基于UG 的草莓旋耕起垄施肥覆膜一体机开发设计

2022-11-15赵梦龙刘永华张东凤张文杰

农业装备技术 2022年5期

赵梦龙，谭闯，刘永华，李伟，张东凤，张文杰

（江苏农林职业技术学院江苏省现代农业装备工程中心，江苏句容 212400）

0 引言

随着农业生产的集体化、产业化的发展，农机作业动力机械向着大功率方向发展，联合/复式作业机械具有缩短作业时间、减少环境污染、减少对地面的压实等诸多优点，耕整地作业机具逐渐从耕、整、播等单一作业模式向复式或联合作业模式转变[1-2]。设施种植中草莓机械化生产作业耕整地、起垄、施肥、覆膜等工序多采用单一工序进行作业，耗时、耗力，且不能保证垄的一致性、施肥均匀性、覆膜的可靠。本文针对设施草莓种植起垄、施肥、覆膜的农艺要求，配套大棚王504 型拖拉机，基于UG 开发设计草莓旋耕起垄施肥覆膜一体机。

1 草莓旋耕起垄施肥覆膜一体机总体设计

1.1 总体设计要求

（1）旋耕作业结束后，土块应细碎、松软，地面要平整。

（2）适合草莓种植垄高与行距、垄面平整垄距能调节。

（3）作业时不断肥、易维护。

（4）工作过程中不能损害膜、覆好的膜紧贴垄面、镇压覆土可根据土壤的松软自动调节。

（5）起垄传动采用液压马达传动。

（6）旋耕动力由拖拉机动力输出轴通过万向节传递动力，起垄装置由拖拉机液压输出带动液压马达传递动力；施肥装置由直流电机驱动。

具体参数要求如表1 所示。

表1 一体机技术参数

1.2 基于UG 开发草莓旋耕起垄施肥覆膜一体机

旋耕起垄施肥覆膜一体机包括机架、旋耕、起垄、施肥和覆膜等装置，如图1 所示，通过三点悬挂与拖拉机进行连接，配套大棚王504 型拖拉机，以旋耕装置，为基础，动力输出时，传动轴的夹角不得超过30°，动力传递由拖拉机动力输出轴通过万向节传递到旋耕起垄施肥覆膜一体机的变速箱，再到旋耕刀轴，起垄装置是通过液压油管连接拖拉机和起垄装置上的液压马达，用液压油来驱动液压马达带动链条，从而使起垄装置转动，施肥装置靠直流电机驱动排肥轴，链条带动排肥器进行工作；覆膜装置连接在机架上，覆膜滚筒、镇压轮和覆土轮跟着拖拉机一起转动。

图1 旋耕起垄施肥覆膜一体机

2 主要零部件设计

为了满足草莓旋耕作业的农艺要求，刀轴刀片的排列分成两侧段，每段区间为60 cm，相邻的区间螺旋线方向要保持一致[3]。

2.1 旋耕装置设计

本设计中旋耕装置（图2）采用弯刀，侧切刃从纵向离心轴比较近的刀刃口开始切削土壤，由近及远，由正切刃横着切削土地，实现把杂草和残留的草茬翻向未耕的地[4]，对杂草和残留的草茬进行第二次切割，也可根据土壤情况自主选择，刀具部分采用双螺旋线排列，为保证旋耕后地表平整，刀片安装应采用内装法。

图2 旋耕装置

2.2 起垄装置设计

起垄装置（图3）布置在旋耕装置的后面，土地经过旋耕变得细松，后面的起垄圆盘进行起垄，从而形成紧实的垄体。为了实现垄宽可调，达到本文设计要求，采用在旋耕机的后盖板上安装可调节高度和宽度的刮板；刮板上下调节是通过旋耕机上固定板与刮板调节螺母来实现的，松开螺母，将刮板调节到所需要的高度然后锁紧；垄体宽度是通过调整孔来实现，松开调整孔上的锁紧螺母，就可以左右移动2个梯形槽板[5]。

图3 起垄装置

起垄圆盘的作用是形成垄体，为了使其能够形成等腰梯形的垄体，特采用圆盘式，在圆盘的内侧设有垄距调节装置，采用螺栓锁紧或松开卡箍，可实现起垄圆盘在起垄圆轴上的位置，在30～50 cm 可进行调节，满足用户的需要，动力由拖拉机的液压输出提供，通过液压马达带动起垄圆轴，结构简单，功率消耗低。

2.3 施肥装置设计

为实现排肥量可调，不会堵塞排肥料口，排肥料工作可靠，阻力小，不容易损坏，耐磨，采用槽轮式排肥器[5]，结构简单，工作可靠，排肥量大，适用于颗粒状的肥料，且槽轮为塑料材料，耐肥料腐蚀，延长了使用时间，本文采用车载12 V 电池作为电源，直流电机驱动，链传动，从而驱动排肥轴转动，带动槽轮进行旋转，进行排肥，确保无断肥，如图4 所示。

图4 施肥装置简图

2.4 覆膜装置设计

本设计采用双覆膜装置，可以同时覆两道膜，且覆膜高度可以进行调节[6]，吊臂卡筒与覆膜滚筒采用螺栓和螺母连接，如图5 所示，可通过锁紧螺栓卡住吊架的高度来调节覆膜滚筒的高度，实现覆膜滚筒前后错开，充分利用覆膜装置的位置，做到覆膜更充分、不漏膜，且容易更换膜。

图5 覆膜滚筒

2.5 镇压覆土装置设计

镇压采用镇压轮，可以对覆好的膜进行压紧，每个镇压轮上有压紧弹簧，压紧弹簧通过垫片和卡销连接在镇压轮上，可以根据土壤的松软进行调节，从而确保镇压的力度一样，不会对膜有损害。使用覆土盘将外围的土自动推到膜上完成覆土，覆土的多少也可以进行调节，通过锁紧螺栓可以在横梁上进行左右调节，达到覆土量的调节，从而完成覆膜工序。镇压轮和覆土盘是连接在同一个横梁上，整个机构有压紧弹簧，可以调节整个镇压覆土装置的高度一致，整个机构通过两对U 型螺栓固定在横梁上同时也可以根据用户需要进行左右调节[7]，如图6 所示。