船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

戴有华;姜宽舒;王平会

【摘要】根据开蔬菜种植沟的农艺要求,创新了船形铲式开沟器的结构和工作原理,确定了入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度为作业性能影响参数.在根据性能参数值绘制开沟器的型线图的基础上,用UG软件设计了一种船形铲式蔬菜种植开沟器,并对开沟器进行了作业曲面的光顺性检查改进和开沟过程中受力性能的有限元分析优化,最后3D打印出开沟器模型以供评测和指导量产.%According to the agronomic requirements of opening a vegetable planting ditch,the structure and working principle of a ship shaped shovel type furrow opener has been innovated.And the impact parameters of operating performance were determined,such as the penetration angle, ground clearance angle,shovel head angle,minimum radius of shovel blade,bow front angle,shovel head length,hull length.On the basis of drawing the lines plan of furrow opener according to the value of the performance parameter,a kind of ship shaped shovel type vegeta-ble planting furrow opener was designed by UG software.And the operations were carried out,such as the improvement of the smoothness of working surface, the finite element analysis and optimization of the force performance in the process of ditching.Finally, the furrow opener exemplar was 3D printed out for evaluating and directing production.

【期刊名称】《安徽农业科学》

【年(卷),期】2018(046)011

【总页数】4页(P174-176,179)

【关键词】蔬菜种植;开沟器;船形铲式;有限元分析;UG;3D打印

【作者】戴有华;姜宽舒;王平会

【作者单位】江苏农林职业技术学院,江苏句容212400;江苏农林职业技术学院,江苏句容212400;江苏农林职业技术学院,江苏句容212400

【正文语种】中文

【中图分类】S223.1+9

近年来，江苏出现了大量在设施大棚里开多条种植沟，并在沟内种植青椒、甘蓝等蔬菜的做法。在沟内种植蔬菜的方法能提早蔬菜种植上市供应的时间，且有利于节水灌溉和施肥[1]。同时，随着蔬菜生产的人工成本剧增，使得以农机科技创新为手段、采用机械化生产成为蔬菜生产方式转变的必然选择[2]。因此，研发设施蔬菜种植开沟机已经成为迫切需求。而开沟器作为设施蔬菜种植开沟机的关键部件，其形状的优劣直接影响开沟作业的入土能力、起土能力、回土能力、开沟阻力和沟形稳固等性能。为此，笔者针对设施蔬菜沟内种植的农艺要求，设计一种船形铲式蔬菜种植开沟器。

1 开沟器的结构和工作原理

船形铲式蔬菜种植开沟器的结构如图1所示，由铲头、铲刃、船头侧板、船身侧板、底板、筋板、立柱和尾板组成。铲头、铲刃、船身侧板和船头侧板是由一块钢板冲压而成的复杂曲面，然后，与底板、尾板、筋板、立柱焊接在一起。

注：1.铲头；2.铲刃；3.筋板；4.立柱；5.尾板；6.船身侧板；7.船头侧板；8.底板Note：1.shovel head；2.shovel blade；3.stiffened plate；4.column；

5.tail plate；

6.hull side plate；

7.ship's side plate；

8.bottom plate图1 开

沟器的结构示意Fig.1 The structure of the furrow opener

铲头呈近似三棱锥形，主要是便于切入土中，铲破土层。铲刃是一条处于正中间的弯曲脊线，用于将推升而来的碎土块分向两侧边。船头侧板与水平面呈倾压之势，将过高的土块压向沟的两边。船身侧板近似于倾斜的平面，用于挤压沟形侧面。底板呈前端下倾、后端逐渐水平的形状，便于从沟底滑过并挤压沟形底面。筋板和尾板起到增强开沟器结构强度的作用。立柱用于开沟器与开沟机机架的联接。

开沟器平直向前运动时，土层经铲头戳破，然后被铲刃分向两侧，初步形成种植沟，推得过高的碎土块再被船头侧板压向沟的两边，最后在船身侧板和底板的挤压作用下，形成稳固的沟形。

2 开沟器的关键参数设计

为实现良好切土和稳固沟形的功能，确定开沟器的关键参数有：入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度，如图2所示。现

以开挖沟底宽100 mm、沟顶宽200 mm、沟深70 mm的梯形种植沟为例，设

计开沟器的结构参数。

图2 开沟器的关键参数Fig.2 Key parameters of the furrow opener

2.1 入土角入土角越小，铲头强度降低，使用寿命越短；入土角越大，土层易

抬高翻土，铲土阻力越大[3]。入土角沿着铲刃上升方向稍有变大，可加速将切开

的土层平缓推高。根据实际情况，取入土角α=30°。

2.2 入土隙角入土隙角β的存在有利于铲头入土。入土隙角越小，底板与土层

的摩擦阻力越大，会加速底板的磨损；入土隙角越大，易造成土壤回落到沟底，并且使沟底不平[4]。入土隙角一般为5°～10°，根据实际情况，取入土隙角β=8°。2.3 铲头张角铲头张角越小，铲头长度就越长，开沟器的结构不够紧凑；铲头

张角越大，入土扰动土层范围越大，入土阻力就越大[5]。根据实际情况，取铲头