紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)設(shè)計(jì)與仿真

覃海英，馬桂香，馬俊生，劉　碩，湯華飛

(廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南寧　530004 )

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紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)設(shè)計(jì)與仿真

覃海英，馬桂香，馬俊生，劉碩，湯華飛

(廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南寧530004 )

摘要：紅樹林有著重要生態(tài)效益，但我國的紅樹林已遭受嚴(yán)重的圍墾砍伐破壞，目前都是自然野生，繁衍速度極慢，種子存活率極低。為此，設(shè)計(jì)了紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)，旨在用機(jī)械種植代替野生自然生長(zhǎng)，機(jī)械種植再借助白泥定位塊來實(shí)現(xiàn)。其主要由整車車身、攪拌機(jī)構(gòu)、自動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)、泥模造型機(jī)構(gòu)及傳送帶歇停機(jī)構(gòu)等組成。實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果表明：其種子發(fā)芽率達(dá)到96%，具有重要的生態(tài)意義。

關(guān)鍵詞：紅樹林；泥模定位塊；播種機(jī)

0引言

紅樹林對(duì)生態(tài)效益起著重要的作用，它有很多的功能，如抵御海風(fēng)、消減海浪、存淤造灘、保岸固堤，以及可凈化空氣和海水。紅樹林錯(cuò)綜復(fù)雜的根系可以有效地滯存陸地的來沙，從而減少近岸海域的含沙量，茂盛粗壯的枝體可以抵御風(fēng)浪襲擊。紅樹林的工業(yè)、藥用等經(jīng)濟(jì)價(jià)值也很高，但我國的紅樹林已遭受嚴(yán)重的圍墾砍伐破壞，目前都是自然野生，繁衍速度極慢，野生自然生長(zhǎng)種子存活率極低。

要解決目前海洋乃至整個(gè)生態(tài)的問題，必須人為種植制紅樹林，但由于紅樹林的生長(zhǎng)環(huán)境特殊，其生長(zhǎng)環(huán)境是海灘，播下后易被潮水卷走，因此種植紅樹林應(yīng)借助白泥定位塊來實(shí)現(xiàn)：將紅樹林種子放入白泥定位塊內(nèi)，從而進(jìn)行人工種植紅樹林。白泥呈微堿性，能為種子生長(zhǎng)提供營養(yǎng)，使種子的存活率提高且加快生長(zhǎng)。由于白泥具有自重大且不易溶于水的特點(diǎn)，還能防止種下后漲潮時(shí)種子被潮水沖走。但是，人工播帶種子的白泥模塊速度慢且勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以研制紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)，實(shí)現(xiàn)用機(jī)械代替人工，有效解決紅樹林遭受圍墾砍伐所帶來的生態(tài)破壞。

1設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)

1.1設(shè)計(jì)原理

1)紅樹林的生長(zhǎng)環(huán)境是海灘，比較特殊，種子播下后易被潮水卷走。因此，設(shè)計(jì)出一種滿足紅樹林播種要求的紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)。

2)紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)滿足聯(lián)合作業(yè)的要求，一次性完成制模、卸模及種植等作業(yè)。

3)在滿足各方面的功能和要求后，盡量讓整機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，從而減少整機(jī)體積。在滿足各零部件強(qiáng)度要求后，盡量減輕整機(jī)質(zhì)量，從而節(jié)約使用的材料。

4)紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)的零件要滿足互換性和可裝配性的要求。

1.2整機(jī)結(jié)構(gòu)

紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)以柴油機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)源，主要由整車車身、攪拌機(jī)構(gòu)、自動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)、泥模造型機(jī)構(gòu)、傳送帶歇停機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。

1.電動(dòng)機(jī)　2.送料漏斗　3.駕駛控制室

1.3工作原理

紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)作業(yè)時(shí)，整車車體實(shí)質(zhì)是一個(gè)簡(jiǎn)單的行駛系，由于紅樹林的生長(zhǎng)環(huán)境特殊，生長(zhǎng)在海灘，所以車輪采用扇葉式，提高其行走能力，由駕駛控制室來控制機(jī)器的啟停。電動(dòng)機(jī)作為攪拌機(jī)動(dòng)力源，其目的是將白泥攪拌均勻。自動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)通過1對(duì)直齒輪嚙合和1對(duì)錐齒輪嚙合，從而帶動(dòng)偏心輪的圓周運(yùn)動(dòng)。偏心輪、連桿和擺桿剪切刀構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)擺桿剪切刀的剪切動(dòng)作。泥模造型機(jī)構(gòu)通過帶圓套滑塊、滑槽、模具連桿和模具曲柄構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，再通過帶圓套滑塊傳遞動(dòng)力給造型模具，實(shí)現(xiàn)造型模具上下運(yùn)動(dòng)的壓泥模動(dòng)作。模具壓塊配合造型模具的壓泥模動(dòng)作完成自動(dòng)取模。傳送帶歇停機(jī)構(gòu)通過撥盤與槽輪嚙合傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變成間歇運(yùn)動(dòng)，使傳送帶每移動(dòng)20cm都停留0.75s。造出的泥模安放種子后直接經(jīng)傳送帶傳送后播下。

1.4主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm：2710×1960×1920

整機(jī)質(zhì)量/kg：152

作業(yè)效率/hm2·h-1：0.4～0.66

播種行數(shù)/行·幅-1：1

每泥模內(nèi)種子數(shù)/顆·塊-1：2

行距/mm：800

漏播率/%：≤0.5

泥模破碎率/%：≤0.2

播種量/kg·hm-2：195～270

2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)

自動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)的最終目的是實(shí)現(xiàn)剪切下每個(gè)泥模的高度為3cm,如圖2所示。工作時(shí)，攪拌好的白泥通過傳送漏斗和輸送管掉下，電動(dòng)機(jī)及減速箱組提供剪切動(dòng)力，通過1對(duì)圓柱直齒輪嚙合傳動(dòng)和1對(duì)錐齒輪嚙合傳動(dòng)，從而帶動(dòng)偏心輪的圓周運(yùn)動(dòng)；連桿、偏心輪和擺桿剪切刀組成曲柄連桿，實(shí)現(xiàn)擺桿剪切刀的擺動(dòng)剪切。

2.2泥模造型機(jī)構(gòu)

泥模造型機(jī)構(gòu)的最終目的是實(shí)現(xiàn)造型模具在傳送帶停0.75s的時(shí)間內(nèi)可以造模1次，如圖3所示。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)及減速箱組提供造型動(dòng)力，帶動(dòng)模具曲柄做圓周運(yùn)動(dòng)，通過帶圓套滑塊、滑槽、模具連桿和模具曲柄構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，再通過帶圓套滑塊傳遞動(dòng)力給造型模具，實(shí)現(xiàn)造型模具上下運(yùn)動(dòng)的壓泥模動(dòng)作；模具壓塊配合造型模具的壓泥模動(dòng)作來完成自動(dòng)取模。

1.傳送漏斗　2.支撐臺(tái)　3.連桿　5.偏心輪

1.帶圓套滑塊　2.模具壓塊　3.造型模具　4.滑槽　5.傳送帶

2.3傳送帶歇停機(jī)構(gòu)

傳送帶歇停機(jī)構(gòu)的最終目的是將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變成間歇運(yùn)動(dòng)，使傳送帶每移動(dòng)20cm都停0.75s，如圖4所示。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)及減速箱組提供傳送帶歇停機(jī)構(gòu)動(dòng)力，槽輪與撥盤相嚙合傳出的動(dòng)力為間歇?jiǎng)恿Α?/p>

假設(shè)攻擊者I可以獲得RA，RB并由此得到A，B的會(huì)話密鑰K，如圖1所示，I假冒A與B通信，在獲取RA，RI后，跳過消息(3)，直接執(zhí)行消息(4),這樣I和B就共享了會(huì)話秘鑰K，攻擊過程描述如下：

2.3.1對(duì)槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

根據(jù)需求，取槽的數(shù)量為Z=4。

根據(jù)各構(gòu)件的尺寸及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(見圖5)得槽輪的中心距，并考慮摩擦輪尺寸得：L>17+42+100+100-130=129mm，取標(biāo)準(zhǔn)值L=140mm。

從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)角為

2β=360°/Z=90°

主動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)角為

2α=360°-2β=90°

槽口到從動(dòng)輪的軸心的長(zhǎng)度為

O2A=Lcosβ=98.99mm

主動(dòng)輪柄的長(zhǎng)度為

R1=O1A=Lsinβ=98.99mm

滾子的半徑：取r3近似等于R1/6，則r3=98.99/6=16.50mm,取r3=20mm。

其鎖止弧的半徑為RH≤O1A-r3-h=68.49mm，將其圓整為65mm。

設(shè)定O1A為起始線的兩邊α角中沒有鎖止弧，而主動(dòng)輪的鎖止弧占有角度，則槽輪上的槽口到槽底的深度為

LS=O2A-(L-O1A)+r3+D=98.99-(140-98.99)+

20+D=(77.98+D)mm

其中，D為預(yù)留間隙；周期T=3s。

所以，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

T1=αT/π=T/4=0.75s

其從動(dòng)輪的歇停時(shí)間為T2=T-T1=2.25s。

1.傳送帶　2.槽輪　3.撥盤　4.軸承及軸承座　5.電動(dòng)機(jī)及減速箱組

1.撥盤　2.槽輪

2.3.2槽輪機(jī)構(gòu)軌跡仿真

槽輪機(jī)構(gòu)軌跡關(guān)系如圖6所示。

圖6　軌跡關(guān)系圖

3實(shí)地試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)基本條件

紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)實(shí)地性能試驗(yàn)在北海山口鎮(zhèn)海岸進(jìn)行。其海岸的外層地質(zhì)為淤泥沙質(zhì)，局部為玄武巖，土層肥沃深厚；但其余的地質(zhì)大部分是淺海中沉積的磚紅壤，土層十分厚，有機(jī)質(zhì)很少，肥力比較差。該地的典型氣候?yàn)楣赓Y源和熱資源十分豐富，降雨較多，平均年降水量高達(dá)1 663mm。取1hm2海灘用于人工種植模擬野生自然生長(zhǎng)，再取1hm2海灘用于紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)種植。

試驗(yàn)用紅樹林種子為白骨壤，千粒質(zhì)量552.5g，播種量250kg/hm2。

3.2試驗(yàn)結(jié)果

播種機(jī)性能試驗(yàn)指標(biāo)如表1所示。由表1可以看出：該播種機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)都達(dá)到了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

表1　紅樹林種子泥模定位制作播種機(jī)性能試驗(yàn)指標(biāo)

4結(jié)論

1)該機(jī)針對(duì)紅樹林生長(zhǎng)條件要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，用機(jī)械種植代替野生自然生長(zhǎng)。機(jī)械種植借助白泥定位塊來實(shí)現(xiàn)，將紅樹林種子放入白泥定位塊內(nèi)，從而進(jìn)行種植紅樹林。白泥呈微堿性，能為種子生長(zhǎng)提供營養(yǎng)，使種子的存活率提高和加快生長(zhǎng)。由于白泥自重大且不易溶于水的特點(diǎn)，還能防止種下后漲潮時(shí)種子被潮水沖走，使種子發(fā)芽率達(dá)到96%。

2)本播種機(jī)輪子采用扇葉式，提高了種植機(jī)在海灘行走的能力。制模、卸模和種植等聯(lián)合作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械代替人工種植泥模塊，從而大大提高了勞動(dòng)力和勞動(dòng)效率。

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Design of a Mangrove Seeds Clay Localization Production Machine

Qin Haiying, Ma Guixiang, Ma Junsheng, Liu Shuo , Tang Huafei

(College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract：Mangrove has important ecological benefits, but Chinese mangrove has suffered severe deforestation reclamation damage, at present are natural wild, breed very slowly, the seed survival rate is extremely low. So we design mangrove seeds clay localization production machine with mechanical plant instead of wild natural growth,mechanical planting with white clay locating piece again, it is mainly composed of the vehicle body, mixing mechanism, automatic shearing mechanism, clay modelling agency, conveyor belt, xie stop institutions, etc. The field experiment results show that the seed germination rate of 96%, to the Marine is the ecosystem has its important significance.

Key words：mangrove; clay mold positioning block; planter

文章編號(hào)：1003-188X(2016)04-0103-04

中圖分類號(hào)：S223.2+6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：覃海英(1972-)，女，南寧人，講師，碩士，(E-mail)674053259@qq.com。通訊作者：馬桂香(1994-)，女，廣西桂林人，本科學(xué)生，(E-mail)1124056290@qq.com。

基金項(xiàng)目：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(141059301)

收稿日期：2015-04-01