本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，涉及高速水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)，具體涉及一種二自由度輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，水稻插秧機(jī)品種多樣，但無(wú)論是寬窄行插秧還是等行距插秧，移栽機(jī)構(gòu)所取的秧苗都為毯狀苗，容易傷根。而缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)所取的秧苗為缽苗，缽與缽之間的苗不存在盤根現(xiàn)象，所以在取苗過(guò)程不存在傷根問(wèn)題，相比毯狀苗插秧具有更加短的返青周期，這對(duì)提高水稻產(chǎn)量具有重大意義。

水稻寬窄行種植是指水稻秧苗植株行間距實(shí)行一寬一窄的種植方式，這種種植方式利用作物邊際優(yōu)勢(shì)的增產(chǎn)原理，通過(guò)調(diào)整秧苗的行間距，改善植株間通風(fēng)、透光度，減輕病蟲害，從而達(dá)到水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。

寬窄行移栽機(jī)構(gòu)是在不改變現(xiàn)有缽苗移栽機(jī)秧箱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)秧苗寬窄行不等行距種植的部件。公開號(hào)為TN102640604M的專利申請(qǐng)公開了一種高速插秧機(jī)非圓齒輪寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，雖然該專利申請(qǐng)中提到了第一級(jí)斜齒輪和第二級(jí)非圓齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)寬窄行插秧，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律在一定程度上滿足了移栽機(jī)構(gòu)秧針的取秧、插秧軌跡和姿態(tài)，但其功能僅限于插秧機(jī)的“腰子形”軌跡或“海豚形”軌跡，并不能形成缽苗移栽所需要的“8字形”空間復(fù)雜軌跡，即該專利所提出的機(jī)構(gòu)僅能應(yīng)用于插秧機(jī)，并不能滿足水稻缽苗寬窄行移栽的要求。

公開號(hào)為CN103004346A的專利公開了一種非圓錐齒輪缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，該專利中提出的直齒輪、斜齒輪和非圓齒輪的組合形式機(jī)構(gòu)的取秧動(dòng)作為“夾土”，即在取秧過(guò)程中夾片夾持的是缽苗的缽?fù)?；該機(jī)構(gòu)的移栽軌跡為帶有尖嘴的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，在高速作業(yè)時(shí)會(huì)有較大的沖擊振動(dòng)，可靠性不高。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310318352.7的專利申請(qǐng)公開了一種七非圓錐錐齒輪行星輪系缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的核心部件為七非圓錐錐齒輪的行星輪系，其取苗爪可以實(shí)現(xiàn)“8字形”的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，但是該機(jī)構(gòu)的“8字形”移栽軌跡在取秧段有較大的橫向偏移量，即取秧爪在取秧的同時(shí)又橫向偏移的動(dòng)作，與秧箱的左右送秧動(dòng)作相互干擾，造成取秧不準(zhǔn)確，取秧成功率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于高速水稻缽苗移栽機(jī)的二自由度輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括傳動(dòng)箱、主傳動(dòng)軸、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、副傳動(dòng)軸、主動(dòng)鏈輪、中心軸、鏈條、中心鏈輪、二自由度輪系、上移栽臂和下移栽臂；所述的主傳動(dòng)軸、副傳動(dòng)軸和中心軸均通過(guò)軸承支承在傳動(dòng)箱上，主動(dòng)錐齒輪固定在主傳動(dòng)軸上，從動(dòng)錐齒輪和主動(dòng)鏈輪均固定在副傳動(dòng)軸上；所述的從動(dòng)錐齒輪與主動(dòng)錐齒輪嚙合；中心鏈輪固定在中心軸上，并與主動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈條連接；兩個(gè)二自由度輪系對(duì)稱設(shè)置在中心軸的兩端。

所述的二自由度輪系包括差速主動(dòng)齒輪、差速?gòu)膭?dòng)齒輪、齒輪箱、中心非圓齒輪、上中間非圓齒輪、上中間斜齒輪、上行星斜齒輪、下中間非圓齒輪、下中間斜齒輪和下行星斜齒輪，以及通過(guò)軸承支承在齒輪箱內(nèi)的上中間軸、上行星軸、下中間軸和下行星軸；所述的差速主動(dòng)齒輪固定在副傳動(dòng)軸上；差速?gòu)膭?dòng)齒輪空套在中心軸上，并與差速主動(dòng)齒輪嚙合；齒輪箱與中心軸伸出傳動(dòng)箱外的端部通過(guò)銷釘固定；所述的中心非圓齒輪通過(guò)牙嵌與差速?gòu)膭?dòng)齒輪固定；上中間非圓齒輪和上中間斜齒輪均固定在上中間軸上；上中間非圓齒輪與中心非圓齒輪嚙合；上行星斜齒輪固定在上行星軸上，并與上中間斜齒輪嚙合；下中間非圓齒輪和下中間斜齒輪均固定在下中間軸上；下中間非圓齒輪與中心非圓齒輪嚙合；下行星斜齒輪固定在下行星軸上，并與下中間斜齒輪嚙合。

所述上移栽臂的移栽臂殼體與上行星軸伸出齒輪箱外的一端固定，下移栽臂的移栽臂殼體與下行星軸伸出齒輪箱外的一端固定，上移栽臂和下移栽臂設(shè)置在齒輪箱的同一側(cè)；上移栽臂和下移栽臂的凸輪均與齒輪箱固定；上移栽臂和下移栽臂的結(jié)構(gòu)相同。

所述上中間非圓齒輪與下中間非圓齒輪的幾何參數(shù)完全相同，上中間斜齒輪與下中間斜齒輪的幾何參數(shù)完全相同，上行星斜齒輪與下行星斜齒輪的幾何參數(shù)完全相同；所述上行星斜齒輪的齒數(shù)為上中間斜齒輪齒數(shù)的2倍，下行星斜齒輪的齒數(shù)為下中間斜齒輪齒數(shù)的2倍。

所述主動(dòng)鏈輪和中心鏈輪的傳動(dòng)比為1。

所述的差速主動(dòng)齒輪和差速?gòu)膭?dòng)齒輪均為圓齒輪，且傳動(dòng)比為1，或?yàn)橄嗷Ш系姆菆A齒輪。

所述的上中間軸和下中間軸對(duì)稱設(shè)置在中心軸兩側(cè)；所述的上行星軸和下行星軸對(duì)稱設(shè)置在中心軸兩側(cè)，上行星軸與中心軸、下行星軸與中心軸之間的軸交角均為Φ；上中間斜齒輪、上行星斜齒輪、下中間斜齒輪及下行星斜齒輪的螺旋角均為β；Φ＝2β；β根據(jù)寬窄行移栽的行距要求取值。

所述中心非圓齒輪的節(jié)曲線由三次非均勻B樣條曲線擬合而成。

上移栽臂或下移栽臂的取秧夾片尖點(diǎn)所形成的移栽軌跡的取秧段在水平面上的投影為一條直線段。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明解決了交錯(cuò)齒輪-橢圓錐齒輪行星輪系和交錯(cuò)齒輪-非圓齒輪移栽機(jī)構(gòu)僅能應(yīng)用于插秧機(jī)的問(wèn)題，相比于這些分插機(jī)構(gòu)的“腰子形”和“海豚形”移栽軌跡，本發(fā)明的移栽機(jī)構(gòu)可以形成復(fù)雜的空間“8字形”軌跡，以適應(yīng)水稻缽苗移栽的特殊要求。缽苗移栽是比機(jī)插秧更先進(jìn)的農(nóng)藝技術(shù)，在具體的實(shí)施上也更加困難，所以本發(fā)明以簡(jiǎn)單的齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了插秧機(jī)的分插機(jī)構(gòu)所不能實(shí)現(xiàn)的缽苗寬窄行移栽功能，能為水稻的優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)和進(jìn)一步機(jī)械化做出貢獻(xiàn)。

2、本發(fā)明為二自由度的二自由度輪系移栽機(jī)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單自由度行星輪系移栽機(jī)構(gòu)不同，二自由度輪系移栽機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的傳動(dòng)比，同時(shí)，平面非圓齒輪與交錯(cuò)斜齒輪組合的形式，使得移栽機(jī)構(gòu)的行星輪系在具有不等速傳動(dòng)特性的同時(shí)具備空間傳動(dòng)特性，使移栽機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的移栽軌跡；同時(shí)，由于機(jī)構(gòu)靈活的傳動(dòng)比，使得機(jī)構(gòu)只需交錯(cuò)安裝的斜齒輪就能實(shí)現(xiàn)理想的空間軌跡，與公開號(hào)CN103004346A中機(jī)構(gòu)的球面非圓齒輪相比，本發(fā)明的二自由度輪系均為平面齒輪，易于加工且使成本大大降低，更適合應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

3、本發(fā)明解決了申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310318352.7中水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)取秧段偏移量過(guò)大，造成的取秧率低的問(wèn)題，七非圓齒輪移栽機(jī)構(gòu)的移栽臂在取秧時(shí)有一個(gè)橫向偏移的動(dòng)作，與秧箱的左右移動(dòng)相互干涉，在實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)中，取秧成功率很低，而本發(fā)明的差速機(jī)構(gòu)在取秧時(shí)軌跡為一條直線，沒(méi)有橫向偏移量，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)取秧，保證取秧的成功率。

4、本發(fā)明采用；通過(guò)優(yōu)化非圓齒輪的節(jié)曲線參數(shù)和斜齒輪螺旋角，可以得到能實(shí)現(xiàn)水稻缽苗一寬一窄種植的缽苗移栽機(jī)構(gòu)；與專利號(hào)CN201510005090.8和CN201510005883.X中提到的缽苗寬窄行機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)齒輪數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單和緊湊，在降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)提高了機(jī)構(gòu)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明中各個(gè)齒輪的裝配示意圖。

圖3是本發(fā)明中各個(gè)齒輪嚙合狀態(tài)的一側(cè)側(cè)視圖。

圖4是本發(fā)明中各個(gè)齒輪嚙合狀態(tài)的另一側(cè)側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明的下中間斜齒輪與下行星斜齒輪交錯(cuò)嚙合示意圖。

圖6是本發(fā)明的移栽臂剖視圖。

圖7是本發(fā)明的移栽臂俯視圖。

圖8是本發(fā)明的取苗過(guò)程示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)移栽軌跡的俯視圖。

圖10是本發(fā)明作業(yè)時(shí)形成寬窄行移栽的移栽效果示意圖。

圖中：1、傳動(dòng)箱，2、主傳動(dòng)軸，3、主動(dòng)錐齒輪，4、從動(dòng)錐齒輪，5、副傳動(dòng)軸，6、主動(dòng)鏈輪，7、中心軸，8、鏈條，9、中心鏈輪，10、差速?gòu)膭?dòng)齒輪，11、差速主動(dòng)齒輪，12、齒輪箱，13、下行星斜齒輪，14、下移栽臂，15、下中間斜齒輪，16、下中間軸，17、下中間非圓齒輪，18、中心非圓齒輪，19、上中間非圓齒輪，20、上中間軸，21、上中間斜齒輪，22、上移栽臂，23、上行星斜齒輪，24、上行星軸，25、下行星軸，26、凸輪，27、彈簧，28、彈簧座，29、撥叉，30、推秧?xiàng)U，31、移栽臂殼體，32、固定塊，33、取秧夾片，34、U形塊，35、秧箱，36、缽盤，37、缽苗，38、移栽軌跡，39、地面，m、取秧進(jìn)入點(diǎn)，n、取秧點(diǎn)，t、推秧點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，二自由度輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)，包括傳動(dòng)箱1、主傳動(dòng)軸2、主動(dòng)錐齒輪3、從動(dòng)錐齒輪4、副傳動(dòng)軸5、主動(dòng)鏈輪6、中心軸7、鏈條8、中心鏈輪9、二自由度輪系、上移栽臂22和下移栽臂14；主傳動(dòng)軸2、副傳動(dòng)軸5和中心軸7均通過(guò)軸承支承在傳動(dòng)箱1上，主動(dòng)錐齒輪3固定在主傳動(dòng)軸2上，從動(dòng)錐齒輪4和主動(dòng)鏈輪6均固定在副傳動(dòng)軸5上；從動(dòng)錐齒輪4與主動(dòng)錐齒輪3嚙合；中心鏈輪9固定在中心軸7上，并與主動(dòng)鏈輪6通過(guò)鏈條8連接；兩個(gè)二自由度輪系對(duì)稱設(shè)置在中心軸7的兩端。動(dòng)力由主傳動(dòng)軸2傳遞到副傳動(dòng)軸5，再經(jīng)二自由度輪系傳遞到上移栽臂22和下移栽臂14。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，二自由度輪系包括差速主動(dòng)齒輪11、差速?gòu)膭?dòng)齒輪10、齒輪箱12、中心非圓齒輪18、上中間非圓齒輪19、上中間斜齒輪21、上行星斜齒輪23、下中間非圓齒輪17、下中間斜齒輪15和下行星斜齒輪13，以及通過(guò)軸承支承在齒輪箱12內(nèi)的上中間軸20、上行星軸24、下中間軸16和下行星軸25；差速主動(dòng)齒輪11固定在副傳動(dòng)軸5上；差速?gòu)膭?dòng)齒輪10空套在中心軸7上，并與差速主動(dòng)齒輪11嚙合；齒輪箱12與中心軸7伸出傳動(dòng)箱外的端部通過(guò)銷釘固定；中心非圓齒輪18通過(guò)牙嵌與差速?gòu)膭?dòng)齒輪10固定；上中間非圓齒輪19和上中間斜齒輪21均固定在上中間軸20上；上中間非圓齒輪19與中心非圓齒輪18嚙合；上行星斜齒輪23固定在上行星軸24上，并與上中間斜齒輪21嚙合；下中間非圓齒輪17和下中間斜齒輪15均固定在下中間軸16上；下中間非圓齒輪17與中心非圓齒輪18嚙合；下行星斜齒輪13固定在下行星軸25上，并與下中間斜齒輪15嚙合。

上移栽臂22的移栽臂殼體31與上行星軸24伸出齒輪箱12外的一端固定，下移栽臂14的移栽臂殼體與下行星軸25伸出齒輪箱12外的一端固定，上移栽臂和下移栽臂設(shè)置在齒輪箱的同一側(cè)；上移栽臂和下移栽臂的凸輪均與齒輪箱固定；上移栽臂22和下移栽臂14的結(jié)構(gòu)相同，均采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)，如申請(qǐng)?zhí)枮?01110164729.9的專利。

如圖1和圖5所示，上中間軸20和下中間軸16對(duì)稱設(shè)置在中心軸7兩側(cè)；上第二中間軸26和下第二中間軸17對(duì)稱設(shè)置在中心軸7兩側(cè)；上行星軸24和下行星軸25對(duì)稱設(shè)置在中心軸7兩側(cè)；上行星軸24與中心軸7、下行星軸25與中心軸7之間的軸交角均為Φ；上中間斜齒輪21、上行星斜齒輪23、下中間斜齒輪15及下行星斜齒輪13的螺旋角均為β；Φ＝2β；β根據(jù)寬窄行移栽的行距要求取值。

如圖2、圖3和圖4所示，中心非圓齒輪18的節(jié)曲線由三次非均勻B樣條曲線擬合而成；上中間非圓齒輪19與下中間非圓齒輪17的幾何參數(shù)完全相同，上中間斜齒輪21與下中間斜齒輪15的幾何參數(shù)完全相同，上行星斜齒輪23與下行星斜齒輪13的幾何參數(shù)完全相同；上行星斜齒輪23的齒數(shù)為上中間斜齒輪21齒數(shù)的2倍，下行星斜齒輪13的齒數(shù)為下中間斜齒輪15齒數(shù)的2倍。

如圖1、圖8、圖9和圖10所示，主動(dòng)鏈輪6和中心鏈輪9的傳動(dòng)比為1，差速主動(dòng)齒輪11與差速?gòu)膭?dòng)齒輪10均為圓齒輪，且傳動(dòng)比為1，或?yàn)橄嗷Ш系姆菆A齒輪；移栽機(jī)構(gòu)取秧夾片33尖點(diǎn)所形成的移栽軌跡38的取秧段在俯視圖上為一條線段，即圖中m到n的一段軌跡在一條直線上。

如圖1、圖8、圖9和圖10所示，二自由度輪系與傳統(tǒng)的單自由度行星輪系不同，中心非圓齒輪和齒輪箱在機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中都會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自由的傳動(dòng)比特性；為實(shí)現(xiàn)缽苗寬窄行種植的行距一寬一窄要求，移栽機(jī)構(gòu)取秧夾片33尖點(diǎn)的移栽軌跡38要滿足移栽過(guò)程有一定的偏移量，如圖9和圖10所示，移栽臂在取秧點(diǎn)n取秧后偏移距離△D，在推秧點(diǎn)t將缽苗推入土中，當(dāng)幾套機(jī)構(gòu)同時(shí)工作時(shí)，可以形成秧苗寬行和窄行交替種植的效果。在移栽過(guò)程中，為了防止移栽臂的取秧動(dòng)作與秧箱的橫移動(dòng)作相互干涉，要保證軌跡38上從取秧進(jìn)入點(diǎn)m到取秧點(diǎn)n的取秧段的橫向偏移量盡量小，如圖9所示，本發(fā)明的二自由度輪系缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)結(jié)合了二自由度輪系與非圓齒輪的變速傳動(dòng)特性，使機(jī)構(gòu)的移栽軌跡上m到n在一條直線上，沒(méi)有橫向偏移量，實(shí)現(xiàn)了“直取秧”。

該二自由度輪系水稻缽苗寬窄行移栽機(jī)構(gòu)的工作原理是：

動(dòng)力由傳動(dòng)箱1內(nèi)的主傳動(dòng)軸2經(jīng)主動(dòng)錐齒輪3傳遞到從動(dòng)錐齒輪4上，帶動(dòng)副傳動(dòng)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪6通過(guò)鏈條8帶動(dòng)中心鏈輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到中心軸7，中心軸7的一端與齒輪箱12固定，帶動(dòng)齒輪箱12轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，副傳動(dòng)軸5帶動(dòng)差速主動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到空套在中心軸7上的差速?gòu)膭?dòng)齒輪10；齒輪箱16內(nèi)，空套在中心軸7上與差速?gòu)膭?dòng)齒輪10固定的中心非圓齒輪18分別與上中間非圓齒輪19、下中間非圓齒輪17嚙合；差速?gòu)膭?dòng)齒輪10帶動(dòng)中心非圓齒輪18轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)上中間斜齒輪21、上行星斜齒輪23傳遞到上移栽臂22；經(jīng)下中間非圓齒輪17、下中間斜齒輪15、下行星斜齒輪13傳遞到下移栽臂14；同時(shí)，齒輪箱12在中心軸7的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪箱12的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)箱內(nèi)的齒輪組、上移栽臂22和下移栽臂14轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移栽臂同時(shí)受到來(lái)自中心非圓齒輪18的動(dòng)力和齒輪箱12的動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)，由于兩個(gè)動(dòng)力存在轉(zhuǎn)速差，使移栽臂實(shí)現(xiàn)了差速轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6和7所示，移栽臂的轉(zhuǎn)動(dòng)使撥叉29圍繞固定在齒輪箱12上的凸輪26擺動(dòng)，在取秧前撥叉29經(jīng)過(guò)凸輪26的上升段而抬起，將與彈簧座28連接的推秧?xiàng)U30向后拉，同時(shí)通過(guò)彈簧座28壓縮彈簧27，焊接在推秧?xiàng)U上的U形塊34也隨推秧?xiàng)U向后移動(dòng)，擠壓取秧夾片33(取秧夾片33通過(guò)固定塊32固定在移栽臂殼體上)，使兩個(gè)夾片閉合并夾緊秧苗，完成取秧動(dòng)作；從取秧后到推秧前，撥叉29處于凸輪26的最高位置保持段；當(dāng)移栽臂到達(dá)推秧點(diǎn)t時(shí)，撥叉29轉(zhuǎn)至凸輪26的回程段，彈簧27回位推動(dòng)推秧?xiàng)U30和U形塊34向前快速運(yùn)動(dòng)，取秧夾片33在自身彈性下張開，松開缽苗，推秧?xiàng)U將缽苗37的土缽?fù)迫氲孛?9的土中，完成推秧動(dòng)作。由于上行星斜齒輪14與中心非圓齒輪18之間及下行星斜齒輪6與中心非圓齒輪18之間的軸交角Φ不為零，因此上移栽臂22、下移栽臂14的轉(zhuǎn)動(dòng)平面與齒輪箱12的轉(zhuǎn)動(dòng)平面不平行，引起移栽臂上的取秧夾片33在秧箱35的缽盤36上取秧點(diǎn)n取缽苗37后，向外側(cè)偏移距離△D至推秧點(diǎn)t推秧，由此實(shí)現(xiàn)水稻缽苗的機(jī)械化寬窄行移栽。