[后插式分插机构的研究进展与机构创新]大学生创新创业点子300

　　摘要：介绍了后插式分插机构——后插曲柄摇杆式分插机构的研究现状，研制了两种新型的后插式分插机构——椭圆齿－圆柱齿后插旋转式分插机构和偏置椭圆齿后插旋转式分插机构，编写了理论模拟程序，并对分插机构性能进行了分析比较，结果表明新设计的分插机构比后插曲柄摇杆式分插机构性能优良。
　　关键词：分插机构；后插式；曲柄摇杆式；旋转式
　　中图分类号：Ｓ２２３．９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）16－3607-04
　　Research Advance and Innovation Design on Rearward Transplanting Mechanism
　　ＣＨＥＮ Ｓｈａｎ－ｆｅｎｇ１，ＨＵ Ｌｉ－ｑｉａｎｇ２，ＹＵ Ｇａｏ－ｈｏｎｇ３，ＹＡＮＧ Ｚｉ－ｄｏｎｇ１
　　（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｉｂｏ ２５５０９１， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ；
　　２． Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｙｕｈａｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１1100， Ｃｈｉｎａ；
　　３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｓｃｉ－Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄｖａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｎａｍｅｌｙ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｉｔｈ ｃｒａｎｋ－ｒｏｃｋｅｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｗｏ ｎｅｗ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｒｅａｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｏｖａｌ ｔｏｏｔｈｅｄ－ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｔｏｏｔｈｅｄ ｒｅａｒｗａｒｄ ｒｏｔａｒｙ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ ｏｖａｌ ｔｏｏｔｈｅｄ ｒｅａｒｗａｒｄ ｒｏｔａｒｙ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅｏｒｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｉｌｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｗｅｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｉｔｈ ｃｒａｎｋ－ｒｏｃｋｅｒ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ； ｒｅａｒｗａｒｄ－ｐｌａｎｔｉｎｇ； ｃｒａｎｋ－ｒｏｃｋｅｒ； ｒｏｔａｒｙ
　　分插机构是水稻插秧机从秧群中分取一定数量的秧苗并插入土中的机构，是水稻插秧机的核心工作部件，其性能的优劣直接决定了机械插秧的质量和效率，从而决定插秧机的整体水平和竞争力［１］。因此，分插机构一直以来都是插秧机研究的重点内容之一。目前在高速乘坐式插秧机上，都已经用旋转式分插机构代替了曲柄摇杆式分插机构，单位时间插秧次数达到４００～５００次／ｍｉｎ，运转时振动小，工作稳定性好。但在步行式插秧机上仍然使用曲柄摇杆式分插机构，该机构工作时振动大，稳定性较差。由于前插旋转式分插机构没法直接形成“海豚形”插秧静轨迹，因此，研制出适用于步行插秧机的后插旋转式分插机构显得尤为重要。本文介绍后插曲柄摇杆式分插机构的研究现状，以及两种新型的后插旋转式分插机构。
　　１ 后插曲柄摇杆式分插机构
　　根据分插机构、秧箱和人三者在插秧机上的排列方式不同，分插机构分为前插式与后插式。若分插机构、秧箱与人三者从后向前排列，则称为前插式，反之则为后插式。对于前插式分插机构，要求秧针尖点相对运动轨迹（俗称静轨迹）为“腰子形”，其绝对运动轨迹（俗称动轨迹）近似于摆线，如图１Ａ所示，其静轨迹插秧穴口宽度Ｓ必须在３０ ｍｍ以下，秧苗可以保持较好的直立度；而后插式分插机构要求静轨迹形状上宽下尖，为“海豚形”，如图１Ｂ所示，其静轨迹插秧穴口宽度Ｓ必须小于１５ ｍｍ，秧苗可保持较好的直立度。印度的Ｔｈｏｍｓ［２］用Ｇｒａｓｈｏｆ准则对后插曲柄摇杆式分插机构进行了分析综合，利用可视化分析方法确定机构参数，研制出了后插曲柄摇杆式分插机构（图２）；陈德俊［３］、龚永坚等［４］利用秧针尖点运动轨迹上的６个特定点对该机构运动学性能作了理论分析与计算机模拟，利用高速摄像对机构运动学分析进行了验证；刘天祥等［５］利用ＭＡＬＡＢ软件对机构的运动进行了数值分析和模拟。理论研究虽然在一定程度上改善了该分插机构的性能，但不能彻底克服伤秧、取秧不匀、栽插不稳的缺陷，更无法进一步提高单位时间插秧次数。
　　１．１ 工作原理
　　图３为后插曲柄摇杆式分插机构的结构，曲柄为主动件，工作时绕Ｏ１点转动，带动摇杆绕Ｏ２点做小幅摆动，使得栽植臂上的秧针尖点Ｃ按要求的姿态运动，通过选择合适的结构参数就可以找到满足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角。
　　１．２ 秧针轨迹的理论模拟
　　利用Ｖｉｓｕａｌ ｂａｓｉｃ语言编写了后插曲柄摇杆式分插机构秧针轨迹的理论模拟程序和模拟得到的秧针轨迹（图4）。
　　利用该程序还可以方便地分析各结构参数的变化对秧针轨迹及秧针速度的影响，为进一步优化参数和改型机构提供了理论依据。
　　２ 椭圆齿－圆柱齿后插旋转式分插机构
　　２０世纪８０年代，日本农业机械化研究所研制出了旋转行星齿轮式分插机构，它由驱动部分和栽植臂两部分组成，齿轮箱内的齿轮采用偏心齿轮或椭圆齿轮，其插秧频率可达４００～６００次／ｍｉｎ，主要应用在高速插秧机上［６］。由于现有的旋转式分插机构受结构限制，仅靠改变参数不可能形成后插式分插机构所需的“海豚形”静轨迹，若直接用于后插式插秧机，其动轨迹穴口将大于７０ ｍｍ，会产生严重的漂秧、倒秧。而研究设计的两种新型旋转式分插机构就能完全满足后插式分插机构所需的姿态要求。