、9）的夾秧板對接時，靠夾秧板外緣彈性材料變形產生的夾緊力，將位于上下拔秧輥中間的缽苗夾持并帶動其一起運動，最后使得缽苗與缽盤脫離；當上下拔秧輥轉過一定角度后夾秧扳松開，缽苗落入導苗管，完成拔秧工作。但試驗結果表明，秧苗營養(yǎng)缽濕度對拔秧力影響較大，作業(yè)效率低，拔秧輥釋放缽苗后，缽苗沿導苗管滑落入水田中。該缽苗行圖1.5空間連桿移栽機構簡圖1.秧鉗2.壓縮彈簧3.壓縮桿4.秧鉗固定套5.固定凸輪6.滾筒7.開閉凸輪8.取秧擋鐵10秧盤圖1.4機械手式拋秧機構栽機栽植苗方式是采用導苗管式，秧苗容易倒伏，很難控制栽植秧苗的直立度，將影響緩苗。(2)機械手式拋秧機構黑龍江八一農墾大學設計的機械手式拋秧機構如圖1.4所示。其工作原理為：秧鉗的固定套4與滾筒6剛性聯接，隨筒回轉。滾筒內是固定不動的凸輪5，它的最大突變點離秧盤最近，并對應于取秧位置。當擋鐵8撞擊開閉凸輪7使秧鉗閉合夾秧時，伸縮桿3在彈簧2的作用下迅速縮到凸輪的凹處，將秧苗的缽體從秧盤孔中拔出并離開盤面。秧鉗在隨滾筒6回轉過程中，伸縮桿3的端斜面與凸輪5的外輪廓接觸并受其作用向外逐漸伸長。當轉過180時，開閉凸輪7的撞桿受擋鐵9的撞擊，使其轉過90將秧鉗撐開，秧苗在秧鉗回轉慣性力及重力作用下拋向地面。秧鉗拋出秧苗后一直保持張開狀態(tài)，直至取苗位置后又開始重復上面所述的動作。該機械手抓取秧苗的準確度和傷秧是該機構要解決的關鍵問題。該機構在栽植苗時，由秧鉗通過回轉慣性力和重力作用將秧苗拋向地面，是一種拋秧移栽作業(yè)方式，因此，秧苗移栽的直立度也很難保證，將影響緩苗。(3)在空間連桿機構的基礎上，中國農業(yè)大學研究開發(fā)了一種水稻缽苗精準栽植機械手機構，與撥桿式夾鉗配合使用該機構與傳統(tǒng)的農業(yè)機械完全不同，它屬于空間閉式鏈機構。圖1.5所示為栽植機械手機構的結構示意圖，該機構由可控變桿長RRRSR機構和撥桿式夾鉗裝置兩大部分組成。而可控變桿長機構是由機架、主動件、連桿、工作桿和擺桿組成，并選取主動件桿1為桿長變化桿