棉花秧苗移栽机设计

棉花秧苗移栽机设计

刘伟源 栾加航

（山东协和学院 山东济南 250107）

摘要：

随着移栽机技术的发展，在各种领域中移栽机得到了广泛的应用，特别是依靠劳动人力进行传统耕种的农业方面，更有着重要的发展意义。棉花秧苗移栽机是农业移栽机中的一个分支，发展棉花秧苗移栽机不仅能解放劳动生产力，加快生产效率；更是对于降低生产成本、促进棉花产业可持续发展具有重要意义。

关键词：棉花秧苗；移栽机；结构设计

一、研究背景及意义

棉花是我国主要的经济作物和棉纺织工业原料，种植历史悠久，自 1978 年以来，我国棉花种植面积和产量均位于植棉大国的前列，同时也是世界上最大的棉花消费大国。但进入新世纪以来，国内棉花出现产不足需，呈现出供不应求的局面，棉花的种植面积从2001年的481万公顷到2023年的278万公顷，其经历了起伏变化。随着农业现代化的不断推进，棉花种植技术也在不断更新换代。传统的棉花种植方式多为直播或手工移栽，但这些方式存在劳动强度大、效率低、移栽质量不稳定等问题，已无法满足现代农业生产对高效、精准、节本的需求。

二、国内外研究现状

我国在上世纪50年代才开始涉及移栽机的研究，开始主要是对红薯幼苗和棉花幼苗这两种易成活和易移栽的农作物进行探究发展。到了上世纪70年代之后，我国才开始对单一的无根棉花秧苗的移栽进行研究，当时主要移栽的研究对象是甜棉花秧苗。自上世纪80年代，实验研发出了需要人操作的蔬菜半自动移栽机，在这个时间段，也有买国外先进的移栽机作为国内移栽农业使用，但因为国内没有与这些移栽机相配合的辅助工具和还未成熟的移栽市场，使得该计划没能得到广泛的应用。我国已经在很多大面积栽植作物上采用棉花秧苗移栽机器，移栽机器的前景市场也很可观。

外国的农业机械的发展比我国快很多，早在上世纪20年代，欧美国家已经对用手投苗的棉花秧苗移栽器械有了一定研究，并开始具体用于种植使用。到了上世纪四十年代左右，欧美发达国家开始通过移栽机器将用手投苗的笨拙费力的种植方式淘汰，让农业生产中的移栽生产变得更加机械化。到了上世纪50年代的时候，欧美国家已经开始研究如何让生产更加省力和高效的半自动移栽机器。到了80年代，半自动移栽机器技术已经很成熟了，有着较为完善的培育幼苗、移取幼苗、移栽幼苗等多步骤的体系，同时大量用于种植业的实际生产。

三、棉花秧苗移栽机总体设计

本文主要进行棉花秧苗移栽机总体结构设计，通过明确棉花秧苗移栽机总体设计思路，给出棉花秧苗移栽机总体结构图，由此进行棉花秧苗移栽机执行机构、自由度、驱动机构设计。

1 总体设计思路

一个移栽机的总体设计过程是很繁杂的，但根据前人的探讨研究，移栽机的总体设计共有系统设计和技术设计，将这两部分的工作做好，会为移栽机的具体设计减少大量的时间。系统设计是在对移栽机设计前，进行必要的棉花秧苗移栽机的了解，

2 总体结构设计

本课题设计的棉花秧苗移栽机总体结构见图1。该棉花秧苗移栽机工作原理如下：当需要进行土壤中的棉花秧苗移栽时，驱动轮（1）在伺服电机（2）的驱动下，到达棉花秧苗培养地；通过摄像头（5）进行拍摄图片，并通过处理器分析出手爪与棉花秧苗位置的距离，经过舵机（6）、舵机（8）、电缸（10）、舵机（12）分别作用机身（7）、机身（9）、大臂（11）、小臂（13），使手爪（19）到达棉花秧苗的正上方；电缸（17）向下移动，使手爪（19）张开，移动电缸（14）带动小臂（15）及手爪（19）深入土中30mm，手爪（18）闭合后；移动电缸（14）带动小臂（15）、手爪（18）和棉花秧苗移出土，完成挖去工作。之后，驱动轮（1）在伺服电机（2）的驱动下，使移栽机到达指定移栽目的地，移动电缸（14）带动小臂（15）、手爪（19）和棉花秧苗深入土中30mm，电缸（17）向上移动，使手爪（18）张开，移动电缸（14）带动小臂（15）及手爪（18）移出土壤，即完成移栽任务。

图1 总体结构图

四、棉花秧苗移栽机关键部件设计

机械结构的设计是关系到一个移栽机是否能搭建起来的基石，一个好的机械结构的影响参数包含了尺寸的计算，力的分析以及所需完成的任务。机械系统设计主要有机身与底部设计，臂部设计，手爪执行机构设计和行走机构设计几个方面。以底座作为基础，确定机身尺寸；再以机身的尺寸和运动方式，构建出臂部的外形结构；手爪需要结合工作方式进行设计，以结构的可行性和取苗的安全性为主；而行走机构需要考虑工作环境和移栽要求，在不影响正常驱动下，选择更经济和高效的行走方式；最后完成棉花秧苗移栽机总体装配和三维结构图设计，保证机械结构符合移栽机的设计要求。

五、结论

本次主要围绕棉花秧苗移栽机结构功能单一、通用性较差；缺乏完善、科学的标准和评价的方法；移栽成本较高，作业稳定性、可靠性差等一系列实际问题，在大量查阅相关资料和蔬菜移栽农艺知识及要求的基础上展开了深入研究。全自动化的设计使棉花秧苗移栽机的操作人员劳动强度减小、移栽时间减少、不损伤幼苗；该棉花秧苗移栽机具结构紧凑新颖，降低了生产成本，具有很好的适用性，可栽种不同蔬菜类作物，初步实现了机具的使用价值最大化。

参考文献：

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[3]胡建平,王瑞丽,王帅.基于PLC的棉花移栽机控制系统设计[J].农业机械学报,2021,52(S1):37-43.

[4]杨明,张小超,李艳聪.基于ADAMS的棉花移栽机运动学分析[J].农业机械学报,2020,51(S1):37-43.

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山东协和学院2024届毕业设计