玉米秧苗移栽機的設計

李曉月，陽潮聲，袁付偉，陳夢琪

(廣西大學 機械工程學院，南寧 530000)

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玉米秧苗移栽機的設計

李曉月，陽潮聲，袁付偉，陳夢琪

(廣西大學 機械工程學院，南寧 530000)

在總結現有機型優缺點的基礎上，設計了一種新型玉米秧苗移栽機，能夠一次性完成開溝、栽苗、覆土及鎮壓等工序。該機器由栽植機構、輸送機構、開溝器、鎮壓輪、覆土機構、傳動機構、懸掛部分及輔助部分等組成。為此，重點介紹了栽植機構、傳動機構、輸送機構以及機架及輪架的設計。栽植機構由曲柄搖桿機構演化而來，連桿作為栽植臂；傳動機構采用齒輪及鏈輪傳動；輸送機構采用滾筒和皮帶。實驗證明：該機栽植效率在85%以上，性能穩定，栽植速度較高，減少了栽植手的疲勞強度，給農民帶來較大的方便。

移栽機;玉米秧苗;傳動機構;栽植機構;輸送機構

0 引言

玉米的種植方式分為兩種，即播種和移栽。在我國北方的高寒地區，東北三省實行玉米移栽的方式，而其他地區多采用播種的方式。玉米移栽是提高玉米產量和質量的重要措施，但目前移栽的機械化程度不高，多以半自動的為主，需要人工送苗、喂苗[1]。

目前，我國主要的移栽機包括鉗夾式、水輪式、吊杯式、吊籃式、撓性圓盤式及導管苗式等[2]，如2YZ系列玉米秧苗移栽機、2BZ系列玉米秧苗移栽機[3]，這些機構移栽效率低、自動化程度不高、互換性差、適應能力低。因此，在現有機型的基礎上設計了一種新型的玉米秧苗移栽機，設計和改進栽植機構，提高了栽植速度，減少了栽植手的疲勞強度。該機構借鑒插秧的工作原理，采用曲柄搖桿栽植機構，可在曲柄運動1個周期內完成取苗和栽苗的過程，提高了玉米移栽的效率[4]。

1 結構及工作原理

玉米秧苗移栽機主要由動力傳動部分、栽植機構、輸送機構、開溝器及鎮壓輪等部分組成，如圖1所示。傳動部分靠行走輪的轉動把動力通過行走輪傳動鏈傳遞給水平傳動軸；經過水平橫向的傳動后，動力從水平傳動軸分成兩部分，一部分靠鏈條傳給栽植機構成為栽植機構的動力來源；另一部分通過鏈條、錐齒輪傳遞給水平輸送皮帶。此外，整個機器用U型螺栓固定于懸掛架上，單體之間靠橫軸接聯軸器把動力傳遞過去，懸掛架設有懸掛機構，連接在農用拖拉機上。

1.輸送帶 2.接苗斗 3.從動錐齒輪 4.主動錐齒輪 5上凸輪擋塊 6.機架 7.秧夾 8.懸掛架 9.栽植臂 10.曲柄 11.搖桿 12.下凸輪擋塊 13.開溝器 14.水平傳動軸

工作時，由輸送帶、接苗斗、栽植機構的相互配合實現整個栽植過程，首先玉米秧苗靠輸送帶的運輸，掉落在常閉的接苗斗內，等待秧夾運動經過接苗斗接住秧苗并夾緊，在栽植臂的帶動下往復運動。秧夾的打開和關閉靠上下安裝的上凸輪擋塊和下凸輪擋塊實現，在接苗時打開然后夾住接苗斗里的秧苗。接苗斗是一個具有一定斜度安裝彈簧的對開的常閉容器，打開靠的是秧夾的作用力。當秧夾運動到底部時，凸輪擋塊推動秧夾桿，使左右秧夾桿脫離彈簧的束縛，秧夾打開，使秧苗落到開溝器開好的溝里；接著開溝器的土壤回落到秧苗的根部,由后面的鎮壓輪壓實，實現整個移栽過程。

2 關鍵部件的設計

2.1 動力傳動部分

根據機具的大體布局，確定傳動布局，機具采用行走輪作為傳動的動力來源，主要是因為行走輪傳動能滿足機具的動力需求，同時行走輪可以設計成螺旋調節機構，通過調節機具的高度以滿足不同的地形和農藝要求。傳動裝置結構如圖2所示。

1.軸承座 2.滾筒 3.鏈條 4主動錐齒輪 5.從動錐齒輪 6.鏈條 7.水平傳動軸 8.聯軸器 9.鏈條 10.行走輪安裝盤

11.曲柄 12.運動曲線 13.秧夾安裝座

圖2 傳動裝置結構圖

工作時，通過行走輪傳動鏈將動力傳送至水平傳動軸上，水平傳動軸經過水平橫向輸送之后到達機具另一側。水平傳動軸上安裝1個大鏈輪和1個小鏈輪，動力在此處一分為二：一方面，大鏈輪通過鏈條和惰性鏈輪、曲柄鏈輪把動力傳遞給栽植臂的曲柄，從而帶動栽植機構工作，此處采用惰性鏈輪是因為栽植臂的轉向和行走輪的旋轉方向相反。另一方面，水平傳動軸上的小鏈輪通過鏈條傳給短軸，然后靠一對傳動比為1的錐齒輪換向傳給輸送滾筒，作為輸送機構的動力。正常工作時，栽植機構和輸送機構配合工作，兩者之間滿足一定的傳動關系。

2.2 栽植機構的設計

栽植機構選用曲柄搖桿式，該機構的運動軌跡如圖3所示。該軌跡滿足了垂直栽植的要求，也可以模擬手工栽植的上下運動。當秧苗到達底部時，栽植手停留時間較短，不影響后續的工序，減少了土壤對秧夾頭部的作用。四桿的連接長度分別為a=80mm，b=180mm,c=140mm，d=170mm。其中，a為曲柄，也是主動桿；c為搖桿；b是固定桿；d作為連桿同時也是栽植臂。各桿件靠銷軸連接，搖桿通過鍵和動力軸連接。

圖3 栽植機構運動軌跡示意圖

該機構在連桿的端部裝上秧夾，且秧夾靠套筒和螺栓連接，使得秧夾可以自由轉動。栽植機構結構如圖4所示。秧夾的開關通過擋板和復位彈簧控制，機構向上運動到一定的位置時，打開秧夾，接住秧苗，然后向下運動到一定的栽植位置時靠凸輪擋塊的推動作用打開秧夾，使秧苗落下[5]，如此循環工作。

1.秧夾 2.復位彈簧 3.固定螺栓 4.安裝架 5.栽植臂

秧夾是一個對稱的結構，有左右秧夾桿、夾板和復位彈簧組成，作用是夾住秧苗，跟隨栽植臂一起運動。秧夾設計成常閉形式，復位彈簧控制秧夾的關閉，凸輪擋塊控制秧夾的打開。

2.3 輸送機構的設計

采用了一橫向的輸送橡膠帶來輸送秧苗，這樣在人工上苗時能有多個上苗點，減小栽植手的疲勞強度。輸送帶和栽植機構通過內聯系傳動鏈協調工作。

輸送帶主要由3部分組成，即皮帶、兩個滾筒和錐齒輪，如圖5所示。

1.滾筒 2.皮帶 3，4.嚙合的錐齒輪 5.擋板 6.側孔 7.軸承座

滾筒由直徑為60mm空心圓鋼焊接而成，在滾筒兩端的筒臂上分別焊接了5個均勻分布的凸臺，凸臺和輸送帶上的孔配合，帶動皮帶運動，也防止皮帶打滑。皮帶采用的是輸送橡膠軟皮帶。適宜栽植的玉米高度約為10～15cm，因此設計皮帶寬度為180mm[6]。間隔擋板均勻地固定在皮帶上，間隔擋板的數量為14塊；此外，皮帶上每側都打有側孔，每側打25個側孔。

2.4 接苗斗的設計

接苗斗結構如圖6所示。

1.安裝架 2.復位彈簧 3.左擋片 4復位彈簧 5.右擋片

秧苗是經人工運送到輸送帶的，經過一小段距離的運輸，掉落到接苗斗里，等待秧夾的夾取。接苗斗是一個漏斗狀的盛苗盤，由對稱的兩薄板組成，在薄板的轉軸上安裝彈簧；接苗斗的下方呈倒V形，主要是為了讓秧夾能順利地打開接苗斗。工作時，秧夾向上運動打開秧夾，秧夾傳遞作用力給接苗斗，接苗斗打開，秧苗掉下，夾住秧苗，然后在彈簧的作用下接苗斗再次閉合[7]。

整個接苗斗安裝在安裝架上，如圖7所示。接苗斗主要由厚度為1.2mm的鈑金制成，輕便靈活，且工藝性好。

圖7 機架結構圖

2.5 機架的設計

機架整體框架是由30mm×30mm×3mm、60mm×60mm×5mm、50mm×3mm×5mm等方鋼管和矩形鋼管焊接而成，機架上安裝軸的地方使用的是6mm厚的鋼板，其他地方為了減輕質量采用的是2mm厚的薄板。

2.6 輪架的設計

輪架用于固定行走輪。為適應不同的農藝要求和地形，行走輪的高度必須設置為可調式的，參照已有結構再結合該機具的尺寸和結構需求，設計了如圖8所示的輪架，調節時可通過旋轉上邊的螺旋桿調整軸調整。輪架的旋轉軸和整個輪架用U型螺栓固定在拖架上。

圖8 輪架結構圖

3 性能試驗結果

通過計算得行走輪的最大轉速為12.31r/min，最大栽植速度為84株/min。栽植要求：移栽機可以在不同硬度的土壤中工作，株距合格率在85%以上。選擇的土壤分別為新耕地、麥茬地、稻茬地、泥地[8]；每種土壤栽植5行秧苗，每次試驗選取100株長勢均勻的秧苗。秧苗的尺寸參數如表1所示，機器的性能試驗結果如表2 所示。

表1 玉米秧苗尺寸參數表

表2 玉米移栽機性能試驗結果

由試驗結果可知：秧苗在新耕地里栽植深度一致性比較好，株距也較合理，秧苗重播率、漏播率都較小；在泥地里栽植深度一致性較差，株距合格率較低，行走輪最容易發生滑移。

4 結論

該玉米秧苗移栽機性能穩定，栽植均勻性比較好，適應性比較強，株距、行距滿足玉米移栽農藝要求，突破了以往自動移栽的技術瓶頸，為以后的研究提供了參考依據[9]。但是，該機器還存在一些問題，如栽植機構不夠靈活，調節不方便；輸送機構不夠緊湊；傳動部分也過于復雜；鎮壓輪和開溝器的可調性差。另外，也需要進一步增加玉米秧苗移栽機的附加功能，如鋪膜、起壟、補水、施肥等功能，既可提高機具的工作效率，也可節省過多的勞動力輸入，對大面積推廣玉米移栽有著很重要的意義[10]。

[1] 宋小雨，張晉國，王學良，等.玉米移栽機自動送苗裝置的研究[J].農機化研究,2013，35(2):85-88.

[2] 史志清.玉米自動移栽機關鍵部件的研究[D].北京：中國農業大學,1998.

[3] 金攀,劉強.栽植機械的主要類型及性能特點[J].現代化農業,2012(3):67.

[4] 付曉明，張偉，牛釗軍.栽植機構的運動學建模與參數優化[J].農機化研究，2013,35(10)：11-14.

[5] 肖明濤，孫松林，羅海峰.雙平行多桿栽植機構運動學分析與試驗[J].農業工程學報，2014,30(17)：25-30.

[6] 胡波,侯林山.玉米秧苗移栽機械化綜合研究[J].中國農機化,1997(3):41-42.

[7] 劉敏，張明，緒言，等.2ZBZ-2A型移栽機栽植機構運動學分析與試驗[J].農機化研究,2015，35(11)：31-36.

[8] 宋小雨.帶有自動送苗機構的玉米秧苗移栽機的研制[D].保定：河北農業大學，2013.

[9] 牛釗軍,張偉，付曉明.全自動玉米缽育移栽機移栽機發展趨勢的研究[J].農機化研究，2014，36(7)：242-243.

[10] 徐麗明，張鐵中，史志清.玉米自動移栽機取苗機構的設計[J].中國農業大學學報，2000(4)：58-60.

Design of Corn Seedling Transplanter

Li Xiaoyue, Yang Chaosheng, Yuan Fuwei, Chen Mengqi

(Institute of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530000，China)

Based on the advantages and disadvantages of the existing models, a new kind of corn seedling transplanter is designed. It can ditch,plant seedling,cover the soil,suppress the soil. It are made of planting seedling mechanism,conveying mechanism,furrow opener,press wheel,overbite soil mechanism,transmission mechanism,suspension part,supplementary part and so on. Planting seedling mechanism,transmission mechanism,conveying mechanism,frame and wheel carrier are introduced in detail. Plant seedling mechanism is evolved from crank and rocker mechanism, connecting rod is regarded as planting arm；gear transmission and chain transmission are applied into the transmission mechanism; drum and belt are applied into the conveying mechanism.The practical production proves that the efficiency of the machine is 85%,planting speed is high. It reduces the fatigue strength of planting hand and it is convenient for farmer.

transplanting; corn seedling；transmission mechanism；planting seedling mechanism；conveying mechanism

2016-05-22

廣西教育科學“十二五”規劃項目(2015C343)

李曉月(1993-)，女，濟南人，碩士研究生，(E-mail)15578804947@163.com。

S223.92

A

1003-188X(2017)07-0117-04