全自動防風固沙種植機設計研究

張瀚博 杜督 謝樂超 楊梓農 劉子鳴

摘 要：全球荒漠化土地逐年增加，沙漠化造成生態系統失衡。調查顯示，防風固沙工程主要包括物理固沙工程、化學固沙工程和生物固沙工程。防風固沙裝備及發展，分為人工防風固沙階段、機械化防風固沙階段和自動化防風固沙階段。全自動防風固沙裝備成為發展趨勢，具有不污染環境、節約能源、使用和維修方便、適宜惡劣環境等優點，全自動防風固沙種植技術已經成為當今實現智能防風固沙的重要手段之一。

關鍵詞：全球荒漠化;防風固沙;全自動防風固沙種植機;設計研究

引言：中國是世界上荒漠化最嚴重的國家之一，荒漠化土地面積達264萬km2，占國土面積的27.5%，其中尤以沙漠危害最為嚴重，其面積已達80.9萬km2，并且還在繼續擴大蔓延，平均每年有610km2左右的沙漠出現活化，其中有310km2土地淪為沙地。沙漠化造成生態系統失衡，可耕地面積不斷縮小，對中國工農業生產和人民生活帶來嚴重影響。中國西北干旱區沙漠和沙漠化土地，已成為中國乃至亞太地區沙塵暴的主要源地之一，給國家社會經濟造成了巨大的損失，所以，荒漠治理迫在眉睫。

一、調查研究

首先，將展開為期兩個月的市場調研，調研內容是確定目標市場和人群分布，以及市場對于產品的接受程度和需求程度，然后將調研的產品設計與研發內容進行整理和分析，形成調研報告。

1.歷史資料

資料顯示，全球現有荒漠化土地面積3618.4萬平方公里，而且每年還以每年0.5 ～ 0.7萬平方公里速度擴展，使全世界每年蒙受420多億美元的經濟損失。自1977年聯合國荒漠化大會以來， 聯合國有關機構在不同時期對全球沙漠化進行評估。

2.防風固沙措施調研

防風固沙，就是保護環境的治沙工程。它旨在防止沙漠化，以及保護農田、牧場、交通路線和居民點不受沙流侵害，治沙工程是風沙地貌學研究的應用基礎部分。

3.防風固沙裝備調研

防風固沙裝備及發展，分為三個階段：人工防風固沙階段、機械化防風固沙階段、自動化防風固沙階段。

二、全自動防風固沙種植機設計研究

1.設計計劃

通過對各種文獻資料的參考與總結，了解到目前關于荒漠種植的發展現狀，以及它是由動力源，傳動裝置，電氣控制電路等建造而成，為設計荒漠種植裝置提供可靠理念。

（1）全自動荒漠種植機結構：動力源，傳動裝置，電氣控制電路，傳送帶裝置。

（2）用solidworks軟件設計及畫出三維圖。

（3）利用AutoCAD軟件建模作品。

2.設計過程

作品由一個支撐板作為小車的整體支撐。板下有兩隊車輪為小車移動做準備，在小車前端有一電機作為轉向電機，為控制小車前進方向。同理，小車后端也具有一個電機，主要為整部小車提供前進動力。在支撐板上方將由一個A型支架和一個半圓形支架架起一個升降機構在小車移動過程中升降機構將于后面的種植機構配合將植物送進土中并使用一個由電機帶動并帶有軸承的圓盤使升降機構做往復運動，其中種植機構由一個傾斜放置的盤子和一個套在桿上的鉤子組成，當機構工作時鉤子通過桿的帶動將盤中植物送入土中，桿與升降機構的圓盤通過鏈條連接，使升降機構與種植機構能夠有規律的進行配合工作。作品主要工作在環境惡劣，人工作業比較困難的地方，工人在環境相對適宜的地方通過遙控，控制小車進行工作。

電機作為驅動源：扭矩：0.050mN.m～2867mN.m;轉速：1500r/min 3000r/min 6000r/min（55、70）;安裝方式：A1 底腳安裝 A3 法蘭安裝;機座外徑為（mm）：55、70、90、110、130。

在該裝置中，對裝置的硬度，延展度要求較高，故制作時，對延展性能較好的塑料板選料要格外考究。塑料板主要有以下特點，可延展性、可塑性和硬度高。

（1）塑料板就是用塑料做成板材，塑料為合成的高分子化合物，可以自由改變形體樣式，塑料是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料.

（2）塑料的可塑性可以通過加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。

（3）聚碳酸酯材料的PC耐力板（實心板）硬度較高，PC板的特點就是耐撞擊、抗沖擊、打不破， 強度超過強化玻璃、壓克力板數百倍，堅韌安全、防盜、防彈效果絕佳。

三、創新點

主要創新點為插種裝置。整套插種原理裝置簡單卻可靠實用，這套插種裝置動力源是一個電動機，將電動機與轉盤連接，在轉盤上有一個軸承并且連著桿，通過桿將動力傳遞于所需物。利用圓狀轉盤可以往復運動，使種植工具往復使用。而且可以通過控制桿長度來控制苗種植深度，這樣不僅僅適用于種植多種植物，而且還可以適用于許多土地性質。這套種植裝置十分簡單明了，也可用于許多農作種植。

四、結語

為了能很好的解決防風固沙的問題，用機械去代替大量人力，是成功經驗。治理荒漠不僅能夠帶來一些經濟效益，更能改善地球環境，促進經濟發展，改善生活環境質量，有利于保護土地資源，有利于促進生態和經濟可持續發展。

備注：課題來源于2022年遼寧科技大學大學生創新創業訓練計劃項目階段性成果。