吊籃式膜上移栽機的設計

2012-08-08 07:10:26李亞雄盧勇濤李浩源

塔里木大學學報 2012年3期

劉洋李亞雄李斌盧勇濤王濤李浩源

(新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆石河子832000)

作物幼苗鋪膜移栽可以避開早春低溫、霜凍、冰雹等災害天氣影響，增溫保墑效果明顯，幼苗成活率高，能有效延長作物生育期，提高作物產量和品質，目前已在新疆番茄、辣椒、甜菜等作物種植中得到應用[1，2]。近幾年新疆地區從國內外引進了不同樣式的吊籃式移栽機，該種移栽機具有膜上成穴和移栽一次完成的優點，可滿足新疆地區作物種植普遍需要鋪設地膜的要求，但是這些吊籃式移栽機在使用中存在的問題是不能膜上覆土，僅靠鎮壓輪在膜面上擠壓苗穴，覆土效果不理想，移栽后必須由人工覆土，且作物幼苗易傾倒，影響了移栽質量和效率[3]。因此，具有覆土功能的膜上移栽機的研制成為新疆地區推廣育苗移栽機械化的迫切需求。

本文設計一種能一次完成膜上碎土道形成、膜上成穴移栽、土壤鎮壓等多項作業功能的機具—2ZML－2膜上移栽機，實現機械化膜上覆土移栽，提高了作業效率。

1 2ZML－2膜上移栽機的總體構造與工作過程

1.1 2ZML－2膜上移栽機總體構造

2ZML－2膜上移栽機采用拖拉機三點后懸掛牽引，主要由機架和工作單組組成。結構如圖1所示。2ZML－2膜上移栽機的主要技術規格見表1。

圖1 2ZML－2膜上移栽機結構圖

2ZML－2膜上移栽機的主要技術規格見表1。

表1 2ZML－2膜上移栽機的主要技術規格

1.2 膜上移栽農藝作業過程

膜上移栽機移栽作物幼苗的作業方法是:在膜上形成移栽用碎土道，膜上成穴并移栽，在移栽后的作物幼苗兩側鎮壓地膜。膜上移栽要求整地地表虛土平均厚度10 cm以上，表層土壤干燥，地表平整，大塊顆粒土壤、殘膜和作物根茬較少。

1.3 2ZML－2膜上移栽機的工作過程

2ZML－2膜上移栽機的工作過程可分為兩個階段:

1.3.1 在膜面上形成移栽用碎土道

隨著機組的前進，覆土圓盤將地膜間裸露在外的土壤撥入滾筒內部，然后導土板將土壤推向滾筒內部，較小的土塊通過漏土桿落到膜面上，形成移栽用碎土道，而較大的土塊及秸稈從滾筒的排雜口排出。

1.3.2 移栽作物幼苗

當吊籃運動到主軸上方位置時，由人工將作物幼苗放入吊籃中，隨著吊籃的運動，吊籃在碎土道上破膜成穴并打開，將作物幼苗投落，在此過程中毛刷將膜面碎土道上的土通過吊籃的入土孔撥入吊籃內部，最后鎮壓輪鎮壓秧苗兩側膜面，壓實作物根部土壤。

2ZML－2膜上移栽機以移栽單組為相對獨立單元，各移栽單組浮動安裝在機架上，便于實現單體仿形。生產實踐表明，這種方式能適應不同地區地質條的土地。

2 2ZML－2膜上移栽機關鍵部件參數設計

2.1 移栽單組結構和工作原理

移栽單組是移栽機的核心部件，其性能的好壞直接決定移栽機的工作性能。2ZML－2膜上移栽機是在現有的吊籃式移栽機構的結構原理基礎上進行改進和設計的[4，5]。其主要結構見圖2(圖中安裝在機架上的牽引架與移栽單組鉸接，以表達壓簧機構的結構)。

圖2 吊籃式移栽單組

工作過程:吊籃在繞著移栽單組主軸轉動的過程中破膜成穴，當吊籃入土達到最深位置時，吊籃打開，將作物幼苗投入形成的苗穴中，然后鎮壓輪擠壓膜面，壓實作物幼苗根部土壤，完成移栽過程。在此過程中滑板通過鎮壓輪的支撐浮動在地膜上方，但始終不與地膜接觸，避免滑板刮扯地膜，固定在兩側滑板上的毛刷將碎土道上的碎土撥入處于破膜入土狀態的吊籃的入土孔中，使吊籃中有一定量的碎土，當吊籃打開并完全投落作物幼苗時，保證了作物幼苗根部的覆土量，并起到了扶持幼苗避免其傾斜。

毛刷在滑板上的位置與吊籃送苗入穴的相對位置有關，從吊籃接觸地膜到入土最深的這段運動過程，在左右滑板上設置對稱的毛刷，使其不斷的向吊籃壁側面上的入土孔覆土。而在吊籃入土最深時刻到離開膜面的這段運動過程，考慮到吊籃可能會將膜面向上揭起，如在此過程毛刷向吊籃的入土孔覆土，可能會將地膜刮破，故不宜在此運動過程設置毛刷。因為吊籃相對于滑板的運動距離較短，固在滑板上設置兩處對稱的毛刷，如圖2中所示。

2.2 覆土圓盤的設計

覆土圓盤是給覆土滾筒供土的主要工作部件，其調節效果是影響覆土質量的重要因素。如圖3所示，覆土圓盤外輪廓面設計成球面狀，外徑D=30 cm。通過調節覆土圓盤與前進方向夾角β、外傾角γ以及與覆土滾筒外端面相對位置，可以得到不同的起土、供土效果[6，7]。

圖3 覆土圓盤

大量的試驗表明，當滿足條件:相對兩覆土圓盤刃口間距為膜寬減去10 cm，覆土圓盤與前進方向夾角β為10°～20°，外傾角γ為10°～20°，置于覆土圓盤斷面1/3處，入土深度為5～7 cm，覆土圓盤具有較合適的供土量，導土板能順利推土，覆土滾筒覆土均勻，寬度、厚度適中。

2.3 覆土滾筒的設計

覆土滾筒導土板的主要作用是通過自身螺旋狀結構，將覆土圓片推入的土壤向漏土縫隙輸送。因此，導土板螺旋角的選擇應滿足一定條件。現對導土板上土壤受力情況進行分析。

如圖4所示，導土板上某點的土壤處于臨界滑動狀況的時候主要受以下幾個力作用:沿該點螺旋面切線方向上土壤與導土板間摩擦力F1，導土板對土壤的支撐作用力N，土壤自身重力及其它作用力的合理F，方向沿圓周切向，與螺旋切線夾角為θ。

N=F·sinθ

F1=N·sinφ

式中φ—導土板表面與土壤的摩擦角。

圖4 導土板上土壤受力分析

分析可知，土壤沿導土板螺旋面滑動條件為

覆土滾筒軸向輸送土壤的能力是評價其工作性能的一項重要指標。假設土壤沿軸向運動的函數變量為Z，則土壤運動微分方程

唐玉煙笑了笑，道：“有時候，人不逼自己一把，是不會知道自己有多大潛力的。”又道，“我們在鬼谷中布下陣法，躲過了唐門的搜查，并與谷中的野獸毒蟲為伍，最初是很艱難，但后來也便適應了。而唐烈那邊，則反咬一口，對門下弟子謊稱唐琮欲篡奪門主之位，幸被其察覺，重傷了唐琮。正所謂成王敗寇，門下弟子雖有明白人對此表示懷疑，卻也無人膽敢說一個‘不’字。

式中m—土壤質量

式(4)表明，滾筒直徑與滾動速度一定時，軸向輸送土壤量是螺旋角的函數。

本研究采用滾筒直徑35 cm，圓周均布導土板數量為4，導土板螺旋角30°～40°，滾筒漏土間隙為20 cm，漏土桿的間隙為15 mm，即直徑小于15 mm的土塊可以從漏土桿間落下。

工作中覆土滾筒表面與地膜接觸產生相對運動，可能會拉扯破壞地膜。要減少覆土滾筒與地膜間產生相對運動的幾率，就要保證覆土滾筒隨機具前進過程中轉動的靈活。2ZML－6膜上移栽機覆土滾筒連接方式采用兩端設計了驅動爪，使覆土滾筒具有良好的抓地能力，如圖5。

圖5 覆土滾筒

覆土滾筒的質量主要由驅動爪和鋪膜的地面承載。驅動爪設計長度為4 cm，以減少滾筒對地膜表面的壓力，進而減少摩擦，降低滾筒對地膜的破壞率。

新疆地區土質差異性較大，有的田間土壤含有大土塊、石塊、殘膜、莖稈等雜質，工作過程中會被覆土圓盤隨土壤一起送入覆土滾筒。如果體積大于漏土桿縫隙，將被留在覆土滾筒內部。積累較多，影響覆土質量，損壞導土板，甚至堵塞滾筒，使其無法正常工作。2ZML－2膜上移栽機覆土滾筒在中間部位設計有排雜口，能及時將這些雜質排出，以保證持續穩定工作。

2.4 壓簧機構的設計

壓簧機構的作用是根據地面土壤的堅實程度，來調整鎮壓輪對膜面的鎮壓力。其性能的好壞直接影響覆土質量。

壓簧機構主要有增壓彈簧和減壓彈簧構成，如圖2中所示。增壓彈簧的作用是通過調整彈簧的松緊程度，增加鎮壓輪對膜面的壓力，使其較好的完成壓實土壤的功能，增壓彈簧主要應用于土壤較為堅實的土地;減壓彈簧的作用是減小鎮壓輪對膜面的壓力，主要應用于土壤較為疏松的土地，以避免鎮壓輪擠壓膜面使其變形嚴重而破損。工作時，根據土壤的松軟程度，調整增壓彈簧或減壓彈簧的松緊程度，使鎮壓輪在滿足壓實土壤的情況下，不損壞地膜。

2.5 吊籃的設計

為了確保移栽作物幼苗時，其根部覆土量充足，在吊籃的側壁面上開設入土孔，以便膜面上移栽用碎土道的土可以進入吊籃內部。考慮到吊籃在成穴移栽時受力復雜，磨損較為嚴重，為了保證吊籃的強度，在吊籃與滑板上毛刷接觸的側壁面上開設入土孔，如圖6。在吊籃入土孔內側壁上方固定著向內下方傾斜的擋片，當從吊籃正上方俯視時，擋片剛好遮擋住吊籃半體的入土孔，這樣既可以保證膜面上碎土道的土可以通過人土孔進入吊籃內部，又防止在向吊籃投苗時，幼苗根部插入入土孔中而造成移栽失敗。

2.6 鎮壓輪機構的設計

鎮壓輪的結構如圖2所示，兩個鎮壓輪下端向內傾斜，可以通過改變鎮壓輪的高度，來調整吊籃入土的深度，也可以通過改變定位套在橫臂中的位置來調整兩個鎮壓輪之間的間距，以便達到最佳的鎮壓效果。為了避免鎮壓輪擠壓地膜使其破損，在鎮壓輪輪轂外圈安裝有空氣輪胎。

圖6 吊籃

3 田間試驗

2010年8 月，在新疆兵團農八師145團場進行了樣機試驗[10，11]，按照旱地栽植機械標準進行檢測[12]。試驗用苗為缽體番茄苗，缽苗平均高度20 cm，缽體高度4 cm。試驗用地為砂土壤，地面較為平坦，試驗前一天用聯合整地機整地并鋪設地膜，地表虛土平均厚度10 cm，大塊顆粒土塊較少，有一定數量殘膜和作物根茬。為了保證試驗的準確，每次測量的距離為樣機連續作業50 m，測區不重復，共測量5次，理論株距30 cm，試驗選取缽體番茄苗直立狀況(漏栽數、斜栽數、傷秧數和倒伏數)為評定指標。試驗結果見表2，移栽合格率為95.2%。