沈阳农业大学硕士学位论文
改进成圆弧过渡，减少壅泥，将承膜板3、展膜辊4、压膜辊5各自支撑臂整合成一体的辊轮支撑臂6。将压膜辊5和展膜辊4的滚动轴 承改进成密封更好的轴承。其他结构基本与原样机保持一致。装配过程更加细致。零件加工精度更高。
本设计创新点在于承膜板可以完全取代原分体浮板功能，不会带来大量淤泥影响整机工作，辊轮支撑臂更好的强度和结构，整机工作更加稳定。
用Solidworks对水稻
1插秧机体 2压膜辊 3仿形轮 4中间纸辊 5展膜辊 6支撑臂
图2-3 总体改进简图
Fig.2-3 The overall improvement in sketch
纸膜覆盖插秧机各个零件进行三维图形绘制，并将各个零件装配成水稻纸膜插秧机进行装配完成整机建模如图2-5所示。
装配完成水稻纸膜插秧机如图2-6。
1 水田面 2 断膜机构 3 铺膜机构4纸膜卷及悬挂装置
图2-4 纸膜铺放机构结构简图 Fig.2-4 The whole structure diagram
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第二章 纸膜铺放机构总体改进设计及工作原理
图2-5 整机建模 Fig.3-18 Machine modeling
图2-6 整机实物图 Fig.2-6 The photo of machine
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2.1.2 铺放机构总体改进依据
为了验证水稻纸膜覆盖插秧机的工作质量和生产能力是否能满足农艺要求，保证设计可靠性和作业稳定性。根据水稻插秧技术要求，进行田间试验。主要验证水稻纸膜覆盖插秧机的结构可靠性和田间适用性，考察插秧机的作业质量和整体性能是否达到水稻插秧技术要求。发现实现中出现的问题和故障以便为改进提供依据。
（1）在水稻纸膜覆盖插秧机作业行进过程中，由于水田高低起伏不平整承膜板会将较高部位泥水向前推移，随着作业时间增加，泥土积压愈来愈多不能清理造成泥水阻力成倍上升，机械前进不畅，使得承膜板连接臂受力突增，长时间使用会引起承膜板支撑臂变形，减少机械使用寿命。想要解决这个问题必须要降低泥水阻力，减少壅泥量。研究泥水阻力必须从泥水和机械两个角度考虑；泥水方面由于因素过多,运用普通的力学方法来计算泥水对形状比较复杂的机械的阻力,常难以下手。英国偷敦大学博士Payne企图通过筒单楔子和某一标准此例的薄板条来研究，日本的森田升在研究犁的重量和重心位置对耕作的影响时,对牵引力与重力和阻力的关系作了某些假设,但简化过多,都因且缺乏依据,远不能反映实际情况。对泥水阻力实际测得看似是一种简单易行的方法，美国哈佛大学教授等,Telischi曾在面积一定的试验区进行田间测试，但实际情况由于多种因素变化差异大，自然条件无法控制，以失败告终。用先进的设备测试泥水各项土壤指标可以推断出泥水阻力，但需要大量设备和各种水田泥土田间测试，不能从根本上解决泥土阻力问题。水田耕整机大拖板起着支承机具部分
图2-7 连接臂变形图
Fig.2-7 Map of broken components
重量和保持机具稳定平衡的作用，与承膜板结构与功能类似。汤楚宙水田耕整机大拖板运行阻力的研究中，提出机械在行进时受泥土阻力与载荷、水平牵引点、前进速度和水平重心位置有关。运行阻力与载荷近似呈直线关系,可以用摩擦定律公式2-1来描述：
R?f?P (2-1)
式中R——承膜板运行阻力，N；
P——承膜板的载荷，N；
f——承膜板运行阻力系数； f值将随拖板的形状、速度、土壤条件
等的差异而不同,公式虽然采用摩擦定律的形式,但它不单是描述一个表面滑动摩擦,
1压膜辊支撑臂2压膜辊连接臂3压膜辊4水田
图2-8 支撑臂受力图
Fig.2-8 The support arm force diagram
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第二章 纸膜铺放机构总体改进设计及工作原理
因为承膜存在着下陷、推泥阻力、推水阻力,故f是一个综合系数,可称为“拖板运行阻力系数”（汤楚宙，1998）。所以设计必须从承膜板结构形状入手，调整最佳作业速度，测试土壤条件，才能达到降低泥水阻力、提高作业效率，从而增加使用寿命为目的。
（2）水稻纸膜覆盖插秧机在水田作业时，承膜板连接臂、展膜辊连接臂和压膜辊连接臂将机架与承膜板、展膜板与压膜辊通过各自支撑臂连接，如图2-4，在工作过程中连接臂受到各自连接部件重力、前进时泥水阻力以及地面对部件的反作用力。在实际作业过程中，由于设计时只考虑到水稻插秧机平台称重问题和未考虑到行进过程壅泥带来的额外阻力所以承膜板展膜板连接臂在受到大量壅泥阻碍发生了弯曲变形，使得整个铺放机构受到损坏。压膜辊连接臂受力分析，如图2-8。
由理论力学平衡公式(2-2)：
?F?0?F?0 (2-2) ?M?0M?0由?，
xyoO?G?l?Fn?l?R?cos??R?sin??0
由?Fx?0，F?R?cos??0，带入公式2-3压膜辊连接臂受力为2-5：
F?f?Pcos? (2-3)
式中，G——压膜辊重力，N；
R——泥水阻力，N；
Fn——泥水对压膜辊反作用力，N；
为防止辊轮及承膜板连接臂再次发生变形现象，必须选择适当的材料与结构，加强连接臂的刚度和强度，增加使用寿命。
（3）实验结果表明插秧质量各项指标表现良好，但伤秧率和漂秧率略高。这可能是育苗期时间，温度光照等气候条件不足使秧苗比较娇嫩，易拉伤折断不适用于机械插秧作业。作为试验准备，育秧过程是在温室中完成的，进行了包括浸种、催芽、播种、生长管理的过程，是插秧作业的基础。要培育出优良秧苗必须把握育苗时间和秧苗生长情况，薛艳凤在水稻机插秧试验示范中有关技术问题初探中提出机插秧苗适宜的指标是秧龄15～20d,3叶左右,苗高15～20 cm（薛艳凤，2001）。在播种前对培育用营养土施加肥料也会得到满意的效果。施加壮秧剂在短期(15～18d)内对秧苗生长是有利的,易形成健壮秧（沈建辉2003）。但小规模试验用秧苗，现代育苗在很多国家已经实现秧盘育秧流水作业，较完备的播种育秧流水线主要包括秧盘供送、铺底土、压实、播种(撒播、
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条播、精播)、覆表土、淋洒水、取秧盘等关键工序，不但作业效率大大提高，产量和质量都可以保证，但试验用少量秧苗不可能实现现代技术成熟的育秧流水线作业，作为农业设计者深入了解相关农艺知识十分必要，育苗过程也在不断研究和探索中。
（4）农业机械的振动是指机械系统中的位移、速度和加速度的震荡现象。对农业机械的正常工作损害程度非常严重，机具有时会在整体高频率高幅度振动下工作，不但产生噪音还对驾驶员正常工作造成影响。主要零件也极易因疲劳而发生脆性断裂，影响机具的性能和使用寿命。水稻纸膜覆盖插秧机也同样遇到相同的问题。原样机设计过程中考虑插秧机平台原有功能部件位置，将铺放机构的机架和连接部件设计较复杂且尽量避让插秧机平台。使得这些部件选择材料尺寸较长，强度、刚度也较小。在试验作业过程时，随着插秧机振动纸辊支架也随之振动。这是源于设计是纸辊支架为绕过八行插秧机机架设计尺寸较长，但连接部位去相对薄弱且是只有一个固定点的悬臂，遇到机械振动作业很不稳定。为改善这种状况，可以采用振动的隔离，采用阻振、减振等措施，控制振动的响应将纸辊连接架设计靠近八行插秧机机架加以抗阻缓冲装置；加强薄弱部位的强度使用多点固定避免较长悬臂或改变原固定点从而控制振动造成的破坏。从根本解决振动问题还要通过对插秧机的动力部件（如柴油发动机引起的振动控制过程）的进行研究，分析振动控制的具体方案，为类似振动的控制提供合理的方法。
（5）水稻纸膜覆盖插秧机在工作过程中，纸膜正常输送是铺放膜机构最核心的功能之一，直接影响纸膜是否能顺利地铺放到位。纸膜输送是否顺畅取决于纸辊、展膜辊、压膜辊协同配合转动流畅。这三个辊轮由三对滚动轴承支撑，轴承地位就尤为突出。原样机铺放机构轴承选取转动不灵活，需要经常添加润滑油如图2-9。设计时未考虑到由于插秧机主要用在水田作业，泥沙容易进入轴承内部、环境的腐蚀也没有可靠的密封结构保护，以致降低了轴承的使用寿命造成轴承失效。带座外球面轴承同时该种轴承两面带有密封圈，能有效地避免泥沙等杂物侵入。在生产过程中已注入润滑剂，在允许的润滑期内，不须添加任何润滑剂。同时也应选用性能良好，安装简单有密封效果的轴承座，使得辊轮轴承可以在一个相对洁净的环境工作。
图2-9 辊轮轴承
Fig.2-9 Roller bearing
2.2 铺放机构设计特点与工作过程
2.2.1 铺放机构设计特点
水稻纸膜覆盖插秧机作为一种农业机械，不但要求满足农业生产农艺要求，还要考虑到使用者使用操作过程中可能遇到问题以及铺放机构与水稻插秧机兼容性的问题。由
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