馬 振，胡 斌，李俊虹

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

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移栽機自動化送盤裝置的關(guān)鍵部件及送盤方法的設(shè)計分析

馬 振，胡 斌，李俊虹

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

鑒于我國新疆地區(qū)大面積的種植模式，人工移栽穴盤苗勞動強度大、成本高、移栽周期長及移栽效率低等問題，設(shè)計了一種穴盤苗移栽機自動化送盤裝置，并對關(guān)鍵部件和送盤方法進行設(shè)計分析。該裝置由機架裝置和傳送帶裝置組成，伺服電機驅(qū)動傳動鏈轉(zhuǎn)動，穴盤層被帶動向下移動，通過止動搖桿機構(gòu)的配合工作，使穴盤自動下滑到傳送帶上；通過穴盤的自重和傳送帶的共同作用使穴盤到取苗輸送裝置入口處，實現(xiàn)穴盤自動化送入取苗輸送裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，對增加農(nóng)民的經(jīng)濟收入，解決育苗移栽技術(shù)大面積推廣具有重要意義。

自動化；送盤裝置；送盤方法；移栽機

0 引言

新疆地處我國西北地區(qū)，目前是全國最大的番茄、甜菜、紅花及棉花等經(jīng)濟作物生產(chǎn)基地，但由于無霜期短、溫度變化率大，不宜于早播。團場大部分番茄醬廠規(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)濟損失。因此，需要使番茄成熟期錯開，采用育苗移栽的方法可有效地避開氣候因子對經(jīng)濟作物的影響，縮短作物的生長發(fā)育期，提早作物成熟期,并且能夠有效地提高經(jīng)濟作物的產(chǎn)量，增加團場農(nóng)民的收入。

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，可以提前作物的生育期，能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，具有顯著的節(jié)本、增產(chǎn)、增收效果[1-2]。

作物移栽主要包括兩種方式：人工移栽和機械化移栽。人工移栽需要大量勞動力并且勞動強度大、效率低，很難實現(xiàn)大面積、大規(guī)模移栽，不利于缽苗移栽技術(shù)的推廣應(yīng)用。新疆是全國最大的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，其番茄、甜菜等經(jīng)濟作物的種植面積、產(chǎn)量近幾年均居我國前列，對新疆經(jīng)濟的發(fā)展起了主導(dǎo)性作用。新疆在移栽機械化方面起步比較晚，主要是以引進國外的移栽機并進行仿制，但效率較低、精度不高。

國內(nèi)對于移栽機送盤方面研究較少，辣椒、番茄移栽大多是由人工將穴盤送入取苗輸送裝置，未能實現(xiàn)全程機械化。針對這種情況，設(shè)計了一種自動化送盤裝置。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 工作原理

根據(jù)移栽機自動化送盤裝置的工作原理和性能要求，其結(jié)構(gòu)由機架、穴盤層裝置、傳動鏈裝置、止動搖桿裝置、止動長形鐵片及傳送帶裝置組成。機架中部均勻布置若干個穴盤層，穴盤層上方放有穴盤，下方與支撐長桿機構(gòu)連接；支撐長桿機構(gòu)和傳動鏈連接，通過傳動鏈帶動穴盤層運動，傳動鏈上的鏈輪通過機架上的軸承座固定；傳送帶裝置放置于穴盤層前方，傳送帶傾斜并與穴盤層的傾斜角度相通。當伺服電機驅(qū)動傳動鏈轉(zhuǎn)動時，穴盤層向下移動到工作位置，止動搖桿機構(gòu)工作，使穴盤自動下滑到傳送帶上，通過穴盤的自重和傳送帶的共同作用使穴盤到取苗輸送裝置入口處，實現(xiàn)穴盤自動化送入取苗輸送裝置。

1.2 結(jié)構(gòu)布局

移栽機自動化送盤裝置的總體結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。該裝置主要由機架、穴盤層裝置、傳動鏈裝置、止動搖桿裝置、止動長形鐵片及傳送帶裝置組成。

2 送盤裝置的關(guān)鍵部件設(shè)計分析

2.1 穴盤層裝置的設(shè)計分析

根據(jù)機械設(shè)計的最優(yōu)原則，該裝置的穴盤層裝置放置于機架的中部，機架和穴盤層裝置的空間布局如圖1所示。機架上固定的穴盤層裝置由穴盤層和支撐長桿機構(gòu)組成，穴盤層沿著縱向均勻分布，根據(jù)作業(yè)速度和頻率設(shè)定相鄰穴盤層之間距離。為了能夠讓穴盤依靠自重下滑，穴盤層與水平面傾斜一角度α，使穴盤克服摩擦力自動下滑，其關(guān)系式為

mgsinα≥mgkcosα

(1)

式中m—穴盤的質(zhì)量；

g—重力系數(shù)；

α— 穴盤層表面與水平面的夾角；

k—穴盤層上表面與穴盤之間的摩擦因數(shù)。

1.機架 2.限位橫梁 3.進口檢測區(qū)域 4.重力傳感器 5.傳送帶 6.擋板 7.滑道 8.傳送帶 9.傳送帶軸承座 10.傳送帶支撐架 11.止動片 12.搖桿 13.銷 14.基座 15.位置傳感器 16.角接片 17.連接片 18.鏈節(jié) 19.軸承座 20.焊接片 21.隔板 22.支撐長桿機構(gòu) 23.鏈輪 24.傳動鏈 25.穴盤層 26.穴盤 27.止動長形鐵片 28.電磁鐵

穴盤層的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 穴盤層結(jié)構(gòu)示意圖

穴盤層被中間隔板分為3塊區(qū)域，每塊區(qū)域可放置1～3個穴盤，穴盤為長5 200mm、寬2 700mm、高450mm。根據(jù)穴盤的尺寸，相鄰兩隔板的距離b應(yīng)設(shè)置為

5200

(2)

穴盤層開口處與機架上的止動長形鐵片相貼，止動長形鐵片縱向設(shè)置3個，寬度為500mm。支撐長桿機構(gòu)位于穴盤層的正下方，通過焊接在穴盤層上的焊接片與穴盤層連接，支撐長桿機構(gòu)布置2個，其間距為500mm。支撐長桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 支撐長桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 傳動鏈裝置的設(shè)計分析

傳動鏈裝置由傳動鏈、鏈輪及傳動鏈輪軸承座組成，傳動鏈裝置布置在機架的兩側(cè)，通過傳動鏈輪軸承座固定于機架上。傳動鏈有2組，對稱分布，且由若干個鏈節(jié)組成，鏈節(jié)首尾相連接，形成環(huán)形傳動鏈；鏈節(jié)上設(shè)有連接片，連接片與支撐長桿機構(gòu)上的角接片通過螺栓連接。

2.3 止動搖桿機構(gòu)的設(shè)計分析

止動搖桿機構(gòu)如圖4所示。止動搖桿機構(gòu)由止動片、搖桿、基座及銷組成，止動片與搖桿相連接，搖桿與基座通過銷連接，基座固定于止動長形鐵片上。電磁鐵位于搖桿遠離止動片一端的下方，固定于止動長形鐵片上。通過點電磁鐵處開關(guān)的閉合控制止動搖桿機構(gòu)的工作。

圖4 止動搖桿機構(gòu)示意圖

2.4 傳動帶裝置的設(shè)計分析

傳送帶裝置示意圖，如圖5所示。傳送帶裝置放置于機架的正前方，由傳送帶支撐架、傳送帶、擋板、傳動軸及滑道組成，擋板在傳送帶的遠離機架的一側(cè)，傳動軸位于遠離進口檢測區(qū)域的一端。為了使穴盤能夠平滑滑到傳送帶上，傳送帶所在平面應(yīng)與穴盤層的傾斜角度相同，滑道位于傳送帶和機架中間，和傳送帶平滑連接。

圖5 傳送帶裝置示意圖

3 送盤方法的設(shè)計分析

為了實現(xiàn)自動化送盤的功能，設(shè)計一種自動化送盤方法，實現(xiàn)有序的送盤。自動化送盤方法如下：

1)穴盤層工作位置的確定。伺服電機正轉(zhuǎn)，通過傳動鏈帶動穴盤層向下運動，當最底下的第1個穴盤層的隔板上邊緣和限位橫梁的下邊緣重合時，停止穴盤層運動。調(diào)整機架上的位置傳感器的位置，使其能檢測到穴盤層上的感應(yīng)片，此時第1個穴盤層所處的位置就是工作位置。

2)穴盤層起始位置的確定。伺服電機反轉(zhuǎn)，帶動穴盤層向上運動，當最底下的穴盤層位于限位橫梁上方某一距離時，穴盤層停止運動，此時最底下的穴盤層所處的位置就是穴盤層的起始位置。

3)工作階段。首先3個穴盤層停置于起始位置，PLC控制器控制伺服電機帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，傳動鏈帶動支撐長桿機構(gòu)向下運動，與支撐長桿機構(gòu)相連接的穴盤層向下運動。當?shù)?個穴盤層到達限位橫梁處時，位置傳感器感應(yīng)信號，伺服電機停止轉(zhuǎn)動，第1個穴盤層停在工作區(qū)域。當伺服電機停止轉(zhuǎn)動，第1個穴盤層停在工作區(qū)域時，電磁鐵處開關(guān)閉合，電磁鐵工作，搖桿被電磁鐵吸附，與搖桿相連接的止動片向上移動，穴盤通過自重沿斜面的分力自動下滑，經(jīng)過滑道進入進口檢測區(qū)域和傳送帶上，傳送帶上的擋板使穴盤停止沿斜面向下滑動。

穴盤編號示意圖如圖6所示。重力傳感器工作，檢測到穴盤，穴盤按照編號a1、a2、a3縱向依次進入取苗輸送裝置進行取苗。當編號a3的穴盤進入取苗輸送裝置后，重力傳感器第1次檢測到無盤信號，電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動并保持一定速率,帶動傳送帶轉(zhuǎn)動；編號a4、a5的穴盤向進口檢測區(qū)域運動，當編號a4、a5向前移動一格穴盤長的距離后，編號a6穴盤自動滑落至傳送帶上。

圖6 穴盤編號示意圖

傳送帶保持轉(zhuǎn)動，穴盤按照編號a4、a5、a6的順序橫向依次進入取苗輸送裝置；當在傳送帶上的編號a6的穴盤向前移動一格穴盤長距離后，編號a7的穴盤自動下滑至傳送帶上。

根據(jù)上述的運動規(guī)律，緊接著穴盤按照編號a7、a8、a9的順序依次進入取苗輸送裝置；當編號a9的穴盤進入取苗輸送裝置后，重力傳感器第2次檢測到無盤信號，信號反饋，電磁鐵處開關(guān)斷開，搖桿回位，止動片回位至限位橫梁。

止動片回位后，伺服電機第2次轉(zhuǎn)動，帶動穴盤層向下移動，第2個穴盤層進入工作區(qū)域。第2個穴盤層的工作過程和第1個相同，第2個穴盤層上的穴盤按照上述運動規(guī)律全部進入取苗輸送裝置后，第3個穴盤層重復(fù)上述工作過程。當?shù)谌齻€穴盤層上的穴盤全部進去取苗輸送裝置后，重力傳感器檢測到無盤信號，傳送帶連接的電機停止轉(zhuǎn)動，連接鏈輪的伺服電機反轉(zhuǎn)，穴盤層回到初始位置，自動送盤工作結(jié)束。

4 結(jié)論

1)介紹了移栽機自動化送盤裝置的工作原理及送盤方法，對關(guān)鍵部件和送盤方法進行了設(shè)計與分析。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，穩(wěn)定性好，成本低。

2)本次設(shè)計的移栽機自動化送盤裝置,通過多種裝置的組合，實現(xiàn)了自動化送盤功能，可以有效提高移栽效率，對育苗移栽技術(shù)大面積推廣具有重要意義。

3)本次設(shè)計的移栽機自動化送盤方法，具有創(chuàng)新性，通過利用穴盤自重的特點提供運動的動力，具有節(jié)能的優(yōu)勢。

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Design and Analysis of Key Components of the Automatic Feeding Device for Seedling Transplanting Machine

Ma Zhen, Hu Bin, Li Junhong

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

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 have designed a new type of automatic feeding device of plug seedling transplanting machine and analyzed the key parts and the method of the machine. The device is composed of a frame device and a conveyer belt device. The servo motor drives the drive chain, and the plug device is driven to move downwards. Through the joint operation of the stop and rocker mechanism, the plug is automatically dropped to the conveyor belt.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.

automatic ; feeding device; feeding method ；transplanting machine

2015-12-15

國家自然科學(xué)基金項目(51365047)

馬 振(1993-)，男，安徽馬鞍山人，碩士研究生，(E-mail)18255183270@163.com。

胡 斌(1968-)，男，湖北英山人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)hb_mac@shzu.edu.cn。

S223.94

A

1003-188X(2017)01-0068-04