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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)的機(jī)理分析和產(chǎn)品研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 農(nóng)藝專家提出水稻寬窄行栽培有利于改善通風(fēng)透光性，減少病蟲害，提高低產(chǎn)田產(chǎn)量5%—10%。目前寬窄行插秧只能通過(guò)人工拉線來(lái)實(shí)現(xiàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，農(nóng)民普遍提出寬窄行機(jī)插秧的需求。 本項(xiàng)目擬發(fā)明一種在保持育秧裝備和工藝流程不變的前提下，實(shí)現(xiàn)寬窄行插秧的萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)。本發(fā)明具有國(guó)際首創(chuàng)性，已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利和授權(quán)實(shí)用新型專利，已以300萬(wàn)元轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機(jī)制造有限公司。
- 詳細(xì)介紹：
- 農(nóng)藝專家通過(guò)多年對(duì)水稻種植的潛心研究，提出了水稻寬窄行密植栽培技術(shù)。水稻寬窄行密植栽培技術(shù)有利于改善通風(fēng)透光性，減少病蟲害，提高分蘗成穗率，對(duì)低產(chǎn)田可以提高產(chǎn)量5%—10%。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有成型的寬窄行插秧機(jī)，寬窄行插秧只能通過(guò)人工拉線插秧方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率極低，農(nóng)民普遍提出了寬窄行機(jī)插秧的需求。 寬窄行分插機(jī)構(gòu)是寬窄行插秧機(jī)的核心工作部件，其性能的優(yōu)劣直接決定了寬窄行插秧機(jī)的整機(jī)水平。本項(xiàng)目擬發(fā)明一種在保持育秧裝備和工藝流程不變、秧箱和傳動(dòng)方式不變的前提下，來(lái)實(shí)現(xiàn)寬窄行插秧的萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)。本發(fā)明具有原創(chuàng)性和國(guó)際首創(chuàng)性，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利：萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)（201010143779.4）和授權(quán)實(shí)用新型專利：一種萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)傾斜式寬窄行插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)（201020155132.9），并正在申請(qǐng)國(guó)際發(fā)明專利。本項(xiàng)目已以285萬(wàn)元轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機(jī)制造有限公司。本項(xiàng)目主要包括以下研究?jī)?nèi)容： 1.通過(guò)對(duì)日本的高速插秧機(jī)旋轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)及國(guó)內(nèi)常用的傳統(tǒng)分插機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理和運(yùn)動(dòng)特性的分析，為發(fā)明一種寬窄行分插機(jī)構(gòu)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 2.采用萬(wàn)向節(jié)偏心-非圓齒輪行星輪系實(shí)現(xiàn)插秧運(yùn)動(dòng)所需要的寬窄行和非勻速傳動(dòng)效果，論述了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并建立了萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型。 3.以建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用“參數(shù)導(dǎo)引”的優(yōu)化新方法，基于VB6.0自主開發(fā)萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)“傻瓜化”輔助分析與優(yōu)化軟件。根據(jù)我國(guó)農(nóng)藝要求，提出分插機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)和方法，分析參數(shù)變化對(duì)分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的影響，優(yōu)化出合理的分插機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 4.基于優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；利用UG軟件建立了分插機(jī)構(gòu)各零件的三維模型，并對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配；基于機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，對(duì)分插機(jī)構(gòu)秧針尖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，取秧和插秧的角度、速度等影響插秧質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行了分析研究。 5.加工分插機(jī)構(gòu)零件，并進(jìn)行裝配，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)無(wú)秧試驗(yàn)，利用高速攝像機(jī)拍攝下分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并對(duì)秧針尖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、取秧和插秧角度進(jìn)行分析研究；在佳木斯和廣州做田間試驗(yàn)，其插秧效果較好，基本無(wú)漏秧、傷秧，證明了萬(wàn)向節(jié)傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)工作的可靠性及整套設(shè)計(jì)方法和理論的正確性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明的目的： 中國(guó)的農(nóng)藝專家提出水稻寬窄行栽培有利于改善通風(fēng)透光性，減少病蟲害，提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量。對(duì)低產(chǎn)田的產(chǎn)量提高可達(dá)到5%-10%。由于市場(chǎng)沒(méi)有寬窄行插秧機(jī)，目前只能通過(guò)人工拉線的方式實(shí)現(xiàn)。例如黑龍江五?？h是國(guó)內(nèi)著名“稻花香”水稻產(chǎn)地，為了保證水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量，他們?nèi)坎捎萌斯だ€的方式進(jìn)行寬窄行插秧。人工插秧勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，寬窄行水稻插秧機(jī)成為了市場(chǎng)迫切需求。 基本思路： 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有等行距插秧機(jī)整機(jī)的傳動(dòng)方式進(jìn)行分析，并對(duì)插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的原理進(jìn)行研究，在考慮到育秧農(nóng)藝和技術(shù)流水線不變的情況下，決定通過(guò)改變分插機(jī)構(gòu)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)寬窄行插秧，并對(duì)寬窄行分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，利用VB6.0編寫優(yōu)化平臺(tái)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，最后通過(guò)虛擬樣機(jī)、試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、發(fā)明了符合現(xiàn)代育秧農(nóng)藝及寬窄行要求的寬窄行分插機(jī)構(gòu)。 2、開發(fā)了分插機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件與虛擬試驗(yàn)，制作了“傻瓜化”人機(jī)交互界面。 技術(shù)關(guān)鍵： 1）選擇一種機(jī)構(gòu)能滿足寬窄行插秧的空間軌跡。 2）解決分插機(jī)構(gòu)復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，并制作參數(shù)導(dǎo)引“傻瓜化”優(yōu)化平臺(tái) 主要技術(shù)指標(biāo)： 作業(yè)行數(shù) 6行 行距 窄行20cm、寬行40cm 株距 12cm、14cm、16cm、18cm、21cm 插秧速度 0.3—1.6米/秒 工作效率 25株/s 插秧深度 12—45mm 整機(jī)重量 300kg左右 操作人員 1人
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 寬窄行是中國(guó)農(nóng)藝專家提出的適合我國(guó)國(guó)情的密植方式。國(guó)內(nèi)延吉插秧機(jī)廠研制了一臺(tái)寬窄行插秧機(jī)，但并未進(jìn)入市場(chǎng)，因?yàn)槠涫峭ㄟ^(guò)將300mm寬的秧箱改成200mm。改變秧箱，就必須改變育秧技術(shù)流水線，和現(xiàn)代育秧農(nóng)藝不符。本項(xiàng)目通過(guò)改變分插機(jī)構(gòu)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)寬窄行插秧，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)需改變秧箱和傳動(dòng)方式，保證和現(xiàn)代育秧農(nóng)藝和技術(shù)的無(wú)縫接軌。因此我們研制的寬窄行分插機(jī)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄行密植，同時(shí)繼承了等行距插秧和育秧農(nóng)藝結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。從而保證了插秧機(jī)整機(jī)的生產(chǎn)流水線基本不變，提高了寬窄行插秧機(jī)的性價(jià)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。 寬窄行 等行 每平米穗數(shù) 528.6 542.2 穗粒數(shù) 72.7 70.6 結(jié)實(shí)率 88.7 88.2 千粒重（g） 258.5 254.8 理論產(chǎn)量（Kg/畝） 587.4 573.5 增產(chǎn) 2.4% 實(shí)收產(chǎn)量（Kg/畝） 516.7 503.3 增長(zhǎng) 2.7%
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.在第十二屆浙江理工大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中榮獲一等獎(jiǎng)； 2.在第十二屆浙江省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中榮獲一等獎(jiǎng)； 3.2010年5月份在黑龍江佳木斯農(nóng)墾總局的試驗(yàn)田進(jìn)行了第一次下田實(shí)驗(yàn)，下田一次成功。 4.2010年7月在廣州華南農(nóng)大的試驗(yàn)田進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，得到了專家的一致好評(píng)。
作品所處階段
- 本作品已于分別在佳木斯和廣州進(jìn)行了兩次田間試驗(yàn)，已轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機(jī)制造有限公司。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利、圖紙、模具和樣機(jī)已轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機(jī)制造有限公司。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該作品的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，在與現(xiàn)代育秧農(nóng)藝相吻合的情況下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藝要求的寬窄行種植。 由于寬窄行具有提高產(chǎn)量和質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，從而寬窄行插秧機(jī)成為了迫切需求。例如：四川重慶地區(qū)陰雨天多、陽(yáng)光少，如果采用傳統(tǒng)的水稻插秧方式，病害、倒伏現(xiàn)象出現(xiàn)概率較大，從而造成農(nóng)藥需求量增加，殘留的過(guò)量農(nóng)藥會(huì)對(duì)身體造成極大的危害；多年來(lái)農(nóng)民采用人工拉線的方式進(jìn)行寬窄行插秧，達(dá)到增加光照，提高產(chǎn)量，減少病害的目的。黑龍江五?？h是國(guó)內(nèi)著名“稻花香”水稻產(chǎn)地，其寬窄行全部采用人工插秧，如果用機(jī)器代替人工作業(yè)，需要8000到10000臺(tái)寬窄行插秧機(jī)。因此成功研制寬窄行插秧機(jī)迫在眉睫。本項(xiàng)目研制的寬窄行分插機(jī)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄行插秧，而且保證了整機(jī)生產(chǎn)線不變，因此成本和同型號(hào)的等行距插秧機(jī)接近，但寬窄行插秧機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是等行距插秧機(jī)無(wú)法比擬的。 本項(xiàng)目的研究將加快水稻寬窄行密植方式的推廣，推動(dòng)水稻種植機(jī)械化進(jìn)程，配合農(nóng)藝要求，提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量，為糧食安全做出貢獻(xiàn)。
同類課題研究水平概述
- 水稻寬窄行種植是中國(guó)農(nóng)藝專家專門針對(duì)我國(guó)國(guó)情提出的，國(guó)外并沒(méi)有寬窄行插秧機(jī)的相關(guān)研究。國(guó)內(nèi)延吉插秧機(jī)廠通過(guò)改變秧箱的方式改裝了一臺(tái)寬窄行插秧機(jī)，但是并沒(méi)有對(duì)寬窄行分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究。改變后的秧箱與現(xiàn)代的育秧農(nóng)藝和技術(shù)不符，因此未能進(jìn)入市場(chǎng)。水稻插秧機(jī)現(xiàn)有研究資料全部是關(guān)于等行距插秧機(jī)的，而寬窄行水稻插秧機(jī)的研究資料少之又少。 目前，水稻插秧機(jī)分為3種類型：人力手動(dòng)插秧機(jī)、步行式插秧機(jī)和乘坐式高速水稻插秧機(jī)。手動(dòng)插秧機(jī)完全靠人工操作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低；乘坐式高速水稻插秧機(jī)是目前最先進(jìn)的插秧機(jī)械，工作效率高，適合于大田塊作業(yè)；步行式插秧機(jī)性能介于前兩者之間。日本曾在90年代發(fā)明過(guò)窄行插秧機(jī)，用于水稻密植。該機(jī)型行星輪和中間輪傳動(dòng)采用傘型齒輪，使得兩個(gè)栽植臂在同一取秧口取秧，然后分別向兩邊擺動(dòng)插秧，即同一分插機(jī)構(gòu)在原來(lái)的同一行內(nèi)插出兩行水稻。該密植式插秧機(jī)根本不符合我國(guó)農(nóng)藝專家提出的寬窄行插秧農(nóng)藝要求。水稻插秧機(jī)的發(fā)展、普及需要農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的相輔相成，所以在我們之前一直未出現(xiàn)真正適合中國(guó)農(nóng)藝要求的寬窄行插秧機(jī)。 日本作為國(guó)際上水稻機(jī)械最先進(jìn)的國(guó)家，率先把現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到水田機(jī)械的研究中，特別是插秧機(jī)核心工作部件分插機(jī)構(gòu)的研究。在設(shè)計(jì)方面，利用信息技術(shù)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化參數(shù)。但是日本的研究成果在未進(jìn)入市場(chǎng)之前，是不公開發(fā)表的，因而在學(xué)術(shù)刊物上有關(guān)他們的研究工作未見(jiàn)報(bào)道，特別是日本的幾大插秧機(jī)研究公司的相關(guān)研究。本研究小組指導(dǎo)老師通過(guò)與日本高校研究所和企業(yè)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，了解到他們?cè)谔摂M制造、虛擬實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方面做了大量的工作。其不足之處是采用市場(chǎng)上現(xiàn)有的軟件，針對(duì)性不強(qiáng)；插秧周期中的取秧和推秧過(guò)程演示地不夠準(zhǔn)確；其編制、設(shè)計(jì)的優(yōu)化軟件，僅企業(yè)內(nèi)部技術(shù)人員方可熟練掌握和使用，快速完成優(yōu)化工作；優(yōu)化方法并不完善，主要還是采用試湊的方法，未能達(dá)到系統(tǒng)化，因此優(yōu)化平臺(tái)“傻瓜化”程度較低，不能滿足普通工程技術(shù)人員的操作要求。 本項(xiàng)目組針對(duì)水稻插秧機(jī)特別是核心工作部件——分插機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和改造，用相對(duì)較簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了寬窄行插秧；同時(shí)對(duì)優(yōu)化軟件的優(yōu)化方法做了進(jìn)一步的探究，采用“參數(shù)導(dǎo)引優(yōu)化方法”，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化軟件的“傻瓜化”，使其通用性更強(qiáng)，一般工程技術(shù)人員經(jīng)短期培訓(xùn)，即可輕松、獨(dú)立應(yīng)用該軟件，得到所需要的優(yōu)化參數(shù)。
