摇杆滑块机构及其在农业机械上的应用研究

李献奇+刘维维+高连兴

摘要：机械部件的位置调节可以通过摇杆滑块机构来进行控制。针对机械原理教材与著作中对摇杆滑块机构介绍不足的现状，阐述摇杆滑块机构的定义、分类及特性，并分析其在农业机械中的相关应用，为农业机械设计提供参考。

关键词：农业机械；摇杆滑块机构；分类；特性；应用

中图分类号：S220.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0020-03

铰链四杆机构有3种基本类型，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。滑块机构是由铰链四杆机构演化得来的。通常，滑块机构按连架杆固定铰链中心与滑块导轨线的距离e是否等于0，分为对置滑块机构和偏置滑块机构；按连架杆是否作整周回转，分为曲柄滑块机构和摇杆滑块机构。在现有的机械原理教科书及机构学著作中，只对曲柄滑块机构进行分析，却未划分摇杆滑块机构类型及对其运动特性进行讨论；同时，在农业机械领域，关于摇杆滑块机构的应用文献尚不多见。因此，本文根据摇杆滑块机构的类型及其有关特性，分析其在农业机械领域的可利用性。

1 摇杆滑块机构的定义

在铰链四杆机构中，连架杆AB的长度为lAB，连杆BC的长度为lBC，连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离为e，连架杆lAB不能作整周回转，则此铰链四杆机构为不存在曲柄的摇杆滑块机构。

2 摇杆滑块机构的类型及其特性

设摇杆滑块机构的连架杆AB长度lAB与连杆BC长度lBC的比值为b，即lAB/lBC=b；连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离e与连架杆AB的长度lAB的比值为c，即e/lAB=c。那么，铰链四杆机构不存在曲柄的条件为：b+c>1；机构能运动的条件为：c

2.1 对置摇杆滑块机构

当e=0且b≥1时，连杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为对置摇杆滑块机构（如图1所示）。

对置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧移动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧移动。

主安装形式相对极限行程为：s主=（lAB+lBC-）。

次安装形式相对极限行程为：s次=[-（lAB-lBC）]。

摆杆摆动极限角：θ=2arcsin。

极限最小传动角：γmin=0°。

2.2 偏置摇杆滑块机构

1） 当e≠0且（c-b）<1<（c+b）时，连架杆AB在转角θ<360°的范围内转动。此时，摇杆滑块机构为Ⅰ型偏置摇杆滑块机构（如图2所示）。

Ⅰ型偏置摇杆滑块机构的安装形式为滑块C在连架杆AB的外侧移动，存在主行程和次行程两种运动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[-]。

摇杆摆动极限角：θ=180°+2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

2） 当e≠0且1<（b-c）时，连架杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为Ⅱ型偏置摇杆滑块机构（如图3所示）。

Ⅱ型偏置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧运动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧运动。滑块C在主安装与次安装形式中分别存在主行程和次行程两种滑动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[--lBC]。

摇杆摆动极限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

3 摇杆滑块机构在农业机械中的应用

1） 在现代矮砧密植苹果园种植中，一般需要通过果树行间生草控制草体高度方式来调控果园微域生态环境，可以应用摇杆滑块机构运动机理来控制果园割草机割茬高度，以满足对草茬高度的不同需求。割茬高度调节机构如图4所示。

2） 在农业物料筛分机设计中也可应用摇杆滑块机构。将连杆BD作为筛体，可以实现物料在筛面上的前滑、后滑和抛起运动。前滑和后滑可以使不同筛分物之间分离抖松，提高生产效率；抛起可以防止振动筛的阻塞。平贝母等级筛分机构如图5所示。

3） 根据曲柄滑块机构和摇杆滑块机构的相似性和差异性，可以将摇杆滑块机构应用于扎穴（播种）机械上。扎穴（播种）机构如图6所示。将构件滑块尖端自身运动和整个机构水平前进方向的运动进行仿真，得到轨迹（如图7所示）。

由图7可见，只需选择合理的转速和机器的前进速度，就可得到满足生产需求的两个相邻扎穴（播种）距离。

4 结论

摇杆滑块机构作为滑块机构的一种类型，在轻工机械和农业机械领域大有应用。本文基于摇杆滑块机构各个构件的几何关系介绍了摇杆滑块机构的定义以及种类和相关特性，并针对摇杆滑块机构在割茬高度调节装置、筛分机构、扎穴和播种等农业机械上的运用进行了探讨，可为相关机构的组合设计提供思路，具有一定的借鉴价值。

摘要：机械部件的位置调节可以通过摇杆滑块机构来进行控制。针对机械原理教材与著作中对摇杆滑块机构介绍不足的现状，阐述摇杆滑块机构的定义、分类及特性，并分析其在农业机械中的相关应用，为农业机械设计提供参考。

关键词：农业机械；摇杆滑块机构；分类；特性；应用

中图分类号：S220.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0020-03

铰链四杆机构有3种基本类型，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。滑块机构是由铰链四杆机构演化得来的。通常，滑块机构按连架杆固定铰链中心与滑块导轨线的距离e是否等于0，分为对置滑块机构和偏置滑块机构；按连架杆是否作整周回转，分为曲柄滑块机构和摇杆滑块机构。在现有的机械原理教科书及机构学著作中，只对曲柄滑块机构进行分析，却未划分摇杆滑块机构类型及对其运动特性进行讨论；同时，在农业机械领域，关于摇杆滑块机构的应用文献尚不多见。因此，本文根据摇杆滑块机构的类型及其有关特性，分析其在农业机械领域的可利用性。

1 摇杆滑块机构的定义

在铰链四杆机构中，连架杆AB的长度为lAB，连杆BC的长度为lBC，连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离为e，连架杆lAB不能作整周回转，则此铰链四杆机构为不存在曲柄的摇杆滑块机构。

2 摇杆滑块机构的类型及其特性

设摇杆滑块机构的连架杆AB长度lAB与连杆BC长度lBC的比值为b，即lAB/lBC=b；连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离e与连架杆AB的长度lAB的比值为c，即e/lAB=c。那么，铰链四杆机构不存在曲柄的条件为：b+c>1；机构能运动的条件为：c

2.1 对置摇杆滑块机构

当e=0且b≥1时，连杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为对置摇杆滑块机构（如图1所示）。

对置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧移动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧移动。

主安装形式相对极限行程为：s主=（lAB+lBC-）。

次安装形式相对极限行程为：s次=[-（lAB-lBC）]。

摆杆摆动极限角：θ=2arcsin。

极限最小传动角：γmin=0°。

2.2 偏置摇杆滑块机构

1） 当e≠0且（c-b）<1<（c+b）时，连架杆AB在转角θ<360°的范围内转动。此时，摇杆滑块机构为Ⅰ型偏置摇杆滑块机构（如图2所示）。

Ⅰ型偏置摇杆滑块机构的安装形式为滑块C在连架杆AB的外侧移动，存在主行程和次行程两种运动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[-]。

摇杆摆动极限角：θ=180°+2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

2） 当e≠0且1<（b-c）时，连架杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为Ⅱ型偏置摇杆滑块机构（如图3所示）。

Ⅱ型偏置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧运动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧运动。滑块C在主安装与次安装形式中分别存在主行程和次行程两种滑动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[--lBC]。

摇杆摆动极限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

3 摇杆滑块机构在农业机械中的应用

1） 在现代矮砧密植苹果园种植中，一般需要通过果树行间生草控制草体高度方式来调控果园微域生态环境，可以应用摇杆滑块机构运动机理来控制果园割草机割茬高度，以满足对草茬高度的不同需求。割茬高度调节机构如图4所示。

2） 在农业物料筛分机设计中也可应用摇杆滑块机构。将连杆BD作为筛体，可以实现物料在筛面上的前滑、后滑和抛起运动。前滑和后滑可以使不同筛分物之间分离抖松，提高生产效率；抛起可以防止振动筛的阻塞。平贝母等级筛分机构如图5所示。

3） 根据曲柄滑块机构和摇杆滑块机构的相似性和差异性，可以将摇杆滑块机构应用于扎穴（播种）机械上。扎穴（播种）机构如图6所示。将构件滑块尖端自身运动和整个机构水平前进方向的运动进行仿真，得到轨迹（如图7所示）。

由图7可见，只需选择合理的转速和机器的前进速度，就可得到满足生产需求的两个相邻扎穴（播种）距离。

4 结论

摇杆滑块机构作为滑块机构的一种类型，在轻工机械和农业机械领域大有应用。本文基于摇杆滑块机构各个构件的几何关系介绍了摇杆滑块机构的定义以及种类和相关特性，并针对摇杆滑块机构在割茬高度调节装置、筛分机构、扎穴和播种等农业机械上的运用进行了探讨，可为相关机构的组合设计提供思路，具有一定的借鉴价值。

摘要：机械部件的位置调节可以通过摇杆滑块机构来进行控制。针对机械原理教材与著作中对摇杆滑块机构介绍不足的现状，阐述摇杆滑块机构的定义、分类及特性，并分析其在农业机械中的相关应用，为农业机械设计提供参考。

关键词：农业机械；摇杆滑块机构；分类；特性；应用

中图分类号：S220.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0020-03

铰链四杆机构有3种基本类型，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。滑块机构是由铰链四杆机构演化得来的。通常，滑块机构按连架杆固定铰链中心与滑块导轨线的距离e是否等于0，分为对置滑块机构和偏置滑块机构；按连架杆是否作整周回转，分为曲柄滑块机构和摇杆滑块机构。在现有的机械原理教科书及机构学著作中，只对曲柄滑块机构进行分析，却未划分摇杆滑块机构类型及对其运动特性进行讨论；同时，在农业机械领域，关于摇杆滑块机构的应用文献尚不多见。因此，本文根据摇杆滑块机构的类型及其有关特性，分析其在农业机械领域的可利用性。

1 摇杆滑块机构的定义

在铰链四杆机构中，连架杆AB的长度为lAB，连杆BC的长度为lBC，连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离为e，连架杆lAB不能作整周回转，则此铰链四杆机构为不存在曲柄的摇杆滑块机构。

2 摇杆滑块机构的类型及其特性

设摇杆滑块机构的连架杆AB长度lAB与连杆BC长度lBC的比值为b，即lAB/lBC=b；连架杆固定铰链中心A与滑块C的导轨线C1C2的距离e与连架杆AB的长度lAB的比值为c，即e/lAB=c。那么，铰链四杆机构不存在曲柄的条件为：b+c>1；机构能运动的条件为：c

2.1 对置摇杆滑块机构

当e=0且b≥1时，连杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为对置摇杆滑块机构（如图1所示）。

对置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧移动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧移动。

主安装形式相对极限行程为：s主=（lAB+lBC-）。

次安装形式相对极限行程为：s次=[-（lAB-lBC）]。

摆杆摆动极限角：θ=2arcsin。

极限最小传动角：γmin=0°。

2.2 偏置摇杆滑块机构

1） 当e≠0且（c-b）<1<（c+b）时，连架杆AB在转角θ<360°的范围内转动。此时，摇杆滑块机构为Ⅰ型偏置摇杆滑块机构（如图2所示）。

Ⅰ型偏置摇杆滑块机构的安装形式为滑块C在连架杆AB的外侧移动，存在主行程和次行程两种运动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[-]。

摇杆摆动极限角：θ=180°+2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

2） 当e≠0且1<（b-c）时，连架杆AB在转角θ<180°的范围内摆动。此时，摇杆滑块机构为Ⅱ型偏置摇杆滑块机构（如图3所示）。

Ⅱ型偏置摇杆滑块机构有主安装和次安装两种形式：主安装形式为滑块C在连架杆AB外侧运动；次安装形式为滑块C在连架杆AB内侧运动。滑块C在主安装与次安装形式中分别存在主行程和次行程两种滑动行程。

主行程为：s主=[+]。

次行程为：s次=[--lBC]。

摇杆摆动极限角：θ=arcsin（）+

2arcsin（）。

极限最小传动角：γmin=0°。

3 摇杆滑块机构在农业机械中的应用

1） 在现代矮砧密植苹果园种植中，一般需要通过果树行间生草控制草体高度方式来调控果园微域生态环境，可以应用摇杆滑块机构运动机理来控制果园割草机割茬高度，以满足对草茬高度的不同需求。割茬高度调节机构如图4所示。

2） 在农业物料筛分机设计中也可应用摇杆滑块机构。将连杆BD作为筛体，可以实现物料在筛面上的前滑、后滑和抛起运动。前滑和后滑可以使不同筛分物之间分离抖松，提高生产效率；抛起可以防止振动筛的阻塞。平贝母等级筛分机构如图5所示。

3） 根据曲柄滑块机构和摇杆滑块机构的相似性和差异性，可以将摇杆滑块机构应用于扎穴（播种）机械上。扎穴（播种）机构如图6所示。将构件滑块尖端自身运动和整个机构水平前进方向的运动进行仿真，得到轨迹（如图7所示）。

由图7可见，只需选择合理的转速和机器的前进速度，就可得到满足生产需求的两个相邻扎穴（播种）距离。

4 结论

摇杆滑块机构作为滑块机构的一种类型，在轻工机械和农业机械领域大有应用。本文基于摇杆滑块机构各个构件的几何关系介绍了摇杆滑块机构的定义以及种类和相关特性，并针对摇杆滑块机构在割茬高度调节装置、筛分机构、扎穴和播种等农业机械上的运用进行了探讨，可为相关机构的组合设计提供思路，具有一定的借鉴价值。