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鏈夾式大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生：武發(fā)杰 指導(dǎo)老師：肖愛玲
(1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：本大蔥在我國(guó)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(jī)基本不能用于大蔥移栽。對(duì)于大蔥移栽機(jī)，國(guó)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(duì)地面速度為零只是在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，是瞬間的，時(shí)間短，造成蔥苗在相對(duì)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(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終確定采用鏈夾式投苗機(jī)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(dòng)系統(tǒng)使苗夾和苗槽在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)同步，保證苗夾能準(zhǔn)確的從對(duì)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(yùn)動(dòng)，其水平運(yùn)動(dòng)速度與移栽機(jī)前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，從而實(shí)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(jī)；零速投苗
中圖分類號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：
0引言
大蔥在我國(guó)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(guó)不僅栽植歷史悠久，而且栽植面積大，尤其是在我國(guó)北方，形成了許多具有地方特色、全國(guó)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(guó)家對(duì)“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(kuò)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(wàn)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(duì)實(shí)現(xiàn)大蔥移栽機(jī)械化的要求越來越迫切，同時(shí)對(duì)移栽機(jī)的性能要求也越來越高，因此設(shè)計(jì)一款高性能的大蔥移栽機(jī)對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)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(shí)也提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和大蔥栽植質(zhì)量。
1總體設(shè)計(jì)思路
本課題研究的重點(diǎn)是投苗機(jī)構(gòu)：主要問題是“零速投苗”。對(duì)于大蔥特殊的要求：高直立性、小株距、覆土深等，設(shè)計(jì)了鏈夾式大蔥移栽機(jī)，包括四部分：喂苗機(jī)構(gòu)、投苗機(jī)構(gòu)、機(jī)架和傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.1設(shè)計(jì)原理
通過三點(diǎn)懸掛，懸掛在拖拉機(jī)上，由地輪提供動(dòng)力，地輪帶動(dòng)同軸的第一傳動(dòng)鏈輪，然后經(jīng)過第一傳動(dòng)鏈和第二傳動(dòng)鏈輪傳遞給投苗輸送裝置；再由投苗機(jī)構(gòu)鏈輪帶動(dòng)第三傳動(dòng)鏈輪，由第二傳動(dòng)鏈和一對(duì)錐齒輪將動(dòng)力傳遞給喂苗輸送裝置。苗夾和苗槽分別安裝在投苗機(jī)構(gòu)輸送鏈和喂苗機(jī)構(gòu)輸送帶上，兩裝置之間通過選擇合適的傳動(dòng)比保證苗夾和苗槽在豎直方向的運(yùn)動(dòng)同步，以及苗夾運(yùn)動(dòng)到水平方向后，所夾持的蔥苗速度能夠與移栽機(jī)的速度大小相等、方向相反，即蔥苗實(shí)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(gè)時(shí)間段，而不是一個(gè)點(diǎn)。同時(shí)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(hù)板的芯鏵式開溝器。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
（1）喂苗機(jī)構(gòu)：該機(jī)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(jì)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(gè)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(gè)苗槽之中，蔥苗隨著苗槽由水平轉(zhuǎn)為豎直運(yùn)動(dòng)，到達(dá)合適位置后，被安裝在投苗機(jī)構(gòu)的苗夾夾取。
（2） 投苗機(jī)構(gòu)：該機(jī)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(gè)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(duì)鏈條擺動(dòng)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(shí)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(shí)造成的損傷，同時(shí)也減小了由于突變引起的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沖擊。
通過對(duì)喂苗機(jī)構(gòu)和投苗機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和安裝，實(shí)現(xiàn)苗夾在豎直方向與對(duì)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(jī)構(gòu)、投苗機(jī)構(gòu)和拖拉機(jī)之間通過合理的傳動(dòng)方案，實(shí)現(xiàn)苗夾和苗槽在豎直方向運(yùn)動(dòng)的同步，以及苗夾在作水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)速度與移栽機(jī)前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)零速投苗。操作人員向苗槽放苗是在苗槽的水平運(yùn)動(dòng)段，隨即苗槽轉(zhuǎn)為豎直運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蔥苗隨著苗槽轉(zhuǎn)為豎直運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)苗槽中的蔥苗。喂苗機(jī)構(gòu)和投苗機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)苗槽的運(yùn)動(dòng)方向偏離豎直運(yùn)動(dòng)時(shí)，蔥苗和苗槽分離。苗夾隨投苗輸送鏈繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)苗夾轉(zhuǎn)過900后，轉(zhuǎn)為水平運(yùn)動(dòng)，其速度與移栽機(jī)前進(jìn)的速度大小相等、方向相反，實(shí)現(xiàn)在一段時(shí)間內(nèi)的蔥苗相對(duì)于地面速度為零，在這期間完成對(duì)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(yùn)動(dòng)有一個(gè)時(shí)間段，覆土鎮(zhèn)壓裝置有充分時(shí)間在蔥苗相對(duì)地面速度為零的情況下對(duì)蔥苗覆土壓實(shí)，因此移栽后的蔥苗直立性好、株距均勻等。
圖1 移栽機(jī)示意圖
1.機(jī)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(dòng)鏈輪 7.第一傳動(dòng)鏈 8.第二傳動(dòng)鏈輪 9.第一投苗機(jī)構(gòu)鏈輪 10.投苗輸送鏈 11.第三傳動(dòng)鏈輪 12.苗夾 13.機(jī)架Ⅱ 14.第二投苗機(jī)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(jī)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(dòng)鏈 25.喂苗輸送帶 26.張緊裝置
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1苗夾的設(shè)計(jì)
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(jī)構(gòu)輸送鏈的每個(gè)鏈節(jié)上，苗夾從對(duì)應(yīng)安裝在喂苗機(jī)構(gòu)輸送帶上的苗槽中夾取蔥苗，苗夾的夾苗點(diǎn)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(jì)要合理。苗夾主要由苗夾板、彈簧、牛眼萬(wàn)向輪、銷子、苗夾座和滾輪等組成
2.2芯鏵式開溝器設(shè)計(jì)
芯鏵式開溝器的設(shè)計(jì)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(huì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)被回流的土壤阻礙，以至于蔥苗會(huì)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(zhǎng)。
（2）苗夾的運(yùn)行軌跡，蔥苗的夾持點(diǎn)位置，需要將芯鏵式開溝器設(shè)計(jì)成高度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)
投苗鏈條限位導(dǎo)的作用：苗夾通過苗夾座安裝在投苗機(jī)構(gòu)輸送鏈上，鏈條在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，因此會(huì)帶動(dòng)苗夾波動(dòng)，這樣會(huì)造成苗夾的夾苗點(diǎn)位置的不確定，同時(shí)由于波動(dòng)，相臨苗夾會(huì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，苗夾座兩端的限位板在凹槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，限制苗夾的抖動(dòng)；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(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，在每個(gè)苗夾座的四個(gè)角安裝滾輪。
2.4夾緊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
夾緊導(dǎo)軌的作用是控制苗夾的開閉：根據(jù)苗夾的運(yùn)動(dòng)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(yùn)行過程受到的摩擦力，在苗夾上安裝牛眼萬(wàn)向輪。具體完成過程是，苗夾在進(jìn)入豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)向輪開始進(jìn)入夾緊導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌之間的距離會(huì)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(yùn)動(dòng)一段距離。接著苗夾隨輸送鏈轉(zhuǎn)入水平運(yùn)動(dòng)，苗夾仍處于夾緊狀態(tài)下，在距苗夾張開點(diǎn)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(gè)時(shí)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(guó)部分地區(qū)成為了當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)型經(jīng)濟(jì)作物，其種植面積大，農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)大，對(duì)于機(jī)械移栽迫切需求。實(shí)現(xiàn)大蔥移栽機(jī)械化，存在兩個(gè)難點(diǎn)：一、大蔥的分苗；二、大蔥移栽后的高直立度。
本文主要針對(duì)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(jī)。
（2）通過喂苗機(jī)構(gòu)和投苗機(jī)構(gòu)相互配合，實(shí)現(xiàn)定距喂苗。在“零速投苗”的前提下設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。
（3）確定了最終的鏈?zhǔn)絺鬏敺桨?，主要包括：投苗、喂苗輸送帶的功能設(shè)計(jì)，鏈圍的設(shè)計(jì)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(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)，通過理論計(jì)算選擇合適的傳動(dòng)比，選擇合適的輸送帶。
（4）對(duì)投苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，通過理論計(jì)算，計(jì)算出了整個(gè)移栽機(jī)所需的牽引力、牽引功率等。并對(duì)主要零部件進(jìn)行了機(jī)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(shí)間倉(cāng)促等原因造成研究不足，在以下幾個(gè)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(yàn)可以看出，苗的大小、形態(tài)質(zhì)量好壞對(duì)移栽的效果很明顯，如果蔥苗較直、挺實(shí)則在移栽過程中能夠提高取苗的準(zhǔn)確率。
（2）機(jī)組結(jié)構(gòu)：整個(gè)機(jī)組顯得結(jié)構(gòu)太大，造成了重心較為靠后，機(jī)構(gòu)看起來不緊湊。今后需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行更合理的設(shè)計(jì)。
這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)貫穿起來，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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