紅樹林種子泥模定位制作播種機設計與仿真

覃海英，馬桂香，馬俊生，劉　碩，湯華飛

(廣西大學 機械工程學院，南寧　530004 )

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紅樹林種子泥模定位制作播種機設計與仿真

覃海英，馬桂香，馬俊生，劉碩，湯華飛

(廣西大學 機械工程學院，南寧530004 )

摘要：紅樹林有著重要生態效益，但我國的紅樹林已遭受嚴重的圍墾砍伐破壞，目前都是自然野生，繁衍速度極慢，種子存活率極低。為此，設計了紅樹林種子泥模定位制作播種機，旨在用機械種植代替野生自然生長，機械種植再借助白泥定位塊來實現。其主要由整車車身、攪拌機構、自動剪切機構、泥模造型機構及傳送帶歇停機構等組成。實地試驗結果表明：其種子發芽率達到96%，具有重要的生態意義。

關鍵詞：紅樹林；泥模定位塊；播種機

0引言

紅樹林對生態效益起著重要的作用，它有很多的功能，如抵御海風、消減海浪、存淤造灘、保岸固堤，以及可凈化空氣和海水。紅樹林錯綜復雜的根系可以有效地滯存陸地的來沙，從而減少近岸海域的含沙量，茂盛粗壯的枝體可以抵御風浪襲擊。紅樹林的工業、藥用等經濟價值也很高，但我國的紅樹林已遭受嚴重的圍墾砍伐破壞，目前都是自然野生，繁衍速度極慢，野生自然生長種子存活率極低。

要解決目前海洋乃至整個生態的問題，必須人為種植制紅樹林，但由于紅樹林的生長環境特殊，其生長環境是海灘，播下后易被潮水卷走，因此種植紅樹林應借助白泥定位塊來實現：將紅樹林種子放入白泥定位塊內，從而進行人工種植紅樹林。白泥呈微堿性，能為種子生長提供營養，使種子的存活率提高且加快生長。由于白泥具有自重大且不易溶于水的特點，還能防止種下后漲潮時種子被潮水沖走。但是，人工播帶種子的白泥模塊速度慢且勞動強度大，所以研制紅樹林種子泥模定位制作播種機，實現用機械代替人工，有效解決紅樹林遭受圍墾砍伐所帶來的生態破壞。

1設計原理及機構

1.1設計原理

1)紅樹林的生長環境是海灘，比較特殊，種子播下后易被潮水卷走。因此，設計出一種滿足紅樹林播種要求的紅樹林種子泥模定位制作播種機。

2)紅樹林種子泥模定位制作播種機滿足聯合作業的要求，一次性完成制模、卸模及種植等作業。

3)在滿足各方面的功能和要求后，盡量讓整機的結構緊湊，從而減少整機體積。在滿足各零部件強度要求后，盡量減輕整機質量，從而節約使用的材料。

4)紅樹林種子泥模定位制作播種機的零件要滿足互換性和可裝配性的要求。

1.2整機結構

紅樹林種子泥模定位制作播種機以柴油機作為主驅動源，主要由整車車身、攪拌機構、自動剪切機構、泥模造型機構、傳送帶歇停機構等組成，如圖1所示。

1.電動機　2.送料漏斗　3.駕駛控制室

1.3工作原理

紅樹林種子泥模定位制作播種機作業時，整車車體實質是一個簡單的行駛系，由于紅樹林的生長環境特殊，生長在海灘，所以車輪采用扇葉式，提高其行走能力，由駕駛控制室來控制機器的啟停。電動機作為攪拌機動力源，其目的是將白泥攪拌均勻。自動剪切機構通過1對直齒輪嚙合和1對錐齒輪嚙合，從而帶動偏心輪的圓周運動。偏心輪、連桿和擺桿剪切刀構成曲柄搖桿機構，最終實現擺桿剪切刀的剪切動作。泥模造型機構通過帶圓套滑塊、滑槽、模具連桿和模具曲柄構成曲柄滑塊機構，再通過帶圓套滑塊傳遞動力給造型模具，實現造型模具上下運動的壓泥模動作。模具壓塊配合造型模具的壓泥模動作完成自動取模。傳送帶歇停機構通過撥盤與槽輪嚙合傳動，最終實現將連續轉動變成間歇運動，使傳送帶每移動20cm都停留0.75s。造出的泥模安放種子后直接經傳送帶傳送后播下。

1.4主要技術參數

外形尺寸(長×寬×高)/mm：2710×1960×1920

整機質量/kg：152

作業效率/hm2·h-1：0.4～0.66

播種行數/行·幅-1：1

每泥模內種子數/顆·塊-1：2

行距/mm：800

漏播率/%：≤0.5

泥模破碎率/%：≤0.2

播種量/kg·hm-2：195～270

2關鍵部件的設計

2.1自動剪切機構

自動剪切機構的最終目的是實現剪切下每個泥模的高度為3cm,如圖2所示。工作時，攪拌好的白泥通過傳送漏斗和輸送管掉下，電動機及減速箱組提供剪切動力，通過1對圓柱直齒輪嚙合傳動和1對錐齒輪嚙合傳動，從而帶動偏心輪的圓周運動；連桿、偏心輪和擺桿剪切刀組成曲柄連桿，實現擺桿剪切刀的擺動剪切。

2.2泥模造型機構

泥模造型機構的最終目的是實現造型模具在傳送帶停0.75s的時間內可以造模1次，如圖3所示。工作時，電動機及減速箱組提供造型動力，帶動模具曲柄做圓周運動，通過帶圓套滑塊、滑槽、模具連桿和模具曲柄構成曲柄滑塊機構，再通過帶圓套滑塊傳遞動力給造型模具，實現造型模具上下運動的壓泥模動作；模具壓塊配合造型模具的壓泥模動作來完成自動取模。

1.傳送漏斗　2.支撐臺　3.連桿　5.偏心輪

1.帶圓套滑塊　2.模具壓塊　3.造型模具　4.滑槽　5.傳送帶

2.3傳送帶歇停機構

傳送帶歇停機構的最終目的是將連續轉動變成間歇運動，使傳送帶每移動20cm都停0.75s，如圖4所示。工作時，電動機及減速箱組提供傳送帶歇停機構動力，槽輪與撥盤相嚙合傳出的動力為間歇動力。

假設攻擊者I可以獲得RA，RB并由此得到A，B的會話密鑰K，如圖1所示，I假冒A與B通信，在獲取RA，RI后，跳過消息(3)，直接執行消息(4),這樣I和B就共享了會話秘鑰K，攻擊過程描述如下：

2.3.1對槽輪機構的設計和運動學分析

根據需求，取槽的數量為Z=4。

根據各構件的尺寸及其結構簡圖(見圖5)得槽輪的中心距，并考慮摩擦輪尺寸得：L>17+42+100+100-130=129mm，取標準值L=140mm。

從動輪的運動角為

2β=360°/Z=90°

主動輪的運動角為

2α=360°-2β=90°

槽口到從動輪的軸心的長度為

O2A=Lcosβ=98.99mm

主動輪柄的長度為

R1=O1A=Lsinβ=98.99mm

滾子的半徑：取r3近似等于R1/6，則r3=98.99/6=16.50mm,取r3=20mm。

其鎖止弧的半徑為RH≤O1A-r3-h=68.49mm，將其圓整為65mm。

設定O1A為起始線的兩邊α角中沒有鎖止弧，而主動輪的鎖止弧占有角度，則槽輪上的槽口到槽底的深度為

LS=O2A-(L-O1A)+r3+D=98.99-(140-98.99)+

20+D=(77.98+D)mm

其中，D為預留間隙；周期T=3s。

所以，從動輪的運動時間為

T1=αT/π=T/4=0.75s

其從動輪的歇停時間為T2=T-T1=2.25s。

1.傳送帶　2.槽輪　3.撥盤　4.軸承及軸承座　5.電動機及減速箱組

1.撥盤　2.槽輪

2.3.2槽輪機構軌跡仿真

槽輪機構軌跡關系如圖6所示。

圖6　軌跡關系圖

3實地試驗

3.1試驗基本條件

紅樹林種子泥模定位制作播種機實地性能試驗在北海山口鎮海岸進行。其海岸的外層地質為淤泥沙質，局部為玄武巖，土層肥沃深厚；但其余的地質大部分是淺海中沉積的磚紅壤，土層十分厚，有機質很少，肥力比較差。該地的典型氣候為光資源和熱資源十分豐富，降雨較多，平均年降水量高達1 663mm。取1hm2海灘用于人工種植模擬野生自然生長，再取1hm2海灘用于紅樹林種子泥模定位制作播種機種植。

試驗用紅樹林種子為白骨壤，千粒質量552.5g，播種量250kg/hm2。

3.2試驗結果

播種機性能試驗指標如表1所示。由表1可以看出：該播種機的各項技術性能指標都達到了相關技術標準和設計要求。

表1　紅樹林種子泥模定位制作播種機性能試驗指標

4結論

1)該機針對紅樹林生長條件要求而進行設計的，用機械種植代替野生自然生長。機械種植借助白泥定位塊來實現，將紅樹林種子放入白泥定位塊內，從而進行種植紅樹林。白泥呈微堿性，能為種子生長提供營養，使種子的存活率提高和加快生長。由于白泥自重大且不易溶于水的特點，還能防止種下后漲潮時種子被潮水沖走，使種子發芽率達到96%。

2)本播種機輪子采用扇葉式，提高了種植機在海灘行走的能力。制模、卸模和種植等聯合作業實現機械代替人工種植泥模塊，從而大大提高了勞動力和勞動效率。

參考文獻：

[1]趙建亮,尚書旗.2BFD-2C型花生覆膜播種機的設計[J].農機化研究,2003(2):51-55.

[2]沙莉,沈鳳蓮.不要讓紅樹林“哭泣”[J].地理教育,2009(1):20-21.

[3]莫創榮,李彥.英羅港紅樹林保護分區景觀指數的粒度效應[J].科學技術與工程,2012(16):6725-6730.

[4]高云振,儲家淼.蛇蟠島海涂濕地紅樹林引種試驗[J].防護林科技,2011(6):14-15.

[5]楊福榮.紅樹林和紅樹情—記欽州紅樹林和全國林業工作站先進工作者楊福榮[J].中國綠色畫報,2012(1):60-62.

[6]易萬力,李華斌.糕點切片機說明書[EB/OL].(2011-06-09).http://wenku.baidu.com/view/7ff99fbdc77da26925c5b044.html.

Design of a Mangrove Seeds Clay Localization Production Machine

Qin Haiying, Ma Guixiang, Ma Junsheng, Liu Shuo , Tang Huafei

(College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract：Mangrove has important ecological benefits, but Chinese mangrove has suffered severe deforestation reclamation damage, at present are natural wild, breed very slowly, the seed survival rate is extremely low. So we design mangrove seeds clay localization production machine with mechanical plant instead of wild natural growth,mechanical planting with white clay locating piece again, it is mainly composed of the vehicle body, mixing mechanism, automatic shearing mechanism, clay modelling agency, conveyor belt, xie stop institutions, etc. The field experiment results show that the seed germination rate of 96%, to the Marine is the ecosystem has its important significance.

Key words：mangrove; clay mold positioning block; planter

文章編號：1003-188X(2016)04-0103-04

中圖分類號：S223.2+6

文獻標識碼：A

作者簡介：覃海英(1972-)，女，南寧人，講師，碩士，(E-mail)674053259@qq.com。通訊作者：馬桂香(1994-)，女，廣西桂林人，本科學生，(E-mail)1124056290@qq.com。

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目(141059301)

收稿日期：2015-04-01