搖桿滑塊機構及其在農業機械上的應用研究

李獻奇+劉維維+高連興

摘要：機械部件的位置調節可以通過搖桿滑塊機構來進行控制。針對機械原理教材與著作中對搖桿滑塊機構介紹不足的現狀，闡述搖桿滑塊機構的定義、分類及特性，并分析其在農業機械中的相關應用，為農業機械設計提供參考。

關鍵詞：農業機械；搖桿滑塊機構；分類；特性；應用

中圖分類號：S220.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）01-0020-03

鉸鏈四桿機構有3種基本類型，即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。滑塊機構是由鉸鏈四桿機構演化得來的。通常，滑塊機構按連架桿固定鉸鏈中心與滑塊導軌線的距離e是否等于0，分為對置滑塊機構和偏置滑塊機構；按連架桿是否作整周回轉，分為曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構。在現有的機械原理教科書及機構學著作中，只對曲柄滑塊機構進行分析，卻未劃分搖桿滑塊機構類型及對其運動特性進行討論；同時，在農業機械領域，關于搖桿滑塊機構的應用文獻尚不多見。因此，本文根據搖桿滑塊機構的類型及其有關特性，分析其在農業機械領域的可利用性。

1 搖桿滑塊機構的定義

在鉸鏈四桿機構中，連架桿AB的長度為lAB，連桿BC的長度為lBC，連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離為e，連架桿lAB不能作整周回轉，則此鉸鏈四桿機構為不存在曲柄的搖桿滑塊機構。

2 搖桿滑塊機構的類型及其特性

設搖桿滑塊機構的連架桿AB長度lAB與連桿BC長度lBC的比值為b，即lAB/lBC=b；連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離e與連架桿AB的長度lAB的比值為c，即e/lAB=c。那么，鉸鏈四桿機構不存在曲柄的條件為：b+c>1；機構能運動的條件為：c

2.1 對置搖桿滑塊機構

當e=0且b≥1時，連桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為對置搖桿滑塊機構（如圖1所示）。

對置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側移動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側移動。

主安裝形式相對極限行程為：s主=（lAB+lBC-）。

次安裝形式相對極限行程為：s次=[-（lAB-lBC）]。

擺桿擺動極限角：θ=2arcsin。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2.2 偏置搖桿滑塊機構

1） 當e≠0且（c-b）<1<（c+b）時，連架桿AB在轉角θ<360°的范圍內轉動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構（如圖2所示）。

Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構的安裝形式為滑塊C在連架桿AB的外側移動，存在主行程和次行程兩種運動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[-]。

搖桿擺動極限角：θ=180°+2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2） 當e≠0且1<（b-c）時，連架桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構（如圖3所示）。

Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側運動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側運動。滑塊C在主安裝與次安裝形式中分別存在主行程和次行程兩種滑動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[--lBC]。

搖桿擺動極限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

3 搖桿滑塊機構在農業機械中的應用

1） 在現代矮砧密植蘋果園種植中，一般需要通過果樹行間生草控制草體高度方式來調控果園微域生態環境，可以應用搖桿滑塊機構運動機理來控制果園割草機割茬高度，以滿足對草茬高度的不同需求。割茬高度調節機構如圖4所示。

2） 在農業物料篩分機設計中也可應用搖桿滑塊機構。將連桿BD作為篩體，可以實現物料在篩面上的前滑、后滑和拋起運動。前滑和后滑可以使不同篩分物之間分離抖松，提高生產效率；拋起可以防止振動篩的阻塞。平貝母等級篩分機構如圖5所示。

3） 根據曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構的相似性和差異性，可以將搖桿滑塊機構應用于扎穴（播種）機械上。扎穴（播種）機構如圖6所示。將構件滑塊尖端自身運動和整個機構水平前進方向的運動進行仿真，得到軌跡（如圖7所示）。

由圖7可見，只需選擇合理的轉速和機器的前進速度，就可得到滿足生產需求的兩個相鄰扎穴（播種）距離。

4 結論

搖桿滑塊機構作為滑塊機構的一種類型，在輕工機械和農業機械領域大有應用。本文基于搖桿滑塊機構各個構件的幾何關系介紹了搖桿滑塊機構的定義以及種類和相關特性，并針對搖桿滑塊機構在割茬高度調節裝置、篩分機構、扎穴和播種等農業機械上的運用進行了探討，可為相關機構的組合設計提供思路，具有一定的借鑒價值。

摘要：機械部件的位置調節可以通過搖桿滑塊機構來進行控制。針對機械原理教材與著作中對搖桿滑塊機構介紹不足的現狀，闡述搖桿滑塊機構的定義、分類及特性，并分析其在農業機械中的相關應用，為農業機械設計提供參考。

關鍵詞：農業機械；搖桿滑塊機構；分類；特性；應用

中圖分類號：S220.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）01-0020-03

鉸鏈四桿機構有3種基本類型，即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。滑塊機構是由鉸鏈四桿機構演化得來的。通常，滑塊機構按連架桿固定鉸鏈中心與滑塊導軌線的距離e是否等于0，分為對置滑塊機構和偏置滑塊機構；按連架桿是否作整周回轉，分為曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構。在現有的機械原理教科書及機構學著作中，只對曲柄滑塊機構進行分析，卻未劃分搖桿滑塊機構類型及對其運動特性進行討論；同時，在農業機械領域，關于搖桿滑塊機構的應用文獻尚不多見。因此，本文根據搖桿滑塊機構的類型及其有關特性，分析其在農業機械領域的可利用性。

1 搖桿滑塊機構的定義

在鉸鏈四桿機構中，連架桿AB的長度為lAB，連桿BC的長度為lBC，連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離為e，連架桿lAB不能作整周回轉，則此鉸鏈四桿機構為不存在曲柄的搖桿滑塊機構。

2 搖桿滑塊機構的類型及其特性

設搖桿滑塊機構的連架桿AB長度lAB與連桿BC長度lBC的比值為b，即lAB/lBC=b；連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離e與連架桿AB的長度lAB的比值為c，即e/lAB=c。那么，鉸鏈四桿機構不存在曲柄的條件為：b+c>1；機構能運動的條件為：c

2.1 對置搖桿滑塊機構

當e=0且b≥1時，連桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為對置搖桿滑塊機構（如圖1所示）。

對置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側移動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側移動。

主安裝形式相對極限行程為：s主=（lAB+lBC-）。

次安裝形式相對極限行程為：s次=[-（lAB-lBC）]。

擺桿擺動極限角：θ=2arcsin。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2.2 偏置搖桿滑塊機構

1） 當e≠0且（c-b）<1<（c+b）時，連架桿AB在轉角θ<360°的范圍內轉動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構（如圖2所示）。

Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構的安裝形式為滑塊C在連架桿AB的外側移動，存在主行程和次行程兩種運動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[-]。

搖桿擺動極限角：θ=180°+2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2） 當e≠0且1<（b-c）時，連架桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構（如圖3所示）。

Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側運動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側運動。滑塊C在主安裝與次安裝形式中分別存在主行程和次行程兩種滑動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[--lBC]。

搖桿擺動極限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

3 搖桿滑塊機構在農業機械中的應用

1） 在現代矮砧密植蘋果園種植中，一般需要通過果樹行間生草控制草體高度方式來調控果園微域生態環境，可以應用搖桿滑塊機構運動機理來控制果園割草機割茬高度，以滿足對草茬高度的不同需求。割茬高度調節機構如圖4所示。

2） 在農業物料篩分機設計中也可應用搖桿滑塊機構。將連桿BD作為篩體，可以實現物料在篩面上的前滑、后滑和拋起運動。前滑和后滑可以使不同篩分物之間分離抖松，提高生產效率；拋起可以防止振動篩的阻塞。平貝母等級篩分機構如圖5所示。

3） 根據曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構的相似性和差異性，可以將搖桿滑塊機構應用于扎穴（播種）機械上。扎穴（播種）機構如圖6所示。將構件滑塊尖端自身運動和整個機構水平前進方向的運動進行仿真，得到軌跡（如圖7所示）。

由圖7可見，只需選擇合理的轉速和機器的前進速度，就可得到滿足生產需求的兩個相鄰扎穴（播種）距離。

4 結論

搖桿滑塊機構作為滑塊機構的一種類型，在輕工機械和農業機械領域大有應用。本文基于搖桿滑塊機構各個構件的幾何關系介紹了搖桿滑塊機構的定義以及種類和相關特性，并針對搖桿滑塊機構在割茬高度調節裝置、篩分機構、扎穴和播種等農業機械上的運用進行了探討，可為相關機構的組合設計提供思路，具有一定的借鑒價值。

摘要：機械部件的位置調節可以通過搖桿滑塊機構來進行控制。針對機械原理教材與著作中對搖桿滑塊機構介紹不足的現狀，闡述搖桿滑塊機構的定義、分類及特性，并分析其在農業機械中的相關應用，為農業機械設計提供參考。

關鍵詞：農業機械；搖桿滑塊機構；分類；特性；應用

中圖分類號：S220.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）01-0020-03

鉸鏈四桿機構有3種基本類型，即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。滑塊機構是由鉸鏈四桿機構演化得來的。通常，滑塊機構按連架桿固定鉸鏈中心與滑塊導軌線的距離e是否等于0，分為對置滑塊機構和偏置滑塊機構；按連架桿是否作整周回轉，分為曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構。在現有的機械原理教科書及機構學著作中，只對曲柄滑塊機構進行分析，卻未劃分搖桿滑塊機構類型及對其運動特性進行討論；同時，在農業機械領域，關于搖桿滑塊機構的應用文獻尚不多見。因此，本文根據搖桿滑塊機構的類型及其有關特性，分析其在農業機械領域的可利用性。

1 搖桿滑塊機構的定義

在鉸鏈四桿機構中，連架桿AB的長度為lAB，連桿BC的長度為lBC，連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離為e，連架桿lAB不能作整周回轉，則此鉸鏈四桿機構為不存在曲柄的搖桿滑塊機構。

2 搖桿滑塊機構的類型及其特性

設搖桿滑塊機構的連架桿AB長度lAB與連桿BC長度lBC的比值為b，即lAB/lBC=b；連架桿固定鉸鏈中心A與滑塊C的導軌線C1C2的距離e與連架桿AB的長度lAB的比值為c，即e/lAB=c。那么，鉸鏈四桿機構不存在曲柄的條件為：b+c>1；機構能運動的條件為：c

2.1 對置搖桿滑塊機構

當e=0且b≥1時，連桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為對置搖桿滑塊機構（如圖1所示）。

對置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側移動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側移動。

主安裝形式相對極限行程為：s主=（lAB+lBC-）。

次安裝形式相對極限行程為：s次=[-（lAB-lBC）]。

擺桿擺動極限角：θ=2arcsin。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2.2 偏置搖桿滑塊機構

1） 當e≠0且（c-b）<1<（c+b）時，連架桿AB在轉角θ<360°的范圍內轉動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構（如圖2所示）。

Ⅰ型偏置搖桿滑塊機構的安裝形式為滑塊C在連架桿AB的外側移動，存在主行程和次行程兩種運動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[-]。

搖桿擺動極限角：θ=180°+2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

2） 當e≠0且1<（b-c）時，連架桿AB在轉角θ<180°的范圍內擺動。此時，搖桿滑塊機構為Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構（如圖3所示）。

Ⅱ型偏置搖桿滑塊機構有主安裝和次安裝兩種形式：主安裝形式為滑塊C在連架桿AB外側運動；次安裝形式為滑塊C在連架桿AB內側運動。滑塊C在主安裝與次安裝形式中分別存在主行程和次行程兩種滑動行程。

主行程為：s主=[+]。

次行程為：s次=[--lBC]。

搖桿擺動極限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

極限最小傳動角：γmin=0°。

3 搖桿滑塊機構在農業機械中的應用

1） 在現代矮砧密植蘋果園種植中，一般需要通過果樹行間生草控制草體高度方式來調控果園微域生態環境，可以應用搖桿滑塊機構運動機理來控制果園割草機割茬高度，以滿足對草茬高度的不同需求。割茬高度調節機構如圖4所示。

2） 在農業物料篩分機設計中也可應用搖桿滑塊機構。將連桿BD作為篩體，可以實現物料在篩面上的前滑、后滑和拋起運動。前滑和后滑可以使不同篩分物之間分離抖松，提高生產效率；拋起可以防止振動篩的阻塞。平貝母等級篩分機構如圖5所示。

3） 根據曲柄滑塊機構和搖桿滑塊機構的相似性和差異性，可以將搖桿滑塊機構應用于扎穴（播種）機械上。扎穴（播種）機構如圖6所示。將構件滑塊尖端自身運動和整個機構水平前進方向的運動進行仿真，得到軌跡（如圖7所示）。

由圖7可見，只需選擇合理的轉速和機器的前進速度，就可得到滿足生產需求的兩個相鄰扎穴（播種）距離。

4 結論

搖桿滑塊機構作為滑塊機構的一種類型，在輕工機械和農業機械領域大有應用。本文基于搖桿滑塊機構各個構件的幾何關系介紹了搖桿滑塊機構的定義以及種類和相關特性，并針對搖桿滑塊機構在割茬高度調節裝置、篩分機構、扎穴和播種等農業機械上的運用進行了探討，可為相關機構的組合設計提供思路，具有一定的借鑒價值。