葡萄埋藤機的設(shè)計

畢志波 郭輝 陳恒峰 盛會

摘要：為減輕秋末葡萄藤覆土作業(yè)的勞動強度，設(shè)計一款適應(yīng)性強、埋土質(zhì)量佳的埋藤機。介紹埋藤機采用旋耕取土和葉片式旋拋方案的原因，論述旋耕裝置和拋土裝置各參數(shù)的確定。樣機試驗表明，該機具有合理性與可靠性。

關(guān)鍵詞：埋藤機；設(shè)計；旋耕裝置；拋土裝置；性能試驗

中圖分類號：S224.1+6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）07-0030-04

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，葡萄產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。然而，歐洲和美國的釀酒葡萄占葡萄產(chǎn)量的80%，而我國用于釀酒的葡萄比例僅20%，葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。葡萄種植面積將會持續(xù)擴大，葡萄品種和種植方式會更加豐富，葡萄種植技術(shù)規(guī)程將會更加完善，對機械化的需求將更廣泛更迫切。

在我國北方，葡萄種植作業(yè)一般分為春季扒藤、上架綁藤、施肥澆水、秋季收獲、下架剪枝和秋末埋藤環(huán)節(jié)。其中，秋末埋藤和春季扒藤是勞動量最大的環(huán)節(jié)，且秋末埋藤的工作質(zhì)量影響春季扒藤的勞動強度和質(zhì)量，因此深入研究葡萄埋藤機械具有重要意義。

1 葡萄埋藤機設(shè)計方案

1.1 機構(gòu)選型

機械取土方法有鏟土式、葉片開溝式、旋耕式和鏟土加開溝式。相對其它取土方式，旋耕取土能有效降低取土的動力消耗，對土壤的適應(yīng)性最好，且取土埋藤后行道不會留下深坑，所以選用旋耕取土方式。旋耕方式的取土寬通常為1.0～1.3 m，再加上與兩側(cè)葡萄藤的安全距離0.5 m，確定工作幅寬為2.3 m。葡萄種植的行距一般在2.5～3.5 m，完全滿足取土寬度要求。

埋土方式有旋耕拋土、葉片式拋土和皮帶輸送。與其它兩種拋土方式相比，葉片式拋土有明顯優(yōu)勢，拋土距離遠，不需要躲避葡萄藤旁的柱架，并具有碎土功能。

葡萄埋藤機的結(jié)構(gòu)見圖1。

工作時，葡萄埋藤機與拖拉機配套，連接方式為后置三點懸掛，拖拉機后輸軸通過萬向節(jié)與埋藤機傳動箱的傳動軸連接。傳動箱為一輸入兩輸出型，將動力傳遞到旋耕取土裝置和葉片式拋土裝置。旋耕刀軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)切削土壤，被切削的土壤沿著旋耕刀的切線方向向后拋灑，在集土罩的導(dǎo)向下匯聚到圓筒中，葉片式拋土裝置的葉片以適當?shù)木€速度旋轉(zhuǎn)，將土壤從圓筒開口處均勻拋送到葡萄藤正上方。

1.2 傳動系統(tǒng)

葡萄埋藤機的傳動系統(tǒng)如圖2所示。機具工作時，拖拉機的動力傳到傳動箱；在側(cè)端，傳動箱通過萬向節(jié)與鏈輪連接，鏈輪帶動旋耕軸；在后端，傳動箱通過萬向節(jié)與皮帶輪鏈接，皮帶輪帶動減速器，減速器輸出端帶動葉片旋轉(zhuǎn)。

2 葡萄埋藤機關(guān)鍵裝置設(shè)計

2.1 旋耕裝置

葡萄埋藤機的旋耕裝置由旋耕刀、安裝座、軸套和旋耕軸組成。旋耕刀通過螺栓安裝在安裝座上，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

葡萄種植區(qū)雜草和土塊常見，通過比較，選用彎形刀，其外形如圖4所示，比較適合葡萄埋藤的作業(yè)環(huán)境。

除旋耕刀形狀外，其排布方法對旋耕機的作業(yè)質(zhì)量和功率消耗也有重要影響。設(shè)計時綜合考慮葡萄園環(huán)境和現(xiàn)有機械缺點，選用四螺旋內(nèi)裝法排布旋耕刀，如圖5所示。土壤拋送效果較好，旋耕起來的土壤能夠向中間集中。與此同時，每條螺旋線的左右旋土刀采取對稱排列方式，可以均衡刀軸受力，最大程度減小機具的側(cè)向力和震動。

2.2 拋土裝置

土壤拋送裝置是埋藤機的關(guān)鍵部件，其功能是將旋耕集中過來的土壤拋送到聚攏好的葡萄藤上，其工作性能與葡萄藤越冬埋土作業(yè)質(zhì)量有直接關(guān)系。葉片式拋土裝置的設(shè)計關(guān)鍵是葉片選擇。葉片形式有前傾直葉片、徑向直葉片、后傾直葉片、前彎曲葉片、徑向彎曲葉片和后彎曲葉片。考慮多方面因素，以經(jīng)濟、高效為準則，選用徑向直葉片，其具有形狀簡單、制造方便、價格低廉、葉片強度高的特點，能夠完全滿足機組工作要求，是最佳選擇。

拋土葉片數(shù)量決定功率消耗、土壤集中程度和拋土距離。葉片數(shù)量多，單個葉片上承擔(dān)的物料減少，對葉片的強度要求降低，土壤獲得的速度一致，拋土集中性高，但消耗功率增加。通過查閱相關(guān)資料，本機使用4葉片，外形如圖6所示。

土壤拋送過程如圖7所示，土壤拋出點的速度與半徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，設(shè)計轉(zhuǎn)速為360 r/min，A點為葉片上土壤拋送的極限位置，土壤從拋土口拋出的必要條件是在同水平拋出土壤到達距離中心軸L位置，否則土壤不能拋到葡萄藤上。拋土口把不能拋送到點的土壤擋回，讓土壤隨葉片再次旋轉(zhuǎn)拋送。

拋土裝置中各參數(shù)的確定采用下列公式：

V=2πnr （1）

L=Vcosθt （2）

H=Vsinθt-1/2gt2 （3）

（X-rsinθ）2+（Y-rcosθ）2=R2 （4）

Y=-{g/[2（Vcosθ）2]}X2+tanθX （5）

式中：V為A點的初始速度，m/s；r為A點距軸心的距離，m。

在拋物運動中，以45°傾角斜拋的距離最遠，給定L值可計算出A點位置，即得到r值，其中公式（4）是拋出土壤的運動軌跡公式，公式（5）是拋土罩位置轉(zhuǎn)化成的公式，這兩個公式都是以A點為坐標系原點建立的，假設(shè)D點為開口的極限位置，根據(jù)以上計算可得到D點位置。

3 葡萄埋藤機田間試驗

通過埋藤機田間試驗，驗證該機工作性能。若滿足設(shè)計要求，表明該機的設(shè)計及配合合理；若不滿足設(shè)計要求，則需要找出并解決該機埋土過程中所存在的問題，改進相關(guān)性能。

3.1 試驗設(shè)備與條件

埋藤機驗樣機1臺（如圖8所示）；農(nóng)用拖拉機1臺；測量工具有鋼尺1把，精度為0.1 mm；卷尺1盒，量程為5 m。

試驗田地烏魯木齊屬中溫帶大陸性干旱氣候，春秋兩季較短，冬夏兩季較長，晝夜溫差大。年平均降水量為194 mm，最暖的七、八月平均氣溫為25.7 ℃，最冷的一月平均氣溫為-15.2 ℃。極端氣溫最高47.8 ℃，最低-41.5 ℃，其土質(zhì)屬于砂質(zhì)粘壤土。

3.2 試驗方法

試驗中機組以最大行駛速度進行測試，得出最大工作效率。旋耕深度保持在最大設(shè)計值左右，檢測參數(shù)包括拋土距離、埋土高度、旋耕深度，多點取樣求平均值，通過試驗數(shù)據(jù)分析機具是否滿足設(shè)計要求。試驗作業(yè)情況如圖9所示。

3.3 試驗結(jié)果分析

試驗中，機具作業(yè)參數(shù)如表1所示，很好的完成了取土和覆土作業(yè)，滿足設(shè)計要求和農(nóng)藝需求。

葡萄埋藤人工作業(yè)勞動強度大，作業(yè)質(zhì)量差，土塊大且多，從而導(dǎo)致保溫性差。從經(jīng)濟性看，人工埋藤效率為35～40 /h，作業(yè)成本為0.4～0.5元/m。旋耕裝置和葉片式旋拋裝置均有不錯的碎土功能，作業(yè)質(zhì)量非常好，土壤細密，工作效率可達1.8 km/h，作業(yè)成本為0.2元/m，能幫助果農(nóng)降低成本、提高效率。

4 結(jié)論

研制的葡萄埋藤機結(jié)構(gòu)緊湊，功耗低，并且能夠一次完成葡萄藤越冬埋土作業(yè)，最大優(yōu)點是取土量足，土壤利用率高，適應(yīng)性強。田間試驗證明，該機工作可靠、設(shè)計合理，滿足葡萄藤越冬埋土機械化要求，降低果農(nóng)的勞動強度和作業(yè)成本，利于葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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