546 小型蔬菜移栽机的设计(SW建模)

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。

国外出现的蔬菜移栽机有两种发 展方向。

一种以美国为首的，从事农业生产的人少，农业人口人均耕地面积大，移栽技术走 向专业化，实现联合收割，农业生产高度自动化和机械化 [3] 。

另一种是以日本为首，农业生 产土地面积较小，蔬菜移栽机精密度高，专用性强，这种蔬菜移栽机实现半自动移栽，人工 辅助，即可完成生产进度，保证小面积移栽蔬菜的需求。

国外移栽机类型多，移栽通用性能较强，相对成熟。

由于全自动蔬菜移栽机造价太高， 机械化水平较高的国家大多采用半自动移栽机械，人工喂入 [4] 。

国外蔬菜移栽机械配套设施 比较全面，工作效率高，而且移栽蔬菜时能保证移栽的株距和移栽深度，可以在一定范围内 调整。

国外的蔬菜移栽机能做到不伤苗体，移栽后苗体依然保持直立状态，这样能使移栽后 蔬菜的成活率提高。

1.1.2 国内蔬菜移栽机械的发展现状
我国蔬菜移栽机起步较晚，上个世纪50年代开始研制移栽机，在70年代开始研制裸根苗 移栽机，80年代出现半自动蔬菜移栽机 [5] 。

到目前为止，蔬菜移栽机依然没有得到广泛的应 用，只有机械化程度发展较高的地区可以见到蔬菜移栽机。

我国蔬菜移栽机的发展受到农艺的限制， 两者发展不平衡，移栽机的发展忽略了综合经 济效益，而且在移栽过程中出现的问题没有得到很好的解决，所以蔬菜移栽技术发展缓慢。

不同地区间蔬菜种类、 苗体大小和高度等都有一定的差异，蔬菜移栽机的通用性没有得到很 好的解决，也是蔬菜移栽机不能普及的一个原因。

国内已有的移栽机主要适用于秧苗株高小 于30cm，株距大于20cm的玉米、甜菜和烟草等作物的移栽。

国内生产蔬菜移栽机有多家公司，多为烟草、甜菜、棉花移栽机。

如青州火绒机械责任 有限公司制造的黄烟移栽机，该机采用了联动控制装置带动投苗机器随栽苗器挖穴、施肥、 栽苗、 封埯等功能的实现， 并且无漏栽苗和伤苗现象发生， 确保了秧苗移栽的质量和成活率， 完全可以弥补人工移栽过程中的深浅不一、株距不均、生产效率低等缺点。

1.2 国内外蔬菜移栽机械存在的问题
机身不稳定， 导致移栽苗体的株距、 国内自主研发的蔬菜移栽机有很多不能解决的问题。

列宽程度都有不同的变化 [6] 。

引起这种情况的原因很多。

首先是土壤条件，多数农民文化层 次不高，对土壤了解很少，每年留存在土地内的残留物较多，在耕地整地上没有完全做到标 准。

其次是蔬菜移栽机本身设计问题，我国生产的蔬菜移栽机械化正处于缓慢发展阶段，理 论部分和实际有一些差距，导致移栽效果与农民期望相差较远 [7] 。

我国适用于蔬菜的钵苗移栽机还不够成熟，钵苗栽植入大田后直立度差，现有机具在扶 苗、覆土、压实上都存在一定问题 [8] 。

国内移栽机基本上实现了株距和移栽深度的调整，但 其稳定性差， 株距和移栽深度的不同对幼苗在移栽后的生长状况有很大影响。

同时容易漏栽， 生产效率不高。

国内与移栽机相配套的其他机械少，机械化育苗移栽程度比较低。

国内目前所生产的移 栽机多数是借鉴外国机型，结构复杂，容易出现问题，给后续的维修带来不便，导致移栽机 在我国的推广进度缓慢。

国外移栽机械较为成熟，多数以大型移栽机械为主，自动化程度高，移栽性能良好，一 般用于大面积移栽，但同时其成本太高，不适合我国目前的移栽发展状况。

1.3 研究的内容和方法
根据我国小型蔬菜移栽机的发展现状和存在的问题以及农业生产对机械化要求， 设计小
型蔬菜移栽机。

小型蔬菜移栽机主要由动力机械、传动装置、喂入装置、导苗装置、扶苗装 置、镇压装置等组成 [9] 。

其中，动力机械是小四轮拖拉机，只需要把蔬菜移栽机悬挂牵引， 即可实现工作。

先确定符合我国蔬菜移栽机的类型，根据已有的蔬菜移栽机的参数和构造， 设计出符合 我国移栽行业的小型蔬菜移栽机，使小型蔬菜移栽机的工作效益能满足农业生产者的需求， 尤其是移栽后的株距和深度稳定，保持在合理的控制范围内，移栽后苗体的直立度较高，同 时覆土、压实较好 [10] 。

1.4 预期目标
（1）整机操作方便，结构简单，噪音小，使用寿命长。

（2）移栽后的苗体直立度好，损伤少，株距和深度基本保持一致，覆土性能优良。

（3）可以在温室、中小面积的土地上作业，小巧灵活，移栽速度快，人工劳动量少， 同时动力消耗上要尽量少。

（4）制造价格便宜，实现半自动化，能满足大多数蔬菜的移栽。

1.5 重点研究的关键问题及解决思路
该机动力源为小四轮拖拉机，通过地轮驱动、链轮传动实现动力的传输，苗体通过人工 喂入，由偏心装置带动移栽器做圆周运动，将苗体投入移栽器后，移栽器每次接近最低点打 开，即可完成苗体的移植。

最后覆土轮进行覆土压实。

（1）选择移栽机类型，设计传动装置、苗盘装置、喂入装置、苗体传送装置。

（2）运用AutoCAD软件，绘制二维零件图和装配图。

（3）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。

1.6 工作条件及解决方法
塔里木大学位于南疆中心位置，校内有温室实验基地，土壤条件较好，为项目开展提供 了场地和基本条件。

校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的机械加工制 造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足小型蔬菜移栽机的工作条件。

小型蔬菜移栽机的结构应在中型、大型蔬菜移栽机上改进，但必须保持移栽机所具有的 工作性能， 保证能够满足移栽作物对深度、 行距和直立度等要求。

在小型蔬菜移栽机设计时， 可参考中型、大型蔬菜移栽机工作原理，对其结构分析，找出符合移栽状况的移栽机类型。

选定移栽机类型后，分析其运动特征及轨迹，从而确定投苗点位置或鸭嘴开口位置，设计凸 轮导轨。

2 移栽机总体结构及主要零部件的设计
根据导师的指导和设计的要求，经过反复的讨论和研究，确定了移栽机的类型及机构 组成。

该蔬菜移栽机主要有动力源（拖拉机牵引）、传动机构、移植苗体机构、移栽深度调 节机构、放苗机构、覆土镇压轮等。

2.1 蔬菜移栽机的基本结构
移栽机总体方案如图 2­1 所示。

图 2­1 小型蔬菜移栽机总体方案图
蔬菜移栽机是一种组合式装备。

它是由牵引架总成、地轮总成、移栽器总成、放苗架总 成及覆土镇压轮总成组合而成。

牵引架总成由悬挂横梁、悬挂与拖拉机连接机构、地轮总成与悬梁连接机构、移栽器 总成和悬梁连接机构组成，其各部分零件均与悬挂横梁通过 U型螺栓固定。

地轮总成由地轮、地轮轴和地轮机架组成。

地轮轴端有链轮进行动力传动，通过改变 地轮上的链轮齿数，即可改变移栽机传动比，从而改变株距。

地轮机架上端为移栽深度调节 装置，其主要部分为丝杠，通过旋转丝杠可以改变悬挂横梁与地面的相对高度，从而改变移 栽器与地面的相对高度。

移栽器总成由牵引臂、移栽器挡板、移栽圆盘、偏心圆盘、曲柄连杆机构、凸轮、鸭 嘴和弹簧等组成。

移栽器整体固定在牵引臂上，可随拖拉机向前运动。

移栽圆盘与移栽轴固 定，移栽轴端有链轮，地轮传递动力至主传动轴后，再由主传动轴传递到移栽轴的链轮上， 从而完成整个移栽器的传动。

放苗架总成与牵引臂通过螺栓固定在移栽器后上方，作业人员可在座位上取苗。

放苗 盘上下面均为有一定厚度的铁皮板，与脚架焊接为整体。

放苗盘与放苗支架通过螺钉连接， 调整行距时同时调整螺钉即可。

覆土镇压轮总成在牵引臂末端，由覆土连杆、连杆套管、橡胶轮连杆、橡胶轮组成。

通过覆土连杆套管上的拧紧螺钉，可调整橡胶轮连杆的上下位置及角度，从而满足移栽覆土 的需求。

小型蔬菜移栽机整体结构如图2­2 所示。

1 2 3 4 5 7 8 9 6 10
14
11
12
13
15 16 17 1、牵引点 2、U 型螺栓 3、悬挂横梁 4、横梁与地轮架连接件
5、地轮架
6、地轮
7、链轮
8、鸭嘴
9、凸轮 10、覆土镇压轮 11、吊篮主圆盘
12、吊篮偏心圆盘 13、挡板 14、放苗架 15、牵引臂 16、移栽深度调节丝杠 17、座椅
图 2­2 移栽机整体结构图
2.2 小型蔬菜移栽机的传动原理
1 2 3 4
5 6 1、地轮 2、移栽器 3、链轮组 a 4、链条 5、主传动轴 6、链轮组 b
图 2­3 移栽机传动简图
该小型蔬菜移栽机实现固定株距的蔬菜移栽，所以使用链轮传递动力较为适合。

如图 2­3为移栽机传动简图。

移栽机的传动由拖拉机牵引下，地轮转动时，使得链轮组 a 转动，将动力传递到主传动轴。

同时主传动轴与移栽器通过链轮组 b 传动，这样便完成了
整个移栽机的二级传动方式。

其中，通过更换链轮组a 齿数，可以改变地轮与移栽器的传动 比，从而改变株距。

2.3 移栽器工作原理
移栽器的工作原理如图 2­4所示。

1 2 4 5 6 7
3
1、牵引机架
2、偏心导轨
3、链轮
4、吊篮
5、曲柄机构
6、主动圆盘
7、从动圆盘
图 2­4 移栽器结构简图
牵引臂 1 固定在机架上，机架在小型拖拉机牵引下向前做直线运动，同时移栽器圆盘在 链轮 3 带动下做圆周运动。

移栽器圆盘由偏心圆盘 6和主动圆盘7 构成，保持同角速度圆周 运动。

曲柄机构 5 连接在主动圆盘与偏心圆盘上，构成平行连杆机构，随其做圆周运动，吊 篮铰接在曲柄 5 上，故吊篮在运动时保持垂直于地面。

吊篮 4 运动到上方时，将苗体投入吊 篮中，当吊篮运动至接触地面，与吊篮连接在一起的鸭嘴在两侧凸轮作用下，强制开启。

鸭 嘴在吊篮最低点开口最大，苗体此时已落入穴中。

吊篮继续运动，在鸭嘴将出地面时，鸭嘴 开口保持最大一段时间，苗体完全脱离鸭嘴后，在两侧凸轮及鸭嘴上的弹簧作用下，鸭嘴缓 慢闭合。

吊篮在与牵引臂 1 平行处完全闭合。

吊篮再次运动到上方时，人工再次投苗，完成 一次循环。

2.4 主要设计参数
表 2­1 主要技术参数
参数项目 数据 外形尺寸（长×宽×高）（mm ）
作业行驶速度（m/s ）
作业行数
挂接方式
1445×1478×1245 0.2~0.4 2 三点悬挂 配套动力
行距调整范围（mm ）
株距（mm ）
移栽深度范围（mm ） 18kW 以上轮式拖拉机 300~500 342mm 、370mm 、402mm 40~120
3 吊篮设计
3.1 吊篮运动分析 车
地面
X Y
V A
B C ω
O
图 3­1 吊篮运动特征及轨迹
吊篮运动是由机车牵引向前的直线运动和吊篮绕吊篮中心的圆周运动复合而成的。

如图 3­1 所示，以吊篮圆盘中心为原点，前进方向为 X 轴，竖直方向为 Y 轴，建立直角坐标系， 可求出吊篮运动轨迹方程：
( )
cos X V t R t w =+ 车 盘 （3­1） ( )
sin Y R t w =- 盘 （3­2）
其中，V 车 为拖拉机前进速度，R 盘
为吊篮转盘半径，w 为吊篮转盘角速度。

将 3­1 式及 3­2式对时间一阶求导，可得出吊篮的运动方程： ( )
sin x V V R t w w =- 车 盘 （3­3） ( )
cos y V R t w w =- 盘 （3­4） 令 R V
l w = 盘 车 ，则吊篮运动轨迹取决于l 大小。

如图 3­1 所示，当 1 l > 时，为轨迹 I ；当 1 l = 时，为轨迹 II ；当 1 l < 时，为轨迹 III 。

按照“零速投苗 [11] ”原理，当 1 l = 时，苗体在与地面接触处，相对于地面速度为 0， 此时移栽直立度最好。

但实际状况是，当 1 l = 时，最低点处为图 3­1 中 C 点，吊篮鸭嘴投 苗后，苗体并未完全脱离，故 1 l = 不是最佳投苗条件。

实际应选投取苗条件 1 l > 。

如图 3­1 所示，此时在 A 处吊篮鸭嘴张开，苗体与地面接 触鸭嘴张开最大，至最低点后，苗体并未脱离吊篮鸭嘴，而在 B 处苗体完全脱离吊篮鸭嘴， 继而鸭嘴缓慢闭合。

3.2 吊篮基本参数之间的关系
3.2.1 吊篮的基本参数
吊篮基本参数有：
（1）吊篮数量N ，一般小于或等于 6 个；
（2）株距S ，选取常见作物株距，一般选取 30cm~40cm ；
（3）吊篮转速n ，单位为 r/min ，可知吊篮角速度 2 n w p ＝ ；
（4）移栽频率 f ，单位为株/min ，一般频率为 40~70株/min ；
（5）拖拉机进速度V 车
； （6）吊篮转盘半径R 盘。

3.2.2 移栽频率 f 、株距S 与拖拉机前进速度V 车
的关系 不考虑其他因素的影响，移栽频率 f 、株距S 与拖拉机前进速度V 车
的关系为： 60 V S f = 车 （3­5）
该蔬菜移栽机采用人工投苗，频率不宜过高，取一般值 60 株/min ，即 60 f = 。

3­5 式 中，频率选定后，株距 S 与成正比关系，其关系如下表：
表 3­1 株距与机车前进速度的关系
株距（mm ）
100 200 300 400 500 机车速度（m/s ） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
3.2.3 吊篮数量N 、株距 S 及吊篮转盘半径R 盘
关系 由移栽机运动特征知 1 l > 为其基本条件，即：
1 R V
w > 盘 车 （3­6） 将 60
V S f = 车 带入上式，整理得到： 2 R N S
p < 盘 （3­7） 吊篮盘半径R 盘 为固定值，取R 盘 =200mm ，吊篮数量N 与株距S 之间关系如表 3­2 和 表 3­3 所示：
表 3­2 吊篮数量与最大株距的关系
吊篮数量（个）
1 2 3 4 5 最大株距（mm ） 1256 628 419 314 251
表 3­3 株距与最大吊篮数量的关系
株距（mm ）
200 300 400 500 600 最大吊篮数量（个） 6 4 3 2 2
由表 3­2与表 3­3，可确定吊篮数量及株距的选择。

一般蔬菜移栽株距在300mm~400mm 间，当主动圆盘R 盘
=200mm 固定时，应选择吊篮 数量为 3。

注：该株距范围可移栽番茄、辣椒等作物。

4 传动比确定
4.1 总传动比、株距及地轮半径关系
总传动比为：
2 R i NS p w w == 地 总 地 （4­1）
由 4­1 式知，吊篮数量N 及地轮半径R 地 确定情况下，
选定不同的株距即可得到不同总 传动比i 。

取地轮半径R 地 =305mm ，根据实际移栽情况选取移栽株距为最大为 400mm ，最小为 300mm ，则总传动比可确定：
max 2305 1.597 3400
i p ´´ =
= ´ 总 min 2305 2.129 3300 i p ´´ == ´ 总 即总传动比在 1.597~2.129 之间，可实现 300mm~400mm 的蔬菜移栽株距。

4.2 链轮齿数的选择与移栽株距的确定
链轮本身是二级传动，则：
b a Z Z i Z Z =´ 地 总 盘 （4­2）
式中地轮上的链轮齿数为Z 地
，与地轮用链条传动的链轮齿数为 a Z ；吊篮主动圆盘上 的链轮齿数为Z 盘
，与吊篮主动圆盘用链条传动的链轮齿数为 b Z ；链轮 a Z 与 b Z 在同一根轴 上。

由于空间的限制，Z 地 齿数稍大取 23 齿， a Z 齿数较小取 17 齿， b Z 取 27 齿，Z 盘 取 23 齿，则有：
23 2327 1.588 1723 i =
´= 其中 23 i 为地轮轴上的链轮齿数为 23 时的总传动比，下同。

将式 4­1变形，可得到株距： 2 R S Ni
p = 地
总 （4­3） 则地轮轴上的链轮齿数为 23 时，其株距 23 S 为： 23 2305 mm 402mm 3 1.588 S p ´ =
= ´ 当改变地轮轴上的链轮齿数Z 地 时，可得到不同的传动比，从而满足蔬菜的移栽株距的
要求。

当 25 Z = 地 时，则有 25 2527 1.726 1723
i =´= 25 2305 mm 370mm 3 1.726
S p ´ == ´ 当 27 Z = 地 时，则有： 27 2727 1.864 1723
i =´= 27 2305 mm 342mm 3 1.864 S p ´ == ´
5 链轮设计
5.1 链轮选择及参数
由于小型蔬菜移栽机动力为拖拉机，其整机结构较小，靠地轮传动。

该小型蔬菜移栽 机设计为一个地轮传动带动一个移栽器单体，所以链轮上受力不大，选择 08A 链条与链轮 搭配。

08A 滚子链节距为 p =12.7mm ，滚子外径d =7.95mm ，可设计与计算出链轮参数 [12] ，如 下表：
表 5­1 链轮参数
齿数 齿宽（mm ）
倒角宽 （mm ） 总长度 （mm ） 分度圆直 径（mm ） 齿顶圆直 径（mm ） 齿根圆直 径（mm ） 17 7.3 1.5 20 69.1 74.8 61.2 23 7.3 1.5 20 93.3 99.3 85.4 25 7.3 1.5 20 101.3 107.4 93.4 27
7.3
1.5
30
109.4
115.5
101.5
5.2 链节数计算 链节数为：
2
1221 2 22 p Z Z Z Z a p L p a p +- æö =++ ç÷ èø
（5­1） 小型吊篮蔬菜移栽机中Z 地 链轮与 a Z 链轮中心距 1 a =645mm ，则该链节为： 1
2
645271712.72717 2=123.62124 12.726452 p L p +- æö
=´++´» ç÷ èø
节 Z 盘
与 b Z 链轮中心距 2 a =619mm ，则该链节为： 2
2 619272312.7272
3 2=122.48122 12.726192 p L p +- æö
=´++´» ç÷ èø
节 查询可知，一般可取中心距为 (30~50) a p = ，中心距 1 a 与 2 a 复合条件，故设计 合理。

6 凸轮设计
6.1 凸轮与鸭嘴的关系
凸轮是移栽机中重要的零件，其作用是控制移栽器上的鸭嘴开口。

蔬菜移栽机凸轮成 对称结构，分左凸轮与右凸轮。

吊篮随移栽器盘做圆周运动，当吊篮运动到移栽点时，与吊 篮相连的鸭嘴滚轮和左右凸轮的导轨接触， 这时吊篮鸭嘴逐渐打开， 至最低点鸭嘴开口最大。

当鸭嘴离地时，鸭嘴开口应比苗钵底端土块稍大，这样苗体可以完全移栽到穴中。

继而鸭嘴 缓慢闭合，至与牵引臂水平出完全闭合。

6.2 凸轮导轨的设计
6.2.1 凸轮导轨的角度设计
H 1 H 2
α
β 地面
A
B
C
D
O
O
ω
ω
H 3
E
图 6­1 吊篮投苗简图
凸轮角度控制移栽器投苗点，确定投苗时机。

吊篮在圆盘上绕自身中心旋转，鸭嘴通 过螺栓连接在吊篮上，由其运动过程可知，凸轮导轨为一圆弧。

该圆弧分为 3 段，分别对应 鸭嘴有闭合至张开，张开最大并保持一段，鸭嘴张开最大值至闭合。

如图 6­1所示，吊篮随移栽圆盘做圆周运动。

A 点开始投苗，鸭嘴张开，至 B 点开口最 大，CD 弧线对应鸭嘴张开最大保持的一段，之后至水平处完全闭合。

如图 6­1所示左侧，其移栽深度最小为 2 H ，此时投苗点为主动圆盘上的 A 点，最低点 为 B 点，转过角度为a ，主动圆盘中心 O 与 A 点的延长线交地面为 E 点。

假设 AE 长度为x ，根据三角函数关系有：
1 1
2 cos H R H H R x x
a + + =
= + 盘
盘 （6­1）
计算出 ( ) 12 2
H +H R =
R H x - 盘 盘 ，代入 6­1式，可得到：
2 cos R H R
a - =
盘 盘 （6­2）
其角度为：
2 cos R H arc R a æö
- = ç
÷ èø
盘 盘 （6­3）
同理，图 6­1 右侧所示，当最大深度为 3 H ，有：
3 cos R H arc R b b æö
- == ç
÷ èø
盘 盘 （6­3）
设计鸭嘴参数最小移栽深度 1 H 与最大移栽深度 3 H 参数，即可得到角度a 与b 的值。

小型蔬菜移栽机最小移栽深度为 1 H =40mm ，
最大移栽深度为 3 H =120mm ，移栽圆盘半
径R 盘
=200mm ，则： 20040
arccos
37 200 a - =»° 200120
arccos 66 200
b - =»°
6.2.2 凸轮导轨偏移量的设计原理
A
B
D
C
E G
H
F
α β
图 6­2 凸轮结构简图
凸轮除了控制鸭嘴开口时机， 还通过凸轮的导轨曲面与底面的相对距离控制鸭嘴张开大 小。

如图 6­2 所示，平面中，凸轮导轨由内侧 DH 段弧线与外侧 AF 段弧线构成，DC 段弧 线对应图 6­1 中a 角度，CG 段弧线对应图 6­1 中b 角度，GH 段弧线对应图 6­1 中鸭嘴在 最后闭合的角度。

通过改变凸轮导轨弧面与凸轮底面的高度，控制鸭嘴开口大小。

由于凸轮导轨面比较 复杂，故简化其设计。

按上图，弧线 AB 与弧线 DC 相对凸轮底面为上升，组成一个简单曲 面，两侧凸轮挤压左右鸭嘴上的小轮，鸭嘴开口变大；弧线 BE 与弧线 CG 在一平面上，相 对凸轮底面距离最大，即鸭嘴上的小轮相对原始位置竖直的偏移距离最大，鸭嘴开口最大； 弧线 EF 与弧线GH 相对凸轮底面距离为减少，组成一简单曲面，导轨曲面挤压鸭嘴小轮， 使鸭嘴小轮竖直偏移距离越来越小，并且左右鸭嘴在弹簧下作用下回复至闭合状态。

L 2
L 1
S 2
S 1
△χ
γ
L 3
O
图 6­3 左鸭嘴张开简图
如图 6­3 所示，鸭嘴通过螺栓连接吊篮上，可绕 O 点转动，鸭嘴闭合时小轮外侧下端 与吊篮自身旋转中心垂直距离为 1 S ，鸭嘴张开时张开角度为g ，张开时鸭嘴上的小轮外侧 上端与吊篮自身旋转中心垂直距离为 2 S ，闭合时鸭嘴小轮外侧上端与张开时鸭嘴小轮下端 竖直偏于距离为 x D 。

鸭嘴小轮外侧与凸轮导轨接触，参考图 6­2，则有 1 S 长度等于凸轮导轨内侧圆弧半径长 度， 2 S 长度等于凸轮导轨外侧圆弧半径长度， 鸭嘴小轮偏移距离 x D
等于凸轮导轨高度。

在设计凸轮时，鸭嘴张开角度g 至最大时，需保证苗钵能够从鸭嘴开口处脱离。

蔬菜苗 钵一般为倒圆锥体，底面圆半径为 1 R ，顶面圆半径最大 2 R ，高最大为H 。

图 6­3 中，鸭嘴 张开后与闭合时鸭嘴底端偏移距离为 1 L ，闭合时鸭嘴底端离地面高 3 L 处时，与其张开后偏 移距离为 2 L ，则需满足条件：
11
22 3 R L R H L L > ì ï > í ï > î
（6­4） 7 地轮轴的校核
7.1 地轮轴总体受力分析
地轮是移栽机整体（包括工作人员）的重力的主要承担者，现假设地轮承受全部重力， 以便对地轮轴进行校核。

全部重力为 4000N ，则每根地轮轴承担重力为 2000N 。

查资料得知地轮与地面的滚动摩擦为 0.16，可计算出滚动摩擦力为：
20000.16320 F N N
=´= 摩擦 （7­1）
同时，地轮还受链轮的作用力，此力较小，按经验取100N 。

7.2 地轮轴垂直面与水平面的支撑反力分析
96 96
47 图 7­1 地轮定位简图
地轮轴左端为链轮，中间为地轮，并有2
个轴承定位在地轮轴上，其尺寸如图所示。

F 2=2000N
F 3
F 4
F 1 图 7­3
地轮轴垂直面的支撑反力
F 5 F 6=320N
F 7
F 8
图 7­2 地轮轴水平面的支撑反力
7.3 地轮轴的校核计算
（1）求垂直面的支撑反力
小型蔬菜移栽机工作时，链轮受到链条作用力，其力与水平面夹角为 20°，即：
1 100sin 20N 34N
F =´°= （7­2） 12 3 47969696 1042N
9696
F F F ´+++´ =
= + （ ） （7­3） 4123 992N
F F F F =+-= （7­4）
（2）求水平面的支撑反力
5 100cos 20N 94N
F =´°= （7­5） 56 7 47969696 277N
9696
F F F ´+++´ =
= + （ ） （7­6） 8567 137N
F F F F =+-= （7­7）
（3）垂直面弯矩的计算，见图 7­3a
13 4749N m M F =-´=-× （7­8） 22 96192N m
M F =´=× （7­9）
（4）水平面弯矩的计算，见图 7­3b
37 4713N m M F =-´=-× （7­10） 46 9631N m
M F =´=× （7­11）
（5）合成弯矩的计算，见图 7­3c
22 13 51N m a M M M =+=× （7­12） 22 26 194N m
b M M M =+=× （7­13）
（6）地轮轴传递的转矩的计算，见图 7­4d
地轮轴传递的转矩是地轮给其的转矩，则有：
320305N mm 98N m
T F R =´=´×=× 地 摩擦 （7­14）
（7）危险截面的当量弯矩的计算，见图 7­4e
危险截面为地轮中心处，其当量弯矩为：
22
()
e b M M T a =+ （7­15）
取折合系数 0.6 a = ，代入上式可得：
22 194(0.698)N m 203N m
e M =+´×=× （8）计算危险截面处轴的直径
地轮轴选用 45 钢，调制处理，由资料查得 650 B MPa s = ， 1 []60 b MPa s - = ，则：
3
3 3 1 20310
mm 32.3mm
0.1[]0.160
e b M d s - ´ ³== ´ （7­16）
考虑到键槽对轴的削弱，将d 值加大 5%，故：
1.053
2.3mm 34mm
d =´= （7­17）
地轮轴各段弯矩及转矩如图 7­3。

M 1 M 2
M 3 M 4
M a
M b
T
M e
a b
c
d
e
图 7­3 地轮轴弯矩及转矩
总 结
这次的毕业设计，让我感到自己的不足之处。

我在理论方面的知识不够扎实，同时在 设计过程中，不能很好的运用所学知识。

我深感自己所学知识不够，在机械行业的基础知识 很欠缺。

总结有以下几点不足之处：
1、前期小型蔬菜移栽机的方案不能确定。

由于实物见的少，我国在蔬菜移栽机这一块 发展比较缓慢，个人对蔬菜移栽机的种类、特点了解很少。

在选择蔬菜移栽机的时候，综合 个方面的考虑，耽误了很长一段时间。

2、计算问题繁杂，容易出错。

因为计算不够细心，常常导致错误，往往一个错误导致 连锁反映，给后期计算带来不便。

3、设计应该考虑是否和实际相符，在前期在这个问题上面没有考虑太多，所以导致设 计中出现种种困难。

4、尺寸标注遇到困难。

设计好零件后，在标注时没有做到规范，部分尺寸不会标注。

这次毕业设计让我对机械设计行业有了一个全新的认识，经过这次的毕业设计，我获 得的很大的提高，这种提高是综合方面的。

我感到自己不足之处在于理论知识和不够细心， 因为机械设计要求合理、精密为一体，这是要考虑的关键因素，在小型蔬菜移栽机设计中出 现了这类问题。

在设计中，我明白一个道理，没有厚实是基础，就不能再设计中把作品做到 合理、实用；没有细心和耐心，就不能做成功一件繁琐的事。

在设计的同时，我通过查找资 料、学习软件等方法，将所学知识综合的利用，提高了个人能力，发现不足立即改正。

这次 毕业设计，我充分明白团队合作与个人能力的重要性，也明白理论知识和实践相结合的重要 性。

此次设计中仍存在不足之处，希望老师指出我的不足之处，这样我可以更加完善设计。