蔬菜移栽机的覆土镇压器设计

万霖，汪春，车刚，张吉军，张燕梁

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆163319）

蔬菜移栽机属于旱地栽植机械，满足：农业技术的秧苗要求，土壤要求，栽培方式，生长要求。设计适合蔬菜移栽的移栽机，栽植一次完成开沟，送秧入沟，扶正，覆土，压实，浇水等工序。

在秧苗放入开好的沟槽内后，互成角度的覆土轮的挤压作用下，将秧苗稳定并牢固的压紧在泥土内，即覆土镇压器进行覆土和压密，用来压紧土壤，使根系与湿土严密接触。必须具有转动灵活、不粘土、不壅土、镇压力可适当调整，镇压后地表不产生鳞状裂纹，国内学者进行不少的试验研究[1-3]，主要进行该机构的研究，满足旱地栽植要求，具有重要的意义。

1 覆土镇压器的受力分析

1.1 覆土镇压器垂直地面的作用力

蔬菜移栽机作业过程所受的作用力：自身重量，通过机架作用的拉力，开沟器的工作阻力，土壤对覆土镇压器的反作用力。将铰接点的支持力和覆土镇压器轴承滚动阻力忽略不计，单体受力如图1。

将所受力沿垂直Y轴方向分解，即

式中：G——单体重量；

F1x——开沟器水平工作阻力；

F1y——开沟器垂直工作阻力；

R2——土壤反作用力；

Q——土壤反作用力；

Q＇——覆土镇压器滚动阻力，Q′=Qf，（f——覆土镇压器滚动阻力系数，0.20～0.28）

F——单体拉力；

α——单体拉力与水平线的夹角。

覆土镇压器在受力中作用力和反作用力相等的原理，整理。

1.2 压强计算

非刚性路面承受的载荷如图2，当轮子的下陷量不大时，下陷量的计算可以简化为[4]：

式中：B——覆土镇压器宽度，mm；

D——覆土镇压器直径，mm；

K——土壤特性系数，K=ξ（1+0.27B），ξ为与土壤性质有关的参数.

覆土镇压器与地接触的面积S为：

覆土镇压器在工作时变形小，可近似看成刚性体，忽略轮下土向两侧的流动，近似的认为在矩形面上均匀分布，因此覆土镇压器对基础部分的压强P：

1.3 应力分布

根据土力学和弹性力学理论，土壤受力后的压缩变形主要是由垂直应力引起的，由于沟深（50～60mm）较浅，土壤自重应力可以忽略不计，如图3和图4，在直角坐标系下：

均布载荷任意点下垂直附加应力为：

式中：IS——影响值；m=L，n=z BB

σ——竖直集中力作用下地面下任意点O′处的垂直应力，单位Kpa；

Q——竖直集中力，覆土镇压器对地面的垂直作用力，单位N；

r——竖直集中力作用点距任意点O′处的距离，单位mm；

θ——竖直集中力作用点和任意点O′处的联系与垂直线的夹角。

式（7）是角点下的计算公式，按1/4面积计算，然后叠加，覆土镇压器与地接触中心点下按：

σz中心点下=4σz角点下

2 覆土镇压器的主要参数的确定

2.1 覆土镇压器的宽度

覆土镇压器的宽度大小根据开沟宽度而确定，若小于开沟器宽度易造成苗带下沉，形成沟状；若大于开沟宽度，在同样的轮重情况下，压强减小，难以达到农艺要求。因此，覆土镇压器的宽度大于沟宽，根据经验值确定。

2.2 覆土镇压器直径D

覆土镇压器的直径对镇压效果影响很大，一般在轮重相等的情况下，轮径愈小，其碎土效果和拉力愈大，其受力分析如图5，力矩关系为：

式中：F——牵引力；

G——轮重；

l——下陷时，覆土镇压器前进的长度；

R——支承力；

ν——覆土镇压器前进速度；

t——覆土镇压器前进的时间。

当牵引力，轮重一定时，在相应的速度下，覆土镇压器直径过小，镇压时间短，土壤压实效果就越不理想，同时滑移系数增大，易发生转动不灵和壅土，增加阻力，工作质量恶化等现象，常用范围300～380mm，考虑到安装结构，本设计的轮径为320mm。

2.3 覆土镇压器夹角φ

覆土镇压器夹角φ小，工作阻力小[5]。但是过小，使两轮之间的空间小，容易压苗，常用的 φ 为9°～16°。

2.4 聚点m的位置

聚点m的位置用β角表示如图6，β角的大小直接影响压实效果，过低易造成夹土和堵塞，m点的高度以沟深为宜，一般 β=55°～75°[6]。

该装置主要由三部分组成：1.架体；2.压实轮；3.覆土爪。如图7，将架体与移栽机相连，覆土压实装置的作用是在秧苗已经被放入苗沟内后，在两个互成角度的压实轮的作用下，使土壤能够充分的包裹秧苗的根部，并且在一定的力的作用下借助土壤为中介将秧苗紧紧的压实在土壤内，保证直立状态。架体后侧上对称的两个覆土爪，其作用就是使作业后的土壤平整。

3 结论与讨论

覆土镇压器采用两个互成角度圆盘压实轮，进行了受力分析、压强计算及应力分析，在一定的力的作用下借助土壤为中介将钵苗紧紧的压实在土壤内，确定了覆土镇压器的宽度B=80mm及直径D=320mm，保证农艺要求。

[1]胡军，封俊，曾爱军.大葱移栽机的设计与试验研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2006，18（2）：42-45.

[2]张守勤，马成林，马旭，等.精密播种单体仿形机构的计算机仿真[J].农业工程学报，1994，1（10）：50-55.

[3]孙福辉，封俊，胡鸿烈.单体仿形压轮式播种单组结构参数的模拟计算[J].中国农业大学学报，1998，3（5）：68-72.

[4]董晓丽.土力学与基础工程[M].北京:清华大学出版社，2009.

[5]北京农业工程大学.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，1991.

[6]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988.