水稻插秧機分插機構的仿真分析與優化設計

溫芳，付坤

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

1 水稻插秧機分插機構的理論分析

1．1 運動學分析

在研究水稻插秧機分插機構時，首先要從其動力學進行分析，為了更加直觀地對其動力學原理進行分析，首先需要將水稻插秧機分插機構的結構示意圖簡化為曲柄搖桿機構（如圖1所示），然后再用矢量計算法建立二維平面坐標，從圖中計算出各個點的角位移、加速度和速度的公式：

（1）角位移計算公式。

在圖1中可知，BC桿角α的位移計算公式可以表示為：

（2）角加速度計算公式。

在圖1中可知，AB桿角β的加速度計算公式可以表示為：

（3）角速度計算公式。

在圖1中可知，BC桿角α的速度計算公式可以表示為：

在圖1中可知，AB桿角β的速度計算公式可以表示為：

圖1 水稻插秧機分插機構的結構示意圖簡化為曲柄搖桿機構

1．2 動力學分析

在進行水稻插秧機分插機構的動力學分析時，要從以下2個方面出發。

（1）水稻插秧機分插機構中推秧、碰撞的過程。當水稻插秧機的曲柄繞著順時針方向旋轉65°后，曲柄上的凸輪與推秧撥叉發生分離，凸輪不再向推秧撥叉施加作用力，而隨著推秧彈簧的反彈作用，推秧爪被推秧撥叉推到了底部。在此過程中，水稻插秧機分插機構以及連桿在平面中進行復合運動，而推秧撥叉則繞著e軸做相對運動。在推秧過程的最后一瞬間，推秧爪上的螺母會與緩沖墊產生碰撞，從而使得緩沖墊壓縮變形，而這一瞬間的碰撞就是水稻插秧機分插機構中的碰撞過程。此外，根據這一過程可以建立相關的方程式，并對 Nt，Na，N5，N6，N7，N8。

（2）構建水稻插秧機分插機構的力學模型。水稻插秧機分插機構中推秧、碰撞的過程，由于連桿受到來自推秧裝置的作用力，使得它的力學方程與傳統的曲柄分插機構有所區別。并且，由于在分析連桿所受作用力時不需要對推秧裝置進行分析，所以在求解方程式時，Nt、Na、N5、N6、N7、N8被當做外力。

2 水稻插秧機分插機構的運動仿真

本文主要采用PRO/E Mechanica模塊對水稻插秧機分插機構的運動進行仿真分析，操作過程較為簡單便捷，可較快得出水稻插秧機分插機構中各部件的速度、加速度、位移等數據。

在利用PRO/E Mechanica模塊對水稻插秧機分插機構的運動進行仿真分析的過程中需要充分利用約束條件和目標，對分插機構進行更加系統的設計，從而建立起科學的仿真模型，完善系統設計方案。

在研究過程中，本文使用的水稻插秧機分插機構為久保田農業機械有限公司生產的型號為SPW—48C的分插機構，其零件的參數標準如表1所示。在對水稻插秧機分插機構的運動進行仿真分析的過程中，主要從以下方面入手。

表1 SPW—48C分插機構各零件的參數標準

（1）取秧針端點的速度仿真分析。在分插機構中根據相關的科學標準可知，曲柄的轉速為每分鐘200轉，運動時間為1.5s，對取秧針的端點速度進行模擬分析后得出的結論如圖2所示：

圖2 取秧針的端點速度模擬分析結果

（2）取秧針端點的加速度仿真分析。在水稻插秧機分插機構中，連桿的振動會嚴重受到來自分插機構取秧針端點加速度的影響，因此，為了減少仿真分析過程中對于分插機構連桿的影響，必須要嚴格、科學地對取秧針端點的加速度加以優化，從而減少連桿的振動頻率。其中，機械系統的運動也要處在一定的運動環境之中，所以為了更好體現出仿真分析的準確性，將分插機構的工作插次參數設置為每分鐘2000次，分插機構主動軸的轉速參數設置為每分鐘200轉，運動時間參數設置為1.5s。

（3）取秧針端點的加速度與速度變化仿真分析。在水稻插秧機分插機構中，連桿需要完成取秧和插秧工作，因此，只有確保了取秧針取秧角、取秧速度的科學性才能夠有效提高水稻插秧的效率和質量。而在此過程中，水稻插秧的效率取決于取秧針的速度；水稻插秧的質量取決于取秧針的加速度。

由此可知，在水稻插秧機分插機構在運動的過程中，提高水稻秧苗取秧和插秧的時間，降低送秧和返程的時間，可有效提高水稻插秧機分插機構的工作效率和質量。

3 水稻插秧機分插機構的優化設計

本文在對水稻插秧機分插機構進行優化設計的過程中，主要是對分插機構的秧箱導軌進行優化，其目的是為了確保水稻秧苗在種植的過程中保持垂直型，從而極大地減少種植過程中對秧苗的損傷，提高秧苗的種植效率和質量。原來的分插機構的秧箱導軌夾角為90°，經過相關的分析測算后將其分別調整為85°、80°和75°，并且隨著秧箱的調整，其秧門也隨之發生改變，意味著秧苗和秧針的夾角也會發生變化。

4 結語

綜上所述，隨著我國農業生產技術水平不斷提高，生產種植自動化技術也開始得到普及。但是傳統水稻插秧機分插機構依舊存在部分問題，極大影響了水稻的種植效益，對此，相關人員必須要不斷加強對水稻插秧機分插機構的研究和優化設計，從而促進我國水稻種植產業又好又快地發展。