546 小型蔬菜移栽机的设计(SW建模)

前 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 着巨大的发展潜力 [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， 使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，完全符合我国目目前城市周边及农业蔬菜生产的行情。

以满足广大农民用户的需求为目的， 综合考虑实际情况， 本文设计一种小型蔬菜移栽机。

从多种类型的蔬菜移栽机中进行对比选择，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，可以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。

关键词：移栽机；蔬菜；苗体目 录1 绪论 (1)1.1 国内外蔬菜移栽机发展状况 (1)1.2 国内外蔬菜移栽机械存在的问题 (1)1.3 研究的内容和方法 (1)1.4 预期目标 (2)1.5 重点研究的关键问题及解决思路 (2)1.6 工作条件及解决方法 (2)2 移栽机总体结构及主要零部件的设计 (2)2.1 蔬菜移栽机的基本结构 (2)2.2 小型蔬菜移栽机的传动原理 (4)2.3 移栽器工作原理 (5)2.4 主要设计参数 (5)3 吊篮设计 (6)3.1 吊篮运动分析 (6)3.2 吊篮基本参数之间的关系 (6)4 传动比确定 (7)4.1 总传动比、株距及地轮半径关系 (7)4.2 链轮齿数的选择与移栽株距的确定 (8)5 链轮设计 (9)5.1 链轮选择及参数 (9)5.2 链节数计算 (9)6 凸轮设计 (9)6.1 凸轮与鸭嘴的关系 (9)6.2 凸轮导轨的设计 (9)7 地轮轴的校核 (12)7.1 地轮轴总体受力分析 (12)7.2 地轮轴垂直面与水平面的支撑反力分析 (13)7.3 地轮轴的校核计算 (14)总 结 (16)致 谢 (17)参考文献 (18)1 绪论1.1 国内外蔬菜移栽机发展状况1.1.1 国外蔬菜移栽机的发展状况世界上移栽技术发展较早的主要是欧美、 日本等国家。

国外出现的蔬菜移栽机有两种发 展方向。

一种以美国为首的，从事农业生产的人少，农业人口人均耕地面积大，移栽技术走 向专业化，实现联合收割，农业生产高度自动化和机械化 [3] 。

另一种是以日本为首，农业生 产土地面积较小，蔬菜移栽机精密度高，专用性强，这种蔬菜移栽机实现半自动移栽，人工 辅助，即可完成生产进度，保证小面积移栽蔬菜的需求。

国外移栽机类型多，移栽通用性能较强，相对成熟。

由于全自动蔬菜移栽机造价太高， 机械化水平较高的国家大多采用半自动移栽机械，人工喂入 [4] 。

国外蔬菜移栽机械配套设施 比较全面，工作效率高，而且移栽蔬菜时能保证移栽的株距和移栽深度，可以在一定范围内 调整。

国外的蔬菜移栽机能做到不伤苗体，移栽后苗体依然保持直立状态，这样能使移栽后 蔬菜的成活率提高。

1.1.2 国内蔬菜移栽机械的发展现状我国蔬菜移栽机起步较晚，上个世纪50年代开始研制移栽机，在70年代开始研制裸根苗 移栽机，80年代出现半自动蔬菜移栽机 [5] 。

到目前为止，蔬菜移栽机依然没有得到广泛的应 用，只有机械化程度发展较高的地区可以见到蔬菜移栽机。

我国蔬菜移栽机的发展受到农艺的限制， 两者发展不平衡，移栽机的发展忽略了综合经 济效益，而且在移栽过程中出现的问题没有得到很好的解决，所以蔬菜移栽技术发展缓慢。

不同地区间蔬菜种类、 苗体大小和高度等都有一定的差异，蔬菜移栽机的通用性没有得到很 好的解决，也是蔬菜移栽机不能普及的一个原因。

国内已有的移栽机主要适用于秧苗株高小 于30cm，株距大于20cm的玉米、甜菜和烟草等作物的移栽。

国内生产蔬菜移栽机有多家公司，多为烟草、甜菜、棉花移栽机。

如青州火绒机械责任 有限公司制造的黄烟移栽机，该机采用了联动控制装置带动投苗机器随栽苗器挖穴、施肥、 栽苗、 封埯等功能的实现， 并且无漏栽苗和伤苗现象发生， 确保了秧苗移栽的质量和成活率， 完全可以弥补人工移栽过程中的深浅不一、株距不均、生产效率低等缺点。

1.2 国内外蔬菜移栽机械存在的问题机身不稳定， 导致移栽苗体的株距、 国内自主研发的蔬菜移栽机有很多不能解决的问题。

列宽程度都有不同的变化 [6] 。

引起这种情况的原因很多。

首先是土壤条件，多数农民文化层 次不高，对土壤了解很少，每年留存在土地内的残留物较多，在耕地整地上没有完全做到标 准。

其次是蔬菜移栽机本身设计问题，我国生产的蔬菜移栽机械化正处于缓慢发展阶段，理 论部分和实际有一些差距，导致移栽效果与农民期望相差较远 [7] 。

我国适用于蔬菜的钵苗移栽机还不够成熟，钵苗栽植入大田后直立度差，现有机具在扶 苗、覆土、压实上都存在一定问题 [8] 。

国内移栽机基本上实现了株距和移栽深度的调整，但 其稳定性差， 株距和移栽深度的不同对幼苗在移栽后的生长状况有很大影响。

同时容易漏栽， 生产效率不高。

国内与移栽机相配套的其他机械少，机械化育苗移栽程度比较低。

国内目前所生产的移 栽机多数是借鉴外国机型，结构复杂，容易出现问题，给后续的维修带来不便，导致移栽机 在我国的推广进度缓慢。

国外移栽机械较为成熟，多数以大型移栽机械为主，自动化程度高，移栽性能良好，一 般用于大面积移栽，但同时其成本太高，不适合我国目前的移栽发展状况。

1.3 研究的内容和方法根据我国小型蔬菜移栽机的发展现状和存在的问题以及农业生产对机械化要求， 设计小型蔬菜移栽机。

小型蔬菜移栽机主要由动力机械、传动装置、喂入装置、导苗装置、扶苗装 置、镇压装置等组成 [9] 。

其中，动力机械是小四轮拖拉机，只需要把蔬菜移栽机悬挂牵引， 即可实现工作。

先确定符合我国蔬菜移栽机的类型，根据已有的蔬菜移栽机的参数和构造， 设计出符合 我国移栽行业的小型蔬菜移栽机，使小型蔬菜移栽机的工作效益能满足农业生产者的需求， 尤其是移栽后的株距和深度稳定，保持在合理的控制范围内，移栽后苗体的直立度较高，同 时覆土、压实较好 [10] 。

1.4 预期目标（1）整机操作方便，结构简单，噪音小，使用寿命长。

（2）移栽后的苗体直立度好，损伤少，株距和深度基本保持一致，覆土性能优良。

（3）可以在温室、中小面积的土地上作业，小巧灵活，移栽速度快，人工劳动量少， 同时动力消耗上要尽量少。

（4）制造价格便宜，实现半自动化，能满足大多数蔬菜的移栽。

1.5 重点研究的关键问题及解决思路该机动力源为小四轮拖拉机，通过地轮驱动、链轮传动实现动力的传输，苗体通过人工 喂入，由偏心装置带动移栽器做圆周运动，将苗体投入移栽器后，移栽器每次接近最低点打 开，即可完成苗体的移植。

最后覆土轮进行覆土压实。

（1）选择移栽机类型，设计传动装置、苗盘装置、喂入装置、苗体传送装置。

（2）运用AutoCAD软件，绘制二维零件图和装配图。

（3）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。

1.6 工作条件及解决方法塔里木大学位于南疆中心位置，校内有温室实验基地，土壤条件较好，为项目开展提供 了场地和基本条件。

校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的机械加工制 造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足小型蔬菜移栽机的工作条件。

小型蔬菜移栽机的结构应在中型、大型蔬菜移栽机上改进，但必须保持移栽机所具有的 工作性能， 保证能够满足移栽作物对深度、 行距和直立度等要求。

在小型蔬菜移栽机设计时， 可参考中型、大型蔬菜移栽机工作原理，对其结构分析，找出符合移栽状况的移栽机类型。

选定移栽机类型后，分析其运动特征及轨迹，从而确定投苗点位置或鸭嘴开口位置，设计凸 轮导轨。

2 移栽机总体结构及主要零部件的设计根据导师的指导和设计的要求，经过反复的讨论和研究，确定了移栽机的类型及机构 组成。

该蔬菜移栽机主要有动力源（拖拉机牵引）、传动机构、移植苗体机构、移栽深度调 节机构、放苗机构、覆土镇压轮等。

2.1 蔬菜移栽机的基本结构移栽机总体方案如图 2­1 所示。

图 2­1 小型蔬菜移栽机总体方案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 成及覆土镇压轮总成组合而成。

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，通过旋转丝杠可以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。

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。

放苗架总成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。

覆土镇压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。

小型蔬菜移栽机整体结构如图2­2 所示。

1 2 3 4 5 7 8 9 6 101411121315 16 17 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、覆土镇压轮 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 2­2 移栽机整体结构图2.2 小型蔬菜移栽机的传动原理1 2 3 45 6 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 2­3 移栽机传动简图该小型蔬菜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。