中药材移栽机关键部件设计研究

刘晓秋

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030002）

随着中药材、蔬菜等作物种植面积的日益扩大，对移栽机的需求量也日益增加。目前，国内移栽方式主要是依靠人工和半自动移栽机进行作业，但随着农业从业人员逐步减少，同时育苗移栽技术也逐渐成熟，对提高移栽效率、降低劳动强度有了新的要求。相对于国外，我国的移栽技术起步较晚，全自动插秧机由于其结构复杂、造价过高，致使大部分自动移栽机技术不是很成熟，而现阶段使用和研制的多为半自动移栽机。因此，结合当前移栽机的结构特点，重点对移栽机的移栽机构进行了升级改进设计。

1 移栽系统的总体设计

该设计采用SolidWorks建模，如图1所示为单套机构。一台2行自走式半自动移栽机需配套2套移栽机构，移栽机构通过螺栓固定在自走式半自动移栽机的2个独立单体上，动力由半自动移栽机通过链轮传动提供，总动力大于8马力[1]。该机构单套外形尺寸为1 200 mm×380 mm×750 mm，安装方便，结构简单，移栽机构的旋转架旋转1周，苗夹进行两次取苗、喂苗，苗杯转过3个，苗盘经过槽轮机构驱动输送两格。3个苗夹安装在一根旋转轴上，共两组旋转反复作业，一次作业取苗3株后通过护苗桶，将秧苗放入苗杯。

单套移载机构三维模型见图1。

图1 单套移载机构三维模型

2 关键部件设计

2.1 旋转架工作原理

旋转架围绕一级旋转轴（5号）旋转，导向盘和6号不完全齿轮与机架固定，3号齿轮与9号齿轮同轴，3号齿轮置于旋转架内侧，9号齿轮置于旋转架外侧，与6号不完全齿轮啮合。二级旋转轴上装配苗夹和10号齿轮，10号齿轮置于旋转架内侧，与3号齿轮啮合。

旋转架传动三维模型见图2。

图2 旋转架传动三维模型

当动力传输给7号链轮，机架围绕一级旋转轴开始顺势正旋转，因导向盘和不完全齿轮固定在机架上，9号齿轮与6号齿轮进入啮合状态，其在围绕一级旋转轴旋转的同时，开始顺时针自转，3号齿轮进行同步自转。3号齿轮与10号齿轮一直处于啮合状态，10号齿轮在跟随机架旋转的同时，开始进行逆时针旋转。

2.2 传动设计

齿轮传动设计见图3。

图3 齿轮传动设计

由图3可知，三组齿轮圆心在同一中心线上，共4个齿轮两两啮合。其中，10号齿轮与3号齿轮中心距90 mm；9号齿轮与6号不完全齿轮的中心距135 mm。根据公式：

式中：a——中心距；

Z1，Z2——齿轮齿数；

M——为模数（3，10两齿轮相等）；10号齿轮和3号齿轮设定齿轮系数：M1=Z2=2；得3号和10号齿轮为45，分度圆直径为90 mm；6号齿轮为不完全齿轮，切除2/3的齿数，在9，6号齿轮啮合时：

Z1=1/3 Z2；

设定齿轮系数为1.5，可得9号齿轮齿数Z1为45，分度圆直径67.5 mm；

6号齿轮齿数Z2为135，分度圆直径202.5 mm。

3 夹苗装置的设计

3.1 工作原理

门形夹形状设计见图4。

图4 门形夹形状设计

夹苗装置功能是为了成功夹住秧苗以便提起，如图4所示，门形夹宽为70 mm。在实际应用中，可通过更改门夹宽度来适应不同型号的苗钵[2]。

门形夹由回位弹簧控制处于常闭状态，当旋转架旋转到合适位置，由位置机构控制转轴旋转，带动拨片推开销子，门形夹向上打开，在夹苗的同时进行拔苗，随后转轴脱离位置机构[3]；当旋转架带动门形夹转到护苗桶上方时，位置机构控制转轴旋转，苗夹打开，随后脱离控制机构，苗夹自动闭合[4-5]。

3.2 苗夹运动仿真

设旋转架轨迹为A圆（不动圆），半径为R；

苗夹旋转轨迹为B圆（旋转圆），半径为r；

同一状态下点P与B圆绕各自圆心转过的角度之比为-k。以点A为坐标原点、水平向右为x轴正向建立平面直角坐标系。

为计算方便，假定初始时刻B圆位于A圆右侧，点P（x，y）位于B圆右侧，如图5所示。

苗夹端点轨迹分析见图5。

计算参数方程：

当B圆绕A圆圆心转过θ角时，根据圆的参数方程可知：

xB=R cosθ；

图5 苗夹端点轨迹分析

yB=R sinθ.

此时点P绕B圆圆心转过角-kθ，即：

xP=xB+r cos（-kθ）；

yP=yB+r sin（-kθ）.

旋转架半径为225 mm；苗夹旋转半径为130 mm；6号齿轮与9号齿轮的传动比为1∶3，即k=3，所以苗夹端点P的轨迹参数方程：

x=R cosθ+r cos（-3θ）；

y=R sinθ+r sin（-3θ）.

4 结论

针对半自动移栽机，对移栽机的关键部件进行了升级改进。通过对部件的运动仿真，基本满足该移栽机的改进要求。