附件 5本科生畢業(yè)論文（設計）中期匯報表填表日期：專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 院 工程學院姓 名 指導教師 論文（設計）題 目 白菜移栽機栽植臂造型與仿真設計畢業(yè)論文（設計）前期工作小結畢業(yè)設計開始已一月有余，在導師的幫助下截至到 4 月末我已完成了開題報告、資料收集、初步設計等工作，具體匯報如下：1. 通過對任務書的認真分析以及與導師的溝通交流，熟悉了課題任務，理解了課題的要求；2. 通過在圖書館大量查詢相關資料，對白菜移栽機的發(fā)展現狀及當前主流的類型有了具體的了解；3. 這段時間我還對已查閱的資料進行了具體的整理分析，了解了當前已知移栽機在結構與成型方式方面的不足；4. 同時針對上述不足再次查閱相關資料，找到了解決已知不足的手段；5. 初步確定了栽植臂設計方式；6. 初步確定了栽植臂的結構形式；指導教師意見指導教師簽名：學士學位畢業(yè)論文白菜移栽機栽植臂造型與仿真設計學生姓名：指導教師：所在學院：專 業(yè)：年 4 月 15 日2本科生畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 任 務 書論文題目 白菜移栽機栽植臂造型與仿真設計學院名稱 工程學院 姓名 專業(yè)班級 指導教師 課題類型 畢業(yè)論文畢業(yè)論文（設計）的內容摘要給予本設計的基本條件：東洋系列插秧機的外形尺寸，栽植臂實物。對比水稻插秧機分插機構的特點；計算白菜移栽機栽植臂的各項技術參數；繪畫出栽植臂的詳細三維視圖；運用 Pro/E 進行栽植臂的運動分析及動態(tài)仿真，從動力學角度和運動實體上研究和設計水稻插秧機分插機構的關鍵部件，并加載相關函數分析水稻插秧機分插機構的運動部件的運動特性，并進行軌跡分析。畢業(yè)論文（設計）基本要求及工作量要求1、論文基本要求：畢業(yè)論文（設計）按照工程學院基本要求的要求進行撰寫，論文字數2.4 萬字，注意可視界面設計的美化和完整性。2、工作量要求： 三維實體總裝配圖一張 部件實體數張畢業(yè)論文（設計）的主要階段計劃（分前期、中期、后期）前期：2009 年 3 月 10 日至 4 月 10 日根據論文的基本條件進行資料查閱。中期：2009 年 4 月 11 日至 5 月 20 日確定方案，初步計算編輯和設計。后期：2009 年 5 月 21 日至 6 月 10 日論文撰寫與修改，準備答辯。任務下發(fā)日期 完成日期 系主任 主管教學院長審批（簽字）：1畢業(yè)設計 (論文 )開題報告學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化設計(論文)題目：白菜移栽機栽植臂造型與仿真設計 指導教師： 年 3 月 19 日2畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告文 獻 綜 述1、白菜移栽機研究的目的及意義近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，新技術、新工藝的出現，為移栽機具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景，20 世紀 80 年代以后近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，移栽機具發(fā)展迅速，從不到 1000 臺上升到將近 8000 臺。東北等大型農場多采用工廠化營養(yǎng)缽苗和機械化栽植技術，總體水平相對較高。移栽是蔬菜生產過程中的重要環(huán)節(jié)之一，栽具有對氣候的補償作用和使作物生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經濟效益和社會效益均非常可觀。長期以來，蔬菜生產一直是一項勞動密集型產業(yè)，勞動力成本占蔬菜生產成本的 50％以上。目前，約有 60％蔬菜是采用育苗移栽方式種植的，并且，移栽作業(yè)仍以人工為主。采用人工移栽，勞動強度大，作業(yè)效率低，難以實現大面積移栽，從而導致生產規(guī)模小，生產效益低下，制約了蔬菜生產的發(fā)展，所以實現移栽作業(yè)機械化已成為我國蔬菜種植迫切需要解決的問題。大白菜是我國北方居民秋冬季節(jié)主要的蔬菜消費品種，它具有價格低廉、品質柔嫩、口感酥脆、營養(yǎng)豐富、吃法多樣、耐貯存、好運輸的優(yōu)點，非常受人們的歡迎。隨著春季耐抽薹結球白菜新品種的育成，大白菜結束了秋季種植、半年供應的局面，實現了周年均衡供應，而且春白菜以較高的種植效益深受菜農的喜愛。育苗移栽是大白菜栽培的種主要方式。采用這種方式，可以更合理地安排茬口，延長大白菜前作的收獲期，而又不延誤大白菜的生長。利用少量育苗地提前育苗，從而大大提高了土地利用率。同時，集中育苗也便于管理，可以更合理地安排勞動力，并可節(jié)約用種量。據調查，在黃河以北地區(qū)，秋冬大白菜的種植面積占秋菜種植面積的 50%左右，東北地區(qū)可達 60%左右。大白菜生長期較短，生產成本低、產量高，且價格低，尤其在秋冬大白菜的收獲季節(jié)，其價格是所有蔬菜中最低的。因此，它適合于城鎮(zhèn)中低收入水平的家庭和廣大農民的要求。所以白菜生產的機械化與自動化也是農業(yè)機械化與自動化的一項發(fā)展目標。對于白菜栽植機械的研究將是白菜機械化生產的一個新的階段，將白菜種子進行集中和規(guī)范式的種植，通過密集化的種植方式使白菜種子迅速而且健康的生長為白菜苗，再通過對白菜苗的篩選，將健壯的，長勢優(yōu)良的白菜苗進行下地栽植，一方面避3免了直接播種時產生的育種不良的問題，另一方面由于是選用進行篩選的白菜苗進行栽植，提高了成活率而且由于是選用健壯的白菜苗所以白菜長勢會格外的好。白菜栽植機的研究既會解決白菜播種過程時出現的問題而且在選擇苗體時，被篩選出的不良苗體也可當小白菜食用，這樣就又增加了白菜生產過程中的經濟效益。所以白菜栽植機的研究就有了其長遠的實際效益。2、國內外對于白菜栽植機的研究現狀白菜的種植一般都采用的是直播種植，首先通過選用優(yōu)良的品種進行育種，育種后在適宜的播種期進行播種，然后通過合理的田間管理和肥水管理使白菜進行健康的生長，期間要進行菜田覆蓋和病蟲害的防治。國內的缽苗移栽機種類較多，有鉗夾式、導苗管式、吊藍式及帶夾圓盤式等多種。采用栽植器形式不同，適合栽植作物也不同。(1)鉗夾式缽苗移栽機多采用鏈條鉗夾式，這種移栽機最大的優(yōu)點是移栽平穩(wěn)，種苗直立度較高，工作效率在較低速的情況下，可以保證不漏苗；在高速的情況下，由于是人工喂苗，工作效率大大下降，漏苗、缺苗率大大增加。這種移栽機的應用較少，有被淘汰的趨勢。 (2)導苗管式缽苗移栽機是一種新型的缽苗移栽機械。這種移栽機的特點是：有一個水平喂苗盤和一個垂直或傾斜的將缽苗送入開溝器的導苗管。根據缽苗進入苗溝的形式不同又分為推落苗式、指帶式和直落苗式三種。 (3)吊藍式缽苗移栽機是一種適合缽體尺寸較大的缽苗移栽機械，最適宜地膜覆蓋后的打孔移栽作業(yè)。此類機型最大的優(yōu)點是缽苗在移栽過程中不受任何沖擊，特別適合于根系不很發(fā)達而且易破的缽苗移栽，整地較為復雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率將增加，生產率較低。 國內的主要研究單位及主要機型有：中國農業(yè)大學研制的 2ZDF 型導苗管式移栽機；黑龍江農墾科學院的 2Z-2 型玉米缽苗移栽機；山東泰安的 2ZM-2 型和 2ZM—ZAI型棉花移栽機；四川省研制的 2ZYS-4 型油菜移栽機等?；趪鴥韧獾年P于移栽機械的研究狀況，并根據本次畢業(yè)設計的要求，由于水稻插秧機工作形式與本次設計的目的相似，故將以水稻插秧機為原型進行白菜移栽機的研究與設計。4參考文獻[1] 陳殿奎.蔬菜機械化育苗的現狀與展望[J].農業(yè)工程學報, [2]蔡承智 梁穎 等.對我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展途徑的探討[J].現代化農業(yè), [3]張波屏.現代種植機械工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.61.[4] 姜明海,李孝存,鄒振萍. 龍江 2ZT—403 型手扶式機動插秧機分插機構的設計及運動分析[J]. 農機化研究, 1999,(02). [5]“富來威”2Z-455 型機動插秧機[J]. 浙江農村機電, 2006,(05). [6] 燕明德. XDNZ630 型水稻高速插秧機[J]. 當代農機, 2006,(04). [7]郭曉劍,關向東. 2ZS-2 型蔬菜秧苗移栽機研制[J]. 農機化, 2007, (04) . [8] 巴慧珍. 2ZT－2 型紙筒甜菜移栽機的移栽機構[J]. 糧油加工與食品機械, 1996, (04) . [9] 耿端陽. 我國北方地區(qū)機械化育苗移栽技術應用與發(fā)展[J]. 農機化研究, 2001, (03) . [10] 正昌. 正昌豐裕 2ZY-2 型油菜移栽機[J]. 農業(yè)開發(fā)與裝備, 2007, (06) . [11] 何揚清,尹文慶,章士秀. 3 種旱地移栽機栽植器的性能分析[J]. 安徽農業(yè)科學, 2006, (24) . [12] 李愛華,姜燕飛,王宏章. 鴨嘴式蔬菜移栽機的研究設計[J]. 農村牧區(qū)機械化, 2007, (03) . 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Rice transplanter is characterized by the relatively simple structure, relatively easy operation, the operator only simple training, you can manipulate the transplanter. Graduation Project in accordance with the requirements of the form as a result of the work of Rice Transplanter with the purpose of this design is similar, it will be for the prototype rice transplanter.Key words: The cabbage transplanter；Transplants the arm； Divides transplants rice seedlings the principle；Divides transplants rice seedlings the organization目錄- 3 -摘要 .IIABSTRAT III前言 11 概述 21.1 課題研究的目的 .21.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現狀 .31.3 國內白菜移栽機械現狀、發(fā)展及存在的問題 .41.3.1 國內白菜移栽機械現狀 .41.3.2 目前主要研究成果 .41.3.3 國內水稻插秧機械存在的問題 .51.4 白菜栽植機的研究和發(fā)展 .61.5 白菜移栽機栽植臂涉及內容和方法 .62 PRO/E 模塊簡介 .72.1 Pro/Engineer 功能及特點 72.1.1 Pro／Engineer 72.1.2 Pro／ASSEMBLY 82.1.3 Pro／CABLING .82.1.4 Pro／CAT .92.1.5 Pro／CDT .92.1.6 Pro／CMPOSITE 92.1.7 Pro／DEVELOP .92.1.8 Pro／DESIGN .102.1.9 Pro／DETAIL .103 栽植臂的工作過程 .104 分插秧原理與分插機構的設計 .114.1 設計內容和步驟 114.2 分插機構組成 114.3 分插工作原理 124.4 秧爪 124.4.1 秧爪的設計 124.4.1 秧爪排運動機構的設計 164.5 曲柄連桿的組成及工作原理 164.6 曲柄連桿的設計 185 栽植臂的組成與設計 .195.1 推秧擺臂的設計 205.1.1 推秧擺臂運動規(guī)律的選擇 205.1.2 推秧擺臂的設計尺寸 215.2 推秧凸輪的設計 21- 4 -5.3 栽植臂體的設計 245.4 栽植臂的運動分析 24圖 11 栽植臂的運動分析圖 25總結 .26結束語 .27致謝 .28參考文獻 .29附錄Ⅰ .30附錄Ⅱ .31I摘要在研究了國內外蔬菜移栽機械的發(fā)展狀況和我國蔬菜移栽機械存在的問題的基礎上，根據白菜栽植作業(yè)對插秧機的要求，提出了發(fā)展白菜移栽機械的理論。理論分析插秧機構的分插秧原理和機械插秧時秧針的運動軌跡，確定了機械插秧工作時秧針在取秧、送秧、插秧、回轉、避讓和回程過程中機器前進速度與秧針速度之間應有的關系。對分插機構進行設計。采用曲柄搖桿機構，分插機構由曲柄、栽植臂和擺桿等組成。曲柄、栽植臂、擺桿和鏈箱后蓋組成一曲柄搖桿機構。利用 Pro/E 對部件進行實體設計，主要是對分插機構部分進行設計。白菜移栽機的研究與設計是以水稻插秧機為原型的。水稻插秧機的的特點是結構比較簡單，操作相對比較容易，只需對操作者進行簡單的培訓，即可操縱此插秧機。根據本次畢業(yè)設計的要求，由于水稻插秧機工作形式與本次設計的目的相似，故將以水稻插秧機為原型進行。關鍵詞：白菜栽植機；栽植臂；分插秧原理；分插秧機構IIAbstratIn studied the domestic and foreign vegetables to transplant the machinery the development condition and our country vegetables transplants in the question foundation which the machinery existed, transplanted the work according to the cabbage to the rice transplanter request, proposed the development cabbage transplanted the machinery the theory.The theoretical analysis transplants rice seedlings the organization to divide transplants rice seedlings the principle and the machinery transplant rice seedlings when the rice shoot needle path, had determined the machinery transplants rice seedlings when the work the rice shoot needle in takes the rice shoot, delivers the rice shoot, transplants rice seedlings, the rotation, gives way to traffic the relations which the machine rate of progression and between the rice shoot needle speed should have with the return trip process in.The half inserts the organization to carry on the design.Uses the crank rocker organization, divides inserts the organization by the crank, transplants the arm and the swing link and so on is composed.The crank, transplants the arm, the swing link and the chain box top plate composes a crank rocker organizationCarries on the entity design using Pro/E to the part, mainly is the half inserts the organization part to carry on the designCabbage transplanting machine is based on research and design for the prototype rice transplanter. Rice transplanter is characterized by the relatively simple structure, relatively easy operation, the operator only simple training, you can manipulate the transplanter. Graduation Project in accordance with the requirements of the form as a result of the work of Rice Transplanter with the purpose of this design is similar, it will be for the prototype rice transplanter.Key words: The cabbage transplanter；Transplants the arm； Divides transplants rice seedlings the principle；Divides transplants rice seedlings the organization目錄III摘要 .IIABSTRAT III前言 11 概述 21.1 課題研究的目的 .21.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現狀 .31.3 國內白菜移栽機械現狀、發(fā)展及存在的問題 .41.3.1 國內白菜移栽機械現狀 .41.3.2 目前主要研究成果 .41.3.3 國內水稻插秧機械存在的問題 .51.4 白菜栽植機的研究和發(fā)展 .61.5 白菜移栽機栽植臂涉及內容和方法 .62 PRO/E 模塊簡介 .72.1 Pro/Engineer 功能及特點 72.1.1 Pro／Engineer 72.1.2 Pro／ASSEMBLY 82.1.3 Pro／CABLING .82.1.4 Pro／CAT .92.1.5 Pro／CDT .92.1.6 Pro／CMPOSITE 92.1.7 Pro／DEVELOP .92.1.8 Pro／DESIGN .102.1.9 Pro／DETAIL .103 栽植臂的工作過程 .104 分插秧原理與分插機構的設計 .114.1 設計內容和步驟 114.2 分插機構組成 114.3 分插工作原理 124.4 秧爪 124.4.1 秧爪的設計 124.4.1 秧爪排運動機構的設計 164.5 曲柄連桿的組成及工作原理 164.6 曲柄連桿的設計 185 栽植臂的組成與設計 .195.1 推秧擺臂的設計 205.1.1 推秧擺臂運動規(guī)律的選擇 205.1.2 推秧擺臂的設計尺寸 215.2 推秧凸輪的設計 21IV5.3 栽植臂體的設計 245.4 栽植臂的運動分析 24圖 11 栽植臂的運動分析圖 25總結 .26結束語 .27致謝 .28參考文獻 .29附錄Ⅰ .30附錄Ⅱ .31- 1 -前言中國是世界最大的蔬菜生產國，蔬菜產量占世界總產量的 60％左右。改革開放以來，我國蔬菜生產發(fā)展迅猛，每年呈持續(xù)增長的勢頭。大白菜原產我國，栽培歷史悠久，分布的地區(qū)又廣，是人們常食用的蔬菜之一，尤其在北方地區(qū)，其栽培面積之大，食用普遍，供應期又長，在蔬菜的供應中發(fā)揮了重要的作用。大白菜生產投資少，栽培技術簡單，在生產季節(jié)自然災害較少，生產的風險小。移栽是蔬菜生產過程中的重要環(huán)節(jié)之一，栽具有對氣候的補償作用和使作物生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經濟效益和社會效益均非常可觀。作物在育成秧苗后，將其移植到田問的機械稱作栽植機械或者稱為移栽機械。栽植機械以作業(yè)的土地分為兩類：旱地栽植機械和水田栽植機械。水田栽植機械主要是水稻插秧機，旱地栽植機械栽植的作物主要包括甜菜、煙草、玉米、棉花、蔬菜等。栽植機械還可以按其栽植的秧苗形式分為裸苗和帶土苗兩種。白菜移栽機械，相對于手工插秧，機械栽植既省時又省力，可以提高生產效率?，F在的白菜栽植主要是直播種植，首先通過選用優(yōu)良的品種進行育種，育種后在適宜的播種期進行播種，然后通過合理的田間管理和肥水管理使白菜進行健康的生長，期間要進行菜田覆蓋和病蟲害的防治。由于水稻插秧機工作形式與本次設計的目的相似，故將以水稻插秧機為原型進行白菜移栽機的研究與設計。主要的研究內容何分析的結論如下：1 研究了國內外蔬菜移栽機械的發(fā)展狀況，分析了我國蔬菜移栽機械存在的問題;論述了白菜栽植作業(yè)對插秧機的要求;提出了發(fā)展白菜移栽機械的重要意義。2 分析了插秧機構的分插秧原理。根據農業(yè)插秧的基本要求，分析了機械插秧時秧針的運動軌跡，提出了機械插秧工作時秧針在取秧、送秧、插秧、回轉、避讓和回程過程中機器前進速度與秧針速度之間應有的關系。3 對分插機構進行設計。采用曲柄搖桿機構，分插機構由曲柄、栽植臂和擺桿等組成。曲柄、栽植臂、擺桿和鏈箱后蓋組成一曲柄搖桿機構。由曲柄勻速旋轉帶動鉸接四桿機構，使分離針形成一平面的栽插運動軌跡，完成分秧和入土插秧等功能。當分離針入土的同時推秧器推出使秧苗脫離分離針植入田地。推秧器的動作依靠推秧凸輪、撥叉和彈簧來實現。1 概述1.1 課題研究的目的白菜，又稱為“結球白菜” 、 “黃芽菜” 或“窩心白菜”等，是我國的原產和特產蔬菜，全國各地普遍栽培，以華北地區(qū)為主要產區(qū)。大白菜以其細嫩甘脆、汁白如乳的- 2 -品質，易種植、耐儲藏的特性，在我國的蔬菜生產和消費中占有重要的地位，是人們秋冬季節(jié)餐桌上的美味佳蔬。在北方，大白菜被稱為“當家菜”、 “半年菜”，現已先后引種世界各地。在日本，大白菜叫做“唐人菜”、 “山東菜”；在歐美，有人把大白菜叫做“中國甘藍” 。據調查，在黃河以北地區(qū)，秋冬大白菜的種植面積占秋菜種植面積的 50%左右，東北地區(qū)可達 60%左右。大白菜生長期較短，生產成本低、產量高，且價格低，尤其在秋冬大白菜的收獲季節(jié)，其價格是所有蔬菜中最低的。因此，它適合于城鎮(zhèn)中低收入水平的家庭和廣大農民的要求。所以白菜生產的機械化與自動化也是農業(yè)機械化與自動化的一項發(fā)展目標。尤其是在東北，白菜需求量是很大，因為在東北儲備白菜是很多家庭的傳統(tǒng)與習慣，而且每家的儲備量不小，再加之白菜的價格低廉，更是百姓儲備過冬菜品的最佳選擇。這樣就給白菜帶來了巨大的市場需求量，所以對于白菜的生產機械化與自動化將會給白菜的帶來很大的經濟效益和生產收益。利用插秧機種植水稻是水稻機械化最普遍的栽植方式，機插秧因具有秧苗分孽早、分孽多、行距和株距均勻、通風和透光性好、單位面積增產效果顯著和生產效率高等特點而受到農民的歡迎。因此仿照水稻的栽植機械進行白菜移栽機的設計。在我國，機械化種植是蔬菜機械化生產過程中最薄弱環(huán)節(jié)和最大難點，有的地區(qū)甚至還是空白，一直沒有得到迅速推廣。我國與先進的國家相比還有以下原因:一是白菜產區(qū)傳統(tǒng)農業(yè)和機械化生產方式不適應，特別是與機械插秧配套的相關技術不過關，機械本身的高效率難以發(fā)揮，造成投入多、成本高和效益差;二是白菜生產機械化技術與農藝技術缺乏有機結合，農藝規(guī)范、經營管理模式與機械化技術不相適應;三是農民對白菜生產機械化的認識還不夠;四是機手不能熟練掌握機械性能和操作技術。 我國栽植機械的研究開發(fā)方面雖然已有四十年的歷史，并隨著育苗技術的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，在移栽機的研制方面取得了較大的進展，并逐步轉向自動移栽機方面的研究，但目前仍然處于起步階段，研制的移栽機都沒有得到大面積推廣應用。近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，新技術、新工藝的出現，為移栽機具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景，20 世紀 80 年代以后近年來由于農業(yè)生產的發(fā)展，移栽機具發(fā)展迅速，從不到 1000 臺上升到將近 8000 臺。東北等大型農場多采用工廠化營養(yǎng)缽苗和機械化栽植技術，總體水平相對較高。設施農業(yè)機械是設施農業(yè)的重要組成部分，設施農業(yè)機械應用信息技術和人工智能技術，開發(fā)研制并應用專家系統(tǒng)，將促使我國設施農業(yè)上臺階、上檔次。設施農業(yè)技術體系的升級應包含設施農業(yè)機械的發(fā)展優(yōu)化，否則就制約設施農業(yè)技術層次的提高。1.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現狀20 世紀初期，歐洲一些國家開始大量種植蔬菜和經濟作物，出現了早期的近代秧苗栽植機具。這些機具仍為手動栽植，只是減輕了栽秧者肢體反復屈伸的繁- 3 -重勞動，移栽機主要用來移栽蔬菜、甜菜、煙葉等；到 20 世紀 30 年代后期，出現了栽植機構或栽核器代替人工直接栽秧，使送秧入溝過程實現了機械化；自 20世紀 50 年代開始，歐洲國家開展作物壓縮土缽育苗及移栽的生產技術研究，研制出多種不同結構型式的半自動移栽機和制缽機；至 20 世紀 70 年代，前蘇聯蔬菜栽植機械化水平為 58%，國營農場已達 67%；到 20 世紀 80 年代，半自動移栽機已在西方國家的農業(yè)生產中廣泛使用，制缽；育苗和移栽已形成完整的機械作業(yè)系統(tǒng)，實現了各種機見配套使用。70 年代末 B．K．Huang 等發(fā)明了適合于自動移栽的空氣整根育苗技術，并以此為基礎提出了缽苗移栽的系統(tǒng)方案，設計了精密苗盤播種機和自動移栽機。這種移栽機能移栽包括辣椒在內的多種農作物，具有通用性好的特點；缺點是體積大、成本高。2O 世紀 8O 年代初，美國出現了自動移栽機，H．L．Brewer 等人經過多年來的研究、改進，設計出箱式移栽機。日本移栽機械化程度很高，廣泛研制和使用了全自動移栽機。在進行機械插秧的方面，日韓兩國的技術處于世界的領先地位。 蔬菜移栽機械的研究主要是在日本、韓國和中國。日本在移栽機械的研究處于世界前沿，其生產己高度現代化，中國從 80 年代才剛開始起步，目前主要手扶是機動插秧機是主要是國內生產，但是很多品牌還是日本和韓國的投資企業(yè) 。到目前為止，作物壓縮土缽成型、缽上單粒精密播種和相應的自動化移栽設備在技術上基本達到了完善，亦廣泛應用于實際生產。歐洲的幾個主要國家(如法國、德國、荷蘭、西班牙、丹麥等)大部分的蔬菜生產和幾乎全部的大地花卉生產都采用育苗移栽生產工藝。國外使用較多的帶土栽植機是紙筒栽植機和土缽栽植機。紙筒栽植機尤為普遍，用于甜菜、蔬菜、棉花等，自動化程度高。其配套作業(yè)機具是紙筒播種機，具有碎土、播種、覆土功能。我國吉林省已研制并推廣使用的土缽栽植機，兼有控穴、送苗、澆水、覆土和壓實功能，主要用于煙草、玉米、蔬菜等。其配套機具為土缽成型機。一次完成土缽成型、播種、覆土、壓實等功能。1.3 國內白菜移栽機械現狀、發(fā)展及存在的問題1.3.1 國內白菜移栽機械現狀我國最早出現的移栽機主要用于移栽棉花和甘薯。栽植機械的研究始于 20 世紀 50 年代末 60 年代初，起步較早，且農機和農藝明顯脫節(jié)，忽略了綜合經濟效益，更沒有科學地分析育苗移栽機械化過程的種種技術難題。最早出現的是棉花營養(yǎng)缽育苗移栽和甘薯秧苗栽植機的試驗研究。20 世紀 70 年代開始研制裸根苗移栽機械，主要用于甜菜移栽。80 年代研制成半自動化蔬菜栽植機，同時也從國外引進了多種適合于移栽蔬菜煙葉甜菜等經濟什物的移栽機械，但均因育苗技術落后，配套性能差，以及機具本身性能不穩(wěn)定和生產率低等原因，都未得到推廣- 4 -使用。但隨著育苗技術的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，推動了移栽機械的研制開發(fā)工作。到目前為止，國內已經研制開發(fā)的缽苗移栽機主要以半自動為主；而全自動移栽機因結構復雜，成本高，尚處在研究起步階段?，F已研究成功了多種類別的移栽機械，部分機型已申請了專利，部分機型投入了小批量生產。在國內，有許多從事包括辣椒作物在內的移栽機研究開發(fā)的機構，主要是各農林院校，農業(yè)機械研究所，農業(yè)機械企業(yè)和農業(yè)技術推廣機構，比如中國農業(yè)大學、石河子大學、農科院農業(yè)機械化研究所、北京易潤佳灌溉設備有限公司、重慶北卡科技有限公司等。1.3.2 目前主要研究成果目前，國內常見的移栽機主要有以下幾種形式： 1)鉗夾式移栽機：這種移栽機結構簡單，成本低，株距和栽植深度穩(wěn)定，最大的優(yōu)點是移栽平穩(wěn)，種苗直立度較高，工作效率在較低速的情況下，可以保證不漏苗：在高速的情況下，由于是人工喂苗，工作效率大大下降，漏苗、缺苗率大大增加。這種移栽機的應用較少，有被淘汰的趨勢?，F有機型有法國生產的 UT 一 2 型移栽機；吉林工大研制的 2ZT 型移栽機：黑龍江八五二耕作機械廠研制的 2~Z 型移栽機；黑龍江農墾科學院研制的 2z 一 2 型移栽機等。 2)鏈夾式移栽機：工作過程與鉗夾式基本相同，性能與鉗夾式移栽機相似。其優(yōu)點是移栽穩(wěn)定，但效率低，易漏苗、缺苗?，F有機型有意大利切克基?馬格利公司生產的奧特瑪栽植機；意大利生產的 NADRI 玉米缽苗移栽機；荷蘭米啟根公司生產的 MT 栽植機；安徽徐州農機研究所研制的 2ZY-2 型油菜移栽機；唐山農機研究所研制的 2ZB 一 2 型移栽機；黑龍江農墾科學院研制的 2z 一 2 型多用缽苗移栽機。3)撓性圓盤式移栽機：這種移栽機是由人工或機械將秧苗放置到兩片可以變形的撓性圓盤內，秧苗隨圓盤轉動，當達到垂直狀態(tài)時進行栽植。由于不受秧夾數量的限制，它對株距的適應性較好，但圓盤壽命較短，栽植深度不穩(wěn)定?，F有機型有日本豐收產業(yè)公司研制 0P290 的和 OP2100 型全自動白蔥移栽機；日本研制的CT-4S 型甜菜移栽機；日本久保田公司生產的 KN—P6 半自動大蔥移栽機；黑龍江紅興隆管理局研制 2ZT 一 2 型甜菜紙簡移栽機。4)吊杯式移栽機：具有可以進行膜上打孔移栽的獨特優(yōu)點，而且秧苗在移栽過程中不受任何沖擊，特別適合于根系不很發(fā)達而且易破的缽苗移栽，缺點是整地較為復雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率將增加，生產率較低。5)導苗管式移栽機：這種移栽機有一個水平喂苗盤和一個垂直或傾斜的將缽苗送入開溝器的導苗管。秧苗在導苗管中的運動是自由的，不易傷苗。秧苗靠重力落到苗溝中，在調整導苗管傾角和增加扶苗裝置的情況下，可以保證較好的秧苗直立度、株距均勻性和深度穩(wěn)定性，且作業(yè)速度較高。缺點是結構比較復雜?，F有機型有荷蘭米啟根公司生產的 Mode14000 型栽植機；芬蘭勞尼思公司生產的 RT- 5 -一 2 型栽植機；意大利切克基?馬格利生產的 TEX2 型栽植機；黑龍江農墾科學院研制的 2ZB-4 型杯式缽苗移栽機；中國農大研制的 2ZDF 型半自動導苗管式移栽機；東泰安國泰拖拉機總廠生產的 2ZM 一 2 和 2ZM—AI 型棉花移栽機；東泰安與吉林工大合作研制的 2Z~一 200 型移栽機；吉林工業(yè)大學研制的 2zY 一 2 型玉米缽苗移栽機；山東工程學院研制的 2ZG-2 型帶喂入式缽苗移栽機。6)輸送帶式移栽機：帶式移栽機由水平輸送帶和傾斜輸送帶組成，兩帶的運動速度不同，這種栽植機機構簡單。但在工作可靠性方面需要進一步改進。7)空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽機：吉林工業(yè)大學孫廷琮等應用美國 B．K ．Huan9 發(fā)明的空氣整根育苗技術研究開發(fā)了空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽系統(tǒng)，在此基礎上研制了空氣整根缽苗全自動移栽機。該機實現移栽全自動化，大大提高了移栽機作業(yè)效率。1.3.3 國內水稻插秧機械存在的問題我國插秧機械化停滯不前，除其他原因外，插秧機本身也存在許多問題，主要表現在以下幾點： 蔬菜移栽機械研究剛起步，主要體現在以下幾方面。1)移栽機具型式各異，沒有統(tǒng)一的標準， “三化”程度低，缽型也不一樣，不利于育苗移栽技術的發(fā)展，同時機型和技術都不夠成熟。 2)作業(yè)時要求喂人手精力高度集中，否則造成漏苗、缺苗，栽植手勞動強度大。3)作業(yè)速度滿足不了農藝的要求。4)可靠性差，育苗、配水系統(tǒng)等措施不配套，制約了該項技術的發(fā)展。 5)國內對移栽機械的研究和開發(fā)屬于仿造，沒有重大的改進和技術上的突破。幾乎所有的缽(育)苗移栽機械都采用人工喂苗。 6)整機的作業(yè)速度受操作者喂缽速度的限制，作業(yè)效率較低。目前國內所有機型均未超過每秒 1 株的極限速度。另外占用的人力較多，所有的機型幾乎都是 1 人1 行，機具作業(yè)成本偏高。 7)栽植機具結構復雜?，F有的移栽機一般均采用地輪驅動，用鏈條、齒輪、桿件等完成喂入盤復雜運動，機具的造價較高，不適合我國的國情。機器的性能和成本及農民的經濟條件限制移栽機的推廣。1.4 白菜栽植機的研究和發(fā)展從現在的發(fā)展趨勢來看，將來的白菜移栽機的發(fā)展必定是占領白菜栽植機市場，但從最近 10 至 15 年內來看，由于國內對白菜移栽機的研究理論還不太成熟，國家農業(yè)的投資還不夠，也使我國廣大的白菜種植戶沒有購買的能力，所以白菜栽植機還是非常受歡迎的，能夠促進農業(yè)生產的機械化，減輕勞動強度，提高農業(yè)的生產效率，促進農業(yè)的增產增收。- 6 -白菜育苗移栽機械化是一個系統(tǒng)工程，應加強從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究，進一步完善與移栽配套的育苗設施及相應的配套技術，使育苗過程實現機械化、工廠化和設施化。制定統(tǒng)一技術標準利評價方法，形成產品標準化、系列化和規(guī)格化。研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運輸等中間環(huán)節(jié)工作過程的機械化自動化問題，使育苗和移栽有機的結合，研制出多種適合我國白菜農藝要求的全自動移栽機，實現我國白菜的育苗工廠化生產和移栽機械化作業(yè)的生產模式。提高我國白菜種植機械化水平，促進我國白菜生產的快速發(fā)展，改善人們生活水平。 1.5 白菜移栽機栽植臂涉及內容和方法白菜栽植機栽植臂設計涉及到的內容有以下幾個方面：1 分插原理2 分插機構的設計；3 秧爪排的設計4 曲柄連桿的設計5 栽植臂各部件的設計2 PRO/E 模塊簡介2.1 Pro/Engineer 功能及特點Pro/Engineer 是一套由設計至生產的機械自動化軟件，是新一代的產品造型系統(tǒng)，是一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數據庫功能。 1、參數化設計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 2、單一數據庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數據庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與- 7 -工程設計的完整的結合，使得一件產品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。2.1.1 Pro／EngineerPro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉） 。Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現，其中包括：筋（Ribs） 、槽（ Slots） 、倒角（ Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機。Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數據交換格式來實現，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標準)，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer 功能如下： （1）特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； （2）參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等） ； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來進行設計。 （4）支持大型、復雜組合件的設計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro／ PROGRAM 的各種能用零件設計的程序化方法等)。 （5）貫穿所有應用的完全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro／ENGINEER 的基本功能。2.1.2 Pro／ASSEMBLYPro/ASSEMBLY 是一個參數化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY 是 Pro/ADSSEMBLY 的一個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer 環(huán)境下運行，它具有如下功能： （1）在組合件內自動零件替換(交替式) （2）規(guī)則排列的組合(支持組合件子集) - 8 -（4）組裝模式下的零件生成(考慮組件內已存在的零件來產生一個新的零件) （5）Pro/ASSEMBLY 里有一個 Pro/Program 模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術性用戶也可產生自定義設計，只需要輸入一些簡單的參數即可。 （6）組件特征繪零件附加特征值．如：給兩中零件之間加一個焊接特征。2.1.3 Pro／CABLINGPro/CABLING 提供了一個全面的電纜布線功能，它為在 Pro/ENGINEER 的部件內真正設計三維電纜和導線束提供了一個綜合性的電纜鋪設功能包。三維電纜的鋪設可以在設計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設計者在機械與電纜空間進行優(yōu)化設計。Pro/CABLING 功能包括： （1）新特征包括：電纜、導線和電線束； （2）用于零件與組件的接插件設計； （3）在 Pro/ENGINEER 零件和部件上的電纜、導線及電線束鋪設； （4）生成電纜/導線束直線長度及 BOM 信息； （5）從所鋪設的部件中生成三維電纜束布線圖； （6）對參數位置的電纜分離和連接； （7）空間分布要求的計算，包括干涉檢查； （8）電纜質量特性，包括體積、質量慣性、長度； 2.1.4 Pro／CATPro／CAT 是選用性模塊，提供 Pro／ENGINEER 與 CATIA 的雙向數據交換接口，CATIA 的造型可直接輸入 Pro／ENGINEER 軟件內，并可加上Pro／ENGINEER 的功能定義和參數工序，而 Pro／Engineer 也可將其造型輸出到 CATIA 軟件里。這種高度準確的數據交換技術令設計者得以在節(jié)省時間及設計成本的同時，擴充現有軟件系統(tǒng)的投資。 2.1.5 Pro／CDTPro/CDT 是一個 Pro/ENGINEER 的選件模塊，為 CADAM 2D 工程圖提供PROFESSIONALCADAM 與 Pro/ENGINEER 雙向數據交換直接接口。 CADAM 工程圖的文件可以直接讀入 Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，經由PROFESSIONAL CADAM 輸出或讀入任何運行 Pro/ENGINEER 的工作站上。Pro/CDT 避免了一般通過標準文件格式交換信息的問題，并可使新客戶在轉入Pro/ENGINEER 后，仍可繼續(xù)享用原有的 CADAM 數據庫。 - 9 -2.1.6 Pro／CMPOSITEPro/COMPOSITE 是一個 Pro/ENGINEER 的選件模塊，需配用 Pro/ENGINEER 及 Pro/SURFACE 環(huán)境下運行。該模塊能用于設計、復合夾層材料的部件。Pro/COMPOSITE 在 Pro/ENGINEER 的應用環(huán)境里具備完整的關聯性，這個自動化工具提供的參數化、特征技術．適用于整個設計工序的每個環(huán)節(jié)。 2.1.7 Pro／DEVELOPPro/DEVELOP 是一個用戶開發(fā)工具，用戶可利用這軟件工具將一些自己編寫或第三家的應用軟件結合并運行在 Pro/ENGINEER 軟件環(huán)境下。Pro/IDEVELOP 包括‘C’ 語言的副程序庫 ,用于支援 Pro/ENGINEER 的交接口，以及直接存取 Pro/ENGINEER 數據庫。 2.1.8 Pro／DESIGNPro/DESIGN 可加速設計大型及復雜的順序組件，這些工具可方便地生成裝配圖層次等級，二維平面圖布置上的非參數化組裝概念設計，二維平面布置上的參數化概念分析．以及 3D 部件平面布置。Pro/DESIGN 也能使用 2D 平面圖自動組裝零件。它必須在 Pro/Engineer 環(huán)境下運行。其功能有： （1） 3D 裝配圖的連接層次等級設計； （2） 整體與局部的尺寸、比例和基準的確定； （3） 情況研究-參數化詳細草圖（ 2D 解算器、工程記錄和計算）繪制； （4） 組裝：允許使用 3D 圖塊表示零組件了定位和組裝零件位置； （5） 自動組裝。 2.1.9 Pro／DETAILPro/ENGINEER 提供了一個很寬的生成工程圖的能力，包括：自動尺寸標注、參數特征生成，全尺寸修飾，自動生成投影面，輔助面，截面和局部視圖，Pro/DETAIL 擴展了 Pro/ENGINEER 這些基本功能，允許直接從 Pro/ENGINEER的實體造型產品按 ANSI/ISO/JIS/DIN 標準的工程圖。3 栽植臂的工作過程白菜移栽機的工作部件是栽植臂，其工作過程是由汽油發(fā)動機通過活塞的往復運動傳出動力，傳到插秧機的變速箱中，經過變速箱的減速后，經過動力軸傳- 10 -到鏈輪上，再由鏈條傳到側支架連接的軸上，側支架中是靠鏈輪和鏈條實現傳動的，栽植臂安裝在側支架上，從而帶動栽植臂的運動；栽植臂的秧針在秧門處取苗，并插到水田中。秧箱通過橫向移箱機構，進行橫向的往復移動，從而實現橫向取苗的過程。秧苗的縱向送秧是靠縱向送秧機構來完成的，當橫向移箱機構使秧箱移動到一端時，雙向螺旋軸上的凸輪帶動抬把運動，進而帶動棘輪副的運動，使秧苗向下運動一定的距離，完成縱向送秧的過程。白菜移栽機的行走部分的工作過程是由發(fā)動機輸出的動力傳遞到變速箱中，在經過變速箱傳遞到安裝有驅動輪的軸上，從而使地輪運動，通過變速桿調節(jié)插秧機的運動速度和運動方向。白菜移栽機的插秧的行距是固定的為 30mm ，株距地調整有四種，取苗量通過秧箱的上下移動來實現。4 分插秧原理與分插機構的設計4.1 設計內容和步驟1）根據適應的秧苗類別和高度，定出秧爪相對運動軌跡的高度范圍，設計秧爪排運動機構并按所適用穴距范圍檢驗秧爪排的運動軌跡，從而證實所設計機構的是否合理。2)根據適用穴距范圍按秧爪插秧要求確定相對運動軌跡的寬度范圍和形狀，設計秧爪軌跡控制機構。3）按已定機構的檢驗秧爪的相對運動軌跡和適應穴距范圍的絕對運動軌跡。4）確定秧爪分插秧時的各項調整的方法和結構，包括入簾深度和入簾高度、不同插深、適應不同穴距等的調整。5)結構設計4.2 分插機構組成分插機構是水稻插秧機的主要工作部件，包括分插器和軌跡控制機構，在供秧機構( 秧箱和送秧機構) 的配合下，完成取秧、分秧和插秧的動作，其工作性能對插秧質量有十分重要的影響。分插器又稱秧針，是直接進行分秧和插秧的零件，有鋼針式( 分離針 )和梳齒式兩種。鋼針式分插器上還帶有推秧器，用于秧苗插入泥土后，把秧迅速送出分離針，使秧苗插牢。栽植臂主要由壓出臂組件、秧針、插植叉組件和插植臂殼體組件組成，其用途是從苗箱上切取下秧塊，并栽插到田里。圖 1 分插機構的三維實體圖- 11 -4.3 分插工作原理秧爪進入裝滿秧苗的秧箱中，在秧箱的阻秧裝置（秧簾、毛刷、秧門）的配合下，取出一定數量的秧苗，稱為分秧。秧爪分取秧苗后，把秧苗沿幾乎垂直于地面的方向插入土中，然后秧爪往后脫離秧苗出土，稱為直插。分離針則連同土塊一起分取秧苗，插秧后有推秧器脫秧。1）栽植臂的基本工作原理和運動軌跡可以簡化成四連桿機構。動力由帶動栽植臂運動的曲柄輸入。2）為了減少栽植臂工作過程中產生的振動，克服栽植臂產生的慣性，栽植曲柄另一端形成一扇形配重。 3）由插植傳動箱來的動力，通過栽植臂曲柄軸帶動壓出凸輪轉動，當壓出凸輪作用于壓出臂時，壓出臂彈簧被壓縮，插植叉提起。秧針進行秧門取秧后，帶住秧塊往下達到栽插位置時，壓出臂瞬間脫離壓出凸輪，在壓出臂彈簧的作用下，插植叉把秧塊彈出，完成栽插動作。曲柄連桿機構應用于機動插秧機軌跡的控制（圖 4） 。當曲柄連桿機構 ABCD采用特定尺寸時，與連桿 BC 相連的秧爪的運動軌跡符合分插秧要求。秧爪取秧段軌跡與秧苗軸線平行，通過秧門沿圓弧行軌跡運秧。秧苗按一定插深插入土中推秧器向下運動使秧苗脫出秧爪。白菜移栽機分插秧原理采用采用縱分往復直播式栽植臂。分插機構類型為采用筷子式秧爪，臥式秧門。其分插秧的具體過程如下：1）取秧：插秧爪插入苗土取秧，插入的深度和高度均可調節(jié)；2）分秧：秧爪與秧門相對運動，使所取秧苗與苗土分離；3）運秧：由曲柄連桿機構運動軌跡確定，基本上沿與地面弄垂直的軌跡向下運動；4）插秧：采用推秧器是秧苗插穩(wěn)；- 12 -5）回程：由曲柄連桿機構運動軌跡確定，避開秧門，從苗土上方再次進入秧箱。4.4 秧爪4.4.1 秧爪的設計筷子式秧爪裝有推秧片把秧苗強制推出，取秧深度易調整秧爪不會把秧苗帶回，傷秧也少，故采用筷子式秧爪（如圖 2 所示）?？曜邮窖碜τ蓛筛孛鏋閳A形的鋼針組成，分秧針直徑為 Φ4.5mm，兩針的間距為 8mm。栽插一般小苗時取秧深度為 8 或 11mm，栽插中苗時取秧深度為 14 或 17mm。秧爪用 ZG45 鑄鋼精鑄，分秧針選用切土式秧針（如圖 3 所示） ，爪部 20 毫米范圍要求熱外理，硬度應為HRC35－40。圖 2 筷子式秧爪結構 1—秧爪固定板 2—寬秧爪 3—插秧桿 4—推秧片圖 3 切土式分離爪三維實體圖- 13 -表 1 秧爪的運動過程順序 分段 軌跡的特點和要求a 上止點 秧爪在秧簾外，準備入簾ab 入簾 與秧簾成一銳角入簾bc 取秧 與秧簾平行，在取秧過程中對秧苗有梳理作用cd 分秧 垂直秧門，在秧門的作用下分秧de 運秧 基本上與地面垂直向下運秧ef 插秧 在 e 處開始插秧入土，ef 的方向依牽引速度 v 的方向而定，應使秧爪的絕對軌跡基本上與地面垂直或稍向前，使秧苗垂直向下插并適量向前貼Hs 為插秧的最大深度fg 出土 秧爪插秧后沿 fg 軌跡出土，g 點位置及 g 點距 e 點的距離應按 v\的方向和大小而定，應使絕對運動軌跡中的f’g’段在 e’f’之后，使秧爪從以插苗后出土，e’g’的距離不宜過大以避免插孔過大而產生飄秧ga 回程 應避開秧門和秧簾圖 4 曲柄連桿機構控制的秧爪運動軌跡- 14 -1—秧爪 2—推秧器Ⅰ—秧爪尖相對運動軌跡 Ⅱ—秧爪尖絕對運動軌跡Ⅲ—推秧器相對運動軌跡 Ⅳ—推秧器絕對運動軌跡表 2 往復式秧爪運動軌跡的參數秧苗類別 帶土苗 100~150mm栽插穴距準備入簾的高度 h1入簾高度 h2離地高度 h3插秧深度 h4軌跡的最大高度 H最高點距入土點寬 b1入簾點距入土點寬 b2插秧至最深點后移量 b3122、137、157 可調143022420 可調2882816 可調5- 15 -出土點至入土點距離 b4回程距秧門寬 b5116圖 5 秧爪運動軌跡圖4.4.1 秧爪 排運動機構的設計秧爪排的設計如表 3 所示表 3 秧爪排的設計- 16 -序號 設計內容 計算公式及數據 計算結果及說明1 畫出設想秧爪的運動軌跡軌跡高度 H H=288mm 如圖 5 所示2 選定秧爪長度LZ mLzhy1057.)8`~6(??LZ=0.7×150=105mmhy—適應秧苗高度3 確定搖臂 CD擺動的最高和最低位置(ax)4(max)HzD??HD(max)=288+105-20=363mmh4(max)—設計最大插深4 定搖臂長度 R R=（1.2～1.5）hy 根據設計經驗取 R=75mm5 定搖臂軸離拖板面安裝高度(max)42hLHzZ???HZH=240mmHZH 的尺寸應從整機結構考慮6 曲柄中心 O 的配置和曲柄的轉動方向O 的位置方向根據全機總體配置而定，一般配置在靠近插秧工作部分的機架前部，曲柄搖桿機構的轉動方向而定，要求插秧行程曲柄轉角大于回程時的曲柄轉角，是工作行程平穩(wěn)，而回程加快。7 搖桿長度的確定RBC)35.0~2(?選用值：RBC=100～160=100mmBC如過大則機構不緊湊，過小制造時不易保持精度。4.5 曲柄連桿的組成及工作原理曲柄連桿式分插機構根據配置方式的不同可分為前插式和后插式兩種。沿插秧機前進方向，前插式分插機構配置在秧箱的后方，其搖桿與機架鉸接點位于曲柄傳動軸的后上方，我國 2ZT 系列插秧機和日本產的乘坐式插秧機基本上采用前插式。前插式和后插式曲柄連桿機構，其構造和工作原理基本相同，但秧針的運動軌跡有所不同（如圖 6 所示） 。對于大苗移栽，特別是雙季稻的后季稻插秧，由于秧苗較長，前插式容易發(fā)生“連橋”現象，即把前面已插秧苗的秧尖，又插到- 17 -下一株秧苗的根部，后插式則可避免這種情況。故本設計采用后插式曲柄連桿機構。圖 6 曲柄搖桿機構a 前插式 b 后插式曲 柄連桿機構 主要由曲柄、 搖桿和栽植臂組成，曲柄安裝在與機架固定鉸接的傳動軸上，把傳動軸的動力傳給栽植臂。搖桿一端連接栽植臂，另一端固定在機架上。栽植臂是一連桿體零件，前端安裝分離針。由于搖桿的控制作用，栽植臂把曲柄的圓周運動變?yōu)榉植逖淼奶囟ǖ那€運動，帶動秧針完成分秧、運秧、插秧和回程等動作。曲柄搖桿式分插機構的工作過程由曲柄、栽植臂、搖桿和機架組成的四連桿機構控制。當曲柄隨傳動軸旋轉時，栽植臂被驅使繞傳動軸作偏心轉動，但其后端又受搖桿的控制，從而使秧針形成特定的運動軌跡，保證秧針以適當的角度進入秧門分取秧苗，并近似于垂直方向把秧苗插入土中。秧苗入土后，栽植臂中的曲輪卸去對推秧彈簧的壓力．于是彈簧推動撥叉使推秧器迅速推出分離針。曲柄搖桿機構插秧頻率一般為 200～220r／min，加平衡塊后，插秧頻率可達250～270 r/min。這種分插機構運動平穩(wěn)、結構簡單、密封耐用。其各鉸接點均為滾動軸承．以保證轉動層靈活和運動軌跡準確。傳動軸上安裝有牙嵌式安全離合器，在分秧和插秧阻力過大時(如秧針碰到石塊、樹根等 )，可以通過牙嵌斜面壓縮彈簧自動切斷動力，使栽植臂停止工作，起到保護分插機構的安全作用。4.6 曲柄連桿的設計當曲柄 OA 按一定速度回轉時，擺桿或搖桿 BC 擺動，固定于連桿上的秧爪尖D 按一封閉曲線運動，完成分秧和插秧動作，不必另配秧爪軌跡控制結構。結構簡單，運轉平穩(wěn)，但使秧爪的行程受限制，行穿過大時每分鐘插次不能提高，否則會產生較大的震動而影響插秧質量。 - 18 -采用秧爪尖與前進方向相反的曲柄連桿機構，由于秧爪排再以插苗的前面運動，因此不存在秧爪碰釘打秧的情況通過性好，對于較高的秧苗有較好的適應性。由于前進速度即牽引速度的方向與其他的插秧機結構不同。其結構如圖 6 中 b 所示.1）定曲柄 OA 的尺寸：本機構適用于栽插秧苗高度為 80～250mm 的帶土苗曲柄OA 的回轉半徑 R=35mm；2）求搖桿與機架的鉸接點 C 的位置：應用回轉重心法，把許多回轉中心曲線的近似交點作為 C 點；3）定連桿與擺桿的鉸接點 B：因 B 點為擺動點，采用作圖法確定，如圖 7 所示。則搖桿 BC 長 L1=60mm，連桿 AB 長 L2=67mm，OC 距離為 d=75mm。圖中Ⅰ是秧爪運動軌跡，Ⅱ1 是秧爪尖在穴距為 161.8mm 時的運動軌跡，Ⅱ2 是秧爪尖在穴距為111.3mm 的絕對運動軌跡。圖 7 曲柄搖桿機構的參數5 栽植臂的組成與設計構造 壓出臂組件由壓出凸輪、壓出臂、壓出臂銷組件。其組件是在秧針入土前瞬間，將插植叉迅速下壓，彈出秧苗。 插植叉組件由插植叉、開口銷、壓出螺母、壓出鎖母、緩沖墊、插植襯套、油封組成，作用是在秧針和插植前端的配合下，從苗箱上取下設定大小的 秧苗塊，并在秧針入土前夕，插植叉在壓出凸輪和壓出臂的作用下，以彈出速度將秧苗從秧針上推出，插入田里。 插植臂殼體組件- 19 -由栽植臂外殼、蓋板、注油帽、搖動曲柄、插植曲柄、插植臂曲柄鎖銷組成，其作用是安裝各類插植零件并按設定的軌跡完成插植動作。在分插機構運動過程中，推秧器相對秧爪或產生相對運動，或相對停止運動，交錯運行，每分插一次完成一個循環(huán)。從秧爪快要分取秧時到一定深度這段時間內，推秧器的推秧片與秧爪尖保持一段距離（18~20mm） ，相對靜止；當快要插到要求深度時，推秧器突然推出，直到推秧片與秧爪幾乎平齊；在秧爪回程中，推秧器縮回，即推秧片與秧爪尖的距離逐漸拉大直到分取秧要進行時達到最大。推秧器的這個運動通過凸輪和壓縮彈簧來實現，而凸輪的運動有一套傳動機構，這些凸輪、彈簧和傳動機構都安裝在栽植臂內。圖 8 栽植臂的三維實體圖5.1 推秧擺臂的設計5.1.1 推秧擺臂運動規(guī)律的選擇在栽植臂中，推秧桿通過連接塊（壓縮彈簧）杠桿推秧擺臂相連，而推秧擺臂的一端作用著壓縮彈簧，而另一端與推秧凸輪相作用，使擺臂壓縮或者松開彈簧，導致推秧桿縮入栽植臂體或者推出秧苗。當凸輪凸起部壓下擺臂一端時，彈簧產生壓縮推秧桿的推秧片相對秧爪尖拉開一段距離，為所取的秧苗留下一個空間；當凸輪的凹部對準擺臂一端時，壓縮彈簧松開，這時依靠彈簧力推動推秧桿把秧苗瞬時推入土中，這時推秧片和秧爪尖平齊。秧爪與推秧片的最大距離約- 20 -18mm 左右，也就是最大存秧空間（即推桿的最大行程） 。彈簧力應保證推秧桿有足夠的力量把秧苗脫開秧爪并推入土中，但也不要太硬，以免消耗凸輪推動推桿的功率過大，同時減少推秧時的震動。為避免震動和結構緊湊，故推秧桿的滾子部分選用弧形設計。推秧擺臂的運動過程：在凸輪的運動過程中使推桿轉動 20°時，使推秧擺臂帶動的推秧器上升 18mm。在此運動過程中，凸輪轉動 210°時，推秧擺臂擺動到最高點；凸輪繼續(xù)轉動 75°時，推秧擺臂停止不動；凸輪再繼續(xù)轉動 15°時，推秧擺臂降低到最低點；凸輪轉過其余角度時，推秧擺臂停止不動。根據它的運動過程選擇其運動規(guī)律如下：推程選用正弦加速度運動規(guī)律，運動方程為： ?????????2/sin/00??hs/2co1?wv??20sia回程選用五次多項式運動規(guī)律，運動方程為： 543210 ??cccs ??? 4534232/ ??dtv 32016/ ??cccta ???由上式可得推秧擺臂的基本尺寸，如下節(jié)所述。5.1.2 推秧擺臂的設計尺寸推秧擺臂的外形如圖 9 所示。圖 9 推秧擺臂的三維實體圖- 21 -推秧擺臂長度的尺寸如表 6 所示：表 6 推秧擺臂的尺寸名稱 尺寸（mm）總長 L與凸輪接觸半徑 R與凸輪接觸處寬度 b彈簧安裝直徑 d與機體鉸接處直徑 d1871685105.2 推秧凸輪的設計推秧凸輪為盤形凸輪，是具有變化向徑的盤形構件繞固定軸線回轉。且凸輪與推秧擺臂的接觸是用彈簧力來保證的力封閉凸輪機構。推秧凸輪的運動規(guī)律和推秧擺臂的運動規(guī)律相同：在凸輪的運動過程中使推秧擺臂轉動 20°時，使推秧擺臂帶動的推秧器上升 18mm。在此運動過程中，凸輪轉動 210°時，推秧擺臂擺動到最高點；凸輪繼續(xù)轉動 75°時，推秧擺臂停止不動；凸輪再繼續(xù)轉動 15°時，推秧擺臂降低到最低點；凸輪轉過其余角度時，推秧擺臂停止不動。（1）在設計時先要確定凸輪機構的基本尺寸設初步確定凸輪的基圓半徑為 ，由于推秧擺臂與凸輪接觸部分采用弧形mr120?設計，故滾子直徑為 0。其次選定推秧擺臂的運動規(guī)律，因其工作條件為高速輕載，應選用 和 較小的運動規(guī)律，以保證推秧擺臂運動的平穩(wěn)性和工作精度。maxaj由下表 4 可知，本設計推程運動可選用正弦加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可選- 22 -用五次多項式運動規(guī)律。表 4運動規(guī)律 最大速度 （maxv）0/?hw最大加速度 ??20ax/?hw最大躍度 ??30max/?hwj適用場合等速運動等加速運動余弦加速度正弦加速度五次多項式1.002.001.572.001.88?4.004.936.285.7739.560.0低速輕載中速輕載中低速重載中高速輕載高速中載（2）求理論廓線由于是對心直動滾子推桿盤形凸輪機構，凸輪的理論廓線的坐標可令下式中的???cossinx0e?????sinco0esy???e=0， = ，求得0sr（a）si0 s0r式中 s 應分段計算。1）推程階段 ??67210?????????????????????2/sin/01011hs= ??????????7i/61 ???????67,01??2）遠休止階段 35702??s ???????3615,02??3）回程階段 12503????503403306/ ??hhs??= 53 287/78??? ???????12,03??4）近休止階段 604???- 23 -04?s ???????3,04??取計算間隔為 5°，將以上各相應值代人式（a）計算理論輪廓線上各點的坐標值。計算結果見表 5。由于推秧擺臂的滾子采用弧形設計且與推秧擺臂為一體，所以凸輪的理論廓線與工作廓線近似相同。表 5δ x y0°5°10°…350°355°360°0.0001.3072.605…2.2951.2530.00015.00014.94314.772…13.01414.32215.000凸輪的三維模擬圖如圖 8 所示圖 8 凸輪三維實體圖5.3 栽植臂體的設計根據以上的設計尺寸對栽植臂體進行設計，其三維實體圖如下所示。栽植臂- 24 -體由壓注鋁合金制造，為方便注塑工藝的加工過程，應把栽植臂體軸對稱分開注塑，后用焊接工藝連接。圖 10 栽植臂體的三維實體圖曲柄軸安裝在栽植臂體的中間軸承孔，曲柄軸通過滾動軸承與栽植臂體連接，兩滾動軸承中間裝有推秧凸輪，兩側安有油封。栽植臂體與搖臂之間、搖臂與機架之間都通過滾動軸承和銷軸連接。5.4 栽植臂的運動分析栽植臂在運動過程中可知推秧凸輪與推秧桿接觸較多，損耗也最大，故采用優(yōu)質碳素鋼調制處理。曲柄軸的轉動是連續(xù)的，損耗也較大，故曲柄軸由優(yōu)質碳素鋼加調質制成。機構運動平穩(wěn)，結構簡單，密封耐用，工作效率可達到要求。工作過程中，要保持工作部件的正常技術狀態(tài)，秧門、秧爪排等部件的基本狀態(tài)應保持。圖中所顯示的是速度與時間的比值曲線，由圖中可知栽植臂的最大速度可達到 300mm/s,最低速度為 148mm/s。從時間 0～6s 的時間內，運動軌跡的斜率最大，可知在這段時間內的加速度很大，為了使機構能加快運動的頻率，可知此時為回程階段；在 6～7s 的時間內，速度降低到最低，可知此時為近休止階段；在7～15s 的時間內，斜率變化比較緩慢，加速度變化比較均勻，此時為推程階段；在 15～18s 的時間內，加速度幾乎沒有變化，速度達到最大，可知此時為遠休止階段。栽植臂的運動分析如圖 11 所示，- 25 -圖 11 栽植臂的運動分析圖栽植臂是在傳動系統(tǒng)的帶動下運動的，栽植臂的運動軌跡按照要求設計，運動軌跡按照其運動記錄可得，其運動的軌跡如圖 12 所示。圖 12 栽植臂的運動軌跡總結 從現在的發(fā)展趨勢來看，將來白菜移栽機必定是白菜栽植的主要發(fā)展趨勢并占領主要市場，但人工栽植的需求還是很大的，從最近