I摘要在研究了國內(nèi)外蔬菜移栽機械的發(fā)展?fàn)顩r和我國蔬菜移栽機械存在的問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)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(gòu)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(zhuǎn)、避讓和回程過程中機器前進速度與秧針?biāo)俣戎g應(yīng)有的關(guān)系。對分插機構(gòu)進行設(shè)計。采用曲柄搖桿機構(gòu)，分插機構(gòu)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(gòu)。利用 Pro/E 對部件進行實體設(shè)計，主要是對分插機構(gòu)部分進行設(shè)計。白菜移栽機的研究與設(shè)計是以水稻插秧機為原型的。水稻插秧機的的特點是結(jié)構(gòu)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(xùn)，即可操縱此插秧機。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計的要求，由于水稻插秧機工作形式與本次設(shè)計的目的相似，故將以水稻插秧機為原型進行。關(guān)鍵詞：白菜栽植機；栽植臂；分插秧原理；分插秧機構(gòu)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(xiàn)狀 .31.3 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀、發(fā)展及存在的問題 .41.3.1 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀 .41.3.2 目前主要研究成果 .41.3.3 國內(nèi)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(nèi)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(gòu)的設(shè)計 .114.1 設(shè)計內(nèi)容和步驟 114.2 分插機構(gòu)組成 114.3 分插工作原理 124.4 秧爪 124.4.1 秧爪的設(shè)計 124.4.1 秧爪排運動機構(gòu)的設(shè)計 164.5 曲柄連桿的組成及工作原理 164.6 曲柄連桿的設(shè)計 185 栽植臂的組成與設(shè)計 .195.1 推秧擺臂的設(shè)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(shè)計尺寸 215.2 推秧凸輪的設(shè)計 21IV5.3 栽植臂體的設(shè)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(jié) .26結(jié)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(chǎn)國，蔬菜產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 60％左右。改革開放以來，我國蔬菜生產(chǎn)發(fā)展迅猛，每年呈持續(xù)增長的勢頭。大白菜原產(chǎn)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(yīng)期又長，在蔬菜的供應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。大白菜生產(chǎn)投資少，栽培技術(shù)簡單，在生產(chǎn)季節(jié)自然災(zāi)害較少，生產(chǎn)的風(fēng)險小。移栽是蔬菜生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)效率?，F(xiàn)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(shè)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(shè)計。主要的研究內(nèi)容何分析的結(jié)論如下：1 研究了國內(nèi)外蔬菜移栽機械的發(fā)展?fàn)顩r，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(gòu)的分插秧原理。根據(jù)農(nóng)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(zhuǎn)、避讓和回程過程中機器前進速度與秧針?biāo)俣戎g應(yīng)有的關(guān)系。3 對分插機構(gòu)進行設(shè)計。采用曲柄搖桿機構(gòu)，分插機構(gòu)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(gòu)。由曲柄勻速旋轉(zhuǎn)帶動鉸接四桿機構(gòu)，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(dāng)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(xiàn)。1 概述1.1 課題研究的目的白菜，又稱為“結(jié)球白菜” 、 “黃芽菜” 或“窩心白菜”等，是我國的原產(chǎn)和特產(chǎn)蔬菜，全國各地普遍栽培，以華北地區(qū)為主要產(chǎn)區(qū)。大白菜以其細嫩甘脆、汁白如乳的- 2 -品質(zhì)，易種植、耐儲藏的特性，在我國的蔬菜生產(chǎn)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(dāng)家菜”、 “半年菜”，現(xiàn)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(jù)調(diào)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(chǎn)成本低、產(chǎn)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(nóng)民的要求。所以白菜生產(chǎn)的機械化與自動化也是農(nóng)業(yè)機械化與自動化的一項發(fā)展目標(biāo)。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(xí)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(chǎn)機械化與自動化將會給白菜的帶來很大的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)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(fēng)和透光性好、單位面積增產(chǎn)效果顯著和生產(chǎn)效率高等特點而受到農(nóng)民的歡迎。因此仿照水稻的栽植機械進行白菜移栽機的設(shè)計。在我國，機械化種植是蔬菜機械化生產(chǎn)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(chǎn)區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和機械化生產(chǎn)方式不適應(yīng)，特別是與機械插秧配套的相關(guān)技術(shù)不過關(guān)，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(chǎn)機械化技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)缺乏有機結(jié)合，農(nóng)藝規(guī)范、經(jīng)營管理模式與機械化技術(shù)不相適應(yīng);三是農(nóng)民對白菜生產(chǎn)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(shù)。 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(shù)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(zhuǎn)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(yīng)用。近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，為移栽機具的發(fā)展提供了很好的發(fā)展前景，20 世紀(jì) 80 年代以后近年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)場多采用工廠化營養(yǎng)缽苗和機械化栽植技術(shù)，總體水平相對較高。設(shè)施農(nóng)業(yè)機械是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，設(shè)施農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，開發(fā)研制并應(yīng)用專家系統(tǒng)，將促使我國設(shè)施農(nóng)業(yè)上臺階、上檔次。設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的升級應(yīng)包含設(shè)施農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展優(yōu)化，否則就制約設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)層次的提高。1.2 國外蔬菜栽植機械發(fā)展現(xiàn)狀20 世紀(jì)初期，歐洲一些國家開始大量種植蔬菜和經(jīng)濟作物，出現(xiàn)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(fù)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(jì) 30 年代后期，出現(xiàn)了栽植機構(gòu)或栽核器代替人工直接栽秧，使送秧入溝過程實現(xiàn)了機械化；自 20世紀(jì) 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(chǎn)技術(shù)研究，研制出多種不同結(jié)構(gòu)型式的半自動移栽機和制缽機；至 20 世紀(jì) 70 年代，前蘇聯(lián)蔬菜栽植機械化水平為 58%，國營農(nóng)場已達 67%；到 20 世紀(jì) 80 年代，半自動移栽機已在西方國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)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(shù)，并以此為基礎(chǔ)提出了缽苗移栽的系統(tǒng)方案，設(shè)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(nèi)的多種農(nóng)作物，具有通用性好的特點；缺點是體積大、成本高。2O 世紀(jì) 8O 年代初，美國出現(xiàn)了自動移栽機，H．L．Brewer 等人經(jīng)過多年來的研究、改進，設(shè)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(shù)處于世界的領(lǐng)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(chǎn)己高度現(xiàn)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(nèi)生產(chǎn)，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(yīng)的自動化移栽設(shè)備在技術(shù)上基本達到了完善，亦廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)。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(chǎn)和幾乎全部的大地花卉生產(chǎn)都采用育苗移栽生產(chǎn)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(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀、發(fā)展及存在的問題1.3.1 國內(nèi)白菜移栽機械現(xiàn)狀我國最早出現(xiàn)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(jì) 50 年代末 60 年代初，起步較早，且農(nóng)機和農(nóng)藝明顯脫節(jié)，忽略了綜合經(jīng)濟效益，更沒有科學(xué)地分析育苗移栽機械化過程的種種技術(shù)難題。最早出現(xiàn)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(jì) 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(jīng)濟什物的移栽機械，但均因育苗技術(shù)落后，配套性能差，以及機具本身性能不穩(wěn)定和生產(chǎn)率低等原因，都未得到推廣- 4 -使用。但隨著育苗技術(shù)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(nèi)已經(jīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，尚處在研究起步階段?，F(xiàn)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(chǎn)。在國內(nèi)，有許多從事包括辣椒作物在內(nèi)的移栽機研究開發(fā)的機構(gòu)，主要是各農(nóng)林院校，農(nóng)業(yè)機械研究所，農(nóng)業(yè)機械企業(yè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣機構(gòu)，比如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、石河子大學(xué)、農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機械化研究所、北京易潤佳灌溉設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(yīng)用較少，有被淘汰的趨勢?，F(xiàn)有機型有法國生產(chǎn)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(nóng)墾科學(xué)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(xiàn)有機型有意大利切克基?馬格利公司生產(chǎn)的奧特瑪栽植機；意大利生產(chǎn)的 NADRI 玉米缽苗移栽機；荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 MT 栽植機；安徽徐州農(nóng)機研究所研制的 2ZY-2 型油菜移栽機；唐山農(nóng)機研究所研制的 2ZB 一 2 型移栽機；黑龍江農(nóng)墾科學(xué)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(nèi)，秧苗隨圓盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)達到垂直狀態(tài)時進行栽植。由于不受秧夾數(shù)量的限制，它對株距的適應(yīng)性較好，但圓盤壽命較短，栽植深度不穩(wěn)定。現(xiàn)有機型有日本豐收產(chǎn)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(chǎn)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(fù)雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率將增加，生產(chǎn)率較低。5)導(dǎo)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(dǎo)苗管。秧苗在導(dǎo)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(diào)整導(dǎo)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。現(xiàn)有機型有荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的 Mode14000 型栽植機；芬蘭勞尼思公司生產(chǎn)的 RT- 5 -一 2 型栽植機；意大利切克基?馬格利生產(chǎn)的 TEX2 型栽植機；黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院研制的 2ZB-4 型杯式缽苗移栽機；中國農(nóng)大研制的 2ZDF 型半自動導(dǎo)苗管式移栽機；東泰安國泰拖拉機總廠生產(chǎn)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(xué)研制的 2zY 一 2 型玉米缽苗移栽機；山東工程學(xué)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(gòu)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(xué)孫廷琮等應(yīng)用美國 B．K ．Huan9 發(fā)明的空氣整根育苗技術(shù)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(chǔ)上研制了空氣整根缽苗全自動移栽機。該機實現(xiàn)移栽全自動化，大大提高了移栽機作業(yè)效率。1.3.3 國內(nèi)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(xiàn)在以下幾點： 蔬菜移栽機械研究剛起步，主要體現(xiàn)在以下幾方面。1)移栽機具型式各異，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)， “三化”程度低，缽型也不一樣，不利于育苗移栽技術(shù)的發(fā)展，同時機型和技術(shù)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(nóng)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(shù)的發(fā)展。 5)國內(nèi)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(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)復(fù)雜?，F(xiàn)有的移栽機一般均采用地輪驅(qū)動，用鏈條、齒輪、桿件等完成喂入盤復(fù)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(nóng)民的經(jīng)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(xiàn)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(lǐng)白菜栽植機市場，但從最近 10 至 15 年內(nèi)來看，由于國內(nèi)對白菜移栽機的研究理論還不太成熟，國家農(nóng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化，減輕勞動強度，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，促進農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收。- 6 -白菜育苗移栽機械化是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)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(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗過程實現(xiàn)機械化、工廠化和設(shè)施化。制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)利評價方法，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)格化。研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運輸?shù)戎虚g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(jié)合，研制出多種適合我國白菜農(nóng)藝要求的全自動移栽機，實現(xiàn)我國白菜的育苗工廠化生產(chǎn)和移栽機械化作業(yè)的生產(chǎn)模式。提高我國白菜種植機械化水平，促進我國白菜生產(chǎn)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(nèi)容和方法白菜栽植機栽植臂設(shè)計涉及到的內(nèi)容有以下幾個方面：1 分插原理2 分插機構(gòu)的設(shè)計；3 秧爪排的設(shè)計4 曲柄連桿的設(shè)計5 栽植臂各部件的設(shè)計2 PRO/E 模塊簡介2.1 Pro/Engineer 功能及特點Pro/Engineer 是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。 1、參數(shù)化設(shè)計和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)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(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 2、單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)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(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)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(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與- 7 -工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)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(shù)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(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)） 。Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，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(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)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(shù)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(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)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(shè)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(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，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(shè)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(biāo)準(zhǔn))，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； （2）參數(shù)化（參數(shù)=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(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。 （4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)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(shè)計的程序化方法等)。 （5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)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(shù)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(nèi)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(nèi)已存在的零件來產(chǎn)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(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)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(nèi)真正設(shè)計三維電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。三維電纜的鋪設(shè)可以在設(shè)計和組裝機電裝置時同時進行，它還允許工程設(shè)計者在機械與電纜空間進行優(yōu)化設(shè)計。Pro/CABLING 功能包括： （1）新特征包括：電纜、導(dǎo)線和電線束； （2）用于零件與組件的接插件設(shè)計； （3）在 Pro/ENGINEER 零件和部件上的電纜、導(dǎo)線及電線束鋪設(shè)； （4）生成電纜/導(dǎo)線束直線長度及 BOM 信息； （5）從所鋪設(shè)的部件中生成三維電纜束布線圖； （6）對參數(shù)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(zhì)量特性，包括體積、質(zhì)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(shù)據(jù)交換接口，CATIA 的造型可直接輸入 Pro／ENGINEER 軟件內(nèi)，并可加上Pro／ENGINEER 的功能定義和參數(shù)工序，而 Pro／Engineer 也可將其造型輸出到 CATIA 軟件里。這種高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換技術(shù)令設(shè)計者得以在節(jié)省時間及設(shè)計成本的同時，擴充現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)文件格式交換信息的問題，并可使新客戶在轉(zhuǎn)入Pro/ENGINEER 后，仍可繼續(xù)享用原有的 CADAM 數(shù)據(jù)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(shè)計、復(fù)合夾層材料的部件。Pro/COMPOSITE 在 Pro/ENGINEER 的應(yīng)用環(huán)境里具備完整的關(guān)聯(lián)性，這個自動化工具提供的參數(shù)化、特征技術(shù)．適用于整個設(shè)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(yīng)用軟件結(jié)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(shù)據(jù)庫。 2.1.8 Pro／DESIGNPro/DESIGN 可加速設(shè)計大型及復(fù)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(shù)化組裝概念設(shè)計，二維平面布置上的參數(shù)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(shè)計； （2） 整體與局部的尺寸、比例和基準(zhǔn)的確定； （3） 情況研究-參數(shù)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(biāo)注、參數(shù)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(chǎn)品按 ANSI/ISO/JIS/DIN 標(biāo)準(zhǔn)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(fù)運動傳出動力，傳到插秧機的變速箱中，經(jīng)過變速箱的減速后，經(jīng)過動力軸傳- 10 -到鏈輪上，再由鏈條傳到側(cè)支架連接的軸上，側(cè)支架中是靠鏈輪和鏈條實現(xiàn)傳動的，栽植臂安裝在側(cè)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(gòu)，進行橫向的往復(fù)移動，從而實現(xiàn)橫向取苗的過程。秧苗的縱向送秧是靠縱向送秧機構(gòu)來完成的，當(dāng)橫向移箱機構(gòu)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(jīng)過變速箱傳遞到安裝有驅(qū)動輪的軸上，從而使地輪運動，通過變速桿調(diào)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(diào)整有四種，取苗量通過秧箱的上下移動來實現(xiàn)。4 分插秧原理與分插機構(gòu)的設(shè)計4.1 設(shè)計內(nèi)容和步驟1）根據(jù)適應(yīng)的秧苗類別和高度，定出秧爪相對運動軌跡的高度范圍，設(shè)計秧爪排運動機構(gòu)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(shè)計機構(gòu)的是否合理。2)根據(jù)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(shè)計秧爪軌跡控制機構(gòu)。3）按已定機構(gòu)的檢驗秧爪的相對運動軌跡和適應(yīng)穴距范圍的絕對運動軌跡。4）確定秧爪分插秧時的各項調(diào)整的方法和結(jié)構(gòu)，包括入簾深度和入簾高度、不同插深、適應(yīng)不同穴距等的調(diào)整。5)結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2 分插機構(gòu)組成分插機構(gòu)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(gòu)，在供秧機構(gòu)( 秧箱和送秧機構(gòu)) 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(zhì)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(gòu)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(shù)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(gòu)。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(chǎn)生的振動，克服栽植臂產(chǎn)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(zhuǎn)動，當(dāng)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(gòu)應(yīng)用于機動插秧機軌跡的控制（圖 4） 。當(dāng)曲柄連桿機構(gòu) 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(fù)直播式栽植臂。分插機構(gòu)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(diào)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(gòu)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(gòu)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(shè)計筷子式秧爪裝有推秧片把秧苗強制推出，取秧深度易調(diào)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(yīng)為HRC35－40。圖 2 筷子式秧爪結(jié)構(gòu) 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(zhǔn)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(yīng)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(yīng)按 v\的方向和大小而定，應(yīng)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(chǎn)生飄秧ga 回程 應(yīng)避開秧門和秧簾圖 4 曲柄連桿機構(gòu)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(fù)式秧爪運動軌跡的參數(shù)秧苗類別 帶土苗 100~150mm栽插穴距準(zhǔn)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(diào)143022420 可調(diào)2882816 可調(diào)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(gòu)的設(shè)計秧爪排的設(shè)計如表 3 所示表 3 秧爪排的設(shè)計- 16 -序號 設(shè)計內(nèi)容 計算公式及數(shù)據(jù) 計算結(jié)果及說明1 畫出設(shè)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(yīng)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(shè)計最大插深4 定搖臂長度 R R=（1.2～1.5）hy 根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗取 R=75mm5 定搖臂軸離拖板面安裝高度(max)42hLHzZ???HZH=240mmHZH 的尺寸應(yīng)從整機結(jié)構(gòu)考慮6 曲柄中心 O 的配置和曲柄的轉(zhuǎn)動方向O 的位置方向根據(jù)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(gòu)的轉(zhuǎn)動方向而定，要求插秧行程曲柄轉(zhuǎn)角大于回程時的曲柄轉(zhuǎn)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(gòu)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(gòu)根據(jù)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(gòu)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(chǎn)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(gòu)，其構(gòu)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(xiàn)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(shè)計采用后插式曲柄連桿機構(gòu)。圖 6 曲柄搖桿機構(gòu)a 前插式 b 后插式曲 柄連桿機構(gòu) 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(gòu)的工作過程由曲柄、栽植臂、搖桿和機架組成的四連桿機構(gòu)控制。當(dāng)曲柄隨傳動軸旋轉(zhuǎn)時，栽植臂被驅(qū)使繞傳動軸作偏心轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)慕嵌冗M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(gòu)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(gòu)運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、密封耐用。其各鉸接點均為滾動軸承．以保證轉(zhuǎn)動層靈活和運動軌跡準(zhǔn)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(gòu)的安全作用。4.6 曲柄連桿的設(shè)計當(dāng)曲柄 OA 按一定速度回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)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(chǎn)生較大的震動而影響插秧質(zhì)量。 - 18 -采用秧爪尖與前進方向相反的曲柄連桿機構(gòu)，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(yīng)性。由于前進速度即牽引速度的方向與其他的插秧機結(jié)構(gòu)不同。其結(jié)構(gòu)如圖 6 中 b 所示.1）定曲柄 OA 的尺寸：本機構(gòu)適用于栽插秧苗高度為 80～250mm 的帶土苗曲柄OA 的回轉(zhuǎn)半徑 R=35mm；2）求搖桿與機架的鉸接點 C 的位置：應(yīng)用回轉(zhuǎn)重心法，把許多回轉(zhuǎn)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(gòu)的參數(shù)5 栽植臂的組成與設(shè)計構(gòu)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(shè)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(shè)定的軌跡完成插植動作。在分插機構(gòu)運動過程中，推秧器相對秧爪或產(chǎn)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(nèi)，推秧器的推秧片與秧爪尖保持一段距離（18~20mm） ，相對靜止；當(dāng)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(xiàn)，而凸輪的運動有一套傳動機構(gòu)，這些凸輪、彈簧和傳動機構(gòu)都安裝在栽植臂內(nèi)。圖 8 栽植臂的三維實體圖5.1 推秧擺臂的設(shè)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(dǎo)致推秧桿縮入栽植臂體或者推出秧苗。當(dāng)凸輪凸起部壓下擺臂一端時，彈簧產(chǎn)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(dāng)凸輪的凹部對準(zhǔn)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(yīng)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(jié)構(gòu)緊湊，故推秧桿的滾子部分選用弧形設(shè)計。推秧擺臂的運動過程：在凸輪的運動過程中使推桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動 210°時，推秧擺臂擺動到最高點；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動 75°時，推秧擺臂停止不動；凸輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動 15°時，推秧擺臂降低到最低點；凸輪轉(zhuǎn)過其余角度時，推秧擺臂停止不動。根據(jù)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(shè)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(shè)計推秧凸輪為盤形凸輪，是具有變化向徑的盤形構(gòu)件繞固定軸線回轉(zhuǎn)。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(gòu)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)動 210°時，推秧擺臂擺動到最高點；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動 75°時，推秧擺臂停止不動；凸輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動 15°時，推秧擺臂降低到最低點；凸輪轉(zhuǎn)過其余角度時，推秧擺臂停止不動。（1）在設(shè)計時先要確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(gòu)，凸輪的理論廓線的坐標(biāo)可令下式中的???cossinx0e?????sinco0esy???e=0， = ，求得0sr（a）si0 s0r式中 s 應(yīng)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(yīng)值代人式（a）計算理論輪廓線上各點的坐標(biāo)值。計算結(jié)果見表 5。由于推秧擺臂的滾子采用弧形設(shè)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(shè)計根據(jù)以上的設(shè)計尺寸對栽植臂體進行設(shè)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(yīng)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(cè)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(zhì)碳素鋼調(diào)制處理。曲柄軸的轉(zhuǎn)動是連續(xù)的，損耗也較大，故曲柄軸由優(yōu)質(zhì)碳素鋼加調(diào)質(zhì)制成。機構(gòu)運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)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(shù)狀態(tài)，秧門、秧爪排等部件的基本狀態(tài)應(yīng)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(nèi)，運動軌跡的斜率最大，可知在這段時間內(nèi)的加速度很大，為了使機構(gòu)能加快運動的頻率，可知此時為回程階段；在 6～7s 的時間內(nèi)，速度降低到最低，可知此時為近休止階段；在7～15s 的時間內(nèi)，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(nèi)，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(shè)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(jié) 從現(xiàn)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(lǐng)主要市場，但人工栽植的需求還是很大的，從最近