草方格縱橫向鋪設機構設計

郭龍昊，朱晏呈，劉泰成，王文強，安 達

(沈陽航空航天大學 a.機電工程學院； b.人工智能學院，沈陽 110000)

在沙漠中鋪設草方格能有效阻止土地荒漠化，這是治沙過程中總結出來的行之有效的防風固沙方法。但在沙漠和沙地惡劣條件下人工鋪設草方格，勞動強度大，效率低，成本高，如果能夠研發出相關機器或機構來代替人工進行鋪草，不僅成本低且效率也能得到大大提升。目前市面上的草方格鋪設機器或機構整體結構比較復雜，很多機械車仍然采用單向鋪設，效率不高。基于此，設計了縱橫向鋪設機構，結構簡單，可以結合在一起實現一次鋪設完全，大大提升了效率。

1 草方格縱橫向鋪設機構方案設計與工作原理

1.1 縱向鋪設機構

縱向鋪設機構與動力來源機械車相結合，機構沿著車行進方向同時鋪設兩條草簾，間距為 1 m。鋪設的草一般是稻草或麥草，由繩子穿在中間連接起來，便于固定草簾。用UG12.0進行三維建模，便于展示整體機構的各部分組成。縱向鋪設機構三維圖如圖1所示。縱向鋪設機構整體鋪設過程為：草棍由電機帶動將草簾穩定地放在沙漠中的地面上，放置過程中擋板能夠阻擋風，減少風對草簾的干擾，草簾放置穩定后，由壓草刀將草簾壓入沙子中，放置草簾和壓草的過程緊密相連，防止放在沙子上的草簾被大風吹走。草簾卷放置在兩個支撐輥子上，支撐輥子的轉動能帶動草簾卷轉動，這樣草簾卷就被放置在沙子上，設備工作一段時間后，草簾卷消耗完，重新放上新的草簾卷即可。目前市面上售賣的草簾卷規格相差不大，設備通用性良好。

圖1 縱向機構整體示意圖Fig.1 Overall schematic diagram of longitudinal mechanism

增加調節裝置使得縱向機構壓草刀部分可以根據需要自動調節壓入沙地的深度，這樣車子在上下起伏的沙漠中運行能夠保證插入草卷插入沙子的深度。調節裝置如圖2所示。此處使用了齒條和螺旋式螺紋，通過電動機來帶動齒輪轉動，螺旋式螺紋轉動，齒條提升或下降，由于自鎖，此裝置可以保持穩定，實現壓草刀連續調節高度，調整草簾在沙中的插入深度。一次鋪設完成后，調轉車頭繼續鋪設，同時抬起一側壓草刀，然后向前鋪設，如此循環連續鋪設草方格。

圖2 壓草機構細節展示圖Fig.2 Detailed display of grass pressing mechanism

1.2 橫向鋪設機構

橫向裝置將其可視化設計出來，如圖3所示。橫向鋪設機構是按周期時間工作，和縱向的不需要有時間上的配合，因為車子一直向前不停頓，所以要求橫向機構插入時刀的動作要快，選用凸輪與杠桿結合作為執行機構，凸輪能夠在短時間內速度加快，這樣既能滿足要求，又能做到結構簡單緊湊。橫向與縱向機構放草方式相同，但橫向送料需要有裝置張緊草料，便于后續刀具對其進行切割，橫向機構在原有基礎上多添加了一對夾緊的輥子，夾緊的輥子轉動后能帶動草簾卷轉動，草簾送往專門設置的小平臺，這個過程需要設置防風板，以防止草簾被風吹跑。草簾送到指定位置且送草長度也符合要求后，鍘刀會向下運動將張緊的草簾剪斷，剪斷后插刀會向下運動，通過杠桿讓鍘刀迅速向上復位，因為鍘刀和插刀之間通過杠桿連接，所以在鍘刀向上復位的過程中插刀會迅速向下，將鍘刀已經剪斷的草簾插入沙子中，插入沙子的過程非常迅速，插刀上方設有復位彈簧，其會牽引著插刀復位。整個過程非常迅速，所以草簾沒有停止供應，這樣草簾就同時送到平臺上且長度符合要求。鍘刀和插刀是杠桿連接，所以當插刀復位后，鍘刀也就向下將剛剛放置好的草簾剪斷，如此反復，橫向草簾也放置完成，橫向與縱向草簾共同組成草方格，用來阻擋荒漠化。

圖3 橫向機構整體示意圖Fig.3 Overall schematic diagram of lateral mechanism

2 設計創新點

將橫向和縱向鋪設機構結合起來，大大提高了鋪設效率。

橫向機構選取了凸輪機構和杠桿結合，將剪草刀具剪草和插刀插草結合起來，通過對凸輪形狀設計及對轉速的調節，動態調整剪草、插草速度。利用杠桿能讓剪切工具和插刀較好配合工作，機構緊湊簡單，可減小裝置體積。

調節縱向機構壓草刀高度時，利用齒條及自鎖，通過電機帶動齒輪轉動，背面的螺旋線式部分與齒條形成自鎖，可以在任意位置穩定，實現壓草深度的雙向調節。

3 結語

介紹了橫縱向鋪設機構的設計及原理。兩套機構是相互獨立的，可單獨使用，如果相結合效率會大大提升，使用者可根據需求自由選擇。兩套機構整體結構簡單，實現了草方格鋪設目的，后續可改進安裝在農業車上，裝置的通用性將大大提升。