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小型蔬菜移栽機(jī)的設(shè)計(jì)
一、課題研究的意義
蔬菜是人們的主食，它能提供人體所需的維生素和礦物質(zhì)。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)民主要收入來(lái)源于蔬菜的生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)常年用種量在125億公斤以上，已成為繼美國(guó)之后的全球第二大種子市場(chǎng)。我國(guó)蔬菜常年用種量約4萬(wàn)多噸，而商品化率約為60%，與世界水平還有一定差距，意味著我國(guó)蔬菜市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿1]。因此小型蔬菜移栽機(jī)的研究十分具有意義，尤其是個(gè)體承包農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面。我國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)的小型蔬菜移栽機(jī)比較少見(jiàn)，而中等面積的蔬菜生產(chǎn)地又過(guò)多，小型蔬菜移栽機(jī)的使用，有利于農(nóng)民減少勞動(dòng)時(shí)間，增加工作進(jìn)度，完全符合目前我國(guó)城市周邊蔬菜生產(chǎn)行情[2]。本文設(shè)計(jì)一種小型蔬菜移栽機(jī)，保證良好的加工工業(yè)性能和使用性能，提高地面仿形能力，使移栽株距和移栽深度穩(wěn)定，不破壞移栽苗體，同時(shí)有很好的工作效益和實(shí)惠的價(jià)格。
二、現(xiàn)狀及分析
1國(guó)內(nèi)外小型蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問(wèn)題
1.1國(guó)外小型蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
世界上移栽技術(shù)發(fā)展較早的主要是歐美、日本等國(guó)家。早在20世紀(jì)20年代，就已經(jīng)開(kāi)展了缽苗移栽技術(shù)的研究，研制出早期的簡(jiǎn)單的小型蔬菜栽機(jī)械，一定程度上減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，加速了移栽的機(jī)械化發(fā)展。30年代至70年代，這一時(shí)期是移栽機(jī)穩(wěn)定發(fā)展期，歐洲等國(guó)研制出結(jié)構(gòu)不同的半自動(dòng)移栽機(jī)，移栽機(jī)的性能與以前相比，提高很多。80年代初，美國(guó)出現(xiàn)自動(dòng)移栽機(jī)，此時(shí)歐美、前蘇聯(lián)地區(qū)半自動(dòng)移栽機(jī)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[3]。
國(guó)外出現(xiàn)的蔬菜移栽機(jī)有兩種發(fā)展方向。一種以美國(guó)為首的，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人少，農(nóng)業(yè)人口人均耕地面積大，移栽技術(shù)走向?qū)I(yè)化，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收割，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度自動(dòng)化和機(jī)械化。另一種是以日本為首，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)土地面積較小，蔬菜移栽機(jī)精密度高，專用性強(qiáng)，這種蔬菜移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)移栽，人工輔助，即可完成生產(chǎn)進(jìn)度，保證小面積移栽蔬菜的需求。
目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)甜菜、玉米、蔬菜等旱地作物的移栽機(jī)械化。美國(guó)、法國(guó)、荷蘭等國(guó)家，在花卉生產(chǎn)工藝上，幾乎完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械移栽。國(guó)外移栽機(jī)類型多，移栽通用性能強(qiáng)，比較成熟。由于全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)造價(jià)太高，機(jī)械化水平較高的國(guó)家大多采用半自動(dòng)移栽機(jī)械，人工喂入。國(guó)外蔬菜移栽機(jī)械配套設(shè)施比較全面，工作效率高，而且移栽蔬菜時(shí)能保證移栽的株距和移栽深度，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整[4]。國(guó)外的蔬菜移栽機(jī)能做到不傷苗體，移栽后苗體依然保持直立狀態(tài)，這樣能使移栽后蔬菜的成活率提高。
國(guó)外常見(jiàn)移栽機(jī)有鉗夾式、導(dǎo)苗管式、吊籃式、撓性圓盤(pán)式、水輪式[5]。
1.2國(guó)內(nèi)小型蔬菜移栽機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)蔬菜移栽機(jī)起步較晚，上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始研制移栽機(jī)，在70年代開(kāi)始研制裸根苗移栽機(jī)，80年代出現(xiàn)半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)[6]，目前為止，蔬菜移栽機(jī)依然沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，只有機(jī)械化發(fā)展較高的地區(qū)可以見(jiàn)到蔬菜移栽機(jī)。
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)秧苗移栽一直是原始人工栽植方式，不僅效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，移栽株距不均勻，移栽深淺度不一，造成移栽質(zhì)量差，成活率低，3-5人一天只能移栽3畝左右。市場(chǎng)上的小型蔬菜移栽機(jī)比較少見(jiàn)，價(jià)格較貴，農(nóng)民很難接受，故而在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的地區(qū)機(jī)械化程度才高，能實(shí)現(xiàn)蔬菜移栽的機(jī)械化。
我國(guó)蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展受到農(nóng)藝的限制，兩者發(fā)展不平衡，移栽機(jī)的發(fā)展忽略了綜合經(jīng)濟(jì)效益，而且在移栽過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，所以蔬菜移栽技術(shù)發(fā)展緩慢。不同地區(qū)間蔬菜種類、苗體大小和高度等都有一定的差異，蔬菜移栽機(jī)的通用性沒(méi)有得到很好的解決，也是蔬菜移栽機(jī)不能普及的一個(gè)原因。國(guó)內(nèi)已有的移栽機(jī)主要適用于秧苗株高小于30 cm，株距大于20 cm的玉米、甜菜和煙草等作物的移栽。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)蔬菜移栽機(jī)有多加公司，多為煙草、甜菜、棉花移栽機(jī)。比較有名的有山東青州火絨機(jī)械責(zé)任有限公司、寧津縣金利達(dá)機(jī)械制造有限公司、現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司等，這些公司有多位專家學(xué)者從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究工作，致力于我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，多年來(lái)，科技創(chuàng)新顯著。如青州火絨機(jī)械責(zé)任有限公司制造的黃煙移栽機(jī)，該機(jī)采用了聯(lián)動(dòng)控制裝置帶動(dòng)投苗機(jī)器隨栽苗器挖穴、施肥、栽苗、封埯等功能的實(shí)現(xiàn)，并且無(wú)漏栽苗和傷苗現(xiàn)象發(fā)生，確保了秧苗移栽的質(zhì)量和成活率，完全可以彌補(bǔ)人工移栽過(guò)程中的深淺不一、株距不均、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。寧津縣金利達(dá)機(jī)械制造有限公司制造的田耐爾牌2ZQ型秧苗移栽機(jī)，主要適用于缽體植物苗、蔬菜苗、瓜果苗和塊狀種子（如土豆、芋頭）等農(nóng)作物的栽種，有良好、先進(jìn)、可靠地栽種效果。既適應(yīng)大面積多行農(nóng)場(chǎng)栽種，又適和丘陵、大棚內(nèi)秧苗的移栽。具有技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，效率高，能耗低、壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)。
我國(guó)小型蔬菜移栽機(jī)價(jià)格在4000元人名幣左右，價(jià)格上稍微貴些，如果其成本降低，并且具有很好的使用性能，廣大農(nóng)民用戶是非常容易接受的。
1.3國(guó)內(nèi)外小型蔬菜移栽機(jī)械存在的問(wèn)題
國(guó)外蔬菜移栽機(jī)械程度高，如美國(guó)、法國(guó)等都是大型蔬菜移栽機(jī)械，自動(dòng)化程度高，地面仿形能力強(qiáng)，尤其是株距和移栽深度能保證一直[7]。國(guó)外蔬菜蔬菜移栽機(jī)動(dòng)力強(qiáng)，移栽速度快，土壤條件要求較高，多數(shù)不適合我國(guó)蔬菜移栽。
國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的蔬菜移栽機(jī)有很多不能解決的問(wèn)題。
機(jī)身不穩(wěn)定，導(dǎo)致移栽苗體的株距、列寬程度都有不同的變化。引起這種原因的情況很多。首先是土壤條件，多數(shù)農(nóng)民文化層次不高，對(duì)土壤了解很少，每年留存在土地內(nèi)的殘留物較多，在耕地整地上沒(méi)有完全做到標(biāo)準(zhǔn)。其次是蔬菜移栽機(jī)本身設(shè)計(jì)問(wèn)題，我國(guó)生產(chǎn)的蔬菜移栽機(jī)械化正處于緩慢發(fā)展階段，理論部分和實(shí)際有一些差距，導(dǎo)致移栽效果與農(nóng)民期望相差較遠(yuǎn)[8]。
我國(guó)適用于玉米、棉花的缽苗移栽機(jī)還不成熟，缽苗栽植入大田后直立度差，現(xiàn)有機(jī)具在扶苗、覆土、壓實(shí)上都存在一定問(wèn)題[9]。國(guó)內(nèi)移栽機(jī)基本上實(shí)現(xiàn)了株距和移栽深度的調(diào)整，但其穩(wěn)定性差，株距和移栽深度的不同對(duì)幼苗在移栽后的生長(zhǎng)狀況有很大影響。同時(shí)容易漏栽，生產(chǎn)效率不高。
國(guó)內(nèi)與移栽機(jī)相配套的其他機(jī)械少，機(jī)械化育苗移栽程度低，移栽機(jī)多數(shù)是借鑒外國(guó)機(jī)型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生問(wèn)題，給后續(xù)的維修帶來(lái)不便，導(dǎo)致移栽機(jī)的推廣進(jìn)度緩慢。國(guó)內(nèi)蔬菜移栽機(jī)缺乏特色及通用性能差，也沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)我國(guó)的蔬菜移栽機(jī)械化帶來(lái)難度。
1.5研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國(guó)小型蔬菜移栽機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械化要求，設(shè)計(jì)小型蔬菜移栽機(jī)。在已有的移栽機(jī)種類上選擇一種，通過(guò)了解其構(gòu)造、工作方式和對(duì)工作環(huán)境的要求，設(shè)計(jì)出工作效率高，移栽苗體株距和深度保持一致的，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格實(shí)惠的小型蔬菜移栽機(jī)型。
小型蔬菜移栽機(jī)主要由動(dòng)力機(jī)械、減速器、傳動(dòng)裝置、喂入裝置、導(dǎo)苗裝置、扶苗裝置，另外有覆土、鋪膜、鎮(zhèn)壓裝置組成[10]。其中，動(dòng)力機(jī)械是小四輪拖拉機(jī)，只需要把蔬菜移栽機(jī)接入，即可實(shí)現(xiàn)工作。
先確定符合我國(guó)蔬菜移栽機(jī)的類型，根據(jù)已有的蔬菜移栽機(jī)的參數(shù)和構(gòu)造，設(shè)計(jì)出新的小型蔬菜移栽機(jī)，使小型蔬菜移栽機(jī)的工作效益能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的需求，尤其是移栽后的株距和深度穩(wěn)定，保持在合理的控制范圍內(nèi)，移栽后苗體的直立度較高，同時(shí)覆土、壓實(shí)較好[11]。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬[12]。
1.6預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，仿形能力強(qiáng)，噪音小，使用壽命長(zhǎng)。
（2）移栽后的苗體直立度好，損傷少，株距和深度基本保持一致，覆土性能優(yōu)良。
（3）可以在溫室、中小面積的土地上作業(yè)，小巧靈活，移栽速度快，人工勞動(dòng)量少，同時(shí)動(dòng)力消耗上要盡量少。
（4）制造價(jià)格便宜，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，能滿足大多數(shù)蔬菜的移栽。
三、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路
該機(jī)動(dòng)力源為小四輪拖拉機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器、變速器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸，苗體通過(guò)喂入裝置、導(dǎo)苗管、扶苗器等機(jī)構(gòu)將苗體移栽到開(kāi)溝器開(kāi)出的苗溝內(nèi)，覆土、鎮(zhèn)壓達(dá)到移栽的預(yù)期目標(biāo)。
（1）選擇移栽機(jī)類型,設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置、盛苗裝置、喂入裝置、苗體傳送裝置、仿形裝置。
（2）運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
四、工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有溫室實(shí)驗(yàn)基地，土壤條件較好，為項(xiàng)目開(kāi)展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的使用時(shí)和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足小型蔬菜移栽機(jī)的工作條件。
五、工作方案及進(jìn)度
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)現(xiàn)有的蔬菜移栽機(jī)確定小型蔬菜移栽機(jī)的種類和的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯。
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