自动取苗投苗移栽机的三维模型设计

xindishuzi · 发表于 2015-8-20 10:33

移栽技术可以改变作物的生育期，避开自然气候的不良影响，提高幼苗的成活率，在节约成本、增产、稳产等方面具有显著效果。目前，基于技术发展起来的移栽机由于技术的局限性，许多环节都需要人工来完成，造成需要的劳动力大、效率低的现状，因此全自动移栽机的技术成为新兴农业机具研究的重要目标。
我们研究的全自动移栽机，在集合了以前移栽技术的基础上，加以创新，采用单片机小型控制系统，为移栽机单独输送动力，同时辅助有各种传感器，实时监控栽苗的效率和质量，我们设计的取苗机构采用稳定的凸轮连杆机构，模仿人手取苗投苗的过程，同时传送带在可控动力的带动下输送烟苗，这样就基本上实现了烟苗移栽的全自动化。移栽机可以实现稳定的一次单排栽苗八株，可控的株距可以大大提高移栽速率。
移栽机的大致运动过程：装有烟草苗的苗盘被人工放到皮带上，随着皮带一起运动，与此同时，凸轮圆盘的转动，带动了连杆机构的运作（下文有详细解释），使得夹苗器朝着苗的方向靠近，当夹苗器到达预设地点时，苗盘也在预设地点停了下来，夹苗板打开，闭合时加持住烟草苗，之后夹苗器往回运动，到达滑道上方时，将苗放下，苗顺着滑到进入鸭嘴的盛苗筒，随着鸭嘴跟着吊篮一起转动，直到鸭嘴插到土壤中，鸭嘴被前强制打开，烟草苗落入鸭嘴打好的洞中，鸭嘴继续转动，在弹簧作用下闭合。这样就完成了移栽机自动投苗取苗的全过程。
本移栽机趋向于自动化，因此使用起来几乎没有什么技术要求，适合广大农民的使用。
从烟草苗的育苗技术，种植要求出发，我们选择了吊篮鸭嘴式全自动钵苗移栽机作为研究对象。我们收集了大量的相关资料，吸收我国以前烟草移栽机的优点，结合所学的农业机械学、理论力学、机械原理等方面的知识，为各个零件设计出合理的尺寸、合理的链接方式，并运用Solidworks进行三维建模和强度校核分析，保证零件的力学性能符合设计的要求。最终希望为市场创造一款适合我国土壤环境的，适合烟草育苗技术的，易于农民操作的，能最大化节约人工劳动力成本的移栽机。
我们的设计从以下几个部分进行：
1.动力传输的设计
本移栽机的动力由电机产生，由于整个结构是两端完全一样的机构，且运动完全同步，所以我们选择将动力输出起点放在结构两侧的对称中心线上，往两侧输送动力，这样可以保证结构的稳定和同步性，也减少了轴的负担。
蜗轮蜗杆结构将电机轴的纵向转动转向后，传递到横向的取苗机构的动力输入轴上。这根轴上还附有两个位置对称的齿轮，这两个齿轮通过链条与后边机架上的齿轮相连，带动这根轴的转动，同时，这根轴上通过键连接着一个主动棘轮，主动棘轮和从动棘轮相啮合，从动棘轮装在皮带轮轮轴上，带动皮带轮转动，皮带上放有钵苗，将其送到苗夹附近，在主动棘轮的轴上还装有另一个齿轮，通过链条与吊篮的转轴相连，带动鸭嘴的运动。
2.取苗机构的设计
取苗机构是由凸轮圆盘、摇杆、四杆机构、夹苗器这四部分组成的，基本上都是一种对称结构，这点保证了机械结构的稳定性。其基本运动过程是：电机输出的动力带动轴转动，轴上连接的凸轮圆盘随之转动，凸轮圆盘带动摇杆运动，摇杆上连接着的轴沿着轨槽水平滑动，轴上带着两个箱体一起滑动，箱体上有多杆机构和夹苗器。
取苗机构的核心部分就是夹苗器和控制夹苗器夹苗的多杆机构，夹苗器由相同的两块板条构成，两块夹板平行反向放置，每块板条上有四块伸出来的夹苗板，当两块苗板靠近时，就能就能有足够的夹持力夹住烟草苗。
多杆机构则由左右两边箱体构成，主动杆件在右边箱体上，主动杆在箱体上的部分连接着红蓝两块夹苗器，下面的部分连接着两个滑道，控制主动杆在箱体在最前端和最后端时发生小角度转动，主动杆转动，连接红蓝夹苗器的两连杆向反方向转动，左边箱体上的两个从动杆随之也发生反向转动，控制夹苗板的开合，完成取苗投苗的动作。
控制苗夹的开合是一个很巧妙的过程，首先，我们需要测量出苗夹和苗钵的距离，当苗茎处在苗夹的中间位置时，苗夹最前端进入苗钵的距离是8~10 cm 。根据这个距离设计出左右两边箱体平动的范围。然后苗夹闭合，当两苗夹板能夹起幼苗时，两夹苗板之间的距离在2~3 mm ,这时测量出连杆机构中和底部滑槽相连的主动轴转过的角度，角度在13~15度，根据角度我们设计出底部两块滑槽的长度。
3.栽苗机构的设计
吊篮——鸭嘴式栽植器的设计，为了保证四个鸭嘴运动轨迹完全一致，我们将四个单独的接苗筒设计为一个整体，由一个主动圆盘来提供动力。左右两片鸭嘴状的金属半圆筒通过四个销轴连接在接苗筒上，可以左右自由转动，鸭嘴靠近主动圆盘的一侧装有活动滚珠。接苗筒的轴与主动圆盘配合，支撑着接苗筒保持水平状态，又能跟着圆盘的轨迹运动。主动圆盘后面还连接着可以活动对的圆盘，这个圆盘将在鸭嘴插入土壤后开始转动，使鸭嘴相对主动圆盘的位置发生偏移，活动滚珠将与圆柱凸轮相接处，发生挤压。
这种栽植器的工作流程是将苗投入鸭嘴中，鸭嘴随着主动圆盘的转动而转动，转动过程中，接苗桶保持水平，鸭嘴始终与处于铅垂方向。当鸭嘴转到地面时，圆盘转动给的压力将鸭嘴插入土壤中，土壤给的阻力使鸭嘴上的滚珠沿着圆柱凸轮运动，当运动到高轨时，滚珠被挤压，鸭嘴被强制打开，于是幼苗落入土壤里，鸭嘴继续转动，离开土壤后，鸭嘴渐渐失去阻力，弹簧的拉力让自动鸭嘴闭合。
4.机架的设计
架体设计要求：稳定性高，可以处在水平状态下，强度高，可以承受较大的拉力和支撑力。
移栽机机架的架体结构，整个钢架采用槽钢焊接而成，与拖拉机相连的则是40*80的方钢，因为这根钢架承载着拖拉机对移栽机的牵引力，方刚上装有与拖拉机相连的三角架，可以减少牵引力过度集中的情况，大轮也装在方钢上，宽钢上还承受大部分的移栽机的支持力，所以这根钢材选用型号比较大的方钢。镇压轮和鸭嘴都是单独架体连接，通过螺钉固定，可以调节高度，便于更换。
我们设计全自动烟草烟草移栽机是在查阅了国内外移栽机的发展现状后，基于烟草农艺要求的前提下，综合其他移栽机的优势，并在现有基础上进行突破创新设计后的成果，因此本移栽机有以下几点创新性：
（1）利用连杆和凸轮机构设计夹苗器的运动，简单的实现了移栽过程中取苗投苗的动作，比复杂的机械手结构简单的多，成本也要低不少，连杆机构稳定、不易损伤，增加移栽机的使用寿命。
（2）采用多个鸭嘴并排运动，使得鸭嘴的打孔动作更稳定，孔深也能更好地达到要求，而且提高了移栽的速率，能实现一排同时栽植八株秧苗。
（3）动力部分由单片机控制，实时监控的拖软包精品模型3dsource.cn/design/detail/product1-SITE131204180418018.html度，监控栽苗的质量，这个设计为提高移栽速度增大了可能性。

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