摘要：针对目前常见的蔬菜移栽机很难在空间受限的大棚中使用，导致大棚蔬菜在进行育苗移栽时仍然依靠人工而费时费力的现状，设计了一种专门针对大棚使用的蔬菜移栽机。该装置在推动移栽机行走时主动轮转动，通过齿轮和链轮两级增速传动，把动力传递到执行机构，执行机构带动插苗装置和菜苗传送装置的运动，实现菜苗的栽种。装置中采用偏心轮机构实现鸭嘴状插苗装置的上下运动，传送苗装置的循环间歇运动由空间槽轮机构来实现，通过空间槽轮机构和偏心轮机构的协调动作来到预定的运动规律。同时，根据大棚参数确定了各零部件的尺寸，作出了CAD图和三维结构图，完成了对大棚蔬菜移栽机的设计。

　　关键词：大棚蔬菜；移栽机；插苗装置；投苗杯

　　在温室大棚中种植蔬菜，可以大大缩短蔬菜的生长周期，且能使蔬菜的成活率大大提高；但是，在大棚内如果仍然采用传统的播种方式栽培蔬菜，不仅使生长周期延长，而且浪费大量种子。因此，育苗移栽的方式在大棚内逐步得到广泛应用。目前，育苗移栽主要依靠人工，劳动强度大、费时费力，且在春播季节劳动力紧张,很难满足大规模种植的需求。因此，如能在育苗移栽技术中采用机械化栽种菜苗，将能极大地减轻农户的劳动强度。

　　近年来，随着旱地育苗移栽技术的研究和推广,移栽机械也得到了进_步发展，目前国内常见的移栽机械主要有钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、吊篮式和导苗管式等类型^3。钳夹式移栽机机构简单，株距和栽植深度稳定；但株距调整困难，钳夹易伤苗，栽植速度低。链夹式移栽机栽植株距准确，栽植后秧苗的直立度较好；但生产率低，易出现漏载现象，也存在伤苗的情况。挠性圆盘式移栽机虽然对株距几乎没有限

　　制，但栽植的深度不稳定。吊篮式移栽机对秧苗无夹持力，吊杯在栽植过程中对秧苗起扶持作用，直立度好;但此种类型的机械机构复杂，且喂苗速度不能过高，工作速度受限，也很难满足大规模种植的需求。导管式移栽机具有不伤苗、秧苗的直立度好、株距均匀和栽植深度稳定的特点，且对于裸根苗不会产生窝根现象，是目前较为常用的移栽机。对于上述几种移栽机，由于机型整体均比较大，且需要辅助人员，比较适合大面积的平原地区蔬菜种植；而对于像大棚种植这种尺寸受一定限制的场合，上述移栽机很难满足要求。因此，为了提高蔬菜移栽效率、节省劳力、实现大棚内蔬菜移栽的机械化，研发一种适合大棚使用的蔬菜移栽机具有重要的现实意义。

　　1系统方案拟定

　　大棚蔬菜移栽机主要服务于菜苗的插植过程，实现对菜苗的传送及插植。该系统的核心功能就是完成对菜苗的插植过程，为了实现此功能，在方案设计中拟采用动力功能、控制功能来辅助核心功能，以实现菜苗的机械化移栽。为了更好地设计出适合大棚使用的蔬菜移栽机，对其各部分功能进行功能树分析，如图1所示。根据功能树中所提到的各种功能，寻求可能的功能载体,形成功能载体形态学矩阵[4]，如表1所示。根据形态学矩阵可以组合出多种方案，考虑到相容性及最佳配置原则，再结合从技术、经济及社会性3个方面确定的评价指标,考虑其相对重要程度[3]，最终确定方案为：A1+B2+C1+D2+(E1+E2)。具体分析过程可参见文献5]。o132o

　　图1大棚蔬菜移栽机的功能树

　　Fig.1Functiontreeforgreenhousevegetabletransplantingmachine

　　表1大棚蔬菜移栽机功能载体形态学矩阵

　　Table1Morphologicalmatrixforgreenhousevegetabletransplantingmachine

　　分功能功能解

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　　A投苗人工投苗自动投苗--

　　空间偏心轮

　　B传送苗齿轮槽轮机构棘轮

　　C驱动人力电动机--

　　插苗器摆动导杆偏心曲柄杠杆

　　D驱动机构机构轮机构滑块机构原理

　　E机械能分配齿轮链皮带-

　　2系统关键零部件设计

　　2.1插苗机构的设计

　　插苗装置中插苗机构为主要部件，其功能是接苗、开沟、插苗。接苗时，尺寸大小要能装稳一整颗菜苗，菜苗在插苗器里能保持较好的直立度；在开沟时，要用最小的力开出合适深度的沟槽；插苗时，菜苗能直立地落入沟槽中，避免菜苗倒伏现象的发生。插苗器向下运动时，插苗器自动打开，开口应合理，下开口打开时能开出所大小的沟槽，上开口闭合时能保证不夹到苗；栽植过程完成后，插苗器在向上运动的过程中，会自动闭合，可能会夹到刚栽植的菜苗。为解决此问题，在插苗器上设计了卡勾装置，当插苗器打开到最大位置时，卡勾卡住弹性卡勾圆柱，插苗器向上运动时由于卡勾的作用不会自动闭合；当上升到定高度时，导槽上的挡板拨动弹性卡勾圆柱，使卡勾和圆柱分离，此时插苗器在弹簧的作用下自动闭合。插苗器继续向上运动，为了能使装苗杯打开，让里面的菜苗落入到插苗器里面，还设计了推杆。插苗

　　器在继续向上运动的过程中，推杆推动装苗杯底盖打开，让菜苗落入到插苗器里面；插苗器向上运动到最高点时，装苗杯底盖完全打开，接苗完成后插苗器继续向下运动；如此循环。_般大棚移栽的菜苗尺寸大约为高度100~120mm,宽度50~60mm。根据菜苗的尺寸和以上要

　　求,计算出插苗机构的整体尺寸，其结构如图2所示。

　　图2插苗机构尺寸及三维结构图

　　Fig.2Dimensionsandthree-dimensionalstructureforseedingmechanism

　　2.2覆土机构的设计

　　覆土机构采用交叉式杠杆机构，固定在插苗机构上；当插苗器向下运动时，在导槽凸台的挤压作用下覆土机构闭合，闭合时把土覆盖在菜苗根部；当插苗器向上运动时，在弹簧的作用下覆土机构自动打开，不会夹到刚栽植好的菜苗。设计覆土机构时，应使覆土机构实现不完全闭合，避免夹到菜苗根部，因此覆土机构夹角应设计合理。菜苗在覆土时只需把根部盖住即可，不能盖过多的土，以免影响菜苗的生长。在插苗机构打开的同时覆土机构闭合，如果该机构长度与插苗机构等长，两机构运动将发生干涉，会导致受力较小的一方机构受损。因此，设计覆土机构时,覆土板应比插苗机构长，这样两机构在运动时就不会

　　农机化研究

　　第12期

　　发生干涉，相互配合以完成菜苗的栽植。覆土机构闭合时，为了不夹到菜苗，闭合到极限后间距为20mm,机构顶部应在槽内部，间距约为90mm。当覆土机构在空闲状态时，因为覆土机构在插苗器两边，不会产生夹苗现象，所以底部间距无特殊要求，取底部间距为60mm,则顶部间距为150mm。根据插苗机构的大小及以上所述要求，可计算出覆土机构的主要尺寸，其结构如图3所示。

　　2.3插苗装置导轨的设计

　　插苗装置的插苗深度控制在40mm左右。由于地面的不平整度影响，要求插苗机构插入到地面20mm后再打开，此时插苗机构刚好与导轨凸台接触；插苗机构继续向下运动20mm,凸台高度应大于20mm,这里选取30mm;插苗机构在凸台的挤压下两边达到平行为宜，因此凸台间距为90mm。对于覆土机构，凸台只需比插苗机构凸台低，使两机构具有时间差即可。因此，根据插苗装置结构设计出导轨尺寸如图4所示。

　　Fig.4Dimensionsforseedingplugdeviceguide

　　根据以上对插苗机构、覆土机构和导轨的设计，最终可得插苗装置的整体布局，如图5所示。

　　2.4投苗杯的设计

　　菜苗的高度_般在100mm左右，宽度50~60mm左右。投苗杯尺寸设计要合适，尺寸太大菜苗容易斜倒在里面，太小则菜苗不会落下。根据菜苗的尺寸，投苗杯尺寸可设计为高度100mm,长和宽都为70mm。投苗杯盖子设在底部，当插苗装置向上运动时，通过推杆打开底部盖子，让苗自动落下；盖子打开后还需要自动闭合，需要在杯子底部设计有弹簧，由弹簧来控制投苗杯的开合。投苗杯安装在链条上，投苗杯宽度大于链条节距时，还需设计链接凸台，避免影响链条的转动。投苗杯整体结构如图6所示。

　　图5插苗装置整体布局图

　　Fig.5Overalllayoutofseedingplugdevice

　　1.杯子2.拉伸弹簧3.底盖4.推板5.卡环6.凸台

　　图6投苗杯三维结构图

　　Fig.6Three-dimensionalstructureforseedingcup

　　2.5整机结构及工作原理

　　本设计中的大棚蔬菜移栽机整体结构如图7所示。

　　从图7中可以看出：本大棚蔬菜移栽机的动力来源于人力，通过扶手推动整机运动，大车轮随之转动。

　　其轴上安装齿轮传动机构，通过齿轮传动增速，再把动力传递到链传动部分，实现两级增速传动，达到预期的传动比,从而控制菜苗的株距。当动力传递到执行机构时,执行机构运动，即偏心轮机构和空间槽轮机构运动。偏心轮机构通过导槽来固定，使之能实现上下运动，带动插苗装置上下运动，来完成菜苗的插种。当插苗装置向上运动时，传送苗装置处于停歇状态，此时由插苗器上面的推杆自动打开投苗杯，把菜

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　　2016年12月

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　　苗投入到插苗器里面，完成接苗动作后插苗器向下运动。此时，传送苗机构开始运动，把空苗杯送出去。插苗器在向下运动时，由于导槽中凸台的挤压作用自动将插苗装置打开，打开的同时在地面开出_个沟，菜苗自动落入到里面，覆土机构完成覆土动作。菜苗栽种完成后，插苗装置向上运动，如此循环。空间槽轮机构在驱动力作用下做间歇运动，从而实现菜苗的传送。空间槽轮机构运动时，带动大链轮旋转，大链轮运动带动链条移动，链条在移动时，固定在链条上的投苗杯随之着移动，大链轮每做1次间歇运动，所带动链条移动的距离为两棵苗的株距，以保证接苗的准确率。小链轮的作用主要是固定链条，使链条不偏

　　移轨道，由传送苗装置来完成菜苗的传送。

　　1.扶手2.大车轮3.链传动4.空间槽轮机构

　　5.小车轮6.大链轮7.插苗装置导槽8.插苗装置

　　9.小链轮10.投苗杯11.传送链条

　　1.偏心轮机构13.偏心轮机构导轨14.齿轮传动

　　图7大棚蔬菜移栽机结构图

　　Fig.7Structurediagramofgreenhousevegetabletransplantingmachine

　　3结论

　　1)本设计中的大棚蔬菜移栽机，改变了以往移栽机的模式，将移栽机小型化，用机器生产替代人工，实现了机械化、半自动化栽植蔬菜。

　　2)针对目前移栽机耗能过大，设计该手推式移栽机，通过人力来驱动移栽机的运动，节约了能源。

　　3)该机设计了投苗杯，辅助人员无需坐在移栽机上投苗，可在移栽机旁边进行投苗工作，大大减轻了移栽机的承重。该机推手和投苗杯距离很近，可实现

　　_人操作，在推动移栽机行走的同时，可进行投苗。

　　参考文献：

　　[1]陈风,陈永成，王维新.旱地移栽机现状和发展趋势J].

　　衣机化研究,2005(3):24-26.

　　2]武科，陈永成，毕新胜.几种典型的移栽机J].新疆衣机

　　化,2009(3):12-14.

　　3]陈明.蔬菜移栽机的发展概况及结构特性J].衣村牧区

　　机械化,2010(1):29-30.

　　4]赵韩，黄康，陈科.机械系统设计[M].北京：高等教育出

　　版社,005.

　　5]张凯超.大棚蔬菜移栽机的设计[D].蒙自：红河学院,

　　2013.

　　DesignofGreenhouseVegetableTransplantingMachine

　　GuoDeweia,LiLib,YuLibina,MinJiea,ZhangWenbina

　　(a.CollegeofEngineeringsb.CollegeofBussiness,HongheUniversity,Mengzi661199,China)

　　Abstract:Focusingonthecurrentcommonvegetabletransplantingmachineisdifficulttouseinthelimitedspaceof

　　greenhouse,whichcausesthegreenhousevegetablesinduringseedingtransplantingstillrelyonartificial.Duetothe

　　timeconsumingandlaborioussituation,anewgreenhousevegetabletransplantingmachineisspeciallydesignedforthe

　　greenhouse.Thedeviceispromotingtransplantingmachinewhenwalking,anddrivingwheeltorotatethroughthegear

　　andsprockettwostagesgearingup.Thenthepoweristransmittedtotheimplementingagenciesandactuatordrivesthe

　　seedingdeviceandseedingtransmissiondevicetoplantseeding.Thisdeviceadoptseccentricmechanismtorealizeduck

　　mouthshapeplugseedingdeviceintheupanddownmovement,andtransferredseedingdevicecycleintermittentmotion

　　isrealizedinthespaceofGenevamechanism.Thenthepredeterminedmotionlawisachievedbythecoordinatedaction

　　ofspaceofGenevamechanismwiththeeccentricwheelmechanism.Accordingtotheparametersofthegreenhouse,the

　　sizeofthedesignofeachcomponentisdetermined,andtheCADand3Dstructurearemade.Ontheabovebases,the

　　finaldesignofgreenhousevegetablestransplantingmachineiscompleted.

　　Keywords：greenhousevegetable；transplantingmachine；seedingplugdevice；seedingcup

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