第二章 纸膜铺放机构总体改进设计及工作原理
此水稻纸膜覆盖插秧机设计有以下几个特点：
（1）我国水稻种植与日本相似，对日本水稻种植机械引进较多，选用久保田八行插秧机也是基于这样的考虑，为了纸膜覆盖插秧技术能够大面积推广，实用性是其存在的关键。插秧机平台适用于农业生产，铺放机构同样需要针对水稻插秧作业的特点进行设计，本文设计铺放机构位于原插秧机分体浮板位置，不但完成了分体浮板的工作要求，还将铺膜放膜功能整合进去，不会影响插秧机的正常工作。铺放机构与插秧机架固定，随着液压升降。在工作是下降到工作位置，当停止插秧作业时，随机架上升，十分便于道路运输。后续还可以将设计原理应用与其他类型插秧机中，为实现标准化、系列化、全地形化水稻纸膜插秧机打下基础。
（2）水稻纸膜覆盖插秧机的最终使用者不是研究者而是农户，为此设计水稻纸膜插秧机必须考虑到操作的简单、维护方便、造价低廉等问题。水稻纸膜覆盖插秧机设计为一机多用、生产效率高、综合利用降低成本。在恶劣的水田作业环境，有较高的使用可靠性，较长的使用寿命，可连续作业。插秧机水田中作业，水田对金属尤其是钢铁材料有较强的锈蚀能力，要考虑到部件材料的耐磨性、防腐蚀性等，在复杂多变的地形下本就减震不足的农业机械抗震动能力必须加强，还要有良好的操作性能和必要的安全防护设施。
（3）农机必须与农艺相结合，插秧机的农艺要求就是纸膜覆盖插秧机的设计要求，铺放机构是物理机械，可能会对插秧时柔嫩的秧苗造成伤害，设计时要考虑铺放机构是否会影响分插机构的正常工作。纸膜相对金属部件来说也是相对容易被破坏的，如果工作过程纸膜断裂，可能会出现漏铺现象，严重的可能会是纸膜在辊间绞在一起，使机械损坏。设计是要保证纸膜的顺畅地传输，秧苗顺利地透过纸膜插入水田。 2.2.2 铺放机构工作过程
在水稻纸膜覆盖插秧机运输进入水田前，插秧机插秧台处液压系统支承机架处于最高位置。进入水田后将秧苗放入进插秧台上，将纸膜安装于插秧台两侧纸膜支撑架上和铰接在中间位置纸膜架上的锥台形支撑轴上。导出部分纸膜穿过两侧的纸膜支撑架贴合于纸膜过渡板上，将纸膜放在承膜板和展膜辊之间。调节展膜辊支架，确保展膜辊将纸膜夹紧。拉出纸膜，将两侧纸膜铺于分体式压膜辊的下方，调节压膜辊使其与下沿与水田相切纸膜完全贴合水田，将中间纸膜依次穿过中间的托纸板、展膜辊、仿形辊。这时驾驶员操作升降手柄将整个插植机构放下，调整至作业位置。
水稻纸膜覆盖插秧机工作原理如图2-10。工
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1纸膜卷 2托纸板 3切纸刀 4纸膜 5压膜辊
6展膜辊 7圆弧过渡板 8水田
图2-10 工作原理图
Fig.2-10 Work mechanism figure
沈阳农业大学硕士学位论文
作时，纸膜辊1的纸膜向下拉出铺设在的圆弧纸膜过渡板7上。在展膜辊6和承膜板2的夹加紧后，纸膜在托纸板2上滑动。纸膜带动展膜辊6不断地旋转。展膜辊6和承膜板2的夹持力保证了纸膜不会在机车前进垂直方向上的窜动及水平方向打滑。此后接触水田后纸膜被压膜辊5压实，紧贴泥面。随着插秧机的前进，展膜辊不断向地面输送纸膜，经过压膜辊滚动并压实纸膜。由此纸膜被平整稳定地铺放在水田中。随后，分插机构在铺好的纸膜上完成插秧。
2.3 本章小结
本章介绍了改进后纸膜水稻插秧机的整体设计，阐述了设计的依据。指出水稻纸膜
插秧机的设计特点，描述了纸膜水稻插秧机的整机工作过程。并对设计完成的各部分零件进行建模装配和样机整机装配。
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第三章 主要零部件改进设计
第三章 主要零部件改进设计
根据纸膜覆盖插秧机的技术要求、试验发现的问题与缺陷对水稻纸膜覆盖插秧机做以下改进：
（1）展膜辊支撑臂压膜辊支撑臂设计为悬臂梁结构，实际生产时，插秧机必须先降下机架使得秧爪插秧时接触泥水，压膜辊于水面相切，由于水田地面条件复杂，且地面阻尼较高。悬臂受到地面向上的径向力和压膜辊运动时的扭矩合成扭矩大于选取材料（120×30×3mm钢板）的极限承受扭矩，从而发生变形。为使压膜辊支撑臂不会在工作使用是变形弯曲甚至断裂，必须要加强压膜辊支撑臂的抗扭刚度。使其受到相同载荷是不会超过压膜辊支撑臂的最大抗弯刚度。工作是更加稳定，使用寿命更长。
（2）加强振动稳定性，简化纸辊机架结构、优化尺寸、更改固定位置。使机械运转时不会由于振动是纸辊机架发生摆动。
（3）压膜辊轴承设计为开放式滚珠是轴承及非密封性轴承座。在试验工作中，泥水会进入轴承，影响轴承正常转动，需要不断清理泥浆加注润滑油，这将增加人力劳动降低劳动效率，且严重损耗轴承寿命。改用质量较好的封闭式轴承和轴承座。
（4）原铺膜机构样机设计，承膜板直角台阶设计会带来严重的壅泥现象，承膜板后部不必要设计成方管结，因为承膜板并未完全进入泥水中并未受到扭转载荷，所以设计为流线型的过度较为适宜。
3.1 支撑系统改进设计
3.1.1 辊轮支撑臂改进设计
若使压膜辊支撑臂不会在工作使用是变形弯曲甚至断裂，必须要加强压膜辊支撑臂的抗扭刚度。使其受到相同载荷是不会超过压膜辊支撑臂的最大抗扭刚度。工作时更加稳定，使用寿命更长。这样设计原先使用的钢板就无法满足要求，必须更换抗扭强度更高的材料和结构。
设计要求如下：
（1）满足原有功能包括：承受挂载辊轮，承载辊轮及泥水对其的作用力
（2）再受力是不会发生严重变形甚至断裂。
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图3-1 辊轮支撑臂实物图
Fig.3-1 Roller support arm real diagram
沈阳农业大学硕士学位论文
（3）简化结构，安装方便
如图3-1和3-2，压膜辊1、展膜辊3、承膜板4都统一挂载与纸辊支撑臂4上，这样不但满足功能要求而且拆卸安装也十分方便。
图3-3 变形处改进计算模型
Fig.3-3 The improved calculation model of deformation
1辊轮支撑臂 2 压膜辊 3 展膜辊
4承膜板
图3-2 辊轮支撑臂建模
Fig.3-2 The model of Roller support arm
型钢在相同截面面积下有较高的截面惯性和较大的刚度，使其结构具有更高的抗弯抗扭性能，所以在原样机支撑臂变形严重处改用方管型钢，变形位置计算模型如图3-3。
由型钢力学性能公式： 抗弯强度3-1：
3pl (3-1) 22dbl——为试件长度，m； d——为试件厚度，m；
?bb?式中，p——为试件最大集中载荷，N;
b——为试件宽度，m；
抗扭强度公式3-2：
Tb?Mb (3-2) Wp式中，Mb——为扭转力矩，N×m；
Wp——为试件截面断面系数；
(3-3) 短边个点且应力最大值公式3-4：
方型钢长边最大切应力公式3-3：
?max?Tahb2?1????max (3-4)
式中，a——是一截面边长比值有关的系数;
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第三章 主要零部件改进设计
b——截面短边长，m；
h——截面长边长，m； T——试件所受扭矩，m；
?——长短边长有关见表3-1,；
杆件两端选对扭转角公式3-5：
TlTl (3-5) ?G?hb3GIt表3-1 矩形截面杆扭转系数表
Tab.3-1 Rectangular cross-section torsion coefficient table
h/b
1.0 0.208 0.141 1.000
1.2 0.219 0.166 0.930
1.5 0.231 0.196 0.858
2.0 0.246 0.229 0.796
2.5 0.258 0.249 0.767
3.0 0.267 0.263 0.753
4.0 0.282 0.281 0.745
6.0 0.299 0.299 0.743
8.0 0.307 0.307 0.743
10.0 0.333 0.333 0.743
??式中，GIt=G?hb3也称为杆件的抗扭刚度。?也是与hb有关的系数，见表3-1。
?
?
?
支撑臂受力分析如图3-4： 求出辊轮支撑臂中心扭矩公式3-6：
?F?0?F?0 (3-6) ?M?0由?M?0得
xyoo挂载臂中心扭矩为
M?f2cos?2?f1cos?1?(f2?f1)cos? 式中，?——辊轮承膜板切入泥水受力角； f1——泥水对承膜板阻力；
1辊轮支撑臂2压膜辊3展膜辊4承膜板 5 水田
图3-4 辊轮支撑臂受力图
Fig.3-4 Roller support arm force diagram
e
f2——泥水对压膜辊阻力。
泥水阻力计算公式3-7：
在土壤条件不同情况下，会有不同的土壤参数n会影响泥水阻力， 当n=1时 f?当n=0.5时， f?0.86W4/33sADsAD2/3
086W3/233/4 (3-7)
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