1、第三節(jié)水稻插秧機的一般構造 第三節(jié)水稻插秧機的一般構造插秧機用于水田移栽秧苗，包括帶土移栽和無土移栽(水洗苗移栽)兩種機械。日本旱育稀植帶土苗技術引進后，無土移栽插秧機已較少使用。本節(jié)主要介紹帶土苗移栽插秧機的一般構造(圖65)。無論是步行式、乘坐式或者高速插秧機，其主要由以下幾個部分組成：動力機、傳動系統(tǒng)、送秧機構、栽植機構和行走裝置，下面將分別介紹。一、動力機動力機有汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機兩種。日本生產的各種型式插秧機均采用汽油發(fā)動機，其優(yōu)點為：重量輕(同樣馬力是柴油機重量的13)、啟動方便。缺點是油料價格高(相同功率消耗下)。插秧機所用的小馬力汽油發(fā)動機，制造工藝要求較高，國內產品使用可

2、靠性差(近幾年通過引進技術生產的汽油發(fā)動機質量有大幅度提高)，國產2ZT系列插秧機當時采用了柴油發(fā)動機。 圖65 2ZT一9356型水稻插秧機1壓秧桿2秧箱3操向盤4發(fā)動機5行走傳動箱6水田輪7掛鏈8秧船9尾輪10鏈箱n栽植臂12搖桿注：傳動箱在秧箱下面二、傳動系統(tǒng)將發(fā)動機動力傳遞到各工作部件，主要有兩個方向：傳向驅動地輪和由萬向節(jié)傳送到傳動箱。傳動箱又將動力傳遞到送秧機構和分插機構。分插機構前級傳動配有安全離合器，防止秧針取秧卡住時，損壞工作部件。傳動箱是傳動系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)，又是送秧機構的主要工作部件。傳動箱中主動軸上有螺旋線槽(凸輪滑道)，從動軸上固定著滑塊，當主動軸轉動時，滑塊在螺旋線槽作

3、用下橫向送動，將主動軸的轉動變成滑塊和從動軸的移動，該軸的移動即是橫向送秧的動力來源。三、送秧機構在每次分插機構取秧后，秧苗移動，秧塊填補已取秧位置，為下一次取秧做準備。送秧分橫向和縱向兩種，每橫向取完一排秧苗，縱向送秧一次，將秧苗推向下方，為取下一排秧做準備。橫向送秧分為連續(xù)式和間歇式。間歇式是在每次橫向送秧結束后取秧。此時，秧塊處于靜止位置。從理論上講，切下秧塊比較平整，但是隨著單位時間插次提高，間歇式橫向送秧振動太大，目前大多已被連續(xù)式送秧機構替代。送秧機構與分插機構同步聯動，對于曲柄搖桿式分插機構是，曲柄旋轉一周，移動一個取秧寬度距離；對于偏心齒輪行星系分插機構，則旋轉一周，移動兩個取

4、秧寬度距離。四、栽植機構栽植機構(或稱移栽機構)在插秧機上統(tǒng)稱分插機構，是插秧機的主要工作部件之一。目前市場上最常見的分插機構是曲柄搖桿式分插機構和偏心齒輪行星系分插機構(配置高速插秧機上)，其栽植臂的結構、功能和原理大致相同。取秧前，凸輪的作用使推秧桿回收，秧針(秧爪)前部騰出2cm左右位置取秧，當秧針隨同秧苗插入土壤中時，凸輪轉到缺口處，撥叉在彈簧作用下，推動推秧桿將秧苗推離秧針，直立于土壤中。五、行走裝置插秧機的行走裝置由行走輪和船體兩部分組成。常用的行走裝置(除船體外)分為四輪、二輪和獨輪三種，所用的行走輪都具備以下三個性質：(1)泥水中有較好的驅動性，輪圈上附加加力板；(2)輪圈和加

5、力板不易掛泥；(3)具有良好的轉向性能。插秧機到地頭要轉向180。，因此要求有較好的轉向功能。四輪行走裝置的轉向是由前輪引導的，二輪行走裝置由每個輪子的離合制動作用來完成轉向，國產2ZT系列插秧機(乘坐式)是依靠獨輪轉向來完成整機轉向。而日本產獨輪步行機，是依靠操作者提升浮子擺動扶手完成。日本插秧機，無論是乘坐式還是步行式插秧機，其船體部分均為分體液力自動控制浮子式，其優(yōu)點是承重能力強，防陷，消除水浪和防壅泥等性能均較船板式優(yōu)越，但其液壓件加工精度要求高，成本也較船板式高。國產插秧機配置的船板基本上僅適應東北三省水稻種植工作要求，但在泥腳較深和含沙量較少的土壤中，仍然會產生下陷、壅泥、壅水推倒

6、已插秧苗的問題，特別是在南方雙季稻地區(qū)，春季稻收獲后，不可能在平整土地后有兩、三天作為土壤沉淀的時間，船板式壅水壅泥的現象十分嚴重，也曾在結構上采取一些改進措施，但在部分地區(qū)仍然不能根本解決壅水壅泥帶來的漂秧、埋秧等問題。第四節(jié)分插機構分插機構是水稻插秧機的主要工作部件，包括分插器和軌跡控制機構，在供秧機構(秧箱和送秧機構)的配合下，完成取秧、分秧和插秧的動作，其工作性能對插秧質量有十分重要的影響。分插器又稱秧針，是直接進行分秧和插秧的零件，有鋼針式(分離針)和梳齒式兩種。鋼針式分插器上還帶有推秧器，用于秧苗插入泥土后，把秧迅速送出分離針，使秧苗插牢。軌跡控制機構的作用是控制分秧器，使其按一定

7、的軌跡運動，完成所要求的分、插秧工作，目前多用曲柄搖桿機構，此外還有偏心齒輪行星系機構。一、曲柄搖桿式分插機構1結構曲柄搖桿機構主要由曲柄、搖桿和栽植臂組成(圖6-6)，曲柄安裝在與機架固定鉸接的傳動軸上，把傳動軸的動力傳給栽植臂。搖桿一端連接栽植臂，另一端固定在機架上。栽植臂是一連桿體零件，前端安裝分離針。由于搖桿的控制作用，栽植臂把曲柄的圓周運動變?yōu)榉植逖淼奶囟ǖ那€運動，帶動秧針完成分秧、運秧、插秧和回程等動作。曲柄搖桿式分插機構的工作過程由曲柄、栽植臂、搖桿和機架組成的四連桿機構控制。當曲柄隨傳動軸旋轉時，栽植臂被驅使繞傳動軸作偏心轉動，但其后端又受搖桿的控制，從而使秧針形成特定的運動

8、軌跡(圖6-7)，保證秧針以適當的角度進入秧門分取秧苗，并近似于垂直方向把秧苗插入土中。秧苗入土后，栽植臂中的曲輪卸去對推秧彈簧的壓力于是彈簧推動撥叉使推秧器迅速推出分離針。圖6一6前插式曲柄搖桿分插機溝l.搖桿2推秧彈簧3栽植臂蓋4撥叉5分離針6推秧器7凸輪8傳動軸9曲柄10戡植臂曲柄搖桿式分插機構根據配置方式的不同可分為前插式(又稱臥式圖6一6)和后插式(又稱立式，圖68)兩種。沿插秧機前進方向，前插式分插機構配置在秧箱的后方，其搖桿與機架鉸接點位于曲柄傳動軸的后上方，我國2ZT系列插秧機和日本產的乘坐式插秧機基本上采用前插式。后插式分插機構配置在秧箱的前方，其搖桿與機架鉸接點位于曲柄傳動

9、軸的下方，日本產的一些步行式插秧機采用后插式。前插式和后插式曲柄搖桿機構，其構造和工作原理基本相同，但秧針的運動軌跡有所不同。圖67是這兩種分插機構秧針運動軌跡示意圖，實線部分是秧針相對于插秧機的運動軌跡(相當于插秧機不行駛時秧針的軌跡)，它是一條封閉的環(huán)線；虛線部分是秧針的絕對運動軌跡，即插秧機前進和秧針相對于插秧機運動的合成運動軌跡。對于大苗移栽，特別是雙季稻的后季稻插秧，由于秧苗較長，前插式容易發(fā)生連橋現象，即把前面已插秧苗的秧尖，又插到下一株秧苗的根部(圖67a)，后插式則可避免這種情況。圖67曲柄搖桿分插機構(a)前插式(b)后插式曲柄搖桿機構插秧頻率一般為200220rmin，加平

10、衡塊后，插秧頻率可達250270 r/min。這種分插機構運動平穩(wěn)、結構簡單、密封耐用。其各鉸接點均為滾動軸承以保證轉動層靈活和運動軌跡準確。傳動軸上安裝有牙嵌式安全離合器，在分秧和插秧阻力過大時(如秧針碰到石塊、樹根等)，可以通過牙嵌斜面壓縮彈簧自動切斷動力，使栽植臂停止工作，起到保護分插機構的安全作用。2分插機構的運動分析兩種形式分插機構所建立的運動學和動力學數學模型是相同的，下面以前插式分插機構為例進行分析在動力學分析中，應注意：驅動力(平衡力)不是假設為力偶矩，而是以實際鏈條力來分析；鉸鏈點摩擦矩由于凸輪(圖69中A點)密封圈作用而較大，計入動力學方程；推秧裝置在推秧和碰撞過程計入動力

11、學方程，而不是簡化為曲柄搖桿機構。圖68后插式曲柄搖桿分插機構1搖桿2曲柄3凸輪4推秧彈簧5栽植臂蓋6栽植臂7撥叉8分離針9推秧器矢量方程：位移方程：將兩式聯立，得到(64) 其中，可求由于所以由式6-4可求3。XB，YB，2以及X2，Y2，X3，Y3，XD，YD可求。XD，YD方程為：對式(6-2)、(63)求導后聯立得到對式(62)、(63)二次求導聯立得到：圖6一9分插機構的運動分析其中由此X2，Y2，X3，Y3可求。在對曲柄搖桿式分插機構作動力學分析時，應注意以下幾點：曲柄搖桿式分插機構動力學分析較之一般曲柄搖桿機構更為復雜，它的栽植臂內含推秧裝置，在推秧過程中其隨栽植臂運動同時又相對

12、栽植臂轉動，在推秧結束時，碰撞緩沖墊。通過試驗結果知道，碰撞瞬時，給栽植臂的作用力傳遞到曲柄轉動中心和搖桿軸，使它們產生一個作用力峰值，是不可忽略的，因而不能作為一般的曲柄搖桿機構進行動力學分析。平衡力(驅動力)產生的力偶矩在一個周期內時而為正，時而為負，而平衡力是依據鏈條伸出的兩個方向確定的，它沒有正負之分。因而不能用矩陣方法求解動力學方程組。用矩陣求動力學方程，勢必在平衡力矩為負時，求得鏈條力為負值，這與實際不符。由于其橡膠密封圈作用產生較大鉸鏈點摩擦力矩，忽略它們產生誤差，在方程中引入摩擦力矩，則使線性方程組轉為非線性，再則有的摩擦力矩的方向在周期內發(fā)生變化，以上問題需在計算時作數學和程

13、序編制方面的處理。計入以上因素，所建立的模型和計算結果才有可能與試驗測定結果比較吻合。二、偏心齒輪行星系分插機構行星系齒輪機構對稱設置作為插秧機分插機構，每旋轉一周可以插秧二次，與曲柄搖桿式分插機構比較，振動小，在提高單位時間插次方面，具有較大潛力。該機構可以有三種齒輪傳動形式供選擇：圓齒輪傳動、非圓(橢圓)齒輪傳動和偏心齒輪傳動。圓齒輪傳動的優(yōu)點是加工工藝簡單，但有以下缺點：(1)相對運動工作軌跡為圓，只有在機速較高的情況下其工作軌跡(絕對運動軌跡)一余擺線的擺環(huán)，才能滿足插秧要求，而栽植株距變大。(2)其半徑為中心齒輪(太陽輪)與第三齒輪中心距離。增加封閉環(huán)(在此是圓)高度，勢必增大齒輪和

14、機構尺寸。(3)秧針不能同時滿足取秧和插秧。非圓齒輪行星系分插機構相對運動軌跡為腰果形，其工作軌跡(相對地面)符合插秧要求，秧針的取秧和插秧角度以及封閉環(huán)高度也較易滿足設計要求，工作平穩(wěn)，但加工工藝復雜。偏心齒輪行星系分插機構與非圓齒輪行星系分插機構比較，具有相類似的相對運動軌跡和絕對運動軌跡，在偏心距較大情況下，工作過程齒隙變化大，引起振動，但加工工藝簡單。由于分插機構軸的轉速較低(170180轉分)，在偏心距較小的情況下，齒隙變化也較小。目前市場出售的日本高速插秧機采用了偏心齒輪行星系機構作為分插機構，在機構上附加了消除齒輪的防振裝置。1結構與工作過程偏心齒輪行星系分插機構如圖610所示，

15、其栽植臂結構形式與曲柄搖桿式分插機構相近。栽植臂固定在末端齒輪。共5個齒輪，半徑相同，齒輪I為太陽輪，固定不動，對稱兩邊分置兩對齒輪。靠近太陽輪的為齒輪，兩端齒輪為齒輪，推秧凸輪固定在齒輪的軸上，行星系架在轉動時，齒輪相對行星系架轉動，由于栽植臂隨齒輪相對凸輪的轉動，帶動推秧桿運動而壓縮推秧彈簧。在凸輪缺口處，推秧彈簧釋放能量，驅動推秧桿將秧苗從秧針上推入土中。由于機構旋轉一周插秧兩次，在中心軸轉速降低(比較曲柄搖桿式)的情況下，單位時間插次反而多，而且取秧速度也有所降低，傷秧率隨之減少。2偏心齒輪傳動的性質(1)偏心齒輪行星系機構在轉動過程中。軸心距大于或等于(=O或=時)兩圓心距，這個性質

16、對機構的設計是非常重要的。它決定了偏心齒輪兩個節(jié)圓半徑之和小于軸心距，否則在工作中會產生頂死現象，即兩個齒輪嚙合到一定位置，其節(jié)圓中心距離小于兩節(jié)圓半徑加齒頂間隙之和。圖611為圖610中兩偏心齒輪I和，0點和B點為齒輪軸心，O1和02分別為兩偏心齒輪中心。當行星系架轉過角后。其嚙合齒數相等，則有過B點作BB1和過O1點作01B1相交于B1點，使因為且所以故，因此，無論行星系架轉動到任何位置，在直角三角形，也就證明了(2)對圖611分析，可以得到齒輪中心距最大值和最小值。當行星系架轉角=0和=時，且矢量O1O2和02B處于同方向，O2和B2點重合，三角形02BB1變成一條線段，此時0102=O

17、B，齒輪中心距等于軸心距，處于最大值。當行星系架轉到時。01002B且矢量001和O2B處于反方向，三角形02BB1中02BB1=(變成02BB1線段)，此時02B1處于最大值。在三角形0102B1中，01O2處于最小值。圖6一l0偏心齒輪行星系分插機構示意圖1推秩凸輪2推秧彈簧3插秧撥桿4栽植臂殼5推秧桿6秧針7、8、9齒輪I、10行星系架圖6 -1l偏心齒輪傳動示意圖設齒輪節(jié)圓半徑為R，o為齒頂最小允許間隙，為加工方便，設為偏心率，由性質1知，L>2R，則Ko。(3)兩嚙合齒輪中心線等分兩齒輪軸心連線。證明這個性質為偏心齒輪行星系機構理論分析建立了基本依據，證明如下：前面已推得1=4

18、，可見OA=AB=L2。以上推論是對偏心齒輪行星系分插機構齒輪I和齒輪所作分析得到的，實際上如果讓行星系架固定不動，齒輪I反向轉動，可以得出同樣的結論。因此以上三點也是偏心齒輪傳動的性質。3.參數關系通過建立模型，編程計算得到以下關系：(1)隨著行星系架轉角改變，齒輪中心距與齒輪軸心距之差(K1和K2)的變化規(guī)律近似于下移的余弦曲線(圖612)。K1為輪I(太陽輪)和輪的齒輪中心距與齒輪軸心距之差，K2為輪和輪的齒輪中心距與齒輪軸心距之差。 (2)圖6-12表明最大齒輪中心距與軸心距相對偏差K1max與K的關系，以及軌跡封閉環(huán)高度H和兩倍軸心距L的比值HL(HLH2L)與K值的關系。隨著K值增大，Klmax 增大加快，而HL增長變緩，建議取K014。(3)通過圖6-13，由K值確定最大齒輪間隙，最大齒隙即為軸心距L和齒輪中心距之最大差值K1max，再加上允許最小齒頂間隙。實際加工中，精度要求是一個范圍，其基本原則是：在轉動過程中，既不會由于軸心距太小而造成齒輪旋轉過程中頂死，又不會因為軸心距太大，形成齒隙過大，而引起振動，建議在設計中滿足以下公式：式中d齒頂間隙最大值。這是一個比較小的范圍，除了