人参移栽机的改进设计

刘文亮　张亮　马巍　姜彩宇　王新阳　李健

摘要：针对上一轮人参移栽机的机具设计、样机试制试验中发现的问题进行了结构改进设计，对各部件布局、动力传动路线和整机结构进行了优化，最终达到了产品定型。

关键词：人参移栽；机械化；挖掘

中图分类号：S223.9 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.06.006

0引言

人参移栽机是吉林省农业机械研究院根据吉林省人参机械化栽植需要创新研制的设备，初代机在性能试验和田间试验中发现了一些问题，课题组针对这些问题进行了技术提升、改进设计（如图1），并进行了人参移栽试验，本文记录整理了这一过程，方便以后的研究者和机具使用者参考。

1挖掘（移栽）部件的角度优化、改进设计

在初代机具的试验过程中发现挖掘角度不够理想，对其进行了挖掘铲运动分析（如图2），同时进行了挖掘（移栽）机构角度优化，并加大了铝带板的厚度和抓地齿的角度，达到了更好的仿形效果（如图3）。其中，对人参移栽机前进方向左侧布置链轮，带动挖掘铲传动轴，并使挖掘机构后端成为在机架上的铰接端（如图4）。为使挖掘过程中挖出的土顺势培入至已摆入参苗的相邻苗沟中，挖掘机构的长度设定在挖坑作业时的水平（地面）投影等于或稍小于相邻两个苗坑的距离。

2行走机构履带板设计

（1）履带工作条件相对恶劣，履带板材料必须要有足够的强度和刚度，同时具有良好的耐磨性。另外，通过试验发现，由于本机在畦床上工作，主要工作部件布置于前后履带之间，履带的仿形效果决定了机具的挖掘效果。

（2）人参移栽机工作时，要求履带和土面要有良好的附着性能，保证机具前进时不会出现打滑现象。因此，在履带板改进设计时，采用了尺寸更大的翻边设计，履带翻边与平板的长度比为1：1，宽度比为1：4。

（3）选取节距更大的链条作为履带链，由于整机的宽度和重量增加，为了保证履带链条能够可靠工作，依据节距P越大，链的各部分尺寸和重量也越大，承载能力越高原则，选取了更大节距的链条。

（4）为解决前、后履带式行走机构之间传动链条较长，传动链条中部摆幅大，下沉量大等问题，在前、后履带式行走机构之间的底盘上设计了过渡链轮轴。过渡链轮轴上并列安装两个等径过渡链轮，两个过渡链轮分别与前履带式行走机构动力输出链轮和后履带式行走机构动力输入链轮之间连接链条。

（5）为使整机轻量化，尝试设计了分节式履带机构，发现偶尔出现行走不同步和摩擦力不足的情况，最终选择了通长式履带机构的设计方案（如图5）。

3控制系统的模块化设计

人参移栽机的作业方式为间歇式，即工作时，当人工摆苗结束后，机器开始行进和运转，并完成开沟、前一个苗沟覆土、震压等一个移栽过程的全部环节。然后机器停止行进和运转。这时重新向新挖的苗沟内摆入种苗，并重新运转机器重复前一次动作。这种作业方式的好处在于有足够的时间保证每个苗沟内均能按要求放入药苗，最大限度保证移栽时横排的整齐度。

为了满足人参移栽机的这种性能要求，课题组改进了移栽机的自动化控制系统（如图6），该系统由发电与电磁离合器部件、电控装置、接近传感器和行程开关构成，通过与机械部件配合使用，可实现移栽机间歇式工作，能够保证根茎类人参移栽横排的整齐程度要求，并且具有结构简单、可靠性高、制作成本和运营成本低的特点。

本项目研究过程中，根据实际需要，对移栽机的自动化控制系统进行改进，增加了单独的不间断行走功能。并进行了模块化设计，这种设计结构更加简单，维修、安装方便，性能也更加可靠。

4性能试验

2017年11月，人参移栽机在珲春中森药业参场分阶段进行了性能测试和田间考核作业（如图7），累计作业面积32 hm²，无故障情况发生，可靠性良好。性能测试和田问试验结果表明：

（1）机器理论生产率为142.5 m²/h；

（2）技术性能指标全部满足设计和任务书要求。

使用本设备栽种人参与传统的人工开沟、栽苗方式相比具有栽植质量高、作业效率高、作业成本低的优点，并且栽植出来的参苗整齐均匀，株深、行距一致。经统计两个人工栽种一天的工作量，用本机作业1 h就可完成。与人工作业相比，效率提高4.3倍以上，每公顷节约费用1580元。

5技术对产业发展的作用

人参种植是吉林省最具特色、最重要的地方经济作物产业。这一设备完全符合本省及国家关于人参种植机械化、规范化模式發展的产业政策。

项目设备解决了人参种植规模化发展的瓶颈问题，显著提高我国人参机械化移栽技术水平，有助于促进吉林省人参特色产业的发展。