懸杯式蔬菜移栽機(jī)的設(shè)計含開題及12張CAD圖

懸杯式蔬菜移栽機(jī)的設(shè)計含開題及12張CAD圖,懸杯式,蔬菜,移栽,設(shè)計,開題,12,十二,cad 摘要 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜種植面積逐步增加，蔬菜產(chǎn)業(yè)在當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)收益上占有很大的比重。大多數(shù)蔬菜品種都采用育苗移栽的方式種植，而我國蔬菜移栽機(jī)械發(fā)展緩慢，長期以來蔬菜移栽一直以手工作業(yè)為主，制約了我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此實現(xiàn)移栽生產(chǎn)機(jī)械化是我過蔬菜產(chǎn)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。 本文在分析了國內(nèi)外移栽機(jī)械研究概況、發(fā)展趨勢以及現(xiàn)有主要機(jī)型特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國蔬菜生產(chǎn)的實際情況，設(shè)計并研制了新型的懸杯式蔬菜移栽機(jī)。針對吊籃式移栽機(jī)在缽苗過高時容易碰苗的問題，設(shè)計了懸杯式蔬菜移栽機(jī)，闡述了整機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，并對關(guān)鍵部件進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過采用水平向后張開的懸杯結(jié)構(gòu)，降低了落苗過程中的傷苗率，提高了整機(jī)的栽植質(zhì)量。由于其懸杯水平左右開啟，開口朝后，所以在特征參數(shù)的條件下進(jìn)行移栽作業(yè)時作業(yè)時，落苗后張開的懸杯從缽苗的側(cè)面沿機(jī)組前進(jìn)方向離開，有效地解決了現(xiàn)有吊籃式移栽機(jī)在缽苗過高的情況下落苗容易出現(xiàn)的碰苗問題。在理論分析的基礎(chǔ)上，確定了懸杯式蔬菜移栽機(jī)整機(jī)的總體配置方案和栽植單體、傳動系統(tǒng)、懸掛架、限深輪、地輪等零部件的具體結(jié)構(gòu)，用三維設(shè)計軟件SolidWorks建立了整機(jī)的三維模型，并對其進(jìn)行干涉檢查。 關(guān)鍵詞：蔬菜移栽機(jī)；懸杯式；栽苗器 Abstract In recent years, with the adjustment of the economic and agricultural planting structure of China are pushed forward, the acreage of vegetables gradually increases and the vegetable industry accounts for a large proportion of the local economic benefits. Most vegetable production adopts the technology of seedling nursing, but the vegetable transplanter in our country develops slowly and vegetable transplanting is mainly by manual work for a long time. It has seriously hampered the development of vegetable industry in China. So it has become an urgent issue to achieve seedling transplanting mechanization for our vegetable industry. According to the actual situation of Chinese vegetable production, based on the analysis of domestic and foreign transplanter’s general situations, development trends and characteristics of existing models, a new cantilever cup vegetable transplanter is designed and manufactured. It uses a cantilever cup planting apparatus as the key component to load and plant seedlings. To solve the problem that the hanging basket transplanter is apt to impact the seedlings when the seedlings are too high，the cantilever cup vegetable transplanter was designed．The structure and the working principle of whole machine were introduced，and the detailed structure of key components was designed． By using the cantilever cup which splays in the horizontal plane and opens backwards，the rate of damaged seedlings in the process of dropping seedlings was reduced and the whole machine’S planting quality was improved．Because of its cantilever cup opening backwards in the horizontal plane, so when the vegetable transplanter works under the situation of of characteristic coefficients, the opening cup leaves the seedling from the side along whole machine’s forward direction, which effectively solve the problem that the existing hanging basket transplanter is apt to impact the seedlings when the seedlings are too high. Based on the theoretical analysis, the overall configuration of cantilever cup vegetable transplanter and the specific structure of transplanting unit, transmission system, suspension frame, depth wheel, and ground wheel were determined. Three-dimensional model of the machine was established by 3D design software SolidWorks and did the interference checking. Key words：vegetable transplanter；cantilever cup；planting apparatus  目錄 摘要 1 Abstract 2 前言 3 1 蔬菜移栽機(jī)的研究發(fā)展 3 1.1國外移栽機(jī)械的研究概況 3 1.2國內(nèi)移栽機(jī)械的研究概況 3 1.3移栽機(jī)械的主要類型 4 1.4移栽機(jī)械研究存在的問題及發(fā)展趨勢 9 1.4.1移栽機(jī)械研究存在的問題 9 1.4.2移栽機(jī)械研究的發(fā)展趨勢 9 2 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的工作機(jī)理 10 2.1栽苗器整體的運動軌跡分析 10 2.1.1栽苗器整體的運動方程 10 2.1.2栽苗器的運動軌跡分析 11 2.2懸杯式蔬菜移栽機(jī)的主要特征參數(shù) 12 3懸杯式蔬菜移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 3.1整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過程 14 3.1.1整機(jī)結(jié)構(gòu) 14 3.1.2整機(jī)工作過程 15 3.1.3性能指標(biāo) 15 3.2栽植單體的設(shè)計 16 3.2.1栽植輪 16 3.2.2懸杯式栽苗器 18 3.2.3開溝器 23 3.2.4覆土鎮(zhèn)壓輪 23 3.3傳動系統(tǒng) 24 3.4懸掛裝置與機(jī)架 25 3.5限深輪 26 3.6地輪 27 4結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 30 前言 我國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國．蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，成效顯著，據(jù)世界糧農(nóng)組織 統(tǒng)計，我國蔬菜播種面積和產(chǎn)量分別占世界的43％ 、49％。均居世界第一。20世紀(jì)80年代中期以來，特別是90年代，隨著全國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快和人們生活水平的提高，蔬菜生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計。我國蔬菜播種面積在上世紀(jì)80年代年均增長近10％ 。90年代年均增長14．5％ ，本世紀(jì)前5年平均增長3％ ．到2007年蔬菜播種面積達(dá)到2．6億畝．總產(chǎn)量5．65億t，人均占有量420多kg。此外，蔬菜也是我國主要出口創(chuàng)匯商品之一。據(jù)統(tǒng)計，2007年我國累計出口蔬菜8l7．59萬t， 與2000年相比增加497．29萬t，增長1．55倍；出口額62．14億美元，與2000年相比增加41．33億美元．增長1．99倍。蔬菜業(yè)已成為增加農(nóng)民收入的支柱產(chǎn)業(yè)。2007年全國蔬菜播種面積（含西甜瓜)占農(nóng)作物總播種面積的12．8％，總產(chǎn)值7200多億元，占種植業(yè)總產(chǎn)值比例高達(dá)29％ ．在種植業(yè)中僅次于糧食。 蔬菜生產(chǎn)屬勞動密集型產(chǎn)業(yè)．約占60％的蔬菜品種是通過育苗移栽方式種植的．秧苗手工栽植是勞動強(qiáng)度非常大僅次于收獲作業(yè)的一項農(nóng)田作業(yè)，它約占作物從種到收所需總勞動量的20％左右。由于我國蔬菜移栽機(jī)械發(fā)展慢．秧苗栽植幾乎全部由人工完成，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，栽植質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高。因此，實現(xiàn)蔬菜移栽機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。 1 蔬菜移栽機(jī)的研究發(fā)展 1.1國外移栽機(jī)械的研究概況 國外對蔬菜移栽機(jī)的研究起步較早，20世紀(jì)初期，歐洲一些國家開始大量種植蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物，出現(xiàn)了早期的手工喂苗的秧苗栽植機(jī)具；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽機(jī)具的人工動作被移栽機(jī)構(gòu)所取代，送苗入土過程實現(xiàn)了機(jī)械化；從50年代開始，多種不同結(jié)構(gòu)型式的半自動移栽機(jī)被研制生產(chǎn)并使用，同時，育苗用土缽制缽機(jī)開始出現(xiàn)；到20世紀(jì)80年代，半自動移栽機(jī)已在西方國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，制缽、育苗和移栽已形成完整的機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)了各種機(jī)具配套使用；到目前為止，歐洲在蔬菜育苗土缽成型及缽上單粒精密播種和自動移栽機(jī)械設(shè)備等技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到完善，并應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。日本由于勞動力短缺，移栽機(jī)械的使用非常普及，機(jī)械化程度很高，廣泛研制和使用全自動移栽機(jī)，各種移栽機(jī)專用性很強(qiáng)，一般只適用于一種農(nóng)作物，如甜菜自動移栽機(jī)、洋蔥自動移栽機(jī)（陳明，2010）。在美國，旱地移栽機(jī)械的研究和應(yīng)用更為普遍，據(jù)資料統(tǒng)計，僅蔬菜育苗機(jī)械化程度已達(dá)到70%以上。蔬菜育苗機(jī)械化的發(fā)展大大提高了相應(yīng)的移栽機(jī)械化的發(fā)展，在蔬菜生產(chǎn)的各個相關(guān)環(huán)節(jié)都建立了一整套的規(guī)范化的操作管理制度，使其作物的生產(chǎn)實現(xiàn)了商品化（王君玲，2006）。 1.2國內(nèi)移栽機(jī)械的研究概況 我國移栽機(jī)械的研究主要包括，移栽技術(shù)與機(jī)械發(fā)展趨勢方面的綜合研究、區(qū)域化移栽技術(shù)發(fā)展的研究、具體作物移栽技術(shù)的研究、具體栽植機(jī)械的應(yīng)用研究等。我國旱地栽植機(jī)械的研究始于20世紀(jì)50年代末60年代初，比國外晚了30到40年，當(dāng)時出現(xiàn)的是棉花營養(yǎng)缽育苗移栽機(jī)和甘薯秧苗栽植機(jī)的試驗研究。20世紀(jì)70年代，隨著國民經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展以及小型手扶拖拉機(jī)作為動力被引用到菜田，育苗移栽機(jī)械化曾掀起多次局部高潮（王君玲，2006）。從70年代開始研制裸根苗移栽機(jī)械到80年代研制成半自動化蔬菜栽植機(jī)，這一階段是我國移栽機(jī)械研究的起步階段，主要成果是認(rèn)識到移栽對于作物產(chǎn)量、品質(zhì)的影響以及對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大效益。從80年代開始到上世紀(jì)末，是我國移栽機(jī)械研究的第二個階段，就移栽技術(shù)而言仍然屬于起步階段。有一大批的科研院所在這一階段加入到研究行列，特別是在玉米、油菜、煙草、棉花、甜菜、大蔥、蔬菜等多種作物的移栽領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展，研制出一大批具有代表性的半自動化移栽機(jī)樣機(jī)。進(jìn)入新的世紀(jì)以后，隨著人們生活水平的提高，作物移栽的需求較為旺盛，這是我國移栽機(jī)械研究的發(fā)展階段。這一階段除了國內(nèi)已有機(jī)具的完善、拓展外，很多地區(qū)開始引進(jìn)國外的移栽機(jī)械進(jìn)行試驗、推廣。浙江地區(qū)引進(jìn)日本井關(guān)蔬菜移栽機(jī)械、云南等煙草產(chǎn)區(qū)引進(jìn)加拿大、日本等國的煙草移栽機(jī)進(jìn)行煙草移栽的試驗、推廣。國內(nèi)的許多高校在這一時期都開展了移栽機(jī)技術(shù)的深入研究，對主要的移栽技術(shù)成果進(jìn)行了總結(jié)和介紹，同時也分析了中國移栽機(jī)械發(fā)展緩慢的原因（吳亦鵬，2009）。目前我國移栽機(jī)的研究和應(yīng)用都還不成熟，機(jī)型大多是國外產(chǎn)品的仿制品。這些機(jī)具由于與育苗方式不配套或不能滿足栽植的要求等原因而沒有得到推廣應(yīng)用。而且，這些栽植機(jī)械大多是面向玉米和棉花的移栽，在蔬菜栽植機(jī)械方面幾乎是空白，蔬菜移栽機(jī)械的大規(guī)模研究工作剛剛起步（王君玲等，2004）。 1.3移栽機(jī)械的主要類型 目前，從工作過程上看，國內(nèi)外所普遍采用的缽苗栽植機(jī)械大都是人工喂苗的半自動栽植機(jī)械。按栽植部件持苗及植苗機(jī)構(gòu)的工作原理可分為鉗夾式移栽機(jī)、鏈夾式移栽機(jī)、吊籃式移栽機(jī)、導(dǎo)苗管式移栽機(jī)、輸送帶式移栽機(jī)、撓性圓盤式移栽機(jī)（陳明，2010）。由于栽植機(jī)構(gòu)型式不同，其工作性能也具有差異，所以適合栽植的作物也有區(qū)別。 （1）鉗夾式移栽機(jī) 鉗夾式移栽機(jī)由開溝器、橫向輸送帶、滑道、鉗夾、機(jī)架、栽植圓盤及覆土鎮(zhèn)壓輪等主要部件組成，如圖1-1所示。在進(jìn)行移栽作業(yè)時，栽植圓盤由地輪或鎮(zhèn)壓輪驅(qū)動，投苗手將秧苗放在安裝在栽植圓盤上的鉗夾上，秧苗被鉗夾夾持并隨栽植圓盤轉(zhuǎn)動，到達(dá)地面時秧苗與地面垂直，鉗夾打開，秧苗落入由開溝器開出的苗溝內(nèi)，經(jīng)由覆土鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓，完成移栽過程。 這種移栽機(jī)優(yōu)點是株距和栽植深度比較穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本較低；缺點是株距不易調(diào)節(jié)，鉗夾易傷秧苗，栽植速度較低，一般為30～45株/min。代表機(jī)型有法國生產(chǎn)的UT-2型移栽機(jī)、前蘇聯(lián)研制的CPHM-4型移栽機(jī)、吉林工業(yè)大學(xué)研制的2ZT型移栽機(jī)以及黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院研制的2Z-2型移栽機(jī)等。 圖1-1 鉗夾式移栽機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1.開溝器 2.橫向輸送帶 3.滑道 4.鉗夾 5.機(jī)架 6.栽植圓盤7.覆土鎮(zhèn)壓輪 （2）鏈夾式移栽機(jī) 鏈夾式移栽機(jī)由開溝器、機(jī)架、滑道、栽植鏈、鏈夾、驅(qū)動地輪、覆土鎮(zhèn)壓輪、傳動鏈等主要部件組成，如圖1-2所示。它的工作原理除傳動方式外，和鉗夾式移栽機(jī)基本相同。栽苗用的鏈夾安裝在栽植鏈上，栽植鏈由地輪通過傳動鏈驅(qū)動，當(dāng)鏈夾隨栽植鏈運動到機(jī)具上方時靠重力自動打開，投苗手將秧苗放到鏈夾上，秧苗被鏈夾夾持，鏈夾隨栽植鏈繼續(xù)向下運動，當(dāng)?shù)竭_(dá)苗床時，秧苗恰好垂直于地面，鏈夾受擠壓打開，秧苗落入開溝器開出的苗溝內(nèi)，最后經(jīng)由覆土鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓，完成移栽過程。 圖1-2鏈夾式移栽機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1.開溝器 2.機(jī)架 3.滑道 4.栽植鏈 5.鏈夾 6.驅(qū)動地輪 7.秧苗 8.覆土鎮(zhèn)壓輪 9.傳動鏈 鏈夾式移栽機(jī)優(yōu)點是栽植后秧苗的直立度較好，栽植株距比較準(zhǔn)確，喂苗送苗穩(wěn)定可靠；缺點是生產(chǎn)率比較低，鏈夾易傷秧苗，而且喂苗區(qū)苗夾數(shù)較少且呈上下排列，不方便投苗，當(dāng)栽植速度偏高時容易出現(xiàn)漏栽現(xiàn)象。代表機(jī)型有意大利切克基·馬格利（Checchi&Magli）公司生產(chǎn)的奧特瑪栽植機(jī)、荷蘭米啟根（Michigan）公司生產(chǎn)的MT栽植機(jī)、意大利生產(chǎn)的NADRI玉米缽苗移栽機(jī)、安徽徐州農(nóng)機(jī)研究所研制的2ZY-2型油菜移栽機(jī)、唐山農(nóng)機(jī)研究所研制的2ZB-2型移栽機(jī)等。 （3）吊籃式移栽機(jī) 吊籃式移栽機(jī)由苗箱架、栽植器、偏心輪、地輪、座椅、開溝器、主動輪、覆土器 以及鎮(zhèn)壓輪等主要部件組成，如圖1-3所示。進(jìn)行移栽作業(yè)時，地輪驅(qū)動主動輪和偏心輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)趸@隨主動輪和偏心輪旋轉(zhuǎn)到最高位置時，坐在座椅上的投苗手將秧苗放入栽植器的吊籃內(nèi)，當(dāng)?shù)趸@隨偏心圓盤轉(zhuǎn)到最低位置時，吊籃下部在固定滑道的作用下打開，秧苗落入由開溝器開出的苗溝內(nèi)，隨后由覆土器和鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓，完成栽植作業(yè)過程。 圖1-3吊籃式移栽機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1.苗箱架 2.栽植器 3.偏心輪 4.地輪 5.座椅 6.開溝器 7.主動輪 8.覆土器 9.鎮(zhèn)壓輪 吊籃式移栽機(jī)是一種適合于缽體尺寸較大的缽苗移栽機(jī)，它可用于地膜覆蓋后的打孔移栽作業(yè)。這種移栽機(jī)的優(yōu)點是吊籃對缽苗不施加任何強(qiáng)制力，缽苗在栽植過程中可不受沖擊，特別適合于柔嫩秧苗和根系不太發(fā)達(dá)而且易碎的缽苗；缺點是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率增加，而且如果移栽的缽苗過高，吊籃在完成落苗后離開的過程中容易碰苗，造成傷苗并影響缽苗的直立度。代表機(jī)型有艾德沃思（Edwards）農(nóng)機(jī)廠生產(chǎn)的坡社（REEDU）栽植機(jī)、意大利切克基·馬格利公司（Checchi&Magli）生產(chǎn)的沃夫（wolf）栽植機(jī)、萊陽農(nóng)學(xué)院研制的2YZ-40型吊籃式缽苗栽植機(jī)、黑龍江八五零農(nóng)場研制的2ZB-6型缽苗栽植機(jī)等。 （4）導(dǎo)苗管式移栽機(jī) 導(dǎo)苗管式移栽機(jī)由喂入器、主機(jī)架、開溝器、扶苗器、鎮(zhèn)壓輪、導(dǎo)苗管以及苗架等主要部件組成，如圖1-4所示。在進(jìn)行栽植作業(yè)時，由地輪帶動水平喂入器轉(zhuǎn)動，投苗手把秧苗放入喂入器中，在傳動裝置帶動下喂入器將秧苗送入傾斜的導(dǎo)苗管中，秧苗在導(dǎo)苗管中靠重力作用自由落到開溝器開出的苗溝內(nèi)，由扶苗器將秧苗扶正，同時經(jīng)由覆土鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓，完成移栽作業(yè)。 圖1-4導(dǎo)苗管式栽植機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1.喂入器 2.主機(jī)架 3.破茬分草器 4.開溝器 5.扶苗器 6.鎮(zhèn)壓輪 7.導(dǎo)苗管 8.苗架 導(dǎo)苗管式移栽機(jī)是一種較新型的的移栽機(jī)，它的優(yōu)點是秧苗在導(dǎo)苗管中的運動是自由的，秧苗不易受到損傷，在適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)苗管傾角和增加扶苗裝置的情況下，可以使秧苗有較好的直立度、深度穩(wěn)定性和株距均勻性，而且喂苗的勞動強(qiáng)度較小，生產(chǎn)效率較高，在移栽裸根苗的時侯，也不會產(chǎn)生窩根的現(xiàn)象；缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本偏高。代表機(jī)型有意大利切克基·馬格利公司（Checchi&Magli）生產(chǎn)的TEX2型栽植機(jī)、荷蘭米啟根公司（Michigan）生產(chǎn)的Model4000型栽植機(jī)、芬蘭勞尼思公司（Lannen）生產(chǎn)的RT-2型栽植機(jī)、黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院研制的2ZB-4型杯式缽苗移栽機(jī)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2ZDF型水平回轉(zhuǎn)喂入杯式導(dǎo)苗管移栽機(jī)、山東泰安國泰拖拉機(jī)總廠生產(chǎn)的2ZM-2和2ZM-A1型棉花移栽機(jī)、吉林工業(yè)大學(xué)研制的2ZY-2型玉米缽苗移栽機(jī)等。 （5）輸送帶式移栽機(jī) 輸送帶式移栽機(jī)由水平輸送帶、傾斜輸送帶、開溝器、覆土鎮(zhèn)壓輪、傳動裝置和機(jī)架等主要部件組成，如圖1-5所示。機(jī)具在進(jìn)行移栽作業(yè)時，水平輸送帶和傾斜輸送帶的運動速度不同，投苗手將秧苗放在水平輸送帶上，秧苗在水平輸送帶上直立前進(jìn)，在水平輸送帶的末端翻倒在傾斜輸送帶上，當(dāng)秧苗隨傾斜輸送帶運動到接近地面時，秧苗從傾斜輸送帶上翻轉(zhuǎn)直立落到由開溝器開出的苗溝內(nèi)，然后由覆土鎮(zhèn)壓輪覆土、鎮(zhèn)壓，完成移栽作業(yè)。 輸送帶式移栽機(jī)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，移栽頻率很高，可以達(dá)到4~5株/s；缺點是移栽的株距很難控制，栽植的質(zhì)量差，栽植的可靠性較低。典型代表有1997年山東工程學(xué)院研制的輸送帶式缽苗移栽機(jī)。 輸送帶式移栽機(jī)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，移栽頻率很高，可以達(dá)到4~5株/s；缺點是移栽的株距很難控制，栽植的質(zhì)量差，栽植的可靠性較低。典型代表有1997年山東工程學(xué)院研制的輸送帶式缽苗移栽機(jī)。 圖1-5輸送帶式栽植機(jī)工作原理圖 1.水平輸送帶 2.傾斜輸送帶 3.秧苗 （6）撓性圓盤式移栽機(jī) 撓性圓盤式移栽機(jī)由限深輪、開溝器、懸掛裝置、秧苗架、輸送鏈、傳動鏈、地輪、撓性圓盤、座椅、鎮(zhèn)壓輪以及覆土器等主要部件組成,如圖1-6所示。在進(jìn)行移栽機(jī)作業(yè)時，地輪驅(qū)動輸送鏈轉(zhuǎn)動，鎮(zhèn)壓輪驅(qū)動撓性圓盤轉(zhuǎn)動，投苗手將秧苗喂入輸送鏈的秧托內(nèi)，秧苗隨輸送鏈進(jìn)入由兩片撓性圓盤組成的栽植器內(nèi)，當(dāng)秧苗隨撓性圓盤轉(zhuǎn)到接近地面位置時，栽植器把秧苗栽入由開溝器開出的苗溝中，經(jīng)過覆土鎮(zhèn)壓后，完成作業(yè)。 圖1-6撓性圓盤式栽植機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1.限深輪 2.開溝器 3.懸掛裝置 4.秧苗架 5.輸送鏈 6.傳動鏈 7.地輪 8.撓性圓盤 9.座椅 10.鎮(zhèn)壓輪 11.覆土器 12.秧苗 撓性圓盤式移栽機(jī)優(yōu)點是對株距的適應(yīng)性較好，特別適合于栽植小株距作物，而且結(jié)構(gòu)簡單實用，成本低廉；缺點是栽植時株距會產(chǎn)生較大的變異，栽植的深度不夠穩(wěn)定，而且撓性圓盤壽命較短。代表機(jī)型有德國PRIMA公司生產(chǎn)的夾盤式壓縮土缽苗移栽機(jī)、日本豐收產(chǎn)業(yè)公司研制0P290型和OP2100型全自動白蔥移栽機(jī)、法國的皮卡多爾栽植機(jī)、日本久保田公司生產(chǎn)的KN-P6半自動大蔥移栽機(jī)、吉林省白林地區(qū)農(nóng)機(jī)所研制的2Z-1型甜菜移栽機(jī)、農(nóng)科院農(nóng)機(jī)所研制的2ZT-2型紙筒甜菜移栽機(jī)等。 通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際應(yīng)用，這些移栽機(jī)的優(yōu)越性已明顯地表現(xiàn)出來，不僅大大減輕了移栽作業(yè)的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率，而且提高了作業(yè)質(zhì)量，有利于作物生長發(fā)育，便于規(guī)范化管理。但是，這些機(jī)具普遍存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴的問題，有悖于中國移栽作業(yè)的生產(chǎn)實際，機(jī)型定位與種植規(guī)模和農(nóng)民的實際購買力不相適應(yīng)。我們因當(dāng)充分吸取發(fā)達(dá)國家移栽機(jī)械研究過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，從中國農(nóng)業(yè)種植的生產(chǎn)實際出發(fā)，研制適合中國國情的、穩(wěn)定可靠的移栽機(jī)。 1.4移栽機(jī)械研究存在的問題及發(fā)展趨勢 1.4.1移栽機(jī)械研究存在的問題 經(jīng)過多年的研究與推廣，我國旱地移栽機(jī)械化生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，但仍然存在著許多需要迫切解決的問題。 （1）我國地域遼闊，自然條件差異很大，各個地區(qū)環(huán)境和種植方式不同，在蔬菜移栽的品種、栽植要求等方面千差萬別，而且各地經(jīng)濟(jì)水平不一樣，因而對蔬菜移栽機(jī)械化的研究各自為政，并且重復(fù)工作較多，導(dǎo)致我國對移栽機(jī)械的研究進(jìn)展緩慢。 （2）我國目前生產(chǎn)的半自動栽植機(jī)功能單一，通用性和互換性較差，部分機(jī)型性能較差。 （3）我國在制缽、育苗和移栽幾個環(huán)節(jié)的研究相脫離，各自采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致研制出的移栽機(jī)與秧苗不配套。而且許多栽植機(jī)械是在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上直接仿制出來的，沒有與我國育苗技術(shù)的生產(chǎn)實際相結(jié)合，缺乏實用特色，導(dǎo)致研制出的機(jī)型無法大面積推廣應(yīng)用。 （4）對眾多作物栽植的經(jīng)濟(jì)性研究不足。作物栽植的綜合經(jīng)濟(jì)效益是關(guān)系到栽植機(jī)械能否推廣使用的關(guān)鍵問題之一。 （5）缺乏完善和科學(xué)的栽植指標(biāo)評價方法或標(biāo)準(zhǔn)。雖然對栽植機(jī)的性能評價和檢測方法已有文獻(xiàn)進(jìn)行過論述，但尚未形成具有約束力的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如何科學(xué)地評價栽植機(jī)的性能仍是目前亟待解決的問題。 1.4.2移栽機(jī)械研究的發(fā)展趨勢 （1）結(jié)合我國地域遼闊，各個地區(qū)環(huán)境和種植方式不同的特點，加強(qiáng)對蔬菜種植要求等方面的基礎(chǔ)研究，為移栽機(jī)械的研制、檢測提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，避免不必要的重復(fù)研究工作。 （2）蔬菜移栽生產(chǎn)是一項系統(tǒng)工程，建立適宜的蔬菜移栽機(jī)械化技術(shù)體系，涉及園藝、農(nóng)學(xué)、植保、機(jī)械設(shè)計與制造、自動控制等領(lǐng)域，需多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。為形成我國特有的蔬菜缽苗移栽技術(shù)體系，需農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、栽植機(jī)械與育苗技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)對作物的栽培工藝和種植要求規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，深入研究栽植機(jī)構(gòu)工作原理及與作物相適應(yīng)性的關(guān)系，而不能僅限于仿制國外引進(jìn)的機(jī)械。 （3）完善現(xiàn)有機(jī)型的性能和功能，提高現(xiàn)有移栽機(jī)栽植質(zhì)量和可靠性，并將常用零部件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，增加其通用性和互換性。 （4）從我國現(xiàn)階段蔬菜種植的實際情況出發(fā)，將專用移栽機(jī)和通用移栽機(jī)的研究相結(jié)合。一方面由于許多作物的栽植要求比較特殊，需要開發(fā)研制專用移栽機(jī)，國內(nèi)在這方面存在空白，如能夠在溫室作業(yè)的小型半自動化蔬菜移栽機(jī)等；另一方面，應(yīng)當(dāng)注意移栽機(jī)械的通用性，達(dá)到一機(jī)多用，從而提高移栽機(jī)械的利用率，而不應(yīng)片面地追求自動化。 （5）結(jié)合我國農(nóng)民對農(nóng)機(jī)的熱情高、購買能力低這個制約我國農(nóng)機(jī)發(fā)展的客觀事實，發(fā)揮現(xiàn)代工業(yè)的特點，選擇性能優(yōu)異的產(chǎn)品，進(jìn)行批量生產(chǎn)，降低移栽機(jī)械的研制成本。 2 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的工作機(jī)理 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的主要栽植5機(jī)構(gòu)由主動栽植輪、偏心栽植輪和懸杯式栽苗器組成。懸杯式栽苗器通過兩點與栽植輪鉸接，構(gòu)成若干平行四邊形結(jié)構(gòu)，使懸杯在隨栽植輪旋轉(zhuǎn)時始終垂直于地面，如圖2-1所示。工作時，栽植輪隨整機(jī)前進(jìn)的同時也繞自身轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，由人工將缽苗放入旋轉(zhuǎn)到喂苗位置處于閉合狀態(tài)的懸杯內(nèi)，缽苗隨栽植輪繼續(xù)向下轉(zhuǎn)動；當(dāng)懸杯轉(zhuǎn)到落苗位置時，由控制機(jī)構(gòu)打開，缽苗落入苗溝內(nèi)，隨后覆土定植；落完苗的懸杯由控制機(jī)構(gòu)關(guān)閉，并隨栽植輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到回到喂苗位置開始下一次栽苗。 圖2-1 栽植機(jī)構(gòu)工作原理圖 1.栽苗器 2.主動栽植輪 3.偏心栽植輪 為了使各個懸杯式栽苗器在隨栽植輪轉(zhuǎn)動到極限位置（如圖2-1所示）時互不干涉，懸杯式栽苗器整體的長度必須小于同一個栽植輪相鄰兩鉸接點之間的弦長，即： （2-1） 式中：—栽苗器整體的長度； —同一個栽植輪相鄰兩鉸接點之間的弦長。 2.1栽苗器整體的運動軌跡分析 2.1.1栽苗器整體的運動方程 由懸杯式蔬菜移栽機(jī)的工作機(jī)理可知，栽苗器在隨著栽植輪旋轉(zhuǎn)的同時，也隨整機(jī)向前勻速運動，如圖2-2所示。因而栽苗器整體的運動是相對于整機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動與整機(jī)向前勻速運動的復(fù)合運動，其運動軌跡方程為： （2-2） 整理得： （2-3） 式中：—栽植輪半徑； —栽植輪角速度； —工作時間； —整機(jī)前進(jìn)速度； —栽植輪中心到地面的距離。 將上式兩邊求一階導(dǎo)數(shù)，得栽苗器的速度方程為： （2-4） 引入特征系數(shù)，當(dāng)λ分別取三種不同的情況時，栽苗器的運動軌跡如圖2-2所示，曲線上各點的切線方向即為懸杯瞬時絕對速度的方向。 圖2-2 栽苗器運動軌跡示意圖 2.1.2栽苗器的運動軌跡分析 蔬菜缽苗移栽過程中，為了保證缽苗的直立度并減小缽苗所受的沖擊，需要缽苗在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行覆土壓實，這就要求整機(jī)在連續(xù)前進(jìn)運動的情況下，為每株缽苗創(chuàng)造一瞬間的相對靜止?fàn)顟B(tài)，以便完成定植工作，這就是移栽機(jī)械的零速投苗原理。絕大多數(shù)移栽機(jī)械的設(shè)計和使用都遵循和使用這這一原理，但在實際生產(chǎn)中，受驅(qū)動地輪的滑移、土壤的物理狀態(tài)及流動性等問題的影響，很難使缽苗在落地瞬間獲得絕對的零速，因此零速投苗狀態(tài)只是一種理想的狀態(tài)（王君玲，2006）。 普通吊籃式移栽機(jī)在栽苗過程中，吊籃在豎直方向向兩側(cè)張開，缽苗只靠自身重力落到苗溝內(nèi)，吊籃容易帶苗，造成缽苗的損傷。根據(jù)萊陽農(nóng)學(xué)院宋洪波等（1997）對其投苗位置的研究，當(dāng)時，栽苗器的運動軌跡為短軸擺線，此狀態(tài)下投苗時水平分速度大，更主要的是入土和出土行程較大，工作阻力較大，另外覆土鎮(zhèn)壓后栽苗器脫苗高度較低且速度較快易造成傷苗；當(dāng)時，栽苗器運動軌跡為普通擺線，普通擺線最低點投苗可保證“零速”投苗，投苗后秧苗穩(wěn)定性好，但栽苗器出土?xí)r脫土困難；當(dāng)時，插栽器運動軌跡為余擺線，較理想的栽苗器運動軌跡為擺環(huán)較小的余擺線，既可保證栽苗器出土?xí)r較好的脫土性能，又可保證插栽器在較長時間內(nèi)扶持秧苗，使之在扶持和直立狀態(tài)下完成覆土鎮(zhèn)壓（宋洪波等，1997）。由圖2-2栽苗器的運動軌跡示意圖可以看出，時，吊籃完成落苗離開缽苗的過程中無法避免的要從缽苗的正上方經(jīng)過。當(dāng)缽苗過高時吊籃便容易碰苗，對缽苗造成損傷，并影響缽苗的直立度。 本文設(shè)計的懸杯式蔬菜移栽機(jī)在栽苗過程中，栽苗器的懸杯水平左右張開，當(dāng)時，可以避免懸杯從苗的正上方經(jīng)過，從而克服了懸杯在完成落苗后離開缽苗的過程中碰苗的問題。而且懸杯的內(nèi)壁對缽苗有一個向后的推動作用，有助于缽苗順利離開懸杯，如圖2-3所示。此時，懸杯兩側(cè)的松土回流，從苗的兩側(cè)及后方擁入，將苗固定住。若缽苗此時的絕對速度向后，將正好與回流的土壤相遇，有利于保證缽苗的直立度。由于落苗時間較短，懸杯需要迅速張開，因而向后推動缽苗的速度較大。為了避免缽苗的缽體因為向后的絕對速度過大而受到?jīng)_擊損傷，栽苗器整體應(yīng)具有向前的速度，即。這樣，不僅能降低缽苗向后的絕對速度，而且能使懸杯前方的土壤受到擠壓，使土從苗的前方擁入，有利于缽苗的覆土。 圖2-3 栽苗器懸杯開口方向示意圖 綜上所述，當(dāng)時，可以使缽苗具有較小的、向后的絕對速度，這樣可以滿足既能保證缽苗的直立度又避免缽體受到?jīng)_擊損傷的生產(chǎn)要求。 2.2懸杯式蔬菜移栽機(jī)的主要特征參數(shù) 設(shè)計懸杯式蔬菜移栽機(jī)需要考慮的主要特征參數(shù)有整機(jī)前進(jìn)速度、缽苗栽植的株距、投苗手人工投苗的頻率、栽植輪上懸杯的個數(shù)以及驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比等，確定它們之間的關(guān)系可以為后續(xù)的設(shè)計計算提供必要的理論依據(jù)。這些關(guān)系包括如下幾條： （1）整機(jī)前進(jìn)速度、人工投苗頻率、栽植株距之間的關(guān)系： （2-5） 式中：—整機(jī)前進(jìn)速度，m/s； —人工投苗頻率，株/min； —栽植株距，mm。 （2）人工投苗頻率、栽植輪上懸杯個數(shù)、栽植輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系： （2-6） 式中：—人工投苗頻率，株/min； —栽植輪輪上懸杯個數(shù)，個； —栽植輪轉(zhuǎn)速，r/min。 （3）栽植株距、栽植輪上懸杯個數(shù)、驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比、地輪滑移率之間的關(guān)系： （2-7） 式中：—栽植株距，mm； —驅(qū)動地輪半徑，mm； —驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比； —地輪滑移率，%； —栽植輪上懸杯個數(shù)，個。 （4）栽植株距、栽植輪上懸杯個數(shù)、特征系數(shù)之間的關(guān)系： （2-8） 式中：—栽植株距，mm； —栽植輪半徑，mm； —引入的特征系數(shù)； —栽植輪輪上懸杯個數(shù)，個。 （5）栽植輪角速度、整機(jī)前進(jìn)速度、驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比、地輪滑移率之間的關(guān)系： （2-9） 式中：—栽植輪角速度，rad/s； —地輪滑移率； —整機(jī)前進(jìn)速度，m/s； —驅(qū)動地輪半徑，mm； —驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比。 （6）特征系數(shù)、地輪滑移率、驅(qū)動輪到栽植輪的傳動比之間的關(guān)系： （2-10） 式中：—引入的特征系數(shù)； —栽植輪半徑，mm； —地輪滑移率； —驅(qū)動地輪半徑，mm； —驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比。 通過對懸杯式蔬菜移栽機(jī)的工作機(jī)理和栽苗器整體運動過程的分析，確定了采用外伸的懸杯結(jié)構(gòu)作為栽苗機(jī)構(gòu)的研究方案。由于懸杯在落苗時是朝后水平張開的，而且有向后的推苗作用，所以采用懸杯式栽苗器在特征參數(shù)的條件下進(jìn)行移栽作業(yè)，既有助于缽苗離開懸杯，又避免了普通的吊籃式蔬菜移栽機(jī)在完成落苗離開的過程中容易碰苗的問題。最后，確定了在設(shè)計懸杯式蔬菜移栽機(jī)的過程中需要考慮的主要特征參數(shù)之間的關(guān)系，為后續(xù)設(shè)計計算提供了理論依據(jù)。 3懸杯式蔬菜移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過程 3.1.1整機(jī)結(jié)構(gòu) 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，主要由懸杯式栽苗器、缽苗架、懸掛裝置、限深輪、開溝器、機(jī)架、栽植輪、地輪、覆土鎮(zhèn)壓輪、座椅等部分組成。其中缽苗架、懸掛裝置、限深輪、開溝器、地輪及座椅與機(jī)架主梁直接相連；由懸杯式栽苗器、栽植輪、栽植輪架及覆土鎮(zhèn)壓輪組成的栽植單體，前端與機(jī)架鉸接構(gòu)成一個仿形機(jī)構(gòu)，后端通過一個限位拉桿與機(jī)架主梁相連。 圖3-1 懸杯式蔬菜栽植機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖 1.懸杯式栽苗器 2.缽苗架 3.傳動系統(tǒng) 4.懸掛裝置5.限深輪 6.開溝器 7.機(jī)架8.栽植輪架 9.栽植輪 10.地輪 11.覆土鎮(zhèn)壓輪 12.座椅 3.1.2整機(jī)工作過程 工作時懸杯式蔬菜移栽機(jī)通過三點懸掛與拖拉機(jī)相連，由拖拉機(jī)牽引完成移栽作業(yè)。栽植輪的運動由地輪驅(qū)動，地輪通過傳動系統(tǒng)將動力傳到栽植輪，帶動裝有懸杯式栽苗器的栽植輪轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中，栽苗器的懸杯始終垂直于地面。當(dāng)栽苗器旋轉(zhuǎn)到投苗位置時，坐在座椅上的操作者將從缽苗架上取出的缽苗放入懸杯內(nèi)，缽苗隨栽苗器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)栽苗器旋轉(zhuǎn)到接近地面位置時，懸杯在由凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組成的開啟裝置的控制下，迅速水平張開并向后推動缽苗，使缽苗落入開溝器開出的苗溝內(nèi)，再經(jīng)由覆土鎮(zhèn)壓輪覆土、壓實，完成定植工作。在整個落苗的過程中，懸杯始終處于張開的狀態(tài)。落苗完成后，栽苗器繼續(xù)隨著栽植輪旋轉(zhuǎn)，懸杯從已落入土中的缽苗側(cè)面沿整機(jī)前進(jìn)方向離開土壤，并在凸輪的作用下緩慢的閉合。當(dāng)栽苗器旋轉(zhuǎn)到一定的位置時完全閉合，開始下一次栽苗過程。 3.1.3性能指標(biāo) 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的主要性能指標(biāo)如表3-1所示。 表3-1 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的主要性能指標(biāo) 評價指標(biāo) 參數(shù) 配套動力 18.4kW以上輪式拖拉機(jī) 掛接方式 三點懸掛 工作方式 單體獨立式 生產(chǎn)率/株·min-1 40~50 株距/mm 250~400（可調(diào)） 栽植深度/mm 55~80 倒苗（缽苗與地面夾角≤45°）率/% ≤4 傷苗率/% ≤3 3.2栽植單體的設(shè)計 懸杯式蔬菜移栽機(jī)的單體結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，由覆土鎮(zhèn)壓輪、栽植輪架、懸杯式栽苗器、栽植輪和開溝器組成。單體前端與機(jī)架鉸接，構(gòu)成一個能隨地形起伏而上下運動的仿形機(jī)構(gòu)，以保證栽植深度的均勻一致；單體的后端通過一個限位拉桿與機(jī)架連接，可以避免在整機(jī)懸掛運輸過程中傳動系統(tǒng)的鏈條由于受力過大而繃斷；兩個栽植輪偏心安裝在栽植輪架上，與懸杯式栽苗器共同構(gòu)成八個平行四邊形機(jī)構(gòu)，使承載缽苗的懸杯在運動過程中始終垂直于地面，以保證缽苗的直立度；控制栽苗器懸杯張開與閉合的凸輪與栽植輪固定聯(lián)接，當(dāng)栽植輪轉(zhuǎn)動一周時凸輪也剛好轉(zhuǎn)動一周，懸杯張開與閉合一次，完成一次投苗與落苗。 圖3-2 懸杯式蔬菜栽植機(jī)單體結(jié)構(gòu)簡圖 1.覆土鎮(zhèn)壓輪 2.栽植輪架 3.懸杯式栽苗器 4.栽植輪 5.機(jī)架 6.開溝器 3.2.1栽植輪 栽植輪的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，主要由輪緣、輪輻及輪轂組成，輪緣上開有孔槽，用來固定安裝栽苗器。 通過實際測量，得到常見蔬菜如茄子、辣椒、番茄等的缽苗的高度一般為80~220mm。為了防止缽苗在懸杯中隨栽植輪轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生碰苗，在確定栽植輪半徑及栽苗器個數(shù)時，須使栽植輪上相鄰栽苗器安裝位置之間的弦長大于缽苗的高度。 如圖3-3所示。設(shè)同一栽植輪上相鄰兩個栽苗器的安裝位置之間的弦長為，栽植輪半徑為，相鄰輪輻之間的夾角為，栽苗器個數(shù)為，則 （3-1） （3-2） 設(shè)栽植的株距為，不考慮地輪滑移的影響，則 （3-3） 聯(lián)立式（3-1）、（3-2）、（3-3）得 圖3-3 栽植輪的結(jié)構(gòu)簡圖 1.栽苗器 2.輪緣 3.輪輻 4.孔槽 5.輪轂 （3-4） 根據(jù)常見蔬菜栽植的農(nóng)藝要求，參考株距一般為200~400mm，如表3-2所示。 表3-2 常見蔬菜栽植株距要求 作物種類 品種名稱 參考株距/cm 甜椒 航空椒 20~25 茄子 黑又亮 30~40 黃瓜 露豐四號 30 番茄 小仙桃 40 取mm時，與的關(guān)系曲線如下圖圖3-4所示。 由圖3-4可以看出，隨著栽苗器個數(shù)的增大，弦長增大的趨勢越來越小，而由式3-3可知，在保證一定株距的條件下，越大，栽植輪半徑也會增大。綜合考慮，取，則栽植輪半徑mm，取mm，此時mm，滿足大于缽苗高度的實際要求。 圖3-4弦長LX與栽苗器個數(shù)N之間的關(guān)系 3.2.2懸杯式栽苗器 懸杯式栽苗器的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，主要由懸杯、連桿機(jī)構(gòu)、彈簧、凸輪、導(dǎo)軌以及凸輪軸等組成。其中懸杯主要用來承接缽苗并完成栽苗；連桿機(jī)構(gòu)、彈簧和凸輪機(jī)構(gòu)共同組成懸杯張開與閉合的控制裝置；栽植輪與凸輪軸固定連接，帶動固定在軸上的凸輪轉(zhuǎn)動，控制懸杯的的張開與閉合。當(dāng)載有缽苗的栽苗器隨栽植輪旋轉(zhuǎn)下降時，凸輪處于遠(yuǎn)休止過程，承載缽苗的懸杯始終閉合；當(dāng)栽苗器接近地面時，凸輪旋轉(zhuǎn)到回程位置，由于凸輪回程運動角設(shè)計的比較小，懸杯在彈簧的作用下迅速張開，并向后將缽苗推出懸杯，保證了落苗的及時性；缽苗落到苗溝后，栽苗器隨著栽植輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)上升，凸輪處于近休止過程，懸杯保持張開的狀態(tài)，保證了懸杯從缽苗側(cè)上方離開時在缽苗過高的情況下也不會傷苗；當(dāng)栽苗器上升到一定高度，凸輪旋轉(zhuǎn)到推程位置，懸杯在凸輪作用下緩慢的關(guān)閉，直到旋轉(zhuǎn)到一定位置時完全閉合，開始下一次栽苗過程。 圖3-5 懸杯式栽苗器的結(jié)構(gòu)簡圖 1.懸杯 2.連桿機(jī)構(gòu) 3.彈簧 4.凸輪 5.導(dǎo)軌 6.凸輪軸 （一）懸杯的設(shè)計 為了實現(xiàn)更好的栽苗效果，需結(jié)合缽苗的形狀、尺寸對懸杯進(jìn)行設(shè)計。目前市場上應(yīng)用較多的蔬菜育苗盤有50、72、128、200、288、392孔等多種類型的，其中72孔的穴盤在蔬菜生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍。懸杯式栽苗器就是針對這種采用6列12行72孔的穴盤作為育苗容器的蔬菜缽苗而設(shè)計的。72孔育苗穴盤如圖3-6所示，每個種穴為正四棱臺形狀，其口部最大尺寸為45mm，底部最大尺寸為25mm，高為45mm。為方便投苗手投苗和有利于懸杯入土，懸杯上下呈圓柱圓錐狀，如圖3-5所示，總的高度為120mm，圓柱部分高度為60mm，上端開口直徑比穴盤種穴口部的最大尺寸略大，為50mm，底部直徑為20mm。 圖3-6 育苗穴盤 （二）懸杯張開與閉合控制裝置的設(shè)計 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)是由連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)按一定工作要求組合而成的，它綜合了這兩種機(jī)構(gòu)各自的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡或滿足某些特定的要求。由前文分析可知，懸杯投苗時需要快速水平張開，緩慢的關(guān)閉，而且要使懸杯在張開過程中對缽苗有一個向后的推動作用，采用凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)作為控制裝置能很好的滿足生產(chǎn)要求。在對懸杯張開與閉合控制裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計時，需要考慮以下幾點設(shè)計要求： （1）懸杯張開足夠大，能使缽苗順利離開懸杯，即要求懸杯開口尺寸大于缽苗的最大尺寸。 （2）合理布置連桿機(jī)構(gòu)的位置，使懸杯向后推動缽苗的距離盡量大。 （3）合理選擇連桿機(jī)構(gòu)的傳動角和壓力角，使連桿機(jī)構(gòu)具有較好的傳力特性。 （4）設(shè)計合理的凸輪廓線，使懸杯實現(xiàn)快速張開、緩慢關(guān)閉的運動特點。 （5）合理確定凸輪的基本參數(shù)，使整個機(jī)構(gòu)受力合理、動作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊。 （6）栽苗器整體的長度要小于同一個栽植輪相鄰兩鉸接點之間的弦長，即滿足式（2-1）所示的栽苗器隨栽植輪轉(zhuǎn)動時互不干涉的條件。 （7）使缽苗落地時具有較小的向后的絕對速度，從而滿足既能保證缽苗的直立度又避免缽體受到?jīng)_擊損傷的生產(chǎn)要求。 綜合考慮以上設(shè)計要求，最終確定懸杯式栽苗器懸杯張開與閉合控制裝置的各主要桿件長度及整體布局如圖3-7所示，其中凸輪從動件的行程為15mm。此時懸杯最大張口約為65mm，足夠使缽苗順利離開懸杯；栽苗器整體長度約為220mm，滿足式（2-1）提出的栽苗器隨栽植輪轉(zhuǎn)動時互不干涉的條件。 根據(jù)第二章對栽植機(jī)理的分析可知，缽苗在落苗過程中相對地面的絕對速度對栽苗質(zhì)量具有很大影響。因而需要根據(jù)落苗時缽苗的速度，選擇合適的凸輪回程運動角的大小，以便使缽苗在落苗時具有較小的向后的絕對速度，從而更好的保證缽苗的栽植效果。 圖3-7 懸杯式栽苗器整體布局圖 為了分析問題方便，我們假設(shè)落苗過程中缽苗在離開懸杯之前始終與懸杯內(nèi)壁接觸，那么懸杯內(nèi)壁A處沿前進(jìn)方向的水平速度即為缽苗的速度。建立圖3-8所示的直角坐標(biāo)系，將連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件表示為桿矢，各桿矢方位角均由軸沿逆時針方向計量。 圖3-8 懸杯運動簡圖 在圖3-8中，各桿矢構(gòu)成的矢量封閉方程為： （3-5） 將式（3-5）分別向x軸、y軸投影，得： （3-6） 聯(lián)解上式，得桿OB、桿BC的角位移為： （3-7） 式中：—桿OB的角位移； —桿BC的角位移； —桿OB的長度； —桿BC的長度； —滑塊鉸接中心到O點的水平距離； —滑塊的偏心距。 對式（3-6）兩邊求導(dǎo)并聯(lián)立求解，可得桿OB、桿BC的角速度為： （3-8） 式中：—桿OA的角速度； —桿AB的角速度； —滑塊移動的速度。 由圖3-7可以看出，滑塊移動的速度與凸輪推桿的速度相同，即： （3-9） 式中：—凸輪推桿的速度。 由于受人工投苗頻率的限制，凸輪工作速度較低，因此為了便于加工，凸輪機(jī)構(gòu)推桿采用較為簡單的等速運動規(guī)律，其推程的運動方程為： （3-10） 回程運動方程為： （3-11） 式中：—凸輪推桿的位移； —凸輪推桿的速度； —凸輪推桿的行程； —凸輪轉(zhuǎn)動的角速度； —凸輪轉(zhuǎn)角； —凸輪推程運動角； —凸輪回程運動角。 根據(jù)整個栽植單體的結(jié)構(gòu)特點，栽植輪與凸輪軸固定連接，當(dāng)栽植輪轉(zhuǎn)動一周時凸輪也剛好轉(zhuǎn)動一周，因而凸輪轉(zhuǎn)動的角速度與栽植輪轉(zhuǎn)動角速度相同，即： （3-12） 考慮地輪的滑移率后，根據(jù)式（2-9）栽植輪轉(zhuǎn)動的角速度、整機(jī)前進(jìn)速度、驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比以及地輪滑移率之間的關(guān)系，有： （3-13） 式中：—栽植輪角速度； —地輪滑移率； —整機(jī)前進(jìn)速度； —驅(qū)動地輪半徑； —驅(qū)動地輪到栽植輪的傳動比。 在圖3-7所示的坐標(biāo)系中，可以看出懸杯內(nèi)壁A處的水平速度為： （3-14） 式中：—懸杯向后推動缽苗的速度。 —桿OA的長度， —桿OA與桿OB的夾角。 根據(jù)第二章對栽苗器運動軌跡的分析可知，缽苗在落苗過程中的速度為栽苗器整體隨栽植輪旋轉(zhuǎn)的水平線速度與懸杯向后推動缽苗的速度的合成，即： （3-15） 將式（2-4）和式（3-7）~（3-14）代入式（3-15），整理可得落苗過程中缽苗的速度為： （3-16） 根據(jù)式（3-16）可知，只要通過合理設(shè)計地輪、栽植輪、栽苗器等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)，就可以使缽苗具有較小的向后的絕對速度，從而滿足既能保證缽苗的直立度又避免缽體受到?jīng)_擊損傷的生產(chǎn)要求。將確定的各參數(shù)帶入式（3-16），經(jīng)計算當(dāng)凸輪的回程運動角時，落苗過程中缽苗的速度大約0.004m/s。 3.2.3開溝器 開溝器的作用是在耕整好的田地上開出苗溝，以減少栽苗時懸杯入土的阻力。對開溝器的基本要求是：開溝直，深度一致且符合要求，不亂土層，不讓土中的雜物（作物殘茬、雜草等）造成擁塞，對土壤的適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡單，阻力?。ɡ顚毞?，2003）。 開溝器可以分為滾動式和移動式兩大類，通常在旱地移栽機(jī)械上采用的都是移動式開溝器。移動式開溝器隨機(jī)器的前進(jìn)方向平動，靠鏟尖部位與地面形成一定的夾角或外加壓力入土，破土能力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單。常用的有鋤鏟式、箭鏟式、芯鏵式、靴式、滑刀式、船式等多種類型。本文采用的是芯鏵式開溝器，其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，主要由套架、調(diào)節(jié)螺栓、柄柱、側(cè)板和芯鏵等組成。工作時芯鏵入土，將土壤推向兩側(cè)由兩個側(cè)板擋住，缽苗從懸杯中落入溝底后，土壤由側(cè)板后部落回溝內(nèi)覆土。通過調(diào)節(jié)螺栓可以調(diào)節(jié)開溝的深度，從而滿足不同栽植深度的要求。這種開溝器的特點是溝底平整、苗幅寬，可防止干濕土混雜，利于保墑出苗。 圖3-9 開溝器結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-10 覆土鎮(zhèn)壓輪統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 1.套架 2.調(diào)節(jié)螺栓 3.柄柱 4.側(cè)板 5.芯鏵 1.連接架 2.調(diào)節(jié)螺栓 3.輪架 4.輪 3.2.4覆土鎮(zhèn)壓輪 由于開溝器只能使少量的濕土落回溝內(nèi)覆土，滿足不了缽苗覆土厚度的要求，而且自然回落的土壤較松，因而通常還要在開溝器后安裝覆土器和鎮(zhèn)壓輪。對覆土器的要求是覆土深度均勻一致，覆土?xí)r不能改變缽苗在苗溝內(nèi)的位置。常用的覆土器有鏈環(huán)式、彈齒式、爪盤式、圓盤式、刮板式等。對鎮(zhèn)壓輪的要求是必須轉(zhuǎn)動靈活，不粘土，不壅土，鎮(zhèn)壓力可適當(dāng)調(diào)整，鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋。目前常用的鎮(zhèn)壓輪類型較多，按其形狀分，主要有圓柱形、凸鼓形、凹腰形等。好的鎮(zhèn)壓輪能使缽苗的缽體和土壤密切接觸，促進(jìn)缽苗對土壤水分和養(yǎng)分的吸收，加強(qiáng)對水、肥、熱的有效利用，使得苗全、苗壯（呂小榮，2008）。參照德國生產(chǎn)的Prima型撓性圓盤式旱地缽苗移栽機(jī)，本文將覆土器和鎮(zhèn)壓輪合為一體，采用圖3-10所示的覆土鎮(zhèn)壓輪結(jié)構(gòu)，能同時完成缽苗的覆土和鎮(zhèn)壓。它主要由連接架、調(diào)節(jié)螺栓、輪架和輪組成，其中，連接架與栽植輪架后端固定，由于栽植輪架前端與整機(jī)機(jī)架鉸接，因而可以根據(jù)整機(jī)機(jī)架高度的不同，通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)覆土鎮(zhèn)壓輪的高度，使栽植輪架保持與地面平行，從而保證栽苗器垂直于地面，取得良好的栽植直立度和覆土鎮(zhèn)壓效果。 3.3傳動系統(tǒng) 由于懸杯式移栽機(jī)要實現(xiàn)固定株距的栽植，需要定傳動比傳動，故選擇鏈傳動用于動力傳遞。傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-11所示，主要由三級鏈傳動組成，其中傳遞力矩較大的地輪總成處選用10A型鏈，用于將動力傳遞給單體的采用常用的08B型。地輪在地面上向前行走時，經(jīng)過兩級鏈傳動將其轉(zhuǎn)動傳到傳動主軸上，主軸上的鏈輪再經(jīng)過一級鏈傳動將動力傳到栽植輪上，驅(qū)動栽植輪工作。這種布置的優(yōu)點是一根傳動主軸可以帶動多個移栽單體，使整個布局緊湊，節(jié)省空間。通過更換不同的調(diào)節(jié)鏈輪，可以改變整個傳動系統(tǒng)的傳動比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)株距的目的。 圖3-11 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 1.軸承 2.傳動主軸 3.鏈輪 4.調(diào)節(jié)鏈輪 5.鏈條 在考慮地輪的滑移率的情況下，株距與傳動比的關(guān)系為： （3-17） 根據(jù)相關(guān)資料（楊海等，2005），一般，取，時，經(jīng)計算不同的株距對應(yīng)的調(diào)節(jié)鏈輪齒數(shù)如表3-3所示。 表3-3 調(diào)節(jié)鏈輪齒數(shù)與株距對應(yīng)關(guān)系表 調(diào)節(jié)鏈輪齒數(shù)z 傳動比i 株距S / mm 21 1.1 235 25 1.3 279 29 1.5 324 33 1.7 369 37 1.9 413 3.4懸掛裝置與機(jī)架 為了提高動力機(jī)械的通用性和利用率，田間作業(yè)機(jī)械一般與拖拉機(jī)配套使用。拖拉機(jī)與農(nóng)具的連接機(jī)構(gòu)通稱為掛接裝置，其連接方式可分為：懸掛式、半懸掛式和牽引式等幾種。懸掛機(jī)組是用拖拉機(jī)上的懸掛機(jī)構(gòu)將作業(yè)機(jī)具與拖拉機(jī)連接在一起構(gòu)成作業(yè)機(jī)組，懸掛裝置不僅起到傳遞牽引力的作用，而且還有升降農(nóng)具、控制工作深度的作用。目前這種連接方式不僅在移動式作業(yè)機(jī)具如犁、耙、中耕機(jī)、播種機(jī)等已廣泛使用，而且對于某些經(jīng)常移動的固定式作業(yè)機(jī)具如抽水機(jī)等在轉(zhuǎn)移地點時也采用了這種方式。因此，懸掛裝置在農(nóng)業(yè)機(jī)械的掛接中具有重要地位，與牽引式機(jī)具相比，它具有幾下優(yōu)點： （1）機(jī)動性好。作業(yè)機(jī)具在懸起后，由于機(jī)器本身不與地面接觸，因而拖拉機(jī)不因帶有農(nóng)具而影響他原有的機(jī)動性，轉(zhuǎn)向方便靈活，回轉(zhuǎn)半徑小，空行時間短，道路行駛速度高，通過性能好。 （2）結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。懸掛機(jī)具可直接與拖拉機(jī)掛結(jié)，機(jī)具本身不需要設(shè)置行走、牽引、升降等機(jī)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)緊湊，可節(jié)約鋼材，減輕機(jī)器重量，降低制造成本。 （3）可改善拖拉機(jī)的牽引性能。由于懸掛機(jī)具與拖拉機(jī)結(jié)合成為一體，