草方格縱橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)設(shè)計

郭龍昊，朱晏呈，劉泰成，王文強(qiáng)，安 達(dá)

(沈陽航空航天大學(xué) a.機(jī)電工程學(xué)院； b.人工智能學(xué)院，沈陽 110000)

在沙漠中鋪設(shè)草方格能有效阻止土地荒漠化，這是治沙過程中總結(jié)出來的行之有效的防風(fēng)固沙方法。但在沙漠和沙地惡劣條件下人工鋪設(shè)草方格，勞動強(qiáng)度大，效率低，成本高，如果能夠研發(fā)出相關(guān)機(jī)器或機(jī)構(gòu)來代替人工進(jìn)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(shè)機(jī)器或機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很多機(jī)械車仍然采用單向鋪設(shè)，效率不高?；诖?，設(shè)計了縱橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可以結(jié)合在一起實現(xiàn)一次鋪設(shè)完全，大大提升了效率。

1 草方格縱橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計與工作原理

1.1 縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)

縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)與動力來源機(jī)械車相結(jié)合，機(jī)構(gòu)沿著車行進(jìn)方向同時鋪設(shè)兩條草簾，間距為 1 m。鋪設(shè)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(jìn)行三維建模，便于展示整體機(jī)構(gòu)的各部分組成?？v向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)三維圖如圖1所示。縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)整體鋪設(shè)過程為：草棍由電機(jī)帶動將草簾穩(wěn)定地放在沙漠中的地面上，放置過程中擋板能夠阻擋風(fēng)，減少風(fēng)對草簾的干擾，草簾放置穩(wěn)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(fēng)吹走。草簾卷放置在兩個支撐輥子上，支撐輥子的轉(zhuǎn)動能帶動草簾卷轉(zhuǎn)動，這樣草簾卷就被放置在沙子上，設(shè)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(guī)格相差不大，設(shè)備通用性良好。

圖1 縱向機(jī)構(gòu)整體示意圖Fig.1 Overall schematic diagram of longitudinal mechanism

增加調(diào)節(jié)裝置使得縱向機(jī)構(gòu)壓草刀部分可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(jī)來帶動齒輪轉(zhuǎn)動，螺旋式螺紋轉(zhuǎn)動，齒條提升或下降，由于自鎖，此裝置可以保持穩(wěn)定，實現(xiàn)壓草刀連續(xù)調(diào)節(jié)高度，調(diào)整草簾在沙中的插入深度。一次鋪設(shè)完成后，調(diào)轉(zhuǎn)車頭繼續(xù)鋪設(shè)，同時抬起一側(cè)壓草刀，然后向前鋪設(shè)，如此循環(huán)連續(xù)鋪設(shè)草方格。

圖2 壓草機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)展示圖Fig.2 Detailed display of grass pressing mechanism

1.2 橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)

橫向裝置將其可視化設(shè)計出來，如圖3所示。橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)插入時刀的動作要快，選用凸輪與杠桿結(jié)合作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，凸輪能夠在短時間內(nèi)速度加快，這樣既能滿足要求，又能做到結(jié)構(gòu)簡單緊湊。橫向與縱向機(jī)構(gòu)放草方式相同，但橫向送料需要有裝置張緊草料，便于后續(xù)刀具對其進(jìn)行切割，橫向機(jī)構(gòu)在原有基礎(chǔ)上多添加了一對夾緊的輥子，夾緊的輥子轉(zhuǎn)動后能帶動草簾卷轉(zhuǎn)動，草簾送往專門設(shè)置的小平臺，這個過程需要設(shè)置防風(fēng)板，以防止草簾被風(fēng)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(fù)位，因為鍘刀和插刀之間通過杠桿連接，所以在鍘刀向上復(fù)位的過程中插刀會迅速向下，將鍘刀已經(jīng)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(shè)有復(fù)位彈簧，其會牽引著插刀復(fù)位。整個過程非常迅速，所以草簾沒有停止供應(yīng)，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(dāng)插刀復(fù)位后，鍘刀也就向下將剛剛放置好的草簾剪斷，如此反復(fù)，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(jī)構(gòu)整體示意圖Fig.3 Overall schematic diagram of lateral mechanism

2 設(shè)計創(chuàng)新點

將橫向和縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)結(jié)合起來，大大提高了鋪設(shè)效率。

橫向機(jī)構(gòu)選取了凸輪機(jī)構(gòu)和杠桿結(jié)合，將剪草刀具剪草和插刀插草結(jié)合起來，通過對凸輪形狀設(shè)計及對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，動態(tài)調(diào)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(jī)構(gòu)緊湊簡單，可減小裝置體積。

調(diào)節(jié)縱向機(jī)構(gòu)壓草刀高度時，利用齒條及自鎖，通過電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)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(wěn)定，實現(xiàn)壓草深度的雙向調(diào)節(jié)。

3 結(jié)語

介紹了橫縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計及原理。兩套機(jī)構(gòu)是相互獨立的，可單獨使用，如果相結(jié)合效率會大大提升，使用者可根據(jù)需求自由選擇。兩套機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了草方格鋪設(shè)目的，后續(xù)可改進(jìn)安裝在農(nóng)業(yè)車上，裝置的通用性將大大提升。