葡萄埋藤机的设计

毕志波 郭辉 陈恒峰 盛会

摘要：为减轻秋末葡萄藤覆土作业的劳动强度，设计一款适应性强、埋土质量佳的埋藤机。介绍埋藤机采用旋耕取土和叶片式旋抛方案的原因，论述旋耕装置和抛土装置各参数的确定。样机试验表明，该机具有合理性与可靠性。

关键词：埋藤机；设计；旋耕装置；抛土装置；性能试验

中图分类号：S224.1+6 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）07-0030-04

随着我国农业现代化的发展，葡萄产业迅猛发展。然而，欧洲和美国的酿酒葡萄占葡萄产量的80%，而我国用于酿酒的葡萄比例仅20%，葡萄产业发展潜力巨大。葡萄种植面积将会持续扩大，葡萄品种和种植方式会更加丰富，葡萄种植技术规程将会更加完善，对机械化的需求将更广泛更迫切。

在我国北方，葡萄种植作业一般分为春季扒藤、上架绑藤、施肥浇水、秋季收获、下架剪枝和秋末埋藤环节。其中，秋末埋藤和春季扒藤是劳动量最大的环节，且秋末埋藤的工作质量影响春季扒藤的劳动强度和质量，因此深入研究葡萄埋藤机械具有重要意义。

1 葡萄埋藤机设计方案

1.1 机构选型

机械取土方法有铲土式、叶片开沟式、旋耕式和铲土加开沟式。相对其它取土方式，旋耕取土能有效降低取土的动力消耗，对土壤的适应性最好，且取土埋藤后行道不会留下深坑，所以选用旋耕取土方式。旋耕方式的取土宽通常为1.0～1.3 m，再加上与两侧葡萄藤的安全距离0.5 m，确定工作幅宽为2.3 m。葡萄种植的行距一般在2.5～3.5 m，完全满足取土宽度要求。

埋土方式有旋耕抛土、叶片式抛土和皮带输送。与其它两种抛土方式相比，叶片式抛土有明显优势，抛土距离远，不需要躲避葡萄藤旁的柱架，并具有碎土功能。

葡萄埋藤机的结构见图1。

工作时，葡萄埋藤机与拖拉机配套，连接方式为后置三点悬挂，拖拉机后输轴通过万向节与埋藤机传动箱的传动轴连接。传动箱为一输入两输出型，将动力传递到旋耕取土装置和叶片式抛土装置。旋耕刀轴上的刀片高速旋转切削土壤，被切削的土壤沿着旋耕刀的切线方向向后抛洒，在集土罩的导向下汇聚到圆筒中，叶片式抛土装置的叶片以适当的线速度旋转，将土壤从圆筒开口处均匀抛送到葡萄藤正上方。

1.2 传动系统

葡萄埋藤机的传动系统如图2所示。机具工作时，拖拉机的动力传到传动箱；在侧端，传动箱通过万向节与链轮连接，链轮带动旋耕轴；在后端，传动箱通过万向节与皮带轮链接，皮带轮带动减速器，减速器输出端带动叶片旋转。

2 葡萄埋藤机关键装置设计

2.1 旋耕装置

葡萄埋藤机的旋耕装置由旋耕刀、安装座、轴套和旋耕轴组成。旋耕刀通过螺栓安装在安装座上，结构如图3所示。

葡萄种植区杂草和土块常见，通过比较，选用弯形刀，其外形如图4所示，比较适合葡萄埋藤的作业环境。

除旋耕刀形状外，其排布方法对旋耕机的作业质量和功率消耗也有重要影响。设计时综合考虑葡萄园环境和现有机械缺点，选用四螺旋内装法排布旋耕刀，如图5所示。土壤抛送效果较好，旋耕起来的土壤能够向中间集中。与此同时，每条螺旋线的左右旋土刀采取对称排列方式，可以均衡刀轴受力，最大程度减小机具的侧向力和震动。

2.2 抛土装置

土壤抛送装置是埋藤机的关键部件，其功能是将旋耕集中过来的土壤抛送到聚拢好的葡萄藤上，其工作性能与葡萄藤越冬埋土作业质量有直接关系。叶片式抛土装置的设计关键是叶片选择。叶片形式有前倾直叶片、径向直叶片、后倾直叶片、前弯曲叶片、径向弯曲叶片和后弯曲叶片。考虑多方面因素，以经济、高效为准则，选用径向直叶片，其具有形状简单、制造方便、价格低廉、叶片强度高的特点，能够完全满足机组工作要求，是最佳选择。

抛土叶片数量决定功率消耗、土壤集中程度和抛土距离。叶片数量多，单个叶片上承担的物料减少，对叶片的强度要求降低，土壤获得的速度一致，抛土集中性高，但消耗功率增加。通过查阅相关资料，本机使用4叶片，外形如图6所示。

土壤抛送过程如图7所示，土壤抛出点的速度与半径、转速有关，设计转速为360 r/min，A点为叶片上土壤抛送的极限位置，土壤从抛土口抛出的必要条件是在同水平抛出土壤到达距离中心轴L位置，否则土壤不能抛到葡萄藤上。抛土口把不能抛送到点的土壤挡回，让土壤随叶片再次旋转抛送。

抛土装置中各参数的确定采用下列公式：

V=2πnr （1）

L=Vcosθt （2）

H=Vsinθt-1/2gt2 （3）

（X-rsinθ）2+（Y-rcosθ）2=R2 （4）

Y=-{g/[2（Vcosθ）2]}X2+tanθX （5）

式中：V为A点的初始速度，m/s；r为A点距轴心的距离，m。

在抛物运动中，以45°倾角斜抛的距离最远，给定L值可计算出A点位置，即得到r值，其中公式（4）是抛出土壤的运动轨迹公式，公式（5）是抛土罩位置转化成的公式，这两个公式都是以A点为坐标系原点建立的，假设D点为开口的极限位置，根据以上计算可得到D点位置。

3 葡萄埋藤机田间试验

通过埋藤机田间试验，验证该机工作性能。若满足设计要求，表明该机的设计及配合合理；若不满足设计要求，则需要找出并解决该机埋土过程中所存在的问题，改进相关性能。

3.1 试验设备与条件

埋藤机验样机1台（如图8所示）；农用拖拉机1台；测量工具有钢尺1把，精度为0.1 mm；卷尺1盒，量程为5 m。

试验田地乌鲁木齐属中温带大陆性干旱气候，春秋两季较短，冬夏两季较长，昼夜温差大。年平均降水量为194 mm，最暖的七、八月平均气温为25.7 ℃，最冷的一月平均气温为-15.2 ℃。极端气温最高47.8 ℃，最低-41.5 ℃，其土质属于砂质粘壤土。

3.2 试验方法

试验中机组以最大行驶速度进行测试，得出最大工作效率。旋耕深度保持在最大设计值左右，检测参数包括抛土距离、埋土高度、旋耕深度，多点取样求平均值，通过试验数据分析机具是否满足设计要求。试验作业情况如图9所示。

3.3 试验结果分析

试验中，机具作业参数如表1所示，很好的完成了取土和覆土作业，满足设计要求和农艺需求。

葡萄埋藤人工作业劳动强度大，作业质量差，土块大且多，从而导致保温性差。从经济性看，人工埋藤效率为35～40 /h，作业成本为0.4～0.5元/m。旋耕装置和叶片式旋抛装置均有不错的碎土功能，作业质量非常好，土壤细密，工作效率可达1.8 km/h，作业成本为0.2元/m，能帮助果农降低成本、提高效率。

4 结论

研制的葡萄埋藤机结构紧凑，功耗低，并且能够一次完成葡萄藤越冬埋土作业，最大优点是取土量足，土壤利用率高，适应性强。田间试验证明，该机工作可靠、设计合理，满足葡萄藤越冬埋土机械化要求，降低果农的劳动强度和作业成本，利于葡萄产业发展。

参考文献

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