馬　振，胡　斌，馬亞朋

(石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子　832000)

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移栽機(jī)穴盤苗定位取苗裝置的設(shè)計(jì)

馬振，胡斌，馬亞朋

(石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832000)

摘要：目前，我國(guó)的機(jī)械化程度還處于初級(jí)階段，和日本、美國(guó)等國(guó)家還有著很大的差距。為此，鑒于我國(guó)新疆地區(qū)大面積的種植模式，針對(duì)人工移栽穴盤苗存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、移栽周期長(zhǎng)、移栽效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種穴盤苗移栽機(jī)定位取苗裝置。該裝置利用雙搖桿式定位推苗氣吹取苗，完成對(duì)穴盤的準(zhǔn)確定位，同時(shí)打破缽苗與穴盤間的粘結(jié)力。該定位取苗裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，對(duì)增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入及解決育苗移栽技術(shù)大面積推廣問(wèn)題具有重要意義。該技術(shù)有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，對(duì)大面積種植模式，尤其是新疆地區(qū)，具有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：移栽機(jī)；穴盤苗；定位；取苗裝置

0引言

新疆地處我國(guó)西北地區(qū)，目前是全國(guó)最大的番茄、甜菜、棉花等經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地；但由于無(wú)霜期短，溫度變化率大，不宜于早播。新疆地區(qū)團(tuán)場(chǎng)大部分番茄醬廠規(guī)模較小，吞吐量有限，收獲期大量番茄積壓，造成番茄腐爛，給農(nóng)民造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要使番茄成熟期錯(cuò)開，而采用育苗移栽的方法可有效地避開氣候因子對(duì)經(jīng)濟(jì)作物的影響，縮短作物的生長(zhǎng)發(fā)育期，提早作物成熟期，能夠有效地提高經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量，增加團(tuán)場(chǎng)農(nóng)民的收入[1-2]。

育苗移栽技術(shù)作為一種培植技術(shù)，有著直播不可比擬的優(yōu)勢(shì)，可以提前作物的生育期，有效地避開作物受早春低溫、倒春寒等氣候的影響，提高幼苗的成活率，保證單位幼苗株數(shù)達(dá)到農(nóng)藝要求，能延長(zhǎng)作物生育期并有效地提高單產(chǎn)和作物的品質(zhì)，具有顯著的節(jié)本、增產(chǎn)、增收效果。為了保證作物有適當(dāng)?shù)目臻g，以促進(jìn)扎根和生長(zhǎng)，需要進(jìn)行移栽[3]。

長(zhǎng)期以來(lái)，旱地農(nóng)作物的移栽主要由人工完成,勞動(dòng)強(qiáng)度大、移栽效率低，因而自動(dòng)化移栽機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)目前的移栽機(jī)主要是采用機(jī)械手自動(dòng)取苗的方式，夾苗速度快，工作可靠；但機(jī)械手在夾苗時(shí)容易對(duì)苗桿造成損傷，降低了移栽質(zhì)量。氣吹式移栽機(jī)采用氣力投苗，對(duì)苗體的損傷較小，但穴盤的準(zhǔn)確定位是氣吹式移栽機(jī)順利工作的前提。穴盤定位裝置是氣吹式移栽機(jī)的重要組成部分，但目前存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜及成本較高等問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了一種雙搖桿式定位推苗氣吹取苗、完成對(duì)穴盤的準(zhǔn)確定位、同時(shí)打破缽苗與穴盤間粘結(jié)力的穴盤苗移栽機(jī)定位取苗裝置。該定位取苗裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，對(duì)解決育苗移栽技術(shù)大面積推廣具有重要意義。

1整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 　工作原理

根據(jù)穴盤立式取苗器的工作原理和性能要求，其結(jié)構(gòu)主要由定位搖桿機(jī)構(gòu)、吹苗裝置、卡盤架及檢測(cè)裝置及機(jī)架組成。當(dāng)穴盤在卡盤架中時(shí)，根據(jù)檢測(cè)裝置得到的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)電磁鐵的作用，控制搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)而控制穴盤定位搖桿分支桿及滾子的位置，實(shí)現(xiàn)控制穴盤的下落和停止。當(dāng)穴盤停止時(shí)，氣嘴進(jìn)入穴盤孔，通過(guò)射流沖擊的作用，將苗體吹出到輸送帶上，實(shí)現(xiàn)取苗。

1.2　整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移栽機(jī)定位取苗裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置主要分為檢測(cè)部分、傳動(dòng)裝置和吹苗裝置，3個(gè)部分相互作用，實(shí)現(xiàn)定位取苗。

2取苗過(guò)程的分析

取苗過(guò)程分為3個(gè)階段：上盤準(zhǔn)備階段、初始工作階段和正常工作階段，工作流程如圖2所示。

1.機(jī)架　2.穴盤定位搖桿　3.推苗搖桿　4.氣流閥

Fig.1Locating and pick-up seedling device of the transplanting machine structure diagram

圖2　工作流程圖

1)上盤準(zhǔn)備階段：此時(shí)輸送帶不動(dòng)，開始上穴盤，電源開關(guān)閉合，初始限位開關(guān)打開，電磁鐵通電；推苗搖桿向電磁鐵方向轉(zhuǎn)動(dòng)，氣嘴回位，穴盤定位搖桿在初始限位開關(guān)作用下靜止，第1個(gè)穴盤的V型槽停在滾子B上。

2)初始工作階段：輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)裝置開始工作；此時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到苗缽，檢測(cè)信號(hào)控制電源開關(guān)斷開，氣嘴固定板跟隨推苗搖桿向穴盤方向運(yùn)動(dòng)，氣嘴進(jìn)入穴盤孔，打破苗缽與穴盤的粘結(jié)力；氣流閥打開產(chǎn)生一個(gè)射流沖擊將苗缽吹出到輸送帶上，初始限位開關(guān)閉合，穴盤定位搖桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)?排苗缽被吹落到輸送帶上時(shí)初始工作階段結(jié)束。

3)正常工作階段，第1排苗缽落到輸送帶上，檢測(cè)裝置檢測(cè)到苗缽，檢測(cè)信號(hào)控制電源開關(guān)閉合，氣嘴離開穴盤孔；之后，穴盤定位搖桿向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，滾子B離開V型槽，此時(shí)電源開關(guān)經(jīng)過(guò)短暫閉合后自動(dòng)打開，滾子B沿著穴盤底部滾動(dòng)，直到遇到下一個(gè)V型槽，滾子B進(jìn)入V型槽；最后，推苗搖桿在拉伸彈簧A作用下向穴盤方向運(yùn)動(dòng)，氣嘴進(jìn)入穴盤孔，氣流閥打開產(chǎn)生射流沖擊，吹落第2排苗缽。

3取苗裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1　傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及分析

取苗裝置的傳動(dòng)裝置部分如圖3所示。

1.機(jī)架　2.穴盤定位搖桿　3.推苗搖桿　4.氣流閥

傳動(dòng)裝置的作用是通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)力等的共同作用實(shí)現(xiàn)穴盤的準(zhǔn)確定位、取苗，其結(jié)構(gòu)主要包括盤定位搖桿、推苗搖桿、分支桿和壓縮彈簧等。為了保證傳動(dòng)裝置的位置精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：穴盤定位搖桿的上端和機(jī)架上部鉸接在一起，穴盤定位搖桿的下端通過(guò)拉伸彈簧A與機(jī)架側(cè)部連接；穴盤定位搖桿上設(shè)有穴盤定位搖桿分支桿，穴盤定位搖桿分支桿的末端套著滾子B，滾子B和穴盤之間滾動(dòng)接觸；推苗搖桿的上端和機(jī)架上部鉸接在一起，電磁鐵設(shè)在機(jī)架下，電源開關(guān)與電磁鐵連接，推苗搖桿的下端靠近電磁鐵，推苗搖桿通過(guò)拉伸彈簧A與穴盤定位搖桿連接在一起，推苗搖桿分支桿的末端套著滾子A。通過(guò)上述的結(jié)構(gòu)布局和設(shè)計(jì)，保證了傳動(dòng)裝置的定位準(zhǔn)確性。

進(jìn)入正常工作階段之后，穴盤定位搖桿和推苗搖桿的運(yùn)動(dòng)存在先后順序。當(dāng)電源開關(guān)閉合時(shí)，推苗搖桿在電磁力作用下向電磁鐵方向轉(zhuǎn)動(dòng)，推苗搖桿分支桿末端的滾子A隨著推苗搖桿向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，在壓縮彈簧的作用力下，氣嘴固定板向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，始終和滾子A保持接觸；隨后，穴盤定位搖桿在拉伸彈簧A的作用下克服拉伸彈簧B的拉力向電磁鐵方向轉(zhuǎn)動(dòng)，穴盤定位搖桿分支桿末端的滾子隨著穴盤定位搖桿向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng)，離開穴盤背面的V型槽；穴盤在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中推苗搖桿和氣嘴先動(dòng)，穴盤定位搖桿和滾子B后動(dòng)。

3.2　吹苗裝置的設(shè)計(jì)及分析

吹苗裝置主要包括穴盤、卡盤架、氣嘴及壓縮彈簧等。為了實(shí)現(xiàn)吹苗功能，滾子A和氣嘴固定板的板面滾動(dòng)接觸，氣嘴固定板和機(jī)架的側(cè)部之間通過(guò)壓縮彈簧連接，氣嘴均勻分布在氣嘴固定板上；初始限位開關(guān)設(shè)在穴盤定位搖桿一側(cè)，卡盤架設(shè)在機(jī)架的側(cè)外部，卡盤架內(nèi)設(shè)有穴盤，如圖4所示。

1.機(jī)架　23.卡盤架　24.穴盤

當(dāng)電源開關(guān)打開時(shí)，穴盤定位搖桿受到拉伸彈簧A的拉力；當(dāng)穴盤背面的V型槽在重力作用下運(yùn)動(dòng)到滾子B處時(shí)，穴盤定位搖桿向穴盤方向轉(zhuǎn)動(dòng)，滾子B卡在V型槽處，推苗搖桿在拉伸彈簧A作用下向穴盤方向運(yùn)動(dòng)；氣嘴固定板受到滾子A給予的壓力克服壓縮彈簧的阻力向穴盤方向運(yùn)動(dòng)，氣嘴進(jìn)入穴盤孔，打破缽苗與穴盤間的粘結(jié)力，氣流閥打開產(chǎn)生射流沖擊，吹落缽苗。

為了保證氣嘴能夠順利進(jìn)入穴盤孔，氣嘴應(yīng)設(shè)置成頭部呈圓錐狀，并且圓錐的小端直徑小于穴盤上每個(gè)穴盤孔的直徑,圓錐的大端端直徑大于穴盤孔的直徑，使得氣嘴進(jìn)入穴盤孔時(shí)，頭部剛好卡在穴盤孔里,氣嘴最頂端進(jìn)入穴盤孔,推動(dòng)穴盤里的苗缽,打破苗缽與穴盤的粘結(jié)力,氣嘴通氣產(chǎn)生射流沖擊將苗缽吹出。氣嘴放大示意圖如圖5所示。

1.機(jī)架　5.氣嘴固定板　8.彈簧定位桿

當(dāng)電源開關(guān)閉合時(shí),氣嘴固定板跟隨推苗搖桿首先向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng),之后穴盤定位搖桿才向電磁鐵方向運(yùn)動(dòng)"；當(dāng)電源開關(guān)打開時(shí),穴盤定位搖桿首先向穴盤方向運(yùn)動(dòng),之后氣嘴固定板才在推苗搖桿作用下克服壓縮彈簧阻力向穴盤方向運(yùn)動(dòng)。

4結(jié)論

1)介紹了移栽機(jī)定位取苗裝置的工作原理和工作過(guò)程，對(duì)關(guān)鍵部分即傳動(dòng)裝置及吹苗裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，穩(wěn)定性好，成本低。

2)設(shè)計(jì)的穴盤苗移栽機(jī)定位取苗裝置，實(shí)現(xiàn)了雙搖桿式定位推苗氣吹取苗，完成對(duì)穴盤的準(zhǔn)確定位，可以有效提高移栽效率，對(duì)育苗移栽技術(shù)大面積推廣具有重要意義。

3)該裝置雖然在一定程度上提高了移栽率，但是各種苗對(duì)穴盤、穴盤架等的要求不一樣，不能實(shí)現(xiàn)較高的通用性，所以需要進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)構(gòu)，進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)整，設(shè)計(jì)出通用性強(qiáng)的移栽機(jī)定位取苗裝置。

參考文獻(xiàn)：

[1]于曉旭,趙勻,陳寶成,等.移栽機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2014,45(8)：44-53.

[2]張振國(guó)，曹衛(wèi)彬，王僑，等.穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013,35(5)：237-241．

[3]張振國(guó),曹衛(wèi)彬,王鵬,等.番茄穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)頂桿式取苗裝置的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013,35(4)：72-75.

[4]趙曉偉,韓長(zhǎng)杰,趙占軍,等.新疆地區(qū)辣椒、番茄移栽機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2015(5)：41-43.

[5]杜立恒,俞高紅,張國(guó)風(fēng),等.高速插秧機(jī)缽體毯狀苗縱向送秧裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,30(14):17-25.

[6]楊傳華,方憲法,楊學(xué)軍,等.基于PLC的蔬菜缽苗移栽機(jī)自動(dòng)輸送裝置[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(S1)：19-23.

[7]裘利鋼,俞高紅.蔬菜缽苗自動(dòng)移栽機(jī)送苗裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,29(5):683-687.

[8]韓長(zhǎng)杰.穴盤苗移栽機(jī)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(8)：51-60.

[9]田昆鵬,毛罕平,胡建平,等.自動(dòng)移栽機(jī)門形取苗裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014,36(2)：168-172.

[10]嚴(yán)宵月,胡建平,吳福華,等.整排取苗間隔放苗移栽機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(S1)：7-13.

[11]韓長(zhǎng)杰,郭輝,張學(xué)軍,等.硬質(zhì)穴盤苗自動(dòng)取苗裝置設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程，2013(4):99-102.

[12]劉效亮，李其昀.育苗移栽機(jī)械化發(fā)展方向[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，17(3)：108-110．

[13]徐麗明，張鐵中，史志清.玉米自動(dòng)移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，5(4)：58-60．

[14]武科，陳永成，畢新勝.集中典型的移栽機(jī)[J].新疆農(nóng)機(jī)化,2009(3):12-14.

[15]陳建能,王伯鴻,任根勇,等.蔬菜移栽機(jī)放苗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立與參數(shù)分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010,41(12)：48-53.

[16]陳達(dá)，周麗萍，楊學(xué)軍，等. 移栽機(jī)自動(dòng)分缽式栽植器機(jī)構(gòu)分析與運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011,42(8)：54-57，69.

[17]馬瑞峻，區(qū)穎剛,趙祚喜,等.水稻缽苗機(jī)械手取秧有序移栽機(jī)的改進(jìn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19(1):113-116.

[18]俞高紅,陳志威,趙勻,等. 橢圓-不完全非圓齒輪行星系蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2012,48(13):32-39.

The Design of the Locating and Pick-up Seedling Device of the

Seedling of the Transplanting Machine

Ma Zhen, Hu Bin, Ma Yapeng

(Machinery and Electricity Engineering College, Shihezi University, Shihezi 832000,China)

Abstract：At present, our country is still in the primary stage of mechanization, and there is a big gap compared with Japan, the United States and other countries. In view of large area planting pattern in the area of Xinjiang, artificial transplanting plug seedling has the problem of large labor intensity, high cost, long transplanting period and low efficiency of transplanting. We design a kind of plug seedling transplanting machine and this device is a double rocker type locating, push seedling, gas blowing seedling, which complete the accurate positioning of the plug and break the bond between the seedling and plug. The location of the device is simple in structure and low in cost, which is of great significance for increasing the economic income of farmers and promoting the popularization of seedling transplanting technology.At the same time, it is beneficial to promote agricultural mechanization, and it has the promotion effect to the large area planting pattern, especially in Xinjiang area.

Key words：transplanting machine; plug seedling; locate; pick-up seedling device

中圖分類號(hào)：S223.94

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)10-0079-04

作者簡(jiǎn)介：馬振(1993-)，男，安徽馬鞍山人，碩士研究生，(E-mail)18255183270@163.com。通訊作者：胡斌(1968-)，男，湖北英山人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)hb_mac@shzu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365047)

收稿日期：2015-11-10