一種玉米根茬提取采樣機的設(shè)計

班春華

摘要：針對玉米保護性耕作對根茬覆蓋率進行檢測的需求，設(shè)計一種玉米根茬提取采樣機。闡述其整體結(jié)構(gòu)、工作原理以及主要零部件設(shè)計，該機具可通過機械動態(tài)視覺識別系統(tǒng)快速準確的識別根茬覆蓋率，為完成保護性耕作驗收提供參考。

關(guān)鍵詞：根茬提取采樣機;玉米;保護性耕作;根茬覆蓋率;設(shè)計

中圖分類號：S220.2? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）03-0037-03

隨著保護性耕作技術(shù)在東北地區(qū)的大力推廣，玉米秸稈根茬還田作業(yè)模式被越來越多的應用于實際種植作業(yè)生產(chǎn)中。該模式需要根茬覆蓋率在一定比例以上才能滿足保護性耕作要求，對耕地起到保護作用。當前，對田間地表秸稈覆蓋率的測算大多采用人工測算方式，但耗費大量人力和物力，且測算精度不夠。設(shè)計一種玉米根茬提取采樣機，通過機械動態(tài)視覺識別系統(tǒng)快速識別根茬覆蓋率，以期為黑土地保護性耕作的作業(yè)質(zhì)量完成情況給予準確的驗證，并提供高效作業(yè)裝備支撐。

1 整體設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)

玉米根茬提取采樣機如圖1所示，由機架、主變速箱、抖土機構(gòu)、皮帶傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、傳輸鏈機構(gòu)、運送帶機構(gòu)、地輪支撐機構(gòu)、視覺識別采集系統(tǒng)組成。

主變速箱固定在機架上方，輸入軸端連接拖拉機，輸出軸端連接抖土機構(gòu);抖土機構(gòu)安裝在機架下方工作前端，抖土機構(gòu)的工作前端設(shè)置提取鏟，工作后端設(shè)置傳輸鏈機構(gòu);地輪支撐機構(gòu)安裝在機架兩側(cè)靠近傳輸鏈機構(gòu)末端位置;運送帶機構(gòu)安裝在機架后端，視覺識別采集系統(tǒng)安裝在運送帶機構(gòu)的活動支架上;皮帶傳動機構(gòu)安裝在機架一側(cè)，兩個皮帶輪分別連接變速箱的輸出軸和傳輸鏈機構(gòu);鏈傳動機構(gòu)設(shè)置在機架另一側(cè)，一端的傳動鏈輪連接主變速箱輸入軸，末端傳動鏈輪與傳送帶機構(gòu)的驅(qū)動輥輪連接。

1.2 工作原理

拖拉機懸掛系統(tǒng)連接上下懸掛架，拖拉機懸掛系統(tǒng)向下作用使玉米根茬提取采樣機落到地面。拖拉機液壓系統(tǒng)控制液壓缸伸展，帶動運送帶活動支架向外展開，玉米根茬提取采樣機進入作業(yè)狀態(tài)。拖拉機后輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動玉米根茬提取采樣機各工作部件運行。拖拉機前進，帶動玉米根茬提取采樣機作業(yè)。根茬提取鏟深入地下約25 cm，將玉米根茬與土壤切削提起，同時抖土機構(gòu)中的抖土篩在偏心輪軸帶動下快速上下擺動，將根茬周圍的土壤抖掉。根茬繼續(xù)向后運動到鏈傳動機構(gòu)的網(wǎng)狀鏈上方，變速箱通過帶傳動機構(gòu)帶動主動鏈輪組轉(zhuǎn)動，同時中部的兩組橢圓支撐鏈輪組及從動鏈輪隨之轉(zhuǎn)動，帶動傳輸鏈的向上部分做上下起伏的波浪形運動，使根茬向后運行，同時清掉多余的土坡。根茬被拋入運送帶上的圍欄框中，被運送帶送至視覺識別采集系統(tǒng)作業(yè)范圍內(nèi)，通過視覺識別采集系統(tǒng)時對照分析玉米根茬的性狀持征并保存及上傳數(shù)據(jù)。根茬繼續(xù)隨運送帶運行至頂部，繼而被拋落地表。玉米根茬提取采樣完成后，拖拉機停止前進，后輸出軸停止轉(zhuǎn)動，玉米根茬提取采樣機各工作部件停止運行，拖拉機液壓系統(tǒng)控制液壓缸收縮，運送帶活動支架帶動運送帶收起。拖拉機懸掛系統(tǒng)將玉米根茬提取采樣機向上提起，根茬提取采樣作業(yè)過程完成。

2 主要零部件設(shè)計

2.1 抖土機構(gòu)

抖土機構(gòu)包括兩個偏心輪軸、兩個偏心輪、兩個抖土篩連接桿及兩個抖土篩，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

偏心輪軸與偏心輪焊接成一個零部件，采樣機作業(yè)時偏心輪以偏心輪軸為軸心轉(zhuǎn)動。偏心輪的中心線繞偏心輪軸形成一個圓形軌跡，帶動與之連接的抖土篩連接桿大圓環(huán)做同樣軌跡的移動，使抖土篩連接桿產(chǎn)生上下位移，從而帶動抖土篩以連接座軸心為中心上下擺動。

2.2 傳輸鏈機構(gòu)

傳輸鏈機構(gòu)包括主動鏈輪組、橢圓支撐鏈輪組、傳輸鏈及從動鏈輪組，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根茬運送鏈機構(gòu)在變速箱帶動下逆時針運動，傳輸鏈上側(cè)向后運行，同時在橢圓支撐鏈輪組轉(zhuǎn)動的影響下做上下起伏的波浪形運動，以便在運送根茬的同時抖動清理附著在根茬上的土壤。

2.3 傳輸帶機構(gòu)

傳送帶機構(gòu)包括固定架、驅(qū)動輥輪、運送帶、液壓缸、活動支架、下拖輪組、上拖輪組和兩個從動支撐輥輪，結(jié)構(gòu)如圖4所示，傳送帶俯視結(jié)構(gòu)如圖5所示。

運送帶包覆在驅(qū)動輥輪與兩個從動支撐輥輪上，且在固定架與活動支架圍成的框架范圍之內(nèi)。活動支架閉口端通過液壓缸與機架后側(cè)上部連接，液壓缸通過輸油管與拖拉機尾部液壓系統(tǒng)相連接，拖拉機液壓系統(tǒng)控制液壓缸伸展與收縮來實現(xiàn)運送帶機構(gòu)的展開與收起。上拖輪組和下拖輪組用于支撐運送帶，避免運送帶嚴重下沉而產(chǎn)生彈性變形。

運送帶為橡膠材料，兩側(cè)設(shè)有側(cè)圍欄，兩側(cè)圍欄間的相同間隔設(shè)有分隔欄;側(cè)圍欄為波浪線式結(jié)構(gòu)，其頂端能在折彎處自由伸展收縮，確保運送帶順暢運行。

3 結(jié)論

玉米根茬提取采樣機是由遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所研制的新裝備，于2019年和2020年分別在沈北試驗田進行樣機試驗。結(jié)果表明，該機單人操作即可完成根茬提取及動態(tài)視覺采樣作業(yè)過程，大大提高了作業(yè)效率。與手工測量相比，平均誤差在10%左右，具有較高的可信度。但也發(fā)現(xiàn)以下問題：清理根茬土壤對根須具有一定破壞作用，這也是引起誤差的一個原因。在下一步設(shè)計中應減少根須傷害，確保用于動態(tài)視覺采樣的玉米根茬樣本盡量保持完整，以提高采樣作業(yè)的準確性。

參考文獻

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Design of A Kind of Corn Root Stubble Extraction Sampling Machine

BAN Chunhua

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to meet the requirement of detecting the coverage rate of corn root stubble under protective tillage， a prototype of corn root stubble extraction sampling machine was designed. The overall structure， working principle and the design of main parts of the machine are described.The machine can quickly and accurately identify the stubble coverage rate through the mechanical dynamic vision recognition system， providing a reference for completing the acceptance of conservation tillage.

Key words： root stubble extraction sampling machine; corn; conservation tillage; root stubble coverage rate; design