白菜移栽机的实体设计论文

学士学位毕业设计 白菜移栽机的实体设计 学生姓名： 学 号： 指导教师： 所在学院： 工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 中国大庆 黑龙江八一农垦大学毕业设计 I 白菜移栽机的实体设计 摘 要 在研究国内外插秧机械的发展状况和我国插秧机械存在的问题的基础上，根据白菜移栽作业的要求，设计了一种以步进式植质钵育水稻插秧机为模板的单行作业的白菜移栽机。该机型在插秧机构的分插秧原理和插秧的运动轨迹等方面作了相应的改进，对分插机构进行重新设计，确定了曲柄、栽植臂和摆杆等部件的结构和运动参数，将针式取秧器改为 刀片式便于切取钵块，并对秧箱和移箱机构的改装设计。分析了刀片式取秧器在取苗、送苗、插苗、回转、避让和回程过程中机器前进速度与速度之间应有的关系，确定出相应的白菜移栽模型。同时还对开沟和覆土压实装置进行设计，满足白菜移栽的要求。 利用 UG 对关键的部件进行实体设计，主要的机构包括分插机构、发动机、秧箱、移箱机构、送秧机构、离合器机构、仿形机构以及开沟器和覆土轮等部分进行设计。最后作出整机的 运动仿真过程，为该机型的后续生产提供技术支撑。 该白菜移栽机的特点是结构简单，操作容易，工效高。白菜苗在移栽过程中，直立度 和成活率高。在结构设计方面也有一些的创新之处，待到实际生产中进行验证。 关键词 白菜移栽机；植质钵育；分插机构；实体设计 黑龙江八一农垦大学毕业设计 II Abstrat Planting at home and abroad in the deve lopment of machinery and mechanical planting of our problems, base d on the transplanting ope ration in accordance with the requirements of Chinese cabbage, in orde r to design a ste p-by -ste p quality-sik sterile rice transplanter bowl as a template for one-way ope rations cabbage Transplanter. The model sub-agencies in the planting and transplanting see dlings principle and so the traje ctories of the corresponding improvements to the re-planting mechanisms designe d to determine the crank arm and put under cultivation, such as parts of the structure and motion parameters, the needle browse r-style change d from seedling to facilitate blade bowl cut block, and move boxes and boxes seedling body design modifications. Analysis of the blade from seedlings seedlings in check, sent to Miller,play, turn, avoid the process and return the machine forward spee d and the re lationship between the spee d, t o dete rmine the appropriate model of cabbage transplanting. At the same time also trenching and soil compaction device designe d to meet the re quirements of Chinese cabbage transplanting. The use of UG key components of physical design, the main institutions, including the drop, the engine, seedling boxes, move me body, give see dlings agencies, the clutch body, profiling agencies, as we ll as trenching and soil and other parts of the design wheel. Finally, the motion simulation of machine to make the process of follow-up of the production models to provide technical support. The cabbage transplanting machine is characterize d by simple structure, easy operation, high work efficiency. Chinese cabbage seedlings in the transplant process, the vertical and the high survival rate. In structural design has also been a numbe r of innovations, stay to verify the actual production. Key words： Cabbage Transplanter: Drop: The shift box: The overall structure 黑龙江八一农垦大学毕业设计 III 黑龙江八一农垦大学毕业设计 IV 目录 摘要 . I ABSTRAT . II 前言 . - 1 - 1 概述 . - 3 - 1.1 课题研究的目的 . - 3 - 1.2 国内外插秧机机械发展现状 . - 3 - 1.2.1 日本插秧机械现状 . - 3 - 1.2.2 韩国插秧机械现状 . - 4 - 1.3 国内插秧机械现状、发展及存在的问题 . - 4 - 1.3.1 国内插秧机械现状 . - 4 - 1.3.2 国内插秧机械存在的问题 . - 5 - 1.4 国内外移栽机械的发展状况和特点 . - 5 - 1.4.1 国外移栽机械的种类形式是和特点 . - 5 - 1.4.2 国内移栽机械的种类形式和特点 . - 8 - 1.5 手扶式白菜移栽机的研究和发展 . - 9 - 1.6 手扶式插秧机涉及内容和方法 . - 9 - 2 白菜移栽机的总体设计 . - 10 - 2.1 白菜移栽机的三维实体结构设计图 . - 10 - 2.2 工作过程 . - 11 - 2.3 白菜移栽机的技术规格 . - 11 - 2.4 配套秧盘的设计 . - 12 - 3 分插秧原理与分插机构的设计 . - 15 - 3.1 分插机构组成 . - 15 - 3.2 分插工作原理 . - 16 - 3.3 秧爪 . - 17 - 3.4 曲柄连杆的设计 . - 19 - 4 秧箱、送秧机构和移秧机构的设计 . - 21 - 4.1 秧箱 . - 21 - 4.1.1 组成及工作原理 . - 21 - 4.1.2 设计内容、步骤及结果 . - 21 - 4.2 送秧机构 . - 22 - 4.2.1 组成及工 作原理 . - 22 - 黑龙江八一农垦大学毕业设计 V 4.2.2 设计要求 . - 23 - 4.2.3 设计内容、步骤及结果 . - 23 - 4.3 移箱机构 . - 24 - 5 其他部分的设计 . - 26 - 5.1 插秧机的动力配备 . - 26 - 5.2 开沟器 . - 27 - 5.3 驱动轮 . - 28 - 5.4 安全离合器机构 . - 29 - 5.5 覆土压实装置 . - 29 - 总结 . - 31 - 结束语 . - 32 - 致谢 . - 33 - 参考文献 . - 34 - 附录 . - 35 - 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 1 - 前言 作物栽植可以避免苗期干旱、冻害等自然灾害；提高复种指数，解决多茬作物的接茬矛盾，大幅度提高作物产量。我国旱地作物栽植的面积相当大，每年旱地栽植的面积超过 1500 万公顷 。但目前我国主要采用手工来完成移栽作业，存在劳动强度大、作业效率低、移栽质量差等问题。国外发达国家已实现了从育苗到移栽的机械化作业，有效的提高了幼苗 的质量和劳动生产率。因此，实现旱地栽植机械化已成为我国农业生产的迫切需要。同时作物育苗移栽，不但能增加有效积温、延长生长期、保证按时成熟，而且移栽的作物根系发达、茎秆粗壮、成熟一致、抗倒伏、产量高。此外，作物移栽还能节省种子。种苗栽植从劳动强度方面来看，是仅次于收获作业的一项劳动强度非常大的农事活动，它约占作物从种到收所需劳动量的 20%。显而易见，实现旱地移栽机械化已成为农业生产的迫切需要。 大白菜，又称为 “ 结球白菜 ” 、 “ 黄芽菜 ” 或 “ 窝心白菜 ” 等，是我国的原产和特产蔬菜，全国各地普遍栽培，以华北地区为主要产 区。大白菜以其细嫩甘脆、汁白如乳的品质，易种植、耐储藏的特性，在我国的蔬菜生产和消费中占有重要的地位，是人们秋冬季节餐桌上的美味佳蔬。在北方，大白菜被称为 “ 当家菜 ” 、 “ 半年菜 ” ，现已先后引种世界各地。在日本，大白菜叫做 “ 唐人菜 ” 、 “ 山东菜 ” ；在欧美，有人把大白菜叫做 “ 中国甘蓝 ” 。 据调查，在黄河以北地区，秋冬大白菜的种植面积占秋菜种植面积的 50%左右，东北地区可达 60%左右。大白菜生长期较短，生产成本低、产量高，且价格低，尤其在秋冬大白菜的收获季节，其价格是所有蔬菜中最低的。因此，它适合于城镇中低收入水平的 家庭和广大农民的要求。所以白菜生产的机械化与自动化也是农业机械化与自动化的一项发展目标。 尤其是在东北，白菜需求量是很大，因为在东北储备白菜是很多家庭的传统与习惯，而且每家的储备量不小，再加之白菜的价格低廉，更是百姓储备过冬菜品的最佳选择。这样就给白菜带来了巨大的市场需求量，所以对于白菜的生产机械化与自动化将会给白菜的带来很大的经济效益和生产收益。 对于白菜栽植机械的研究将是白菜机械化生产的一个新的阶段，将白菜种子进行集中和规范式的种植，通过密集化的种植方式使白菜种子迅速而且健康的生长为白菜苗，再通过对白菜 苗的筛选，将健壮的，长势优良的白菜苗进行下地栽植，一方面避免了直接播种时产生的育种不良的问题，另一方面由于是选用进行筛选的白菜苗进行栽植，提高了成活率而且由于是选用健壮的白菜苗所以白菜长势会格外的好。白菜栽植机的研究既会解决白菜播种过程时出现的问题而且在选择苗体时，被筛选出的不良苗体也可当小白菜食用，这样就又增加了白菜生产过程中的经济效益。所以白菜栽植机的研究就有了其长远的实际效益。 白菜的种植一般都采用的是直播种植，首先通过选用优良的品种进行育黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 2 - 种，育种后在适宜的播种期进行播种，然后通过合理的田间管理和肥水 管理使白菜进行健康的生长，期间要进行菜田覆盖和病虫害的防治。这就是白菜种植的一般生产过程。对于白菜的移栽技术则是个新的领域，有待于更广泛和深入的研究。 国外移栽机主要用来移栽甜菜、蔬菜、烟叶等。国外 30 年代就出现了手工喂苗的移栽机具， 50 年代研制出多种不同结构形式的半自动移栽机，到 80年代，半自动移栽机已在生产中广泛使用。 70 年代末， B K Huang 等发明了适合自动移栽的空气整根育苗技术，并以此为基础提出了钵苗移栽的系统方案，设计了精密苗盘播种机和自动移栽机。这种移栽机能移栽多种农作物，通用性好。我国 70 年代开始研制裸根苗移栽机，最早用于甜菜移栽， 80 年代研制成半自动蔬菜移栽机。同时也从国外引进了多种适合于移栽蔬菜、烟叶、甜菜等经济作物的移栽机械，但均因育苗技术落后，配套性能差，以及机具本身性能不稳定和生产率低等原因，都未得到推广使用。 基于国内外的关于移栽机械的研究状况，并根据本次毕业设计的要求，由于水稻插秧机工作形式与本次设计的目的相似，故将以水稻插秧机为原型进行白菜移栽机的研究与设计。 主要的研究内容和分析的结论如下： 1.研究了国内外插秧机械的发展状况，分析了我国插秧机械存在的问题 ；论述了栽植作业对 插秧机的要求 ；提出了发展手扶式白菜移栽机械的重要意义。 2.分析了插秧机构的分插秧原理。根据农业插秧的基本要求，分析了机械插秧时秧针的运动轨迹，提出了机械插秧工作时秧针在取秧、送秧、插秧、回转、避让和回程过程中机器前进速度与秧针速度之间应有的关系。 3.对分插机构进行设计。采用曲柄摇杆机构，分插机构由曲柄、栽植臂和摆杆等组成。曲柄、栽植臂、摆杆和链箱后盖组成一曲柄摇杆机构。由曲柄匀速旋转带动铰接四杆机构，使分离针形成一平面的栽插运动轨迹，完成分秧和入土落秧等功能。推秧器的动作依靠推秧凸轮、拨叉和弹簧来实现。 4.秧箱、送秧机构和移箱机构的设计。秧箱用横梁和滑道将隔板和箱体铆合成整体。秧箱下端装有导向轨与装在链箱（侧）和秧门（中）上的滚轮配合，达到支承秧箱质量和使秧箱横向移动的目的。下端还有驱动臂与移箱轴交接。秧箱上还有纵向送秧皮带（轮）组合，与移箱轴上的抬把联接，可完成纵向送秧动作。横向移箱机构依靠螺旋轴与滑套、指销、移箱轴的配合来带动和控制秧苗的横向移动和行程。 5.插秧机的总体设计。插秧机主要由发动机、行走传动及工作部分组成。主要包括：离合器结构、牵引仿型部分、动力传递、秧箱、送秧机构、移箱机构、传动系统 和分插机构以及开沟器和覆土轮。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 3 - 1 概述 1.1 课题研究的目的 对白菜进行移栽种植，一方面避免了直接播种时产生的育种不良的问题，另一方面由于是选用进行筛选的白菜苗进行栽植，提高了成活率而且由于是选用健壮的白菜苗所以白菜长势会格外的好。白菜栽植机的研究既会解决白菜播种过程时出现的问题而且在选择苗体时，被筛选出的不良苗体也可当小白菜食用，这样就又增加了白菜生产过程中的经济效益。所以白菜栽植机的研究就有了其长远的实际效益。同时移栽作业可以提高白菜的产量和品质，有利于良好的成长发育，既缩短了田间生长期，提高了土地利 用率，也可以适当的避免如春寒、秋冻和干旱等自然灾害。所以在满足农业技术要求（包括秧苗要求、土壤要求、栽培方式、生长要求），符合人体工程学原理（包括栽植频率、座椅、苗架、行距）和机械原理（包括零速度投苗原理、仿形原理、三点悬挂原理）的基础上设计出的白菜移栽机械很有实际使用价值。 1.2 国内外插秧机机械发展现状 在进行机械插秧的方面，日韩两国的技术处于世界的领先地位。插秧机的研究主要是在日本、韩国和中国。日本的研究水平处于世界前沿，其生产己高度现代化，中国从 80 年代才刚开始起步，目前主要手扶式机动插秧机是主要是国内生产，但是很多品牌还是日本和韩国的投资企业 。现分别对这几个国家的水稻插秧机研制和生产情况加以论述。 1.2.1 日本插秧机械现状 日本插秧机主要有乘坐式和步行式两大类。根据插秧要求和用户的使用层次不同，带土苗插秧机高、中、低档规格俱全，每种机器各具特色。尽管日本的插秧机有很多种型号，但其原理和结构基本类似，主要生产厂有久保田、洋马和井关等。日本带土苗插秧机主要特点有以下儿点 : l 插秧机的高速化， 2工作可靠性高、作业质量好，广泛使用液压技术、自动控制和安全装置，如自动仿形控制插深、机体水平自动控制、插 秧离合器分离及转弯自动减速、秧爪安全分离装置等，当遇到超负荷时 (如石块 )，秧爪能在任一位置停止运动可避免损坏秧爪和其他机件。 3 产品多样化，以适应不同地区对机器的需要。步行机两轮驱动，有 2、 4、 6 行。乘坐型二、四轮驱动，有 4、 6、 8、 10 行。行距300mm，株距 120 一 20Omm 可调。普遍可配带化肥深施装置，所施肥料有液体黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 4 - 肥料和颗粒肥料。 1.2.2 韩国插秧机械现状 韩国水稻插秧机的生产技术走的是一条引进的道路，它从日本全套引进该技术生产。因此，机型和结构与日本插秧机类似。韩国企业在引进日本技术后，逐步致力于 改进提高和关键技术的国产化，努力降低成本和价格，目前产品的质量和性能己基本接近日本同类产品水平。但由于受日本技术母公司的制约，产品一般比日本落后一两代，并且在市场分配上也受到日方的控制。为改变这种状况，韩国企业在努力开发自主产品的同时，近年来已成功实现了部分技术来源的多样化。韩国目前规模较大的生产插秧机的企业有 5 家，这 5 家公司早期都是从日本全面引进技术的。其中国际株式会社采用的是日本洋马公司的技术，东洋株式会社采用的是日本井关的技术，大同工业株式会社采用的是日本久保田技术， LG 采用的是日本三菱株式会社的技术 。 1.3 国内插秧机械现状、发展及存在的问题 1.3.1 国内插秧机械现状 我国在插秧机械方面研究做的是比较早的。 20 世纪 50 年代，我国就开始研究水稻洗根苗机械插秧技术。随着技术不断进步，水稻种植机械化有了较大发展。 1976 年，全国水稻插秧机械保有量已达 10 万余台，机械化插秧种植面积约 35 万平方米，机插程度达 1.1%。由于洗根苗机械插秧技术对插秧的要求高，机插很难达到农艺要求，同时拔秧费力费时，实际上从拔秧到插秧机器作业效率只比人 l_提高 0.87%倍，农民很难接受。我国洗根苗机械插秧技术没能推广的土要原 因是育秧与机插不配套，经济效益差。 70 年代末，农村实行联产承包责任制，国营农场兴办家庭农场。由于水稻种植面积受粮价偏低，同时受到资金投入少、生产批量小和使用成本高等因素制约，我国的水稻种植机械化进入低潮。 80 年代初，我国引进日本工厂化育秧和机械插秧成套技术取得成功，解决了育秧与机插的配套问题，但日本工厂化育秧一次性投资大，与当时我国农业发展水平差距太大，使得我国机械化插秋一直徘徊不前，发展缓慢。 我国目前使用的大多数水稻插秧机是在吸收日本插秧机的插秧工作部件，结合我国 22 系列插秧机的行走机构的基础上研制的机 动带土。如延吉插秧机厂在吸收日本井关 PL620和 PL820型乘坐式插秧机的连杆式插秧工作部件的基础上研制的 ZZT 一 9376、 ZZT 一 7358 型水稻插秧机，这也是我国目前唯一批量生产的机动水稻插秧机型，该机插秧性能指标达到日本同类产品的水平，采黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 5 - 用柴油机为动力，结构简单、成本低。 1.3.2 国内插秧机械存在的问题 我国插秧机械化停滞不前，除其他原因外，插秧机本身也存在许多问题，主要表现在以下几点： 1.高速插秧问题。我国目前生产的插秧机主要是采用曲柄连杆机构，插秧速度慢，生产效率低。虽然也开始将行星回转插秧 机构应用到国产插秧机上，但由于底盘速度的限制，不能充分发挥高速插秧机构的性能。 2.插秧机构安装在拖板上，插秧机构不能随时对地面仿形，不能有效控制插秧深度，影响插秧质量。 3.缺乏适应季节生产的插秧机械。目前我国唯一成批生产的带土苗插秧机主要适用于北方单季稻地区稀植。我国插秧机构是在参照日本插秋机构的基础上生产的，要将插秧行距缩小到农艺要求在结构上很难做到。 4.种类、型号单一。我国插秧机具产品种类、型号单一，远远不能满足不同层次用户的需要，机具利用率底，使用成本高。 1.4 国内外移栽机械的发展状况和特点 1.4.1 国外移栽机械的种类形式是和特点 图 1-1 意大利 MAS 公司的全自动移栽机 特点：（ 1） 1 人喂入，控制 4 行。（ 2）铺膜移栽。（ 3）吊杯式栽植器。（ 4）要求钵体能够滑动 . 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 6 - 图 1-2 芬兰 Lannen 公司的全自动移栽机 特点：（ 1） 1 人放置穴盘，控制 4 行。（ 2）穴盘移动，机器手取苗。（ 3）导苗管式栽植器。（ 4）要求穴盘标准一致。 图 1-3 美国北卡罗来州立大学的全自动移栽机 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 7 - 特点：（ 1） 1 人放置穴盘，能够控制多行。（ 2）气吸式取苗。（ 3）导苗管式栽植器。（ 4）要求采用空气整根式穴盘育苗。 图 1-4 日本久保田公司的全自动移栽机 特点：（ 1） 1 人放置穴盘，单行。（ 2）铺膜移栽。（ 3）鸭嘴式栽植器。（ 4）要求穴盘规格一致 。（ 5）行走式结构。（ 6）机器手取苗。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 8 - 图 1-5 日本丰收公司的大葱全自动移栽机 特点：（ 1） 1 人放置穴盘， 2 行。（ 2）挠性圆盘式栽植器。（ 3）要求穴盘规格一致 。（ 4）行走式结构。（ 5）顶出式取苗。 1.4.2 国内移栽机械的种类形式和特点 钳夹式移栽机的特点是结构简单、价格便宜、栽植的直立度好，但是速度慢、容易伤 苗、株距调整不方便。 图 1-6 钳夹式移栽机链夹式移栽机 链夹式移栽机结构简单、价格便宜、栽植的直立度好、株距调整比钳夹式方便但是速度慢、容易伤苗。 导苗管式移栽机栽植的直立度好、速度快、不伤苗、株距调整方便，但不适合大钵小苗移栽、不能进行铺膜移栽、结构复杂、价格高。 推苗式移栽机栽植的直立度好、速度快、不伤苗、株距调整方便、结构比导苗管式移栽机简单，但是不适合大钵小苗移栽、不能进行铺膜移栽。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 9 - 挠性圆盘式移栽机栽植的直立度好、适合小株距作物的移栽，但是速度慢、易伤苗、株距调整不方便结构复杂、价格高 。还有吊杯式移栽机其栽植的直立度好、能够进行铺膜移栽、不伤苗、适合大钵小苗的移栽、便于注水移栽，但是速度慢、株距调整不方便。 1.5 手扶式白菜移栽机的研究和发展 本次设计将水稻插秧机的作业方式进行改进并将其应用于白菜移栽作业上，通过插秧臂的工作将白菜苗进行移栽。通过对白菜的移栽，能大大的提高白菜的产量和品质，而且在移栽过程中可以对白菜苗进行筛选，择优选择。而且通过移栽可以使白菜更加良好的生长发育。同时还能缩短田间生产期，提高土地利用率，同时还可以避免春寒、秋冻和干旱等自然灾害。 将手扶式水稻插秧机改装为白 菜移栽机，一方面是因为其结构简单，制造方便；另一方面是由于其成本不高，且由于我国土地分配状况适合小面积单人作业；所以手扶式的白菜移栽机因其低廉的价格和简单的操作将会有很大的市场。 如果有足够的资源和资金，将整机的机械接否进行优化，提高其自动化程度和栽植作业的精确度，那么手扶式白菜移栽机将会有更加深远的发展。 1.6 手扶式插秧机涉及内容和方法 手扶式插秧机设计涉及到的内容有以下几个方面： 1 移栽机的总体结构； 2 配套秧盘的设计； 3分插原理和分插机构的设计； 4秧箱、送秧机构和移秧机构的设计； 5移 栽机的动力配备； 6驱动轮和牵引架的设计； 7开沟器的设计； 8覆土轮的设计； 9主离合器和安全离合器的设计。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 10 - 2 白菜移栽机的总体设计 2.1 白菜移栽机的三维实体结构设计图 图 2-1 移栽机结构示意图 Fig.2-1 Structure scheme of the cabbage transplanter 图 2-2 移栽机结构示意图 Fig.2-2 Structure scheme of the cabbage transplanter 整机的主要结构包括几个部分： 1.动力输出部分，其 中包括发动机、油箱，该部分主要是为整个移栽机提供动力。 2.驱动轮部分，该部分主要由链轮箱和驱动轮组成，在获得动力的情况下通过链传动使驱动轮转动，使移栽机进行行走。 3.开沟器部分，该部分主要由液压缸和开沟器组成，在行走过程中在开沟黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 11 - 器的作用下开出适合移栽的苗沟，其油缸部分可以使开沟器在不作用时可自行收起。 4.传动部分，该部分的主要构成很多，其中有变速箱和链传动箱，而且还有横向换向器，变速箱将发动机传来的动力变为合适的速度将其通过链传动传动到横向换向器，并同时在侧支架内将动力传给栽植臂。 5.栽植作业部分，这其中主 要部件是栽植臂，还有秧盘以及后面的覆土装置，在三者的相互配合作用下将白菜苗进行移栽。 6.控制操作部分，这部分就是操作台，通过操作台可以对整个的白菜移栽过程进行控制。图 1 和图 2 是白菜移栽机的三维实体布局图。 2.2 工作过程 在白菜移栽机开始工作前要先将开沟器调整好，根据土地情况调整好适宜的开沟深度，其开沟器的调整是由液压缸进行控制，所以调整方便。白菜移栽机的主要工作部件是插植臂，其工作过程是由汽油发动机通过活塞的往复运动传出动力，传到变速箱中，经过变速箱的减速后，经过动力轴传到链轮上，再由链条传到侧支架连接的 轴上，侧支架中是靠链轮和链条实现传动的，插植臂安装在侧支架上，从而带动插植臂的运动；插植臂的秧针在秧门处取苗，取苗后将苗放入经开沟器开好的沟内。秧箱通过横向移箱机构，进行横向的往复移动，从而实现横向取苗的过程。菜苗的纵向送秧是靠纵向送秧机构来完成的，当横向移箱机构使秧箱移动到一端时，双向螺旋轴上的凸轮带动抬把运动，进而带动棘轮副的运动，使菜苗向下运动一定的距离，完成纵向送苗的过程。在菜苗放入开好的沟槽内后，在后面的互成角度的覆土轮的挤压作用下，泥土会将菜苗稳定并牢固的压紧在泥土内，而且在覆土爪还有将泥土平整 的作用。移栽机的行走部分的工作过程是由发动机输出的动力传递到变速箱中，在经过变速箱传递到安装有驱动轮的轴上，从而使地轮运动，通过变速杆调节插秧机的运动速度和运动方向。 2.3 白菜移栽机的技术规格 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 12 - 表 1 移 栽 机 主 要 技 术 规 格 与 参 数 2.4 配套秧盘的设计 要想将白菜进行移栽作业，首先就要解决配套秧盘的问题。为此我在老师和同学的帮助下进行了许多试验。选用不同的秧盘对白菜进行栽植试验，以便获取必要的实验数据，获取最适宜白菜移栽的秧盘的大小和尺寸。 我们首先选用了培育玉米的秧盘，其试验效果不错，白菜生长良好，但是由于其材料和形状的原因，并不适合对白菜进行移栽。一方面由于其过于柔软，且排列不是规 则的矩形排列，故不适宜在移栽机上使用，还有由于其是塑料材质，移栽后会将其留在土壤中，对土质是种破坏。所以没有将其采纳。以下是相关照片。 外形尺寸（长宽高） （毫米） 2450 1480 840（ 950） 整机质量 （公斤） 190 配用动力 四冲程、汽油， E130G 型 行走部分 橡胶驱动轮 工作部分 分置式曲柄连杆插秧部件 工作行数 （行） 1 插秧 株距 （毫米） 500 或 550 或 600 插秧深度 开沟器调整 作业速度 （米 /秒） 0.340.74 公路行驶速度 （米 /秒） 1.44 作业效率 （亩 /小时） 1.11.4 分离针宽度 （毫米） 48.5 秧门口宽度 （毫米） 52 分离针进入秧门口最大深度 （毫米） 17 20 单程横向分秧次数与进给量 分秧： 12 次；进给量： 50 毫米 纵向送秧量 （毫米 /次） 50 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 13 - 为了进行区别我们还用了水稻育苗的秧盘进行白菜的育苗过程，在此期间白菜生长很慢，生长情况不好，经老师和同学的反复分析和总结，其原因是白菜与水稻有不同的生长方式，对于土壤和养料有着不同的要求，由于水稻秧盘内各个单元较小，所以土壤和养分很少，对于白菜良好育苗有很大负面影响，所以也不与采纳。以下是相关照片。 为了有配套的育苗秧盘，我们大胆在水稻育 苗秧盘的基础上进行改进，将原有的小单元进行改换，将小单元改造为大单元，是其含土量加大，这样便能使白菜苗在生长过程中有足够的土壤和养分，有利于自身的生长。同时在改装过程中能够以栽植臂的尺寸为标准，这样就有了和移栽机相配套的育苗秧盘。相关照片如下。 但是可能是由于实验室的阳光和温度的关系，以及土壤肥力不够的原因，育苗结果并没有达到预想的要求，在移栽条件满足的情况下，白菜苗并没有达到可移栽的高度，所以本次试验并没有进行移栽试验，只是在预想和常理的情黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 14 - 况下进行设计和计算，所以难免会有设计误差，请老师谅 解。虽然没有可靠的实验基础，但是在三维软件的支持下，我还是有自己的设计思路，并根据实际的栽植作业要求设计了符合标准的配套秧盘，图如下。 图 2-3 秧盘结构示意图 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 15 - 3 分插秧原理与分插机构的设计 3.1 分插机构组成 图 3-1 栽植臂实体外观图 栽植臂的实体形状如图 4 所示。栽植臂主要由压出臂组件、秧针、秧爪组件和栽植臂壳体组件组成，其用途是从苗箱上切取下秧块，并移栽到田里。 其构造为，压出臂组件由压出凸轮、压出臂、压出臂销组件。其组件是在秧针分离秧苗后瞬间， 将秧爪迅速下压，弹出秧苗。 秧爪组件由秧爪、开口销、压出螺母、压出锁母、缓冲垫、衬套、油封组成，作用是在秧针和栽植前端的配合下，从苗箱上取下设定大小的秧苗块，秧爪在压出凸轮和压出臂的作用下，以弹出速度将秧苗从秧针上推出，将苗推入田里。 栽植臂壳体组件由栽植臂外壳、盖板、注油帽、摇动曲柄、栽植曲柄、栽植臂曲柄锁销组成，其作用是安装各类插植零件并按设定的轨迹完成栽植动作。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 16 - 图 3-2 分插机构的组成 3.2 分插工作原理 1、插植臂的基 本工作原理和运动轨迹可以简化成四连杆机构。动力由带动插植臂运动的曲柄输入。一般来说，为了模仿人工插秧，在插植动作完成并提起插植臂时不把已插秧苗“带出”或“带倒”，秧针前端的运动轨迹应呈“ Y”型余摆线体或“ V”型尖锐状。 2、由传动箱来的动力，通过插植臂曲柄轴带动压出凸轮转动，当压出凸轮作用于压出臂时，压出臂弹簧被压缩，秧爪提起。秧针进行秧门取秧后，带住秧块往下达到栽插位置时，压出臂瞬间脱离压出凸轮，在压出臂弹簧的作用下，秧爪把秧块推出，完成栽插动作。接着插植臂提起，压出凸轮再次作用于压出臂，由此往 返动作，完成栽插工作。 该白菜移栽机分插秧原理采用采用纵分往复直播式插植臂。分插机构类型为采用筷子式秧爪，卧式秧门。其分插秧的具体过程如下： 1取秧：插秧爪插入秧盘取秧，插入的深度和高度均可调节； 2分秧：秧爪与秧门相对运动，使所取秧苗与秧盘分离； 3 运秧：由曲柄连杆机构运动轨迹确定，基本上沿与地面弄垂直的轨迹向下运动： 4插秧：采用推秧器使秧苗落入已经开好的沟内； 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 17 - 5 回程：由曲柄连杆机构运动轨迹确定，避开秧门，从秧盘上方再次进入秧箱。 3.3 秧爪 表 2 秧爪的运动过程 顺序 分段 轨迹的特点和要求 a 上 止点 秧爪在秧帘外，准备入帘 ab 入帘 与秧帘成一锐角入帘 bc 取秧 与秧帘平行，在取秧过程中对秧苗有梳理作用 cd 分秧 垂直秧门，在秧门的作用下分秧 de 运秧 基本上与地面垂直向下运秧 ef 落秧 在 e 处开始插秧入土， ef 的方向依牵引速度 v 的方向而定，应使秧爪的绝对轨迹基本上与地面垂直或稍向前，使秧苗垂直向下插并适量向前贴 fg 手爪 秧爪插秧后沿 fg 轨迹回动， g 点位置及 g 点距 e 点的距离应按 v的方向和大小而定，应使绝对运动轨迹中的 f g 段在 e f 之后，使秧爪落苗后回动，e g 的 距离不宜过大以避免行程过大而达不到良好的直立度 ga 回程 应避开秧门和秧帘 图 4 曲柄连杆机构控制的秧爪运动轨迹 图 3-3 曲柄连杆机构控制的秧爪运动轨迹 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 18 - 表 3 往复式秧爪运动轨迹的参数 图 3-4 秧爪运动轨迹图 秧苗类别 带土苗 栽插穴距 500、 550、 600 可调 准备入帘的高度 h1 14 入帘高度 h2 30 离地高度 h3 224 落秧距离 h4 20 可调 轨迹的最大高度 H 288 最高点距入土点宽 b1 28 入帘点距入土点宽 b2 16 可调 插秧至最深点后移量 b3 5 落秧点至回动点 距离 b4 1 回程距秧门宽 b5 16 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 19 - 秧爪排运动机构的设计： 1.画出设想秧爪的轨迹，轨迹高度 H=288mm 2.选定秧爪长度 mmLzhL yz1051507.0)8.06.0( yh 适应秧苗高度 3.确定摇臂 CD 摆动的最高和最低位置 mmHhLHHDzD16320105288( m a x)( m a x)4( m a x) 4.确定摇臂长度 R 根据设计经验取 R75mm 5.定摇臂轴离托板面地安装高度 ( m a x )42 hLH zHZH 240mm (max)4h 设计最大落秧距离 6.秧爪有两根截面为圆型的钢针组成，分秧针直径为 4.5mm 两针的间距为 50mm，栽插一般小苗时取秧深度为 18 或 21mm，栽插中苗时取秧深度为 24或 27mm。 7.曲柄中心 O 的配置和曲柄的转动方向 O 的位置方向根据全机总体配置而定，一般配置在靠近插秧工作部分的机架前部，曲柄摇杆机构的转动方向而定，要求插秧行程曲柄转角大于回程时的曲柄转角，是工作行程平稳，而回程加快。 8.摇杆的长度的确定 160100)35.025.0(BCBC R RR选取值： BCR 为 100mm 如过大则机构不紧凑，过小制造时不易保持精度。 3.4 曲柄连杆的设计 当曲柄 OA 按一定速度回转时，摆杆或摇杆 BC 摆动，固定于连杆上的秧爪尖 D 按一封闭曲线运动，完成分秧和插秧动作，不必另配秧爪轨迹控制结构。结构简单，运转平稳，但使秧爪的行程受限制，行穿过大时每分钟插次不能提高，否则会产生较大的震动而影响插秧质量。 采 用秧爪尖与前进方向相反的曲柄连杆机构，由于秧爪排再以插苗的前面运动，因此不存在秧爪碰钉打秧的情况通过性好，对于较高的秧苗有较好的适黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 20 - 应性。由于前进速度即牵引速度的方向与其他的插秧机结构不同。其结构如下图 3-5所示 . 图 3-6 的机构适用于栽插苗高为 80250mm 的带土苗曲柄 OA 的回转半径R=35mm，摇杆 BC长 L1=60mm，连杆 AB 长 L2=67mm， OC 距离为 d=75mm。图中是秧爪运动轨迹， 1 是秧爪尖在穴距为 161.8mm 时的运动轨迹， 2 是秧爪尖在穴距为 111.3mm 的绝对运动轨迹。 图 3-5 反向曲柄摇杆机构 图 3-6 曲柄摇杆机构的参数 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 21 - 4 秧箱、送秧机构和移秧机构的设计 为了使插秧工作连续进行，并能保证插秧的良好均匀度，插秧机应配备存贮秧苗的秧箱，以及与分插机构相配合的送秧机构和移箱 机构。 4.1 秧箱 4.1.1 组成及工作原理 秧箱用横梁和滑道将隔板和箱体铆合成整体。秧箱下端装有导向轨与装在链箱（侧）和秧门（中）上的滚轮配合，达到支承秧箱质量和使秧箱横向移动的目的。下端还有驱动臂与移箱轴交 接。秧箱上还有纵向送秧皮带（轮）组合，与移箱轴上的抬把联接，可完成纵向送秧动作。 1喂入方式采用随机装秧这样可以提高作业效率减小间歇时间； 2秧苗的类别为带土苗； 3 纵向送秧机构的形式采用曲面与平面相结合送秧机构，前段为斜面，后段为凸面圆弧倾斜角度随高度增加而减小。 图 4-1 秧箱图 4.1.2 设计内容、步骤及结果 秧箱形式 根据已知条件适应于带土苗 苗高为 150180cm、类型为手扶式机动插秧机。 1.箱底形状 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 22 - 采用平面前面是斜面，与后面的圆弧曲面相连 结与托送式送秧机构配合使用。为了便于秧苗的运动采用较大的曲率半径为 875mm ，要求秧苗能随机装秧，并且秧苗整齐，采用整体分格式秧箱这种结构是在整体式秧箱内安装上隔板， 其特点是插带土苗时便于装秧共分 2 个格。 2.安装倾角 选用推拨式送秧机构，这种机构的特点是结构比较简单秧苗主要靠自重，并在推拨齿作用下使秧苗沿秧箱底板滑移其形式为直接推拨带土苗的根部，安装倾角较大为 60o。 3.单个秧箱宽度 根据在分插机构的设计结果所需的秧量的要求和对秧苗有较好的适应性与秧箱机构的综合考虑，以及对秧盘的尺寸要求，设计 的单个秧箱的尺寸宽度为 Bd=300mm。 4.装配后秧箱总宽度： Bz=2 x Bd + 2 x bg =2 x 300 + 2 x 10 =620 mm 底板材料选用要求育秧苗的摩擦系数要小，而且要耐磨质量要轻，借鉴国内外的一些 插秧机的经验选用塑料制作秧箱。 4.2 送秧机构 送秧机构的作用是定时、定量地拔秧苗总想推送至秧门处，保证秧爪或秧夹每一次能取到秧苗，又称纵向送秧机构。 4.2.1 组成及工作原理 纵向送秧由凸轮副、移箱轴、纵向抬把等部件组成。当指销滑套横向移到螺旋轴两端的直槽位置 时，横向送秧停止，螺旋轴与移箱轴上的两凸轮接触工作，带动移箱轴旋转一角度（约 400），从而使安装在移箱轴上的抬把拨动送秧棘爪座旋转一角度（约 300），带动秧苗纵向移动一定距离（ 50mm），完成纵向送秧。送秧完毕后凸轮副和棘爪座均依靠弹簧复位。纵向送秧的整个动作在螺旋轴直槽段中间的 600 范围内完成 .（见图 4-2 图 4-3） 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 23 - 图 4-2 送秧机构示意图 图 4-3 纵向送秧示意图 4.2.2 设计要求 1.有足够的送秧能力，使秧门处秧苗的密度均匀合适，达到取秧量 均运和避免伤秧 ； 2.应能根据秧苗的情况和取秧量的要求对送秧器的高低位置和送秧行程进行适当的调整； 3.送秧时间应与取秧和秧箱的时间很好的配合，纵向送秧一般在不进行移箱及秧爪取秧之前完成。 4.2.3 设计内容、步骤及结果 由于前面选用的是安装倾角较大的带土苗秧箱，故选用推拨式送秧机构逾期配合使用。秧苗主要靠重力沿秧箱斜面下滑，送秧器起辅助送秧作用。 当螺旋轴旋转时，插入螺旋槽内的指销则沿螺旋槽横行向移动而带动轴上的滑套移用星轮机构代替推拨齿，在秧箱的齿板上相应于星轮机构的位置有长方形孔，使棘轮机构在送秧时可 以拨到秧苗。星轮与棘轮军固定在同一轴上，棘爪安装在摆杆上，当秧箱移至两端极限时 ，摆杆通过拨动机构带动转过一定角度，棘爪拨动棘轮并带动星轮转过一定角度。星轮的边缘有一部分进入秧箱，当星轮转动时可以把秧苗送至秧门，送秧行程也可以调节。 星轮的齿数 Z=10mm 星轮的外径 D=53mm 星轮的内径 d=10mm 星轮的厚度 B=10mm 星轮的个数 n=8 送秧行程 S=040mm 可调 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 24 - 安装星轮的轴为六棱柱形的实心轴 长度 L=600mm 正六边形的厚度 b=10mm 图 4-4 棘轮组合 图 4-5 送秧辊 4.3 移箱机构 移箱机构是通过移动秧箱的方式从横向秧往门位置补充秧苗。具体要求如下： 1.移箱距离应与秧爪或秧夹每次取秧宽度相配合，要求移距准确、可靠、以保证取秧量均匀； 2.移箱的行程应与秧箱宽度相配合，以保证秧箱前排秧苗能逐格取出； 3.用于带土苗时，秧箱移至左右两端各停移一次使分插机构能把纵向送上的一排第一块秧苗取出。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 25 - 横向移箱机构依靠螺旋轴与滑套、指销、移箱轴的配合来带动和控制秧苗的横向 移动和行程。动滑套联动移箱轴，移箱轴联动秧箱，从而带动秧箱左右匀速移移动完成横向移箱动作。 图 4-6 双向螺旋轴 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 26 - 5 其他部分的设计 5.1 插秧机的动力配备 发动机采用四冲程风冷式的汽油发动机，其特点是其主要结构由汽缸、汽缸盖、进气门、排气门、火花塞、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等组成。 工作原理 发动机 工作 时，活 塞在汽 缸内 作往复 运动。 燃燃 烧室容积3104 SDV h 式中 S为活塞行程 S=43mm D 为汽缸直径 D=62mm 13 0104 3 SDV h 汽缸总容积 cha VVV 汽缸压缩比 chca VVVV 1 4.6241301 发动机有四个行程，分别为进气、压缩、做功和排气四个行程，各自都有其特点和规律，并且相互联系和影响。四个行程中只有一个形成做功，所以单缸四行程发动机的工作不平稳，为改善曲轴旋转的不均匀性，必须设置较大的飞轮。 发动机的有效指标 m in/3 0 0 0 nn e 发动机额定转速 发动机额定功率 马力6.2eN 发动机指示功率 马力0.3iN 发动机有效扭矩 MkNnNM ee 31008.6554.9 发动机有效耗油率 小时马力 /32 510 3 gNGgefe 发动机的机械效率 8.0iem NN 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 27 - 表 4 发动机主要技术参数及规格 型式 E130G 发动机类型 四冲程发动机 冷却方式 强制制冷 行程 四冲程 汽缸内径行程 62mm 43mm 排气量 130cc 压缩比 6.4： 1 最高转速 3950RPM 无载荷 怠速 2250RPM 无载荷 最大功率 3.0 马力 连续额定功率 2.3 马力 3600RPM 燃油消耗率 325g/马力小时 机油消耗量 6g/马力小时以下 外形尺寸（长宽高） 298 305 298 净重 11.4kg 5.2 开沟器 开沟器的设计主要是为了在移栽前开出适合白菜苗落苗的沟道，该开沟器选用滑刀式开沟器进行改装，因为其特殊的结构适合该移栽机的栽植作业需求。首先该开沟器要能开出有足够深度的苗沟，由于滑刀 的有利结构，在开沟深度上不难做到。其次，开沟后，对于移栽作业的需要，沟底需要有一定得平整度和宽度，这样便可改进滑刀开沟器下的压沟踵，通过对压沟踵的改进和设计，将其底部截面该为倒梯形，并根据秧苗底部的适宜形状进行设计，这样既提高了沟底的平整度，有能间接的满足秧苗移栽后的直立度要求。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 28 - 图 5-1 开沟器结构图 由于在不需要移栽作业的情况下要将开沟器收起，同时要有地面仿形结构，所以在开沟器上连接有液压升降机构，虽然机构简单，但是有很大的实际效用。其中油缸是和机体的变速箱连接，在油泵的辅助下工作。其开沟器架则和机体的转动部分连接，稳固而且结实。 图 5-2 附加油缸和机架的开沟器装配图 5.3 驱动轮 插秧机采用两轮驱动，其轮胎的样式和形状与拖拉机使用的是一样的只要根据不同的土地状况选用抓地力适宜且大小合适的即可。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 29 - 图 5-3 驱动轮简图 5.4 安全离合器机构 安全离合器采用牙嵌式离合装置。型栽植机安装在链箱后端链轮轴上。轴上空套一个带牙嵌的链轮安全离合器牙嵌，用花键套在轴上。正常插秧作业时，安全离合器弹簧将安全离合器牙嵌与链轮牙嵌压紧靠斜面传递动力。当栽植臂部分阻力 过大时链轮牙嵌斜面，推动安全离合器牙嵌压缩弹簧，使两部分牙嵌分开。此时链轮空转而链轮轴不转（见图 5-5），使栽植部分停止工作，起到安全保护作用。 图 5-4 离合器结合时 图 5-5 离合器打开时 5.5 覆土压实装置 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 30 - 图 5-6 覆土压实装置结构图 覆土压实装置的作用是在秧苗已经被放入苗沟内后，在两个互成角度的压实轮的作用下，使土壤能够充分的包裹秧苗的根部，并且在一定的力的作用下借助土壤为中介将秧苗紧紧的压实在土壤内，保证直立。 该装置主要由三部分组成 。 1、架体。 2、压实轮。 3、覆土爪。首先架体与移栽机相连。固定好后，将两个压实轮互成角度的对称装配其上，其互成角度的原因是这样可以再不伤苗的情况下将土压实，并且将苗的根部固定于土壤之内。再在架体的后侧栓接上对称的两个覆土爪，其作用就是使作业后的土壤平整。 在实际生产中压实轮和覆土爪的配合使用有很好的效果，我也是借鉴其优点后才将类似的机构应用在白菜移栽机上的。其实际作用效果如下图。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 31 - 总结 从种植业的发展趋势来看，将来的白菜种植业不可能再是一味的直播种植，由于移栽种植的种种好处，白菜必将走上一条新的 种植道路。所以白菜移栽机的市场还是很广阔的。尤其是手扶式的小作业量机型。由于我国土地资源的特殊情况和大多数农民经济水平不高的状况。所以研制出新型的白菜移栽机就有了其不可限量的意义。 可能本次的设计只是简单的机构组合设计，但是我相信在以后的日子里，随着国家对农业投资的加大，以及对农业发展的重视程度的加深，新型的农业机械一定会以更快、更好、更强的形式快速发展起来。再加之农业机械的科技含量越来越高，我相信一定会有性能更好，可靠性更高的白菜移栽机的问世，并很快投入到大规模的农业生产中去。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 - 32 - 结束语 本次设计由于时间紧、任务重，加之个人知识水平有限，存在很多不完善之处。由于车刚老师的指导和帮助，以及各位老师的大力支持，使本次设计能够顺利的进行。本次设计使我更加清晰的了解了农业机械的一般设计过程，同时在设计过程中通过不断的学习，知道了很多移栽机械的工作原理和机构特点，也对水稻插秧机进行了很多的研究。但是由于种种原因，本次设计没有进行试验的机会，这是很遗憾的地方。一是在育秧的过程中没有实现理想的育秧状况，无法进行类似的移栽试验。二是由于试验设施的不足，无法对工作部件进行适当 的分析和研究，所以无法确定系统的可靠性以及整机的工作状况是否良好。 三维软件的应用在本次设计中起到了很大的