CN103609236A - 二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构。夹土式取苗造成非圆齿轮不规则或增加探出式秧针；瓜果、蔬菜作物允许夹苗式取苗。本发明的二阶傅里叶中心非圆齿轮空套在中心轴上；第一中间轴、第二中间轴、第一行星轴和第二行星轴均与行星架轴承连接；第一行星轴和第二行星轴均与一个取苗爪的壳体固定；二阶傅里叶中心非圆齿轮与第一二阶傅里叶中间非圆齿轮及第二二阶傅里叶中间非圆齿轮啮合；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮与第一二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮与第二二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合；取苗爪形成夹苗式取苗轨迹。本发明的取苗轨迹利于机构实现，能实现瓜果、蔬菜的全自动移栽。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，涉及取苗机构，具体涉及一种二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构。
背景技术
机械化移栽一般分为两步完成：取苗和栽植。按不同的取苗方式将移栽机分为半自动和全自动，关键标志是看其是否采用机械化取苗作业。
国内的全自动取苗机构有多杆机构、曲柄滑道机构和不完全齿轮间歇机构，上述机构随着移栽频率的增加，移栽机振动加剧，导致伤苗率增加。机械式取苗方式一般有取苗爪夹土式取苗和夹苗式取苗两种方式。新型行星轮系旋转式取苗机构有混合高阶变型椭圆齿轮行星系钵苗移栽机分秧机构、自由二阶非圆齿轮行星系高速钵苗移栽机构和旋转式水稻钵苗移栽机构，它们取苗方式为夹土式取苗，即需要秧针进入钵苗盘内夹取秧苗，且不能破坏钵盘和伤根，故轨迹需要一个尖锐的突起，从秧针进入钵盘到完全离开钵体，秧针需要一段接近于直线的运动轨迹，由于这个限制，造成了非圆齿轮不规则性增强或增加“探出式”秧针，机构力学性能变差、寿命降低；旋转式水稻钵苗移栽机构实现8字形工作轨迹，考虑旱地取苗机构与植苗机构的配合，8字形轨迹不合适。对于基质育苗移栽，基质较轻，而部分瓜果、蔬菜作物的茎秆部分足够坚韧，允许采用夹苗的方式作业。因此，有必要针对瓜果、蔬菜等作物，设计一种效率更高、传动更平稳的取苗机构，使其与植苗机构配合，实现瓜果、蔬菜等作物的全自动移栽。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构，该取苗机构采用夹苗式取苗方式，使得取苗轨迹更利于机构实现，且能与植苗机构配合，实现瓜果、蔬菜等作物的全自动移栽。
本发明包括中心轴、行星架、二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一中间轴、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮、第一行星轴、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮、第二中间轴、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮、第二行星轴、第二二阶傅里叶行星非圆齿轮和取苗爪。所述中心轴的一端与动力装置连接，另一端与行星架固定；所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮空套在中心轴上，并与机架固定。所述的第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架轴承连接；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮固定在第一中间轴上，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮固定在第二中间轴上。所述的第一行星轴和第二行星轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架轴承连接；第一行星轴和第二行星轴的一端均伸出行星架外与一个取苗爪的壳体固定；第一二阶傅里叶行星非圆齿轮固定在第一行星轴上，第二二阶傅里叶行星非圆齿轮固定在第二行星轴上。所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮同时与第一二阶傅里叶中间非圆齿轮及第二二阶傅里叶中间非圆齿轮啮合；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮与第一二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮与第二二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合。
所述的行星架转动，取苗爪的头部尖点形成夹苗式取苗轨迹；所述的夹苗式取苗轨迹为封闭且无环扣的平面圆滑曲线，包括依次顺序首尾连接的入钵段、取苗段、运苗段、投苗段和回复段；入钵段的顶端与取苗段的底端连接，底端与回复段的顶端连接；所述入钵段为平行于穴盘上表面的直线段，取苗段的底部为弧形段，顶部为垂直于穴盘上表面的直线段；入钵段、取苗段的顶部直线段的直线度均为1mm/20mm～1mm/10mm，取苗段的顶部直线段长度大于穴盘的高度。
所述的取苗爪包括壳体、凸轮、拨叉、推苗杆、推苗弹簧、推土块、推苗块、夹苗块和弹簧片；第一行星轴和第二行星轴上分别空套一个凸轮，两个凸轮均与行星架固定；所述的拨叉通过销轴安装在壳体内，一端与凸轮通过凸轮副连接，另一端与推苗杆通过凸轮副连接；所述的推苗杆与壳体内壁滑动连接，尾部通过推苗弹簧与壳体尾部连接；所述的推土块、推苗块及夹苗块均固定在推苗杆头部，且沿推苗杆的头部至尾部方向依次排布，夹苗块开设有U形槽；两片弹簧片间距设置在推土块顶部，一端均固定在壳体的顶部两侧，另一端均伸入夹苗块的U形槽内，且分别设置在推苗块的两侧。
所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮均采用傅里叶函数拟合型值点获得节曲线。
所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮的节曲线参数完全一致；所述的第一二阶傅里叶中间非圆齿轮与第二二阶傅里叶中间非圆齿轮的节曲线参数完全一致。
本发明的有益效果：
1、通过不等速传动形成夹苗式取苗轨迹，该轨迹满足钵苗移栽机平入钵、直拔苗、稳投苗的移栽农艺要求；采用二阶傅里叶非圆齿轮传动，结构紧凑，并且取苗爪的二次摆动特性灵活，为实现更理想取苗轨迹创造条件；能与植苗机构配合，实现瓜果、蔬菜等作物的全自动移栽。
2、采用夹苗式取苗方式，使得取苗轨迹更利于机构实现，齿轮规则性增强，设计的机构力学性能更好，机构寿命更高。
3、机构结构紧凑；取苗爪结构简单、性能可靠。
4、采用行星轮系旋转式取苗方式，能适应移栽机在任何转速下作业。
附图说明
图1为本发明的初始安装位置及工作原理图；
图2为本发明的机构示意图；
图3为本发明中取苗爪的整体结构剖视图；
图4为本发明的取苗轨迹示意图；
图5为本发明初始安装位置时弹簧片的张闭状态示意图；
图6为本发明夹苗位置时弹簧片的张闭状态示意图；
图7为本发明推苗位置时弹簧片的张闭状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构包括中心轴1、行星架2、二阶傅里叶中心非圆齿轮3、第一中间轴4、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5、第一行星轴6、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7、第二中间轴8、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9、第二行星轴10、第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11和取苗爪12。中心轴1的一端与动力装置连接，另一端与行星架2固定；二阶傅里叶中心非圆齿轮3空套在中心轴上，并与机架固定。第一中间轴4和第二中间轴8对称设置在中心轴1两侧，且均与行星架2轴承连接；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5固定在第一中间轴6上，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9固定在第二中间轴8上。第一行星轴6和第二行星轴10对称设置在中心轴1两侧，且均与行星架2轴承连接；第一行星轴6和第二行星轴10的一端均伸出行星架2外与一个取苗爪12的壳体12-1固定；第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7固定在第一行星轴6上，第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11固定在第二行星轴10上。二阶傅里叶中心非圆齿轮3同时与第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5及第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9啮合；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5与第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7啮合，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9与第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11啮合。
如图3所示，取苗爪12包括壳体12-1、凸轮12-2、拨叉12-3、推苗杆12-4、推苗弹簧12-5、推土块12-6、推苗块12-7、夹苗块12-8和弹簧片12-9；第一行星轴6和第二行星轴10上分别空套一个凸轮12-2，两个凸轮12-2均与行星架2固定；拨叉12-3通过销轴安装在壳体12-1内，一端与凸轮12-2通过凸轮副连接，另一端与推苗杆12-4通过凸轮副连接；推苗杆12-4与壳体12-1内壁滑动连接，尾部通过推苗弹簧12-5与壳体12-1尾部连接；推土块12-6、推苗块12-7及夹苗块12-8均固定在推苗杆12-4头部，且沿推苗杆12-4的头部至尾部方向依次排布，夹苗块12-8开设有U形槽；两片弹簧片12-9间距设置在推土块12-6顶部，一端均固定在壳体12-1的顶部两侧，另一端均伸入夹苗块12-8的U形槽内，且分别设置在推苗块12-7的两侧。
如图1所示，二阶傅里叶中心非圆齿轮3、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11均采用傅里叶函数拟合型值点获得节曲线。二阶傅里叶中心非圆齿轮3、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11的节曲线参数完全一致；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5与第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9的节曲线参数完全一致。
如图1和4所示，行星架2转动，取苗爪12的头部尖点形成夹苗式取苗轨迹13；夹苗式取苗轨迹13为封闭且无环扣的平面圆滑曲线，包括依次顺序首尾连接的入钵段13-1、取苗段13-2、运苗段13-3、投苗段13-4和回复段13-5；入钵段13-1的顶端与取苗段13-2的底端连接，底端与回复段13-5的顶端连接；入钵段13-1为平行于穴盘上表面的直线段，取苗段13-2的底部为弧形段，顶部为垂直于穴盘上表面的直线段；入钵段13-1、取苗段13-2的顶部直线段的直线度均为1mm/14mm，取苗段的顶部直线段长度为80mm。入钵段13-1为直线段，保证取苗时沿平时土钵方向夹紧幼苗；取苗段13-2的顶部直线段保证沿垂直土钵方向取出幼苗；投苗段13-4保证幼苗与栽植机构只存在沿竖直方向的相对速度，利于准确投苗；可见，该夹苗式取苗轨迹13可以满足钵苗移栽中取苗的平入钵、直取苗及稳投苗的要求。
该二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构的工作原理如下：
如图1和2所示，动力经由中心轴1传给行星架2，带动行星架2转动。二阶傅里叶中心非圆齿轮3与第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5啮合、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮5与第一二阶傅里叶行星非圆齿轮7啮合，带动第一行星轴6转动；二阶傅里叶中心非圆齿轮3与第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9啮合、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮9与第二二阶傅里叶行星非圆齿轮11啮合，带动第二行星轴10转动。第一行星轴6和第二行星轴10分别带动与其固定的取苗爪的壳体12-1相对行星架2周期转动。
如图1、3、5、6和7所示，取苗爪的壳体12-1相对行星架2周期转动，使得拨叉12-3相对凸轮12-2周期转动。夹苗式取苗轨迹的入钵段13-1顶端为夹苗位置，当取苗爪12运行至夹苗位置时，拨叉12-3绕凸轮12-2的升程段摆动，带动推苗杆12-4压缩推苗弹簧12-5，并向壳体12-1尾部滑动。推苗杆12-4的运动使得夹苗块12-8从外侧挤压两片弹簧片12-9，两片弹簧片12-9变形夹紧钵苗；当取苗爪12运行至取苗段13-2时，拨叉12-3绕凸轮12-2的圆弧段运动，从而拨叉12-3相对取苗爪12无摆动，两片弹簧片12-9保持夹紧状态，并随取苗爪12沿取苗段13-2和运苗段13-3运行至投苗段13-4；运行至投苗段13-4时，拨叉12-3在推苗弹簧12-5的作用下，绕凸轮12-2的回程段快速摆动，带动推苗杆12-4向壳体12-1头部滑动，使得推苗块12-7从两片弹簧片12-9内侧将其推开，同时推土块12-6作用于基质钵体，将幼苗送入植苗装置内，完成投苗；运行至回复段13-5时，拨叉12-3绕凸轮12-2的圆弧段运动，拨叉12-3相对取苗爪12无摆动，两片弹簧片12-9保持张开状态，并随取苗爪12沿夹苗式取苗轨迹13运行至夹苗位置，准备下一次取苗，从而顺利完成钵苗移栽的夹苗，送苗和放苗动作，实现钵苗移栽的机械化取苗、投苗。
该二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构在一个工作循环中，取苗爪12二次不等幅摆动，形成夹苗式取苗轨迹13。取苗爪12沿夹苗式取苗轨迹13运动过程中，从钵苗的下前方平行靠近土钵的上表面，便于夹紧幼苗最低的茎秆部位，随后夹苗式取苗轨迹13有一段近似直线段，并且垂直于土钵，满足垂直带出钵苗要求。该二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构可实现平入钵、直拔苗、稳投苗的取苗工作要求。
Claims (4)
1. 二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构，包括中心轴、行星架、二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一中间轴、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮、第一行星轴、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮、第二中间轴、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮、第二行星轴、第二二阶傅里叶行星非圆齿轮和取苗爪，其特征在于：
所述中心轴的一端与动力装置连接，另一端与行星架固定；所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮空套在中心轴上，并与机架固定；所述的第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架轴承连接；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮固定在第一中间轴上，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮固定在第二中间轴上；所述的第一行星轴和第二行星轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架轴承连接；第一行星轴和第二行星轴的一端均伸出行星架外与一个取苗爪的壳体固定；第一二阶傅里叶行星非圆齿轮固定在第一行星轴上，第二二阶傅里叶行星非圆齿轮固定在第二行星轴上；所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮同时与第一二阶傅里叶中间非圆齿轮及第二二阶傅里叶中间非圆齿轮啮合；第一二阶傅里叶中间非圆齿轮与第一二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合，第二二阶傅里叶中间非圆齿轮与第二二阶傅里叶行星非圆齿轮啮合；
所述的行星架转动，取苗爪的头部尖点形成夹苗式取苗轨迹；所述的夹苗式取苗轨迹为封闭且无环扣的平面圆滑曲线，包括依次顺序首尾连接的入钵段、取苗段、运苗段、投苗段和回复段；入钵段的顶端与取苗段的底端连接，底端与回复段的顶端连接；所述入钵段为平行于穴盘上表面的直线段，取苗段的底部为弧形段，顶部为垂直于穴盘上表面的直线段；入钵段、取苗段的顶部直线段的直线度均为1mm/20mm～1mm/10mm，取苗段的顶部直线段长度大于穴盘的高度。
2.根据权利要求1所述的二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构，其特征在于：所述的取苗爪包括壳体、凸轮、拨叉、推苗杆、推苗弹簧、推土块、推苗块、夹苗块和弹簧片；第一行星轴和第二行星轴上分别空套一个凸轮，两个凸轮均与行星架固定；所述的拨叉通过销轴安装在壳体内，一端与凸轮通过凸轮副连接，另一端与推苗杆通过凸轮副连接；所述的推苗杆与壳体内壁滑动连接，尾部通过推苗弹簧与壳体尾部连接；所述的推土块、推苗块及夹苗块均固定在推苗杆头部，且沿推苗杆的头部至尾部方向依次排布，夹苗块开设有U形槽；两片弹簧片间距设置在推土块顶部，一端均固定在壳体的顶部两侧，另一端均伸入夹苗块的U形槽内，且分别设置在推苗块的两侧。
3.根据权利要求1所述的二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构，其特征在于：所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一二阶傅里叶中间非圆齿轮、第二二阶傅里叶中间非圆齿轮、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮均采用傅里叶函数拟合型值点获得节曲线。
4.根据权利要求1所述的二阶傅里叶节曲线非圆齿钵苗移栽夹苗式取苗机构，其特征在于：所述的二阶傅里叶中心非圆齿轮、第一二阶傅里叶行星非圆齿轮和第二二阶傅里叶行星非圆齿轮的节曲线参数完全一致；所述的第一二阶傅里叶中间非圆齿轮与第二二阶傅里叶中间非圆齿轮的节曲线参数完全一致。
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