跳跃式播种智能草方格铺设固沙车设计

张艺 张津瑞 安一凡 杜志远 于凤才 孙立博

（河北农业大学 机电工程学院 河北保定 071001）

摘要： 土地沙漠化是危及人类生存的重大问题，在工程治沙中最有效的是铺设草方格。本团队针对以上问题设计出了跳跃播种草方格式多功能固沙车，主要由铺草装置、压自锁式升降草机构、多功能旋转凸轮式播种器、同步式撒水箱、智能图像识别器及履带行走底盘组成，装置能够按照需求进行草席输送并进行插草，同时进行播种工作，并通过压草圆盘的滚动使输草箱中的草席随动入土，驱动凸轮带动播种器循环升降跳跃操作。该装置实现了种植草种与铺设草方格同时工作，采用双排式播种，保证草方格内都含草种，自动水箱播种后自动洒水，保证种子存活率。

关键词：草方格铺设；土地荒漠化；精准种植；沙漠种植；智能农机

1 引言

近几年，荒漠化是全球性重大环境问题之一。荒漠化威胁人类生存，甚至使许多人沦为“生态难民”，由于荒漠化不断扩展，沙尘暴越来越频繁，不仅对生产建设造成极大破坏，而且给人民生命财产带来重大损失。现有铺设草方格的主要以人工作业为主，存在劳动强度大、成本高、作业灵活性差等问题。针对以上问题，急需设计一款集机械化与自动化于一体的草方格固沙车装置来改善荒漠化问题，促进人与自然的和谐稳定。

2工作原理

该装置利用电动机驱动，同时小电机配合工作使草席卷与播种机转动，放置在输草箱中的草匀速落到运草板上，最后均匀地落在沙漠地上，再经过圆盘刀使草轧入沟中形成草方格。凸轮机构使播种机按照一定频率转动，当遇到草方格边缘时，播种机提升高度越过草方格，之后降低高度至土壤以下进行播种工作。安装在本装置两侧的超声波传感器通过实时检测，调节装置左右端与草方格的距离，保证草方格规格一致。

3 总体方案设计

本团队本着高效率、高精度、低成本、低排放的原则，经过独立自主创新设计，对该用于沙漠的自动放置草方格及种植草籽的一体化机械装置的距离检测功能、高精度排种等模块进行多重方案实验选择，最终确定基于凸轮机构的排种系统的设计原理。装置包括机架及底盘、铺草系统、播种系统、传动机构以及控制系统。所述机架由方管以及钢板组成，底盘由四个履带轮及四个电机组成。总体结构如图1所示。

图1总体结构实物图

4 铺草系统设计

铺草装置是智能沙漠种植及草方格铺设装置中的草方格铺放主要模块，铺草系统能够存放、匀速输送秸秆至地面并将秸秆压入地面15cm，保证地面上方草方格沙障高度15-20cm，铺草系统包括输草箱、草席卷、运草板、电动推杆以及圆片刀。

表1 滑动装置主要组成零件表

零件名称	数量
输草箱	1
草席卷	1
运草板	1
电动推杆	2
圆片刀	2

图2 滑动装置结构图

5 播种机构设计

播种装置分为凸轮机构、连接杆、播种器，此装置的设计是为了凸轮机构与连接杆可枢转地连接，凸轮机构驱动连接杆带动播种器在机构的上部与下部之间往复运动且凸轮机构与电机相连。凸轮机构使播种器按照一定频率转动，当遇到草方格边缘时，播种机提升高度越过草方格，之后降低高度至土壤以下进行播种工作。

图3播种装置结构图

6 解决的关键问题

（1）降低我国沙漠化程度：中国是世界上荒漠化和沙化面积大、分布广、危害重的国家之一，采用本装置后，预期能够一年内降低我国30%土地荒漠化程度。

（2）提升沙漠治理劳动力：随着我国城市化不断地发展，部分地区出现了青壮年劳动力缺乏的现象。环境治理收益较低，目前农村劳动力大部分由老人和留守儿童组成，农村劳动力资源下降，沙漠治理进程减缓。

（3）提升荒漠化治理质量：由于劳动人员长时间弯腰或耕地状态进行沙漠治理工作，长时间的工作难免产生厌烦，身体也容易疲劳导致作业效率低，草方格铺设效果和质量也不统一，返工率较高。采用本装置后能够有效提升荒漠化治理质量。

（4）降低荒漠化治理成本：人工荒漠化治理作业时间长，任务量大，劳动力需求量大，采用本装置后可降低荒漠化治理成本。

参考文献

[1] 李跃娟．草方格铺设机器人横向气动插草机构动力学仿真分析．东北林业大学硕士论文.2005:25~34

[2] 李杰．车辆行走机构与沙地相互作用及仿驼蹄轮胎力学模型的研究．吉林工业大学博士学位论文.1997:1~623~28

[3] 董丽．防风固沙草方格铺设机器人气动系统设计．东北林业大学硕士学位论文.2005，45~46

[4] Nalece.A.G,Investigation into the stability of four wheel steering vehicles. IntJ. Vehicle Design1988 Vol. 9:159178

[5] Bakker.E,Tyre modeling for use in vehicle dynamic studies. Society of Automative Engineers.Inc.U.S.A. SAE paper870421

基金项目：河北农业大学大学生创新创业训练计划项目《

跳跃式播种智能草方格铺设固沙车》（202310086018）
作者简介：张艺，男，2001.03.01，河北保定人，本科在读，研究方向：工业设计。