蔬菜移栽機(jī)的覆土鎮(zhèn)壓器設(shè)計(jì)

萬霖，汪春，車剛，張吉軍，張燕梁

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶163319）

蔬菜移栽機(jī)屬于旱地栽植機(jī)械，滿足：農(nóng)業(yè)技術(shù)的秧苗要求，土壤要求，栽培方式，生長要求。設(shè)計(jì)適合蔬菜移栽的移栽機(jī)，栽植一次完成開溝，送秧入溝，扶正，覆土，壓實(shí)，澆水等工序。

在秧苗放入開好的溝槽內(nèi)后，互成角度的覆土輪的擠壓作用下，將秧苗穩(wěn)定并牢固的壓緊在泥土內(nèi)，即覆土鎮(zhèn)壓器進(jìn)行覆土和壓密，用來壓緊土壤，使根系與濕土嚴(yán)密接觸。必須具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、不粘土、不壅土、鎮(zhèn)壓力可適當(dāng)調(diào)整，鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行不少的試驗(yàn)研究[1-3]，主要進(jìn)行該機(jī)構(gòu)的研究，滿足旱地栽植要求，具有重要的意義。

1 覆土鎮(zhèn)壓器的受力分析

1.1 覆土鎮(zhèn)壓器垂直地面的作用力

蔬菜移栽機(jī)作業(yè)過程所受的作用力：自身重量，通過機(jī)架作用的拉力，開溝器的工作阻力，土壤對覆土鎮(zhèn)壓器的反作用力。將鉸接點(diǎn)的支持力和覆土鎮(zhèn)壓器軸承滾動(dòng)阻力忽略不計(jì)，單體受力如圖1。

將所受力沿垂直Y軸方向分解，即

式中：G——單體重量；

F1x——開溝器水平工作阻力；

F1y——開溝器垂直工作阻力；

R2——土壤反作用力；

Q——土壤反作用力；

Q＇——覆土鎮(zhèn)壓器滾動(dòng)阻力，Q′=Qf，（f——覆土鎮(zhèn)壓器滾動(dòng)阻力系數(shù)，0.20～0.28）

F——單體拉力；

α——單體拉力與水平線的夾角。

覆土鎮(zhèn)壓器在受力中作用力和反作用力相等的原理，整理。

1.2 壓強(qiáng)計(jì)算

非剛性路面承受的載荷如圖2，當(dāng)輪子的下陷量不大時(shí)，下陷量的計(jì)算可以簡化為[4]：

式中：B——覆土鎮(zhèn)壓器寬度，mm；

D——覆土鎮(zhèn)壓器直徑，mm；

K——土壤特性系數(shù)，K=ξ（1+0.27B），ξ為與土壤性質(zhì)有關(guān)的參數(shù).

覆土鎮(zhèn)壓器與地接觸的面積S為：

覆土鎮(zhèn)壓器在工作時(shí)變形小，可近似看成剛性體，忽略輪下土向兩側(cè)的流動(dòng)，近似的認(rèn)為在矩形面上均勻分布，因此覆土鎮(zhèn)壓器對基礎(chǔ)部分的壓強(qiáng)P：

1.3 應(yīng)力分布

根據(jù)土力學(xué)和彈性力學(xué)理論，土壤受力后的壓縮變形主要是由垂直應(yīng)力引起的，由于溝深（50～60mm）較淺，土壤自重應(yīng)力可以忽略不計(jì)，如圖3和圖4，在直角坐標(biāo)系下：

均布載荷任意點(diǎn)下垂直附加應(yīng)力為：

式中：IS——影響值；m=L，n=z BB

σ——豎直集中力作用下地面下任意點(diǎn)O′處的垂直應(yīng)力，單位Kpa；

Q——豎直集中力，覆土鎮(zhèn)壓器對地面的垂直作用力，單位N；

r——豎直集中力作用點(diǎn)距任意點(diǎn)O′處的距離，單位mm；

θ——豎直集中力作用點(diǎn)和任意點(diǎn)O′處的聯(lián)系與垂直線的夾角。

式（7）是角點(diǎn)下的計(jì)算公式，按1/4面積計(jì)算，然后疊加，覆土鎮(zhèn)壓器與地接觸中心點(diǎn)下按：

σz中心點(diǎn)下=4σz角點(diǎn)下

2 覆土鎮(zhèn)壓器的主要參數(shù)的確定

2.1 覆土鎮(zhèn)壓器的寬度

覆土鎮(zhèn)壓器的寬度大小根據(jù)開溝寬度而確定，若小于開溝器寬度易造成苗帶下沉，形成溝狀；若大于開溝寬度，在同樣的輪重情況下，壓強(qiáng)減小，難以達(dá)到農(nóng)藝要求。因此，覆土鎮(zhèn)壓器的寬度大于溝寬，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定。

2.2 覆土鎮(zhèn)壓器直徑D

覆土鎮(zhèn)壓器的直徑對鎮(zhèn)壓效果影響很大，一般在輪重相等的情況下，輪徑愈小，其碎土效果和拉力愈大，其受力分析如圖5，力矩關(guān)系為：

式中：F——牽引力；

G——輪重；

l——下陷時(shí)，覆土鎮(zhèn)壓器前進(jìn)的長度；

R——支承力；

ν——覆土鎮(zhèn)壓器前進(jìn)速度；

t——覆土鎮(zhèn)壓器前進(jìn)的時(shí)間。

當(dāng)牽引力，輪重一定時(shí)，在相應(yīng)的速度下，覆土鎮(zhèn)壓器直徑過小，鎮(zhèn)壓時(shí)間短，土壤壓實(shí)效果就越不理想，同時(shí)滑移系數(shù)增大，易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)不靈和壅土，增加阻力，工作質(zhì)量惡化等現(xiàn)象，常用范圍300～380mm，考慮到安裝結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)的輪徑為320mm。

2.3 覆土鎮(zhèn)壓器夾角φ

覆土鎮(zhèn)壓器夾角φ小，工作阻力小[5]。但是過小，使兩輪之間的空間小，容易壓苗，常用的 φ 為9°～16°。

2.4 聚點(diǎn)m的位置

聚點(diǎn)m的位置用β角表示如圖6，β角的大小直接影響壓實(shí)效果，過低易造成夾土和堵塞，m點(diǎn)的高度以溝深為宜，一般 β=55°～75°[6]。

該裝置主要由三部分組成：1.架體；2.壓實(shí)輪；3.覆土爪。如圖7，將架體與移栽機(jī)相連，覆土壓實(shí)裝置的作用是在秧苗已經(jīng)被放入苗溝內(nèi)后，在兩個(gè)互成角度的壓實(shí)輪的作用下，使土壤能夠充分的包裹秧苗的根部，并且在一定的力的作用下借助土壤為中介將秧苗緊緊的壓實(shí)在土壤內(nèi)，保證直立狀態(tài)。架體后側(cè)上對稱的兩個(gè)覆土爪，其作用就是使作業(yè)后的土壤平整。

3 結(jié)論與討論

覆土鎮(zhèn)壓器采用兩個(gè)互成角度圓盤壓實(shí)輪，進(jìn)行了受力分析、壓強(qiáng)計(jì)算及應(yīng)力分析，在一定的力的作用下借助土壤為中介將缽苗緊緊的壓實(shí)在土壤內(nèi)，確定了覆土鎮(zhèn)壓器的寬度B=80mm及直徑D=320mm，保證農(nóng)藝要求。

[1]胡軍，封俊，曾愛軍.大蔥移栽機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，18（2）：42-45.

[2]張守勤，馬成林，馬旭，等.精密播種單體仿形機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)仿真[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1994，1（10）：50-55.

[3]孫福輝，封俊，胡鴻烈.單體仿形壓輪式播種單組結(jié)構(gòu)參數(shù)的模擬計(jì)算[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，3（5）：68-72.

[4]董曉麗.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2009.

[5]北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1991.

[6]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.