中藥材移栽機關鍵部件設計研究

劉曉秋

（山西省農業機械發展中心，山西太原 030002）

隨著中藥材、蔬菜等作物種植面積的日益擴大，對移栽機的需求量也日益增加。目前，國內移栽方式主要是依靠人工和半自動移栽機進行作業，但隨著農業從業人員逐步減少，同時育苗移栽技術也逐漸成熟，對提高移栽效率、降低勞動強度有了新的要求。相對于國外，我國的移栽技術起步較晚，全自動插秧機由于其結構復雜、造價過高，致使大部分自動移栽機技術不是很成熟，而現階段使用和研制的多為半自動移栽機。因此，結合當前移栽機的結構特點，重點對移栽機的移栽機構進行了升級改進設計。

1 移栽系統的總體設計

該設計采用SolidWorks建模，如圖1所示為單套機構。一臺2行自走式半自動移栽機需配套2套移栽機構，移栽機構通過螺栓固定在自走式半自動移栽機的2個獨立單體上，動力由半自動移栽機通過鏈輪傳動提供，總動力大于8馬力[1]。該機構單套外形尺寸為1 200 mm×380 mm×750 mm，安裝方便，結構簡單，移栽機構的旋轉架旋轉1周，苗夾進行兩次取苗、喂苗，苗杯轉過3個，苗盤經過槽輪機構驅動輸送兩格。3個苗夾安裝在一根旋轉軸上，共兩組旋轉反復作業，一次作業取苗3株后通過護苗桶，將秧苗放入苗杯。

單套移載機構三維模型見圖1。

圖1 單套移載機構三維模型

2 關鍵部件設計

2.1 旋轉架工作原理

旋轉架圍繞一級旋轉軸（5號）旋轉，導向盤和6號不完全齒輪與機架固定，3號齒輪與9號齒輪同軸，3號齒輪置于旋轉架內側，9號齒輪置于旋轉架外側，與6號不完全齒輪嚙合。二級旋轉軸上裝配苗夾和10號齒輪，10號齒輪置于旋轉架內側，與3號齒輪嚙合。

旋轉架傳動三維模型見圖2。

圖2 旋轉架傳動三維模型

當動力傳輸給7號鏈輪，機架圍繞一級旋轉軸開始順勢正旋轉，因導向盤和不完全齒輪固定在機架上，9號齒輪與6號齒輪進入嚙合狀態，其在圍繞一級旋轉軸旋轉的同時，開始順時針自轉，3號齒輪進行同步自轉。3號齒輪與10號齒輪一直處于嚙合狀態，10號齒輪在跟隨機架旋轉的同時，開始進行逆時針旋轉。

2.2 傳動設計

齒輪傳動設計見圖3。

圖3 齒輪傳動設計

由圖3可知，三組齒輪圓心在同一中心線上，共4個齒輪兩兩嚙合。其中，10號齒輪與3號齒輪中心距90 mm；9號齒輪與6號不完全齒輪的中心距135 mm。根據公式：

式中：a——中心距；

Z1，Z2——齒輪齒數；

M——為模數（3，10兩齒輪相等）；10號齒輪和3號齒輪設定齒輪系數：M1=Z2=2；得3號和10號齒輪為45，分度圓直徑為90 mm；6號齒輪為不完全齒輪，切除2/3的齒數，在9，6號齒輪嚙合時：

Z1=1/3 Z2；

設定齒輪系數為1.5，可得9號齒輪齒數Z1為45，分度圓直徑67.5 mm；

6號齒輪齒數Z2為135，分度圓直徑202.5 mm。

3 夾苗裝置的設計

3.1 工作原理

門形夾形狀設計見圖4。

圖4 門形夾形狀設計

夾苗裝置功能是為了成功夾住秧苗以便提起，如圖4所示，門形夾寬為70 mm。在實際應用中，可通過更改門夾寬度來適應不同型號的苗缽[2]。

門形夾由回位彈簧控制處于常閉狀態，當旋轉架旋轉到合適位置，由位置機構控制轉軸旋轉，帶動撥片推開銷子，門形夾向上打開，在夾苗的同時進行拔苗，隨后轉軸脫離位置機構[3]；當旋轉架帶動門形夾轉到護苗桶上方時，位置機構控制轉軸旋轉，苗夾打開，隨后脫離控制機構，苗夾自動閉合[4-5]。

3.2 苗夾運動仿真

設旋轉架軌跡為A圓（不動圓），半徑為R；

苗夾旋轉軌跡為B圓（旋轉圓），半徑為r；

同一狀態下點P與B圓繞各自圓心轉過的角度之比為-k。以點A為坐標原點、水平向右為x軸正向建立平面直角坐標系。

為計算方便，假定初始時刻B圓位于A圓右側，點P（x，y）位于B圓右側，如圖5所示。

苗夾端點軌跡分析見圖5。

計算參數方程：

當B圓繞A圓圓心轉過θ角時，根據圓的參數方程可知：

xB=R cosθ；

圖5 苗夾端點軌跡分析

yB=R sinθ.

此時點P繞B圓圓心轉過角-kθ，即：

xP=xB+r cos（-kθ）；

yP=yB+r sin（-kθ）.

旋轉架半徑為225 mm；苗夾旋轉半徑為130 mm；6號齒輪與9號齒輪的傳動比為1∶3，即k=3，所以苗夾端點P的軌跡參數方程：

x=R cosθ+r cos（-3θ）；

y=R sinθ+r sin（-3θ）.

4 結論

針對半自動移栽機，對移栽機的關鍵部件進行了升級改進。通過對部件的運動仿真，基本滿足該移栽機的改進要求。