摘要 為保證丘陵地區(qū)秧苗實(shí)時(shí)移栽，提高移栽質(zhì)量，闡述一種吊籃式自走移栽機(jī)行走裝置和移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理。通過(guò)分析計(jì)算及1∶1的建模，驗(yàn)證行走裝置的工作速度和結(jié)構(gòu)布局形式，以及移栽機(jī)構(gòu)各動(dòng)作的協(xié)調(diào)性及栽苗質(zhì)量。根據(jù)建模分析的結(jié)果，確定設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出行走機(jī)構(gòu)裝置主要部件輪架機(jī)構(gòu)、主驅(qū)動(dòng)變速箱機(jī)構(gòu)、機(jī)架、升降機(jī)構(gòu)、水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及控制裝置等，移栽機(jī)構(gòu)主要部件移栽變速箱機(jī)構(gòu)、株距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、鴨嘴移栽器、自動(dòng)喂料機(jī)構(gòu)等。通過(guò)樣機(jī)試制和試驗(yàn)，結(jié)果表明：該機(jī)具可完成移栽株距（260～600 mm）、移栽深度（80～160 mm）可調(diào)的目標(biāo)，工作效率高，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)合理緊湊、維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 吊籃；移栽機(jī)；曲柄多連桿機(jī)構(gòu)；水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；鴨嘴

中圖分類號(hào) S 223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）20-0186-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.045

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Design of a Hanging Basket Type Self-propelled Transplanter

ZHANG Gui-ming， CHAO Shu-juan， YAN Ya-min

（Xuchang Vocational Technical College， Xuchang， Henan 461000）

Abstract To ensure real-time transplanting of seedlings in hilly areas and improve the quality of transplanting， this paper elaborates on the working principle and structure of a basket type self-propelled transplanting machine’s walking device and transplanting mechanism. Verify the working speed and structural layout of the walking device through analysis， calculation， and 1：1 modeling， and verify the coordination of various actions of the transplanting mechanism and the quality of the seedlings. Based on the results of modeling analysis， the main parameters of the design are determined， and the main components of the walking mechanism device—wheel frame mechanism， main drive gearbox mechanism， frame， lifting mechanism， horizontal adjustment mechanism and control device are designed. The main components of the transplanting mechanism—transplanting gearbox mechanism， plant spacing adjustment mechanism， crank connecting rod mechanism， duckbill transplanting device， automatic feeding mechanism， etc. are designed. Through prototype trial production and experiments， this machine can achieve the goals of adjustable transplanting spacing （260-600 mm）， transplanting depth （80-160 mm）， and high efficiency. At the same time， it has the advantages of reasonable and compact structure， convenient maintenance and simple operation.

Key words Hanging basket;Transplanter;Crank multi-link mechanism;Horizontal adjustment mechanism;Duckbill

移栽是指把在大棚中集中育好的秧苗根據(jù)時(shí)節(jié)適時(shí)栽植到大田中［1］。丘陵地區(qū)灌溉條件差，在無(wú)雨季節(jié)易干旱，不利于播種及秧苗生長(zhǎng)。過(guò)去人們只有等著雨季的到來(lái)才能播種，但往往會(huì)錯(cuò)過(guò)作物的最佳播種時(shí)期，造成作物產(chǎn)量降低。如果采用秧苗移栽，這個(gè)時(shí)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(lái)時(shí)就可以在田間大面積移栽，縮短秧苗在田間的生長(zhǎng)時(shí)間，充分利用雨季來(lái)促進(jìn)秧苗的生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量［2］。為了提高丘陵地區(qū)秧苗移栽效率，抓住雨后墑情及時(shí)移栽，提高移栽質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)移栽機(jī)械化，筆者在收集、總結(jié)、吸收國(guó)內(nèi)外各種移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)代種植農(nóng)藝要求和不同種植區(qū)域的特點(diǎn)［3］，通過(guò)綜合分析和計(jì)算，仿真建模和試驗(yàn)，成功地開發(fā)、設(shè)計(jì)出了滿足丘陵地區(qū)斜坡地、小塊地使用的吊籃式自走移栽機(jī)［4］。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［5］。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

吊籃式自走移栽機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，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［6］，其機(jī)構(gòu)框架如圖1所示。行走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)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(dòng)變速箱機(jī)構(gòu)、機(jī)架（固定架）、升降機(jī)構(gòu)、前部升降架、中部固定架、后部手扶架等裝置組成；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(wú)級(jí)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(dòng)喂料機(jī)構(gòu)（下料筒、轉(zhuǎn)盤）、托盤架和覆土輪機(jī)構(gòu)等裝置組成［7-9］。

1.2 工作原理

吊籃式自走移栽整機(jī)工作原理如圖2所示。工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)2級(jí)塔輪機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)經(jīng)帶傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞到主變速箱，使主變速箱根據(jù)工作需求獲得2種輸入轉(zhuǎn)速。經(jīng)主變速箱變速后的輸出動(dòng)力分為2路輸出（驅(qū)動(dòng)行走輸出和驅(qū)動(dòng)移栽輸出），驅(qū)動(dòng)行走輸出通過(guò)輪架組件中的轉(zhuǎn)軸及鏈輪箱中的鏈傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞給后輪（驅(qū)動(dòng)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(guò)升降調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整鏈輪箱與輪架組件的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)架相對(duì)于地面的高度，滿足不同壟高、地形、移栽深度等需求。驅(qū)動(dòng)移栽輸出通過(guò)工作直徑可手動(dòng)調(diào)節(jié)的無(wú)級(jí)變速帶輪經(jīng)帶傳動(dòng)把動(dòng)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(dòng)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(dòng)鴨嘴運(yùn)動(dòng)，由平行四邊形機(jī)構(gòu)的特性來(lái)保證鴨嘴在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于鉛錘狀態(tài)，保證移栽秧苗的直立度［9］。由于移栽變速箱的輸入速度可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，其驅(qū)動(dòng)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(dòng)喂料，曲柄連桿機(jī)構(gòu)還帶動(dòng)自動(dòng)喂料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)喂料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)是一個(gè)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由轉(zhuǎn)盤和12個(gè)苗杯組成，當(dāng)鴨嘴上移到極限位置時(shí)，自動(dòng)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(dòng)到下極限位置時(shí)（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。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 曲柄連桿移栽投苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

移栽質(zhì)量的好壞需移栽機(jī)構(gòu)來(lái)保證［10］。投苗過(guò)程中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)夾苗、傷苗、漏投、能不能準(zhǔn)確地投到鴨嘴中是由投苗機(jī)構(gòu)來(lái)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(dòng)鴨嘴的運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)投苗的準(zhǔn)確性，投苗機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由移栽機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，保證鴨嘴運(yùn)動(dòng)與投苗運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性［11］。

2.1.1 移栽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

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)主要功能是驅(qū)動(dòng)鴨嘴運(yùn)動(dòng)，保證鴨嘴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終處于鉛錘狀態(tài)，保證秧苗栽植后的直立度［12］。曲柄連桿機(jī)構(gòu)采用多連桿機(jī)構(gòu)，如圖3所示，由曲柄桿和8個(gè)連桿組成，其中連桿三、連桿七通過(guò)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(guò)直角型連桿五和鴨嘴桿件構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)，2個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)通過(guò)直角型連桿五實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。工作時(shí)曲柄桿做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿一帶動(dòng)2個(gè)平

行四邊形機(jī)構(gòu)繞固定鉸接點(diǎn)B聯(lián)動(dòng)，帶動(dòng)鴨嘴（移栽頭）上下運(yùn)動(dòng)；同時(shí)通過(guò)連桿二帶動(dòng)喂料拉桿驅(qū)動(dòng)喂料盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)投苗功能。當(dāng)鴨嘴（移栽頭）運(yùn)動(dòng)到上極限位置時(shí)，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(dòng)到下極限位置時(shí)（鴨嘴入土一定深度）打開，實(shí)現(xiàn)栽苗。

2.1.2 投苗裝置的設(shè)計(jì)。

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。該投苗裝置如圖4所示，主要由苗杯安裝盤、苗杯、苗杯驅(qū)動(dòng)軸、杯底支撐圈等組成。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(guò)鍵鏈接安裝在苗杯驅(qū)動(dòng)軸上，由苗杯驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)苗杯轉(zhuǎn)動(dòng)。苗杯底部結(jié)構(gòu)為拍門結(jié)構(gòu)，杯底通過(guò)銷軸、彈簧與杯體相連，在彈簧作用下可自動(dòng)打開，因此苗杯底部由安裝在側(cè)板固定不動(dòng)的杯底支撐圈驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)封堵，杯底支撐圈與鴨嘴對(duì)應(yīng)處有缺口，當(dāng)苗杯轉(zhuǎn)到該缺口處時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度和增加投苗的方便性，苗杯轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速越低越有利于投苗，參考人體1 min抓取頻次和苗杯轉(zhuǎn)盤速度合理設(shè)計(jì)苗杯轉(zhuǎn)盤直徑，使苗杯安裝盤沿圓周安裝10只苗杯時(shí)投苗最方便。

2.2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)是移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)不同移栽深度調(diào)節(jié)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等組成。其工作過(guò)程為旋轉(zhuǎn)升降搖桿帶動(dòng)升降螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，升降螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)升降滑塊提升（下降）移動(dòng)，升降滑塊的移動(dòng)通過(guò)連桿1帶動(dòng)輪軸連桿驅(qū)動(dòng)輪軸外套繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于輪軸外套與鏈輪箱是一體的，從而帶動(dòng)安裝輪子的鏈輪箱繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)架相對(duì)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)。

3 性能試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)概況

吊籃式自走移栽機(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，并制定了吊籃式自走移栽機(jī)產(chǎn)品試驗(yàn)大綱。

試驗(yàn)時(shí)間：2023年4月5日—5月10日；

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

試驗(yàn)條件：起壟移栽。壟高400～500 mm，試驗(yàn)用苗為漂浮育苗煙苗，煙株總高度150 mm［13］。

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)具在不栽植秧苗情況下的運(yùn)行，在該狀況下機(jī)具各運(yùn)動(dòng)零件運(yùn)轉(zhuǎn)良好，無(wú)卡滯和異響現(xiàn)象；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)可滿足農(nóng)藝要求；投苗機(jī)構(gòu)投苗準(zhǔn)確無(wú)誤，無(wú)夾苗和擋苗現(xiàn)象。

3.2.2

移栽性能試驗(yàn)。該試驗(yàn)為在某一調(diào)整值下從移栽過(guò)的煙壟中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隨機(jī)抽樣檢測(cè)10次，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1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h±2 cm1 cm、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

吊籃式自走移栽機(jī)各性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，機(jī)具具有以下特點(diǎn)：

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

移栽器采用曲柄連桿的工作原理，動(dòng)力傳動(dòng)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；

移栽速度快、簡(jiǎn)單省力，一些調(diào)整部分采用絞性連接，方便調(diào)整維修；

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；

無(wú)級(jí)變速調(diào)節(jié)裝置調(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移栽種植。

總之，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(shì)。使用移栽機(jī)時(shí)，建議做到農(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(shí)的調(diào)整工時(shí)，更好地發(fā)揮機(jī)具的效率、提高機(jī)具的作業(yè)質(zhì)量。

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