小型蔬菜移栽机论文 - 副本小型蔬菜移栽机的设计 摘  要：针对我国蔬菜移栽行业发展的现状，设计开发小型蔬菜移栽机。该机型能满足一般农户的需求，提高作业效率，苗钵通用性强，并且移栽后行距、株距和直立度等性能好。该小型蔬菜移栽机采用吊篮及鸭嘴装置移栽苗体，人工投苗，实现半自动移栽方式。该移栽机主要由牵引架总成、地轮总成、移栽器总成、覆土总成和放苗架组成。该蔬菜移栽机在已经耕整过的土地上作业，无需开沟器，机型小巧灵活，设计结构符合常理，可实现多种蔬菜的移栽，为我国农业移栽提供了技术上的支持。 关键词：蔬菜移栽；苗钵；设计；吊篮；直立度 中图分类...

  摘  要：针对我国蔬菜移栽行业发展的现状，设计开发小型蔬菜移栽机。该机型能满足一般农户的需求，提高作业效率，苗钵通用性强，并且移栽后行距、株距和直立度等性能好。该小型蔬菜移栽机采用吊篮及鸭嘴装置移栽苗体，人工投苗，实现半自动移栽方式。该移栽机主要由牵引架总成、地轮总成、移栽器总成、覆土总成和放苗架组成。该蔬菜移栽机在已经耕整过的土地上作业，无需开沟器，机型小巧灵活，设计结构符合常理，可实现多种蔬菜的移栽，为我国农业移栽提供了技术上的支持。 关键词：蔬菜移栽；苗钵；设计；吊篮；直立度 中图分类号：                  文献标识码：A          文章编号： 0  引言 蔬菜是人们赖以生存的的主食，它能提供人体所需的维生素和矿物质。我国作为农业生产大国，农民主要收入来源于经济作物的生产，而蔬菜的种植是其主要组成部分。我国农业常年用种量在125亿公斤以上，已成为继美国之后的全球第二大种子市场，其中蔬菜常年用种量约4万多吨，商品化率约为60%，与世界水平还有一定差距，意味着我国蔬菜市场有着非常大的发展的潜在能力[1]。 移栽机的发展从侧面反映出我国农业机械的使用情况。在我国，移栽机发展处于起步阶段，发展不够成熟，又由于我国地域广阔，东西部区域所使用的机械存在一定的差异，对机械的要求也不同，同时生产商制造移栽苗钵存在差异，导致移栽机发展缓慢的原因[2]。 因此小型蔬菜移栽机的研究十分具有意义，尤其是个体承包户用于农业生产方面。我国市场上出现的小型蔬菜移栽机比较少见，而中等面积的蔬菜生产地又过多，小型蔬菜移栽机的使用，相对来说，用机械移栽蔬菜将很大程度上缓解农户的压力，提高蔬菜移栽的效率，增加工作进度，全部符合我国目目前城市周边及农业蔬菜生产的行情[3]。 本文设计一种小型蔬菜移栽机。以满足广大农民用户的需求为目的，考虑真实的情况，从多种类型的蔬菜移栽机中作对比选择，设计出的移栽机株距和移栽深度稳定，并且移栽苗钵适应能力强，能够直接进行多种蔬菜的移栽，对移栽苗体的损伤低，直立度良好，同时有很好的工作效益的小型蔬菜移栽机。 1 设计原理及机构 1.1 设计原理 1.1.1  传动原理 1.地轮 2.移栽器 3.链轮组a 4.链条 5.主传动轴 6.链轮组b 图1  移栽机传动简图 该小型移栽机实现固定株距的蔬菜移栽，所以使用链轮传递动力较为适合。 如图1为移栽机传动简图。移栽机的传动由拖拉机牵引，地轮在转动时，使得链轮组a转动，将动力传递到主传动轴。同时主传动轴与移栽器通过链轮组b传动，这样便完成了整个移栽机的二级传动方式。其中，通过更换链轮组a齿数，能改变地轮与移栽器的传动比，从而改变株距。 1.1.2  移栽器工作原理 如图2所示，为移栽器结构简图。 牵引臂1固定在机架上，机架在小型拖拉机牵引下向前做直线运动，同时移栽器圆盘在链轮3带动下做圆周运动。移栽器圆盘由偏心圆盘6和主动圆盘7构成，保持同角速度圆周运动。曲柄机构5连接在主动圆盘与偏心圆盘上，构成平行连杆机构，随其做圆周运动，吊篮铰接在曲柄5上，故吊篮在运动时从始至终保持垂直于地面。吊篮4运动到上方时，人工将苗体投入吊篮中，当吊篮运动至接触地面，与吊篮连接在一起的鸭嘴在两侧凸轮作用下，强制开启。鸭嘴在吊篮最低点开口最大，苗体此时已落入穴中。吊篮继续运动，在鸭嘴将出地面时，鸭嘴开口保持最大一段时间，苗体完全脱离鸭嘴后，在两侧凸轮及鸭嘴上的弹簧作用下，鸭嘴缓慢闭合，在吊篮在与牵引臂1平行处完全闭合。吊篮再次运动到上方时，人工进行投苗，完成一次循环。注：简图中吊篮数量不代表真实的情况，吊篮数量应根据设计选择。 1.牵引机架 2.偏心导轨 3.链轮 4.曲柄机构 5.曲柄机构 6.主动圆盘 7.从动圆盘 图2  移栽器结构简图 1.2  总体设计 小型蔬菜移栽机结构示意，如图3所示。 1.牵引点 2.U型螺栓 3.悬挂横梁 4.横梁与地轮架连接件 5.地轮架 6.地轮 7.链轮 8.鸭嘴 9.凸轮 10.覆土轮 11.吊篮主圆盘 12.吊篮偏心圆盘 13.挡板 14.放苗架 15.牵引臂 16.移栽深度调节丝杠 17.座椅 图3 小型蔬菜移栽机结构示意图 蔬菜移栽机是一种组合式装备。它是由牵引架总成、地轮总成、移栽器总成、放苗架总成及覆土轮总成组合而成。 牵引架总成由悬挂横梁、悬挂与拖拉机连接机构、地轮总成与悬梁连接机构、移栽器总成和悬梁连接机构组成，其各部分零件均与悬挂横梁通过U型螺栓固定。 地轮总成由地轮、地轮轴和地轮机架组成。地轮轴端有链轮进行动力传动，通过改变地轮上的链轮齿数，即可改变移栽机传动比，从而改变株距。地轮机架上端为移栽深度调节装置，其主要部分为丝杠，通过旋转丝杠能改变悬挂横梁与地面的相对高度，从而改变移栽器与地面的相对高度。 移栽器总成由牵引臂、移栽器挡板、移栽圆盘、偏心圆盘、曲柄连杆机构、凸轮、鸭嘴和弹簧等组成[4]。移栽器整体固定在牵引臂上，可随拖拉机向前运动。移栽圆盘与移栽轴固定，移栽轴端有链轮，地轮传递动力至主传动轴后，再由主传动轴传递到移栽轴的链轮上，从而完成整个移栽器的传动。 放苗架与牵引臂通过螺栓固定在移栽器后上方，作业人员可在座位上取苗。放苗盘上下面均为有一定厚度的铁皮板，与脚架焊接为整体。放苗盘与放苗支架通过螺钉连接，调整行距时同时调整螺钉即可。 覆土轮总成在牵引臂末端，由覆土连杆、连杆套管、橡胶轮连杆、橡胶轮组成。通过覆土连杆套管上的拧紧螺钉，可调整橡胶轮连杆的上下位置及角度，从而满足移栽覆土的需求。 其主要技术参数如下: 外形尺寸/mm：1445×1478×1245 挂接方式：三点悬挂 作业行数/行：2 移栽株距/mm：340～400（可调） 移栽行距/mm：350～500（可调） 移栽深度/mm：40～120（可调） 作业速度m/s：0.2～0.4 配套动力/kW：18kW以上的拖拉机 2  关键部件设计 2.1  吊篮数及传动比的确定 2.1.1  吊篮数量的确定 吊篮运动是由机车牵引向前的直线运动和吊篮绕吊篮中心的圆周运动复合而成的。以吊篮圆盘中心为原点，前进方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则可求出吊篮水平速度： 上式中， 为机车行驶速度， 为吊篮旋转半径， 为主动圆盘转速。 令 ，根据零速投苗原理[5]，并按真实的情况，取 ，保证鸭嘴在出土时，苗钵离开鸭嘴。 不考虑别的状况，机车速度 ，其中 为移栽频率， 为移栽株距，带入 ，整理得到： 设计吊篮旋转半径及移栽株距，即可计算出最佳吊篮数量。 2.1.2  传动比确定 总传动比 与吊篮数量 、地轮半径 和移栽株距 存在着固定的关系: 当吊篮数量、株距及地轮半径选取后，总传动比范围确定。此后，通过改变地轮轴上的链轮与主传动轴上的链轮齿数，从而改变传动比，亦可在一些范围内调整株距。 2.2  凸轮设计 2.2.1  凸轮导轨的角度的设计原理 图4  吊篮投苗简图 凸轮导轨的角度控制移栽器投苗点，确定投苗时机。吊篮在圆盘上绕自身中心旋转，鸭嘴通过螺栓连接在吊篮上，由其运动过程可知，凸轮导轨为一圆弧。该圆弧分为3段，分别对应鸭嘴有闭合至张开，张开最大并保持一段，此后为逐渐闭合。 如图4所示，吊篮随移栽圆盘做圆周运动。A点开始投苗，鸭嘴张开，至B点开口最大，并保持至苗钵脱离鸭嘴，最后至水平处完全闭合。 如上图所示，其移栽深度最小为 ，此时鸭嘴对应的开口点为主动圆盘上的A点，最低点为B点，转过角度为 ，根据三角函数关系有： 同理，当移栽深度最大为 ，鸭嘴最低点至出土时，其圆盘对应的角度 为： 2.2.2  凸轮导轨偏移量的设计原理 图5  鸭嘴张开简图 如图5所示，鸭嘴通过螺栓连接吊篮上，可绕O点转动，鸭嘴闭合时小轮外侧下端与吊篮自身旋转中心垂直距离为 ，鸭嘴张开时张开角度为 ，张开时鸭嘴上的小轮外侧上端与吊篮自身旋转中心垂直距离为 ，闭合时鸭嘴小轮外侧上端与张开时鸭嘴小轮下端竖直偏于距离为 。 鸭嘴小轮外侧与凸轮导轨接触，参考图6，则有 长度等于凸轮导轨内侧圆弧半径长度， 长度等于凸轮导轨外侧圆弧半径长度， 鸭嘴小轮偏移距离 等于凸轮导轨高度。 在设计凸轮时，鸭嘴张开角度 至最大时，需保证苗钵能够从鸭嘴开口处脱离。蔬菜苗钵一般为倒圆锥体，底面圆半径为 ，顶面圆半径最大 ，高最大为 。图6-3中，鸭嘴张开后与闭合时鸭嘴底端偏移距离为 ，闭合时鸭嘴底端离地面高 处时，与其张开后偏移距离为 ，则需满足条件： 2.2.3  凸轮轨迹的合成 凸轮轨迹及结构如图6所示。 图6  凸轮结构简图 如图6所示，平面中，凸轮导轨由内侧DH段弧线与外侧AF段弧线构成，DC段弧线中 角度，CG段弧线中 角度，GH段弧线中鸭嘴在最后闭合的角度。 通过改变凸轮导轨弧面与凸轮底面的高度，控制鸭嘴开口大小。由于凸轮导轨面很复杂，故简化其设计。按上图，弧线AB与弧线DC相对凸轮底面为上升，组成一个简单曲面，两侧凸轮挤压左右鸭嘴上的小轮，鸭嘴开口逐渐变大；弧线BE与弧线CG在一平面上，相对凸轮底面距离最大，即鸭嘴上的小轮相对原始位置竖直的偏移距离最大 ，鸭嘴开口最大；弧线EF与弧线GH相对凸轮底面距离为慢慢地减少，组成一简单曲面，导轨曲面挤压鸭嘴小轮，使鸭嘴小轮竖直偏移距离越来越小，并且左右鸭嘴在弹簧下作用下回复至闭合状态。 3 结论 1)该小型蔬菜移栽机能实现移栽行距、株距的调整，并且移栽后的苗体直立度良好，符合蔬菜移栽行业的需求。 2）该小型蔬菜移栽机通用性能强，可移栽番茄、辣椒、黄瓜苗等多种农作物，适用性很强。 3）该小型蔬菜移栽机作业效率较好，比普通人工移栽效率提高3～5倍，移栽行距、株距稳定，移栽深度波动不大，能提高农作物的产量。 4）苗体损伤少，成活率高，当机车速度适中时，其漏栽率较少，且人工投苗的劳动强度不至于过大。 参考文献： [1]  王君玲,高玉芝,李成华.旱地钵苗移栽机械化生产的现状及发展的新趋势[J].农业机械化与电气化.2003(5):5-6. [2]  赵金仓,史俊东,梁哲军,任平合.棉花机械化育苗移栽农艺指标的确定[J].山西农业科学.2003(24):20-21 [3]  陈新昌,李祥付,王万章.育苗移栽存在的问题和典型制钵机介绍[J].农机使用与维修.2007(1):30. [4] 武科,陈永成,毕新胜.几种典型的移栽机[J].新疆农机化.2009(3):12-14. [5]  何扬清,尹文庆,章士秀.3种旱地移栽机栽植器的性能分析[J].安徽农业学.2006(24):6722-6725.

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