第三章 主要零部件改进设计
（3）试验中壅泥干重最少的是5号试验。 方差分析，如表3-4：
表3-4 试验方差分析表 Tab.3-4 Analysis of variance table
源 径 速度 载荷 误差 总计
平方和 17.10 236.43 166.59 52.59 9733.57
df 2 2 2 2 9
均方 8.55 118.22 83.30 26.29
F 0.33 4.49 3.168
Sig. 0.755 0.182 0.24
极差分析直观，简单易懂但不能估计试验过程中的误差，包括试验干扰因素、试验仪器设备、操作人员的误差。不能分开因素作用的效果和误差作用的效果。从方差分析结果等处，因素承膜板行进速度平方和是236.43，F值为4.49，显著性指标为0.182小于0.25；因素承膜板载荷平方和为166.59，F值为3.168，显著性指标为0.24小于0.25；承膜板圆弧半径因素平方和为17.1，F值为0.33，显著性指标为0.755大于0.25。因素承膜板载荷和因素承膜板前进速度在置信度为75%时显著而承膜板圆弧过度半径不显著。
3.3 主要改进部件分析
3.3.1 辊轮支撑臂仿真分析
在插秧机工作中，原样机各个辊轮支撑臂（压膜辊支撑臂、展膜辊支撑臂、承膜板支撑臂）发生了均由于强度、刚度不足发生了变形，且分离的各个辊轮支撑臂安装维修十分不便，将辊轮支撑臂整合到一个辊轮支撑平台是本次改进的特点之一。为检验改进后辊轮支撑臂的性能，分析辊轮应力集中和主要变形位置，对支撑臂进行solidworksSimulationXpress分析。
1挂载受力位置2固定位置 图3-12 辊轮支撑臂建模 Fig.3-12 The model of support arm
方法如下:对辊轮支撑臂进行建模如图3-12：运行SimulationXpress，选择零件中孔进行
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固定；对三个挂载辊轮位置分别加载200N、50N、300N，500N、50N、700N两组载荷，选择材料为普通钢材。分析结果如图3-13,3-14,3-15,3-16，所示。
图3-13 辊轮支撑臂应力分析图
Fig.3-7 Roller wheel support analysis diagram
stress arm 图3-14 辊轮支撑臂应力分析图 Fig.3-6 Roller wheel support analysis
diagram stress arm
图3-15 辊轮支撑臂变形位移分析图 Fig.3-8 Roller wheel support analysis diagram
displacement arm
图3-16 辊轮支撑臂变形位移分析图 Fig.3-9 Roller wheel support analysis diagram
displacement arm
由分析结果可以辊轮支撑臂的应力集中位置在固定位置和挂载辊轮梁之间的连接位置，最大位移位置处于辊轮支撑臂挂载梁的后侧。正常工作载荷时受力分别为200N、50N、30N，最大应力为22.6×106N/m2插秧机正常工作载荷作用下，支撑臂最大应力不会超过材料的屈服极限，当受力为500N、50N、700N，最大应力为58.23×106N/m2也不会超过材料的最大切应力。两种受力情况辊轮支撑臂的最大位移分别为0.132mm和0.33mm未超过梁的最大挠度，不会破坏构件。使用更可靠安全性更高，使用寿命提高明显。
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第三章 主要零部件改进设计
3.3.2 纸膜挂载机构振动分析
插秧机振动影响最大的就是纸膜支撑机构，纸膜挂载架安装在八行插秧机行进部位而非插秧功能部位。行进过程中挂载架可以近似看成一端固定一端自由的杆如图3-17。
取杆的轴向作为x轴，各个界面的轴向位移边上为u（x，t）。杆的微元dx在自由振动中受力P。
设杆单位体积的质量为m，杆长为l，截面积为A，材料的弹性模量为E。设任意截面处，纵向应变力为ε（x），纵向张力表示为P（x）。则由材料力学得公式3-11和公式3-12：
?u?(x)? (3-11)
?xP(x)?AE??AE
图3-17 纸膜支架振动分析图
Fig.3-17 Analysis of the vibration bracket paper film
?u (3-12) ?x而在x+dx截面处的张力则为3-13：
??u?2u??PP?dx?AE??2dx? (3-13) ???x??x?x?列出杆的微元dx的运动方程得公式3-14：
?2u?2u?Adx2?AE2dx (3-14)
?t?x?2u1?2u整理得2?2?2，式中，c2?E/?。采用分离变量法得3-15：
?xc?tU(t)?Asin?t?Bcos?t?? (3-15)
X(x)?Csinx?Dcosxcc式中，?——杆固有频率；Hz A,B,C,D——积分常数；
振动函数X（x）与固有频率的系数由各种边界条件确定。一端固定一端自由的杆的边界条件方程为：
X(0)?0dX(l)?0dx；
由此得：
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D=0 ??Ccosl?0cc ?cosl?0c 杆的固有频率为3-16：
?i?2i?1??2lE?,i?0,1,2，? (3-16)
相应的振动函数为3-17：
?2i?1?x?Xi(x)?sin???,i?0,1,2，? (3-17)
l??2纸膜支撑架在插秧机发动机震动下受迫振动，振动频率与振动带来应变符合正太分布，综合盈利均值?L，标准差?L；支撑架结构为方钢，强度值?S由可靠性系数公式3-18：
Z??S??l?2L (3-18)
式中Z——零件可靠性系数；
由公式得出，零件可靠性与振动引发应力变化有关，应力变化由振动函数决定，检测发动机振动可以用现代测试技术中通过传感器连接零件工作，处理信号后输入电脑，通过基于Labview检测软件输出结果。
3.4 本章小结
本章介绍了主要水稻纸膜插秧机主要零部件的改进设计，将压膜辊、展膜辊及承膜板的分体连接臂整合为一体式支持臂，经过仿真分析得出满足工作要求，且在超过正常工作一定范围内载荷仍不会发生变形。重新选取滚轮轴承针。将承膜板改进为圆弧过度形式，经过试验分析极大改善了淤泥堆积，工作更加稳定。
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第四章 水稻纸膜覆盖插秧机田间试验研究
第四章 水稻纸膜覆盖插秧机田间试验研究
4.1试验材料与设备
试验主要目的是在实际田间生产作业过程中，与原样机对比分析是否有效地避免了原样机出现的各种问题，在满足要求的基础上检验新样机的工作质量能否满足水稻插秧与纸膜覆盖技术的农业技术要求，进一步发现生产过程中的问题，考察铺放机构的工作稳定性与零件可靠性。具体要求：
（1）验证田间作业质量是否达到农业技术要求； （2）对比前后样机作业，新样机是否优于原有样机； （3）发现生产中新的问题，找到解决方案；
（4）试验内容包括：插秧作业时进行单因素和正交试验回归分析对比前后两种样机优劣。
水稻插秧机田间试验不能紧紧依靠插秧机本身的性能，还要有适宜的水田作为试验地点以及品质优良的水稻秧苗作为试验基础。本试验的主要试验内容： （1） 选择优良稻种，采用秧盘育苗方式在大棚中培育秧苗。
（2） 在水稻试验基地水田中进行水稻纸膜覆盖插秧作业研究纸膜破损率和纸膜贴合
率，测出各因素水平。
（3） 对各因素水平进行单因素试验分析。
（4） 回归分析后对比改进前后试验结果，得出结论。
（5） 研究改进后样机的纸膜滑移率，进行正交试验分析，研究影响纸膜滑移率的主要
因素。
试验材料：本试验采用永丰余生物科技有限公司出品的农业纸膜，规格为100m×80cm×0.1mm纸膜和100m×50cm×0.1mm纸膜若干卷。本试验采用沈农265稻种，在沈阳农业大学园艺学院温室大棚条件下，用浸种剂进行浸种72h，大棚中自然催芽48h（平均温度25°C，平均湿度60%），露白后播种于装满营养土（按比例添加壮秧剂）
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图4-1 秧苗生长情况
Fig.4-1 The growth of seedling