创新

水稻插秧机分插机构的创新设计

摘要:机构创新是机械产品创新的重要内容之一，文中应用运动合成法、机构传动特点、联想扩展等思维方法，归纳总结了水稻插秧机分插机构的创新构思，同时介绍了两种新型分插机构———椭圆齿轮差动轮系分插机构和旋转式偏心链轮分插机构的工作原理，最后指出创新构思。

关键词：水稻插秧机 分插机构 机构创新 分插机构是水稻插秧机的主要工作部件，它决定了机械插秧的质量和效率。我国是研究水稻插秧机起步较早的国家，20世纪70年代就在全国范围内应用带转臂滑道机构的滚动直插式洗根苗插秧机，20世纪80年代吸收日本插秧机连杆式分插机构的优点研制出2ZT系列机型，直到现在仍是我国插秧机械的主力产品。在20世纪80年代中期研制出新型高效的分插机构，这就是偏心齿轮行星系分插机构，推出整机性能优良的高速插秧机，工作效率比连杆式插秧机提高了32%。在此基础上又发展了带椭圆齿轮行星系分插机构的高速插秧机，到20世纪90年代普及率达80%以上。可以看出，插秧机械化的发展普及，除了农机与农艺相辅相成的结果之外，还在于插秧机产品的不断创新，尤其以其主要工作部件分插机构的创新作为标志。在插秧机的发展历程中，分插机构的推陈出新，机构创新设计发挥着重要作用。

一、分插机构的功能要求

分插机构是插秧机的主要工作部件之一，由分插器和驱动机构

组成，实现分秧和插秧的动作。工作中，分插器直接与秧苗接触进行分秧和取秧，为合适地取秧，使秧苗插直、插深、插稳、不勾不伤，分插器必须按一定的轨迹和姿态运动，驱动机构的作用就是使分插器按要求的轨迹和姿态准确可靠地运转。因此，驱动机构的工作性能直接影响到插秧的质量和工作效率，它应实现如下的功能要求：1、 使分插器按一定的轨迹运动，动轨迹一般为余摆线状；2、分插器沿着轨迹运动时，对应取秧、插秧位置应有不同的姿态，以保证取秧顺利和秧苗插直。以曲柄摇杆式分插机构为例，如下图所示

图1 分叉机构的工作轨迹及要求

根据以上所述，凡能满足功能要求的任何机构，均可用作分插机构的驱动机构，但在工程实际中，寻求既能满足此功能要求又在结构上易于实现、工作可靠、作业效率高的机构却并非易事。

二、分插机构的创新

机构创新的目的，一方面是要求能达到构思新颖、结构独特、动作合理和工作可靠等重要指标，另一方面应注意其经济性和实用性，本质是扩展构思思路，实现一定意义上的最优设计:确定所需机构的

途径一般有两种：一是查阅按功能和动作分类的机构应用实例进行机构选型；二是构思新机构。机构创新是比较困难的，但并不是没有规律可循。现按插秧机分插机构发展历程，将其创新思路归纳如下:

1、转臂滑道机构 其结构简图如下图所示

它利用运动合成的方法，秧爪3的运动是牵连运动为秧爪随分插轮4 的转动和相对运动为通过主滚轮7和副滚轮6受环形滑道>控制相对于分插轮=的摆动复合而成，从而形成所要求的轨迹和动作，满足了生产需要。

2、曲柄摇杆机构

它利用了四杆机构中连杆的特点和运动姿态来实现给定的轨迹和作的，用简单机构完成了较为复杂的动作过程，并且附加有推秧机构，形成了结构简单，工作可靠的分插机构。

3、非圆齿轮行星系机构

它由5个全等的非圆齿轮（偏心齿轮或椭圆齿轮）和两套栽植臂组成。5个非圆齿轮的回转中心轴均支撑在壳体上，两套栽植臂分别与两个行星轮轴相固连:工作时太阳轮10固定，而壳体（相当于行星架）作为原动件绕太阳轮的回转中心转动，从而使两套栽植臂得到所要求的轨迹和动作要求。可见，它的构思，一方面利用了秧爪6的运动是随壳体7的转动（牵连运动）和行星轮8相对于壳体7的自转（相对运动）的合成，另一方面利用了非圆齿轮的非匀速比传动的特性，从而实现了预定的动作要求。由于其结构对称，为旋转式，动力性能好，适于高速作业，且驱动轴旋转一周，插秧两次，工作效率大大提高。

4、椭圆齿轮差动轮系机构

它由3个全等的椭圆齿轮和两套栽植臂组成。3个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，且相位相同，并支撑在壳体上，两套栽植臂分别与两个行星轮轴相固连!工作时，壳体（即行星架）作

为一个原动件绕中心轮的回转中心的转动，而中心轮作为另一个原动体以壳体’倍的转速同向转动即w1=2wH，从而使两个被动行星轮输出所要求的运动，带动栽植臂形成所要求的轨迹和动作!它的创新，是借鉴了非圆齿轮行星系机构的构思联想扩展而来，巧妙利用了两自由度差动轮系和椭圆齿轮的非匀速比传动特性，减少了机构构件的数目，达到同样的功能效果。

5、旋转式偏心链轮机构

它由5个全等的偏心链轮和两套栽植臂组成。链轮组(1、5、8相当于链轮组6、5、4绕o点转过180度形成，其中轮5有两组链轮轮齿，轮4、8为张紧链轮。工作时，中心链轮5固定，而壳体2（行星架）作为原动件绕中心链轮的回转中心o转动，从而使两个被动行星链轮输出所要求的运动，带动栽植臂形成所要求的轨迹和动作。这种构思，巧妙利用了偏心链轮的非匀速比传动特性，又利用与中心链轮1(偏心率相同的链轮3、5作为张紧轮，解决了链长变化对传动的影响，实现了预定的运动要求，得到了新的传动机构，开阔了创新思路。

三、结束语

从分插机构创新的构思可以看出，机械产品的研制和革新是一个动态的复杂过程，为实现既定的功能要求，创新设计可以应用多种原理和思维方法来完成，扩展构思的途径，一方面力求达到构思新颖、结构独特、动作合理和工作可靠等重要指标，另一方面应注意其经济性和实用性，最终实现机械的创新!文中应用运动合成法、机构传动特点、联想扩展等思维方法，研究机构创新设计的理论，再结合计算机辅助工程EFG，可以为机械产品的开发提供强有力的手段最后指出，椭圆齿轮差动轮系分插机构和旋转式偏心链轮分插机构已获国家专利，其中椭圆齿轮差动轮系分插机构经样机试验，运转性能良好，达到了设计要求。 参考文献：

1、 张宏业，周景文。水稻插秧机发展概况。农牧与食品机械 2 、张春林，机构创新方法研究北京机械工业出版社。 3、 桑正中 农业机械学。北京机械工业出版社。

4、 赵匀 农业机械计算机辅助分析和设计。清华大学出版社等。