韓阿麗，燕亞民

（1.許昌市建安區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣中心，河南 許昌 461000；2.許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院，河南 許昌 461000）

移栽是把在大棚中集中育好的秧苗根據(jù)時節(jié)適時栽植到大田中。丘陵地區(qū)灌溉條件差，在無雨季節(jié)易干旱，不利于播種及秧苗生長，在過去人們只有等著雨季的到來才能播種，往往雨季到來時已經(jīng)錯過了作物的最佳播種時節(jié)，造成作物產(chǎn)量降低[1-3]。如果采用秧苗移栽的話，這個時期可以在大棚中采用工廠化育苗的方式集中育苗，等雨季到來下雨時就可以在田間大面積移栽，縮短秧苗在田間的生長時間，充分利用雨季來促進(jìn)秧苗的生長，提高農(nóng)作物的收獲產(chǎn)量和質(zhì)量[4-6]。因此，為了提高丘陵地區(qū)秧苗移栽效率，抓住雨后墑情及時移栽，提高移栽質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)移栽機(jī)械化，課題組在收集、總結(jié)、吸收國內(nèi)外各種移栽機(jī)結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)代種植農(nóng)藝要求和不同種植區(qū)域的特點(diǎn)[7-10]，通過綜合分析和計算、仿真建模和試驗(yàn)，成功地開發(fā)設(shè)計出了滿足丘陵地區(qū)斜坡地、小塊地使用的吊籃式山地移栽機(jī)。該機(jī)具可一次性完成秧苗預(yù)裝、壟打孔、秧苗移栽、覆土鎮(zhèn)壓等多道工序，適合于多種小角度傾斜地形和多種類型不同株距作物的移栽。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

山地移栽機(jī)采用模塊化設(shè)計，按功能劃分為行走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和移栽機(jī)構(gòu)系統(tǒng)兩大部分。其結(jié)構(gòu)框架如圖1 所示。行走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、輪架（行走機(jī)構(gòu)）（前輪組機(jī)構(gòu)、連接架、后輪組機(jī)構(gòu)）、主驅(qū)動變速箱、機(jī)架（固定架）（前部升降架、中部固定架、后部手扶架）、升降機(jī)構(gòu)等裝置組成；移栽機(jī)構(gòu)系統(tǒng)主要由移栽變速機(jī)構(gòu)（移栽變速箱、無級變速帶輪、株距調(diào)節(jié)）、曲柄連桿機(jī)構(gòu)（曲柄連桿、鴨嘴）、轉(zhuǎn)盤式自動喂料機(jī)構(gòu)（下料筒、轉(zhuǎn)盤）、托盤架（左右）和覆土輪機(jī)構(gòu)等裝置組成。

圖1 山地移栽機(jī)結(jié)構(gòu)框架圖

1.2 工作原理

山地移栽整機(jī)工作原理如圖2 所示，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。工作時發(fā)動機(jī)的動力通過兩級塔輪機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)經(jīng)帶傳動把動力傳遞到主變速箱，使主變速箱根據(jù)工作需求獲得兩種輸入轉(zhuǎn)速；經(jīng)主變速箱變速后的輸出動力分為兩路輸出（驅(qū)動行走輸出和驅(qū)動移栽輸出），驅(qū)動行走輸出通過輪架組件中的轉(zhuǎn)軸及鏈輪箱中的鏈傳動把動力傳遞給后輪（驅(qū)動輪），在前輪的輔助作用下實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走功能；另外，還可以通過升降機(jī)構(gòu)調(diào)整鏈輪箱與輪架組件的相對位置，調(diào)整機(jī)架相對于地面的高度，滿足不同壟高、地形、移栽深度等需求。驅(qū)動移栽輸出通過工作直徑可手動調(diào)節(jié)的無級變速帶輪經(jīng)帶傳動把動力傳遞給移栽變速箱，使移栽變速箱獲得不同的移栽速度；經(jīng)移栽變速箱變速后把動力傳遞給曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的平行四邊形機(jī)構(gòu)驅(qū)動鴨嘴運(yùn)動，由平行四邊形機(jī)構(gòu)的特性來保證鴨嘴在整個運(yùn)動過程中處于鉛錘狀態(tài)，保證移栽秧苗的直立度；由于移栽變速箱的輸入速度可以無級調(diào)節(jié)，其驅(qū)動的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作頻次就可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)移栽株距的調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)自動喂料，曲柄連桿機(jī)構(gòu)還帶動自動喂料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，自動喂料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)是一個間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，由轉(zhuǎn)盤和12 個苗杯組成，當(dāng)鴨嘴上移到極限位置時，自動喂料盤機(jī)構(gòu)中苗杯下口打開，使秧苗落入鴨嘴中，實(shí)現(xiàn)往鴨嘴中投苗的功能。投苗后的鴨嘴開始下移，當(dāng)鴨嘴移動到下極限位置時（鴨嘴扎入土中，入土深度可根據(jù)秧苗移栽深度要求調(diào)節(jié)），鴨嘴打開，把秧苗植入土中，完成移栽。

表1 山地移栽整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖2 山地移栽整機(jī)工作原理圖

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 曲柄連桿移栽投苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計

移栽質(zhì)量的好壞需移栽機(jī)構(gòu)來保證。投苗過程中會不會出現(xiàn)夾苗、傷苗、漏投，能不能準(zhǔn)確地投到鴨嘴中是投苗機(jī)構(gòu)來保證的，因此曲柄連桿移栽投苗機(jī)構(gòu)是移栽機(jī)的關(guān)鍵部分。為保證移栽質(zhì)量，移栽機(jī)構(gòu)采用平行四邊形機(jī)構(gòu)驅(qū)動鴨嘴的運(yùn)動；為確保投苗的準(zhǔn)確性，投苗機(jī)構(gòu)的運(yùn)動由移栽機(jī)構(gòu)驅(qū)動，以保證鴨嘴運(yùn)動與投苗運(yùn)動的協(xié)調(diào)性。

2.1.1 移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計

移栽機(jī)構(gòu)主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)和鴨嘴組成，是移栽機(jī)的關(guān)鍵部件之一；曲柄連桿機(jī)構(gòu)可驅(qū)動鴨嘴運(yùn)動，保證鴨嘴在運(yùn)動過程中始終處于鉛錘狀態(tài)，保證秧苗栽植后的直立度。曲柄連桿機(jī)構(gòu)采用多連桿機(jī)構(gòu)，原理如圖3 所示，由曲柄桿和八個連桿組成，其中連桿三、連桿七通過固定鉸接點(diǎn)B 和直角型連桿五構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿四、連桿六通過直角型連桿五和鴨嘴桿件構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)，兩平行四邊形機(jī)構(gòu)通過直角型連桿五實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。工作時曲柄桿做整周轉(zhuǎn)動，通過連桿一帶動兩個平行四邊形機(jī)構(gòu)繞固定鉸接點(diǎn)B 聯(lián)動，帶動鴨嘴（移栽頭）上下運(yùn)動；同時通過連桿二帶動喂料拉桿驅(qū)動喂料盤轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)投苗功能。當(dāng)鴨嘴（移栽頭）運(yùn)動到上極限位置時投苗裝置打開，秧苗落入鴨嘴（移栽頭）中，當(dāng)鴨嘴（移栽頭）運(yùn)動到下極限位置時（鴨嘴入土一定深度），鴨嘴打開，實(shí)現(xiàn)栽苗。圖3 中，黑線表示曲柄連桿移栽接料狀態(tài)；紅色為中心線、輔助彈簧和導(dǎo)向拉桿；洋紅色線表示移栽狀態(tài)、中間過渡狀態(tài)和自動喂料機(jī)構(gòu)；字母A、B、C和D表示其準(zhǔn)定位及固定節(jié)點(diǎn)。

圖3 曲柄連桿移栽機(jī)構(gòu)原理圖

2.1.2 投苗裝置的設(shè)計

投苗裝置是移栽機(jī)的關(guān)鍵部件之一，是把秧苗喂入栽植器（鴨嘴）的裝置。該投苗裝置結(jié)構(gòu)如圖4 所示，主要由苗杯安裝盤1、苗杯2、鴨嘴3、苗杯驅(qū)動軸4、杯底支撐圈5等組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是苗杯上端安裝在苗杯安裝盤上，苗杯安裝盤通過鍵鏈接安裝在苗杯驅(qū)動軸上，由苗杯驅(qū)動軸驅(qū)動苗杯轉(zhuǎn)動；苗杯底部結(jié)構(gòu)為拍門結(jié)構(gòu)，杯底通過銷軸、彈簧與杯體相連，在彈簧作用下可自動打開，因此苗杯底部由安裝在側(cè)板固定不動的杯底支撐圈驅(qū)動實(shí)現(xiàn)封堵，杯底支撐圈與鴨嘴對應(yīng)處有缺口，當(dāng)苗杯轉(zhuǎn)到該缺口處時，苗杯底部打開，苗杯中的秧苗在自重作用下落入鴨嘴中。為減輕投苗人員的勞動強(qiáng)度和提高投苗的方便性，苗杯轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速越低越有利于投苗，參考人體每分鐘抓取頻次和苗杯轉(zhuǎn)盤速度，合理設(shè)計苗杯轉(zhuǎn)盤直徑，使苗杯安裝盤沿圓周安裝10只苗杯時投苗最方便。

圖4 投苗裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計

升降機(jī)構(gòu)是移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)不同移栽深度的關(guān)鍵部件之一，移栽升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5 所示，主要由升降搖桿、升降螺桿、升降滑塊、連桿1、輪軸連桿、連桿2、鏈輪箱等組成。其工作過程為旋轉(zhuǎn)升降搖桿帶動升降螺桿轉(zhuǎn)動，升降螺桿轉(zhuǎn)動帶動升降滑塊上升（下降）移動，升降滑塊的移動通過連桿1 帶動輪軸連桿驅(qū)動輪軸外套繞輪軸轉(zhuǎn)動，由于輪軸外套與鏈輪箱是一體，從而帶動安裝輪子的鏈輪箱繞輪軸轉(zhuǎn)動，使機(jī)架相對地面的高度發(fā)生改變即機(jī)架升降，實(shí)現(xiàn)移栽深度調(diào)節(jié)。

圖5 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3 性能試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)

吊籃式山地移栽機(jī)的技術(shù)和性能試驗(yàn)按照J(rèn)B/T 10291—2013《旱地栽植機(jī)械》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。并制定了吊籃式山地移栽機(jī)產(chǎn)品試驗(yàn)大綱。

試驗(yàn)時間：2023年4月5日至5月10日。

試驗(yàn)地點(diǎn)：許昌市襄城縣王洛鎮(zhèn)許昌煙草分公司的6 700 hm2煙田示范區(qū)。

試驗(yàn)條件：起壟移栽；壟高400 mm~500 mm；試驗(yàn)用苗為漂浮育苗煙苗；煙株總高度150 mm。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果

3.2.1 空載試運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

空載運(yùn)行即機(jī)具在不栽植秧苗的情況下的運(yùn)行，在該狀況下機(jī)具各運(yùn)動零件運(yùn)轉(zhuǎn)良好，無卡滯和異響現(xiàn)象；調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整靈活準(zhǔn)確，移栽深度和移栽株距的調(diào)節(jié)滿足農(nóng)藝要求；投苗機(jī)構(gòu)投苗準(zhǔn)確無誤，無夾苗和擋苗現(xiàn)象。

3.2.2 移栽性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)為在某一調(diào)整值下從移栽過的煙壟中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隨機(jī)抽樣10 次檢測的結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

表2 表明：移栽深度、漏栽率、株距變異系數(shù)都在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)（標(biāo)準(zhǔn)要求移栽深度漏栽率≤5%、株距變異系數(shù)≤25%），移栽質(zhì)量完全滿足煙草移栽的農(nóng)藝要求。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，吊籃式山地移栽機(jī)各性能指標(biāo)符合設(shè)計要求，機(jī)具具有以下特點(diǎn)：

1）整機(jī)結(jié)構(gòu)輕巧、轉(zhuǎn)彎靈活、操作簡單，可一次性完成秧苗預(yù)裝、壟打孔、秧苗移栽、覆土鎮(zhèn)壓等多道工序；

2）移栽器采用曲柄連桿的工作原理，以動力傳動成穴系統(tǒng)為機(jī)械方式，移栽器自成一體，配合合理穩(wěn)定可靠；

3）移栽速度快、簡單省力，一些調(diào)整部分采用鉸性連接，方便調(diào)整維修；

4）升降機(jī)構(gòu)可以有效調(diào)節(jié)移栽深度，并有相應(yīng)水平調(diào)節(jié)裝置，適合于多種小角度傾斜地形移栽；

5）無級變速調(diào)節(jié)裝置可調(diào)節(jié)移栽株距，調(diào)節(jié)范圍廣，適合多種株距、不同類型作物的移栽種植。

總之，該機(jī)具結(jié)構(gòu)合理，能滿足丘陵地塊規(guī)?；療煵菀圃怨ば虻霓r(nóng)藝要求，具有作業(yè)效率高、移栽深度一致性好、轉(zhuǎn)彎半徑小、操作方便等優(yōu)勢。建議使用移栽機(jī)時，做到農(nóng)藝適應(yīng)農(nóng)機(jī)，在耕整地、起壟方面滿足機(jī)具的使用要求，以便減少機(jī)具使用時的調(diào)整工時，更好地提高機(jī)具的效率與作業(yè)質(zhì)量。