同轴双杆弹射式椭圆‑不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构

摘要

本发明公开了一种同轴双杆弹射式椭圆‑不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构，包括行星架；所述行星架上支承有中心不完全非圆齿轮、中心不完全圆齿轮、第一中间椭圆齿轮、第一中间不完全圆齿轮、第二中间椭圆齿轮、第二中间不完全圆齿轮、第一行星椭圆齿轮、第二行星椭圆齿轮、两个抛秧栽植臂；所述抛秧栽植臂包括栽植臂壳体，所述栽植臂壳体内滑动设置有空心套杆，所述空心套杆中滑动设置有实心推杆；所述空心套杆上设有第一限位板、第二限位板和开合机构；所述栽植臂壳体内铰接有双轮廓线凸轮、拨叉和扣扳机；本发明采用两个栽植臂的布置方案，行星架转动一次，取苗和弹射工作两次，工作效率高，能适应抛秧机在任何转速下的水田和旱地抛秧作业。

说明书

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种同轴双杆弹射式椭圆—不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构。

背景技术

目前水稻机械种植主要有三种方式：直播、插秧和抛秧。其中直播是一种无序种植方式且生长期长，插秧有5～7天缓苗期，两种方法均会延长生长期；然而抛秧没有缓苗期，对于普通秧苗，抛秧可以提高10-15％产量。此外抛秧具有移植速度快，不伤根部的优点，被水稻种植专家推荐为增产比率最高的种植农艺。然而无序抛秧作业不利于后期田间管理，而且影响水稻通风、均匀吸收阳光和土壤养分，容易引发病虫害，不适合我国小田块种植的国情从而影响抛秧机的推广。因此有序抛秧机构的研发是解决以上问题的关键。

80年代初，日本已生产出有序抛秧机械，并进入市场；由于其结构复杂、加工精度要求高、成本高，工作效率低等诸多原因，未能大面积推广，只占水稻种植面积的0.5％以下。

目前国内大部分抛秧机采用人力背负式抛秧机，其原理是利用压缩空气将水稻钵体吹出，并利用重力落地，与传统人力抛秧的方式如出一辙，虽然节省人工成本，但仍不能解决秧苗漂浮、秧苗分布不均等问题。国内也开发了多种不同类型的有序抛秧机构，典型的有中国农业大学研制的2ZPY-H530型水稻钵苗行栽机，沈阳农业大学研制的气吸式小型手扶式水稻钵苗有序移栽机，南京农机化研究所设计的顶杆推出式有序抛秧机构，此外黑龙江八一农垦大学、浙江大学、湖南农业大学和广西大学都对钵苗输送排序式抛秧机构进行了研究。这些机构由于工作效率或结构上原因，未能得到广泛推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种同轴双杆弹射式椭圆—不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构，该机构能满足水稻抛秧机栽植臂所需的特殊轨迹要求，且传动平稳、冲击小。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种同轴双杆弹射式椭圆—不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构，包括行星架；所述行星架上支承有中心不完全非圆齿轮、中心不完全圆齿轮、第一中间椭圆齿轮、第一中间不完全圆齿轮、第二中间椭圆齿轮、第二中间不完全圆齿轮、第一行星椭圆齿轮、第二行星椭圆齿轮；

所述中心不完全非圆齿轮和中心不完全圆齿轮同轴固定相连，且中心不完全圆齿轮的轮齿与中心不完全非圆齿轮的轮齿设置在不同侧；所述第一中间椭圆齿轮和第一中间不完全圆齿轮同轴固定相连，且第一中间椭圆齿轮的轮齿和第一中间不完全圆齿轮的轮齿设置在不同侧；所述第二中间椭圆齿轮、第二中间不完全圆齿轮同轴固定相连，且第二中间椭圆齿轮的轮齿和第二中间不完全圆齿轮的轮齿设置在不同侧；

所述第一中间椭圆齿轮和第二中间椭圆齿轮的转动中心呈180度对称设置在中心不完全非圆齿轮的转动中心两侧；所述第一行星椭圆齿轮和第二行星椭圆齿轮的转动中心呈180度对称设置在中心不完全非圆齿轮的转动中心两侧；

所述第一中间椭圆齿轮的两侧分别与中心不完全非圆齿轮及第一行星椭圆齿轮相啮合；所述第二中间椭圆齿轮的两侧分别与中心不完全非圆齿轮及第二行星椭圆齿轮相啮合；所述的中心不完全圆齿轮与第一中间不完全圆齿轮或第二中间不完全圆齿轮相啮合；

还包括两个抛秧栽植臂，所述第一行星椭圆齿轮和第二行星椭圆齿轮均与抛秧栽植臂同轴相连。

进一步的，所述的第一中间椭圆齿轮、第二中间椭圆齿轮、第一行星椭圆齿轮及第二行星椭圆齿轮的节曲线参数相同；所述的第一中间不完全圆齿轮与第二中间不完全圆齿轮的节曲线参数相同。

进一步的，所述开合机构包括Z形扣和Z形扣压缩弹簧，所述Z形扣铰接在空心套杆上，所述Z形扣的一端与空心套杆之间设置Z形扣压缩弹簧，所述Z形扣的另一端与扣槽开合连接。

进一步的，所述双轮廓线凸轮上具有第一环形凹槽和第二环形凹槽。

进一步的，所述第一环形凹槽的圆心角范围α为75-85度，第二环形凹槽的圆心角范围β为345-350度，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽所在的对称轴线之间的夹角为100-250度。

进一步的，所述拨叉的一端架在第一限位板和第二限位板之间；所述拨叉的另一端与双轮廓线凸轮的第一环形凹槽抵接，所述扣扳机的一端与双轮廓线凸轮的第二环形凹槽抵接，扣扳机的另一端与栽植臂壳体之间设置扣扳机拉伸弹簧，扣扳机的另一端与Z形扣配合传动。

进一步的，所述取秧机构包括秧针，所述秧针对称铰接在空心套杆的外端上，所述秧针与空心套杆之间设置有秧针夹紧弹簧。

进一步的，所述实心推杆的外端固定连接有梯形导向块，所述梯形导向块位于两个秧针之间。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的不等速传动，使栽植臂的秧针尖点形成取苗轨迹，满足钵苗移栽的农艺要求；

2、本发明采用不完全圆齿轮副代替现有机构中的锁止弧机构，不仅在行星架转动小角度范围内实现了中心不完全圆齿轮与中间不完全圆齿轮的整个传动比变化过程，同时实现了行星架转动的整个周期内，行星系第一级齿轮副传动比平缓的变化，使得中心不完全圆齿轮与中间不完全圆齿轮从开始啮合至分离的整个过程中，中间椭圆齿轮及行星椭圆齿轮转速上较小的突变，减弱了现有机构中传动不稳定、冲击大的缺点；

3、本发明结构简单、体积小、重量轻、振动小、制造成本低；

4、本发明采用两个栽植臂的布置方案，行星架转动一次，取苗和弹射工作两次，工作效率高，能适应抛秧机在任何转速下的水田和旱地抛秧作业。

5、目前国内大部分抛秧机采用人力背负式抛秧机，其原理是利用压缩空气将水稻钵体吹出，并利用重力落地，与传统人力抛秧的方式如出一辙，虽然节省人工成本，但仍不能解决秧苗漂浮、秧苗分布不均等问题。本发明对抛秧机构的栽植臂做创新设计，钵苗的夹持和弹射过程分二个步骤实现，采用双凸轮廓线机构及可以分离的推秧杆装置，改变传统抛秧机构的工作顺序，增加水稻钵苗的弹射环节，本设计可以达到不伤秧苗，提高秧苗的存活率，并在一定高度将秧苗弹射入土，能有效解决秧苗漂浮、秧苗分布不均等问题，本次设计旨在解决水稻抛秧机构工作时秧苗漂浮、分布不均相关问题，用机械取代人工抛秧。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的工作原理示意图；

图3为本发明实施例的行星系的结构示意图；

图4为本发明实施例中栽植臂的剖视图；

图5为本发明实施例中栽植臂的俯视图；

图6为图4中的局部放大图；

图7为本发明实施例中双轮廓线凸轮的轴测图；

图8为本发明实施例中扣扳机和拨叉的转配轴侧图；

图9为本发明实施例中第一环形凹槽的圆心角示意图；

图10为本发明实施例中第二环形凹槽的圆心角示意图；

图11为本发明实施例中第一环形凹槽和第二环形凹槽的位置关系示意图；

图12为本发明实施例中空心套杆5个运动过程在双轮廓线凸轮上体现的示意图；

图中：1.套杆弹簧、2.推杆聚能弹簧、3.空心套杆、4.实心推杆、5.拨叉、6.Z形扣、7.Z形扣压缩弹簧、8.扣扳机、9.扣扳机拉伸弹簧、10.双轮廓线凸轮、11.栽植臂壳体、12.秧针、13.秧针夹紧弹簧、14.梯形导向块、15.秧针固定架、16.第一限位板、17.扣槽、18.第二限位板、101.第一环形凹槽、102.第二环形凹槽、19、中心轴，20、行星架，21、中心不完全非圆齿轮，22、中心不完全圆齿轮，23、第一中间轴，24、第二中间轴，25、第一中间椭圆齿轮，26、第一中间不完全圆齿轮，27、第二中间椭圆齿轮，28、第二中间不完全圆齿轮，29、第一行星轴，30、第二行星轴，31、第一行星椭圆齿轮，32、第二行星椭圆齿轮，33、栽植臂，34、取苗轨迹，35、钵苗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案作进一步说明。

如图1、2和3所示，本发明提供一种同轴双杆弹射式椭圆—不完全非圆与圆齿轮行星系抛秧机构，包括行星架20、中心不完全非圆齿轮21、中心不完全圆齿轮22、第一中间轴23、第二中间轴24、第一中间椭圆齿轮25、第一中间不完全圆齿轮26、第二中间椭圆齿轮27、第二中间不完全圆齿轮28、第一行星轴29、第二行星轴30、第一行星椭圆齿轮31、第二行星椭圆齿轮32和栽植臂33。中心轴19的一端与抛秧机的动力装置连接，另一端与行星架20固定；中心不完全非圆齿轮21与抛秧机的机架固定，中心不完全圆齿轮22与中心不完全非圆齿轮21固定，且中心不完全圆齿轮的轮齿22与中心不完全非圆齿轮21的轮齿设置在不同侧；中心不完全非圆齿轮21和中心不完全圆齿轮22均空套在中心轴上；第一中间轴23和第二中间轴24呈180度对称设置在中心轴19的两侧，且均与行星架20通过轴承连接；第一中间椭圆齿轮25与第一中间轴23通过花键连接，第一中间不完全圆齿轮26空套在第一中间轴上，并与第一中间椭圆齿轮25固定，且第一中间椭圆齿轮25的轮齿和第一中间不完全圆齿轮26的轮齿设置在不同侧；第二中间椭圆齿轮27与第二中间轴24通过花键连接，第二中间不完全圆齿轮28空套在第二中间轴上，并与第二中间椭圆齿轮27固定，且第二中间椭圆齿轮27的轮齿和第二中间不完全圆齿轮28的轮齿设置在不同侧；第一行星轴29和第二行星轴30呈180度对称设置在中心轴19的两侧，分布在行星架20的两端，且均与行星架20通过轴承连接；第一行星椭圆齿轮31与第一行星轴29通过花键连接，第二行星椭圆齿轮32与第二行星轴30通过花键连接；第一行星轴29和第二行星轴30的一端均伸出行星架20外与一个栽植臂的壳体11固定。第一中间椭圆齿轮25的两侧分别与中心不完全非圆齿轮21及第一行星椭圆齿轮31通过齿轮副连接；第二中间椭圆齿轮27的两侧分别与中心不完全非圆齿轮21及第二行星椭圆齿轮32通过齿轮副连接；当中心不完全非圆齿轮21与第一中间椭圆齿轮25开始啮合时，中心不完全圆齿轮22与第一中间不完全圆齿轮26分离，与第二中间不完全圆齿轮28啮合；当中心不完全非圆齿轮21与第二中间椭圆齿轮27开始啮合时，中心不完全圆齿轮22与第二中间不完全圆齿轮28分离，与第一中间不完全圆齿轮26啮合，保证传动的连续性。

第一中间椭圆齿轮25、第二中间椭圆齿轮27、第一行星椭圆齿轮31及第二行星椭圆齿轮32的节曲线参数相同；第一中间不完全圆齿轮26与第二中间不完全圆齿轮28的节曲线参数相同。

所述抛秧栽植臂包括栽植臂壳体11，所述栽植臂壳体11内滑动设置有空心套杆3，所述空心套杆3中滑动设置有实心推杆4，所述空心套杆3的末端和栽植臂壳体11之间设置有套杆弹簧1，所述实心推杆4和和栽植臂壳体11之间设置有推杆聚能弹簧2；所述空心套杆3上设有第一限位板16、第二限位板18和开合机构；所述实心推杆4上开有扣槽，所述开合机构与扣槽17开合连接；所述栽植臂壳体11内铰接有双轮廓线凸轮10、拨叉5和扣扳机8，拨叉5和扣扳机8同轴，如图4所示，所述拨叉5的一端架在第一限位板16和第二限位板18之间，所述拨叉5的另一端与双轮廓线凸轮10抵接，所述扣扳机8与开合机构配合传动，所述扣扳机8与栽植臂壳体11之间设置有扣扳机拉伸弹簧9；所述空心套杆3的外端部设置有取秧机构。

所述第一行星椭圆齿轮31和第二行星椭圆齿轮32均与栽植臂壳体11同轴固定相连，所述双轮廓线凸轮10与行星架20固定连接。

如图6所示，所述开合机构包括Z形扣6和Z形扣压缩弹簧7，所述Z形扣6铰接在空心套杆3上，所述Z形扣6的一端与空心套杆3之间设置Z形扣压缩弹簧7，所述Z形扣6的另一端卡扣在与扣槽17上。

如图7、图9-11所示，所述双轮廓线凸轮10上具有两道环形凹槽，即第一环形凹槽101和第二环形凹槽102，第一环形凹槽101的圆心角范围α为75-85度，第二环形凹槽102的圆心角范围β为345-350度，第一环形凹槽101和第二环形凹槽102所在的对称轴线之间的夹角为100-250度。双轮廓线凸轮10对比普通凸轮其特点在于只需要一个动力源，并且在相同的旋转周期内，可完成多个相互独立的工作，且做到不互干扰。

本实施例中，采用两片拨叉5，两片拨叉5的中间夹住扣扳机8，这三个铰接在同一个转动轴上，如图8所示，所述拨叉5的一端架在第一限位板16和第二限位板18之间，拨叉5的一端在双轮廓线凸轮10的驱动下，绕其拨叉5的铰接点旋转，由于拨叉5的一端架在第一限位板16和第二限位板18之间以及空心套杆3的末端和栽植臂壳体11之间设置有套杆弹簧1，使得拨叉5的一端始终抵住第一限位板16；当空心套杆3向外移动时，第二限位板18则限制空心套杆3的轴向行程；所述拨叉5的另一端与双轮廓线凸轮10的第一环形凹槽101抵接，所述扣扳机8的一端与双轮廓线凸轮10的第二环形凹槽102抵接，所述扣扳机8的另一端与Z形扣6配合传动，用来拨动Z形扣6，扣扳机8的另一端与栽植臂壳体11之间设置扣扳机拉伸弹簧9。

同轴双杆弹射机构是本设计的主要机构之一，其以空心套杆3套实心推杆4的设计，使双杆始终工作在同一轴线。图4中Z型扣6铰链在空心套杆3上，Z型扣6只能绕铰接处旋转运动或者跟随空心套杆3沿空心套杆3的轴线轴向运动，实心推杆4内有扣槽17，通过Z形扣6扣住实心推杆4(如图6所示)可以使双杆一起运动，依靠此种机构配合双轮廓线凸轮10在同一轴线上完成取秧和弹射两种特点动作。

如图5所示，所述取秧机构包括秧针固定架15和秧针12，所述秧针固定架15固定在空心套杆3的外端，所述秧针12对称铰接在秧针固定架15上，所述秧针12与秧针固定架15之间设置有秧针夹紧弹簧13。所述实心推杆4的外端固定连接有梯形导向块14，所述梯形导向块14位于两个秧针12之间。取秧机构属于本栽植臂的末端执行机构，其中的梯形导向块14与实心推杆4的外端刚性连接，随实心推杆4轴向运动的同时与秧针12的内侧导向面配合实现秧针的开合。与现有的插秧机的秧针作比较，因其采用秧针夹紧弹簧13提供夹紧的力，所以在夹持坚硬物体时不会损坏秧针、不易伤害秧苗。

本发明的工作原理如下：

如图2所示，行星架20逆时针转动，通过椭圆—不完全非圆与圆齿轮行星系的不等速传动，栽植臂的秧针12尖点形成取苗轨迹34；从头部尖点至钵苗盘顶部为取苗段34，栽植臂垂直离开钵苗盘，避免取苗时损伤钵苗35，当到达预定位置是进行弹射工作，将钵体弹射入土。

取秧动作通过取秧机构实现，如图5所示，空心套杆3与整个秧针12固定架刚性连接实现两者同时运动；

如图12所示，空心套杆3由双轮廓线凸轮10、拨叉5和弹簧(包括Z形扣压缩弹簧7和扣扳机拉伸弹簧9)控制，整个运动过程包括近休、推程、回程、远休、弹射5个运动过程，详细如下：

(1)近休：秧针12处于起始状态，在该区段秧针12的绝对运动和牵连运动完全相同，此时实心推杆4和梯形导向块14处于弹出状态，Z形扣6的另一端未卡扣在与扣槽17上，第二限位板18抵住栽植臂壳体11，使空心套杆3不进行轴向运动。

(2)推程：实现秧针12的取秧过程，拨叉5的另一端滑入双轮廓线凸轮10的第一环形凹槽101内，通过双轮廓线凸轮10上的第一环形凹槽101使得空心套杆3、秧针固定架15 和秧针12沿轴向向外伸出运动，此时实心推杆4和梯形导向块14仍然静止，则秧针12相对梯形导向块14向前运动，秧针12内侧与梯形导向块14相接触，使得秧针12在秧针夹紧弹簧13压力和梯形导向块14的共同作用下夹住钵体，Z形扣6的另一端卡扣在与扣槽17上。

(3)回程：拨叉5的另一端在双轮廓线凸轮10的第一环形凹槽101内完成滑动后，双轮廓线凸轮10继续转动，拨叉5的另一端开始滑出第一环形凹槽101，使得拨叉5推动第一限位板16，从而压缩套杆弹簧1，在此过程中Z形扣6已经扣住实心推杆4的扣槽17上并跟随空心套杆3一起向套杆弹簧1压缩的方向运动，同时钵体跟随空心套杆3一起运动。

(4)远休：整体处于图4状态，秧针12上面夹取着钵体，套杆弹簧1、推杆聚能弹簧2都处于压缩状态；期间秧针12尖点到抛秧机构行星轮系的行星轮旋转中心的距离保持不变。

(5)弹射：双轮廓线凸轮10的第二环形凹槽102控制扣扳机8的一端的运动，当扣扳机8的一端滑出第二环形凹槽102时，扣扳机8的另一端拨动Z型扣6的一端，Z型扣6利用杠杆原理，使得Z形扣6的另一端脱开与扣槽17的连接，此时被压缩的推杆聚能弹簧2释放弹性势能，使实心推杆带动导向块14快速运动，秧针12夹持的钵体被快速弹出，射入土地。之后状态保持，为下一次取秧做准备。