吊籃式自走移栽機的設計

摘要 為保證丘陵地區(qū)秧苗實時移栽，提高移栽質(zhì)量，闡述一種吊籃式自走移栽機行走裝置和移栽機構的結(jié)構及工作原理。通過分析計算及1∶1的建模，驗證行走裝置的工作速度和結(jié)構布局形式，以及移栽機構各動作的協(xié)調(diào)性及栽苗質(zhì)量。根據(jù)建模分析的結(jié)果，確定設計的主要參數(shù)，從而設計出行走機構裝置主要部件輪架機構、主驅(qū)動變速箱機構、機架、升降機構、水平調(diào)節(jié)機構及控制裝置等，移栽機構主要部件移栽變速箱機構、株距調(diào)節(jié)機構、曲柄連桿機構、鴨嘴移栽器、自動喂料機構等。通過樣機試制和試驗，結(jié)果表明：該機具可完成移栽株距（260～600 mm）、移栽深度（80～160 mm）可調(diào)的目標，工作效率高，同時具有結(jié)構合理緊湊、維護方便、操作簡單等優(yōu)點。

關鍵詞 吊籃；移栽機；曲柄多連桿機構；水平調(diào)節(jié)機構；鴨嘴

中圖分類號 S 223 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）20-0186-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.045

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design of a Hanging Basket Type Self-propelled Transplanter

ZHANG Gui-ming， CHAO Shu-juan， YAN Ya-min

（Xuchang Vocational Technical College， Xuchang， Henan 461000）

Abstract To ensure real-time transplanting of seedlings in hilly areas and improve the quality of transplanting， this paper elaborates on the working principle and structure of a basket type self-propelled transplanting machine’s walking device and transplanting mechanism. Verify the working speed and structural layout of the walking device through analysis， calculation， and 1：1 modeling， and verify the coordination of various actions of the transplanting mechanism and the quality of the seedlings. Based on the results of modeling analysis， the main parameters of the design are determined， and the main components of the walking mechanism device—wheel frame mechanism， main drive gearbox mechanism， frame， lifting mechanism， horizontal adjustment mechanism and control device are designed. The main components of the transplanting mechanism—transplanting gearbox mechanism， plant spacing adjustment mechanism， crank connecting rod mechanism， duckbill transplanting device， automatic feeding mechanism， etc. are designed. Through prototype trial production and experiments， this machine can achieve the goals of adjustable transplanting spacing （260-600 mm）， transplanting depth （80-160 mm）， and high efficiency. At the same time， it has the advantages of reasonable and compact structure， convenient maintenance and simple operation.

Key words Hanging basket;Transplanter;Crank multi-link mechanism;Horizontal adjustment mechanism;Duckbill

移栽是指把在大棚中集中育好的秧苗根據(jù)時節(jié)適時栽植到大田中［1］。丘陵地區(qū)灌溉條件差，在無雨季節(jié)易干旱，不利于播種及秧苗生長。過去人們只有等著雨季的到來才能播種，但往往會錯過作物的最佳播種時期，造成作物產(chǎn)量降低。如果采用秧苗移栽，這個時期可以在大棚中采用工廠化育苗的方式集中育苗，等雨季到來時就可以在田間大面積移栽，縮短秧苗在田間的生長時間，充分利用雨季來促進秧苗的生長，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量［2］。為了提高丘陵地區(qū)秧苗移栽效率，抓住雨后墑情及時移栽，提高移栽質(zhì)量，實現(xiàn)移栽機械化，筆者在收集、總結(jié)、吸收國內(nèi)外各種移栽機的結(jié)構及優(yōu)點的基礎上，結(jié)合我國現(xiàn)代種植農(nóng)藝要求和不同種植區(qū)域的特點［3］，通過綜合分析和計算，仿真建模和試驗，成功地開發(fā)、設計出了滿足丘陵地區(qū)斜坡地、小塊地使用的吊籃式自走移栽機［4］。該機具可一次性完成秧苗預裝、壟打孔、秧苗移栽、覆土鎮(zhèn)壓等多道工序，適合于多種小角度傾斜地形和多種類型不同株距作物的移栽［5］。

1 整機結(jié)構設計與工作原理

1.1 基本結(jié)構

吊籃式自走移栽機采用模塊化設計，按功能劃分為行走機構系統(tǒng)和移栽機構系統(tǒng)兩大部分［6］，其機構框架如圖1所示。行走機構系統(tǒng)主要由發(fā)動機、輪架（行走機構）、前輪組機構、連接架、后輪組機構、主驅(qū)動變速箱機構、機架（固定架）、升降機構、前部升降架、中部固定架、后部手扶架等裝置組成；移栽機構系統(tǒng)主要由移栽變速機構（移栽變速箱、無級變速帶輪、株距調(diào)節(jié)）、曲柄連桿機構（曲柄連桿、鴨嘴）、轉(zhuǎn)盤式自動喂料機構（下料筒、轉(zhuǎn)盤）、托盤架和覆土輪機構等裝置組成［7-9］。

1.2 工作原理

吊籃式自走移栽整機工作原理如圖2所示。工作時發(fā)動機的動力通過2級塔輪機構、張緊機構經(jīng)帶傳動把動力傳遞到主變速箱，使主變速箱根據(jù)工作需求獲得2種輸入轉(zhuǎn)速。經(jīng)主變速箱變速后的輸出動力分為2路輸出（驅(qū)動行走輸出和驅(qū)動移栽輸出），驅(qū)動行走輸出通過輪架組件中的轉(zhuǎn)軸及鏈輪箱中的鏈傳動把動力傳遞給后輪（驅(qū)動輪），在前輪的輔助作用下實現(xiàn)整機行走功能。另外，還可以通過升降調(diào)整機構調(diào)整鏈輪箱與輪架組件的相對位置，實現(xiàn)機架相對于地面的高度，滿足不同壟高、地形、移栽深度等需求。驅(qū)動移栽輸出通過工作直徑可手動調(diào)節(jié)的無級變速帶輪經(jīng)帶傳動把動力傳遞給移栽變速箱，使移栽變速箱獲得不同的移栽速度。經(jīng)移栽變速箱變速后把動力傳遞給曲柄連桿機構，由曲柄連桿機構中的平行四邊形機構驅(qū)動鴨嘴運動，由平行四邊形機構的特性來保證鴨嘴在整個運動過程中處于鉛錘狀態(tài)，保證移栽秧苗的直立度［9］。由于移栽變速箱的輸入速度可以無級調(diào)節(jié)，其驅(qū)動的曲柄連桿機構的工作頻次就可以調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)移栽株距的調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)自動喂料，曲柄連桿機構還帶動自動喂料轉(zhuǎn)盤機構轉(zhuǎn)動，自動喂料轉(zhuǎn)盤機構是一個間歇運動機構，由轉(zhuǎn)盤和12個苗杯組成，當鴨嘴上移到極限位置時，自動喂料盤機構中苗杯下口打開，使秧苗落入鴨嘴中，實現(xiàn)往鴨嘴中投苗的功能。投苗后的鴨嘴開始下移，當鴨嘴移動到下極限位置時（鴨嘴扎入土中，入土深度可根據(jù)秧苗移栽深度要求調(diào)節(jié)），鴨嘴打開，把秧苗植入土中，完成移栽。

2 關鍵部件的設計

2.1 曲柄連桿移栽投苗機構的設計

移栽質(zhì)量的好壞需移栽機構來保證［10］。投苗過程中會不會出現(xiàn)夾苗、傷苗、漏投、能不能準確地投到鴨嘴中是由投苗機構來保證的。因此，曲柄連桿移栽投苗機構是移栽機的關鍵部分。為保證移栽質(zhì)量，移栽機構采用平行四邊形機構驅(qū)動鴨嘴的運動。為實現(xiàn)投苗的準確性，投苗機構的運動由移栽機構驅(qū)動，保證鴨嘴運動與投苗運動的協(xié)調(diào)性［11］。

2.1.1 移栽機構的設計。

移栽機構主要由曲柄連桿機構和鴨嘴組成，是移栽機的關鍵部件之一。曲柄連桿機構主要功能是驅(qū)動鴨嘴運動，保證鴨嘴在運動過程中始終處于鉛錘狀態(tài)，保證秧苗栽植后的直立度［12］。曲柄連桿機構采用多連桿機構，如圖3所示，由曲柄桿和8個連桿組成，其中連桿三、連桿七通過固定鉸接點B和直角型連桿五構成平行四邊形機構，連桿四、連桿六通過直角型連桿五和鴨嘴桿件構成平行四邊形機構，2個平行四邊形機構通過直角型連桿五實現(xiàn)聯(lián)動。工作時曲柄桿做整周轉(zhuǎn)動，通過連桿一帶動2個平

行四邊形機構繞固定鉸接點B聯(lián)動，帶動鴨嘴（移栽頭）上下運動；同時通過連桿二帶動喂料拉桿驅(qū)動喂料盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)投苗功能。當鴨嘴（移栽頭）運動到上極限位置時，投苗裝置打開，秧苗落入鴨嘴（移栽頭）中；當鴨嘴（移栽頭）運動到下極限位置時（鴨嘴入土一定深度）打開，實現(xiàn)栽苗。

2.1.2 投苗裝置的設計。

投苗裝置是移栽機的關鍵部件之一，是把秧苗喂入栽植器（鴨嘴）的裝置。該投苗裝置如圖4所示，主要由苗杯安裝盤、苗杯、苗杯驅(qū)動軸、杯底支撐圈等組成。其結(jié)構特點是苗杯上端安裝在苗杯安裝盤上，苗杯安裝盤通過鍵鏈接安裝在苗杯驅(qū)動軸上，由苗杯驅(qū)動軸驅(qū)動苗杯轉(zhuǎn)動。苗杯底部結(jié)構為拍門結(jié)構，杯底通過銷軸、彈簧與杯體相連，在彈簧作用下可自動打開，因此苗杯底部由安裝在側(cè)板固定不動的杯底支撐圈驅(qū)動實現(xiàn)封堵，杯底支撐圈與鴨嘴對應處有缺口，當苗杯轉(zhuǎn)到該缺口處時，苗杯底部打開苗杯中的秧苗在自重作用下落入鴨嘴中。為減輕投苗人員的勞動強度和增加投苗的方便性，苗杯轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速越低越有利于投苗，參考人體1 min抓取頻次和苗杯轉(zhuǎn)盤速度合理設計苗杯轉(zhuǎn)盤直徑，使苗杯安裝盤沿圓周安裝10只苗杯時投苗最方便。

2.2 升降機構的設計

升降機構是移栽機實現(xiàn)不同移栽深度調(diào)節(jié)的關鍵部件之一，移栽升降機構的結(jié)構如圖5所示，主要由升降搖桿、升降螺桿、升降滑塊、連桿1、輪軸連桿、連桿2等組成。其工作過程為旋轉(zhuǎn)升降搖桿帶動升降螺桿轉(zhuǎn)動，升降螺桿轉(zhuǎn)動帶動升降滑塊提升（下降）移動，升降滑塊的移動通過連桿1帶動輪軸連桿驅(qū)動輪軸外套繞輪軸轉(zhuǎn)動，由于輪軸外套與鏈輪箱是一體的，從而帶動安裝輪子的鏈輪箱繞輪軸轉(zhuǎn)動，使機架相對地面的高度發(fā)生改變即機架升降，實現(xiàn)移栽深度調(diào)節(jié)。

3 性能試驗與分析

3.1 試驗概況

吊籃式自走移栽機的技術和性能試驗按照JB/T 10291—2013《旱地栽植機械》標準規(guī)定進行，并制定了吊籃式自走移栽機產(chǎn)品試驗大綱。

試驗時間：2023年4月5日—5月10日；

試驗地點：許昌市西南襄城縣王洛鎮(zhèn)許昌煙草分公司6 700 hm2煙田示范區(qū)；

試驗條件：起壟移栽。壟高400～500 mm，試驗用苗為漂浮育苗煙苗，煙株總高度150 mm［13］。

3.2 試驗內(nèi)容與結(jié)果

3.2.1 空載試運轉(zhuǎn)試驗。

空載運行即機具在不栽植秧苗情況下的運行，在該狀況下機具各運動零件運轉(zhuǎn)良好，無卡滯和異響現(xiàn)象；機構調(diào)整靈活準確，移栽深度和移栽株距的調(diào)節(jié)可滿足農(nóng)藝要求；投苗機構投苗準確無誤，無夾苗和擋苗現(xiàn)象。

3.2.2

移栽性能試驗。該試驗為在某一調(diào)整值下從移栽過的煙壟中根據(jù)標準規(guī)定隨機抽樣檢測10次，試驗結(jié)果見表1。

表1表明：移栽深度、漏栽率、株距變異系數(shù)，都在標準要求范圍內(nèi)（標準要求移栽深度h±2 cm1 cm、漏栽率≤5%、株距變異系數(shù)≤25%），移栽質(zhì)量完全滿足煙草移栽的農(nóng)藝要求。

4 結(jié)論

吊籃式自走移栽機各性能指標符合設計要求，機具具有以下特點：

整機結(jié)構輕巧、轉(zhuǎn)彎靈活、操作簡單，可一次性完成秧苗預裝、起壟打孔、秧苗移栽、覆土鎮(zhèn)壓等多道工序；

移栽器采用曲柄連桿的工作原理，動力傳動成穴系統(tǒng)為機械方式，移栽器自成一體，配合合理穩(wěn)定可靠；

移栽速度快、簡單省力，一些調(diào)整部分采用絞性連接，方便調(diào)整維修；

升降機構可以有效調(diào)節(jié)移栽深度，并有相應水平調(diào)節(jié)裝置，適合于多種小角度傾斜地形移栽；

無級變速調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)移栽株距，調(diào)節(jié)范圍廣，適合多種株距不同類型作物移栽種植。

總之，機具結(jié)構合理，能滿足丘陵地塊規(guī)?；療煵菀圃怨ば虻霓r(nóng)藝要求，具有作業(yè)效率高、移栽深度一致性好、轉(zhuǎn)彎半徑小、操作方便等優(yōu)勢。使用移栽機時，建議做到農(nóng)藝適應農(nóng)機，在耕整地、起壟方面滿足機具的使用要求，以便減少機具使用時的調(diào)整工時，更好地發(fā)揮機具的效率、提高機具的作業(yè)質(zhì)量。

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