水稻育秧播種機秧盤運送擺放裝置設計

孫振雨

(黑龍江省農業(yè)機械工程科學研究院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157011)

0 引言

電動水稻育秧播種機可一次性完成鋪土、播種、覆土等作業(yè)，工作效率不小于660 盤·h-1，是水稻育秧播種的重要生產方式，被廣泛應用。經過播種的秧盤需整齊擺放于育秧大棚苗床，為后續(xù)稻種生根發(fā)芽、移秧插秧做好準備。現階段，從電動水稻育秧播種機播種完畢到放于地面，秧盤基本由人工手動放置完成。該工作勞動強度大，重復性強，節(jié)奏快，對人員腰部損傷大，需耗費大量體力。不僅用工多，而且在轉運過程中容易出現工作失誤，導致秧盤跌落傾灑，現急需專用機具替代人工作業(yè)。

因此，設計了一種應用于電動水稻育秧播種機的秧盤運送裝置，該裝置可完成接盤、運盤、放盤作業(yè)，運行平穩(wěn)且擺放整齊，解決了水稻秧盤從播種機到大棚苗床的轉運難題。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

該裝置主要由調速電機、驅動鏈輪、電池組、調速控制器、機架、運送平臺、鏈條、運送大鏈輪、行走輪、鏈條托輥、運送小鏈輪、工作鏈輪、行走鏈輪等幾個部分組成，整體結構如圖1所示。

1.調速電機；2.驅動鏈輪；3.電池組；4.調速控制器；5.機架；6.運送平臺；7.鏈條；8.運送大鏈輪；9.行走輪；10.鏈條托輥；11.運送小鏈輪；12.工作鏈輪；13.行走鏈輪

1.2 工作原理

該裝置主要由兩部分構成，行走部分和工作部分。行走部分由蓄電池為調速電機提供動力，調速電機與行走輪鏈輪通過鏈條連接，行走輪安裝固定于機架底部，電機轉動帶動鏈條驅動行走輪轉動，完成行走動作。行走速度可通過調整調速電機轉速調節(jié)。

調速電機的動力輸出軸安裝有驅動鏈輪，驅動鏈輪與運送平臺的運送小鏈輪通過鏈條連接，將動力傳遞到運動平臺上，驅動運動平臺向前運動。

秧盤運行軌跡如圖2所示。

圖2 秧盤運動軌跡示意圖

當運送平臺縱向移動到指定位置，繼續(xù)隨鏈條向前運動，橫向運送秧盤，到達卸盤處時將秧盤放置于指定位置，同時整機向前移動至下一個秧盤放置處，繼續(xù)放置秧盤，直至放置結束，返回播種機處，重復工作。

行走部分采用電瓶驅動，自動化程度高。可實現秧盤對接，準確高效。作業(yè)部分采用鏈條輸送，可靠性強，規(guī)范化高，標準化作業(yè)，一致性較好。保證擺盤作業(yè)效率的同時不會耽誤播種工作，有助于農戶搶占時節(jié)。

行走部與作業(yè)部配合作業(yè)，二者既可以獨立完成各自任務又可以同時工作，完成運送、擺放作業(yè)。

考慮到育秧大棚內空間有限，以及水稻秧盤質軟易變形的特性，工作部分采用鏈傳動、運送平臺柔性回轉的工作方式。

2 主要技術參數

整機尺寸(長×寬×高)：170 cm×36 cm×63 cm；

行駛速度：1.2 m·s-1；

作業(yè)效率：≥660盤·h-1；

配套動力：0.2 kW；

作業(yè)電機型號：6IK200RGN-CF(6GN-5K)；

行走電機型號：6IK200RGN-CF(6GN-3K)；

傳動方式：鏈傳動。

3 關鍵部件的設計及選型

3.1 運送平臺的設計

根據農戶實際生產情況，秧盤價格差距較大，一般硬質秧盤3.2元·個-1，軟質秧盤0.36元·個-1，從節(jié)約成本角度考慮農戶大多采用軟質秧盤。為適應秧盤較軟特性，設計采用聚乙烯苫布作為運送平臺，該材質可減小振動并受力均勻，同時保證不撒籽不跑土。聚乙烯苫布可實現柔性回轉，節(jié)約空間，減少相關運動機構。

運送平臺為運送水稻秧盤的主要部件，承載、運送、放置水稻秧盤的作用，設計尺寸為310 mm×600 mm，寬度大于秧盤尺寸300 mm×600 mm。運送平臺四角與輸送鏈條固定連接，運送平臺隨鏈條前進而前進。

3.2 機架的設計

機架為整機的骨架部分，起到支撐、固定作用，工作部件合理、有序安裝在機架上。針對2BC-660型電動水稻育秧播種機外形尺寸(3 940 mm×475 mm×1 065 mm)進行機架設計[1]。設計中確保水稻秧盤運送平臺高度與播種機出盤高度一致，保證平穩(wěn)接收秧盤；根據軟性秧盤尺寸設計工作區(qū)間尺寸。

機架設計為矩形框架結構，如圖3所示。機架工作區(qū)間寬度320 mm，高度560 mm，由兩根底梁、四根立柱、三根橫梁和兩根縱梁焊合而成。為了采購方便，節(jié)約成本，所有梁柱選用50 mm×25 mm×1.5 mm矩形方管。

圖3 機架示意圖

3.3 鏈傳動系的設計

按照機架的設計尺寸及部件安裝位置確定鏈傳動中心距。已知：工作鏈傳動中心距L工作=290 mm；L行走=300 mm，預期行駛速度v=1.2 m·s-1。

為了平均鏈輪磨損程度，提高鏈輪使用壽命，一般鏈輪齒數設計為奇數，且最好為質數。

設計驅動鏈輪齒數為19，工作鏈輪齒數為17，行走鏈輪齒數為17；運送大鏈輪、運送小鏈輪齒數分別為17和13。

根據齒數及鏈條型號08A計算得到鏈輪主要技術參數如表1。

表1 各鏈輪主要技術參數

3.4 鏈條的選型及效核

運送平臺數量N的確定。

N=L/l

(1)

式中L—運送鏈條工作長度，mm；

l—運送平臺長度，mm。

已知L=3 022 mm，l=600 mm，代入式(1)計算得N=5。

播種秧盤質量m計算

m=m1+m2+m3

(2)

式中m1—稻種質量，g；

m2—底土質量，g；

m3—覆土質量，g。

根據本地調查，單盤播種量m1=80 g，底土厚度10 mm，覆土厚度5 mm；育秧土按照《NY/T 1534—2019水稻工廠化育秧技術規(guī)程》處理，得到育秧土密度1 021.5 kg·m-3(1.0 g·cm-3)[2]。

已知m1=80 g；m2=1 800 g；m3=900 g；代入式(2)得m==2.78kg。

播種完畢的單盤最大靜載荷Q=M×N×G=2.78×5×10=139N，(G=10N·kg-1)。

工作鏈條最大載荷Qmax=5·Q=560N。

根據設計手冊查得選用08A，節(jié)距P=12.7mm，抗拉載荷Q=13.8kN，且Q>Qmax，可保證鏈條在工作過程中不會因抗拉載荷導致鏈條斷裂。

3.5 電機的選型

針對不同作業(yè)場所的作業(yè)條件差距較大，農戶作業(yè)水平參差不齊的情況，電機采用減速電機，并配套使用速度調節(jié)裝置，實現作業(yè)速度和行進速度獨立、實時調節(jié)，適應不同農戶差異化工作效率。

蓄電池為減速電機提供動力，減速電機驅動整機工作。整機行走部分選用6IK200RGN-CF(6GN-3K)型減速電機，工作部分選用6IK200RGN-CF(6GN-5K)型減速電機，整機選用3塊天能6-DZF-20型蓄電池。

4 使用

4.1 檢查

開機前檢查。檢查各部件安裝是否齊全，確認各零部件安裝牢固可靠。提前將蓄電池充滿電。

4.2 試運行

打開控制器開關，逐漸調節(jié)速度至最大，觀察運轉情況，確認作業(yè)、行走過程中無刮碰、異響、變形等故障，確認裝置運轉正常。

4.3 就位

控制行走部將機具移動至電動水稻育秧播種機出盤處，控制作業(yè)部運轉，將運送平臺入口與出盤處相接。

4.4 接收，承載

秧盤從出盤處離開時啟動作業(yè)部，調整運送平臺速度與秧盤前進速度相同，二者緊密接觸，秧盤離開出盤處落入運送平臺。運送平臺承接完一個秧盤自動承接下一個，連續(xù)不斷地承接秧盤。

4.5 運送

當裝置承接的第一個秧盤到達卸盤處時，關閉作業(yè)開關，停止接盤動作。打開行走作業(yè)開關，調整裝置前進方向，控制行走速度，將裝置行走至苗床指定位置。

4.6 擺放

打開作業(yè)控制器，將秧盤從卸盤處卸下，同時調整行走部行走速度，使裝置后退速度與運送平臺速度保持一致。

4.7 返回

擺放結束返回播種機重復作業(yè)。

5 結論

設計了一種水稻秧盤自動運送、擺放裝置，該機具設計功能明確、針對性強；解決了電動水稻育秧播種機播種作業(yè)完成后秧盤由播種機運送至育秧大棚苗床位置的難題，實現了該過程的機械化；整機結構簡單，運行平穩(wěn)，安全可靠。

該裝置通過三維軟件CAXA2013實體設計建立了模型，經檢查未出現干涉現象。