缽苗移栽機的整體結構設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3042缽苗移栽機的整體結構設計案例 156521.1缽苗移栽總成的設計及工作過程 1326861.1.1缽苗移栽總成的結構設計 151791.1.2缽苗移栽總成的工作過程 1257811.2缽苗移栽總成關鍵部件的設計與選擇 25991.2.1分缽裝置的設計 240771.2.2分苗裝置工作過程 2145021.2.3分缽裝置傳動方案的選擇 2315501.3分缽裝置關鍵部件的設計 3106601.1.1（1）缽苗盤的設計 3303551.1.2移盤器的設計 359651.1.3導軌的設計 4119641.4 428251.4.1投缽裝置的設計 482001.4.2投缽裝置關鍵部件的設計 5282321.5栽植器的選擇與設計 7314851.6.1 9207171.6.2懸掛裝置的設計 91.1缽苗移栽總成的設計及工作過程1.1.1缽苗移栽總成的結構設計根據棉麥套作的種植要求，設計了一種棉花缽苗移栽總成，如圖所示。該裝置主要由分缽裝置、投缽裝置、栽苗裝置、液壓系統、開溝覆土裝置和懸掛裝置等組成。分缽裝置包括移盤器、缽苗盤、隔板、滑軌等組成，其通過移盤器中的滑輪在滑軌上移動，滑軌固定在機架上。投缽裝置包括豎直導苗管、水平導苗管、曲柄圓盤、連桿、滑塊、滑輪、翻轉板、電機、調速器等。栽苗裝置包括接苗管和栽苗管等組成。液壓系統包括液壓油箱、濾清器、液壓泵、溢流閥、調速閥、三位四通手動方向控制閥、液壓缸和油管及油管接頭等，其中調速閥、換向閥、三位四通手動換向閥、液壓泵和電機固定在液壓油箱上，液壓缸的一端與安裝在分缽裝置上的移盤器聯接，另一端固定在機架上。棉花移栽總成由懸掛裝置與土槽臺車相掛接。1.1.2缽苗移栽總成的工作過程本文研究的棉花缽苗移栽裝置是以電動機為動力的。為了方便移動設備，在機器中機架下設有通用自動調節輪，在車輪上設有腳制動器，在進行室內臺架試驗時鎖定腳制動器，防止臺架移動，在進行室內土槽臺車試驗時拆卸調節輪，移植組件安裝在臺車前懸架上。工作過程:馬達為液壓系統提供動力。在三位四通手動方向控制閥的控制下，液壓缸帶動與液壓缸右端鉸接的分度裝置前后移動。碗式育苗盤前移時，碗式育苗盤的下層幼苗依次前后放入碗式育苗器的垂直導苗管內，等待拋入碗中，碗式育苗盤的上層幼苗自前后落入碗式育苗盤的下層，等待分碗;在分缽器后移過程中，將分缽盤下層幼苗從后到前放入分缽器垂直導苗管內，等待拋入碗中，完成整個分缽過程。同時，還進行了拋碗過程，即曲柄滑塊機構中的滑塊將留在垂直導苗筒中的缽苗推至倒轉盤拋碗。由于翻板的寬度小于苗高，翻板借助重力將苗水平翻轉至90°并垂直進入接苗管，將苗盆種植在開溝器打開的苗溝內，然后利用覆土裝置進行覆土栽植。曲柄滑塊機構由90w電機帶動曲柄盤旋轉，曲柄盤每旋轉一次即完成拋碗。為了適應不同的前進速度，通過調速閥控制液壓缸的速度，使分碗裝置和拋碗裝置的速度相匹配。在移栽過程中實現了自動拋秧，大大提高了移栽效率，降低了勞動強度。1.2缽苗移栽總成關鍵部件的設計與選擇1.2.1分缽裝置的設計分缽裝置是棉花缽苗移栽總成中最主要的組成部分，將缽苗進行有序排列并送通過對拋缽機構的改進，可以取代機械化移栽中的人工喂秧過程，降低勞動強度，減少人工勞動，自動準確地實現缽盤分缽過程，有利于提高移栽效率。從目前的研究現狀可以看出，現有的分選機構主要有拉桿式、吸氣式、頂出式等形式(郭林強2016)，但這些結構仍停留在室內研究階段，不能推廣。國內外先進的自動分類機構采用整排抽出式、推出式和固定平面移動式，并將電子、氣動、液壓控制等先進技術應用于插秧機。因此以此為設計理念，設計一種結構簡單，可靠性好且能夠實現整排分缽的分缽機構。1.2.2分苗裝置工作過程由缽苗盤、移盤器、導軌、液壓系統等組成該分苗裝置，如圖將分苗裝置通過滑軌放置在機架上，并通過液壓缸的固定座與機架連接，可在液壓缸的作用下移動。機構工作時，將苗盤固定在移盤上，用隔板隔開苗盤的上下格柵，當托盤的下層格柵依次通過拋缽裝置的垂直導苗管入口時，移盤裝置將一排秧苗依次放入垂直導苗管，每50mm的移盤裝置依次放下一排秧苗;當托盤的上柵格遠離隔板時，上柵格中的幼苗落入下柵格中;在液壓缸伸長結束時，下層每個網格中的所有幼苗落入垂直管道中，上層每個網格中的所有幼苗落入對應下層的每個網格中。在縮短液壓缸的過程中，托盤移動器向后移動，當托盤下格子依次通過缽拋裝置的垂直育苗導管入口時，各格子中的幼苗依次落入垂直育苗導管中。液壓缸通過換向閥作往返運動，重復分缽過程，直至幼苗完全落入拋秧裝置，實現自動分缽功能。1.2.3分缽裝置傳動方案的選擇分缽裝置需要準確、準時地將秧苗從缽盤送到拋缽裝置的垂直導管上。托盤移栽機和苗盤的運動采用連續往復直線運動。實現這一功能的常用機構有螺旋機構、齒輪齒條機構、液壓傳動等。螺旋機構將旋轉運動轉化為直線運動，但機械效率低;齒輪齒條機構傳動準確、運行可靠、效率高，但對制造精度和成本要求較高液壓傳動比機械傳動更容易實現直線運動。工作平穩，易于設計和制造，但易受油溫和能量損失的影響。為了減少更換秧盤的次數，設計了一種體積更大、移動距離更大、移動速度更低的托盤移動器。因此，本設計采用液壓系統，通過液壓缸驅動盤式移位器做往復直線運動。使用本實用新型，可使托盤移動器連續移動，將幼苗送入拋碗裝置，實現整排分碗。分碗裝置通過液壓缸的右連接座與分碗裝置連接。工作時，通過調節液壓系統中的調速閥來控制液壓缸的轉速，從而控制磁盤移動器的轉速三位四通手動換向閥用于控制盤式移位器的來回運動和停止，從而控制碗狀分度裝置的行程。1.3分缽裝置關鍵部件的設計1.1.1（1）缽苗盤的設計圓柱形營養缽易滾動，推動時運動阻力小當棉花營養缽規模較小時，棉苗生長緩慢，影響棉花產量。當營養缽大小較大時，種植機構的結構尺寸和質量都有所提高。為了使盆栽幼苗成行排列，減少盆栽幼苗之間的相互干擾，保證缽體的均勻性，設計了網格狀托盤，如圖3-3所示。盆栽幼苗采用托盤裝載，手工將幼苗放入網格中，每行裝載10株盆栽幼苗。將盆栽幼苗水平堆放在網格上，盆栽幼苗移栽裝置的前方為0°倒伏。碗體在劃分過程中，落下的碗體會與導軌發生碰撞。缽體強度不足或落苗高度過高，缽體徑向破裂，缽苗成活率降低，因此合理選擇缽苗高度是不損害缽苗和根系的重要保證。缽苗盤分為兩層，中間用隔板隔開，減少缽苗與落苗高度的相互擠壓。擋板通過導軌安裝在缽苗盤上，導軌的固定導軌通過螺釘與缽苗盤連接，移動導軌通過螺釘與擋板連接，移動導軌可拆卸，移植缽苗盤中的所有秧苗后，壓緊移動軌道的固定裝置和中橋軌道的手柄將其分離，取出更換缽苗盤，節省時間?？紤]到缽苗盤滿載時重量不宜過大，缽苗盤設計為400mm500mm80mm，可容80碗，單缽苗重約為0。2kg時，單盆苗的最大擠壓壓力為7。84N，遠小于物料試驗測得的徑向壓縮時的抗壓壓力71.選用的滑軌可承受50kg的重量，遠大于盆苗和盆苗盤的重量。1.1.2移盤器的設計移盤器的功能主要是對缽苗盤進行有效的固定，控制缽苗盤的前后移動，實現一排排的秧苗在盆栽幼苗盤里。移動盤主要由支承導輪連接板、支承導輪固定座、碗座、限位導輪和液壓缸連接座組成，如圖3-4所示。液壓缸的連接座位固定在碗座的背面;所述碗盤座兩側設有支承導輪連接板;支承導輪固定座設置在支承導輪的連接板下方;限位導輪通過螺栓固定在支承導輪固定座上，限位導輪采用h型滑輪，在導軌上運行時起到限位和導向作用。本實用新型將幼苗托盤固定在托盤底座上，保持了幼苗托盤底面與導軌之間的間隙，減少了幼苗托盤與導軌之間的摩擦。托盤移位器通過托盤背面的液壓缸連接座與托盤連接，托盤移位器由液壓缸驅動，作橫向連續往復直線運動，因此，控制液壓缸的速度可實現連續拋碗的功能。盤式移動器的移動速度主要取決于投擲頻率。磁盤移位器的移動速度如下:1.1.3導軌的設計導軌是利用金屬等原料加工成的槽或脊，能夠承擔、固定、指引移動機構或裝置使其減少摩擦的一種裝置，一般用在直線往復運動的場合。本裝置所使用的導軌是根據H型限位導輪的形狀設計成的u形軌道，將H型滑輪的滑槽嵌裝在導軌上，能夠保證滑輪在其上滑動不脫軌，同時起到固定作用，根據需要將導軌做成兩段，通過螺釘分別安裝在機架的兩側，導軌將投缽裝置和分缽裝置連接在一起。1.41.4.1投缽裝置的設計投缽裝置與分缽裝置相互配合，安裝在分缽裝置的下方，是將豎直導苗管中的缽苗依次間歇投入到栽苗裝置中，因此需要具有間歇性和做往復直線運動。能夠達到此條件的有曲柄滑塊機構、凸輪機構、槽輪機構等結構形式。曲柄滑塊機構具有結構簡單，加工制造容易，且能獲得較高的制造精度，成本低，各構件以面接觸，磨損小，能傳遞較大的動力，但是它的精度低，不能實現精確復雜的運動；凸輪機構具有設計簡單，結構緊湊，工作可靠，但是加工成本高，且從動件的行程受到限制；槽輪機構具有結構簡單，效率高，但是在運動過程中加速度變化較大，沖擊嚴重。綜合考慮各個機構的優缺點和裝置的結構布置，本裝置采用曲柄滑塊機構來實現往復直線運動。為了了解影響滑塊運動速度的因素，對曲柄滑塊機構進行運動分析，如圖所示：圖3-5曲柄滑塊運動分析示意圖建立直角坐標系xoy，建立機構在x,y軸上投影的幾何方程：rsinθ＋lsinβ=0rcosθ＋lcosβ=xc當滑塊運動由圖示的位置運動到θ=0o位置時，由曲柄滑塊的幾何量關系得：S=（r+l）-（rcosθ＋lcosβ）可得sinβ=r/lsinθ得S=r-l2由θ=wt，所以得到：ds得到滑塊的速度：V=根據以上的滑塊速度表達式可得：想要改變滑塊的速度，可以通過通過改變曲柄的轉速、長度和連桿的長度來實現按照曲柄滑塊的結構特點，曲柄滑塊機構可以分為偏置式、對心式和偏心輪結構[10]。機構的設計選擇偏心輪式的曲柄滑塊結構，偏心輪結構可以簡便實現復雜的非線性傳動關系，并且擁有緊湊的結構和平穩的傳動的優點，可以用簡單的機構來實現的較為困難運動。由于電機和液壓馬達都可以帶動曲柄滑塊來實現曲柄滑塊做直線運動，其中液壓馬達主要通過調速閥來控制曲柄滑塊轉動的快慢，調節滑塊的運動頻率的準確度較低；電機可以通過調速器得調節，準確的控制曲柄的轉速，從而控制滑塊的運動速度，因此選用電機能夠滿足設計要求。投缽裝置如圖所示，由水平導苗管、曲柄圓盤、連桿、滑塊、翻轉板、電機和調速器組成。其工作過程是：啟動電機，通過調速器調節曲柄的轉速使其與分缽速度相匹配，豎直導苗管中的缽苗依次進入到水平導苗管中，滑塊將其推送到翻轉板上，通過翻轉板的翻轉落到栽苗管中。1.4.2投缽裝置關鍵部件的設計（1）投苗端導苗管投苗端導苗管在拋缽機構中起著重要作用。將投苗端導苗管焊接在滑塊擋板上，使滑塊在投苗端導苗管中保持直線運動，避免滑塊在運動過程中左右搖擺，從而增加推力，同時設計投苗端導苗管的高度與缽苗直徑之間的距離，用來減少育苗管中缽苗對滑塊的干擾，從而減小滑塊的推力。（2）曲柄滑塊投苗機構曲柄圓盤與電機的輸出軸相連接，其結構如圖所示，滑塊的設計采用滑塊和桿相連接的方法來減輕滑塊的重量，同時在滑塊的兩側安裝四個軸承滑輪，使滑塊與導苗管不接觸來減少滑塊與投苗端導苗管的摩擦，使結構更加的緊湊。將滑塊的上表面設計成15°的傾角，減少上層缽苗對滑塊的送苗時的摩擦力，同時減少滑塊在推送過程中對上層缽苗的破損，將缽苗順利推送到栽苗裝置中，保證投缽機構運行的流暢和穩定。（3）翻轉板為了使缽苗水平放置在缽苗拋栽器中的缽苗垂直放入苗管中，必須將缽苗翻轉90°，并確保缽苗能夠順利翻轉直立倒下，考慮利用缽苗自身的重力完成翻轉，因此，翻轉盤的設計。離開滑塊后，幼苗進入翻轉板，然后開始在翻轉板接觸點周圍做逆時針方向翻轉，并以直立狀態進入苗管。當支點與重心之間的距離為s時，轉彎力矩為:M=mgssin只要s>0就能完成苗木周轉。根據扭矩，s越大，翻轉效果越好，但翻轉半徑越大，苗管尺寸越大，應考慮翻轉板的寬度。缽苗進入翻轉板后，缽苗與翻轉間的摩擦力使水平方向的速度減為0，以翻轉點為坐標原點，如圖所示，在翻轉瞬間根據機械守恒定律，有1其中：JS—缽苗的質心到翻轉中心的距離ω—翻轉板在翻轉時的角速度θ—翻轉板與缽苗之間的夾角得出：ω=因此，可以由以上關系式確定翻轉板的適宜寬度。（4）曲柄滑塊機構電機和調速器的選擇電機為投缽機構提供動力，根據缽體的重量約為9.8N?？紤]到缽苗運動時相互之間有摩擦力和壓力，水平導苗管對上層的缽苗有阻力，因此選用電機為90W單向220V電壓的電機，轉速為1350r/min。設機器前進速度為v，移栽缽苗的株距為Xr，Δt為兩株缽苗的下落間隔，則有Xr=vΔtΔt=其中t1—缽苗在栽苗管里運動的時間t'—缽苗進入導苗管前的運動時間h—導苗管的高度n0—曲柄盤的轉速由公式可知，在株距一定的情況下，拖拉機的前進速度越大，曲柄盤的轉速越大，移栽頻率也越大，但是進行室內臺架試驗時，移栽頻率過大也會增大人工勞動強度，因此移栽頻率選擇在100株/min以內，因此選用減速器將轉速降為135r/min，為了達到分缽機構所需要的精確轉速，選用最大轉速為100r/min，功率為25w，電壓為220v的調速器。1.5栽植器的選擇與設計(1)鉗式插秧機:根據傳動夾具運動部件的不同，有盤式和鏈式兩種形式。移栽時，將盆苗手工放置在旋轉夾具上適當的位置。將盆苗通過鏈條輸送到育苗溝時，控制裝置打開夾具，缽苗垂直落入育苗溝，然后將線條覆蓋土壤，完成整個播種過程。本實用新型結構簡單，直立度好，株距穩定性好，但容易損傷苗木，播種速度慢，株距調整困難，播種速度高時容易錯過。(2)掛籃式移栽機:掛籃式移栽機主要有偏心式和單鉸鏈式兩種，單鉸鏈式比偏心式結構簡單。在工作中，當吊籃到達頂部位置時，將幼苗手動放入吊籃中。當吊籃轉到底部時，固定滑塊使吊籃下開口，幼苗落入廟溝，然后用壓土裝置栽種。懸籃移栽機的特點是盆栽幼苗不受懸籃內外力的影響，更適合幼苗和根系較少的幼苗。(3)軟盤式移栽機:這種移栽機使用較早。在工作過程中，幼苗被人工放置在盤子的開口處。采用軟盤育苗。當盤中幼苗垂直于地面時，盤被打開，缽苗落入溝中，然后用土覆蓋并壓碎，完成整個盆苗的種植。本實用新型可用于盆栽或不盆栽幼苗。圓盤由橡膠或彈簧鋼制成，結構簡單，成本低廉，對株距適應性強，但壽命短，播種深度不穩定，難以保證苗木的直立程度。(4)苗管移栽機:是一種較新型的缽苗移栽機。將幼苗垂直放入育苗器，運至育苗管頂部，重力作用使幼苗落入育苗管內，由開溝器開溝，再覆土完成育苗作業。本實用新型結構簡單，適應性好，可移植于盆栽苗或裸根苗，裸根苗移植無根坑現象，株距調整方便，穩定性好，但導苗筒式有序分缽器結構復雜，垂直度不易保證。我國在育苗管道移栽機方面進行了大量的研究和應用。(5)杯式插秧機:在機構運轉時，轉動圓盤，杯子隨圓盤旋轉，當杯子達到最高位置時，手動將碗狀幼苗放入碗狀幼苗杯中，當杯狀幼苗到達最低位置時，杯狀幼苗嘴撞入孔中，同時盆狀幼苗自由落入孔中，完成盆狀幼苗的種植。本實用新型的特點是缽式移栽機的缽苗不受杯子的沖擊，避免機械損傷，不易損傷秧苗，株距調整方便，但結構復雜，移栽速度有限。考慮到移栽機的優缺點和棉花缽苗的機械特性，插管式移栽機與自動拋秧裝置可以更好地匹配。插秧筒式插秧機的插秧機結構如圖3-8所示，主要由秧苗連接管、秧苗栽植管、播種機固定板等組成。苗管呈圓錐形，保證缽狀苗順利落入苗管。根根據實測的棉花盆栽苗高，將盆栽苗管底部200mm處設計成半開狀態，使盆栽苗管順利脫出，不產生任何阻力，不影響盆栽苗的直立程度。盆苗從水平管移入移栽裝置的過程大致可分為以下幾個階段:（1）缽苗由投苗裝置送到接苗管上方的翻轉板上，經翻轉板翻轉90°到直立狀態進入接苗管，此時缽苗做翻轉運動。（2）忽略棉花幼苗與栽苗管壁的摩擦，缽苗由接苗管豎直的進入到栽苗管后做自由落體運動。（3）缽苗完全離開栽苗管進入到苗溝，缽苗在進入苗溝前做自由落體運動和隨機器前進的水平運動，缽苗在落入到苗溝瞬時，如果缽苗與地面之間的沖擊是彈塑性的，那么在沖擊后，缽苗垂直方向