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机械毕业设计论文
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机械毕业设计113白菜移栽机的实体设计,机械毕业设计论文
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附件 5 2009 届 本科 生毕业 论文（设计） 中期汇报表 填表日期： 2009.04.25 专 业 机械设计制造及其自动化 学 院 工程学院 姓 名 王岩 指导教师 万霖 论文（设计） 题 目 白菜移栽机的实体设计 毕业论文（设计）前期工作小结 设计基本情况 本设计以手扶式水稻插秧机为原型进行实体设计，其传动形式和工作状况基本相似，设计的不同点在于栽植臂的运动轨迹不同，以及其由于是白菜的移栽作业，所以要将水稻插秧机改装为适合旱地移栽的机械。这样就要在整机上加装开沟器和覆土压实装置。 现在的设计基本情况是已经建立起基本机械模型， 还未完成的是三维建模过程和具体 的计算过程。 毕业论文（设计）前期工作小结 设计过程中遇到的问题 在设计过程中，遇到很多运动方面的问题，其主要问题在于栽植臂的运动轨迹的形式，其核心问题在于对速度的控制和计算。要使整机的运动速度和栽植臂的工作速度配合协作能够保证白菜苗的株距要求。同时，问题还有要将原有的四行作业改装为单行作业，还要根据机械本身的结构合适的加装开沟器和覆土压实装置。在工作过程中要保证移栽的苗的直立度和完整性。 指导教师意见 指导教师签名： nts 黑龙江八一农垦大学 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名： 王岩 学 号： 20054024106 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计 (论文 )题目： 白菜移栽机的实体设计 指导教师： 万 霖 2009 年 3 月 19 日 nts 1 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 文 献 综 述 1、 白菜移栽机研究 的 目的及意义 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，nts 2 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。 2、 国内外对于白菜栽植机的研究现状 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。 nts 3 参考文献 1东洋 PF455S 手扶式插秧机主要技术参数 J. 南方农机 , 2006,(01). 22ZZ-6A 型机动式水稻插秧机 J. 广西农业机械化 , 2005,(06). 3.中国农业机械化科学研究院 .农业机械设计手 册（上册） . M.1984,（ 04） . 4 姜明海 ,李孝存 ,邹振萍 . 龙江 2ZT403 型手扶式机动插秧机分插机构的设计及运动分析 J. 农机化研究 , 1999,(02). 5“富来威 ”2Z-455 型机动插秧机 J. 浙江农村机电 , 2006,(05). 6 燕明德 . XDNZ630 型水稻高速插秧机 J. 当代农机 , 2006,(04). 7 张琳 ,吴华聪 . 我省水稻机动插秧机的机型选择 J. 福建农机 , 2002,(01). 8 廖兴才 . 东洋 PF455S 插秧机的使用与保养 J. 福建农机 , 2006,(04). 9 王仲锋 , 蔡珂 (王名 ). 插秧机匀插的措施 J. 农机使用与维修 , 2005,(01) 10 熊益民 . 机动插秧机的应用与推广 J. 南方农机 , 2005,(01) 11 王慧如 . 对我省插秧机研究方向的探讨 J. 农机化研究 , 1986,(04) 12 季浩民 , 吴建华 , 秦建国 . 着力实现 “五个到位 ”加快插秧机推广跨越式发展 J. 江苏农机化 , 2005,(01) 13 邓立平 . 2Z-455 手扶步进式插秧机 J. 湖南农业 , 2006,(05) 14 日本开发新型无人插秧机 J. 南方农机 , 2004,(05) 15 张爱群 . 日本插秧机发展动态 J. 机电产品市场 , 1999,(01) 16 李宝筏 , 任文涛 , 刘亮 . 小型插秧机开发研究 J. 农业机械化与电气化 , 1996,(04) nts 4 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 1、 白菜移栽机 的设计 本次设计的白菜移栽机为了设计简单和保证 可靠度，尽量使用简单的机械机构进行运作，选用单行作业进行工作，在呀既减少工作量又设计起来简单可行。 首先要进行开沟器的设计，要保证有足够的开沟深度和对地面的仿形功能，同时在设计过程中还要使开沟器有调节机构，以便在工作过程中可以对开沟深度进行调节。其次要有一定的开沟宽度，保证后续功能的正常应用。 对于栽植臂的设计是本设计的难点，由于白菜苗含水量大且韧性差，所以在移栽时容易伤苗，在设计过程中要使白菜苗得到很好的保护。同时要 有最佳的 速度与运动轨迹 ，保证分插机构的准确性和可靠性。既要保证准确的株距，还要保证白菜苗的 直立度。在移栽过程中要保证较低的漏栽率和重栽率。 其中最为复杂的是要保证零速度抛苗，这是选用分插机构的首要前提。 覆土与压实机构是确保白菜苗有良好直立度的关键部件，在保证良好直立度的前提下还不能伤苗， 在栽植过程结束后还能达到整理土壤表面的效果。 对于发动机以及传动机构的设计则根据具体情况进行适当的选择与设计。 因为土地状况和配重不同选择的要求，尽量选用马力大的发动机。以便顺利完成预期的目的。 2、 研究 方法 首先通过对白菜以及其蔬菜的幼苗进行分析和测绘，获得幼苗的数据信息，根据所获得的实际数据进行分析，构思合理的分插 机构，进行试验。 由于没有实际的白菜移栽机械进行实际测试与比照，本次设计以水稻插秧机为原型进行设计，由于其工作原理以及运动方式相似所以通过比对以及试验来进行对白菜移栽机的研究设计。 一方面通过对水稻插秧 机的不断优化来满足白菜移栽机的要求，另一方面利用实验数据，以三维 软件为媒介对白菜移栽机的工作过程进行模拟，最终获得理想的设计方案。 3、 研究中遇到的问题 开沟器的仿形机构不能准确和完美的达到预期的目标 ，需要进行频繁的试验来对实际的工作状况进行模拟，最后采用最简单和使用的仿形机构。 栽植臂运动过程中需要整合速度和运动 轨迹，对于数据采集要求严格，并能应用三nts 5 位软件对实际运动效果进行模拟，需要大量时间反复试验，由于试验设备不足及软件功能有限， 实现起来困难较大。 整机的机构摆放需要优化，由于特殊的功能要求，使特殊部件难以进行整机的整合，对于整机的优化组合造成困难。 nts 6 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语 ： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测 ： 指导教师 ： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 nts学士学位毕业设计 白菜移栽机的实体设计 学生姓名： 王 岩 学 号： 20054024106 指导教师： 万霖 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 nts黑龙江八一农垦大学毕业设计 I 黑龙江八一农垦大学 本科生 毕业设计任务书 论文题目 白菜移栽机的实体设计 学院名称 工程学院 姓名 王 岩 专业班级 设计 05 指导教师 万霖 课题类型 毕业论文 毕业设计的内容摘要 给予本设计的基本条件：东洋 系列 插秧机 样机 ，栽植臂实物 ，法国移栽机照片 。 对比 水稻插秧机 总体结 构 ，在自行开发的植质钵 育盘高速插秧机上，改装设计成双行 白菜移栽机 ；绘画出 白菜移栽机 的详细 三维 视图 （包括秧箱、进给机构、开沟系统、栽植机构、动力系统） ； 运用 Pro/E 进行运动仿真，从动力学角度和运动实体上研究和设计 白菜移栽机 的 关键部件 和装配图 。 毕业设计基本要求及工作量要求 1、 论文基本要求 ： 毕业论文（设计） 按照工程学院 基本要求 的要求进行撰写，论文字数 2.4 万字， 注意可视 界面设计的 美化和完整性。 2、 工作量要求 ： 三维实体总装配图一张 部件实体数张 毕业设计的主要阶段计划（分前期、中期、后期） 前期： 2009 年 3 月 10 日至 4 月 10 日根据论文的基本条件进行资料查阅。 中期： 2009 年 4 月 11 日至 5 月 20 日确定方案，初步计算编辑和设计。 后期： 2009 年 5 月 21 日至 6 月 10 日论文撰写与修改，准备答辩。 任务下发日期 2009-3-10 完成日期 2009-6-1 系主任 主管教学院长审批（签字） ： nts黑龙江八一农垦大学毕业设计 II 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 nts黑龙江八一农垦大学毕业设计 III Abstrat Planting at home and abroad in the development of machinery and mechanical planting of our problems, based on the transplanting operation in accordance with the requirements of Chinese cabbage, in order to design a step-by-step quality-sik sterile rice transplanter bowl as a template for one-way operations cabbage Transplanter. The model sub-agencies in the planting and transplanting seedlings principle and so the trajectories of the corresponding improvements to the re-planting mechanisms designed to determine the crank arm and put under cultivation, such as parts of the structure and motion parameters, the needle browser-style changed 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 speed and the relationship between the speed, to determine the appropriate model of cabbage transplanting. At the same time also trenching and soil compaction device designed to meet the requirements 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 seedlings agencies, the clutch body, profiling agencies, as well 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 characterized 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 number of innovations, stay to verify the actual production. Key words： Cabbage Transplanter: Drop: The shift box: The overall structure nts黑龙江八一农垦大学毕业设计 IV 目录 摘要 . II ABSTRAT . III 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 - nts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 - nts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nts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 。 nts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nts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nts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 . nts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 nts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。 nts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 。 nts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。 nts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nts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 nts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 nts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nts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 nts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。 nts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 ； nts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 nts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 nts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nts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 nts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
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