拱棚支柱打入機(jī)自動(dòng)供桿裝置

摘要：中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，一個(gè)大國(guó)的命脈就是進(jìn)行農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)從而保證糧食的穩(wěn)定供應(yīng)，而農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，在實(shí)現(xiàn)大面積規(guī)模化耕作時(shí)，機(jī)械作業(yè)方式不但是不可少的，而且是必須的。在蔬菜種植中，拱棚支柱打入機(jī)的使用正是機(jī)械化作業(yè)的體現(xiàn)。所謂的拱棚是頂部呈弧形、上面覆蓋塑料膜的棚。對(duì)于蔬菜種植而言，拱棚首先它能夠通過(guò)較小的占地面積提高土地利用率；其次是它通過(guò)兩面采光與棚內(nèi)較大的高度提供充足的光照條件；最后是它能夠在溫度極低的條件下，鋪一層棉被用于升溫，以延長(zhǎng)蔬菜的栽培期。而與拱棚相匹配的拱棚支柱打入機(jī)的出現(xiàn)能夠有效提高搭建拱棚的效率，降低人力成本。

關(guān)鍵詞：拱棚；機(jī)械；自動(dòng)化

隨著大棚技術(shù)的廣泛應(yīng)用與推廣，越來(lái)越多的新的技術(shù)要求也在不斷地更新，拱棚支柱打入機(jī)的出現(xiàn)能夠有效提高搭建拱棚的效率，降低人力成本。但是目前拱棚自動(dòng)打入機(jī)的供料還是要依靠人力，實(shí)時(shí)跟隨供桿，車行駛到要打入的位置制動(dòng)后，由人將桿放到下壓機(jī)構(gòu)的槽里，從而實(shí)現(xiàn)打入前的供桿。

一、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外目前存在的供棚支柱自動(dòng)打入機(jī)的工作過(guò)程：

車身的行駛靠柴油機(jī)提供動(dòng)力，在行駛到要求的位置時(shí)，下壓機(jī)構(gòu)動(dòng)作將桿件打入泥土中，下壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)靠機(jī)器車身的液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)壓入機(jī)構(gòu)下壓產(chǎn)生的力將桿打入土中，緊接著通過(guò)車身前方的塑膜滾筒將塑料膜覆蓋在成型的桿上方，最后通過(guò)機(jī)器最前方的回轉(zhuǎn)叉刀將泥土推到塑料膜一側(cè)，從而完成打桿、鋪膜、覆土的整個(gè)過(guò)程。雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了打入機(jī)的主要功能，但是將桿放入下壓機(jī)構(gòu)的槽中是靠人完成的?？紤]完整過(guò)程的自動(dòng)化，該機(jī)器主要的缺陷是未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供桿這一功能，從而無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行一次工作循環(huán)，需要人為的下放一根桿。因此，這次設(shè)計(jì)的核心要求或設(shè)計(jì)要點(diǎn)就是解決自動(dòng)供桿這個(gè)問(wèn)題。

二、方案設(shè)計(jì)

1、方案設(shè)計(jì)

方案：運(yùn)輸之前加隔料機(jī)構(gòu)，通過(guò)齒形撥輪實(shí)現(xiàn)桿件的依次通過(guò)。

運(yùn)輸通過(guò)帶槽運(yùn)輸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，槽中有彈簧機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)緩沖作用、控制一次通過(guò)一根桿件。承接部分選用彈簧軸承，桿件掉落的地方安置承接軌道。

2、方案確定

方案通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在桿的一個(gè)一個(gè)撥分后，再將桿進(jìn)行輸送，且機(jī)構(gòu)連貫性較好，能夠較有效地克服工作中振動(dòng)摩擦等因素的干擾，雖然機(jī)構(gòu)的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)齒的形狀和槽的形狀，但是設(shè)計(jì)思路較明確，適用性較好。因此，通過(guò)事先將桿擺放在軌道上，通過(guò)重力使其下滑，齒形撥輪將其一個(gè)一個(gè)撥下，帶槽運(yùn)輸輪既起到隔離的作用，還起到了運(yùn)輸?shù)淖饔茫詈笸ㄟ^(guò)預(yù)擺放位置的設(shè)計(jì)將桿擺放在預(yù)定的位置，等檢測(cè)通過(guò)后再驅(qū)動(dòng)下滑機(jī)構(gòu)動(dòng)作，整個(gè)過(guò)程能夠較好的利用桿的重力產(chǎn)生的動(dòng)力，并能夠較好的避免振動(dòng)及摩擦產(chǎn)生的影響，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單但卻能保證適用性。

三、研究進(jìn)展

1、理論部分

（1）桿

1）材料：菱鎂復(fù)合材料

優(yōu)點(diǎn)：①表面不吸潮，不返鹵。通過(guò)先進(jìn)的改性技術(shù)和科學(xué)的生產(chǎn)工藝，解決了菱鎂復(fù)合材料大棚架易吸潮返鹵、耐水性差和易變形的缺點(diǎn)。②可制作無(wú)支柱大棚，其空間大，便于機(jī)械化耕作，可用于養(yǎng)殖（養(yǎng)羊、養(yǎng)雞、養(yǎng)魚等）和種植（花卉、蔬菜），對(duì)于種植早熟或晚熟果木、蔬菜尤為適合。③產(chǎn)品不銹蝕、不腐蝕，表面光滑，外形美觀，能延長(zhǎng)棚膜使用壽命。④安裝方便，跨度與角度可根據(jù)需要隨意制作。

近幾年來(lái)，冬暖式大棚蔬菜栽培面積逐年迅速擴(kuò)大，低造價(jià)、高性能的菱鎂復(fù)合材料大棚架應(yīng)用范圍將越來(lái)越大，將給大棚蔬菜產(chǎn)區(qū)，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2）摩擦系數(shù)

鎂-鋼的摩擦系數(shù)：U=0.42

根據(jù)下壓機(jī)構(gòu)的尺寸確定桿的尺寸大小：d1=14mm， d2=20mm

密度：P=1.74g/cm3

根據(jù)下壓機(jī)構(gòu)的弧形部分估算出桿的長(zhǎng)度：l=2300mm

質(zhì)量：m=p·v≈640.88g

3）下滑臨界角度

θ=arctanu=arctan（0.25）=14.04°

考慮到為使桿件的下滑速度小，且防止自鎖，應(yīng)稍增大自鎖角，故角度假設(shè)為

θ=15°

假設(shè)下滑距離為兩個(gè)桿之間的距離為△l=20mm

則桿件獲得的末速度v=√（2gsinθ△l）=0.32m/s

（2）齒形撥輪

1）設(shè)計(jì)齒端的過(guò)渡半徑分別為：R1=4mm，R2=2mm

2）預(yù)算齒形撥輪的齒數(shù)：Z=20

3）齒形撥輪最大直徑估算值：D=95.54mm

（3）帶槽運(yùn)輸輪

1）預(yù)先設(shè)計(jì)槽數(shù)：2-4個(gè)

2）理論依據(jù)基礎(chǔ)：①如果運(yùn)輸輪距離較大，應(yīng)在增加運(yùn)輸輪直徑的同時(shí)，增多槽的數(shù)目，以便提高運(yùn)輸效率，縮短成本；②縮短滑道的距離，以避免加速度產(chǎn)生的末速度過(guò)大從而帶來(lái)過(guò)大的沖擊；③反之，如果輸送距離較短，可縮小運(yùn)輸輪直徑的同時(shí)，減少槽的數(shù)目。但無(wú)論出于何種情況，盡量利用運(yùn)輸輪輸送的同時(shí)避免槽過(guò)多。

3）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

撥輪與帶槽運(yùn)輸輪之間的軌道長(zhǎng)度根據(jù)兩者直徑大小確定為：l≈345mm；

計(jì)算末速度對(duì)帶槽運(yùn)輸輪的沖擊影響，確定線性速度V、線性加速度a；

計(jì)算摩擦力f，防自鎖的角度Φ≈5.52°

4）通過(guò)桿件的直徑設(shè)計(jì)槽的形狀

確定重要的尺寸及角度分別為：輪的直徑D=300mm、槽的最大寬度dw=33.42mm、槽的圓弧直徑d=21mm、角度=5.52°、30°、120°

5）設(shè)計(jì)槽端的過(guò)渡半徑分別為：

R1=5mm，R2=3mm

6）彈性裝置的設(shè)計(jì)

①通過(guò)在帶槽運(yùn)輸輪的槽內(nèi)增加彈性裝置，使桿在落入槽中有減震的作用，并在運(yùn)輸輪運(yùn)輸了一定角度有，通過(guò)彈性力的回復(fù)來(lái)產(chǎn)生彈力將桿推出。②彈性裝置通過(guò)螺釘與彈簧的連接彈性固定在帶槽運(yùn)輸輪的槽中

棚支柱打入機(jī)自動(dòng)供桿裝置三維裝配軸測(cè)圖

基金項(xiàng)目：2018年校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：1201810712103。

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作者簡(jiǎn)介：馮斌（1996-10）男，陜西寶雞人，西北農(nóng)林科技大學(xué)本科生，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化。

（作者單位：陜西省咸陽(yáng)市楊凌區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)）