宁夏地质工程学校机电工程系 丁世平

关键字：螺旋输送；圆盘耙；单侧葡萄埋藤机

引言

宁夏目前是全国最大的酿酒葡萄集中连片产区之一，有酒庄211 家，葡萄酒年产1.3 亿瓶，葡萄产业综合产值达到260 亿元，产区葡萄酒已远销德国、美国、比利时、澳大利亚等20 多个国家和地区[1]。

葡萄酒产业的发展也带动了宁夏农民增收和相关产业的发展。据了解，当地农民收入中的三分之一是来自葡萄产业。此外，葡萄酒旅游已成为宁夏全域旅游不可或缺的元素，也成为广大农民脱贫致富的一条有效途径。

每年进入冬天，天气严寒，葡萄藤会遭受严重冻害。因此，在每年秋收后，为了防止藤蔓风干和受冻，需要对其埋土以御寒。埋藤工作的质量，直接影响到第二年葡萄的成活，进而也对葡萄产量和质量有着相当大的影响[2]。

经调查显示，国外的葡萄种植多处于温带至亚热带地区，总体上是沿着不冻线种植的，故冬季不需要对葡萄进行埋藤，所以没见过相对应的埋藤类机械。

现在，我国在葡萄埋藤机械化这方面有一定的进展，开发和研制了一些埋藤机，其大体分为三类：大翻犁式、开沟式和旋耕式[3]。其中，大翻犁式存在埋土土块大、覆盖不实、保温不好等缺陷；开沟式埋藤机易在垄间形成沟壑，不仅对二次机械作业造成障碍，而且增大了葡萄根部冻伤的风险[4]；旋耕式埋藤机作业效果尚可，但多级传动装置使设备显得结构复杂，在使用时发现可靠性也差，易被泥土或草梗等杂物堵塞，经常影响正常工作。

本课题欲针对目前葡萄种植行距难以保证一致，工作后易在垄间形成沟壑的问题，开发设计一种以农用拖拉机为动力源的单侧葡萄埋藤装置，以适用不同的种植规模，降低劳动强度，提高埋藤效率，为葡萄的种植提供装备支持。

1 研究方案

1.1 技术方案

本文的技术方案需要实现以下功能：一是要保证埋藤的覆土细碎密实[5]，以防藤蔓被风干和冻伤；二是要保证机械作业后垄间土地的平整度，方便二次作业；三是要力求整机结构简单，效率高。结合以上三点要求，本文提出以下方案：以拖拉机为动力源，牵引埋藤机行走于葡萄垄间，采用侧面传动驱动螺旋装置将垄间土壤向一侧葡萄垄集中，从而实现埋藤。方案设计如图1。

图1 设计方案图

该单侧埋藤机机体的组成部分如下：1 圆盘耙疏松部分：利用圆耙高速旋转使垄间土壤疏松并可切碎杂草。2 输送部分：螺旋叶片（带缺口）将土壤切碎并进行输送。3 抛撒部分：抛土轮将螺旋输送来的土壤抛撒到一侧葡萄垄上。4 齿轮传动部分：拖拉机的动力通过各级齿轮分别传到圆盘耙疏松部分和螺旋输送部分。5 机架、悬挂及覆盖件：悬挂连接机架，机架及覆盖件对构件起支撑作用。

1.2 设计的关键技术

本机设计的相关参数确定示意图如图2。

图2 主要技术参数示意图

其中种植行距为ΔH，整机宽度为K，覆土深度为h1，覆土顶宽为A，覆土底宽为B，抛土轮宽度为f，耕幅为L，取土深度为h。

因垄间土壤需要通过螺旋输送和抛撒这两大过程才能在葡萄垄上形成埋藤覆土，但是垄间的这些土壤不是全部被输送和抛撒。工作时，有一个土壤的损失量。因此计算得出的“理论取土深度”必须考虑到工作效率的问题，才能得出实际的取土深度。本课题拟定螺旋输送环节输送效率为95%，抛土轮抛撒环节工作效率也同样为95%，则最终土壤输送效率为95%×95%=90.25% 90%×90%=81%，即取实际取土深度＝理论取土深度/90%。

综上，工作参数进行归纳，见表1。

表1 关键技术参数（单位mm）

2 设计选用

2.1 圆盘耙的选用

圆盘耙分为全缘耙片和缺口耙片[6]

根据它们的特点：耙片具有一定的碎土和翻土功能，耙片凸面周边磨刃，缺口耙的缺口部位也磨刃[7]。由于缺口耙片减少了周缘的接地面积，所以减小了切削阻力，入土能力比较强，而且缺口易拉断杂草及残茬，增强了切割能力，土地适用能力较强。

本文选用切削阻力小、易拉断杂草的缺口圆盘耙，对土壤的适应性好，其主要结构如下图：

图3 缺口圆盘耙耙片

2.2 螺旋（带缺口叶片）输送部分

农用拖拉机动力经过齿轮传动装置将力传递给螺旋轴，带动螺旋叶片（带缺口）将土壤边切碎边向一侧输送。土壤由前排的圆盘耙部分疏松并旋出，沿螺旋轴向移动，输送到抛土轮上进行抛撒。

2.2.1 螺旋输送结构分析

本机设计的螺旋输送部分是由轴承、螺旋轴、缺口螺旋叶片、抛土轮、挡土板等主要部件构成，其中螺旋轴和缺口螺旋叶片是主要部件。机架侧板与螺旋轴通过轴承连接，另一端部采用齿轮轴外花键与轴头内花键相互配合进行动力传输。挡土板加装在机具后方，形成一整体结构，实现了土壤输送的全过程[8]。

2.3 传动部分

为保证圆盘耙和螺旋两部分同时工作且工作时互不干扰，本文采用“一入双出”的结构，一输入轴同时带动两轴旋转，完成动力的传输。

本课题设计方案如下：

在一个齿轮变速箱内实现一输入轴，双输出轴的结构。首先将拖拉机动力由万向传动轴传输给齿轮箱输入轴，经过中间各级齿轮传动到两工作轴。中间齿轮箱内装有一对圆锥齿轮和多个圆柱齿轮，如图3。该方案结构简单，能满足刚性要求，同时还保证了两工作轴旋转方向的一致性，以便于圆盘耙部分的旋土以及抛土轮的抛撒，能实现有效的葡萄埋藤需求。

图4 齿轮传动示意图

3 可行性简要分析

该装置将螺旋输送与取土两个环节集中在一起，也就是将葡萄垄间的土壤进行集中，再抛撒到葡萄垄上，鉴于对已有埋藤机具工作效果的分析可知[9]，螺旋装置能够对风沙土进行有效的输送，并且在后挡板和地面的支撑下，土壤在输送过程中不会有太大量的损失，保证了一定的输送效率。同时，根据现有圆盘耙机具的工作效果可知它可以顺利完成对土壤的疏松[10]，所以可将螺旋输送与圆盘耙相结合，设计一种单侧葡萄埋藤机，实现对行距难以保证的葡萄地进行冬季埋藤作业。

4 结语

本文针对行距难以保证的葡萄埋藤的需要，研制了一款新型的葡萄埋藤机，根据对已有埋藤机具与圆盘耙机具工作效果的分析可知，本课题设计的埋藤机械作业后覆土细密、埋藤效果良好，能保持垄间土地的平整度，有利于机械二次下田作业，具有一定的推广价值。