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悬杯式
蔬菜
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十二
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悬杯式蔬菜移栽机设计
32页 20000字数+说明书+答辩稿PPT+文献综述+12张CAD图纸
凸轮（9）.dwg
悬杯式蔬菜移栽机设计答辩稿.ppt
悬杯式蔬菜移栽机设计论文.doc
推杆（4）.dwg
撰写要求要求.doc
文献综述.doc
机架（6和8）.dwg
滚子（10）.dwg
爪1和爪2(1和2）.dwg
盖板（5）.dwg
装配图.dwg
轴1(12).dwg
轴2(7).dwg
连杆（3）.dwg
销1和销2（13和14）.dwg
销2.dwg
目录
摘要1
Abstract2
前言3
1 蔬菜移栽机的研究发展3
1.1国外移栽机械的研究概况3
1.2国内移栽机械的研究概况3
1.3移栽机械的主要类型4
1.4移栽机械研究存在的问题及发展趋势9
1.4.1移栽机械研究存在的问题9
1.4.2移栽机械研究的发展趋势9
2 悬杯式蔬菜移栽机的工作机理10
2.1栽苗器整体的运动轨迹分析10
2.1.1栽苗器整体的运动方程10
2.1.2栽苗器的运动轨迹分析11
2.2悬杯式蔬菜移栽机的主要特征参数12
3悬杯式蔬菜移栽机的结构设计14
3.1整机结构与工作过程14
3.1.1整机结构14
3.1.2整机工作过程15
3.1.3性能指标15
3.2栽植单体的设计16
3.2.1栽植轮16
3.2.2悬杯式栽苗器18
3.2.3开沟器23
3.2.4覆土镇压轮23
3.3传动系统24
3.4悬挂装置与机架25
3.5限深轮26
3.6地轮27
4结论28
参考文献28
致 谢30
摘要
近年来，随着我国经济结构和农业种植业结构的调整，蔬菜种植面积逐步增加，蔬菜产业在当地的经济收益上占有很大的比重。大多数蔬菜品种都采用育苗移栽的方式种植，而我国蔬菜移栽机械发展缓慢，长期以来蔬菜移栽一直以手工作业为主，制约了我国蔬菜产业的发展。因此实现移栽生产机械化是我过蔬菜产业亟待解决的关键问题。
本文在分析了国内外移栽机械研究概况、发展趋势以及现有主要机型特点的基础上，根据我国蔬菜生产的实际情况，设计并研制了新型的悬杯式蔬菜移栽机。针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题，设计了悬杯式蔬菜移栽机，阐述了整机的结构及工作原理，并对关键部件进行了具体的结构设计。通过采用水平向后张开的悬杯结构，降低了落苗过程中的伤苗率，提高了整机的栽植质量。由于其悬杯水平左右开启，开口朝后，所以在特征参数的条件下进行移栽作业时作业时，落苗后张开的悬杯从钵苗的侧面沿机组前进方向离开，有效地解决了现有吊篮式移栽机在钵苗过高的情况下落苗容易出现的碰苗问题。在理论分析的基础上，确定了悬杯式蔬菜移栽机整机的总体配置方案和栽植单体、传动系统、悬挂架、限深轮、地轮等零部件的具体结构，用三维设计软件SolidWorks建立了整机的三维模型，并对其进行干涉检查。
关键词：蔬菜移栽机；悬杯式；栽苗器
3.1.2整机工作过程
工作时悬杯式蔬菜移栽机通过三点悬挂与拖拉机相连，由拖拉机牵引完成移栽作业。栽植轮的运动由地轮驱动，地轮通过传动系统将动力传到栽植轮，带动装有悬杯式栽苗器的栽植轮转动。在转动过程中，栽苗器的悬杯始终垂直于地面。当栽苗器旋转到投苗位置时，坐在座椅上的操作者将从钵苗架上取出的钵苗放入悬杯内，钵苗随栽苗器继续旋转。当栽苗器旋转到接近地面位置时，悬杯在由凸轮机构和连杆机构组成的开启装置的控制下，迅速水平张开并向后推动钵苗，使钵苗落入开沟器开出的苗沟内，再经由覆土镇压轮覆土、压实，完成定植工作。在整个落苗的过程中，悬杯始终处于张开的状态。落苗完成后，栽苗器继续随着栽植轮旋转，悬杯从已落入土中的钵苗侧面沿整机前进方向离开土壤，并在凸轮的作用下缓慢的闭合。当栽苗器旋转到一定的位置时完全闭合，开始下一次栽苗过程。
3.1.3性能指标
悬杯式蔬菜移栽机的主要性能指标如表3-1所示。
表3-1 悬杯式蔬菜移栽机的主要性能指标
评价指标参数
配套动力18.4kW以上轮式拖拉机
挂接方式三点悬挂
工作方式单体独立式
生产率/株·min-140~50
株距/mm250~400（可调）
栽植深度/mm55~80
倒苗（钵苗与地面夹角≤45°）率/%≤4
伤苗率/%≤3
3.2栽植单体的设计
悬杯式蔬菜移栽机的单体结构如图3-2所示，由覆土镇压轮、栽植轮架、悬杯式栽苗器、栽植轮和开沟器组成。单体前端与机架铰接，构成一个能随地形起伏而上下运动的仿形机构，以保证栽植深度的均匀一致；单体的后端通过一个限位拉杆与机架连接，可以避免在整机悬挂运输过程中传动系统的链条由于受力过大而绷断；两个栽植轮偏心安装在栽植轮架上，与悬杯式栽苗器共同构成八个平行四边形机构，使承载钵苗的悬杯在运动过程中始终垂直于地面，以保证钵苗的直立度；控制栽苗器悬杯张开与闭合的凸轮与栽植轮固定联接，当栽植轮转动一周时凸轮也刚好转动一周，悬杯张开与闭合一次，完成一次投苗与落苗。
- 内容简介：
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编号（学号）：12254003毕 业 设 计（ 2012届本科） 题 目： 悬杯式蔬菜移栽机的设计 学 院： 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 王耀弘 指导教师： 张祖立 教授 完成日期： 2012年 06月 14 日毕业设计任务书设计题目悬杯式蔬菜移栽机的设计下发任务日期2011.12.25学生姓名王耀弘指导教师张祖立 教授一. 设计主要内容 针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题，设计了悬杯式蔬菜移栽机，设计整机的结构及工作原理，并对关键部件进行了具体的结构设计。通过采用水平向后张开的悬杯结构，降低了落苗过程中的伤苗率，提高了整机的栽植质量。二.设计的基本要求1.有关资料的收集：要求尽量收集第一手资料，资料要真实、可靠、有代表性。2 资料的整理与分析：要求条理清晰，数据分析详尽。3 查阅相关文献：要求贴近主题，有参考价值。4 认真撰写论文，字数在10000字以上。三.设计工作进度安排阶段设计各阶段名称日期1查资料，为设计做准备2009.12.7-2010.3.62完成文献综述外文翻译2010.3.7-2010.4.183进行参数设计和实体建模2010.4.19-2010.5.144完成设计2010.5.15-2010.6.35完成毕业论文2010.6.7-2010.6.86答辩2010.6.12备注：四.应收集的资料及主要参考文献（指导教师指定）1张祖立. 机械设计M.第一版. 中国农业出版社，2004.52王金武. 互换性与测量技术M. 第一版. 中国农业出版社，2008.23巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波. 机械设计课程设计M. 第一版. 东北大学出版社，2000.12说明：此任务由指导教师填写一式两份，一份发给学生，一份发给指导教师留存。沈阳农业大学毕业设计选题审批表选题名称悬杯式蔬菜移栽机的设计题目来源教师学号12254003姓名王耀弘专业机械设计制造及其自动化指导教师张祖立职称教授研 究内 容与当前蔬菜移栽的农艺要求和育苗技术相结合，设计一种结构简单、成本低廉的蔬菜钵苗移栽机，来满足现阶段我国广大蔬菜种植户对实现移栽作业机械化的迫切要求研 究计 划2009.12.272010.03.6 查阅论文资料、为设计进行准备2010.03.72010.04.18 完成文献综述、外文翻译2010.04.192010.04.26 对查阅的资料进行分析、研究2010.04.272010.05.14 对悬杯式蔬菜移栽机进行参数设计，实体建模，以及运动分析2010.05.152010.06.6 完成设计2010.06.72010.06.10 完成毕业论文2010.06.112010.06.12 准备答辩特 色外伸的悬杯栽苗机构设计保证直立度的同时防止碰苗指 导 教 师 意 见教 研 室 意 见学 院 意 见毕业设计指导记录学生姓名王耀弘专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名张祖立职称教授本年度指导毕业生人数设计题目 悬杯式蔬菜移栽机的设计时间地点指导内容指 导 过 程学生签字：年 月 日 指导教师签字：年 月 日教研室主任签字：年 月 日沈阳农业大学学士课程论文目录摘要1Abstract2前言31 蔬菜移栽机的研究发展31.1国外移栽机械的研究概况31.2国内移栽机械的研究概况31.3移栽机械的主要类型41.4移栽机械研究存在的问题及发展趋势91.4.1移栽机械研究存在的问题91.4.2移栽机械研究的发展趋势92 悬杯式蔬菜移栽机的工作机理102.1栽苗器整体的运动轨迹分析102.1.1栽苗器整体的运动方程102.1.2栽苗器的运动轨迹分析112.2悬杯式蔬菜移栽机的主要特征参数123悬杯式蔬菜移栽机的结构设计143.1整机结构与工作过程143.1.1整机结构143.1.2整机工作过程153.1.3性能指标153.2栽植单体的设计163.2.1栽植轮163.2.2悬杯式栽苗器183.2.3开沟器233.2.4覆土镇压轮233.3传动系统243.4悬挂装置与机架253.5限深轮263.6地轮274结论28参考文献28致 谢3029摘要 近年来，随着我国经济结构和农业种植业结构的调整，蔬菜种植面积逐步增加，蔬菜产业在当地的经济收益上占有很大的比重。大多数蔬菜品种都采用育苗移栽的方式种植，而我国蔬菜移栽机械发展缓慢，长期以来蔬菜移栽一直以手工作业为主，制约了我国蔬菜产业的发展。因此实现移栽生产机械化是我过蔬菜产业亟待解决的关键问题。本文在分析了国内外移栽机械研究概况、发展趋势以及现有主要机型特点的基础上，根据我国蔬菜生产的实际情况，设计并研制了新型的悬杯式蔬菜移栽机。针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题，设计了悬杯式蔬菜移栽机，阐述了整机的结构及工作原理，并对关键部件进行了具体的结构设计。通过采用水平向后张开的悬杯结构，降低了落苗过程中的伤苗率，提高了整机的栽植质量。由于其悬杯水平左右开启，开口朝后，所以在特征参数的条件下进行移栽作业时作业时，落苗后张开的悬杯从钵苗的侧面沿机组前进方向离开，有效地解决了现有吊篮式移栽机在钵苗过高的情况下落苗容易出现的碰苗问题。在理论分析的基础上，确定了悬杯式蔬菜移栽机整机的总体配置方案和栽植单体、传动系统、悬挂架、限深轮、地轮等零部件的具体结构，用三维设计软件SolidWorks建立了整机的三维模型，并对其进行干涉检查。关键词：蔬菜移栽机；悬杯式；栽苗器AbstractIn recent years, with the adjustment of the economic and agricultural planting structure of China are pushed forward, the acreage of vegetables gradually increases and the vegetable industry accounts for a large proportion of the local economic benefits. Most vegetable production adopts the technology of seedling nursing, but the vegetable transplanter in our country develops slowly and vegetable transplanting is mainly by manual work for a long time. It has seriously hampered the development of vegetable industry in China. So it has become an urgent issue to achieve seedling transplanting mechanization for our vegetable industry. According to the actual situation of Chinese vegetable production, based on the analysis of domestic and foreign transplanters general situations, development trends and characteristics of existing models, a new cantilever cup vegetable transplanter is designed and manufactured. It uses a cantilever cup planting apparatus as the key component to load and plant seedlings. To solve the problem that the hanging basket transplanter is apt to impact the seedlings when the seedlings are too high，the cantilever cup vegetable transplanter was designedThe structure and the working principle of whole machine were introduced，and the detailed structure of key components was designed By using the cantilever cup which splays in the horizontal plane and opens backwards，the rate of damaged seedlings in the process of dropping seedlings was reduced and the whole machineS planting quality was improvedBecause of its cantilever cup opening backwards in the horizontal plane, so when the vegetable transplanter works under the situation of of characteristic coefficients, the opening cup leaves the seedling from the side along whole machines forward direction, which effectively solve the problem that the existing hanging basket transplanter is apt to impact the seedlings when the seedlings are too high. Based on the theoretical analysis, the overall configuration of cantilever cup vegetable transplanter and the specific structure of transplanting unit, transmission system, suspension frame, depth wheel, and ground wheel were determined. Three-dimensional model of the machine was established by 3D design software SolidWorks and did the interference checking.Key words：vegetable transplanter；cantilever cup；planting apparatus前言我国是世界最大的蔬菜生产国蔬菜产业发展迅速，成效显着，据世界粮农组织 统计，我国蔬菜播种面积和产量分别占世界的43 、49。均居世界第一。20世纪80年代中期以来，特别是90年代，随着全国农业结构调整步伐的加快和人们生活水平的提高，蔬菜生产规模不断扩大。据相关资料统计。我国蔬菜播种面积在上世纪80年代年均增长近10 。90年代年均增长145 ，本世纪前5年平均增长3 到2007年蔬菜播种面积达到26亿亩总产量565亿t，人均占有量420多kg。此外，蔬菜也是我国主要出口创汇商品之一。据统计，2007年我国累计出口蔬菜8l759万t， 与2000年相比增加49729万t，增长155倍；出口额6214亿美元，与2000年相比增加4133亿美元增长199倍。蔬菜业已成为增加农民收入的支柱产业。2007年全国蔬菜播种面积（含西甜瓜)占农作物总播种面积的128，总产值7200多亿元，占种植业总产值比例高达29 在种植业中仅次于粮食。 蔬菜生产属劳动密集型产业约占60的蔬菜品种是通过育苗移栽方式种植的秧苗手工栽植是劳动强度非常大仅次于收获作业的一项农田作业，它约占作物从种到收所需总劳动量的20左右。由于我国蔬菜移栽机械发展慢秧苗栽植几乎全部由人工完成，劳动强度大、生产效率低，栽植质量差、生产成本高。因此，实现蔬菜移栽机械化已成为农业生产的迫切需要。1 蔬菜移栽机的研究发展1.1国外移栽机械的研究概况国外对蔬菜移栽机的研究起步较早，20世纪初期，欧洲一些国家开始大量种植蔬菜和经济作物，出现了早期的手工喂苗的秧苗栽植机具；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽机具的人工动作被移栽机构所取代，送苗入土过程实现了机械化；从50年代开始，多种不同结构型式的半自动移栽机被研制生产并使用，同时，育苗用土钵制钵机开始出现；到20世纪80年代，半自动移栽机已在西方国家的农业生产中广泛使用，制钵、育苗和移栽已形成完整的机械作业系统，实现了各种机具配套使用；到目前为止，欧洲在蔬菜育苗土钵成型及钵上单粒精密播种和自动移栽机械设备等技术上已经达到完善，并应用于实际生产中。日本由于劳动力短缺，移栽机械的使用非常普及，机械化程度很高，广泛研制和使用全自动移栽机，各种移栽机专用性很强，一般只适用于一种农作物，如甜菜自动移栽机、洋葱自动移栽机（陈明，2010）。在美国，旱地移栽机械的研究和应用更为普遍，据资料统计，仅蔬菜育苗机械化程度已达到70%以上。蔬菜育苗机械化的发展大大提高了相应的移栽机械化的发展，在蔬菜生产的各个相关环节都建立了一整套的规范化的操作管理制度，使其作物的生产实现了商品化（王君玲，2006）。1.2国内移栽机械的研究概况 我国移栽机械的研究主要包括，移栽技术与机械发展趋势方面的综合研究、区域化移栽技术发展的研究、具体作物移栽技术的研究、具体栽植机械的应用研究等。我国旱地栽植机械的研究始于20世纪50年代末60年代初，比国外晚了30到40年，当时出现的是棉花营养钵育苗移栽机和甘薯秧苗栽植机的试验研究。20世纪70年代，随着国民经济和农业生产的不断发展以及小型手扶拖拉机作为动力被引用到菜田，育苗移栽机械化曾掀起多次局部高潮（王君玲，2006）。从70年代开始研制裸根苗移栽机械到80年代研制成半自动化蔬菜栽植机，这一阶段是我国移栽机械研究的起步阶段，主要成果是认识到移栽对于作物产量、品质的影响以及对于农业生产的巨大效益。从80年代开始到上世纪末，是我国移栽机械研究的第二个阶段，就移栽技术而言仍然属于起步阶段。有一大批的科研院所在这一阶段加入到研究行列，特别是在玉米、油菜、烟草、棉花、甜菜、大葱、蔬菜等多种作物的移栽领域取得了很大进展，研制出一大批具有代表性的半自动化移栽机样机。进入新的世纪以后，随着人们生活水平的提高，作物移栽的需求较为旺盛，这是我国移栽机械研究的发展阶段。这一阶段除了国内已有机具的完善、拓展外，很多地区开始引进国外的移栽机械进行试验、推广。浙江地区引进日本井关蔬菜移栽机械、云南等烟草产区引进加拿大、日本等国的烟草移栽机进行烟草移栽的试验、推广。国内的许多高校在这一时期都开展了移栽机技术的深入研究，对主要的移栽技术成果进行了总结和介绍，同时也分析了中国移栽机械发展缓慢的原因（吴亦鹏，2009）。目前我国移栽机的研究和应用都还不成熟，机型大多是国外产品的仿制品。这些机具由于与育苗方式不配套或不能满足栽植的要求等原因而没有得到推广应用。而且，这些栽植机械大多是面向玉米和棉花的移栽，在蔬菜栽植机械方面几乎是空白，蔬菜移栽机械的大规模研究工作刚刚起步（王君玲等，2004）。1.3移栽机械的主要类型目前，从工作过程上看，国内外所普遍采用的钵苗栽植机械大都是人工喂苗的半自动栽植机械。按栽植部件持苗及植苗机构的工作原理可分为钳夹式移栽机、链夹式移栽机、吊篮式移栽机、导苗管式移栽机、输送带式移栽机、挠性圆盘式移栽机（陈明，2010）。由于栽植机构型式不同，其工作性能也具有差异，所以适合栽植的作物也有区别。（1）钳夹式移栽机钳夹式移栽机由开沟器、横向输送带、滑道、钳夹、机架、栽植圆盘及覆土镇压轮等主要部件组成，如图1-1所示。在进行移栽作业时，栽植圆盘由地轮或镇压轮驱动，投苗手将秧苗放在安装在栽植圆盘上的钳夹上，秧苗被钳夹夹持并随栽植圆盘转动，到达地面时秧苗与地面垂直，钳夹打开，秧苗落入由开沟器开出的苗沟内，经由覆土镇压轮覆土镇压，完成移栽过程。这种移栽机优点是株距和栽植深度比较稳定，而且结构简单，生产成本较低；缺点是株距不易调节，钳夹易伤秧苗，栽植速度较低，一般为3045株/min。代表机型有法国生产的UT-2型移栽机、前苏联研制的CPHM-4型移栽机、吉林工业大学研制的2ZT型移栽机以及黑龙江农垦科学院研制的2Z-2型移栽机等。图1-1 钳夹式移栽机结构简图1.开沟器 2.横向输送带 3.滑道 4.钳夹 5.机架 6.栽植圆盘7.覆土镇压轮（2）链夹式移栽机链夹式移栽机由开沟器、机架、滑道、栽植链、链夹、驱动地轮、覆土镇压轮、传动链等主要部件组成，如图1-2所示。它的工作原理除传动方式外，和钳夹式移栽机基本相同。栽苗用的链夹安装在栽植链上，栽植链由地轮通过传动链驱动，当链夹随栽植链运动到机具上方时靠重力自动打开，投苗手将秧苗放到链夹上，秧苗被链夹夹持，链夹随栽植链继续向下运动，当到达苗床时，秧苗恰好垂直于地面，链夹受挤压打开，秧苗落入开沟器开出的苗沟内，最后经由覆土镇压轮覆土镇压，完成移栽过程。图1-2链夹式移栽机结构简图1.开沟器 2.机架 3.滑道 4.栽植链 5.链夹 6.驱动地轮 7.秧苗 8.覆土镇压轮 9.传动链链夹式移栽机优点是栽植后秧苗的直立度较好，栽植株距比较准确，喂苗送苗稳定可靠；缺点是生产率比较低，链夹易伤秧苗，而且喂苗区苗夹数较少且呈上下排列，不方便投苗，当栽植速度偏高时容易出现漏栽现象。代表机型有意大利切克基马格利（Checchi&Magli）公司生产的奥特玛栽植机、荷兰米启根（Michigan）公司生产的MT栽植机、意大利生产的NADRI玉米钵苗移栽机、安徽徐州农机研究所研制的2ZY-2型油菜移栽机、唐山农机研究所研制的2ZB-2型移栽机等。（3）吊篮式移栽机吊篮式移栽机由苗箱架、栽植器、偏心轮、地轮、座椅、开沟器、主动轮、覆土器 以及镇压轮等主要部件组成，如图1-3所示。进行移栽作业时，地轮驱动主动轮和偏心轮转动，当吊篮随主动轮和偏心轮旋转到最高位置时，坐在座椅上的投苗手将秧苗放入栽植器的吊篮内，当吊篮随偏心圆盘转到最低位置时，吊篮下部在固定滑道的作用下打开，秧苗落入由开沟器开出的苗沟内，随后由覆土器和镇压轮覆土镇压，完成栽植作业过程。图1-3吊篮式移栽机结构简图1.苗箱架 2.栽植器 3.偏心轮 4.地轮 5.座椅 6.开沟器 7.主动轮 8.覆土器 9.镇压轮吊篮式移栽机是一种适合于钵体尺寸较大的钵苗移栽机，它可用于地膜覆盖后的打孔移栽作业。这种移栽机的优点是吊篮对钵苗不施加任何强制力，钵苗在栽植过程中可不受冲击，特别适合于柔嫩秧苗和根系不太发达而且易碎的钵苗；缺点是结构相对复杂，喂苗速度不能过高，否则漏栽率增加，而且如果移栽的钵苗过高，吊篮在完成落苗后离开的过程中容易碰苗，造成伤苗并影响钵苗的直立度。代表机型有艾德沃思（Edwards）农机厂生产的坡社（REEDU）栽植机、意大利切克基马格利公司（Checchi&Magli）生产的沃夫（wolf）栽植机、莱阳农学院研制的2YZ-40型吊篮式钵苗栽植机、黑龙江八五零农场研制的2ZB-6型钵苗栽植机等。（4）导苗管式移栽机导苗管式移栽机由喂入器、主机架、开沟器、扶苗器、镇压轮、导苗管以及苗架等主要部件组成，如图1-4所示。在进行栽植作业时，由地轮带动水平喂入器转动，投苗手把秧苗放入喂入器中，在传动装置带动下喂入器将秧苗送入倾斜的导苗管中，秧苗在导苗管中靠重力作用自由落到开沟器开出的苗沟内，由扶苗器将秧苗扶正，同时经由覆土镇压轮覆土镇压，完成移栽作业。图1-4导苗管式栽植机结构简图1.喂入器 2.主机架 3.破茬分草器 4.开沟器 5.扶苗器 6.镇压轮 7.导苗管 8.苗架导苗管式移栽机是一种较新型的的移栽机，它的优点是秧苗在导苗管中的运动是自由的，秧苗不易受到损伤，在适当调整导苗管倾角和增加扶苗装置的情况下，可以使秧苗有较好的直立度、深度稳定性和株距均匀性，而且喂苗的劳动强度较小，生产效率较高，在移栽裸根苗的时侯，也不会产生窝根的现象；缺点是结构比较复杂，制造成本偏高。代表机型有意大利切克基马格利公司（Checchi&Magli）生产的TEX2型栽植机、荷兰米启根公司（Michigan）生产的Model4000型栽植机、芬兰劳尼思公司（Lannen）生产的RT-2型栽植机、黑龙江农垦科学院研制的2ZB-4型杯式钵苗移栽机、中国农业大学研制的2ZDF型水平回转喂入杯式导苗管移栽机、山东泰安国泰拖拉机总厂生产的2ZM-2和2ZM-A1型棉花移栽机、吉林工业大学研制的2ZY-2型玉米钵苗移栽机等。（5）输送带式移栽机输送带式移栽机由水平输送带、倾斜输送带、开沟器、覆土镇压轮、传动装置和机架等主要部件组成，如图1-5所示。机具在进行移栽作业时，水平输送带和倾斜输送带的运动速度不同，投苗手将秧苗放在水平输送带上，秧苗在水平输送带上直立前进，在水平输送带的末端翻倒在倾斜输送带上，当秧苗随倾斜输送带运动到接近地面时，秧苗从倾斜输送带上翻转直立落到由开沟器开出的苗沟内，然后由覆土镇压轮覆土、镇压，完成移栽作业。输送带式移栽机优点是结构比较简单，移栽频率很高，可以达到45株/s；缺点是移栽的株距很难控制，栽植的质量差，栽植的可靠性较低。典型代表有1997年山东工程学院研制的输送带式钵苗移栽机。输送带式移栽机优点是结构比较简单，移栽频率很高，可以达到45株/s；缺点是移栽的株距很难控制，栽植的质量差，栽植的可靠性较低。典型代表有1997年山东工程学院研制的输送带式钵苗移栽机。图1-5输送带式栽植机工作原理图1.水平输送带 2.倾斜输送带 3.秧苗（6）挠性圆盘式移栽机挠性圆盘式移栽机由限深轮、开沟器、悬挂装置、秧苗架、输送链、传动链、地轮、挠性圆盘、座椅、镇压轮以及覆土器等主要部件组成,如图1-6所示。在进行移栽机作业时，地轮驱动输送链转动，镇压轮驱动挠性圆盘转动，投苗手将秧苗喂入输送链的秧托内，秧苗随输送链进入由两片挠性圆盘组成的栽植器内，当秧苗随挠性圆盘转到接近地面位置时，栽植器把秧苗栽入由开沟器开出的苗沟中，经过覆土镇压后，完成作业。图1-6挠性圆盘式栽植机结构简图1.限深轮 2.开沟器 3.悬挂装置 4.秧苗架 5.输送链 6.传动链 7.地轮 8.挠性圆盘 9.座椅 10.镇压轮 11.覆土器 12.秧苗挠性圆盘式移栽机优点是对株距的适应性较好，特别适合于栽植小株距作物，而且结构简单实用，成本低廉；缺点是栽植时株距会产生较大的变异，栽植的深度不够稳定，而且挠性圆盘寿命较短。代表机型有德国PRIMA公司生产的夹盘式压缩土钵苗移栽机、日本丰收产业公司研制0P290型和OP2100型全自动白葱移栽机、法国的皮卡多尔栽植机、日本久保田公司生产的KN-P6半自动大葱移栽机、吉林省白林地区农机所研制的2Z-1型甜菜移栽机、新疆农科院农机所研制的2ZT-2型纸筒甜菜移栽机等。通过农业生产的实际应用，这些移栽机的优越性已明显地表现出来，不仅大大减轻了移栽作业的劳动强度，提高了劳动生产率，而且提高了作业质量，有利于作物生长发育，便于规范化管理。但是，这些机具普遍存在着结构复杂、造价昂贵的问题，有悖于中国移栽作业的生产实际，机型定位与种植规模和农民的实际购买力不相适应。我们因当充分吸取发达国家移栽机械研究过程中的经验和教训，从中国农业种植的生产实际出发，研制适合中国国情的、稳定可靠的移栽机。1.4移栽机械研究存在的问题及发展趋势1.4.1移栽机械研究存在的问题经过多年的研究与推广，我国旱地移栽机械化生产有了很大的发展，但仍然存在着许多需要迫切解决的问题。（1）我国地域辽阔，自然条件差异很大，各个地区环境和种植方式不同，在蔬菜移栽的品种、栽植要求等方面千差万别，而且各地经济水平不一样，因而对蔬菜移栽机械化的研究各自为政，并且重复工作较多，导致我国对移栽机械的研究进展缓慢。（2）我国目前生产的半自动栽植机功能单一，通用性和互换性较差，部分机型性能较差。（3）我国在制钵、育苗和移栽几个环节的研究相脱离，各自采用不同的标准，导致研制出的移栽机与秧苗不配套。而且许多栽植机械是在借鉴国外先进技术的基础上直接仿制出来的，没有与我国育苗技术的生产实际相结合，缺乏实用特色，导致研制出的机型无法大面积推广应用。（4）对众多作物栽植的经济性研究不足。作物栽植的综合经济效益是关系到栽植机械能否推广使用的关键问题之一。（5）缺乏完善和科学的栽植指标评价方法或标准。虽然对栽植机的性能评价和检测方法已有文献进行过论述，但尚未形成具有约束力的统一标准。如何科学地评价栽植机的性能仍是目前亟待解决的问题。1.4.2移栽机械研究的发展趋势（1）结合我国地域辽阔，各个地区环境和种植方式不同的特点，加强对蔬菜种植要求等方面的基础研究，为移栽机械的研制、检测提供统一的标准，避免不必要的重复研究工作。（2）蔬菜移栽生产是一项系统工程，建立适宜的蔬菜移栽机械化技术体系，涉及园艺、农学、植保、机械设计与制造、自动控制等领域，需多学科联合攻关。为形成我国特有的蔬菜钵苗移栽技术体系，需农机与农艺、栽植机械与育苗技术相结合，应对作物的栽培工艺和种植要求规范化、标准化，深入研究栽植机构工作原理及与作物相适应性的关系，而不能仅限于仿制国外引进的机械。（3）完善现有机型的性能和功能，提高现有移栽机栽植质量和可靠性，并将常用零部件标准化、系列化，增加其通用性和互换性。（4）从我国现阶段蔬菜种植的实际情况出发，将专用移栽机和通用移栽机的研究相结合。一方面由于许多作物的栽植要求比较特殊，需要开发研制专用移栽机，国内在这方面存在空白，如能够在温室作业的小型半自动化蔬菜移栽机等；另一方面，应当注意移栽机械的通用性，达到一机多用，从而提高移栽机械的利用率，而不应片面地追求自动化。（5）结合我国农民对农机的热情高、购买能力低这个制约我国农机发展的客观事实，发挥现代工业的特点，选择性能优异的产品，进行批量生产，降低移栽机械的研制成本。2 悬杯式蔬菜移栽机的工作机理悬杯式蔬菜移栽机的主要栽植5机构由主动栽植轮、偏心栽植轮和悬杯式栽苗器组成。悬杯式栽苗器通过两点与栽植轮铰接，构成若干平行四边形结构，使悬杯在随栽植轮旋转时始终垂直于地面，如图2-1所示。工作时，栽植轮随整机前进的同时也绕自身转轴旋转，由人工将钵苗放入旋转到喂苗位置处于闭合状态的悬杯内，钵苗随栽植轮继续向下转动；当悬杯转到落苗位置时，由控制机构打开，钵苗落入苗沟内，随后覆土定植；落完苗的悬杯由控制机构关闭，并随栽植轮继续转动，直到回到喂苗位置开始下一次栽苗。图2-1 栽植机构工作原理图1.栽苗器 2.主动栽植轮 3.偏心栽植轮为了使各个悬杯式栽苗器在随栽植轮转动到极限位置（如图2-1所示）时互不干涉，悬杯式栽苗器整体的长度必须小于同一个栽植轮相邻两铰接点之间的弦长，即： （2-1）式中：栽苗器整体的长度；同一个栽植轮相邻两铰接点之间的弦长。2.1栽苗器整体的运动轨迹分析2.1.1栽苗器整体的运动方程由悬杯式蔬菜移栽机的工作机理可知，栽苗器在随着栽植轮旋转的同时，也随整机向前匀速运动，如图2-2所示。因而栽苗器整体的运动是相对于整机的旋转运动与整机向前匀速运动的复合运动，其运动轨迹方程为： （2-2）整理得： （2-3）式中：栽植轮半径；栽植轮角速度；工作时间；整机前进速度；栽植轮中心到地面的距离。将上式两边求一阶导数，得栽苗器的速度方程为： （2-4）引入特征系数，当分别取三种不同的情况时，栽苗器的运动轨迹如图2-2所示，曲线上各点的切线方向即为悬杯瞬时绝对速度的方向。图2-2 栽苗器运动轨迹示意图2.1.2栽苗器的运动轨迹分析蔬菜钵苗移栽过程中，为了保证钵苗的直立度并减小钵苗所受的冲击，需要钵苗在静止状态下进行覆土压实，这就要求整机在连续前进运动的情况下，为每株钵苗创造一瞬间的相对静止状态，以便完成定植工作，这就是移栽机械的零速投苗原理。绝大多数移栽机械的设计和使用都遵循和使用这这一原理，但在实际生产中，受驱动地轮的滑移、土壤的物理状态及流动性等问题的影响，很难使钵苗在落地瞬间获得绝对的零速，因此零速投苗状态只是一种理想的状态（王君玲，2006）。普通吊篮式移栽机在栽苗过程中，吊篮在竖直方向向两侧张开，钵苗只靠自身重力落到苗沟内，吊篮容易带苗，造成钵苗的损伤。根据莱阳农学院宋洪波等（1997）对其投苗位置的研究，当时，栽苗器的运动轨迹为短轴摆线，此状态下投苗时水平分速度大，更主要的是入土和出土行程较大，工作阻力较大，另外覆土镇压后栽苗器脱苗高度较低且速度较快易造成伤苗；当时，栽苗器运动轨迹为普通摆线，普通摆线最低点投苗可保证“零速”投苗，投苗后秧苗稳定性好，但栽苗器出土时脱土困难；当时，插栽器运动轨迹为余摆线，较理想的栽苗器运动轨迹为摆环较小的余摆线，既可保证栽苗器出土时较好的脱土性能，又可保证插栽器在较长时间内扶持秧苗，使之在扶持和直立状态下完成覆土镇压（宋洪波等，1997）。由图2-2栽苗器的运动轨迹示意图可以看出，时，吊篮完成落苗离开钵苗的过程中无法避免的要从钵苗的正上方经过。当钵苗过高时吊篮便容易碰苗，对钵苗造成损伤，并影响钵苗的直立度。本文设计的悬杯式蔬菜移栽机在栽苗过程中，栽苗器的悬杯水平左右张开，当时，可以避免悬杯从苗的正上方经过，从而克服了悬杯在完成落苗后离开钵苗的过程中碰苗的问题。而且悬杯的内壁对钵苗有一个向后的推动作用，有助于钵苗顺利离开悬杯，如图2-3所示。此时，悬杯两侧的松土回流，从苗的两侧及后方拥入，将苗固定住。若钵苗此时的绝对速度向后，将正好与回流的土壤相遇，有利于保证钵苗的直立度。由于落苗时间较短，悬杯需要迅速张开，因而向后推动钵苗的速度较大。为了避免钵苗的钵体因为向后的绝对速度过大而受到冲击损伤，栽苗器整体应具有向前的速度，即。这样，不仅能降低钵苗向后的绝对速度，而且能使悬杯前方的土壤受到挤压，使土从苗的前方拥入，有利于钵苗的覆土。图2-3 栽苗器悬杯开口方向示意图综上所述，当时，可以使钵苗具有较小的、向后的绝对速度，这样可以满足既能保证钵苗的直立度又避免钵体受到冲击损伤的生产要求。2.2悬杯式蔬菜移栽机的主要特征参数设计悬杯式蔬菜移栽机需要考虑的主要特征参数有整机前进速度、钵苗栽植的株距、投苗手人工投苗的频率、栽植轮上悬杯的个数以及驱动地轮到栽植轮的传动比等，确定它们之间的关系可以为后续的设计计算提供必要的理论依据。这些关系包括如下几条：（1）整机前进速度、人工投苗频率、栽植株距之间的关系： （2-5）式中：整机前进速度，m/s；人工投苗频率，株/min；栽植株距，mm。（2）人工投苗频率、栽植轮上悬杯个数、栽植轮转速之间的关系： （2-6）式中：人工投苗频率，株/min；栽植轮轮上悬杯个数，个；栽植轮转速，r/min。（3）栽植株距、栽植轮上悬杯个数、驱动地轮到栽植轮的传动比、地轮滑移率之间的关系： （2-7）式中：栽植株距，mm；驱动地轮半径，mm；驱动地轮到栽植轮的传动比；地轮滑移率，%；栽植轮上悬杯个数，个。（4）栽植株距、栽植轮上悬杯个数、特征系数之间的关系： （2-8）式中：栽植株距，mm；栽植轮半径，mm；引入的特征系数；栽植轮轮上悬杯个数，个。（5）栽植轮角速度、整机前进速度、驱动地轮到栽植轮的传动比、地轮滑移率之间的关系： （2-9）式中：栽植轮角速度，rad/s；地轮滑移率；整机前进速度，m/s；驱动地轮半径，mm；驱动地轮到栽植轮的传动比。（6）特征系数、地轮滑移率、驱动轮到栽植轮的传动比之间的关系： （2-10）式中：引入的特征系数；栽植轮半径，mm；地轮滑移率；驱动地轮半径，mm；驱动地轮到栽植轮的传动比。通过对悬杯式蔬菜移栽机的工作机理和栽苗器整体运动过程的分析，确定了采用外伸的悬杯结构作为栽苗机构的研究方案。由于悬杯在落苗时是朝后水平张开的，而且有向后的推苗作用，所以采用悬杯式栽苗器在特征参数的条件下进行移栽作业，既有助于钵苗离开悬杯，又避免了普通的吊篮式蔬菜移栽机在完成落苗离开的过程中容易碰苗的问题。最后，确定了在设计悬杯式蔬菜移栽机的过程中需要考虑的主要特征参数之间的关系，为后续设计计算提供了理论依据。3悬杯式蔬菜移栽机的结构设计3.1整机结构与工作过程3.1.1整机结构悬杯式蔬菜移栽机的整机结构如图3-1所示，主要由悬杯式栽苗器、钵苗架、悬挂装置、限深轮、开沟器、机架、栽植轮、地轮、覆土镇压轮、座椅等部分组成。其中钵苗架、悬挂装置、限深轮、开沟器、地轮及座椅与机架主梁直接相连；由悬杯式栽苗器、栽植轮、栽植轮架及覆土镇压轮组成的栽植单体，前端与机架铰接构成一个仿形机构，后端通过一个限位拉杆与机架主梁相连。图3-1 悬杯式蔬菜栽植机的结构简图1.悬杯式栽苗器 2.钵苗架 3.传动系统 4.悬挂装置5.限深轮 6.开沟器 7.机架8.栽植轮架 9.栽植轮 10.地轮 11.覆土镇压轮 12.座椅3.1.2整机工作过程工作时悬杯式蔬菜移栽机通过三点悬挂与拖拉机相连，由拖拉机牵引完成移栽作业。栽植轮的运动由地轮驱动，地轮通过传动系统将动力传到栽植轮，带动装有悬杯式栽苗器的栽植轮转动。在转动过程中，栽苗器的悬杯始终垂直于地面。当栽苗器旋转到投苗位置时，坐在座椅上的操作者将从钵苗架上取出的钵苗放入悬杯内，钵苗随栽苗器继续旋转。当栽苗器旋转到接近地面位置时，悬杯在由凸轮机构和连杆机构组成的开启装置的控制下，迅速水平张开并向后推动钵苗，使钵苗落入开沟器开出的苗沟内，再经由覆土镇压轮覆土、压实，完成定植工作。在整个落苗的过程中，悬杯始终处于张开的状态。落苗完成后，栽苗器继续随着栽植轮旋转，悬杯从已落入土中的钵苗侧面沿整机前进方向离开土壤，并在凸轮的作用下缓慢的闭合。当栽苗器旋转到一定的位置时完全闭合，开始下一次栽苗过程。3.1.3性能指标悬杯式蔬菜移栽机的主要性能指标如表3-1所示。表3-1 悬杯式蔬菜移栽机的主要性能指标评价指标参数配套动力18.4kW以上轮式拖拉机挂接方式三点悬挂工作方式单体独立式生产率/株min-14050株距/mm250400（可调）栽植深度/mm5580倒苗（钵苗与地面夹角45）率/%4伤苗率/%33.2栽植单体的设计悬杯式蔬菜移栽机的单体结构如图3-2所示，由覆土镇压轮、栽植轮架、悬杯式栽苗器、栽植轮和开沟器组成。单体前端与机架铰接，构成一个能随地形起伏而上下运动的仿形机构，以保证栽植深度的均匀一致；单体的后端通过一个限位拉杆与机架连接，可以避免在整机悬挂运输过程中传动系统的链条由于受力过大而绷断；两个栽植轮偏心安装在栽植轮架上，与悬杯式栽苗器共同构成八个平行四边形机构，使承载钵苗的悬杯在运动过程中始终垂直于地面，以保证钵苗的直立度；控制栽苗器悬杯张开与闭合的凸轮与栽植轮固定联接，当栽植轮转动一周时凸轮也刚好转动一周，悬杯张开与闭合一次，完成一次投苗与落苗。图3-2 悬杯式蔬菜栽植机单体结构简图1.覆土镇压轮 2.栽植轮架 3.悬杯式栽苗器 4.栽植轮 5.机架 6.开沟器3.2.1栽植轮栽植轮的结构如图3-3所示，主要由轮缘、轮辐及轮毂组成，轮缘上开有孔槽，用来固定安装栽苗器。通过实际测量，得到常见蔬菜如茄子、辣椒、番茄等的钵苗的高度一般为80220mm。为了防止钵苗在悬杯中随栽植轮转动过程中发生碰苗，在确定栽植轮半径及栽苗器个数时，须使栽植轮上相邻栽苗器安装位置之间的弦长大于钵苗的高度。如图3-3所示。设同一栽植轮上相邻两个栽苗器的安装位置之间的弦长为，栽植轮半径为，相邻轮辐之间的夹角为，栽苗器个数为，则 （3-1） （3-2）设栽植的株距为，不考虑地轮滑移的影响，则 （3-3）联立式（3-1）、（3-2）、（3-3）得 图3-3 栽植轮的结构简图1.栽苗器 2.轮缘 3.轮辐 4.孔槽 5.轮毂 （3-4）根据常见蔬菜栽植的农艺要求，参考株距一般为200400mm，如表3-2所示。表3-2 常见蔬菜栽植株距要求作物种类品种名称参考株距/cm甜椒航空椒2025茄子黑又亮3040黄瓜露丰四号30番茄小仙桃40取mm时，与的关系曲线如下图图3-4所示。由图3-4可以看出，随着栽苗器个数的增大，弦长增大的趋势越来越小，而由式3-3可知，在保证一定株距的条件下，越大，栽植轮半径也会增大。综合考虑，取，则栽植轮半径mm，取mm，此时mm，满足大于钵苗高度的实际要求。图3-4弦长LX与栽苗器个数N之间的关系3.2.2悬杯式栽苗器悬杯式栽苗器的结构如图3-5所示，主要由悬杯、连杆机构、弹簧、凸轮、导轨以及凸轮轴等组成。其中悬杯主要用来承接钵苗并完成栽苗；连杆机构、弹簧和凸轮机构共同组成悬杯张开与闭合的控制装置；栽植轮与凸轮轴固定连接，带动固定在轴上的凸轮转动，控制悬杯的的张开与闭合。当载有钵苗的栽苗器随栽植轮旋转下降时，凸轮处于远休止过程，承载钵苗的悬杯始终闭合；当栽苗器接近地面时，凸轮旋转到回程位置，由于凸轮回程运动角设计的比较小，悬杯在弹簧的作用下迅速张开，并向后将钵苗推出悬杯，保证了落苗的及时性；钵苗落到苗沟后，栽苗器随着栽植轮继续旋转上升，凸轮处于近休止过程，悬杯保持张开的状态，保证了悬杯从钵苗侧上方离开时在钵苗过高的情况下也不会伤苗；当栽苗器上升到一定高度，凸轮旋转到推程位置，悬杯在凸轮作用下缓慢的关闭，直到旋转到一定位置时完全闭合，开始下一次栽苗过程。图3-5 悬杯式栽苗器的结构简图1.悬杯 2.连杆机构 3.弹簧 4.凸轮 5.导轨 6.凸轮轴（一）悬杯的设计为了实现更好的栽苗效果，需结合钵苗的形状、尺寸对悬杯进行设计。目前市场上应用较多的蔬菜育苗盘有50、72、128、200、288、392孔等多种类型的，其中72孔的穴盘在蔬菜生产中应用最普遍。悬杯式栽苗器就是针对这种采用6列12行72孔的穴盘作为育苗容器的蔬菜钵苗而设计的。72孔育苗穴盘如图3-6所示，每个种穴为正四棱台形状，其口部最大尺寸为45mm，底部最大尺寸为25mm，高为45mm。为方便投苗手投苗和有利于悬杯入土，悬杯上下呈圆柱圆锥状，如图3-5所示，总的高度为120mm，圆柱部分高度为60mm，上端开口直径比穴盘种穴口部的最大尺寸略大，为50mm，底部直径为20mm。图3-6 育苗穴盘（二）悬杯张开与闭合控制装置的设计凸轮连杆组合机构是由连杆机构和凸轮机构按一定工作要求组合而成的，它综合了这两种机构各自的优点，能够实现复杂的运动轨迹或满足某些特定的要求。由前文分析可知，悬杯投苗时需要快速水平张开，缓慢的关闭，而且要使悬杯在张开过程中对钵苗有一个向后的推动作用，采用凸轮连杆组合机构作为控制装置能很好的满足生产要求。在对悬杯张开与闭合控制装置的结构进行具体设计时，需要考虑以下几点设计要求：（1）悬杯张开足够大，能使钵苗顺利离开悬杯，即要求悬杯开口尺寸大于钵苗的最大尺寸。（2）合理布置连杆机构的位置，使悬杯向后推动钵苗的距离尽量大。（3）合理选择连杆机构的传动角和压力角，使连杆机构具有较好的传力特性。（4）设计合理的凸轮廓线，使悬杯实现快速张开、缓慢关闭的运动特点。（5）合理确定凸轮的基本参数，使整个机构受力合理、动作灵活、结构紧凑。（6）栽苗器整体的长度要小于同一个栽植轮相邻两铰接点之间的弦长，即满足式（2-1）所示的栽苗器随栽植轮转动时互不干涉的条件。（7）使钵苗落地时具有较小的向后的绝对速度，从而满足既能保证钵苗的直立度又避免钵体受到冲击损伤的生产要求。综合考虑以上设计要求，最终确定悬杯式栽苗器悬杯张开与闭合控制装置的各主要杆件长度及整体布局如图3-7所示，其中凸轮从动件的行程为15mm。此时悬杯最大张口约为65mm，足够使钵苗顺利离开悬杯；栽苗器整体长度约为220mm，满足式（2-1）提出的栽苗器随栽植轮转动时互不干涉的条件。根据第二章对栽植机理的分析可知，钵苗在落苗过程中相对地面的绝对速度对栽苗质量具有很大影响。因而需要根据落苗时钵苗的速度，选择合适的凸轮回程运动角的大小，以便使钵苗在落苗时具有较小的向后的绝对速度，从而更好的保证钵苗的栽植效果。图3-7 悬杯式栽苗器整体布局图为了分析问题方便，我们假设落苗过程中钵苗在离开悬杯之前始终与悬杯内壁接触，那么悬杯内壁A处沿前进方向的水平速度即为钵苗的速度。建立图3-8所示的直角坐标系，将连杆机构各构件表示为杆矢，各杆矢方位角均由轴沿逆时针方向计量。图3-8 悬杯运动简图在图3-8中，各杆矢构成的矢量封闭方程为： （3-5）将式（3-5）分别向x轴、y轴投影，得： （3-6）联解上式，得杆OB、杆BC的角位移为： （3-7）式中：杆OB的角位移；杆BC的角位移；杆OB的长度；杆BC的长度；滑块铰接中心到O点的水平距离；滑块的偏心距。对式（3-6）两边求导并联立求解，可得杆OB、杆BC的角速度为： （3-8）式中：杆OA的角速度；杆AB的角速度；滑块移动的速度。由图3-7可以看出，滑块移动的速度与凸轮推杆的速度相同，即： （3-9）式中：凸轮推杆的速度。由于受人工投苗频率的限制，凸轮工作速度较低，因此为了便于加工，凸轮机构推杆采用较为简单的等速运动规律，其推程的运动方程为： （3-10）回程运动方程为： （3-11）式中：凸轮推杆的位移；凸轮推杆的速度；凸轮推杆的行程；凸轮转动的角速度；凸轮转角；凸轮推程运动角；凸轮回程运动角。根据整个栽植单体的结构特点，栽植轮与凸轮轴固定连接，当栽植轮转动一周时凸轮也刚好转动一周，因而凸轮转动的角速度与栽植轮转动角速度相同，即： （3-12）考虑地轮的滑移率后，根据式（2-9）栽植轮转动的角速度、整机前进速度、驱动地轮到栽植轮的传动比以及地轮滑移率之间的关系，有： （3-13）式中：栽植轮角速度；地轮滑移率；整机前进速度；驱动地轮半径；驱动地轮到栽植轮的传动比。在图3-7所示的坐标系中，可以看出悬杯内壁A处的水平速度为： （3-14）式中：悬杯向后推动钵苗的速度。杆OA的长度，杆OA与杆OB的夹角。根据第二章对栽苗器运动轨迹的分析可知，钵苗在落苗过程中的速度为栽苗器整体随栽植轮旋转的水平线速度与悬杯向后推动钵苗的速度的合成，即： （3-15）将式（2-4）和式（3-7）（3-14）代入式（3-15），整理可得落苗过程中钵苗的速度为： （3-16）根据式（3-16）可知，只要通过合理设计地轮、栽植轮、栽苗器等关键部件的结构，就可以使钵苗具有较小的向后的绝对速度，从而满足既能保证钵苗的直立度又避免钵体受到冲击损伤的生产要求。将确定的各参数带入式（3-16），经计算当凸轮的回程运动角时，落苗过程中钵苗的速度大约0.004m/s。3.2.3开沟器开沟器的作用是在耕整好的田地上开出苗沟，以减少栽苗时悬杯入土的阻力。对开沟器的基本要求是：开沟直，深度一致且符合要求，不乱土层，不让土中的杂物（作物残茬、杂草等）造成拥塞，对土壤的适应性好，结构简单，阻力小（李宝筏，2003）。开沟器可以分为滚动式和移动式两大类，通常在旱地移栽机械上采用的都是移动式开沟器。移动式开沟器随机器的前进方向平动，靠铲尖部位与地面形成一定的夹角或外加压力入土，破土能力较强，结构简单。常用的有锄铲式、箭铲式、芯铧式、靴式、滑刀式、船式等多种类型。本文采用的是芯铧式开沟器，其结构如图3-9所示，主要由套架、调节螺栓、柄柱、侧板和芯铧等组成。工作时芯铧入土，将土壤推向两侧由两个侧板挡住，钵苗从悬杯中落入沟底后，土壤由侧板后部落回沟内覆土。通过调节螺栓可以调节开沟的深度，从而满足不同栽植深度的要求。这种开沟器的特点是沟底平整、苗幅宽，可防止干湿土混杂，利于保墒出苗。图3-9 开沟器结构简图图3-10 覆土镇压轮统结构简图1.套架 2.调节螺栓 3.柄柱 4.侧板 5.芯铧1.连接架 2.调节螺栓 3.轮架 4.轮3.2.4覆土镇压轮由于开沟器只能使少量的湿土落回沟内覆土，满足不了钵苗覆土厚度的要求，而且自然回落的土壤较松，因而通常还要在开沟器后安装覆土器和镇压轮。对覆土器的要求是覆土深度均匀一致，覆土时不能改变钵苗在苗沟内的位置。常用的覆土器有链环式、弹齿式、爪盘式、圆盘式、刮板式等。对镇压轮的要求是必须转动灵活，不粘土，不壅土，镇压力可适当调整，镇压后地表不产生鳞状裂纹。目前常用的镇压轮类型较多，按其形状分，主要有圆柱形、凸鼓形、凹腰形等。好的镇压轮能使钵苗的钵体和土壤密切接触，促进钵苗对土壤水分和养分的吸收，加强对水、肥、热的有效利用，使得苗全、苗壮（吕小荣，2008）。参照德国生产的Prima型挠性圆盘式旱地钵苗移栽机，本文将覆土器和镇压轮合为一体，采用图3-10所示的覆土镇压轮结构，能同时完成钵苗的覆土和镇压。它主要由连接架、调节螺栓、轮架和轮组成，其中，连接架与栽植轮架后端固定，由于栽植轮架前端与整机机架铰接，因而可以根据整机机架高度的不同，通过调节螺栓调节覆土镇压轮的高度，使栽植轮架保持与地面平行，从而保证栽苗器垂直于地面，取得良好的栽植直立度和覆土镇压效果。3.3传动系统由于悬杯式移栽机要实现固定株距的栽植，需要定传动比传动，故选择链传动用于动力传递。传动系统的结构简图如图3-11所示，主要由三级链传动组成，其中传递力矩较大的地轮总成处选用10A型链，用于将动力传递给单体的采用常用的08B型。地轮在地面上向前行走时，经过两级链传动将其转动传到传动主轴上，主轴上的链轮再经过一级链传动将动力传到栽植轮上，驱动栽植轮工作。这种布置的优点是一根传动主轴可以带动多个移栽单体，使整个布局紧凑，节省空间。通过更换不同的调节链轮，可以改变整个传动系统的传动比，从而达到调节株距的目的。图3-11 传动系统结构简图1.轴承 2.传动主轴 3.链轮 4.调节链轮 5.链条在考虑地轮的滑移率的情况下，株距与传动比的关系为： （3-17）根据相关资料（杨海等，2005），一般，取，时，经计算不同的株距对应的调节链轮齿数如表3-3所示。表3-3 调节链轮齿数与株距对应关系表调节链轮齿数z传动比i株距S / mm211.1235251.3279291.5324331.7369371.94133.4悬挂装置与机架为了提高动力机械的通用性和利用率，田间作业机械一般与拖拉机配套使用。拖拉机与农具的连接机构通称为挂接装置，其连接方式可分为：悬挂式、半悬挂式和牵引式等几种。悬挂机组是用拖拉机上的悬挂机构将作业机具与拖拉机连接在一起构成作业机组，悬挂装置不仅起到传递牵引力的作用，而且还有升降农具、控制工作深度的作用。目前这种连接方式不仅在移动式作业机具如犁、耙、中耕机、播种机等已广泛使用，而且对于某些经常移动的固定式作业机具如抽水机等在转移地点时也采用了这种方式。因此，悬挂装置在农业机械的挂接中具有重要地位，与牵引式机具相比，它具有几下优点：（1）机动性好。作业机具在悬起后，由于机器本身不与地面接触，因而拖拉机不因带有农具而影响他原有的机动性，转向方便灵活，回转半径小，空行时间短，道路行驶速度高，通过性能好。（2）结构简单、重量轻。悬挂机具可直接与拖拉机挂结，机具本身不需要设置行走、牵引、升降等机构，因此结构紧凑，可节约钢材，减轻机器重量，降低制造成本。（3）可改善拖拉机的牵引性能。由于悬挂机具与拖拉机结合成为一体，因此作业机具的重量和工作阻力的铅垂分力，都可能转移到拖拉机的驱动轮上，增加驱动轮的载荷，从而提高拖拉机的牵引性能。综上考虑，本研究采用常用的三点悬挂机构。它应满足的要求是：（1）能将悬杯式蔬菜移栽机整体升起或降下，满足栽苗器位置高低及入土深度的要求。（2）使移栽单体保持纵向水平和横向水平。（3）能使移栽机方便与拖拉机挂接或卸下。由于整个栽植机构总重量较大，当整机完全挂起离开地面时，悬挂横梁受的作用力较大，为使机架工作可靠，其前梁、后梁及侧梁均采用505的方管，上下悬挂点采用1550的钢板，具体结构如图3-12所示。图3-12 悬挂装置与机架结构简图1.下悬挂点 2.上悬挂点 3.前梁 4.侧梁 5.后梁3.5限深轮悬挂农机具工作位置的控制方式主要有以下三种高度调节法、位置调节法和阻力调节法（吕小荣，2008）。（1）高度调节法，利用农机具自备的限深轮调节农机具工作部件相对于地面的高度。限深轮可用手柄通过丝杠调节，多用于中耕、播种等工作阻力小而工作深度要求一致的作业。（2）位置调节法，机组工作时，农具与拖拉机保持不变的相对位置关系，农具固定在某个空间位置。农具与拖拉机的相对位置，用液压系统人为调节，调定后相对位置不能变。这种方式适用于与工作深度无关的农田作业，如喷药。也可用于地势平坦而土壤比阻变化不大的耕作。若土壤起伏或有田埂，则会使耕深质量变差，甚至损坏农机具；若土壤板结，比阻变化大，虽然耕深能保证，但会使发动机负荷稳定性变差。（3）阻力调节法，当操纵手柄给定某一工作位置时，农机具有相对于某特定牵引阻力的工作深度，如果土壤比阻变化，农具工作深度相应做出调节以保持牵引阻力不变的方法称为阻力调节法，简称力调节。它适合在土壤比阻变化不大的不平地面上工作，能在一定程度上保持耕深的稳定。拖拉机负荷基本不变，但轻负荷时，反应不灵敏，而土壤变硬，阻力变大时，反会引起耕深变浅，甚至不入土。根据移栽机工作阻力较小且栽植深度要求一致的的特点，本研究采用的是利用限深轮调节工作部件相对地面高度的高度调节法，其结构如图3-13所示。工作时，通过调节螺栓调好限深轮的高度，使整机在前进过程中随地面起伏仿形工作，从而获得均匀一致的栽植深度。图3-13 限深轮结构简图图3-14 地轮结构简图1.连接架 2.调节螺栓 3.轮架 4.轮 1.调节手柄 2.连接架 3.轮架 4.轮 3.6地轮农业机械中一般对地轮的要求较高，这是因为农田地面通常都比较松软，但却要求地轮不能将土壤压得太坚实且不要碾出深的辙沟，而且在松软的地里工作时轮子的滚动阻力较大而其附着力却较小，容易打滑，这些都增加了地轮设计的难度。地轮一般都有轮辋、轮辐、轮毂三个基本部分组成。由于轮子的用途和使用条件不同，轮辋、轮辐等部分的形状大小也不相同。平轮辋滚动过程中阻力小且制造容易，但强度较差。凸面轮辋转向阻力较小但易于转弯。凹面轮辋不易发生侧移，有利于保持前进的直线性。在驱动轮的轮辋上常含凸纹或轮爪以提高轮子与地面的摩擦力，减少滑动。气轮胎和小轮子的轮辐多采用辐板式，而直径较大而载荷较轻的轮子，则多采用辐条式（北京农业工程大学，2001）。本研究采用的地轮的结构如图3-14所示，主要由调节手柄、连接架、轮架及轮组成。其中连接架与整机机架固定，轮架与连接架铰接，通过调节手柄可以使轮架绕连接架转动，从而调节整机机架与地面的相对高度，达到调节栽植深度的目的。工作过程中，地轮不仅要承载整机及投苗手的重量，而且要作为驱动轮驱动栽植轮工作，因而需要减小地轮的滑移。常用降低地轮滑移率的方法有：（1）加大地轮直径和轮辋宽度以减少地轮下陷量，从而减小轮子与土壤间的接触角。（2）在轮辋上加装轮爪，或制作适当的凸埂或花纹，或缠上链索以增加土壤的切向反力。（3）在地轮上增加配重以增加摩擦力。参照其它同类机械的地轮，本文地轮直径取500mm，轮辋宽度为80mm，在轮辋一周上均布12个20mm高的轮爪，如图3-14所示。在理论分析的基础上，确定了悬杯式蔬菜移栽机整机的总体配置方案、性能指标以及栽植单体、传动系统、悬挂架、限深轮、地轮等主要零部件的具体结构。重点对栽植的关键部件悬杯式栽苗器进行了详细的结构设计和运动分析，确定了钵苗在栽植过程中的速度方程，并据此得出当凸轮的回程运动角时钵苗在落苗过程中具有较小的向后的绝对速度，从而满足既能保证钵苗的直立度又避免钵体受到冲击损伤的生产要求。4结论本文在分析了国内外移栽机械研究概况、发展趋势以及现有主要机型特点的基础上，根据我国蔬菜生产的实际情况，设计并研制了新型的悬杯式蔬菜移栽机，并对研制出的样机进行了试验研究。主要结论有以下几点：（1）对悬杯式蔬菜移栽机的工作机理和栽苗器整体运动过程进行了分析，确定了采用外伸的悬杯结构作为栽苗机构的研究方案。由于其悬杯水平左右开启，开口朝后，所以在特征参数的条件下进行移栽作业时，落苗后张开的悬杯从钵苗的侧面沿机组前进方向离开，有效地解决了现有吊篮式移栽机在钵苗过高的情况下落苗容易出现的碰苗问题。悬杯在打开的过程中其内壁对钵苗有向后的推动作用，有利于落苗。（2）在理论分析的基础上，确定了悬杯式蔬菜移栽机整机的总体配置方案以及栽植单体、传动系统、悬挂架、限深轮、地轮等零部件的具体结构。对栽植的关键部件悬杯式栽苗器进行了详细的结构设计，确定了采用凸轮-连杆组合机构作为悬杯张开与闭合的控制机构的方案，使悬杯在凸轮的回程中迅速张开，在凸轮的推程中缓慢闭合，以保证及时落苗，减小对钵苗的伤害。通过对栽苗器运动的分析，得出了钵苗在栽植过程中的速度方程，并据此得出凸轮的回程运动角时钵苗在落苗过程中具有较小的向后的绝对速度，从而满足既能保证钵苗的直立度又避免钵体受到冲击损伤的生产要求。 (3)用三维设计软件SolidWorks完成了对悬杯式蔬菜移栽机的三维模型，并利用其干涉检查功能对建好的模型进行检验，结果表明各零部件间不存在干涉现象。参考文献1. 包春江，李宝筏，李永奎等.2004.水稻钵苗有序移栽机投苗装置实验分析.农业机械学报,35(6):58-612. 北京农业工程大学主编.2001.农业机械学.北京：中国农业出版社3. 陈风，陈永成，王维新.2005.旱地移栽机现状和发展趋势.农机化研究，（3）：24-264. 陈风，李志鑫，王维新等.2004.移栽机落苗检测系统的设计.石河子大学学报（自然版），22（5）：439-4405. 陈风.2005.钵苗移栽机输送、分苗系统的研究.硕士论文.，河子大学6. 陈明.2010.蔬菜移栽机的发展概况及结构特性.农村牧区机械化，（1）：29-307. 陈青云，李成华主编.2001.农业设施学.北京：中国农业大学出版社8. 陈永庆，王兴.1983.我国移栽机具研制概况.粮油加工与食品机械，1.31:1-89. 代建华.1999.钵苗全自动移栽机栽植部件研究.硕士论文，华中农业大学10. 封俊，顾世康，曾爱军，宋卫堂，刘亚佳胡鸿烈.1998.导苗管式栽植机的试验研究(IV)玉米机械化育苗移栽的经济性分析.农业工程学报，（12）：113-11811. 封俊.2000.玉米育苗移栽机械化的前景、问题与对策.农机化研究，（4）：4-512. 封俊等.1998.栽植机的性能评价指标与检测方法
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