智能型甘薯裸苗移栽机的制作方法

本发明涉及一种智能型甘薯裸苗移栽机，属于农业机械领域。

背景技术：

甘薯是一种营养丰富、用途广泛、高产稳产的农作物。中国的甘薯种植面积和总产量均世界首位，它不但是主要的粮食作物，而且是很好的饲料也是工业生产中的原料。甘薯栽培在我国北方地区以垄作铺膜种植为主，在秧苗移栽过程中，破膜、开穴、注水、栽苗等环节，完全依靠人工完成，效率低，劳动强度大。甘薯栽插方法主要有水平栽插法、斜插法、船底形栽插法、直栽法，其中水平栽插法和斜栽插法用的最多。甘薯裸苗难以实现高效自动分苗，所以目前全球机械移栽中基本都采用半自动栽插形式。如美国玛驰尼克公司生产的大马力拖拉机牵引的半自动链夹式甘薯裸苗栽植机，日本井关农机株式会社等生产的小型自走带夹式栽植机。我国的甘薯移栽机研发使用尚处初级阶段，机具也多以半自动移栽机、简易移栽器为主。山西省农科院研发的可一次完成打孔、浇水、乘坐手工栽插等作业的简易栽植器等，结构简单，但效率低，且压垄伤垄问题突出，难以实现斜插作业，栽插质量低。南通富来威农业装备有限公司研制的2zl-1型链夹式移栽机和胡良龙、胡冰等研制的2zgf-2型甘薯复式栽植机。链夹式移栽机优点是结构简单，成本低，但是无法进行膜上移栽，且无法实现精确的栽植轨迹。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明根据甘薯的种植农艺要求设计了一种智能型甘薯裸苗移栽机。

一种智能型甘薯裸苗移栽机，包括机架、固定在机架上的行走装置、仿形装置、送苗装置、插秧装置、夹苗装置、传动机构和控制系统。

所述的机架用于固定、支撑本发明其他部分；本发明通过机架挂接在拖拉机等农机具上；所述的送苗装置安装在整机的正中间，用于为插秧装置提供甘薯秧苗，保证移栽的顺利完成；所述的插秧装置采用插秧四连杆机构，用于完成插秧轨迹，保证插秧深度和倾角满足插秧的农艺要求；所述的夹苗装置用于甘薯苗的夹取和松开，保证在夹苗点夹住甘薯苗，等插秧机构将苗插入土壤后，松开秧苗，与插秧装置和送苗装置配合完成移栽作业；所述的传动装置用于对送苗装置、插秧装置和夹苗装置的动力供给。所述的控制装置用于位置的判断，控制浇水位置和夹苗指的开合。

所述的行走装置和仿形装置分别安装在机架下方的前部和后部；所述的行走装置由两个地轮组成；两个地轮通过车轮轴与机架连接，用于支撑和带动机具前进；所述的仿形装置由两个仿形轮组成，仿垄行走，用于防止移栽过程中移栽机跑偏；

所述的送苗装置安装在移栽机纵向中心；送苗装置包括主传动轴二、主传动轴二从动链轮、锥齿轮一、锥齿轮二、圆柱销盘，圆柱销盘轴、槽轮、槽轮轴、主动同步带轮、从动同步带轮、同步带轮轴、同步带和夹苗小钣金。

所述的主传动轴二通过带座轴承安装在机架上；主传动轴二从动链轮通过键连接安装在主传动轴二上，用于传递主传动轴一的动力；锥齿轮一通过键连接安装在主传动轴二上；圆柱销盘轴通过带座轴承与主传动轴二垂直安装在机架上；锥齿轮二通过键连接安装在圆柱销盘轴上；锥齿轮二和锥齿轮一啮合，带动圆柱销盘轴转动；槽轮轴安装在圆柱销盘轴正下方；槽轮通过键连接安装在槽轮轴上；圆柱销盘和槽轮啮合带动槽轮轴间歇式转动；主动同步带轮安装在槽轮轴上；从动同步带轮安装在同步带轮轴上；同步带轮轴通过带座轴承安装在机架上；同步带和主动同步带轮、从动同步带轮啮合，主动同步带轮带动同步带间歇式运动。夹苗钣金以一定的间距通过螺栓连接固定在同步带上，间距为同步带轮圆周长的四分之一。

所述的插秧装置通过连接板安装在机架上；插秧装置包括连接板、插秧从动链轮、主动齿轮、主动齿轮轴、从动齿轮(不完全齿轮)、曲轴、连杆、齿条、插秧连杆驱动轴、插秧连杆驱动齿轮、插秧连杆一、插秧连杆二和插秧连杆三。

所述的连接板安装在送苗装置中间，焊接在机架上，用于为插秧装置其它部件提供支撑；主动齿轮轴通过带座轴承安装在连接板上；插秧从动链轮和主动齿轮通过键连接安装在主动齿轮轴上；插秧从动链轮带动主动齿轮轴转动；曲轴通过带座轴承安装在连接板上；从动齿轮通过键连接安装在曲轴上；主动齿轮和从动齿轮啮合，从而带动曲轴间歇式转动；连杆的一端与曲轴连接，另一端与齿条通过销子连接，曲轴带动齿条间歇式往复直线运动；插秧连杆驱动轴通过带座轴承安装在连接板上；插秧连杆驱动齿轮通过键连接安装在插秧连杆驱动轴上；插秧连杆驱动齿轮和齿条啮合，齿条带动插秧连杆驱动轴间歇式往复摆动；插秧连杆一为主动连杆，通过花键与插秧连杆驱动轴连接；插秧连杆一、插秧连杆二和插秧连杆三之间通过销轴连接；插秧连杆三和机架通过销轴连接。动力通过链传动、不完全齿轮机构传动、曲柄连杆机构传动、齿条齿轮机构传动带动插秧主动连杆间歇式往复摆动。

所述的夹苗装置通过螺栓安装在插秧连杆二上；夹苗装置包括支架、底板、气缸安装板、导向轴套、运动轴、锁定轴套、气缸、短连杆一、短连杆二、短连杆三、短连杆四、三孔连杆一、三孔连杆二、夹苗手指固定板一、夹苗手指固定板二、夹苗手指一和夹苗手指二。

所述的支架通过螺栓固定在插秧连杆二上，用于支撑夹苗装置其它部件；所述的底板焊接在支架底部，用于连接短连杆和三孔连杆；导向轴套焊接在底板上；短连杆一和短连杆二对称分布在运动轴的两边，一边与运动轴铰接，另一边与三孔连杆铰接；三孔连杆一和三孔连杆二对称分布，三孔连杆一的一端和短连杆一铰接，另一端和夹苗指固定板一铰接，中间孔和底板铰接；三孔连杆二和三孔连杆一对称分布，三孔连杆二的一端和短连杆二铰接，另一端和夹苗指固定板二铰接，中间孔和底板铰接；短连杆三和短连杆四对称分布，一边与底板铰接，另一边与夹苗指固定板铰接；气缸安装在气缸安装板上；锁定轴套将运动轴与气缸安装板锁定，气缸往复运动带动运动轴往复运动；夹苗指固定在夹苗固定板上；运动轴往复运动经过短连杆和三孔连杆的动力传递带动夹苗指的开合运动。

所述的传动机构包括动力输入链轮、动力输出链轮、主传动轴一、插秧驱动链轮和主传动轴二驱动链轮。

所述的动力输入链轮通过车轮轴与地轮连接；主传动轴一通过带座轴承安装在机架上；动力输出链轮、插秧驱动链轮和主传动轴二驱动链轮通过键连接安装在主传动轴一上；动力输入链轮和动力输出链轮通过链条连接，动力输入链轮带动主传动轴一转动；插秧驱动链轮和插秧从动链轮通过链条连接，从而带动插秧装置运动；主传动轴二驱动链轮和主传动轴二从动链轮通过链条连接，将动力传递给送苗装置。

所述的控制系统包括信息采集部分，信息调制处理部分，信息输出部分和能量供应部分。信息采集部分即位置检测模块，用于各个接近开关传感器信号的采集，并将所采集的信号发送给信息调制处理部分；所述的信息调制处理部分完成信息采集部分发送过来的信号调制处理和信号的分析判断，得出处理方式之后，将控制信号发送给信息输出部分；信息输出部分包括气缸的伸缩控制和浇水电磁阀的开关控制；能量供应部分为信息采集部分，信息调制处理部分和信息输出部分供电。

所述的位置检测模块是三个接近开关传感器，由12v直流电源供电，接近开关传感器安装在接近开关固定板上，称圆弧形分布；接近开关一和接近开关二的间隔角度为43°，接近开关二和接近开关三的间隔角度为15°；接近开关固定板安装在机架上，与插秧连杆一距离为30mm；插秧连杆一距离旋转中心340mm处安装有感应铁块；当插秧连杆一运动至接近开关一时，感应铁块与接近开关一靠近，接近开关一输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制二位三通换向阀换向，气缸伸缩才懂夹苗指关闭夹住秧苗；当插秧连杆一运动至接近开关二时，感应铁块与接近开关二靠近，接近开关二输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制浇水电磁阀打开，完成浇水动作；当插秧连杆一运动至接近开关三时，感应铁块与接近开关三靠近，接近开关三输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制夹苗指打开，松开秧苗。

所述的信息调制处理部分包括信息处理模块和单片机最小控制系统；信息处理模块通过信号数据线与单片机最小控制系统的输入引脚直接相连；所述的信息处理模块为一个直流升压芯片(sx1308)，负责将接近开关的信号进行升压处理；所述的单片机最小系统为基本的控制信息处理单片机模块。

所述的信息输出部分包括气缸伸缩控制和浇水电磁阀开关控制；所述的气缸伸缩控制包括气泵和二位三通换向阀，气泵和二位三通换向阀安装在水箱支架上，水箱支架安装在整机上部；气泵、两位三通换向阀和气缸之间通过气管连接；单片机的输出引脚与两位三通换向阀的信号线连接，控制二位三通换向阀的换向动作，从而控制气缸的伸缩，根据夹苗装置的动力传递带动夹苗指的开合。所述的浇水电磁阀的开关控制包括水箱和电磁阀，水箱固定在水箱支架上，浇水电磁阀固定在机架上，水箱和浇水电磁阀之间通过水管连接，浇水电磁阀的信号线与单片机的输出引脚相连，单片机控制电磁阀的开合，完成浇水动作。

所述的能量供应部分为12v直流电源和气泵，12v直流电源为单片机最小系统、接近开关和电磁阀供电。气泵为气缸提供压力。

本发明所采用的技术方案是：

拖拉机通过三点悬挂与移栽机连接，带动移栽机前进作业。地轮转动，动力一方面通过链传动、锥齿轮传动、槽轮机构传动和同步带轮带动夹苗带间歇式转动；另一方面通过链传动、不完全齿轮机构、曲轴连杆机构、齿轮齿条机构驱动插苗连杆机构的主动杆间歇式往复摆动，通过四杆机构实现栽植轨迹。插秧连杆一绕插秧连杆驱动轴做圆周运动，当插秧连杆一上的感应铁块接近接近开关一时，接近开关一输出一个高电平给单片机的输入引脚，单片机检测到这一高电平控制输出引脚输出一个高电平给二位三通换向阀，而为三通换向阀换向，气缸收缩，控制夹苗指夹住秧苗；当插秧连杆一上的感应铁块接近接近开关二时，接近开关二输出一个高电平给单片机的输入引脚，单片机检测到这一高电平控制输出引脚输出一个高电平给电磁阀，电磁阀打开完成浇水动作；当配合夹苗带的间歇运动，实现夹子夹住苗插入土壤中完成插秧。当插秧连杆一上的感应铁块接近接近开关三时，接近开关一输出一个高电平给单片机的输入引脚，单片机检测到这一高电平控制输出引脚输出一个高电平给二位三通换向阀，而为三通换向阀换向，气缸杆伸出，控制夹苗指松开秧苗；完成整个插秧过程。

本发明的有益效果：本发明可以模拟人工插秧动作，实现甘薯裸苗斜插秧，满足了甘薯种植的农艺要求，解决了甘薯移栽机械化作业难题。国内目前只有借鉴烟草移栽机改造的垂直插秧机械，不能满足甘薯斜插秧的农艺要求。目前尚没有能满足甘薯斜插秧的机械。

附图说明

图1是本发明的总体结构的主视图示意图。

图2是本发明的总体结构的左视图示意图。

图3是本发明的总体结构的俯视图示意图。

图4是本发明的总体结构的等轴测示意图。

图5是本发明的送苗装置的主视图示意图。

图6是本发明的送苗装置的左视图示意图。

图7是本发明的插秧装置的俯视图示意图。

图8是本发明的插秧装置的主视图示意图。

图9是本发明的夹苗装置的主视图示意图。

图10是本发明的夹苗装置的左视图示意图。

图11是本发明的位置检测系统主视图示意图。

图12是本发明的位置检测系统左视图示意图。

图13是本发明的控制系统总体结构框图。

图14是本发明的控制系统原理框图。

图15是本发明的浇水电磁阀开合控制系统程序的流程图。

图中1机架2地轮3接近开关安装板4仿形轮5动力输入链轮6动力输出链轮7主传动轴一8主传动轴二驱动链轮9水箱固定机架10水箱11插秧从动链轮12插秧驱动链轮13主传动轴二14锥齿轮一15锥齿轮二16主传动轴二从动链轮17轴承座18气泵19二位三通换向阀20浇水电磁阀21主传动轴二22主传动轴二从动链轮23锥齿轮一24锥齿轮二25机架26从动同步带轮27同步带28夹苗小钣金29圆柱销盘30槽轮31主动同步带轮32同步带轮轴33圆柱销盘轴34槽轮轴35连接板36轴承座37主动齿轮38主动齿轮轴39从动齿轮(不完全齿轮)40曲轴41连杆42齿条43插秧连杆驱动齿轮44插秧连杆驱动轴45插秧装置从动齿轮46插秧连杆一47插秧连杆二48插秧连杆三49机架50气缸51锁定轴套52气缸安装板53缓冲弹簧54插秧连杆二55支架56运动轴57导向轴套58底板59短连杆一60三孔连杆一61短连杆三62夹苗固定板一63夹苗指一64夹苗指二65夹苗固定板二66短连杆四67三孔连杆二68短连杆二69接近开关安装板70插秧连杆一71接近开关一72感应铁块73接近开关二74接近开关三

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。

本发明所述一种带夹式甘薯裸苗移栽机，如图1、2、3、4、5、6所示，主要由机架1、行走装置、仿形装置、送苗装置、插秧装置、夹苗装置和控制系统组成；所述的机架1用于固定支撑其他部分，并挂接在拖拉机等农机具上；所述的行走装置有两个地轮2组成，通过车轮轴安装在机架1上，用于支撑机架1和带动机具的行进；所述的仿形装置由两个仿形轮4组成，仿形轮4安装在机架1上，仿垄行走，用于防止移栽过程中移栽机跑偏；所述的送苗装置用于为插秧装置提供甘薯秧苗，保证移栽的顺利完成；所述的插秧装置用于完成插秧轨迹，保证插秧深度和倾角满足插秧的农艺要求；所述的夹苗装置用于甘薯苗的夹取和松开，保证在夹苗点夹住甘薯苗，等插秧机构将苗插入土壤后，松开秧苗，与插秧装置和送苗装置配合完成移栽作业；所属的传动装置用于对送苗装置、插秧装置和夹苗装置的动力供给。

所述的送苗装置由主传动轴二21、主传动轴二从动链轮22、锥齿轮一23、锥齿轮二24、圆柱销盘29，圆柱销盘轴33、槽轮30、槽轮轴34、主动同步带轮31、从动同步带轮26、同步带轮轴32、同步带27和夹苗小钣金28组成。所述的主传动轴二从动链轮22安装在主传动轴二21上，用于将主传动轴一的动力传递到主传动轴二上，带动主传动轴二转动；锥齿轮一23安装在主传动轴二21上，锥齿轮二24安装在圆柱销盘轴33上，锥齿轮一23和锥齿轮二24啮合，带动圆柱销盘29转动；圆柱销盘29和槽轮30啮合，带动槽轮间歇式转动；主动同步带轮31和槽轮30安装在槽轮轴34上，所以主动同步带轮31间歇式转动，从而带动同步带间歇式转动。夹苗小钣金28以一定的间隔通过螺栓连接固定在同步带27上，用于甘薯苗的固定。

所述的插秧装置通过连接板35安装在机架1上；插秧装置由连接板35、插秧从动链轮45、主动齿轮37、主动齿轮轴38、从动齿轮不完全齿轮39、曲轴39、连杆40、齿条42、插秧连杆驱动轴44、插秧连杆驱动齿轮43、插秧连杆一46、插秧连杆二47、插秧连杆三48组成。

所述的插秧从动链轮45带动主动齿轮轴38转动，主动齿轮37和从动齿轮不完全齿轮39啮合，从动齿轮不完全齿轮39安装在曲轴39上，所以带动曲轴39间歇式转动；通过曲柄连杆机构和齿轮齿条机构带动插秧连杆驱动轴44间歇式往复转动；插秧连杆一46和插秧连杆驱动轴44通过花键连接，从而带动插秧连杆一46间歇式往复摆动；插秧连杆一46、插秧连杆二47和插秧连杆三48之间通过销轴连接。

所述的夹苗装置通过螺栓安装在插秧连杆二49上；主要由支架55、底板58、气缸安装板52、导向轴套57、运动轴56、锁定轴套51、气缸50、短连杆一59、三孔连杆一60、短连杆二68、短连杆三61、短连杆四66、三孔连杆二67、夹苗手指固定板一62、夹苗手指固定板二65、夹苗手指一63、夹苗手指二64组成。

所述的支架55通过螺栓固定在插秧连杆二49上，用于支撑夹苗装置其它部件；所述的底板58焊接在支架55底部，用于连接短连杆和三孔连杆；导向轴套57焊接在底板58上；短连杆一59和短连杆二68对称分布在运动轴56的两边，一边与运动轴56铰接，另一边与三孔连杆铰接；三孔连杆一60和三孔连杆二67对称分布，三孔连杆一60的一端和短连杆一59铰接，另一端和夹苗指固定板一铰接，中间孔和底板58铰接；三孔连杆二67和三孔连杆一60对称分布，三孔连杆二67的一端和短连杆二68铰接，另一端和夹苗手指固定板二65铰接，中间孔和底板58铰接；短连杆三61和短连杆四66对称分布，一边与底板58铰接，另一边与夹苗指固定板铰接；气缸50安装在气缸50安装板上；锁定轴套将运动轴56与气缸50安装板锁定，气缸50往复运动带动运动轴56往复运动；夹苗指固定在夹苗固定板上；运动轴56往复运动经过短连杆和三孔连杆的动力传递带动夹苗指的开合运动。

所述的传动机构包括动力输入链轮4、动力输出链轮5、主传动轴一6、插秧驱动链轮9、主传动轴二驱动链轮7组成。

所述的动力输入链轮4通过键与地轮轴连接；动力输入链轮4和动力输出链轮5通过链条连接，带动主传动轴一6转动；插秧驱动链轮9和插秧从动链轮8通过链条连接，给插秧装置提供动力；主传动轴二驱动链轮7和主传动轴二从动链轮13通过链条连接，为给送苗装置提供动力。

所述的控制系统包括信息采集部分，信息调制处理部分，信息输出部分和能量供应部分组成。信息采集部分包括位置检测模块，用于各个接近开关传感器信号的采集，并将所采集的信号发送给信息调制处理部分；所述的信息处理部分包括数据采集调制模块，信息处理模块，完成信息采集部分发送过来的信号调制处理和信号的分析判断，得出处理方式之后，将控制信号发送给信息输出部分；信息输出部分包括气缸的伸缩控制和电磁阀的开关控制；能量供应部分为信息采集部分，信息调制处理部分和信息输出部分供电。

所述的位置检测模块属于信息采集部分，为三个接近开关传感器，由12v直流电源供电，接近开关传感器安装在接近开关固定板63上，称圆弧形分布，用于检测插秧连杆一46的位置；接近开关的信号线与单片机输入引脚相连，用于给单片机提供位置信号；插秧连杆一46末端安装有感应铁块，当当插秧连杆一46运动至接近开关一65时，感应铁块与接近开关一65靠近，接近开关输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制电磁阀换向，气缸伸缩驱动夹苗指关闭夹住秧苗；当插秧连杆一46运动至接近开关二67时，感应铁块与接近开关二67靠近，接近开关二67输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制浇水电磁阀打开，完成浇水动作；当插秧连杆一46运动至接近开关三68时，感应铁块与接近开关三68靠近，接近开关三68输出一高电平，单片机检测到这一高电平，控制夹苗指打开，松开秧苗。

所述的信息调制处理部分包括信息处理模块、单片机最小控制系统；信息处理模块通过信号数据线与单片机最小控制系统的输入引脚直接相连；所述的信息处理模块为一个直流升压芯片，负责将接近开关的信号进行升压处理；所述的单片机最小系统为基本的控制信息处理单片机模块。

所属的信息输出部分包括气缸伸缩控制和浇水电磁阀开关控制；所述的气缸伸缩控制包括气泵18和二位三通换向阀19，气泵18和二位三通换向阀19安装在水箱支架9上，气泵18、两位三通换向阀19和气缸50之间通过气管连接；单片机的输出引脚与两位三通换向阀19的信号线连接，控制二位三通换向阀19的换向动作，从而控制气缸50的伸缩，带动夹苗指的开合。所述的浇水电磁阀的开关控制包括水箱10和浇水电磁阀20，水箱10固定在水箱支架9上，浇水电磁阀20固定在机架1上，水箱10和浇水电磁阀20之间通过水管连接，浇水电磁阀20的信号线与单片机的输出引脚相连，控制浇水电磁阀20的开合，完成浇水动作。

本发明的工作过程：拖拉机通过三点悬挂与移栽机机架连接，带动移栽机前进作业。地轮1转动，动力一方面通过链传动、锥齿轮传动、槽轮机构传动和同步带轮带动夹苗带22间歇式转动；另一方面通过链传动、不完全齿轮机构、曲轴连杆机构、齿轮齿条机构驱动插苗连杆机构的主动杆间歇式往复摆动，通过四杆机构实现栽植轨迹，，配合夹苗带的间歇运动，实现夹子夹住苗插入土壤中完成插秧。控制系统检测插秧连杆的位置控制浇水的位置和夹苗指的开合。