小型葡萄埋藤機(jī)的研制

劉偉

摘要：針對(duì)目前我國(guó)北方葡萄冬季埋藤人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量差等問題，研究設(shè)計(jì)一種小型葡萄埋藤機(jī)。闡述該機(jī)的整體結(jié)構(gòu)與工作原理，詳細(xì)介紹其主要工作部件的設(shè)計(jì)方案，并通過田間試驗(yàn)考察該機(jī)工作性能。結(jié)果表明：該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高、質(zhì)量好，性能可靠，適宜大面積推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；葡萄；埋藤機(jī)；結(jié)構(gòu)；原理；性能

中圖分類號(hào)：S224.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）10-0021-03

葡萄是我國(guó)主要水果品種之一。我國(guó)葡萄主要產(chǎn)區(qū)有新疆、山東、河北、遼寧、山西、吉林和河南等，目前已形成規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展格局。這對(duì)葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化的需求越來越高，同時(shí)也為葡萄生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展提供了條件。

我國(guó)葡萄在北方氣候寒冷地區(qū)種植面積很大，形成了特有的種植模式：春天扒藤—上架綁藤—除草施肥澆水—噴施藥劑—收獲—冬季埋藤等。其中，入冬前掩埋葡萄藤蔓是葡萄生產(chǎn)過程中最繁重的一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，一直以人工作業(yè)為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，且作業(yè)質(zhì)量難以保證，急需實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。為此，研制一種小型葡萄埋藤機(jī)，以解決目前主要依靠人工埋藤作業(yè)的困難。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

通過廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的同類技術(shù)成果，提出了拖拉機(jī)后輸出軸—三角帶傳動(dòng)—開溝扣土的設(shè)計(jì)方案。保證機(jī)具可以利用小功率輪式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)，不改裝拖拉機(jī)就可以在葡萄架下進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)、節(jié)本增效的目的。

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

該機(jī)主要由機(jī)架、傳動(dòng)軸及支撐軸承、三角帶、變速箱和扣土裝置組成。整機(jī)三維設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

扣土裝置主要參數(shù)：最小配套動(dòng)力為18.4 kW；最大開溝直徑為500 mm；開溝深度為150～230 mm。

1.2 工作原理

葡萄埋藤機(jī)由拖拉機(jī)牽引和驅(qū)動(dòng)。埋藤機(jī)的機(jī)架與拖拉機(jī)3點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)相連接，拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸與本機(jī)傳動(dòng)軸相連接。工作時(shí)，拖拉機(jī)動(dòng)力通過后輸出軸傳遞給埋藤機(jī)傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸再通過三角帶傳輸給變速箱，經(jīng)變速箱減速和改變旋轉(zhuǎn)方向后，驅(qū)動(dòng)扣土裝置旋轉(zhuǎn)，切削土壤；被切削下來的土壤隨扣土板旋轉(zhuǎn)，通過土壤相互擠壓和與外殼體摩擦達(dá)到碎土的目的，破碎的土壤回轉(zhuǎn)到殼體開口處，由于速度的原因被拋送出去。在扣土裝置回轉(zhuǎn)切削土壤的同時(shí)，埋藤機(jī)被拖拉機(jī)牽引向前運(yùn)動(dòng)，使扣土裝置上的切土刀不斷切削新土壤，被切削下來的土壤又經(jīng)破碎被拋送到葡萄藤蔓上，完成埋藤作業(yè)。

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

扣土裝置是葡萄埋藤機(jī)的主要工作部件。葡萄埋藤機(jī)工作在葡萄籬架下，這就限制了與埋藤機(jī)配套的拖拉機(jī)的作業(yè)高度，也就限制了拖拉機(jī)的功率，所以要求埋藤機(jī)必須具有低動(dòng)力消耗。為此，對(duì)扣土裝置進(jìn)行降低功耗設(shè)計(jì)?？弁裂b置主要由犁刀、切土刃、拋土板、回轉(zhuǎn)圓盤和殼體組成（如圖2所示）。

2.1 犁刀

合理設(shè)計(jì)犁刀是保證機(jī)具工作阻力小、功耗低的重要措施之一。犁刀采用三角形鏟式結(jié)構(gòu)，其尖端先與土壤接觸，利用其尖端對(duì)土壤形成較大的壓強(qiáng)，破壞土壤的結(jié)構(gòu)。犁刀的布置與土壤呈一定的入土角度，犁刀兩側(cè)面開有刃口，犁刀在土壤中向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，使土壤土體受到剪切、彎曲、掀起和向上及兩側(cè)的擠壓等綜合作用，當(dāng)擠壓力大于土體剪切強(qiáng)度時(shí)，土體被剪切破壞，經(jīng)過犁刀圓弧面過渡，達(dá)到破碎土壤和減小工作阻力的目的。

2.2 切土刀

切土刀由60Si2Mn鋼板制作，刀的前端為楔形結(jié)構(gòu)，磨有刃口，表面經(jīng)高頻淬火處理，保證了切削刃的硬度和耐磨性，使刃口鋒利，減小了切削土壤的阻力。切土刀通過螺栓安裝在拋土板上，其與土壤斷面有一定的切削角，這個(gè)切削角可以減小切土刀切削土壤的阻力。工作時(shí)，切土刀隨拋土板回轉(zhuǎn)，對(duì)土壤進(jìn)行切削，從而降低機(jī)具的功耗。切土刀可以拆卸、刃磨，以保證刃口鋒利。

2.3 拋土板

拋土板由錳鋼板制作，拋土板均布焊在回轉(zhuǎn)圓盤圓周上，驅(qū)動(dòng)軸與回轉(zhuǎn)圓盤固定，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)圓盤旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，拋土板承接切土刀切削下來的土壤，并帶動(dòng)土壤回轉(zhuǎn)，與回轉(zhuǎn)圓盤一起對(duì)土壤進(jìn)行擠壓，使土壤破碎。同時(shí)，拋土板給土壤一定的回轉(zhuǎn)速度，使土壤到達(dá)殼體開口處能夠拋出去。

2.4 回轉(zhuǎn)圓盤

回轉(zhuǎn)圓盤主要由拋土盤端板、碎土錐面和輪轂組成（如圖3所示）。

碎土錐面和輪轂焊接于拋土盤端板上。作業(yè)時(shí)，隨著機(jī)具的前進(jìn)和切土刀的壓送，大量土壤進(jìn)入碎土錐面，并沿著錐面向上移動(dòng)，這個(gè)過程中，碎土錐面對(duì)土壤進(jìn)行擠壓，使土壤進(jìn)一步碎化。同時(shí)，拋土板帶動(dòng)其內(nèi)的土壤沿拋土盤殼體高速回轉(zhuǎn)，這個(gè)過程中，拋土板內(nèi)土壤高速運(yùn)動(dòng)，而拋土盤殼體卻是靜止的，這就造成了土壤間較大的速度差，這個(gè)速度差使土壤間相互摩擦和推擠，讓土壤更加碎化，然后被拋送出去，完成碎土拋送過程。

2.5 殼體

拋土盤殼體主要由端板、護(hù)板和圓弧殼體焊接組成。端板和護(hù)板承載著拋土盤殼體主要受力，端板由鋼板制造，護(hù)板為60Si2Mn鋼板經(jīng)熱處理制成，具有較好的耐磨性和強(qiáng)度，圓弧殼體為鋼板取型而成。整體結(jié)構(gòu)通過護(hù)板和圓弧殼體上部與機(jī)架焊接，護(hù)板前部與犁刀焊接，支撐犁刀切割土壤，故要求拋土盤殼體要有足夠的強(qiáng)度。圓弧殼體為一側(cè)上部開口的結(jié)構(gòu)，其配合拋土盤粉碎土壤和拋送土壤。

3 田間試驗(yàn)

2014 年 11 月，在遼陽、沈陽、撫順的試驗(yàn)田基地進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)田土壤為輕壤土，土壤含水率 20%～30%，試驗(yàn)對(duì)象為 3～5 a期葡萄藤，配套動(dòng)力20.58 kW拖拉機(jī)，作業(yè)速度 1.83 km/h。取土溝一側(cè)距葡萄藤45～50 cm，取土溝寬度51 cm，堆土高度可達(dá)15～25 cm。

葡萄埋藤機(jī)作業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，性能可靠，覆土厚度均勻，土壤細(xì)碎，床面整齊，堆土致密，不透風(fēng)。該機(jī)取土溝斷面為半圓形，作業(yè)時(shí)不易傷根。該機(jī)圍繞葡萄根拋土作業(yè)1周，基本可達(dá)到葡萄越冬所需的土層厚度，其作業(yè)效率是人工覆土作業(yè)的6～7倍。

4 結(jié)語

葡萄藤越冬掩埋作業(yè)是北方地區(qū)葡萄生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。采用葡萄埋藤機(jī)完成葡萄覆土埋藤作業(yè)，可有效爭(zhēng)搶農(nóng)時(shí)，防止葡萄藤風(fēng)干和凍傷，保證葡萄藤的安全越冬。該機(jī)技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，實(shí)用性強(qiáng)，作業(yè)質(zhì)量好，作業(yè)效率高且不易堵塞，一次作業(yè)基本上可完成葡萄藤越冬埋土的全過程，能有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，適合各大、中、小型葡萄園使用。

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