本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，尤其是涉及適合于全自動(dòng)蔬菜缽苗移栽要求的一種具有取栽一體化特點(diǎn)的非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

我國是世界上最大蔬菜生產(chǎn)國和消費(fèi)國，蔬菜產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量約60％。而蔬菜生產(chǎn)一直是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，勞動(dòng)成本占蔬菜生產(chǎn)成本的50％以上，隨著當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，將有更多的勞動(dòng)力從種植業(yè)轉(zhuǎn)向其它行業(yè)，而農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到城市或者別的發(fā)達(dá)地區(qū)會(huì)造成農(nóng)村勞力短缺，所以實(shí)現(xiàn)蔬菜移栽作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化來解決此類問題已成為我國蔬菜種植迫切需要解決的問題，并且與人工移栽相比，采用機(jī)械移栽，能夠更好的保證移栽株距、行距、深度一致，從而提高作物品質(zhì)與產(chǎn)量。

“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(gè)動(dòng)作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率低。為了簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大，導(dǎo)致整機(jī)工作效率低下。高效、輕簡(jiǎn)化全自動(dòng)缽苗移栽機(jī)是未來大面積移栽作業(yè)的發(fā)展方向。

目前，國內(nèi)對(duì)蔬菜取栽一體式全自動(dòng)移栽機(jī)構(gòu)的研究和開發(fā)基本屬于仿造，沒有對(duì)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(jià)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(jì)一種新型取栽一體全自動(dòng)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。

對(duì)于深為4cm的缽苗移栽現(xiàn)有的移栽機(jī)由于取苗軌跡的限制，不能深入夾土取苗，缽苗移栽過程中，因?yàn)槔徝鐔误w與栽植器的接觸碰撞，將會(huì)造成對(duì)缽苗植物的破損傷害現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供應(yīng)用于全自動(dòng)蔬菜缽苗取栽一體移栽要求的一種非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)，通過加入凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)二級(jí)行星架的擺動(dòng)保持栽植器與水平軸線行成一定角度，實(shí)現(xiàn)了軌跡取苗位置有四厘米左右的取苗軌跡，避免栽植器和秧苗的接觸碰撞，可以實(shí)現(xiàn)深入缽槽中夾土取苗，降緩缽苗脫離、滑降、落入壟溝內(nèi)過程，確保對(duì)蔬菜苗的損傷達(dá)到最小。

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(dòng)箱、主動(dòng)鏈輪、主動(dòng)鏈輪軸、鏈條、中心鏈輪、中心軸、一級(jí)行星非圓齒輪系、二級(jí)上行星錐齒輪系、二級(jí)下行星錐齒輪系、上移栽臂和下移栽臂。主動(dòng)鏈輪軸和中心軸通過軸承對(duì)稱支承在傳動(dòng)箱兩端；固定在主動(dòng)鏈輪軸上的主動(dòng)鏈輪與固定在中心軸上的中心鏈輪通過鏈條連接；中心軸的兩端對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)一級(jí)行星非圓齒輪系；一級(jí)行星非圓齒輪系兩端分別布置二級(jí)上行星錐齒輪系和二級(jí)下行星錐齒輪系。

所述的一級(jí)行星非圓齒輪系包括一級(jí)齒輪箱、一級(jí)中心非圓齒輪、一級(jí)下行星軸、一級(jí)下行星非圓齒輪、下凸輪連桿、凸輪滾子、凸輪、上凸輪連桿、一級(jí)上行星非圓齒輪和一級(jí)上行星軸。所述的一級(jí)齒輪箱固定在中心軸端部；一級(jí)中心非圓齒輪空套在中心軸上，并與傳動(dòng)箱固定；所述的凸輪和一級(jí)中心非圓齒輪的端面固定，上凸輪連桿的一端鉸接有凸輪滾子，另一端與一級(jí)上行星軸鉸接；下凸輪連桿的一端鉸接有凸輪滾子，另一端與一級(jí)下行星軸鉸接。兩個(gè)凸輪滾子均與凸輪的凸輪槽構(gòu)成凸輪副；所述的一級(jí)上行星軸和一級(jí)下行星軸通過軸承對(duì)稱支承在一級(jí)齒輪箱兩端，一級(jí)上行星非圓齒輪空套在一級(jí)上行星軸上，一級(jí)下行星非圓齒輪空套在一級(jí)下行星軸上。所述的一級(jí)中心非圓齒輪同時(shí)與一級(jí)上行星非圓齒輪和一級(jí)下行星非圓齒輪嚙合。

所述的二級(jí)上行星錐齒輪系包括上二級(jí)齒輪箱、二級(jí)上行星錐齒輪、二級(jí)上行星軸和二級(jí)上中心錐齒輪。所述的上二級(jí)齒輪箱與一級(jí)上行星軸伸出一級(jí)齒輪箱外的端部固定；所述的二級(jí)上中心錐齒輪空套在一級(jí)上行星軸上，并與一級(jí)上行星非圓齒輪固定；二級(jí)上行星軸通過軸承支承在二級(jí)上齒輪箱上；二級(jí)上行星錐齒輪固定在二級(jí)上行星軸上，并與二級(jí)上中心錐齒輪嚙合。所述的二級(jí)下行星錐齒輪系包括下二級(jí)齒輪箱、二級(jí)下中心錐齒輪、二級(jí)下行星錐齒輪和二級(jí)下行星軸。所述的下二級(jí)齒輪箱與一級(jí)下行星軸伸出一級(jí)齒輪箱外的端部固定；二級(jí)下中心錐齒輪空套在一級(jí)下行星軸上，并與一級(jí)下行星非圓齒輪固定；所述的二級(jí)下行星軸通過軸承支承在二級(jí)下齒輪箱上；二級(jí)下行星錐齒輪固定在二級(jí)下行星軸上，并與二級(jí)下中心錐齒輪嚙合。

所述的二級(jí)上行星軸伸出上二級(jí)齒輪箱外的一端與上移栽臂的栽植臂殼體固定，二級(jí)下行星軸伸出下二級(jí)齒輪箱外的一端與下移栽臂的栽植臂殼體固定；

所述一級(jí)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，給定一級(jí)中心非圓齒輪節(jié)曲線上型值點(diǎn)曲率半徑ri，i＝0,1，...,m，m≥11，各相鄰型值點(diǎn)所夾中心角相等，則型值點(diǎn)坐標(biāo)為：

X_i＝r_icos(2πi/m)

Y_i＝r_isin(2πi/m)

由型值點(diǎn)反算節(jié)曲線控制頂點(diǎn)，再由控制頂點(diǎn)以及三次B樣條基函數(shù)定義一級(jí)中心非圓齒輪的節(jié)曲線；設(shè)定一級(jí)中心非圓齒輪與一級(jí)上行星非圓齒輪以及一級(jí)下行星非圓齒輪的中心距均為40mm，根據(jù)嚙合傳動(dòng)關(guān)系得一級(jí)上行星非圓齒輪和一級(jí)下行星非圓齒輪的節(jié)曲線。

所述上移栽臂和下移栽臂的結(jié)構(gòu)完全一致。

所述的一級(jí)上行星非圓齒輪與一級(jí)下行星非圓齒輪的幾何參數(shù)完全相同，二級(jí)上中心錐齒輪與二級(jí)下中心錐齒輪的幾何參數(shù)完全相同，二級(jí)上行星錐齒輪與二級(jí)下行星錐齒輪的幾何參數(shù)完全相同。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明具有周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比特性，又具有凸輪機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)特性，通過調(diào)節(jié)一級(jí)行星輪系、二級(jí)行星輪系的傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)直取秧，實(shí)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(jí)齒輪箱式周轉(zhuǎn)輪系移栽機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，推秧凸輪與撥叉之間不能實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的問題，大大簡(jiǎn)化了推秧凸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，推秧凸輪相比之前結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)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(jià)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)移栽，也就是將取秧、輸送、栽植三個(gè)動(dòng)作結(jié)合起來，用一套機(jī)構(gòu)高效的完成上述三個(gè)動(dòng)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(dòng)蔬菜移栽機(jī)提高一倍以上。相比于國外的移栽機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適應(yīng)我國的農(nóng)藝要求，在國內(nèi)推廣難度較低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

圖2是本發(fā)明的傳動(dòng)比示意圖。

圖3是本發(fā)明的移栽軌跡示意圖。

圖4是本發(fā)明的一級(jí)行星非圓齒輪系示意圖。

圖5是本發(fā)明的二級(jí)上行星錐齒輪與二級(jí)上中心錐齒輪嚙合示意圖。

圖6是本發(fā)明的一級(jí)行星齒輪和二級(jí)中心錐齒輪的裝配示意圖。

圖7是本發(fā)明的上、下移栽臂示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)移栽軌跡的示意圖。

圖9是本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、8和9所示，蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)，包括傳動(dòng)箱23、主動(dòng)鏈輪22、主動(dòng)鏈輪軸21、鏈條24、中心鏈輪25、中心軸13、一級(jí)行星非圓齒輪系、二級(jí)上行星錐齒輪系、二級(jí)下行星錐齒輪系、上移栽臂19和下移栽臂10。主動(dòng)鏈輪軸21和中心軸13通過軸承對(duì)稱支承在傳動(dòng)箱23兩端；固定在主動(dòng)鏈輪軸21上的主動(dòng)鏈輪22與固定在中心軸13上的中心鏈輪25通過鏈條24連接；中心軸13的兩端對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)一級(jí)行星非圓齒輪系；一級(jí)行星非圓齒輪系兩端分別布置二級(jí)上行星錐齒輪系和二級(jí)下行星錐齒輪系。

如圖4、圖6所示，一級(jí)行星非圓齒輪系包括一級(jí)齒輪箱1、一級(jí)中心非圓齒輪14、一級(jí)下行星軸5、一級(jí)下行星非圓齒輪2、下凸輪連桿7、凸輪滾子12、凸輪15、上凸輪連桿16、一級(jí)上行星非圓齒輪17和一級(jí)上行星軸26。一級(jí)齒輪箱1固定在中心軸13端部；一級(jí)中心非圓齒輪14空套在中心軸13上，并與傳動(dòng)箱23通過牙嵌法蘭11固定；凸輪15和一級(jí)中心非圓齒輪14的端面固定，上凸輪連桿16的一端鉸接有凸輪滾子12，另一端與一級(jí)上行星軸26鉸接；下凸輪連桿7的一端鉸接有凸輪滾子12，另一端與一級(jí)下行星軸5鉸接。兩個(gè)凸輪滾子12均與凸輪15的凸輪槽構(gòu)成凸輪副；一級(jí)上行星軸26和一級(jí)下行星軸5通過軸承對(duì)稱支承在一級(jí)齒輪箱1兩端，一級(jí)上行星非圓齒輪17空套在一級(jí)上行星軸26上，一級(jí)下行星非圓齒輪2空套在一級(jí)下行星軸5上。一級(jí)中心非圓齒輪14同時(shí)與一級(jí)上行星非圓齒輪17和一級(jí)下行星非圓齒輪2嚙合。

如圖5所示，二級(jí)上行星錐齒輪系包括上二級(jí)齒輪箱20、二級(jí)上行星錐齒輪18、二級(jí)上行星軸27和二級(jí)上中心錐齒輪28。上二級(jí)齒輪箱20與一級(jí)上行星軸26伸出一級(jí)齒輪箱外的端部固定；二級(jí)上中心錐齒輪28空套在一級(jí)上行星軸26上，并與一級(jí)上行星非圓齒輪17固定；二級(jí)上行星軸27通過軸承支承在二級(jí)上齒輪箱20上；二級(jí)上行星錐齒輪18固定在二級(jí)上行星軸27上，并與二級(jí)上中心錐齒輪28嚙合。二級(jí)下行星錐齒輪系包括下二級(jí)齒輪箱3、二級(jí)下中心錐齒輪4、二級(jí)下行星錐齒輪8和二級(jí)下行星軸9。下二級(jí)齒輪箱3與一級(jí)下行星軸5伸出一級(jí)齒輪箱外的端部通過花鍵6固定；二級(jí)下中心錐齒輪4空套在一級(jí)下行星軸5上，并與一級(jí)下行星非圓齒輪2固定；二級(jí)下行星軸9通過軸承支承在二級(jí)下齒輪箱3上；二級(jí)下行星錐齒輪8固定在二級(jí)下行星軸9上，并與二級(jí)下中心錐齒輪4嚙合。

二級(jí)上行星軸伸出上二級(jí)齒輪箱20外的一端與上移栽臂19的栽植臂殼體固定，二級(jí)下行星軸伸出下二級(jí)齒輪箱3外的一端與下移栽臂10的栽植臂殼體固定；上移栽臂19和下移栽臂10的結(jié)構(gòu)完全一致。

如圖7所示，以上移栽臂為例，移栽臂殼體32固定在二級(jí)上行星軸27上；推秧凸輪34固定在上二級(jí)齒輪箱20上，并空套在移栽臂殼體32內(nèi)；推秧?xiàng)U31與移栽臂殼體32構(gòu)成滑動(dòng)副；推秧?xiàng)U31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?xiàng)U31中部的滑槽構(gòu)成滾動(dòng)摩擦副；撥叉33底端與推秧凸輪34構(gòu)成凸輪副；兩片夾片30對(duì)中設(shè)置，且分別嵌入固定在推秧?xiàng)U31頭部的限位槽的兩個(gè)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。

一級(jí)上行星非圓齒輪17與一級(jí)下行星非圓齒輪2的幾何參數(shù)完全相同，二級(jí)上中心錐齒輪28與二級(jí)下中心錐齒輪4的幾何參數(shù)完全相同，二級(jí)上行星錐齒輪18與二級(jí)下行星錐齒輪8的幾何參數(shù)完全相同。

一級(jí)中心非圓齒輪14的型值點(diǎn)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。一級(jí)中心非圓齒輪14與一級(jí)上行星非圓齒輪和一級(jí)下行星非圓齒輪的中心距均為40mm。

該蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)形成的移栽軌跡取秧角為8°，推秧角為67.3°，兩者差值為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(jí)齒輪箱最小離地間隙為32mm，一級(jí)齒輪箱初始安裝角為90°，軌跡高度為305mm。

該蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)的工作原理：

動(dòng)力由傳動(dòng)箱23內(nèi)的主動(dòng)鏈輪21經(jīng)鏈條24傳遞到中心鏈輪25上，帶動(dòng)中心軸13轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸13帶動(dòng)一級(jí)齒輪箱1轉(zhuǎn)動(dòng)，一級(jí)齒輪箱1內(nèi)，空套在中心軸13上與傳動(dòng)箱23固定的一級(jí)中心非圓齒輪14分別與一級(jí)上行星非圓齒輪17和一級(jí)下行星非圓齒輪2嚙合。當(dāng)一級(jí)齒輪箱1相對(duì)于一級(jí)中心非圓齒輪14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)生牽連運(yùn)動(dòng)，一級(jí)齒輪箱1轉(zhuǎn)動(dòng)過程中帶動(dòng)上凸輪連桿16和下凸輪連桿7，由于上凸輪連桿16與一級(jí)上行星軸26固定，下凸輪連桿7與一級(jí)下行星軸5固定，凸輪連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)二級(jí)行星輪系，使下二級(jí)齒輪箱3、上二級(jí)齒輪箱20相對(duì)一級(jí)齒輪箱1擺動(dòng)，在輪系作用下，二級(jí)上行星軸27與上二級(jí)齒輪箱20發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即移栽臂殼體32與推秧凸輪34發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于彈簧35作用，推秧?xiàng)U31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(dòng)過程中，由于推秧凸輪34的非圓輪廓線作用，撥叉33相對(duì)移栽臂殼體32轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)推秧?xiàng)U31相對(duì)移栽臂殼體32前后移動(dòng)，由于推秧?xiàng)U31上的限位槽的兩個(gè)夾槽作用，在推秧?xiàng)U31和移栽臂殼體32相對(duì)平動(dòng)過程中，夾片30實(shí)現(xiàn)連續(xù)的夾緊、放開動(dòng)作，在夾緊時(shí)取苗，放開時(shí)推秧?xiàng)U31迅速彈出栽苗。

該蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比曲線如圖2所示，由此傳動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)如圖3所示的移栽軌跡29，在如圖3所示的尖嘴頂點(diǎn)處取秧，在最下端處推秧。