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水稻钵苗有序移栽具有高产增收的优点,被水稻专家视为一种有发展潜力的水稻种植工艺。但多年来,钵苗移栽机没能大面积运用的主要原因是其本身的性能与可靠性欠佳。因此,研制出一种结构简单、工作可靠又能高效作业的有序抛秧机具有重大的现实意义。
以有序抛秧机构创新为基础,在已有杠杆顶出式有序抛秧机构研究成果的基础上,对水稻钵苗被项出秧盘后的空中下落和在倒锥体式导苗管上滑行的运动特性进行分析,对导苗装置参数进行优化。主要研究内容和结果如下:
1.分析国内外有序抛秧机构的工作原理和结构,将其工作模式分为“钵盘取出式”和“钵体苗排序式”两类,分析两类机构的优、缺点,指出顶杆顶出式是一种比较好的有序抛秧模式。
2.基于顶杆顶出式有序抛秧原理,运用发明创新的TRIZ理论中的冲突解决原理,通过对凸轮项出式的结构进行逐步改进,得到鼠笼杠杆顶出式有序抛秧机构。
3.建立水稻钵苗从秧盘顶出后的空中下落和在倒锥体式导苗管上滑行的运动学和动力学数学模型,分析飘浮速度对钵苗各阶段运动特性的影响,分析顶杆排列位置对钵苗下落时间的影响。主要结论为:对应秧盘上2~6列钵苗的运动时间差异较小,但两端差异较大,需要调整凸轮相位;下落高度小于520mm时,钵苗在下落过程中的飘浮速度影响可忽略,但钵苗在导苗管上滑行时,其飘浮速度不可忽略。
4.利用高速摄像及视频分析技术对钵苗的下落、滑行运动特性进行试验研究,求得钵苗的飘浮速度约为vL=15~20m/s,转体高度约100~550mm,在导苗管上的滑行轨迹为圆锥素线。以各列钵苗下落时间差值的一致性为目标,对倒锥体式导苗管的结构和位置参数进行优化,结果为:r=375.4.x0=282.7;x0=-263.3.H1=487.5.H2=208.6.θ=28°。
5.在保证顶杆复位时间的前提下,以对顶杆产生的阻力最小为目标对顶杆复位弹簧参数进行优化,结果为:d=0.7mm.n=14;△x0=5.4mm。
6.对钵苗的顶出力进行了测试,力值最大为2.65N,顶出力值一般为1N左右。
7.在已经完成的多轮样机的设计、试制和试验的基础上,确定了有序抛秧机的总体方案,进行了整机设计,并研制出杠杆顶出式有序抛秧机样机。