人參移栽機的改進設(shè)計

劉文亮　張亮　馬巍　姜彩宇　王新陽　李健

摘要：針對上一輪人參移栽機的機具設(shè)計、樣機試制試驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行了結(jié)構(gòu)改進設(shè)計，對各部件布局、動力傳動路線和整機結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，最終達到了產(chǎn)品定型。

關(guān)鍵詞：人參移栽；機械化；挖掘

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.06.006

0引言

人參移栽機是吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院根據(jù)吉林省人參機械化栽植需要創(chuàng)新研制的設(shè)備，初代機在性能試驗和田間試驗中發(fā)現(xiàn)了一些問題，課題組針對這些問題進行了技術(shù)提升、改進設(shè)計（如圖1），并進行了人參移栽試驗，本文記錄整理了這一過程，方便以后的研究者和機具使用者參考。

1挖掘（移栽）部件的角度優(yōu)化、改進設(shè)計

在初代機具的試驗過程中發(fā)現(xiàn)挖掘角度不夠理想，對其進行了挖掘鏟運動分析（如圖2），同時進行了挖掘（移栽）機構(gòu)角度優(yōu)化，并加大了鋁帶板的厚度和抓地齒的角度，達到了更好的仿形效果（如圖3）。其中，對人參移栽機前進方向左側(cè)布置鏈輪，帶動挖掘鏟傳動軸，并使挖掘機構(gòu)后端成為在機架上的鉸接端（如圖4）。為使挖掘過程中挖出的土順勢培入至已擺入?yún)⒚绲南噜徝鐪现校诰驒C構(gòu)的長度設(shè)定在挖坑作業(yè)時的水平（地面）投影等于或稍小于相鄰兩個苗坑的距離。

2行走機構(gòu)履帶板設(shè)計

（1）履帶工作條件相對惡劣，履帶板材料必須要有足夠的強度和剛度，同時具有良好的耐磨性。另外，通過試驗發(fā)現(xiàn)，由于本機在畦床上工作，主要工作部件布置于前后履帶之間，履帶的仿形效果決定了機具的挖掘效果。

（2）人參移栽機工作時，要求履帶和土面要有良好的附著性能，保證機具前進時不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。因此，在履帶板改進設(shè)計時，采用了尺寸更大的翻邊設(shè)計，履帶翻邊與平板的長度比為1：1，寬度比為1：4。

（3）選取節(jié)距更大的鏈條作為履帶鏈，由于整機的寬度和重量增加，為了保證履帶鏈條能夠可靠工作，依據(jù)節(jié)距P越大，鏈的各部分尺寸和重量也越大，承載能力越高原則，選取了更大節(jié)距的鏈條。

（4）為解決前、后履帶式行走機構(gòu)之間傳動鏈條較長，傳動鏈條中部擺幅大，下沉量大等問題，在前、后履帶式行走機構(gòu)之間的底盤上設(shè)計了過渡鏈輪軸。過渡鏈輪軸上并列安裝兩個等徑過渡鏈輪，兩個過渡鏈輪分別與前履帶式行走機構(gòu)動力輸出鏈輪和后履帶式行走機構(gòu)動力輸入鏈輪之間連接鏈條。

（5）為使整機輕量化，嘗試設(shè)計了分節(jié)式履帶機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)偶爾出現(xiàn)行走不同步和摩擦力不足的情況，最終選擇了通長式履帶機構(gòu)的設(shè)計方案（如圖5）。

3控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計

人參移栽機的作業(yè)方式為間歇式，即工作時，當人工擺苗結(jié)束后，機器開始行進和運轉(zhuǎn)，并完成開溝、前一個苗溝覆土、震壓等一個移栽過程的全部環(huán)節(jié)。然后機器停止行進和運轉(zhuǎn)。這時重新向新挖的苗溝內(nèi)擺入種苗，并重新運轉(zhuǎn)機器重復前一次動作。這種作業(yè)方式的好處在于有足夠的時間保證每個苗溝內(nèi)均能按要求放入藥苗，最大限度保證移栽時橫排的整齊度。

為了滿足人參移栽機的這種性能要求，課題組改進了移栽機的自動化控制系統(tǒng)（如圖6），該系統(tǒng)由發(fā)電與電磁離合器部件、電控裝置、接近傳感器和行程開關(guān)構(gòu)成，通過與機械部件配合使用，可實現(xiàn)移栽機間歇式工作，能夠保證根莖類人參移栽橫排的整齊程度要求，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、制作成本和運營成本低的特點。

本項目研究過程中，根據(jù)實際需要，對移栽機的自動化控制系統(tǒng)進行改進，增加了單獨的不間斷行走功能。并進行了模塊化設(shè)計，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)更加簡單，維修、安裝方便，性能也更加可靠。

4性能試驗

2017年11月，人參移栽機在琿春中森藥業(yè)參場分階段進行了性能測試和田間考核作業(yè)（如圖7），累計作業(yè)面積32 hm²，無故障情況發(fā)生，可靠性良好。性能測試和田問試驗結(jié)果表明：

（1）機器理論生產(chǎn)率為142.5 m²/h；

（2）技術(shù)性能指標全部滿足設(shè)計和任務(wù)書要求。

使用本設(shè)備栽種人參與傳統(tǒng)的人工開溝、栽苗方式相比具有栽植質(zhì)量高、作業(yè)效率高、作業(yè)成本低的優(yōu)點，并且栽植出來的參苗整齊均勻，株深、行距一致。經(jīng)統(tǒng)計兩個人工栽種一天的工作量，用本機作業(yè)1 h就可完成。與人工作業(yè)相比，效率提高4.3倍以上，每公頃節(jié)約費用1580元。

5技術(shù)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用

人參種植是吉林省最具特色、最重要的地方經(jīng)濟作物產(chǎn)業(yè)。這一設(shè)備完全符合本省及國家關(guān)于人參種植機械化、規(guī)范化模式發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策。

項目設(shè)備解決了人參種植規(guī)模化發(fā)展的瓶頸問題，顯著提高我國人參機械化移栽技術(shù)水平，有助于促進吉林省人參特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。