一種新型旱地洋蔥插秧機的設(shè)計

崔有正，張洪軍，尹 濤，張春宇，祖新鵬，李志釗

（1.齊齊哈爾大學 機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾161006；2.嶺南師范學院 機電工程學院，廣東 湛江524048）

洋蔥原產(chǎn)自與中亞或西亞[1]，已經(jīng)成為世界各地的主要食材。洋蔥是中國、韓國、俄羅斯等國家的主要蔬菜之一。日本早期對移植機械研究的重視，以及早期國家對移栽機發(fā)展的重視，全國的98%都以應(yīng)用機械移栽方式[2]。在一個人口較少的國家，其移植技術(shù)主要是單線操作，精密化、專用性等研究方向為主[3]。我國通過對日本移栽技術(shù)的消化和吸收，移栽技術(shù)有了很大的改進，不僅可以解決標準育種的問題，而且大大降低了成本。但是在分秧、送秧、移栽等方面還存在一定的缺陷，進一步提高工作化裝置的自動化程度，實現(xiàn)如自動更換秧苗盤及故障自動停機等的自主機械是目前的研究方向。多功能移栽機具有一系列優(yōu)點，雖然在推廣應(yīng)用中存在一些限制性因素，但從目前農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的各個方面來看，移栽機的多功能性和移栽機與旱地移栽機的集成都是可以實現(xiàn)的。我國的市場形勢和要求，使農(nóng)作物生產(chǎn)更加科學化和減少。要少投資增產(chǎn)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標，有效利用各種農(nóng)業(yè)資源，保護生態(tài)環(huán)境。

1 洋蔥插秧機總體方案設(shè)計

主要功能：對于我國北方地區(qū)，大面積種植洋蔥，為此洋蔥機械的主要功能有以下幾點：實現(xiàn)機構(gòu)自行破膜；實現(xiàn)機構(gòu)自行下苗；實現(xiàn)機構(gòu)自行仿形移栽[4]。洋蔥插秧機主要包括萬向聯(lián)軸器、鴨嘴機構(gòu)、平地輪、送秧機構(gòu)、栽植機構(gòu)等許多機構(gòu)組成。洋蔥移栽機功能的實現(xiàn)是由許多機構(gòu)共同滿足運動和功能來完成的。分插機構(gòu)，它是移栽機的主要的工作部分，由集秧裝置、動力和控制機構(gòu)組成。根據(jù)一定軌跡從秧盤拿取一定數(shù)量的苗并插入到地中。然后循環(huán)返回到原始位置，并開始循環(huán)。

圖1 洋蔥移栽機主要結(jié)構(gòu)平面圖

洋蔥移栽機的工作原理是以拖拉機為動力輸出的來源。動力輸出連接到萬向節(jié)和變速箱。萬向節(jié)通過主軸到鴨嘴機構(gòu)2、8 方向、輸秧機構(gòu)5 和通過變速箱到移栽機構(gòu)7，完成了各種機械結(jié)構(gòu)的洋蔥移栽全過程。具體的動力傳動是齒輪箱通過錐齒輪傳動減速，改變內(nèi)部的方向。在曲軸機構(gòu)中，功率傳遞到閥瓣，使板在周圍和周圍移動，并完成左右幼苗的運動。移栽機制通過鏈路傳遞，移栽機制部分是兩組刨坑和移栽組。該運動是由鴨嘴機構(gòu)完成的，然后將移植的機制帶到已被刨出的坑內(nèi)，并完成移栽操作。

2 各主要部分的設(shè)計

2.1 移栽機傳動部分的設(shè)計

查閱參考文獻[5]對洋蔥移栽機進行受力估算，所需的牽引力大約是4000N。轉(zhuǎn)速的計算，變速箱輸出的轉(zhuǎn)速在8-16r/s，減速箱的變速比是1：1，則所需拖拉機的轉(zhuǎn)速為2-4r/s，即240～480r/min。第一個傳動軸的軸向直徑為30mm，材料為45 鋼，淬火和回火。鏈輪的旗子寬度為25mm。此鏈輪的材料選用45鋼淬火處理制作，輪齒的數(shù)量為24，傳動鏈選擇相同大小的傳動鏈。傳動軸上鏈輪的數(shù)量為4，在軸上放置的鍵為4。移栽機的寬度為210cm，軸的兩頭由軸承進行支撐，軸承座作為支撐夾具，第一鏈輪處于軸的邊緣10cm 處。鏈輪的位置依次處于34cm、44cm、58cm 和82cm 處。整個軸的長度是90cm。

2.2 鴨嘴機構(gòu)的設(shè)計

插秧機通過聯(lián)軸器的傳動和驅(qū)動鏈旋轉(zhuǎn)驅(qū)動曲柄，曲柄可以驅(qū)動擺桿通過槽往復(fù)擺動桿實現(xiàn)鴨嘴的操作。機構(gòu)尖部的運動是由機器的前進速度的Vm 和工作擺的擺動運動組成的。鴨嘴機構(gòu)的慣性力可以簡化為總慣性力和總慣性矩通過質(zhì)心。外部驅(qū)動力矩和阻抗力矩影響了總慣性矩。通常在機構(gòu)運動方向上開進行慣性力平衡。通過繪制鴨尖點軌跡，可知鴨嘴機構(gòu)的水平距離約為50cm，運動有效深度約為205mm，相應(yīng)的傳動比可以滿足不同間距的株苗移栽運動的要求。

2.3 插植機構(gòu)的設(shè)計

分插機構(gòu)是插秧機的重要組成部分。橫分取秧器有適于拔取苗栽插的秧夾和適于帶土苗栽插的切扒式秧爪，兩者根據(jù)需要可互換使用。秧夾由活動夾片和固定夾片構(gòu)成，其張開度根據(jù)秧苗的粗細和秧苗數(shù)量進行調(diào)節(jié)，切扒式秧爪帶有脫秧片，使帶土秧苗從秧爪上順利脫出。洋蔥插秧機的設(shè)計采用了垂直和分離的插苗方式。插植機構(gòu)采用橢圓行星輪系的設(shè)計理念，橢圓齒輪嚙合的最大優(yōu)點：當兩個齒輪嚙合運動到任何位置時，它既不會被分離開也不會被切割開，而且傳遞過程是平穩(wěn)的。分析橢圓齒輪的角位移、角速度和傳動比。從動輪角位移φ2

與主動輪角位移φ2之間的關(guān)系。傳動比i12為：

橢圓齒輪2 的角速度φ2為：。運動學模型的建立，缽苗取苗機械手位移分析，對機械手進行運動學和動力學分析，首先要求出各點的位移、速度和加速度及和各構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度方程[6]。根據(jù)各點的運動方程，可得其運動速度的參數(shù)方程和轉(zhuǎn)動的角速度方程，由速度和角速度方程分別對時間t 求導各點加速度和角加速度方程。移栽機取苗機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，其整體結(jié)構(gòu)的運行，是由馬達驅(qū)動，太陽輪主動，從而改動兩旁兩個非圓齒輪轉(zhuǎn)動，由齒輪傳動再帶動兩個非圓齒輪，兩端的兩個非圓齒輪同軸上分別各有一個凸輪機構(gòu)，與凸輪連接的是拔叉，而拔叉帶動推桿運動，推桿上連接有取苗爪，由于凸輪的間歇性運動特點，從而完成周期性取苗的整個往復(fù)過程。進秧機構(gòu)包括垂直移植機構(gòu)和橫向移植機構(gòu)。橫向送秧機構(gòu)的送秧方向同機器行進方向垂直，都采用移動秧箱法，因而又稱移箱機構(gòu)。本次設(shè)計采用橫向送秧機構(gòu)。移栽箱為定期供給移栽幼苗，由橫向進給結(jié)構(gòu)和縱向進給結(jié)構(gòu)組成。

3 結(jié) 語

（1）設(shè)計了新型旱地洋蔥插秧機的整體結(jié)構(gòu)的布局，使用鏈傳動將動力傳遞給插秧機的移栽機構(gòu)，完成移栽工作。

（2）設(shè)計了插秧機的傳動件，插秧機采用鏈傳動，選用了08A-1 型單排鏈和滲碳鋼為材料制作的16 齒和24 齒的鏈輪進行鏈傳動，對傳動鏈進行了校核，其強度和剛度均滿足要求，傳動件的設(shè)計滿足插秧機的需求。

（3）設(shè)計了插植機構(gòu)和鴨嘴機構(gòu)，先由前方的鴨嘴機構(gòu)進行破膜刨坑動作，再由后方的插值機構(gòu)將秧苗插到刨好的坑中，插值機構(gòu)由行星輪盤組成，可使移栽機構(gòu)的上下擺動，移栽機構(gòu)內(nèi)的秧爪內(nèi)裝有推秧凸輪、推秧撥叉、推秧器等零件，讓移栽機構(gòu)按照固定的軌跡完成取秧移栽的動作，由此完成移栽的動作。拖拉機的前進速度是0.4m/s，鴨嘴機構(gòu)每秒鐘要進行2 次刨坑移栽動作，完成2 次移栽工作。