一種新型旱地洋蔥插秧機的設計

崔有正，張洪軍，尹 濤，張春宇，祖新鵬，李志釗

（1.齊齊哈爾大學 機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾161006；2.嶺南師范學院 機電工程學院，廣東 湛江524048）

洋蔥原產自與中亞或西亞[1]，已經成為世界各地的主要食材。洋蔥是中國、韓國、俄羅斯等國家的主要蔬菜之一。日本早期對移植機械研究的重視，以及早期國家對移栽機發展的重視，全國的98%都以應用機械移栽方式[2]。在一個人口較少的國家，其移植技術主要是單線操作，精密化、專用性等研究方向為主[3]。我國通過對日本移栽技術的消化和吸收，移栽技術有了很大的改進，不僅可以解決標準育種的問題，而且大大降低了成本。但是在分秧、送秧、移栽等方面還存在一定的缺陷，進一步提高工作化裝置的自動化程度，實現如自動更換秧苗盤及故障自動停機等的自主機械是目前的研究方向。多功能移栽機具有一系列優點，雖然在推廣應用中存在一些限制性因素，但從目前農業科技發展的各個方面來看，移栽機的多功能性和移栽機與旱地移栽機的集成都是可以實現的。我國的市場形勢和要求，使農作物生產更加科學化和減少。要少投資增產，實現農業可持續發展的目標，有效利用各種農業資源，保護生態環境。

1 洋蔥插秧機總體方案設計

主要功能：對于我國北方地區，大面積種植洋蔥，為此洋蔥機械的主要功能有以下幾點：實現機構自行破膜；實現機構自行下苗；實現機構自行仿形移栽[4]。洋蔥插秧機主要包括萬向聯軸器、鴨嘴機構、平地輪、送秧機構、栽植機構等許多機構組成。洋蔥移栽機功能的實現是由許多機構共同滿足運動和功能來完成的。分插機構，它是移栽機的主要的工作部分，由集秧裝置、動力和控制機構組成。根據一定軌跡從秧盤拿取一定數量的苗并插入到地中。然后循環返回到原始位置，并開始循環。

圖1 洋蔥移栽機主要結構平面圖

洋蔥移栽機的工作原理是以拖拉機為動力輸出的來源。動力輸出連接到萬向節和變速箱。萬向節通過主軸到鴨嘴機構2、8 方向、輸秧機構5 和通過變速箱到移栽機構7，完成了各種機械結構的洋蔥移栽全過程。具體的動力傳動是齒輪箱通過錐齒輪傳動減速，改變內部的方向。在曲軸機構中，功率傳遞到閥瓣，使板在周圍和周圍移動，并完成左右幼苗的運動。移栽機制通過鏈路傳遞，移栽機制部分是兩組刨坑和移栽組。該運動是由鴨嘴機構完成的，然后將移植的機制帶到已被刨出的坑內，并完成移栽操作。

2 各主要部分的設計

2.1 移栽機傳動部分的設計

查閱參考文獻[5]對洋蔥移栽機進行受力估算，所需的牽引力大約是4000N。轉速的計算，變速箱輸出的轉速在8-16r/s，減速箱的變速比是1：1，則所需拖拉機的轉速為2-4r/s，即240～480r/min。第一個傳動軸的軸向直徑為30mm，材料為45 鋼，淬火和回火。鏈輪的旗子寬度為25mm。此鏈輪的材料選用45鋼淬火處理制作，輪齒的數量為24，傳動鏈選擇相同大小的傳動鏈。傳動軸上鏈輪的數量為4，在軸上放置的鍵為4。移栽機的寬度為210cm，軸的兩頭由軸承進行支撐，軸承座作為支撐夾具，第一鏈輪處于軸的邊緣10cm 處。鏈輪的位置依次處于34cm、44cm、58cm 和82cm 處。整個軸的長度是90cm。

2.2 鴨嘴機構的設計

插秧機通過聯軸器的傳動和驅動鏈旋轉驅動曲柄，曲柄可以驅動擺桿通過槽往復擺動桿實現鴨嘴的操作。機構尖部的運動是由機器的前進速度的Vm 和工作擺的擺動運動組成的。鴨嘴機構的慣性力可以簡化為總慣性力和總慣性矩通過質心。外部驅動力矩和阻抗力矩影響了總慣性矩。通常在機構運動方向上開進行慣性力平衡。通過繪制鴨尖點軌跡，可知鴨嘴機構的水平距離約為50cm，運動有效深度約為205mm，相應的傳動比可以滿足不同間距的株苗移栽運動的要求。

2.3 插植機構的設計

分插機構是插秧機的重要組成部分。橫分取秧器有適于拔取苗栽插的秧夾和適于帶土苗栽插的切扒式秧爪，兩者根據需要可互換使用。秧夾由活動夾片和固定夾片構成，其張開度根據秧苗的粗細和秧苗數量進行調節，切扒式秧爪帶有脫秧片，使帶土秧苗從秧爪上順利脫出。洋蔥插秧機的設計采用了垂直和分離的插苗方式。插植機構采用橢圓行星輪系的設計理念，橢圓齒輪嚙合的最大優點：當兩個齒輪嚙合運動到任何位置時，它既不會被分離開也不會被切割開，而且傳遞過程是平穩的。分析橢圓齒輪的角位移、角速度和傳動比。從動輪角位移φ2

與主動輪角位移φ2之間的關系。傳動比i12為：

橢圓齒輪2 的角速度φ2為：。運動學模型的建立，缽苗取苗機械手位移分析，對機械手進行運動學和動力學分析，首先要求出各點的位移、速度和加速度及和各構件的角位移、角速度和角加速度方程[6]。根據各點的運動方程，可得其運動速度的參數方程和轉動的角速度方程，由速度和角速度方程分別對時間t 求導各點加速度和角加速度方程。移栽機取苗機構的整體結構設計，其整體結構的運行，是由馬達驅動，太陽輪主動，從而改動兩旁兩個非圓齒輪轉動，由齒輪傳動再帶動兩個非圓齒輪，兩端的兩個非圓齒輪同軸上分別各有一個凸輪機構，與凸輪連接的是拔叉，而拔叉帶動推桿運動，推桿上連接有取苗爪，由于凸輪的間歇性運動特點，從而完成周期性取苗的整個往復過程。進秧機構包括垂直移植機構和橫向移植機構。橫向送秧機構的送秧方向同機器行進方向垂直，都采用移動秧箱法，因而又稱移箱機構。本次設計采用橫向送秧機構。移栽箱為定期供給移栽幼苗，由橫向進給結構和縱向進給結構組成。

3 結 語

（1）設計了新型旱地洋蔥插秧機的整體結構的布局，使用鏈傳動將動力傳遞給插秧機的移栽機構，完成移栽工作。

（2）設計了插秧機的傳動件，插秧機采用鏈傳動，選用了08A-1 型單排鏈和滲碳鋼為材料制作的16 齒和24 齒的鏈輪進行鏈傳動，對傳動鏈進行了校核，其強度和剛度均滿足要求，傳動件的設計滿足插秧機的需求。

（3）設計了插植機構和鴨嘴機構，先由前方的鴨嘴機構進行破膜刨坑動作，再由后方的插值機構將秧苗插到刨好的坑中，插值機構由行星輪盤組成，可使移栽機構的上下擺動，移栽機構內的秧爪內裝有推秧凸輪、推秧撥叉、推秧器等零件，讓移栽機構按照固定的軌跡完成取秧移栽的動作，由此完成移栽的動作。拖拉機的前進速度是0.4m/s，鴨嘴機構每秒鐘要進行2 次刨坑移栽動作，完成2 次移栽工作。