CN103907435B - 一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构。现有植苗机构不能保证钵苗的直立度。本发明的中心轴两端对称设有两个正弦非圆齿轮行星系传动装置，每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的两端分别设有一个鸭嘴式栽植嘴；行星架随移栽机前进，主仓斗底部边沿的中点形成植苗轨迹；植苗轨迹包括接苗段、运苗段、植苗段和回复段；植苗段包括入穴段和出穴段；接苗段的底端与运苗段的顶端连接，运苗段的底端与入穴段的顶端连接，入穴段的底端与出穴段的底端连接，出穴段的顶端与回复段的底端连接；出穴段沿水平方向的投影为0～4mm，沿竖直方向的投影为40～60mm。本发明能保证钵苗移栽后的直立度，且不会回带和损伤钵苗。

Description

一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，涉及植苗机构，具体涉及一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构。

背景技术

移栽是作物种植的发展趋势之一，移栽具有对气候的补偿作用和使用生育提早的综合效益，可充分利用光热资源，其经济效益和社会效益非常可观。由于人工移栽的成本较大，实现移栽作业机械化成为我国农业生产急需解决的一个问题。

目前由行星轮系驱动的旋转鸭嘴式植苗机构的栽植嘴轨迹为摆线类轨迹，其作业时在垄面下形成的穴口大，从而不能保证钵苗的直立度；而由多杆机构驱动的往复鸭嘴式植苗机构外形尺寸大，结构不够紧凑，移栽作业时惯性力较大；还有一些植苗机构，如钳夹式移栽机栽植机构、链夹式移栽机栽植机构等植苗机构，作业时会出现漏栽现象，秧夹有时易伤钵苗。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构，满足钵苗移栽时栽植嘴的轨迹和姿态：植苗时栽植嘴姿态是竖直的，以保证钵苗移栽后的直立度；植苗后栽植嘴开始退出穴口至钵苗高度过程中动轨迹不前倾，以免回带和损伤钵苗；植苗后形成的穴口与移栽机前进方向一致的穴口壁面尽量与垄面垂直、穴口底部水平，这样钵苗在覆土镇压轮的作用下会靠到与垄面垂直的壁面，不会被推到。

本发明包括中心轴、正弦非圆齿轮行星系传动装置和鸭嘴式栽植嘴；所述的中心轴通过两个轴承分别支承在两个法兰上；两个法兰对称设置在底座的两侧，且均与底座固定；链轮设置在底座内，且与中心轴通过键连接；所述中心轴的两端对称设有两个正弦非圆齿轮行星系传动装置，每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的两端分别设有一个鸭嘴式栽植嘴。

所述的正弦非圆齿轮行星系传动装置包括行星架、变性正弦非圆太阳齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一变性正弦中间非圆齿轮、第二变性正弦中间非圆齿轮、第三变性正弦中间非圆齿轮、第四变性正弦中间非圆齿轮、第一行星轴、第二行星轴、第一行星变性正弦非圆齿轮和第二行星变性正弦非圆齿轮。所述行星架的中心处与花键套固定,花键套与中心轴通过花键连接；所述的变性正弦非圆太阳齿轮空套在中心轴上，并与法兰固定。所述的第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架通过轴承连接；所述的第一变性正弦中间非圆齿轮与第二变性正弦中间非圆齿轮均固定在第一中间轴上，第三变性正弦中间非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮均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行星架两端；第一行星轴和第二行星轴的一端均与行星架通过轴承连接，另一端均伸出行星架外；所述的第一行星变性正弦非圆齿轮固定在第一行星轴上，第二行星变性正弦非圆齿轮固定在第二行星轴上。所述的变性正弦非圆太阳齿轮同时与第一变性正弦中间非圆齿轮及第三变性正弦中间非圆齿轮啮合；所述的第二变性正弦中间非圆齿轮与第一行星变性正弦非圆齿轮啮合，第四变性正弦中间非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮啮合。

所述的鸭嘴式栽植嘴包括栽植嘴连接板、旋转压板、主仓斗、辅仓斗、滚子安装架、接苗斗、压板作用轴、弹簧、端面凸轮和滚子；每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的行星架两端分别与一个鸭嘴式栽植嘴的端面凸轮固定，第一行星轴和第二行星轴伸出行星架外的一端，分别与一块栽植嘴连接板通过弹性销固定，中部分别与对应的端面凸轮通过轴承连接；所述的每个鸭嘴式栽植嘴中，栽植嘴连接板与接苗斗固定；所述的主仓斗和辅仓斗对称设置在接苗斗底部，且均与接苗斗通过销轴铰接；所述的压板作用轴通过螺栓固定在辅仓斗顶部；所述的旋转压板固定在主仓斗顶部，旋转压板位于主仓斗与辅仓斗的接触面处开设有弧形槽口，压板作用轴嵌入弧形槽口内；所述主仓斗与辅仓斗的中部通过弹簧连接；所述滚子安装架的底部固定在主仓斗上，顶部与滚子铰接，所述的滚子与端面凸轮通过凸轮副连接。

所述的行星架随中心轴转动，且随移栽机前进，主仓斗底部边沿的中点形成植苗轨迹；所述的植苗轨迹包括接苗段、运苗段、植苗段和回复段；所述的植苗段包括入穴段和出穴段；所述接苗段的底端与运苗段的顶端连接，运苗段的底端与入穴段的顶端连接，入穴段的底端与出穴段的底端连接，出穴段的顶端与回复段的底端连接；所述的出穴段沿水平方向的投影为0～4mm，沿竖直方向的投影为40～60mm。

所述的第一变性正弦中间非圆齿轮与第三变性正弦中间非圆齿轮的结构相同，第二变性正弦中间非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮的结构相同，第一行星变性正弦非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮的结构相同。

所述的植苗轨迹建模如下：

以变性正弦非圆太阳齿轮的端面为平面建立坐标系XOY，计算主仓斗底部边沿的中点的运动方程，其中水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。

变性正弦非圆太阳齿轮的坐标方程

$y_9=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{91}\sin \left(b_{91}{x}_{92}\right)& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ A_{92}\sin (b_{92}{x}_{92}+c_{92})& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，参数 $b_{91}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9{m}_{91}},b_{92}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9(1-m_{91})},c_{92}=\frac{1-{2m}_{91}}{1-m_{91}},A_{91}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{91}},A_{92}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{92}},$ 参数γ的取值范围为0～45°；l₉为正弦曲线y₉的周期，取值为m₉₁为变性正弦非圆太阳齿轮的变性系数，取值范围为0～1。

变性正弦非圆太阳齿轮9相对行星架的转角为

其中，参数θ₉＝45°；

变性正弦非圆太阳齿轮相对转角的向径方程为

$r_9=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a(\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right))}{1+{\tan \mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right)}& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a\left({\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A}_{92}{b}_{92}\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92})\right)}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{92}{b}_{92}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，a为变性正弦非圆太阳齿轮与第三变性正弦中间非圆齿轮的中心距，取值范围为60～70mm。

第三变性正弦中间非圆齿轮相对行星架的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮相对行星架的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮相对转角的向径方程为

$r_7=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a_{71}(\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right))}{1+{\tan \mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right)}& (0\&le;b_{71}{x}_{72}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a_{71}\left({\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A}_{72}{b}_{72}\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72})\right)}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{72}{b}_{72}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{72}{x}_{72}+c_{72}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，参数θ₇＝45°， $b_{71}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7{m}_{71}},b_{72}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7(1-m_{71})},c_{72}=\frac{1-{2m}_{71}}{1-m_{71}},A_{71}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{71}},$ m₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮的变性系数，取值范围为0～1；l₇为第二行星变性正弦非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮的转角关系正弦曲线周期，取值为a₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮的中心距，取值范围为60～70mm。

第二行星变性正弦非圆齿轮相对行星架的转角

第二行星变性正弦非圆齿轮的转动中心点的运动方程为

其中，为行星架的中间齿轮安装臂与X轴的初始夹角，取值范围为0～180°；β为行星架的行星齿轮安装臂与中间齿轮安装臂的夹角，取值范围为0～30°。

主仓斗底部边沿的中点J的运动方程为：

其中，h为第二行星变性正弦非圆齿轮的转动中心点到主仓斗底部边沿的距离，取值范围为150～170mm。

本发明安装在移栽机上时，随移栽机的前进，主仓斗底部边沿的中点的运动方程为

其中，H为预先设定的移栽株距，取值范围为350～450mm。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明采用二级正弦非圆齿轮行星系驱动鸭嘴式的栽植嘴，满足钵苗移栽时栽植嘴的轨迹和姿态：植苗时栽植嘴姿态是竖直的，以保证钵苗移栽后的直立度；植苗后栽植嘴开始退出穴口至钵苗高度过程中动轨迹不前倾，以免回带和损伤钵苗；植苗后形成的穴口与移栽机前进方向一致的穴口壁面与垄面垂直、穴口底部水平，钵苗在覆土镇压轮的作用下会靠到与垄面垂直的壁面，不会被推到。

2、本发明采用二级正弦非圆齿轮行星系驱动的鸭嘴式植苗机构，在同样移栽频率的情况下，与由多杆机构驱动的往复鸭嘴式植苗机构相比外形尺寸小，结构紧凑，移栽作业时惯性力小。

3、本发明采用二级正弦非圆齿轮行星系驱动的鸭嘴式植苗机构，行星架旋转一周，植苗两次，植苗效率高，株距稳定。

4、本发明采用的新型鸭嘴式栽植嘴，结构轻巧。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为本发明中正弦非圆齿轮行星系传动装置的示意图；

图3为本发明中鸭嘴式栽植嘴的侧视图；

图4为本发明中鸭嘴式栽植嘴的正面示意图；

图5为本发明的机构运动简图；

图6为本发明随移栽机前进时的运动轨迹及植苗后的穴口示意图；

图7为本发明的植苗轨迹示意图。

图中：1、第二行星变性正弦非圆齿轮，2、端面凸轮，3、第二行星轴，4、栽植嘴连接板，5、鸭嘴式栽植嘴，6、第三变性正弦中间非圆齿轮，7、第四变性正弦中间非圆齿轮，8、第二中间轴，9、变性正弦非圆太阳齿轮，10、花键套，11、行星架，11-1、中间齿轮安装臂，11-2、行星齿轮安装臂，12、第一行星变性正弦非圆齿轮，13、第一行星轴，14、第二变性正弦中间非圆齿轮，15、第一变性正弦中间非圆齿轮，16、第一中间轴，17、法兰，18、底座，19、链轮，20、中心轴，21、旋转压板，21-1、弧形槽口，22、主仓斗，23、滚子，24、滚子安装架，25、销轴，26、压板作用轴，27、弹簧，28、辅仓斗，29、接苗斗，30、植苗轨迹，30-1、接苗段，30-2、运苗段，30-3、植苗段，30-3-1、入穴段，30-3-2、出穴段，30-4、回复段，31、垄面，32穴口。

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，一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构，包括中心轴20、正弦非圆齿轮行星系传动装置和鸭嘴式栽植嘴5；中心轴20通过两个轴承分别支承在两个法兰17上；两个法兰17对称设置在底座18的两侧，且均与底座18通过螺栓固定；链轮19设置在底座18内，且与中心轴20通过键连接；中心轴20的两端对称设有两个正弦非圆齿轮行星系传动装置，每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的两端分别设有一个鸭嘴式栽植嘴5。

正弦非圆齿轮行星系传动装置包括行星架11、变性正弦非圆太阳齿轮9、第一中间轴16、第二中间轴8、第一变性正弦中间非圆齿轮15、第二变性正弦中间非圆齿轮14、第三变性正弦中间非圆齿轮6、第四变性正弦中间非圆齿轮7、第一行星轴13、第二行星轴3、第一行星变性正弦非圆齿轮12和第二行星变性正弦非圆齿轮1。行星架11的中心处与花键套10通过螺栓固定,花键套10与中心轴20通过花键连接；变性正弦非圆太阳齿轮9空套在中心轴20上，并通过螺栓与法兰17固定。第一中间轴16和第二中间轴8对称设置在中心轴20两侧，且均与行星架11通过轴承连接；第一变性正弦中间非圆齿轮15与第二变性正弦中间非圆齿轮14均固定在第一中间轴16上，第三变性正弦中间非圆齿轮6与第四变性正弦中间非圆齿轮7均固定在第二中间轴8上。第一行星轴13和第二行星轴3对称设置在行星架11两端；第一行星轴13和第二行星轴3的一端均与行星架11通过轴承连接，另一端均伸出行星架11外；第一行星变性正弦非圆齿轮12固定在第一行星轴13上，第二行星变性正弦非圆齿轮1固定在第二行星轴3上。变性正弦非圆太阳齿轮9同时与第一变性正弦中间非圆齿轮15及第三变性正弦中间非圆齿轮6啮合；第二变性正弦中间非圆齿轮14与第一行星变性正弦非圆齿轮12啮合，第四变性正弦中间非圆齿轮7与第二行星变性正弦非圆齿轮1啮合。第一变性正弦中间非圆齿轮15与第三变性正弦中间非圆齿轮6的结构相同，第二变性正弦中间非圆齿轮14与第四变性正弦中间非圆齿轮7的结构相同，第一行星变性正弦非圆齿轮12与第二行星变性正弦非圆齿轮1的结构相同。

如图3和4所示，鸭嘴式栽植嘴5包括栽植嘴连接板4、旋转压板21、主仓斗22、辅仓斗28、滚子安装架24、接苗斗29、压板作用轴26、弹簧27、端面凸轮2和滚子23；每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的行星架11两端分别与一个鸭嘴式栽植嘴的端面凸轮2通过螺栓固定，第一行星轴13和第二行星轴3伸出行星架11外的一端，分别与一块栽植嘴连接板4通过弹性销固定，中部分别与对应的端面凸轮2通过轴承连接；每个鸭嘴式栽植嘴中，栽植嘴连接板4与接苗斗29通过螺栓固定；主仓斗22和辅仓斗28对称设置在接苗斗29底部，且均与接苗斗29通过销轴25铰接；压板作用轴26通过螺栓固定在辅仓斗28顶部；旋转压板21通过螺栓固定在主仓斗22顶部，旋转压板21位于主仓斗22与辅仓斗28的接触面处开设有弧形槽口21-1，压板作用轴26嵌入弧形槽口21-1内；主仓斗22与辅仓斗28的中部通过弹簧27连接；滚子安装架24的底部通过螺栓固定在主仓斗22上，顶部与滚子23铰接，滚子23与端面凸轮2通过凸轮副连接。

如图5所示，以变性正弦非圆太阳齿轮9的端面为平面建立坐标系XOY，计算主仓斗22底部边沿的中点J的运动方程，其中水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。

变性正弦非圆太阳齿轮9的坐标方程

$y_9=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{91}\sin \left(b_{91}{x}_{92}\right)& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ A_{92}\sin (b_{92}{x}_{92}+c_{92})& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.---\left(1\right)$

式（1）中，参数 $b_{91}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9{m}_{91}},b_{92}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9(1-m_{91})},c_{92}=\frac{1-{2m}_{91}}{1-m_{91}},A_{91}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{91}},$ 参数γ的取值为30°；l₉为正弦曲线y₉的周期，取值为m₉₁为变性正弦非圆太阳齿轮9的变性系数，取值为0.8。

变性正弦非圆太阳齿轮9相对行星架11的转角为

式（2）中，参数θ9＝45°；

变性正弦非圆太阳齿轮9相对转角的向径方程为

$r_9=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a(\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right))}{1+{\tan \mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right)}& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a\left({\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A}_{92}{b}_{92}\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92})\right)}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{92}{b}_{92}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.---\left(3\right)$

式（3）中，a为变性正弦非圆太阳齿轮9与第三变性正弦中间非圆齿轮6的中心距，取值为62mm。

第三变性正弦中间非圆齿轮6相对行星架11的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮7相对行星架11的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮7相对转角的向径方程为

$r_7=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a_{71}(\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right))}{1+{\tan \mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right)}& (0\&le;b_{71}{x}_{72}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a_{71}\left({\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A}_{72}{b}_{72}\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72})\right)}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{72}{b}_{72}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{72}{x}_{72}+c_{72}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.---\left(5\right)$

式（5）中，参数θ₇＝45°， $b_{71}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7{m}_{71}},b_{72}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7(1-m_{71})},c_{72}=\frac{1-{2m}_{71}}{1-m_{71}},A_{71}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{71}},$ m₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮7的变性系数，取值为0.8；l₇为第二行星变性正弦非圆齿轮1与第四变性正弦中间非圆齿轮7的转角关系正弦曲线周期，取值为a₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮7与第二行星变性正弦非圆齿轮1的中心距，取值为62mm。

第二行星变性正弦非圆齿轮1相对行星架11的转角

第二行星变性正弦非圆齿轮1的转动中心点B的运动方程为

式(7)中，为行星架的中间齿轮安装臂11-1与X轴的初始夹角，取值为80°；β为行星架的行星齿轮安装臂11-2与中间齿轮安装臂11-1的夹角，取值为15°。

主仓斗22底部边沿的中点J的运动方程为：

式(8)中，h为第二行星变性正弦非圆齿轮1的转动中心点B到主仓斗22底部边沿的距离，取值为160mm。

该高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构安装在移栽机上时，随移栽机的前进，主仓斗22底部边沿的中点J的运动方程为

式(9)中，H为预先设定的移栽株距，取值为400mm。

如图6和7所示，行星架11随中心轴20的转动而转动，且随移栽机前进，主仓斗22底部边沿的中点J形成植苗轨迹30；植苗轨迹包括接苗段30-1、运苗段30-2、植苗段30-3和回复段30-4；植苗段30-3包括入穴段30-3-1和出穴段30-3-2；接苗段30-1的底端与运苗段30-2的顶端连接，运苗段30-2的底端与入穴段30-3-1的顶端连接，入穴段30-3-1的底端与出穴段30-3-2的底端连接，出穴段30-3-2的顶端与回复段30-4的底端连接；出穴段30-3-2沿水平方向的投影为2mm，沿竖直方向的投影为50mm。

该高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构工作原理：

动力经由中心轴20传给行星架11，带动行星架11转动。变性正弦非圆太阳齿轮9同时与第一变性正弦中间非圆齿轮15及第三变性正弦中间非圆齿轮6啮合，带动第一中间轴16和第二中间轴8转动；第二变性正弦中间非圆齿轮14与第一行星变性正弦非圆齿轮12啮合，带动第一行星轴13转动，第四变性正弦中间非圆齿轮7与第二行星变性正弦非圆齿轮1啮合，带动第二行星轴3转动，第一行星轴13和第二行星轴3分别带动鸭嘴式栽植嘴5相对行星架11周期转动。

鸭嘴式栽植嘴5的滚子23相对端面凸轮2周期转动，当鸭嘴式栽植嘴5运行至接苗位置时，滚子23始终在端面凸轮2的静休止段，主仓斗22和辅仓斗28闭合；当鸭嘴式栽植嘴5运行至植苗位置时，滚子23进入端面凸轮2的推程段，进而主仓斗22绕销轴25逆时针旋转，辅仓斗28由于压板作用轴26的受力而绕销轴25旋转，主仓斗22和辅仓斗28相互张开，实现植苗。随移栽机的前进，主仓斗22和辅仓斗28在土壤上挖出穴口32，图6所示为本实施例的参数下得出的穴口形状，挖出的穴口底部水平，穴口与机器前进方向一致的壁面与垄面31垂直，保证钵苗的直立性，满足钵苗移栽农艺要求；图7所示为本实施例的参数下，随移栽机前进，主仓斗22底部边沿的中点J形成的植苗轨迹30，出穴段30-3-2沿水平方向的投影为2mm，沿竖直方向的投影为50mm，保证鸭嘴式栽植嘴5植苗后退出垄面31时不会回带和损伤钵苗。植苗后，滚子23进入端面凸轮2的回程段，主仓斗22和辅仓斗28通过弹簧27的作用闭合，完成钵苗移栽的接苗、运苗、植苗和回复整个周期的动作，实现钵苗移栽的机械化接苗、植苗。

Claims (3)

1.一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构，包括中心轴、正弦非圆齿轮行星系传动装置和鸭嘴式栽植嘴，其特征在于：

所述的中心轴通过两个轴承分别支承在两个法兰上；两个法兰对称设置在底座的两侧，且均与底座固定；链轮设置在底座内，且与中心轴通过键连接；所述中心轴的两端对称设有两个正弦非圆齿轮行星系传动装置，每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的两端分别设有一个鸭嘴式栽植嘴；

所述的正弦非圆齿轮行星系传动装置包括行星架、变性正弦非圆太阳齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一变性正弦中间非圆齿轮、第二变性正弦中间非圆齿轮、第三变性正弦中间非圆齿轮、第四变性正弦中间非圆齿轮、第一行星轴、第二行星轴、第一行星变性正弦非圆齿轮和第二行星变性正弦非圆齿轮；所述行星架的中心处与花键套固定,花键套与中心轴通过花键连接；所述的变性正弦非圆太阳齿轮空套在中心轴上，并与法兰固定；所述的第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均与行星架通过轴承连接；所述的第一变性正弦中间非圆齿轮与第二变性正弦中间非圆齿轮均固定在第一中间轴上，第三变性正弦中间非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮均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行星架两端；第一行星轴和第二行星轴的一端均与行星架通过轴承连接，另一端均伸出行星架外；所述的第一行星变性正弦非圆齿轮固定在第一行星轴上，第二行星变性正弦非圆齿轮固定在第二行星轴上；所述的变性正弦非圆太阳齿轮同时与第一变性正弦中间非圆齿轮及第三变性正弦中间非圆齿轮啮合；所述的第二变性正弦中间非圆齿轮与第一行星变性正弦非圆齿轮啮合，第四变性正弦中间非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮啮合；

所述的鸭嘴式栽植嘴包括栽植嘴连接板、旋转压板、主仓斗、辅仓斗、滚子安装架、接苗斗、压板作用轴、弹簧、端面凸轮和滚子；每个正弦非圆齿轮行星系传动装置的行星架两端分别与一个鸭嘴式栽植嘴的端面凸轮固定，第一行星轴和第二行星轴伸出行星架外的一端，分别与一块栽植嘴连接板通过弹性销固定，中部分别与对应的端面凸轮通过轴承连接；所述的每个鸭嘴式栽植嘴中，栽植嘴连接板与接苗斗固定；所述的主仓斗和辅仓斗对称设置在接苗斗底部，且均与接苗斗通过销轴铰接；所述的压板作用轴通过螺栓固定在辅仓斗顶部；所述的旋转压板固定在主仓斗顶部，旋转压板位于主仓斗与辅仓斗的接触面处开设有弧形槽口，压板作用轴嵌入弧形槽口内；所述主仓斗与辅仓斗的中部通过弹簧连接；所述滚子安装架的底部固定在主仓斗上，顶部与滚子铰接，所述的滚子与端面凸轮通过凸轮副连接；

所述的行星架随中心轴转动，且随移栽机前进，主仓斗底部边沿的中点形成植苗轨迹；所述的植苗轨迹包括接苗段、运苗段、植苗段和回复段；所述的植苗段包括入穴段和出穴段；所述接苗段的底端与运苗段的顶端连接，运苗段的底端与入穴段的顶端连接，入穴段的底端与出穴段的底端连接，出穴段的顶端与回复段的底端连接；所述的出穴段沿水平方向的投影为0～4mm，沿竖直方向的投影为40～60mm。

2.根据权利要求1所述的一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构，其特征在于：所述的第一变性正弦中间非圆齿轮与第三变性正弦中间非圆齿轮的结构相同，第二变性正弦中间非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮的结构相同，第一行星变性正弦非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮的结构相同。

3.根据权利要求1所述的一种高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构，其特征在于：所述的植苗轨迹建模如下：

以变性正弦非圆太阳齿轮的端面为平面建立坐标系XOY，计算主仓斗底部边沿的中点的运动方程，其中水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；

变性正弦非圆太阳齿轮的坐标方程

$y_9=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{91}\sin \left(b_{91}{x}_{92}\right)& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ A_{92}\sin (b_{92}{x}_{92}+c_{92})& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，参数 $b_{91}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9{m}_{91}},b_{92}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_9(1-m_{91})},c_{92}=\frac{1-2m_{91}}{1-m_{91}},A_{91}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{91}},A_{92}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{92}},$ 参数γ的取值范围为0～45°；l₉为正弦曲线y₉的周期，取值为m₉₁为变性正弦非圆太阳齿轮的变性系数，取值范围为0～1；

变性正弦非圆太阳齿轮相对行星架的转角为

其中，参数θ₉＝45°；

变性正弦非圆太阳齿轮相对转角的向径方程为

$r_9=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a(\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right))}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{91}{b}_{91}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos \left(b_{91}{x}_{92}\right)}& (0\&le;b_{91}{x}_{92}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a(\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{92}{b}_{92}\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92}))}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_9+A_{92}{b}_{92}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_9)\cos (b_{92}{x}_{92}+c_{92})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{92}{x}_{92}+c_{92}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，a为变性正弦非圆太阳齿轮与第三变性正弦中间非圆齿轮的中心距，取值范围为60～70mm；

第三变性正弦中间非圆齿轮相对行星架的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮相对行星架的转角

第四变性正弦中间非圆齿轮相对转角的向径方程为

$r_7=\left\{\begin{array}{cc}\frac{a_{71}(\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right))}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{71}{b}_{71}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos \left(b_{71}{x}_{72}\right)}& (0\&le;b_{71}{x}_{72}<\mathrm{\&pi;})\\ \frac{a_{71}(\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{72}{b}_{72}\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72}))}{1+\tan {\mathrm{\&theta;}}_7+A_{72}{b}_{72}(1-\tan {\mathrm{\&theta;}}_7)\cos (b_{72}{x}_{72}+c_{72})}& (\mathrm{\&pi;}\&le;b_{72}{x}_{72}+c_{72}<2\mathrm{\&pi;})\end{array}\right.$

其中，参数θ₇＝45°， $b_{71}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7{m}_{71}},b_{72}=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{l_7(1-m_{71})},c_{72}=\frac{1-2m_{71}}{1-m_{71}},A_{71}=\frac{\tan \mathrm{\&gamma;}}{b_{71}},$ m₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮的变性系数，取值范围为0～1；l₇为第二行星变性正弦非圆齿轮与第四变性正弦中间非圆齿轮的转角关系正弦曲线周期，取值为a₇₁为第四变性正弦中间非圆齿轮与第二行星变性正弦非圆齿轮的中心距，取值范围为60～70mm；

第二行星变性正弦非圆齿轮相对行星架的转角

第二行星变性正弦非圆齿轮的转动中心点的运动方程为

其中，为行星架的中间齿轮安装臂与X轴的初始夹角，取值范围为0～180°；β为行星架的行星齿轮安装臂与中间齿轮安装臂的夹角，取值范围为0～30°；

主仓斗底部边沿的中点J的运动方程为：

其中，h为第二行星变性正弦非圆齿轮的转动中心点到主仓斗底部边沿的距离，取值范围为150～170mm；

该高直立度的二级正弦非圆齿轮行星系鸭嘴式植苗机构安装在移栽机上时，随移栽机的前进，主仓斗底部边沿的中点的运动方程为

其中，H为预先设定的移栽株距，取值范围为350～450mm。