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1、1油菜幼苗移栽机栽植系统结构设计油菜幼苗移栽机栽植系统结构设计摘摘要要：本设计根据作物育苗移栽的农艺要求，为实现穴盘苗的高效移栽，通过分析国内外研究现状及发展趋势，找出其中存在问题，并经过一系列的假设和求证，在借鉴已有成果和指导老师精心帮助的基础上，设计了一种新型的油菜幼苗移栽机栽植系统结构。结构以钢铁为主要材料来源，能实现穴盘苗的高速移栽并能解决伤苗率高等问题，能加快我国实现农业机械化的进程，减轻农民朋友的劳动强度，为解决“三农问题”贡献自己的一份力量。关键词：关键词：油菜;穴盘苗;移栽机;栽植系统Theplantingstructuredesignofrapeseedingtranspla
2、nterAbstract:Basedonagriculturalrequirementofseedlingtransplantation,thispaperisdesignedtoimprovethetransplantefficiencyofplugseedlingthroughanalyzingproblemsinresearchstatusanddevelopmenttrendathomeandabroad.Boastedexistingfindingsandassistancefrommysupervisor,finally,anewtransplantsystemstructuref
3、orrapeseedlingtransplanterisdevisedhereviavariousassumptionsanddemonstrations.WithSteelasthemainmaterialsources,thestructurecanpromotethetransplantefficiencyanddecreasetherateofinjuredseedling,accelerateChinasagriculturalmechanization,reducefarmerslaborintensityandmayhelpaddresstheissuesconcerningag
4、riculture,countrysideandfarmers.KeywordsKeywords:Rape;AnakiwaNae;transplanter;plantingsystem1绪论1.1研究的意义油菜是我国的主要油料作物，其种植面积已超过1.2亿亩，我国是世界最大的油菜产区，油菜在我国是仅次于稻、麦、玉米、大豆的第五大作物；同时，油菜是“用地养地”相结合作物，与粮食争地的矛盾较少，不仅有利于增加土壤肥力，而且油菜在后种水稻比小麦后种水稻可增产15%。目前，油菜和很多其他作物一样，其栽植主要有直播和移栽两大模式。与直播相比，移栽模式具有很多明显的优势21：1、移栽可以大幅提高作物产量，
5、改善作物品质；2、移栽是解决多茬作物接茬矛盾，提高复种指数的最重要甚至是唯一的方式；3、直播油菜根系分布往往较浅且茎细，结果期间若遇大风大雨，往往易发生倒2伏，移栽后的则不易发生倒伏【3】；4、移栽作物还可以有效避免苗期干旱、雨雪和霜冻等自然灾害。另一方面，油菜移栽是劳动强度极大的一项农事活动，但长期以来油菜移栽均以人工为主，不仅劳动强度大，而且在职质量差，生产率低，成本高，严重影响农民种植油菜的积极性和油菜种植面积的进一步扩大，显然，实现油菜移栽机械化已成为油菜种植生产的迫切需要。从我国油菜整个种植过程的机械化水平来看，油菜移栽前的机械耕整、开沟。植保和施肥等环节机械化基本解决，油菜收获机械
6、化也有了较大发展，但油菜移栽机械化一直没有进展，油菜移栽机械花成为制约整个油菜种植业发展的瓶颈【8】。因此尽快攻克油菜移栽机械化技术难关成为当务之急。1.2国内外研究现状1.2.1国外移栽机发展概况有关资料显示英国、法国、美国和日本等国在自动移栽机的研制方面取得了一定的成绩，法国在20世纪60年代研制出“皮卡多”自动栽植机【1】，用于裸苗栽植，日本在20世纪70年代研制出TPA-1型全自动栽植机，用于钵苗栽植，大大提高了功效，减轻了劳动强度。随着钵体苗育苗技术的日趋完善，钵苗移栽技术已在国外被广泛地应用。国外发达国家本领域的研究与应用起步较早，用于种植蔬菜和经济作物，进而用于玉米等粮食作物，移
7、栽技术和设备发展很快【12】。国外钵苗移植机械的种类较多，主要有3种：一为钳夹式钵苗移栽机23；二为导苗管式钵苗移栽机，其又可细分为推落苗式、指落苗式直播落苗式；三为篮式钵苗移栽机。1.2.2国内移栽机发展概况目前国内很多单位正在从事油菜移栽机的研究工作，主要是引进和借鉴国外台移栽机的基础上进行改进仿造【4】。我国目前研制和推广的栽植机基本上是半自动化机型，在栽植过程中，首先由人工将幼苗喂入到移栽机构，再由机具完成开沟、放苗、扶苗、覆土和镇压等工作【2】。全自动移栽机是由人工或机械喂入一组幼苗，由移栽机自动完成分苗和栽植工作。我国目前移栽机主要有以下几类【7】：一、钳夹式移栽机，主要代表为2Z
8、T型移栽机和UT-2型移栽机；二、挠性圆盘式栽植机；三、吊篮式栽植机；四、带式栽植机；3五、导苗管式栽植机。1.2.3栽植系统的发展现状栽植机构及配套栽植器是移栽机的核心部件【6】，现在的应用比较广泛的栽植器主要由以下几种：1）钳夹式栽植器；2）圆盘式栽植器；3）吊环式栽植器；4)导苗管式栽植器。1.3国内外移栽机械化发展存在的主要问题经过40年的研究和推广，我国的旱地栽植机械有了较大的进展，但是目前仍然处在起步阶段，在许多方面还是空白或存在问题24：1、移栽机与配套技术机具脱节；2、机具高速作业时易出现漏苗、缺苗和伤苗等情况，可靠性差；3、机具自动化程度尚待提高。所以，我研究的栽植系统意在改
9、善上述问题，推进我国油菜种植机械化尽份微薄之力。2方案设计2.1国内外方案研究移栽机械是育苗技术的关键设备,只有移栽技术过硬，才能降低制造成本，成本降低了才有可能使移栽机械得到普及25。我国在70年代中期就研制了第一台玉米移栽的机械之后继续投入大量的精力和人力。又开发和引用了多种适用于蔬菜，棉花，玉米，甜菜等经济作物的栽植机械，但均因为育苗技术太落后，配套性能差，综合效益低等原因，均未得到推广应用。近几年来，随着育苗技术的发展以及劳动力成本的上升，推动了栽植机械的研制开发工作，又有多种新型栽植机的出现。但从总体上讲，目前我国研制使用的移栽机械都是半自动式的。全自动的移栽机因结构复杂，成本高，而
10、仅处在研究起步阶段。而从国外进口的移栽机械又由于和中国的农业大环境不能够很好的融合而没有得到认可【15】。所以为了推广油菜的种植，提高农民种植的积极性，就必须有一种价格既经济又能够大大降低农民的劳动强度的移栽机的出世。为此，我们可以从国内外现有的移栽机入手，取其精华，优化设计。4归纳起来，我国研制的或使用的半自动的移栽机及国外的移栽机不外乎有以下几种结构形式：2.1.1钳夹式移栽机依靠人工将秧苗喂入到在转动轮上的钳夹，秧苗被夹持着强制性随着转动，到达苗沟时，钳夹张开，将秧苗插入到土层之中。随着秧夹的转动，秧苗和秧夹就会被分开，于是秧苗被栽植到土壤中。这种机械的结构简单，株距和栽植深度稳定，但作
11、业速度低，一般为3045株/分，而且容易夹伤秧苗，栽植的秧苗容易倾倒和被土壤埋没。这种机型由于栽植速度慢而没有得到推广应用。钳夹式移栽机典型代表是1979年山西省运城地区农机所研制的2ZMB-2型钵苗移栽机。2.1.2链夹式栽植机工作原理与钳夹式移栽机相似，栽植部件安装在环形链条上，秧苗由人工喂到链夹上，由链夹将秧苗栽植到土壤中【11】。由于只改变了传动方式，因此其性能与钳夹式移栽机相同。如黑龙江省农垦科学院2Z-2型玉米钵苗移栽机。2.1.3挠性圆盘移栽机此移栽机的主要特点是夹持秧苗可以不受钳夹或链夹数量的限制，因此对株距的适应姓能好。人工将秧苗放置到两片可以变形的挠性圆盘内，由圆盘的转动将
12、秧苗栽植到土壤中，完成栽植过程22。圆盘一般采用橡胶材料制成，结构简单实用，但株距和栽植深度不稳定，也容易出现埋苗【16】。同时，挠性圆盘的受命较短。如新疆农科院农机所的2ZT-2型纸筒甜菜移栽机【18】。2.1.4吊篮式移栽机吊篮式移栽机主要适合钵苗移栽，由人工将钵苗放入到型如吊篮式的栽植爪内，栽植爪随着机构转动，当快要到达投苗点时，栽植爪开始被强制性打开，钵苗开始脱落，在拖拉机的前进速度和钵苗的下落速度的合成速度在水平方向等于零时，钵苗开始被定点栽植（当然，这种现象只可能在理论上实现，我们所要做的就是使钵苗的栽植时刻尽可能的接近这个点）【13】。随着撞在偏心圆盘上的栽植爪进入开沟器开好的沟
13、内。此时。在固定轨道的作用下。栽植爪的下部张开落下并立即被覆土定植，而栽植爪在离开固定轨道后自动关闭。2.1.5导苗管式移栽机在前面的几种移栽机中秧苗或钵苗的运动都不是自由的，鸡都是被强制性做着运动，所以很容易伤到苗，而导苗管式移栽机与上述几种移栽机相比较就有所不同了。秧苗在导苗管式移栽机的运动是自由的，不是强制性的，因此不易伤苗。另一方面，喂入器是由多个水平转动的喂入桶或者是较长的输送带构成，人工喂苗时，不必像上述移栽机一样逐个喂入。人只需往喂入器里面不断的放苗即可保证露苗现象的发生，5所以其喂如速度可以大大提高，作业速度能达到每分钟6070株，比钳甘式移栽机提高3050。这种移栽机的优点是
14、速度快、效率高，但缺点也很明显，那就是不易控制钵苗的栽直质量且结构比较复杂。如中国农业大学的2ZDF型导苗管式移栽机。2.1.6带式栽植机带式栽植机由水平输送带和倾斜输送带组成，两带的运动速度不同，钵苗在水平输送带上直立前进，在水平输送带末端翻倒在倾斜输送带上，运动到倾斜输送带末端，钵苗翻转直立落到苗沟中【19】。这种栽植机机构简单，栽植频率高达240株/分，但是，在工作可靠性方面需要进一步改进。如山东工程学院的2ZG-2型钵苗移栽机。目前的移栽机由于大部分是半自动化，且是人工喂钵，栽植速度有限，喂入频度不能超过60株/分，否则就会使人感到紧张，容易出现漏苗现象，劳动强度大，生产率不高，仅为人
15、工栽植的2-5倍。全自动化移栽机，理论上可以提高喂苗频率，但由于结构复杂，制造成本高，而且对育苗技术要求高，因此，仍处于试验阶段。移栽质量不稳定，尤其是没有扶苗装置的移栽机，秧苗的直立度、株距、深度等都不能完全达到农业技术要求【17】。2.2方案的设计在研究完国内外移栽机栽植系统的优缺点后，如何尽可能去将自己的想法应用于实践中，从而去改善这些已存在移栽机不足之处，成为本方案选择的主要意义所在。新型移栽机意在解决的主要问题在于幼苗的入土过程要尽量消除有伤苗嫌疑的装置部分，而在入土后未覆土之前要保证幼苗的直立度，不要东倒西歪【9】，为了解决这个问题，在本设计的新型栽植系统中特确定以一定深度和直径的
16、圆孔作为苗穴，而幼苗的入土过程是通过一长落苗筒实现的，而为了保证落苗的精确性，特将主动轴与输出轴之间的运动传动比给定为1:1，而将落苗装置的运动设计为圆周运动；入完秒后，将覆土装置设计为镇压轮覆土方式，覆完土后就将浇水装置匹配于栽植系统中。所以，可将总体方案的设计任务定为以下4个部分：打孔、放苗、覆土和浇水。2.2.1总体结构的设计其中，为了保证幼苗的立苗度，本设计采用打孔为苗穴的方式，根据穴盘苗的具体尺寸大小和栽插深度来决定打孔装置的具体尺寸,其中打孔深度为5厘米，打孔直径为5厘米。栽植系统装在四方体方形框内，其简单示意图如下：6图1栽植系统主要工作部分Figure1plantingsystemworkingpart2.2.2打孔装置的设计其中，打孔部分采用轴为中心，将打孔器【10】焊接于中心轴上，根据株距距确定每个打孔装置的位置，行距确定每个打孔器之间的间隔及其在轴上的位置，轴的尾端用轴承和轴承座将其固定于铁架上，打孔装置简易示意图如下：7图2打孔装置Figure2punchdevice2.2.3运动的传动设计打孔为苗穴的移栽方式最大难题是如何保证幼苗的放置孔内时机能与打孔时机保持
