寧夏地質(zhì)工程學(xué)校機(jī)電工程系 丁世平

關(guān)鍵字：螺旋輸送；圓盤耙；單側(cè)葡萄埋藤機(jī)

引言

寧夏目前是全國(guó)最大的釀酒葡萄集中連片產(chǎn)區(qū)之一，有酒莊211 家，葡萄酒年產(chǎn)1.3 億瓶，葡萄產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值達(dá)到260 億元，產(chǎn)區(qū)葡萄酒已遠(yuǎn)銷德國(guó)、美國(guó)、比利時(shí)、澳大利亞等20 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)[1]。

葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶動(dòng)了寧夏農(nóng)民增收和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)了解，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入中的三分之一是來自葡萄產(chǎn)業(yè)。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(nóng)民脫貧致富的一條有效途徑。

每年進(jìn)入冬天，天氣嚴(yán)寒，葡萄藤會(huì)遭受嚴(yán)重凍害。因此，在每年秋收后，為了防止藤蔓風(fēng)干和受凍，需要對(duì)其埋土以御寒。埋藤工作的質(zhì)量，直接影響到第二年葡萄的成活，進(jìn)而也對(duì)葡萄產(chǎn)量和質(zhì)量有著相當(dāng)大的影響[2]。

經(jīng)調(diào)查顯示，國(guó)外的葡萄種植多處于溫帶至亞熱帶地區(qū)，總體上是沿著不凍線種植的，故冬季不需要對(duì)葡萄進(jìn)行埋藤，所以沒見過相對(duì)應(yīng)的埋藤類機(jī)械。

現(xiàn)在，我國(guó)在葡萄埋藤機(jī)械化這方面有一定的進(jìn)展，開發(fā)和研制了一些埋藤機(jī)，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(shí)、保溫不好等缺陷；開溝式埋藤機(jī)易在壟間形成溝壑，不僅對(duì)二次機(jī)械作業(yè)造成障礙，而且增大了葡萄根部?jī)鰝娘L(fēng)險(xiǎn)[4]；旋耕式埋藤機(jī)作業(yè)效果尚可，但多級(jí)傳動(dòng)裝置使設(shè)備顯得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)可靠性也差，易被泥土或草梗等雜物堵塞，經(jīng)常影響正常工作。

本課題欲針對(duì)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(fā)設(shè)計(jì)一種以農(nóng)用拖拉機(jī)為動(dòng)力源的單側(cè)葡萄埋藤裝置，以適用不同的種植規(guī)模，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(shù)方案

本文的技術(shù)方案需要實(shí)現(xiàn)以下功能：一是要保證埋藤的覆土細(xì)碎密實(shí)[5]，以防藤蔓被風(fēng)干和凍傷；二是要保證機(jī)械作業(yè)后壟間土地的平整度，方便二次作業(yè)；三是要力求整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。結(jié)合以上三點(diǎn)要求，本文提出以下方案：以拖拉機(jī)為動(dòng)力源，牽引埋藤機(jī)行走于葡萄壟間，采用側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)驅(qū)動(dòng)螺旋裝置將壟間土壤向一側(cè)葡萄壟集中，從而實(shí)現(xiàn)埋藤。方案設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 設(shè)計(jì)方案圖

該單側(cè)埋藤機(jī)機(jī)體的組成部分如下：1 圓盤耙疏松部分：利用圓耙高速旋轉(zhuǎn)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(jìn)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(cè)葡萄壟上。4 齒輪傳動(dòng)部分：拖拉機(jī)的動(dòng)力通過各級(jí)齒輪分別傳到圓盤耙疏松部分和螺旋輸送部分。5 機(jī)架、懸掛及覆蓋件：懸掛連接機(jī)架，機(jī)架及覆蓋件對(duì)構(gòu)件起支撐作用。

1.2 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

本機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)確定示意圖如圖2。

圖2 主要技術(shù)參數(shù)示意圖

其中種植行距為ΔH，整機(jī)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(zhǎng)，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(shí)，有一個(gè)土壤的損失量。因此計(jì)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(shí)際的取土深度。本課題擬定螺旋輸送環(huán)節(jié)輸送效率為95%，拋土輪拋撒環(huán)節(jié)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(shí)際取土深度＝理論取土深度/90%。

綜上，工作參數(shù)進(jìn)行歸納，見表1。

表1 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)（單位mm）

2 設(shè)計(jì)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(jù)它們的特點(diǎn)：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(qiáng)，而且缺口易拉斷雜草及殘茬，增強(qiáng)了切割能力，土地適用能力較強(qiáng)。

本文選用切削阻力小、易拉斷雜草的缺口圓盤耙，對(duì)土壤的適應(yīng)性好，其主要結(jié)構(gòu)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(nóng)用拖拉機(jī)動(dòng)力經(jīng)過齒輪傳動(dòng)裝置將力傳遞給螺旋軸，帶動(dòng)螺旋葉片（帶缺口）將土壤邊切碎邊向一側(cè)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(dòng)，輸送到拋土輪上進(jìn)行拋撒。

2.2.1 螺旋輸送結(jié)構(gòu)分析

本機(jī)設(shè)計(jì)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(gòu)成，其中螺旋軸和缺口螺旋葉片是主要部件。機(jī)架側(cè)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(nèi)花鍵相互配合進(jìn)行動(dòng)力傳輸。擋土板加裝在機(jī)具后方，形成一整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了土壤輸送的全過程[8]。

2.3 傳動(dòng)部分

為保證圓盤耙和螺旋兩部分同時(shí)工作且工作時(shí)互不干擾，本文采用“一入雙出”的結(jié)構(gòu)，一輸入軸同時(shí)帶動(dòng)兩軸旋轉(zhuǎn)，完成動(dòng)力的傳輸。

本課題設(shè)計(jì)方案如下：

在一個(gè)齒輪變速箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)一輸入軸，雙輸出軸的結(jié)構(gòu)。首先將拖拉機(jī)動(dòng)力由萬向傳動(dòng)軸傳輸給齒輪箱輸入軸，經(jīng)過中間各級(jí)齒輪傳動(dòng)到兩工作軸。中間齒輪箱內(nèi)裝有一對(duì)圓錐齒輪和多個(gè)圓柱齒輪，如圖3。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能滿足剛性要求，同時(shí)還保證了兩工作軸旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)有效的葡萄埋藤需求。

圖4 齒輪傳動(dòng)示意圖

3 可行性簡(jiǎn)要分析

該裝置將螺旋輸送與取土兩個(gè)環(huán)節(jié)集中在一起，也就是將葡萄壟間的土壤進(jìn)行集中，再拋撒到葡萄壟上，鑒于對(duì)已有埋藤機(jī)具工作效果的分析可知[9]，螺旋裝置能夠?qū)︼L(fēng)沙土進(jìn)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(huì)有太大量的損失，保證了一定的輸送效率。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有圓盤耙機(jī)具的工作效果可知它可以順利完成對(duì)土壤的疏松[10]，所以可將螺旋輸送與圓盤耙相結(jié)合，設(shè)計(jì)一種單側(cè)葡萄埋藤機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行距難以保證的葡萄地進(jìn)行冬季埋藤作業(yè)。

4 結(jié)語

本文針對(duì)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(jī)，根據(jù)對(duì)已有埋藤機(jī)具與圓盤耙機(jī)具工作效果的分析可知，本課題設(shè)計(jì)的埋藤機(jī)械作業(yè)后覆土細(xì)密、埋藤效果良好，能保持壟間土地的平整度，有利于機(jī)械二次下田作業(yè)，具有一定的推廣價(jià)值。