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蔬菜缽苗非圓?錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構.pdf

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蔬菜 缽苗非圓 齒輪 雙行 凸輪 組合式 移栽 機構
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摘要
申請專利號:

CN201710060603.4

申請日:

20170125

公開號:

CN106612807A

公開日:

20170510

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01C11/02 主分類號: A01C11/02
申請人: 杭州職業技術學院
發明人: 徐亞丹,孫良,黃恒敏,張國鳳,武傳宇
地址: 310018 浙江省杭州市杭州經濟開發區下沙高教園區學源街68號
優先權: CN201710060603A
專利代理機構: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 代理人: 杜軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201710060603.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了蔬菜缽苗非圓?錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構。現有的移栽機由于取苗軌跡的限制,不能深入夾土取苗。本發明中心軸兩端對稱設有兩個一級行星非圓齒輪系,一級行星非圓齒輪系兩端分別連接二級上行星錐齒輪系和二級下行星錐齒輪系;二級上行星錐齒輪系固定有上移栽臂,二級下行星錐齒輪系固定有下移栽臂;一級行星非圓齒輪系包括一級齒輪箱、一級中心非圓齒輪、一級下行星軸、一級下行星非圓齒輪、下凸輪連桿、凸輪滾子、凸輪、上凸輪連桿、一級上行星非圓齒輪和一級上行星軸。本發明通過凸輪機構帶動二級行星架擺動,實現了軌跡取苗位置有4cm左右的取苗軌跡,避免栽植器和秧苗的碰撞,實現深入缽槽中夾土取苗。

權利要求書

1.蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構,包括傳動箱、主動鏈輪、主動鏈輪軸、鏈條、中心鏈輪、中心軸、一級行星非圓齒輪系、二級上行星錐齒輪系、二級下行星錐齒輪系、上移栽臂和下移栽臂;主動鏈輪軸和中心軸通過軸承對稱支承在傳動箱兩端;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;中心軸的兩端對稱設有兩個一級行星非圓齒輪系;一級行星非圓齒輪系兩端分別布置二級上行星錐齒輪系和二級下行星錐齒輪系;其特征在于:所述的一級行星非圓齒輪系包括一級齒輪箱、一級中心非圓齒輪、一級下行星軸、一級下行星非圓齒輪、下凸輪連桿、凸輪滾子、凸輪、上凸輪連桿、一級上行星非圓齒輪和一級上行星軸;所述的一級齒輪箱固定在中心軸端部;一級中心非圓齒輪空套在中心軸上,并與傳動箱固定;所述的凸輪和一級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,另一端與一級下行星軸鉸接;兩個凸輪滾子均與凸輪的凸輪槽構成凸輪副;所述的一級上行星軸和一級下行星軸通過軸承對稱支承在一級齒輪箱兩端,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;所述的一級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;所述的二級上行星錐齒輪系包括上二級齒輪箱、二級上行星錐齒輪、二級上行星軸和二級上中心錐齒輪;所述的上二級齒輪箱與一級上行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定;所述的二級上中心錐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;二級上行星軸通過軸承支承在二級上齒輪箱上;二級上行星錐齒輪固定在二級上行星軸上,并與二級上中心錐齒輪嚙合;所述的二級下行星錐齒輪系包括下二級齒輪箱、二級下中心錐齒輪、二級下行星錐齒輪和二級下行星軸;所述的下二級齒輪箱與一級下行星軸伸出一級齒輪箱外的端部固定;二級下中心錐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;二級下行星錐齒輪固定在二級下行星軸上,并與二級下中心錐齒輪嚙合;所述的二級上行星軸伸出上二級齒輪箱外的一端與上移栽臂的栽植臂殼體固定,二級下行星軸伸出下二級齒輪箱外的一端與下移栽臂的栽植臂殼體固定;所述一級中心非圓齒輪的節曲線采用三次非均勻B樣條曲線擬合而成,給定一級中心非圓齒輪節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,則型值點坐標為:X=rcos(2πi/m)Y=rsin(2πi/m)由型值點反算節曲線控制頂點,再由控制頂點以及三次B樣條基函數定義一級中心非圓齒輪的節曲線;設定一級中心非圓齒輪與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,根據嚙合傳動關系得一級上行星非圓齒輪和一級下行星非圓齒輪的節曲線。2.根據權利要求1所述的蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構,其特征在于:所述上移栽臂和下移栽臂的結構完全一致。3.根據權利要求1所述的蔬菜缽苗非圓-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構,其特征在于:所述的一級上行星非圓齒輪與一級下行星非圓齒輪的幾何參數完全相同,二級上中心錐齒輪與二級下中心錐齒輪的幾何參數完全相同,二級上行星錐齒輪與二級下行星錐齒輪的幾何參數完全相同。

說明書

技術領域

本發明屬于農業機械領域,尤其是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-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構。

背景技術

我國是世界上最大蔬菜生產國和消費國,蔬菜產量占世界總產量約60%。而蔬菜生產一直是勞動密集型產業,勞動成本占蔬菜生產成本的50%以上,隨著當今經濟的不斷發展,將有更多的勞動力從種植業轉向其它行業,而農村勞動力轉移到城市或者別的發達地區會造成農村勞力短缺,所以實現蔬菜移栽作業機械化、自動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,從而提高作物品質與產量。

“移栽機構”是蔬菜移栽機工作部件,在旱田移栽機上處于國際領先地位的歐共體蔬菜移栽機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,結構復雜、成本高、效率低。為了簡化機構,日本研制的蔬菜缽苗移栽機采用了兩套機構,將其中取苗和輸送裝置合二為一,采用了回轉和滑道機構相結合的方式完成取秧和輸送的復雜動作。但是由于增加了滑道機構,大大降低了生產效率,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。

目前國內應用的移栽機多為人工半自動移栽機械,主要有撓性圓盤式、鏈夾式、導苗管式和吊籃式等機型。要求操作人員喂苗準確、迅速、不能間斷,效率低下、勞動強度大,導致整機工作效率低下。高效、輕簡化全自動缽苗移栽機是未來大面積移栽作業的發展方向。

目前,國內對蔬菜取栽一體式全自動移栽機構的研究和開發基本屬于仿造,沒有對國外的移栽機進行重大的改進和技術上的突破,而且國外移栽機結構復雜,價格昂貴,且難適應我國的農藝要求,在國內推廣難度很大。因此設計一種新型取栽一體全自動蔬菜缽苗移栽機構已成為我國蔬菜種植業發展的迫切需求。

對于深為4cm的缽苗移栽現有的移栽機由于取苗軌跡的限制,不能深入夾土取苗,缽苗移栽過程中,因為缽苗單體與栽植器的接觸碰撞,將會造成對缽苗植物的破損傷害現象。

發明內容

本發明的目的是提供應用于全自動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構,通過加入凸輪機構帶動二級行星架的擺動保持栽植器與水平軸線行成一定角度,實現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,可以實現深入缽槽中夾土取苗,降緩缽苗脫離、滑降、落入壟溝內過程,確保對蔬菜苗的損傷達到最小。

為了達到上述目的,本發明采用的技術方案是:

本發明包括傳動箱、主動鏈輪、主動鏈輪軸、鏈條、中心鏈輪、中心軸、一級行星非圓齒輪系、二級上行星錐齒輪系、二級下行星錐齒輪系、上移栽臂和下移栽臂。主動鏈輪軸和中心軸通過軸承對稱支承在傳動箱兩端;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;中心軸的兩端對稱設有兩個一級行星非圓齒輪系;一級行星非圓齒輪系兩端分別布置二級上行星錐齒輪系和二級下行星錐齒輪系。

所述的一級行星非圓齒輪系包括一級齒輪箱、一級中心非圓齒輪、一級下行星軸、一級下行星非圓齒輪、下凸輪連桿、凸輪滾子、凸輪、上凸輪連桿、一級上行星非圓齒輪和一級上行星軸。所述的一級齒輪箱固定在中心軸端部;一級中心非圓齒輪空套在中心軸上,并與傳動箱固定;所述的凸輪和一級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,另一端與一級下行星軸鉸接。兩個凸輪滾子均與凸輪的凸輪槽構成凸輪副;所述的一級上行星軸和一級下行星軸通過軸承對稱支承在一級齒輪箱兩端,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。所述的一級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。

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

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

所述一級中心非圓齒輪的節曲線采用三次非均勻B樣條曲線擬合而成,給定一級中心非圓齒輪節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,則型值點坐標為:

Xi=ricos(2πi/m)

Yi=risin(2πi/m)

由型值點反算節曲線控制頂點,再由控制頂點以及三次B樣條基函數定義一級中心非圓齒輪的節曲線;設定一級中心非圓齒輪與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,根據嚙合傳動關系得一級上行星非圓齒輪和一級下行星非圓齒輪的節曲線。

所述上移栽臂和下移栽臂的結構完全一致。

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

本發明的有益效果是:

1、本發明具有周轉輪系傳動比特性,又具有凸輪機構的擺動特性,通過調節一級行星輪系、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準確,栽植位置準確,取秧擺角即取秧前和取秧后移栽臂轉角為21.5°,能較好地實現直取秧,實現旱地穴槽式栽植。

2、本發明移栽臂夾片通過夾取蔬菜秧苗土缽進行取秧,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、本發明解決了二級齒輪箱式周轉輪系移栽機構在轉動過程中,推秧凸輪與撥叉之間不能實現整周回轉的問題,大大簡化了推秧凸輪的結構設計,推秧凸輪相比之前結構更加簡單,輪廓更加完整,強度更大,可靠性更高,提高了機構的可靠性,更加具有推廣價值。

4、本發明工作穩定,機械化程度高,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,增產效果顯著,有利于推廣應用。

5、本發明用一套機構替代現有蔬菜移栽機的多套機構,提出一種能實現全自動移栽,也就是將取秧、輸送、栽植三個動作結合起來,用一套機構高效的完成上述三個動作的取栽一體式蔬菜移栽機構,相比原有只取苗夾土缽式蔬菜移栽機有巨大進步。移栽效率相比現有半自動蔬菜移栽機提高一倍以上。相比于國外的移栽機結構更加簡單,價格低廉,適應我國的農藝要求,在國內推廣難度較低。

附圖說明

圖1是本發明的機構運動簡圖。

圖2是本發明的傳動比示意圖。

圖3是本發明的移栽軌跡示意圖。

圖4是本發明的一級行星非圓齒輪系示意圖。

圖5是本發明的二級上行星錐齒輪與二級上中心錐齒輪嚙合示意圖。

圖6是本發明的一級行星齒輪和二級中心錐齒輪的裝配示意圖。

圖7是本發明的上、下移栽臂示意圖。

圖8是本發明實現移栽軌跡的示意圖。

圖9是本發明的外部結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

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構,包括傳動箱23、主動鏈輪22、主動鏈輪軸21、鏈條24、中心鏈輪25、中心軸13、一級行星非圓齒輪系、二級上行星錐齒輪系、二級下行星錐齒輪系、上移栽臂19和下移栽臂10。主動鏈輪軸21和中心軸13通過軸承對稱支承在傳動箱23兩端;固定在主動鏈輪軸21上的主動鏈輪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的兩端對稱設有兩個一級行星非圓齒輪系;一級行星非圓齒輪系兩端分別布置二級上行星錐齒輪系和二級下行星錐齒輪系。

如圖4、圖6所示,一級行星非圓齒輪系包括一級齒輪箱1、一級中心非圓齒輪14、一級下行星軸5、一級下行星非圓齒輪2、下凸輪連桿7、凸輪滾子12、凸輪15、上凸輪連桿16、一級上行星非圓齒輪17和一級上行星軸26。一級齒輪箱1固定在中心軸13端部;一級中心非圓齒輪14空套在中心軸13上,并與傳動箱23通過牙嵌法蘭11固定;凸輪15和一級中心非圓齒輪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,另一端與一級下行星軸5鉸接。兩個凸輪滾子12均與凸輪15的凸輪槽構成凸輪副;一級上行星軸26和一級下行星軸5通過軸承對稱支承在一級齒輪箱1兩端,一級上行星非圓齒輪17空套在一級上行星軸26上,一級下行星非圓齒輪2空套在一級下行星軸5上。一級中心非圓齒輪14同時與一級上行星非圓齒輪17和一級下行星非圓齒輪2嚙合。

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

二級上行星軸伸出上二級齒輪箱20外的一端與上移栽臂19的栽植臂殼體固定,二級下行星軸伸出下二級齒輪箱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的結構完全一致。

如圖7所示,以上移栽臂為例,移栽臂殼體32固定在二級上行星軸27上;推秧凸輪34固定在上二級齒輪箱20上,并空套在移栽臂殼體32內;推秧桿31與移栽臂殼體32構成滑動副;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,頂端與推秧桿31中部的滑槽構成滾動摩擦副;撥叉33底端與推秧凸輪34構成凸輪副;兩片夾片30對中設置,且分別嵌入固定在推秧桿31頭部的限位槽的兩個夾槽內;夾片30的尾部與移栽臂殼體32固定,頭部自由設置。

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

一級中心非圓齒輪14的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。一級中心非圓齒輪14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-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構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-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構的工作原理:

動力由傳動箱23內的主動鏈輪21經鏈條24傳遞到中心鏈輪25上,帶動中心軸13轉動,中心軸13帶動一級齒輪箱1轉動,一級齒輪箱1內,空套在中心軸13上與傳動箱23固定的一級中心非圓齒輪14分別與一級上行星非圓齒輪17和一級下行星非圓齒輪2嚙合。當一級齒輪箱1相對于一級中心非圓齒輪14轉動時,發生牽連運動,一級齒輪箱1轉動過程中帶動上凸輪連桿16和下凸輪連桿7,由于上凸輪連桿16與一級上行星軸26固定,下凸輪連桿7與一級下行星軸5固定,凸輪連桿機構帶動兩個二級行星輪系,使下二級齒輪箱3、上二級齒輪箱20相對一級齒輪箱1擺動,在輪系作用下,二級上行星軸27與上二級齒輪箱20發生相對轉動,即移栽臂殼體32與推秧凸輪34發生相對轉動,轉動過程中,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上的限位槽的兩個夾槽作用,在推秧桿31和移栽臂殼體32相對平動過程中,夾片30實現連續的夾緊、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-錐齒輪雙行星架凸輪組合式移栽機構的總傳動比曲線如圖2所示,由此傳動特性實現如圖3所示的移栽軌跡29,在如圖3所示的尖嘴頂點處取秧,在最下端處推秧。

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