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小型蔬菜移栽机的研究与设计控制与仪器大学论文

学士学位毕业设计

小型蔬菜移栽机的研究与设计

学生姓名：

姚贵生

学号：

200824024450

指导教师：

万霖

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

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

4.3.3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

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。

该蔬菜移栽装置已公开发明专利（200810063013．8）和实用新型专利（200820121105．2）；并已公开发明专利蔬菜移栽装置的压盘装置（200910099278．8）。

本文主要的研究内容如下：

1．研究国内外各种蔬菜移栽机的结构及原理和实验室已有的研究成果，从蔬菜钵苗移栽机移栽机构的机理分析入手，首先根据设计要求确定蔬菜移栽机整机的基本参数，然后根据整机结构，通过建立数学模型，应用MATLAB编写程序快速准确的确定传动比、顶杆相位差和顶出时间等机构重要参数。

2．根据已确定的参数，对蔬菜移栽机的核心部件一杠杆顶出式机构建立数学模型，基于MATLAB对杠杆顶出式机构进行运动学分析、动力学分析和参数优化，确定了六组杠杆顶出式机构的基本参数及相关机构的参数；根据确定参数应用UG软件对移栽机构进行实体建模，基于ADAMS软件对建立的移栽机构模型进行虚拟样机仿真，并进行结果分析，验证理论设计结果是否正确。

3．在蔬菜移栽机构研究的基础上，根据农艺要求，为了完成开沟、移栽、施肥和覆土等工序，基于CAD技术对蔬菜钵苗移栽机关键部件进行计算机辅助设计，包括开沟覆土装置、压秧盘装置、施肥装置和传动系统。

在传动系统中，部分用的是链传动，为了快速确定实际中心距和链节数，解决销轴的虚拟定位和链条的虚拟装配问题，基于UG软件对链条进行参数化研究。

4．为了实现对蔬菜移栽机的移栽装置零部件的系列化设计，以适应不同蔬菜移栽的农艺要求，对移栽机构进行数字化研究；用户可根据不同蔬菜的农艺要求，输入有关参数即可实现移栽机构的数字化变形设计；并对变形模型应用ADAMS软件进行仿真分析，验证变形模型是否正确；为提高设计效率，减少重复劳动，通过对UG二次开发实现了装配图明细表的同步更新。

5．对蔬菜钵苗移栽机构进行加工研制和物理样机试验，基于实验台和高速摄像对其运动性能进行试验验证，确定机构是否满足设计要求。

关键词：

钵苗移栽机；移栽机构；计算机辅助设计；数字化设计

关键词：

蔬菜移栽机械

Abstract

Transplantingisakeyprocessofvegetablesproduction,haveacomprehensivebenefitsofclimatecompensationandearlycropsgrowth．OneCanmakefulluseofitslightandheatresources，andgetanimpressiveeconomicbenefitandsocialbenefitaswell．However，thepreviousTransplantingprocesspossessdisadvantageoflaborintensity,lowworkingefficiencyanddifficulttorealizeitslargescaleproduction,whichrestrictsitsproductioncapacity,benefitsandlimitsitsdevelopment．Spaceomestictransplantersaremainlyimitatingtheforeigntransplanter,andhavenotmakenanysignificantimprovementandbreakthroughforforeigntransplanter．Furthermore，theforeigntransplanterownacomplexstructureandahighprice，whichmakeitdifficulttopopularizeinChina．Therefore，todesignanewtypeofvegetablestransplanterhasbecomeanurgentdemandofChina’Svegetableplantingdevelopment．Basedonthesummaryoftheadvantagesanddisadvantagesofthedomesticandforeignvegetablestransplanterandabsorbedtheresearchachievementsoflaboratory,thepaperdesignanewtypeofvegetablestransplanteronthebasisoftheported—seedlingtransplantingmechanism--theleverejectionmechanism，whichismoresimple，reliablyandefficentlyandeconomic，aswellaseasilyrealizingopenditch,fertilization,transplanting，furrowcoverete．Thisdevicehaspubliclyvegetablestransplantinginventionpatent（200810063013．8）andutilitymodelpatent（200820121105．2），Andhaspubliclyinventionpatentofvegetablestransplantingdeviceofplaten（200910099278．8）．Thepaper’Smainresearchareshowedasfollows：

1．Makearesearchoftheabroadvegetablestransplanterandprincipleofresearchresultsoflaboratory．Firstly,determinethebasicparametersofthetransplanterbasedonthemechanismanalysisoftheported—seedlingtransplantingmechanismandtherequirementofdesign．Thendefinitetheimportantstructureparametersquicklyandaccurately,suchasthetransmissionratio，phaseseparationofejectorrobandtimeofejectionbyestablishingamathematicalmodelprogram．

2．Establishthemathematicalmodelofthecorecomponents一一thelevereditactionmechanismaccordingtoabove-mentionedparametersofvegetablestransplanter,carryonthemechanismofkinematicsanddynamicanalysisandonbaseofMATLABsoftwaretoselectthebestparameterofthesixgroupsoftheleverejectionmechanismandrelatedinstitutions．ModelthetransplantingmechanismbasedonitsparametersbyUGsoftware．ThencarryonthesimulationanalysisbasedonADAMSsoftwareanddeterminewhethertheresultiscorrect．

3．DesignthekeycomponentsofvegetablestransplanterbasedonCADtechnologyandUGsoftware，includingopeningditchdevice，furrowcovetingdevice，platendevice，fertilizationdeviceandtransmissionsystem．Inthetransmissionsystem，inordertodeterminebewidthbetweencentersquicklyandsolvepinshaftofvirtualpositioningandchainofvirtualassemblyproblem，CalTyonparametricstudiesofchainbasedOnUGsoftware．

4．AddVb．netprogramcustomtomenuitemoftransplantingmechanisminCADsoftwareSOastoachieveseriesdesignofthevegetablestransplantingmechanismquicklyandadapttodifferentvegetablesrequirements．UsersCaninputparametersonthecustommenuaccordingtodifferentagronomicrequirementsofvegetables，obtaintheneededmechanismmodelbythedigitaldeformationdesign,AndcarryonthesimulationanalysisofthedeformationmodelbasedonADAMSsoftware，determinewhetherthedeformationmodeliscorrect．AccomplishedtheassemblylistupdatethroughthesecondarydevelopmentofUGsoftwareaswellasimprovingthedesignefficiency,reducingduplicationoflabor．

5．ManufactureandProcessthevegetablestransplantingmechanism．Decidewhetherthemechanismmeetthedesignrequirementsbasedonmechanismperformancetestofexperimentalplatformandhigh—speedcamera．

Keywords：

VegetablestransplanterTransplantingmechanismComputer

第一章绪论

1．1前言

我国是一个农业大国，农业生产在整个国民经济总量中占据着重要的地位。

特别是我国加入WTO后，我国在世界贸易市场中扮演着越来越重要的角色，农业生产更是面临着前所未有的机遇与挑战。

农业的发展将对中国经济未来的发展产生更大的影响，而蔬菜生产又是农产品生产中一个非常重要的组成部分.

我国最早出现的移栽机主要用于移栽棉花和甘薯。

栽植机械的研究始于20世纪50年代末60年代初，最早出现的是棉花营养钵育苗移栽和甘薯秧苗栽植机的试验研究。

20世纪70年代开始研制裸根苗移栽机械，主要用于甜菜移栽。

80年代研制成半自动化蔬菜栽植机，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什物的移栽机械，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。

但随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，推动了移栽机械的研制开发工作。

到目前为止，已研究成功了多种类别的移栽机械，部分机型已申请了专利，部分机型投入了小批量生产。

我国栽植机械的研究开发方面虽然已有四十年的历史，并随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，在移栽机的研制方面取得了较大的进展，并逐步转向自动移栽机方面的研究，但目前仍然处于起步阶段，研制的移栽机都没有得到大面积推广应用。

　蔬菜移栽机械研究刚起步，主要体现在以下几方面。

　　1）蔬菜移栽的品种、育苗方式、苗龄、行距、株距、种植密度及深度等方面在我国各地区存在很大的差异，对蔬菜栽植机械的开发提出了挑战。

　2）蔬菜育苗仍然以育苗床或营养土方式为主，所育秧苗不适合机械化移栽，栽植机械与育苗技术脱节，移栽机与秧苗不配套。

　　3）蔬菜的温室种植面积逐步增加，露地种植面积在减小，产均种植规模小，不利于蔬菜栽植机械的发展。

　　4）日前蔬菜移栽机以半自动为主，采用手工喂苗的方式，栽植频率受限于工人的喂苗能力，一般栽植频率不能超过40株／分，导致移栽机作业效率低。

　　5）对不同种类栽植机械与作物钵苗相适应性的研究工作进行得不充分，对栽植机械工作原理以及机械与作物生长要求相适应性研究不足。

　　6）机器的性能和成本及农民的经济条件限制移栽机的推广。

　　3．2　解决途径分析　　设计适合我国蔬菜移栽农艺要求，开提高移栽机自动化程度和机具性能。

针对我国蔬菜移栽机存在的问题，找出解决问题的应对措施。

主要做好以下几个方面。

1）建立育苗移栽技术体系，生产各环节形成一套规范化管理。

建立适宜机械化作业的育苗移栽技术体系，涉及到品种选育、土壤肥料、作物栽培、机械设计与制造和自动控制等领域，还将涉及到病虫害防治、塑料工业、太阳能利用、温室技术等方面。

使农机和农艺相适应，加强从育苗到移栽整个系统的研究，使育苗和移栽有机地结合。

生产的各个环节都建立了一整套的规范化的操作管理制度，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化，使其作物的生产实现了商品化、系列化。

2）制定统一技术标准和评价方法，形成产品标准化、系列化和规格化。

我国没有制定统一的技术标准，各种移栽机难以标准化，不利于其发展。

应该由国家制定统一的技术标准，形成产品标准化、系列化和规格化。

目前没有形成统一的评价方法，如何科学地评价栽植机的性能，是目前亟待解决的一个重要问题。

3）改变单钵输送方式，提高移栽机自动化程度。

目前，栽植机械的喂入方式主要以人工喂入为主，工作效益低下。

这就需要改变以往以人工喂入单钵的方式，采用成盘钵苗的输送方式，设计专门的切盘机构，在机器上把钵苗盘切成单钵再投钵，提高其工作效率，实现全自动化。

4）根据某些作物移栽的特殊要求，设计特色机型。

某些作物对移栽有特殊的要求，如大葱和韭菜需要较小的株距：

有些蔬菜需要较窄的行距。

但目前国内缺乏适合这些特殊要求的栽植机，可以为它们单独设计性能卓越的栽植机.5）农机部门适时引导，国家政策宏观调控。

虽然移栽机械使种植方式发生了重大的变化，其可行性和经济性已得到了论证，但是，农民的认识水平毕竟有一定的局限性,对于移栽机械的推广和应用不可能很快地全面接受。

4　蔬菜移栽机发展方向蔬菜育苗移栽机械化是一个系统工程，应加强从育苗到移栽整个系统的研究，进一步完善与移栽配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化。

制定统一技术标准利评价方法，形成产品标准化、系列化和规格化。

研究解决钵苗整钵、断根、装盘和运输等中间环节工作过程的机械化自动化问题，使育苗和移栽有机的结合，研制出多种适合我国蔬菜农艺要求的全自动移栽机，实现我国蔬菜的育苗工厂化生产和移栽机械化作业的生产模式。

提高我国蔬菜种植机械化水平，促进我国蔬菜生产的快速发，改善人们生活水平。

由上可知，实现移栽作业机械化已成为我国蔬菜种植迫切需要解决的问题。

蔬菜育苗移栽机械化是推广普及蔬菜育苗移栽技术，提高蔬菜产量和季节性供应蔬菜，以及提高蔬菜经济作物经济效益和社会效益的必要途径。

通过提高种植技术的机械化水平，进一步完善与移栽配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗和移栽有机的结合，就可以降低种植成本，达到增加产量，提高经济效益的目的。

因此，从长远看，蔬菜栽植机械具有良好的发展趋势和广阔的发展前景。

【1】。

基于现状，我国蔬菜的质量一定程度上影响着国内外蔬菜的供求。

目前，发展蔬菜产业是“民心工程"同时又是“富民工程"，已经成为农民收入的重要来源.【2】。

新鲜蔬菜对于人类健康饮食的重要性是勿庸置疑的。

目前的营养膳食标则也一直在倡导增加蔬菜的摄入量，因此蔬菜在人们生活中的重要性日益提高。

而钵体移栽是针对实现农作物的高产稳产采取的一项措施，它有效提高了育苗移栽的安全性，为农作物的稳产增产开辟了一条新的途径。

我国是世界最大的蔬菜生产国，蔬菜产量占世界总产量的60％左右。

近几年来，种植业内部结构不断调整，使得粮食作物的播种面积呈递减趋势，油料作物、蔬菜、水果等种植面积持续增加。

2008年全国蔬菜种植面积2．68亿亩，产量5．92亿吨，出口量819．71万吨，出口额64．4亿美元，分别比2001年增长9％、23％、108％、175％。

另据测算，2008年全国蔬菜生产总产值突破8000亿元，占种植业总产值的比例超过30％；对全国农民人均纯收入贡献740多元，占农民人均收入16％：

吸纳从事生产的劳动力约1亿人，从事加工、贮运、保鲜和销售等采后服务的劳动力约8000万人。

长期以来，蔬菜生产一直是一项劳动密集型作业，劳动力成本超过蔬菜成本的50％以上。

大多数蔬菜品种（约占60％）都是采用育苗移栽方式种植，而秧苗手工栽植是需要弯腰和肢体屈伸的劳动。

从劳动强度来看，手工栽植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总劳动量的20％。

然而，令人遗憾的是，我国蔬菜栽植机械的发展较慢，秧苗栽植几乎全部由人工完成，不仅劳动强度大、生产效率低，而且栽植质量差、生产成本高【3】。

移栽是蔬菜生产过程中的重要环节之一，栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益，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。

长期以来，蔬菜生产一直是一项劳动密集型产业，劳动力成本占蔬菜生产成本的50％以上。

目前，约有60％蔬菜是采用育苗移栽方式种植的，且移栽作业仍以人工为主。

采用人工移栽，劳动强度大，作业效率低，难以实现大面积移栽，从而导致生产规模小，生产效益低下，制约了l蔬菜生产的发展，所以实现移栽作业机械化己成为我国蔬菜种植迫切需要解决的问题。

1．2国内外蔬菜移栽机的发展概述

1．2．1国外蔬菜移栽机械的发展概述从工作过程上看，国外发达国家所普遍采用的钵苗栽植机械大都是人工喂苗的半自动栽植机械。

栽植机械的持苗及植苗机构主要有钳夹式（圆盘钳夹式和链条钳夹式）、导苗管式（导管推落苗式、导管指带落苗式和导管直落苗式）、吊篮式及挠性圆盘式等。

栽植机构型式不同，工作性能也具有差异，所以适合栽植的作物也有区别。

1）．钳夹式移栽机

钳夹式移栽机株距准确，栽植后秧苗的直立度较好，栽植速率一般为30--,40株／min；缺点是栽植速度偏高时易出现漏栽现象，秧夹有时易伤秧苗，主要机型有意大利切克基·马格利公司（Chedclli＆Magli）生产的奥特玛（OTMA）栽植机和荷兰米启根公司叫c11ig锄）生产的MT栽植机，总体来说，该移栽机应用较少，有被淘汰的趋势。

2）．链夹式钵苗移栽机

钳夹式钵苗移栽机是在钳夹式裸苗栽植机的基础上改进得到的。

链夹式钵苗移栽机分为圆盘钳夹式和链条钳夹式两种，但由于圆盘钳夹式的“零速栽植"与“喂苗时间’’

不易控制，所以多用链条钳夹式。

链条钳夹式移栽机如图1．1所示，由开沟器l，

机架2，滑