單株楊梅遮雨裝置的設計與試驗研究

仲子平

（蘇州農業職業技術學院，江蘇 蘇州 215008）

楊梅枝繁葉茂，樹冠圓整，初夏又有紅果累累，十分可愛，是園林綠化結合生產的優良樹種，具有很高的藥用和食用價值。然而由于夏季多雨，會使得楊梅易脫落且品質下降。因此，在楊梅收獲前一個月左右為楊梅遮雨成為提高楊梅產量和品質的一個重要措施。目前，種植戶主要采用鋼管和塑料薄膜搭建類似于塑料大棚的結構對成片的楊梅進行遮雨，不僅費工費時，人工成本也較高。本文以單株楊梅為研究對象，研制一種遮雨裝置[1-2]。

1 整機總體結構設計與工作原理

1.1 總體結構設計

考慮到楊梅的樹冠較大，設計的遮雨裝置直徑也較大，完全依靠人力難以撐開傘面，故采用機械傳動機構來打開；普通的由下向上撐開的雨傘打開時會損傷楊梅，因此該裝置將長骨布置在下方，短骨布置上方，自上而下打開傘面，可有效避免對楊梅的損傷，也便于操作。為了防止風力對該裝置造成不利影響，在長骨的末端加裝了防風撐桿，使其變得更穩固[3]。

單株楊梅遮雨裝置在傘面收攏狀態下從楊梅樹中縫穿入，將中柱固定于楊梅樹干上，通過固定撐桿將該裝置與地面固定，再反向撐開傘面遮雨，具有結構簡單、操作簡便、工作效率高等優點。該裝置的具體結構簡圖如圖1所示，主要由中柱、傘面、長骨、短骨、防風撐桿、絲桿、固定鉸接座、移動鉸接座、傘面的開收裝置以及固定撐桿等組成[4]。

圖1 單株楊梅遮雨裝置結構簡圖

1.2 工作原理

單株楊梅遮雨裝置通過搖動傘面開收裝置的手柄，由一對圓錐齒輪改變傳動方向，帶動絲桿轉動，使移動鉸接座在絲桿上做往復運動，從而帶動傘面打開和收攏。當順時針搖動傘面開收裝置的手柄時，傘面收攏；當逆時針搖動傘面開收裝置的手柄時，傘面打開。改變錐齒輪的傳動比可以改變傘面開收的速度，也會相應地改變手搖所需的力度[5-6]。

1.3 主要技術參數

單株楊梅遮雨裝置的主要技術參數如表1所示。

表1 單株楊梅遮雨裝置的主要技術參數

2 主要工作部件設計

2.1 傘部的設計

傘部包括傘面以及用來支撐傘面的長骨和短骨，采用透明材質的傘面，可有效遮雨而不遮陽，從而保證楊梅的正常生長和優良品質。

為使傘面由下向上收攏，支撐傘面的長骨置于傘面下方，一端與移動鉸接座相連，一端固定傘面邊緣，并與防風撐桿相連；短骨位于上方，一端與長骨的中部連接，另一端與固定鉸接座相連；這里所有連接均采用鉸鏈連接，以便傘面開收時各桿件的運動。移動鉸接座和固定鉸接座分別如圖2、圖3所示。

圖2 移動鉸接座

圖3 固定鉸接座

2.2 傳動機構的設計

傳動機構的作用是把操作人員作用于傘面開收裝置手柄上的動力傳遞給移動鉸接座，使其在絲桿上做往復運動，完成傘面的開收。考慮到需將旋轉運動改變為往復直線運動，故采用絲桿與移動鉸接座內螺母的梯形螺紋傳動；考慮到要將水平手搖轉動改變為絲桿的垂直轉動，故采用錐齒輪傳動，如圖4所示[7]。

圖4 傳動結構簡圖

錐齒輪傳動機構的傳動比直接決定絲桿的轉速，絲桿的轉速決定移動鉸接座往復運動的速度。移動鉸接座往復直線運動速度的計算公式為：

式中，v表示移動鉸接座往復直線運動速度，單位為mm/min；n表示手動搖柄的轉速，單位為r/min；Z1表示一級錐齒輪的齒數；Z2表示二級錐齒輪的齒數；P表示絲桿螺距；i表示絲桿螺紋頭數。

手搖轉速以120 r/min計，為了省力，錐齒輪傳動比取2，絲桿為單線螺紋，螺距為4 mm，可算得移動鉸接座的運動速度為240 mm/min。這個速度偏慢，可適當減小傳動比，增加螺距或導程。

2.3 中柱

中柱是該遮雨裝置的骨架，支撐全部重量。考慮到強度和剛度的要求以及防銹的需要，采用直徑為50 mm的鍍鋅鋼管[8]。

3 性能測試

為了測試單株楊梅遮雨裝置的遮雨效果和工作穩定性，在楊梅收獲前一個多月風雨相伴時對其進行了若干次測試，具體試驗結果如表2所示。

表2 單株楊梅遮雨裝置試驗結果

從試驗結果可以看出，風力較低時，該裝置對楊梅的遮雨效果比較顯著、穩定性較好；風力逐步增大后，楊梅的淋雨率明顯增加，該裝置的傾覆率明顯變大，穩定性下降；在風力超過5級后，遮雨效果已經很差，應用價值不大[9]。

4 結語

目前，國內楊梅的遮雨主要采用類似于大棚的遮雨設施，但對山地上楊梅的遮雨適宜采用這種單株遮雨裝置，尤其在常年風力不大的地區，有較好的應用前景。該裝置方便收攏，可多年重復使用，能有效節約成本。但因受風力影響較大，該裝置在風力較大的地區，需增大部分零部件的強度，以提高其穩定性，增強抗風能力[10]。