自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及試驗(yàn)

王紅軍,廖 滔,張嘉謀,林子鈞,尤德安,彭志鋒

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工程學(xué)院;b.電子工程學(xué)院(人工智能學(xué)院),廣州 510642)

0 引言

我國(guó)是世界上荒漠化最嚴(yán)重的國(guó)家之一,全國(guó)沙化土地面積約占國(guó)土的27%,除上海、臺(tái)灣及香港和澳門特別行政區(qū)沒有荒漠化土地外,其余地區(qū)均有分布,且主要分布在青海、新疆、內(nèi)蒙古、西藏、甘肅、陜西、寧夏、河北八省(自治區(qū))。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)每年因荒漠化造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)640多億元(截至2020年),而種植草方格是目前最有效的防風(fēng)固沙方法之一。草方格種植即將廢棄麥草呈方格狀鋪在沙上,再用鐵鍬軋進(jìn)沙中,留麥草的1/3自然堅(jiān)立在四邊,再將方格中心的沙子撥向四周麥草根部,使麥草牢牢地堅(jiān)立在沙地上。相比于人工種植草方格,研發(fā)一種草方格固沙機(jī),采用機(jī)械化種植草方格的效率與經(jīng)濟(jì)性將大大提高。

近年來(lái),防風(fēng)固沙領(lǐng)域發(fā)展迅速,草方格固沙機(jī)作為防風(fēng)固沙的主力之一,國(guó)內(nèi)已進(jìn)行眾多研究與研發(fā)。在國(guó)內(nèi),由北京林業(yè)大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃“防風(fēng)固沙草方格鋪設(shè)機(jī)器人”項(xiàng)目開啟了固沙造林機(jī)械研發(fā)的先河。李躍娟等人對(duì)草方格鋪設(shè)機(jī)器人的橫向插草機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析[1],楊博等人確定了草方格鋪設(shè)機(jī)器人縱向鋪設(shè)輪的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案[2],李玉印等人研究與設(shè)計(jì)了草方格鋪設(shè)機(jī)構(gòu)。上述研究雖然在理論上獲得了大量成果,但因研發(fā)與實(shí)踐脫節(jié),草方格機(jī)器人并未在防沙治沙實(shí)踐中得到有效的推廣應(yīng)用[3]。而國(guó)外所應(yīng)用的草方格固沙機(jī)多為國(guó)內(nèi)引進(jìn),中國(guó)的草方格固沙機(jī)也被國(guó)外稱為“中國(guó)魔方”。目前,國(guó)外并未在草方格固沙機(jī)的研究方面有重大突破,也并未有能適應(yīng)多種沙地類型與功能完備的草方格固沙機(jī)問世。

綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)草方格固沙機(jī)的研究,筆者提出了一種集底盤、開溝機(jī)構(gòu)、草箱機(jī)構(gòu)、插草機(jī)構(gòu)、覆壓沙機(jī)構(gòu)、播種及灑水機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)與一體的多功能自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作流程

目前,仍有不少地區(qū)的草方格鋪設(shè)利用人工作業(yè)完成,作業(yè)時(shí)需兩人共同工作,經(jīng)過擺放、軋草、撥沙、壓沙等步驟,先縱向后橫向,形成1m×1m的沙障?，F(xiàn)有的草方格固沙機(jī)將人工草方格鋪設(shè)方式通過機(jī)械實(shí)現(xiàn),相比于人工作業(yè)大大提升了作業(yè)效率與穩(wěn)定性,降低了勞動(dòng)力消耗;但鋪設(shè)過程多采用已扎好的草皮進(jìn)行鋪設(shè),且按照人工作業(yè)方式先進(jìn)行完縱向鋪設(shè)再進(jìn)行橫向鋪設(shè)。橫向鋪設(shè)時(shí)對(duì)已鋪設(shè)的麥草碾壓率高,破壞性強(qiáng),整體而言經(jīng)濟(jì)效益提升不大。人工鋪設(shè)作業(yè)如圖1所示。

1.1 “T+一”式草方格創(chuàng)新鋪設(shè)方式

草方格鋪設(shè)方式創(chuàng)新性設(shè)計(jì)為“T+一”式鋪設(shè),具體方法為:當(dāng)固沙車走第1條直線時(shí),縱橫向同時(shí)進(jìn)行種草工作;當(dāng)固沙車轉(zhuǎn)彎走第2條直線時(shí),僅進(jìn)行橫向插草工作,持續(xù)“T”式與“一”式種草方式交替進(jìn)行,完成草方格種植[4]。本鋪設(shè)方式每次直線行走只會(huì)單側(cè)輪子對(duì)橫向草沙障造成碾壓,而縱橫向分開鋪設(shè)的傳統(tǒng)鋪設(shè)方式會(huì)使兩側(cè)輪子都碾壓到草沙障?！癟+一”式鋪設(shè)方式在鋪設(shè)效率幾乎相同的情況下,有效降低了對(duì)沙障的碾壓率,大大提升了草方格鋪設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。“T+一”式鋪設(shè)方式如圖2所示。

圖1 人工鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)Fig.1 Manual laying site

圖2 “T+一”式鋪設(shè)方式Fig.2"T + 一" type laying method

1.2 整體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)主要由7部分組成,分別為開溝機(jī)構(gòu)、草箱機(jī)構(gòu)、插草機(jī)構(gòu)、覆壓沙機(jī)構(gòu)、播種及灑水機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)及底盤,如圖3所示[5-14]。

1.開溝機(jī)構(gòu) 2.草箱機(jī)構(gòu) 3.升降機(jī)構(gòu) 4.覆壓沙機(jī)構(gòu) 5.播種及灑水機(jī)構(gòu) 6.插草機(jī)構(gòu) 7.底盤圖3 自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)整體方案設(shè)計(jì)Fig.3 Overall scheme design of automatic cruise grass square sand fixing machine

在這些機(jī)構(gòu)的集成作用下,設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)縱向鋪草開溝、縱橫向草料輸送、縱橫向扎草、縱橫向覆土壓沙、播種、灑水的動(dòng)作,各個(gè)功能協(xié)調(diào)運(yùn)作,自動(dòng)巡航且全自動(dòng)完成草方格鋪設(shè)全工作過程。

1.3 工作流程

自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)工作流程如圖4所示。

圖4 工作流程圖Fig.4 Work flow chart

開始工作前,先在兩草箱放入較整齊的散草,種子箱放種子,水箱中補(bǔ)水。啟動(dòng)機(jī)器后,升降機(jī)構(gòu)平臺(tái)下降,使縱向插草機(jī)構(gòu)與縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)下降,且?guī)?dòng)繞線輪轉(zhuǎn)動(dòng),通過滑輪組與鋼繩使縱向開溝機(jī)構(gòu)向下傾斜,插入沙面進(jìn)行開槽,從而實(shí)現(xiàn)縱向開溝機(jī)構(gòu)、縱向插草機(jī)構(gòu)、縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。

當(dāng)固沙機(jī)以“T”式鋪草時(shí),連接減速箱的電機(jī)正轉(zhuǎn),通過減速箱與同步帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)草箱機(jī)構(gòu)中的推草板、滾筒。此時(shí),縱橫向同時(shí)鋪設(shè)沙障,即橫向草箱通過連桿機(jī)構(gòu)間歇式推草,橫向插刀間歇式插草,橫向覆壓沙機(jī)構(gòu)工作,使沙障更加牢固;縱向草箱通過滾筒持續(xù)送草,縱向鋪設(shè)輪持續(xù)滾動(dòng)進(jìn)行插草,縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)工作。

當(dāng)固沙機(jī)以“一”式鋪草時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn),減速箱齒輪組與單向軸承的組合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸入軸換向而一個(gè)輸出軸轉(zhuǎn)向恒定,另一個(gè)輸出軸不轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)以“一”式鋪設(shè)草方格時(shí)橫向繼續(xù)插草,而縱向停止插草。

鋪設(shè)草方格時(shí)同時(shí),通過播種及灑水機(jī)構(gòu)進(jìn)行播種與灑水工作。

2 主要機(jī)構(gòu)方案及工作原理分析

2.1 開溝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

開溝器結(jié)構(gòu)如圖5所示。開溝機(jī)構(gòu)設(shè)置于縱向草箱下方,通過繞線輪與鋼絲繩和升降機(jī)構(gòu)共用一個(gè)動(dòng)力源。當(dāng)升降機(jī)構(gòu)下降時(shí),鋼絲繩拉緊,使開溝器向下傾斜插入沙面,為縱向沙障鋪設(shè)刮開溝槽;當(dāng)升降機(jī)構(gòu)上升時(shí),鋼絲繩松開,開溝機(jī)構(gòu)通過拉簧的作為歸位。開溝機(jī)構(gòu)整個(gè)工作過程無(wú)需額外動(dòng)力源,通過設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)共同運(yùn)動(dòng)。

8.連接型材 9.開溝器 10.法蘭聯(lián)軸器 11.軸承座 12.拉簧圖5 開溝機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.5 Structural design of the trench opening mechanism

2.2 草箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

草箱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。其功能是:當(dāng)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),同時(shí)為縱向和橫向沙障鋪設(shè)提供草料,即為“T”式種草提供草料;當(dāng)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí),僅為橫向沙障鋪設(shè)提供草料,即為“一”式種草提供草料。

13.減速箱 14.橫向推草板 15.連桿機(jī)構(gòu) 16.橫向草箱 17.縱向草箱 18.縱向滾草筒圖6 草箱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.6 Design of trunk mechanism

該機(jī)構(gòu)縱向草箱通過滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),使草箱內(nèi)草料被連續(xù)送出;橫向草箱通過具急回特性的推草板上的釘子,把草箱內(nèi)的草料間歇性推出。

縱向推草的滾筒與橫向具有急回特性的多連桿推草機(jī)構(gòu)配合使用自主設(shè)計(jì)的減速箱,共用1個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng),控制簡(jiǎn)單,節(jié)省動(dòng)力源。減速箱中,將齒輪組與單向軸承組合設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)輸入軸換向時(shí)一輸出軸轉(zhuǎn)向恒定、另一輸出軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),通過齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng),同時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒和推草板運(yùn)動(dòng);當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí),滾筒不轉(zhuǎn),推草板維持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),符合“T+一”式草方格鋪設(shè)工作模式。草箱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖7所示。

2.3 插草機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

插草機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖8所示。其功能是:將草箱機(jī)構(gòu)所提供的草料插進(jìn)沙面,完成縱向與橫向沙障的鋪設(shè)。

圖7 草箱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.7 Structural structure of trunk mechanism

19.超聲波傳感器 20.縱向插草刀 21.橫向插草刀圖8 草插草機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.8 Structural design of the intubation mechanism

插草機(jī)構(gòu)由縱向插草機(jī)構(gòu)與橫向插草機(jī)構(gòu)組成?？v向插草機(jī)構(gòu)采用鋪設(shè)輪持續(xù)壓入沙中進(jìn)行插草,所設(shè)計(jì)鋪設(shè)輪可繞軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(可在沙地滾動(dòng)),便于鋪設(shè)輪持續(xù)不斷地進(jìn)行插草。同時(shí),安裝超聲波傳感器,檢測(cè)并反饋沙面到車底距離,通過升降平臺(tái)實(shí)時(shí)調(diào)整縱向插草深度。其中,縱向插草刀下陷深度計(jì)算公式為

(1)

式中n—深陷指數(shù);

k—沙地特性指數(shù)(N/cm3);

D—縱向插草刀直徑(m);

b—縱向插草刀寬度(m);

G—縱向插草刀載荷(N);

Z0—下陷深度(m)。

由式(1)可知,縱向插草刀下陷深度Z0由縱向插草刀載荷G、縱向插草刀直徑D、縱向插草刀寬度b決定,深陷指數(shù)n、沙地特性指數(shù)k、縱向插草刀直徑D、縱向插草刀寬度b影響縱向插草刀所受的摩擦力。試驗(yàn)中,在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下,縱向插草刀設(shè)計(jì)為直徑D=600mm、厚度b=4mm的金屬圓盤。

橫向插草機(jī)構(gòu)將舵機(jī)與氣缸結(jié)合,使插草刀走近似擺線路徑,大大降低橫向插草時(shí)的阻力問題。橫向插草機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖9所示。

圖9 橫向插草機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of the lateral intubation mechanism movement

2.4 覆壓沙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

覆壓沙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖10所示。其功能是:將已插入沙面的麥草兩側(cè)的沙子撥向麥草的根部,再將其壓緊,使麥草牢牢地堅(jiān)立在沙地上,使草方格沙障更牢固,不易被風(fēng)吹散。

22.縱向覆沙手掌 23.縱向壓沙滾輪 24.懸掛彈簧 25.機(jī)械限位裝置 26.橫向覆沙刀 27.橫向壓沙滾輪圖10 覆壓沙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.10 Structural design of the sand covering mechanism

覆壓沙機(jī)構(gòu)由覆沙與壓沙種功能結(jié)構(gòu)組成。其中,縱向采用仿生手掌覆沙及雙側(cè)壓沙滾輪實(shí)現(xiàn),并可以根據(jù)縱向草沙障的寬度調(diào)整覆沙仿生手掌的角度及兩側(cè)壓沙輪的間距,以適應(yīng)不同寬度的草沙障,在不破壞草沙障的前提下達(dá)較好的覆沙效果。橫向覆壓沙機(jī)構(gòu)因需頻繁進(jìn)行往復(fù)的上下運(yùn)動(dòng),且插覆沙刀插入沙面存在沖擊力,故使用氣缸驅(qū)動(dòng)覆沙刀及懸掛式壓沙滾輪上下運(yùn)動(dòng),結(jié)合機(jī)械限位裝置實(shí)現(xiàn)三位置運(yùn)動(dòng),完成橫向覆壓沙。三位置運(yùn)動(dòng)示意圖如圖11所示。

圖11 橫向覆壓沙機(jī)構(gòu)三位置運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.11 Schematic diagram of the three-position motion of the lateral sand covering mechanism

2.5 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖12所示。其功能是:將縱向插草機(jī)構(gòu)、縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)壓入沙面,并使開溝機(jī)構(gòu)向下傾斜插入沙面,為縱向沙障鋪設(shè)進(jìn)行準(zhǔn)備工作。

28.蝸輪蝸桿組合 29.繞線輪 30.鏈輪鏈條組合 31.升降平臺(tái) 32.直線導(dǎo)軌圖12 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.12 Structural design of the lifting mechanism

升降機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)連接件將升降平臺(tái)與直線導(dǎo)軌連接,再利用直板鏈條接頭將其中一個(gè)連接件與鏈條連接。升降平臺(tái)下安裝有縱向插草機(jī)構(gòu)、縱向覆壓沙機(jī)構(gòu),當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鏈條其中一邊上升(下降),升降平臺(tái)也隨之上升(下降),隨之帶動(dòng)縱向插草機(jī)構(gòu)與縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)上升(下降);同時(shí)帶動(dòng)繞線輪轉(zhuǎn)動(dòng),鋼絲繩拉緊,使開溝器向下傾斜插入沙面,且通過超聲波傳感器測(cè)量固沙機(jī)底部相對(duì)沙面的距離,實(shí)時(shí)調(diào)整升降平臺(tái)的高度,控制縱向插草機(jī)構(gòu)與縱向覆壓沙機(jī)構(gòu)壓入沙面的深度,保證縱向插草深度大致不變。升降機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖13所示。

圖13 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.13 General drawing of lifting mechanism(Including pulley group of opening mechanism)

2.6 播種及灑水機(jī)構(gòu)

播種及灑水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖14所示。其功能是:在已鋪設(shè)好的沙障上播下種子并灑水,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

33.螺桿 34.種子箱 35.壓力傳感器 36.分播器 37.灑水箱圖14 播種及灑水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.14 Structural design of sowing and sprinkling mechanism

播種及灑水機(jī)構(gòu)通過設(shè)計(jì)螺桿把螺旋運(yùn)動(dòng)變換為種子的直線運(yùn)動(dòng),種子由漏種孔落下,還可以通過控制螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定量播種,并通過壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋種子的剩余量。種子箱下方設(shè)計(jì)有變流器灑水箱,在完成播種作業(yè)后及時(shí)為種子灑水,保證種子的存活率。

3 主要機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析

3.1 多連桿橫向推草機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

為滿足橫向草箱間歇性高效送草的使用要求,在平面連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多連桿橫向推草機(jī)構(gòu),具備急回特性和間歇特性。通過Motion運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,得到其運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等參數(shù)曲線,如圖15、圖16所示。其中,AB段為送草階段,對(duì)應(yīng)v-t圖中峰值附近,速度較大,推草效率高;CD段為回程階段,由運(yùn)動(dòng)軌跡可以看出推草L型板與散草脫離,不會(huì)將散草帶回。設(shè)計(jì)采用兩平行軸依靠同步帶傳動(dòng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的方式,從而幫助連桿機(jī)構(gòu)中的平行雙曲柄機(jī)構(gòu)度過死點(diǎn)。

圖15 橫向推草機(jī)構(gòu)速度(X分量)Fig.15 Horizontal grass pushing mechanism speed (Component X)

圖16 推草機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡圖Fig.16 Movement trajectory diagram of thegrass-pushing mechanism

3.2 橫向插草機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

典型的直插式氣動(dòng)插草機(jī)構(gòu)存在的問題是:插刀在機(jī)器行駛過程中插入沙地時(shí),易使插刀受力過大彎曲、剛性沖擊大,同時(shí)帶來(lái)整機(jī)振動(dòng)的問題,故結(jié)合擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行橫向插草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。因橫向插草機(jī)構(gòu)固定在機(jī)座上,驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn),同時(shí)隨機(jī)器向前移動(dòng),插刀運(yùn)動(dòng)軌跡與擺線很相似,因此稱為擺線式插草方式。設(shè)橫向插草機(jī)構(gòu)以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)角速度為ω,固沙機(jī)前進(jìn)速度為v,當(dāng)v/ω等于旋轉(zhuǎn)半徑r時(shí),插刀軌跡即為擺線。橫向插草機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)曲線如圖17所示。

圖17 橫向插草機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)曲線Fig.17 Simulation motion curve of lateral intubation mechanism

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

基于GNSS自動(dòng)巡航,在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行了沙地試驗(yàn),設(shè)定車速為0.72km/h,理論插草深度為100～150mm;設(shè)定“T式”插草為縱向持續(xù)不斷,橫向插幅為0.2m,“一式”插草僅進(jìn)行橫向,插幅為0.2m;播種速率為0.12r/s,主要測(cè)試性能為橫向草箱推草數(shù)量、插草的準(zhǔn)確性以及散草插入沙面的深度。

1)試驗(yàn)工具:試驗(yàn)樣機(jī)(1臺(tái)),散草,相機(jī)(1部),鋼卷尺(1個(gè)),米尺(1個(gè))。

2)試驗(yàn)方法:在試驗(yàn)樣機(jī)縱向、橫向草箱中放入充足的散草,在沙地上啟動(dòng)試驗(yàn)樣機(jī),要求樣機(jī)以0.2m/s速度進(jìn)行工作,直線行駛距離為10m,依次進(jìn)行兩次“T式”插草、兩次“一式”插草;然后,用隨機(jī)取樣的方法數(shù)出每次橫向插草所推出的散草數(shù)目、測(cè)量散草插入沙面的深度、散草露出沙面的高度和“T式”與“一式”對(duì)位的誤差,取8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),與表1、表2和表3性能指標(biāo)做對(duì)比,看是否符合要求。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖18所示。

圖18 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.18 Test field diagram

表1 性能指標(biāo)1Table 1 Performance indicator 1

表2 性能指標(biāo)2

表3 性能指標(biāo)3

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

當(dāng)試驗(yàn)樣機(jī)行駛速度為0.2m/s、直線行駛距離為10m時(shí),“T式”插草共進(jìn)行50次橫向插草,“一式”插草共進(jìn)行50次(即50次對(duì)位)。利用鋼卷尺與米尺,測(cè)得所插沙障深度、高度數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)(深度、高度)

通過試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),與表2性能指標(biāo)對(duì)比,散草插入沙面的深度H1主要集中于110～140mm之內(nèi),達(dá)到了散草插入深度H1的性能指標(biāo)(100～150mm)要求;沙障露出沙面的高度H2主要集中于130～170mm之內(nèi),達(dá)到了沙障露出沙面的高度H2的性能指標(biāo)(110～180mm)要求。

利用鋼卷尺與米尺,隨即抽取8組“T式”與“一式”的對(duì)位組,測(cè)量其偏差值,結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)(對(duì)位偏差)

通過試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),與表3性能指標(biāo)對(duì)比,“T式”插草與“一式”插草對(duì)位的偏差L1主要集中于-30～30mm之間,達(dá)到了對(duì)位允許偏差L1的性能指標(biāo)(-50～50mm)要求。

隨機(jī)抽取8份橫向沙障,將其從沙面中拔出,并記錄其散草根數(shù),所記錄數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)(推草根數(shù))

通過試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),與表1性能指標(biāo)對(duì)比,橫向推草機(jī)構(gòu)每次推出的散草數(shù)量主要集中于40～60根之間,達(dá)到了橫向推草機(jī)構(gòu)每次推草數(shù)量的性能指標(biāo)(40～60根)要求。

5 結(jié)論

1)自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)是集機(jī)械、電子和控制多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)融合的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng),機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)需要綜合考慮沙漠固草的作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)、種草方式、機(jī)構(gòu)種草運(yùn)動(dòng)特性及播種灑水多功能特點(diǎn)。

2)自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)集開溝機(jī)構(gòu)、草箱機(jī)構(gòu)、插草機(jī)構(gòu)、覆壓沙機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、播種及灑水機(jī)構(gòu)、底盤于一體,整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能滿足實(shí)際的作業(yè)需求,工作效率高,適應(yīng)性強(qiáng)。

3)自動(dòng)巡航草方格固沙機(jī)通過多種機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)作用,能良好地運(yùn)用“T+一式”草方格鋪設(shè)方式完成鋪設(shè)工作,為小型化自動(dòng)巡航種草固沙機(jī)的研制提供了理論依據(jù)。