用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置_薛旋.pdf

SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.2 Feb.2023，Total No.349用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置基金项目 东北林业大学国家级大学生创新训练项目（202110225029）收稿日期：20220529；修回日期：20220701作者简介：薛旋（2000），男，山东济宁人，在读本科，主要从事机械电子工程研究，E-mail：。通信作者：贾娜（1975），女，黑龙江齐齐哈尔人，博士，副教授，主要从事机械设计、木质材料加工、木材加工刀具等研究，E-mail：。薛旋，贾娜，邹佳男，王豪，张佳玉，田野摘要：针对林幼苗栽植环节在实际治理过程所存在的环境恶劣、人力成本高、工作效率低等问题，本文设计了一种用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置，该装置利用曲柄摇杆机构进行上下动作、基于双摇杆机构进行开合、联合使用耦合的双摇杆机构及反平行四边形机构。该装置采用一机多用的方式，不仅减少了人力成本和劳动强度，而且节约了机器使用的维护成本。关键词：幼苗栽植；曲柄摇杆机构；双摇杆机构；反平行四边形机构；耦合装置中图分类号：TH12；S776.26文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.02.112（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150040）文章编号：1674-9146（2023）0211202经过对我国林业和林木机械市场的调查，发现国内林业和林木机械市场存在严重的供需不平衡现象1，我国 2014 年发布的第八次全国森林资源清查结果显示，全国森林面积为 2.08 亿 hm2，森林覆盖率为 21.63%，远低于世界 31%的平均水平，人均森林覆盖面积仅仅为世界平均水平的 1/42。因此，发展林幼苗栽植成为林业发展的重要环节。而造林施工却离不开森林机械设备，如造林区的清扫、除灌、整地等情形需采用割灌机、植树造林机及整地机械设备等，造林还存在时节性大、时限短、任务重的特点，缺少森林机械设备的辅助，将会无法实现大规模造林的目标3。因国内机械设备产业迅速发展，故各行各业的机械化水平和程度都有显著提高，如农业、矿业、建材等行业都基本上实现了全机械化作业；但与此同时，以植树机为典型代表的林区机械设备却未向人们所期望的那样蓬勃发展，林区机械装置的普及率也有待继续提高4。现在国内外相关研究均不完善，虽然目前国外的研发设计机构在植树机械设备研发应用方面有较高水平，但是由于设计和研发需要的机械设备构造复杂、成本相对偏高，使其部分功用方面还需要进一步完善；国内目前对植树机这一新兴领域的机器设备研发工作相对偏晚，基本以功用相对单一、技术水平相对落后的挖坑机和打坑机为主，例如 3WH-60 型悬挂式挖坑机、3WS-2.8 型手提式挖坑机5。手提式和牵引式挖坑机的共性优点是组织严密、体型小，适用于山地丘陵、平地和小斜面的山丘掘坑作业，工作适应性较好，但缺点是操作者易疲劳。与手提式挖坑机比较，悬挂式挖坑机优点是：机动灵巧、力量足，特别适宜挖入口径较大、坑深较深的坑穴，而且该机的挂具形式繁杂，可设置于动力机械设备的相关部分，还可安装多种型式的牵引力机械设备，但它也有突出缺陷，即作业区域受较大的局限，不适于山丘和大坡率山地使用6。综上所述，林业栽种机械的发展快慢严重影响着造林速度、质量和成本。因此，设计一种一机多用、自动化程度较高，用于林幼苗栽植的耦合装置显得非常重要。1用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置结构设计1.1整体设计零部件在林业机械应用中具有举足轻重的地位，其品质对整个机械稳定性有着重要的影响。进行林业机械设备的安全性设计，首先要注意的便是机械设备零部件的强度，唯有在零部件强度与刚性完全符合质量标准的前提下，才可以保证设备运行的稳定性，从而提高机械设备的安全7。本装置整体由三大部分组成：机架、连杆机构、拨土铲。装置整体采用弹簧钢材料，弹簧钢可以提高装置整体强度和增加淬透性。优异的热加工、综合力学、抗脱碳等性能使弹簧钢广泛应用在汽车、拖拉机制造业中，同时用来制造负载较重、*应用 技 术Applied Technology-112-2023 年 2 月总第 349 期应力较大的板簧和孔径较大的螺杆弹簧，见图 1。1.2结构设计1.2.1机架部分机架部分为一块整体的 L 型板，上有连杆铰接孔，用于连接连杆机构并提供整体的支撑。1.2.2连杆机构部分连杆机构固定在机架上，4 根连杆构成了反平行四边形机构，上端连杆又可以与机架相连构成双摇杆机构，中间连杆与动力源相连，可以实现动力的传递，同时实现各式动作的操作。1.2.3拨土铲部分拨土铲为本装置的执行机构，通过前后两连杆将拨土铲两侧连成整体，并且可以实现将一半对应着另一半进行开合，两端控制完成终端的拨土和挖坑动作，见图 2。2用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置工作原理耦合装置开始工作时，外部动力通过曲柄模式输入到连杆，使连杆之间相互带动形成绕机架转动，实现拨土铲两侧闭合插入土壤及形成带土而出的挖掘动作。同时，连杆通过铰链连接带动拨土铲开合，拨土铲进行力和运动的传递，使连杆绕机架转动，实现了基于双摇杆机构的单面挖土铲开合动作，包含挖土铲下降挖掘的闭合动作和挖掘后展开的土壤释放动作。通过多根连杆之间构成的反平行四边形机构实现拨土铲两侧的配合，形成跟随运动，进而改变林幼苗发育状况不同致使幼苗植株大小不一的现状。随着与动力源相接触的连杆持续动力输入，拨土铲连续完成拨土铲闭合、拨土铲下降插入土壤、拨土铲带土而出、拨土铲展开释放土壤等程序动作，同时配合电气部分控制的林幼苗气动送进的动作，一气呵成完成林幼苗坑穴挖掘任务和柳树苗栽植任务，实现高效机械化作业。3用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置应用的有益之处林业机械的发展将会向着标准化、高效化、系统化、成套技术化发展8，这虽然会对开发设计人员形成极大挑战，但也是我国林业机械水平赶超世界水平的良好机会9。林业生态建设最重要的目的是保持自然环境的稳定，保护自然环境不遭到污染，然而目前部分林木机械设备制造商为了达到造林率高的目的，增大了造林机械设备的功率，资源利用率发生了明显降低，机器在使用过程中会造成燃料燃烧不完全的现象，导致排出大量污染物10。应用本装置的有益之处如下。1）创新性地采用曲柄摇杆机构、双摇杆机构及反平行四边形机构进行耦合，通过连杆将动力源的动力进行合理分配，用同一个动力源，经过连杆转化成各个动作，达到不需要每一个动作都连接动力源的目的，实现一机多用。针对不同的深度宽度工况需要，只需在中枢控制系统进行一次性的更改，就可以针对该工况进行工作。2）在栽植穴地挖掘和林幼苗栽植过程中，实现机械化挖坑栽植，并且通过与拖拉机等大型动力源的匹配，提高了资源利用率，实现了机械化规模化作业，有效解决了人工挖坑栽植效率低、劳动强度大的问题。4结论针对我国季节性和地域化所造成林业机器作业持续性短、设施年使用量低等问题的现状，设计的耦合装置选择了通用机架，装备的总体工程设计思路在总控制系统中进行一次性的调试，就能满足当前工况需求。装置实现了单机多能，并通过更换其他程序和少量部件就可适应其他林区作业场景，提高了使用率，并且相较于某些林业机械专机专用的特点，一定程度上节约了机器的维护成本。最后，本挖坑机械作业环境实现了平原、沙地、丘陵、山地和沟壑等多种条件下的作业目标，其对未来植树装置的设计制造提供了借鉴。参考文献：1吴则坤,邹桂珍,宗丽芬.试论我国林业机械的现状及其发展J.农业与技术,2014,34(1):70.（下转第 117 页）1，2，4，5，6，7，8连杆；3机架；9，10拨土铲图 1用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置整体结构图14567891023图 2拨土铲局部放大图-113-2023 年 2 月总第 349 期2刘建平.我国森林资源现状及林业可持续发展探析J.黑龙江科学,2015,6(2):64-65.3莫国强.林业机械在林业产业中的作用及未来发展探究J.南方农业,2020,14(18):99-100.4张卫国,宋光辉.植树机的林区应用特点与新技术发展趋势分析J.农机使用与维修,2021(4):125-126.5于建国,屈锦卫.国内外挖坑机的研究现状及发展趋势J.新疆农机化,2007(1):45-46.6康杰,孙为云,周喜,等.国内外果木栽植机械研究现状及发展趋势J.山东工业技术,2019(4):64-65.7曹海波,尹君,马春辉,等.林业机械设备设计的安全性探究J.时代农机，2020，47(1):73-74+77.8罗梅,刘延鹤,蒋鹏飞,等.我国林业装备的发展现状及未来趋势J.林业机械与木工设备,2021,49(1):8-11+17.9刘云录,王景田,丛桂芳.当代林业机械发展及应用J.现代农业科技,2013(23):199-200.10李崇利.林业机械在生态林业发展中的应用及其前景J.农家参谋,2019(10):132.（实习编辑张志勇）Coupling Device for Planting and Digging Pits of Forest SeedlingsXUE Xuan,JIA Na,ZOU Jia-nan,WANG Hao,ZHANG Jia-yu,TIAN Ye(College of Mechanical and Electrical Engineering,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)Abstract：In view of the problems such as bad environment,high labor cost and low work efficiency in the actualmanagement process of forest seedling planting,this paper designs a coupling device to realize forest seedling planting,whichuses crank and rocker mechanism for up and down movement,opens and closes based on double-rocker mechanism,anduses coupled double-rocker mechanism and contraparallelogram mechanism in combination.This device uses a multi-purposeway,not only reduces the labor cost and labor intensity,but also saves the maintenance cost of the machine.Key words：seedling planting;crank and rocker mechanism;double rocker mechanism;contraparallelogram mechanism;coupling deviceAnalysis on the Technology and Development of Blockchain Underlying PlatformSUN Hui-fang1,ZHU Jia-heng2(1.College of Packaging,Zhongshan Torch Polytechnic,Zhongshan 528437,China;2.College of Optoelectronic Information,Zhongshan Torch Polytechnic,Zhongshan 528437,China)Abstract：In view of the different characteristics of different blockchain platforms in terms of decentralization,performance,scalability,deployability and other aspects,this paper compares and summarizes some mainstream platforms in terms ofblockchain type,consensus algorithm,smart contract deployment,data storage,external interface,performance and otheraspects,and the results show that the deeply customized alliance chain is superior in performance;the public chain is highlydecentralized,but its performance is limited;the blockchain platform technology is generally developing in the direction ofhigh performance and scalability.Key words：blockchain;decentralization;smart contract;consensus mechanism京:人民邮电出版社,2020:31+79+195.7孙惠芳,郭艳平,伍敏君.基于区块链技术的电子产品溯源方案设计J.电子技术与软件工程,2021(21):192-194.8石柳.基于区块链的蔬菜质量安全溯源系统设计与实现D.广州:仲恺农业工程学院,2019.9李辉忠,李陈希,李昊轩,等.FISCO BCOS 技术应用实践J.信息通信技术与政策,2020(1):52-60.10邓小鸿,朱年红,黄磊,等.LBA:轻量级区块链架构J.计算机应用研究,2021,38(10):2904-2908+2914.11FISCO BCOS.FISCO BCOS 技术文档EB/OL.2019-12-31.https:/fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html.12林诗意,张磊,刘德胜.基于区块链智能合约的应用研究综述J.计算机应用研究,2021,38(9):2570-2581.13EOS.IO Technical White Paper v2EB/OL.2018-04-28.https:/ 113 页）-117-