一种全自动树苗扦插种植机的制作方法

本实用新型属于农林机械领域，具体是一种全自动树苗扦插种植机。

背景技术：

树苗繁育一般是通过扦插树条来实现繁育的。在各种速生林大规模生产中，树条扦插作业劳动强度最大，耗费工时最多，季节性强，质量要求高，因此大规模速生林的发展最急需解决的问题是实现扦插作业的机械化。

目前的树条扦插种植作业机械产品主要有两类，一类采用喂人式投苗方式，另一类采用自动分苗方式。

喂人式投苗方式需要较多的辅助人员，投苗人的劳动强度依然很大，容易使人感到紧张和疲劳，进而出现漏投苗现象，同时生产率不高，仅为人工栽植的2—5倍，并且没有扶苗装置，不适满足大规模速生林发展的需求。

自动分苗方式相对较为先进，在公开的文献资料中，中国国内期刊《农机化研究》2015年第7期（2010年7月出版，第101页）的《基于TRIZ理论的杨树苗扦插装备的设计》（潘启明1，孙嘉燕1，刘明刚2）(1．东北林业大学机电工程学院，哈尔滨150040；2．哈尔滨农林机械研究所，哈尔滨150086)，该文献介绍了应用发明问题解决理论(TRIZ)进行了杨树扦插作业装备的创新设计。其设计的扦插装备主要包括分苗机构和扶苗机构。克服了在栽植过程中用人工现场对苗木进行排队并手动分苗的问题，实现了分苗过程由机械装置自动完成。该设计先将苗木放在苗盘中，然后由机械机构实现苗木的有序排列，进而实现自动分苗。

上述扦插机械仍然存在扦插树条必须事先切割准备好，不能够跟随扦插机械实时提供，市场上公开的其它同类机械也没有自动供苗功能和自动切苗功能，使人工成本仍然较高，难以大幅度提高扦插种植的作业效率，导致得不到推广应用，较为先进的自动分苗方式扦插机械也仅限于实验研究。

因此，市场上迫切需要具备自动供苗和自动切苗功能、作业效率高、劳动强度低、能够适合大规模扦插作业的树苗扦插种植机械，以满足大幅度提高扦插种植作业效率，降低人工成本的市场需求。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，从原理、结构和实现方式上创新，经过不断改进和反复试验，成功的解决了上述难题。

本实用新型提供的技术方案是：

一种全自动树苗扦插种植机，机架(1)、行走轮架(2)、插条部分(3)、作业轮架(4)和电气部分组成，还包括供条部分(5)和切条部分(6)；

所述机架(1)为框架结构，由牵引连接机构、连接梁和支撑板固定连接构成；牵引连接机构包括提升牵引连接架(1-1)和行走牵引连接架(1-2)，连接梁包括围成矩形框架的主梁(1-3)和副梁，支撑板包括固定在矩形框架右半部的人工作业平台(1-4)，左半部设置有机械作业框(1-5)；提升牵引连接架(1-1)与牵引拖拉机的提升牵拉机构铰接，行走牵引连接架(1-2)与拖拉机的水平牵引机构铰接；提升牵引连接架(1-1)和行走牵引连接架(1-2)固定连接并分别与主梁(1-3)固定连接；

所述行走轮架(2)由行走轮(2-10)和支撑调节机构组成；支撑调节机构为近似直角三角形框架结构，其底边为轮轴横梁(2-1)，立边为X形固定架(2-2)、斜边为调节螺杆(2-4)，调节螺杆(2-4)两端分别与固定在X形固定架(2-2)上部的上调节螺栓(2-3)和固定在轮轴横梁(2-1)右端的下调节螺栓(2-5)构成可调节机构，轮轴横梁(2-1)左端与X形固定架(2-2)的下端铰接；行走轮(2-10)通过轮轴(2-6)固定在轮轴横梁(2-1)的右端，轮轴(2-6)上还设置有与行走轮(2-10)同步旋转的齿形轮盘(2-9)，轮轴横梁(2-1)上设置有与之相应的计数式行走传感器(2-8)；上调节螺栓(2-3)与X形固定架(2-2)的上端铰接，下调节螺栓(2-5)通过螺栓固定板(2-7)与轮轴横梁(2-1)右端铰接；

所述作业轮架(4)由纵梁(4-1)、破土轮(4-2)、作业轮(4-3)、破土轮支撑(4-4)、作业轮支撑(4-5)组成；纵梁(4-1)与主梁(1-3)垂直并以铰接方式连接，破土轮(4-2)安装在破土轮支撑(4-4)的下端，破土轮支撑(4-4)上端与纵梁(4-1)的右端固定连接，作业轮(4-3) 安装在作业轮支撑(4-5)的下端，作业轮支撑(4-5)的上端与纵梁(4-1)的左端固定连接，纵梁(4-1)左端上面固定有支撑板(4-6)；

所述插条部分(3)由开沟器(3-1)、插条机构(3-2)、覆土轮总成(3-3)在破土轮(4-2)的左侧按开沟、插条、覆土的作业顺序固定连接在纵梁(4-1)的下方；插条机构(3-2)由插条管(3-4)、导向管(3-5)、进条管(3-6)自下而上依次固定连接而成；插条管(3-4)通过连接条(3-7)与连接板(3-8)固定连接，插条管(3-4)与地面成一定角度以使插条覆土后处于直立姿态，连接板(3-8)左端与开沟器支撑板(3-9)固定连接；连接轴(3-11)与连接板(3-8)、覆土轮总成支撑板(3-10)穿孔固定，其两端分别与覆土轮总成(3-3)固定连接；

所述供条部分(5)由插盘支架(5-1)、插条转盘(5-2)、转盘轴(5-3)、供条电机(5-4)、锯切定位管(5-5)、插条护圈(5-6)组成；插盘支架(5-1)为Π形结构，其底座与作业轮架(4)中的支撑板(4-6)固定连接，插盘支架(5-1)上底面(5-7)的中心安装转盘轴(5-3)；转盘轴(5-3)下端与固定在插盘支架(5-1)侧板上的供条电机(5-4)输出轴传动连接；插条转盘(5-2)由下插条盘(5-8)、上插条盘(5-9)、固定杆(5-10)、固定圈(5-11)、树条插管(5-12)组成，上插条盘(5-9)上边缘处同心圆位置上均匀设置有若干树条插孔(5-13)；下插条盘(5-8)位于底座面板(5-7)正上方，固定在转盘轴(5-3)上并随之旋转，下插条盘(5-8)与上插条盘(5-9)间通过二个以上的固定杆(5-10)固定连接，至少一个固定圈(5-11)将固定杆(5-10)固定连接起来，树条插管(5-12)及相应的感应块均匀设置在下插条盘(5-8)上底面的边部，并与上插条盘(5-9)的插孔垂直对应，使插入的树条能够垂直下落；供条电机(5-4)驱动转盘轴(5-3)使插条转盘(5-2)旋转以实现持续向切条部分(6)供条；

所述切条部分(6)由电锯(6-1)、电锯固定板(6-2)、电锯位移转轴(6-3)、电锯牵引杆(6-4)、位移转轴固定板(6-5)、电磁牵引器(6-6)、定长下条板(6-7)、供条传感器(6-8)、树条探测器(6-9)、进刀传感器(6-10)、碰杆固定夹(6-11)、碰杆轴承座(6-12)；电锯(6-1)固定连接在电锯固定板(6-2)的水平部分上，进刀传感器(6-10)、碰杆固定夹(6-11)、碰杆轴承座(6-12)固定设置在电锯固定板(6-2)的垂直部分上；电磁牵引器(6-6)得电后牵引电锯固定板(6-2)围绕电锯位移转轴(6-3)旋转，电锯(6-1)从停止位转到工作位切割落入插条锯切定位管(5-5)中的树条或者离开工作位转到停止位；供条部分5的支撑底座(5-1)的侧板与位移转轴固定板(6-5)固定连接；电磁牵引器(6-6)固定设置在支撑底座(5-1)的侧板上；

所述电气部分由电源、微电脑控制器、电动执行机构、继电器、传感器和导线组成；传感器包括行走轮架(2)上设置的行走传感器(2-8)和切条部分(6)中的供条传感器(6-8)、树条探测器(6-9)、进刀传感器(6-10)。

所述电气部分按以下流程运行：1、接通电源；2、微电脑控制器进行初始化操作，包括检测各机构工作是否正常并将各参数变量赋予规定的设定值如株距等；3、初始化完成后开始接收传感器信号，并将检测到的数据信号与设定值进行处理后即作出相应的判断并发出指令，执行机构在得到指令后执行相应的操作并将结果通过传感器反馈给微电脑控制器，微电脑控制器继续将各传感器数据进行处理并发出指令，如此循环往复直至关闭电源。

所述破土轮(4-2)主要用于切断土壤中的树根、秸秆、薄膜等，防止开沟器被缠绕后影响树苗扦插作业。树条插管(5-12)和树条插孔(5-13)主要起固定树条的作用。开沟器(3-1)、插条机构(3-2)和覆土轮总成(3-3)分别为种植树条实施开沟、插条和覆土的步骤。

破土轮(4-2)、开沟器(3-1)、覆土轮总成(3-3)属于农业机械的公知技术，本领域的普通技术人员完全能够根据树苗扦插种植作业的需要实现其在本实用新型中的应用。

现有的微电脑控制器及其指令系统的应用属于公知知识，本领域的普通技术人员能够凭借现有机电控制的公知技术，根据具体的扦插种植要求和具体树种的不同设定扦插作业参数如株距、插条长度、扦插深度、出土高度等，利用本实用新型中上述硬件的功能组合去自动化地完成扦插作业。

本实用新型的作业流程及微电脑程序流程为：

1、将本实用新型的机架(1)上的提升牵引连接架(1-1)和行走牵引连接架(1-2)连接到拖拉机上；

2、拖拉机拖动本实用新型行进到作业位置后，按下电气部分的启动按钮，电气部分进入工作状态，电锯位于待命位置并处于通电旋转状态；

3、拖拉机继续拖动机架(1)行走，所有的传感器开始工作，机架(1)上的行走传感器开始不停的计数并传递给微电脑控制器，当行走到规定的距离且供条传感器(6-8)（在树条探测器(6-9)始终触碰锯切位置树条的配合下）给出锯切位置无条信号时，微电脑控制器向供条部分(5)的供条电机(5-4)发出转动指定时间的指令，使得供条电机(5-4)的输出轴驱动插条转盘(5-2)转动树条到锯切位置，待切树条沿树条插管(5-12)在重力作用下落入锯切定位管(5-5)中限定的长度；当供条传感器(6-8)（在树条探测器(6-9)始终触碰锯切位置树条的配合下）给出有条信号时，微电脑控制器发出信号启动电磁牵引器(6-6)牵引电锯(6-1)到锯切位置并启动电锯(6-1)实施锯切操作，定长下条板(6-7)随电锯(6-1)同步移动，树条锯断时，定长下条板(6-7)上的预留的下条圆孔正好对准锯切定位管(5-5)的下管口；

4、待锯断的树条落下后，微电脑控制器发出信号启动电磁牵引器(6-6)牵引电锯(6-1)离开锯切位置回到休息位置，锯断的树条落入到插条部分(3)的插条机构(3-2)中依次通过进条管(3-6)、导向管(3-5)和插条管(3-4) 在重力作用下倾斜落入开沟器(3-1)所开的规定深度的沟中，并迅速被覆土轮掩埋规定的高度，从而完成一个依次插条作业周期；

依此循环下去，本实用新型即可实现自动化的完成大规模的树苗扦插种植作业。作业完毕后，按下定制按钮，本实用新型停止工作，由拖拉机牵引行走离开。

使用时，由操作人员处于机架(1)人工作业平台(1-4)上，手动向供条部分(5)的插条转盘(5-2)中插入事先备好的树条，本实用新型在接通电源并开始行走后即开始按照事先编制好的控制程序实施扦插作业。

本实用新型的一种全自动树苗扦插种植机还包括的优化或/和改进有：

优选方案之一，所述走轮架(2)的支撑调节机构与主梁(1-3)的连接方式为螺栓连接。

优选方案之二，所述作业轮架(4)的纵梁(4-1)与主梁(1-3)之间的铰接轴与主梁(1-3)通过螺栓连接。

优选方案之三，所述插条部分(3)的开沟器(3-1)、插条机构(3-2)、覆土轮总成(3-3)与纵梁(4-1)的固定连接采用孔销连接或者螺栓连接。

优选方案之四，所述供条部分(5)中转盘轴(5-3)下端与固定在插盘支架(5-1)侧板上的供条电机(5-4)的输出轴之间的传动连接为涡轮蜗杆传动。

优选方案之五，所述切条部分(6)中的电磁牵引器(6-6)为电磁线圈或电机。

优选方案之六，所述电气部分中的电源为电瓶供电或发电机供电。

优选方案之七，所述电气部分中的微电脑控制器采用单片机或可编程控制器。

优选方案之八，所述电气部分中的传感器采用霍尔传感器。

实施本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型提供的一种全自动树苗扦插种植机，首次采用机电一体化技术实现了树苗扦插种植作业的供条、切条、插条自动化，能够大幅度提高扦插种植作业的效率，降低人工成本和劳动强度，适合大规模推广应用。此外，本实用新型还采用了独立电源系统，摈弃了现有农林机械常用的行走轮提供动力或者拖拉机提供动力的方式，便于实现机电一体化的自动控制。

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构的示意图。

图2是本实用新型的机架部分的示意图。

图3是本实用新型的行走轮架的示意图。

图4是本实用新型的作业轮架的示意图。

图5是本实用新型的插条部分的示意图。

图6是本实用新型的供条部分的示意图。

图7是本实用新型的切条部分的示意图。

图1～7中个标号指示的部件名称为：

1—机架、1-1—提升牵引连接架、1-2—行走牵引连接架、1-3—主梁、1-4—人工作业平台、1-5—机械作业框；

2—行走轮架、2-1—轮轴横梁、2-2—X形固定架、2-3—上调节螺栓、2-4—调节螺杆、2-5—下调节螺栓、2-6—轮轴、2-7—螺栓固定板、2-8—行走传感器、2-9—齿形轮盘 、2-10—行走轮；

3—插条部分、3-1—开沟器、3-2—插条机构、3-3—覆土轮总成、3-4—插条管、3-5—导向管、3-6—进条管、3-7—连接条、3-8—连接板、3-9—开沟器支撑板、3-10—覆土轮总成支撑板、3-11—连接轴；

4—作业轮架、4-1—纵梁、4-2—破土轮、4-3—作业轮组成、4-4—破土轮支撑、4-5—作业轮支撑、4-6—支撑板；

5—供条部分、5-1—插盘支架、5-2—插条转盘、5-3—转盘轴、5-4—供条电机、5-5—锯切定位孔、5-6—插条护圈、5-7—底座面板、5-8—下插条盘、5-9—上插条盘、5-10—固定杆、5-11—固定圈、5-12—树条插管、5-13—树条树条插孔；

6—切条部分、6-1—电锯、6-2—电锯固定板、6-3—电锯位移转轴、6-4—电锯牵引杆、6-5—位移转轴固定板、6-6—电磁牵引器、6-7—定长下条板、6-8—供条传感器、6-9—树条探测器、6-10—进刀传感器、6-11—碰杆固定夹、6-12—碰杆轴承座。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图1～7和实施例对本实用新型作进一步地详细描述。

在实施例中，为了便于描述，各部件相对位置关系的描述是根据说明书附图1～7相应示意图的布图方向来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1～7中相应示意图的布图方向来确定的。

实施例1：如图1所示，一种全自动树苗扦插种植机组，包括多套全自动树苗扦插种植机单元，其中每一套树苗扦插种植机均包括机架(1)、行走轮架(2)、插条部分(3)、作业轮架(4)和电气部分组成，还包括供条部分(5)和切条部分(6)；

如图2所示，所述机架(1)为框架结构，由牵引连接机构、连接梁和支撑板固定连接构成；牵引连接机构包括提升牵引连接架(1-1)和行走牵引连接架(1-2)，连接梁包括围成矩形框架的主梁(1-3)和副梁，支撑板包括固定在矩形框架右半部的人工作业平台(1-4)，左半部设置有机械作业框(1-5)；提升牵引连接架(1-1)与牵引拖拉机的提升牵拉机构铰接，行走牵引连接架(1-2)与拖拉机的水平牵引机构铰接；提升牵引连接架(1-1)和行走牵引连接架(1-2)固定连接并分别与主梁(1-3)固定连接；

如图3所示，所述行走轮架(2)由行走轮(2-10)和支撑调节机构组成；支撑调节机构为近似直角三角形框架结构，其底边为轮轴横梁(2-1)，立边为X形固定架(2-2)、斜边为调节螺杆(2-4)，调节螺杆(2-4)两端分别与固定在X形固定架(2-2)上部的上调节螺栓(2-3)和固定在轮轴横梁(2-1)右端的下调节螺栓(2-5)构成可调节机构，轮轴横梁(2-1)左端与X形固定架(2-2)的下端铰接；行走轮(2-10)通过轮轴(2-6)固定在轮轴横梁(2-1)的右端，轮轴(2-6)上还设置有与行走轮(2-10)同步旋转的齿形轮盘(2-9)，轮轴横梁(2-1)上设置有与之相应的计数式行走传感器(2-8)；上调节螺栓(2-3)与X形固定架(2-2)的上端铰接，下调节螺栓(2-5)通过螺栓固定板(2-7)与轮轴横梁(2-1)右端铰接；

如图4所示，所述作业轮架(4)由纵梁(4-1)、破土轮(4-2)、作业轮(4-3)、破土轮支撑(4-4)、作业轮支撑(4-5)组成；纵梁(4-1)与主梁(1-3)垂直并以铰接方式连接，破土轮(4-2)安装在破土轮支撑(4-4)的下端，破土轮支撑(4-4)上端与纵梁(4-1)的右端固定连接，作业轮(4-3) 安装在作业轮支撑(4-5)的下端，作业轮支撑(4-5)的上端与纵梁(4-1)的左端固定连接，纵梁(4-1)左端上面固定有支撑板(4-6)；

如图5所示，所述插条部分(3)由开沟器(3-1)、插条机构(3-2)、覆土轮总成(3-3)在破土轮(4-2)的左侧按开沟、插条、覆土的作业顺序固定连接在纵梁(4-1)的下方；插条机构(3-2)由插条管(3-4)、导向管(3-5)、进条管(3-6)自下而上依次固定连接而成；插条管(3-4)通过连接条(3-7)与连接板(3-8)固定连接，插条管(3-4)与地面成一定角度以使插条覆土后处于直立姿态，连接板(3-8)左端与开沟器支撑板(3-9)固定连接；连接轴(3-11)与连接板(3-8)、覆土轮总成支撑板(3-10)穿孔固定，其两端分别与覆土轮总成(3-3)固定连接；

如图6所示，所述供条部分(5)由插盘支架(5-1)、插条转盘(5-2)、转盘轴(5-3)、供条电机(5-4)、锯切定位管(5-5)、插条护圈(5-6)组成；插盘支架(5-1)为Π形结构，其底座与作业轮架(4)中的支撑板(4-6)固定连接，插盘支架(5-1)上底面(5-7)的中心安装转盘轴(5-3)；转盘轴(5-3)下端与固定在插盘支架(5-1)侧板上的供条电机(5-4)输出轴传动连接；插条转盘(5-2)由下插条盘(5-8)、上插条盘(5-9)、固定杆(5-10)、固定圈(5-11)、树条插管(5-12)组成，上插条盘(5-9)上边缘处同心圆位置上均匀设置有若干树条插孔(5-13)；下插条盘(5-8)位于底座面板(5-7)正上方，固定在转盘轴(5-3)上并随之旋转，下插条盘(5-8)与上插条盘(5-9)间通过二个以上的固定杆(5-10)固定连接，至少一个固定圈(5-11)将固定杆(5-10)固定连接起来，树条插管(5-12)及相应的感应块均匀设置在下插条盘(5-8)上底面的边部，并与上插条盘(5-9)的插孔垂直对应，使插入的树条能够垂直下落；供条电机(5-4)驱动转盘轴(5-3)使插条转盘(5-2)旋转以实现持续向切条部分(6)供条；

如图7所示，所述切条部分(6)由电锯(6-1)、电锯固定板(6-2)、电锯位移转轴(6-3)、电锯牵引杆(6-4)、位移转轴固定板(6-5)、电磁牵引器(6-6)、定长下条板(6-7)、供条传感器(6-8)、树条探测器(6-9)、进刀传感器(6-10)、碰杆固定夹(6-11)、碰杆轴承座(6-12)；电锯(6-1)固定连接在电锯固定板(6-2)的水平部分上，进刀传感器(6-10)、碰杆固定夹(6-11)、碰杆轴承座(6-12)固定设置在电锯固定板(6-2)的垂直部分上；电磁牵引器(6-6)得电后牵引电锯固定板(6-2)围绕电锯位移转轴(6-3)旋转，电锯(6-1)从停止位转到工作位切割落入插条锯切定位管(5-5)中的树条或者离开工作位转到停止位；供条部分5的支撑底座(5-1)的侧板与位移转轴固定板(6-5)固定连接；电磁牵引器(6-6)固定设置在支撑底座(5-1)的侧板上；

所述电气部分由电源、微电脑控制器、电动执行机构、继电器、传感器和导线组成；传感器包括行走轮架(2)上设置的行走传感器(2-8)和切条部分(6)中的供条传感器(6-8)、树条探测器(6-9)、进刀传感器(6-10)。

所述行走轮架(2)的支撑调节机构与主梁(1-3)的连接方式为焊接连接。

所述作业轮架(4)的纵梁(4-1)与主梁(1-3)之间的铰接轴与主梁(1-3)通过焊接连接。

所述插条部分(3)的开沟器(3-1)、插条机构(3-2)、覆土轮总成(3-3)与纵梁(4-1)的固定连接采用焊接。

所述供条部分(5)的供条电机(5-4) 的输出轴与转盘轴(5-3)之间的传动连接为涡轮蜗杆传动。

所述切条部分(6)中的电磁牵引器(6-6)为电机。

所述电气部分中的电源为发电机供电。

所述电气部分中的微电脑控制器采用单片机。

所述电气部分中的传感器采用霍尔传感器。

其中电气部分共用同一个电源和同一个微电脑控制器，行走轮架(2)中的行走轮(2-10)可以在保障需要的情况下减少。

使用时，每个树苗扦插种植机单元配置一名操作人员，位于于机架(1)人工作业平台(1-4)上，手动向供条部分(5)的插条转盘(5-2)中插入事先备好的树条，本实施例的全自动树苗扦插种植机组在接通电源并开始行走后即开始按照事先编制好的控制程序实施扦插作业。

实施例2：下面结合实施例1和附图1～7对本实用新型提供的优化或/和改进作进一步描述：

所述行走轮架(2)的支撑调节机构与主梁(1-3)的连接方式为螺栓连接。

所述作业轮架(4)的纵梁(4-1)与主梁(1-3)之间的铰接轴与主梁(1-3)通过螺栓连接。

所述插条部分(3)的开沟器(3-1)、插条机构(3-2)、覆土轮总成(3-3)与纵梁(4-1)的固定连接采用孔销连接或者螺栓连接。

所述供条部分(5)的供条电机(5-4) 的输出轴与转盘轴(5-3)之间的传动连接为齿轮传动。

所述切条部分(6)中的电磁牵引器(6-6)为电磁线圈。

所述电气部分中的电源为电瓶供电。

所述电气部分中的微电脑控制器采用可编程控制器。

可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，增加的这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。