草方剂铺设机构的设计

草方剂铺设机构的设计

沙漠化是人类生存最严重的环境问题和自然灾害之一。实践表明，在工程沙处理技术中，最有效的方法是铺好草坪，用反向种子将其从中部压入沙子。填充沙的深度为15.25cm，沙表面的高度为15.25cm。实验表明草方格的尺寸为1m×1m方形格是最科学和最经济的,草方格可将地面风速降低40多倍,经过3～4年麦草腐烂后可重新再扎。如此循环,有机质在沙层表面沉积,形成一层沙结皮,最终自然成为沙地表层的保护膜,流沙便可被固定。草方格铺设机器人的工作原理是以机械插入的方式快速形成草方格,大大提高了作业效率并降低作业成本。草方格铺设机构是草方格铺设机器人的重要执行机构,它由纵向铺设机构和横向铺设计机构两部分组成。纵向铺设机构是沿机器人行进方向连续铺设,横向铺设机构则是垂直于机器人行进方向每隔1m间歇铺设一次,两部分机构协调动作,将草插入沙中,形成草方格。1根据需要调整更m草方格铺设机构能一次性铺设长度连续、宽度为3m的草方格,草方格的规格通常为1m×1m,也可根据需要调整为2m×2m或3m×3m。草插入沙中深度为15～25cm,纵向滚轮压草深度平均为20cm,横向插刀插草深度平均为16cm,留在沙子表面的草障高度为15～25cm,作业后沙地上可形成草方格立体沙障,草方格铺设机构的主要技术参数见表1。2纵向铺设机构纵向铺设机构沿机器人行进方向一次同时铺设四条草沙障,间距为1m,如图1所示。为了有利于草方格的铺设和草在风沙中的固定,所铺设的草是稻草或麦草由中间平行两根细绳编织成的草帘。草方格铺设机构是在三维软件环境下设计的,纵向铺设机构的三维图如图2所示,图3是其结构示意图。纵向铺设机构的铺设原理主要是将草帘平铺到地面,然后用压草轮7直接从草的中间压下,将草帘压入沙中。为了防止草帘插入前被风吹跑,草帘需即铺即压,草帘到达地面后立即插入沙中。纵向铺设机构由角钢和管钢焊接成的伸缩架1作支撑,其它零部件均安装在它的上面。由草帘卷成的换草草辊2和供草草辊9安装在草辊支撑滑道3上,草辊直径为900～1000mm。整个纵向铺设机构一共有4个供草草辊和4个换草草辊。压草辊12在压草气缸11的弹簧作用下顶着供草草辊9并带动其转动。草帘从转动的供草草辊9上落下,沿着挡风板6传送到地面,压草轮7在压草油缸8的作用下从草帘中间将草帘压入沙中,压入深度为20cm,其后的覆沙器9由两边向中间拢土以加固压入沙中的草帘。当供草草辊9上的草帘铺完时,换草气缸5迅速下降,带动横杆4下移,此时供草草辊轴沿草辊支撑滑道3下滑落下,换草草辊2也同时下滑,换草气缸5复位,换草草辊2停在供草草辊位置。此时换草完毕,纵向铺设机构可继续作业。当铺设规格为1m×1m的草方格时,四个压草轮7同时压入沙中,供草部分全部工作;当需要铺设规格为2m×2m草方格时,只需其中任意两个相距2m的压草轮7压入沙中,相应的供草部分向下供草,其余两个压草轮抬起,供草部分也不需供草;需要铺设规格为3m×3m的草方格时,最外边的两个压草轮工作,中间两个压草轮抬起。这样,就可以实现多种规格的草方格铺设。3横向草沙障插装机构的确定横向铺设机构与纵向铺设机构同时动作,横向铺设机构在纵向铺设机构所铺草沙障的三个空档中一次同时插入850～1000mm长的横向草沙障,行进1m后继续插入,如此循环动作即可形成如图1所示的草方格。横向铺设机构的三维图如图4所示,图5所示是其结构示意图。横向铺设机构每隔2s(即机构向前行进1m)插入一次,要求插入力大,速度快,因此选用气缸与杠杆结合作为执行机构,这样既能满足要求,又能做到结构简单。横向铺设机构与纵向铺设机构不同的是将草帘铺在机构底部的平带上,插刀从草帘中间向下迅速插入后迅速复位。草辊安装在整个机构的上方,一共有6个草辊,3个间距为1m的供草草辊1和3个间距为1m的用于换草的换草草辊9。与纵向铺设机构相同,草辊都是用850～900mm长的稻草或麦草编织成的草帘打卷而成。从供草草辊1输送下来的草帘经过上部输草机构4四个胶辊的相对挤压转动向下输送。上部输草机构4由一个步进电机驱动,胶轮的相对挤压转动使供草草辊随之转动。从上部输草机构出来的草帘进入S形导向槽6,S形导向槽6使草帘在输送过程中免受风或振动的影响,顺利传送到下方的草帘输送带7上。草帘输送带7一端有胶辊压在草帘上,使草帘能够平铺在草帘输送带7上。当铺在7上的草帘长度达到850mm时,草帘输送带7一端的胶辊紧压草帘,同时,剪切机构5的两个刀片剪断草帘上的两根细线,草帘就被切下了850mm长的一段。与此同时,横向压草气缸10快速伸出,带动摇臂11运动,在摇臂11的作用下横向插刀3沿横向插刀导向筒12向下插入,在草帘中间将草帘插入沙中,深度为20cm。然后横向插刀3和剪切机构5复位。整个剪切插入动作可在0.2s内完成。由于上部输草机构没有停止动作,在S形导向槽6中会缓存少量草帘,一次插入动作完成后,草帘继续向下输送,平铺在草帘输送带7上,进入下一个动作循环。当供草辊上的草用尽时,换草架8向右移动,换草草辊9移到原来的供草草辊位置继续向下供草,实现自动换草。当草辊上的草再次用尽时,换草架8自动向左移动至原位,重新装草。横向草沙障插在纵向草沙障的空档中,当铺设的草方格规格为1m×1m时,三个横向插刀需全部动作,相应的供草部分也全部动作,2s(即机构行进1m)动作一次;当铺设草方格规格为2m×2m时,与纵向草沙障对应的横向插刀进行动作,4s(即机构行进2m)动作一次,剩下的一个横向插刀提升到最高位置不动;当铺设草方格规格为3m×3m时,三个横向插刀全部动作,只是这时6s(即机构行进3m)动作一次。为了解决机器人在沙漠中行进时由于地面不平致使草帘横向插入深度不均匀的问题,横向铺设框架2的离地高度可采用油缸进行及时调整。横向铺设框架结构2的离地高度为150～200mm,超出这个范围时,横向铺设机构上的测距雷达将信号反馈给计算机,计算机会下达调整指令。当横向铺设框架结构2过低时,会影响纵向铺设机构铺设的草沙障质量,严重时会将草帘刮倒或带起;而当横向铺设框架结构2过高时,草帘的插入深度不够,在风沙的作用下又很容易被拔起。如需调整草帘在沙中的插入深度,只要调整横向铺设框架结构2的离地高度即可。4沙区与沙区的草国土壤资源在内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗桑根达来林业治沙站对草方格铺设机构进行了试验,试验按试验大纲规定的试验条件和方法进行。实验地为流动沙丘,沙地条件为:最大坡度25°,沙丘和沙地面积达4万多平方米;浮沙与干沙厚度最大达25cm,沙丘与沙丘之间的最小距离为50m。试验结果