【導(dǎo)讀】本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究并取得的工作成果。得沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的。任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確說明并表示了謝意。印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的內(nèi)容。鋪放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與工作過程.......

　　

【正文】 發(fā)展成結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化和功能多樣化的格局。乘坐式有 3～ 10 行，手扶步進(jìn)式有 6行，每種產(chǎn)品各具特色，適應(yīng)于不同的環(huán)境條件和生產(chǎn) 規(guī)模，滿足不同用戶的需要。使得日本全國實(shí)現(xiàn)了水稻插秧機(jī)械化。韓國在幾十年的發(fā)展過程中，水稻種植基本也實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 ，但生產(chǎn)產(chǎn)品型號較單一，沒有形成系列化。 現(xiàn)階段， 根據(jù)國外插秧機(jī)發(fā)展?fàn)顩r分析，在插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)上不會發(fā)生較大變化，主要是向著降低生產(chǎn)成本、 提 高作業(yè)效率 、功能多樣化 幾個(gè)方向 發(fā)展。 紙膜 覆蓋 插秧技術(shù)國內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 紙膜覆蓋技術(shù)國內(nèi)外研究 地膜覆蓋技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，對農(nóng)作物增產(chǎn)起很大作用，但隨著普通單體聚乙烯塑料膜的發(fā)展及廣泛應(yīng)用 ，由于 其不容易被微生物 降解 帶來了一系列的副作用。針對塑料薄 膜的缺點(diǎn)，各國研究者對此不斷探索 孜孜不倦地 尋求一種合適的解決方案。紙質(zhì)地膜就是在此背景下研發(fā)而 成 。 紙膜不但繼承了塑料地膜的優(yōu)點(diǎn)有良好的保溫 、保 水和控草效果。還會在稻田中自圖 12 水稻插秧機(jī)械 The rice transplanting machine 第一章 緒論 8 圖 14 新型覆蓋膜 New cover layer 然降解，不會 殘 留。 日本 是 最先開發(fā) ，并已投入 應(yīng)用 農(nóng)業(yè)紙膜 的國家 ，目前已在日本 各地區(qū)廣泛推廣 。 紙膜 是由植物纖維制成 覆膜后無需回收殘膜 ，自然降解對環(huán)境沒有影響 ， 制造成本 僅為傳統(tǒng)塑料地膜造價(jià)的 三分之一。 新西蘭 Murray Cruikshank公司 研發(fā)的紙地膜先后在歐美，澳洲獲得 21 個(gè)國家專利。該紙膜由廢舊紙張 作為原料，可在使用后可在 1 到 3 個(gè)月內(nèi) 完全降解。有效的控草節(jié)水，促進(jìn)農(nóng)作物生長。紙膜覆蓋技術(shù)在試驗(yàn)中證明， 對西紅柿、草莓、 板栗等 覆蓋紙膜會減少 75%的水分蒸發(fā)。 Robert 等對燕麥進(jìn)行了紙膜覆蓋試驗(yàn)，結(jié)果表明紙膜與標(biāo)準(zhǔn)黑 色塑料地膜的保水保溫和增產(chǎn)效果基本相同。 Hiei K、 Kumakura H 等人對番茄和秋生菠菜進(jìn)行了紙膜與其他地膜覆蓋對比試驗(yàn)，結(jié)果表明紙膜 在農(nóng)作物生長過程會迅速提高地溫，不會破壞土 壤結(jié)構(gòu) 獲得了 良好的 效果。 Yang .,Roh 等在 20xx 年到 20xx 年期間研究了紙膜插秧對控草，水稻生長狀況的影響。 紙膜覆蓋技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 突出，同樣引起了國內(nèi)學(xué)者的重視，并不斷取得進(jìn)展。 1994 年郭富常，尹立榮等人 在 多效農(nóng)藝營養(yǎng)紙膜對番茄和黃瓜生育影響試驗(yàn)，多效農(nóng)藝營養(yǎng)紙膜在能保證溫度的設(shè)施栽培中 ， 可對植物生長發(fā)育起到明顯的促進(jìn)作用（郭富常， 1995）。 1995 年李蕾等研究紙膜和塑膜覆蓋植棉效果，顯示紙膜與塑膜雖然在當(dāng)時(shí)條件下還有一定差距，但紙膜 前景 廣闊。 1999 年黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所梁嘉陵 進(jìn)行 北方稻田“壟作覆紙膜”高產(chǎn)優(yōu)化栽培技術(shù)體系的研究 ，試驗(yàn)表明 ， 北方稻田“壟作覆紙膜”具有抑制雜草、節(jié)水增溫、促進(jìn)水稻生長發(fā)育、提高產(chǎn)量 的作用（梁嘉陵， 1999）。 20xx 年梁永超，胡鋒等在水稻覆膜旱作領(lǐng)域進(jìn)行研究， 提出 要 發(fā)展可降解地膜、營養(yǎng)紙膜和殘茬覆蓋等替代技術(shù) ， 采用紙膜 是解決地膜所造成的白色污染的希望所在（梁永超， 20xx）。 20xx 上海嘉龍紙業(yè)有限公司 “ 復(fù)合紙膜再生利用技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化 ” 通過驗(yàn)收，建成我國研發(fā)生產(chǎn)紙膜的基地。以任文濤教授為首的科研團(tuán)隊(duì)對 紙膜覆蓋水稻種植進(jìn)行了深入的研究。 該課題組從 20xx 年開始先后對紙膜覆蓋種植技術(shù)控草效果，紙膜覆蓋技術(shù)對水稻棵間蒸發(fā)量的影響以及紙膜覆蓋水稻乳芽技術(shù)進(jìn)行研究。試驗(yàn)表明：與無紙膜覆蓋種植 相比較 在乳芽直播條件下，紙膜覆蓋種植節(jié)水 33%。在盤育苗插秧的條件下，紙膜覆蓋種植比無紙膜覆蓋種植節(jié)水 %。紙膜覆蓋種植還可以有效地控草，在乳芽直播條件下 結(jié)合 插秧工藝 ,紙膜覆蓋可減少水稗 %、稻稗圖 13 紙膜覆蓋應(yīng)用 Paper cover layer application 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 圖 15 鋪膜機(jī)作業(yè) Film laying operation %、三菱草 %。在盤育苗插秧?xiàng)l件下，紙膜覆蓋種植可減少水稗 %、稻稗%、三菱草 %。 紙膜覆蓋裝備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1993 年日本三菱公司研制出鋪紙膜插秧機(jī)，現(xiàn)正處于推廣應(yīng)用階段，1994 年日本上野秀人著手研制再生紙水稻直播技術(shù)，主要是在紙膜上按照行距 30cm，株距 15cm，用打孔器打出直接 圓孔，并將種植黏貼與圓孔周圍，后將紙膜鋪于稻田。 在國內(nèi)鋪膜主要還靠人力，有一些研究團(tuán)體進(jìn)行鋪膜機(jī)械的研究，其中 以 黑龍江水田機(jī)械化研究所研制的紙膜敷設(shè)裝置（魏中文， 20xx）和沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 任文濤教授帶領(lǐng)下對紙膜與泥水物理機(jī)械特性進(jìn)行試驗(yàn)研究、紙膜覆蓋插秧機(jī)覆蓋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究、 水稻紙膜 覆蓋 插秧機(jī) 鋪放機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)研究，按部就班的一步步深入研究紙膜覆蓋技術(shù)與水稻插秧機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合并 取得很大成果。主要 成果 有：（ 1）紙膜抗拉強(qiáng)度與泥漿含水率呈二次函數(shù)關(guān)系，與水深同樣 成二次函數(shù)關(guān)系（車莊， 20xx）。（ 2）確定了水稻紙膜插秧機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與工作原理，通過設(shè)計(jì)機(jī)理模型試驗(yàn)得出紙膜破損率與覆膜嚴(yán)實(shí)率與行進(jìn)速度、水層深度、壓紙輥直徑等的影響關(guān)系 （于瀟澤，20xx） 。 （ 3）首次將鋪膜機(jī)構(gòu)與插秧機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來使得插秧、鋪膜同步進(jìn)行工作原理如圖 17 設(shè)計(jì)完成，對樣機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)得實(shí)際生產(chǎn)中紙膜破損率與紙膜貼合率同機(jī)械行進(jìn)速度與壓膜輥載荷關(guān)系，為之后改進(jìn)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)（王振海， 20xx）。 我國圖 16 人工鋪膜作業(yè) Film laying menbrance operation 1 紙膜卷 2 紙膜導(dǎo)板 3 承膜板板 4 展膜輥 5 壓膜輥 6 水田 圖 17 紙膜鋪放機(jī)構(gòu)簡圖 Paper film laying mechanism sketch 第一章 緒論 10 農(nóng)機(jī)研究者們 為了在鋪膜過程中提高勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，更好的與農(nóng)藝結(jié)合 ； 為研究出適合復(fù)雜水田 作業(yè)條件優(yōu)秀的紙膜覆膜機(jī)械 而 努力。 本文研究內(nèi)容 本 文基于前人對水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)的機(jī)理和設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的部分設(shè)計(jì)缺陷和實(shí)際插秧覆膜作業(yè)中出現(xiàn)的問題，提出改進(jìn)方案 ，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，增加水稻紙膜插秧機(jī)田間作業(yè)工作穩(wěn)定性和連續(xù)性。其重點(diǎn)是在優(yōu)化關(guān)鍵部件的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能并對水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)“壅泥”現(xiàn)象和行進(jìn)過程中振動(dòng)帶來作業(yè)不穩(wěn)定等問題進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。完成改進(jìn)樣機(jī)，田間與原樣機(jī)進(jìn)行對比試驗(yàn)分析，選擇最優(yōu)方案。 主要 研究內(nèi)容： （ 1） 研究原水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)樣機(jī)田間作業(yè)試驗(yàn)時(shí)易發(fā)生問題，分析產(chǎn)生問題 的主要原因，提出改進(jìn)方案，使新設(shè)計(jì)樣機(jī)避免同樣問題存在。 （ 2） 就關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對不滿足工作要求的零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。 （ 3） 完成理論 設(shè)計(jì)并制成樣機(jī)，與高速插秧機(jī)裝配整合為一體 ，真正 地使 水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、流暢、持續(xù)地 完成 插秧鋪膜協(xié)同 作業(yè) 。 （ 4） 在田間試驗(yàn)過程中對比水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)新舊樣機(jī)插秧過程中的鋪膜 與插秧質(zhì)量，研究如何更加完善水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)，以便使其能夠?yàn)楫a(chǎn)品化設(shè)計(jì)提 供依據(jù)，早日投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 。 技術(shù)路線 本文的研究技術(shù)路線如圖 18 所示 ： 本章小結(jié) 本章主要介紹論文研究的背景及意義，分析了國內(nèi)外水稻機(jī)械化水平與裝備研制狀況、水稻紙膜覆蓋技術(shù)研究現(xiàn)狀，闡述了本文的主要研究內(nèi)容，劃定了本文的主要技術(shù)路線 。 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 查閱相關(guān)文獻(xiàn)料 水稻插秧機(jī)械與紙膜覆蓋技術(shù)現(xiàn)狀 研究原樣機(jī)結(jié)構(gòu) 研究出現(xiàn)故障與問題 確定改進(jìn)方向 熟悉機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理 試驗(yàn)對比結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇 完成新樣機(jī)裝配 與原樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果對比研究 結(jié)論與展望 圖 18 技術(shù)路線 Technical route 第二章 紙膜鋪放機(jī)構(gòu)總體改進(jìn)設(shè)計(jì)及工作原理 12 第二章 紙膜鋪放機(jī)構(gòu)總體改進(jìn)設(shè)計(jì)及工作原理 紙膜鋪放機(jī)構(gòu) 改進(jìn)依據(jù)及總體改進(jìn)設(shè)計(jì) 水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)是以久保田NSD— 8 型水稻插秧機(jī)為設(shè)計(jì)平臺，加以鋪放膜機(jī)構(gòu)組成一套插秧鋪膜同步完成的水稻種植機(jī)械。鋪放膜機(jī)構(gòu)主要包括壓膜輥、展膜輥、紙輥支架、展膜板和仿形輪等構(gòu)成，是水稻紙膜覆蓋插秧技術(shù)機(jī)械化應(yīng)用的核心部分。 它與插秧機(jī)平臺共同完成了水田鋪膜后，插秧機(jī)透過紙膜插入水田的工作。在實(shí)際工作中出現(xiàn)了一系列的問題需要改進(jìn)。如圖 21 所示。 鋪放機(jī)構(gòu)總體改進(jìn) 設(shè)計(jì) 總體改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖 22， 23 所示。與原樣機(jī) 對比 如圖 24 所示，同 樣以久保田八行插秧機(jī)作為設(shè)計(jì)平臺，替換掉原插秧機(jī) 的分體浮板，兩側(cè)浮板位置安裝上承膜板 3 和展膜輥 4，中間浮板位置安裝仿形輪 2。將紙 輥支架 1 結(jié)構(gòu)簡化，減少震動(dòng)。將承膜板 31 紙膜卷及懸掛裝置 2 鋪膜機(jī)構(gòu) 3 斷 膜機(jī)構(gòu) 圖 21 水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)鋪放機(jī)構(gòu)三維模型 3D modle of the whole machine 1 紙輥及紙輥支撐架 2 仿形輪 3 承膜板 4 展膜輥 5 壓膜輥 6 輥輪支撐臂 圖 22 總體改進(jìn)簡圖 The overall improvement in sketch 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 改進(jìn)成圓弧過渡，減少壅泥，將承膜板 展膜輥 壓膜輥 5 各自支撐臂整合成一體的輥輪支撐臂 6。將壓膜輥 5和展膜輥 4的 滾動(dòng)軸 承改進(jìn)成密封更好的軸承。其他結(jié)構(gòu)基本與原樣機(jī)保持一致。裝配過程更加細(xì)致。零件加工精度更高。 本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)在于承膜板可以完全取代原分體浮板功 能，不會帶來大量淤泥影響整機(jī)工作，輥輪支撐臂更好的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)， 整機(jī)工作更加穩(wěn)定。 用 Solidworks 對水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)各個(gè)零件進(jìn)行三維圖形繪制，并將各個(gè)零件裝配成水稻紙膜插秧機(jī)進(jìn)行裝配完成整機(jī)建模如圖 25 所示。 裝配完成水稻紙膜插秧機(jī)如圖 26。 1 水田面 2 斷膜機(jī)構(gòu) 3 鋪膜機(jī)構(gòu) 4 紙膜卷及懸掛裝置 圖 24 紙膜鋪放機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡圖 The whole structure diagram 1 插秧機(jī)體 2 壓膜輥 3 仿形輪 4 中間紙輥 5 展膜輥 6 支撐臂 圖 23 總體改進(jìn)簡 圖 The overall improvement in sketch 第二章 紙膜鋪放機(jī)構(gòu)總體改進(jìn)設(shè)計(jì)及工作原理 14 圖 25 整機(jī)建模 Machine modeling 圖 26 整機(jī)實(shí)物圖 The photo of machine 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 圖 27 連接臂變形圖 Map of broken ponents 鋪放機(jī)構(gòu)總體 改進(jìn)依據(jù) 為了驗(yàn)證水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)的工作質(zhì)量和生產(chǎn)能力是否能滿足農(nóng)藝要求，保證設(shè)計(jì)可靠性和作業(yè)穩(wěn)定性。根據(jù)水稻插秧技術(shù)要求，進(jìn)行田間試驗(yàn)。主要驗(yàn)證水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)可靠性和田間適用性，考察插秧機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和整體性能是否達(dá)到水稻插秧技術(shù)要求。發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)中出現(xiàn)的問題和故障以便為改進(jìn)提供依據(jù)。 （ 1）在水稻紙膜覆蓋插秧機(jī)作業(yè)行進(jìn)過程中，由于水田高低起伏不平整承膜板會將較高部位泥水向前推移，隨著作業(yè)時(shí)間增加，泥土積壓愈來愈多不能清理造成泥水阻力成倍上升，機(jī)械前進(jìn)不暢，使得承膜板連接臂受 力突增，長時(shí)間使用會引起承膜板支撐臂變形，減少機(jī)械使用壽命。想要解決這個(gè)問題必須要降低泥水阻力，減少壅泥量。研究泥水阻力必須從泥水和機(jī)械兩個(gè)角度考慮；泥水方面由于因素過多 ,運(yùn)用普通的力學(xué)方法來計(jì)算泥水對形狀比較復(fù)雜的機(jī)械的阻力 ,常難以下手。英國偷敦大學(xué)博士 Payne企圖通過筒單楔子和某一標(biāo)準(zhǔn)此例的薄板條來研究，日本的森田升在研究犁的重量和重心位置對耕作的影響時(shí) ,對牽引力與重力和阻力的關(guān)系作了某些假設(shè) ,但簡化過多 ,都因且缺乏依據(jù) ,遠(yuǎn)不能反映實(shí)際情況。對泥水阻力實(shí)際測得看似是一種簡單易行的方法，美國哈佛大學(xué)教授 等 ,Telischi 曾在面積一定的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行田間測試，但實(shí)際情況由于多種因素變化差異大，自然條件無法控制，以失敗告終。用先進(jìn)的設(shè)備測試泥水各項(xiàng)土壤指標(biāo)可以推斷出泥水阻力，但需要大量設(shè)備和各種水田泥土田間測試，不能從根本上解決泥土阻力問題。水田耕整機(jī)大拖板起著支承機(jī)具部分重量和保持機(jī)具穩(wěn)定平衡的作用，與承膜板結(jié)構(gòu)與功能類似。湯楚宙水田耕整機(jī)大拖板運(yùn)行阻力的研究中，提出機(jī)械在行