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煙草移栽機移栽機械裝置的設計方案

人氣: | 發布日期:2014-05-22 21:58:16

  目前,我國常年種植煙葉的面積在100萬hm 左右,主要分布在云南、貴州、四川、河南、山東、陜西以及東北地區,其生產過程的整地環節、育苗環節、植保環節以及烘烤環節已實現機械化或現代化,而勞動強度比較大的移栽環節和采摘環節仍然沿襲著傳統工藝,特別是移栽環節的傳統工藝不能與現代化的煙草漂浮育苗相銜接,嚴重影響著煙草種植的高效、高質與高產。另外,傳統的煙草栽培工藝費工費時、勞動效率低(平均3人1天移栽0.067hm ),使煙草種植戶難以承受。要實現煙草種植規模化,必須實現種植機械化。為此,在吸收國內外移栽機優點的基礎上,結合我國煙草種植區域的特點和現代種植農藝要求,通過分析計算,仿真建模設計出了一種適合我國煙草種植的移栽機構。

  1 移栽裝置的結構設計與原理

  1.1 移栽裝置的原理

  目前,煙苗移栽的過程是把采用漂浮育苗長成的幼苗,通過人工挖坑澆水栽植到事先整理好的田間煙壟上。要想高效實現這一農藝過程就離不開移栽機械化,在吊籃式移栽機構中,要想實現可靠的移栽,栽植器在隨驅動盤轉動的過程中應該始終處于鉛垂狀態,待栽植器人土時由打開機構打開實現移栽;也就是說栽植器在隨驅動盤做公轉的同時還要自傳,自傳到一定位置便自行打開。實現栽植器基本功能設計,是在充分考慮結構尺寸和移栽株距的情況下設計左右兩個回轉盤,由牽引動力驅動其回轉;在左右回轉驅動盤之間均勻設置3個接苗桶及栽植器,由驅動盤帶動栽植器轉動;在右驅動盤的外側設置一個偏心轉盤,偏心轉盤通過3個連桿分別與載植器支撐軸通過鍵相連,從而保證栽植器在旋轉工作過程中始終處于鉛垂狀態;在栽植器左右兩側驅動盤上設置有位置可調的端面打開凸輪,在栽植器人土后,使其打開。工作時,煙苗投到接苗桶中,待接苗桶和栽植器轉動到最下點,在扎入形成坑穴的土中。同時,栽植器在打開機構的作用下被迫打開,接苗桶中的煙苗在重力的作用下掉人坑穴中,完成移栽。

  在煙苗的栽植過程中,煙苗栽后的直立度直接影響著煙苗栽后的發育和生長,因此必須設計一套合理機構和結構尺寸,來保證移栽質量,保證接苗桶和栽植器轉動過程中始終處于鉛垂狀態。栽植器入土時的絕對速度為零,即零速栽植原理。這套機構就是合理設計的旋轉機構、凸輪機構以及四邊形機構的有力組合。該機構的結構尺寸可通過零速原理進行計算。栽植器的運動軌跡如圖1所示。

  兩驅動盤通過鍵固定在驅動轉軸上;驅動轉軸的一端通過軸承支座固定在機架上,另一端通過軸承固定在偏心支架上;偏心支架的另一端通過軸承安裝有偏心轉盤;接苗桶兩端固定有支撐軸,鴨嘴通過鴨嘴銷軸固定在接苗桶上。栽植器通過固定在接苗桶兩端的支撐軸及軸承安裝在左右驅動盤上;為了實現鴨嘴的打開,在鴨嘴上方通過球窩型壓蓋安裝有滾珠,滾珠與安裝在驅動盤上的端面凸輪構成打開機構;連桿的一端通過鍵與接苗桶支撐軸相連,另一端軸承和固定銷與偏心轉盤相連。這樣偏心轉盤、連桿、驅動盤和偏心支架構成四邊形機構,保證栽植器在轉動過程中始終處于鉛垂位置。

  2 關鍵部件的設計

  2.1 驅動盤

  驅動盤設計的合理與否,直接關系著移栽質量、移栽株距和移栽效率等。驅動盤直徑設計的過大,鴨嘴在轉動過程中向后的線速度將大于牽引機向前的行駛速度,使煙苗處于最下點具有向后的速度,造成栽后煙苗向后傾倒。此時,若提高牽引機的速度就會造成移栽株距增大,滿足不了農藝要求;驅動盤直徑過小,鴨嘴在轉動過程中向后的速度將小于牽引機向前的速度,使煙苗處于最下點時具有向前的速度,造成煙苗栽后前傾,此時若放慢牽引機速度,會造成移栽效率降低和移栽株距減小。通過分析得出鴨嘴中煙苗的運動規律(如圖3所示的煙苗運動分析)為Y= 奎一27r(R+L)n.c0s式中R一驅動盤支撐點的回轉半徑;

  L一鴨嘴中心到驅動盤支撐點的距離;n一驅動盤回轉速度;一牽引機的前進速度。

  2.2 栽植器

  栽植器是實現煙苗栽入土中的1個組合部件,其結構如圖5所示。整個栽植器通過支撐軸和軸承安裝在驅動盤上;鴨嘴通過小軸與接苗桶相連,并可繞小軸擺動。當滾珠上有外力作用時,鴨嘴繞小軸擺動,即被打開;外力消失后,鴨嘴在復位彈簧的作用下閉合。鴨嘴的結構形狀對移栽質量有很大影響,因此通過對煙草漂浮育苗成苗莖葉尺寸的測量、分析及大量的模型試驗,確定了鴨嘴的尺寸;通過對鴨嘴隨驅動盤轉動到最下點時入土和出土情況的實驗分析,確定了鴨嘴的形狀為扁錐形,此形狀的鴨嘴即起到了對煙苗的保護作用,又具有鋒利人土的功能;由于內表面平直光滑,丟苗迅速,因此不會出現帶苗和夾苗現象。

  1.滾珠2.支撐軸3.鴨嘴4.復位彈簧5.銷軸6.接苗柏圖5 栽植器結構圖

  2.3 打開機構打開機構是實現栽植器打開的關鍵機構,其設計得合理與否決定著煙苗栽人土中的深度和質量。打開機構示意圖如圖6所示。1.滾珠2.端面凸輪3.驅動盤圖6 打開機構圖其結構特點是兩塊形狀完全相同的圓柱凸輪通過6個螺栓緊固在回轉驅動盤上,鋼球l通過球窩型壓蓋緊固在鴨嘴上部導桶上(鋼球1/4露出球窩型壓蓋)。旋轉盤轉動時,圓柱凸輪隨其一起轉動,鴨嘴上部導桶在隨旋轉盤一起轉動的同時還做自轉(因另有機構限制著鴨嘴在轉動時始終處于鉛垂位置),這樣固定在鴨嘴上部導桶上的鋼球就由圓柱凸輪的低處移動到高處,迫使鴨嘴上部導桶繞鴨嘴銷軸向里擺動,實現鴨嘴打開。鴨嘴打開、閉合的時刻關系著移栽質量。鴨嘴打開時刻過早,導致鴨嘴還沒有完全人土就開始丟苗,造成煙苗移栽深度過淺,甚至沒有把煙苗栽人土中;若鴨嘴關閉時刻過早,導致鴨嘴從土中出來沒運行多高距離就開始關閉,造成夾持已栽好的煙苗從土中拔出。

  2.4 四邊形機構

  四邊形機構是保證栽植器工作位置的機構,即保證栽植器在工作時始終處于鉛垂狀態。此狀態不僅是投苗機構實現可靠投苗的先決條件,而且也是保證煙苗栽后垂直度的一個先決條件。其結構特征是在栽植器回轉驅動盤的一側設置偏心轉盤,偏心轉盤通過連桿銷、連桿與栽植器的鴨嘴支撐軸相連接,這樣回轉驅動盤、偏心圓盤、連桿以及偏心座構成雙曲柄機構(平行四邊形機構),如圖9所示。

  通過合理選取連桿與鴨嘴支撐軸連接鍵槽的位置,保證在初始狀態時連桿水平和鴨嘴鉛垂。工作時,回轉盤轉動,連桿平動,由于鴨嘴與連桿是通過鍵實現的固定連接,所以鴨嘴也做平動。根據驅動盤的尺寸,同時考慮連桿的制造工藝性,通過分析計算,兩圓盤偏心距取,J=70mm(即連桿長度為70mm)。


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