悬杯式蔬菜移栽机设计

旱地蔬菜移栽机移栽机构设计与试验曹忠亮,郭登科,王㊀瑀,郭建华(齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔㊀161001)摘㊀要:旱地蔬菜栽培技术仍然以传统的人力为主,存在存活率低㊁栽培效率低㊁工作量大且复杂等缺点㊂为此,提出了一种旱地蔬菜移栽机装置㊂首先,确定了旱地蔬菜移栽机的基本结构,确定以链传动为传动方式;采用悬杯形式进行移栽,悬杯通过凸轮连接悬杯圆盘进行转动,从而达到移栽效果㊂对移栽机构进行三维建模,模型导入Creo软件进行机构运动仿真,设定不同的λ值与之对应的悬杯圆盘转速,确定秧苗移栽的距离在200~ 400mm左右,验证了结构的合理性㊂根据设计参数制作了试验样机进行田间试验,结果表明:秧苗间距和移栽深度达到试验设定的规格,5组试验的秧苗直立程度良好,为其后秧苗的生长创造了有利的条件㊂关键词:蔬菜移栽机;悬杯式;移栽机构;运动仿真;旱地中图分类号:S223.94㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A文章编号:1003-188X(2021)06-0079-050㊀引言蔬菜种植在我国属于劳动密集型活动,在蔬菜幼苗的培育方面投资很大,可以占到销售额的50%㊂其原因是种植作物的技术不仅仅依赖于生产条件,而且还依赖于气候[1]㊂针对这种情况,缩短植被周期和增加产量成为了蔬菜种植必须解决的问题,因而寻求更经济㊁更有效的作物生产方法势在必行[2]㊂目前,我国广泛使用的蔬菜栽培技术是以传统的人力辅以各种农具为主的移栽方式,栽培大多在较为狭小的旱地㊂这种以人力为主的移栽方式不仅会使移栽苗受到伤害,且不能统一掌控幼苗的移栽深度,降低了成活率㊂因此,优化升级蔬菜移栽机,让具有自动化及小型化特点的旱地蔬菜移栽机更加适合国内生产条件,能够适应并可以达到不同蔬菜的移栽需求,是蔬菜移栽机所要优化解决的问题[3-6]㊂1㊀移栽机的基本结构及传动方式1.1㊀移栽机的基本结构悬杯式移栽机结构图如图1所示㊂秧苗移栽器主要部件包括凸轮㊁移栽器和偏心转盘及连杆机构㊂移栽器安装于与机架相连的牵引臂上,地轮运收稿日期:2019-11-14基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(QC2018072);齐齐哈尔大学教育教研项目(2017076);黑龙江省创新创业项目(201610221035);黑龙江省高等教育教学改革研究项目(SJGY20190719)作者简介:曹忠亮(1983-),男(达斡尔族),黑龙江齐齐哈尔人,副教授,硕士生导师,博士,(E-mail)caoliang-8302@㊂动带动主传动轴,主传动轴与移栽器一侧的链轮相连,链条传动带动移栽器的轴转动,进而开始工作[7-9]㊂1.牵引点㊀2㊁U型螺栓㊀3.悬挂横梁㊀4.横梁与地轮连接件5.地轮架㊀6.地轮㊀7.链轮㊀8.鸭嘴㊀9.凸轮㊀10.覆土镇压轮11.挡板㊀12.放苗架㊀13.牵引臂㊀14.移栽深度调节丝杠㊀15.座椅图1㊀悬杯式移栽机结构图Fig.1㊀Structural diagram of cantilever cup transplanter1.2㊀移栽机的传动方式图2为悬杯式蔬菜移栽机的传动图㊂在牵引机构的作用下,地轮运动会带动链轮a协同转动,通过传动轴的作用,在主传动轴上的链轮b随之转动,从而使移栽器进行工作㊂2㊀关键结构的零部件设计秧苗移栽器是移栽机中最重要的机构,在牵引机2021年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第6期构及链传动的作用下,移栽器会做循环圆周运动㊂移栽器与主动圆盘和从动圆盘组成了多杆机构的曲柄,与圆盘共同做圆周运动㊂当悬杯运动到最高点时,秧苗放入悬杯中;随着圆盘的转动,悬杯运动到离地面最近的时候,悬杯末端的鸭嘴在凸轮的作用下将秧苗投放到悬杯打好的孔中,插秧完成;完成插秧后,鸭嘴在自身弹簧的作用下合并,悬杯再次运动到最高点时,完成1个工作周期㊂蔬菜移栽器工作示意图如图3所示㊂1.地轮㊀2.移栽器㊀3.链轮组a㊀4.链条㊀5.主传动轴㊀6.链轮组b图2㊀蔬菜移栽机传动图Fig.2㊀Drive Chart of Vegetable Transplanter1.牵引机架㊀2.偏心导轨㊀3.链轮㊀4.悬杯5.凸轮㊀6.主动圆盘㊀7.从动圆盘图3㊀蔬菜移栽器工作示意图Fig.3㊀Working schematic diagram of vegetable transplanter2.1㊀悬杯的设计悬杯的运动由两个运动合成:一是动力装置带动移栽机前进或后退的线性运动,另一个是悬杯随着圆盘所做的圆周运动㊂悬杯的运动轨迹如图4所示㊂当选取悬杯的主动圆盘的圆心为零点,建立直角坐标系,得出悬杯在X㊁Y方向上的运动方程为X=V车t+R盘cosωt(1)Y=-R盘sinωt(2)式中㊀V车 拖拽设备的行驶速度;㊀R盘 悬杯圆盘的半径;㊀ω 悬杯圆盘的角速度;㊀t 悬杯运动的时间㊂令λ=R盘ωV车,可以得出:当λ>1时,悬杯的运动轨迹为Ⅰ;当λ=1时,悬杯的运动轨迹为Ⅱ;当λ>1时,悬杯的运动轨迹为Ⅲ㊂当悬杯随着圆盘运动到A 点时,悬杯在凸轮的作用下鸭嘴被打开,当鸭嘴打开的角度变得最大时,悬杯离地面最近;此时,悬杯位于图像B点,完成插秧后,悬杯上升,鸭嘴随之关闭㊂所以,当λ>1时,为最佳投苗时间的选择范围㊂图4㊀悬杯的运动轨迹Fig.4㊀Motion analysis of cantilever cup确定了悬杯的运动轨迹后,则V车=f60㊃S(3)式中㊀f 蔬菜的移栽频率;㊀S 秧苗之间的距离㊂令f=60株/min(蔬菜的种植频率可取为40~70株/min),秧苗之间的距离S与频率f成正比关系㊂当λ>1时,由λ=R盘ω/V车可以得出R盘ω/V车>1(4)此时,把式(3)带入式(4)中,得N<2πR盘/S(5)式中㊀N 悬杯的个数㊂悬杯圆盘半径取R=200mm,悬杯个数N与秧苗与秧苗之间的距离S的关系如表1所示㊂表1㊀极限悬杯数量与秧苗间距的关系Table4㊀Relationship between limit cup number and seedling spacing秧苗间距/mm悬杯数量/个秧苗间距/mm悬杯数量/个20063004400350026002㊀㊀市面上流通的蔬菜在进行移栽时秧苗之间的距2021年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第6期离大多在300~400mm之间,定义悬杯圆盘半径R= 200mm,通过表3与表4可知,圆盘上的悬杯个数为3个最为合理㊂2.2㊀传动比计算移栽机的总传动比为i 总=ωω地=2πR地NS(6)式中㊀i总 移栽机的总传动比㊂由式(6)可以看出:悬杯个数N和地轮半径R地之间的关系㊂给定地轮半径R地=305mm,为了适应不同蔬菜的移栽要求,使秧苗之间的距离为200~400mm,带入式(6)得到移栽机的总传动比的取值范围为1.597~3.192㊂移栽机为二级传动链轮,所以移栽机的总传动比的另一种表示形式为i 总=Z地Z aˑZ bZ盘(7)式中㊀Z地 地轮所用链轮的齿数;㊀Z盘 与圆盘相连的齿轮齿数;㊀Z a 与Z地链传动的齿轮齿数;㊀Z b 与圆盘齿轮链传动齿轮齿数㊂Z a与Z b在同一传动轴上,可以得到秧苗间的距离为S=2πR地Ni总(8)式中㊀R地 地轮半径;对于小型自动化的移栽机而言,齿轮的大小要适合机器本身要求,所以确定Z地=23齿,Z a=17齿,Z b =27齿,Z盘=23齿,则i23=2317ˑ2723=1.588(9)S23=2πˑ3053ˑ1.588=402mm(10)由式(9)和式(10)可知:当齿轮的齿数为23齿时,总传动比为i23=1.588,秧苗之间的距离为S23= 402mm㊂3㊀移栽机构运动仿真在SoildWorks中建立好三维模型后,导入Creo中进行运动仿真㊂在Creo中对各个独立的零件添加运动副和约束,目的是为了验证所设计的移栽机构能否达到预期的运动目标㊂图5为移栽机构的仿真约束图㊂图5㊀移栽机构仿真约束图Fig.5㊀Simulation constraint diagram of transplanting mechanism当λ<1(λ=0.5)时,悬杯的运动轨迹如图6所示;当λ=1时,悬杯的运动轨迹如图7所示;当λ> 1(λ=1.6)时,悬杯的运动轨迹如图8所示㊂图6㊀λ<1时悬杯的运动轨迹Fig.6㊀The trajectory of the suspension cup whenλ<1图7㊀λ=1时悬杯的运动轨迹Fig.7㊀The trajectory of the suspension cup whenλ=1图8㊀λ>1时悬杯的运动轨迹Fig.8㊀The trajectory of the suspension cup whenλ>1当λ=1时,悬杯投放完秧苗后,秧苗在一瞬间是不能进入打好的孔中,而是有一个下落的过程;当λ<1时,悬杯在插秧的过程中不能完成1个完整的插秧动作,因而也不是最佳选择;只有当λ>1时,悬杯的运动轨迹才符合蔬菜移栽的要求㊂λ>1时悬杯的运动仿真图如图9~图11所示㊂移栽前进方向的位移分量随时时间变化如图9所示㊂移栽前进方向的速度分量随时时间变化如图10所示㊂移栽前进方向的加速度分量随时时间变化如图11所示㊂图9㊀λ>1时悬杯的位移Fig.9㊀Displacement of the suspension cup Whenλ>1图10㊀λ>1时悬杯的速度Fig.10㊀The velocity of the suspension cup whenλ>1图11㊀λ>1时悬杯的加速度Fig.11㊀Acceleration of the suspension cup in whenλ>1保证移栽秧苗的直立度是蔬菜种植的基本要求㊂通过移栽机构的运动仿真图分析并根据 零速投苗 [10]原理可知:当λ>1时,速度在水平方向上的矢量才会出现零点㊂因此,λ>1是移栽机正常工作的必要条件㊂移栽机的总传动比计算公式为i 总=ωω地=2πR地NS(3-1)式中㊀ω地 地轮的角速度㊂秧苗间距㊁传动比㊁λ之间的关系如表2所示㊂由表2可以看出:只有当株距小于400mm时,λ>1㊂所以,可以得出总传动比的取值范围是在1.596~3.192之间㊂由此确定能够实现的蔬菜移栽范围是200~400mm㊂表2㊀秧苗间距㊁传动比㊁λ之间的关系Table2㊀Relationships among seedling spacing,transmission ratio andλ秧苗间距/mm传动比λ200 3.192 2.128250 2.554 1.703续表2秧苗间距/mm传动比λ300 2.128 1.418350 1.824 1.216400 1.596 1.0634㊀试验4.1㊀试验装置及条件为了验证悬杯式蔬菜移栽机机构设计的正确性,进行了移栽机送苗装置运行试验,在分布均匀的田间土壤上进行西兰花幼苗的移栽试验㊂相关参数如表3所示㊂表3㊀移栽机的主要设计参数Table3㊀Main design parameters of transplanter参数项目单位数据移栽机尺寸(长ˑ宽ˑ高)mm1445ˑ1478ˑ1245移栽机行驶速度m/s0.3种植行数2钩挂形式三点悬挂动力需求kW18或18以上行距mm400秧苗间距离规格mm320移栽深度mm404.2㊀试验分析以表3设定的相关数据作为试验参数,进行田间试验,得出数据如表4所示㊂由表4可知:秧苗间距和移栽深度达到试验设定的规格,5组试验的秧苗直立程度良好,为其后秧苗的生长创造了有利条件㊂表4㊀蔬菜移栽机实验数据记录Table4㊀Experimental data record of vegetable transplanter 组次试验秧苗株数试验数据平均秧苗间距/mm直立合格率/%平均移栽深度/mm 1100322.69541.42100318.59338.53100320.89740.74100318.29439.25100317.59440.95㊀结论设计了一种蔬菜移栽机,采用悬杯式移栽机构㊂通过运动仿真分析得知:当λ>1时,悬杯运动到最低点,悬杯运动的速度在水平方向上的瞬时速度矢量与地面的相对速度为零,即 零速投苗 ㊂试验结果表明:秧苗被平稳地插入土壤中,并获得了优良的直立度,两株秧苗移栽的距离在200~400mm,为其后秧苗的生长创造了有利的条件㊂移栽机构具有良好的工作可靠性和适应性,能够达到一般蔬菜的移栽要求㊂参考文献:[1]㊀冯时佳,谢俊,朱伟,马履中.秧苗移栽机器人的运动控制研究[J].机械设计与制造,2008(3):166-168. [2]㊀汤修映,侯书林,朱玉龙,等.油菜移栽机械化技术研究进展[J].农机化研究,2010,32(4):224-227.[3]㊀谢俊,尹小琴,马履中,等.基于多轴运动控制器的三自由度并联秧苗移栽机器人的研究[J].机械科学与技术, 2011,30(2):336-339,344.[4]㊀潘启明.国内外移栽机技术现状与发展趋势[J].安徽农业科学,2013,41(31):12478-12479.[5]㊀于晓旭,赵匀,陈宝成,等.移栽机械发展现状与展望[J].农业机械学报,2014(8):44-53.[6]㊀汤修映,侯书林,朱玉龙.等.油菜移栽机械化技术研究进展[J].农机化研究,2010,32(4):224-227. [7]㊀杨华,韩宏宇,窦钰程,等.我国旱地移栽机械的现状及发展建议[J].农机使用与维修,2012(3):32-33. [8]㊀王君玲,高玉芝,李成华.旱地钵苗移栽机械化生产的现状及发展趋势[J].农业机械化与电气化,2003(5):5-6.[9]㊀BIOTECHNOLOGY.Research conducted at university of pisahas provided new information about Biotechnology(A field vegetable transplanter for use in both tilled and no-till soils)[J].Biotech week,2019,62(3):593-602. [10]㊀张荣毅,张祖立,翟殿波,等.悬杯式蔬菜移栽机栽植单体的数字化设计[J].农机化研究,2013,35(5):107-110,118.Design and Motion Simulation of Key Parts ofVegetable Transplanter in DrylandCao Zhongliang,Guo Dengke,Wang Yu,Guo Jianhua(School of Mechatronics Engineering,Qiqihaer University,Qiqihar161001,China) Abstract:Dryland vegetable cultivation techniques are still dominated by traditional manpower,and have shortcomings such as low survival rate,low cultivation efficiency,large workload and complexity.Based on the above problems,this paper proposes a dryland vegetable transplanting device.Firstly,the basic structure of the dryland vegetable transplanting machine was determined.The design of the chain transmission was determined.The transplanting mechanism was trans-planted in the form of a hanging cup.The hanging cup was rotated by the cam to connect the hanging cup disc to achieve the transplanting effect.The three-dimensional software is used to carry out three-dimensional modeling of the transplan-ting mechanism.The model is imported into Creo software for mechanism motion simulation,and differentλvalues corre-sponding to the hanging cup disk rotation speed are set,so that the distance of seedling transplanting is determined to be 200mm~400mm.Left and right,verified the rationality of the structure.The test samples were made according to the design parameters for field experiment.The results showed that the seedling spacing and transplanting depth reached the specifications set by the experiment.The seedlings of the five groups were well-erected,which created favorable condi-tions for the growth of the seedlings.Key words:vegetable transplanter;cantilever cup;transplanting mechanism;motion simulation;dryland。

牵引式小型钵体蔬菜移栽机的设计范修文;张云秀;童飞特;李传峰【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2014(000)010【摘要】针对我国蔬菜移栽行业发展的现状和现有蔬菜移栽机存的投苗率低、伤苗率高及设备庞大等问题，设计开发了牵引式小型钵体蔬菜移栽机。

该机型能满足农户的需求，提高作业效率，苗钵通用性强，并且移栽后行距、株距和直立度等性能良好。

该小型蔬菜移栽机采用吊篮及鸭嘴装置移栽苗体，人工投苗，实现半自动移栽。

该蔬菜移栽机在已经耕整过的土地上作业，无需开沟器，机型小巧灵活，设计结构合理，可实现多种蔬菜的移栽，为我国农作物移栽提供了技术支持。

%Taking into account the present situations of the vegetable transplantation , the machine issues such as low see-ding rate , high seedling injury rate , large volume of the machine , this paper is aimed to design and develop small-type tractor bowl transplanter , which can meet the need of farmers , improve the operation efficiency , possess high versatility of seed bowl , and the seeds show acceptable line spacing , vertical spacing and so on .It will transplant seeds by suspen-ded basket and duckbill device , together with artificial seeding , which marks the semi-automatic transplantation .In terms of the components, it consists of assembly of traction frames , ground wheels, transplanters ,seed racks, gratifying-ly , it has been operated on the prepared soils without furrow opener , because of the compact and flexible design , reason-ablestructure , it can transplant a variety of vegetables , supporting crop transplantation at home technically .【总页数】4页(P131-134)【作者】范修文;张云秀;童飞特;李传峰【作者单位】塔里木大学机械电气化工程学院/现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300;天津职业大学，天津 300402;塔里木大学机械电气化工程学院/现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300;塔里木大学机械电气化工程学院/现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300【正文语种】中文【中图分类】S223.94【相关文献】1.蔬菜钵苗移栽机创新设计 [J], 赵金广2.非圆齿轮-连杆组合传动式蔬菜钵苗移栽机构设计 [J], 孙良;沈嘉豪;周誉株;叶治政;俞高红;武传宇3.探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构优化设计与试验 [J], 周脉乐; 薛向磊; 钱孟波; 尹大庆4.2ZYM-2型蔬菜钵苗移栽机设计与试验 [J], 金鑫;程群;赵博;姬江涛;李明勇5.2ZYM-2型蔬菜钵苗移栽机设计与试验 [J], 金鑫;程群;赵博;姬江涛;李明勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

大棚蔬菜移栽机的设计郭德伟;李丽;俞利宾;闵洁;张文斌【摘要】Focusing on the current common vegetable transplanting machine is difficult to use in the limited space of greenhouse , which causes the greenhouse vegetables in during seeding transplanting still rely on artificial .Due to the time consuming and laborious situation , a new greenhouse vegetable transplanting machine is specially designed for the greenhouse .The device is promoting transplanting machine when walking , and driving wheel to rotate through the gear and sprocket two stages gearing up .Then the power is transmitted to the implementing agencies and actuator drives the seeding device and seeding transmission device to plant seeding .This device adopts eccentric mechanism to realize duck mouth shape plug seeding device in the up and down movement , and transferred seeding device cycle intermittent motion is realized in the space of Geneva mechanism .Then the predetermined motion law is achieved by the coordinated action of space of Geneva mechanism with the eccentric wheel mechanism .According to the parameters of the greenhouse , the size of the design of each component is determined , and the CAD and 3 D structure are made .On the above bases , the final design of greenhouse vegetables transplanting machine is completed .%针对目前常见的蔬菜移栽机很难在空间受限的大棚中使用，导致大棚蔬菜在进行育苗移栽时仍然依靠人工而费时费力的现状，设计了一种专门针对大棚使用的蔬菜移栽机。

学士学位毕业设计小型蔬菜移栽机的研究与设计***名：***学号：***************师：**所在学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化中国·大庆2012年4月蔬菜移栽机的研究与设计目录摘要 (1)1前言 (6)2移栽机械的国内外现状 (8)3 设计方案的选择 (8)3.1钳夹式移栽机 (8)3.2链夹式栽植机 (9)3.3 挠性圆盘移栽机 (10)3.4 吊篮式移栽机 (10)3.5 导苗管式移栽机 (12)3.6带式栽植机 (19)4 机具的机构特点 (20)4.1整机机构特点 (20)4.2主要技术参数 (21)4.3主要工作部件的结构特点及作用 (21)4.3.1 地轮 (21)4.3.2 开沟器 (22)１4.3.3 镇压轮 (22)4.3.4 覆土器 (22)4.4设计蔬菜移栽机械的原理 (23)4.4.1 零速原理 (23)4.4.2 栽植机械的结构设计 (23)5 地轮轴的校核 (26)6 设计时间的安排 (31)7 结论和总结 (32)8致谢词 (32)9 主要参考文献、资料 (34)10 附录一 (36)２摘要移栽是蔬菜生产过程中的一个重要环节，具有对气候补偿和使作物生育提早的综合效益。

它可以充分利用光热资源，其经济效益和社会效益均非常可观。

但目前移栽过程采用人工移栽，劳动强度大、作业效率低，难以实现大面积栽植制约了生产规模，影响了生产效益，同时也限制了蔬菜生产的发展空间。

目前国内对移栽机械的研究和开发基本属于仿造，没有对国外的移栽机进行重大的改进和技术上的突破，而且国外移栽机结构复杂，价格昂贵，在国内推广难度很大。

因此设计一种新型的移栽机械已成为我国蔬菜种植业发展的迫切需求。

本文在总结吸收了国内外各种移栽机的优缺点和实验室已有研究成果的基础上，基于一种钵苗移栽机构——杠杆顶出式机构，设计了蔬菜钵苗移栽机。

该机的特点有：结构简单，工作可靠；易保证株距的均匀性；能实现开沟、施肥、移栽和覆土等工序。

悬杯式蔬菜移栽机的设计张为政;王君玲;张祖立【摘要】针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题,设计了悬杯式蔬菜移栽机,阐述了整机的结构及工作原理,并对关键部件进行了具体的结构设计.通过采用水平向后张开的悬杯结构,降低了落苗过程中的伤苗率,提高了整机的栽植质量.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2011(033)008【总页数】3页(P104-106)【关键词】蔬菜移栽机;悬杯式;栽苗器【作者】张为政;王君玲;张祖立【作者单位】沈阳农业大学工程学院,沈阳110866;沈阳农业大学工程学院,沈阳110866;沈阳农业大学工程学院,沈阳110866【正文语种】中文【中图分类】S223.920 引言近年来，随着我国经济结构和农业种植业结构的调整，蔬菜种植面积逐步增加，蔬菜产业在当地的经济收益上占有很大的比重，发展蔬菜生产对提高菜农收入、发展地方经济具有重要意义。

目前，大多数蔬菜生产采用育苗移栽的种植方式。

与传统直播种植方式相比，育苗移栽具有可以提高幼苗的保苗率、使作物生长期提前、提高土地利用率和复种指数的独特优点。

长期以来，蔬菜栽植一直以手工作业为主，劳动强度大，用工量多，难以在较短的适宜栽植期内完成大面积栽植，制约了我国蔬菜生产的发展[1]。

因而，实现移栽作业机械化已成为我国蔬菜种植业迫切需要解决的问题。

吊篮(杯)式移栽机是一种适合于钵体尺寸较大的钵苗栽植机械，可以进行膜上打孔栽植作业。

其优点是钵苗在栽植过程中不受任何冲击，特别适合于根系不太发达而且易碎的钵苗；缺点是结构相对复杂，作业速度较低[2-5]。

研究其工作过程发现，如果移栽的钵苗过高时，吊篮在完成落苗后离开的过程中容易碰苗，造成伤苗，并影响钵苗的直立度。

针对吊篮式移栽机的上述不足，为了更好地保证钵苗的栽植效果，研究设计了悬杯式蔬菜移栽机。

1 整机结构与工作原理1.1 整机机构悬杯式蔬菜移栽机的整机结构如图1所示，主要由悬杯式栽苗器、钵苗架、悬挂装置、限深轮、开沟器、机架、栽植轮、地轮、覆土镇压轮和座椅等部分组成。

介绍几种蔬菜移栽机械作者：来源：《农业知识·乡村季风》2016年第03期1.2ZBX-2A双行牵引移栽机山东华龙农业装备有限公司生产的2ZBX-2A型移栽机是一种适用于蔬菜、玉米等垄上作物的栽植机械。

该机配套25.7千瓦以上的拖拉机，具有秧苗栽植、定量定穴浇水等作业功能。

2ZBX-2A型移栽机应用双曲轴旋转原理，通过曲轴的旋转，带动鸭嘴运动，鸭嘴与拖拉机的前进运动相复合，实现了鸭嘴的垂直起落，保证了秧苗的垂直栽植。

移栽装置和浇水运动同步，保证了栽植、施水同穴同位。

更换栽植传动机构链轮，株距可调；秧苗投放采用横向投苗装置，保证有足够时间投放秧苗，有效地减少了移栽漏苗率，提高了移栽效率；施水装置通过电器感应元件有效地实现了定点定量施水，极大地提高了秧苗成活率。

适于大田蔬菜移栽。

主要技术参数结构形式：悬挂式。

机器重量（千克）：445。

外形尺寸（长×宽×高）（毫米）：1770×1660×1400。

栽植机构形式：鸭嘴吊杯式。

配套动力（千瓦）：25.7～40.4。

工作行数（行）：2。

纯工作小时生产率（公顷/小时）：0.06～0.1。

作业速度（千米/小时）：0.5～0.9。

行距调节范围（毫米）：260～470。

株距调节范围（毫米）：260～500。

轮距（前/后）（毫米）：1080/1020。

深度调节范围（毫米）：50～120。

作业人数（含拖拉机手）：3。

栽植秧苗种类及高度（毫米）：辣椒、甜菜等 100～200。

2.2ZBZ-2A自走式双行移栽机山东华龙农业装备有限公司生产的2ZBZ-2A型移栽机具有自动行驶、移栽、横向投苗等多种实用性功能。

该机配套汽油发动机产生动力，通过变速箱与离合器控制各个部件的运行。

移栽部件由与主轴同步运行的链轮通过链传动带动，通过移栽主板上的各个传动轴传动，使双曲柄连杆机构旋转，从而带动移栽鸭嘴动作，完成往复圆周运动，可保证鸭嘴的垂直起落，实现作物的垂直栽植，更换不同齿数的栽植传动机构的调节链轮，可以调节作物的栽植距离，实现株距可调，以满足不同作物的栽植需要。

悬杯式蔬菜移栽机栽植单体的数字化设计张荣毅;张祖立;翟殿波;王顺祥【摘要】介绍了悬杯式蔬菜移栽机的工作原理、主要特征参数的分析方法.通过Visual Basic编程、Solidworks二次开发、Matlab计算分析和Access数据库技术的集成使用,以软件形式对悬杯式蔬菜移栽机栽植单体进行结构参数计算,对栽苗器结构进行优化分析,自动生成三维模型,提高了设计效率与质量.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】5页(P107-110,118)【关键词】悬杯式移栽机;数字化;单体Visual basic【作者】张荣毅;张祖立;翟殿波;王顺祥【作者单位】沈阳农业大学工程学院,沈阳 110866;沈阳农业大学工程学院,沈阳110866;中国重型汽车集团,济南250002;沈阳农业大学工程学院,沈阳 110866【正文语种】中文【中图分类】S223.940 引言悬杯式蔬菜移栽机是针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题而设计的一种新型移栽机，其合理设计直接影响着秧苗的栽植质量和工作效率。

传统设计方法主要依靠手工操作来完成，计算繁琐、更改费工费时、不便保管，因此寻找一种操作简捷、计算准确、便于维护的设计方法，具有重要意义。

笔者以VB为基础平台，将悬杯式蔬菜移栽机的计算与分析过程转换成计算机语言，形成具有可视化操作界面的设计软件。

在VB环境下，采用ActiveX技术调用Matlab软件，对所得数据进行优化;利用Ado Data控件操纵数据库，实现数据的增添、删除、修改、保存等;利用API函数对Solidworks软件进行二次开发，实现自动化参数建模。

1 悬杯式蔬菜移栽机的工作原理悬杯式蔬菜移栽机如图1所示。

其主要由限深轮、开沟器、地轮、覆土镇压轮、栽植轮和栽苗器(主要包括悬杯、连杆机构、凸轮、弹簧)等组成。

工作时，地轮通过传动系统将动力传递给栽植轮，使其向前做匀速直线运动，栽苗器与两个偏心栽植轮形成8个平行四边形机构，使装有钵苗的悬杯始终垂直于地面。

前 言蔬菜是人们赖以生存的的主食， 它能提供人体所需的维生素和矿物质。

我国作为农业生 产大国，农民主要收入来源于经济作物的生产，而蔬菜的种植是其主要组成部分。

我国农业 常年用种量在 125 亿公斤以上， 已成为继美国之后的全球第二大种子市场， 其中蔬菜常年用 种量约 4 万多吨，商品化率约为 60%，与世界水平还有一定差距，意味着我国蔬菜市场有 着巨大的发展潜力 [1] 。

移栽机的发展从侧面反映出我国农业机械的使用情况。

在我国，移栽机发展处于起步阶 段，发展不够成熟，又由于我国地域广阔，东西部区域所使用的机械存在差异，对机械的要 求也不同，同时生产商制造移栽苗钵存在差异，导致移栽机发展缓慢的原因 [2] 。

因此小型蔬菜移栽机的研究十分具有意义，尤其是个体承包户用于农业生产方面。

我国 市场上出现的小型蔬菜移栽机比较少见， 而中等面积的蔬菜生产地又过多， 小型蔬菜移栽机 的使用， 相对来说， 使用机械移栽蔬菜将很大程度上缓解农户的压力， 提高蔬菜移栽的效率， 增加工作进度，完全符合我国目目前城市周边及农业蔬菜生产的行情。

以满足广大农民用户的需求为目的， 综合考虑实际情况， 本文设计一种小型蔬菜移栽机。

从多种类型的蔬菜移栽机中进行对比选择，设计出的移栽机株距和移栽深度稳定，并且移栽 苗钵适应能力强，可以进行多种蔬菜的移栽，对移栽苗体的损伤低，直立度良好，同时有很 好的工作效益的小型蔬菜移栽机。

关键词：移栽机；蔬菜；苗体目 录1 绪论 (1)1.1 国内外蔬菜移栽机发展状况 (1)1.2 国内外蔬菜移栽机械存在的问题 (1)1.3 研究的内容和方法 (1)1.4 预期目标 (2)1.5 重点研究的关键问题及解决思路 (2)1.6 工作条件及解决方法 (2)2 移栽机总体结构及主要零部件的设计 (2)2.1 蔬菜移栽机的基本结构 (2)2.2 小型蔬菜移栽机的传动原理 (4)2.3 移栽器工作原理 (5)2.4 主要设计参数 (5)3 吊篮设计 (6)3.1 吊篮运动分析 (6)3.2 吊篮基本参数之间的关系 (6)4 传动比确定 (7)4.1 总传动比、株距及地轮半径关系 (7)4.2 链轮齿数的选择与移栽株距的确定 (8)5 链轮设计 (9)5.1 链轮选择及参数 (9)5.2 链节数计算 (9)6 凸轮设计 (9)6.1 凸轮与鸭嘴的关系 (9)6.2 凸轮导轨的设计 (9)7 地轮轴的校核 (12)7.1 地轮轴总体受力分析 (12)7.2 地轮轴垂直面与水平面的支撑反力分析 (13)7.3 地轮轴的校核计算 (14)总 结 (16)致 谢 (17)参考文献 (18)1 绪论1.1 国内外蔬菜移栽机发展状况1.1.1 国外蔬菜移栽机的发展状况世界上移栽技术发展较早的主要是欧美、 日本等国家。

悬杯式蔬菜移栽机的工作原理及设计孙少宁【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2017(039)008【摘要】In vegetable planting , production process , vegetable transplanting is one of the important links , especially in the current season of vegetable production technology in the growing season under the conditions of growing , transplanting for vegetable production function is more obvious .For example , by transplanting can make vegetable production plays a certain climate compensation , and urge the vegetable crop growth and earlier comprehensive benefits realization .however , the current in the vast majority of China's agricultural production areas , in the vegetable transplanting process technology is relatively backward , the degree of mechanization is not high is dominated by manual transplanting , in this case , vege-table transplanting required labor strength is greater ,and work efficiency is relatively low ,it is difficult to form a large area of planting production , seriously affecting and restraining the production efficiency of vegetable industry .This paper to Henan Province vegetable mechanization transplanting and technology status of the promotion , for example , combined with local actual mechanical transplanting application specific circumstances , in the reference in this field at home and abroad based on extensive research , ahanging cup vegetable transplanter , including transplanting machine working prin-ciple , and digital design test is introduced .%在蔬菜种植、生产过程中，蔬菜移栽是其中一项重要的环节，特别是在当前蔬菜反季节种植生产技术日益成熟的条件下，移栽对于蔬菜生产的功用愈发明显。

吊杯式移栽机栽植器运动学分析与试验崔巍;赵亮;宋建农;林金天【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2012(043)0z1【摘要】Based on the movement trajectory formula of dibble-type planting device, the zero-velocity planting and the least damage of mulch-film was analyzed. The main parameters for transplanter were discussed. The proposed machine was designed and the experiment was carried out. The analysis and experiment showed that it's better to plant seedlings during rising stage of the planting devices. Spacing can be changed by changing the transmission ratio or the number of planting devices.%以吊杯式移栽机栽植器的运动轨迹方程为基础,结合农艺要求,对移栽机进行了零速栽苗和最小破膜条件的理论分析,得出移栽机主要设计参数的计算公式,并进行了机具设计及田间试验.理论分析与田间试验表明,栽植器最佳投苗位置为过最低点后的上升段；株距调整时,应根据实际调整大小决定通过改变传动比还是栽植器个数来实现.【总页数】5页(P35-38,34)【作者】崔巍;赵亮;宋建农;林金天【作者单位】中国农业大学工学院,北京100083;中国农业机械化科学研究院士壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;中国农业机械化科学研究院士壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业机械化科学研究院士壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】S233.2【相关文献】1.2 ZB-2型吊杯式移栽机栽植深度数据采集系统的设计 [J], 杨媛;李旭英;何生根;王璐;赵士杰2.吊杯式移栽机栽植株距调节的研究 [J], 迟明路;李旭英;田阳;张小志3.吊杯式栽植器的优化设计及试验 [J], 李旭英;王玉伟;鲁国成;张波;张海军4.蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化 [J], 王永维;唐燕海;王俊;程绍明5.吊杯式栽植器运动轨迹优化与试验 [J], LIU Yang;WANG Shi-guo;MAO Han-ping;LI Bin;WANG Tao;LI Ya-xiong;HANG Lü-hua因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

蔬菜钵苗高速移栽机吊杯式栽植器参数优化王永维;唐燕海;王俊;程绍明【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2016(47)1【摘要】为了获取高速状态下蔬菜钵苗移栽机吊杯式栽植器的最佳工作参数,设计了移栽参数可调的栽植器试验台,并进行了钵苗移栽土槽试验.采用二次正交旋转中心组合设计法,以移栽速度、特征参数和吊杯倾角为影响因子,以直立度合格率、株距变异系数和栽植深度合格率为响应值,利用SAS 9.1软件进行回归分析和响应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,并结合非线性优化计算方法,对栽植器的结构参数和工作参数进行优化计算.结果表明:在满足栽植频率大于90株/min的高速移栽状态下,各因子对直立度合格率的影响贡献由大到小为吊杯倾角、特征参数、移栽速度;对株距变异系数的影响贡献由大到小为移栽速度、特征参数、吊杯倾角;对栽植深度合格率的影响贡献由大到小为移栽速度、吊杯倾角、特征参数.优化所得栽植器最佳参数条件:移栽速度为0.47 m/s、特征参数为1.18、吊杯倾角为87°,此时理论最优值为直立度合格率98.01％、株距变异系数5.93％、栽植深度合格率89.25％,优化后验证试验表明直立度合格率为96.6％,株距变异系数为6.1％,栽植深度合格率为87.8％,试验结果与理论结果一致,所建立的回归模型合理;优化后直立度合格率、栽植深度合格率较优化前分别提高5.8、3.6个百分点,也高于国家和行业标准规定的指标值.【总页数】10页(P91-100)【作者】王永维;唐燕海;王俊;程绍明【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S223.9【相关文献】1.番茄链式纸钵苗移栽机栽植机构参数优化试验 [J], 韩霞;陈海涛2.旱地蔬菜钵苗自动移栽机栽植性能试验 [J], 王永维;何焯亮;王俊;武传宇;俞高红;唐燕海3.玉米钵苗移栽机圆盘式栽植机构参数优化及试验 [J], 周福君;芦杰;杜佳兴4.蔬菜钵苗移栽机取苗机构人机交互参数优化与试验 [J], 叶秉良;刘安;俞高红;骆春晓5.吊杯式移栽机栽植器运动学分析与试验 [J], 崔巍;赵亮;宋建农;林金天因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

小型蔬菜移栽机械手的设计与试验付㊀强ꎬ胡㊀军(黑龙江八一农垦大学工程学院ꎬ黑龙江大庆㊀１６３３１９)摘㊀要:为避免蔬菜人工移栽存在的株距㊁行距和深浅度不均等问题ꎬ根据国家标准ＧＢ/Ｔ５２６２－２００８及蔬菜移栽农艺要求ꎬ设计了一种能够与吊篮－鸭嘴式移栽机结合的移栽机械手ꎮ根据现有的蔬菜育苗钵盘外形尺寸及茄科蔬菜的育苗农艺要求ꎬ并结合吊篮－鸭嘴式移栽机的结构ꎬ确定了移栽机械手的设计方案ꎬ设计了移栽机械手的整体结构及尺寸ꎬ并对移栽机械手关键部件进行有限元分析ꎮ结果表明:机械手指最大变形量为０.１０６ｍｍꎬ所受最大应力为６５.５ＭＰａꎻ大臂最大变形量为４.７１４ˑ１０－６ｍｍꎬ所受最大应力为０.０２１ＭＰａꎻ小臂最大变形量为９.４７６ˑ１０－６ｍｍꎬ所受最大应力为０.０２２６ＭＰａꎮ试验结果表明:所设计的小型蔬菜移栽机械手能够在一定程度上解放劳动力ꎬ降低温室大棚内蔬菜移栽工作的劳动强度ꎬ可为以后全自动蔬菜移栽机的发展提供数据与理论参考ꎮ关键词:蔬菜移栽ꎻ吊篮－鸭嘴式移栽机ꎻ机械手ꎻ虚拟样机中图分类号:Ｓ２２３.９４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０６－０１３０－０５０㊀引言虽然我国拥有广阔的国土面积ꎬ但由于我国人口众多及地理环境的多样性ꎬ造成我国农业生产中突出的问题是可耕地资源相对较少ꎬ目前解决这一实际问题的有效途径之一便是大幅提高单位面积内农作物产量和产品品质[１]ꎮ我国农业生产过程中较为突出的矛盾是副食品供应偏紧ꎬ为了缓解这一紧要矛盾ꎬ我国农业部在２０世纪８０年代末期提出建设 菜篮子工程 ꎬ经过３０年的建设与发展ꎬ取得了显著成效ꎮ我国国家办公室于２０１０年下发了关于统筹推进新一轮 菜篮子 工程建设的意见ꎬ各级政府及农民对蔬菜生产的重视程度进一步增强ꎬ蔬菜种植面积稳步增加[２]ꎮ自我国实施 菜篮子工程 后ꎬ我国蔬菜种植面积逐年稳定增加ꎮ据国家市统计局官方数据显示ꎬ２０１５年全国蔬菜面积达２１９９９.７ｋｈｍ２ꎬ较２０１０年增加２９９９.８２ｋｈｍ２ꎮ蔬菜生产过程中ꎬ由于其生长周期短㊁劳动任务繁重ꎬ因此可将蔬菜生产划分为劳动密集型产业ꎮ目前ꎬ在我国种植面积较为广泛的蔬菜品种中ꎬ通过育苗移栽方式种植的蔬菜品种约占６０％ꎬ而在整个蔬菜收稿日期:２０１８－０１－０８基金项目:黑龙江省垦区科研项目(ＨＮＫ１３５－０３－０５)作者简介:付㊀强(１９９２－)ꎬ男ꎬ山西侯马人ꎬ硕士研究生ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)１０９９３９４８８４＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ通讯作者:胡㊀军(１９７２－)ꎬ男ꎬ江苏新沂人ꎬ教授ꎬ硕士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｇｃｘｙｋｊ＠１２６.ｃｏｍꎮ生产过程中劳动强度较大的两项工作分别是蔬菜秧苗移栽及蔬菜收获ꎮ其中ꎬ蔬菜秧苗移栽工作占总劳动量的２０％左右ꎬ仅次于收获作业[３]ꎮ目前ꎬ秧苗栽植几乎全部由人工完成ꎮ随着近年来城市的飞速发展ꎬ农村大量劳动力向城市转移ꎬ导致农村可用劳动力减少ꎬ进而导致蔬菜生产过程中生产效率低㊁移栽质量差等问题的发生ꎮ因此ꎬ实现蔬菜移栽机械化已成为我国蔬菜种植发展过程现阶段的迫切需要ꎮ蔬菜移栽机械化意味着蔬菜种植过程中基本不需要人工参与ꎬ即蔬菜秧苗的取放㊁种植均由机械完成ꎬ而移栽机器人则是完成此项工作的主要机械结构ꎮ所以ꎬ对移栽机器人的研究是实现蔬菜移栽机械化的重要工作之一ꎮ然而ꎬ我国对移栽机器人的研究较欧美等发达国家晚ꎬ欧美国家最先在经济作物与蔬菜方面开展此项研究ꎬ在有一定研究基础上陆续延伸到其他的粮食作物[４－５]ꎮ国外最早的商用移栽机器人是用于辣椒移栽的机器人ꎬ它由具有五自由度的机械手及连接在机械手末端的夹持器组成的ꎬ此机器人是由美国的路易斯安那农业试验站Ｈｗａｎｇ和Ｓｉｓｔｌｅｒ在１９８６年研制成功的[６]ꎮ为证明移栽机器人可以对温室穴盘苗进行移栽作业ꎬ美国奥本大学的Ｕ.Ｋｕｔｚ等人在１９８７年成功设计出基于Ｐｕｍａ５６０机器人的苗圃植物移栽机器人[７]ꎮ为进一步优化移栽机器人ꎬ美国罗格斯大学的Ｋ.Ｃ.ＴＩＮＧ等人在１９９０年设计出由气缸驱动移栽爪完成移栽工作的移栽机器人[８－１０]ꎮ在上述基础上ꎬ日本东北国家农业试验站的ＯｓａｍｕＳＡＫＡＵＥ在１９９６年成功研制出一套基于现代电子技术的农业机器人作业系统[１１]ꎮ韩国首尔大学的Ｋ.Ｈ.Ｒｙｕ在２００１年开发出一款移栽机器人[１２]ꎬ由直角坐标机器人㊁气动双驱动移栽爪㊁步进电机组成ꎬ可实现气㊁电两种控制方式ꎮ为验证不同结构机器人的移栽工作效果ꎬ捷克生命科学大学的Ｐ.ｈｕｌａ等人在２００８年利用不同结构ＡＢＢ机器人进行了移栽效果比较试验[１３]ꎬ证明所测试的机器人都能用于移栽作业ꎮ我国于２０世纪末期开始对移栽机器人进行研究ꎬ较欧美等发达国家晚１０年左右ꎮ据资料显示ꎬ我国最早研究移栽机器人的是国立台湾大学的林逵德ꎬ在１９９６年针对直角坐标移栽机器人展开研究ꎬ并对秧苗换盘移栽的路径进行了规划分析[１４－１５]ꎮ国立中兴大学郑经绅等人紧随其后ꎬ于１９９７年创新研发了新式花卉穴盘苗移栽机器人ꎬ采用气缸驱动ꎬ并对移栽机器人的动作进行了规划[１６－１７]ꎮ浙江大学任烨于２００７年开发研究了具有视觉系统㊁输送系统㊁控制系统及抓取系统等系统的温室移栽机器人[１８]ꎬ并取得了一定的有益效果ꎮ同年ꎬ沈阳农业大学的田素博老师团队分别对气动式花卉穴盘苗移栽机的移栽机械手[１９]㊁输送系统[２０]和控制系统[２１]进行了研究ꎬ设计出基于ＰＬＣ的机械手运动控制系统[２２－２３]ꎮ２００７年ꎬ江苏大学的郁玉峰等人[２４]运用数值的形态学方法求得图像中各秧苗的中心位置ꎬ并以此为依据创新设计了三平移并联移栽机器人ꎬ同时根据计算结果对秧苗进行定位[２５]ꎮ２００９年ꎬ南京农业大学的周婷等人提出目前的温室穴盘苗移栽机器人应可适用于不同规格的规格育秧穴盘[２６]ꎮ２０１０年ꎬ北京京鹏环球科技股份有限公司以直角坐标移栽机器人为基础ꎬ开发了一款新型植物工厂移栽收获机器人网ꎮ综上所述ꎬ不难发现现有的移栽机及移栽机械手存在许多不足之处ꎮ例如ꎬ现有的多数移栽机不能应用于温室大棚ꎬ与我国国情不符ꎻ需要人工喂苗ꎬ劳动强度大ꎬ工作效率低等ꎮ近几年ꎬ我国诸多科研工作者研发的移栽机械手多数为气压或液压驱动ꎬ在实验室或土壤状况较好的环境下工作相对较为稳定ꎬ但温室大棚内土壤状况不稳定ꎮ因此ꎬ设计一种能够在温室大棚内广泛应用的移栽机械手是当前研究的一个重点ꎮ１㊀机械手结构设计１.１㊀机械手的整体设计根据现有的蔬菜育苗钵盘的外形尺寸及茄科蔬菜(如茄子㊁辣椒等)的育苗农艺要求ꎬ并结合吊篮－鸭嘴式移栽机的结构确定移栽机械手的设计方案ꎬ设计移栽机械手的整体结构ꎬ计算各部件的结构尺寸ꎮ同时ꎬ根据所阅读的文献及蔬菜移栽的工作过程ꎬ本文设计的蔬菜移栽机械手应能够完成蔬菜钵苗的夹取㊁移动及投放工作ꎮ依据现有的蔬菜育秧盘结构尺寸ꎬ本文设计的蔬菜移栽机械手整体结构如图１所示ꎮ１.底座㊀２.旋转单向舵机㊀３.旋转底盘㊀４㊁６㊁８㊁１０.双向舵机５.大臂㊀７.小臂㊀９.连接板㊀１１㊁１２.机械手指图１㊀机械手简图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｋｅｔｃｈｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ本文设计的蔬菜移栽机械手的工作过程为:旋转单向舵机控制整个机械手中旋转底盘的旋转过程ꎬ即控制机械手从夹取蔬菜钵苗后到机械手向鸭嘴式吊篮中投放蔬菜幼苗之间的旋转运动ꎻ３个双向舵机联动控制机械手在夹取蔬菜钵苗以及投放钵苗过程中大臂㊁小臂及机械手指的角度ꎬ以确保能够在不损伤蔬菜钵苗的情况下完成蔬菜钵苗的夹取及投放工作ꎮ在移栽机械手的工作过程中ꎬ双向舵机控制机械手指的开合大小ꎬ并保证在机械手的移动过程中不会出现蔬菜钵苗因机械结构的震动而掉落的情况ꎮ１.２㊀机构设计本文设计的蔬菜移栽机械手是以我国现有的标准化蔬菜育秧钵盘所育蔬菜秧苗为对象的ꎬ因此本文对现有的标准化蔬菜育苗钵盘进行简要说明ꎬ其具体尺寸与结构如图２㊁表１所示ꎮ根据育苗钵盘的结构尺寸及油菜移栽机质量评价技术规范(ＮＹ/Ｔ１９２４－２０１０)ꎬ对移栽机械手主要零部件的结构尺寸进行设计计算ꎬ具体如图３~图５所示ꎮ１.３㊀三维设计利用三维建模软件建立移栽机械手的三维模型ꎬ模拟移栽机械手的整个工作过程ꎬ分别分析机械手指㊁大臂及小臂的应力应变ꎬ检验机构各部件的结构强度是否能够满足农业机械国家标准ꎮ其中ꎬ机械手指㊁大臂及小臂的结构如图６~图８所示ꎬ整体装配如图９所示ꎮ图２㊀秧盘三维模型Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｔｒａｙ表１㊀育秧盘尺寸Ｔａｂｌｅ１㊀Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｔｒａｙｍｍ尺寸长宽高单钵中心距底部漏水孔直径整体尺寸５４０２８０５０５０９单钵尺寸上４５４５５０下２５２５５０图３㊀手指尺寸图Ｆｉｇ.３㊀Ｆｉｎｇｅｒｓｉｚｅｍａｐ图４㊀大臂尺寸图Ｆｉｇ.４㊀Ｌａｒｇｅａｒｍｄｉｍｅｎｓｉｏｎｄｒａｗｉｎｇ图５㊀小臂尺寸图Ｆｉｇ.５㊀Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｄｒａｗｉｎｇｏｆｓｍａｌｌａｒｍ图６㊀大臂Ｆｉｇ.６㊀Ｌａｒｇｅａｒｍ图７㊀小臂Ｆｉｇ.７㊀Ｓｍａｌｌａｒｍ图８㊀机械手指Ｆｉｇ.８㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｉｎｇｅｒｓ图９㊀装配图Ｆｉｇ.９㊀Ａｓｓｅｍｂｌｙｄｒａｗｉｎｇ２　钵苗破碎试验与仿真分析为了解钵苗的力学性能ꎬ并为后续的机械手静力学分析提供理论基础与数据支持ꎬ利用ＷＤＷ－２００Ｅ型万能试验机对蔬菜钵苗(辣椒)进行破坏性试验ꎬ得到苗钵破碎的力学曲线ꎬ如图１０所示ꎮ图１０㊀位移 力曲线图Ｆｉｇ.１０㊀Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｏｒｃｅｃｕｒｖｅｄｉａｇｒａｍ由图１０可知:辣椒钵苗破碎力呈先增大后减小趋势ꎬ在９.８~１０.６ｍｍ之间达到极值ꎬ极值范围为３０~３１Ｎꎮ即对辣椒钵苗施加此范围内的压力时ꎬ辣椒钵苗完全破碎ꎮ试验数据经过优化后ꎬ可得到钵苗破碎力的方程式为ｙ＝－６ˑ１０－６ｘ４＋０.０１２ｘ３－０.０９２６ｘ２＋㊀㊀㊀㊀㊀２.８６８６ｘ＋０.５１８１式中㊀ｘ 测量所得破碎力ꎻ㊀ｙ 校正后的破碎力ꎮ由此可得ꎬ辣椒钵苗的破碎力最大值为３１Ｎꎮ钵苗破碎试验为后续机械手关键部件的静力学分析提供了重要的数据基础ꎮ在上述试验的基础上ꎬ利用绘图软件中的分析模块对其进行静力学分析ꎬ结果如图１１~图１３所示ꎮ图１１㊀大臂应力分析Ｆｉｇ.１１㊀Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｒｇｅａｒｍ图１２㊀小臂应力分析Ｆｉｇ.１２㊀Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｍａｌｌａｒｍ图１３㊀手指应力分析Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｉｎｇｅｒ由图１１~图１３可知:大臂的最大变形量为４.７１４ˑ１０－６ｍｍꎬ小臂的最大变形量为９.４７６ˑ１０－６ｍｍꎬ手指的最大变形量为０.０３９ｍｍꎬ三者的最大变形量均在允许变形范围内ꎬ满足机构设计要求与农机标准ꎮ在仿真分析过程中ꎬ因仿真软件限制ꎬ大臂㊁小臂及手指材料均为４５钢ꎬ其极限屈服强度为３３５ＭＰａꎬ而大臂㊁小臂及手指所受最大应力分别为０.０２１０㊁０.０２２６㊁２８.８２ＭＰａꎬ均远小于其材料的极限屈服强度ꎬ故所设计的机械手满足强度要求ꎮ３㊀结论１)由有限元分析可知:大臂的最大变形量为４.７１４ˑ１０－６ｍｍꎬ小臂的最大变形量为９.４７６ˑ１０－６ｍｍꎬ手指的最大变形量为０.０３９ｍｍꎬ大臂㊁小臂及手指所受最大应力分别为０.０２１０㊁０.０２２６㊁２８.８２ＭＰａꎬ均远小于其材料的极限屈服强度ꎮ分析结果表明:本文所设计的小型蔬菜移栽机械手结构合理ꎬ整体结构满足农艺要求ꎬ能够完成温室内蔬菜钵苗移栽工作ꎮ２)若此机构能够与鸭嘴－吊篮式移栽机成功结合ꎬ则可在一定程度上解放劳动力ꎬ降低温室大棚内蔬菜移栽工作的劳动强度ꎮ本研究可为以后全自动蔬菜移栽机的发展提供数据与理论参考ꎮ参考文献:[１]㊀陈风.钵苗移栽机输送㊁分苗系统的研究[Ｄ].石河子:石河子大学ꎬ２００５.[２]㊀秦贵.蔬菜移栽机械化需求分析及前景展望[Ｊ].农机科技推广ꎬ２０１３(４):４５－４６.[３]㊀王君玲ꎬ高玉芝ꎬ李成华.蔬菜移栽生产机械化现状与发展方向[Ｊ].农机化研究ꎬ２００４(２):４４－４５. 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[１０]㊀ＫＧＴｉｎｇꎬＧＡＧｉａｃｏｍｅｌｌｉꎬＰＰＬｉｎｇ.Ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒｏ￣ｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｒｏｂｔｉｃｐｌｕｇｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇｗｏｒｋｃｅｌｌ[Ｊ].ＩｎＶｉｔｒｏＣｅｌｌ.Ｄｅｖ.Ｂｉｏｌꎬ１９９２ꎬ２８:５－１０.[１１]㊀ＯｓａｍｕＳａｋａｕｅ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒｏｂｏｔａｎｄａｕｔｏｍａｔｅｄｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＪａｐａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅ￣ｓｅａｒｃｈＱｕａｒｔｅｒｌｙꎬ１９９６ꎬ３０:２２１－２２６.[１２]㊀ＫＨＲｙｕꎬＧＫｉｍꎬＪＳＨａｎ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｒｏｂｔｉｃｔｒａｎｓ￣ｐｌａｎｔｅｒｆｏｒｂｅｄｄｉｎｇｐｌａｎｔｓ[Ｊ].Ｊ.ａｇｒｉｃ.Ｅｎｇｅｎ.Ｒｅｓꎬ２００１ꎬ７８(２):１４１－１４６.[１３]㊀ＰＨｕｌａꎬＲＳｉｎｄｅｈａｒꎬＡＴｒｉｎｋｌ.ＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆＡＢＢｒｏｂｏｔｓｆｏｒｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇｓｅｅｄｌｉｎｇｉｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ[Ｊ].ＲＥＳ.ＡＧＲ.ＥＮＧꎬ２００８ꎬ５４(３):１５５－１６２.[１４]㊀钱中方ꎬ林逵德.穴盘秧苗移植手端之路径规划与分析[Ｊ].农业工程学报ꎬ１９９６ꎬ４２(３):６９－８１.[１５]㊀黄世欣ꎬ林连德.秧苗移植作业夹持器之设计与性能分析机[Ｊ].农业机械学刊ꎬ１９９６ꎬ５(３):５１－６５.[１６]㊀陈经纬ꎬ黄裕益ꎬ陈衍君ꎬ等.气压式假植机之研究(Ｉ)设计与试验[Ｊ].农业机械学刊ꎬ１９９７ꎬ６(４):４９－６０. [１７]㊀陈经纬ꎬ黄裕益ꎬ陈衍君ꎬ等.气压式假植机之研究(ＩＩ)设计与试验[Ｊ].农业机械学刊ꎬ１９９８ꎬ７(３):７５－８４. [１８]㊀任烨.基于机器视觉设施农业内移栽机器人的研究[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２００７.[１９]㊀张诗ꎬ田素博ꎬ邱立春ꎬ等.穴盘苗自动移栽机械手的结构设计与仿真[Ｊ].沈阳农业大学学报ꎬ２００７ꎬ３８(３):４３７－４３９.[２０]㊀田素博ꎬ王荣华ꎬ邱立春.温室穴盘苗自动移栽输送系统设计[Ｊ].沈阳农业大学学报ꎬ２００９ꎬ８(４):６２０－６２２. 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