大蔥移栽機的設計與試驗研究

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第 18 卷 第 2 期 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學 學 報 18（ 2） ： 42～ 45 2006 年 4 月 2006 文章編 號： 1002005)02蔥移栽機的設計與試驗研究 胡軍 1 ，封俊 2 ，曾愛軍 2 （ 慶 163319； 摘 要： 由于大蔥移栽的農(nóng)藝要求特殊，國產(chǎn)的各種移栽機都不適合大蔥這類小株距作物的移栽。為了實現(xiàn) 大 蔥 機械化移 栽 ， 作者分析了 國 內(nèi)各種移栽 機 的結構特 點 ， 確定了以撓 盤 式栽植器為 研 究對象 ， 在 分 析撓 盤 式 栽 植 器運動軌跡 和 特征參數(shù)的 基 礎上 ， 設計 了 一臺撓盤式 大 蔥移栽機 ， 田 間 試驗結果 不 僅證明了撓 盤 式移栽機 可以滿足大蔥栽植的農(nóng)藝要求， 實現(xiàn)小株距移栽，而且驗證了撓盤式移栽機設計方法的可靠性。 關鍵詞： 大蔥；撓盤式；移栽機；試驗 中圖分類號： 獻標識碼： A U of be to a of it’s of as on of a of of of 前 言 大蔥原產(chǎn)于亞洲西部高寒地區(qū)，在我國栽培歷史悠久，遍 布全國各地，是一種重要的蔬菜和調(diào) 味品。隨著我國農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整和大蔥出口量逐年增加，許多地區(qū)都把大蔥種植作為一項產(chǎn)業(yè)來 發(fā)展，種植面積迅速擴大，成為區(qū)域規(guī)模種植的經(jīng)濟作物之一。由于傳統(tǒng)手工移栽作業(yè)的勞動強度 高且 生 產(chǎn) 率 低 ， 農(nóng)民 對 大蔥 移 栽 的 機械 化 要 求 越來 越 迫 切 ， 因 此設 計 和研 究 大 蔥 移栽 機 是 非 常 必 要的 。 大蔥栽植期一般在 5～ 7 月 份 ， 傳統(tǒng) 人 工移栽分 為 插蔥法和 排 蔥法 。 人 工 栽植的缺 點 是生產(chǎn)效率 低，勞動強度高。與其他移栽作物相比，大蔥栽植的主要特點是：第一，小株距。一般作物的栽植 株距是 20～ 50 而大 蔥的株距僅有 5～ 10二，深度較深。一般作物的栽植深度為 3～ 5 而大蔥的栽植深度為 6～ 10三，不能窩根，由于蔥白的質(zhì)量決定了大蔥的產(chǎn)品質(zhì)量，因此要 求栽植時不能窩根。 由于大蔥移栽農(nóng)藝要求的特殊性，現(xiàn)有的移栽機均難以實現(xiàn)大蔥這類小株距作物的移栽。為了 實 現(xiàn) 大蔥機械 化 移栽 ， 在 分 析國內(nèi)各 種 移栽機結 構 型式和特 點 的基礎上 ， 研 制 了一 種 撓盤式移 栽 機。 收稿日期： 2006者簡介：胡軍（ 1972-） ，男，講師，吉林大學在讀博士研究生。 通訊作者：封俊，男，副教授，碩士研究生導師。 y ??第 2 期 胡軍等：大蔥移栽機的設計與試驗研究 43 1 大蔥移栽機的結構與工作原理 栽機的結構 為 滿 足大蔥的 栽 植要求 ， 本文設計的 撓 盤式大蔥 移 栽機為半 自 動懸掛 式 ， 采用單組 仿 形結 構 （如 圖 1 所 示 ） 。 每 個 單組的工 作 部件包括 供 苗輸送帶 、 垂 直 輸送帶 、 撓 盤式 栽 植器 、 開 溝 器 、 覆土 鎮(zhèn) 壓 輪、仿行傳動地輪、傳動機構、仿形機構、懸掛機構及機架等。 圖 1 大蔥移栽機結構簡圖 供苗輸送帶由帆布帶和橡膠塊制成，由三個傳動輥張緊成三角形。橡膠塊在帆布帶上按一定的 間隔固定，兩相鄰橡膠塊之間形成寬度為 2 直輸送帶為平面橡膠環(huán)帶。供苗輸送帶的 水平段是移栽機的喂苗區(qū)，其垂直段與垂直輸送帶同步向下運動，輸送蔥苗，形成大蔥的運輸區(qū)。 撓盤式栽植器由兩個互成一定夾角的金屬圓盤 構成，內(nèi)側有環(huán)形橡膠，兩圓盤之間形成具有一定寬 度的夾苗狹縫，構成夾持平面以夾持蔥苗。金屬圓盤上開有許多的傳動齒槽，在特制鏈輪的驅動下 轉動。開溝器為滑刀式，安裝在垂直輸送帶的下面，起開溝作用。覆土鎮(zhèn)壓輪安裝在圓盤栽植器的 后面，起覆土鎮(zhèn)壓作用。仿形傳動地輪安裝在開溝器的前面，起仿形和傳動的作用。 栽機的工作原理 大蔥移栽機的工作原理如圖 2 所示。作業(yè)時，由拖拉機牽引移栽機前進，操作人員將蔥苗依次 放入供苗輸送帶上的秧槽內(nèi)。在供苗輸送帶的帶動下，蔥苗由水平運動轉為垂直運動，當供苗輸送 帶與垂直 輸送帶夾持蔥苗輸送到撓盤式栽植器時，蔥苗被轉動的撓盤栽植器夾住，同時脫離輸送帶 的夾持，蔥苗的運動由水平運動變?yōu)槔@圓盤中心的旋轉運動，并進入開溝器開出的栽植溝內(nèi)，當蔥 苗轉到適當位置時，栽植器將蔥苗釋放，蔥苗在重力作用下落到栽植溝內(nèi)，開溝器尾部回土流將根 部覆蓋，覆土鎮(zhèn)壓輪及時由后向前將根部土壤壓實，完成栽植全過程。 2 撓性圓盤式栽植器的運動軌跡 如圖 3 所示，撓盤在繞自身軸勻速轉動的同時，隨拖拉機沿水平方向勻速運動。工作時，撓盤 的運動是拖拉機前進運動和撓盤圓周運動的合成。因此，撓盤的運動軌跡方程為： ???x ???t ????t)) ? ? (1) ? ??H ??R t) 式中： 拖拉機前進速度 ω —— 撓盤轉動的角速度 t—— 時間 H—— 撓盤圓心距溝底的高度 44 黑 龍 江 八 一 農(nóng) 墾 大 學 學 報 第 18 卷 R—— 撓盤轉動半徑 λ —— 特征參數(shù) ????R??2) 撓盤運動軌跡的形狀取決于λ值的大小。由圖 3 可知，當λ≤ 1 時不能形成余擺線環(huán)扣，軌跡 曲線上各切點的方向就是撓盤絕對速度的方向，在軌跡曲線上不存在與拖拉機前進方向相反的水平 速度分量，要實現(xiàn)零速投苗是不可能的。對于移栽秧苗來說，無論撓性圓 盤在哪一點釋放秧苗，秧 苗 都 存在與機 器 前進方向 相 同的水平 分 速度 ； 換 言 之 ， 從理 論 上就可以 說 明栽植的 秧 苗會產(chǎn)生 前 傾， 不能保證栽植秧苗的直立度要求。只有當λ＞ 1 時，余擺線環(huán)扣的下半部分具有與拖拉機前進方向 相反的水平速度分量，才有可能實現(xiàn)零速投苗。因此λ＞ 1 是撓盤式栽植器正常工作的必要條件。 圖 2 大蔥移栽機工作原理示意 圖 圖 3 不同特征參數(shù)下?lián)媳P的運動軌跡曲線 3 試驗實施 通 過 對撓盤和 蔥 苗的運動 軌 跡分析 ， 可 知特征參 數(shù) λ ＞ 1 是撓盤式栽植器正常工作的必要條件。 為了驗證理論分析的正確性 ，作者設計了一臺撓盤式大蔥移栽機，并進行了田間試驗。 驗裝置及試驗條件 驗裝置 為了試驗方便，本文設計的撓盤式移栽機在主要結構上設計成可調(diào)的。撓盤式栽植器兩圓盤夾 角可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍在 9～ 11°；開溝器與撓盤中心的位置可調(diào)，調(diào)節(jié)位置分為 60、 40、 20、 0 個；通過更換鏈輪實現(xiàn)不同的傳動比組合。 驗條件 (1)采用高度 L=400 徑 D＝ 10 量在 30～ 40 (2) 試 驗土壤 為 耕翻平整 良 好的壤 土 （ 中 國農(nóng)業(yè) 大 學 （西區(qū) ） 農(nóng) 業(yè)工程 教 研室試驗 田 ） 。 土壤含 水率為 每次試驗移栽 20 株蔥苗，每組試驗重復 3 次，根據(jù)文獻 [1]的檢測方法進行測 量計算。 測指標 根據(jù)文獻 [1]的檢測方法，蔥苗的直立度用苗體與地面的夾角，即栽植傾角θ來劃分： 優(yōu)良：θ＞ 70°；合格：θ＞ 45°；倒伏：θ≤ 45°。 第 2 期 胡軍等：大蔥移栽機的設計與試驗研究 45 相應地，用直立度合格率、直立度優(yōu)良率來評價蔥苗的直立度。 驗結果與分析 驗結果 為了驗證λ值對栽植質(zhì)量的影響，在給定圓盤半徑 R=200 苗直徑 D=10 論株距為 70 過調(diào)整試驗裝置，改變傳動比使特征參數(shù)值λ改變。選取四組不同的特征參數(shù)值，分別取 λ＝ ＝ ＝ ＝ 種情況下進行驗證試驗。試驗結果如表 1。 表 1 特征參數(shù)對栽植性能的影響 株距變異 系數(shù)（ %） 栽植傾角 平均值（ ° ） 直立度 合格率（ %） 直立度 優(yōu)良率（ %） 結果分析 試驗結果如 表 1 所示，由表中數(shù)據(jù)可得到以下結論： （ 1）當特征參數(shù)值λ＞ 1 時，樣機栽植性能良好；當λ＜ 1 時，樣機不能完成大蔥的栽植要求。 （ 2）在特征參數(shù)值λ＝ ，樣機栽植性能良好，蔥苗栽植傾角的平均值達到 直 立度合格率和優(yōu)良率均達 到 90%以上。 （ 3） 在不同 特 征參數(shù)值 下 （ λ ＝ ， 樣機栽植 性 能良好 ， 蔥苗 栽 植傾 角 的平均值 分 別 達到 ， 說 明 λ值 大 小對栽植 直 立度和優(yōu) 良 率的影響 并 不是很明顯 ， 也說明 了 對撓 盤運動軌跡的分析是正確的。 4 結論與討論 通過對大蔥移栽機的設計與試驗研究表明： 對撓盤式移栽機的運動過程和運動軌跡分析的基礎上，得出特征參數(shù)λ＞ 1 是撓性圓盤式移 栽機正常工作的必要條件，試驗結果也證明了該結果的正確性。 田間試驗結果證明，撓盤式移栽機能夠實現(xiàn)小株距移栽，可滿足大蔥栽植的農(nóng)藝要求，而且也 驗證了撓盤式移栽機設計方法的可靠性。 驗結果中，苗體栽植傾角均小于 90°，有略微前傾的趨 勢，可能與土壤本身、回土流及覆土 輪位置的影響有關，這些問題還有待進一步研究。 參考文獻： [1] 封俊，顧世康，曾愛軍，等 . 導苗管式栽植機的試驗研究 (Ⅱ )栽植機的性能評價指標與檢測方法 [J]學報， 1998， 14（ 2） ： 73～ 77. [2] 高正路 油菜移栽機的設計 [J]2001， （ 3） ： 10～ 12. [3] 封俊，秦貴，宋衛(wèi)堂，等 J]2002， 33（ 5） ： 48～ 500 [4] 何啟偉，蘇德恕，趙德婉 產(chǎn)蔬菜 [M]東科學技術出版社， 1990. [5] 胡軍，封俊，曾愛軍，等 J]2002， （ 1） ： 39～ 41. [6] 韓占全，封俊，曾愛軍 J]2000， （ 8） ： 29～ 31. [7] 秦貴 D]國農(nóng)業(yè)大學， 2002. [8] 董鋒，耿端陽，汪遵元 J]2000， 31（ 3） ： 42～ 45. [9] 尚書旗，隋愛娜 J]1998， （ 1） ： 30～ 32. 特征參數(shù)λ 株距合格率（ %） λ＝ ＝ ＝ ＝