第一章 绪论
然降解，不会残留。日本是最先开发，并已投入应用农业纸膜的国家，目前已在日本各地区广泛推广。纸膜是由植物纤维制成覆膜后无需回收残膜，自然降解对环境没有影响，制造成本仅为传统塑料地膜造价的三分之一。新西兰Murray Cruikshank公司研发的纸地膜先后在欧美，澳洲获得21个国家专利。该纸膜由废旧纸张作为原料，可在使用后可在1到3个月内完全降解。有效的控草节水，促进农作物生长。纸膜覆盖技术在试验中证明，对西红柿、草莓、板栗等覆盖纸膜会减少75%的水分蒸
图 1-3 纸膜覆盖应用
Fig.1-3 Paper cover layer application
发。Robert等对燕麦进行了纸膜覆盖试验，结果表明纸膜与标准黑色塑料地膜的保水保温和增产效
果基本相同。Hiei K、Kumakura H等人对番茄和秋生菠菜进行了纸膜与其他地膜覆盖对比试验，结果表明纸膜在农作物生长过程会迅速提高地温，不会破坏土壤结构获得了良好的效果。Yang W.H.,Roh S.W等在2005年到2007年期间研究了纸膜插秧对控草，水稻生长状况的影响。纸膜覆盖技术优点突出，同样引起了国内学者的重视，并不断取得进展。1994年郭富常，尹立荣等人在多效农艺营养纸膜对番茄和黄瓜生育影响试验，多效农
图 1-4 新型覆盖膜
Fig.1-4 New cover layer
艺营养纸膜在能保证温度的设施栽培中，可对植物生长发育起到明显的促进作用（郭富常，1995）。1995年李蕾等研究纸膜和塑膜覆盖植棉效果，显示纸膜与塑膜虽然在当时条件下还有一定差距，但纸膜前景广阔。1999年黑龙江省农业科学院牡丹江农业科学研究所梁嘉陵进行北方稻田“垄作覆纸膜”高产优化栽培技术体系的研究，试验表明，北方稻田“垄作覆纸膜”具有抑制杂草、节水增温、促进水稻生长发育、提高产量的作用（梁嘉陵，1999）。2000年梁永超，胡锋等在水稻覆膜旱作领域进行研究，提出要发展可降解地膜、营养纸膜和残茬覆盖等替代技术，采用纸膜是解决地膜所造成的白色污染的希望所在（梁永超，2000）。2010上海嘉龙纸业有限公司“复合纸膜再生利用技术研究及产业化”通过验收，建成我国研发生产纸膜的基地。以任文涛教授为首的科研团队对纸膜覆盖水稻种植进行了深入的研究。该课题组从2002年开始先后对纸膜覆盖种植技术控草效果，纸膜覆盖技术对水稻棵间蒸发量的影响以及纸膜覆盖水稻乳芽技术进行研究。试验表明：与无纸膜覆盖种植相比较在乳芽直播条件下，纸膜覆盖种植节水33%。在盘育苗插秧的条件下，纸膜覆盖种植比无纸膜覆盖种植节水26.3%。纸膜覆盖种植还可以有效地控草，在乳芽直播条件下结合插秧工艺,纸膜覆盖可减少水稗97.2%、稻稗
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沈阳农业大学硕士学位论文
77.9%、三菱草50.6%。在盘育苗插秧条件下，纸膜覆盖种植可减少水稗87.5%、稻稗83.8%、三菱草91.5%。
1.3.2 纸膜覆盖装备国内外研究现状
1993年日本三菱公司研制出铺纸膜插秧机，现正处于推广应用阶段，1994年日本上野秀人着手研制再生纸水稻直播技术，主要是在纸膜上按照行距30cm，株距15cm，用打孔器打出直接2.5cm圆孔，并将种植黏贴与圆孔周围，后将纸膜铺于稻田。
在国内铺膜主要还靠人力，有一些研究团体进行铺膜机械的研究，其中以黑龙江水田机械化研究所研制的纸膜敷设装置（魏中文，2007）和沈阳农业大学任文涛教授带领下对纸膜与泥水物理机械特性进行试验研究、纸膜覆盖插秧机覆盖机构的设计与试验研究、水稻纸膜覆盖插秧机铺放机构的设计研究，按部就班的一步步深入研究纸膜覆盖技术与
图1-6人工铺膜作业 Fig.1-6 Film laying menbrance
operation
图1-5铺膜机作业 Fig.1-5 Film laying operation
水稻插秧机技术有机结合并取得很大成果。主要成果有：（1）纸膜抗拉强度与泥浆含水率呈二次函数关系，与水深同样成二次函数关系（车庄，2011）。
（2）确定了水稻纸膜插秧机的设计特点与工作原理，通过设计机理模型试验得出纸膜破损率与覆膜严实率与行进速度、水层深度、压纸辊直径等的影响关系（于潇泽，2011）。（3）首次将铺膜机构与插秧机有机地结合起来使得插秧、铺膜同步进行工作原理如图1-7设计完成，对样机进行田间试验得实际生产中纸膜破损率与纸膜贴合率同机械行进速度与压膜辊载荷关系，为之后改进设计提供基础（王振海，2012）。我国
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1纸膜卷2纸膜导板3承膜板板
4展膜辊5压膜辊6水田 图1-7 纸膜铺放机构简图
Fig.1-7 Paper film laying mechanism sketch
第一章 绪论
农机研究者们为了在铺膜过程中提高劳动效率，减少劳动强度，更好的与农艺结合；为研究出适合复杂水田作业条件优秀的纸膜覆膜机械而努力。
1.4 本文研究内容
本文基于前人对水稻纸膜覆盖插秧机的机理和设计，发现现存的部分设计缺陷和实际插秧覆膜作业中出现的问题，提出改进方案，优化结构，增加水稻纸膜插秧机田间作业工作稳定性和连续性。其重点是在优化关键部件的强度、刚度等力学性能并对水稻纸膜覆盖插秧机运行过程中出现“壅泥”现象和行进过程中振动带来作业不稳定等问题进行研究设计。完成改进样机，田间与原样机进行对比试验分析，选择最优方案。
主要研究内容：
（1） 研究原水稻纸膜覆盖插秧机样机田间作业试验时易发生问题，分析产生问题的主
要原因，提出改进方案，使新设计样机避免同样问题存在。
（2） 就关键零部件的设计缺陷进行优化改进，对不满足工作要求的零部件进行重新设
计满足实际生产的要求。
（3） 完成理论设计并制成样机，与高速插秧机装配整合为一体，真正地使水稻纸膜覆
盖插秧机实现稳定、流畅、持续地完成插秧铺膜协同作业。
（4） 在田间试验过程中对比水稻纸膜覆盖插秧机新旧样机插秧过程中的铺膜与插秧
质量，研究如何更加完善水稻纸膜覆盖插秧机，以便使其能够为产品化设计提供依据，早日投入农业生产。
1.5 技术路线
本文的研究技术路线如图1-8所示：
1.6 本章小结
本章主要介绍论文研究的背景及意义，分析了国内外水稻机械化水平与装备研制状况、水稻纸膜覆盖技术研究现状，阐述了本文的主要研究内容，划定了本文的主要技术路线 。
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沈阳农业大学硕士学位论文
查阅相关文献料 研究原样机结构 水稻插秧机械与熟悉机械结构与工作原理 纸膜覆盖技术现状 研究出现故障与问题 确定改进方向 试验对比结构优化设计选择 完成新样机装配 与原样机试验结果对比研究 结论与展望 图1-8 技术路线 Fig.1-8 Technical route
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第二章 纸膜铺放机构总体改进设计及工作原理
第二章 纸膜铺放机构总体改进设计及工作原理
2.1 纸膜铺放机构改进依据及总体改进设计
水稻纸膜覆盖插秧机是以久保田NSD—8型水稻插秧机为设计平台，加以铺放膜机构组成一套插秧铺膜同步完成的水稻种植机械。铺放膜机构主要包括压膜辊、展膜辊、纸辊支架、展膜板和仿形轮等构成，是水稻纸膜覆盖插秧技术机械化应用的核心部分。它与插秧机平台共同完成了水田铺膜后，插秧机透过纸膜插入水田的工作。在实际工作中出现了一系列的问题需要改进。如图2-1所示。 2.1.1 铺放机构总体改进设计
1纸膜卷及悬挂装置 2 铺膜机构 3 断膜机构
图2-1水稻纸膜覆盖插秧机铺放机构三维模型
Fig.2-1 3-D modle of the whole machine
1纸辊及纸辊支撑架 2仿形轮 3 承膜板 4展膜辊 5压膜辊 6辊轮支撑臂
图2-2 总体改进简图
Fig.2-2 The overall improvement in sketch
总体改进设计如图2-2，2-3所示。与原样机对比如图2-4所示，同样以久保田八行插秧机作为设计平台，替换掉原插秧机的分体浮板，两侧浮板位置安装上承膜板3和展膜辊4，中间浮板位置安装仿形轮2。将纸辊支架1结构简化，减少震动。将承膜板3
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