锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构技术领域
本发明属于农业机械领域，尤其涉及适合于全自动蔬菜钵苗移栽要求的一种具有
取栽一体化特点的锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构。
背景技术
我国蔬菜种植具有精耕细作的传统，由于人多地少的资源条件，决定了我国蔬菜
种植需结合我国经济技术条件，走标准化、低成本的发展之路。机械化种植将成为我国蔬菜
种植未来发展的另一个主导性技术。
蔬菜插秧机所插秧苗的行间距实行一宽一窄的种植方式，这种植方式利用作物边
际优势的增产原理，通过调整插秧的行间距，增加蔬菜通风和光照，从而增加叶面积指数，
可以减轻病害，延长叶片寿命，加速干物质积累，达到优质高产、节本增效的目的。
“移栽机构”是蔬菜移栽机工作部件，在旱田移栽机上处于国际领先地位的欧共体
蔬菜移栽机的核心工作部件一般由3套或4套装置组成，完成取苗、输送和栽植3个动作，结
构复杂、成本高、效率低。为了简化机构，日本研制的蔬菜钵苗移栽机采用了两套机构，将其
中取苗和输送装置合二为一，采用了回转和滑道机构相结合的方式完成取秧和输送的复杂
动作。但是由于增加了滑道机构，大大降低了生产效率，每分钟只能移栽40次。工作时间久
了，滑道易磨损，工作可靠性难以保证。
目前国内应用的移栽机多为人工半自动移栽机械，主要有挠性圆盘式、链夹式、导
苗管式和吊篮式等机型。要求操作人员喂苗准确、迅速、不能间断，效率低下、劳动强度大，
导致整机工作效率低下，一般国内移栽机的作业效率只相当于人工的5-15倍，远低于耕整、
收获等机械相对于人工作业的效率。高效、轻简化全自动钵苗移栽机是未来大面积移栽作
业的发展方向。
我国在取栽一体自动蔬菜移栽机应用方面还是空白，其研究工作刚刚起步。通过
文献查新，国内几乎未见有关开展取栽一体全自动蔬菜移栽机自主创新研究方面的文献报
导，还缺乏对取栽一体自动移栽机构的工作机理和理论研究，只有对取苗，栽苗分别由去苗
机构和栽苗机构自动蔬菜移栽机有相关研究。
目前，国内对蔬菜取栽一体式全自动移栽机构的研究和开发基本属于仿造，没有
对国外的移栽机进行重大的改进和技术上的突破，而且国外移栽机结构复杂，价格昂贵，且
难适应我国的农艺要求，在国内推广难度很大。因此设计一种新型取栽一体全自动蔬菜钵
苗移栽机构已成为我国蔬菜种植业发展的迫切需求。
发明内容
本发明的目的是提供应用于全自动蔬菜钵苗取栽一体移栽要求的一种锥齿轮-椭
圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括传动箱、主动链轮、链条、中心链轮、中心轴、一级行星轮系、二级上行
星轮系、二级下行星轮系、上移栽臂和下移栽臂；中心轴和主动链轮轴均通过轴承支承在传
动箱上，固定在主动链轮轴上的主动链轮与固定在中心轴上的中心链轮通过链条连接；两
个一级行星轮系对称设置在中心轴两端，一级行星轮系两端通过一级上行星轴和一级下行
星轴分别连接二级上行星轮系和二级下行星轮系。
所述的一级行星轮系包括一级齿轮箱、中心椭圆齿轮、一级上行星椭圆齿轮、一级
下行星椭圆齿轮、一级上行星轴、一级下行星轴、上偏心轮、上连杆、上摇杆、下偏心轮、下连
杆和下摇杆。所述的一级齿轮箱与中心轴端部固定连接；中心椭圆齿轮空套在中心轴上，并
与传动箱通过牙嵌式法兰嵌套固定；所述的一级上行星轴和一级下行星轴通过轴承对称支
承在一级齿轮箱上；一级上行星椭圆齿轮空套在一级上行星轴上；一级下行星椭圆齿轮空
套在一级下行星轴上；所述的中心椭圆齿轮同时与一级上行星椭圆齿轮和一级下行星椭圆
齿轮啮合；上偏心轮固定在中心椭圆齿轮上；上摇杆的一端固定在一级上行星轴上；上连杆
的两端分别与上偏心轮和上摇杆的另一端铰接；下偏心轮固定在中心椭圆齿轮上；下摇杆
的一端固定在一级下行星轴上；下连杆的两端分别与下偏心轮和下摇杆的另一端铰接。
所述的二级上行星轮系包括二级上齿轮箱、二级上中心锥齿轮、二级上行星锥齿
轮和二级上行星轴。所述的二级上齿轮箱与一级上行星轴伸出一级齿轮箱外的端部固定；
二级上中心锥齿轮空套在一级上行星轴上，并与一级上行星椭圆齿轮通过牙嵌嵌套固定；
所述的二级上行星轴通过轴承支承在二级上齿轮箱上；二级上行星锥齿轮固定在二级上行
星轴上，并与二级上中心锥齿轮啮合。所述的二级下行星轮系包括二级下齿轮箱、二级下中
心锥齿轮、二级下行星锥齿轮和二级下行星轴。所述的二级下齿轮箱与一级下行星轴伸出
一级齿轮箱外的端部固定；二级下中心锥齿轮空套在一级下行星轴上，并与一级下行星椭
圆齿轮通过牙嵌嵌套固定；所述的二级下行星轴通过轴承支承在二级下齿轮箱上；二级下
行星锥齿轮固定在二级下行星轴上，并与二级下中心锥齿轮相啮合。
所述的二级上行星轴伸出二级上齿轮箱外的一端与上移栽臂的栽植臂壳体固定，
二级下行星轴伸出二级下齿轮箱外的一端与下移栽臂的栽植臂壳体固定。
所述的上移栽臂和下移栽臂的结构完全一致，均包括夹片、推秧杆、移栽臂壳体、
拨叉、推秧凸轮和弹簧。所述的推秧杆与移栽臂壳体构成滑动副；推秧杆尾部与移栽臂壳体
通过弹簧连接，头部伸出移栽臂壳体外；拨叉底端铰接在移栽臂壳体内，顶端与推秧杆中部
的滑槽构成滚动摩擦副；拨叉底端与推秧凸轮构成凸轮副；两片夹片对中设置，且分别嵌入
固定在推秧杆头部的限位槽的两个夹槽内；所述夹片的尾部与移栽臂壳体固定，头部自由
设置。上移栽臂的移栽臂壳体固定在二级上行星轴上；上移栽臂的推秧凸轮固定在二级上
齿轮箱上，并空套在上移栽臂的移栽臂壳体内；下移栽臂的移栽臂壳体固定在二级下行星
轴上；下移栽臂的推秧凸轮固定在二级下齿轮箱上，并空套在下移栽臂的移栽臂壳体内。
所述的中心椭圆齿轮、一级上行星椭圆齿轮与一级下行星椭圆齿轮的几何参数完
全相同，长半轴均为24cm，短半轴均为15mm，短长轴之比均为0.625。所述的二级上中心锥齿
轮与二级下中心锥齿轮的几何参数完全相同，二级上行星锥齿轮与二级下行星锥齿轮的几
何参数完全相同。
所述上连杆与上偏心轮的铰接中心为上偏心轮的几何中心，下连杆与下偏心轮的
铰接中心为下偏心轮的几何中心；上偏心轮和下偏心轮的偏心距均为46cm。
本发明的有益效果是：
1、本发明具有周转轮系传动比特性，又具有偏心轮摇杆机构的摆动特性，通过调
节一级行星轮系、二级行星轮系的传动比大小，以及通过改变各行星轴的轴心位置，使得
上、下移栽臂的秧爪取苗轨迹和姿态准确，栽植位置准确，取秧摆角即取秧前和取秧后移栽
臂转角为21.5°，能较好地实现直取秧，实现旱地穴槽式栽植。
2、本发明移栽臂夹片通过夹取蔬菜秧苗土钵进行取秧，有效避免了夹片与蔬菜钵
苗叶片的干涉，取苗深度超过40mm，保证秧苗从钵盘中拔出，取秧角为8°，推秧角为67.3°，
两者差值为59.3°，栽苗深度超过35mm，能保证栽苗直立度和立苗率。
3、本发明利用了锥齿轮交错轴传动的特性，实现了蔬菜钵苗移栽的空间轨迹，进
而实现蔬菜钵苗的宽窄行移栽，大大推进了新型移栽技术的机械化进程。
4、本发明解决了二级齿轮箱式周转轮系移栽机构在转动过程中，推秧凸轮与拨叉
之间不能实现整周回转的问题，大大简化了推秧凸轮的结构设计，推秧凸轮相比之前结构
更加简单，轮廓更加完整，强度更大，可靠性更高，提高了机构的可靠性，更加具有推广价
值。
5、本发明工作稳定，机械化程度高，取苗深度大，在取秧过程中能较好地保持完整
的根系，不伤苗，极大地缩短了蔬菜秧苗的返青周期，增产效果显著，有利于推广应用。
6、本发明用一套机构替代现有蔬菜移栽机的多套机构，提出一种能实现全自动移
栽，也就是将取秧、输送、栽植三个动作结合起来，用一套机构高效的完成上述三个动作的
取栽一体式蔬菜移栽机构,相比原有只取苗夹土钵式蔬菜移栽机有巨大进步。移栽效率相
比现有半自动蔬菜移栽机提高一倍以上。
附图说明
图1是本发明的机构运动简图。
图2是本发明的轮系啮合装配正面示意图。
图3是本发明的轮系啮合装配侧面示意图。
图4是本发明的一级上行星轴和二级上中心锥齿轮嵌套示意图。
图5是本发明的上偏心轮摇杆机构示意图。
图6是本发明的总传动比变化示意图。
图7是本发明的上、下移栽臂结构剖视示意图。
图8是本发明的侧面示意图。
图9是本发明的移栽轨迹示意图。
图10是本发明的取秧位置示意图。
图11是本发明的推秧位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明。
如图1和8所示，锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构，包括传动箱
27、主动链轮28、链条26、中心链轮1、中心轴2、一级行星轮系、二级上行星轮系、二级下行星
轮系、上移栽臂21和下移栽臂14；中心轴2和主动链轮轴29均通过轴承支承在传动箱27上，
固定在主动链轮轴29上的主动链轮28与固定在中心轴2上的中心链轮1通过链条26连接；两
个一级行星轮系对称设置在中心轴2两端，一级行星轮系两端通过一级上行星轴18和一级
下行星轴6分别连接二级上行星轮系和二级下行星轮系。
如图1、2、3和5所示，一级行星轮系包括一级齿轮箱9、中心椭圆齿轮15、一级上行
星椭圆齿轮25、一级下行星椭圆齿轮8、一级上行星轴18、一级下行星轴6、上偏心轮22、上连
杆23、上摇杆24、下偏心轮3、下连杆4和下摇杆7。一级齿轮箱9与中心轴2端部固定连接；中
心椭圆齿轮15空套在中心轴2上，并与传动箱27通过牙嵌式法兰5嵌套固定；一级上行星轴
18和一级下行星轴6通过轴承对称支承在一级齿轮箱9上；一级上行星椭圆齿轮25空套在一
级上行星轴18上；一级下行星椭圆齿轮8空套在一级下行星轴6上；中心椭圆齿轮15同时与
一级上行星椭圆齿轮25和一级下行星椭圆齿轮8啮合；上偏心轮22固定在中心椭圆齿轮15
上；上摇杆24的一端固定在一级上行星轴18上；上连杆23的两端分别与上偏心轮22和上摇
杆24的另一端铰接；下偏心轮3固定在中心椭圆齿轮15上；下摇杆7的一端固定在一级下行
星轴6上；下连杆4的两端分别与下偏心轮3和下摇杆7的另一端铰接。
如图1、2、3和4所示，二级上行星轮系包括二级上齿轮箱16、二级上中心锥齿轮17、
二级上行星锥齿轮19和二级上行星轴20。二级上齿轮箱16与一级上行星轴18伸出一级齿轮
箱9外的端部固定；二级上中心锥齿轮17空套在一级上行星轴18上，并与一级上行星椭圆齿
轮25通过牙嵌嵌套固定；二级上行星轴20通过轴承支承在二级上齿轮箱16上；二级上行星
锥齿轮19固定在二级上行星轴20上，并与二级上中心锥齿轮17啮合。二级下行星轮系包括
二级下齿轮箱10、二级下中心锥齿轮11、二级下行星锥齿轮12和二级下行星轴13。二级下齿
轮箱10与一级下行星轴6伸出一级齿轮箱9外的端部固定；二级下中心锥齿轮11空套在一级
下行星轴6上，并与一级下行星椭圆齿轮8通过牙嵌嵌套固定；二级下行星轴13通过轴承支
承在二级下齿轮箱10上；二级下行星锥齿轮12固定在二级下行星轴13上，并与二级下中心
锥齿轮11相啮合。
图5中，以上偏心轮22、上连杆23和上摇杆24组成的上偏心轮摇杆机构为例，中心
椭圆齿轮15与上偏心轮22固定；p点为上偏心轮22和中心椭圆齿轮15的转动中心，q点为上
偏心轮22的几何中心；上连杆23与上偏心轮22的铰接中心为上偏心轮22的几何中心q，上偏
心轮偏心距为46cm。
二级上行星轴21伸出二级上齿轮箱16外的一端与上移栽臂21的栽植臂壳体固定，
二级下行星轴6伸出二级下齿轮箱10外的一端与下移栽臂14的栽植臂壳体固定；上移栽臂
21和下移栽臂14的结构完全一致，均包括夹片30、推秧杆31、移栽臂壳体32、拨叉33、推秧凸
轮34和弹簧35。
如图7所示，以上移栽臂为例，移栽臂壳体32固定在二级上行星轴20上；推秧凸轮
34固定在二级上齿轮箱16上，并空套在移栽臂壳体32内；推秧杆31与移栽臂壳体32构成滑
动副；推秧杆31尾部与移栽臂壳体32通过弹簧35连接，头部伸出移栽臂壳体32外；拨叉33底
端铰接在移栽臂壳体32内，顶端与推秧杆31中部的滑槽构成滚动摩擦副；拨叉33底端与推
秧凸轮34构成凸轮副；两片夹片30对中设置，且分别嵌入固定在推秧杆31头部的限位槽的
两个夹槽内；夹片30的尾部与移栽臂壳体32固定，头部自由设置。
如图2和3所示，中心椭圆齿轮15、一级上行星椭圆齿轮25与一级下行星椭圆齿轮8
的几何参数完全相同，长半轴a＝24cm，短半轴长b＝15mm，短长轴之比k＝0.625。二级上中
心锥齿轮17与二级下中心锥齿轮11的几何参数完全相同，二级上行星锥齿轮19与二级下行
星锥齿轮12的几何参数完全相同。
该锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构取秧角为8°，推秧角为
67.3°，两者差值为59.3°，保证植苗直立度和立苗率，取秧摆角为21.5°，取苗深度为
42.4mm，栽苗深度为36.5mm，一级齿轮箱最小离地间隙为32mm，一级齿轮箱初始安装角为
90°，轨迹高度为305mm。
该锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构的工作原理是：
动力由传动箱27内的主动链轮28经链条26传递到中心链轮1上，带动中心轴2转
动，中心轴2带动一级齿轮箱9转动，一级齿轮箱9内，空套在中心轴2上与传动箱27固定的中
心椭圆齿轮15分别与一级上行星椭圆齿轮25和一级下行星椭圆齿轮8啮合。当一级齿轮箱9
相对于中心椭圆齿轮15转动时，发生牵连运动，由于上偏心轮22和下偏心轮3与中心椭圆齿
轮15固定，一级齿轮箱9转动过程中带动上连杆22和下连杆3，随之带动上摇杆24和下摇杆
7，由于上摇杆24与一级上行星轴18固定，下摇杆7与下行星轴6固定，偏心轮摇杆机构带动
两个二级行星轮系，使二级齿轮箱16相对一级齿轮箱9摆动，在轮系作用下，二级上行星轴
20与二级上齿轮箱16发生相对转动，即移栽臂壳体32与推秧凸轮34发生相对转动，转动过
程中，由于弹簧35作用，推秧杆31与拨叉33相互碰撞，使得拨叉33始终与推秧凸轮34接触，
在转动过程中，由于推秧凸轮34的非圆轮廓线作用，拨叉33相对移栽臂壳体32转动，带动推
秧杆31相对移栽臂壳体32前后移动，由于推秧杆31上的限位槽两个夹槽的作用，在推秧杆
31和移栽臂壳体32相对平动过程中，夹片30实现连续的夹紧、放开动作，在夹紧时取苗，放
开时推秧杆31迅速弹出栽苗。
该锥齿轮-椭圆齿轮偏心轮摇杆组合式宽窄行移栽机构的总传动比曲线如图6所
示，由此传动特性实现如图9所示的移栽轨迹，按箭头所示方向运动，在A点即图10所示位置
取秧，在B点即图11所示位置推秧，利用锥齿轮交错轴传动的空间特性实现蔬菜秧苗的机械
化宽窄行移栽。