本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及適合于全自動蔬菜缽苗移栽要求的一種具有取栽一體化特點的非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

我國蔬菜種植具有精耕細(xì)作的傳統(tǒng)，由于人多地少的資源條件，決定了我國蔬菜種植需結(jié)合我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，走標(biāo)準(zhǔn)化、低成本的發(fā)展之路。機(jī)械化種植將成為我國蔬菜種植未來發(fā)展的另一個主導(dǎo)性技術(shù)。

“移栽機(jī)構(gòu)”是蔬菜移栽機(jī)工作部件，在旱田移栽機(jī)上處于國際領(lǐng)先地位的歐共體蔬菜移栽機(jī)的核心工作部件一般由3套或4套裝置組成，完成取苗、輸送和栽植3個動作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率低。為了簡化機(jī)構(gòu)，日本研制的蔬菜缽苗移栽機(jī)采用了兩套機(jī)構(gòu)，將其中取苗和輸送裝置合二為一，采用了回轉(zhuǎn)和滑道機(jī)構(gòu)相結(jié)合的方式完成取秧和輸送的復(fù)雜動作。但是由于增加了滑道機(jī)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)效率，每分鐘只能移栽40次。工作時間久了，滑道易磨損，工作可靠性難以保證。

目前國內(nèi)應(yīng)用的移栽機(jī)多為人工半自動移栽機(jī)械，主要有撓性圓盤式、鏈夾式、導(dǎo)苗管式和吊籃式等機(jī)型。要求操作人員喂苗準(zhǔn)確、迅速、不能間斷，效率低下、勞動強(qiáng)度大，導(dǎo)致整機(jī)工作效率低下，一般國內(nèi)移栽機(jī)的作業(yè)效率只相當(dāng)于人工的5-15倍，遠(yuǎn)低于耕整、收獲等機(jī)械相對于人工作業(yè)的效率。高效、輕簡化全自動缽苗移栽機(jī)是未來大面積移栽作業(yè)的發(fā)展方向。

我國在取栽一體自動蔬菜移栽機(jī)應(yīng)用方面還是空白，其研究工作剛剛起步。通過文獻(xiàn)查新，國內(nèi)幾乎未見有關(guān)開展取栽一體全自動蔬菜移栽機(jī)自主創(chuàng)新研究方面的文獻(xiàn)報導(dǎo)，還缺乏對取栽一體自動移栽機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理和理論研究，只有對取苗，栽苗分別由去苗機(jī)構(gòu)和栽苗機(jī)構(gòu)自動蔬菜移栽機(jī)有相關(guān)研究。

目前，國內(nèi)對蔬菜取栽一體式全自動移栽機(jī)構(gòu)的研究和開發(fā)基本屬于仿造，沒有對國外的移栽機(jī)進(jìn)行重大的改進(jìn)和技術(shù)上的突破，而且國外移栽機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，且難適應(yīng)我國的農(nóng)藝要求，在國內(nèi)推廣難度很大。因此設(shè)計一種新型取栽一體全自動蔬菜缽苗移栽機(jī)構(gòu)已成為我國蔬菜種植業(yè)發(fā)展的迫切需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供應(yīng)用于全自動蔬菜缽苗取栽一體移栽要求的一種非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括傳動箱、主動鏈輪、鏈條、中心鏈輪、中心軸、一級行星輪系、二級上行星輪系、二級下行星輪系、上移栽臂和下移栽臂；中心軸和主動鏈輪軸均通過軸承支承在傳動箱上，固定在主動鏈輪軸上的主動鏈輪與固定在中心軸上的中心鏈輪通過鏈條連接；兩個一級行星輪系對稱設(shè)置在中心軸兩端，一級行星輪系兩端通過一級上行星軸和一級下行星軸分別連接二級上行星輪系和二級下行星輪系。

所述的一級行星輪系包括一級齒輪箱、中心非圓齒輪、一級上行星非圓齒輪、一級下行星非圓齒輪、一級上行星軸、一級下行星軸、上偏心輪、上連桿、上搖桿、下偏心輪、下連桿和下?lián)u桿。所述的一級齒輪箱固定在中心軸端部；中心非圓齒輪空套在中心軸上，并與傳動箱固定；所述的一級上行星軸和一級下行星軸通過軸承支承在一級齒輪箱上；一級上行星非圓齒輪空套在一級上行星軸上；一級下行星非圓齒輪空套在一級下行星軸上；中心非圓齒輪同時與一級上行星非圓齒輪和一級下行星非圓齒輪嚙合；上偏心輪固定在中心非圓齒輪上；上搖桿的一端固定在一級上行星軸上；上連桿的兩端分別與上偏心輪和上搖桿的另一端鉸接；下偏心輪固定在中心非圓齒輪上；下?lián)u桿的一端固定在一級下行星軸上；下連桿的兩端分別與下偏心輪和下?lián)u桿的另一端鉸接。

所述的二級上行星輪系包括二級上齒輪箱、二級上中心圓齒輪、二級上行星圓齒輪和二級上行星軸。所述的二級上齒輪箱與一級上行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定；二級上中心圓齒輪空套在一級上行星軸上，并與一級上行星非圓齒輪固定；所述的二級上行星軸通過軸承支承在二級上齒輪箱上；二級上行星圓齒輪固定在二級上行星軸上，并與二級上中心圓齒輪嚙合。所述的二級下行星輪系包括二級下齒輪箱、二級下中心圓齒輪、二級下行星圓齒輪和二級下行星軸。所述的二級下齒輪箱與一級下行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定；二級下中心圓齒輪空套在一級下行星軸上，并與一級下行星非圓齒輪固定；所述的二級下行星軸通過軸承支承在二級下齒輪箱上；二級下行星圓齒輪固定在二級下行星軸上，并與二級下中心圓齒輪嚙合。

所述的二級上行星軸伸出二級上齒輪箱外的一端與上移栽臂的栽植臂殼體固定，二級下行星軸伸出二級下齒輪箱外的一端與下移栽臂的栽植臂殼體固定；上移栽臂和下移栽臂的結(jié)構(gòu)完全一致。

所述中心非圓齒輪的節(jié)曲線采用三次非均勻b樣條曲線擬合而成，給定中心非圓齒輪節(jié)曲線上型值點曲率半徑ri，i＝0,1，...,m，m≥11，各相鄰型值點所夾中心角相等，則型值點坐標(biāo)為：

xi＝ricos(2πi/m)

yi＝risin(2πi/m)

由型值點反算節(jié)曲線控制頂點，再由控制頂點以及三次b樣條基函數(shù)定義中心非圓齒輪的節(jié)曲線。根據(jù)中心非圓齒輪和一級上行星非圓齒輪以及一級下行星非圓齒輪的中心距，以及嚙合傳動關(guān)系得一級上行星非圓齒輪和一級下行星非圓齒輪的節(jié)曲線。

所述一級上行星非圓齒輪與一級下行星非圓齒輪的幾何參數(shù)完全相同，二級上中心圓齒輪與二級下中心圓齒輪的幾何參數(shù)完全相同，二級上行星圓齒輪與二級下行星圓齒輪的幾何參數(shù)完全相同。

所述的二級上中心圓齒輪與一級上行星非圓齒輪、二級下中心圓齒輪與一級下行星非圓齒輪均通過牙嵌嵌套固定。

所述的中心非圓齒輪和一級上行星非圓齒輪以及一級下行星非圓齒輪的中心距均為40mm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明具有周轉(zhuǎn)輪系傳動比特性，又具有偏心輪搖桿機(jī)構(gòu)的擺動特性，通過調(diào)節(jié)一級行星輪系、二級行星輪系的傳動比大小，以及通過改變各行星軸的軸心位置，使得上、下移栽臂的秧爪取苗軌跡和姿態(tài)準(zhǔn)確，栽植位置準(zhǔn)確，取秧擺角即取秧前和取秧后移栽臂轉(zhuǎn)角為21.5°，能較好地實現(xiàn)直取秧，實現(xiàn)旱地穴槽式栽植。

2、本發(fā)明移栽臂夾片通過夾取蔬菜秧苗土缽進(jìn)行取秧，有效避免了夾片與蔬菜缽苗葉片的干涉，取苗深度超過40mm，保證秧苗從缽盤中拔出，取秧角為8°，推秧角為67.3°，兩者差值為59.3°，栽苗深度超過35mm，能保證栽苗直立度和立苗率。

3、本發(fā)明解決了二級齒輪箱式周轉(zhuǎn)輪系移栽機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中，推秧凸輪與撥叉之間不能實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的問題，大大簡化了推秧凸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，推秧凸輪相比之前結(jié)構(gòu)更加簡單，輪廓更加完整，強(qiáng)度更大，可靠性更高，提高了機(jī)構(gòu)的可靠性，更加具有推廣價值。

4、本發(fā)明工作穩(wěn)定，機(jī)械化程度高，取苗深度大，在取秧過程中能較好地保持完整的根系，不傷苗，極大地縮短了蔬菜秧苗的返青周期，增產(chǎn)效果顯著，有利于推廣應(yīng)用。

5、本發(fā)明用一套機(jī)構(gòu)替代現(xiàn)有蔬菜移栽機(jī)的多套機(jī)構(gòu)，提出一種能實現(xiàn)全自動移栽，也就是將取秧、輸送、栽植三個動作結(jié)合起來，用一套機(jī)構(gòu)高效的完成上述三個動作的取栽一體式蔬菜移栽機(jī)構(gòu),相比原有只取苗夾土缽式蔬菜移栽機(jī)有巨大進(jìn)步。移栽效率相比現(xiàn)有半自動蔬菜移栽機(jī)提高一倍以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)運動簡圖。

圖2是本發(fā)明的輪系嚙合裝配示意圖。

圖3是本發(fā)明的二級上中心圓齒輪與一級上行星非圓齒輪嵌套示意圖。

圖4是本發(fā)明的上偏心輪搖桿機(jī)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的總傳動比變化示意圖。

圖6是本發(fā)明的上、下移栽臂結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

圖7是本發(fā)明的俯視示意圖。

圖8是本發(fā)明的移栽軌跡示意圖。

圖9是本發(fā)明的取秧位置示意圖。

圖10是本發(fā)明的推秧位置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1和7所示，蔬菜缽苗非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)，包括傳動箱27、主動鏈輪28、鏈條26、中心鏈輪1、中心軸2、一級行星輪系、二級上行星輪系、二級下行星輪系、上移栽臂21和下移栽臂14；中心軸2和主動鏈輪軸29均通過軸承支承在傳動箱27上，固定在主動鏈輪軸29上的主動鏈輪28與固定在中心軸2上的中心鏈輪1通過鏈條26連接；兩個一級行星輪系對稱設(shè)置在中心軸2兩端，一級行星輪系兩端通過一級上行星軸18和一級下行星軸6分別連接二級上行星輪系和二級下行星輪系。

如圖1、2和4所示，一級行星輪系包括一級齒輪箱9、中心非圓齒輪15、一級上行星非圓齒輪25、一級下行星非圓齒輪8、一級上行星軸18、一級下行星軸6、上偏心輪22、上連桿23、上搖桿24、下偏心輪3、下連桿4和下?lián)u桿7。一級齒輪箱9固定在中心軸2端部；中心非圓齒輪15空套在中心軸2上，并與傳動箱27通過牙嵌式法蘭5固定；一級上行星軸18和一級下行星軸6通過軸承支承在一級齒輪箱9上；一級上行星非圓齒輪25空套在一級上行星軸18上；一級下行星非圓齒輪8空套在一級下行星軸6上；中心非圓齒輪15同時與一級上行星非圓齒輪25和一級下行星非圓齒輪8嚙合；上偏心輪22固定在中心非圓齒輪15上；上搖桿24的一端固定在一級上行星軸18上；上連桿23的兩端分別與上偏心輪22和上搖桿24的另一端鉸接；下偏心輪3固定在中心非圓齒輪15上；下?lián)u桿7的一端固定在一級下行星軸6上；下連桿4的兩端分別與下偏心輪3和下?lián)u桿7的另一端鉸接。

如圖1、2和3所示，二級上行星輪系包括二級上齒輪箱16、二級上中心圓齒輪17、二級上行星圓齒輪19和二級上行星軸20。二級上齒輪箱16與一級上行星軸18伸出一級齒輪箱9外的端部固定；二級上中心圓齒輪17空套在一級上行星軸18上，并與一級上行星非圓齒輪25通過牙嵌嵌套固定；二級上行星軸20通過軸承支承在二級上齒輪箱16上；二級上行星圓齒輪19固定在二級上行星軸20上，并與二級上中心圓齒輪17嚙合。二級下行星輪系包括二級下齒輪箱10、二級下中心圓齒輪11、二級下行星圓齒輪12和二級下行星軸13。二級下齒輪箱10與一級下行星軸6伸出一級齒輪箱外的端部固定；二級下中心圓齒輪11空套在一級下行星軸6上，并與一級下行星非圓齒輪8通過牙嵌嵌套固定；二級下行星軸13通過軸承支承在二級下齒輪箱10上；二級下行星圓齒輪12固定在二級下行星軸13上，并與二級下中心圓齒輪11嚙合。

圖4中，以上偏心輪22、上連桿23、上搖桿24組成的上偏心輪搖桿機(jī)構(gòu)為例，中心非圓齒輪15與上偏心輪22固定；p點為上偏心輪22和中心非圓齒輪15的轉(zhuǎn)動中心，q點為上偏心輪22的幾何中心；上連桿23與上偏心輪22的鉸接中心為上偏心輪22的幾何中心q，上偏心輪偏心距為46cm。

二級上行星軸21伸出二級上齒輪箱16外的一端與上移栽臂21的栽植臂殼體固定，二級下行星軸6伸出二級下齒輪箱10外的一端與下移栽臂14的栽植臂殼體固定；上移栽臂21和下移栽臂14的結(jié)構(gòu)完全一致。

如圖6所示，以上移栽臂為例，移栽臂殼體32固定在二級上行星軸20上；推秧凸輪34固定在二級上齒輪箱16上，并空套在移栽臂殼體32內(nèi)；推秧桿31與移栽臂殼體32構(gòu)成滑動副；推秧桿31尾部與移栽臂殼體32通過彈簧35連接，頭部伸出移栽臂殼體32外；撥叉33底端鉸接在移栽臂殼體32內(nèi)，頂端與推秧桿31中部的滑槽構(gòu)成滾動摩擦副；撥叉33底部與推秧凸輪34構(gòu)成凸輪副；兩片夾片30對中設(shè)置，且分別嵌入固定在推秧桿31頭部的限位槽的兩個夾槽內(nèi)；夾片30的尾部與移栽臂殼體32固定，頭部自由設(shè)置。

如圖3所示，一級上行星非圓齒輪25與一級下行星非圓齒輪8的幾何參數(shù)完全相同，二級上中心圓齒輪17與二級下中心圓齒輪11的幾何參數(shù)完全相同，二級上行星圓齒輪19與二級下行星圓齒輪12的幾何參數(shù)完全相同。

中心非圓齒輪的節(jié)曲線采用三次非均勻b樣條曲線擬合而成，本實施例取中心非圓齒輪的18個型值點曲率半徑分別為r1＝24mm，r2＝22mm,r3＝21mm,r4＝20mm,r5＝18mm,r6＝20mm,r7＝20mm,r8＝22mm,r9＝30mm,r10＝29mm,r11＝26mm,r12＝22mm,r13＝20mm,r14＝16mm,r15＝20mm,r16＝28mm,r17＝22mm,r18＝23mm。中心非圓齒輪與一級上行星非圓齒輪和一級下行星非圓齒輪的中心距均為40mm。

該蔬菜缽苗非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)形成的移栽軌跡取秧角為8°，推秧角為67.3°，兩者差值59.3°，保證植苗直立度和立苗率，取秧擺角為21.5°，取苗深度為42.4mm，栽苗深度為36.5mm，一級齒輪箱最小離地間隙為32mm，一級齒輪箱初始安裝角為90°，軌跡高度為305mm。

該蔬菜缽苗非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)的工作原理是：

動力由傳動箱27內(nèi)的主動鏈輪28經(jīng)鏈條26傳遞到中心鏈輪1上，帶動中心軸2轉(zhuǎn)動，中心軸2帶動一級齒輪箱9轉(zhuǎn)動，一級齒輪箱9內(nèi)，空套在中心軸2上與傳動箱27固定的中心非圓齒輪15分別與一級上行星非圓齒輪25和一級下行星非圓齒輪8嚙合。當(dāng)一級齒輪箱9相對于中心非圓齒輪15轉(zhuǎn)動時，發(fā)生牽連運動，由于上偏心輪22和下偏心輪3與中心非圓齒輪15固定，一級齒輪箱9轉(zhuǎn)動過程中帶動上連桿22和下連桿3，隨之帶動上搖桿24和下?lián)u桿7，由于上搖桿24與一級上行星軸18固定，下?lián)u桿7與下行星軸6固定，偏心輪搖桿機(jī)構(gòu)帶動兩個二級行星輪系，使二級齒輪箱16相對一級齒輪箱9擺動，在輪系作用下，二級上行星軸20與二級上齒輪箱16發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，即移栽臂殼體32與推秧凸輪34發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中，由于彈簧35作用，推秧桿31與撥叉33相互碰撞，使得撥叉33始終與推秧凸輪34接觸，在轉(zhuǎn)動過程中，由于推秧凸輪34的非圓輪廓線作用，撥叉33相對移栽臂殼體32轉(zhuǎn)動，帶動推秧桿31相對移栽臂殼體32前后移動，由于推秧桿31上的限位槽兩個夾槽的作用，在推秧桿31和移栽臂殼體32相對平動過程中，夾片30實現(xiàn)連續(xù)的夾緊、放開動作，在夾緊時取苗，放開時推秧桿31迅速彈出栽苗。

該蔬菜缽苗非圓齒輪偏心輪搖桿組合式移栽機(jī)構(gòu)的總傳動比曲線如圖5所示，由此傳動特性實現(xiàn)如圖8所示的移栽軌跡，按箭頭所示方向運動，在a點即圖9所示位置取秧，在b點即圖10所示位置推秧，從而實現(xiàn)蔬菜秧苗的機(jī)械化移栽。