韋利波，王維新，閆 琴

（1石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子，832003；2石河子大學(xué)教務(wù)處，石河子，832003）

甘草移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動分析

韋利波，王維新2，閆 琴1

（1石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子，832003；2石河子大學(xué)教務(wù)處，石河子，832003）

栽植機(jī)械是甘草育苗移栽技術(shù)應(yīng)用、推廣的瓶頸，結(jié)合甘草移栽的農(nóng)藝要求，本文設(shè)計(jì)出一種平移式甘草移栽機(jī)，該機(jī)采用自動分苗機(jī)構(gòu)和自動移栽機(jī)構(gòu)，可解決分苗、栽苗的難題，并對其工作過程進(jìn)行了運(yùn)動分析，確定了自動移栽機(jī)構(gòu)的主動輪和兩個(gè)從動輪的最佳位置關(guān)系，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)。

育苗移栽；甘草移栽機(jī)；自動分苗機(jī)構(gòu)；自動移栽機(jī)構(gòu)

甘草是新疆特有的經(jīng)濟(jì)作物，在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用，野生甘草已不能滿足市場需求，必須逐步推廣機(jī)械化育苗移植技術(shù)，而栽植機(jī)械化是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來國內(nèi)外已研發(fā)出多種類型移栽機(jī)械，但主要以半自動為主，且品種單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝脫節(jié)、不能保證移栽質(zhì)量。甘草根細(xì)、軟，還帶有須根，相互糾纏，不易分開，在甘草移栽過程中，若采用人工分苗，勞動強(qiáng)度大且不安全。目前，國內(nèi)的甘草移栽機(jī)存在一些問題，如自動分苗機(jī)構(gòu)不可靠，出現(xiàn)多分苗或漏分苗；甘草根移栽株距小，出現(xiàn)移栽不均勻。

本文結(jié)合甘草移栽的農(nóng)藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種平移式甘草移栽機(jī)，采用輸苗帶式自動分苗機(jī)構(gòu)和鏈夾式自動移栽機(jī)構(gòu)，解決了自動分苗、送苗、栽苗的關(guān)鍵問題，并對秧夾在鏈帶中的工作過程進(jìn)行了運(yùn)動分析，確定了移栽機(jī)構(gòu)的主動輪和兩個(gè)從動輪的最佳位置角度，為樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

1 移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由機(jī)架、自動分苗機(jī)構(gòu)、開溝器、自動移栽機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、覆土器、鎮(zhèn)壓輪等部分組成，能一次完成開溝、自動分苗、送苗、栽苗及覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。

工作時(shí)，拖拉機(jī)牽引移栽機(jī)前進(jìn)作業(yè)，動力由地輪傳入，經(jīng)鏈輪傳動系統(tǒng)帶動自動分苗機(jī)構(gòu)和自動移栽機(jī)構(gòu)。自動分苗機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動，帶動輸苗帶運(yùn)動，輸苗帶里的甘草根按一定間距有序地滾出，落入移栽機(jī)構(gòu)的秧夾中。秧夾進(jìn)入滑道、閉合，夾持著甘草根隨鏈輪移動。移動到與地面平行的兩鏈輪之間時(shí)，秧夾脫離滑道，在彈簧彈力作用下自動張開，甘草根落入開溝器開好的溝內(nèi)，被開溝器兩側(cè)的回土掩埋，保持水平鋪放。然后，由覆土鎮(zhèn)壓輪繼續(xù)覆土并埋實(shí)。

圖1 甘草移栽機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic drawing on structure of licorice transplanter

1.2 移栽機(jī)主要部件的組成及工作原理

1.2.1 自動分苗機(jī)構(gòu)的組成和工作原理

自動分苗機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向輪、導(dǎo)向鏈輪、輸苗帶、輸苗帶收集器等組成，如圖2所示。

機(jī)構(gòu)的輸苗帶由帆布帶和泡沫塊制成，泡沫塊在帆布帶里按一定間隔固定，兩相鄰泡沫塊之間形成寬度為5 c m的苗槽。人工將甘草根排列在輸苗帶里，卷成柱狀，使根與根之間不會纏繞。當(dāng)導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動時(shí)，輸苗帶上的小孔帶動輸苗帶使甘草根有序地滾出，滾出的輸苗帶落入導(dǎo)向輪下方的輸苗帶收集器中。導(dǎo)向輪能保證輸苗帶運(yùn)動過程中速度不變，控制甘草根落出的速度與秧夾的速度一致，準(zhǔn)確地落入秧夾中。

圖2 自動分苗機(jī)構(gòu)Fig.2 Automatic dividing seed mechanism

1.2.2 移栽機(jī)構(gòu)的組成和工作原理

移栽機(jī)構(gòu)是甘草移栽機(jī)的核心機(jī)構(gòu)。自動移栽機(jī)構(gòu)由鏈輪、秧夾、導(dǎo)向滑道三部分組成，如圖3所示。

該機(jī)構(gòu)的秧夾由固定秧夾柄和活動秧夾柄鉸接，兩夾柄之間有一彈簧。秧夾頭鉚有橡膠塊，且粘有泡沫，保證夾持秧苗穩(wěn)定，既不傷苗，也不滑脫。秧夾平時(shí)呈張開狀態(tài)，當(dāng)甘草根落到秧夾上，秧夾進(jìn)入滑道，彈簧被壓縮，秧夾閉合，夾持著甘草根向下移動。當(dāng)甘草根到達(dá)主動輪時(shí)轉(zhuǎn)向，水平向后移動。到主動輪和從動輪1之間時(shí)，秧夾脫離滑道，靠彈簧的彈性自動打開，甘草根水平落入溝中，平行且株距均勻地鋪放于倒梯形溝內(nèi)。采用三角形、鏈夾式自動移栽機(jī)構(gòu)可保證秧夾自上而下平移送苗，時(shí)間充裕；栽苗區(qū)段水平，甘草根進(jìn)入栽植點(diǎn)以前始終平行溝底運(yùn)動，落入溝中時(shí)能保持垂直狀態(tài)及絕對零速狀態(tài)，相對地面為靜止?fàn)顟B(tài)，有利于覆土壓實(shí)工作。

加大監(jiān)管力度，規(guī)范生產(chǎn)經(jīng)營行為。濮陽市局扎實(shí)推進(jìn)執(zhí)法監(jiān)管“一制兩化”（即落實(shí)監(jiān)管責(zé)任制，推進(jìn)執(zhí)法監(jiān)管規(guī)范化、法治化），實(shí)行網(wǎng)格化、痕跡化監(jiān)管，著力提升執(zhí)法監(jiān)管水平。注重加強(qiáng)行刑銜接，成立了行刑銜接工作領(lǐng)導(dǎo)小組，健全了聯(lián)席會議、案件備案回復(fù)和案件復(fù)查等工作機(jī)制。

圖3 自動移栽機(jī)構(gòu)Fig.3 Automatic transplanting mechanism

2 栽植過程的運(yùn)動分析

在移栽過程中，甘草移栽機(jī)的秧夾夾持著甘草根的運(yùn)動，一方面相對移栽機(jī)與鏈帶一同運(yùn)動（相對運(yùn)動），同時(shí)隨移栽機(jī)一起作水平直線運(yùn)動（牽連運(yùn)動）。甘草根從落到秧夾中到著地可分為以下幾個(gè)過程（圖4）：

（1）從甘草根落到秧夾上A0點(diǎn)到主動輪的A點(diǎn)；

（2）由A點(diǎn)到主動輪的B點(diǎn)；

（3）由B點(diǎn)到從動輪1的C點(diǎn)；

（4）由C點(diǎn)到從動輪1的D點(diǎn)；

（5）由D點(diǎn)到從動輪2的E點(diǎn)；

圖4 運(yùn)動分析圖Fig.4 Drawing of motion analysis

2.1 甘草根栽植過程運(yùn)動分析

假設(shè)機(jī)器的前進(jìn)速度vz和秧夾旋轉(zhuǎn)角速度ω（鏈帶線速度vp＝Rω，?＝ωt），則秧夾的運(yùn)動軌跡與半徑R、速度vp和vz有關(guān)。秧夾的運(yùn)動方程為：

2.2 參數(shù)優(yōu)化

甘草根細(xì)且輕，為了使其水平地栽入溝中，且株距和栽植深度均勻，設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循“零速移栽”原理。即vmin＝vz－vp＝0，甘草根的絕對速度等于零，則vz＝vp。當(dāng)秧夾脫離滑道松開甘草根時(shí)，秧夾的水平分速度應(yīng)接近于移栽機(jī)的前進(jìn)速度，且與前進(jìn)方向相反。

保持零速的時(shí)間t0為，其中：S0是水平 栽植區(qū)段長度；vz為機(jī)器的前進(jìn)速度。由上式可知，延長零速栽植時(shí)間t0的方法有二個(gè)，一是改變秧夾的運(yùn)動軌跡，加長水平栽植區(qū)段的長度S0；另一個(gè)是降低移栽機(jī)的作業(yè)速度vz。前者主要根據(jù)秧夾松脫秧苗的時(shí)間與覆土鎮(zhèn)壓部件的協(xié)調(diào)關(guān)系來決定，但也不能太長而破壞機(jī)具的緊湊性；后者則會影響移栽機(jī)的生產(chǎn)效率。

由于鏈夾上各秧夾在主動鏈輪的傳動下循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，因此，速度圖和位移圖都應(yīng)為封閉曲線，于是有：S1＋S2＋S3＋S4＋S5＋S6＝0，化簡得到：（1 ＋ tan2＝2 ，從而確定出兩個(gè)從動輪與主動輪的最佳位置角度α＝51.83°。因?yàn)閠anα，故根據(jù)α角可確定出H、S0（H 為A0點(diǎn)到主動輪A點(diǎn)的垂直距離）。

3 結(jié)語

1）本文設(shè)計(jì)的甘草移栽機(jī)能一次完成開溝、自動分苗、送苗、栽苗及覆土、鎮(zhèn)壓等作業(yè)，效率高，操作簡單。自動分苗機(jī)構(gòu)可以減輕人工分苗的勞動強(qiáng)度，也可以保證移栽不漏苗、不多苗。鏈夾式自動移栽機(jī)構(gòu)可保證垂直平移送苗，水平栽苗，甘草根落入溝中時(shí)能保持垂直狀態(tài)及絕對零速狀態(tài)，移栽均勻。

2）通過分析秧夾夾持著甘草根在移栽過程中的運(yùn)動，得出甘草根的速度、位移變化規(guī)律，確定了兩個(gè)從動輪與主動輪的最佳位置角度α＝51.83°。

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Design and Motion Analysis of the Licorice Transplanter

WEI Libo1，WANG Weixin2，YAN Qin1
（1 College of Water Conservancy ＆ Architectural Engineering，Shihezi 832003，China；2 Office of Education Ad ministration，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

Transplanting mechanism is important in the popularization and application of the seedling transplanting technique in licorice.It is significant to design a new type of licorice transplanter combined with the agriculture technique of transplanting licorice seedling that has the advantages of good f unction and simple structure.In this paper，the even－move type of licorice transplanter was designed，adopting automatic dividing seed mechanism and automatic transplanting mechanism to solve baffling problems of dividing seed cultivating seed.Through theoretical analysis on the motion of seedling，the optimal position relationship bet ween initiative chain wheel and t wo passive chain wheels was obtained，optimizing structure parameter.

seedling transplanting；licorice transplanter；automatic dividing seed mechanis m；automatic transplanting mechanism

S223.9

A

1007－7383（2011）03－0367－03

2010－01－16

韋利波（1973－），女，講師，碩士，從事力學(xué)研究；e－mail：wlb730702＠shzu.edu.cn。

王維新（1958－），男，教授，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究；e－mail：wwx－ma＠shzu.edu.cn。