鴨嘴式機械精量穴播器取種帶夾緊工裝的設(shè)計研究*

李志勇 ，張 惠 ，何波濤 ，朱晨陽 ，馬永平

（1.石河子市鑫昌盛農(nóng)機有限公司，新疆 石河子 832003；2.石河子大學(xué)，新疆 石河子 832003）

0 引言

棉花和玉米是我國主要農(nóng)作物，2019年全國棉花播種面積3 339.29 千公頃，玉米播種面積41 284.06 千公頃，占到2019年我國農(nóng)作物總播種面積的26.89%[1]。播種是農(nóng)作物生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，播種的質(zhì)量會直接影響到農(nóng)作物的成活率，從而對農(nóng)作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響。 播種機實現(xiàn)了農(nóng)作物播種的機械化作業(yè)，穴播器是播種機的核心部件，目前，棉花、玉米多采用鴨嘴式機械精量穴播器進行播種，因此鴨嘴式機械精量穴播器的市場需求巨大。 根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此種鴨嘴式機械精量穴播器的生產(chǎn)方式以人工手動裝配為主，穴播器取種帶裝配無專業(yè)夾具，需耗費大量勞動力，裝配耗時較長，且對零件薄弱處易產(chǎn)生損傷，嚴(yán)重影響到組裝效率與精度。

圍繞播種機生產(chǎn)制造過程中工裝夾具的研究多集中在軸類和焊接部件，宋楠楠等人針對播種機多銷孔軸類零件在小批量加工時，先劃線打樣沖窩后鉆孔、鉆孔容易歪斜、廢品率高的情況，設(shè)計了一種可以鉆多種軸的工裝[2]。張加財?shù)热藶樘岣?BJQ 系列玉米播種機產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)材料的使用上、 零件加工工藝和機具小部裝的工裝上都進行了優(yōu)化改進[3]。 馬信春等人針對穴播器腰帶總成手工焊接作業(yè)效率低、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，設(shè)計出一套穴播器腰帶總成焊接柔性夾具[4]。 當(dāng)前對鴨嘴式機械精量穴播器取種帶夾緊工裝研究較少，考慮到穴播器取種帶裝配方式的弊端，研究設(shè)計了一種鴨嘴式機械精量穴播器取種帶夾緊工裝，提高組裝效率，減少人工成本，避免組裝過程對零件的損壞。

1 取種帶夾緊工裝的總體設(shè)計方案

取種帶是鴨嘴式機械精量穴播器的關(guān)鍵部件，其裝配效率和質(zhì)量直接影響了穴播器的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 取種主塊上安裝著窩眼、門簾、拐臂等部件，這些部件的裝配質(zhì)量是導(dǎo)致精量播種環(huán)節(jié)發(fā)生漏種或多種現(xiàn)象的直接因素。 取種帶總成主要是由取種主塊圓周陣列式排布，主塊與主塊之間使用插塊的連接裝配。 而目前的裝配多采用榔頭多次敲擊，按照目前的穴播器主流型號，至少需要安裝8 個插塊，也就意味著在不同的位置進行反復(fù)的榔頭敲擊，敲擊可能造成取種主塊接觸面損傷，引發(fā)的共振也會影響窩眼、門簾、拐臂的質(zhì)量。

鴨嘴式機械精量穴播器取種帶是由多個取種主塊和插塊裝配組成，依據(jù)作物不同株距需求，穴播器可分為8穴、10 穴、11 穴等 9 個型號，不同規(guī)格穴播器對應(yīng)取種帶的所需取種主塊、插塊數(shù)量如表1 所示相對應(yīng)。 在裝配過程中，兩個取種主塊間的連接由取種主塊上的梯形凹槽與插塊兩側(cè)的凸條配合固定，取種主塊是非對稱的裝配體，兩個取種主塊需扶正且保持相對位置插塊才能順利插入。由于取種主塊和插塊均為塑料制品，在插入時需確保待裝配件位置的精確，以保障裝配過程中不損傷待裝配件。 因此，根據(jù)設(shè)計需求，采用全部取種主塊一次夾緊，插塊順次裝配完成后整體取出方式。

表1 穴播器型號與取種帶取種主塊、插塊對應(yīng)數(shù)量

2 取種帶夾緊工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 取種帶夾緊工裝使用的工作原理

鴨嘴式機械精量穴播器取種帶裝配時，首先利用氣動裝置使得夾緊組件中的推塊處于待夾緊狀態(tài)。 操作人員利用底盤的定位固定取種主塊。 待取種主塊全部放置完成，啟動氣動裝置按鈕使驅(qū)動組件以軸心為原點沿半徑向外運動，使取種主塊夾緊。 操作人員將對應(yīng)穴數(shù)取種帶插塊順次完成與取種主塊的配合。 再次啟動氣動裝置，待滑動推塊以軸心為原點沿半徑向內(nèi)運動返回后，操作人員取下已裝配好的穴播器取種帶。 鴨嘴式機械精量穴播器取種帶整體結(jié)構(gòu)三維圖如圖1 所示，取種帶夾緊工裝局部爆炸視圖如圖2 所示。

圖1 鴨嘴式機械精量穴播器取種帶整體結(jié)構(gòu)三維圖

2.2 取種帶夾緊工裝的底盤設(shè)計

取種帶夾緊工裝的底盤設(shè)計需要滿足固定板和定位塊的固定、實現(xiàn)滑動推塊的沿底盤半徑方向往復(fù)運動，以及驅(qū)動組件的齒狀滑塊上下往復(fù)運動。 底盤結(jié)構(gòu)如圖3所示。 在底盤的上表面均布有燕尾槽，與燕尾槽相交的有定位塊安裝槽，使得滑動推塊可被限制在燕尾槽中做往復(fù)運動。 定位塊可與取種主塊底部凹槽配合，用于快速固定待夾緊取種主塊。 定位塊設(shè)有沉頭座，使定位塊與底盤通過螺紋連接。

2.3 驅(qū)動組件的設(shè)計

驅(qū)動組件由圓柱導(dǎo)軌、連桿和齒狀滑塊組成。 齒狀滑塊與圓柱導(dǎo)軌配合，實現(xiàn)齒狀滑塊做垂直的往復(fù)運動。 驅(qū)動組件的三維模型如圖4 所示。 圓柱導(dǎo)軌上端口采用開口式設(shè)計便于裝配，對稱的開槽用于與齒狀滑塊中央橫桿配合，使齒狀滑塊軸向反復(fù)運動，固定齒狀滑塊在圓柱導(dǎo)軌中央連接氣動裝置。

圖4 驅(qū)動組件三維模型

2.4 夾持組件設(shè)計

夾持組件由擋塊和滑動推塊組成，用于實現(xiàn)對取種主塊的夾緊。 滑動推塊與驅(qū)動組件連桿通過銷軸連接，實現(xiàn)滑動推塊在底盤燕尾槽內(nèi)做往復(fù)運動。擋塊包括擋板和固定板，通過螺紋連接與底板配合。 擋塊結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 擋塊結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

本文設(shè)計了一種鴨嘴式機械精量穴播器取種帶夾緊工裝，實現(xiàn)了穴播器取種主塊的一次固定，滿足取種主塊與插塊的裝配精度，穴播器取種帶裝配完成后取出便利。解決了鴨嘴式機械精量穴播器取種帶裝配效率低、 廢品率高的問題，提高了裝配過程的規(guī)范。