红树林种子泥模定位制作播种机设计与仿真

覃海英，马桂香，马俊生，刘　硕，汤华飞

(广西大学 机械工程学院，南宁　530004 )



红树林种子泥模定位制作播种机设计与仿真

覃海英，马桂香，马俊生，刘硕，汤华飞

(广西大学 机械工程学院，南宁530004 )

摘要：红树林有着重要生态效益，但我国的红树林已遭受严重的围垦砍伐破坏，目前都是自然野生，繁衍速度极慢，种子存活率极低。为此，设计了红树林种子泥模定位制作播种机，旨在用机械种植代替野生自然生长，机械种植再借助白泥定位块来实现。其主要由整车车身、搅拌机构、自动剪切机构、泥模造型机构及传送带歇停机构等组成。实地试验结果表明：其种子发芽率达到96%，具有重要的生态意义。

关键词：红树林；泥模定位块；播种机

0引言

红树林对生态效益起着重要的作用，它有很多的功能，如抵御海风、消减海浪、存淤造滩、保岸固堤，以及可净化空气和海水。红树林错综复杂的根系可以有效地滞存陆地的来沙，从而减少近岸海域的含沙量，茂盛粗壮的枝体可以抵御风浪袭击。红树林的工业、药用等经济价值也很高，但我国的红树林已遭受严重的围垦砍伐破坏，目前都是自然野生，繁衍速度极慢，野生自然生长种子存活率极低。

要解决目前海洋乃至整个生态的问题，必须人为种植制红树林，但由于红树林的生长环境特殊，其生长环境是海滩，播下后易被潮水卷走，因此种植红树林应借助白泥定位块来实现：将红树林种子放入白泥定位块内，从而进行人工种植红树林。白泥呈微碱性，能为种子生长提供营养，使种子的存活率提高且加快生长。由于白泥具有自重大且不易溶于水的特点，还能防止种下后涨潮时种子被潮水冲走。但是，人工播带种子的白泥模块速度慢且劳动强度大，所以研制红树林种子泥模定位制作播种机，实现用机械代替人工，有效解决红树林遭受围垦砍伐所带来的生态破坏。

1设计原理及机构

1.1设计原理

1)红树林的生长环境是海滩，比较特殊，种子播下后易被潮水卷走。因此，设计出一种满足红树林播种要求的红树林种子泥模定位制作播种机。

2)红树林种子泥模定位制作播种机满足联合作业的要求，一次性完成制模、卸模及种植等作业。

3)在满足各方面的功能和要求后，尽量让整机的结构紧凑，从而减少整机体积。在满足各零部件强度要求后，尽量减轻整机质量，从而节约使用的材料。

4)红树林种子泥模定位制作播种机的零件要满足互换性和可装配性的要求。

1.2整机结构

红树林种子泥模定位制作播种机以柴油机作为主驱动源，主要由整车车身、搅拌机构、自动剪切机构、泥模造型机构、传送带歇停机构等组成，如图1所示。

1.电动机　2.送料漏斗　3.驾驶控制室

1.3工作原理

红树林种子泥模定位制作播种机作业时，整车车体实质是一个简单的行驶系，由于红树林的生长环境特殊，生长在海滩，所以车轮采用扇叶式，提高其行走能力，由驾驶控制室来控制机器的启停。电动机作为搅拌机动力源，其目的是将白泥搅拌均匀。自动剪切机构通过1对直齿轮啮合和1对锥齿轮啮合，从而带动偏心轮的圆周运动。偏心轮、连杆和摆杆剪切刀构成曲柄摇杆机构，最终实现摆杆剪切刀的剪切动作。泥模造型机构通过带圆套滑块、滑槽、模具连杆和模具曲柄构成曲柄滑块机构，再通过带圆套滑块传递动力给造型模具，实现造型模具上下运动的压泥模动作。模具压块配合造型模具的压泥模动作完成自动取模。传送带歇停机构通过拨盘与槽轮啮合传动，最终实现将连续转动变成间歇运动，使传送带每移动20cm都停留0.75s。造出的泥模安放种子后直接经传送带传送后播下。

1.4主要技术参数

外形尺寸(长×宽×高)/mm：2710×1960×1920

整机质量/kg：152

作业效率/hm2·h-1：0.4～0.66

播种行数/行·幅-1：1

每泥模内种子数/颗·块-1：2

行距/mm：800

漏播率/%：≤0.5

泥模破碎率/%：≤0.2

播种量/kg·hm-2：195～270

2关键部件的设计

2.1自动剪切机构

自动剪切机构的最终目的是实现剪切下每个泥模的高度为3cm,如图2所示。工作时，搅拌好的白泥通过传送漏斗和输送管掉下，电动机及减速箱组提供剪切动力，通过1对圆柱直齿轮啮合传动和1对锥齿轮啮合传动，从而带动偏心轮的圆周运动；连杆、偏心轮和摆杆剪切刀组成曲柄连杆，实现摆杆剪切刀的摆动剪切。

2.2泥模造型机构

泥模造型机构的最终目的是实现造型模具在传送带停0.75s的时间内可以造模1次，如图3所示。工作时，电动机及减速箱组提供造型动力，带动模具曲柄做圆周运动，通过带圆套滑块、滑槽、模具连杆和模具曲柄构成曲柄滑块机构，再通过带圆套滑块传递动力给造型模具，实现造型模具上下运动的压泥模动作；模具压块配合造型模具的压泥模动作来完成自动取模。

1.传送漏斗　2.支撑台　3.连杆　5.偏心轮

1.带圆套滑块　2.模具压块　3.造型模具　4.滑槽　5.传送带

2.3传送带歇停机构

传送带歇停机构的最终目的是将连续转动变成间歇运动，使传送带每移动20cm都停0.75s，如图4所示。工作时，电动机及减速箱组提供传送带歇停机构动力，槽轮与拨盘相啮合传出的动力为间歇动力。

假设攻击者I可以获得RA，RB并由此得到A，B的会话密钥K，如图1所示，I假冒A与B通信，在获取RA，RI后，跳过消息(3)，直接执行消息(4),这样I和B就共享了会话秘钥K，攻击过程描述如下：

2.3.1对槽轮机构的设计和运动学分析

根据需求，取槽的数量为Z=4。

根据各构件的尺寸及其结构简图(见图5)得槽轮的中心距，并考虑摩擦轮尺寸得：L>17+42+100+100-130=129mm，取标准值L=140mm。

从动轮的运动角为

2β=360°/Z=90°

主动轮的运动角为

2α=360°-2β=90°

槽口到从动轮的轴心的长度为

O2A=Lcosβ=98.99mm

主动轮柄的长度为

R1=O1A=Lsinβ=98.99mm

滚子的半径：取r3近似等于R1/6，则r3=98.99/6=16.50mm,取r3=20mm。

其锁止弧的半径为RH≤O1A-r3-h=68.49mm，将其圆整为65mm。

设定O1A为起始线的两边α角中没有锁止弧，而主动轮的锁止弧占有角度，则槽轮上的槽口到槽底的深度为

LS=O2A-(L-O1A)+r3+D=98.99-(140-98.99)+

20+D=(77.98+D)mm

其中，D为预留间隙；周期T=3s。

所以，从动轮的运动时间为

T1=αT/π=T/4=0.75s

其从动轮的歇停时间为T2=T-T1=2.25s。

1.传送带　2.槽轮　3.拨盘　4.轴承及轴承座　5.电动机及减速箱组

1.拨盘　2.槽轮

2.3.2槽轮机构轨迹仿真

槽轮机构轨迹关系如图6所示。

图6　轨迹关系图

3实地试验

3.1试验基本条件

红树林种子泥模定位制作播种机实地性能试验在北海山口镇海岸进行。其海岸的外层地质为淤泥沙质，局部为玄武岩，土层肥沃深厚；但其余的地质大部分是浅海中沉积的砖红壤，土层十分厚，有机质很少，肥力比较差。该地的典型气候为光资源和热资源十分丰富，降雨较多，平均年降水量高达1 663mm。取1hm2海滩用于人工种植模拟野生自然生长，再取1hm2海滩用于红树林种子泥模定位制作播种机种植。

试验用红树林种子为白骨壤，千粒质量552.5g，播种量250kg/hm2。

3.2试验结果

播种机性能试验指标如表1所示。由表1可以看出：该播种机的各项技术性能指标都达到了相关技术标准和设计要求。

表1　红树林种子泥模定位制作播种机性能试验指标

4结论

1)该机针对红树林生长条件要求而进行设计的，用机械种植代替野生自然生长。机械种植借助白泥定位块来实现，将红树林种子放入白泥定位块内，从而进行种植红树林。白泥呈微碱性，能为种子生长提供营养，使种子的存活率提高和加快生长。由于白泥自重大且不易溶于水的特点，还能防止种下后涨潮时种子被潮水冲走，使种子发芽率达到96%。

2)本播种机轮子采用扇叶式，提高了种植机在海滩行走的能力。制模、卸模和种植等联合作业实现机械代替人工种植泥模块，从而大大提高了劳动力和劳动效率。

参考文献：

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Design of a Mangrove Seeds Clay Localization Production Machine

Qin Haiying, Ma Guixiang, Ma Junsheng, Liu Shuo , Tang Huafei

(College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract：Mangrove has important ecological benefits, but Chinese mangrove has suffered severe deforestation reclamation damage, at present are natural wild, breed very slowly, the seed survival rate is extremely low. So we design mangrove seeds clay localization production machine with mechanical plant instead of wild natural growth,mechanical planting with white clay locating piece again, it is mainly composed of the vehicle body, mixing mechanism, automatic shearing mechanism, clay modelling agency, conveyor belt, xie stop institutions, etc. The field experiment results show that the seed germination rate of 96%, to the Marine is the ecosystem has its important significance.

Key words：mangrove; clay mold positioning block; planter

文章编号：1003-188X(2016)04-0103-04

中图分类号：S223.2+6

文献标识码：A

作者简介：覃海英(1972-)，女，南宁人，讲师，硕士，(E-mail)674053259@qq.com。通讯作者：马桂香(1994-)，女，广西桂林人，本科学生，(E-mail)1124056290@qq.com。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目(141059301)

收稿日期：2015-04-01