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學士學位畢業(yè)論文 白菜移栽機栽植臂造型與仿 真設(shè)計 學生姓名：楊洋 指導(dǎo)教師：萬霖 所在學院：工程學院 專 業(yè)：機械設(shè)計制及其自動化 中 國 ·大 慶 2009 年 4 月 15 日 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 黑龍江八一農(nóng)墾大學 本科生畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ） 任 務(wù) 書 論文題目 白菜移栽機栽植臂造型與仿真設(shè)計 學院名稱 工程學院 姓名 楊洋 專業(yè)班級 設(shè)計 05 指導(dǎo)教師 萬 霖 課題類型 畢業(yè)論文 畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容摘要 給予本設(shè)計的基本條件：東洋系列插秧機的外形尺寸，栽植臂實物。 對比水稻插秧機分插機構(gòu)的特點；計算白菜移栽機栽植臂的各項技術(shù)參數(shù)；繪畫出栽 植臂的詳細三維視圖；運用 Pro/E 進行栽植臂的運動分析及動態(tài)仿真，從動力學角度和運 動實體上研究和設(shè)計水稻插秧機分插機構(gòu)的關(guān)鍵部件，并加載相關(guān)函數(shù)分析水稻插秧機分 插機構(gòu)的運動部件的運動特性，并進行軌跡分析。 畢業(yè)論文（設(shè)計）基本要求及工作量要求 1、論文基本要求：畢業(yè)論文（設(shè)計）按照工程學院基本要求的要求進行撰寫，論文字數(shù) 2.4 萬字，注意可視界面設(shè)計的美化和完整性。 2、工作量要求： 三維實體總裝配圖一張 部件實體數(shù)張 畢業(yè)論文（設(shè)計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期） 前期：2009 年 3 月 10 日至 4 月 10 日根據(jù)論文的基本條件進行資料查閱。 中期：2009 年 4 月 11 日至 5 月 20 日確定方案，初步計算編輯和設(shè)計。 后期：2009 年 5 月 21 日至 6 月 10 日論文撰寫與修改，準備答辯。 任務(wù)下發(fā)日期 2009-3-10 完成日期 2009-6-1 系主任 主管教學院長審批（簽字）： 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 I 摘要 在研究了國內(nèi)外蔬菜移栽機械的發(fā)展狀況和我國蔬菜移栽機械存在的問題的 基礎(chǔ)上，根據(jù)白菜栽植作業(yè)對插秧機的要求，提出了發(fā)展白菜移栽機械的理論。 理論分析插秧機構(gòu)的分插秧原理和機械插秧時秧針的運動軌跡，確定了機械插秧 工作時秧針在取秧、送秧、插秧、回轉(zhuǎn)、避讓和回程過程中機器前進速度與秧針 速度之間應(yīng)有的關(guān)系。對分插機構(gòu)進行設(shè)計。采用曲柄搖桿機構(gòu)，分插機構(gòu)由曲 柄、栽植臂和擺桿等組成。曲柄、栽植臂、擺桿和鏈箱后蓋組成一曲柄搖桿機構(gòu)。 利用 Pro/E 對部件進行實體設(shè)計，主要是對分插機構(gòu)部分進行設(shè)計。 白菜移栽機的研究與設(shè)計是以水稻插秧機為原型的。水稻插秧機的的特點是 結(jié)構(gòu)比較簡單，操作相對比較容易，只需對操作者進行簡單的培訓(xùn)，即可操縱此 插秧機。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計的要求，由于水稻插秧機工作形式與本次設(shè)計的目的 相似，故將以水稻插秧機為原型進行。 關(guān)鍵詞：白菜栽植機；栽植臂；分插秧原理；分插秧機構(gòu) 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 II Abstrat In studied the domestic and foreign vegetables to transplant the machinery the development condition and our country vegetables transplants in the question foundation which the machinery existed, transplanted the work according to the cabbage to the rice transplanter request, proposed the development cabbage transplanted the machinery the theory.The theoretical analysis transplants rice seedlings the organization to divide transplants rice seedlings the principle and the machinery transplant rice seedlings when the rice shoot needle path, had determined the machinery transplants rice seedlings when the work the rice shoot needle in takes the rice shoot, delivers the rice shoot, transplants rice seedlings, the rotation, gives way to traffic the relations which the machine rate of progression and between the rice shoot needle speed should have with the return trip process in.The half inserts the organization to carry on the design.Uses the crank rocker organization, divides inserts the organization by the crank, transplants the arm and the swing link and so on is composed.The crank, transplants the arm, the swing link and the chain box top plate composes a crank rocker organization Carries on the entity design using Pro/E to the part, mainly is the half inserts the organization part to carry on the design Cabbage transplanting machine is based on research and design for the prototype rice transplanter. Rice transplanter is characterized by the relatively simple structure, relatively easy operation, the operator only simple training, you can manipulate the transplanter. Graduation Project in accordance with the requirements of the form as a result of the work of Rice Transplanter with the purpose of this design is similar, it will be for the prototype rice transplanter. Key words: The cabbage transplanter；Transplants the arm； Divides transplants rice seedlings the principle；Divides transplants rice seedlings the organization 目錄 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 III 摘要 .II ABSTRAT III 前言 1 1 概述 2 1.1 課題研究的目的 .2 1.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現(xiàn)狀 .3 1.3 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀、發(fā)展及存在的問題 .4 1.3.1 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀 .4 1.3.2 目前主要研究成果 .4 1.3.3 國內(nèi)水稻插秧機械存在的問題 .5 1.4 白菜栽植機的研究和發(fā)展 .6 1.5 白菜移栽機栽植臂涉及內(nèi)容和方法 .6 2 PRO/E 模塊簡介 .7 2.1 Pro/Engineer 功能及特點 7 2.1.1 Pro／Engineer 7 2.1.2 Pro／ASSEMBLY 8 2.1.3 Pro／CABLING .8 2.1.4 Pro／CAT .9 2.1.5 Pro／CDT .9 2.1.6 Pro／CMPOSITE 9 2.1.7 Pro／DEVELOP .9 2.1.8 Pro／DESIGN .10 2.1.9 Pro／DETAIL .10 3 栽植臂的工作過程 .10 4 分插秧原理與分插機構(gòu)的設(shè)計 .11 4.1 設(shè)計內(nèi)容和步驟 11 4.2 分插機構(gòu)組成 11 4.3 分插工作原理 12 4.4 秧爪 12 4.4.1 秧爪的設(shè)計 12 4.4.1 秧爪排運動機構(gòu)的設(shè)計 16 4.5 曲柄連桿的組成及工作原理 16 4.6 曲柄連桿的設(shè)計 18 5 栽植臂的組成與設(shè)計 .19 5.1 推秧擺臂的設(shè)計 20 5.1.1 推秧擺臂運動規(guī)律的選擇 20 5.1.2 推秧擺臂的設(shè)計尺寸 21 5.2 推秧凸輪的設(shè)計 21 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 IV 5.3 栽植臂體的設(shè)計 24 5.4 栽植臂的運動分析 24 圖 11 栽植臂的運動分析圖 25 總結(jié) .26 結(jié)束語 .27 致謝 .28 參考文獻 .29 附錄Ⅰ .30 附錄Ⅱ .31 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 0 - 前言 中國是世界最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 60％左右。改革開 放以來，我國蔬菜生產(chǎn)發(fā)展迅猛，每年呈持續(xù)增長的勢頭。大白菜原產(chǎn)我國，栽 培歷史悠久，分布的地區(qū)又廣，是人們常食用的蔬菜之一，尤其在北方地區(qū)，其 栽培面積之大，食用普遍，供應(yīng)期又長，在蔬菜的供應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。 大白菜生產(chǎn)投資少，栽培技術(shù)簡單，在生產(chǎn)季節(jié)自然災(zāi)害較少，生產(chǎn)的風險 小。移栽是蔬菜生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，栽具有對氣候的補償作用和使作物 生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經(jīng)濟效益和社會效益均非常可 觀。作物在育成秧苗后，將其移植到田問的機械稱作栽植機械或者稱為移栽機械。 栽植機械以作業(yè)的土地分為兩類：旱地栽植機械和水田栽植機械。水田栽植機械 主要是水稻插秧機，旱地栽植機械栽植的作物主要包括甜菜、煙草、玉米、棉花、 蔬菜等。栽植機械還可以按其栽植的秧苗形式分為裸苗和帶土苗兩種。白菜移栽 機械，相對于手工插秧，機械栽植既省時又省力，可以提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)在的白 菜栽植主要是直播種植，首先通過選用優(yōu)良的品種進行育種，育種后在適宜的播 種期進行播種，然后通過合理的田間管理和肥水管理使白菜進行健康的生長，期 間要進行菜田覆蓋和病蟲害的防治。由于水稻插秧機工作形式與本次設(shè)計的目的 相似，故將以水稻插秧機為原型進行白菜移栽機的研究與設(shè)計。主要的研究內(nèi)容 何分析的結(jié)論如下： 1 研究了國內(nèi)外蔬菜移栽機械的發(fā)展狀況，分析了我國蔬菜移栽機械存在的問題; 論述了白菜栽植作業(yè)對插秧機的要求;提出了發(fā)展白菜移栽機械的重要意義。 2 分析了插秧機構(gòu)的分插秧原理。根據(jù)農(nóng)業(yè)插秧的基本要求，分析了機械插秧時 秧針的運動軌跡，提出了機械插秧工作時秧針在取秧、送秧、插秧、回轉(zhuǎn)、避讓 和回程過程中機器前進速度與秧針速度之間應(yīng)有的關(guān)系。 3 對分插機構(gòu)進行設(shè)計。采用曲柄搖桿機構(gòu)，分插機構(gòu)由曲柄、栽植臂和擺桿等 組成。曲柄、栽植臂、擺桿和鏈箱后蓋組成一曲柄搖桿機構(gòu)。由曲柄勻速旋轉(zhuǎn)帶 動鉸接四桿機構(gòu)，使分離針形成一平面的栽插運動軌跡，完成分秧和入土插秧等 功能。當分離針入土的同時推秧器推出使秧苗脫離分離針植入田地。推秧器的動 作依靠推秧凸輪、撥叉和彈簧來實現(xiàn)。 1 概述 1.1 課題研究的目的 白菜，又稱為“結(jié)球白菜” 、 “黃芽菜” 或“窩心白菜”等，是我國的原產(chǎn)和特產(chǎn)蔬菜， 全國各地普遍栽培，以華北地區(qū)為主要產(chǎn)區(qū)。大白菜以其細嫩甘脆、汁白如乳的 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 1 - 品質(zhì)，易種植、耐儲藏的特性，在我國的蔬菜生產(chǎn)和消費中占有重要的地位，是 人們秋冬季節(jié)餐桌上的美味佳蔬。在北方，大白菜被稱為“當家菜”、 “半年菜”，現(xiàn) 已先后引種世界各地。在日本，大白菜叫做“唐人菜”、 “山東菜”；在歐美，有人把 大白菜叫做“中國甘藍” 。 據(jù)調(diào)查，在黃河以北地區(qū)，秋冬大白菜的種植面積占秋菜種植面積的 50%左 右，東北地區(qū)可達 60%左右。大白菜生長期較短，生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量高，且價格 低，尤其在秋冬大白菜的收獲季節(jié)，其價格是所有蔬菜中最低的。因此，它適合 于城鎮(zhèn)中低收入水平的家庭和廣大農(nóng)民的要求。所以白菜生產(chǎn)的機械化與自動化 也是農(nóng)業(yè)機械化與自動化的一項發(fā)展目標。 尤其是在東北，白菜需求量是很大，因為在東北儲備白菜是很多家庭的傳統(tǒng) 與習慣，而且每家的儲備量不小，再加之白菜的價格低廉，更是百姓儲備過冬菜 品的最佳選擇。這樣就給白菜帶來了巨大的市場需求量，所以對于白菜的生產(chǎn)機 械化與自動化將會給白菜的帶來很大的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)收益。 利用插秧機種植水稻是水稻機械化最普遍的栽植方式，機插秧因具有秧苗分 孽早、分孽多、行距和株距均勻、通風和透光性好、單位面積增產(chǎn)效果顯著和生 產(chǎn)效率高等特點而受到農(nóng)民的歡迎。因此仿照水稻的栽植機械進行白菜移栽機的 設(shè)計。在我國，機械化種植是蔬菜機械化生產(chǎn)過程中最薄弱環(huán)節(jié)和最大難點，有 的地區(qū)甚至還是空白，一直沒有得到迅速推廣。 我國與先進的國家相比還有以下原因:一是白菜產(chǎn)區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和機械化生產(chǎn)方 式不適應(yīng)，特別是與機械插秧配套的相關(guān)技術(shù)不過關(guān)，機械本身的高效率難以發(fā) 揮，造成投入多、成本高和效益差;二是白菜生產(chǎn)機械化技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)缺乏有機 結(jié)合，農(nóng)藝規(guī)范、經(jīng)營管理模式與機械化技術(shù)不相適應(yīng);三是農(nóng)民對白菜生產(chǎn)機械 化的認識還不夠;四是機手不能熟練掌握機械性能和操作技術(shù)。 我國栽植機械的研 究開發(fā)方面雖然已有四十年的歷史，并隨著育苗技術(shù)的發(fā)展，以及勞動力成本的 上升，在移栽機的研制方面取得了較大的進展，并逐步轉(zhuǎn)向自動移栽機方面的研 究，但目前仍然處于起步階段，研制的移栽機都沒有得到大面積推廣應(yīng)用。 近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，為移栽機具的發(fā)展提 供了很好的發(fā)展前景，20 世紀 80 年代以后近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，移栽機 具發(fā)展迅速，從不到 1000 臺上升到將近 8000 臺。東北等大型農(nóng)場多采用工廠化 營養(yǎng)缽苗和機械化栽植技術(shù)，總體水平相對較高。設(shè)施農(nóng)業(yè)機械是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重 要組成部分，設(shè)施農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，開發(fā)研制并應(yīng)用專家 系統(tǒng)，將促使我國設(shè)施農(nóng)業(yè)上臺階、上檔次。設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的升級應(yīng)包含設(shè) 施農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展優(yōu)化，否則就制約設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)層次的提高。 1.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀初期，歐洲一些國家開始大量種植蔬菜和經(jīng)濟作物，出現(xiàn)了早期的近 代秧苗栽植機具。這些機具仍為手動栽植，只是減輕了栽秧者肢體反復(fù)屈伸的繁 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 2 - 重勞動，移栽機主要用來移栽蔬菜、甜菜、煙葉等；到 20 世紀 30 年代后期，出 現(xiàn)了栽植機構(gòu)或栽核器代替人工直接栽秧，使送秧入溝過程實現(xiàn)了機械化；自 20 世紀 50 年代開始，歐洲國家開展作物壓縮土缽育苗及移栽的生產(chǎn)技術(shù)研究，研制 出多種不同結(jié)構(gòu)型式的半自動移栽機和制缽機；至 20 世紀 70 年代，前蘇聯(lián)蔬菜 栽植機械化水平為 58%，國營農(nóng)場已達 67%；到 20 世紀 80 年代，半自動移栽機 已在西方國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，制缽；育苗和移栽已形成完整的機械作業(yè) 系統(tǒng)，實現(xiàn)了各種機見配套使用。70 年代末 B．K．Huang 等發(fā)明了適合于自動移 栽的空氣整根育苗技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)提出了缽苗移栽的系統(tǒng)方案，設(shè)計了精密 苗盤播種機和自動移栽機。這種移栽機能移栽包括辣椒在內(nèi)的多種農(nóng)作物，具有 通用性好的特點；缺點是體積大、成本高。2O 世紀 8O 年代初，美國出現(xiàn)了自動 移栽機，H．L．Brewer 等人經(jīng)過多年來的研究、改進，設(shè)計出箱式移栽機。日本 移栽機械化程度很高，廣泛研制和使用了全自動移栽機。在進行機械插秧的方面， 日韓兩國的技術(shù)處于世界的領(lǐng)先地位。 蔬菜移栽機械的研究主要是在日本、韓國和中國。日本在移栽機械的研究處 于世界前沿，其生產(chǎn)己高度現(xiàn)代化，中國從 80 年代才剛開始起步，目前主要手扶 是機動插秧機是主要是國內(nèi)生產(chǎn)，但是很多品牌還是日本和韓國的投資企業(yè) 。 到目前為止，作物壓縮土缽成型、缽上單粒精密播種和相應(yīng)的自動化移栽設(shè) 備在技術(shù)上基本達到了完善，亦廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)。歐洲的幾個主要國家(如法 國、德國、荷蘭、西班牙、丹麥等)大部分的蔬菜生產(chǎn)和幾乎全部的大地花卉生產(chǎn) 都采用育苗移栽生產(chǎn)工藝。國外使用較多的帶土栽植機是紙筒栽植機和土缽栽植 機。紙筒栽植機尤為普遍，用于甜菜、蔬菜、棉花等，自動化程度高。其配套作 業(yè)機具是紙筒播種機，具有碎土、播種、覆土功能。我國吉林省已研制并推廣使 用的土缽栽植機，兼有控穴、送苗、澆水、覆土和壓實功能，主要用于煙草、玉 米、蔬菜等。其配套機具為土缽成型機。一次完成土缽成型、播種、覆土、壓實 等功能。 1.3 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀、發(fā)展及存在的問題 1.3.1 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀 我國最早出現(xiàn)的移栽機主要用于移栽棉花和甘薯。栽植機械的研究始于 20 世 紀 50 年代末 60 年代初，起步較早，且農(nóng)機和農(nóng)藝明顯脫節(jié)，忽略了綜合經(jīng)濟效 益，更沒有科學地分析育苗移栽機械化過程的種種技術(shù)難題。最早出現(xiàn)的是棉花 營養(yǎng)缽育苗移栽和甘薯秧苗栽植機的試驗研究。20 世紀 70 年代開始研制裸根苗 移栽機械，主要用于甜菜移栽。80 年代研制成半自動化蔬菜栽植機，同時也從國 外引進了多種適合于移栽蔬菜煙葉甜菜等經(jīng)濟什物的移栽機械，但均因育苗技術(shù) 落后，配套性能差，以及機具本身性能不穩(wěn)定和生產(chǎn)率低等原因，都未得到推廣 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 3 - 使用。但隨著育苗技術(shù)的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，推動了移栽機械的研制 開發(fā)工作。到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)研制開發(fā)的缽苗移栽機主要以半自動為主；而 全自動移栽機因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，尚處在研究起步階段。現(xiàn)已研究成功了多種 類別的移栽機械，部分機型已申請了專利，部分機型投入了小批量生產(chǎn)。 在國內(nèi)，有許多從事包括辣椒作物在內(nèi)的移栽機研究開發(fā)的機構(gòu)，主要是各 農(nóng)林院校，農(nóng)業(yè)機械研究所，農(nóng)業(yè)機械企業(yè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣機構(gòu)，比如中國農(nóng)業(yè) 大學、石河子大學、農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機械化研究所、北京易潤佳灌溉設(shè)備有限公 司、重慶北卡科技有限公司等。 1.3.2 目前主要研究成果 目前，國內(nèi)常見的移栽機主要有以下幾種形式： 1) 鉗夾式移栽機：這種移栽機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，株距和栽植深度穩(wěn)定，最大的優(yōu) 點是移栽平穩(wěn)，種苗直立度較高，工作效率在較低速的情況下，可以保證不漏苗： 在高速的情況下，由于是人工喂苗，工作效率大大下降，漏苗、缺苗率大大增加。 這種移栽機的應(yīng)用較少，有被淘汰的趨勢?，F(xiàn)有機型有法國生產(chǎn)的 UT 一 2 型移栽 機；吉林工大研制的 2ZT 型移栽機：黑龍江八五二耕作機械廠研制的 2~Z 型移栽 機；黑龍江農(nóng)墾科學院研制的 2z 一 2 型移栽機等。 2)鏈夾式移栽機：工作過程與鉗夾式基本相同，性能與鉗夾式移栽機相似。其優(yōu) 點是移栽穩(wěn)定，但效率低，易漏苗、缺苗?，F(xiàn)有機型有意大利切克基?馬格利公司 生產(chǎn)的奧特瑪栽植機；意大利生產(chǎn)的 NADRI 玉米缽苗移栽機；荷蘭米啟根公司生 產(chǎn)的 MT 栽植機；安徽徐州農(nóng)機研究所研制的 2ZY-2 型油菜移栽機；唐山農(nóng)機研究 所研制的 2ZB 一 2 型移栽機；黑龍江農(nóng)墾科學院研制的 2z 一 2 型多用缽苗移栽機。 3)撓性圓盤式移栽機：這種移栽機是由人工或機械將秧苗放置到兩片可以變形的 撓性圓盤內(nèi)，秧苗隨圓盤轉(zhuǎn)動，當達到垂直狀態(tài)時進行栽植。由于不受秧夾數(shù)量 的限制，它對株距的適應(yīng)性較好，但圓盤壽命較短，栽植深度不穩(wěn)定?，F(xiàn)有機型 有日本豐收產(chǎn)業(yè)公司研制 0P290 的和 OP2100 型全自動白蔥移栽機；日本研制的 CT-4S 型甜菜移栽機；日本久保田公司生產(chǎn)的 KN—P6 半自動大蔥移栽機；黑龍 江紅興隆管理局研制 2ZT 一 2 型甜菜紙簡移栽機。 4)吊杯式移栽機：具有可以進行膜上打孔移栽的獨特優(yōu)點，而且秧苗在移栽過程 中不受任何沖擊，特別適合于根系不很發(fā)達而且易破的缽苗移栽，缺點是整地較 為復(fù)雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率將增加，生產(chǎn)率較低。 5)導(dǎo)苗管式移栽機：這種移栽機有一個水平喂苗盤和一個垂直或傾斜的將缽苗送 入開溝器的導(dǎo)苗管。秧苗在導(dǎo)苗管中的運動是自由的，不易傷苗。秧苗靠重力落 到苗溝中，在調(diào)整導(dǎo)苗管傾角和增加扶苗裝置的情況下，可以保證較好的秧苗直 立度、株距均勻性和深度穩(wěn)定性，且作業(yè)速度較高。缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?，F(xiàn)有 機型有荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 Mode14000 型栽植機；芬蘭勞尼思公司生產(chǎn)的 RT 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 4 - 一 2 型栽植機；意大利切克基?馬格利生產(chǎn)的 TEX2 型栽植機；黑龍江農(nóng)墾科學院 研制的 2ZB-4 型杯式缽苗移栽機；中國農(nóng)大研制的 2ZDF 型半自動導(dǎo)苗管式移栽機； 東泰安國泰拖拉機總廠生產(chǎn)的 2ZM 一 2 和 2ZM—AI 型棉花移栽機；東泰安與吉林 工大合作研制的 2Z~一 200 型移栽機；吉林工業(yè)大學研制的 2zY 一 2 型玉米缽苗 移栽機；山東工程學院研制的 2ZG-2 型帶喂入式缽苗移栽機。 6)輸送帶式移栽機：帶式移栽機由水平輸送帶和傾斜輸送帶組成，兩帶的運動速 度不同，這種栽植機機構(gòu)簡單。但在工作可靠性方面需要進一步改進。 7)空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽機：吉林工業(yè)大學孫廷琮等應(yīng)用美國 B．K ．Huan9 發(fā) 明的空氣整根育苗技術(shù)研究開發(fā)了空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上研 制了空氣整根缽苗全自動移栽機。該機實現(xiàn)移栽全自動化，大大提高了移栽機作 業(yè)效率。 1.3.3 國內(nèi)水稻插秧機械存在的問題 我國插秧機械化停滯不前，除其他原因外，插秧機本身也存在許多問題，主 要表現(xiàn)在以下幾點： 蔬菜移栽機械研究剛起步，主要體現(xiàn)在以下幾方面。 1)移栽機具型式各異，沒有統(tǒng)一的標準， “三化”程度低，缽型也不一樣，不利于 育苗移栽技術(shù)的發(fā)展，同時機型和技術(shù)都不夠成熟。 2)作業(yè)時要求喂人手精力高度集中，否則造成漏苗、缺苗，栽植手勞動強度大。 3)作業(yè)速度滿足不了農(nóng)藝的要求。 4)可靠性差，育苗、配水系統(tǒng)等措施不配套，制約了該項技術(shù)的發(fā)展。 5)國內(nèi)對移栽機械的研究和開發(fā)屬于仿造，沒有重大的改進和技術(shù)上的突破。幾 乎所有的缽(育)苗移栽機械都采用人工喂苗。 6)整機的作業(yè)速度受操作者喂缽速度的限制，作業(yè)效率較低。目前國內(nèi)所有機型 均未超過每秒 1 株的極限速度。另外占用的人力較多，所有的機型幾乎都是 1 人 1 行，機具作業(yè)成本偏高。 7)栽植機具結(jié)構(gòu)復(fù)雜?，F(xiàn)有的移栽機一般均采用地輪驅(qū)動，用鏈條、齒輪、桿件 等完成喂入盤復(fù)雜運動，機具的造價較高，不適合我國的國情。機器的性能和成 本及農(nóng)民的經(jīng)濟條件限制移栽機的推廣。 1.4 白菜栽植機的研究和發(fā)展 從現(xiàn)在的發(fā)展趨勢來看，將來的白菜移栽機的發(fā)展必定是占領(lǐng)白菜栽植機市 場，但從最近 10 至 15 年內(nèi)來看，由于國內(nèi)對白菜移栽機的研究理論還不太成熟， 國家農(nóng)業(yè)的投資還不夠，也使我國廣大的白菜種植戶沒有購買的能力，所以白菜 栽植機還是非常受歡迎的，能夠促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化，減輕勞動強度，提高農(nóng) 業(yè)的生產(chǎn)效率，促進農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 5 - 白菜育苗移栽機械化是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)加強從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究， 進一步完善與移栽配套的育苗設(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗過程實現(xiàn)機械化、 工廠化和設(shè)施化。制定統(tǒng)一技術(shù)標準利評價方法，形成產(chǎn)品標準化、系列化和規(guī) 格化。研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運輸?shù)戎虚g環(huán)節(jié)工作過程的機械化自動 化問題，使育苗和移栽有機的結(jié)合，研制出多種適合我國白菜農(nóng)藝要求的全自動 移栽機，實現(xiàn)我國白菜的育苗工廠化生產(chǎn)和移栽機械化作業(yè)的生產(chǎn)模式。提高我 國白菜種植機械化水平，促進我國白菜生產(chǎn)的快速發(fā)展，改善人們生活水平。 1.5 白菜移栽機栽植臂涉及內(nèi)容和方法 白菜栽植機栽植臂設(shè)計涉及到的內(nèi)容有以下幾個方面： 1 分插原理 2 分插機構(gòu)的設(shè)計； 3 秧爪排的設(shè)計 4 曲柄連桿的設(shè)計 5 栽植臂各部件的設(shè)計 2 PRO/E 模塊簡介 2.1 Pro/Engineer 功能及特點 Pro/Engineer 是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系 統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。 1、參數(shù)化設(shè)計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人 員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您 可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上 從未有過的簡易和靈活。 2、單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫， 使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之， 在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán) 節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工 程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 6 - 工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更 優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 2.1.1 Pro／Engineer Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參 數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn) 生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)） 。Pro/Engineer 是一個功 能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋 （Ribs） 、槽（ Slots） 、倒角（ Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建 立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這 系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些 固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何 一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可 令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些 支持 Postscript 格式的彩色打印機。Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其 他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實 現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程，以增強 軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計能力，組 裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標準)，并且支 持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸 出。Pro/Engineer 功能如下： （1）特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； （2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等） ； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的 關(guān)系來進行設(shè)計。 （4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro／ PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等)。 （5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個 地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro／ENGINEER 的基本功能。 2.1.2 Pro／ASSEMBLY Pro/ASSEMBLY 是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成 一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY 是 Pro/ADSSEMBLY 的一 個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer 環(huán)境下運行，它具有如下功能： （1）在組合件內(nèi)自動零件替換(交替式) （2）規(guī)則排列的組合(支持組合件子集) 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 7 - （4）組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件) （5）Pro/ASSEMBLY 里有一個 Pro/Program 模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用 戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用 戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可。 （6）組件特征繪零件附加特征值．如：給兩中零件之間加一個焊接特征。 2.1.3 Pro／CABLING Pro/CABLING 提供了一個全面的電纜布線功能，它為在 Pro/ENGINEER 的部 件內(nèi)真正設(shè)計三維電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。三維電纜 的鋪設(shè)可以在設(shè)計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設(shè)計者在機械與電 纜空間進行優(yōu)化設(shè)計。Pro/CABLING 功能包括： （1）新特征包括：電纜、導(dǎo)線和電線束； （2）用于零件與組件的接插件設(shè)計； （3）在 Pro/ENGINEER 零件和部件上的電纜、導(dǎo)線及電線束鋪設(shè)； （4）生成電纜/導(dǎo)線束直線長度及 BOM 信息； （5）從所鋪設(shè)的部件中生成三維電纜束布線圖； （6）對參數(shù)位置的電纜分離和連接； （7）空間分布要求的計算，包括干涉檢查； （8）電纜質(zhì)量特性，包括體積、質(zhì)量慣性、長度； 2.1.4 Pro／CAT Pro／CAT 是選用性模塊，提供 Pro／ENGINEER 與 CATIA 的雙向數(shù)據(jù)交換 接口，CATIA 的造型可直接輸入 Pro／ENGINEER 軟件內(nèi)，并可加上 Pro／ENGINEER 的功能定義和參數(shù)工序，而 Pro／Engineer 也可將其造型輸出到 CATIA 軟件里。這種高度準確的數(shù)據(jù)交換技術(shù)令設(shè)計者得以在節(jié)省時間及設(shè)計成 本的同時，擴充現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的投資。 2.1.5 Pro／CDT Pro/CDT 是一個 Pro/ENGINEER 的選件模塊，為 CADAM 2D 工程圖提供 PROFESSIONALCADAM 與 Pro/ENGINEER 雙向數(shù)據(jù)交換直接接口。 CADAM 工 程圖的文件可以直接讀入 Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，經(jīng)由 PROFESSIONAL CADAM 輸出或讀入任何運行 Pro/ENGINEER 的工作站上。 Pro/CDT 避免了一般通過標準文件格式交換信息的問題，并可使新客戶在轉(zhuǎn)入 Pro/ENGINEER 后，仍可繼續(xù)享用原有的 CADAM 數(shù)據(jù)庫。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 8 - 2.1.6 Pro／CMPOSITE Pro/COMPOSITE 是一個 Pro/ENGINEER 的選件模塊，需配用 Pro/ENGINEER 及 Pro/SURFACE 環(huán)境下運行。該模塊能用于設(shè)計、復(fù)合夾層材料 的部件。Pro/COMPOSITE 在 Pro/ENGINEER 的應(yīng)用環(huán)境里具備完整的關(guān)聯(lián)性， 這個自動化工具提供的參數(shù)化、特征技術(shù)．適用于整個設(shè)計工序的每個環(huán)節(jié)。 2.1.7 Pro／DEVELOP Pro/DEVELOP 是一個用戶開發(fā)工具，用戶可利用這軟件工具將一些自己編 寫或第三家的應(yīng)用軟件結(jié)合并運行在 Pro/ENGINEER 軟件環(huán)境下。 Pro/IDEVELOP 包括‘C’ 語言的副程序庫 ,用于支援 Pro/ENGINEER 的交接口，以 及直接存取 Pro/ENGINEER 數(shù)據(jù)庫。 2.1.8 Pro／DESIGN Pro/DESIGN 可加速設(shè)計大型及復(fù)雜的順序組件，這些工具可方便地生成裝配 圖層次等級，二維平面圖布置上的非參數(shù)化組裝概念設(shè)計，二維平面布置上的參 數(shù)化概念分析．以及 3D 部件平面布置。Pro/DESIGN 也能使用 2D 平面圖自動組 裝零件。它必須在 Pro/Engineer 環(huán)境下運行。其功能有： （1） 3D 裝配圖的連接層次等級設(shè)計； （2） 整體與局部的尺寸、比例和基準的確定； （3） 情況研究-參數(shù)化詳細草圖（ 2D 解算器、工程記錄和計算）繪制； （4） 組裝：允許使用 3D 圖塊表示零組件了定位和組裝零件位置； （5） 自動組裝。 2.1.9 Pro／DETAIL Pro/ENGINEER 提供了一個很寬的生成工程圖的能力，包括：自動尺寸標注、 參數(shù)特征生成，全尺寸修飾，自動生成投影面，輔助面，截面和局部視圖， Pro/DETAIL 擴展了 Pro/ENGINEER 這些基本功能，允許直接從 Pro/ENGINEER 的實體造型產(chǎn)品按 ANSI/ISO/JIS/DIN 標準的工程圖。 3 栽植臂的工作過程 白菜移栽機的工作部件是栽植臂，其工作過程是由汽油發(fā)動機通過活塞的往 復(fù)運動傳出動力，傳到插秧機的變速箱中，經(jīng)過變速箱的減速后，經(jīng)過動力軸傳 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 9 - 到鏈輪上，再由鏈條傳到側(cè)支架連接的軸上，側(cè)支架中是靠鏈輪和鏈條實現(xiàn)傳動 的，栽植臂安裝在側(cè)支架上，從而帶動栽植臂的運動；栽植臂的秧針在秧門處取 苗，并插到水田中。秧箱通過橫向移箱機構(gòu)，進行橫向的往復(fù)移動，從而實現(xiàn)橫 向取苗的過程。秧苗的縱向送秧是靠縱向送秧機構(gòu)來完成的，當橫向移箱機構(gòu)使 秧箱移動到一端時，雙向螺旋軸上的凸輪帶動抬把運動，進而帶動棘輪副的運動， 使秧苗向下運動一定的距離，完成縱向送秧的過程。白菜移栽機的行走部分的工 作過程是由發(fā)動機輸出的動力傳遞到變速箱中，在經(jīng)過變速箱傳遞到安裝有驅(qū)動 輪的軸上，從而使地輪運動，通過變速桿調(diào)節(jié)插秧機的運動速度和運動方向。白 菜移栽機的插秧的行距是固定的為 30mm ，株距地調(diào)整有四種，取苗量通過秧箱 的上下移動來實現(xiàn)。 4 分插秧原理與分插機構(gòu)的設(shè)計 4.1 設(shè)計內(nèi)容和步驟 1）根據(jù)適應(yīng)的秧苗類別和高度，定出秧爪相對運動軌跡的高度范圍，設(shè)計秧爪排 運動機構(gòu)并按所適用穴距范圍檢驗秧爪排的運動軌跡，從而證實所設(shè)計機構(gòu)的是 否合理。 2)根據(jù)適用穴距范圍按秧爪插秧要求確定相對運動軌跡的寬度范圍和形狀，設(shè)計 秧爪軌跡控制機構(gòu)。 3）按已定機構(gòu)的檢驗秧爪的相對運動軌跡和適應(yīng)穴距范圍的絕對運動軌跡。 4）確定秧爪分插秧時的各項調(diào)整的方法和結(jié)構(gòu)，包括入簾深度和入簾高度、不同 插深、適應(yīng)不同穴距等的調(diào)整。 5)結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.2 分插機構(gòu)組成 分插機構(gòu)是水稻插秧機的主要工作部件，包括分插器和軌跡控制機構(gòu)，在供 秧機構(gòu)( 秧箱和送秧機構(gòu)) 的配合下，完成取秧、分秧和插秧的動作，其工作性能對 插秧質(zhì)量有十分重要的影響。分插器又稱秧針，是直接進行分秧和插秧的零件， 有鋼針式( 分離針 )和梳齒式兩種。鋼針式分插器上還帶有推秧器，用于秧苗插入泥 土后，把秧迅速送出分離針，使秧苗插牢。栽植臂主要由壓出臂組件、秧針、插 植叉組件和插植臂殼體組件組成，其用途是從苗箱上切取下秧塊，并栽插到田里。 圖 1 分插機構(gòu)的三維實體圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 10 - 4.3 分插工作原理 秧爪進入裝滿秧苗的秧箱中，在秧箱的阻秧裝置（秧簾、毛刷、秧門）的配 合下，取出一定數(shù)量的秧苗，稱為分秧。秧爪分取秧苗后，把秧苗沿幾乎垂直于 地面的方向插入土中，然后秧爪往后脫離秧苗出土，稱為直插。分離針則連同土 塊一起分取秧苗，插秧后有推秧器脫秧。 1）栽植臂的基本工作原理和運動軌跡可以簡化成四連桿機構(gòu)。動力由帶動栽植臂 運動的曲柄輸入。 2）為了減少栽植臂工作過程中產(chǎn)生的振動，克服栽植臂產(chǎn)生的慣性，栽植曲柄另 一端形成一扇形配重。 3）由插植傳動箱來的動力，通過栽植臂曲柄軸帶動壓出凸輪轉(zhuǎn)動，當壓出凸輪作 用于壓出臂時，壓出臂彈簧被壓縮，插植叉提起。秧針進行秧門取秧后，帶住秧 塊往下達到栽插位置時，壓出臂瞬間脫離壓出凸輪，在壓出臂彈簧的作用下，插 植叉把秧塊彈出，完成栽插動作。 曲柄連桿機構(gòu)應(yīng)用于機動插秧機軌跡的控制（圖 4） 。當曲柄連桿機構(gòu) ABCD 采用特定尺寸時，與連桿 BC 相連的秧爪的運動軌跡符合分插秧要求。秧爪取秧段 軌跡與秧苗軸線平行，通過秧門沿圓弧行軌跡運秧。秧苗按一定插深插入土中推 秧器向下運動使秧苗脫出秧爪。 白菜移栽機分插秧原理采用采用縱分往復(fù)直播式栽植臂。分插機構(gòu)類型為采 用筷子式秧爪，臥式秧門。其分插秧的具體過程如下： 1）取秧：插秧爪插入苗土取秧，插入的深度和高度均可調(diào)節(jié)； 2）分秧：秧爪與秧門相對運動，使所取秧苗與苗土分離； 3）運秧：由曲柄連桿機構(gòu)運動軌跡確定，基本上沿與地面弄垂直的軌跡向下運 動； 4）插秧：采用推秧器是秧苗插穩(wěn)； 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 11 - 5）回程：由曲柄連桿機構(gòu)運動軌跡確定，避開秧門，從苗土上方再次進入秧箱。 4.4 秧爪 4.4.1 秧爪的設(shè)計 筷子式秧爪裝有推秧片把秧苗強制推出，取秧深度易調(diào)整秧爪不會把秧苗帶 回，傷秧也少，故采用筷子式秧爪（如圖 2 所示）?？曜邮窖碜τ蓛筛孛鏋閳A 形的鋼針組成，分秧針直徑為 Φ4.5mm，兩針的間距為 8mm。栽插一般小苗時取秧 深度為 8 或 11mm，栽插中苗時取秧深度為 14 或 17mm。秧爪用 ZG45 鑄鋼精鑄，分 秧針選用切土式秧針（如圖 3 所示） ，爪部 20 毫米范圍要求熱外理，硬度應(yīng)為 HRC35－40。 圖 2 筷子式秧爪結(jié)構(gòu) 1—秧爪固定板 2—寬秧爪 3—插秧桿 4—推秧片 圖 3 切土式分離爪三維實體圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 12 - 表 1 秧爪的運動過程 順序 分段 軌跡的特點和要求 a 上止點 秧爪在秧簾外，準備入簾 ab 入簾 與秧簾成一銳角入簾 bc 取秧 與秧簾平行，在取秧過程中對秧苗有梳理作用 cd 分秧 垂直秧門，在秧門的作用下分秧 de 運秧 基本上與地面垂直向下運秧 ef 插秧 在 e 處開始插秧入土，ef 的方向依牽引速度 v 的方向而 定，應(yīng)使秧爪的絕對軌跡基本上與地面垂直或稍向前， 使秧苗垂直向下插并適量向前貼 Hs 為插秧的最大深度 fg 出土 秧爪插秧后沿 fg 軌跡出土，g 點位置及 g 點距 e 點的距 離應(yīng)按 v\的方向和大小而定，應(yīng)使絕對運動軌跡中的 f’g’段在 e’f’之后，使秧爪從以插苗后出土，e’ g’的距離不宜過大以避免插孔過大而產(chǎn)生飄秧 ga 回程 應(yīng)避開秧門和秧簾 圖 4 曲柄連桿機構(gòu)控制的秧爪運動軌跡 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 13 - 1—秧爪 2—推秧器 Ⅰ—秧爪尖相對運動軌跡 Ⅱ—秧爪尖絕對運動軌跡 Ⅲ—推秧器相對運動軌跡 Ⅳ—推秧器絕對運動軌跡 表 2 往復(fù)式秧爪運動軌跡的參數(shù) 秧苗類別 帶土苗 100~150mm 栽插穴距 準備入簾的高度 h1 入簾高度 h2 離地高度 h3 插秧深度 h4 軌跡的最大高度 H 最高點距入土點寬 b1 入簾點距入土點寬 b2 插秧至最深點后移量 b3 122、137、157 可調(diào) 14 30 224 20 可調(diào) 288 28 16 可調(diào) 5 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 14 - 出土點至入土點距離 b4 回程距秧門寬 b5 1 16 圖 5 秧爪運動軌跡圖 4.4.1 秧爪 排運動機構(gòu)的設(shè)計 秧爪排的設(shè)計如表 3 所示 表 3 秧爪排的設(shè)計 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 15 - 序號 設(shè)計內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 計算結(jié)果及說明 1 畫出設(shè)想秧爪 的運動軌跡 軌跡高度 H H=288mm 如圖 5 所示 2 選定秧爪長度 LZ mLz hy1057.)8`~6(??LZ=0.7×150=105mm hy—適應(yīng)秧苗高度 3 確定搖臂 CD 擺動的最高和 最低位置 (ax)4(max)HzD??HD(max)=288+105-20=363mm h4(max)—設(shè)計最大插深 4 定搖臂長度 R R=（1.2～1.5）hy 根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗取 R=75mm 5 定搖臂軸離拖 板面安裝高度 (max)42hLHzZ???HZH=240mm HZH 的尺寸應(yīng)從整機結(jié)構(gòu)考慮 6 曲柄中心 O 的 配置和曲柄的 轉(zhuǎn)動方向 O 的位置方向根據(jù)全機總體配置而定，一般 配置在靠近插秧工作部分的機架前部，曲柄 搖桿機構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向而定，要求插秧行程曲 柄轉(zhuǎn)角大于回程時的曲柄轉(zhuǎn)角，是工作行程 平穩(wěn)，而回程加快。 7 搖桿長度的確 定 RBC)35.0~2(? 選用值： RBC=100～160 =100mmBC 如過大則機構(gòu)不緊湊，過小制造時不易保持 精度。 4.5 曲柄連桿的組成及工作原理 曲柄連桿式分插機構(gòu)根據(jù)配置方式的不同可分為前插式和后插式兩種。沿插 秧機前進方向，前插式分插機構(gòu)配置在秧箱的后方，其搖桿與機架鉸接點位于曲 柄傳動軸的后上方，我國 2ZT 系列插秧機和日本產(chǎn)的乘坐式插秧機基本上采用前 插式。前插式和后插式曲柄連桿機構(gòu)，其構(gòu)造和工作原理基本相同，但秧針的運 動軌跡有所不同（如圖 6 所示） 。對于大苗移栽，特別是雙季稻的后季稻插秧，由 于秧苗較長，前插式容易發(fā)生“連橋”現(xiàn)象，即把前面已插秧苗的秧尖，又插到 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 16 - 下一株秧苗的根部，后插式則可避免這種情況。故本設(shè)計采用后插式曲柄連桿機 構(gòu)。 圖 6 曲柄搖桿機構(gòu) a 前插式 b 后插式 曲 柄連桿 機構(gòu) 主要由 曲柄、 搖桿和 栽植臂組成，曲柄安裝在與機架固定鉸接的傳動軸上，把傳動軸的動力傳給栽植 臂。搖桿一端連接栽植臂，另一端固定在機架上。栽植臂是一連桿體零件，前端 安裝分離針。由于搖桿的控制作用，栽植臂把曲柄的圓周運動變?yōu)榉植逖淼奶囟?的曲線運動，帶動秧針完成分秧、運秧、插秧和回程等動作。曲柄搖桿式分插機 構(gòu)的工作過程由曲柄、栽植臂、搖桿和機架組成的四連桿機構(gòu)控制。當曲柄隨傳 動軸旋轉(zhuǎn)時，栽植臂被驅(qū)使繞傳動軸作偏心轉(zhuǎn)動，但其后端又受搖桿的控制，從 而使秧針形成特定的運動軌跡，保證秧針以適當?shù)慕嵌冗M入秧門分取秧苗，并近 似于垂直方向把秧苗插入土中。秧苗入土后，栽植臂中的曲輪卸去對推秧彈簧的 壓力．于是彈簧推動撥叉使推秧器迅速推出分離針。 曲柄搖桿機構(gòu)插秧頻率一般為 200～220r／min，加平衡塊后，插秧頻率可達 250～270 r/min。這種分插機構(gòu)運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、密封耐用。其各鉸接點均 為滾動軸承．以保證轉(zhuǎn)動層靈活和運動軌跡準確。傳動軸上安裝有牙嵌式安全離 合器，在分秧和插秧阻力過大時(如秧針碰到石塊、樹根等 )，可以通過牙嵌斜面 壓縮彈簧自動切斷動力，使栽植臂停止工作，起到保護分插機構(gòu)的安全作用。 4.6 曲柄連桿的設(shè)計 當曲柄 OA 按一定速度回轉(zhuǎn)時，擺桿或搖桿 BC 擺動，固定于連桿上的秧爪尖 D 按一封閉曲線運動，完成分秧和插秧動作，不必另配秧爪軌跡控制結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但使秧爪的行程受限制，行穿過大時每分鐘插次不能提高， 否則會產(chǎn)生較大的震動而影響插秧質(zhì)量。 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 17 - 采用秧爪尖與前進方向相反的曲柄連桿機構(gòu)，由于秧爪排再以插苗的前面運動， 因此不存在秧爪碰釘打秧的情況通過性好，對于較高的秧苗有較好的適應(yīng)性。由 于前進速度即牽引速度的方向與其他的插秧機結(jié)構(gòu)不同。其結(jié)構(gòu)如圖 6 中 b 所示. 1）定曲柄 OA 的尺寸：本機構(gòu)適用于栽插秧苗高度為 80～250mm 的帶土苗曲柄 OA 的回轉(zhuǎn)半徑 R=35mm； 2）求搖桿與機架的鉸接點 C 的位置：應(yīng)用回轉(zhuǎn)重心法，把許多回轉(zhuǎn)中心曲線的近 似交點作為 C 點； 3）定連桿與擺桿的鉸接點 B：因 B 點為擺動點，采用作圖法確定，如圖 7 所示。 則搖桿 BC 長 L1=60mm，連桿 AB 長 L2=67mm，OC 距離為 d=75mm。圖中Ⅰ是秧爪運 動軌跡，Ⅱ1 是秧爪尖在穴距為 161.8mm 時的運動軌跡，Ⅱ2 是秧爪尖在穴距為 111.3mm 的絕對運動軌跡。 圖 7 曲柄搖桿機構(gòu)的參數(shù) 5 栽植 臂的組 成與設(shè)計 構(gòu)造 壓出臂組件由壓出凸輪、壓出臂、壓出臂銷組件。其組件是在秧針入土 前瞬間，將插植叉迅速下壓，彈出秧苗。 插植叉組件由插植叉、開口銷、壓出螺 母、壓出鎖母、緩沖墊、插植襯套、油封組成，作用是在秧針和插植前端的配合 下，從苗箱上取下設(shè)定大小的 秧苗塊，并在秧針入土前夕，插植叉在壓出凸輪和 壓出臂的作用下，以彈出速度將秧苗從秧針上推出，插入田里。 插植臂殼體組件 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 18 - 由栽植臂外殼、蓋板、注油帽、搖動曲柄、插植曲柄、插植臂曲柄鎖銷組成，其 作用是安裝各類插植零件并按設(shè)定的軌跡完成插植動作。 在分插機構(gòu)運動過程中，推秧器相對秧爪或產(chǎn)生相對運動，或相對停止運動， 交錯運行，每分插一次完成一個循環(huán)。從秧爪快要分取秧時到一定深度這段時間 內(nèi)，推秧器的推秧片與秧爪尖保持一段距離（18~20mm） ，相對靜止；當快要插到 要求深度時，推秧器突然推出，直到推秧片與秧爪幾乎平齊；在秧爪回程中，推 秧器縮回，即推秧片與秧爪尖的距離逐漸拉大直到分取秧要進行時達到最大。推 秧器的這個運動通過凸輪和壓縮彈簧來實現(xiàn)，而凸輪的運動有一套傳動機構(gòu)，這 些凸輪、彈簧和傳動機構(gòu)都安裝在栽植臂內(nèi)。 圖 8 栽植臂的三維實體圖 5.1 推秧擺臂的設(shè)計 5.1.1 推秧擺臂運動規(guī)律的選擇 在栽植臂中，推秧桿通過連接塊（壓縮彈簧）杠桿推秧擺臂相連，而推秧擺 臂的一端作用著壓縮彈簧，而另一端與推秧凸輪相作用，使擺臂壓縮或者松開彈 簧，導(dǎo)致推秧桿縮入栽植臂體或者推出秧苗。當凸輪凸起部壓下擺臂一端時，彈 簧產(chǎn)生壓縮推秧桿的推秧片相對秧爪尖拉開一段距離，為所取的秧苗留下一個空 間；當凸輪的凹部對準擺臂一端時，壓縮彈簧松開，這時依靠彈簧力推動推秧桿 把秧苗瞬時推入土中，這時推秧片和秧爪尖平齊。秧爪與推秧片的最大距離約 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 19 - 18mm 左右，也就是最大存秧空間（即推桿的最大行程） 。彈簧力應(yīng)保證推秧桿有 足夠的力量把秧苗脫開秧爪并推入土中，但也不要太硬，以免消耗凸輪推動推桿 的功率過大，同時減少推秧時的震動。為避免震動和結(jié)構(gòu)緊湊，故推秧桿的滾子 部分選用弧形設(shè)計。 推秧擺臂的運動過程：在凸輪的運動過程中使推桿轉(zhuǎn)動 20°時，使推秧擺臂 帶動的推秧器上升 18mm。在此運動過程中，凸輪轉(zhuǎn)動 210°時，推秧擺臂擺動到 最高點；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動 75°時，推秧擺臂停止不動；凸輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動 15°時，推 秧擺臂降低到最低點；凸輪轉(zhuǎn)過其余角度時，推秧擺臂停止不動。根據(jù)它的運動 過程選擇其運動規(guī)律如下： 推程選用正弦加速度運動規(guī)律，運動方程為： ?????????2/sin/00??hs/2co1?wv??20sia 回程選用五次多項式運動規(guī)律，運動方程為： 543210 ??cccs ??? 4534232/ ??dtv 32016/ ??cccta ??? 由上式可得推秧擺臂的基本尺寸，如下節(jié)所述。 5.1.2 推秧擺臂的設(shè)計尺寸 推秧擺臂的外形如圖 9 所示。 圖 9 推秧擺臂的三維實體圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計 - 20 - 推秧擺臂長度的尺寸如表 6 所示： 表 6 推秧擺臂的尺寸 名稱 尺寸（mm） 總長 L 與凸輪接觸半徑 R 與凸輪接觸處寬度 b 彈簧安裝直徑 d 與機體鉸接處直徑 d1 87 16 8 5 10 5.2 推秧凸輪的設(shè)計 推秧凸輪為盤形凸輪，是具有變化向徑的盤形構(gòu)件繞固定軸線回轉(zhuǎn)。且凸輪 與推秧擺臂的接觸是用彈簧力來保證的力封閉凸輪機構(gòu)。推秧凸輪的運動規(guī)律和 推秧擺臂的運動規(guī)律相同：在凸輪的運動過程中使推秧擺臂轉(zhuǎn)動 20°時，使推秧 擺臂帶動的推秧器上升 18mm。在此運動過程中，凸輪轉(zhuǎn)動 210°時，推秧擺臂擺 動到最高點；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動 75°時，推秧擺臂停止不動