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小型蔬菜移栽機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí)
指導(dǎo)老師
日 期
前 言
蔬菜是人們賴以生存的的主食，它能提供人體所需的維生素和礦物質(zhì)。我國作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)民主要收入來源于經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)，而蔬菜的種植是其主要組成部分。我國農(nóng)業(yè)常年用種量在125億公斤以上，已成為繼美國之后的全球第二大種子市場(chǎng)，其中蔬菜常年用種量約4萬多噸，商品化率約為60%，與世界水平還有一定差距，意味著我國蔬菜市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿1]。
移栽機(jī)的發(fā)展從側(cè)面反映出我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用情況。在我國，移栽機(jī)發(fā)展處于起步階段，發(fā)展不夠成熟，又由于我國地域廣闊，東西部區(qū)域所使用的機(jī)械存在差異，對(duì)機(jī)械的要求也不同，同時(shí)生產(chǎn)商制造移栽苗缽存在差異，導(dǎo)致移栽機(jī)發(fā)展緩慢的原因[2]。
因此小型蔬菜移栽機(jī)的研究十分具有意義，尤其是個(gè)體承包戶用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面。我國市場(chǎng)上出現(xiàn)的小型蔬菜移栽機(jī)比較少見，而中等面積的蔬菜生產(chǎn)地又過多，小型蔬菜移栽機(jī)的使用，相對(duì)來說，使用機(jī)械移栽蔬菜將很大程度上緩解農(nóng)戶的壓力，提高蔬菜移栽的效率，增加工作進(jìn)度，完全符合我國目目前城市周邊及農(nóng)業(yè)蔬菜生產(chǎn)的行情。
本文設(shè)計(jì)一種小型蔬菜移栽機(jī)。以滿足廣大農(nóng)民用戶的需求為目的，綜合考慮實(shí)際情況，從多種類型的蔬菜移栽機(jī)中進(jìn)行對(duì)比選擇，設(shè)計(jì)出的移栽機(jī)株距和移栽深度穩(wěn)定，并且移栽苗缽適應(yīng)能力強(qiáng)，可以進(jìn)行多種蔬菜的移栽，對(duì)移栽苗體的損傷低，直立度良好，同時(shí)有很好的工作效益的小型蔬菜移栽機(jī)。
關(guān)鍵詞：移栽機(jī)；蔬菜；苗體
目 錄
1 緒論 1
1.1 國內(nèi)外蔬菜移栽機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2 國內(nèi)外蔬菜移栽機(jī)械存在的問題 1
1.3 研究的內(nèi)容和方法 1
1.4 預(yù)期目標(biāo) 2
1.5 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 2
1.6 工作條件及解決方法 2
2 移栽機(jī)總體結(jié)構(gòu)及主要零部件的設(shè)計(jì) 2
2.1 蔬菜移栽機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 2
2.2 小型蔬菜移栽機(jī)的傳動(dòng)原理 4
2.3 移栽器工作原理 5
2.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 5
3 吊籃設(shè)計(jì) 6
3.1 吊籃運(yùn)動(dòng)分析 6
3.2 吊籃基本參數(shù)之間的關(guān)系 6
4 傳動(dòng)比確定 7
4.1 總傳動(dòng)比、株距及地輪半徑關(guān)系 7
4.2 鏈輪齒數(shù)的選擇與移栽株距的確定 8
5 鏈輪設(shè)計(jì) 9
5.1 鏈輪選擇及參數(shù) 9
5.2 鏈節(jié)數(shù)計(jì)算 9
6 凸輪設(shè)計(jì) 9
6.1 凸輪與鴨嘴的關(guān)系 9
6.2 凸輪導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 9
7 地輪軸的校核 12
7.1 地輪軸總體受力分析 12
7.2 地輪軸垂直面與水平面的支撐反力分析 13
7.3 地輪軸的校核計(jì)算 14
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
1 緒論
1.1 國內(nèi)外蔬菜移栽機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
1.1.1國外蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
世界上移栽技術(shù)發(fā)展較早的主要是歐美、日本等國家。國外出現(xiàn)的蔬菜移栽機(jī)有兩種發(fā)展方向。一種以美國為首的，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人少，農(nóng)業(yè)人口人均耕地面積大，移栽技術(shù)走向?qū)I(yè)化，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收割，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度自動(dòng)化和機(jī)械化[3]。另一種是以日本為首，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)土地面積較小，蔬菜移栽機(jī)精密度高，專用性強(qiáng)，這種蔬菜移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)移栽，人工輔助，即可完成生產(chǎn)進(jìn)度，保證小面積移栽蔬菜的需求。
國外移栽機(jī)類型多，移栽通用性能較強(qiáng)，相對(duì)成熟。由于全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)造價(jià)太高，機(jī)械化水平較高的國家大多采用半自動(dòng)移栽機(jī)械，人工喂入[4]。國外蔬菜移栽機(jī)械配套設(shè)施比較全面，工作效率高，而且移栽蔬菜時(shí)能保證移栽的株距和移栽深度，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整。國外的蔬菜移栽機(jī)能做到不傷苗體，移栽后苗體依然保持直立狀態(tài)，這樣能使移栽后蔬菜的成活率提高。
1.1.2 國內(nèi)蔬菜移栽機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國蔬菜移栽機(jī)起步較晚，上個(gè)世紀(jì)50年代開始研制移栽機(jī)，在70年代開始研制裸根苗移栽機(jī)，80年代出現(xiàn)半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)[5]。到目前為止，蔬菜移栽機(jī)依然沒有得到廣泛的應(yīng)用，只有機(jī)械化程度發(fā)展較高的地區(qū)可以見到蔬菜移栽機(jī)。
我國蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展受到農(nóng)藝的限制，兩者發(fā)展不平衡，移栽機(jī)的發(fā)展忽略了綜合經(jīng)濟(jì)效益，而且在移栽過程中出現(xiàn)的問題沒有得到很好的解決，所以蔬菜移栽技術(shù)發(fā)展緩慢。不同地區(qū)間蔬菜種類、苗體大小和高度等都有一定的差異，蔬菜移栽機(jī)的通用性沒有得到很好的解決，也是蔬菜移栽機(jī)不能普及的一個(gè)原因。國內(nèi)已有的移栽機(jī)主要適用于秧苗株高小于30cm，株距大于20cm的玉米、甜菜和煙草等作物的移栽。
國內(nèi)生產(chǎn)蔬菜移栽機(jī)有多家公司，多為煙草、甜菜、棉花移栽機(jī)。如青州火絨機(jī)械責(zé)任有限公司制造的黃煙移栽機(jī)，該機(jī)采用了聯(lián)動(dòng)控制裝置帶動(dòng)投苗機(jī)器隨栽苗器挖穴、施肥、栽苗、封埯等功能的實(shí)現(xiàn)，并且無漏栽苗和傷苗現(xiàn)象發(fā)生，確保了秧苗移栽的質(zhì)量和成活率，完全可以彌補(bǔ)人工移栽過程中的深淺不一、株距不均、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。
1.2 國內(nèi)外蔬菜移栽機(jī)械存在的問題
國內(nèi)自主研發(fā)的蔬菜移栽機(jī)有很多不能解決的問題。機(jī)身不穩(wěn)定，導(dǎo)致移栽苗體的株距、列寬程度都有不同的變化[6]。引起這種情況的原因很多。首先是土壤條件，多數(shù)農(nóng)民文化層次不高，對(duì)土壤了解很少，每年留存在土地內(nèi)的殘留物較多，在耕地整地上沒有完全做到標(biāo)準(zhǔn)。其次是蔬菜移栽機(jī)本身設(shè)計(jì)問題，我國生產(chǎn)的蔬菜移栽機(jī)械化正處于緩慢發(fā)展階段，理論部分和實(shí)際有一些差距，導(dǎo)致移栽效果與農(nóng)民期望相差較遠(yuǎn)[7]。
我國適用于蔬菜的缽苗移栽機(jī)還不夠成熟，缽苗栽植入大田后直立度差，現(xiàn)有機(jī)具在扶苗、覆土、壓實(shí)上都存在一定問題[8]。國內(nèi)移栽機(jī)基本上實(shí)現(xiàn)了株距和移栽深度的調(diào)整，但其穩(wěn)定性差，株距和移栽深度的不同對(duì)幼苗在移栽后的生長狀況有很大影響。同時(shí)容易漏栽，生產(chǎn)效率不高。
國內(nèi)與移栽機(jī)相配套的其他機(jī)械少，機(jī)械化育苗移栽程度比較低。國內(nèi)目前所生產(chǎn)的移栽機(jī)多數(shù)是借鑒外國機(jī)型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易出現(xiàn)問題，給后續(xù)的維修帶來不便，導(dǎo)致移栽機(jī)在我國的推廣進(jìn)度緩慢。
國外移栽機(jī)械較為成熟，多數(shù)以大型移栽機(jī)械為主，自動(dòng)化程度高，移栽性能良好，一般用于大面積移栽，但同時(shí)其成本太高，不適合我國目前的移栽發(fā)展?fàn)顩r。
1.3 研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國小型蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械化要求，設(shè)計(jì)小型蔬菜移栽機(jī)。小型蔬菜移栽機(jī)主要由動(dòng)力機(jī)械、傳動(dòng)裝置、喂入裝置、導(dǎo)苗裝置、扶苗裝置、鎮(zhèn)壓裝置等組成[9]。其中，動(dòng)力機(jī)械是小四輪拖拉機(jī)，只需要把蔬菜移栽機(jī)懸掛牽引，即可實(shí)現(xiàn)工作。
先確定符合我國蔬菜移栽機(jī)的類型，根據(jù)已有的蔬菜移栽機(jī)的參數(shù)和構(gòu)造，設(shè)計(jì)出符合我國移栽行業(yè)的小型蔬菜移栽機(jī)，使小型蔬菜移栽機(jī)的工作效益能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的需求，尤其是移栽后的株距和深度穩(wěn)定，保持在合理的控制范圍內(nèi)，移栽后苗體的直立度較高，同時(shí)覆土、壓實(shí)較好[10]。
1.4 預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音小，使用壽命長。
（2）移栽后的苗體直立度好，損傷少，株距和深度基本保持一致，覆土性能優(yōu)良。
（3）可以在溫室、中小面積的土地上作業(yè)，小巧靈活，移栽速度快，人工勞動(dòng)量少，同時(shí)動(dòng)力消耗上要盡量少。
（4）制造價(jià)格便宜，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，能滿足大多數(shù)蔬菜的移栽。
1.5 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動(dòng)力源為小四輪拖拉機(jī)，通過地輪驅(qū)動(dòng)、鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸，苗體通過人工喂入，由偏心裝置帶動(dòng)移栽器做圓周運(yùn)動(dòng)，將苗體投入移栽器后，移栽器每次接近最低點(diǎn)打開，即可完成苗體的移植。最后覆土輪進(jìn)行覆土壓實(shí)。
（1）選擇移栽機(jī)類型，設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置、苗盤裝置、喂入裝置、苗體傳送裝置。
（2）運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
1.6 工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有溫室實(shí)驗(yàn)基地，土壤條件較好，為項(xiàng)目開展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小型蔬菜移栽機(jī)的工作條件。
小型蔬菜移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)在中型、大型蔬菜移栽機(jī)上改進(jìn)，但必須保持移栽機(jī)所具有的工作性能，保證能夠滿足移栽作物對(duì)深度、行距和直立度等要求。在小型蔬菜移栽機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可參考中型、大型蔬菜移栽機(jī)工作原理，對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，找出符合移栽狀況的移栽機(jī)類型。選定移栽機(jī)類型后，分析其運(yùn)動(dòng)特征及軌跡，從而確定投苗點(diǎn)位置或鴨嘴開口位置，設(shè)計(jì)凸輪導(dǎo)軌。
2 移栽機(jī)總體結(jié)構(gòu)及主要零部件的設(shè)計(jì)
根據(jù)導(dǎo)師的指導(dǎo)和設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過反復(fù)的討論和研究，確定了移栽機(jī)的類型及機(jī)構(gòu)組成。該蔬菜移栽機(jī)主要有動(dòng)力源（拖拉機(jī)牽引）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、移植苗體機(jī)構(gòu)、移栽深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、放苗機(jī)構(gòu)、覆土鎮(zhèn)壓輪等。
2.1 蔬菜移栽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
移栽機(jī)總體方案如圖2-1所示。
圖2-1小型蔬菜移栽機(jī)總體方案圖
蔬菜移栽機(jī)是一種組合式裝備。它是由牽引架總成、地輪總成、移栽器總成、放苗架總成及覆土鎮(zhèn)壓輪總成組合而成。
牽引架總成由懸掛橫梁、懸掛與拖拉機(jī)連接機(jī)構(gòu)、地輪總成與懸梁連接機(jī)構(gòu)、移栽器總成和懸梁連接機(jī)構(gòu)組成，其各部分零件均與懸掛橫梁通過U型螺栓固定。
地輪總成由地輪、地輪軸和地輪機(jī)架組成。地輪軸端有鏈輪進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)，通過改變地輪上的鏈輪齒數(shù)，即可改變移栽機(jī)傳動(dòng)比，從而改變株距。地輪機(jī)架上端為移栽深度調(diào)節(jié)裝置，其主要部分為絲杠，通過旋轉(zhuǎn)絲杠可以改變懸掛橫梁與地面的相對(duì)高度，從而改變移栽器與地面的相對(duì)高度。
移栽器總成由牽引臂、移栽器擋板、移栽圓盤、偏心圓盤、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、凸輪、鴨嘴和彈簧等組成。移栽器整體固定在牽引臂上，可隨拖拉機(jī)向前運(yùn)動(dòng)。移栽圓盤與移栽軸固定，移栽軸端有鏈輪，地輪傳遞動(dòng)力至主傳動(dòng)軸后，再由主傳動(dòng)軸傳遞到移栽軸的鏈輪上，從而完成整個(gè)移栽器的傳動(dòng)。
放苗架總成與牽引臂通過螺栓固定在移栽器后上方，作業(yè)人員可在座位上取苗。放苗盤上下面均為有一定厚度的鐵皮板，與腳架焊接為整體。放苗盤與放苗支架通過螺釘連接，調(diào)整行距時(shí)同時(shí)調(diào)整螺釘即可。
覆土鎮(zhèn)壓輪總成在牽引臂末端，由覆土連桿、連桿套管、橡膠輪連桿、橡膠輪組成。通過覆土連桿套管上的擰緊螺釘，可調(diào)整橡膠輪連桿的上下位置及角度，從而滿足移栽覆土的需求。
小型蔬菜移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。
1、牽引點(diǎn) 2、U型螺栓 3、懸掛橫梁 4、橫梁與地輪架連接件
5、地輪架 6、地輪 7、鏈輪 8、鴨嘴 9、凸輪 10、覆土鎮(zhèn)壓輪 11、吊籃主圓盤
12、吊籃偏心圓盤 13、擋板 14、放苗架 15、牽引臂 16、移栽深度調(diào)節(jié)絲杠 17、座椅
圖2-2 移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖
2.2 小型蔬菜移栽機(jī)的傳動(dòng)原理
1、地輪 2、移栽器 3、鏈輪組a 4、鏈條 5、主傳動(dòng)軸 6、鏈輪組b
圖2-3 移栽機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
該小型蔬菜移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)固定株距的蔬菜移栽，所以使用鏈輪傳遞動(dòng)力較為適合。
如圖2-3為移栽機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。移栽機(jī)的傳動(dòng)由拖拉機(jī)牽引下，地輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得鏈輪組a轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到主傳動(dòng)軸。同時(shí)主傳動(dòng)軸與移栽器通過鏈輪組b傳動(dòng)，這樣便完成了整個(gè)移栽機(jī)的二級(jí)傳動(dòng)方式。其中，通過更換鏈輪組a齒數(shù)，可以改變地輪與移栽器的傳動(dòng)比，從而改變株距。
2.3 移栽器工作原理
移栽器的工作原理如圖2-4所示。
1、牽引機(jī)架 2、偏心導(dǎo)軌 3、鏈輪
4、吊籃 5、曲柄機(jī)構(gòu) 6、主動(dòng)圓盤 7、從動(dòng)圓盤
圖2-4 移栽器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
牽引臂1固定在機(jī)架上，機(jī)架在小型拖拉機(jī)牽引下向前做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)移栽器圓盤在鏈輪3帶動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng)。移栽器圓盤由偏心圓盤6和主動(dòng)圓盤7構(gòu)成，保持同角速度圓周運(yùn)動(dòng)。曲柄機(jī)構(gòu)5連接在主動(dòng)圓盤與偏心圓盤上，構(gòu)成平行連桿機(jī)構(gòu)，隨其做圓周運(yùn)動(dòng)，吊籃鉸接在曲柄5上，故吊籃在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持垂直于地面。吊籃4運(yùn)動(dòng)到上方時(shí)，將苗體投入吊籃中，當(dāng)?shù)趸@運(yùn)動(dòng)至接觸地面，與吊籃連接在一起的鴨嘴在兩側(cè)凸輪作用下，強(qiáng)制開啟。鴨嘴在吊籃最低點(diǎn)開口最大，苗體此時(shí)已落入穴中。吊籃繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在鴨嘴將出地面時(shí)，鴨嘴開口保持最大一段時(shí)間，苗體完全脫離鴨嘴后，在兩側(cè)凸輪及鴨嘴上的彈簧作用下，鴨嘴緩慢閉合。吊籃在與牽引臂1平行處完全閉合。吊籃再次運(yùn)動(dòng)到上方時(shí)，人工再次投苗，完成一次循環(huán)。
2.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
表2-1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
作業(yè)行駛速度（m/s）
作業(yè)行數(shù)
掛接方式
1445×1478×1245
0.2~0.4
2
三點(diǎn)懸掛
配套動(dòng)力
行距調(diào)整范圍（mm）
株距（mm）
移栽深度范圍（mm）
18kW以上輪式拖拉機(jī)
300~500
342mm、370mm、402mm
40~120
3 吊籃設(shè)計(jì)
3.1 吊籃運(yùn)動(dòng)分析
圖3-1 吊籃運(yùn)動(dòng)特征及軌跡
吊籃運(yùn)動(dòng)是由機(jī)車牽引向前的直線運(yùn)動(dòng)和吊籃繞吊籃中心的圓周運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成的。如圖3-1所示，以吊籃圓盤中心為原點(diǎn)，前進(jìn)方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，建立直角坐標(biāo)系，可求出吊籃運(yùn)動(dòng)軌跡方程：
（3-1）
（3-2）
其中，為拖拉機(jī)前進(jìn)速度，為吊籃轉(zhuǎn)盤半徑，為吊籃轉(zhuǎn)盤角速度。
將3-1式及3-2式對(duì)時(shí)間一階求導(dǎo)，可得出吊籃的運(yùn)動(dòng)方程：
（3-3）
（3-4）
令，則吊籃運(yùn)動(dòng)軌跡取決于大小。
如圖3-1 所示，當(dāng)時(shí)，為軌跡I；當(dāng)時(shí)，為軌跡II；當(dāng)時(shí)，為軌跡III。
按照“零速投苗[11]”原理，當(dāng)時(shí)，苗體在與地面接觸處，相對(duì)于地面速度為0，此時(shí)移栽直立度最好。但實(shí)際狀況是，當(dāng)時(shí)，最低點(diǎn)處為圖3-1中C點(diǎn)，吊籃鴨嘴投苗后，苗體并未完全脫離，故不是最佳投苗條件。
實(shí)際應(yīng)選投取苗條件。如圖3-1所示，此時(shí)在A處吊籃鴨嘴張開，苗體與地面接觸鴨嘴張開最大，至最低點(diǎn)后，苗體并未脫離吊籃鴨嘴，而在B處苗體完全脫離吊籃鴨嘴，繼而鴨嘴緩慢閉合。
3.2 吊籃基本參數(shù)之間的關(guān)系
3.2.1 吊籃的基本參數(shù)
吊籃基本參數(shù)有：
（1）吊籃數(shù)量，一般小于或等于6個(gè)；
（2）株距，選取常見作物株距，一般選取30cm~40cm；
（3）吊籃轉(zhuǎn)速，單位為r/min，可知吊籃角速度；
（4）移栽頻率，單位為株/min，一般頻率為40~70株/min；
（5）拖拉機(jī)進(jìn)速度；
（6）吊籃轉(zhuǎn)盤半徑。
3.2.2 移栽頻率、株距與拖拉機(jī)前進(jìn)速度的關(guān)系
不考慮其他因素的影響，移栽頻率、株距與拖拉機(jī)前進(jìn)速度的關(guān)系為：
（3-5）
該蔬菜移栽機(jī)采用人工投苗，頻率不宜過高，取一般值60株/min，即。3-5式中，頻率選定后，株距S與成正比關(guān)系，其關(guān)系如下表：
表3-1 株距與機(jī)車前進(jìn)速度的關(guān)系
株距（）
100
200
300
400
500
機(jī)車速度（）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
3.2.3 吊籃數(shù)量、株距S及吊籃轉(zhuǎn)盤半徑關(guān)系
由移栽機(jī)運(yùn)動(dòng)特征知為其基本條件，即：
（3-6）
將帶入上式，整理得到：
（3-7）
吊籃盤半徑為固定值，取=200mm，吊籃數(shù)量與株距之間關(guān)系如表3-2和表3-3所示：
表3-2 吊籃數(shù)量與最大株距的關(guān)系
吊籃數(shù)量（個(gè)）
1
2
3
4
5
最大株距（mm）
1256
628
419
314
251
表3-3 株距與最大吊籃數(shù)量的關(guān)系
株距（mm）
200
300
400
500
600
最大吊籃數(shù)量（個(gè)）
6
4
3
2
2
由表3-2與表3-3，可確定吊籃數(shù)量及株距的選擇。
一般蔬菜移栽株距在300mm~400mm間，當(dāng)主動(dòng)圓盤=200mm固定時(shí)，應(yīng)選擇吊籃數(shù)量為3。注：該株距范圍可移栽番茄、辣椒等作物。
4 傳動(dòng)比確定
4.1 總傳動(dòng)比、株距及地輪半徑關(guān)系
總傳動(dòng)比為：
（4-1）
由4-1式知，吊籃數(shù)量及地輪半徑確定情況下，選定不同的株距即可得到不同總傳動(dòng)比。
取地輪半徑=305mm，根據(jù)實(shí)際移栽情況選取移栽株距為最大為400mm，最小為300mm，則總傳動(dòng)比可確定：
即總傳動(dòng)比在1.597~2.129之間，可實(shí)現(xiàn)300mm~400mm的蔬菜移栽株距。
4.2 鏈輪齒數(shù)的選擇與移栽株距的確定
鏈輪本身是二級(jí)傳動(dòng)，則：
（4-2）
式中地輪上的鏈輪齒數(shù)為，與地輪用鏈條傳動(dòng)的鏈輪齒數(shù)為；吊籃主動(dòng)圓盤上的鏈輪齒數(shù)為，與吊籃主動(dòng)圓盤用鏈條傳動(dòng)的鏈輪齒數(shù)為；鏈輪與在同一根軸上。
由于空間的限制，齒數(shù)稍大取23齒，齒數(shù)較小取17齒， 取27齒，取23齒，則有：
其中為地輪軸上的鏈輪齒數(shù)為23時(shí)的總傳動(dòng)比，下同。
將式4-1變形，可得到株距：
（4-3）
則地輪軸上的鏈輪齒數(shù)為23時(shí)，其株距為：
當(dāng)改變地輪軸上的鏈輪齒數(shù)時(shí)，可得到不同的傳動(dòng)比，從而滿足蔬菜的移栽株距的要求。
當(dāng)時(shí)，則有
當(dāng)時(shí)，則有：
5 鏈輪設(shè)計(jì)
5.1 鏈輪選擇及參數(shù)
由于小型蔬菜移栽機(jī)動(dòng)力為拖拉機(jī)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)較小，靠地輪傳動(dòng)。該小型蔬菜移栽機(jī)設(shè)計(jì)為一個(gè)地輪傳動(dòng)帶動(dòng)一個(gè)移栽器單體，所以鏈輪上受力不大，選擇08A鏈條與鏈輪搭配。
08A滾子鏈節(jié)距為=12.7mm，滾子外徑=7.95mm，可設(shè)計(jì)與計(jì)算出鏈輪參數(shù)[12]，如下表：
表5-1 鏈輪參數(shù)
齒數(shù)
齒寬（mm）
倒角寬（mm）
總長度（mm）
分度圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
17
7.3
1.5
20
69.1
74.8
61.2
23
7.3
1.5
20
93.3
99.3
85.4
25
7.3
1.5
20
101.3
107.4
93.4
27
7.3
1.5
30
109.4
115.5
101.5
5.2 鏈節(jié)數(shù)計(jì)算
鏈節(jié)數(shù)為：
（5-1）
小型吊籃蔬菜移栽機(jī)中鏈輪與鏈輪中心距=645mm，則該鏈節(jié)為：
節(jié)
與鏈輪中心距=619mm，則該鏈節(jié)為：
節(jié)
查詢可知，一般可取中心距為，中心距與復(fù)合條件，故設(shè)計(jì)合理。
6 凸輪設(shè)計(jì)
6.1 凸輪與鴨嘴的關(guān)系
凸輪是移栽機(jī)中重要的零件，其作用是控制移栽器上的鴨嘴開口。蔬菜移栽機(jī)凸輪成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分左凸輪與右凸輪。吊籃隨移栽器盤做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)趸@運(yùn)動(dòng)到移栽點(diǎn)時(shí)，與吊籃相連的鴨嘴滾輪和左右凸輪的導(dǎo)軌接觸，這時(shí)吊籃鴨嘴逐漸打開，至最低點(diǎn)鴨嘴開口最大。當(dāng)鴨嘴離地時(shí)，鴨嘴開口應(yīng)比苗缽底端土塊稍大，這樣苗體可以完全移栽到穴中。繼而鴨嘴緩慢閉合，至與牽引臂水平出完全閉合。
6.2 凸輪導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
6.2.1 凸輪導(dǎo)軌的角度設(shè)計(jì)
圖6-1 吊籃投苗簡(jiǎn)圖
凸輪角度控制移栽器投苗點(diǎn)，確定投苗時(shí)機(jī)。吊籃在圓盤上繞自身中心旋轉(zhuǎn)，鴨嘴通過螺栓連接在吊籃上，由其運(yùn)動(dòng)過程可知，凸輪導(dǎo)軌為一圓弧。該圓弧分為3段，分別對(duì)應(yīng)鴨嘴有閉合至張開，張開最大并保持一段，鴨嘴張開最大值至閉合。
如圖6-1所示，吊籃隨移栽圓盤做圓周運(yùn)動(dòng)。A點(diǎn)開始投苗，鴨嘴張開，至B點(diǎn)開口最大，CD弧線對(duì)應(yīng)鴨嘴張開最大保持的一段，之后至水平處完全閉合。
如圖6-1所示左側(cè)，其移栽深度最小為，此時(shí)投苗點(diǎn)為主動(dòng)圓盤上的A點(diǎn)，最低點(diǎn)為B點(diǎn)，轉(zhuǎn)過角度為，主動(dòng)圓盤中心O與A點(diǎn)的延長線交地面為E點(diǎn)。
假設(shè)AE長度為，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系有：
（6-1）
計(jì)算出，代入6-1式，可得到：
（6-2）
其角度為：
（6-3）
同理，圖6-1右側(cè)所示，當(dāng)最大深度為，有：
（6-3）
設(shè)計(jì)鴨嘴參數(shù)最小移栽深度與最大移栽深度參數(shù)，即可得到角度與的值。
小型蔬菜移栽機(jī)最小移栽深度為=40mm，最大移栽深度為=120mm，移栽圓盤半徑=200mm，則：
6.2.2 凸輪導(dǎo)軌偏移量的設(shè)計(jì)原理
圖6-2 凸輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
凸輪除了控制鴨嘴開口時(shí)機(jī)，還通過凸輪的導(dǎo)軌曲面與底面的相對(duì)距離控制鴨嘴張開大小。
如圖6-2所示，平面中，凸輪導(dǎo)軌由內(nèi)側(cè)DH段弧線與外側(cè)AF段弧線構(gòu)成，DC段弧線對(duì)應(yīng)圖6-1中角度，CG段弧線對(duì)應(yīng)圖6-1中角度，GH段弧線對(duì)應(yīng)圖6-1中鴨嘴在最后閉合的角度。
通過改變凸輪導(dǎo)軌弧面與凸輪底面的高度，控制鴨嘴開口大小。由于凸輪導(dǎo)軌面比較復(fù)雜，故簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)。按上圖，弧線AB與弧線DC相對(duì)凸輪底面為上升，組成一個(gè)簡(jiǎn)單曲面，兩側(cè)凸輪擠壓左右鴨嘴上的小輪，鴨嘴開口變大；弧線BE與弧線CG在一平面上，相對(duì)凸輪底面距離最大，即鴨嘴上的小輪相對(duì)原始位置豎直的偏移距離最大，鴨嘴開口最大；弧線EF與弧線GH相對(duì)凸輪底面距離為減少，組成一簡(jiǎn)單曲面，導(dǎo)軌曲面擠壓鴨嘴小輪，使鴨嘴小輪豎直偏移距離越來越小，并且左右鴨嘴在彈簧下作用下回復(fù)至閉合狀態(tài)。
圖6-3 左鴨嘴張開簡(jiǎn)圖
如圖6-3所示，鴨嘴通過螺栓連接吊籃上，可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，鴨嘴閉合時(shí)小輪外側(cè)下端與吊籃自身旋轉(zhuǎn)中心垂直距離為，鴨嘴張開時(shí)張開角度為，張開時(shí)鴨嘴上的小輪外側(cè)上端與吊籃自身旋轉(zhuǎn)中心垂直距離為，閉合時(shí)鴨嘴小輪外側(cè)上端與張開時(shí)鴨嘴小輪下端豎直偏于距離為。
鴨嘴小輪外側(cè)與凸輪導(dǎo)軌接觸，參考圖6-2，則有長度等于凸輪導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)圓弧半徑長度，長度等于凸輪導(dǎo)軌外側(cè)圓弧半徑長度， 鴨嘴小輪偏移距離等于凸輪導(dǎo)軌高度。
在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，鴨嘴張開角度至最大時(shí)，需保證苗缽能夠從鴨嘴開口處脫離。蔬菜苗缽一般為倒圓錐體，底面圓半徑為，頂面圓半徑最大，高最大為。圖6-3中，鴨嘴張開后與閉合時(shí)鴨嘴底端偏移距離為，閉合時(shí)鴨嘴底端離地面高處時(shí)，與其張開后偏移距離為，則需滿足條件：
（6-4）
7 地輪軸的校核
7.1 地輪軸總體受力分析
地輪是移栽機(jī)整體（包括工作人員）的重力的主要承擔(dān)者，現(xiàn)假設(shè)地輪承受全部重力，以便對(duì)地輪軸進(jìn)行校核。全部重力為4000N，則每根地輪軸承擔(dān)重力為2000N。
查資料得知地輪與地面的滾動(dòng)摩擦為0.16，可計(jì)算出滾動(dòng)摩擦力為：
（7-1）
同時(shí)，地輪還受鏈輪的作用力，此力較小，按經(jīng)驗(yàn)取100N。
7.2 地輪軸垂直面與水平面的支撐反力分析
圖7-1 地輪定位簡(jiǎn)圖
地輪軸左端為鏈輪，中間為地輪，并有2個(gè)軸承定位在地輪軸上，其尺寸如圖所示。
圖7-3 地輪軸垂直面的支撐反力
圖7-2 地輪軸水平面的支撐反力
7.3 地輪軸的校核計(jì)算
（1）求垂直面的支撐反力
小型蔬菜移栽機(jī)工作時(shí)，鏈輪受到鏈條作用力，其力與水平面夾角為20°，即： （7-2）
（7-3）
（7-4）
（2）求水平面的支撐反力
（7-5）
（7-6）
（7-7）
（3）垂直面彎矩的計(jì)算，見圖7-3a
（7-8）
（7-9）
（4） 水平面彎矩的計(jì)算，見圖7-3b
（7-10）
（7-11）
（5）合成彎矩的計(jì)算，見圖7-3c
（7-12）
（7-13）
（6）地輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，見圖7-4d
地輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩是地輪給其的轉(zhuǎn)矩，則有：
（7-14）
（7）危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩的計(jì)算，見圖7-4e
危險(xiǎn)截面為地輪中心處，其當(dāng)量彎矩為：
（7-15）
取折合系數(shù)，代入上式可得：
（8）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑
地輪軸選用45鋼，調(diào)制處理，由資料查得，，則：
（7-16）
考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將值加大5%，故：
（7-17）
地輪軸各段彎矩及轉(zhuǎn)矩如圖7-3。
圖7-3 地輪軸彎矩及轉(zhuǎn)矩
總 結(jié)
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我感到自己的不足之處。我在理論方面的知識(shí)不夠扎實(shí)，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，不能很好的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。我深感自己所學(xué)知識(shí)不夠，在機(jī)械行業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)很欠缺。總結(jié)有以下幾點(diǎn)不足之處：
1、前期小型蔬菜移栽機(jī)的方案不能確定。由于實(shí)物見的少，我國在蔬菜移栽機(jī)這一塊發(fā)展比較緩慢，個(gè)人對(duì)蔬菜移栽機(jī)的種類、特點(diǎn)了解很少。在選擇蔬菜移栽機(jī)的時(shí)候，綜合個(gè)方面的考慮，耽誤了很長一段時(shí)間。
2、計(jì)算問題繁雜，容易出錯(cuò)。因?yàn)橛?jì)算不夠細(xì)心，常常導(dǎo)致錯(cuò)誤，往往一個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致連鎖反映，給后期計(jì)算帶來不便。
3、設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮是否和實(shí)際相符，在前期在這個(gè)問題上面沒有考慮太多，所以導(dǎo)致設(shè)計(jì)中出現(xiàn)種種困難。
4、尺寸標(biāo)注遇到困難。設(shè)計(jì)好零件后，在標(biāo)注時(shí)沒有做到規(guī)范，部分尺寸不會(huì)標(biāo)注。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我獲得的很大的提高，這種提高是綜合方面的。我感到自己不足之處在于理論知識(shí)和不夠細(xì)心，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)要求合理、精密為一體，這是要考慮的關(guān)鍵因素，在小型蔬菜移栽機(jī)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了這類問題。在設(shè)計(jì)中，我明白一個(gè)道理，沒有厚實(shí)是基礎(chǔ)，就不能再設(shè)計(jì)中把作品做到合理、實(shí)用；沒有細(xì)心和耐心，就不能做成功一件繁瑣的事。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，我通過查找資料、學(xué)習(xí)軟件等方法，將所學(xué)知識(shí)綜合的利用，提高了個(gè)人能力，發(fā)現(xiàn)不足立即改正。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我充分明白團(tuán)隊(duì)合作與個(gè)人能力的重要性，也明白理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的重要性。此次設(shè)計(jì)中仍存在不足之處，希望老師指出我的不足之處，這樣我可以更加完善設(shè)計(jì)。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成，首先感謝母校---塔里木大學(xué)的辛勤栽培，感謝學(xué)校給我一個(gè)難得的學(xué)校環(huán)境和機(jī)會(huì)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了新的知識(shí)，讓我開闊眼界，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，明白學(xué)習(xí)的可貴和艱辛。在此，我深深的感謝范修文導(dǎo)師給我的幫助，在他的建議下，我確定設(shè)計(jì)的整體方案。范老師督促我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，給我耐心的指導(dǎo)和幫助，讓我能夠跟上設(shè)計(jì)進(jìn)度。同時(shí)也感謝這幾年給予我?guī)椭睦蠋?，是他們辛勤的教?dǎo)，我才有了設(shè)計(jì)知識(shí)的基礎(chǔ)和理論，是他們的培育，我才有今天的成就。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深感到理論知識(shí)的重要性，在多次對(duì)設(shè)計(jì)的方案和數(shù)據(jù)的修改中，明白理論和實(shí)際相結(jié)合的重要。做設(shè)計(jì)的過程中，我向老師和同學(xué)請(qǐng)教，把自己不明白的地方弄明白，同學(xué)向我提問的時(shí)候我也耐心解答，大家形成一個(gè)很好的互相學(xué)習(xí)氛圍。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我感到平時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械了解的程度不夠，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械知識(shí)的欠缺，在老師和同學(xué)的講解下，我對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械有一個(gè)全面的了解。在設(shè)計(jì)過程中，遇到種種困難，沒有老師和同學(xué)的幫助，我絕對(duì)不可能完成，他們的幫助我會(huì)銘記在心。
最后，真誠的感謝學(xué)校給我學(xué)校的機(jī)會(huì)，感謝各位老師的幫助，學(xué)校和老師給予的知識(shí)讓我受用一生。
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