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中国是世界上水稻年产量最高的国家,年种植面积2800亿平方米,年稻谷总产1800亿多千克,占全国粮食年总产量37.5%。水稻种植劳动量大,迫切需要发展水稻种植的机械化,以提高劳动效率。发展机械抛秧技术是提高水稻种植机械化的重要途径之一。气力有序抛秧机是水稻抛秧机械发展的主要趋势。
通过对二代抛秧机进行田间行走试验,发现其行走性能不佳,分析主要原因在于整机质量过大、结构设计不合理使重心过于靠后和驱动轮抓地力不够。本文用ProENGINEER软件对底盘车架进行重新设计,调节空压机、储气罐、抛秧装置和座位之间的位置,使重心位置更合理。用Mechanica模块对半轴的强度刚度进行校核,保证车架与后轮连接的安全性;用Mechanica模块对车架进行校核,分析车架各个部位的尺寸对车架最大应力的影响,用敏感性分析找出最具影响性的因素。主要因素包括车架后腿的板厚与后腿与抛秧装置的连接件厚度。在许用安全系数的约束下,对找出的因素进行优化分析,达到使车架质量最小的目标。
用ANSYS对车架进行模态分析,得到车架的固有频率与振型,对抛秧机的工作环境作出要求,要求避免4.838Hz、7.294Hz、20.858Hz、99.750HZ、124.183Hz和140.021Hz等外频率;对车架与装载在车架上的汽油机进行谐响应分析,要求汽油机的工作频率避开15Hz到25Hz之间,以防发生共振。
根据抛秧机工作需要的气量和设计车架的预留空间尺寸选择空压机以及汽油机,确定传动方案并进行校核计算。
设计驱动轮以满足水田旱地两用的需求,避免水田更换轮子。驱动轮设计为橡胶铁芯轮子,铁芯外包橡胶。用Mechanica模块对轮子的力学性能进行分析校核,确保其满足车辆行走要求。设计驱动轮模具并对制造精度提出要求,特别对于导柱导套的配合精度,需要满足开模合模精度。
对制造出来的物理样机进行水平面重心测量,爬坡能力测试,行走速度测量以及转弯半径的测量。其中,行走速度最大0.72m/s,属于水田高速作业机械范畴。进行抛秧机调试,育秧和旱地抛秧试验,得出最大漏秧率3.5%,满足设计要求。但是制造出来的抛秧机能否满足田间作业要求有待进一步论证。