中国是世界上最大的水稻生产国,种植面积达3000万公顷,占世界总种植面积的18.7%。中国90%左右的水稻是以持续淹水的栽培方式种植,消耗了总灌溉水量的65%,导致大量的水分流失,水资源利用率低。随着节水农业的发展,水稻覆膜栽培作为一项新型高效节水栽培技术,具有增温、保水、保肥、抑制杂草,减轻病害等诸多优点。近年来,我国人民生活水平逐渐提升,人们对于有机稻米的需求显著提高,水稻覆膜栽培技术逐渐形成了应用于南、北方不同低产、缺水、高寒类型稻田的全套体系,为绿色生态稻作以及优质高效农业注入了新的内容。水稻覆膜栽培是水稻节水栽培的重要技术之一。水稻覆膜栽培过程中采用机械化覆膜与机械化膜上插秧结合的作业方式可提高劳动效率,降低生产成本,而影响机械化水稻膜上插秧质量的核心机构为分插机构,因此研制性能稳定、高效的水稻膜上分插机构可为大规模推广应用水稻覆膜栽培技术提供有效手段。本文结合水稻覆膜栽培农艺要求,研制了一种适用于水稻膜上高速插秧机的探出开孔式分插机构,能够有序完成切膜开孔与栽植动作,有效地减少膜上插秧过程中对秧苗根部造成二次伤害,为水稻膜上插秧装备设计提供一定的参考。本文的主要研究内容如下:(1)设计了一种探出开孔式水稻膜上分插机构,以一种将非圆行星轮系不等速传动与切膜开孔刀探出运动特性相结合的方式完成对分插机构的设计。在一个工作周期内,通过一套回转式分插机构有序完成切膜开孔与栽植动作,且两者互不干涉,满足水稻膜上插秧的作业要求。(2)通过对探出开孔式水稻膜上分插机构组成与工作原理进行分析,进而基于非圆行星轮系传动机构的运动学分析,分别建立切膜开孔刀运动学模型和双廓线凸轮机构的运动学模型,为后期分插机构参数优化过程提供理论依据。(3)根据所建立的分插机构运动学模型,结合水稻膜上插秧种植农艺要求,制定了优化目标并将其数值化,建立相应的目标函数;利用Visual Basic6.0软件完成了分插机构优化设计分析软件,通过对参数的调整,优化出满足水稻膜上插秧作业要求的“类腰子形”切膜开孔轨迹与“腰子形”插秧轨迹,并得到该优化条件下的一组结构参数。(4)基于所优化出的分插机构结构参数,利用CAXA2016完成了分插机构的整体二维结构设计;利用Solid Works2014建立了分插机构各零部件的三维模型,并完成了分插机构三维虚拟样机的整体装配;应用ADAMS2010对分插机构进行运动学仿真,通过对比分析仿真结果与优化设计软件得出的理论结果,两者基本一致,验证了分插机构设计的正确性与合理性。(5)采用增材制造工艺(3D打印)完成对分插机构物理样机的试制,依据所优化出速比系数?,建立了分插机构回转速度与土槽前进速度之间关系,搭建土槽试验台架;利用高速摄像技术完成了分插机构的轨迹验证试验,通过对比分析实际运动轨迹、仿真轨迹以及理论轨迹三者基本一致,验证了分插机构的可行性;在所搭建的土槽试验台架上完成了对分插机构的性能验证试验,证明了探出开孔式水稻膜上分插机构的实用性。