沙漠植苗一体机的设计

沙漠植苗一体机的设计

刘颜恺 张晓君 王晴 赵庆鑫 郭翔斐 王鹏飞

辽宁科技大学 机械工程与自动化学院 邮编： 114051

摘要 土地荒漠化一直是我国较为棘手的一个问题，尽管在最近几年，我国的荒漠化程度有所缓解，但是依然存在很大面积的沙漠，根据实际需求设计出一款能够在沙漠中独立完成植苗工作的沙漠植苗一体机，该设备能够完成打孔、立苗、浇水和施肥等功能，不仅规范了树苗的种植过程，还提高了树苗的存活率，在很大程度上为解决荒漠化问题带来了希望。

引言

植树造林是目前解决土地荒漠化的最有效手段，很多原本肥沃的土地因为水土流失等原因变成了贫瘠的荒漠，造成了土地资源的浪费，而且对生态环境也是有着很大的危害，只有多种树，才能有效的防止土地荒漠化。沙漠植苗一体机就是以减少工人的劳动强度和提高植苗效率为根本，先将该设备的硬件设计部分进行逐一介绍。

1 研究背景与意义

目前，我国正在遭受着比较严重的土地荒漠化的危害，尽管近年来我国的荒漠化程度持续减轻，绿植面积不断增加，但是仍然还有大面积的荒漠分布在新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等地区。土地荒漠化的过程是逐渐演变的，而且其危害却是持久的，不仅会影响到目前人类的生活，甚至还会对子孙后代的生活造成危害。因此，土地荒漠化的治理就成了当今较为热门的话题。目前治理土地荒漠化最有效的手段就是植树造林，根据树苗的生活习性，使得它成为了治理荒漠化土地的主力军。但是，要想在荒漠中大面积种植树苗也是一件较为困难的事，不仅需要的大量的树苗，而且种植过程中所需要的人力物力也是一大难题。

一般来说，树苗种植有三种方式：人工直接种植、水冲植苗、螺旋钻种植，但是这三种方法都没有实质性的解决荒漠植苗中遇到的困难，在某些方面仍然存在一些弊端。根据上面提到的土地荒漠化的危害以及在植树造林过程中可能会遇到的难题，本次设计提出了一种沙漠植苗一体机。通过机器来代替人工进行植苗，可以减少大量的劳动力，规范且规模化的种植树苗，在种植质量和种植效率方面都会大幅度的提高，可以在很大程度上解决沙漠种植的难题。

2 沙漠植苗一体机硬件设计

本次设计的沙漠植苗一体机是一款集提苗、立苗、种苗、施水、施肥、储苗、行走于一身的多功能机器。在种植树苗方面，该机器能够按照预先设计好的苗距、施肥量等参数进行种植，相比于人工来说，更加的科学合理，效率也会大幅提高。当开始工作时，只需要工作人员按下开始按钮，机器便能够自动的工作，定期检查水、肥、苗的剩余情况，即使补充，避免机器空转。在工作阶段，机器通过流化床原理下的埋苗装置，加快沙土中的流动的速度，能够让树苗进入沙土更加便捷，立苗机构会对树苗进行竖立，同时，机器中还有施肥与沙混合沃土和施水的辅助功能提高树苗的成活率。

2.1 打孔装置设计

种植树苗的沙坑是利用流化床原理进行打孔的，在机器的顶端，设计小灯来实时反应冲孔装置与施水、施肥装置的进程情况，通过顶部的小灯能够更加直观的显示出冲孔装置与施水、施肥装置的交替转换作用。采用冲孔机构进行打孔，能够有效的控制种植区域的黄沙流动，使得整个过程变得更加的方便，在植入树苗的时候也能够更加的省力，在植苗的同时兼顾了浇水和施肥，提高了树苗的成活率。打孔是植苗的一个关键环节，如果打孔工作不能稳定的进行，后续的工作都没有办法进行，因此，打孔也就直接的影响力树苗的成活质量。

2.2 提苗与立苗装置设计

提苗装置主要是由提苗链条、储苗箱和半圆钩等部件组成，储苗箱主要是用来存放待植的树苗，提苗链条上带有传送带和若干半圆钩，半圆钩的作用是将储苗箱中的树苗由半圆钩勾住举起，两侧共同运行，将储苗机构中树苗传运到立苗机构中。提苗功能是整个装置的核心功能，树苗再放入储苗箱的时候已经呈散装的装态，通过机构的链条传动将单个的树苗进行提出，保证每个树坑了有且只有一株树苗，减少了多余树苗的浪费。

立苗机构主要是由一个输送器构成，其主要作用就是将树苗立起来放入到沙坑中，将树苗进入到立苗机构的滑槽中，通过漏斗装置进入到流化床形成的沙坑之中，因此，再选择树苗的时候，尽量选择细长且外形近乎笔直的树苗。

2.3 施水施肥装置设计

为了能够保证树苗的最大成活率以及对设备空间的充分利用，再设备的前端设计了一个凹型的水箱，通过水泵来对树苗进行浇水，在整个的设计中，将浇水和施肥装置作为一个辅助的装置进行设计，将水箱和阀门等零件进行拼接，通过连接的气动装置将水和液态肥料打入沙坑中，当出水量达到一定的时间后，阀门自动关闭，整个过程结束。

2.4 行走装置设计

行走装置是该设备自动化的一个核心装置，在沙漠中，普通的轮胎很容易发生下陷，因此，采用履带式设计能够增大沙漠的受力面积，不会发生陷车的事故。通过电动机带动履带在沙漠中行走，使得设备的行动更加的高效平稳，行走效率也随之提高。在机器的底部，为整个设备提供了强大的支撑力度，在进行设备组装的时候，着重考虑设备的中心和整体的重量，尽可能的使得设备的中心下移动，这样在复杂的沙漠环境中运行才能够更加的稳固。通过充分考虑履带的承重能力风各方面因素，通过控制板来控制履带电机运转，从而带动整个设备进行运动。

3设备特点及优势

本次设计的沙漠植苗一体机具有操作简单、减少劳动力的特点，目前来说，所有的植苗工作中都会有人工的参与，并且在市面上还没有类似的相关产品上市，该设备在工作过程中能够自主立苗、打孔、浇水、施肥，最大程度上解放了人工，减少了工人的劳动强度，并且机器种植的过程中，并不会像人一样会受到外界其他因素的干扰，造成敷衍了事的情况。在结构设计方面，空分的利用率设备上的空间，增加浇水施肥功能，不仅规范了植苗规程，还在很大程度上提高了树苗的成活率。在行走设计上，利用履带和电机的相互配合，重心大部分都在设备的底端，使得设备这地形复杂多样的沙漠中行走也变得很自如，提升了整体的工作效率。

4 结束语

习近平总书记曾经说过：绿水青山就是金山银山。现在我国的荒漠化程度依旧不容乐观，植树造林也成了防止沙漠化的唯一手段，本次设计的沙漠植苗一体机是一个较为先进的设计，并且在硬件设计方面较为合理，在实际中应用的范围广、价值高，并且符合国家的可持续发展战略。该设备的功能较为完善，减少了工人的劳动量，植苗的质量和效率都非常高。但是在设计方面还是存在些许的不足，今后会根据实际情况来进一步完善。

参考文献

[1]丁雪. 内蒙古自治区土地荒漠化动态变化研究[D].东北农业大学,2018.

[1]王斌. 开沟式植苗机构的优化设计与试验分析[D].浙江理工大学,2019.

[1]王伯鸿. 蔬菜钵苗多杆式植苗机构的建模分析、参数优化和试验研究[D].浙江理工大学,2012.

基金项目：辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目基金资助

作者简介;刘颜恺（2001-）大学本科，专业过程装备与控制工程