梭梭设施栽培机关键部件设计分析

第５期（总第３５３期）　２０１４年５月　农产品加工（学刊）　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　ｏｆ　Ｆａｒｍ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｎｏ．５　Ｍａｙ．　文章编号：１６７１—９６４６（２０１４）０５ｂ一００７５—０３　梭梭设施栽培机关键部件设计分析　辛佳佳，　史建新，吕全贵　（新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐８３００５２）　摘要：梭梭作为防风固沙、生态保护植物，对于防止土壤荒漠化进程具有重要的生态价值。为了解决梭梭人工种植劳　动强度大、需要大量人力、后勤补给困难的问题，需设计一种机器来解决该问题。针对梭梭ＰＶＣ管件防护体系的技术　要求，设计出一种能够与ＰＶＣ管件防护体系相配套的梭梭设施栽培机，并对该机的工作原理、关键部件进行设计分析。　关键词：梭梭；ＰＶＣ管件防护体系；机具设计　中图分类号：￥２２３．９　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９￣ｉｓｓｎ．１６７１—９６４６（Ｘ）．２０１４．０５．０５４　Ｋｅｖ　Ｐａｒｔｓ　ｏｆ　Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ　Ａ　ｍｍｏｄｅｎｄｒｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ　Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｅ　：ＫＩＮ皿ｌ－ｊｉａ，．ｓＨＩ　Ｊｉａｎ－ｘｉｎ，ＬＶ　Ｑ．ａｎ－￣　（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ＣｏＨｅｇｅ，Ｘｉ￣ｉａｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｍｍｃｈｉ，Ｘｉｎｊｉｎｇ　ａ８３００５２，Ｃｈｉｎａ）　ＪｔＪ￣ｓｔｘａｃｔ：Ａｓ　ａ　ｗｉｎｂｒｅａｋ　ｓａｎｄ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔｓ　ｏｆ　Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ　ｍｍｏｄｅｎｄｒｏｎ　ｈａｓ　ｐｌａｙ　ａ　ｉｍｐｏａａｎｔ　ｅｃｏｌｏｉｃａｇｌ　ｖａｌｕｅ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｓｏｉｌ　ｄｅｓｅｒｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｉｆｃｉｌａ　ｇｒｏｗｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｌａｂｏｒ，ｎｅｅｄｓ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｍａｎｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｓｕｐｐｌｙ　ｄｉｉｃｕｌｔｆ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅ　ｍｕｓｔ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ　ａｍｍｏｄｅｎｄｒｏｎ　ＰＶＣ　ｐｉｐｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｎ　ｔｇｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ　ａｍｍｏｄｅｎｄｒｏｎ　ｆａｃｉｌｉｉｔｅｓ　ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｍａｔｃｈ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ＰＶＣ　ｐｉｐｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｐａｒｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ８－＊Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ　ａｍｍｏｄｅｎｄｒ；ＰＶＣ　ｐｉｐｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｍａｃｈｉｎｅｓ　梭梭作为我国西北荒漠、半荒漠珍贵的植物资　源，也是我国荒漠、半荒漠区固沙造林面积最大的　建群树种ｆ１］，并在这些地区防沙固沙、减缓荒漠化、　维护生态安全具有不可替代的生态地位和重要利用　价值。为此，针对西北干旱区恶劣的自然条件和脆　弱的生态环境，党和政府从国家战略高度出发，正　在西北部实施大规模的生态建设工程，以改善和维　护生态安全环境，保障区域持续发展。梭梭还是沙　漠人参肉苁蓉的寄主，肉苁蓉具有很高的经济和开　发价值翻。但是梭梭人工种植劳动强度大，后勤补给　存在很大的困难。因此，设计一种合理的梭梭设施　栽培机已势在必行。　１　ＰＶＣ管件防护体系的构建　左右，然后向地上部分管件的外围堆土，使管件内　外的地表平面错开５　ａｍ以上。　本发明可有效防止梭梭属植物幼苗受到地表层　高温、风沙、动物啃食等伤害或胁迫，减小环境内　地表层水分散失，从而提高梭梭属植物幼苗成活率　（达５０％以上）；同时可有效防止梭梭属植物幼苗产　生“夏休眠”现象，增加年生长量，加快个体生长　发育。要使这项技术得以推广，就必须针对ＰＶＣ管　件防护体系设计合理的机具。　２梭梭设施栽培机的结构设计及工作原理．　２．１整机的机构设计　南京农业大学和新疆农业大学荒漠研究院的科　研人员针对梭梭的设施栽培技术，研制发明了ＰＶＣ　管件防护技术体系。该发明体系主要是梭梭设施苗　在沙漠植苗时梭梭苗植深为５０　ｃｍ，然后将ＰＶＣ管　件由上到下套住小苗，ＰＶＣ管件高出沙土平面１５　ａｍ　所设计的梭梭设施栽培机主要有机架、传动系　统、减速器、挖坑管件、挖坑刀具等５部分组成，　本机的核心部件是挖坑刀具，要求挖坑刀具能够在　挖坑的时候实现闭合向下挖沙，在完成既定的工位　时能够实现刀片张开，从而实现插管和投苗的过程。　梭梭设施栽培机结构见图１。　２．２工作过程及原理　收稿日期：２０１４—０３—２６　作者简介：辛佳佳（１９８７一），男，在读硕士，研究方向为农业装备创新设计。　’通讯作者：史建新（１９５６一），男，硕士，教授，研究方向为农业机械。　农产品加工（学刊）　２０１４年第５期　１一机架；２一减速器；３一传动装置；　４一挖坑管件；５一挖坑插管机构　图１　梭梭设施栽培机结构　作业时，由拖拉机后输出轴连接万向轴传动动　力，再通过减速装置减速，然后通过动力传输装置　带动挖坑管件运转，拖拉机三点悬挂装置的升降运　动带动挖坑管件实现上下运动。当挖坑的时候挖坑　刀具在向下进行挖沙时要保证挖坑刀具闭合，然后　人工向挖坑管件的内部投入ＰＶＣ管件和梭梭苗，当　挖到预定的深度时，挖坑刀具在液压缸的推力作用　下张开，从而使得ＰＶＣ管件和梭梭苗从挖坑管件的　内壁掉出，最后向ＰＶＣ管件的内部输送沙土，实现　梭梭苗的设施栽植。　３梭梭设施栽培机关健部件分析　对于梭梭设施栽培机最重要也是最关键的工作　部件是挖坑插管机构，挖坑插管机构设计的好坏关　系着整个机器能否实现预期的目标。因此，对于挖　坑机构需要进行相应的设计分析。　挖坑插管机构三维实体见图２。　图２挖坑插管机构三维实体　３．１挖坑插管机构的组成　挖坑插管机构由锥形刀片、合页、锥形刀片连　接杆、液压缸４部分组成。　挖坑插管机构工作原理见图３。　当挖坑插管机构随着拖拉机后悬挂架的下降进　行挖坑作业时，锥形刀片在液压缸的拉力作用下闭　合，锥形刀片向下钻沙，通过挖坑管件上的螺旋向　外输送沙土，从而使挖坑插管机构实现挖坑，当挖　到所要求的尺寸时向挖坑管内径进行人工投入ＰＶＣ　管件和梭梭苗。当挖到５００　ｍｍ时，液压缸对锥形刀　片施加推力，使得锥形刀片以合页为支点向外移动，　１一合页；２一挖坑管子；３一锥形刀片连接杆；４一锥形刀片　图３挖坑插管机构工作原理　从而使得锥形刀片张开，完成挖坑插管投苗的全过　程，然后输送装置向ＰＶＣ管件内壁进行填沙回埋，　完成梭梭设施栽培的全过程。　３．２挖沙部件极限位置分析　挖坑插管机构极限位置结构见图４。　图４挖坑插管机构极限位置结构　挖沙部件作为梭梭设施栽培机的重要组成部分，　挖沙部件设计的好坏关系着梭梭设施栽培机能否顺　利完成所要求的设计功能。锥形刀片能否实现挖坑　时向内闭合，当挖到所需深度时锥形刀片向外张开　以实现插ＰＶＣ管件和梭梭苗的投苗，关系着梭梭设　施栽培机能否正常的运行，而锥形刀片运动的极限　位置计算将显得尤为重要。　为了计算锥形刀具的极限位置，先假设锥形刀　具挖坑时，锥形刀具连接杆与合页的水平距离为　，　挖坑时锥形刀片连接杆的铰接点与合页之间的水平　夹角为　，到达极限位置时锥形刀片连接杆的铰接点　距离合页的位置　，锥形刀片连接杆的铰接点与合　页的夹角为，￣－ｑ３，设刀具极限位置与刀具挖坑闭合时　的偏离水平距离为　。可以通过挖坑插管机构极限　位置简图看出，极限位置与初始位置的水平偏离距　离为　＝　１一　２。　依据挖坑插管机构极限位置结构简图可以看出，　它们之间的数值关系如下：　Ｘｌ＝ＲＣｏ，ｓ仅．　（１）　２０１４年第５期　辛佳佳，等：梭梭设施栽培机关键部件设计分析　・７７・　Ｘ２＝Ｒｃｏｓ　＋　＝　１一　２　（２）　即：　＝厕）］＜　—　２　［ＣＯＳ（ａｒｃｔａｌｌ　Ｈ－ｃｏｓ（ａｒｃｔａｎ　Ｈ　（９）　（３）　在设计的时候，可以根据机器设计要求选择合　适的参数来满足极限位置的要求。设计的时候选取　（４）　Ｈ＝１５　ｍｍ，Ｘ１＝２０　ｍｉｌｌ，Ｘ２＝５　ｍｍ，／３＝３０。。　把（１）和（２）带入（３）可以得　Ｘ＝Ｒｃｏｓａ—Ｒｃｏｓ　把上式合并整理可以得到：　Ｘ＝Ｒ［ｃｏｓａ—ＣＯ￥　＋　）］　由式（４）可以得知，水平偏移量Ｘ的大小和　把上面的参数带入（９）式可以得：　Ｒ，　与ＪＢ有关。因此，可以建立水平偏移量和偏移　［ｃｏｓ（ａｒｃｔａｎ　）一ｓ（ａｒｃｔａｎ　＋３０。）　一５　角度的关系。　２５［ｃｏｓ３６．８。ＣＯＳ（３６．８。＋３０。）１＜　广５　合页铰接点与连接杆之间的垂直距离为日，连　１０．２５＜Ｘ１—５　接杆水平方向距离为　。，由于刀片在向外运动的轨　可以得：Ｘ　＞１５．２５　迹是以合页的铰接点为圆心做圆周运动，所以可以　因为选取的　。为２０　ｍｍ，经验证设计合理，所　得知　的值。在挖坑时初始位置　所处的位置与日　以挖坑刀片到达极限位置的时候不会被卡死。　和　构成勾股定理关系，可得到：　Ｒ＝、／　（５）　４结论　该机结构简单，能够实现梭梭苗的机械化种植，　且针对ＰＶＣ防护体系种植模式成活率高。　由（６）可推得：　通过对锥形刀片极限位置的分析，确保机器能　够顺利实现插管投苗一体化作业。　该机器成本低，可以大量适用于沙漠造林行业。　而　为刀片由初始位置转到极限位置之间的夹　角，有图知Ｊ８的大小就是锥形刀片的锥角。由于在　参考文献：　设计的时候锥形开口刀片的锥角已经给定　取３Ｏ。。　【１１】　俞阗，朱世桂．科技援疆结硕果：我校一科技援疆成果　把（５），　（６），带人（４）可以整理得到：　Ａ１　ｔａｎｏｚ＝罢一　（６）　Ｘ＝ａｒｃｔａｎ筹　通过教育部组织的成果鉴定『ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｎｊａｕ．　ｅｄｕ．ｃｎ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｍ＝ａｒｔｉｃｌｅ＆ｉｄ＝３１　１　１９．２０１　１－０７－３０．　：　再　［ｃ０ｓ　ａｒｃｔａｎ　）－－ＣＯＳ　ａｒｃｔａｎ　）］（７）　要使得挖坑刀具的杆件不发生干涉，且能够顺　利的到达极限位置，必须有下列公式成立。　Ｘ＜Ｘ１－Ｘ２　（８）　【２】　刘源源，袁健新．内蒙古“旱生植物之王”梭梭与“沙漠　人参”肉苁蓉完美“联姻”『ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｎａｔｉｖｅ．ｃｎｒ．ｃｎ／　ｃｉｔｙ／２０１３０５／ｔ２０１３０５１７＿５１２６０７３１０．ｓｈｔｍ１．２０１３－０５—１７．◇　（上接第６６页）　由表４可知，运用本检测方法对不同类别茶叶　的稀土进行分析，具有良好的回收率和精密度。乌龙　茶加标回收率和ＲＳＤ分别为９２．４％～１０４．５％，０．８％～　当前茶叶污染物残留检测的重要研究内容之一。本　文采用硝酸微波消解程序系统，结合ＩＣＰＭＳ在不同　类别茶叶中可同时测定１６种稀土元素，方法准确度　高，操作简单，是检测不同类别茶叶中稀土含量的　有效方法。　９．２％；红茶加标回收率和ＲＳＤ分别为８０．１％一　９２．５％，１．１％～８．２％；白茶加标回收率和ＲＳＤ分别为　８３．４％一９９．４％，０．７％一８．７％；绿茶加标回收率和ＲＳＤ　分别为９７．６％一１０５．６％，０．６％～６．２％；岩茶加标回收　率和ＲＳＤ分别为８４．１％一９８．９％，０．４％～４．３％；黑茶　加标回收率和ＲＳＤ分别为８１．９％～１１５．７％，０．６％～　４．４％。进一步分析表明，不同类别茶叶的稀土回收　率均为８０％一１２０％，且相对标准偏差最高为９．２％。　３结论　参考文献：　【ｌ１　】李安，李海燕．电感耦合等离子体一质谱法测定茶叶中稀　土元素及其不确定度的评定［Ｊ］．分析仪器，２００８（２）：　４５—４８．　［２】　郭勇全，肖萍，孙良顺，等．茶叶中稀土元素与人体健　康［Ｊ］．化工科技市场，２０１０，３３（Ｉ１）：１６—１８．　［３］　张清海，廖朝选，林绍霞，等．微波消解ＩＣＰ—ＭＳ同时　测定茶叶的３５种元素［Ｊ］．贵州科学，２０１２，３０（６）：　４０－４４．◇　复杂体系中痕量组分的快速获取和准确测定是