草方格纵横向铺设机构设计

郭龙昊，朱晏呈，刘泰成，王文强，安 达

(沈阳航空航天大学 a.机电工程学院； b.人工智能学院，沈阳 110000)

在沙漠中铺设草方格能有效阻止土地荒漠化，这是治沙过程中总结出来的行之有效的防风固沙方法。但在沙漠和沙地恶劣条件下人工铺设草方格，劳动强度大，效率低，成本高，如果能够研发出相关机器或机构来代替人工进行铺草，不仅成本低且效率也能得到大大提升。目前市面上的草方格铺设机器或机构整体结构比较复杂，很多机械车仍然采用单向铺设，效率不高。基于此，设计了纵横向铺设机构，结构简单，可以结合在一起实现一次铺设完全，大大提升了效率。

1 草方格纵横向铺设机构方案设计与工作原理

1.1 纵向铺设机构

纵向铺设机构与动力来源机械车相结合，机构沿着车行进方向同时铺设两条草帘，间距为 1 m。铺设的草一般是稻草或麦草，由绳子穿在中间连接起来，便于固定草帘。用UG12.0进行三维建模，便于展示整体机构的各部分组成。纵向铺设机构三维图如图1所示。纵向铺设机构整体铺设过程为：草棍由电机带动将草帘稳定地放在沙漠中的地面上，放置过程中挡板能够阻挡风，减少风对草帘的干扰，草帘放置稳定后，由压草刀将草帘压入沙子中，放置草帘和压草的过程紧密相连，防止放在沙子上的草帘被大风吹走。草帘卷放置在两个支撑辊子上，支撑辊子的转动能带动草帘卷转动，这样草帘卷就被放置在沙子上，设备工作一段时间后，草帘卷消耗完，重新放上新的草帘卷即可。目前市面上售卖的草帘卷规格相差不大，设备通用性良好。

图1 纵向机构整体示意图Fig.1 Overall schematic diagram of longitudinal mechanism

增加调节装置使得纵向机构压草刀部分可以根据需要自动调节压入沙地的深度，这样车子在上下起伏的沙漠中运行能够保证插入草卷插入沙子的深度。调节装置如图2所示。此处使用了齿条和螺旋式螺纹，通过电动机来带动齿轮转动，螺旋式螺纹转动，齿条提升或下降，由于自锁，此装置可以保持稳定，实现压草刀连续调节高度，调整草帘在沙中的插入深度。一次铺设完成后，调转车头继续铺设，同时抬起一侧压草刀，然后向前铺设，如此循环连续铺设草方格。

图2 压草机构细节展示图Fig.2 Detailed display of grass pressing mechanism

1.2 横向铺设机构

横向装置将其可视化设计出来，如图3所示。横向铺设机构是按周期时间工作，和纵向的不需要有时间上的配合，因为车子一直向前不停顿，所以要求横向机构插入时刀的动作要快，选用凸轮与杠杆结合作为执行机构，凸轮能够在短时间内速度加快，这样既能满足要求，又能做到结构简单紧凑。横向与纵向机构放草方式相同，但横向送料需要有装置张紧草料，便于后续刀具对其进行切割，横向机构在原有基础上多添加了一对夹紧的辊子，夹紧的辊子转动后能带动草帘卷转动，草帘送往专门设置的小平台，这个过程需要设置防风板，以防止草帘被风吹跑。草帘送到指定位置且送草长度也符合要求后，铡刀会向下运动将张紧的草帘剪断，剪断后插刀会向下运动，通过杠杆让铡刀迅速向上复位，因为铡刀和插刀之间通过杠杆连接，所以在铡刀向上复位的过程中插刀会迅速向下，将铡刀已经剪断的草帘插入沙子中，插入沙子的过程非常迅速，插刀上方设有复位弹簧，其会牵引着插刀复位。整个过程非常迅速，所以草帘没有停止供应，这样草帘就同时送到平台上且长度符合要求。铡刀和插刀是杠杆连接，所以当插刀复位后，铡刀也就向下将刚刚放置好的草帘剪断，如此反复，横向草帘也放置完成，横向与纵向草帘共同组成草方格，用来阻挡荒漠化。

图3 横向机构整体示意图Fig.3 Overall schematic diagram of lateral mechanism

2 设计创新点

将横向和纵向铺设机构结合起来，大大提高了铺设效率。

横向机构选取了凸轮机构和杠杆结合，将剪草刀具剪草和插刀插草结合起来，通过对凸轮形状设计及对转速的调节，动态调整剪草、插草速度。利用杠杆能让剪切工具和插刀较好配合工作，机构紧凑简单，可减小装置体积。

调节纵向机构压草刀高度时，利用齿条及自锁，通过电机带动齿轮转动，背面的螺旋线式部分与齿条形成自锁，可以在任意位置稳定，实现压草深度的双向调节。

3 结语

介绍了横纵向铺设机构的设计及原理。两套机构是相互独立的，可单独使用，如果相结合效率会大大提升，使用者可根据需求自由选择。两套机构整体结构简单，实现了草方格铺设目的，后续可改进安装在农业车上，装置的通用性将大大提升。