小型葡萄覆土机的研制和试验研究

２０１　１年１０月　农机化研究　第１０期　小型葡萄覆土机的研制和试验研究　李建萌’，冯　帆　，马世俊　，赵凤芹　（１．辽宁省营口市农业机械化科学研究所，辽宁营口　ｌ　１５０００；２．沈阳农业大学工程学院，沈阳　１　１０１６１）　摘要：针对葡萄覆土机研发过程中存在的问题，在对葡萄覆土机的基本结构和工作原理进行了深人分析的基　础上，对系统的关键部件做了详细设计，完成了整机建模和样机制作。为了验证设计的合理性和实用性，对其进　行了性能试验研究。结果表明，样机各项性能指标均能达到设计要求，具有动力匹配合理和生产效率高等特点，　为葡萄覆土机的进一步研制及优化设计提供了理论依据。　关键词：葡萄覆土机；建模；试验研究　中图分类号：Ｓ２２２．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１１）１０—０１５０—０３　０　引言　刀座和传动装置等组成。该机的工作原理是：由拖拉　机输出的动力通过传动轴，经过变速箱减速后，传递　近年来，葡萄因其优良的营养价值和较高的经济　到刀座轴，刀座开始工作；工作时，刀座上的开土刀旋　价值已经成为了我国种植的主要经济果品之一＿１　Ｊ，其　转碎土，并将土均匀地抛到葡萄床面的覆盖物上方，　种植面积日益增大。目前，顺应市场需求、适用于大　完成覆土作业。葡萄覆土机的工作原理示意图如图１　田作业的小型葡萄覆土机已经成为研究的新重点，而　所示。　我国对葡萄覆土机的研究还不够深入　ｊ。覆土机的　结构设计对土壤的碎化和覆土细化程度都有着很大　的影响，并直接影响着最后覆土的质量　Ｊ。如悬挂机　构的选择和设计会影响机器工作的稳定性，覆土刀轮　和传动结构的设计不合理会直接影响土壤碎化效果，　甚至无法实现覆土工作　Ｊ。因此，对葡萄覆土机工　作机理的研究和整机结构的设计有着十分重要的　意义　。　本文在对葡萄覆土机的工作原理和基本结构进行　深入分析的基础上，计算出了其作业的主要技术参　１．输入轴２．小皮带轮３．大皮带轮４．大齿轮５．小齿轮　数，并对其主要部件进行了设计。依据设计结果完成　６．输出轴７．覆土刀　葡萄覆土机三维建模和样机制作，并对其进行了试验　图１　葡萄覆土机工作示意图　Ｆｉｇ．１　Ｇｒａｐｅ　ｃａｓｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｄｉａｇｒａｍ　研究。对葡萄覆土机的设计提出了自己的观点，同时　为葡萄覆土机的性能优化与改进设计提供理论依据。　１．２主要技术参数的确定　葡萄覆土机作业主要包括３个环节：切土、碎土和　１　葡萄覆土机的研制　抛土。目前，营口地区普遍采用手工式覆土，即依靠　１．１　工作原理　人工挖切土抛土，利用抛土时具有的线速度达到碎土　葡萄覆土机是利用刀片的旋转和前进的复合运动　的效果。参照现有农机设计原理，葡萄覆土机的主要　进行覆土作业，主要由机架、变速箱、开土刀、取土刀、　工作方式应类似旋耕机，即利用刀片的高速旋转的同　时实现切土抛土。这样抛出的土块线速度大，碎土效　收稿日期：２０１０一ｌ２～１７　果好，并且在拖拉机的牵引下保证一定的移人土量，　基金项目：小型葡萄覆土机的研制（１０６３３０４—１－００）　作业效率会大大提高。　作者简介：李建萌（１９７９一），男，辽宁盘锦人，工程师，硕士，（Ｅ—ｍａｉｌ）　４４４２０４０５＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　参考营口地区葡萄种植区农户种植的有关覆土厚　通讯作者：赵凤芹（１９６６一），女，辽宁凌源人，教授，博士，（Ｅ—ｍａｉｌ）　度、抛土宽度和作业效率的经验数据，设计出本机的　ｆⅡｉｎｚｈａｏ＠１６３．ｃｏｒｎ。　２０１　１年１０月　农机化研究　第１０期　主要技术参数：　升和熊岳市陈屯乡和平村的葡萄栽培区进行了性能　配套动力／ｋＷ：２９．４～３６．７５　试验研究。　外形尺寸（长×宽Ｘ高）／ｒａｍ：９５０￣ｌ　２２２ｘ１　１２０　２．１　材料方法　额定转速／ｒ・ｍｉｎ～：５４０　２．１．１　试验设备　结构质量／ｋｇ：２５０　对研制的样机进行性能试验，样机覆土作业如图　覆土厚度／ｍｍ：１００—２００　４所示。土壤含水率为１２％～２５％。试验设备包括　抛土宽度／ｒａｍ：１　０００—２　０００　３ｍ的标准卷尺２个和２０ｃｍ的直尺一把。　工作效率／ｍ　・ｈ～：２４０　１．３样机试制　依据以上设计结果，应用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立葡萄覆　土机的虚拟样机整机模型，并进行干涉检查。干涉结　果表明：虚拟样机不存在干涉，零件之间的连接合　理　］。其装配模型如图２所示，根据虚拟样机模型　研制的样机如图３所示。　图４葡萄覆土机覆土作业　Ｆｉｇ．４　Ｇｒａｐｅ　ｃａｓｉｎｇ　ｃａｓｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　２．１．２试验方法　２．１．２．１　覆土厚度、覆土宽度和开沟深度　在已完成覆土作业的葡萄栽培区内，随机选取１Ｏ　条种植沟，在每条种植沟的中间每２ｍ选取１个点，共　选取５个点，分别标记为　，　，ｃ，Ｄ，Ｅ。利用卷尺测量　选定某点的覆土厚度、覆土宽度和开沟深度。　图２葡萄覆土机装配模型　２．１．２．２覆土厚度均匀性的确定　Ｆｉｇ．２　Ｇｒａｐｅ　ｃａｓｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｍｏｄｅ１　覆土厚度均匀性为　，　．　＝（Ｓ／Ｘ）×１００％　（１）　式中　一覆土厚度平均值；　Ｓ一标准差。　２．２．２．３作业效率的确定　在考察的７天时间里，每天安排４个班次进行作　业，每个班次工作２ｈ，由此算出纯工作小时生产率为　（２）　』。　图３葡萄覆土机样机　式中Ｅ　一纯工作小时生产率（Ｉｌｌ　／ｈ）；　Ｆｉｇ．３　Ｇｒａｐｅ　ｃａｓｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　Ｑ　一生产查定的班次作业体积（ｍ　；　一２试验　生产查定的班次纯工作时间（ｈ）。　２．２结果分析　ｔ　葡萄覆土机覆土质量的好坏直接影响着第２年葡　２．２．１　覆土厚度试验结果分析　萄的存活、产量和品质。该机作业性能的评价指标为　覆土厚度试验结果如表１所示。试验结果表明，　覆土厚度、覆土宽度、覆土厚度均匀性、开沟深度和作　覆土厚度平均值为１１０ｒａｍ，覆土均匀性１８％，满足了　业效率。　葡萄种植农艺技术要求。由于土壤坚实度不同，机器　为了考察研制覆土机的性能，在营口盖州市太阳　开沟深度不同，抛出土的体积不同，因此覆土的厚度　２０１　１年１０月　农机化研究　续表３　第１０期　ｍｍ　不同，但这种差异不大，不影响作业质量。　表１覆土厚度试验结果表　Ｔａｂ．１　Ｆｕｔｕｈｏｕｄｕ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｔａｂｌｅ　ｍｍ　试验结果表明，开沟深度平均值为３０２ｍｍ，不影响　葡萄的生长。　２．２．４作业效率试验结果分析　作业效率试验结果如表４所示。　表４作业效率试验结果表　Ｔａｂ．４　Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｔａｂｌｅ　ｎｌ　／ｈ　２．２．２覆土宽度试验结果分析　覆土宽度试验结果如表２所示。　表２覆土宽度试验结果表　Ｔａｂ．２　Ｃａｓｉｎｇ　ｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｅｔｓ　ｔａｂｌｅ　试验结果表明，作业效率为２０３．６７ｍ　／ｈ，比人工效　率高出１Ｏ倍，节省了大量的劳动成本。　３　结论　１）该覆土机能够基本满足葡萄越冬覆土的设计　要求，抛出土较碎，埋土细化确保不漏风。　２）样机的总体结构设计合理，各部件间联接有　效，动力设计参数与整机匹配，与人工覆土相比，工作　效率显著提高。　试验结果表明，覆土宽度平均值为１　８０７．１　ｍｍ，满　足覆土设计要求。　２．２．３开沟深度试验结果分析　开沟深度试验结果如表３所示。　表３开沟深度试验结果表　Ｔａｂ．３　Ｔｒｅｎｃｈｉｎｇ　ｄｅｐｔｈ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｈｓ　ｔａｂｌｅ　ｍｉｌｌ　３）关键部件（如悬挂梁、覆土刀）仍需要进一步　的优化设计。　参考文献：　［１］　车风斌，吴明武，李忠强．葡萄栽培管理技术［Ｊ］．农艺技　术，２００８（６）：１５—４７．　［２］　刘宗光．葡萄埋藤技术探讨［Ｊ］．实验研究，２００２，１０４　（８）：２４－２６．　［３］　沈孝均．葡萄埋藤机械刀具研究［Ｊ］．农业机械化研究　文集，２０００（２）：３－４．　［４］刘革．排土机履带行走装置自动设计系统研究［Ｊ］．机　械工程，２００２（２）：８－１１．　［５］　韩青松．基于Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ的水草收割机明轮装置建模　与仿真分析［Ｊ］．内蒙古农业，２００６（５）：２１—２５．　［６］　和青芳，徐征．Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　Ｗｉｌｄｆｉｒｅ产品设计与机构动　力学分析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５：３１－４０．　（下转第１７８页）　２０１　１年１０月　农机化研究　第ｌ０期　叶良凡，杨洪斌．食用菌锥形种木机：中国，８９２０４９０８　［Ｐ］．１９９０—１０—２４．　傅忠，周清，游小城．小型食用菌种木塞加工机械的研究　设计［Ｊ］．农业化研究，２０１０（７）：１０９—１１２．　顾学峰，宋宝昌，宋智鹏，等．固体食用菌菌种接种机的　研制［Ｊ］．木材加工机械，２００５（２）：２４—２６．　李国一，李革，苏和生，等．食用菌培养料自动定量装袋　机的设计［Ｊ］．农业化研究，２０１０（１）：１１０—１１２．　图７食用菌锥形种木和长枝条实物图　Ｆｉｇ．７　Ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｐｅｒｅｄ　ｗｏｏｄ　ｓｐｅｃｉｅｓ　许福玲，陈尧明．液压与气压传动［Ｍ］．北京：机械工业　出版社，２００８：２０３—３０６．　参考文献：　［１］刘映淼，王兰青，高玉千，等．香菇液体菌种固化技术研　究［Ｊ］．中国食用菌，２００９，２８（１）：１６—１７；２２．　方强，李丽娜，孙宏昌，等．ＰＬＣ可编程控制器技术开发　与应用实践［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９：１５２一　】５４．　Ｔａｐｅｒｅｄ　Ｗｏｏｄ　Ｓｐｅｃｉｅｓ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＰＬＣ　ａｎｄ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｒ：Ｈｕａｎｇ　Ｘｉａｏｍａｏ　，Ｗａｎ　Ｐｅｎｇ　，Ｐａｎ　Ｈａｉｂｉｎｇ　，Ｌｏｎｇ　Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　，Ｌｉ　Ｙｏｎｇ　ｒ！　２　］ｊ３　４　５　］ｊ６　７　　２．Ｗｕｈａｎ　Ｂｏｔｉａｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（１．Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ；　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３０２００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｓｈｒｏｏｍ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａ　ｔａｐｅｒｅｄ　ｗｏｏｄ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｍａ—　ｃｈｉｎｅｒｙ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｌｌＳｅＳ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｔｏｒ，ｗｉｔｈ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｅｅｄｉｎｇ，ｃｕｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｅｄｉｂｌｅ　ｆｕｎｇｕｓ　ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｂｒａｎｃｈｅｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｃａｎ　ｐｒｏｄｕｃｅ　６　ｃｏｎｅ　ｗｏｏｄｓ　ｐｅｒ　ｍｉｎｕｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　１　２　ｔｉｍｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ｃｏｎｔｉｆｎｕｏｕｓｌｙ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｂｌｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｉｎ　ｍａｓｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｉｌｌ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｐｕｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔａｐｅｒｅｄ　ｗｏｏｄ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｍａｃｈｉｎｅ；ｍｕｓｈｒｏｏｍ；ｂｒａｎｃｈｅｓ　ｂａｃｔｅｒｉａ；ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ＰＬＣ　（上接第１５２页）　［７］Ｇｕｏ　Ｘ，Ｃｂｅｎｇ　Ｇ．Ａ　ｎｅｗ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｕｌａｒ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈａｎｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，１９９７，１３（２）：１７１—１７８．　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＩＤ：１００３－１８８Ｘ（２０１１）１０－０１５０－ＥＡ　ｖｅｌｏｐｅｄ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｃｏｖｅｒｉｎｇ－ｓｏｉｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　Ｇｒａｐｅ　Ｖｉｎｅｓ　Ｌｉ　Ｊｉａｎｍｅｎｇ　，Ｆｅｎｇ　Ｆａｎ　，Ｍａ　Ｓｈｉｊｕｎ　，Ｚｈａｏ　Ｆｅｎｇｑｉｎ　（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｙｉｎｇｋｏｕ　Ａｇｒｉｃｕｈｕｒａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｙｉｎｇｋｏｕ　１　１　５　０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ａｇｒｉ－　ｃｕｈｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１　０８６６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｖｅｒｉｎｇ—ｓｏｉｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ’Ｓ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ’Ｓ　ｍａｉｎ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗｅｒａｅ　ｉｆｎｉｓｈｅｄ．Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｈ　ｗｅｒｅ　ｓｈｏｗｎ　ａｓ．Ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，Ｗｉｔｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｆｕｒ—　ｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｖｅｒｉｎｇ—ｓｏｉｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｆ０ｒ　ｇｒａｐｅ　ｖｉｎｅｓ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｔｅｓｔ　ｓｔｕｄｙ　・１７８・