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鏈夾式大蔥移栽機的設(shè)計
(1.
摘要：本大蔥在我國已成為區(qū)域規(guī)模種植的蔬菜作物之一，由于大蔥栽植農(nóng)藝要求的特殊性，即株距小、直立性要求高，用于其它作物移栽的移栽機基本不能用于大蔥移栽。對于大蔥移栽機，國內(nèi)外雖有研究或產(chǎn)品問世，但都存在移栽后蔥苗直立性差的不足。分析原因，是由于栽植器都采用圓盤式栽植器，蔥苗相對地面速度為零只是在一個時間點上，是瞬間的，時間短，造成蔥苗在相對地面零速的情況下覆土不充分，移栽后蔥苗傾斜，甚至倒伏。為了解決上述零速栽植的問題，作者分析了各種移栽機的結(jié)構(gòu)特點，最終確定采用鏈夾式投苗機構(gòu)。將苗夾和苗槽分別安裝在投苗輸送鏈和喂苗輸送帶上，通過傳動系統(tǒng)使苗夾和苗槽在豎直方向運動時實現(xiàn)同步，保證苗夾能準(zhǔn)確的從對應(yīng)苗槽中夾取蔥苗；然后蔥苗在被夾持的狀態(tài)下隨輸送鏈轉(zhuǎn)為水平運動，其水平運動速度與移栽機前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，從而實現(xiàn)在一段距離內(nèi)的零速投苗，能夠?qū)崿F(xiàn)先覆土鎮(zhèn)壓再釋放蔥苗，從而保證了蔥苗移栽后的直立性。
關(guān)鍵詞： 大蔥；鏈夾式；移栽機；零速投苗
中圖分類號: 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：
0引言
大蔥在我國已有3000多年的栽植歷史，大蔥富含多種微量元素，有特殊的辛辣味道，具有良好的調(diào)味和醫(yī)療功效。大蔥在我國不僅栽植歷史悠久，而且栽植面積大，尤其是在我國北方，形成了許多具有地方特色、全國知名的大蔥品種，其中較為著名的有天津的高腳白、陜西的赤水孤蔥以及山東章丘的大梧桐等。隨著國家對“三農(nóng)”問題的關(guān)注度越來越大，以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，許多地方將大蔥種植作為特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使得大蔥的種植面積進(jìn)一步擴大，如山東章丘、天津?qū)氎婧桶不张R泉等地區(qū)的大蔥種植面積甚至超過10萬畝。而且大蔥的種植是在6-7月份，天氣炎熱，人工作業(yè)環(huán)境差，效率低。所以農(nóng)民對實現(xiàn)大蔥移栽機械化的要求越來越迫切，同時對移栽機的性能要求也越來越高，因此設(shè)計一款高性能的大蔥移栽機對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化有著十分重要的意義?？梢蕴岣叽笫[栽植過程中人力和物力資源的利用率，降低成本，同時也提高了勞動生產(chǎn)率和大蔥栽植質(zhì)量。
1總體設(shè)計思路
本課題研究的重點是投苗機構(gòu)：主要問題是“零速投苗”。對于大蔥特殊的要求：高直立性、小株距、覆土深等，設(shè)計了鏈夾式大蔥移栽機，包括四部分：喂苗機構(gòu)、投苗機構(gòu)、機架和傳動系統(tǒng)。
1.1設(shè)計原理
通過三點懸掛，懸掛在拖拉機上，由地輪提供動力，地輪帶動同軸的第一傳動鏈輪，然后經(jīng)過第一傳動鏈和第二傳動鏈輪傳遞給投苗輸送裝置；再由投苗機構(gòu)鏈輪帶動第三傳動鏈輪，由第二傳動鏈和一對錐齒輪將動力傳遞給喂苗輸送裝置。苗夾和苗槽分別安裝在投苗機構(gòu)輸送鏈和喂苗機構(gòu)輸送帶上，兩裝置之間通過選擇合適的傳動比保證苗夾和苗槽在豎直方向的運動同步，以及苗夾運動到水平方向后，所夾持的蔥苗速度能夠與移栽機的速度大小相等、方向相反，即蔥苗實現(xiàn)零速投苗。在合適的位置覆土鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓，之后苗夾再打開，放開蔥苗，以此保證蔥苗的零速投放是一個時間段，而不是一個點。同時為了保證蔥苗在沒進(jìn)行覆土之前防止開溝后的土回流，影響蔥苗的栽植深度，安裝帶有護板的芯鏵式開溝器。
1.2設(shè)計總體結(jié)構(gòu)
（1）喂苗機構(gòu)：該機構(gòu)主要部分是輸送帶和苗槽，輸送帶根據(jù)移栽作業(yè)要求設(shè)計合理，苗槽安裝在輸送帶上，大蔥移栽的株距等于苗槽之間的距離。該裝置主要起到一個銜接作用，操作人員將盛放在苗箱中的裸蔥苗一棵一棵放入每個苗槽之中，蔥苗隨著苗槽由水平轉(zhuǎn)為豎直運動，到達(dá)合適位置后，被安裝在投苗機構(gòu)的苗夾夾取。
（2） 投苗機構(gòu)：該機構(gòu)主要包括限位導(dǎo)軌、夾緊導(dǎo)軌、苗夾和輸送鏈。苗夾安裝在輸送鏈的每個鏈節(jié)上，其間距等于苗槽的間距即大蔥株距，限位導(dǎo)軌主要對鏈條擺動起到限制作用。夾緊導(dǎo)軌主要控制苗夾的開閉，通過兩導(dǎo)軌之間的距離來實現(xiàn)苗夾進(jìn)入夾緊導(dǎo)軌后逐漸閉合，夾緊蔥苗，然后在合適的位置逐漸打開完成投苗。夾緊導(dǎo)軌使苗夾逐漸閉合，是為了避免蔥苗被夾取時造成的損傷，同時也減小了由于突變引起的機構(gòu)運動沖擊。
通過對喂苗機構(gòu)和投苗機構(gòu)的合理設(shè)計和安裝，實現(xiàn)苗夾在豎直方向與對應(yīng)的苗槽高度一致，保證準(zhǔn)確夾取苗槽中的蔥苗；在喂苗機構(gòu)、投苗機構(gòu)和拖拉機之間通過合理的傳動方案，實現(xiàn)苗夾和苗槽在豎直方向運動的同步，以及苗夾在作水平方向運動時速度與移栽機前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，實現(xiàn)零速投苗。操作人員向苗槽放苗是在苗槽的水平運動段，隨即苗槽轉(zhuǎn)為豎直運動，當(dāng)蔥苗隨著苗槽轉(zhuǎn)為豎直運動后，相應(yīng)的苗夾也進(jìn)入豎直軌道，在適當(dāng)位置，苗夾逐漸夾緊，夾住對應(yīng)苗槽中的蔥苗。喂苗機構(gòu)和投苗機構(gòu)繼續(xù)運動，當(dāng)苗槽的運動方向偏離豎直運動時，蔥苗和苗槽分離。苗夾隨投苗輸送鏈繼續(xù)運動，當(dāng)苗夾轉(zhuǎn)過900后，轉(zhuǎn)為水平運動，其速度與移栽機前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，實現(xiàn)在一段時間內(nèi)的蔥苗相對于地面速度為零，在這期間完成對蔥苗的覆土和鎮(zhèn)壓，之后苗夾在夾緊導(dǎo)軌的控制下，逐漸打開放開蔥苗。由于苗夾作水平運動有一個時間段，覆土鎮(zhèn)壓裝置有充分時間在蔥苗相對地面速度為零的情況下對蔥苗覆土壓實，因此移栽后的蔥苗直立性好、株距均勻等。
圖1 移栽機示意圖
1.機架Ⅰ 2.開溝器 3.覆土鎮(zhèn)壓輪 4.地輪 5.軸承UCP211 6.第一傳動鏈輪 7.第一傳動鏈 8.第二傳動鏈輪 9.第一投苗機構(gòu)鏈輪 10.投苗輸送鏈 11.第三傳動鏈輪 12.苗夾 13.機架Ⅱ 14.第二投苗機構(gòu)鏈輪 15.限位導(dǎo)軌 16.夾緊導(dǎo)軌 17.放置苗箱板 18.苗槽 19.機架Ⅲ 20.軸承UCP208 21.中間懸掛支架 22.左懸掛支架 23.錐齒輪 24.第二傳動鏈 25.喂苗輸送帶 26.張緊裝置
2關(guān)鍵部件的設(shè)計
2.1苗夾的設(shè)計
苗夾在大蔥移栽過程中起到最終執(zhí)行的功能，苗夾通過苗夾座安裝在投苗機構(gòu)輸送鏈的每個鏈節(jié)上，苗夾從對應(yīng)安裝在喂苗機構(gòu)輸送帶上的苗槽中夾取蔥苗，苗夾的夾苗點的準(zhǔn)確性，關(guān)系到蔥苗最終的栽植效果，因此苗夾結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理。苗夾主要由苗夾板、彈簧、牛眼萬向輪、銷子、苗夾座和滾輪等組成
2.2芯鏵式開溝器設(shè)計
芯鏵式開溝器的設(shè)計要考慮以下影響因素：
（1）芯鏵式開溝器的主要作用是保證蔥苗移栽的直立性。犁鏵式開溝器在開溝過程中會有部分土壤回流，蔥苗被苗夾夾持在由豎直轉(zhuǎn)向水平方向運動時，會被回流的土壤阻礙，以至于蔥苗會出現(xiàn)窩根，蔥苗被碰傾斜。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，安裝芯鏵式開溝器，需要使翼板加長。
（2）苗夾的運行軌跡，蔥苗的夾持點位置，需要將芯鏵式開溝器設(shè)計成高度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)實驗來選取最合適的安裝高度。由于芯鏵式開溝器和覆土鎮(zhèn)壓輪配合使用來完成蔥苗的覆土鎮(zhèn)壓。
綜合以上因素，芯鏵式開溝器設(shè)計的寬度B=120mm，兩翼板之間的距離 b=100mm，翼板夾角γ=600。
2.3投苗鏈條限位導(dǎo)軌設(shè)計
投苗鏈條限位導(dǎo)的作用：苗夾通過苗夾座安裝在投苗機構(gòu)輸送鏈上，鏈條在運行過程中會出現(xiàn)波動，因此會帶動苗夾波動，這樣會造成苗夾的夾苗點位置的不確定，同時由于波動，相臨苗夾會產(chǎn)生干涉，以至于無法完成移栽。在這種情況下安裝限位導(dǎo)軌，根據(jù)苗夾的運動規(guī)律，設(shè)計出限位導(dǎo)軌的形狀，在限位導(dǎo)軌上銑出凹槽，使得苗夾在豎直和水平方向運動時，苗夾座兩端的限位板在凹槽內(nèi)運動，限制苗夾的抖動；為了減小苗夾座與限位導(dǎo)軌凹槽之間的摩擦力，采用滾動摩擦代替滑動摩擦，在每個苗夾座的四個角安裝滾輪。
2.4夾緊導(dǎo)軌設(shè)計
夾緊導(dǎo)軌的作用是控制苗夾的開閉：根據(jù)苗夾的運動軌跡，在豎直到水平方向上，苗夾需要完成蔥苗的夾取和投放。在此過程中夾緊導(dǎo)軌控制苗夾的打開和夾緊，為了減小苗夾運行過程受到的摩擦力，在苗夾上安裝牛眼萬向輪。具體完成過程是，苗夾在進(jìn)入豎直方向運動時，萬向輪開始進(jìn)入夾緊導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌之間的距離會逐漸減小，然后保持該距離，從而使苗夾逐漸夾緊，然后在夾緊的狀態(tài)下豎直運動一段距離。接著苗夾隨輸送鏈轉(zhuǎn)入水平運動，苗夾仍處于夾緊狀態(tài)下，在距苗夾張開點5cm覆土鎮(zhèn)壓輪開始覆土鎮(zhèn)壓，使蔥苗的零速投放在一個時間段內(nèi)，提高蔥苗移栽后的直立度。之后兩夾緊導(dǎo)軌之間的距離逐漸增大，苗夾逐漸打開與蔥苗脫離，完成蔥苗的投放。
3總結(jié)
大蔥在我國部分地區(qū)成為了當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)型經(jīng)濟作物，其種植面積大，農(nóng)民勞動強大，對于機械移栽迫切需求。實現(xiàn)大蔥移栽機械化，存在兩個難點：一、大蔥的分苗；二、大蔥移栽后的高直立度。
本文主要針對大蔥移栽后的高直立度做了相關(guān)研究。主要研究結(jié)果如下：
（1）根據(jù)大蔥移栽的特性，選擇了鏈夾式大蔥移栽機。
（2）通過喂苗機構(gòu)和投苗機構(gòu)相互配合，實現(xiàn)定距喂苗。在“零速投苗”的前提下設(shè)計相應(yīng)的傳動系統(tǒng)。
（3）確定了最終的鏈?zhǔn)絺鬏敺桨福饕ǎ和睹?、喂苗輸送帶的功能設(shè)計，鏈圍的設(shè)計和安裝。根據(jù)零速栽植的宗旨，以及株距的要求，進(jìn)行了移栽機的傳動方案設(shè)計，通過理論計算選擇合適的傳動比，選擇合適的輸送帶。
（4）對投苗機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，通過理論計算，計算出了整個移栽機所需的牽引力、牽引功率等。并對主要零部件進(jìn)行了機構(gòu)合理性的分析，如限位導(dǎo)軌、苗夾、夾緊導(dǎo)軌和開溝器等。
但是由于時間倉促等原因造成研究不足，在以下幾個方面可以做進(jìn)一步研究：
（1）蔥苗標(biāo)準(zhǔn)化育苗：通過田間試驗可以看出，苗的大小、形態(tài)質(zhì)量好壞對移栽的效果很明顯，如果蔥苗較直、挺實則在移栽過程中能夠提高取苗的準(zhǔn)確率。
（2）機組結(jié)構(gòu)：整個機組顯得結(jié)構(gòu)太大，造成了重心較為靠后，機構(gòu)看起來不緊湊。今后需要對機構(gòu)進(jìn)行更合理的設(shè)計。
這是我們在大學(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計，為大學(xué)四年所學(xué)知識的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識在設(shè)計實踐中加以綜合運用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識貫穿起來，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
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