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基本信息
- 項目名稱：
- 萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)的機理分析和產(chǎn)品研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 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人工拉線來實現(xiàn)，勞動強度大、效率低，農(nóng)民普遍提出寬窄行機插秧的需求。 本項目擬發(fā)明一種在保持育秧裝備和工藝流程不變的前提下，實現(xiàn)寬窄行插秧的萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)。本發(fā)明具有國際首創(chuàng)性，已申請國家發(fā)明專利和授權(quán)實用新型專利，已以300萬元轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機制造有限公司。
- 詳細介紹：
- 農(nóng)藝專家通過多年對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，對低產(chǎn)田可以提高產(chǎn)量5%—10%。目前市場上還沒有成型的寬窄行插秧機，寬窄行插秧只能通過人工拉線插秧方式來實現(xiàn)，勞動強度大且效率極低，農(nóng)民普遍提出了寬窄行機插秧的需求。 寬窄行分插機構(gòu)是寬窄行插秧機的核心工作部件，其性能的優(yōu)劣直接決定了寬窄行插秧機的整機水平。本項目擬發(fā)明一種在保持育秧裝備和工藝流程不變、秧箱和傳動方式不變的前提下，來實現(xiàn)寬窄行插秧的萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)。本發(fā)明具有原創(chuàng)性和國際首創(chuàng)性，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，已申請國家發(fā)明專利：萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行分插機構(gòu)（201010143779.4）和授權(quán)實用新型專利：一種萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行插秧機分插機構(gòu)（201020155132.9），并正在申請國際發(fā)明專利。本項目已以285萬元轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機制造有限公司。本項目主要包括以下研究內(nèi)容： 1.通過對日本的高速插秧機旋轉(zhuǎn)式分插機構(gòu)及國內(nèi)常用的傳統(tǒng)分插機構(gòu)的工作機理和運動特性的分析，為發(fā)明一種寬窄行分插機構(gòu)提供堅實的理論基礎(chǔ)。 2.采用萬向節(jié)偏心-非圓齒輪行星輪系實現(xiàn)插秧運動所需要的寬窄行和非勻速傳動效果，論述了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點，并建立了萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)運動學(xué)數(shù)學(xué)模型。 3.以建立的運動學(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)萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)“傻瓜化”輔助分析與優(yōu)化軟件。根據(jù)我國農(nóng)藝要求，提出分插機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)和方法，分析參數(shù)變化對分插機構(gòu)運動特性的影響，優(yōu)化出合理的分插機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 4.基于優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；利用UG軟件建立了分插機構(gòu)各零件的三維模型，并對其進行虛擬裝配；基于機械系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS對機構(gòu)進行動態(tài)仿真分析，對分插機構(gòu)秧針尖點運動軌跡，取秧和插秧的角度、速度等影響插秧質(zhì)量的參數(shù)進行了分析研究。 5.加工分插機構(gòu)零件，并進行裝配，進行實驗臺無秧試驗，利用高速攝像機拍攝下分插機構(gòu)運動過程，并對秧針尖點運動軌跡、速度、取秧和插秧角度進行分析研究；在佳木斯和廣州做田間試驗，其插秧效果較好，基本無漏秧、傷秧，證明了萬向節(jié)傾斜式寬窄行分插機構(gòu)工作的可靠性及整套設(shè)計方法和理論的正確性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明的目的： 中國的農(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。對低產(chǎn)田的產(chǎn)量提高可達到5%-10%。由于市場沒有寬窄行插秧機，目前只能通過人工拉線的方式實現(xiàn)。例如黑龍江五?？h是國內(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€的方式進行寬窄行插秧。人工插秧勞動強度大，效率低，寬窄行水稻插秧機成為了市場迫切需求。 基本思路： 通過對現(xiàn)有等行距插秧機整機的傳動方式進行分析，并對插秧機分插機構(gòu)的原理進行研究，在考慮到育秧農(nóng)藝和技術(shù)流水線不變的情況下，決定通過改變分插機構(gòu)的方式來實現(xiàn)寬窄行插秧，并對寬窄行分插機構(gòu)進行數(shù)學(xué)建模，利用VB6.0編寫優(yōu)化平臺，進行機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，最后通過虛擬樣機、試驗臺實驗和物理樣機實驗來驗證。 創(chuàng)新點： 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構(gòu)。 2、開發(fā)了分插機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件與虛擬試驗，制作了“傻瓜化”人機交互界面。 技術(shù)關(guān)鍵： 1）選擇一種機構(gòu)能滿足寬窄行插秧的空間軌跡。 2）解決分插機構(gòu)復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問題，并制作參數(shù)導(dǎo)引“傻瓜化”優(yōu)化平臺 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 整機重量 300kg左右 操作人員 1人
科學(xué)性、先進性
- 寬窄行是中國農(nóng)藝專家提出的適合我國國情的密植方式。國內(nèi)延吉插秧機廠研制了一臺寬窄行插秧機，但并未進入市場，因為其是通過將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。本項目通過改變分插機構(gòu)的方式來實現(xiàn)寬窄行插秧，結(jié)構(gòu)緊湊，無需改變秧箱和傳動方式，保證和現(xiàn)代育秧農(nóng)藝和技術(shù)的無縫接軌。因此我們研制的寬窄行分插機構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄行密植，同時繼承了等行距插秧和育秧農(nóng)藝結(jié)合的優(yōu)點。從而保證了插秧機整機的生產(chǎn)流水線基本不變，提高了寬窄行插秧機的性價比。實驗結(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% 實收產(chǎn)量（Kg/畝） 516.7 503.3 增長 2.7%
獲獎情況及鑒定結(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)科技作品競賽中榮獲一等獎； 2.在第十二屆浙江省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲一等獎； 3.2010年5月份在黑龍江佳木斯農(nóng)墾總局的試驗田進行了第一次下田實驗，下田一次成功。 4.2010年7月在廣州華南農(nóng)大的試驗田進行第二次實驗，得到了專家的一致好評。
作品所處階段
- 本作品已于分別在佳木斯和廣州進行了兩次田間試驗，已轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機制造有限公司。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利、圖紙、模具和樣機已轉(zhuǎn)讓給延吉插秧機制造有限公司。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品的優(yōu)點是機構(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，從而寬窄行插秧機成為了迫切需求。例如：四川重慶地區(qū)陰雨天多、陽光少，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，殘留的過量農(nóng)藥會對身體造成極大的危害；多年來農(nóng)民采用人工拉線的方式進行寬窄行插秧，達到增加光照，提高產(chǎn)量，減少病害的目的。黑龍江五?？h是國內(nèi)著名“稻花香”水稻產(chǎn)地，其寬窄行全部采用人工插秧，如果用機器代替人工作業(yè)，需要8000到10000臺寬窄行插秧機。因此成功研制寬窄行插秧機迫在眉睫。本項目研制的寬窄行分插機構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄行插秧，而且保證了整機生產(chǎn)線不變，因此成本和同型號的等行距插秧機接近，但寬窄行插秧機的優(yōu)點是等行距插秧機無法比擬的。 本項目的研究將加快水稻寬窄行密植方式的推廣，推動水稻種植機械化進程，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。
同類課題研究水平概述
- 水稻寬窄行種植是中國農(nóng)藝專家專門針對我國國情提出的，國外并沒有寬窄行插秧機的相關(guān)研究。國內(nèi)延吉插秧機廠通過改變秧箱的方式改裝了一臺寬窄行插秧機，但是并沒有對寬窄行分插機構(gòu)進行系統(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，因此未能進入市場。水稻插秧機現(xiàn)有研究資料全部是關(guān)于等行距插秧機的，而寬窄行水稻插秧機的研究資料少之又少。 目前，水稻插秧機分為3種類型：人力手動插秧機、步行式插秧機和乘坐式高速水稻插秧機。手動插秧機完全靠人工操作，操作人員勞動強度大，工作效率低；乘坐式高速水稻插秧機是目前最先進的插秧機械，工作效率高，適合于大田塊作業(yè)；步行式插秧機性能介于前兩者之間。日本曾在90年代發(fā)明過窄行插秧機，用于水稻密植。該機型行星輪和中間輪傳動采用傘型齒輪，使得兩個栽植臂在同一取秧口取秧，然后分別向兩邊擺動插秧，即同一分插機構(gòu)在原來的同一行內(nèi)插出兩行水稻。該密植式插秧機根本不符合我國農(nóng)藝專家提出的寬窄行插秧農(nóng)藝要求。水稻插秧機的發(fā)展、普及需要農(nóng)機和農(nóng)藝的相輔相成，所以在我們之前一直未出現(xiàn)真正適合中國農(nóng)藝要求的寬窄行插秧機。 日本作為國際上水稻機械最先進的國家，率先把現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用到水田機械的研究中，特別是插秧機核心工作部件分插機構(gòu)的研究。在設(shè)計方面，利用信息技術(shù)在計算機上設(shè)計軟件，優(yōu)化參數(shù)。但是日本的研究成果在未進入市場之前，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報道，特別是日本的幾大插秧機研究公司的相關(guān)研究。本研究小組指導(dǎo)老師通過與日本高校研究所和企業(yè)進行學(xué)術(shù)交流，了解到他們在虛擬制造、虛擬實驗和測試方面做了大量的工作。其不足之處是采用市場上現(xiàn)有的軟件，針對性不強；插秧周期中的取秧和推秧過程演示地不夠準(zhǔn)確；其編制、設(shè)計的優(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，未能達到系統(tǒng)化，因此優(yōu)化平臺“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。 本項目組針對水稻插秧機特別是核心工作部件——分插機構(gòu)，進行了結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和改造，用相對較簡單的機構(gòu)實現(xiàn)了寬窄行插秧；同時對優(yōu)化軟件的優(yōu)化方法做了進一步的探究，采用“參數(shù)導(dǎo)引優(yōu)化方法”，實現(xiàn)了優(yōu)化軟件的“傻瓜化”，使其通用性更強，一般工程技術(shù)人員經(jīng)短期培訓(xùn)，即可輕松、獨立應(yīng)用該軟件，得到所需要的優(yōu)化參數(shù)。
