摘要：中國是一個農業(yè)大國，一個大國的命脈就是進行農業(yè)的基礎設施建設從而保證糧食的穩(wěn)定供應，而農業(yè)的根本出路在于機械化，在實現(xiàn)大面積規(guī)?；鲿r，機械作業(yè)方式不但是不可少的，而且是必須的。在蔬菜種植中，拱棚支柱打入機的使用正是機械化作業(yè)的體現(xiàn)。所謂的拱棚是頂部呈弧形、上面覆蓋塑料膜的棚。對于蔬菜種植而言，拱棚首先它能夠通過較小的占地面積提高土地利用率；其次是它通過兩面采光與棚內較大的高度提供充足的光照條件；最后是它能夠在溫度極低的條件下，鋪一層棉被用于升溫，以延長蔬菜的栽培期。而與拱棚相匹配的拱棚支柱打入機的出現(xiàn)能夠有效提高搭建拱棚的效率，降低人力成本。

關鍵詞：拱棚；機械；自動化

隨著大棚技術的廣泛應用與推廣，越來越多的新的技術要求也在不斷地更新，拱棚支柱打入機的出現(xiàn)能夠有效提高搭建拱棚的效率，降低人力成本。但是目前拱棚自動打入機的供料還是要依靠人力，實時跟隨供桿，車行駛到要打入的位置制動后，由人將桿放到下壓機構的槽里，從而實現(xiàn)打入前的供桿。

一、國內外現(xiàn)狀

國內外目前存在的供棚支柱自動打入機的工作過程：

車身的行駛靠柴油機提供動力，在行駛到要求的位置時，下壓機構動作將桿件打入泥土中，下壓機構的運動靠機器車身的液壓機構驅動，通過壓入機構下壓產生的力將桿打入土中，緊接著通過車身前方的塑膜滾筒將塑料膜覆蓋在成型的桿上方，最后通過機器最前方的回轉叉刀將泥土推到塑料膜一側，從而完成打桿、鋪膜、覆土的整個過程。雖然已經實現(xiàn)了打入機的主要功能，但是將桿放入下壓機構的槽中是靠人完成的?？紤]完整過程的自動化，該機器主要的缺陷是未實現(xiàn)自動供桿這一功能，從而無法自動進行一次工作循環(huán)，需要人為的下放一根桿。因此，這次設計的核心要求或設計要點就是解決自動供桿這個問題。

二、方案設計

1、方案設計

方案：運輸之前加隔料機構，通過齒形撥輪實現(xiàn)桿件的依次通過。

運輸通過帶槽運輸輪的轉動實現(xiàn)，槽中有彈簧機構，實現(xiàn)緩沖作用、控制一次通過一根桿件。承接部分選用彈簧軸承，桿件掉落的地方安置承接軌道。

2、方案確定

方案通過簡單的機構實現(xiàn)在桿的一個一個撥分后，再將桿進行輸送，且機構連貫性較好，能夠較有效地克服工作中振動摩擦等因素的干擾，雖然機構的難點在于設計齒的形狀和槽的形狀，但是設計思路較明確，適用性較好。因此，通過事先將桿擺放在軌道上，通過重力使其下滑，齒形撥輪將其一個一個撥下，帶槽運輸輪既起到隔離的作用，還起到了運輸?shù)淖饔?，最后通過預擺放位置的設計將桿擺放在預定的位置，等檢測通過后再驅動下滑機構動作，整個過程能夠較好的利用桿的重力產生的動力，并能夠較好的避免振動及摩擦產生的影響，機構簡單但卻能保證適用性。

三、研究進展

1、理論部分

（1）桿

1）材料：菱鎂復合材料

優(yōu)點：①表面不吸潮，不返鹵。通過先進的改性技術和科學的生產工藝，解決了菱鎂復合材料大棚架易吸潮返鹵、耐水性差和易變形的缺點。②可制作無支柱大棚，其空間大，便于機械化耕作，可用于養(yǎng)殖（養(yǎng)羊、養(yǎng)雞、養(yǎng)魚等）和種植（花卉、蔬菜），對于種植早熟或晚熟果木、蔬菜尤為適合。③產品不銹蝕、不腐蝕，表面光滑，外形美觀，能延長棚膜使用壽命。④安裝方便，跨度與角度可根據需要隨意制作。

近幾年來，冬暖式大棚蔬菜栽培面積逐年迅速擴大，低造價、高性能的菱鎂復合材料大棚架應用范圍將越來越大，將給大棚蔬菜產區(qū)，帶來顯著的經濟效益和社會效益。

2）摩擦系數(shù)

鎂-鋼的摩擦系數(shù)：U=0.42

根據下壓機構的尺寸確定桿的尺寸大小：d1=14mm， d2=20mm

密度：P=1.74g/cm3

根據下壓機構的弧形部分估算出桿的長度：l=2300mm

質量：m=p·v≈640.88g

3）下滑臨界角度

θ=arctanu=arctan（0.25）=14.04°

考慮到為使桿件的下滑速度小，且防止自鎖，應稍增大自鎖角，故角度假設為

θ=15°

假設下滑距離為兩個桿之間的距離為△l=20mm

則桿件獲得的末速度v=√（2gsinθ△l）=0.32m/s

（2）齒形撥輪

1）設計齒端的過渡半徑分別為：R1=4mm，R2=2mm

2）預算齒形撥輪的齒數(shù)：Z=20

3）齒形撥輪最大直徑估算值：D=95.54mm

（3）帶槽運輸輪

1）預先設計槽數(shù)：2-4個

2）理論依據基礎：①如果運輸輪距離較大，應在增加運輸輪直徑的同時，增多槽的數(shù)目，以便提高運輸效率，縮短成本；②縮短滑道的距離，以避免加速度產生的末速度過大從而帶來過大的沖擊；③反之，如果輸送距離較短，可縮小運輸輪直徑的同時，減少槽的數(shù)目。但無論出于何種情況，盡量利用運輸輪輸送的同時避免槽過多。

3）機構設計

撥輪與帶槽運輸輪之間的軌道長度根據兩者直徑大小確定為：l≈345mm；

計算末速度對帶槽運輸輪的沖擊影響，確定線性速度V、線性加速度a；

計算摩擦力f，防自鎖的角度Φ≈5.52°

4）通過桿件的直徑設計槽的形狀

確定重要的尺寸及角度分別為：輪的直徑D=300mm、槽的最大寬度dw=33.42mm、槽的圓弧直徑d=21mm、角度=5.52°、30°、120°

5）設計槽端的過渡半徑分別為：

R1=5mm，R2=3mm

6）彈性裝置的設計

①通過在帶槽運輸輪的槽內增加彈性裝置，使桿在落入槽中有減震的作用，并在運輸輪運輸了一定角度有，通過彈性力的回復來產生彈力將桿推出。②彈性裝置通過螺釘與彈簧的連接彈性固定在帶槽運輸輪的槽中

棚支柱打入機自動供桿裝置三維裝配軸測圖

基金項目：2018年校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目；項目編號：1201810712103。

參考文獻

[1]李紅壽_應用拱棚_空調法對極干旱區(qū)降水的模擬回收 [J]生態(tài)學報，2014.

[2]孫杰_隴南小拱棚地膜覆蓋馬鈴薯早熟高效栽培技術 [J]甘肅農業(yè)科技，2005.

[3]張德奇_旱區(qū)地膜覆蓋技術的研究進展及發(fā)展前景 [J]干旱地區(qū)農業(yè)研究，2005.

[4]畢繼業(yè)_地膜覆蓋對農作物產量的影響 [J]農業(yè)工程學報，2008.

[5]Cooling effect of mechanical ventilation in grape Greenhouse based on CFD numerical simulation

[6]Metal-Organic Frameworks with Functional Pores for Recognition of Small Molecules

作者簡介：馮斌（1996-10）男，陜西寶雞人，西北農林科技大學本科生，研究方向：農業(yè)機械化及其自動化。

（作者單位：陜西省咸陽市楊凌區(qū)西北農林科技大學北校區(qū)）