自走式烟草移栽机的设计与研究

自走式烟草移栽机的设计与研究

0烟草种植机械化种植的必要性卷烟是中国的一种具有独特特征的作物，是国家税收的重要来源。目前,我国烟草种植面积在200万hm2左右,其种植水平与国外发达国家相比,我国烟草种植技术处于相对落后状态,其中栽培环节尤为突出。烟草栽培过程大都为挖坑、浇水、人工移栽,这种栽培过程存在着保苗率低、移栽均匀度差和成活率低等缺陷,不能完全发挥出现代烟草漂浮育苗成苗移栽后产生的巨大增产优势,另外费工费时、劳动强度大、劳动效率低,导致烟草种植成本增加。在劳动力用工紧缺和科技发达的今天,这种种植模式与农业现代化显得极不协调。要实现烟草种植规模化,必须实现机械化。为此,在吸收国内外移栽机优点的基础上,结合我国烟草种植区域的特点和种植农艺要求设计出了一种适合我国烟草种植的移栽机。该烟草移栽机自带动力、独立行走,具有功率小、转弯半径小、生产效率高、移栽质量好和操作灵活方便等特点,能实现集挖坑、浇水施肥、移栽、覆土压实等与一体的作业过程,为烟草种植提供了一种新的机具。1设计原则和结构特点1.1穴式鸭行使作业系统烟草是一年生草本植物,烟草的栽培管理是选地冬耕来春解冻后,及时抢墒细耙,移栽前15～20天施肥、起垄,垄高25～30cm。针对烟草的垄上移栽,该机采用回转盘驱动、双曲柄定位的鸭嘴式移栽器,实现在鸭嘴入土挖坑的同时把烟苗丢入穴中、鸭嘴出土过程中完成覆土和浇水的一体化作业过程。整个作业过程由自走动力部分拖动。其优点是对土壤、垄型、垄高破坏小,对烟苗的根系、茎叶损伤小,同时动力消耗少。穴式鸭嘴移栽在烟草移栽上的应用,为烟草移栽实现机械化提供了有力的技术支持。该机具自配动力,首次实现烟草移栽的一体化作业,减少了机具的进地次数,降低了作业成本,对烟草抢时抢种增收效果十分明显。1.2移植装置组成2YZS自走式烟草移栽机采用的是鸭嘴扶苗投苗坑穴移栽原理,结构示意如图1所示。其由鸭嘴、鸭嘴支撑、回位弹簧、定位链轮等零部件组成移栽器;移栽器、链条、张紧装置、驱动回转盘等零部件固定在一个支撑轴上构成移栽驱动总成部件;导轨总成、调节杆、支撑座等零部件固定在一支撑杆上,组成打开装置;移栽驱动总成和打开装置固定在移栽架上构成载苗总成。阀桶、锥阀、拉杆、回位弹簧、凸轮、凸轮轴、链轮、链条等零部件组成浇水装置固定在移栽架后方,通过水管与水箱相连;齿轮箱、链轮、轴、回转盘、苗桶、底板等零部件组成投苗装置;载苗总成、浇水装置、投苗装置、压土轮等部件全部固定在移栽架上,组成移栽单元体。发动机和变速箱、后桥及驱动轮、转向装置、前轮、车架等零部件组成行走单元体。移栽单元体通过铰链和深度调节装置与行走单元体相连接。作业时,后桥驱动轮把动力通过链条传递到移栽单元体,驱动移栽器旋转实现栽苗;同时移栽单元又把动力通过链条分别传递给投苗装置和浇水装置,实现投苗、移栽、浇水三者的同步。在工作过程中可使移栽单元具有单体仿形功能。该移栽机可实现3种株距的调整,以保证不同地区的需要。1.3栽植深度、投入方式及投苗方式自配动力:发动机功率4.0kW;作业行数行/:1行距/mm:1200株距/mm:500～600(可调)移栽深度/㎜:80～100每株浇水量/mL:300～800效率/hm2·h-1:0.12～0.2投苗方式:手工投苗人数/人:12主要劳动设备的结构特点和应用2.1板等零部件组成移栽器是移栽机的主要工作部件之一,移栽器结构示意图如图2所示。它由鸭嘴、鸭嘴支撑、定位链轮、鸭嘴打开杠杆、钢球和定位锁板等零部件组成,其特点是移栽器在回转过程中始终处于铅垂状态,移栽器铅垂入土后形成的坑穴深而小。其作用是烟苗移栽后,回土快、回土多,烟苗直立性好,移栽器一过,土立即回到坑穴里,有利于对烟苗进行及时覆土,对载苗非常有利。此结构形状的移栽器在移栽机械中是较理想的移栽器,在前端设置有打开杠杆,作用是在鸭嘴入土深度达到极限往外提升时能及时打开鸭嘴,把烟苗丢入坑穴中。2.2月牙形宏观元件设计打开装置也是移栽机的主要工作部件之一,如图3所示。打开装置由月牙形导轨、可调螺杆和支撑横架等零部件组成,两片月牙形导轨由定位销轴连为一体并通过可调螺杆和支撑销固定于支撑横架上,支撑横架通过U型螺栓与移栽架相连。其作用是通过定位销轴实现两片导轨之间距离可调、通过可调螺杆实现导轨前后倾斜角可调,以便控制鸭嘴打开开度的大小和打开时间的早晚。2.3投苗及移栽器均受限制设置投苗装置的目的是缓解投苗人员的紧张程度和劳动强度,提高生产效率。移栽过程中,投苗人员需把烟苗投到一直旋转的移栽器中,旋转的移栽器易造成人眼的疲劳,导致投苗人员紧张、劳累。如图3驱动回转盘的转动通过链条、链轮到锥齿轮箱,然后到立轴带动回转盘和苗桶转动,苗桶转到与底板上的缺口对应时开始投苗,此时移栽器随驱动回转盘也刚好转到底板的下方,从而实现准确的投苗。2.4钢架阀桶、控制机构烟苗栽后浇水具有对坑穴压实和补充水分的作用,提高烟苗的成活率。该装置(如图3移栽单元结构示意图)由拉杆、回位弹簧、阀桶、锥阀、凸轮、摆臂、链轮、链条等零部件组成。阀桶采用大直径、大阀口结构,目的是缩短放水时间,同时保证水流形成环状,落地时刚好浇在烟苗的周围,不对烟苗造成冲洗。土壤墒情不同所需浇水量也不一样,因此拉杆采用长短可调结构实现浇水量可调。工作时,其动力取之驱动回转盘,经链轮链条到凸轮,凸轮驱动摆臂,最后带动拉杆和锥阀上移,实现阀口打开浇水。凸轮转过后在回位弹簧的作用下阀口关闭。阀口打开位置可通过调整凸轮位置实现,以便水刚好浇在下一颗裁好的烟苗周围。3影响苗木生长效果的因素的分析和计算3.1烟苗速度分析移栽器转速是决定栽苗直立度的关键因素之一。根据“零速栽苗”原理,移栽器栽苗的水平分速度应尽可能接近机具的前进速度。栽苗的水平分速度无论大于还是小于机具的前进速度,只要其差值足够大,均会导致烟苗落地不稳而倾斜。烟苗速度分析如图4所示。假设机具的前进速度V前(自走式移栽机的前进速度)为0.33m/s;烟苗在移栽器中随旋转盘转动到最下点的线速度V线;移栽器打开时的位置角度为最下点滞后10°。则烟苗随移栽器向后的速度为V后=V线×cosα=0.335m/sV后=V前式中R—烟苗的回转半径,R=0.26m;n—驱动盘回转速度,n=12.5r/min。通过计算可以看出,烟苗在落地时向后的速度与机具前进速度基本相等,符合零速度栽苗原理。因为烟苗落地时没有前进速度的影响,保证了烟苗移栽时栽得直、栽得正。3.2测量栽植器开口开度移栽器的直立度、打开开度和打开时间是影响烟苗移栽效果的3个关键因素。移栽器随转盘转动的整个过程中应始终处于铅垂状态,不能因外界因素的影响而改变。这样才能保证烟苗在移栽过程中始终处于一个良好的状态,保证移栽质量。移栽器的打开开度是影响移栽质量的另一个因素,打开度过大,落苗效果好,但覆土效果就差;打开开度过小,落苗效果差,但覆土顺利效果好。其最佳的打开开度是近似等于移栽器的上开口直径。打开时间早,移栽器还没有完全入土就已经打开,这样在入土的过程中,土壤进入移栽器中对烟苗造成损伤,移栽质量差。3.3坑穴直径大、回土深度大,烟苗易被土埋移栽器入土深度是影响栽苗效果的因素之一。入土深度小,所形成的坑穴直径小、回土快,回土多但烟苗移栽深度浅;入土深度深,形成的坑穴直径大,回土慢,移栽深度深,烟苗易被土埋住。总之,调整深度调节手柄使其入土深度控制在200～240mm为宜。3.4栽植效果差整地好坏对栽苗效果影响也很大,在土壤细碎、无较大土块、无杂草、垄高一致性好的地块作业,栽苗效果就好;反之栽苗效果就很难达到理想要求。这是因为土块太多,而且大小不一,移栽器出土过程中回土量的多少和回土快慢均随土块大小而发生变化。甚至移栽器完全出土了,烟苗还没有被土覆上,有的被土块挤压产生歪斜。3.5主要技术指标检测根据河南省农业机械试验鉴定站的检测,机具的安全性、株距稳定性、立苗率、伤苗率、栽植深度合格率、单株施水量和生产率等