郭龍昊，朱晏呈，劉泰成，王文強(qiáng)，安 達(dá)

(沈陽航空航天大學(xué) a.機(jī)電工程學(xué)院； b.人工智能學(xué)院，沈陽 110000)

在沙漠中鋪設(shè)草方格能有效阻止土地荒漠化，這是治沙過程中總結(jié)出來的行之有效的防風(fēng)固沙方法。但在沙漠和沙地惡劣條件下人工鋪設(shè)草方格，勞動強(qiáng)度大，效率低，成本高，如果能夠研發(fā)出相關(guān)機(jī)器或機(jī)構(gòu)來代替人工進(jìn)行鋪草，不僅成本低且效率也能得到大大提升。目前市面上的草方格鋪設(shè)機(jī)器或機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很多機(jī)械車仍然采用單向鋪設(shè)，效率不高。基于此，設(shè)計了縱橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可以結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)一次鋪設(shè)完全，大大提升了效率。

1 草方格縱橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計與工作原理

1.1 縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)

縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)與動力來源機(jī)械車相結(jié)合，機(jī)構(gòu)沿著車行進(jìn)方向同時鋪設(shè)兩條草簾，間距為 1 m。鋪設(shè)的草一般是稻草或麥草，由繩子穿在中間連接起來，便于固定草簾。用UG12.0進(jìn)行三維建模，便于展示整體機(jī)構(gòu)的各部分組成。縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)三維圖如圖1所示?？v向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)整體鋪設(shè)過程為：草棍由電機(jī)帶動將草簾穩(wěn)定地放在沙漠中的地面上，放置過程中擋板能夠阻擋風(fēng)，減少風(fēng)對草簾的干擾，草簾放置穩(wěn)定后，由壓草刀將草簾壓入沙子中，放置草簾和壓草的過程緊密相連，防止放在沙子上的草簾被大風(fēng)吹走。草簾卷放置在兩個支撐輥?zhàn)由?，支撐輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動能帶動草簾卷轉(zhuǎn)動，這樣草簾卷就被放置在沙子上，設(shè)備工作一段時間后，草簾卷消耗完，重新放上新的草簾卷即可。目前市面上售賣的草簾卷規(guī)格相差不大，設(shè)備通用性良好。

圖1 縱向機(jī)構(gòu)整體示意圖Fig.1 Overall schematic diagram of longitudinal mechanism

增加調(diào)節(jié)裝置使得縱向機(jī)構(gòu)壓草刀部分可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)壓入沙地的深度，這樣車子在上下起伏的沙漠中運(yùn)行能夠保證插入草卷插入沙子的深度。調(diào)節(jié)裝置如圖2所示。此處使用了齒條和螺旋式螺紋，通過電動機(jī)來帶動齒輪轉(zhuǎn)動，螺旋式螺紋轉(zhuǎn)動，齒條提升或下降，由于自鎖，此裝置可以保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)壓草刀連續(xù)調(diào)節(jié)高度，調(diào)整草簾在沙中的插入深度。一次鋪設(shè)完成后，調(diào)轉(zhuǎn)車頭繼續(xù)鋪設(shè)，同時抬起一側(cè)壓草刀，然后向前鋪設(shè)，如此循環(huán)連續(xù)鋪設(shè)草方格。

圖2 壓草機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)展示圖Fig.2 Detailed display of grass pressing mechanism

1.2 橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)

橫向裝置將其可視化設(shè)計出來，如圖3所示。橫向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)是按周期時間工作，和縱向的不需要有時間上的配合，因?yàn)檐囎右恢毕蚯安煌ｎD，所以要求橫向機(jī)構(gòu)插入時刀的動作要快，選用凸輪與杠桿結(jié)合作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，凸輪能夠在短時間內(nèi)速度加快，這樣既能滿足要求，又能做到結(jié)構(gòu)簡單緊湊。橫向與縱向機(jī)構(gòu)放草方式相同，但橫向送料需要有裝置張緊草料，便于后續(xù)刀具對其進(jìn)行切割，橫向機(jī)構(gòu)在原有基礎(chǔ)上多添加了一對夾緊的輥?zhàn)?，夾緊的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動后能帶動草簾卷轉(zhuǎn)動，草簾送往專門設(shè)置的小平臺，這個過程需要設(shè)置防風(fēng)板，以防止草簾被風(fēng)吹跑。草簾送到指定位置且送草長度也符合要求后，鍘刀會向下運(yùn)動將張緊的草簾剪斷，剪斷后插刀會向下運(yùn)動，通過杠桿讓鍘刀迅速向上復(fù)位，因?yàn)殄幍逗筒宓吨g通過杠桿連接，所以在鍘刀向上復(fù)位的過程中插刀會迅速向下，將鍘刀已經(jīng)剪斷的草簾插入沙子中，插入沙子的過程非常迅速，插刀上方設(shè)有復(fù)位彈簧，其會牽引著插刀復(fù)位。整個過程非常迅速，所以草簾沒有停止供應(yīng)，這樣草簾就同時送到平臺上且長度符合要求。鍘刀和插刀是杠桿連接，所以當(dāng)插刀復(fù)位后，鍘刀也就向下將剛剛放置好的草簾剪斷，如此反復(fù)，橫向草簾也放置完成，橫向與縱向草簾共同組成草方格，用來阻擋荒漠化。

圖3 橫向機(jī)構(gòu)整體示意圖Fig.3 Overall schematic diagram of lateral mechanism

2 設(shè)計創(chuàng)新點(diǎn)

將橫向和縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)結(jié)合起來，大大提高了鋪設(shè)效率。

橫向機(jī)構(gòu)選取了凸輪機(jī)構(gòu)和杠桿結(jié)合，將剪草刀具剪草和插刀插草結(jié)合起來，通過對凸輪形狀設(shè)計及對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，動態(tài)調(diào)整剪草、插草速度。利用杠桿能讓剪切工具和插刀較好配合工作，機(jī)構(gòu)緊湊簡單，可減小裝置體積。

調(diào)節(jié)縱向機(jī)構(gòu)壓草刀高度時，利用齒條及自鎖，通過電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，背面的螺旋線式部分與齒條形成自鎖，可以在任意位置穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)壓草深度的雙向調(diào)節(jié)。

3 結(jié)語

介紹了橫縱向鋪設(shè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計及原理。兩套機(jī)構(gòu)是相互獨(dú)立的，可單獨(dú)使用，如果相結(jié)合效率會大大提升，使用者可根據(jù)需求自由選擇。兩套機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)了草方格鋪設(shè)目的，后續(xù)可改進(jìn)安裝在農(nóng)業(yè)車上，裝置的通用性將大大提升。