智能移栽（共3篇）
智能移栽 篇1
0 引言
随着城镇化进程的不断发展,环境绿化在城市建设中的投入逐步增加。花坛花卉因其具有良好的观赏性和短期时效性,在节日庆典和日常环境装饰中发挥着重要作用,在全国各地都具有巨大的应用需求。2011年国庆期间,北京市摆花2 000万盆,全市年需求花卉达1亿多盆。然而,目前我国花卉生产设备配套不完善,劳动投入仍以人工为主,这在盆栽花卉幼苗由苗床向花盆移栽环节表现尤为突出。由于盆栽花卉使用周期短,需求数量大,种苗人工移栽作业效率低,劳动强度大,劳动成本高,因此亟待研发自动化种苗移栽机械,实现花卉种苗移栽自动化。
20世纪90年代以来,荷兰、美国和韩国等国家研制了具有幼苗分选移栽功能的自动化设备[1,2,3,4,5],并进行了一定产业应用。然而,其主要针对特定幼苗个体进行移栽,对于个体粗壮、形态多变的花卉幼苗缺乏通用性。同时,由于其主要应用于大型集约化农业生产模式,采购成本高,对我国现阶段设施农业生产模式适应性差。目前,国内邱立春与辜松等人也针对蔬菜钵苗智能移栽机进行了相关研究[6,7],但是仍处于样机试验阶段,示范应用较少。本文针对穴盘播种的花坛花卉,设计了幼苗自动化移栽机械,集成幼苗信息自动识别、幼苗机械夹持、目标实时定位以及物料传输等功能,对其设计目标和工作原理进行介绍,就关键功能部件的设计进行了仿真校核。
1 系统工作原理介绍
1.1 设计需求分析
花卉幼苗移栽机针对8*16穴孔规格穴盘种植的花卉幼苗向直径100mm、高75mm花盆进行移栽。移栽期花卉幼苗通常具有4～5片子叶,高度为5～10cm,移栽夹持过程中需要防止对幼苗茎秆的机械伤害。设计预期效率为900次/h移栽循环,可根据幼苗质量识别结果,对穴盘中生长状况良好的花卉进行移栽,剔除缺苗和劣苗穴孔。
1.2 工作原理
花卉幼苗智能移栽机主要由支撑架、末端定位部件、幼苗夹持手爪、幼苗视觉识别相机、穴盘和花盆传送皮带、花盆上料推杆构成,如图1所示。作业过程中,目标穴盘放置穴盘传送带,4个花盆为1组,相间200mm放置于花盆传送带,两者分别随各自传动带运动;通过上料推杆将一组花盆推送至传送带,由于推杆上安装5个等间距隔板,从而保证同组花盆间距一致。为了充分发挥智能移栽机快速移栽的特点,移栽机采用4组末端夹持手爪进行移栽(如图2所示),每相间4个穴孔幼苗为1组进行移栽(两个末端夹持手抓之间最小距离为120mm)。通过幼苗视觉识别相机对可移栽幼苗个体在穴孔位置进行定位,从而剔除缺苗和劣苗穴孔。幼苗夹持手爪受末端定位部件驱动,将幼苗从穴盘上方将苗夹起后,提升至花盆高度,手爪彼此间距调整至与花盆等间距;然后,传送至花盆上方后将幼苗插入花盆;最后,返回至穴盘上方,完成1次移栽作业循环。
1.支撑架 2.穴盘 3.花盆 4.末端定位机构5.夹持手爪 6.幼苗识别相机 7.传送带 8.上料推杆
2 关键部件设计
2.1 移栽定位部件
移栽定位部件负责移栽夹持手爪空间位置控制,其运动方式和节奏决定机械移栽作业的效率,如图3所示。根据智能移栽作业原理,定位部件需要具有横向平移、纵向提升机构以及移栽间距调整3个自由度,其驱动连接方式分别如下:滚珠丝杠由电机Ⅰ驱动旋转,螺母与横杆连接固定,丝杠旋转带动横杆以及手爪沿导轨Ⅰ纵向运动,从而实现手爪纵向提升运动;同步带压板Ⅰ将同步带Ⅰ固定于横杆,同步带轮Ⅰ与同步带Ⅰ啮合旋转,使得手爪沿导轨Ⅲ运动,实现手爪间距调整;同步带轮Ⅱ与同步带Ⅱ啮合旋转,同步带压板Ⅱ与支架由螺钉固定,支架由导轨Ⅱ支撑导向,由于压板Ⅱ扣压于同步带固定位置,从而使得支架随同步带牵引,实现横向平移。
1.电机Ⅰ 2.丝杠 3.导轨Ⅰ 4.同步带轮Ⅰ 5.电机Ⅱ6.同步带压板Ⅰ 7.同步带压板Ⅱ 8.同步带Ⅰ 9.导轨Ⅱ10.同步带Ⅱ 11.同步带轮Ⅱ 12.导轨Ⅲ 13.手爪
2.2 幼苗夹持手爪
移栽夹持手爪采用夹持幼苗根部的方式进行操作,其对称分布钎型手指插入幼苗根部基质(土壤)后并拢夹持,从而将幼苗从穴盘取出。当末端定位机构使其处于穴盘幼苗穴孔正上方时,手指伸缩气缸驱动手指伸出插入幼苗根部基质,手指夹持驱动气缸缩回,由滑块带动连杆牵引手指并拢夹持。夹持手爪位于花盆上方释放幼苗时,手指先张开然后缩回。手指导向杆为手指支撑导向外,其与手指剐磨可以防止回缩时,幼苗根部基质与手指粘连,同时清除了手指上的基质和泥土,实现了手指的自动清洁。
3 移栽作业ADAMS仿真及分析
3.1 定位部件运动仿真
如图3所示,以移栽手爪处于穴盘上方初始状态时,夹持手爪Ⅰ所处位置定义为系统运动坐标原点,各坐标轴平行于手爪Ⅲ自由度运动方向,则各夹持手爪空间坐标可表示为
式中 d1—手爪间距调整驱动同步带轮分度圆直径;
d2—横向平移驱动同步带轮直径;
m—纵向提升丝杠导程;
θ1,θ2,θ3—分别为各自电机输出轴旋转角度;
i—夹持手爪编号;
Di—其他移栽手爪与手爪Ⅰ的初始间距。
1.手指夹持驱动气缸 2.驱动滑块3.手指伸缩驱动气缸 4.连杆 5.手指 6.穴盘幼苗
将移栽机虚拟样机模型导入ADAMS,按照移栽机作业原理添加各自由度运动副约束和电机驱动,同时添加各零部件质量特征和轨道摩擦参数。根据预期设计工作效率,对移栽机单次作业循环进行仿真,1.8s时间内手爪Ⅱ由穴盘上方运动至花盆上方,其坐标变化为(300,0,0)至(300,-800,100)。
为减少系统作业运动过程中刚性冲击,规划各驱动电机旋转角度位移采用的位移与时间3次多项式为
θ(t)=a0+a1t+a2t2+a3t3 (2)
以横向平移驱动电机为例,其运动曲线如图5所示。 由仿真结果得知:采用三次多项式对电机运动进行规划,其运动速度变化平稳,有效减少了加速度突变造成的刚性冲击。横向平移机构驱动手爪移动800mm,最高平移速度为667mm/s,电机启动转矩4.3N·m,最高转速212r/min,功耗最大78W。综合以上参数,移栽机平移驱动电机选用上海四宏电机86BYGH3096-3006A型步进电机及SH-203A驱动器,其保持转矩5.4N·m,基本步距角1.2°,满足负载所需要求。
3.2 夹持手爪夹持力度仿真
为了对夹持手爪对幼苗夹持效果进行验证,基于ADAMS软件对手指夹持力度进行仿真模拟试验。在夹持手爪各铰链处添加相应约束,指定夹持手指材质的弹性模量为2.07×1011N/m2,对滑块添加垂直方向单向力驱动30N,指端处与基质块添加接触载荷。忽略幼苗根部基质弹性变形,得到指端对基质块夹持力度时间曲线,如图6所示。
最终系统静力平衡后,手指指端与基质接触力FN为12.66N。
育苗基质含水量35%时,其与冷轧钢材质手指滑动摩擦系数μ≈0.6[7],则两个手指与基质总滑动摩擦力F=2μFN=15.12N。
幼苗与根部基质总质量约为30g,其重力G为0.29N。基质粘结力系数[8]取0.5kg/cm2,根部基质表面积为S,则幼苗根部提升阻力f=G+pS=12.42N。
可见,当夹持驱动气缸具有30N力时,手指指端夹持产生的摩擦力大于幼苗根部基质分离阻力。本文所选SMCCDJ2F16型气缸,其驱动力为32.3N,可以满足使用要求。
4 结论
针对盆栽花卉幼苗穴盘到花盆移栽作业环节,设计了花卉幼苗智能移栽机,可自动对穴盘幼苗质量进行实时判断,从而剔除缺苗和劣苗穴孔实现幼苗移栽自动化作业。根据ADAM对关键部件的仿真校核结果,在每小时900次工作循环作业效率下,末端定位部件各自由度运动的驱动电机参数和移栽手爪夹持驱动气缸符合设计需要,同时其结构设计方案满足移栽作业效率以及花卉幼苗个体无损可靠操作的要求。
参考文献
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智能移栽 篇2
烟草既是重要的经济作物,又是高税利商品,农业税利30%左右,工业税利60%以上。我国烟草已经形成了以烤烟为主体的多元烟草结构。目前,我国主要有5大烤烟种植区,即黄淮、东北、西南、华中和华南。
一直以来,国内烟苗移栽作业沿用传统的手工作业和简单的机具作业,劳动强度大,生产效率低下。随着烟草种植要求的不断提高和农村劳动力的减少,烟苗移栽环节已经成为制约烟草生产的瓶颈。
在2YB-1型智能型烟苗移栽机中,机械手是关键的核心部件,它能根据作业手的控制指令精准地完成“烟苗穴盘定位—烟苗钵抓取—栽植定位—烟苗钵栽植”这一系列自动取苗和植苗作业。本文对基于人机协作思想设计的智能型烟苗移栽机械手进行运动学分析,并建立了相应的数学模型;在ADAMS(Automatic dynamics analysis of mechanical system)环境下,对移栽机的机械手进行运动学仿真和分析,从而观察机械手操作的难度和避障能力,并且实现预期规划轨迹的可靠性和机械手在运动过程中各关节角变化平缓、无剧烈振动,进而来验证本设计所建立的运动学方程的正确性。
1 烟草移栽机机械手运动学分析
Denavit—Hartenberg(D-H)是研究机器人运动学的经典方法,是用齐次坐标变换来描述机器人相邻构件的空间位置关系,最终建立机械手作业末端点的参考坐标相对于机械手基坐标的齐次变换矩阵,得到机械手的运动学方程[1]。
本文采用D-H齐次坐标变换法建立智能烟苗移栽机自动取苗机构及植苗机构的运动学方程。该烟苗移栽机的取植苗机构由3个旋转关节与2个移动关节组成,形成了5自由度的机械手,并得到机械手的运动参数, 如表1所示。
根据D-H法则的规定,得到了各杆的坐标位置,如图1所示。
1.1 运动学正解
根据机械手的各关节变量,运用运动学求解机械手末端的位置和姿势。根据机械手D-H参数坐标和运动学参数,可知连杆的D—H坐标变换矩阵为
undefined
undefined
undefined
undefined
undefined
运动方程为
undefined
(1)
式中,pz=-c34d5-s3+d1,nx=-s2c34,ox=c2,αx=s2s34,ny=c2c34,px=s2s34d5-s2c3-0.12s2,oy=s2,ay=-c2s34,py=-c2s34d5+c2c3+0.12c2,nz=-s34,oz=0,αz=-c34,si=sinθi,ci=cosθi。
1.2 运动学反解
根据基座坐标上机械手末端的位置和姿势、连杆的结构参数、undefinedD矩阵中的各个元素,求解关节变数θ1,θ2,θ3。根据两端矩阵的对应元素应相等,可得到一个多变量的方程,用求解非线性超越函数方程来求解这些运动参数,即有
sin(θ1)px+cos(θ1)px =32sin(θ2+θ3)+
d3sin(θ2+θ3)+d2cos(θ2) (1)
undefined (2)
undefined (3)
分析可知,式(3)只含一个待求运动参数θ1。设px=rcos(θ1),py=rsin(ϕ),则undefined。代入式(3),得ctgundefined,
undefined
undefined(d3/32),取θ1=15°。
求得θ1后,将式(1)和式(2)分别平方后相加并整理,得
undefined(d3/65),取θ3=60°。
利用逆变换矩阵[M12]-2[M01]-1=[M03]-1,得[M03]-1[M14]=[M12][M34][M45]。
设undefined,得cos(θ2+θ3)=[Ad2sin(θ3)-pz(d3+d2sin(θ3))]/(pz2+A2)=U;cos(θ2+θ3)=[Apzd2cos(θ3)-pzd2cos(θ3)]/(px2+A2)=N;θ2=θ3-arctg(U/V),取θ2=75°。
由以上分析可以看出:因为d2,d3和θ3没有确定解,所以其余2个参数就可以任取d2,d3和θ3中的1个为变量来表示。这说明,该机械手的结构只对位置点有一定的位置冗余度,机械手的避障能力大大增强。
1.3 验证数学模型
为验证机械手参数与坐标系是否正确,计算该机械手在初始位置时,用秧苗器相对基坐标系的空间位置的方法予以验证。分析图1可以看出,秧苗器参考点在基坐标系中的初始位置为(0,520,0)。另外,把机械手初始位置的关节变量θ1,θ2,θ3,θ4,θ5代入变换矩阵undefinedD中,得
undefined
由此可以看出,秧苗器在初始状态时的位置为(px,py,pz)=(0,520,0),与D-H坐标图中的位置情况是一致的。
2 ADAMS运动学仿真与分析
把移栽机机械手虚拟样机模型中的构件生成刚性体,导入ADAMS[3,4]中进行机械手运动学仿真分析。在仿真分析中,以履带小车作为移栽机机械手运动作业的载体,履带小车高度设置为0.4m。仿真过程中,履带小车与大地固定,仿真流程如图2所示。
2.1 机械手ADAMS运动学仿真
为了保证仿真中测量的数据与数学建模对应起来,让导入ADAMS中的样机作整机的移动和一定的转动,使机械手的基坐标和ADAMS中的固定坐标重合,如图3所示。
在机械手工作空间内任意位置取点A(-0.23,0.84,3.56),把A点作为秧苗的目标位置;将A点的坐标值代入方程,得到冗余反解组,任选其中一组解,求得机械手对应关节输入量(d1=1.35 m, θ2=-133°,θ3=38°,θ4=21°,d5=2.41m);并把在D-H坐 标系下的正反解转化到ADAMS仿真环境中,得到烟 苗机械手在ADAMS中的位移分别为:(d1=0.42m,θ2=18°,θ3=35°,θ4=-48°,d5=0.38m)。本次仿真使用函数定义机械手的运动值,设置每2.2s完成1次采摘动作,采样时间间隔为0.05s,设定仿真时间为5s,仿真步数为200,使用5个STEP函数来定义5个运动副,如表2所示。
x―时间变量;h—位移STEP函数值;x0―时间变量STEP函数开始值;x1―时间变量STEP函数结束值;h0―位移STEP函数的初始值;h1―位移STEP函数的最终值。
机械手末端点位移曲线、线速度曲线、加速度曲线、角速度曲线和角加速度曲线如图4～图8所示。
2.2 仿真结果分析
通过仿真曲线和机械手末端点位移曲线可知,机械手的末端取苗器在第5s时准确地达到了目标点A处。这就表明,本文所建立的运动学方程是正确的。通过图4～图8的分析可以看出,机械手末端的取苗器位移和速度运行过程平稳。图5中,由于各关节设 置驱动的起始时间点不同,机械手末端取苗器的加速 度在3～4s之间发生了较大的变化。因此,在机械手的设计过程中,可以通过有效缩小各关节驱动的起始时间点的方法,来提高机械手末端取苗器的运行平稳性,以提高机械手整体的运行速度和稳定性。
3 结论
1)本设计对基于人机协作思想设计的智能型烟草移栽机械手进行了运动学分析,建立了相应的数学模型,并得到了运动学正解和逆解。正解运算简便,缩短了机械手位置和姿态的判断时间,降低了机械手的控制难度。因为,本机械手进行取苗和植苗时没有位姿的要求,这对于机械手进行多路取苗具有重要的意义。
2)在ADAMS环境下对移栽机的机械手进行了运动学仿真和分析。可以看出,机械手末端的取苗器完全可以实现预期规划的轨迹,并且机械手在运动过程中各关节角变化平缓,无剧烈振动现象,从而证明了本设计所建立的运动学方程的正确性。
摘要：对基于人机协作思想设计的智能型烟苗移栽机械手进行运动学分析,通过建立数学模型,进行正运动学和逆运动学求解,并对运动学正解和反解进行验证;利用雅克比矩阵,建立机械手各关节速度与取苗器速度的瞬间对应关系;以烟苗机械手的设计结构为出发点,建立烟苗机械手的样机模型,并在ADAMS下进行运动学仿真。仿真结果表明,烟苗机械手的运动学方程解是完全正确的。
关键词：烟草移栽机,机械手,运动学分析,ADAMS仿真
参考文献
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智能移栽 篇3
目前, 我国常年种植烟叶的面积在100万hm2左右, 主要分布在云南、贵州、四川、河南、山东、陕西以及东北地区, 其生产过程的整地环节、育苗环节、植保环节以及烘烤环节已实现机械化或现代化, 而劳动强度比较大的移栽环节和采摘环节仍然沿袭着传统工艺, 特别是移栽环节的传统工艺不能与现代化的烟草漂浮育苗相衔接, 严重影响着烟草种植的高效、高质与高产。另外, 传统的烟草栽培工艺费工费时、劳动效率低 ( 平均3人1天移栽0. 067hm2) , 使烟草种植户难以承受。要实现烟草种植规模化, 必须实现种植机械化。为此, 在吸收国内外移栽机优点的基础上, 结合我国烟草种植区域的特点和现代种植农艺要求, 通过分析计算, 仿真建模设计出了一种适合我国烟草种植的移栽机构。
1移栽装置的结构设计与原理
1. 1移栽装置的原理
目前, 烟苗移栽的过程是把采用漂浮育苗长成的幼苗, 通过人工挖坑浇水栽植到事先整理好的田间烟垄上。要想高效实现这一农艺过程就离不开移栽机械化, 在吊篮式移栽机构中, 要想实现可靠的移栽, 栽植器在随驱动盘转动的过程中应该始终处于铅垂状态, 待栽植器入土时由打开机构打开实现移栽; 也就是说栽植器在随驱动盘做公转的同时还要自传, 自传到一定位置便自行打开。实现栽植器基本功能设计, 是在充分考虑结构尺寸和移栽株距的情况下设计左右两个回转盘, 由牵引动力驱动其回转; 在左右回转驱动盘之间均匀设置3个接苗桶及栽植器, 由驱动盘带动栽植器转动; 在右驱动盘的外侧设置一个偏心转盘, 偏心转盘通过3个连杆分别与载植器支撑轴通过键相连, 从而保证栽植器在旋转工作过程中始终处于铅垂状态; 在栽植器左右两侧驱动盘上设置有位置可调的端面打开凸轮, 在栽植器入土后, 使其打开。工作时, 烟苗投到接苗桶中, 待接苗桶和栽植器转动到最下点, 在扎入形成坑穴的土中。同时, 栽植器在打开机构的作用下被迫打开, 接苗桶中的烟苗在重力的作用下掉入坑穴中, 完成移栽。
在烟苗的栽植过程中, 烟苗栽后的直立度直接影响着烟苗栽后的发育和生长, 因此必须设计一套合理机构和结构尺寸, 来保证移栽质量, 保证接苗桶和栽植器转动过程中始终处于铅垂状态。栽植器入土时的绝对速度为零, 即零速栽植原理。这套机构就是合理设计的旋转机构、凸轮机构以及四边形机构的有力组合。该机构的结构尺寸可通过零速原理进行计算。 栽植器的运动轨迹如图1所示。
1. 2移栽装置的结构
移栽装置的结构如图2所示。
1. 机架 2. 驱动盘 3. 鸭嘴销轴 4. 接苗桶 5. 端面凸轮 6. 滚珠 7. 连杆 8. 偏心转盘 9. 鸭嘴 10. 驱动转轴 11. 轴承支座 12. 动力输入装置
两驱动盘通过键固定在驱动转轴上; 驱动转轴的一端通过轴承支座固定在机架上, 另一端通过轴承固定在偏心支架上; 偏心支架的另一端通过轴承安装有偏心转盘; 接苗桶两端固定有支撑轴, 鸭嘴通过鸭嘴销轴固定在接苗桶上。栽植器通过固定在接苗桶两端的支撑轴及轴承安装在左右驱动盘上; 为了实现鸭嘴的打开, 在鸭嘴上方通过球窝型压盖安装有滚珠, 滚珠与安装在驱动盘上的端面凸轮构成打开机构; 连杆的一端通过键与接苗桶支撑轴相连, 另一端轴承和固定销与偏心转盘相连。这样偏心转盘、连杆、驱动盘和偏心支架构成四边形机构, 保证栽植器在转动过程中始终处于铅垂位置。
2关键部件的设计
2. 1驱动盘
驱动盘设计的合理与否, 直接关系着移栽质量、 移栽株距和移栽效率等。驱动盘直径设计的过大, 鸭嘴在转动过程中向后的线速度将大于牵引机向前的行驶速度, 使烟苗处于最下点具有向后的速度, 造成栽后烟苗向后倾倒。此时, 若提高牵引机的速度就会造成移栽株距增大, 满足不了农艺要求; 驱动盘直径过小, 鸭嘴在转动过程中向后的速度将小于牵引机向前的速度, 使烟苗处于最下点时具有向前的速度, 造成烟苗栽后前倾, 此时若放慢牵引机速度, 会造成移栽效率降低和移栽株距减小。通过分析得出鸭嘴中烟苗的运动规律 ( 如图3所示的烟苗运动分析) 为
式中R—驱动盘支撑点的回转半径;
L—鸭嘴中心到驱动盘支撑点的距离;
n—驱动盘回转速度;
V车—牵引机的前进速度。
因此, 要保证烟苗栽后不倾倒, 烟苗随驱动盘运动到最下点时, 其合成速度应为0, 即
式中 α—鸭嘴打开滞后角度。
根据移栽效率和移栽株距, 通过分析和计算得出牵引机的前进速度V前= 0. 33m / s; 驱动盘回转速度n = 12. 5r / min; 鸭嘴中心到驱动盘支撑点距离L = 50mm。
则回转驱动盘支撑点的回转半径为
考虑支撑销和连杆销的安装、回转驱动盘的质量和回转平稳性, 回转驱动盘的结构形式设计为带凸耳的盘状零件, 如图4所示。
2. 2栽植器
栽植器是实现烟苗栽入土中的1个组合部件, 其结构如图5所示。整个栽植器通过支撑轴和轴承安装在驱动盘上; 鸭嘴通过小轴与接苗桶相连, 并可绕小轴摆动。当滚珠上有外力作用时, 鸭嘴绕小轴摆动, 即被打开; 外力消失后, 鸭嘴在复位弹簧的作用下闭合。鸭嘴的结构形状对移栽质量有很大影响, 因此通过对烟草漂浮育苗成苗茎叶尺寸的测量、分析及大量的模型试验, 确定了鸭嘴的尺寸; 通过对鸭嘴随驱动盘转动到最下点时入土和出土情况的实验分析, 确定了鸭嘴的形状为扁锥形, 此形状的鸭嘴即起到了对烟苗的保护作用, 又具有锋利入土的功能; 由于内表面平直光滑, 丢苗迅速, 因此不会出现带苗和夹苗现象。
1. 滚珠 2. 支撑轴 3. 鸭嘴 4. 复位弹簧 5. 销轴 6. 接苗桶
2. 3打开机构
打开机构是实现栽植器打开的关键机构, 其设计得合理与否决定着烟苗栽入土中的深度和质量。打开机构示意图如图6所示。
1. 滚珠 2. 端面凸轮 3. 驱动盘
其结构特点是两块形状完全相同的圆柱凸轮通过6个螺栓紧固在回转驱动盘上, 钢球1通过球窝型压盖紧固在鸭嘴上部导桶上 ( 钢球1 /4露出球窝型压盖) 。旋转盘转动时, 圆柱凸轮随其一起转动, 鸭嘴上部导桶在随旋转盘一起转动的同时还做自转 ( 因另有机构限制着鸭嘴在转动时始终处于铅垂位置) , 这样固定在鸭嘴上部导桶上的钢球就由圆柱凸轮的低处移动到高处, 迫使鸭嘴上部导桶绕鸭嘴销轴向里摆动, 实现鸭嘴打开。鸭嘴打开、闭合的时刻关系着移栽质量。鸭嘴打开时刻过早, 导致鸭嘴还没有完全入土就开始丢苗, 造成烟苗移栽深度过浅, 甚至没有把烟苗栽入土中; 若鸭嘴关闭时刻过早, 导致鸭嘴从土中出来没运行多高距离就开始关闭, 造成夹持已栽好的烟苗从土中拔出。
通过分析计算和反复试验, 最终确定了圆柱凸轮的位移曲线图 ( 如图7所示) 和圆柱凸轮在回转盘上的安装位置及轮廓形状图 ( 如图8所示) 。
2. 4四边形机构
四边形机构是保证栽植器工作位置的机构, 即保证栽植器在工作时始终处于铅垂状态。此状态不仅是投苗机构实现可靠投苗的先决条件, 而且也是保证烟苗栽后垂直度的一个先决条件。其结构特征是在栽植器回转驱动盘的一侧设置偏心转盘, 偏心转盘通过连杆销、连杆与栽植器的鸭嘴支撑轴相连接, 这样回转驱动盘、偏心圆盘、连杆以及偏心座构成双曲柄机构 ( 平行四边形机构) , 如图9所示。
通过合理选取连杆与鸭嘴支撑轴连接键槽的位置, 保证在初始状态时连杆水平和鸭嘴铅垂。工作时, 回转盘转动, 连杆平动, 由于鸭嘴与连杆是通过键实现的固定连接, 所以鸭嘴也做平动。根据驱动盘的尺寸, 同时考虑连杆的制造工艺性, 通过分析计算, 两圆盘偏心距取L = 70mm ( 即连杆长度为70mm) 。该定位机构的工作原理如图8所示。
3田间试验与结果
3. 1试验基本条件
田间性能试验在位于许昌市西南的襄城县王洛镇的许昌烟草分公司0. 67万hm2烟田示范园区进行。 试验地块土壤为粘土, 土壤含水率为17. 3% , 垄高为260mm, 垄距为1200mm。
试验用烟苗经过剪叶的漂浮育苗成苗, 其苗高为160mm, 根部基质块形状为倒四棱锥, 大端尺寸为25 mm × 25mm。
3. 2试验结果
在实验前一个月起好垄。在田地中测试两次, 每次测试长度为150m。本移栽装置试验结果如表1所示。
表1说明: 移栽深度完全满足烟草栽培的农艺要求; 移栽株距和保苗率符合设计要求。该机具已通过河南省农机试验鉴定站的测试, 机具各项指标均达到设计要求。
4结论
1) 通过对2YZS烟草移栽机移栽装置的设计和改进, 解决了烟苗移栽过程中烟苗倾倒、移栽深度过浅及栽后鸭嘴夹苗等问题。
2) 与同类机器相比, 本设计的打开机构和四边形机构有效地保证了鸭嘴时刻的一致性, 减小了移栽深度差异性。
3) 本移栽装置具有生产率高 ( 0. 15hm2/ h) 、保苗率高、移栽深浅一致性好、株距均匀度高和栽植定向性好等优点。
摘要：阐述了吊篮式烟草移栽机移栽机构的工作原理和结构, 通过分析计算及1:1的建模, 验证了吊篮式烟草移栽机构的工作速度和移栽机构结构件的形状;通过对该机构运动关系的理论分析和计算, 确定了主要技术参数;根据主要技术参数, 设计出移栽机构的主要部件。样机试制和实验表明, 该机构工作性能良好, 栽苗效果优良, 结构紧凑, 使用操作方便。
关键词：烟草,移栽机,吊篮式
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