一种栽植机多功能镇压机构的探讨

张义胜 宫玉敏 高光明 刘琦 周慧

摘  要：在植树作业时时，树苗周围的土壤往往出现较大的土块，土壤无法沉降变密实，增加水分的蒸发，严重影响了树苗的成活率。现有的植树机镇压机构不具备破碎较大土块的功能，且只能镇压树苗的两侧，两棵树苗之间的纵向位置是没法镇压的，且镇压出的形状是平面的，给树苗施水时，水四处流淌，不利于施水的贮存，也影响了树苗水分的吸收和成活率。虽然有的植树机设有垄的两侧面覆土装置，但是覆土装置的宽度是固定的，不能适应垄的宽度变化。现有的镇压机构，镇压轮的表面是平的，往往出现打滑现象，容易壅土和堆土;且镇压轮的质量是固定的，针对不同的土壤，不能调整镇压力度。针对存在的问题，我们设计了一种集树苗四周纵横向镇压、破土、垄侧面覆土宽度可调、镇压力度可调的多功能镇压机构。并对镇压轮、弹簧等主要部件进行了设计优化。

关键词：树苗  镇压  覆土  弹簧

中图分类号：S220.2    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）08（b）-0050-03

Abstract： When planting trees， the soil around the seedlings often appear larger soil， the soil can not settle dense， increase the evaporation of water， seriously affect the survival rate of seedlings. The existing Arbor suppression mechanism does not have the function of breaking larger pieces of earth， and can only suppress the two sides of the saplings. The vertical position between the two saplings can not be suppressed， and the shape of the pressure is flat. When water is applied to the seedlings， water flows around. It is not conducive to water storage， but also affects the water absorption and survival rate of seedlings.Although some Arbor machines are equipped with two sides of the ridge overlay device， the width of the overlay device is fixed and can not adapt to changes in the width of the ridge.In the existing repression institutions， the surface of the pressure suppression wheel is flat， and there is often a phenomenon of skid， which is easy to choke and pile up soil. And the quality of the compressive wheel is fixed， and for different soils， the compressive force can not be adjusted. In order to solve the existing problems， we designed a kind of multifunctional suppression mechanism with vertical and horizontal suppression around the saplings， which can adjust the width of soil cover and the pressure level. The design and optimization of the main parts such as the compression wheel and spring are also carried out.

Key Words： Saplings; Repression; Soil cover; Spring

在植樹作业时，树苗周围的土壤往往出现较大的土块，土壤无法沉降变密实，增加水分的蒸发，严重影响树苗的成活率[1]。现有的植树机镇压机构不具备破碎较大土块的功能。

现有的植树机用镇压机构，镇压出的形状，是树苗两侧的两个平面。给树苗施水时，水四处流淌，不利于施水的贮存，也影响树苗水分的吸收和成活率。

植树机用镇压机构镇压后，垄的两侧面土壤疏松和凸凹不平，既不美观，也会造成土壤流淌向两侧[2]。虽然有的植树机设有垄的两侧面覆土装置，但是覆土装置的宽度是固定的，不能调整，不能适应垄的宽度变化。

现有的植树机用镇压机构，镇压轮的表面是平的，往往出现打滑现象，容易出现壅土和堆土现象。

现有的植树机用镇压机构，镇压轮的质量是固定的，针对不同的土壤，不能调整镇压力度。由于镇压轮是安装在植树机最后面的，如果增大镇压轮的质量，则增加植树机向后的翻转力矩，降低植树机纵向的稳定性;如果减轻镇压轮的质量，则影响镇压效果。

现有的植树机用镇压机构，两棵树之间的纵向位置是没有办法机械镇压的。

针对植树机用镇压机构存在的问题，我们设计了一种集树苗四周纵横向镇压、破土、垄侧面覆土宽度可调、防止打滑、镇压力度可调整的多功能镇压机构。

1  栽植机镇压机构的结构

镇压机构的结构如图1所示，镇压机构由螺钉、挡圈、垄侧面覆土板、镇压轮轴、轴承、孔用弹性挡圈、键、滑动套、悬挂轴、挡圈、开口销、导柱导向板、垄覆土板间隔套、中间镇压轮、中间镇压轮拨叉、气缸（油缸）联接法兰、气缸（油缸）、探头、垄侧面覆土板转臂、转臂固定板、螺栓、螺母、垫圈、机架、导柱、弹簧、垫圈、调整螺母、破土侧转臂、镇压轮等组成。

镇压机构转子结构如图2所示;镇压机构转子由螺钉、垄侧面覆土板、垄覆土板间隔套、镇压轮轴、轴承、孔用弹性挡圈、镇压轮、中间镇压轮、键、滑动套等组成。

2  栽植机镇压机构的工作原理

两组镇压机构左右对称布置，完成对树苗四周纵横向的镇压工作。

图2为镇压机构转子结构示意图，镇压轮的一侧，设计有齿形结构。齿形结构有3个用途：一是能够将树苗周围的大土块粉碎，使土壤沉降变密实，减少水分的蒸发，提高树苗的成活率。二是能够增加摩擦力，减少镇压轮的打滑现象，减少壅土和堆土现象。三是由于齿形外径略大于镇压轮的外径，镇压后在树苗的两侧形成两道沟槽，便于存水。

镇压轮的另一侧，外圆设计有轴台，轴台上加工有若干螺孔，用于安装垄侧面覆土板。该结构的特点是：垄侧面覆土板的内孔装入入镇压轮的轴台后，用螺钉紧固。垄侧面覆土板间隔套的数量为一组，更换垄侧面覆土板间隔套的宽度，即可以调节垄侧面覆土板的轴向位置，即改变垄的宽度。图1所示为垄最宽位置。

覆土板内侧的斜面，将垄侧面的土壤挤压成型。

垄侧面覆土板转臂和破土侧转臂中间部位加工上长孔，镇压机构可沿长孔上下浮动，以适应不同的地形。图1为镇压机构最低位置。

弹簧套在导柱上，上端压在导柱导向板的下侧，调整螺母用于调整弹簧的紧度，即镇压轮力量的大小。图1为弹簧自由高度时位置。

导柱的另一个作用是，使镇压轮只能垂直移动，防止镇压轮沿着转臂悬挂轴转动。

植树过程中，当中间镇压轮接近树苗时，探头发出信号，气缸（油缸）动作，通过中间镇压轮拨叉将中间镇压轮向外侧拉动，中间镇压轮避让树苗，防止压坏树苗。此时，中间镇压轮协助镇压轮对树苗的两侧进行镇压。

当中间镇压轮远离树苗时，探头发出信号，气缸（油缸）动作，通过中间镇压轮拨叉将中间镇压轮向内侧拉动，开始中间镇压。如图1所示，右侧为中间镇压轮镇压两棵树之间的位置，即最内侧位置。左侧为协助镇压轮对树苗的两侧进行镇压，即最外位置。

和镇压轮的结构一样，中间镇压轮也设计成齿形结构，其齿形外径略大于镇压轮的外径，也具有镇压、破土、防止打滑、在地表面形成沟槽的作用。

图3为中间镇压轮拨叉结构图。

3  镇压机构的的主要部件设计

3.1 镇压轮结构

镇压轮采用圆管制作，外径选用160mm。镇压轮端面的齿形结构，采用12齿，宽度50mm，齿形结构的外径选用220mm。即镇压后，在树苗的一侧形成一道深30mm、宽50mm的储水沟。

中间镇压轮采用齿形结构，选用12齿，宽度28mm，齿形结构的外径选用220mm。

当镇压机构避让过树苗，即在两颗树苗之间镇压时，左右两个中间镇压轮联合镇压后，在两颗树苗的中间部位形成一道深30mm、宽56mm的储水沟。

当镇压机构避让树苗时，中间镇压轮协助镇压轮对树苗的两侧进行镇压，树苗的单侧，形成一道深30mm、宽78mm的储水沟。

3.2 垄侧面覆土板结构

垄侧面覆土板结构，采用钢板结构。覆土板内侧加工上一个斜度，将垄侧面挤压成型。

覆土板的外径选用500mm，即最大覆高深度为170mm。改变覆土板的外径，可以改变覆高深度。

改变垄覆土板间隔套的宽度，可以改变覆垄的宽度。

3.3 垄侧面扶土板转臂及破土侧转臂結构垄侧面覆土板转臂和破土侧转臂中间部位加工上一个长孔，孔的直径采用25mm，长度采用120mm，与长孔相配合的悬挂轴直径为24mm，即镇压机构可沿长孔上下浮动120mm。

3.4 弹簧的结构设计单组镇压机构的重量为30kg，即300N。弹簧结构如图5所示;采用压缩弹簧，弹簧丝的直径设计为2.5mm，弹簧中径为18mm，自由高度为220mm，有效圈数为22圈，弹簧内径为15.5mm。导柱的外径设计为12mm。

图1所示位置，为镇压机构最低位置，即弹簧自由高度位置。向上拧紧调整螺母，即压缩弹簧高度，增加镇压力量。这里以弹簧压缩60mm时为例，计算镇压轮增加的镇压力。镇压轮增加的镇压力，即弹簧工作载荷计算公式为[4]：

4  结语

镇压轮一侧的齿形结构，能够将树苗周围的大土块粉碎，使土壤沉降变密实，减少水分的蒸发，提高树苗的成活率;能够增加摩擦力，减少镇压轮的打滑现象，减少壅土和堆土现象。能够在树苗的两侧及纵向形成沟槽，便于存水。

在完成镇压功能的同时，垄侧面覆土板可以完成垄侧面覆土功能;同时，可以调节垄侧面覆土板的轴向位置，能适应不同的覆垄宽度。

镇压机构可上下浮动，以适应不同的地形。

镇压轮力量的大小，可用调整弹簧的压缩量来获得。从而减轻了镇压轮的重量，减轻了整个植树机的重量，提高了植树机纵向的稳定性。

有效地解决了现有的植树机用镇压机构，两棵树苗之间的纵向位置没有办法机械镇压的问题。图5为镇压效果图。

参考文献

[1] 李玉泉，刘海鹤.营林机械的使用与发展[J].林业机械与木工设备，1999（6）：28-29.

[2] 杜令银.十五种营林机械的研究、试验、改进和推广[J].林业机械，1990（4）：3-7.

[3] 杨黎明，黄凯，李恩至，等.机械零件设计手册[M].北京：国防大学出版社，1984：324，335.