葡萄埋藤机设计及其仿真

葡萄埋藤机设计及其仿真模型的建立 设计说明书

1.绪论 1.1本课题来源及其研究的目的和意义 葡萄是我国主要的水果品种。近年来，随着我国农村产业结构的调整，葡萄产业得到了很大的发展。特别是近十年,葡萄种植面积和产量一直呈上升趋势。根据农业部统计数据显示，2005年我国葡萄栽培面积为40.81万公顷，产量达到579.4万吨，在我国果树栽培中栽培面积位居第六位，产量位居第五位，在世界上分别排第四、第五位。在新疆、山东、河北、辽宁、山西、吉林和河南等葡萄主要产区，葡萄生产已形成了规模化、产业化的发展格局。随着葡萄生产的规模化发展．对葡萄生产全程机械化的需求也越来越高，同时也为葡萄生产全程机械化发展提供了条件。由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151 据研究，葡萄枝蔓能忍受-16℃低温，芽眼能忍受-13℃的低温，根系抗冻能力最弱。自根苗欧洲种，如龙眼、玫瑰香、葡萄皇冠等的根系在-5℃～-7℃时就受冻害；玫瑰露(底拉洼)、罗也尔玫瑰（布来顿）、耐格拉等欧洲杂交种在-6℃～-8℃时就受冻害；贝达（河岸葡萄×美洲葡萄）可耐-13℃的低温；山葡萄可耐-15℃低温。因此，葡萄越冻指标为-5℃日平均日数145天，极端最低气温-30.6℃,因此，葡萄越冬必须采取防冻措施。 我国由于特有的地理环境和气象条件，优质葡萄产区大多在西北及北部地区，也就形成了我国特有的葡萄种植方式，即我国北方地区葡萄生产主要作业环节是：春天扒藤一上架绑藤一除草施肥浇水一喷施药剂一收获一冬季埋藤等，入冬前必须完成掩埋。目前我国北方地区葡萄生产中,冬季埋藤是葡萄种植生产过程中劳动强度最大、质量要求高、时间性强的作业。葡萄藤埋土防寒、防风干时，要求土壤要细碎，防止大土块搭接，有空洞透风抽条。埋土压蔓要防止损伤枝蔓，以免病害浸染以及影响来年产量。取土位置距根部不能太近，最少50cm左右，以免根部受冻，埋土防寒后冬季进行田间检查，发现问题及时补救。防寒后及时灌冬水，以保证植株安全越冬。葡萄根系常分布在地表下20～60cm土层中，深的达100cm。葡萄较易产生不定根，根受伤后，在伤口附近再生大量的根，因此在栽培上适当断根是可以的，但不能大量断根。根系生长的土壤温度是21～25℃，超过28℃或低于10℃时即停止生长。葡萄根系发达，有很强的吸收能力和养分贮藏能力，但抗寒性较差，比枝蔓怕冻，土壤温度在-4℃到-6℃时，就能受冻害，甚至冻死[1]。一旦冬季根系遭受冻害，次年枝蔓生长、结果便会大受影响。因此，埋土防寒时要特别注意根系防寒。但长期以来，葡萄的种植管理等生产环节中，埋藤作业目前仍以人工为主，人工作业存在劳动效率低、埋土不匀、土块大、容易漏风透气的缺点，极易造成葡萄藤风干死亡。这严重制约了葡萄产业化的发展进程。因此，葡萄种植农户对该生产环节实现机械作业有着强烈的要求。葡萄越冬覆土如果能够实现机械化生产，将有力地推动葡萄生产的规模化，显著降低葡萄生产成本，节省用工量，使农民增加更多 的收入，提高农业生产的经济效益。同时，也增加了营机户的收人，而营机户收入增加可以投入更多的资金购买先进的农机装备。更好地服务于现代农业生产和社会主义新农村建设的各个领域。 本课题为分析我国葡萄埋藤机械化研究现状．展望葡萄埋藤作业机械化技术的发展方向，阐述推广葡萄埋藤机械化的意义，为促进葡萄种植业增产、增效和果农增收提供理论依据。 1.2 本课题所涉及的问题在国内外研究现状及其分析 1.2.1国外研究现状 国外的葡萄基本上是沿不冻线以上种植的，葡萄常年固定在架子上生长，为其机械化作业提供了便利条件。美国是世界葡萄生产大国，不仅产量和面积超过我国，而且其葡萄机械化生产管理水平也处于世界领先地位。美国农民经营葡萄园规模较大，农业机械化程度很高。在美国，鲜食葡萄生产除果穗整形和采摘用人工以外，从种植、整形、施肥、耕作、喷药及包装等均有相应的作业机械；酿酒葡萄根据需要可以进行机械收获。因此，美国的葡萄栽培技术和生产管理己实现了标准化、信息化和全程机械化，现正向自动化和智能化方向发展。与我国新疆相邻的乌兹别克是世界黑葡萄干的主产区，其葡萄埋土、出土也实现了机械化。查阅相关资料未发现国外机型的报道。 1.2.2国内研究现状 相比之下，我国葡萄生产与国外不同。我国葡萄种植区域分布很广，各地的气候条件、地理环境不尽相同，由于地理原因，每年必须用土将葡萄藤掩埋起来，防止葡萄藤冬季冻伤和风干，因此在作业环节上也有所差别。我国葡萄种植绝大多数在北方，也就形成了我国特有的葡萄种植方式，其中，葡萄越冬防寒埋土是一项重要的作业环节，它在我国的葡萄种植生产中一直以人工作业为主，繁重的人工作业不仅占用了大量劳力，增加了生产成本，而且作业质量难以保证，影响葡萄品质等级，不利于葡萄产业化的发展。目前，我国葡萄机械化仍属于起步发展阶段，机械化水平还相当落后。据了解，新疆成龄葡萄生产成本在1400元/667m2左右，其中，人工成本约占60%以上。尽管国内有关科研院所和企业围绕葡萄生产管理机械化也开展了一些技术研究与产品开发，并开发出埋藤、植保、施肥、松土等田间作业机具。但仍未能大面积推广应用。目前国内葡萄埋藤机大都由旋耕机改进而成，具有较强的可操作性，比人工埋土效率和质量都有很大的提高。 按埋藤机工作原理来分，现有机型分三种型式：逆旋侧抛式、旋耕输送式和切向抛送式。目前使用最多的是逆旋侧抛式机型。 大型双侧埋藤机只需在行间走一次即可完成掩埋一行葡萄藤（两个半行）；中型埋藤机需沿着葡萄种植行两侧来回一周才能完成掩埋一行葡萄藤；而小型埋藤机则需沿着葡萄种植行两侧来回两周才能完成掩埋一行葡萄藤，这是因为大型机和中型机取土深度都可以一次达到所需的土量，堆土高度能达到要求。而小型机由于动力小只能分两次取土抛土，但在同侧第二次取土抛送时，第一次抛土形成的土垄挡住了比它低的那些抛土，回落到取土沟，只有部分土抛了上去，所以两次取抛土不如一次取抛土堆土高。于取土沟底部土壤松软，驱动轮易打滑，操作要有较高的技巧，作业质量难以保证。 目前市场上主要代表性机具如下: MT200一2葡萄埋藤机 该机具是天津市农业机械研究所2004年设计开发的用于葡萄藤越冬掩埋作业的专用机具(如图1-1）。该机工作平稳、性能可靠、操作省力、培土集中，比人工取土埋藤作业质量明显提高，是先进适用的机具。MT200—2型双侧埋藤机在使用中会受到以下因素的影响：首先该机是双侧抛土机型，要求葡萄行距固定。如果行距大小不一，则机具作业质量将受到很大的影响，甚至无法作业。其次要求地端有掉头空间，否则该机型的使用会受到限制。 图1-1 MT200—2葡萄埋藤机 PMT-75型葡萄埋藤机 北京现代农装科技股份公司结合新疆葡萄种植模式，于2009年成功研制出PMT一75型葡萄埋藤机（如图1-2）该机作业效率高，操作简单，是一款价格低廉，实用性强的机具，但因机具研制出来时间不长，可靠性有待于提高。

图1-2 PMT—75葡萄埋藤机 3LG-100型埋藤及旋耕两用机 2007年，酒泉市农业机械推广站和敦煌市吕家堡农机加工生产个体业主王成贵共同研制了葡萄藤越冬掩埋和农田旋耕作业的多功能农业机械一3LG型葡萄埋藤旋耕两用机（如图1-3），该机具可分别与手扶拖拉机和13.23kw以上的轮式拖拉机配套使用。该机具采用卧式旋耕原理，合理配置专用刀具，工作时旋起的土壤按设计的方向移动抛出，实现埋藤作业，现已通过了省级农机推广鉴定，并申请了国家专利，但该机具由于结构布局不合理，具体表现为定向抛土性能欠佳，掩埋1～2次到不到预期效果，目前尚未得到大量推广。 图1-3 3LG-100型埋藤机 1MP一500型多功能葡萄埋藤机 该机具是新疆兵团农八师149团2007年研制成功（如图1-4），该机由取土和输送土两部分组成。该机由18．4～22 kW轮式拖拉机带动，不埋葡萄时，可把铲土板及输送土部分卸下，用于葡萄地松土除草。作业效率0．22～0．3 hm2／h，相当于100多人的工作量。在使用的过程中，故障少，效率高，埋藤质量好于人工。但该机与l 8．4～22 kW轮式拖拉机配套使用，在工作运行到地端时，需要有足够的掉头空间否则无法作业。

图1-4 1MP—500葡萄埋藤机 10OPF—A型葡萄越冬覆土机 该机具是由辽宁省北宁市农机推广站于2003年研制，配套动力14．7～22．05 kW拖拉机，生产效率0．13～0．2 hm2／h。该机结构简单、操作方便、覆土厚度均匀、床面整齐、价格相对较低，但因作业时需要往返覆土，故作业效率较低。 10PF-90A型葡萄越冬覆土埋藤机 应一些葡萄种植大户的强烈要求，北京市房山区农机研究所经过大量的考察分析，于 2003 年确立了葡萄越冬埋藤机的研制课题，经过两年多的试验研究，设计制造出了10PF- 90A型葡萄越冬覆土埋藤机，为葡萄越冬埋藤机械化作业提供了新型机具。 2.葡萄埋藤机的总体设计 2.1研究内容 本课题研究内容可分为四大部分:一是对葡萄埋藤机的整体结构进行设计；二是葡萄埋藤机旋耕取土机构的探索研究，解决我国严寒地区埋藤需土量大的问题；三是研制葡萄埋藤机的土壤输送机构，使旋耕取土部件取出的土壤均匀集中的抛在葡萄藤上；四是研制集传动与换向功能于一体齿轮箱，使得葡萄埋藤机土壤输送机构可以选择埋土的方向。 2.2总体结构的设计 根据葡萄藤越冬埋土作业的要求，以及确定的农艺要求，进行关键工作部件的设计，确定出总体结构。埋藤机与拖拉机工作时，埋藤机与拖拉机采用标准三点悬挂连接，动力输出轴传递动力。整机主要由动力传输机构、旋耕取土机构、土壤输送机构及万向行走轮等组成（如图2-1）。

1、旋耕取土系统 2、牵引架 3、纵向土壤输送机构 4、横向土壤输送机构 5、万向行走轮总成 6、横向土壤输送系统护罩 7、纵向土壤输送系统护罩 8、纵向土壤输送传动链轮 9、横向土壤输送传动链轮 10、主传动、换向齿轮箱 图2-1葡萄埋藤机总体结构示意图

图2-2葡萄埋藤机俯视图 2.3传动系统设计 2.3.1总传动方案的确定 埋藤作业时，一般选用动力输出轴转速为540 r／min。对于具有540 r／min或720 r／min双输出转速的拖拉机，在土壤较硬，葡萄行距在1.8～2 m时可选用540r／rain进行作业；在土壤较软，葡萄行距在2～2.2 m时可选用720 r／min进行作业。 本机型设计的葡萄埋藤机旋土刀的旋转半径为318mm，机组配套使用的拖拉机功率36.75kw，拖拉机动力输出轴转速为540r/min。对旋耕机刀轴转速而言,一般旱耕或耕作比阻较大的土壤时选用低速挡,其转速为200r/min左右,在水耕、耙地和耕作比阻较小的土壤时选用高速挡,其转速一般为270r/min左右，本课题选择刀轴转速为240r/min。考虑到葡萄埋藤机刀轴，纵向输土机构和横