棉花移栽機的機械結構設計

摘要：開發出一種適合于河南、湖北等華中地區的棉花移栽機。棉花移栽機主要由主體、支撐架、投苗機構、秧苗架、曲柄搖桿機構、栽苗器、地輪和傳動系統等部件組成，能夠一次性完成挖穴、栽苗、澆水、壓土等功能。移栽器的總成包含牽引臂、擋板、圓盤、偏心輪、凸輪、連桿機構、鴨嘴和彈簧等部件，整體安裝在牽引臂上，隨著地輪及主機向前運動。來自地輪的運動通過水平的錐齒輪傳遞到豎直的錐齒輪軸，帶動投苗圓盤旋轉，完成投苗動作。移栽機試研制成功后，在河南省南陽市進行了移栽試驗。現場試驗表明，該裝置能順利完成棉花的移栽。

關鍵詞：棉花移栽機；投苗系統；結構設計

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）05-1203-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.044

Abstract： A cotton transplanting machine suitable for Henan and Hubei province in central China was developed. Cotton transplanting machine is mainly composed of the main body， brace， seedlings， gripper arm， crank rocker mechanism， planted seedings， wheel and drive system components. It can simultaneously perform multi-function including clefts， planting seedlings， watering， packing soil. Transplanting apparatus of assemblies contains traction arm， baffle， circular plate， eccentric CAM， linkage， duck plate and spring etc. The whole body is installed on the traction arm， moving forward along with the wheel and the host. From land wheel movement through horizontal bevel gear transmission to the vertical bevel gear shaft， circumferential rotation of the disk of the driven shots， seedlings were planted. Transplanting machine was tested in Nanyang city of Henan province， showing that the device can perform transplanting of cotton.

Key words： cotton transplanting machine； seedling system； structure design

中國棉花種植面積達40萬hm2的省份有7個，分別是新疆、河南、湖北、山東、江蘇、河北、安徽。新疆地區的棉田已經實現了大規模的機械化移栽和收獲，開發出一種適合河南、湖北等華中地區地理位置、地形特點、土壤條件、氣候特征的棉花移栽機是當前農業發展的重要任務之一。棉花移栽機將解決傳統棉花栽種過程中工序多、操作繁瑣等多個制約規模化生產的因素，有效緩解種植期間棉農用工荒的問題。

按栽植器的機械機構，秧苗移栽機可劃分為鉗夾式移栽機、吊籃式移栽機、撓性圓盤式移栽機、導苗管式移栽機和鴨嘴式移栽機[1]。本研究設計的移栽機集合了撓性圓盤式和鴨嘴式兩種特點。該棉花移栽機動力選用了農村廣泛使用的小四輪拖拉機。小四輪拖拉機帶動整個機構前進，依靠地輪以及鏈輪把動力傳遞到移栽機上，偏心裝置的運動帶動移栽器做圓周式運動。通過人工配苗的方式將秧苗喂入，棉花的苗體放入配苗盤后，移栽器每次接近最低點打開，就能完成秧苗的種植。

1 移栽機的基本結構

移栽機是一套組合式裝備，包含動力機構、苗盤機構、喂苗機構、秧苗傳送機構等。在參考文獻[2-6]并考慮設計要求的基礎上，開發出棉花移栽機。設計的棉花移栽機主要由主體、支撐架、投苗機構、秧苗架、曲柄搖桿機構、栽苗器、地輪和傳動系統等部件組成（圖1）。機架采用方形框架，結構簡單。該機作業時，拖拉機帶動移栽機前行，地輪與地面接觸滾動產生動力，通過鏈傳動，按一定的傳動比關系，分別將地輪動力傳遞給投苗機構和曲柄搖桿機構，實現定距挖穴、準確投苗、秧苗栽植、澆水等功能。牽引架總成由懸掛橫梁、懸掛與拖拉機連接機構、地輪總成與懸梁連接機構、移栽器總成和懸梁連接機構組成，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、地輪軸和地輪機架組成。地輪軸端由鏈輪進行動力傳動，通過改變地輪上的鏈輪齒數，即可改變移栽機傳動比，從而改變株距。地輪機架上端為移栽深度調節裝置，其主要部分為絲杠，通過旋轉絲杠可以改變懸掛橫梁與地面的相對高度，從而改變移栽器與地面的相對高度。

放苗架總成與牽引臂通過螺栓固定在移栽器后上方，作業人員在座位上取苗。放苗盤上下面均是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，調整行距時同時調整螺釘即可。投苗系統是一個旋轉的盤式機構，來自地輪的運動通過水平的錐齒輪傳遞到豎直的錐齒輪軸，帶動投苗圓盤的圓周旋轉運動，當投苗斗轉到投苗位置時，固定凸臺的頂置力使投苗斗張開，完成投苗動作，如圖2所示。

栽苗器的機械結構如圖3所示。在曲柄搖桿機構運動的作用下沿曲線弧擺動，四桿機構使栽苗器保持近似垂直狀態，凸輪和拉線控制住栽苗器的閉合與張開，栽苗器移動到機構的最低點開始分開土壤，凸輪旋轉使拉線繃緊，使栽苗器的口部張開，棉苗在自身重力作用下掉入坑穴中。栽苗器繼續運動，移動到頂端位置時凸輪作用力使拉線變松，在彈簧力作用下栽苗器口部閉合。移栽器的總成包含牽引臂、擋板、圓盤、偏心輪、凸輪、連桿機構、鴨嘴和彈簧等部件。移栽器整體安裝在牽引臂上，隨著地輪及主機向前運動。移栽器圓盤安裝在移栽器主軸上，主軸的未端是鏈輪，地輪將旋轉運動傳遞到主傳動軸后，再將扭矩傳遞到移栽器主軸的鏈輪上，從而實現動力在移栽器上的傳遞。

輔助機構由供水機構和覆土機構等組成，總裝配圖中未畫出。氣閥與搖桿機構相連接，搖桿機構的弧線式擺動實現了水箱的吸水與排水。覆土機構由壓土輪、配重、螺桿和拉伸彈簧等構成。壓土輪安裝在機構的后部，雙輪交叉成八字形排布，完成攏土、壓土作用，旋轉螺桿能夠調整秧苗的種植深度。

2 移栽試驗結果

棉花移栽機試制完成后，在河南省南陽市紅泥灣鎮進行了移栽試驗。現場試驗證明，該裝置可以實現棉花移栽。移栽過程中，能夠完成挖土、移栽、澆水和壓土等多項作業，種植均勻，深度和株距可調，種植效率高。經過試驗獲得表1中的技術參數。

3 小結

設計的棉花移栽機能夠完成挖土、移栽、澆水和壓土等多項作業，使種植均勻，深度和株距可調，種植效率高。棉花移栽機主要由主體、支撐架、投苗機構、秧苗架、曲柄搖桿機構、栽苗器、地輪和傳動系統等部件組成，能夠一次性完成多項功能，株距、栽苗深度均勻一致，實現了棉花的輕簡機械化作業，解決了傳統栽種過程中多個制約規模化生產的因素，可有效緩解種植期間棉農用工緊缺的問題。該移栽機的傳動機構有待進一步改進和優化，以提高轉動過程的平順性和操作的舒適性。

參考文獻：

[1] 王文明，竇衛國，王春光，等. 2ZT-2型甜菜移栽機栽植系統的 參數分析[J].農業機械學報，2009，40（1）：69-73.

[2] 楊 民，王 笛，郭威獻. 新型棉花移栽機的配苗機構設計[J].安徽農業科學，2011，39（33）：20923-20924.

[3] 黃 智，張保生. 多功能四輪自走式棉苗移栽機的設計[J].農機化研究，2014（3）：102-105.

[4] 張為政，王君玲，張祖立.懸杯式蔬菜移栽機的設計[J].農機化研究，2011（8）：104-106.

[5] 賈朝陽，吳美珍，趙延江.2MZ-2型懸掛式鋪膜覆土缽苗移栽機的研制[J].新疆農機，2011（2）：11-12.

[6] 王君玲. 蔬菜栽植機栽植機理分析及試驗研究[D].沈陽：沈陽農業大學， 2006.