单株杨梅遮雨装置的设计与试验研究

仲子平

（苏州农业职业技术学院，江苏 苏州 215008）

杨梅枝繁叶茂，树冠圆整，初夏又有红果累累，十分可爱，是园林绿化结合生产的优良树种，具有很高的药用和食用价值。然而由于夏季多雨，会使得杨梅易脱落且品质下降。因此，在杨梅收获前一个月左右为杨梅遮雨成为提高杨梅产量和品质的一个重要措施。目前，种植户主要采用钢管和塑料薄膜搭建类似于塑料大棚的结构对成片的杨梅进行遮雨，不仅费工费时，人工成本也较高。本文以单株杨梅为研究对象，研制一种遮雨装置[1-2]。

1 整机总体结构设计与工作原理

1.1 总体结构设计

考虑到杨梅的树冠较大，设计的遮雨装置直径也较大，完全依靠人力难以撑开伞面，故采用机械传动机构来打开；普通的由下向上撑开的雨伞打开时会损伤杨梅，因此该装置将长骨布置在下方，短骨布置上方，自上而下打开伞面，可有效避免对杨梅的损伤，也便于操作。为了防止风力对该装置造成不利影响，在长骨的末端加装了防风撑杆，使其变得更稳固[3]。

单株杨梅遮雨装置在伞面收拢状态下从杨梅树中缝穿入，将中柱固定于杨梅树干上，通过固定撑杆将该装置与地面固定，再反向撑开伞面遮雨，具有结构简单、操作简便、工作效率高等优点。该装置的具体结构简图如图1所示，主要由中柱、伞面、长骨、短骨、防风撑杆、丝杆、固定铰接座、移动铰接座、伞面的开收装置以及固定撑杆等组成[4]。

图1 单株杨梅遮雨装置结构简图

1.2 工作原理

单株杨梅遮雨装置通过摇动伞面开收装置的手柄，由一对圆锥齿轮改变传动方向，带动丝杆转动，使移动铰接座在丝杆上做往复运动，从而带动伞面打开和收拢。当顺时针摇动伞面开收装置的手柄时，伞面收拢；当逆时针摇动伞面开收装置的手柄时，伞面打开。改变锥齿轮的传动比可以改变伞面开收的速度，也会相应地改变手摇所需的力度[5-6]。

1.3 主要技术参数

单株杨梅遮雨装置的主要技术参数如表1所示。

表1 单株杨梅遮雨装置的主要技术参数

2 主要工作部件设计

2.1 伞部的设计

伞部包括伞面以及用来支撑伞面的长骨和短骨，采用透明材质的伞面，可有效遮雨而不遮阳，从而保证杨梅的正常生长和优良品质。

为使伞面由下向上收拢，支撑伞面的长骨置于伞面下方，一端与移动铰接座相连，一端固定伞面边缘，并与防风撑杆相连；短骨位于上方，一端与长骨的中部连接，另一端与固定铰接座相连；这里所有连接均采用铰链连接，以便伞面开收时各杆件的运动。移动铰接座和固定铰接座分别如图2、图3所示。

图2 移动铰接座

图3 固定铰接座

2.2 传动机构的设计

传动机构的作用是把操作人员作用于伞面开收装置手柄上的动力传递给移动铰接座，使其在丝杆上做往复运动，完成伞面的开收。考虑到需将旋转运动改变为往复直线运动，故采用丝杆与移动铰接座内螺母的梯形螺纹传动；考虑到要将水平手摇转动改变为丝杆的垂直转动，故采用锥齿轮传动，如图4所示[7]。

图4 传动结构简图

锥齿轮传动机构的传动比直接决定丝杆的转速，丝杆的转速决定移动铰接座往复运动的速度。移动铰接座往复直线运动速度的计算公式为：

式中，v表示移动铰接座往复直线运动速度，单位为mm/min；n表示手动摇柄的转速，单位为r/min；Z1表示一级锥齿轮的齿数；Z2表示二级锥齿轮的齿数；P表示丝杆螺距；i表示丝杆螺纹头数。

手摇转速以120 r/min计，为了省力，锥齿轮传动比取2，丝杆为单线螺纹，螺距为4 mm，可算得移动铰接座的运动速度为240 mm/min。这个速度偏慢，可适当减小传动比，增加螺距或导程。

2.3 中柱

中柱是该遮雨装置的骨架，支撑全部重量。考虑到强度和刚度的要求以及防锈的需要，采用直径为50 mm的镀锌钢管[8]。

3 性能测试

为了测试单株杨梅遮雨装置的遮雨效果和工作稳定性，在杨梅收获前一个多月风雨相伴时对其进行了若干次测试，具体试验结果如表2所示。

表2 单株杨梅遮雨装置试验结果

从试验结果可以看出，风力较低时，该装置对杨梅的遮雨效果比较显著、稳定性较好；风力逐步增大后，杨梅的淋雨率明显增加，该装置的倾覆率明显变大，稳定性下降；在风力超过5级后，遮雨效果已经很差，应用价值不大[9]。

4 结语

目前，国内杨梅的遮雨主要采用类似于大棚的遮雨设施，但对山地上杨梅的遮雨适宜采用这种单株遮雨装置，尤其在常年风力不大的地区，有较好的应用前景。该装置方便收拢，可多年重复使用，能有效节约成本。但因受风力影响较大，该装置在风力较大的地区，需增大部分零部件的强度，以提高其稳定性，增强抗风能力[10]。