蔬菜缽苗雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構的製作方法

2023-05-26 17:29:21 2

本發明屬於農業機械領域，尤其涉及適合於全自動蔬菜缽苗移栽要求的一種具有取栽一體化特點的雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構。

背景技術：

我國蔬菜種植具有精耕細作的傳統，由於人多地少的資源條件，決定了我國蔬菜種植需結合我國經濟技術條件，走標準化、低成本的發展之路。機械化種植將成為我國蔬菜種植未來發展的另一個主導性技術。

「移栽機構」是蔬菜移栽機工作部件，在旱田移栽機上處於國際領先地位的歐共體蔬菜移栽機的核心工作部件一般由3套或4套裝置組成，完成取苗、輸送和栽植3個動作，結構複雜、成本高、效率低。為了簡化機構，日本研製的蔬菜缽苗移栽機採用了兩套機構，將其中取苗和輸送裝置合二為一，採用了迴轉和滑道機構相結合的方式完成取秧和輸送的複雜動作。但是由於增加了滑道機構，大大降低了生產效率，每分鐘只能移栽40次。工作時間久了，滑道易磨損，工作可靠性難以保證。

目前國內應用的移栽機多為人工半自動移栽機械，主要有撓性圓盤式、鏈夾式、導苗管式和吊籃式等機型。要求操作人員餵苗準確、迅速、不能間斷，效率低下、勞動強度大，導致整機工作效率低下，一般國內移栽機的作業效率只相當於人工的5-15倍，遠低於耕整、收穫等機械相對於人工作業的效率。高效、輕簡化全自動缽苗移栽機是未來大面積移栽作業的發展方向。

我國在取栽一體自動蔬菜移栽機應用方面還是空白，其研究工作剛剛起步。通過文獻查新，國內幾乎未見有關開展取栽一體全自動蔬菜移栽機自主創新研究方面的文獻報導，還缺乏對取栽一體自動移栽機構的工作機理和理論研究，只有對取苗，栽苗分別由去苗機構和栽苗機構自動蔬菜移栽機有相關研究。

目前，國內對蔬菜取栽一體式全自動移栽機構的研究和開發基本屬於仿造，沒有對國外的移栽機進行重大的改進和技術上的突破，而且國外移栽機結構複雜，價格昂貴，且難適應我國的農藝要求，在國內推廣難度很大。因此設計一種新型取栽一體全自動蔬菜缽苗移栽機構已成為我國蔬菜種植業發展的迫切需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供應用於全自動蔬菜缽苗取栽一體移栽要求的一種雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是：

本發明包括傳動箱、主動鏈輪、鏈條、中心鏈輪、中心軸、一級行星輪系、二級上行星輪系、二級下行星輪系、上移栽臂和下移栽臂；中心軸和主動鏈輪軸均通過軸承支承在傳動箱上，固定在主動鏈輪軸上的主動鏈輪與固定在中心軸上的中心鏈輪通過鏈條連接；兩個一級行星輪系對稱設置在中心軸兩端，一級行星輪系兩端通過一級上行星軸和一級下行星軸分別連接二級上行星輪系和二級下行星輪系。

所述的一級行星輪系包括一級齒輪箱、中心圓齒輪、一級上行星圓齒輪、一級下行星圓齒輪、一級上行星軸、一級下行星軸、上偏心輪、上連杆、上搖杆、下偏心輪、下連杆和下搖杆。所述的一級齒輪箱固定在中心軸端部；中心圓齒輪空套在中心軸上，並與傳動箱通過牙嵌式法蘭嵌套固定；所述的一級上行星軸和一級下行星軸通過軸承對稱支承在一級齒輪箱兩端；一級上行星圓齒輪空套在一級上行星軸上；一級下行星圓齒輪空套在一級下行星軸上；所述的中心圓齒輪同時與一級上行星圓齒輪和一級下行星圓齒輪嚙合；上偏心輪固定在中心圓齒輪上；上搖杆的一端固定在一級上行星軸上；上連杆的兩端分別與上偏心輪和上搖杆的另一端鉸接；下偏心輪固定在中心圓齒輪上；下搖杆的一端固定在一級下行星軸上；下連杆的兩端分別與下偏心輪和下搖杆的另一端鉸接。

所述的二級上行星輪系包括二級上齒輪箱、二級上中心圓齒輪、二級上行星圓齒輪和二級上行星軸。所述的二級上齒輪箱與一級上行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定；二級上中心圓齒輪空套在一級上行星軸上，並與一級上行星圓齒輪通過牙嵌嵌套固定；所述的二級上行星軸通過軸承支承在二級上齒輪箱上；二級上行星圓齒輪固定在二級上行星軸上，並與二級上中心圓齒輪嚙合。所述的二級下行星輪系包括二級下齒輪箱、二級下中心圓齒輪、二級下行星圓齒輪和二級下行星軸。所述的二級下齒輪箱與一級下行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定；二級下中心圓齒輪空套在一級下行星軸上，並與一級下行星圓齒輪通過牙嵌嵌套固定；所述的二級下行星軸通過軸承支承在二級下齒輪箱上；二級下行星圓齒輪固定在二級下行星軸上，並與二級下中心圓齒輪嚙合。

所述的二級上行星軸伸出二級上齒輪箱外的一端與上移栽臂的栽植臂殼體固定，二級下行星軸伸出二級下齒輪箱外的一端與下移栽臂的栽植臂殼體固定。

所述的上移栽臂和下移栽臂的結構完全一致。

所述中心圓齒輪、一級上行星圓齒輪與一級下行星圓齒輪的幾何參數完全相同，二級上中心圓齒輪與二級下中心圓齒輪的幾何參數完全相同，二級上行星圓齒輪與二級下行星圓齒輪的幾何參數完全相同。

所述上連杆與上偏心輪的鉸接中心為上偏心輪的幾何中心，下連杆與下偏心輪的鉸接中心為下偏心輪的幾何中心，上偏心輪和下偏心輪偏心距均為46cm。

本發明的有益效果是：

1、本發明具有周轉輪系傳動比特性，又具有偏心輪搖杆機構的擺動特性，通過調節一級行星輪系、二級行星輪系的傳動比大小，以及通過改變各行星軸的軸心位置，使得上、下移栽臂的秧爪取苗軌跡和姿態準確，栽植位置準確，取秧擺角即取秧前和取秧後移栽臂轉角為21.5°，能較好地實現直取秧，實現旱地穴槽式栽植。

2、本發明移栽臂夾片通過夾取蔬菜秧苗土缽進行取秧，有效避免了夾片與蔬菜缽苗葉片的幹涉，取苗深度超過40mm，保證秧苗從缽盤中拔出，取秧角為8°，推秧角為67.3°，兩者差值為59.3°，栽苗深度超過35mm，能保證栽苗直立度和立苗率。

3、本發明解決了二級齒輪箱式周轉輪系移栽機構在轉動過程中，推秧凸輪與撥叉之間不能實現整周迴轉的問題，大大簡化了推秧凸輪的結構設計，推秧凸輪相比之前結構更加簡單，輪廓更加完整，強度更大，可靠性更高，提高了機構的可靠性，更加具有推廣價值。

4、本發明工作穩定，機械化程度高，取苗深度大，在取秧過程中能較好地保持完整的根系，不傷苗，極大地縮短了蔬菜秧苗的返青周期，增產效果顯著，有利於推廣應用。

5、本發明用一套機構替代現有蔬菜移栽機的多套機構，提出一種能實現全自動移栽，也就是將取秧、輸送、栽植三個動作結合起來，用一套機構高效的完成上述三個動作的取栽一體式蔬菜移栽機構，相比原有隻取苗夾土缽式蔬菜移栽機有巨大進步。移栽效率相比現有半自動蔬菜移栽機提高一倍以上。

附圖說明

圖1是本發明的機構運動簡圖。

圖2是本發明的輪系嚙合裝配示意圖。

圖3是本發明的二級上中心圓齒輪與一級上行星圓齒輪嵌套示意圖。

圖4是本發明的上偏心輪搖杆機構示意圖。

圖5是本發明的總傳動比變化示意圖。

圖6是本發明的上、下移栽臂結構剖視示意圖。

圖7是本發明的俯視示意圖。

圖8是本發明的移栽軌跡示意圖。

圖9是本發明的取秧位置示意圖。

圖10是本發明的推秧位置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施實例對本發明作進一步說明。

如圖1和7所示，蔬菜缽苗雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構，包括傳動箱27、主動鏈輪28、鏈條26、中心鏈輪1、中心軸2、一級行星輪系、二級上行星輪系、二級下行星輪系、上移栽臂21和下移栽臂14；中心軸2和主動鏈輪軸29均通過軸承支承在傳動箱27上，固定在主動鏈輪軸29上的主動鏈輪28與固定在中心軸2上的中心鏈輪1通過鏈條26連接；兩個一級行星輪系對稱設置在中心軸2兩端，一級行星輪系兩端通過一級上行星軸18和一級下行星軸6分別連接二級上行星輪系和二級下行星輪系。

如圖1、2和4所示，一級行星輪系包括一級齒輪箱9、中心圓齒輪15、一級上行星圓齒輪25、一級下行星圓齒輪8、一級上行星軸18、一級下行星軸6、上偏心輪22、上連杆23、上搖杆24、下偏心輪3、下連杆4和下搖杆7。一級齒輪箱9固定在中心軸2端部；中心圓齒輪15空套在中心軸2上，並與傳動箱27通過牙嵌式法蘭嵌套固定；一級上行星軸18和一級下行星軸6通過軸承對稱支承在一級齒輪箱9兩端；一級上行星圓齒輪25空套在一級上行星軸18上；一級下行星圓齒輪8空套在一級下行星軸6上；中心圓齒輪15同時與一級上行星圓齒輪25和一級下行星圓齒輪8嚙合；上偏心輪22固定在中心圓齒輪15上；上搖杆24的一端固定在一級上行星軸18上；上連杆23的兩端分別與上偏心輪22和上搖杆24的另一端鉸接；下偏心輪3固定在中心圓齒輪15上；下搖杆7的一端固定在一級下行星軸6上；下連杆4的兩端分別與下偏心輪3和下搖杆7的另一端鉸接。

如圖1、2和3所示，二級上行星輪系包括二級上齒輪箱16、二級上中心圓齒輪17、二級上行星圓齒輪19和二級上行星軸20。二級上齒輪箱16與一級上行星軸18伸出一級齒輪箱9外的端部固定；二級上中心圓齒輪17空套在一級上行星軸18上，並與一級上行星圓齒輪25通過牙嵌嵌套固定；二級上行星軸20通過軸承支承在二級上齒輪箱16上；二級上行星圓齒輪19固定在二級上行星軸20上，並與二級上中心圓齒輪17嚙合。二級下行星輪系包括二級下齒輪箱10、二級下中心圓齒輪11、二級下行星圓齒輪12和二級下行星軸13。二級下齒輪箱10與一級下行星軸6伸出一級齒輪箱9外的端部固定；二級下中心圓齒輪11空套在一級下行星軸6上，並與一級下行星圓齒輪8通過牙嵌嵌套固定；二級下行星軸13通過軸承支承在二級下齒輪箱10上；二級下行星圓齒輪12固定在二級下行星軸13上，並與二級下中心圓齒輪11嚙合。

圖4中，以上偏心輪22、上連杆23和上搖杆24組成的上偏心輪搖杆機構為例，中心圓齒輪15與上偏心輪22固定；p點為上偏心輪22和中心圓齒輪15的轉動中心，q點為上偏心輪22的幾何中心；上連杆23與上偏心輪22的鉸接中心為上偏心輪22的幾何中心q，上偏心輪偏心距為46cm。

二級上行星軸21伸出二級上齒輪箱16外的一端與上移栽臂21的栽植臂殼體固定，二級下行星軸6伸出二級下齒輪箱10外的一端與下移栽臂14的栽植臂殼體固定；上移栽臂21和下移栽臂14的結構完全一致。

如圖6所示，以上移栽臂為例，移栽臂殼體32固定在二級上行星軸20上；推秧凸輪34固定在二級上齒輪箱16上，並空套在移栽臂殼體32內；推秧杆31與移栽臂殼體32構成滑動副；推秧杆31尾部與移栽臂殼體32通過彈簧35連接，頭部伸出移栽臂殼體32外；撥叉33底端鉸接在移栽臂殼體32內，頂端與推秧杆31中部的滑槽構成滾動摩擦副；撥叉33底端與推秧凸輪34構成凸輪副；兩片夾片30對中設置，且分別嵌入固定在推秧杆31頭部的限位槽的兩個夾槽內；夾片30的尾部與移栽臂殼體32固定，頭部自由設置。

如圖2所示，中心圓齒輪15、一級上行星圓齒輪25與一級下行星圓齒輪8的幾何參數完全相同，二級上中心圓齒輪17與二級下中心圓齒輪11的幾何參數完全相同，二級上行星圓齒輪19與二級下行星圓齒輪12的幾何參數完全相同。

該蔬菜缽苗雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構取秧角為8°，推秧角為67.3°，兩者差值為59.3°，保證植苗直立度和立苗率，取秧擺角為21.5°，取苗深度為42.4mm，栽苗深度為36.5mm，一級齒輪箱最小離地間隙為32mm，一級齒輪箱初始安裝角為90°，軌跡高度為305mm。

該蔬菜缽苗雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構的工作原理是：

動力由傳動箱27內的主動鏈輪28經鏈條26傳遞到中心鏈輪1上，帶動中心軸2轉動，中心軸2帶動一級齒輪箱9轉動，一級齒輪箱9內，空套在中心軸2上與傳動箱27固定的中心圓齒輪15分別與一級上行星圓齒輪25和一級下行星圓齒輪8嚙合。當一級齒輪箱9相對於中心圓齒輪15轉動時，發生牽連運動，由於上偏心輪22和下偏心輪3與中心圓齒輪15固定，一級齒輪箱9轉動過程中帶動上連杆22和下連杆3，隨之帶動上搖杆24和下搖杆7，由於上搖杆24與一級上行星軸18固定，下搖杆7與一級下行星軸6固定，偏心輪搖杆機構帶動兩個二級行星輪系，使二級齒輪箱16相對一級齒輪箱9擺動，在輪系作用下，二級上行星軸20與二級上齒輪箱16發生相對轉動，即移栽臂殼體32與推秧凸輪34發生相對轉動，轉動過程中，由於彈簧35作用，推秧杆31與撥叉33相互碰撞，使得撥叉33始終與推秧凸輪34接觸，在轉動過程中，由於推秧凸輪34的非圓輪廓線作用，撥叉33相對移栽臂殼體32轉動，帶動推秧杆31相對移栽臂殼體32前後移動，由於推秧杆31上的限位槽兩個夾槽的作用，在推秧杆31和移栽臂殼體32相對平動過程中，夾片30實現連續的夾緊、放開動作，在夾緊時取苗，放開時推秧杆31迅速彈出栽苗。

該蔬菜缽苗雙行星架偏心輪搖杆組合式移栽機構的總傳動比曲線如圖5所示，由此傳動特性實現如圖8所示的移栽軌跡，按箭頭所示方向運動，在a點即圖9所示位置取秧，在b點即圖10所示位置推秧，從而實現蔬菜秧苗的機械化移栽。