一種單側葡萄埋藤機的設計

寧夏地質工程學校機電工程系 丁世平

關鍵字：螺旋輸送；圓盤耙；單側葡萄埋藤機

引言

寧夏目前是全國最大的釀酒葡萄集中連片產區之一，有酒莊211 家，葡萄酒年產1.3 億瓶，葡萄產業綜合產值達到260 億元，產區葡萄酒已遠銷德國、美國、比利時、澳大利亞等20 多個國家和地區[1]。

葡萄酒產業的發展也帶動了寧夏農民增收和相關產業的發展。據了解，當地農民收入中的三分之一是來自葡萄產業。此外，葡萄酒旅游已成為寧夏全域旅游不可或缺的元素，也成為廣大農民脫貧致富的一條有效途徑。

每年進入冬天，天氣嚴寒，葡萄藤會遭受嚴重凍害。因此，在每年秋收后，為了防止藤蔓風干和受凍，需要對其埋土以御寒。埋藤工作的質量，直接影響到第二年葡萄的成活，進而也對葡萄產量和質量有著相當大的影響[2]。

經調查顯示，國外的葡萄種植多處于溫帶至亞熱帶地區，總體上是沿著不凍線種植的，故冬季不需要對葡萄進行埋藤，所以沒見過相對應的埋藤類機械。

現在，我國在葡萄埋藤機械化這方面有一定的進展，開發和研制了一些埋藤機，其大體分為三類：大翻犁式、開溝式和旋耕式[3]。其中，大翻犁式存在埋土土塊大、覆蓋不實、保溫不好等缺陷；開溝式埋藤機易在壟間形成溝壑，不僅對二次機械作業造成障礙，而且增大了葡萄根部凍傷的風險[4]；旋耕式埋藤機作業效果尚可，但多級傳動裝置使設備顯得結構復雜，在使用時發現可靠性也差，易被泥土或草梗等雜物堵塞，經常影響正常工作。

本課題欲針對目前葡萄種植行距難以保證一致，工作后易在壟間形成溝壑的問題，開發設計一種以農用拖拉機為動力源的單側葡萄埋藤裝置，以適用不同的種植規模，降低勞動強度，提高埋藤效率，為葡萄的種植提供裝備支持。

1 研究方案

1.1 技術方案

本文的技術方案需要實現以下功能：一是要保證埋藤的覆土細碎密實[5]，以防藤蔓被風干和凍傷；二是要保證機械作業后壟間土地的平整度，方便二次作業；三是要力求整機結構簡單，效率高。結合以上三點要求，本文提出以下方案：以拖拉機為動力源，牽引埋藤機行走于葡萄壟間，采用側面傳動驅動螺旋裝置將壟間土壤向一側葡萄壟集中，從而實現埋藤。方案設計如圖1。

圖1 設計方案圖

該單側埋藤機機體的組成部分如下：1 圓盤耙疏松部分：利用圓耙高速旋轉使壟間土壤疏松并可切碎雜草。2 輸送部分：螺旋葉片（帶缺口）將土壤切碎并進行輸送。3 拋撒部分：拋土輪將螺旋輸送來的土壤拋撒到一側葡萄壟上。4 齒輪傳動部分：拖拉機的動力通過各級齒輪分別傳到圓盤耙疏松部分和螺旋輸送部分。5 機架、懸掛及覆蓋件：懸掛連接機架，機架及覆蓋件對構件起支撐作用。

1.2 設計的關鍵技術

本機設計的相關參數確定示意圖如圖2。

圖2 主要技術參數示意圖

其中種植行距為ΔH，整機寬度為K，覆土深度為h1，覆土頂寬為A，覆土底寬為B，拋土輪寬度為f，耕幅為L，取土深度為h。

因壟間土壤需要通過螺旋輸送和拋撒這兩大過程才能在葡萄壟上形成埋藤覆土，但是壟間的這些土壤不是全部被輸送和拋撒。工作時，有一個土壤的損失量。因此計算得出的“理論取土深度”必須考慮到工作效率的問題，才能得出實際的取土深度。本課題擬定螺旋輸送環節輸送效率為95%，拋土輪拋撒環節工作效率也同樣為95%，則最終土壤輸送效率為95%×95%=90.25% 90%×90%=81%，即取實際取土深度＝理論取土深度/90%。

綜上，工作參數進行歸納，見表1。

表1 關鍵技術參數（單位mm）

2 設計選用

2.1 圓盤耙的選用

圓盤耙分為全緣耙片和缺口耙片[6]

根據它們的特點：耙片具有一定的碎土和翻土功能，耙片凸面周邊磨刃，缺口耙的缺口部位也磨刃[7]。由于缺口耙片減少了周緣的接地面積，所以減小了切削阻力，入土能力比較強，而且缺口易拉斷雜草及殘茬，增強了切割能力，土地適用能力較強。

本文選用切削阻力小、易拉斷雜草的缺口圓盤耙，對土壤的適應性好，其主要結構如下圖：

圖3 缺口圓盤耙耙片

2.2 螺旋（帶缺口葉片）輸送部分

農用拖拉機動力經過齒輪傳動裝置將力傳遞給螺旋軸，帶動螺旋葉片（帶缺口）將土壤邊切碎邊向一側輸送。土壤由前排的圓盤耙部分疏松并旋出，沿螺旋軸向移動，輸送到拋土輪上進行拋撒。

2.2.1 螺旋輸送結構分析

本機設計的螺旋輸送部分是由軸承、螺旋軸、缺口螺旋葉片、拋土輪、擋土板等主要部件構成，其中螺旋軸和缺口螺旋葉片是主要部件。機架側板與螺旋軸通過軸承連接，另一端部采用齒輪軸外花鍵與軸頭內花鍵相互配合進行動力傳輸。擋土板加裝在機具后方，形成一整體結構，實現了土壤輸送的全過程[8]。

2.3 傳動部分

為保證圓盤耙和螺旋兩部分同時工作且工作時互不干擾，本文采用“一入雙出”的結構，一輸入軸同時帶動兩軸旋轉，完成動力的傳輸。

本課題設計方案如下：

在一個齒輪變速箱內實現一輸入軸，雙輸出軸的結構。首先將拖拉機動力由萬向傳動軸傳輸給齒輪箱輸入軸，經過中間各級齒輪傳動到兩工作軸。中間齒輪箱內裝有一對圓錐齒輪和多個圓柱齒輪，如圖3。該方案結構簡單，能滿足剛性要求，同時還保證了兩工作軸旋轉方向的一致性，以便于圓盤耙部分的旋土以及拋土輪的拋撒，能實現有效的葡萄埋藤需求。

圖4 齒輪傳動示意圖

3 可行性簡要分析

該裝置將螺旋輸送與取土兩個環節集中在一起，也就是將葡萄壟間的土壤進行集中，再拋撒到葡萄壟上，鑒于對已有埋藤機具工作效果的分析可知[9]，螺旋裝置能夠對風沙土進行有效的輸送，并且在后擋板和地面的支撐下，土壤在輸送過程中不會有太大量的損失，保證了一定的輸送效率。同時，根據現有圓盤耙機具的工作效果可知它可以順利完成對土壤的疏松[10]，所以可將螺旋輸送與圓盤耙相結合，設計一種單側葡萄埋藤機，實現對行距難以保證的葡萄地進行冬季埋藤作業。

4 結語

本文針對行距難以保證的葡萄埋藤的需要，研制了一款新型的葡萄埋藤機，根據對已有埋藤機具與圓盤耙機具工作效果的分析可知，本課題設計的埋藤機械作業后覆土細密、埋藤效果良好，能保持壟間土地的平整度，有利于機械二次下田作業，具有一定的推廣價值。