旋转锥盘式水稻抛秧机工作参数优化设计-农业工程学报.PDF

1998 年 12 月 T ransactions of the CSA E D ec. 1998 旋转锥盘式水稻抛秧机工作参数优化设计 ① 魏文军 　　张绍英　宋建农 ( 中国农业大学) 摘　要　通过对水稻抛秧机秧苗在抛秧盘上的运动分析和受力分析, 建立了秧苗在抛秧盘上的 运动方程, 分析秧苗抛出后的运动规律, 通过优化方法计算出一组最佳工作参数, 为水稻抛秧机 设计提供了理论基础。 关键词　水稻抛秧机　理论分析　优化设计 　　旋转锥盘式水稻抛秧机是我国目前唯一用于大面积水稻抛秧作业的机器, 它具有抛秧 均匀、作业质量好、整机结构简单、工作效率高的特点, 适合我国水稻产区抛秧作业要求。机 器主要工作部件是高速旋转的抛秧盘, 1997 年以前的机型抛秧盘工作表面是采用圆锥面, 因此称为旋转锥盘式水稻抛秧机, 1997 年采用旋转抛物面作为抛秧盘的工作表面, 可以减 小抛秧作业时对秧苗的损伤, 增加秧苗的入土深度和提高秧苗的直立度。该机主要工作原理 是: 将抛秧秧苗连续、均匀地喂入到抛秧盘中心附近的接秧部分, 秧苗在导秧轨作用下沿抛 秧盘旋转抛物面加速运动, 当秧苗移动到抛秧盘外边缘时脱离抛秧机抛向空中, 秧苗在重力 作用下沿抛物线轨迹落入水田, 完成栽植作业。下面对水稻抛秧机抛秧过程中秧苗运动规律 进行分析, 建立数学模型, 并用机械优化方法确定一组机器最佳工作参数。 1　秧苗在抛秧盘上的运动规律 11　影响秧苗运动的抛秧盘工作参数 抛秧盘采用旋转抛物面, 导秧轨是渐开螺旋面, 如图 1, 其 主要工作参数为: 秧苗的喂入半径R 0 , 抛出半径R 1 , 抛秧盘高 n0 度 , 抛秧盘转速 , 角速度 = , 秧苗营养钵与抛秧盘及 H 0 n 0 30 导秧轨摩擦系数 = 0 5～ 08。 f 图 1　抛秧盘构造 12　秧苗在抛秧盘上的运动分析 F ig. 1　T he structure of 为了便于分析秧苗在抛秧盘上的运动规律, 假设秧苗为一 casting pan 刚性质点, 其质量为 。秧苗在抛秧盘上沿导秧轨的运动近似为一刚性质点的空间运动, 其 m 运动轨迹为旋转抛物面与渐开螺旋面的交线, 是一条空间曲线, 它在水平面内投影是以半径 为基圆的渐开线, 如图 2。建立坐标系: 静坐标系 , , 建在抛秧机机架上, 动坐标系 , R 0 i0 j 0 k 0 i , 建在以角速度 旋转的抛秧盘上, 其中 = 0 , 两坐标系原点重合为 点, 如图 3。利用 j k k k O 收稿日期: ( ) 　　①魏文军, 副教授, 北京市海淀区清华东路 17 号　中国农业大学 东校区 机械工程学院, 100083 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第 4 期　　　　　　　　　魏文军等: 旋转锥盘式水稻抛秧机工作参数优化设计　　　　　　　　 109