白菜移栽机的实体设计

学士学位毕业设计
白菜移栽机的实体设计
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中国·大庆
白菜移栽机的实体设计
摘要
在研究国内外插秧机械的发展状况和我国插秧机械存在的问题的基础上，根据白菜移栽作业的要求，设计了一种以步进式植质钵育水稻插秧机为模板的单行作业的白菜移栽机。

该机型在插秧机构的分插秧原理和插秧的运动轨迹等方面作了相应的改进，对分插机构进行重新设计，确定了曲柄、栽植臂和摆杆等部件的结构和运动参数，将针式取秧器改为刀片式便于切取钵块，并对秧箱和移箱机构的改装设计。

分析了刀片式取秧器在取苗、送苗、插苗、回转、避让和回程过程中机器前进速度与速度之间应有的关系，确定出相应的白菜移栽模型。

同时还对开沟和覆土压实装置进行设计，满足白菜移栽的要求。

利用UG对关键的部件进行实体设计，主要的机构包括分插机构、发动机、秧箱、移箱机构、送秧机构、离合器机构、仿形机构以及开沟器和覆土轮等部分进行设计。

最后作出整机的运动仿真过程，为该机型的后续生产提供技术支撑。

该白菜移栽机的特点是结构简单，操作容易，工效高。

白菜苗在移栽过程中，直立度和成活率高。

在结构设计方面也有一些的创新之处，待到实际生产中进行验证。

关键词白菜移栽机；植质钵育；分插机构；实体设计
Abstrat
Planting at home and abroad in the development of machinery and mechanical planting of our problems, based on the transplanting operation in accordance with the requirements of Chinese cabbage, in order to design a step-by-step quality-sik sterile rice transplanter bowl as a template for one-way operations cabbage Transplanter. The model sub-agencies in the planting and transplanting seedlings principle and so the trajectories of the corresponding improvements to the re-planting mechanisms designed to determine the crank arm and put under cultivation, such as parts of the structure and motion parameters, the needle browser-style changed from seedling to facilitate blade bowl cut block, and move boxes and boxes seedling body design modifications. Analysis of the blade from seedlings seedlings in check, sent to Miller,play, turn, avoid the process and return the machine forward speed and the relationship between the speed, to determine the appropriate model of cabbage transplanting. At the same time also trenching and soil compaction device designed to meet the requirements of Chinese cabbage transplanting.
The use of UG key components of physical design, the main institutions, including the drop, the engine, seedling boxes, move me body, give seedlings agencies, the clutch body, profiling agencies, as well as trenching and soil and other parts of the design wheel. Finally, the motion simulation of machine to make the process of follow-up of the production models to provide technical support.
The cabbage transplanting machine is characterized by simple structure, easy operation, high work efficiency. Chinese cabbage seedlings in the transplant process, the vertical and the high survival rate. In structural design has also been a number of innovations, stay to verify the actual production.
Key words：Cabbage Transplanter: Drop: The shift box: The overall structure
目录
摘要 (I)
ABSTRAT (II)
前言................................................ - 1 - 1 概述.............................................. - 3 -
1.1课题研究的目的 (3)
1.2国内外插秧机机械发展现状 (3)
1.2.1日本插秧机械现状 .............................. - 3 - 1.2.2韩国插秧机械现状 .............................. - 4 - 1.3国内插秧机械现状、发展及存在的问题. (4)
1.3.1 国内插秧机械现状.............................. - 4 - 1.3.2 国内插秧机械存在的问题........................ - 5 - 1.4国内外移栽机械的发展状况和特点.. (5)
1.4.1国外移栽机械的种类形式是和特点 ................ - 5 - 1.4.2国内移栽机械的种类形式和特点 .................. - 8 - 1.5手扶式白菜移栽机的研究和发展. (9)
1.6手扶式插秧机涉及内容和方法 (9)
2 白菜移栽机的总体设计............................. - 10 -
2.1白菜移栽机的三维实体结构设计图 (10)
2.2工作过程 (11)
2.3白菜移栽机的技术规格 (11)
2.4配套秧盘的设计 (12)
3 分插秧原理与分插机构的设计....................... - 15 -
3.1分插机构组成 (15)
3.2分插工作原理 (16)
3.3秧爪 (17)
3.4曲柄连杆的设计 (19)
4 秧箱、送秧机构和移秧机构的设计................... - 21 -
4.1秧箱 (21)
4.1.1组成及工作原理 ............................... - 21 - 4.1.2设计内容、步骤及结果 ......................... - 21 - 4.2送秧机构.. (22)
4.2.1 组成及工作原理............................... - 22 -
4.2.2设计要求 ..................................... - 23 - 4.2.3设计内容、步骤及结果 ......................... - 23 - 4.3移箱机构.. (24)
5其他部分的设计 ................................... - 26 -
5.1插秧机的动力配备 (26)
5.2开沟器 (27)
5.3驱动轮 (28)
5.4安全离合器机构 (29)
5.5覆土压实装置 (29)
总结............................................... - 31 -
结束语............................................. - 32 -
致谢............................................... - 33 -
参考文献........................................... - 34 -
附录............................................... - 35 -
前言
作物栽植可以避免苗期干旱、冻害等自然灾害；提高复种指数，解决多茬作物的接茬矛盾，大幅度提高作物产量。

我国旱地作物栽植的面积相当大，每年旱地栽植的面积超过1500万公顷。

但目前我国主要采用手工来完成移栽作业，存在劳动强度大、作业效率低、移栽质量差等问题。

国外发达国家已实现了从育苗到移栽的机械化作业，有效的提高了幼苗的质量和劳动生产率。

因此，实现旱地栽植机械化已成为我国农业生产的迫切需要。

同时作物育苗移栽，不但能增加有效积温、延长生长期、保证按时成熟，而且移栽的作物根系发达、茎秆粗壮、成熟一致、抗倒伏、产量高。

此外，作物移栽还能节省种子。

种苗栽植从劳动强度方面来看，是仅次于收获作业的一项劳动强度非常大的农事活动，它约占作物从种到收所需劳动量的20%。

显而易见，实现旱地移栽机械化已成为农业生产的迫切需要。

大白菜，又称为“结球白菜”、“黄芽菜”或“窝心白菜”等，是我国的原产和特产蔬菜，全国各地普遍栽培，以华北地区为主要产区。

大白菜以其细嫩甘脆、汁白如乳的品质，易种植、耐储藏的特性，在我国的蔬菜生产和消费中占有重要的地位，是人们秋冬季节餐桌上的美味佳蔬。

在北方，大白菜被称为“当家菜”、“半年菜”，现已先后引种世界各地。

在日本，大白菜叫做“唐人菜”、“山东菜”；在欧美，有人把大白菜叫做“中国甘蓝”。

据调查，在黄河以北地区，秋冬大白菜的种植面积占秋菜种植面积的50%左右，东北地区可达60%左右。

大白菜生长期较短，生产成本低、产量高，且价格低，尤其在秋冬大白菜的收获季节，其价格是所有蔬菜中最低的。

因此，它适合于城镇中低收入水平的家庭和广大农民的要求。

所以白菜生产的机械化与自动化也是农业机械化与自动化的一项发展目标。

尤其是在东北，白菜需求量是很大，因为在东北储备白菜是很多家庭的传统与习惯，而且每家的储备量不小，再加之白菜的价格低廉，更是百姓储备过冬菜品的最佳选择。

这样就给白菜带来了巨大的市场需求量，所以对于白菜的生产机械化与自动化将会给白菜的带来很大的经济效益和生产收益。

对于白菜栽植机械的研究将是白菜机械化生产的一个新的阶段，将白菜种子进行集中和规范式的种植，通过密集化的种植方式使白菜种子迅速而且健康的生长为白菜苗，再通过对白菜苗的筛选，将健壮的，长势优良的白菜苗进行下地栽植，一方面避免了直接播种时产生的育种不良的问题，另一方面由于是选用进行筛选的白菜苗进行栽植，提高了成活率而且由于是选用健壮的白菜苗所以白菜长势会格外的好。

白菜栽植机的研究既会解决白菜播种过程时出现的问题而且在选择苗体时，被筛选出的不良苗体也可当小白菜食用，这样就又增加了白菜生产过程中的经济效益。

所以白菜栽植机的研究就有了其长远的实际效益。

白菜的种植一般都采用的是直播种植，首先通过选用优良的品种进行育
种，育种后在适宜的播种期进行播种，然后通过合理的田间管理和肥水管理使白菜进行健康的生长，期间要进行菜田覆盖和病虫害的防治。

这就是白菜种植的一般生产过程。

对于白菜的移栽技术则是个新的领域，有待于更广泛和深入的研究。

国外移栽机主要用来移栽甜菜、蔬菜、烟叶等。

国外30年代就出现了手工喂苗的移栽机具，50年代研制出多种不同结构形式的半自动移栽机，到80年代，半自动移栽机已在生产中广泛使用。

70年代末，B．K．Huang等发明了适合自动移栽的空气整根育苗技术，并以此为基础提出了钵苗移栽的系统方案，设计了精密苗盘播种机和自动移栽机。

这种移栽机能移栽多种农作物，通用性好。

我国70年代开始研制裸根苗移栽机，最早用于甜菜移栽，80年代研制成半自动蔬菜移栽机。

同时也从国外引进了多种适合于移栽蔬菜、烟叶、甜菜等经济作物的移栽机械，但均因育苗技术落后，配套性能差，以及机具本身性能不稳定和生产率低等原因，都未得到推广使用。

基于国内外的关于移栽机械的研究状况，并根据本次毕业设计的要求，由于水稻插秧机工作形式与本次设计的目的相似，故将以水稻插秧机为原型进行白菜移栽机的研究与设计。

主要的研究内容和分析的结论如下：
1.研究了国内外插秧机械的发展状况，分析了我国插秧机械存在的问题;论述了栽植作业对插秧机的要求;提出了发展手扶式白菜移栽机械的重要意义。

2.分析了插秧机构的分插秧原理。

根据农业插秧的基本要求，分析了机械插秧时秧针的运动轨迹，提出了机械插秧工作时秧针在取秧、送秧、插秧、回转、避让和回程过程中机器前进速度与秧针速度之间应有的关系。

3.对分插机构进行设计。

采用曲柄摇杆机构，分插机构由曲柄、栽植臂和摆杆等组成。

曲柄、栽植臂、摆杆和链箱后盖组成一曲柄摇杆机构。

由曲柄匀速旋转带动铰接四杆机构，使分离针形成一平面的栽插运动轨迹，完成分秧和入土落秧等功能。

推秧器的动作依靠推秧凸轮、拨叉和弹簧来实现。

4.秧箱、送秧机构和移箱机构的设计。

秧箱用横梁和滑道将隔板和箱体铆合成整体。

秧箱下端装有导向轨与装在链箱（侧）和秧门（中）上的滚轮配合，达到支承秧箱质量和使秧箱横向移动的目的。

下端还有驱动臂与移箱轴交接。

秧箱上还有纵向送秧皮带（轮）组合，与移箱轴上的抬把联接，可完成纵向送秧动作。

横向移箱机构依靠螺旋轴与滑套、指销、移箱轴的配合来带动和控制秧苗的横向移动和行程。

5.插秧机的总体设计。

插秧机主要由发动机、行走传动及工作部分组成。

主要包括：离合器结构、牵引仿型部分、动力传递、秧箱、送秧机构、移箱机构、传动系统和分插机构以及开沟器和覆土轮。

1 概述
1.1课题研究的目的
对白菜进行移栽种植，一方面避免了直接播种时产生的育种不良的问题，另一方面由于是选用进行筛选的白菜苗进行栽植，提高了成活率而且由于是选用健壮的白菜苗所以白菜长势会格外的好。

白菜栽植机的研究既会解决白菜播种过程时出现的问题而且在选择苗体时，被筛选出的不良苗体也可当小白菜食用，这样就又增加了白菜生产过程中的经济效益。

所以白菜栽植机的研究就有了其长远的实际效益。

同时移栽作业可以提高白菜的产量和品质，有利于良好的成长发育，既缩短了田间生长期，提高了土地利用率，也可以适当的避免如春寒、秋冻和干旱等自然灾害。

所以在满足农业技术要求（包括秧苗要求、土壤要求、栽培方式、生长要求），符合人体工程学原理（包括栽植频率、座椅、苗架、行距）和机械原理（包括零速度投苗原理、仿形原理、三点悬挂原理）的基础上设计出的白菜移栽机械很有实际使用价值。

1.2 国内外插秧机机械发展现状
在进行机械插秧的方面，日韩两国的技术处于世界的领先地位。

插秧机的研究主要是在日本、韩国和中国。

日本的研究水平处于世界前沿，其生产己高度现代化，中国从80年代才刚开始起步，目前主要手扶式机动插秧机是主要是国内生产，但是很多品牌还是日本和韩国的投资企业。

现分别对这几个国家的水稻插秧机研制和生产情况加以论述。

1.2.1日本插秧机械现状
日本插秧机主要有乘坐式和步行式两大类。

根据插秧要求和用户的使用层次不同，带土苗插秧机高、中、低档规格俱全，每种机器各具特色。

尽管日本的插秧机有很多种型号，但其原理和结构基本类似，主要生产厂有久保田、洋马和井关等。

日本带土苗插秧机主要特点有以下儿点: l插秧机的高速化， 2工作可靠性高、作业质量好，广泛使用液压技术、自动控制和安全装置，如自动仿形控制插深、机体水平自动控制、插秧离合器分离及转弯自动减速、秧爪安全分离装置等，当遇到超负荷时(如石块)，秧爪能在任一位置停止运动可避免损坏秧爪和其他机件。

3产品多样化，以适应不同地区对机器的需要。

步行机两轮驱动，有2、4、6行。

乘坐型二、四轮驱动，有4、6、8、10行。

行距300mm，株距120一20Omm可调。

普遍可配带化肥深施装置，所施肥料有液体
肥料和颗粒肥料。

1.2.2韩国插秧机械现状
韩国水稻插秧机的生产技术走的是一条引进的道路，它从日本全套引进该技术生产。

因此，机型和结构与日本插秧机类似。

韩国企业在引进日本技术后，逐步致力于改进提高和关键技术的国产化，努力降低成本和价格，目前产品的质量和性能己基本接近日本同类产品水平。

但由于受日本技术母公司的制约，产品一般比日本落后一两代，并且在市场分配上也受到日方的控制。

为改变这种状况，韩国企业在努力开发自主产品的同时，近年来已成功实现了部分技术来源的多样化。

韩国目前规模较大的生产插秧机的企业有5家，这5家公司早期都是从日本全面引进技术的。

其中国际株式会社采用的是日本洋马公司的技术，东洋株式会社采用的是日本井关的技术，大同工业株式会社采用的是日本久保田技术，LG采用的是日本三菱株式会社的技术。

1.3国内插秧机械现状、发展及存在的问题
1.3.1 国内插秧机械现状
我国在插秧机械方面研究做的是比较早的。

20世纪50年代，我国就开始研究水稻洗根苗机械插秧技术。

随着技术不断进步，水稻种植机械化有了较大发展。

1976年，全国水稻插秧机械保有量已达10万余台，机械化插秧种植面积约35万平方米，机插程度达 1.1%。

由于洗根苗机械插秧技术对插秧的要求高，机插很难达到农艺要求，同时拔秧费力费时，实际上从拔秧到插秧机器作业效率只比人l_提高0.87%倍，农民很难接受。

我国洗根苗机械插秧技术没能推广的土要原因是育秧与机插不配套，经济效益差。

70年代末，农村实行联产承包责任制，国营农场兴办家庭农场。

由于水稻种植面积受粮价偏低，同时受到资金投入少、生产批量小和使用成本高等因素制约，我国的水稻种植机械化进入低潮。

80年代初，我国引进日本工厂化育秧和机械插秧成套技术取得成功，解决了育秧与机插的配套问题，但日本工厂化育秧一次性投资大，与当时我国农业发展水平差距太大，使得我国机械化插秋一直徘徊不前，发展缓慢。

我国目前使用的大多数水稻插秧机是在吸收日本插秧机的插秧工作部件，结合我国22系列插秧机的行走机构的基础上研制的机动带土。

如延吉插秧机厂在吸收日本井关PL620和PL820型乘坐式插秧机的连杆式插秧工作部件的基础上研制的ZZT一9376、ZZT一7358型水稻插秧机，这也是我国目前唯一批量生产的机动水稻插秧机型，该机插秧性能指标达到日本同类产品的水平，采
用柴油机为动力，结构简单、成本低。

1.3.2 国内插秧机械存在的问题
我国插秧机械化停滞不前，除其他原因外，插秧机本身也存在许多问题，主要表现在以下几点：
1.高速插秧问题。

我国目前生产的插秧机主要是采用曲柄连杆机构，插秧速度慢，生产效率低。

虽然也开始将行星回转插秧机构应用到国产插秧机上，但由于底盘速度的限制，不能充分发挥高速插秧机构的性能。

2.插秧机构安装在拖板上，插秧机构不能随时对地面仿形，不能有效控制插秧深度，影响插秧质量。

3.缺乏适应季节生产的插秧机械。

目前我国唯一成批生产的带土苗插秧机主要适用于北方单季稻地区稀植。

我国插秧机构是在参照日本插秋机构的基础上生产的，要将插秧行距缩小到农艺要求在结构上很难做到。

4.种类、型号单一。

我国插秧机具产品种类、型号单一，远远不能满足不同层次用户的需要，机具利用率底，使用成本高。

1.4 国内外移栽机械的发展状况和特点
1.4.1国外移栽机械的种类形式是和特点
图1-1意大利MAS公司的全自动移栽机
特点：（1）1人喂入，控制4行。

（2）铺膜移栽。

（3）吊杯式栽植器。

（4）要求钵体能够滑动.
图1-2芬兰Lannen公司的全自动移栽机
特点：（1）1人放置穴盘，控制4行。

（2）穴盘移动，机器手取苗。

（3）导苗管式栽植器。

（4）要求穴盘标准一致。

图1-3美国北卡罗来州立大学的全自动移栽机
特点：（1）1人放置穴盘，能够控制多行。

（2）气吸式取苗。

（3）导苗管式栽植器。

（4）要求采用空气整根式穴盘育苗。

图1-4日本久保田公司的全自动移栽机
特点：（1）1人放置穴盘，单行。

（2）铺膜移栽。

（3）鸭嘴式栽植器。

（4）要求穴盘规格一致。

（5）行走式结构。

（6）机器手取苗。

图1-5日本丰收公司的大葱全自动移栽机
特点：（1）1人放置穴盘，2行。

（2）挠性圆盘式栽植器。

（3）要求穴盘规格一致。

（4）行走式结构。

（5）顶出式取苗。

1.4.2国内移栽机械的种类形式和特点
钳夹式移栽机的特点是结构简单、价格便宜、栽植的直立度好，但是速度慢、容易伤苗、株距调整不方便。

图1-6 钳夹式移栽机链夹式移栽机
链夹式移栽机结构简单、价格便宜、栽植的直立度好、株距调整比钳夹式方便但是速度慢、容易伤苗。

导苗管式移栽机栽植的直立度好、速度快、不伤苗、株距调整方便，但不适合大钵小苗移栽、不能进行铺膜移栽、结构复杂、价格高。

推苗式移栽机栽植的直立度好、速度快、不伤苗、株距调整方便、结构比导苗管式移栽机简单，但是不适合大钵小苗移栽、不能进行铺膜移栽。

挠性圆盘式移栽机栽植的直立度好、适合小株距作物的移栽，但是速度慢、易伤苗、株距调整不方便结构复杂、价格高。

还有吊杯式移栽机其栽植的直立度好、能够进行铺膜移栽、不伤苗、适合大钵小苗的移栽、便于注水移栽，但是速度慢、株距调整不方便。

1.5 手扶式白菜移栽机的研究和发展
本次设计将水稻插秧机的作业方式进行改进并将其应用于白菜移栽作业上，通过插秧臂的工作将白菜苗进行移栽。

通过对白菜的移栽，能大大的提高白菜的产量和品质，而且在移栽过程中可以对白菜苗进行筛选，择优选择。

而且通过移栽可以使白菜更加良好的生长发育。

同时还能缩短田间生产期，提高土地利用率，同时还可以避免春寒、秋冻和干旱等自然灾害。

将手扶式水稻插秧机改装为白菜移栽机，一方面是因为其结构简单，制造方便；另一方面是由于其成本不高，且由于我国土地分配状况适合小面积单人作业；所以手扶式的白菜移栽机因其低廉的价格和简单的操作将会有很大的市场。

如果有足够的资源和资金，将整机的机械接否进行优化，提高其自动化程度和栽植作业的精确度，那么手扶式白菜移栽机将会有更加深远的发展。

1.6 手扶式插秧机涉及内容和方法
手扶式插秧机设计涉及到的内容有以下几个方面：
1 移栽机的总体结构；
2 配套秧盘的设计；
3分插原理和分插机构的设计；
4秧箱、送秧机构和移秧机构的设计；
5移栽机的动力配备；
6驱动轮和牵引架的设计；
7开沟器的设计；
8覆土轮的设计；
9主离合器和安全离合器的设计。

2 白菜移栽机的总体设计
2.1白菜移栽机的三维实体结构设计图
图2-1移栽机结构示意图
Fig.2-1 Structure scheme of the cabbage transplanter
图2-2移栽机结构示意图
Fig.2-2 Structure scheme of the cabbage transplanter
整机的主要结构包括几个部分：1.动力输出部分，其中包括发动机、油箱，该部分主要是为整个移栽机提供动力。

2.驱动轮部分，该部分主要由链轮箱和驱动轮组成，在获得动力的情况下通过链传动使驱动轮转动，使移栽机进行行走。

3.开沟器部分，该部分主要由液压缸和开沟器组成，在行走过程中在开沟
器的作用下开出适合移栽的苗沟，其油缸部分可以使开沟器在不作用时可自行收起。

4.传动部分，该部分的主要构成很多，其中有变速箱和链传动箱，而且还有横向换向器，变速箱将发动机传来的动力变为合适的速度将其通过链传动传动到横向换向器，并同时在侧支架内将动力传给栽植臂。

5.栽植作业部分，这其中主要部件是栽植臂，还有秧盘以及后面的覆土装置，在三者的相互配合作用下将白菜苗进行移栽。

6.控制操作部分，这部分就是操作台，通过操作台可以对整个的白菜移栽过程进行控制。

图1和图2是白菜移栽机的三维实体布局图。

2.2工作过程
在白菜移栽机开始工作前要先将开沟器调整好，根据土地情况调整好适宜的开沟深度，其开沟器的调整是由液压缸进行控制，所以调整方便。

白菜移栽机的主要工作部件是插植臂，其工作过程是由汽油发动机通过活塞的往复运动传出动力，传到变速箱中，经过变速箱的减速后，经过动力轴传到链轮上，再由链条传到侧支架连接的轴上，侧支架中是靠链轮和链条实现传动的，插植臂安装在侧支架上，从而带动插植臂的运动；插植臂的秧针在秧门处取苗，取苗后将苗放入经开沟器开好的沟内。

秧箱通过横向移箱机构，进行横向的往复移动，从而实现横向取苗的过程。

菜苗的纵向送秧是靠纵向送秧机构来完成的，当横向移箱机构使秧箱移动到一端时，双向螺旋轴上的凸轮带动抬把运动，进而带动棘轮副的运动，使菜苗向下运动一定的距离，完成纵向送苗的过程。

在菜苗放入开好的沟槽内后，在后面的互成角度的覆土轮的挤压作用下，泥土会将菜苗稳定并牢固的压紧在泥土内，而且在覆土爪还有将泥土平整的作用。

移栽机的行走部分的工作过程是由发动机输出的动力传递到变速箱中，在经过变速箱传递到安装有驱动轮的轴上，从而使地轮运动，通过变速杆调节插秧机的运动速度和运动方向。

2.3白菜移栽机的技术规格
表1 移栽机主要技术规格与参数
2.4 配套秧盘的设计
要想将白菜进行移栽作业，首先就要解决配套秧盘的问题。

为此我在老师和同学的帮助下进行了许多试验。

选用不同的秧盘对白菜进行栽植试验，以便获取必要的实验数据，获取最适宜白菜移栽的秧盘的大小和尺寸。

我们首先选用了培育玉米的秧盘，其试验效果不错，白菜生长良好，但是由于其材料和形状的原因，并不适合对白菜进行移栽。

一方面由于其过于柔软，且排列不是规则的矩形排列，故不适宜在移栽机上使用，还有由于其是塑料材质，移栽后会将其留在土壤中，对土质是种破坏。

所以没有将其采纳。

以下是相关照片。