自走式煙草移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

自走式煙草移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

0煙草種植機(jī)械化種植的必要性卷煙是中國的一種具有獨(dú)特特征的作物，是國家稅收的重要來源。目前,我國煙草種植面積在200萬hm2左右,其種植水平與國外發(fā)達(dá)國家相比,我國煙草種植技術(shù)處于相對落后狀態(tài),其中栽培環(huán)節(jié)尤為突出。煙草栽培過程大都為挖坑、澆水、人工移栽,這種栽培過程存在著保苗率低、移栽均勻度差和成活率低等缺陷,不能完全發(fā)揮出現(xiàn)代煙草漂浮育苗成苗移栽后產(chǎn)生的巨大增產(chǎn)優(yōu)勢,另外費(fèi)工費(fèi)時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低,導(dǎo)致煙草種植成本增加。在勞動(dòng)力用工緊缺和科技發(fā)達(dá)的今天,這種種植模式與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化顯得極不協(xié)調(diào)。要實(shí)現(xiàn)煙草種植規(guī)模化,必須實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。為此,在吸收國內(nèi)外移栽機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國煙草種植區(qū)域的特點(diǎn)和種植農(nóng)藝要求設(shè)計(jì)出了一種適合我國煙草種植的移栽機(jī)。該煙草移栽機(jī)自帶動(dòng)力、獨(dú)立行走,具有功率小、轉(zhuǎn)彎半徑小、生產(chǎn)效率高、移栽質(zhì)量好和操作靈活方便等特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)集挖坑、澆水施肥、移栽、覆土壓實(shí)等與一體的作業(yè)過程,為煙草種植提供了一種新的機(jī)具。1設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1穴式鴨行使作業(yè)系統(tǒng)煙草是一年生草本植物,煙草的栽培管理是選地冬耕來春解凍后,及時(shí)搶墑細(xì)耙,移栽前15～20天施肥、起壟,壟高25～30cm。針對煙草的壟上移栽,該機(jī)采用回轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)、雙曲柄定位的鴨嘴式移栽器,實(shí)現(xiàn)在鴨嘴入土挖坑的同時(shí)把煙苗丟入穴中、鴨嘴出土過程中完成覆土和澆水的一體化作業(yè)過程。整個(gè)作業(yè)過程由自走動(dòng)力部分拖動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是對土壤、壟型、壟高破壞小,對煙苗的根系、莖葉損傷小,同時(shí)動(dòng)力消耗少。穴式鴨嘴移栽在煙草移栽上的應(yīng)用,為煙草移栽實(shí)現(xiàn)機(jī)械化提供了有力的技術(shù)支持。該機(jī)具自配動(dòng)力,首次實(shí)現(xiàn)煙草移栽的一體化作業(yè),減少了機(jī)具的進(jìn)地次數(shù),降低了作業(yè)成本,對煙草搶時(shí)搶種增收效果十分明顯。1.2移植裝置組成2YZS自走式煙草移栽機(jī)采用的是鴨嘴扶苗投苗坑穴移栽原理,結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。其由鴨嘴、鴨嘴支撐、回位彈簧、定位鏈輪等零部件組成移栽器;移栽器、鏈條、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤等零部件固定在一個(gè)支撐軸上構(gòu)成移栽驅(qū)動(dòng)總成部件;導(dǎo)軌總成、調(diào)節(jié)桿、支撐座等零部件固定在一支撐桿上,組成打開裝置;移栽驅(qū)動(dòng)總成和打開裝置固定在移栽架上構(gòu)成載苗總成。閥桶、錐閥、拉桿、回位彈簧、凸輪、凸輪軸、鏈輪、鏈條等零部件組成澆水裝置固定在移栽架后方,通過水管與水箱相連;齒輪箱、鏈輪、軸、回轉(zhuǎn)盤、苗桶、底板等零部件組成投苗裝置;載苗總成、澆水裝置、投苗裝置、壓土輪等部件全部固定在移栽架上,組成移栽單元體。發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱、后橋及驅(qū)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)向裝置、前輪、車架等零部件組成行走單元體。移栽單元體通過鉸鏈和深度調(diào)節(jié)裝置與行走單元體相連接。作業(yè)時(shí),后橋驅(qū)動(dòng)輪把動(dòng)力通過鏈條傳遞到移栽單元體,驅(qū)動(dòng)移栽器旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)栽苗;同時(shí)移栽單元又把動(dòng)力通過鏈條分別傳遞給投苗裝置和澆水裝置,實(shí)現(xiàn)投苗、移栽、澆水三者的同步。在工作過程中可使移栽單元具有單體仿形功能。該移栽機(jī)可實(shí)現(xiàn)3種株距的調(diào)整,以保證不同地區(qū)的需要。1.3栽植深度、投入方式及投苗方式自配動(dòng)力:發(fā)動(dòng)機(jī)功率4.0kW;作業(yè)行數(shù)行/:1行距/mm:1200株距/mm:500～600(可調(diào))移栽深度/㎜:80～100每株澆水量/mL:300～800效率/hm2·h-1:0.12～0.2投苗方式:手工投苗人數(shù)/人:12主要?jiǎng)趧?dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用2.1板等零部件組成移栽器是移栽機(jī)的主要工作部件之一,移栽器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。它由鴨嘴、鴨嘴支撐、定位鏈輪、鴨嘴打開杠桿、鋼球和定位鎖板等零部件組成,其特點(diǎn)是移栽器在回轉(zhuǎn)過程中始終處于鉛垂?fàn)顟B(tài),移栽器鉛垂入土后形成的坑穴深而小。其作用是煙苗移栽后,回土快、回土多,煙苗直立性好,移栽器一過,土立即回到坑穴里,有利于對煙苗進(jìn)行及時(shí)覆土,對載苗非常有利。此結(jié)構(gòu)形狀的移栽器在移栽機(jī)械中是較理想的移栽器,在前端設(shè)置有打開杠桿,作用是在鴨嘴入土深度達(dá)到極限往外提升時(shí)能及時(shí)打開鴨嘴,把煙苗丟入坑穴中。2.2月牙形宏觀元件設(shè)計(jì)打開裝置也是移栽機(jī)的主要工作部件之一,如圖3所示。打開裝置由月牙形導(dǎo)軌、可調(diào)螺桿和支撐橫架等零部件組成,兩片月牙形導(dǎo)軌由定位銷軸連為一體并通過可調(diào)螺桿和支撐銷固定于支撐橫架上,支撐橫架通過U型螺栓與移栽架相連。其作用是通過定位銷軸實(shí)現(xiàn)兩片導(dǎo)軌之間距離可調(diào)、通過可調(diào)螺桿實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌前后傾斜角可調(diào),以便控制鴨嘴打開開度的大小和打開時(shí)間的早晚。2.3投苗及移栽器均受限制設(shè)置投苗裝置的目的是緩解投苗人員的緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。移栽過程中,投苗人員需把煙苗投到一直旋轉(zhuǎn)的移栽器中,旋轉(zhuǎn)的移栽器易造成人眼的疲勞,導(dǎo)致投苗人員緊張、勞累。如圖3驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)通過鏈條、鏈輪到錐齒輪箱,然后到立軸帶動(dòng)回轉(zhuǎn)盤和苗桶轉(zhuǎn)動(dòng),苗桶轉(zhuǎn)到與底板上的缺口對應(yīng)時(shí)開始投苗,此時(shí)移栽器隨驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤也剛好轉(zhuǎn)到底板的下方,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的投苗。2.4鋼架閥桶、控制機(jī)構(gòu)煙苗栽后澆水具有對坑穴壓實(shí)和補(bǔ)充水分的作用,提高煙苗的成活率。該裝置(如圖3移栽單元結(jié)構(gòu)示意圖)由拉桿、回位彈簧、閥桶、錐閥、凸輪、擺臂、鏈輪、鏈條等零部件組成。閥桶采用大直徑、大閥口結(jié)構(gòu),目的是縮短放水時(shí)間,同時(shí)保證水流形成環(huán)狀,落地時(shí)剛好澆在煙苗的周圍,不對煙苗造成沖洗。土壤墑情不同所需澆水量也不一樣,因此拉桿采用長短可調(diào)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)澆水量可調(diào)。工作時(shí),其動(dòng)力取之驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤,經(jīng)鏈輪鏈條到凸輪,凸輪驅(qū)動(dòng)擺臂,最后帶動(dòng)拉桿和錐閥上移,實(shí)現(xiàn)閥口打開澆水。凸輪轉(zhuǎn)過后在回位彈簧的作用下閥口關(guān)閉。閥口打開位置可通過調(diào)整凸輪位置實(shí)現(xiàn),以便水剛好澆在下一顆裁好的煙苗周圍。3影響苗木生長效果的因素的分析和計(jì)算3.1煙苗速度分析移栽器轉(zhuǎn)速是決定栽苗直立度的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)“零速栽苗”原理,移栽器栽苗的水平分速度應(yīng)盡可能接近機(jī)具的前進(jìn)速度。栽苗的水平分速度無論大于還是小于機(jī)具的前進(jìn)速度,只要其差值足夠大,均會(huì)導(dǎo)致煙苗落地不穩(wěn)而傾斜。煙苗速度分析如圖4所示。假設(shè)機(jī)具的前進(jìn)速度V前(自走式移栽機(jī)的前進(jìn)速度)為0.33m/s;煙苗在移栽器中隨旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)到最下點(diǎn)的線速度V線;移栽器打開時(shí)的位置角度為最下點(diǎn)滯后10°。則煙苗隨移栽器向后的速度為V后=V線×cosα=0.335m/sV后=V前式中R—煙苗的回轉(zhuǎn)半徑,R=0.26m;n—驅(qū)動(dòng)盤回轉(zhuǎn)速度,n=12.5r/min。通過計(jì)算可以看出,煙苗在落地時(shí)向后的速度與機(jī)具前進(jìn)速度基本相等,符合零速度栽苗原理。因?yàn)闊熋缏涞貢r(shí)沒有前進(jìn)速度的影響,保證了煙苗移栽時(shí)栽得直、栽得正。3.2測量栽植器開口開度移栽器的直立度、打開開度和打開時(shí)間是影響煙苗移栽效果的3個(gè)關(guān)鍵因素。移栽器隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的整個(gè)過程中應(yīng)始終處于鉛垂?fàn)顟B(tài),不能因外界因素的影響而改變。這樣才能保證煙苗在移栽過程中始終處于一個(gè)良好的狀態(tài),保證移栽質(zhì)量。移栽器的打開開度是影響移栽質(zhì)量的另一個(gè)因素,打開度過大,落苗效果好,但覆土效果就差;打開開度過小,落苗效果差,但覆土順利效果好。其最佳的打開開度是近似等于移栽器的上開口直徑。打開時(shí)間早,移栽器還沒有完全入土就已經(jīng)打開,這樣在入土的過程中,土壤進(jìn)入移栽器中對煙苗造成損傷,移栽質(zhì)量差。3.3坑穴直徑大、回土深度大,煙苗易被土埋移栽器入土深度是影響栽苗效果的因素之一。入土深度小,所形成的坑穴直徑小、回土快,回土多但煙苗移栽深度淺;入土深度深,形成的坑穴直徑大,回土慢,移栽深度深,煙苗易被土埋住?？傊?調(diào)整深度調(diào)節(jié)手柄使其入土深度控制在200～240mm為宜。3.4栽植效果差整地好壞對栽苗效果影響也很大,在土壤細(xì)碎、無較大土塊、無雜草、壟高一致性好的地塊作業(yè),栽苗效果就好;反之栽苗效果就很難達(dá)到理想要求。這是因?yàn)橥翂K太多,而且大小不一,移栽器出土過程中回土量的多少和回土快慢均隨土塊大小而發(fā)生變化。甚至移栽器完全出土了,煙苗還沒有被土覆上,有的被土塊擠壓產(chǎn)生歪斜。3.5主要技術(shù)指標(biāo)檢測根據(jù)河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站的檢測,機(jī)具的安全性、株距穩(wěn)定性、立苗率、傷苗率、栽植深度合格率、單株施水量和生產(chǎn)率等