單株楊梅遮雨裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

仲子平

（蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215008）

楊梅枝繁葉茂，樹冠圓整，初夏又有紅果累累，十分可愛，是園林綠化結(jié)合生產(chǎn)的優(yōu)良樹種，具有很高的藥用和食用價(jià)值。然而由于夏季多雨，會(huì)使得楊梅易脫落且品質(zhì)下降。因此，在楊梅收獲前一個(gè)月左右為楊梅遮雨成為提高楊梅產(chǎn)量和品質(zhì)的一個(gè)重要措施。目前，種植戶主要采用鋼管和塑料薄膜搭建類似于塑料大棚的結(jié)構(gòu)對成片的楊梅進(jìn)行遮雨，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，人工成本也較高。本文以單株楊梅為研究對象，研制一種遮雨裝置[1-2]。

1 整機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到楊梅的樹冠較大，設(shè)計(jì)的遮雨裝置直徑也較大，完全依靠人力難以撐開傘面，故采用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來打開；普通的由下向上撐開的雨傘打開時(shí)會(huì)損傷楊梅，因此該裝置將長骨布置在下方，短骨布置上方，自上而下打開傘面，可有效避免對楊梅的損傷，也便于操作。為了防止風(fēng)力對該裝置造成不利影響，在長骨的末端加裝了防風(fēng)撐桿，使其變得更穩(wěn)固[3]。

單株楊梅遮雨裝置在傘面收攏狀態(tài)下從楊梅樹中縫穿入，將中柱固定于楊梅樹干上，通過固定撐桿將該裝置與地面固定，再反向撐開傘面遮雨，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。該裝置的具體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，主要由中柱、傘面、長骨、短骨、防風(fēng)撐桿、絲桿、固定鉸接座、移動(dòng)鉸接座、傘面的開收裝置以及固定撐桿等組成[4]。

圖1 單株楊梅遮雨裝置結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 工作原理

單株楊梅遮雨裝置通過搖動(dòng)傘面開收裝置的手柄，由一對圓錐齒輪改變傳動(dòng)方向，帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使移動(dòng)鉸接座在絲桿上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)傘面打開和收攏。當(dāng)順時(shí)針搖動(dòng)傘面開收裝置的手柄時(shí)，傘面收攏；當(dāng)逆時(shí)針搖動(dòng)傘面開收裝置的手柄時(shí)，傘面打開。改變錐齒輪的傳動(dòng)比可以改變傘面開收的速度，也會(huì)相應(yīng)地改變手搖所需的力度[5-6]。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

單株楊梅遮雨裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 單株楊梅遮雨裝置的主要技術(shù)參數(shù)

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 傘部的設(shè)計(jì)

傘部包括傘面以及用來支撐傘面的長骨和短骨，采用透明材質(zhì)的傘面，可有效遮雨而不遮陽，從而保證楊梅的正常生長和優(yōu)良品質(zhì)。

為使傘面由下向上收攏，支撐傘面的長骨置于傘面下方，一端與移動(dòng)鉸接座相連，一端固定傘面邊緣，并與防風(fēng)撐桿相連；短骨位于上方，一端與長骨的中部連接，另一端與固定鉸接座相連；這里所有連接均采用鉸鏈連接，以便傘面開收時(shí)各桿件的運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)鉸接座和固定鉸接座分別如圖2、圖3所示。

圖2 移動(dòng)鉸接座

圖3 固定鉸接座

2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把操作人員作用于傘面開收裝置手柄上的動(dòng)力傳遞給移動(dòng)鉸接座，使其在絲桿上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成傘面的開收?？紤]到需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，故采用絲桿與移動(dòng)鉸接座內(nèi)螺母的梯形螺紋傳動(dòng)；考慮到要將水平手搖轉(zhuǎn)動(dòng)改變?yōu)榻z桿的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，故采用錐齒輪傳動(dòng)，如圖4所示[7]。

圖4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖

錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比直接決定絲桿的轉(zhuǎn)速，絲桿的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定移動(dòng)鉸接座往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。移動(dòng)鉸接座往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算公式為：

式中，v表示移動(dòng)鉸接座往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min；n表示手動(dòng)搖柄的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；Z1表示一級錐齒輪的齒數(shù)；Z2表示二級錐齒輪的齒數(shù)；P表示絲桿螺距；i表示絲桿螺紋頭數(shù)。

手搖轉(zhuǎn)速以120 r/min計(jì)，為了省力，錐齒輪傳動(dòng)比取2，絲桿為單線螺紋，螺距為4 mm，可算得移動(dòng)鉸接座的運(yùn)動(dòng)速度為240 mm/min。這個(gè)速度偏慢，可適當(dāng)減小傳動(dòng)比，增加螺距或?qū)С獭?/p>

2.3 中柱

中柱是該遮雨裝置的骨架，支撐全部重量?？紤]到強(qiáng)度和剛度的要求以及防銹的需要，采用直徑為50 mm的鍍鋅鋼管[8]。

3 性能測試

為了測試單株楊梅遮雨裝置的遮雨效果和工作穩(wěn)定性，在楊梅收獲前一個(gè)多月風(fēng)雨相伴時(shí)對其進(jìn)行了若干次測試，具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 單株楊梅遮雨裝置試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，風(fēng)力較低時(shí)，該裝置對楊梅的遮雨效果比較顯著、穩(wěn)定性較好；風(fēng)力逐步增大后，楊梅的淋雨率明顯增加，該裝置的傾覆率明顯變大，穩(wěn)定性下降；在風(fēng)力超過5級后，遮雨效果已經(jīng)很差，應(yīng)用價(jià)值不大[9]。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)楊梅的遮雨主要采用類似于大棚的遮雨設(shè)施，但對山地上楊梅的遮雨適宜采用這種單株遮雨裝置，尤其在常年風(fēng)力不大的地區(qū)，有較好的應(yīng)用前景。該裝置方便收攏，可多年重復(fù)使用，能有效節(jié)約成本。但因受風(fēng)力影響較大，該裝置在風(fēng)力較大的地區(qū)，需增大部分零部件的強(qiáng)度，以提高其穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗風(fēng)能力[10]。