一種栽植機多功能鎮(zhèn)壓機構的探討

張義勝 宮玉敏 高光明 劉琦 周慧

摘? 要：在植樹作業(yè)時時，樹苗周圍的土壤往往出現(xiàn)較大的土塊，土壤無法沉降變密實，增加水分的蒸發(fā)，嚴重影響了樹苗的成活率?，F(xiàn)有的植樹機鎮(zhèn)壓機構不具備破碎較大土塊的功能，且只能鎮(zhèn)壓樹苗的兩側(cè)，兩棵樹苗之間的縱向位置是沒法鎮(zhèn)壓的，且鎮(zhèn)壓出的形狀是平面的，給樹苗施水時，水四處流淌，不利于施水的貯存，也影響了樹苗水分的吸收和成活率。雖然有的植樹機設有壟的兩側(cè)面覆土裝置，但是覆土裝置的寬度是固定的，不能適應壟的寬度變化?，F(xiàn)有的鎮(zhèn)壓機構，鎮(zhèn)壓輪的表面是平的，往往出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，容易壅土和堆土;且鎮(zhèn)壓輪的質(zhì)量是固定的，針對不同的土壤，不能調(diào)整鎮(zhèn)壓力度。針對存在的問題，我們設計了一種集樹苗四周縱橫向鎮(zhèn)壓、破土、壟側(cè)面覆土寬度可調(diào)、鎮(zhèn)壓力度可調(diào)的多功能鎮(zhèn)壓機構。并對鎮(zhèn)壓輪、彈簧等主要部件進行了設計優(yōu)化。

關鍵詞：樹苗? 鎮(zhèn)壓? 覆土? 彈簧

中圖分類號：S220.2 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（b）-0050-03

Abstract： When planting trees， the soil around the seedlings often appear larger soil， the soil can not settle dense， increase the evaporation of water， seriously affect the survival rate of seedlings. The existing Arbor suppression mechanism does not have the function of breaking larger pieces of earth， and can only suppress the two sides of the saplings. The vertical position between the two saplings can not be suppressed， and the shape of the pressure is flat. When water is applied to the seedlings， water flows around. It is not conducive to water storage， but also affects the water absorption and survival rate of seedlings.Although some Arbor machines are equipped with two sides of the ridge overlay device， the width of the overlay device is fixed and can not adapt to changes in the width of the ridge.In the existing repression institutions， the surface of the pressure suppression wheel is flat， and there is often a phenomenon of skid， which is easy to choke and pile up soil. And the quality of the compressive wheel is fixed， and for different soils， the compressive force can not be adjusted. In order to solve the existing problems， we designed a kind of multifunctional suppression mechanism with vertical and horizontal suppression around the saplings， which can adjust the width of soil cover and the pressure level. The design and optimization of the main parts such as the compression wheel and spring are also carried out.

Key Words： Saplings; Repression; Soil cover; Spring

在植樹作業(yè)時，樹苗周圍的土壤往往出現(xiàn)較大的土塊，土壤無法沉降變密實，增加水分的蒸發(fā)，嚴重影響樹苗的成活率[1]?，F(xiàn)有的植樹機鎮(zhèn)壓機構不具備破碎較大土塊的功能。

現(xiàn)有的植樹機用鎮(zhèn)壓機構，鎮(zhèn)壓出的形狀，是樹苗兩側(cè)的兩個平面。給樹苗施水時，水四處流淌，不利于施水的貯存，也影響樹苗水分的吸收和成活率。

植樹機用鎮(zhèn)壓機構鎮(zhèn)壓后，壟的兩側(cè)面土壤疏松和凸凹不平，既不美觀，也會造成土壤流淌向兩側(cè)[2]。雖然有的植樹機設有壟的兩側(cè)面覆土裝置，但是覆土裝置的寬度是固定的，不能調(diào)整，不能適應壟的寬度變化。

現(xiàn)有的植樹機用鎮(zhèn)壓機構，鎮(zhèn)壓輪的表面是平的，往往出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，容易出現(xiàn)壅土和堆土現(xiàn)象。

現(xiàn)有的植樹機用鎮(zhèn)壓機構，鎮(zhèn)壓輪的質(zhì)量是固定的，針對不同的土壤，不能調(diào)整鎮(zhèn)壓力度。由于鎮(zhèn)壓輪是安裝在植樹機最后面的，如果增大鎮(zhèn)壓輪的質(zhì)量，則增加植樹機向后的翻轉(zhuǎn)力矩，降低植樹機縱向的穩(wěn)定性;如果減輕鎮(zhèn)壓輪的質(zhì)量，則影響鎮(zhèn)壓效果。

現(xiàn)有的植樹機用鎮(zhèn)壓機構，兩棵樹之間的縱向位置是沒有辦法機械鎮(zhèn)壓的。

針對植樹機用鎮(zhèn)壓機構存在的問題，我們設計了一種集樹苗四周縱橫向鎮(zhèn)壓、破土、壟側(cè)面覆土寬度可調(diào)、防止打滑、鎮(zhèn)壓力度可調(diào)整的多功能鎮(zhèn)壓機構。

1? 栽植機鎮(zhèn)壓機構的結構

鎮(zhèn)壓機構的結構如圖1所示，鎮(zhèn)壓機構由螺釘、擋圈、壟側(cè)面覆土板、鎮(zhèn)壓輪軸、軸承、孔用彈性擋圈、鍵、滑動套、懸掛軸、擋圈、開口銷、導柱導向板、壟覆土板間隔套、中間鎮(zhèn)壓輪、中間鎮(zhèn)壓輪撥叉、氣缸（油缸）聯(lián)接法蘭、氣缸（油缸）、探頭、壟側(cè)面覆土板轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)臂固定板、螺栓、螺母、墊圈、機架、導柱、彈簧、墊圈、調(diào)整螺母、破土側(cè)轉(zhuǎn)臂、鎮(zhèn)壓輪等組成。

鎮(zhèn)壓機構轉(zhuǎn)子結構如圖2所示;鎮(zhèn)壓機構轉(zhuǎn)子由螺釘、壟側(cè)面覆土板、壟覆土板間隔套、鎮(zhèn)壓輪軸、軸承、孔用彈性擋圈、鎮(zhèn)壓輪、中間鎮(zhèn)壓輪、鍵、滑動套等組成。

2? 栽植機鎮(zhèn)壓機構的工作原理

兩組鎮(zhèn)壓機構左右對稱布置，完成對樹苗四周縱橫向的鎮(zhèn)壓工作。

圖2為鎮(zhèn)壓機構轉(zhuǎn)子結構示意圖，鎮(zhèn)壓輪的一側(cè)，設計有齒形結構。齒形結構有3個用途：一是能夠?qū)涿缰車拇笸翂K粉碎，使土壤沉降變密實，減少水分的蒸發(fā)，提高樹苗的成活率。二是能夠增加摩擦力，減少鎮(zhèn)壓輪的打滑現(xiàn)象，減少壅土和堆土現(xiàn)象。三是由于齒形外徑略大于鎮(zhèn)壓輪的外徑，鎮(zhèn)壓后在樹苗的兩側(cè)形成兩道溝槽，便于存水。

鎮(zhèn)壓輪的另一側(cè)，外圓設計有軸臺，軸臺上加工有若干螺孔，用于安裝壟側(cè)面覆土板。該結構的特點是：壟側(cè)面覆土板的內(nèi)孔裝入入鎮(zhèn)壓輪的軸臺后，用螺釘緊固。壟側(cè)面覆土板間隔套的數(shù)量為一組，更換壟側(cè)面覆土板間隔套的寬度，即可以調(diào)節(jié)壟側(cè)面覆土板的軸向位置，即改變壟的寬度。圖1所示為壟最寬位置。

覆土板內(nèi)側(cè)的斜面，將壟側(cè)面的土壤擠壓成型。

壟側(cè)面覆土板轉(zhuǎn)臂和破土側(cè)轉(zhuǎn)臂中間部位加工上長孔，鎮(zhèn)壓機構可沿長孔上下浮動，以適應不同的地形。圖1為鎮(zhèn)壓機構最低位置。

彈簧套在導柱上，上端壓在導柱導向板的下側(cè)，調(diào)整螺母用于調(diào)整彈簧的緊度，即鎮(zhèn)壓輪力量的大小。圖1為彈簧自由高度時位置。

導柱的另一個作用是，使鎮(zhèn)壓輪只能垂直移動，防止鎮(zhèn)壓輪沿著轉(zhuǎn)臂懸掛軸轉(zhuǎn)動。

植樹過程中，當中間鎮(zhèn)壓輪接近樹苗時，探頭發(fā)出信號，氣缸（油缸）動作，通過中間鎮(zhèn)壓輪撥叉將中間鎮(zhèn)壓輪向外側(cè)拉動，中間鎮(zhèn)壓輪避讓樹苗，防止壓壞樹苗。此時，中間鎮(zhèn)壓輪協(xié)助鎮(zhèn)壓輪對樹苗的兩側(cè)進行鎮(zhèn)壓。

當中間鎮(zhèn)壓輪遠離樹苗時，探頭發(fā)出信號，氣缸（油缸）動作，通過中間鎮(zhèn)壓輪撥叉將中間鎮(zhèn)壓輪向內(nèi)側(cè)拉動，開始中間鎮(zhèn)壓。如圖1所示，右側(cè)為中間鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓兩棵樹之間的位置，即最內(nèi)側(cè)位置。左側(cè)為協(xié)助鎮(zhèn)壓輪對樹苗的兩側(cè)進行鎮(zhèn)壓，即最外位置。

和鎮(zhèn)壓輪的結構一樣，中間鎮(zhèn)壓輪也設計成齒形結構，其齒形外徑略大于鎮(zhèn)壓輪的外徑，也具有鎮(zhèn)壓、破土、防止打滑、在地表面形成溝槽的作用。

圖3為中間鎮(zhèn)壓輪撥叉結構圖。

3? 鎮(zhèn)壓機構的的主要部件設計

3.1 鎮(zhèn)壓輪結構

鎮(zhèn)壓輪采用圓管制作，外徑選用160mm。鎮(zhèn)壓輪端面的齒形結構，采用12齒，寬度50mm，齒形結構的外徑選用220mm。即鎮(zhèn)壓后，在樹苗的一側(cè)形成一道深30mm、寬50mm的儲水溝。

中間鎮(zhèn)壓輪采用齒形結構，選用12齒，寬度28mm，齒形結構的外徑選用220mm。

當鎮(zhèn)壓機構避讓過樹苗，即在兩顆樹苗之間鎮(zhèn)壓時，左右兩個中間鎮(zhèn)壓輪聯(lián)合鎮(zhèn)壓后，在兩顆樹苗的中間部位形成一道深30mm、寬56mm的儲水溝。

當鎮(zhèn)壓機構避讓樹苗時，中間鎮(zhèn)壓輪協(xié)助鎮(zhèn)壓輪對樹苗的兩側(cè)進行鎮(zhèn)壓，樹苗的單側(cè)，形成一道深30mm、寬78mm的儲水溝。

3.2 壟側(cè)面覆土板結構

壟側(cè)面覆土板結構，采用鋼板結構。覆土板內(nèi)側(cè)加工上一個斜度，將壟側(cè)面擠壓成型。

覆土板的外徑選用500mm，即最大覆高深度為170mm。改變覆土板的外徑，可以改變覆高深度。

改變壟覆土板間隔套的寬度，可以改變覆壟的寬度。

3.3 壟側(cè)面扶土板轉(zhuǎn)臂及破土側(cè)轉(zhuǎn)臂結構壟側(cè)面覆土板轉(zhuǎn)臂和破土側(cè)轉(zhuǎn)臂中間部位加工上一個長孔，孔的直徑采用25mm，長度采用120mm，與長孔相配合的懸掛軸直徑為24mm，即鎮(zhèn)壓機構可沿長孔上下浮動120mm。

3.4 彈簧的結構設計單組鎮(zhèn)壓機構的重量為30kg，即300N。彈簧結構如圖5所示;采用壓縮彈簧，彈簧絲的直徑設計為2.5mm，彈簧中徑為18mm，自由高度為220mm，有效圈數(shù)為22圈，彈簧內(nèi)徑為15.5mm。導柱的外徑設計為12mm。

圖1所示位置，為鎮(zhèn)壓機構最低位置，即彈簧自由高度位置。向上擰緊調(diào)整螺母，即壓縮彈簧高度，增加鎮(zhèn)壓力量。這里以彈簧壓縮60mm時為例，計算鎮(zhèn)壓輪增加的鎮(zhèn)壓力。鎮(zhèn)壓輪增加的鎮(zhèn)壓力，即彈簧工作載荷計算公式為[4]：

4? 結語

鎮(zhèn)壓輪一側(cè)的齒形結構，能夠?qū)涿缰車拇笸翂K粉碎，使土壤沉降變密實，減少水分的蒸發(fā)，提高樹苗的成活率;能夠增加摩擦力，減少鎮(zhèn)壓輪的打滑現(xiàn)象，減少壅土和堆土現(xiàn)象。能夠在樹苗的兩側(cè)及縱向形成溝槽，便于存水。

在完成鎮(zhèn)壓功能的同時，壟側(cè)面覆土板可以完成壟側(cè)面覆土功能;同時，可以調(diào)節(jié)壟側(cè)面覆土板的軸向位置，能適應不同的覆壟寬度。

鎮(zhèn)壓機構可上下浮動，以適應不同的地形。

鎮(zhèn)壓輪力量的大小，可用調(diào)整彈簧的壓縮量來獲得。從而減輕了鎮(zhèn)壓輪的重量，減輕了整個植樹機的重量，提高了植樹機縱向的穩(wěn)定性。

有效地解決了現(xiàn)有的植樹機用鎮(zhèn)壓機構，兩棵樹苗之間的縱向位置沒有辦法機械鎮(zhèn)壓的問題。圖5為鎮(zhèn)壓效果圖。

參考文獻

[1] 李玉泉，劉海鶴.營林機械的使用與發(fā)展[J].林業(yè)機械與木工設備，1999（6）：28-29.

[2] 杜令銀.十五種營林機械的研究、試驗、改進和推廣[J].林業(yè)機械，1990（4）：3-7.

[3] 楊黎明，黃凱，李恩至，等.機械零件設計手冊[M].北京：國防大學出版社，1984：324，335.