甜葉菊鴨嘴式移栽裝置的研發(fā)與設(shè)計

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 胡瑞萌 王樂天 胡雨裳 張津瑞 邢宇

引言

甜葉菊原產(chǎn)于南美拉圭和巴西交界的高山草地，1977年被我國引入栽培[1]。因其甜度高、熱量低，且具有一定的藥理作用，現(xiàn)已作為膳食和藥物并廣泛應(yīng)用。甜葉菊殘渣中豐富的微量元素、有機質(zhì)，也使其出現(xiàn)在動物飼料、有機肥料中[2]。20世紀60年代，我國旱地移栽機械研究逐漸起步，但是農(nóng)機的發(fā)展忽略了農(nóng)藝需求，且缺乏科學(xué)技術(shù)解決移栽機械研究中遇到的難題，使移栽機械設(shè)備的發(fā)展受到擱淺[3]。盡管甜葉菊在中國的產(chǎn)量巨大，但種植機械的發(fā)展速度較低，嚴重限制了甜葉菊在中國的廣泛種植和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[4]。

目前，我國甜葉菊移栽方式主要有兩種:人工移栽和機械移栽。人工移植主要包括整地起壟、除草、覆膜、移栽、覆土等幾個步驟，效率偏低且需要大量勞動力[5-6]。現(xiàn)階段，甜葉菊的移栽主要以半自動化機械裝備為主。但是總體來講，我國研制使用的移栽機械目前仍處于起步階段，且大多數(shù)是由蔬菜移栽器械改裝，不僅不適用于甜葉菊的移栽，而且操作復(fù)雜。

由此可見，我國甜葉菊移栽機械設(shè)備的研究與生產(chǎn)亟待解決。本文介紹一種鴨嘴移栽機械，結(jié)構(gòu)簡單且操作簡易，此移栽機主要用于甜葉菊壟上覆膜移栽。鴨嘴式移栽機靠鴨嘴刺破地膜，并在膜下成穴，對于薄膜的破壞較小，并且可滿足多種不同作業(yè)需求，對甜葉菊的種植發(fā)展有著長足作用。

1 鴨嘴移栽裝置總體設(shè)計

本發(fā)明提供了一種甜葉菊鴨嘴移栽裝置，其包括安裝架，安裝架上樞轉(zhuǎn)設(shè)有滾動件，于滾動件裝有從動鏈輪，所述傳動機構(gòu)包括樞轉(zhuǎn)設(shè)于外部構(gòu)件上的主動軸，對稱套裝于所述主動軸兩端的兩個主動鏈輪，及纏繞于主動鏈輪和從動鏈輪上的鏈條，且滾動件上套裝有截面呈正多邊形的調(diào)節(jié)輪，調(diào)節(jié)輪的橫截面呈正三角形，具有圓弧狀的頂端,在安裝架上設(shè)有移栽器總成，可實現(xiàn)開合，移栽器總成包括導(dǎo)苗斗及支撐架，于導(dǎo)苗斗和支撐架之間設(shè)有與開合調(diào)節(jié)輪抵接的導(dǎo)軌支架，在導(dǎo)軌支架上連接有可開合設(shè)置且端部相互連接的兩個鴨嘴合片，兩個鴨嘴合片上設(shè)有彈性復(fù)位件，因開合調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌支架可向下移動而使鴨嘴合片開啟，此時彈性復(fù)位件具有施加于鴨嘴合片上的力，且隨開合調(diào)節(jié)輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌支架因彈力而向上移動，并使得鴨嘴合片閉合。甜葉菊鴨嘴移栽結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鴨嘴移栽裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 甜葉菊鴨嘴移栽裝置主要工作部件及其作用

2.1 安裝架

安裝架上樞轉(zhuǎn)設(shè)有轉(zhuǎn)動件，轉(zhuǎn)動件上套裝有橫截面呈正多邊形的開合調(diào)節(jié)輪。本實例的安裝架為間距設(shè)置的兩個安裝側(cè)板，導(dǎo)苗斗和支撐架固連通過螺接于固定孔的連接件，比如螺栓螺母等與安裝側(cè)板固定連接。安裝架在安裝側(cè)板的兩側(cè)分別固連有呈Z形的驅(qū)動支架，驅(qū)動支架通過固定軸100樞轉(zhuǎn)連接外部構(gòu)件，比如拖拉機的機架上，且外部構(gòu)件上樞轉(zhuǎn)設(shè)有構(gòu)成驅(qū)動支架轉(zhuǎn)動的傳動機構(gòu)。能夠為導(dǎo)苗斗和支撐架以及驅(qū)動支架提供連接基礎(chǔ)。

2.2 移栽器總成

移栽器總成包括固連于安裝架上的導(dǎo)苗斗及支撐架，導(dǎo)苗斗和支撐架之間設(shè)有與開合調(diào)節(jié)輪抵接的導(dǎo)軌支架，導(dǎo)軌支架上連接有可開合設(shè)置的鴨嘴開合片總成，鴨嘴開合片總成包括端部相互鉸接的兩個鴨嘴開合片，且于兩個鴨嘴開合片上設(shè)有彈性復(fù)位件，彈性復(fù)位件限位運動于支撐架上，因開合調(diào)節(jié)輪的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌支架可向下移動而使得鴨嘴開合片開啟；彈性復(fù)位件因?qū)к壷Ъ艿南蛳乱苿佣哂惺┘佑邙喿扉_合片上的彈性力，且隨開合調(diào)節(jié)輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)軌支架因彈性力而向上移動，以使得鴨嘴片實現(xiàn)閉合，從而實現(xiàn)移栽作業(yè)。其中通過設(shè)置的深度調(diào)節(jié)齒輪，其形狀與開合調(diào)節(jié)輪的形狀匹配一致，以便提高運動的同步性，使得鴨嘴開合片總成在插入土壤最深時，鴨嘴開合片能夠完全開啟，從而利于移栽工作。此甜葉菊鴨嘴移栽裝置因其結(jié)構(gòu)簡易、原理簡單、操作簡單和適用性的優(yōu)點鴨嘴移栽裝置拆除其一安裝側(cè)板的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鴨嘴移栽裝置拆除其一安裝側(cè)板的結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 鴨嘴開合片總成

本實例的鴨嘴開合片總成包括端部相互鉸接的兩個鴨嘴開合片，即圖3中示出的第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片。其中，第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片呈對稱的半圓錐狀，即在兩者扣合狀態(tài)下呈圓錐狀，于第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片的頂端分別形成有第一樞轉(zhuǎn)座和第二樞轉(zhuǎn)座，第一樞轉(zhuǎn)座和第二樞轉(zhuǎn)座通過安裝的樞轉(zhuǎn)軸，比如螺栓或銷軸等實現(xiàn)第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片的鉸接。通過在導(dǎo)軌支架上設(shè)置的固定連桿及與固定連桿鉸接的調(diào)節(jié)桿，以在導(dǎo)軌支架移動時，有利于鴨嘴開合片隨導(dǎo)軌支架的移動進行開合動作。

圖3 鴨嘴開合片總成的結(jié)構(gòu)示意圖

另外，第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片上分別設(shè)有第一調(diào)節(jié)桿安裝柱和第二調(diào)節(jié)桿安裝柱，以便調(diào)節(jié)桿與第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片分別鉸接連接。此外，兩個鴨嘴開合片上也是第一鴨嘴開合片和第二鴨嘴開合片分別形成有第一定位柱和第二定位柱，第一定位柱和第二定位柱插設(shè)于形成在支撐架上的開合滑動槽內(nèi)，并可因兩個鴨嘴開合片的開閉而沿開合滑動槽同步反向滑動。本實例中，彈性復(fù)位件的兩端分別固連于第一定位柱和第二定位柱上，從而使鴨嘴開合片在彈性復(fù)位件的彈力作用下能夠快速閉合。通過設(shè)置第一定位柱和第二定位柱，一方面便于對鴨嘴開合片總成的定位，另一方面便于彈性復(fù)位件的安裝。

2.4 傳動鏈輪

本實裝置的主動鏈輪和從動鏈輪傳動比優(yōu)選為1：1，從而可保證深度調(diào)節(jié)輪和開合調(diào)節(jié)輪的滾動一致，同時設(shè)置的深度調(diào)節(jié)輪的形狀與開合調(diào)節(jié)輪的形狀匹配一致，以便于提高運動的同步性，使得鴨嘴開合片總成在插入土壤最深時，鴨嘴開合片完全開啟，從而利于移栽工作。除此之外，本實例的鴨嘴移栽裝置還可根據(jù)外部構(gòu)件的行駛速度及主動軸的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)移栽的株距。

圖4 圖1的A-A剖視圖

3 甜葉菊鴨嘴移栽裝置的使用過程

移栽作業(yè)初始時，開合調(diào)節(jié)輪的直線端所在的平面與導(dǎo)軌支架的上表面抵接，鴨嘴呈閉合裝置，移栽作業(yè)進行時，開合調(diào)節(jié)輪轉(zhuǎn)動至圓弧狀的頂推端與導(dǎo)軌支架的上表面抵接時，導(dǎo)軌支架上的導(dǎo)軌沿滑槽向下移動，由于鴨嘴開合片通過第一定位柱和第二定位柱限位于支撐架上，在導(dǎo)軌支架向下運動過程中，調(diào)節(jié)桿張開帶動第一定位柱和第二定位柱沿開合滑動槽同步反向遠離，使得鴨嘴開啟。當(dāng)開合調(diào)節(jié)輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使得直線端所在的平面再次于導(dǎo)軌支架的上表面抵接時，在彈簧的彈力作用下，第一定位柱和第二定位柱沿開合滑動槽同步反向靠近，導(dǎo)軌支架向上運動，使得鴨嘴閉合。

另外，開合調(diào)節(jié)輪轉(zhuǎn)動一周，鴨嘴開合片完成三次閉合運動。還需說明的是，本裝置的深度調(diào)節(jié)輪，其形狀與開合調(diào)節(jié)輪的形狀匹配一致，深度調(diào)節(jié)輪通過外部構(gòu)件上的驅(qū)動裝置比如發(fā)動機等驅(qū)動轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)圓弧狀的頂推端抵接驅(qū)動支架上表面時，能夠帶動安裝側(cè)板繞固定軸轉(zhuǎn)動，并將鴨嘴開合片插入土壤，此時，開合調(diào)節(jié)輪上的圓弧狀的頂推端抵接導(dǎo)軌支架上表面，鴨嘴開合片呈完全打開狀態(tài)以完成移栽。當(dāng)然，外部構(gòu)件上還需增設(shè)彈性復(fù)位件或其他復(fù)位機構(gòu)比如凸輪等，以便實現(xiàn)驅(qū)動支架的復(fù)位。