基于SolidWorks膜上滚筒栽植器的设计【玉米覆膜移栽机】【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

东北农业大学学士学位论文 学号： 于 上滚筒栽植器的设计 学生姓名： 指导教师： 所在院系： 所学专业： 研究方向： 东 北 农 业 大 学 中国哈尔滨 2013 年 6 月 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 o： 2013 摘要 摘要 黑龙江温差大、日照长、降雨量少，这使黑龙江种植有着其他地方无法比拟的优势。目前黑龙江很多地区玉米苗都采用人工移栽，不仅效率低而且栽植成本高，严重制约了黑龙江玉米产业的发展。解决该问题的一 项重要措施是变人工移栽为机械移栽。而目前能够实现膜上栽植的栽植器（栽植机构），却存在移栽速度慢，成本高，对地膜损伤大，造成秧苗成活率降低的问题，还有秧苗直立度问题也没有很好的得到解决。本文针对秧苗直立度及对地膜的保护的问题，结合国内外移栽机栽植器研究现状，提出了一种新的理论，并依据该原理研究设计了一种新的栽植器：膜上滚筒栽植器。 （ 1）通过分析对比国内外移栽机栽植机构的优缺点，结合黑龙江玉米特定的种植要求，提出了膜上滚筒栽植器的整体设计方案。 （ 2）介绍了栽植器主要组成结构和工作原理，通过成穴部分、接苗筒部 分的工作过程进行理论分析，给出了各部件各运动过程的理论数学模型。 （ 3）通过对玉米苗的物理特性的研究，得到了其三维尺寸，以此作为依据结合农艺要求，并给出了栽植器各部件的设计原则以及机车速度、滚筒转速与部件结构设计的关系。并通过三维建模软件 关键部件完成三维建模，对栽植器整体进行了可视化的虚拟装配和干涉检查。 玉米 覆膜 移栽技术的应用具有省工、省本、省力、省水、不伤根、长势强盛等优势。经济效益和社会效益显著，在我省玉米生产区有广阔的发展前途，有普遍的推广价值。 关键词 ： 玉米移栽机 ；膜 上移栽技术； 滚筒式栽植器。基于 上滚筒栽植器的设计 is in of of in s an to of on be at is to It in a of is of of of at a on of a (1) of of at in on (2) by of of is of (3) on of of as a of as as to d on of of no is in in 基于 上滚筒栽植器的设计 目 录 摘要 . . 录 . - 1 - 1 前言 . - 1 - 题研究的目的和意义 . - 1 - 内外栽植机构的研究概况 . - 2 - 外钵苗栽植机构的研究概况 . - 2 - 内钵苗移栽机构的研究概况 . - 3 - 植机构方案选择 . - 6 - 道分钵轮式栽植器 . - 6 - 土靴式栽植 器 . - 7 - 嘴圆盘式栽植器 . - 8 - 2 栽植机构方案的确定、工作过程分析 . - 8 - 栽机方案的确定 . - 8 - 速原理 . - 11 - 栽机膜上移栽 . - 11 - 3 基于 筒栽植器关键部件的三维建模 . - 11 - 筒结构参数的确定 . - 12 - 植器结构设计 . - 13 - 苗筒的设计 . - 14 - 4 栽植机构的装配及干涉检查 . - 15 - 拟仿真特点 . - 15 - 筒式栽植器的装配 . - 16 - 植器的干涉检查 . - 16 - 植器的运动速度的确定 . - 17 - 5 膜上滚筒栽植机构的使用 . 错误 !未定义书签。 膜移栽的主要性能结构及其意义 . 错误 !未定义书签。 的选择 . - 1 - 光利用率 . - 17 - 结论 . - 19 - 参考文献 . - 20 - 致谢 . - 22 - 基于 上滚筒栽植器的设计 - 1 - 1 前言 题研究的目的和意义 我国农业产业基础弱、农业科技水平发展慢、农业生产投入比例低，农产品的生产能力急 需加强。近几年来，我国生产的农产品受到国外优质低价农产品的激烈挑战，尤其棉花、玉米等经济作物已受到较大冲击。因此，如何提高农产品的产量和质量是中国农业生产面临的一个重要的问题。黑龙江作为全国玉米重要基地之一，降水量少、气候干燥的典型大陆性干旱气候。由于黑龙江阳光辐射总量大，日照时间长，昼夜温差大，降雨量少而蒸发量大，空气干燥。对玉米植株的长势和病虫害的防治十分有利，极适宜于玉米的种植，是特有的地区优势。黑龙江玉米产业是黑龙江三大红色产业之一，黑龙江玉米制品占世界玉米市场贸易量的 20%以上，生产能力位列世界第 三，产量和出口量居世界第二，其中玉米已成为黑龙江出口第一大产品。因此，如何把黑龙江玉米产业继续做大做强是今后黑龙江可持续发展所面临的关键问题，也是黑龙江农业和工业发展当务之急。在黑龙江对玉米采用育苗移栽技术可以避开黑龙江春季的自然灾害，育苗移栽能够保证每亩的株数，达到苗齐、苗壮，移栽还能让作物的提早成熟、提高单产，有效降低幼苗期的黑龙江风大、气温低、霜冻等不利天气带来的伤害，可节省种子 3050 ，采用这种栽培模式可以缓解玉米采收期短和需求劳动力相对集中的问题。 黑龙江农机研究所自 2001年开始进行玉米育 苗移栽高产栽培技术的研究与试验，经过几年的试验示范和推广，目前育苗移栽技术已经在玉米、水稻等作物上大面积推广应用，近 3年累计推广面积达到 8万多亩，仅 2006年推广面积就达到 着育苗技术的发展、劳动力成本的上升，在加上人工移栽劳动强度大、效率低，这些都促使了玉米栽植机械的研制开发工作的快速发展。育出的成品苗也从以前完全是靠人工移栽，逐步发展为机械移栽比重越来越大。而目前国内缺少完全适应大面积育苗移栽的移栽机械，经济实用的移栽机械也不配套，使得秧苗移栽已经成为严重制约移栽技术进一步推广应用的重要因素 。而移栽机械之所以问题多发展慢，其栽植器的设计不适应黑龙江的特殊地域是关键问题，因此研究改进或者设计一款新的栽植机构以改进整体移栽机械的性能是十分必要的。 米覆膜移栽增产机理 （ 1）缓解了前后作物“三争”矛盾 玉米一般实行间作套种多熟制栽培。直播套种与夏收作物共生期较长，争光、争水、争肥矛盾突出，难于培育壮苗。玉米软盘育苗在空坪隙地进行，不仅避免了育苗期与夏收作物发生争光的矛盾，而且由于苗床内温度适宜，肥水集中，管理方便，因而有利于培育壮苗。且可按大小苗分别移栽，使幼苗生长整齐一致，每 667基本苗 500800基于 上滚筒栽植器的设计 - 2 - 株。 （ 2）充分利用光热资源 玉米软盘覆膜育苗移栽，苗床内温度提高 23C，播种时间可提早 15 25d，活动积温增加 200 350C，既阻止了土壤热辐射的扩散、减少了汽化热能的消耗、提高了二氧化碳的含量、增加了苗床的温度和热容量，又延长了玉米的营养生长期，加速了玉米生育进程。有利于玉米躲过 78 月份的高温干旱，促进玉米灌浆结实，提高玉米产量和品质。 （ 3）促进玉米根系发达，茎粗秆壮 玉米移栽时带土带肥，初生根和次生根不受损伤，可直接生长，增强了吸收养分的能力，同时经移栽后的蹲苗作 用，促根长茎，使植株茎粗秆壮。 内外栽植机构的研究概况 外钵苗栽植机构的研究概况 20 世纪初期，欧洲国家开始着手研究秧苗栽植机械， 20 世纪 30 年代后期，栽植机构或栽禾器等栽植工具已经问世，自 20 世纪 50 年代开始，欧洲国家率先开始钵盘育苗及钵苗栽植的生产技术的深入研究，并研制出多种不同结构型式的半自动栽植机和制钵机，至 20 世纪 70 年代，前苏联蔬菜栽植机械化水平为 58%，国营农场已达 67%， 20世纪 70 年代末， 发明了满足自动移栽要求的空气整根育苗技术，提出了钵苗移栽的系 统方案，并设计了全自动移栽机， 20 世纪 80 年代初，半自动移栽机已在生产中得到非常广泛使用，其中 人设计出箱式移栽机。现在欧美日等国外发达国家所采用的栽植机械，其典型栽植机构的结构如下： （ 1）钳夹式栽植器：法国生产的 2 型移栽机。 （ 2）链夹式栽植器：荷兰米启根 （ 公司生产的 栽机、意大利切克基马克利 （ 公司生产的奥特玛 （ 移栽机、意大利产的 （ 3）导苗管式栽植器：意大利切克基马克利 （ 公司生产的 型栽植机，芬兰劳尼思 （ 公司生产的 2 型移栽机，荷兰米启根 （ 司生产的 移栽机。 （ 4）吊篮式栽植器：意大利切克基马克利 （ 公司生产的沃夫 (栽机、艾德沃思农机厂生产的坡社 (栽机、意大利 机厂生产的栽机。 美国移栽机公司 (产的吊杯式膜上移栽机。日本久保田公司研究开发了一种全自动鸭嘴式膜上移栽机，其栽 植机构工作原理类似于吊篮式栽植器。日本丰收产业公司研制的 全自动白葱移栽机，德国 生产的基于 上滚筒栽植器的设计 - 3 - 夹盘式压缩土钵苗移栽机及日本久保田公司生产的 自动大葱栽机都采用了圆盘式栽植器。另外还有美国 机生产公司研制的半自动膜上打穴移栽机，可以实现单行和多行膜上移栽作业，也可以进行没有覆膜的裸土移栽现单株注水，该公司还生产了“火焰燎膜”的膜上移栽机，在打穴之前用火焰上燎一个小孔，此法可以防止在打穴过程中的地膜撕裂现象 。 日本秋山产业株式会社生产的 烟草移栽机，该机 为烟草专用的高架业机，主要用于烤烟大田移栽作业。加拿大一公司研制的烟叶“移栽机”，融挖窑、栽烟、浇水、施肥、封土为一体，由四个人操作，一人负责驾驶拖拉机，一人水、肥料，二人负责投放烟苗。近 10 年来，国外加强了从育苗到栽植整个系统的研究，通过育苗和栽植整个系统的研究，使育苗和栽植有机地结合，从而研制出了多种自动移栽机，使育苗移栽过程实现机械化、工厂化和设施化。 总之，国外发达国家移栽机工作效率较高，移栽机技术已经比较成熟，产出了形式多样、品种齐全、通用性好和可靠性高的移栽机。但由于黑龙江气候、 土壤等情况与国外 存在着较大的差异，从国外引进后直接用于黑龙江玉米苗移栽的效果不是很好，并且价格昂贵。 内钵苗移栽机构的研究概况 我国对移栽机研究比国外晚， 20 世纪 70 年代才开始，最早用于甜菜移栽，虽然研制出了多种类型的移栽机。但是我国移栽机的研制很大程度上是引进与借鉴国外移栽机进行改进和仿造，缺少技术创新，稳定性不好，并且基本上是以半自动为主。从 20 世纪80 年代开始，国内对移栽机的研究逐渐升温。 1979 年四川省温江农机所研制的 2 型油菜蔬菜旋转钳夹式移栽机，山西运城某农机所 1979 年研制的 22 型 钵苗棉花旋转钳夹式移栽机。中国农业科学院烟草研究所 1982 年研发的 22 型烟棉花旋转钳夹式移栽机。这三种移栽机是 80 年代的典型，它们的栽植器都是旋转钳夹式，其结构简单、便于加工、株距和栽植深度稳定，但是作业速度低、易夹苗，栽植情况不佳。 20 世纪 90 年代，国内的移栽机研究进入高速发展阶段。北京市农机所 1990 年和1991 年分别研制了 22 型蔬菜钵苗钳夹式移栽机和 22 型蔬菜裸苗钳夹式移栽机，黑龙江农机工程研究院 1994 年研制的 2烟叶移栽机，黑龙江省农垦科学院1996 年研制的 2Z 2 型 、 2Z 6 型链夹式移栽机，河北省唐山市农机所在 1998 年研制出了 22 型钳夹式玉米移栽机，吉林工业大学在 1999 年研制出了 2钳夹式移栽机。链夹与钳夹在工作原理上无太大区别，主要是二者的传动方式不一样。挠性圆盘式移栽机国内应用较少，主要有吉林省白城农机所 1990 年研制的 2Z 1 型甜菜移栽机和黑龙江农科院研制的 2 型甜菜纸筒育苗移栽机。 吊篮式移栽机有 90 年代末黑龙江农场研制的 26 型钵苗移栽机，吉林省延边自治州农机所研制的 22 型联合栽植机，山西省农机所 1997 年研制的适用于棉花的22 型钵苗移栽机。导苗管式移栽机的研究和推广比较多，形式大同小异，有代表基于 上滚筒栽植器的设计 - 4 - 性的包括中国农业大学 1999 年研制的 2移栽机，山东省泰安国泰拖拉机总厂 1998年研制的 22 和 22棉花移栽机，黑龙江省农垦科学院研制的 22 型玉米钵苗移栽机，山东工程学院 1998 年研制的 22 型带式喂入钵苗移栽机，由于该移栽机栽植器与传统种植方式有一定冲突，加上导苗管式移栽机栽植器性能不稳定和工作效率，在中国没有没有大面积推广使用。双输送带式和滑道分钵轮式栽植器均是由山东理工大学工程学院李其峋教授和汪遵 元教授提出和研究的。 类栽植机构优缺点分析 通过对国内外在甜菜、油菜、棉花、烟草等钵苗移栽机栽植器的研究。本文对以下几种钵苗栽植机构进行了分析： 主要有旋转钳夹式、旋转链夹式和旋转挠性圆盘式三种，前两种移栽机栽植机构的工作原理基本一致，都是将秧苗夹持在夹子上，随夹子运动，到达苗沟时，钳夹打开，秧苗落入沟中，主要区别在于二者的传动方式不同。旋转钳夹式和旋转链夹式的结构都较简单，成本较低，株距和栽植深度稳定，秧苗的直立度较好。但较易伤苗，速度高了则容易出现漏苗、缺苗、埋苗现象，较不适宜膜上移栽。 （ a） 挠性圆盘式移栽机 (b) 盘夹式栽植机 图 1 旋转式栽植机 （ 1）挠性圆盘移栽机 挠性圆盘式的栽植过程是钵苗随着带状输送器经活门进入带夹式送苗带。输送中钵苗的上部先进入栽植圆盘，随着圆盘的转动将秧苗由水平装态逆时针旋转 90，同时钵体进入开沟器开出的苗沟中。移栽机构对株的适应性较好，自动化程度高，在小株距移栽方面具有良好的前景，但其结构相对复杂，栽植深度不稳定，圆盘的寿命短。 （ 2）导苗管装置 主要有导苗管式蔬菜移栽机栽植器。根据苗进入苗沟的形式，这类移栽机栽植机构可以分为指带落苗式、推落 苗式和落苗式。这种移栽机的秧苗在导苗管中的运动是自由的，其主要依靠秧苗自身重力下落到已经开好的沟中。靠重力落到苗沟中的钵苗，在调整导苗管倾角和增加扶苗装置的情况下，可以保证较好的直立度、株距均匀性和深度稳定性。但机型结构相对复杂，成本较高，也不适宜膜上移栽，在较高速度移栽时易出现带苗现象。 基于 上滚筒栽植器的设计 - 5 - 图 2 导苗管栽植机 （ 3）旋转吊篮式装置 主要有旋转吊篮式和偏心旋转吊篮式两种，该机靠人工将钵苗放入旋转到上方的像吊篮一样的栽植器内，栽植器随偏心圆盘或者圆盘转到最低位置附近时，开启凸轮是吊篮下部打开，钵苗靠自重 落入穴中或沟中，栽植器在离开开启凸轮后自动关闭。吊篮式移栽机具有可 图 3 吊篮式栽植机 以进行膜上打孔移栽的独特优点，而且钵苗在移栽过程中受冲击非常小，甚至于不受冲击，尤其适合移栽根系不太发达且容易碎的钵苗。缺点是结构相对复杂，喂苗速度不能过高，否则漏栽率增加，生产率不高。 综上所述，目前国内移栽机种类较多，适用范围较广，但大多都存在移栽直不高，容易伤苗，移栽效率不高等问题。因此需要对移栽机构进行研究，以达到提高秧苗直立度，防止机构伤苗，提高移栽效率和质量的目的。在机械育苗移栽过程中采用秧苗移栽机械是 加快实现我国农业优质、高产、高效的重要措施之一。目前国内外在移栽机栽植器（栽植机构）的结构设计上存在诸多的问题，从而造成栽苗的效果不理想。综合来看，基于 上滚筒栽植器的设计 - 6 - 国内外的栽植器按作业情况大致可以分为三类： （ 1） 在不铺膜的条件下进行作业的栽植器，其性能能够满足一般农业移栽技术要求，但是它不能满足黑龙江覆膜栽植的技术要求； （ 2） 在投苗前先进行膜上开洞，然后分别进行投苗和覆土作业的栽植器，前后工序作业精度要求高，机具设计加工装备要求高； （ 3） 先投苗后覆土镇压的栽植器，该类栽植器秧苗覆土不实，秧苗成活率低，缓苗期长，没有起 到育苗移栽增产保质的目的。而在第三类中造成其膜上移苗覆土不实的原因又有三个： （ a）秧苗移栽后，膜下秧苗的根部不能回土； （ b）膜上覆的土不能完全填补秧苗周围的空间； （ c）膜上镇压后，由于秧苗根部周围覆土不足，且薄膜回弹，造成覆土镇压不实。 综上所述，目前移栽机的栽植器几乎都无法实现秧苗栽植和覆土的同步性。这一问题影响了整个移栽机械化向更高层次前进。因此，对移栽机栽植器的研究和改进是目前急需解决的问题。 植机构方案选择 道分钵轮式栽植器 滑道式栽植器主要工作部件为滑道和分钵轮见图 1道采用宽 50 80以有效防止钵苗的侧翻，它可以分为上滑道和下滑道两段，其工作原理为：钵苗在自身重力作用下，自间歇工作的喂入机构成排滑入栽植器的上滑道并排队等候，分钵轮在地轮的带动下有序地将钵苗逐个送入下滑道，在弧形导向滑道的导引下保持直立状态落入由开沟器开出的苗床内。为了保证栽植器正常工作，首先是滑道的倾角必须满足要求，使钵苗在滑道内能够在重力作用下自动下滑并且不会翻倒。钵苗在滑道内滑动的影响因素很多，钵苗的湿度、形状以及所受的重力、支持力和摩擦力都会对栽植器的工作稳定性产生影响 。栽植器工作稳定性，即栽植器在进行移栽工作时，钵苗能够顺利下滑通过上、下滑道，并被分钵轮按次序逐个分钵而不出现翻滚和卡堵。 基于 上滚筒栽植器的设计 - 7 - 图 4 滑到式栽植器结构原理图 该机构的钵苗能够自动喂入，无需人工操作，速度快，频率高，能达到 180 株 /点是钵苗在移栽过程中易滑落和翻到，稳定性较差。 土靴式栽植器 栽植器由喂入机构和栽植装置组成。喂入机构由喂入盘、拨轮、槽轮机构、齿轮传动等组成。栽植装置结构如图 8 所示，由导苗管、分土靴、弹片、摆臂、导杆、连杆等组成。 图 5 分土靴式结构简图 工作原理是：人工将钵苗送入到喂入机构的拨轮上，在拨轮的带动下绕喂入盘面作间歇转动，到达导苗管上方时，经导苗管落入分土靴中，此时拨轮处于停止状态，分土靴也在弹簧的作用下处于关闭状态，槽轮转动，分土靴在槽轮 (此时槽轮也起凸轮作用 )、基于 上滚筒栽植器的设计 - 8 - 摆臂、导杆以及连杆的作用下打开，释放保存在分土靴中的钵苗，在弹片的扶持下，将钵苗送入穴坑内，完成栽植作业。 它的优点是减少钵苗损伤率，立苗率高。缺点：结构复杂，成本高 嘴圆 盘式栽植器 如图 1示，挠性圆盘鸭嘴式栽植器，共有四组鸭嘴式苗夹。栽植器由主动轮盘、被动轮盘、曲轴、鸭嘴上盖、左盒轴、右盒轴、鸭嘴左下盖、鸭嘴右下盖、鸭嘴调节凸轮及压板组成。 图 6 鸭嘴圆盘式结构简图 移栽机工作时，机器前进，开沟器破土成沟，由人工将烟苗放入旋转到上部的鸭嘴内，鸭嘴在平行四杆机构作用下始终指向地面，随同圆盘旋转。当鸭嘴到达最底部时，鸭嘴在鸭嘴调节凸轮与压板的相互作用下打开，烟苗脱离鸭嘴接触地面，落入开沟器开好的沟中，随后覆土轮覆土、镇压轮镇压，烟苗即被栽植。机器不断前进，人工连续有节奏地将秧苗送入鸭嘴，秧苗被成行地栽入土中。此机构立苗率高，稳定性好。但速度相对较慢。 2 栽植机构方案的确定、工作过程分析 栽机方案的确定 经过对国内外在甜菜、油菜、棉花、烟草等钵苗移栽机栽植器的研究。本文对以下几种钵苗栽植机构进行了对比分析如表 2示： 通过对比上面三类栽植机构优缺点后，再借鉴滚筒覆土器集土原理和吊杯式栽植器的成穴原理，提出了一种新的设计。本设计的栽植器是基于二次定植原理（在栽植器中先将苗和土栽定好）的基础上设计的，主要为了解决膜下土不回造成的秧苗缓苗期长和基于 上滚筒栽植器的设计 - 9 - 成活率低等问题。是有 一定通用性的滚筒式移栽机栽植器，能够很好的配合自动取苗等设备，组建成全自动的秧苗移栽机。 表 1 三类栽植器对比分析 类型 通用性 栽植质量 结构与成本 吊杯（吊篮）式 适用于多种秧苗 喂入量不高、覆膜移栽效果有缺陷 结构复杂、造价高 导苗管式 多适用于钵苗 直立度好、不能覆膜种植 结构复杂、造价高 夹持式 多适用于裸苗 易伤苗、覆膜移栽困难 结构简单、成本低 该机构由滚筒（ 6）和支撑架（ 2）组成，圆形滚筒的一侧设有定盘（ 3），定盘设有圆形滚筒内腔相通的接苗筒（ 4），圆形滚筒的另一侧设有支撑架 （ 10），支撑架的外侧至少设有 1块圆心端向里，且与接苗筒的出口相对，圆形滚筒的圆周上设有均布的侧开式成穴器（ 7、 8），接苗口出口与成穴器想通，支撑盘与支撑架的中心设有转轴，圆形滚筒可绕转轴转动。其工作原理是：秧苗由人工或者机械投苗装置投入接苗筒中，秧苗通过接苗导轨 （ 1） 进入滚筒，秧苗顺势落入成穴部件中。当滚筒运动到一定位置时，成穴部件的压土板（ 8）受地面挤压将地膜拨开，玉米苗受重力一起掉落进成穴部件打开的孔穴中。 图 7 吊篮式栽植机构 如此，循环往复上述动作。成穴机构的开启时间与角度受可以跟随成穴部件铲板倾斜的角度来控制，秧苗运动和入土的动作同时进行，前一个动作必须先完成然后土壤才特点 基于 上滚筒栽植器的设计 - 10 - 能进入。其主要特点是 :整个机构，结构紧凑，操作方便，可靠性好，减少了机架的体积，增加了工作效率。钵苗刚被投入接苗筒到刚出接苗筒的过程的力学分析。 滚筒式栽植器接苗筒中秧苗下落示意图 钵苗在接苗筒上的受力分析图 图 8 旋转式栽植机 钵苗在导苗管上滑行的动力学分析 钵苗在导苗 管上的受力情况见图 5。 c o m g （ 2 （ 2 式中： G 钵体受到的重力； 接苗筒对钵体的支持力； 钵体与接苗筒的摩擦力； 接苗筒与水平方向夹角； 钵苗在接苗筒上的摩擦角。 根据运动学公式可得到： s i n c o s t a nm g m g m a （ 2 0 1 112s v t （ 2 10v v （ 2 式中： s 秧苗在接苗筒内的滑行距离； 1t 钵苗在接苗筒内的滑行时间； 0v 钵苗的初速度（默认钵苗被投入时相对于栽植器的初速度为零）； 基于 上滚筒栽植器的设计 - 11 - 1v 钵苗滑行至接苗筒末端的速度。 依据理论力学知识，可以把钵苗看成刚体进行分析，分析时忽略空气浮力。这个阶段，钵苗在重力和摩擦力以及接苗筒的支持力的作用 下，沿接苗筒的素线下滑，接苗筒的倾角直接影响其下滑的加速度，这时为了让钵苗尽快滑出接苗筒，接苗筒的倾角越大，对钵苗下滑越有利。 速原理 绝大多数农作物的秧苗都要求地上茎杆为直立状态（部分特殊作物除外，如番薯），因而对栽植工序或栽植质量的要求也都是直立状态。因此欲要保持栽植秧苗的直立状态，必须要求定植瞬间秧苗或钵苗相对静止状态，也就是说，秧苗在绝对静止直立状态下进行覆土压实，因而要求在机器连续前进运动的情况下，为每一个栽植秧苗创造瞬间的相对静止状态，以便完成定植工作。这就栽植机械的零速原理。 栽机膜上移栽 移栽机膜上移栽作业时不需要开沟器，地轮轴上的链轮通过链条将动力输送到栽植系统，同时，移植手（人力）将秧苗放入移栽器上旋转着的秧苗杯内，秧苗进入鸭嘴上方苗杯待栽，随着移植器的鸭嘴旋转到最低点时，开穴器（鸭嘴）刺破地膜，破土成穴。在压臂的作用下鸭嘴迅速打开，这时秧苗在自身营养体的重力下落入穴中，设在机架后部的注水装置，在移植器支臂的作用下开启，将肥，药水注入穴坑，完成整个移栽作业。 膜的选择 地膜覆盖是用透明或有色塑料薄膜把含有一定水肥的农田土壤从地面上封盖起来形成 不同于露地栽培的农田环 境，产生增温、保温、提墒保墒保持土壤疏松，保护和促进作物根系生长发育，进而促进早熟、增产和改善品质等作用，在一定程度上还有抑制杂草和上层土壤碱分的效应。机铺膜所选用的膜宽以大于畦（垅）宽 10 15膜卷得紧实、端面整齐、卷内无残膜、断头、扭曲、破膜等现象，膜芯质量好，最好用膜厚 超薄膜，以降低成本。 3 基于 筒栽植器关键部件的三维建模 本设计将利用 件，对主要的机构组成部分：接苗部件、存苗成穴部件、集土部件等主要组成部件以 及其它重要零部件进行尺寸设定以及整机模型建立。栽植机构模型的建立用来检验对侧开式成穴器和滚筒覆土器进行机构联合的设计思想，并在外观和机构动作上模拟真实的机构，以验证方案的可行性。在模型的建立之前，首先要进行相关的作物 尺寸和同类机具尺寸调研，为进一步的建立模型提供定义尺寸参照，基于 上滚筒栽植器的设计 - 12 - 建模准备工作完成后即对栽植机构进行三维模型的建立。 由著名的三维 件开发供应 商 司开发的三、维机械设计软件，是基于 台的三维 件，具有功能强大、技术创新等特点。件具有 3 个功能强大的应用模块，分别是零件模块、装配体模块和工程图模块，三个模块之间既相对独立，又相互联系。 基于 几何造型核心，同时支持 多种数据标准，可将多种机械 件如 等绘制的图形数据集成到自己的设计环境中作进一步改进使用。并且该软件提供了大量 数，使用户根据需要较为方便地进行二次开发， 本文主要用该软件的零件模块和装配体模块， 利用零件模块对机构模型的各个组成部件按照机构方案的设计要求进行建模，建模完成后利用装配体模块将零件进行装配，并且对其中部分零件进行加和操作 。 筒结构参数的确定 根据实际调研，黑龙江移栽机作业时机车的工作速度一般在 1km/h3km/h 之间。由于该设计滚筒靠机车的牵引前进，并且滚筒的一部分在运动过程中必须始终与地面保持接触才能使滚筒转动，因此滚筒的转速由机车前进速度的决定，二者之间存在如下的关系： 3 2N （ 3 2v （ 3 式中机车行驶距离； 滚筒滚动距离； N 滚筒转动圈数； v 机车工作速度； n 滚筒转速； R 滚筒半径。 查询文献数据可知，半径越小，滚筒转速越快。由于人工投苗速度有限（人工投苗速度为 45 /转速太快就容易出现漏苗。而半径过大又会造成机构臃肿。当滚筒半径 250，滚筒转速快不利于投苗、易漏苗；滚筒半径 400又造成机构重量大，工作时纵向稳定性较差。选滚筒直径时，综合前人的设计经验，最终选定半径R=300 基于 上滚筒栽植器的设计 - 13 - 图 9 滚筒 在草图平面上画出圆环大圆 R=300圆 R=295料厚度为 5过拉伸凸台命令生成三维实体，由于叶片是焊接在滚筒内的，因此将叶片与滚筒生成于同一个零件，最终通过抽壳、倒角等命令完成整体的三维建模。如图 9 所示。 植器结构设计 侧开成穴器成穴部件安装或焊接在滚筒外侧，它是由铲板和侧开式压土板组成。是该栽植器的核心部件之一，铲板焊接在滚筒外表面上，压土板与铲板铰接， 使压土板能够绕铰接轴做一定角度的开启。铲板是破膜成穴的主要部件，其运动轨迹决定孔穴的形状，是影响栽植器栽植性能的主要因素之一。根据玉米种植农艺要求，钵苗栽植深度为50时考虑到铲板根部的设计值为 1015定成穴器铲板的最终长度为 70据以往的经验将其倾斜角度（与焊接点切线方向的夹角）定为 40。左右压土板与铲板之间是通过轴铰接在一起的。左右压土板在滚筒转动到一定位置的时候，受地面的反作用力绕铰接轴旋转一定角度，分别向左右两侧打开，此时钵苗和松土在自身重力的作用下掉落到空穴中。压土板的高度 与铲板相配合为 50除铲板根部尺寸），宽度是由钵苗的尺寸决定的，实际测量和资料收集钵苗基体一般为 1 5 m m 3 0 m m 4 5 m m，苗株叶宽为 80右，确定左右压土板的宽度各为 50可满足结构设计要求。如图3示。 基于 上滚筒栽植器的设计 - 14 - 图 9 侧开成穴机构 成穴部件安装或焊接在滚筒外侧，是由成穴器铲板和成穴器动板以及转轴弹簧组成。首先定义好工作环境及零件材料，在草图平面上画出各零件基本图形铲板长度为70板长度为 50度各为 50后经过拉伸、切除、倒角等特征生成。成 穴部件（仅表示关键零件）三维模型如图 10 所示： 图 10 侧开成穴机构 苗筒的设计 由于玉米等作物会由于在育苗期间肥水和温度不均，造成钵苗枝叶有差异，接苗简直径大小直接影响落苗的通畅性，为了不影响落苗的通畅性，根据试验测定的秧苗尺寸确定接苗简直径为 80。接苗筒的长度不宜过短，一般比秧苗高度稍微长一些。否则，钵苗枝叶容易将其挂起，将接苗筒的始端制作成喇叭口，这样既减少挂苗又能使枝叶快速合拢，而当合拢后的钵苗仅克服重力向下滑落便很顺利。可在接苗筒上边沿包覆橡胶圈或者塑料圈，用于保护钵苗枝叶合 拢时不受伤。接苗筒如图，其安装角度可以在4080（与水平面）、 1060（与轴向）范围内调整，接苗筒长度为 180度为50度为 70过拉伸、切除扫描等特征生成，接苗器三维模型如图 3 基于 上滚筒栽植器的设计 - 15 - 图 11 接苗筒 4 栽植机构的虚拟装配及干涉检查 拟仿真特点 机构的运动学参数和动力学参数反映了机构的工作性能，是认识、评价机构或者改进、创造新机构的重要内容。相对于传统机械设计方法靠经验不断返工，现在可以利用各种分析 图 12 传统设计方法 软件进行力学分析和运动分析，在 虚拟环境下修改参数直到合适。传统的研发方法从设计到生产是一个顺行过程，这种研发方法研究时间漫长、研究过程中人力物力投入大，难以达到优质高效的目的，如图 4示。 而虚拟样机技术从系统角度出发，对产品从整体方面的优化，强调在系统层次上模拟产品的外观、功能和特定环境下的行为。它基于并行工程，在产品的概念设计阶段就可以迅速分析其合理性，可以同时比较多种设计方案，快速确定影响性能的结构参数，预测产品在真实工作状况下的特征，在虚拟设计软件中做到反复修改直到获得最优的机构参数，如图 4示。 基于 上滚筒栽植器的设计 - 16 - 图 13 现代设计 方法 筒式栽植器的装配 将移栽机栽植机构的所有零部件完成实体建模后，对其整体进行装配。装配方法：首先进入装配体模式下，采用自下而上的装配方法，将零部件依次插入，通过基准面配合、面重合、平行，垂直、同轴，等各种配合关系将零部件合成一个整体，如图 4 图 14 滚筒式栽植器的装配 植器的干涉检查 在 户可以进行两种形式的干涉检查：动态干涉检查和静态干涉检查。用户可以对整个装配体或在装配体中选定的零部 件之间进行静态的干涉检查，也可以在使用“移动零部件”或“旋转”零部件命令的过程中对装配体进行动态的干涉检查。碰撞检查旋转或移动零部件的过程中，可以进行动态的干涉检查或动态计算零件间的间隙。移动或旋转时产生干涉的部分，以深绿色在图形区域进行显示。如图 1所示，在移动或旋转零部件的 项】标签中选择【碰撞检查】单选按钮，可以指定碰撞检查的方式：选择【所有零部件之间】单选按钮，运动过程中检查装配体中所有零部件的干涉情况。选择【这些零部件之间】单选按钮，仅对所选择的零件进行干涉检查。 选中【仅被拖动的零件】复选框，在图形区域只显示被拖动零件和其他零件的干涉情况。选中【碰撞时停止】复选框，在移动或旋转零部件时遇到阻挡时停止运动，同时显示受碰撞的部分。 碰撞检查是在动态计算零部件的间隙时，在图形区域显示运动的零部件和所选零部基于 上滚筒栽植器的设计 - 17 - 件之间的最小距离 ，在 态间隙】复选框可以进行动态的间隙计算。激活【检查间隙范围】列表框，指定动态间隙的零部件。 单击【恢复拖动】按钮，在图形区域移动或旋转零部件。单击【碰撞时停止】按钮并设定最小的间隙值，可以在零部件运动过程中产生最小 值时停止。 在装配完栽植机构所有零件后，如果结构设计不合理或者尺寸有偏差，在样机的装配过程中会出现干涉现象，以往的设计方法只能等到实际生产中才能发下问题，但是在很容易找到干涉所在。装配完成后在软件中点“干涉检查”按钮，可以得到结果如图 4 图 15 干涉检查 5 栽植机构的运动速度分析 植器个数及与株距之间的关系 由于栽植器是与成穴器一一对应且均匀焊接滚筒内的、成穴器的数量必然与株距存在如下的关系（已确定滚筒半径 R =300： L式中： C 滚筒周长； 栽植器数量 L 株距 表 2 栽植器数量与株距之间的关系 N （个） 3 4 5 6 7 L （ m） 于 上滚筒栽植器的设计 - 18 - 从表 3可以看出随着 栽植器 数量的增加，株距不断减小。而玉米的农艺要求玉米的株距为 20表 3中栽植器数量为 5或者 6的时候均满足农艺对株距的要求，但是为了提高栽植效率，将接苗器的数量设计为 6。 植器的运动速度的确定 由于滚筒式栽植器的特殊性，在假设不漏苗的前提下，投苗速度影响机车速度，机 车速度对滚筒转速又有决定性影响。但是由于投苗速度的限制（默认是人工投苗，投苗 速度为 4590 株 /结合本设计结构特征，则机车的速度与滚筒转速及人工投苗的 速度有如下表的关系 (计算公式前面已经阐述 )： 表 3 速度关系 分析 人工投苗 50 株 /分 60 株 /分 70 株 /分 80 株 /分 90 株 /分 滚筒速度 s s s s s 机车速度 240mm/s 330mm/s 360mm/s 420mm/s 480mm/s 机车的运动速度过大不仅易造成漏苗，也会导致集土不充分，因此仿真时统一采用的机车速度将表中 420mm/s 作为参考，相对应滚筒转速为 80s。接苗筒的倾斜角度不能过小，过小会延长秧苗下落时间，从而造成漏苗。倾斜严重也会使钵苗的运动形态变化 过多影响理论分析。通过对文献的查阅和对钵苗物理特性的测试得出，钵苗的摩察系数在 擦角在 间变化。本设计取