葡萄埋藤機(jī)的設(shè)計(jì)

畢志波 郭輝 陳恒峰 盛會(huì)

摘要：為減輕秋末葡萄藤覆土作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)一款適應(yīng)性強(qiáng)、埋土質(zhì)量佳的埋藤機(jī)。介紹埋藤機(jī)采用旋耕取土和葉片式旋拋方案的原因，論述旋耕裝置和拋土裝置各參數(shù)的確定。樣機(jī)試驗(yàn)表明，該機(jī)具有合理性與可靠性。

關(guān)鍵詞：埋藤機(jī)；設(shè)計(jì)；旋耕裝置；拋土裝置；性能試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：S224.1+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）07-0030-04

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，葡萄產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。然而，歐洲和美國(guó)的釀酒葡萄占葡萄產(chǎn)量的80%，而我國(guó)用于釀酒的葡萄比例僅20%，葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。葡萄種植面積將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，葡萄品種和種植方式會(huì)更加豐富，葡萄種植技術(shù)規(guī)程將會(huì)更加完善，對(duì)機(jī)械化的需求將更廣泛更迫切。

在我國(guó)北方，葡萄種植作業(yè)一般分為春季扒藤、上架綁藤、施肥澆水、秋季收獲、下架剪枝和秋末埋藤環(huán)節(jié)。其中，秋末埋藤和春季扒藤是勞動(dòng)量最大的環(huán)節(jié)，且秋末埋藤的工作質(zhì)量影響春季扒藤的勞動(dòng)強(qiáng)度和質(zhì)量，因此深入研究葡萄埋藤機(jī)械具有重要意義。

1 葡萄埋藤機(jī)設(shè)計(jì)方案

1.1 機(jī)構(gòu)選型

機(jī)械取土方法有鏟土式、葉片開(kāi)溝式、旋耕式和鏟土加開(kāi)溝式。相對(duì)其它取土方式，旋耕取土能有效降低取土的動(dòng)力消耗，對(duì)土壤的適應(yīng)性最好，且取土埋藤后行道不會(huì)留下深坑，所以選用旋耕取土方式。旋耕方式的取土寬通常為1.0～1.3 m，再加上與兩側(cè)葡萄藤的安全距離0.5 m，確定工作幅寬為2.3 m。葡萄種植的行距一般在2.5～3.5 m，完全滿(mǎn)足取土寬度要求。

埋土方式有旋耕拋土、葉片式拋土和皮帶輸送。與其它兩種拋土方式相比，葉片式拋土有明顯優(yōu)勢(shì)，拋土距離遠(yuǎn)，不需要躲避葡萄藤旁的柱架，并具有碎土功能。

葡萄埋藤機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

工作時(shí)，葡萄埋藤機(jī)與拖拉機(jī)配套，連接方式為后置三點(diǎn)懸掛，拖拉機(jī)后輸軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與埋藤機(jī)傳動(dòng)箱的傳動(dòng)軸連接。傳動(dòng)箱為一輸入兩輸出型，將動(dòng)力傳遞到旋耕取土裝置和葉片式拋土裝置。旋耕刀軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)切削土壤，被切削的土壤沿著旋耕刀的切線(xiàn)方向向后拋灑，在集土罩的導(dǎo)向下匯聚到圓筒中，葉片式拋土裝置的葉片以適當(dāng)?shù)木€(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)，將土壤從圓筒開(kāi)口處均勻拋送到葡萄藤正上方。

1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

葡萄埋藤機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。機(jī)具工作時(shí)，拖拉機(jī)的動(dòng)力傳到傳動(dòng)箱；在側(cè)端，傳動(dòng)箱通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與鏈輪連接，鏈輪帶動(dòng)旋耕軸；在后端，傳動(dòng)箱通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與皮帶輪鏈接，皮帶輪帶動(dòng)減速器，減速器輸出端帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。

2 葡萄埋藤機(jī)關(guān)鍵裝置設(shè)計(jì)

2.1 旋耕裝置

葡萄埋藤機(jī)的旋耕裝置由旋耕刀、安裝座、軸套和旋耕軸組成。旋耕刀通過(guò)螺栓安裝在安裝座上，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

葡萄種植區(qū)雜草和土塊常見(jiàn)，通過(guò)比較，選用彎形刀，其外形如圖4所示，比較適合葡萄埋藤的作業(yè)環(huán)境。

除旋耕刀形狀外，其排布方法對(duì)旋耕機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和功率消耗也有重要影響。設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮葡萄園環(huán)境和現(xiàn)有機(jī)械缺點(diǎn)，選用四螺旋內(nèi)裝法排布旋耕刀，如圖5所示。土壤拋送效果較好，旋耕起來(lái)的土壤能夠向中間集中。與此同時(shí)，每條螺旋線(xiàn)的左右旋土刀采取對(duì)稱(chēng)排列方式，可以均衡刀軸受力，最大程度減小機(jī)具的側(cè)向力和震動(dòng)。

2.2 拋土裝置

土壤拋送裝置是埋藤機(jī)的關(guān)鍵部件，其功能是將旋耕集中過(guò)來(lái)的土壤拋送到聚攏好的葡萄藤上，其工作性能與葡萄藤越冬埋土作業(yè)質(zhì)量有直接關(guān)系。葉片式拋土裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是葉片選擇。葉片形式有前傾直葉片、徑向直葉片、后傾直葉片、前彎曲葉片、徑向彎曲葉片和后彎曲葉片?？紤]多方面因素，以經(jīng)濟(jì)、高效為準(zhǔn)則，選用徑向直葉片，其具有形狀簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格低廉、葉片強(qiáng)度高的特點(diǎn)，能夠完全滿(mǎn)足機(jī)組工作要求，是最佳選擇。

拋土葉片數(shù)量決定功率消耗、土壤集中程度和拋土距離。葉片數(shù)量多，單個(gè)葉片上承擔(dān)的物料減少，對(duì)葉片的強(qiáng)度要求降低，土壤獲得的速度一致，拋土集中性高，但消耗功率增加。通過(guò)查閱相關(guān)資料，本機(jī)使用4葉片，外形如圖6所示。

土壤拋送過(guò)程如圖7所示，土壤拋出點(diǎn)的速度與半徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為360 r/min，A點(diǎn)為葉片上土壤拋送的極限位置，土壤從拋土口拋出的必要條件是在同水平拋出土壤到達(dá)距離中心軸L位置，否則土壤不能拋到葡萄藤上。拋土口把不能拋送到點(diǎn)的土壤擋回，讓土壤隨葉片再次旋轉(zhuǎn)拋送。

拋土裝置中各參數(shù)的確定采用下列公式：

V=2πnr （1）

L=Vcosθt （2）

H=Vsinθt-1/2gt2 （3）

（X-rsinθ）2+（Y-rcosθ）2=R2 （4）

Y=-{g/[2（Vcosθ）2]}X2+tanθX （5）

式中：V為A點(diǎn)的初始速度，m/s；r為A點(diǎn)距軸心的距離，m。

在拋物運(yùn)動(dòng)中，以45°傾角斜拋的距離最遠(yuǎn)，給定L值可計(jì)算出A點(diǎn)位置，即得到r值，其中公式（4）是拋出土壤的運(yùn)動(dòng)軌跡公式，公式（5）是拋土罩位置轉(zhuǎn)化成的公式，這兩個(gè)公式都是以A點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立的，假設(shè)D點(diǎn)為開(kāi)口的極限位置，根據(jù)以上計(jì)算可得到D點(diǎn)位置。

3 葡萄埋藤機(jī)田間試驗(yàn)

通過(guò)埋藤機(jī)田間試驗(yàn)，驗(yàn)證該機(jī)工作性能。若滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，表明該機(jī)的設(shè)計(jì)及配合合理；若不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則需要找出并解決該機(jī)埋土過(guò)程中所存在的問(wèn)題，改進(jìn)相關(guān)性能。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備與條件

埋藤機(jī)驗(yàn)樣機(jī)1臺(tái)（如圖8所示）；農(nóng)用拖拉機(jī)1臺(tái)；測(cè)量工具有鋼尺1把，精度為0.1 mm；卷尺1盒，量程為5 m。

試驗(yàn)田地烏魯木齊屬中溫帶大陸性干旱氣候，春秋兩季較短，冬夏兩季較長(zhǎng)，晝夜溫差大。年平均降水量為194 mm，最暖的七、八月平均氣溫為25.7 ℃，最冷的一月平均氣溫為-15.2 ℃。極端氣溫最高47.8 ℃，最低-41.5 ℃，其土質(zhì)屬于砂質(zhì)粘壤土。

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中機(jī)組以最大行駛速度進(jìn)行測(cè)試，得出最大工作效率。旋耕深度保持在最大設(shè)計(jì)值左右，檢測(cè)參數(shù)包括拋土距離、埋土高度、旋耕深度，多點(diǎn)取樣求平均值，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析機(jī)具是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)作業(yè)情況如圖9所示。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)中，機(jī)具作業(yè)參數(shù)如表1所示，很好的完成了取土和覆土作業(yè)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和農(nóng)藝需求。

葡萄埋藤人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)質(zhì)量差，土塊大且多，從而導(dǎo)致保溫性差。從經(jīng)濟(jì)性看，人工埋藤效率為35～40 /h，作業(yè)成本為0.4～0.5元/m。旋耕裝置和葉片式旋拋裝置均有不錯(cuò)的碎土功能，作業(yè)質(zhì)量非常好，土壤細(xì)密，工作效率可達(dá)1.8 km/h，作業(yè)成本為0.2元/m，能幫助果農(nóng)降低成本、提高效率。

4 結(jié)論

研制的葡萄埋藤機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，功耗低，并且能夠一次完成葡萄藤越冬埋土作業(yè)，最大優(yōu)點(diǎn)是取土量足，土壤利用率高，適應(yīng)性強(qiáng)。田間試驗(yàn)證明，該機(jī)工作可靠、設(shè)計(jì)合理，滿(mǎn)足葡萄藤越冬埋土機(jī)械化要求，降低果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)成本，利于葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 尤軍，郭輝，胡潔，等.葡萄埋藤機(jī)研究綜述[J].農(nóng)業(yè)工程，2013（2）：9.

[2] 劉文英，吳磊. 3PMT-62 型葡萄埋藤機(jī)械化技術(shù)農(nóng)[J].機(jī)使用與維修，2015（5）：100-101

[3] 孫茂森，孫奎軍，陳屾，等.我國(guó)葡萄生產(chǎn)管理的機(jī)械化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)裝備，2014（5）：72-75.

[4] 馬旭.高等農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2013.

[5] 蒙賀偉，李進(jìn)江，坎雜，等.PM-1200 型懸掛式葡萄埋藤機(jī)研制[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012（2）：97-100.