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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　山西農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計）外文翻譯 馬鈴薯播種機的性能評估 原文來源：H. Buitenwerf，W.B. Hoogmoed，P. Lerink and J. Müller.Assement of the Behavior of Potato in a Cup-belt Planter. Biosytems. Engineering, Volume 95, Issue, September 2006: 35—41 大多數(shù)馬鈴薯播種機都是通過勺型輸送鏈對馬鈴薯種子進行輸送和投放。當種植精度只停留在一個可接受水平的時候這個過程的容量就相當?shù)?。主要的限制因素是：輸送帶的速度以及取薯勺的?shù)量和位置。假設出現(xiàn)種植距離的偏差是因為偏離了統(tǒng)一的種植距離，這主要原因是升運鏈式馬鈴薯播種機的構(gòu)造造成的. 一個理論的模型被建立來確定均勻安置的馬鈴薯的原始偏差，這個模型計算出兩個連續(xù)的馬鈴薯觸地的時間間隔。當談到模型的結(jié)論時，提出了兩種假設，一種假設和鏈條速度有關(guān)，另一種假設和馬鈴薯的形狀有關(guān)。為了驗證這兩種假設，特地在實驗室安裝了一個種植機，同時安裝一個高速攝像機來測量兩個連續(xù)的馬鈴薯在到達土壤表層時的時間間隔以及馬鈴薯的運動方式。 結(jié)果顯示：（a）輸送帶的速度越大，播撒的馬鈴薯越均勻；（b）篩選后的馬鈴薯形狀并不能提高播種精度。 主要的改進措施是減少導種管底部的開放時間，改進取薯杯的設計以及其相對于導種管的位置。這將允許杯帶在保持較高的播種精度的同時有較大的速度變化空間。 １介紹說明 升運鏈式馬鈴薯種植機（圖一）是當前運用最廣泛的馬鈴薯種植機。每一個取薯勺裝一塊種薯從種子箱輸送到傳送鏈。這條鏈向上運動使得種薯離開種子箱到達上鏈輪，在這一點上，馬鈴薯種塊落在下一個取薯勺的背面，并局限于金屬導種管內(nèi). 在底部，輸送鏈通過下鏈輪獲得足夠的釋放空間使得種薯落入地溝里。 圖一，杯帶式播種機的主要工作部件：（1）種子箱；（2）輸送鏈；（3）取薯勺；（4）上鏈輪；（5）導種管；（6）護種壁；（7）開溝器；（8）下鏈輪輪；（9）釋放孔；（10）地溝。 株距和播種精確度是評價機械性能的兩個主要參數(shù)。高精確度將直接導致高產(chǎn)以及馬鈴薯收獲時的統(tǒng)一分級(McPhee et al, 1996；Pavek & Thornton, 2003)。在荷蘭的實地測量株距（未發(fā)表的數(shù)據(jù)）變異系數(shù)大約為20%。美國和加拿大早期的研究顯示，相對于玉米和甜菜的精密播種，當變異系數(shù)高達69%(Misener, 1982；Entz & LaCroix, 1983；Sieczka et al, 1986)時，其播種就精度特別低。 輸送速度和播種精度顯示出一種逆相關(guān)關(guān)系，因此，目前使用的升運鏈式種植機的每條輸送帶上都裝備了兩排取薯勺而不是一排。雙排的取薯勺可以使輸送速度加倍而且不必增加輸送帶的速度。因此在相同的精度上具有更高的性能是可行的。 該研究的目的是調(diào)查造成勺型帶式種植機精度低的原因，并利用這方面的知識提出建議，并作設計上的修改。例如在輸送帶的速度、取薯杯的形狀和數(shù)量上。 為了便于理解，建立一個模型去描述馬鈴薯從進入導種管到觸及地面這個時間段內(nèi)的運動過程，因此馬鈴薯在地溝的運動情況就不在考慮之列。由于物理因素對農(nóng)業(yè)設備的強烈影響(Kutzbach, 1989)，通常要將馬鈴薯的形狀考慮進模型中。 兩種零假設被提出來了：（1）播種精度和輸送帶速度無關(guān)；（2）播種精度和篩選后的種薯形狀（尤其是尺寸）無關(guān)。這兩種假設都通過了理論模型以及實驗室論證的測試。 ２材料及方法 2.1 播種材料 幾種馬鈴薯種子如圣特、阿玲達以及麻佛來都已被用于升運鏈式播種機測試，因為它們 有不同的形狀特征。對于種薯的處理和輸送來說，種薯塊莖的形狀無疑是一個很重要的因素。許多形狀特征在結(jié)合尺寸測量的過程中都能被區(qū)分出來(Du & Sun, 2004； Tao et al, 1995； Z?dler, 1969)。在荷蘭，馬鈴薯的等級主要是由馬鈴薯的寬度和高度（最大寬度和最小寬度）來決定的。種薯在播種機內(nèi)部的整個輸送過程中，其長度也是一個不可忽視的因素。 形狀因子S的計算基于已經(jīng)提到的三種尺寸： 此處l是長度，w是寬度，h是高度（單位：mm），且h0·01 m 時，這種關(guān)系是線性的。● ，測量數(shù)據(jù)；，數(shù)學模型的數(shù)據(jù)； ■，延長到R < 0 ? 01米； -，線性關(guān)系；R2，決定系數(shù)。 3.2 馬鈴薯的尺寸和形狀 實驗數(shù)據(jù)由表三給出。顯示固定進料率為每分鐘400個種薯的時間間隔的標準偏差。這 些結(jié)果與期望值剛好相反，即高的標準偏差將使得形狀因子增加。球狀馬鈴薯的結(jié)果尤其令人吃驚：球的標準偏差高過阿玲達馬鈴薯50%以上。時間間隔的正態(tài)分布如圖七所示，球和馬鈴薯之間的差異明顯。兩個不同品種的馬鈴薯之間的差異不明顯。 表三 馬鈴薯品種對種植間距的精確度的影響 品種 標準偏差，ms CV, % 阿玲達 8.60 3·0 麻佛來 9.92 3·5 高爾夫球 13.24 4·6 圖七，固定進料率下不同形狀的沉積的馬鈴薯時間間隔的正態(tài)分布。 球狀馬鈴薯的這種結(jié)果是因為球可以以不同的方式在取薯勺背部定位。臨近杯中球的不同定位導致沉積精度降低。杯帶的三維視圖顯示了取薯勺與導種管之間的間隔的形狀，顯然獲得不同大小的開放空間是可行的。 圖八，取薯勺呈45度時的效果圖；馬鈴薯在護種壁的位置對其釋放具有決定性影響。 阿玲達塊莖種薯在沉積時比麻佛來的精度高。通過對記錄的幀和馬鈴薯的分析，結(jié)果表明：阿玲達這種馬鈴薯總是被定位平行于最長的軸線的護種壁。因此，除了形狀因子外，寬度與高度的高比例值也將造成更大的偏差。阿玲達的這個比例是1.09，麻佛來的為1.15。 3.3 實驗室對抗模型測試平臺 該數(shù)學模型預測了不同情況下的流程性能。相對于馬鈴薯，該模型對球模擬了更好的性能，然而實驗測試的結(jié)果卻恰然相反。另外實驗室試驗是為了檢查模型的可靠性。 在該模型里，兩個馬鈴薯之間的時間間隔被計算出來。起始點出現(xiàn)在馬鈴薯開始經(jīng)過A點的時刻，終點出現(xiàn)在馬鈴薯到達C點的時刻。通過實驗平臺，從A到C點的馬鈴薯的時間間隔被測出。每個馬鈴薯的長度、寬度和高度也通過測量獲得，同時記錄了馬鈴薯的數(shù)量。測量過程中馬鈴薯在取薯杯上的位置是已經(jīng)確定好的。這個位置和馬鈴薯的尺寸將作為模型的輸入量，測量過程將阿玲達與麻佛來以400個馬鈴薯每分的速率下進行。測量時間間隔的標準偏差如表四所示。測量的標準誤差與模型的標準誤差只是稍稍不同。對這種不同現(xiàn)象的解釋是：（1）模型并沒有把圖八中出現(xiàn)的情況考慮進去；（2）從A點到C點的時間不一致。塊狀馬鈴薯如阿玲達可能從頂部或者最遠距離下落，這將導致種薯到達C點底部的時間增加6ms 表四 通過實驗室測量和模型計算出來的開放時間的標準誤差的差異 品種 形狀因子 標準偏差, ms 測量值 計算值 阿玲達 326 8.02 5.22 麻佛來 175 6.96 4.40 4. 總結(jié) 這個模擬馬鈴薯從輸送帶開始釋放的運動的數(shù)學模型是一個非常有用的證實假設和設計實驗平臺的工具。 模型和實驗室的測試都表明：鏈速越高，馬鈴薯在零速度水平沉積得更均勻。這是由于開口足夠大使得馬鈴薯下降得越快，這對馬鈴薯的形狀和種薯在取薯杯上的定位有一定的影響，與鏈條速度的關(guān)系也就隨之明確，因此，在保持高的播種精度時，應該提供更多的空間以減小鏈條的速度。建議降低鏈輪的半徑，直至低到技術(shù)上的可行度。 該研究顯示，播種機的取薯勺升運鏈鏈對播種精度（播種的幅寬）有很大的影響。 更規(guī)格的形狀（形狀因子低）并不能自動提高播種精度。小球（高爾夫球）在很多情況下沉積的精度低于馬鈴薯，這是由導向的導種管和取薯勺的形狀決定的。 因此建議重新設計取薯勺和導種管的形狀，要做到這一點還應該將小鏈輪加以考慮。 參考文獻 [1] Du and Sun, 2004 Cheng-Jin Du and Da-Wen Sun, Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation, Trends in Food Science & Technology 15 (2004), pp. 230–249. 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Poor planter performance: what's it costing the average Washington potato grower? Proceedings of the Washington State Potato Conference, Moses Lake, WA, USA, pp 13–21 [8] Siecska et al., 1986 J.B. Sieczka, E.E. Ewing and E.D. Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25–37 [9] Tao et al., 1995 Y. Tao, C.T. Morrow, P.H. Heinemann and H.J.S. Ill, Fourier based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision, Transactions of the ASAE 38 (1995), pp. 949–957. [10] Z?dler, 1969 H. Z?dler, Ermittlung des Formindex von Kartoffelknollen bei Legemachinenuntersuchungen, [Determination of the shape index of potato tubers in potato planter research.] Grundlagen der Landtechnie 15 (1969) (5), p. 170. 9 華中農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計）文獻綜述 馬鈴薯播種機具的現(xiàn)狀與發(fā)展 摘要：綜述了國內(nèi)外播種機的發(fā)展現(xiàn)狀，并通過對國內(nèi)外幾種典型播種機的各種參數(shù)進行系統(tǒng)的對比并加以分析，從中發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)播種機與國外播種機的差距，并在此基礎(chǔ)上去闡述我國播種機在研發(fā)和應用上所存在問題并展望未來播種機的發(fā)展趨勢，同時明確馬鈴薯播種機的設計方向。 關(guān)鍵詞：播種機具 馬鈴薯 精量播種機 排種器 1. 馬鈴薯在我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀 馬鈴薯是一種高蛋白農(nóng)作物，在我國得到大面積的栽種，盡管我國年產(chǎn)量早已躍居世界第一，然而和世界除非洲以外的其他國家和地區(qū)比起來，單產(chǎn)量卻很低，因此在提高單產(chǎn)的措施上除了提高機械化生產(chǎn)水平外，還應該改進馬鈴薯的種子質(zhì)量以及種植方式。 1.1我國馬鈴薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀 300多年前，原產(chǎn)自美洲的馬鈴薯被引進中國并且逐漸成為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物。目前，我國的馬鈴薯無論是種植面積還是總產(chǎn)量都處于全球領(lǐng)先地位。從中國馬鈴薯網(wǎng)上獲得的資訊：2007年我國馬鈴薯種植面積約8000萬畝，預計總產(chǎn)量將超過6800萬噸，占世界總產(chǎn)量的22%左右。單從總產(chǎn)量來說我國已經(jīng)是世界第一，但是單產(chǎn)量卻遠遠低于歐美、澳洲的水平。例如，2003年，我國馬鈴薯的單產(chǎn)量是每公頃14842公斤，低于世界平均水平的每公頃16448 公斤，還不到單產(chǎn)量最大的國家新西蘭的每公頃44248 公斤的三分之一。 1.2國外馬鈴薯的生產(chǎn)水平 單產(chǎn)量排名前六位的國家：新西蘭、比利時、丹麥、美國、英國、荷蘭等歐美發(fā)達國家，他們的單產(chǎn)量都超過了每公頃40000 公斤（中國馬鈴薯網(wǎng)，2007）。除了地域、氣候方面外，更重要的是栽培技術(shù)以及機械化生產(chǎn)水平的影響。顯然，這些國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化水平都遠遠高過我國。反觀我國，大部分地區(qū)的馬鈴薯生產(chǎn)都還停留在人工或者半機械化生產(chǎn)的水平上，因此單產(chǎn)量低也就不足為奇。 1.3目前急需解決的措施以及會遇到的困難 要想提高單產(chǎn)量，首要的就是提高機械化生產(chǎn)水平。我國地域廣闊，擁有多種地型，因此不可能同時提高生產(chǎn)機械化，所以應該根據(jù)不同的地形，不同的氣候和種植方式，從而設計符合當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械，盡量推廣播種機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。其次應該改進種植方式，我國的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種植的水平上，這是急需改變的。先進的種植方式應該從改進種子質(zhì)量，改進播種方式等方面進行，同時在此基礎(chǔ)上設計相應的機械也就顯得至關(guān)重要。 2. 國內(nèi)外播種機發(fā)展及應用的現(xiàn)狀 2.1我國播種機發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)目前，我國大約有500家播種機生產(chǎn)企業(yè)，但是這些企業(yè)中能夠生產(chǎn)與大中型拖拉機配套的播種機的企業(yè)只有西安農(nóng)業(yè)機械廠、石家莊市農(nóng)業(yè)機械廠等區(qū)區(qū)10多家，其余的企業(yè)生產(chǎn)的都是與小型拖拉機和畜力配套的拖拉機。這種與小型拖拉機和畜力配套的播種機機的產(chǎn)量占全國播種機總產(chǎn)量的90%以上（國委文，2007）。由此可以看出當前我國已實現(xiàn)機械化播種的大部分地區(qū)的播種機仍以小型播種機進行傳統(tǒng)的谷物條播為主，大中型播種機的發(fā)展遠遠跟不上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且大中型生產(chǎn)機械（包括播種機）的研制和生產(chǎn)水平也遠遠落后于發(fā)達國家的水平。 2.2國外播種機發(fā)展現(xiàn)狀 相對我國而言，國外許多發(fā)達國家在第二次世界大戰(zhàn)前后，先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的過度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機械化水平已經(jīng)相當完善，現(xiàn)在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民，2001）。美國，德國，英國等西方發(fā)達國家的發(fā)展水平已經(jīng)走在世界的前列。 在國外許多發(fā)達國家，精密播種機經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應用，其技術(shù)水平應經(jīng)達到了相當完善的程度，無論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種質(zhì)量以及播種機具的通用性和適應性上都做得比較好。這對減少播種過程中的漏種率、種子損傷率和提高單產(chǎn)量都有很大的促進作用?，F(xiàn)在一些發(fā)達國家正把不斷更新播種機的工作原理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長機具使用壽命、降低制造價格和維護費用的同時提高其工作效率以及提高播種機的通用性和適應性作為未來更先進的播種機研制的發(fā)展方向。 2.3與國外播種機相比，我國播種機存在的不足 和國外如美國、德國、英國等發(fā)達國家的播種機比起來，我國的播種機工作效率低，工作幅寬小，通用性和適應性低，使用可靠性不高，生產(chǎn)率也遠較國外的低。另外，由于我國工業(yè)起步晚，因此在新技術(shù)的研制和在播種機上的應用上依舊落后于國外發(fā)達國家。下面以我國幾種典型的播種機和國外的播種機作一個對比，以便從中發(fā)現(xiàn)我國播種機和國外先進播種機的不足。 首先，從工作效率方面來看，我國播種機的工作速度低。國外播種機的工作速度大都要求達到15㎞／h，有的甚至達到20㎞／h，受到土地，氣候和一些其它因素的影響，工作速度大多采用8～12㎞／h，而我國工作速度大約為4～7㎞／h，一般工作速度為5～6㎞／h。比如德國早期生產(chǎn)的GL34T和GL36T兩種機型的工作速度為7.5㎞／h(韓文鋒等，2006），而我國普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都達不到德國這兩種機型的水平。 其次，我國播種機的工作幅寬小。和國外發(fā)達國家比起來這個環(huán)節(jié)顯得非常薄弱。例如西歐一些國家的生產(chǎn)的播種機的工作幅寬一般為5～6m，美國，加拿大等國家的現(xiàn)用機型大多可以達到10～15m（陳興田，1999）。而我國所使用的播種機的工作幅寬絕大多數(shù)低于3.5m，例如較先進的2BF-24A谷物條播機的工作幅寬為3.6m，其余的大都低于這個水平，工作幅寬低這個瓶頸在很大程度上限制了播種機的工作效率。 再次，排種器的排種效率低。我國很多使用播種機的地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中依舊使用傳統(tǒng)的排種方式即“一器一行”，一個排種器只能播一行種子，顯然這樣的效率是非常低的，即使有較先進的“一器多行”的排種器，但是技術(shù)上也表現(xiàn)得不夠成熟，也沒能進行大規(guī)模的推廣及應用。國外發(fā)達國家在這方面的技術(shù)和經(jīng)驗就比我國先進得多，而且許多新技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應用，許多核心部件尤其是排種器無論是結(jié)構(gòu)還是工作原理都還有很多值得我國學習和借鑒的地方。 最后，我國的播種機的通用性和適應性和國外發(fā)達國家比起來也還有很大的差距。在通用性方面，國外發(fā)展得比較早，技術(shù)也比較成熟，一套設備只需經(jīng)過簡單的更換即可實現(xiàn)不同種子的播種，而我國大部分播種機還都是“一機一種”，一種播種機只能夠播撒一種種子，這樣既浪費制造材料，又沒能使播種機得到充分利用。另外，我國地域遼闊，不同的土壤條件和氣候條件嚴重限制了播種機的適應性，在保證適應性方面的技術(shù)還很落后，而且我國研制生產(chǎn)的播種機很少考慮到適應性這一方面的影響。 3. 我國播種機的發(fā)展趨勢 雖然可以通過引進國外先進的播種機可以暫時彌補我國播種機的不足之處，但是從長遠 出發(fā)，我國必須走自主研發(fā)的道路，通過不斷吸收國外先進技術(shù)的同時再結(jié)合我國的國情走出一條自主創(chuàng)新的路子，研制出具有我國特色的先進播種機。 3.1加大大中型播種機的研制和開發(fā) 要想盡快縮小我國馬鈴薯等農(nóng)作物的單產(chǎn)與國外水平的差距，大中型播種機將起到至 關(guān)重要的作用。我國的幾大平原地勢平坦，比較適合大中型播種機的推廣和應用。大中型播種機械除了可以節(jié)約人力，提高工作效率外還能減少種子的損傷率和漏種率，而且大中型播種機都是朝著聯(lián)合作業(yè)和直接播種技術(shù)的方向發(fā)展，這種機械的優(yōu)點在于：一次可以完成多項作業(yè)，作業(yè)效率高；保證及時播種，提高產(chǎn)量；節(jié)約能源，降低成本。 3.2采用新的排種原理和排種裝置 排種裝置是播種機最關(guān)鍵的部件，先進的排種器和排種原理對播種機的效率的提高有 著很重要的作用，迄今為止，我國學者幾乎涉獵了世界上所有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國獨創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應用，但是在馬鈴薯播種機上，先進的排種器和排種方式依然制約播種機效率的一個瓶頸。因此在已經(jīng)解決種子和播種方式的情況下研制相應的播種機顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國應該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機械式排種原理也應得到廣泛的采用（陳興田，1999）。 4. 小結(jié) 一個比較先進的播種機主要取決于其幾個關(guān)鍵的部件，如：開溝器、仿形機構(gòu)、覆土器以及排種器。尤其是排種器在整個播種機結(jié)構(gòu)中顯得尤為重要，排種器的好壞直接關(guān)系到播種機的播種效率，因此，現(xiàn)在國內(nèi)外播種機研制的重點依舊是放在排種器的研制上。我國在這方面也有不少的研究，尤其在氣吸式排種器，窩眼式排種器還有氣力式排種器的研究上有了一定的突破，但是和國外先進水平還有一定的差距，因此，我國還必須加大研制的力度。 新型馬鈴薯已經(jīng)研制成功并將實現(xiàn)大力推廣，在將來的幾年內(nèi)，相應的馬鈴薯播種機將對這種新型馬鈴薯的推廣起到極大的推動作用。新型的馬鈴薯將徹底改變傳統(tǒng)的馬鈴薯塊莖式播種方式，其播種方式將和玉米，油菜籽等顆粒的播種方式更為相似，但還是存在很多不同的地方，因此不能直接選用像玉米播種機或者油菜籽播種機這些現(xiàn)成的播種機型。由于現(xiàn)目前新型馬鈴薯還沒有開始實現(xiàn)大面積推廣，相應的馬鈴薯播種機具還是一片空白?；诖?，對現(xiàn)有的馬鈴薯播種機和其余各類顆粒式播種機進行改進優(yōu)化并在此基礎(chǔ)上設計一種適合新型馬鈴薯的機械式或者氣吸式播種機就成了當前以及未來相當一段時間內(nèi)播種機的研制方向，同時研制的重點也將放在馬鈴薯播種機的排種器的研制上。 參考文獻： [1] 李寶筏．農(nóng)業(yè)機械學．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2003 [2] 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Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25–37 4 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） I 目錄 摘 要 ...................................................................III 關(guān)鍵詞 ..................................................................III ABSTRACT................................................................III KEY WORDS................................................................IV 1 前言 ....................................................................1 1.1 課題背景和科學意義 ..................................................1 1.2 國內(nèi)外馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................1 1.2.1 國外馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀......................................1 1.2.2 我國馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀......................................2 1.3 設計的主要內(nèi)容 ......................................................2 1.4 升運鏈式播種機主要技術(shù)參數(shù) ..........................................2 2 總體設計 ................................................................3 2.1 總體方案設計 ........................................................3 2.1.1 設計原則.........................................................3 2.1.2 基本結(jié)構(gòu).........................................................3 2.1.3 工作原理.........................................................3 2.2 配套動力的選用 ......................................................3 3 傳動裝置的設計計算 ......................................................4 3.1 傳動路線的確定 ......................................................4 3.2 傳動比的計算 ........................................................4 4 排種器的選型設計 ........................................................4 4.1 種箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設計 ..................................................5 4.1.1 種箱尺寸的確定...................................................5 4.1.2 種箱容積的計算...................................................5 4.2 排種器的選型與計算 ..................................................5 4.2.1 馬鈴薯播種機對排種器的性能要求...................................5 4.2.2 現(xiàn)有排種器的類型和特點...........................................6 4.2.3 排種器的選型.....................................................6 4.2.4 升運鏈相關(guān)系數(shù)的確定.............................................7 5 排肥器的選型設計 ........................................................8 5.1 排肥器的性能要求 ....................................................8 5.2 常用排肥器的種類和特點 ..............................................8 5.3 排肥量的計算 ........................................................9 6 開溝器的選型設計 ........................................................9 6.1 開溝器的性能要求 ....................................................9 6.2 現(xiàn)有開溝器的種類和特點 .............................................10 6.3 開溝器的選型 .......................................................10 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） II 6.4 開溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 ...............................................10 6.4.1 入土角 α 的確定.................................................10 6.4.2 切土角 β 的確定.................................................11 6.4.3 鏟翼張角 γ 的確定...............................................11 6.4.4 開溝器外形 尺寸的確定............................................11 7 輸種管的選型設計 .......................................................11 7.1 輸種管的性能要求 ...................................................11 7.2 輸種管的選型 .......................................................11 7.3 輸種管參數(shù)的確定 ...................................................11 7.3.1 輸種管的直徑....................................................11 7.3.2 輸種管的傾斜度與長度............................................12 8 覆土器的選型設計 .......................................................12 8.1 覆土器的種類和特點 .................................................12 8.2 覆土器的選型 .......................................................12 8.3 覆土器性能結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 ...........................................12 9 鎮(zhèn)壓輪的選型與設計 .....................................................13 9.1 鎮(zhèn)壓輪的使用條件 ...................................................13 9.2 設計要求 ...........................................................13 9.3 結(jié)構(gòu)設計 ...........................................................13 10 行走輪的選型設計 ......................................................14 10.1 行走輪的設計要求 ..................................................14 10.2 行走輪的結(jié)構(gòu) ......................................................15 10.3 行走輪的安裝 ......................................................15 10.4 行走輪轉(zhuǎn)速的計算 ..................................................15 11 結(jié)論與建議 ............................................................16 11.1 結(jié)論 ..............................................................16 11.2 建議 ..............................................................16 參 考 文 獻 ..............................................................16 致謝 .....................................................................18 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） III 馬鈴薯播種機具的設計 摘 要 馬鈴薯是我國主要的糧食作物之一，在我國得到大面積栽種。2007 年，我國馬鈴 薯種植面積和產(chǎn)量都位居世界首位，然而盡管總產(chǎn)量大，但是單產(chǎn)量卻很低。造成這 一原因的主要因素是種植方式和機械化水平的落后。因此，當前的主要任務就是提高 馬鈴薯種植的單產(chǎn)量。提高馬鈴薯單產(chǎn)量有兩個途徑：一是改進種植方式；二是提高 機械化種植水平。而提高機械化生產(chǎn)水平是最有效的方式，這就要求各種性能先進， 種植效率高，通用性和適應性強，結(jié)構(gòu)簡單易于制造與維修的馬鈴薯種植機不斷被設 計出來并得到大力的推廣與應用。升運鏈式馬鈴薯播種機是一種塊狀馬鈴薯播種機， 其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，不傷種，在國內(nèi)外正逐漸得到廣泛的應用。 關(guān)鍵詞 播種機；馬鈴薯；升運鏈式排種器；外槽輪排肥器；鋤鏟式開溝器 Abstract Potato,which is one of the most important grain crops in our country, is growthing in a rather huge area . In 2007, potato’s planting area and output of China situated in the first place of the whole world. Although the ultimate output is huge, the per unit area yield quantity is at a rather low palce. The tow primary reasons for this situation are that we are behindhand in the way of planting and in the mechanized level. Therefore, the currently primary mission is enhances the per unit area yield quantity. Generally speaking,we could arrive at this aim through two ways: First, improving the way to plant; Second, enhancing the mechanized level of planting. At now, raising the mechanized production level is the most effective way. This will request each kind of potato-planting machine with advanced performance, high efficiency of planting, strong universal property and adaptability, and simple structure that is easy to be produced and maintained to be designed unceasingly and widely promoted and applicated vigorously. Rises to transport the chain potato seeder is one kind of sowing seeds massive potato seed tuber's seeder.With its simple structure, reliable operation, high efficiency, and hurtless to plants, this machine is widely applicated both in domestic and foreign country. Key words Planter ；Potato ；Ladle—chain dispenser ；Fluted roller fertilizer apparatus ；Hoe opener 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 1 1 前言 1.1 課題背景和科學意義 馬鈴薯是一種高蛋白農(nóng)作物，在我國得到廣泛地栽種。2007 年我國馬鈴薯 種植面積約 8000萬畝，總產(chǎn)量超過 6800萬噸，占世界總產(chǎn)量的 22%左右 （ ， 2007年） 。單從總產(chǎn)量來說我國已經(jīng)是世界第一，但是 單產(chǎn)量卻遠遠低于歐美和澳洲的水平。例如，2003 年，我國馬鈴薯的單產(chǎn)量是 每公頃 14842公斤，低于世界平均水平每公頃 16448 公斤，還不到單產(chǎn)量最大 的國家新西蘭每公頃 44248 公斤的三分之一（ ，2007 年） 。 我國馬鈴薯種植單產(chǎn)量很低這已是不爭的事實，因此，我國應該把提高馬 鈴薯的單產(chǎn)作為目前提高馬鈴薯產(chǎn)量的首要任務。提高馬鈴薯單產(chǎn)的措施除了 提高機械化生產(chǎn)水平外，還應該改進馬鈴薯的種植方式。 提高單產(chǎn)量，首要任務就是提高機械化生產(chǎn)水平。當前，除少部分地區(qū)已 經(jīng)實現(xiàn)馬鈴薯機械化或半機械化種植以外，我國大部分的馬鈴薯種植方式一直 停留在傳統(tǒng)種植的水平上，傳統(tǒng)的種植方式主要依靠人力和畜力進行生產(chǎn)，從 開溝到覆土鎮(zhèn)壓，整個過程勞動強度大，生產(chǎn)效率低，種植效果也遠遠低于機 械化種植水平；而且我國地域廣闊，擁有多種地型，因此需要的播種機的機型 也相對不一，設計出具有較強適應性的播種機將成為未來播種機發(fā)展的必然趨 勢；播種機的通用性也是一個不可忽略的重要因素，提高播種機的通用性有助 于提高播種機的使用性能，使得播種機得到充分的利用。雖然從當前的情況來 看，我國在播種機這塊領(lǐng)域還不能一下子縮小同國外發(fā)達國家之間的差距，但 是正在將這種差距正在不斷縮小。 傳統(tǒng)的馬鈴薯種植方式也是一個制約馬鈴薯單產(chǎn)量提高的重要因素，主要 體現(xiàn)在：（1）馬鈴薯種子的質(zhì)量不高，我國種植馬鈴薯的大部分地區(qū)，馬鈴薯 種子一般是自留的，沒有經(jīng)過消毒，殺菌以及其它提高種植質(zhì)量的技術(shù)處理， 因此種出來的馬鈴薯質(zhì)量和產(chǎn)量不高；（2）種薯的品種不全，不同的地區(qū)，不 同的氣候往往需要不同的馬鈴薯種子，在這方面，我國所作的研究還遠遠不能 滿足其需求，因此，在今后更應該加大對馬鈴薯品種的研制；（3）傳統(tǒng)的種植 方式主要靠人力和畜力，工作量大而且工作效率低，對土壤的壓實比較嚴重， 這對種子的發(fā)芽和生長極為不利。 1.2 國內(nèi)外馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀 第二次世界大戰(zhàn)以后，歐美的許多發(fā)達國家先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)的過度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過幾十年不斷地發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機械化水平已經(jīng)相當完善， 現(xiàn)在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民， 2001） 。 在歐美的發(fā)達國家中，馬鈴薯播種機經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應用，其技術(shù)水 平應經(jīng)達到了相當完善的程度，無論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 2 質(zhì)量以及播種機具的通用性和適應性上都做得比較好。這對減少播種過程中的 漏種率、種子損傷率和提高單產(chǎn)量都有很大的促進作用?，F(xiàn)在一些發(fā)達國家正 把不斷更新播種機的工作原理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長機具使用壽命、降低制 造價格和維護費用的同時提高其工作效率以及提高播種機的通用性和適應性作 為未來更先進的播種機研制的方向。 1.2.2我國馬鈴薯播種機的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著馬鈴薯在我國的大量種植，研發(fā)并推廣與馬鈴薯生產(chǎn)相適應 機械取得了很大的進展 ，尤其是馬鈴薯種植機械，盡管我國機械研制和生產(chǎn)水 平和歐美發(fā)達國家還有一定的差距，但是隨著我國科研人員的努力，這個差距 正在不斷地縮小。各種先進的馬鈴薯播種機不斷問世，并在全國進行大量地推 廣應用。 排種裝置仍然是播種機最為關(guān)鍵的部件，先進的排種器和排種原理對播種 機的效率的提高有著很重要的作用，迄今為止，我國學者幾乎涉獵了世界上所 有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具 有我國獨創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得 了廣泛的應用，但是在馬鈴薯播種機上，先進的排種器和排種方式依然是制約 播種機效率的瓶頸。因此在已經(jīng)解決種子和播種方式的情況下研制相應的播種 機顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國應該朝著氣流輸送式條播排種器、 孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。 新的排種原理包括氣力式排種原理和機械式排種原理也應得到廣泛的采用（陳 興田，1999） 。 1.3 設計的主要內(nèi)容 （1）馬鈴薯播種機具的總體設計 （2）馬鈴薯播種機傳動機構(gòu)的設計 （3）馬鈴薯播種機開溝裝置的設計 （4）馬鈴薯播種機排種裝置的設計 （5）馬鈴薯播種機輸種管、鎮(zhèn)壓裝置以及行走輪的設計 1.4 升運鏈式播種機主要技術(shù)參數(shù) （1） 外形尺寸（長×寬×高）：1450mm×1100mm×950mm （2） 配套動力：12kw （3） 生產(chǎn)效率：10acre/h （4） 工作幅寬：1100mm （5） 播種方式；平播 （6） 播種深度：60－150mm （7） 作業(yè)行數(shù)：2 行 （8） 作業(yè)行距：400mm （9） 地輪直徑：500mm （10）作業(yè)速度：1m/s 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 3 （11）傳動形式：鏈傳動 （12）土壤工作部件：鋤鏟式開溝器 （13）排種器：外槽輪式 （14）覆土器形式：拖環(huán)式 （15）鎮(zhèn)壓輪：復合圓錐式 （16）種箱容積：30L 2 總體設計 2.1 總體方案設計 2.1.1 設計原則 總體方案擬將開溝裝置、施肥裝置、排種裝置、覆土裝置及鎮(zhèn)壓裝置與選 用拖拉機融為一體，使之能一次性順利完成開溝、施肥、播種、覆蓋、鎮(zhèn)壓等 功能，懸掛機構(gòu)要有效的控制工作部件作業(yè)時的播深以及運輸時的通過性，開 溝器除了能開出平整的地溝外還具備自動覆土的功能；排種裝置確保在播種過 程中出現(xiàn)漏播、重播等現(xiàn)象的幾率不超過 3%。鎮(zhèn)壓輪要求鎮(zhèn)壓效果好，作業(yè)后 的地面平整。 2.1.2 基本結(jié)構(gòu) 該馬鈴薯播種機由機架、開溝器、輸種管、輸肥管、覆土器、種箱、肥箱、 排種器以及鎮(zhèn)壓輪構(gòu)成，在機架的前梁上有上、下懸掛架用于與拖拉機連接； 種、肥箱側(cè)板固定在機架中間橫梁的上方，前邊為肥箱，后邊為種箱，下邊固 定排肥、排種裝置；在肥箱前面有一根安裝開溝器的梁，通過 U型螺栓將開溝 器的扁鋼鎖住，從而可以調(diào)節(jié)開溝深度，開溝器在橫梁上可根據(jù)需要進行橫向 移動來調(diào)節(jié)行距；機架的后梁用來連接鎮(zhèn)壓輪。 2.1.3 工作原理 本機通過上、下懸掛與拖拉機相連，拖拉機前進時輸出動力帶動播種機工 作，作業(yè)速度為 1m/s。機具工作的動力來源為：行走輪隨拖拉機前進轉(zhuǎn)動輸出 的動力。地輪隨拖拉機前進而轉(zhuǎn)動，由地輪傳遞動力，在地輪軸的兩端各裝一 個傳動鏈輪, 通過鏈條將力矩傳給中間傳動鏈輪，再由中間鏈輪將動力傳給排 種排肥裝置,通常情況下地輪直徑較大，工作時不易發(fā)生打滑等現(xiàn)象，并且傳動 可靠。 播種機工作時，拖拉機通過動力輸出軸將動力傳遞給行走輪，鎮(zhèn)壓輪上的 主動軸將動力傳遞給中間軸，行走輪隨拖拉機前進而轉(zhuǎn)動，通過鏈條將動力傳 給施肥、播種機構(gòu)，排出的化肥和種子經(jīng)輸肥管與輸種管進入開溝器，先后進 入開好的地溝中，為了避免燒壞種薯，化肥應位于種子下方 5 cm 處，覆土器 進一步覆蓋種溝，鎮(zhèn)壓輪的圓錐滾筒隨即以均勻適當?shù)膲毫好芊N床 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 4 2.2 配套動力的選用 根據(jù)我國目前所擁有的拖拉機實際情況和對機組所消耗功率的初步估算， 擬采用東風-200 拖拉機或功率相近的相關(guān)拖拉機。 東風-200 拖拉機的主要參數(shù)如下： 外形尺寸(cm) 2850 x1350 x1990 功率（KW） 14（16 馬力） 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 730 驅(qū)動型式 前輪驅(qū)動 離合器形式 干式、雙片 制動器 環(huán)狀內(nèi)脹式 發(fā)動機與離合 V 帶 理論前進速度（Km/h）如表 2—1所示： 表 2—1東風-200 拖拉機理論前進速度 Table 2—1 the therical theoretical exercise speed of Dongfeng —200 前進: 1.25; 1.67; 3.07; 5.38; 6.47; 8.65; 15.91; 27.86 理論速度， km/h 后退: 1.46; 7.59 3 傳動裝置的設計計算 3.1 傳動路線的確定 傳動路線要保證總體傳動可靠，不影響拖拉機工作。根據(jù)整機的結(jié)構(gòu)以及 拖拉機的位置來確定傳動路線，使馬鈴薯在工作過程中能滿足開溝、播種、施 肥和鎮(zhèn)壓等工作的需要。 借鑒相關(guān)機型，將傳動路線分為兩條路線。第一，行走輪隨拖拉機的前進 而轉(zhuǎn)動，經(jīng)過鏈傳動將動力傳遞給中間軸；第二，中間軸將動力分別傳遞給排 種機構(gòu)和排肥機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動排種鏈輪和排肥槽輪轉(zhuǎn)動 3.2 傳動比的計算 行走輪的行駛速度取 3.6km/h，換算出來為 1m/s。行走輪的直徑為 500mm，可以通過公式 3—1 計算得到行走輪軸的轉(zhuǎn)速 n1 （3—?dvn? 1） 式中：v—行走輪的行駛速度 d—行走輪的直徑 經(jīng)計算得 min/r381? 按照設計要求，中間軸的轉(zhuǎn)速與行走輪軸的轉(zhuǎn)速應該相等，因此兩軸之間 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 5 的傳動比為 1，中間軸的轉(zhuǎn)速為 38r/min，排種器的主動輪安裝在中間軸上，因 此轉(zhuǎn)速也為 38r/min。排種器的上、下鏈輪垂直安放，在工作過程中要求工作 平穩(wěn)，因此兩者之間的轉(zhuǎn)速相差不大，鏈勺的速度要求不超過 0.5m/s，最佳的 速度為 0.5m/s，如果將速度降到 0.25m/s左右，相應地應該將原本要求的株距 縮小 2倍才能不影響排種效率，再結(jié)合鏈輪的要求，最終選取排種器上、下兩 鏈輪之間的傳動比為 1.12。 4 排種器的選型設計 4.1 種箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設計 4.1.1 種箱尺寸的確定 種箱必需有足夠的容量，從而減少加種次數(shù)，一般情況下要求播種到了地 頭才加種。但是種箱容量也不能太大，那樣會增加機構(gòu)的重量，對播種機的的 穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，還會影響機組的縱向移動性；種箱必須保證箱壁的傾 斜角大于種子的自然休止角，以保證種子能順利滑落排種器，一般情況下種薯 塊的自然休止角 α=24°~34°，這里選擇 α=30°。除此以外，種箱還應該堅 固耐用，重量輕巧，具有一定的剛性，并具備防水和防潮的能力；種箱要便于 加種、卸種和清種，因此該機所選的種箱形狀為錐臺型（上口直徑大，下口直 徑?。?，而且上端有防護蓋加以保護。 4.1.2 種箱容積的計算 種箱的容量由播種的行距、株距，播種量和播種距離共同確定。根據(jù)以往 實驗結(jié)論：播種機在工作時不宜播完種子箱內(nèi)的全部種薯，應該保留至少 10% 的種子余量，避免箱內(nèi)種子太少而影響播種的質(zhì)量。預先設定該地塊的長度 D=1000m，播種機往返一次加一次種子。其種箱容積 V可用公式 4—1確定： V=1.1 LBNmax/667γ （4— 1） 式中： L—裝滿一箱種子所能播種的最遠距離。最少應等于一個往返行程，即地塊 長度的兩倍(m)，取L=2000m B—工作幅寬(m)，此處取B=1100mm Nmax—單位面積最大播種量 (kg／hm 2)，種薯的株距為120mm，則在100m內(nèi) 需要播種略為833個，每個種子大約重50g，算出Nmax≈41.65kg γ—種子的單位容積質(zhì)量(kg/L)。1L=1000000cm 3。因此單位容積內(nèi)能容納 尺寸規(guī)格為20mm×20mm×20mm的種薯125個，每個種薯平均重50g，算出來γ的 值大約為7.25kg/L 取L＝2000；B＝1.1；N max＝41.65； r＝7.25。 代入公式（4－1）得： 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 6 V =20.8433（L) 實際中種箱的容積往往要比設計數(shù)值稍微大一些，因此本次設計取種箱的 容積為 30升。 4.2 排種器的選型與計算 對馬鈴薯播種機來說，排種器是其最核心的部件，其性能的優(yōu)劣將直接影 響播種機的播種質(zhì)量，因此，對排種器的要求是很高的。 4.2.1 馬鈴薯播種機對排種器的性能要求 （1）排種器應該具備較大的排種均勻性和穩(wěn)定性，能均勻連續(xù)地排種，并 且能在不同外界條件下作業(yè)，其播量要保持穩(wěn)定，排種要均勻； （2）具有較強的通用性和適應性，播量調(diào)節(jié)范圍大； （3）對種子的損傷率較小，一般要求不超過 3%； （4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易于制造和維護，調(diào)整方便； （5）漏種率和重播率低，皆要求不超過 3%。 4.2.2 現(xiàn)有排種器的類型和特點 排種器種類很多，通常按播種方式分為撒播器、條播排種器和點播排種器 三大類。條播是按要求的行距，播深與播量將種子播成條行，一般不計較種子 的粒距，只注意一定長度區(qū)段內(nèi)的粒數(shù)，在農(nóng)業(yè)上使用的條播排種器有外槽輪 式、內(nèi)槽輪式、磨紋盤式、錐面型孔式、擺桿式、離心式、匙式及刷式等類型。 其中應用得最廣泛的是外槽輪式排種器，其由排種器盒、排種軸、外槽論、 阻塞輪、花型擋環(huán)及清種舌等組成。排種器盒裝在種子箱下面，種子通過箱底 開口流入盒內(nèi)。排種軸轉(zhuǎn)動時，外槽論及花型擋環(huán)可防止種子從槽輪兩側(cè)流出。 雖然這種排種器結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、通用性好、適應性能廣，而 且國際上已經(jīng)標準化，但是它也存在不可忽略的局限性，對于馬鈴薯塊莖這樣 的種子，外槽輪是排種器并不能降低其漏種率和對種子的損傷率，也不能夠提 高播種的穩(wěn)定性，因此需要選擇一種結(jié)構(gòu)更簡單，效率和播種質(zhì)量更好的排種 器，經(jīng)過對所有可能的排種器（如夾持式，外槽輪是，帶輪式等）的比較，最 終決定選取升運鏈式排種器，這種排種器的前身是 70年代后期美日等發(fā)達國家 廣泛采用的舀上杯鏈式排種器。 4.2.3 排種器的選型 （1）升運連式排種器的選型及結(jié)構(gòu) 根據(jù)馬鈴薯種塊的特性，該馬鈴薯播種機決定選用單排式升運鏈式排種器。 其結(jié)構(gòu)如圖 4—1所示： 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 7 圖 4—1 升運鏈式排種器 Figure 4—1 the labe—chain dispenser （2）工作原理： 行走輪隨著播種機的前進而轉(zhuǎn)動，行走輪上的軸作為動力傳遞軸并通過中 間軸將動力傳遞到排種器的小鏈輪上，小鏈輪轉(zhuǎn)動從而帶動升運鏈以一定的速 度上升，固定在升運鏈上的取薯勺每次舀取一個種薯塊，并通過上鏈輪和護種 管壁將種薯塊運送到輸種管里，再經(jīng)開溝器落到地溝，從而實現(xiàn)播種的過程。 （3）升運鏈式排種器工作性能的結(jié)構(gòu)參數(shù) 根據(jù)馬鈴薯播種機的設計要求和參考有關(guān)文獻，主要有以下結(jié)構(gòu)參數(shù)： 1．取薯勺速度 v：取薯勺線速度與作業(yè)速度成正比，試驗表明，當取薯勺 速度不超過 0.5 m/s時，播種質(zhì)量較好。當鏈輪線速度為 0.55 m/s 時，作業(yè) 質(zhì)量有所下降，即漏播稍有增加，但基本上能滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求。若取薯勺 速度大于 0.55 m/s 時，作業(yè)質(zhì)量則顯著變壞，漏播嚴重。因此鏈輪線速度最 高作業(yè)速度不超過 0.5 m/s。 2．鏈輪轉(zhuǎn)速 n：鏈輪轉(zhuǎn)速過低，脈動頻率低，排種均勻性差；轉(zhuǎn)速過高， 又會使傷種率增加的同時加大漏種率。根據(jù)馬鈴薯種子的播種要求，此次設計 選用最大轉(zhuǎn)速不超過 40r/min的鏈輪。 3．鏈條的工作長度 L：鏈條的長度太大，將會增大兩鏈輪之間的中心距， 從而增大輸種的距離；長度太短又會造成輸種時種薯來不及緩沖而從取薯勺滑 落，從而降低了排種的均勻性。因此鏈條的工作長度應該根據(jù)最合適的中心距 來選取。一般鏈條長度在 2m左右，種子的升運高度不超過 500mm 4．取薯勺的形狀：對于單邊最大尺寸為 20mm的馬鈴薯種塊，取薯勺需要 保證種薯塊在升運的過程中不要出現(xiàn)滑落的情況，而且背面要光滑，不能傷種； 取薯勺要輕，因此取薯勺都是用厚度為 1.2mm的鐵皮沖壓而成。 4.2.4 升運鏈相關(guān)系數(shù)的確定 （1）最開始設定的理論株距為 120mm，因此在行走輪轉(zhuǎn)動一圈后所需要播 種的個數(shù) n 可以通過公式 4—2 計算得到： 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 8 （4—120DLn?? 2） 式中：L——行走輪的周長； D——行走輪的直徑。通過已知數(shù)據(jù) D=0.5m。 算得 n=13 個 （2）取薯勺之間的間距即株距 B 本次設計決定選用鏈條節(jié)距 p=25.4mm，長度略為 2.24m 的 16A 型滾子鏈， 鏈條的速度略為 0.27m/s，是最佳速度 v=0.5m/s 的 0.54 倍，因此可以通過縮小 株距來滿足排種的需要，即將株距縮小到原來的 0.54 倍，再根據(jù)節(jié)距和鏈條長 度來進行調(diào)整。通過計算，整個鏈條共有 88 節(jié)，為了達到最佳的排種效果，需 要 24 個取薯勺，因此其中 16 個取薯勺由 4 個鏈結(jié)組成，另外 8 個由 3 個鏈結(jié) 組成。因此每個取薯勺之間的平均距離也就是株距 B=88/24×25.4≈93mm，能 保證有足夠的空間來克服充不上種的情況。 （3）取薯勺尺寸的確定 通過查閱相關(guān)取薯勺的資料，以及對馬鈴薯種塊在取薯勺內(nèi)的受力情況的 分析，為了使種塊不至于從勺內(nèi)落下，多余的種子也不能穩(wěn)定在勺內(nèi)，要求取 薯勺的寬度要大于種子長度的 0.5 倍且小于種子厚度的 1.5 倍。因為種子的尺寸 規(guī)格為 20mm×20mm×20mm，這里取取薯勺的寬度應為 20×1.25mm=25mm。 同時為了取薯時有足夠的時間和空間，取薯勺的長度尺寸也必須大于種塊長度 的 1.5 倍，因此長度至少為 20×1.5=30mm，這里取 35mm。通過查閱《農(nóng)業(yè)機 械設計手冊》 （陳志，2007） ，可知種薯塊的自然休止角一般為 30°，因此取薯 勺內(nèi)的角度應小于或等于其自然休止角，這里也取 30°。 5 排肥器的選型設計 5.1 排肥器的性能要求 （1）排肥量穩(wěn)定、均勻，不受肥箱內(nèi)肥料的多少、地形傾斜起伏及前進速 度等因素的影響。 （2）通用性好，能施多種肥料。要求排肥器除了能排施流動性好的顆粒狀 化肥和復合顆?；释猓材芘攀┝鲃有圆畹姆蹱罨?。 （3）排肥量調(diào)節(jié)靈敏、準確，調(diào)節(jié)范圍能適應不同化肥品種與不同作物的 施用要求。 （4）工作阻力小，使用調(diào)節(jié)方便，便于作業(yè)后清理殘茬化肥。 （5）排肥器所有與肥料接觸的機構(gòu)、零件最好采用防腐耐磨材料制造。 5.2 常用排肥器的種類和特點 常用的化肥排肥器有以下幾種類型： （1）外槽輪式排肥器 外槽輪排肥器工作時，外槽輪旋轉(zhuǎn)，顆粒化肥靠自 重充滿槽輪的凹槽并被槽輪帶著一起旋轉(zhuǎn)，在槽輪外面的肥料在槽輪的拔動和 肥料顆粒之間的摩擦力作用下也被帶動起來由槽輪強制帶出，從排肥舌上調(diào)入 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 9 輸肥管，然后經(jīng)開溝器導入種溝。該排肥器轉(zhuǎn)動的槽輪和不轉(zhuǎn)動的阻塞套可以 在排種盒內(nèi)隨排種軸左右移動，通過改變槽輪的長度來調(diào)節(jié)排肥量。外槽輪排 肥器的槽輪可以換成齒輪。槽輪的齒數(shù)相對排種器的來說有所減少。 （2）星輪式排肥器 工作時，旋轉(zhuǎn)的星輪星齒間的化肥強制排出。常用兩 個星輪對轉(zhuǎn)以消除肥料架空和錐齒輪的軸向力。該排肥器的肥箱底部裝有活頁 式鉸鏈，箱底可以打開，便于消除殘存的化肥；星輪的拆卸也很方便。排肥量 的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)手柄改變排肥量活門的開度來實現(xiàn)。 （3）螺旋式排肥器 其主要工作部件是排肥螺旋。工作是螺旋回轉(zhuǎn)，將肥 料導入排肥管。在排肥量較小時，螺旋式排肥器的排肥均勻性很差 （4）水平刮板式排肥器 水平刮板式排肥器是近年來我國為解決碳酸氫銨 排肥問題而研制的一種排肥器。它的基本特征是由在水平面旋轉(zhuǎn)的曲面刮板或 彈擊刮板將化肥排出。 （5）攪---撥輪式排肥器 這是一種通用型排肥器。其突出特點是能有效地 消除肥料的“ 架空” 可靠的排施含水量很大的碳酸氫銨。缺點是清肥不便。 （6）振動式排肥器 由于震動關(guān)系，肥料排量受肥箱內(nèi)肥料多少、肥料密 度、粘結(jié)力等的影響較大排肥量的穩(wěn)定性和均勻性差。 在馬鈴薯的種植過程中，不同的化肥往往需要選用不同的排肥器，馬鈴薯 播種的時候所用的一般是硫酸銨或磷酸二銨等顆?；?，其含水率都低于 1%。 通過對以上幾種排肥器的比較以及馬鈴薯施肥的要求，本次設計決定選用移動 式外槽輪排種器。這種排肥器的優(yōu)點在于其可以把它的槽輪換成齒輪，工作原 理也與槽輪時相同。槽輪輪式排肥器一般用于排施流動性教好的顆粒狀化肥， 具有較好的排肥穩(wěn)定性和均勻性，但缺點是不能用于排施流動性差的化肥。其 結(jié)構(gòu)如圖 5—1 所示。 1．卡箍；2．軸銷；3．花形擋圈；4．外槽輪；5．阻塞套；6．排肥杯； 7．排肥舌；8 排肥軸；9 排肥舌軸 圖 5—1 移動式外槽輪排肥器 Figure 5—1 the fluted roller fertilizer apparatus 5.3 排肥量的計算 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 10 外槽輪排肥器的排肥量可以通過公式 5—1計算。 （5—?? ????????tdLrQfaq0 1） 式中：d—外槽輪的直徑，d 取 45mm L—外槽輪的有效長度，L 取 126mm r—肥料的密度，施用的化肥為磷酸二銨，其密度為 789g/L。 a0—槽內(nèi)肥料充滿系數(shù)，一般取 0.7 fg—單個凹槽的截面積，通過實驗計算選取 fg=66.76mm2 t—槽輪凹槽節(jié)距。通過計算得到 t=dπ/z=20.2mm λ—帶動層特性系數(shù)。取 0.5 經(jīng)計算得 Q≈5.5kg/acre，這里取 6kg/acre 6 開溝器的選型設計 6.1 開溝器的性能要求 開溝器是播種機上重要的部件之一，其功用是開溝、整理種床、自動覆土 和導種、肥入土，開溝器工作性能的好壞將直接影響播種質(zhì)量和種子發(fā)芽生長 條件。因此，開溝器應滿足如下幾個條件： （1）開溝直、深淺一致，幅寬合適，溝底平整，有一定的自動覆土功能； （2）有良好的入土性能，不壅土、不纏草、不堵塞、阻力小、工作可靠； （3） 使種子全部落如溝底，行內(nèi)種子分布幅度、均勻度應符合農(nóng)業(yè)技術(shù)要 求。 6.2 現(xiàn)有開溝器的種類和特點 根據(jù)開溝器的入土角不同可分為銳角和鈍角二種。 ⑴ 鋤鏟式開溝器：屬于銳角型開溝器，工作時開溝器隨著播種機向前移動， 土壤在鏟前突起，兩側(cè)土壤受擠壓而分開，開溝器離開后溝壁上的土壤自行下 落覆蓋種子。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、入土能力強、工作阻力小， a=3~6cm，R=30~65N/個。缺點是易壅土和纏草，會使干濕土混雜，高速作業(yè)時 播深不穩(wěn)。 ⑵ 雙圓盤開溝器：鈍角型開溝器，主要由一對平面圓盤、開溝器體、圓盤 軸和散種板組成。工作時，兩圓盤向前滾動，利用兩圓盤在前下方一點（稱聚 點）接觸所形成的夾角，將土壤向兩側(cè)擠壓，開成中間代郵凸尖的溝（溝底呈 W形） 。種子和肥料由種、肥輸入管通過開溝器體上的種、肥輸送筒落入溝底。 工作平穩(wěn)、溝形整齊、不亂土層、斷草能力強。但結(jié)構(gòu)復雜、尺寸較大，工作 阻力大。a=4~8cm，R=80~160N/個。 ⑶ 芯鏵式開溝器：銳角型開溝器，工作時先由芯鏵入土開溝，兩個側(cè)板向 兩側(cè)分土形成種溝。開溝寬度大、入土性能好，但工作阻力大。 a=6~12cm，R=200~800N/個。 ⑷ 滑刀式開溝器：鈍角型開溝器，工作時滑刀在豎直方向切入土壤，刀后 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 11 側(cè)板向兩側(cè)擠壓土壤形成種溝。特點是靠重力入土，溝深穩(wěn)定、溝形整齊、不 亂土層，斷草能力強、工作阻力大。a＝5~10cm，R=200~400N/個。 6.3 開溝器的選型 馬鈴薯播種機通常在新耕地上進行播種，新耕地的雜草和殘茬對開溝器的 影響不大，出現(xiàn)纏繞和堵塞的幾率不大，再考慮到開溝的性能和經(jīng)濟因素，本 次設計決定選用鋤鏟式開溝器，鋤鏟式開溝器由翼鏟、筒身和深淺調(diào)節(jié)扁鋼組 成。其優(yōu)點是：（1)開溝深度大，因為要求開溝深度最大達到 180mm，上述幾 種開溝器只有鋤鏟式能達到要求；(2)開出的地溝平整、開闊，受地形的影響較 小；(3) 結(jié)構(gòu)簡單，易于制造與維護。 6.4 開溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 6.4.1 入土角 α 的確定 入土角 α 選得過大，開溝器工作時土壤上移大，土層也抬得高，并有相互 混亂的趨勢，同時還會加大工作阻力；入土角也不能選得過小，過小的入土角 將會造成刃部強度減弱。通常情況下入土角的取值范圍在 30°～50° 之間，為了 保證入土能力，因此入土角不應該取得太小，這里取入土角為 45°。 6.4.2 切土角 β 的確定 切土角過大，土壤易被推向兩側(cè)，造成土壤外翻，影響覆土性能；同樣切 土角也不能太小，太小的切土角將嚴重影響鏟面的高度。一般情況下 β 值一般 在 20°～30°之間選取，特殊情況下可以取得小一點，這里取 β=20°。 6.4.3 鏟翼張角 γ 的確定 γ 過大，翼鏟就會增大，使得雜草不易沿刃口滑過，容易發(fā)生纏草、壅土、 堵土等現(xiàn)象。γ 過小時，翼鏟切斷草根的能力就會減弱。為使雜草沿翼鏟刃緣 向后滑切，γ 一般應該取 75°～85° ，這里取 γ=80 ° 6.4.4 開溝器外形尺寸的確定 深度調(diào)節(jié)扁鋼的尺寸為：40mm×20mm 開溝器體尺寸長×寬×高：173mm×120mm×505mm 7 輸種管的選型設計 7.1 輸種管的性能要求 輸種管的作用主要是將排種器排出的種子導入開溝器，使種子能夠順利落 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 12 入種溝內(nèi)，它對排種的均勻性有很大的影響。馬鈴薯播種機對輸種管的要求有： （1）對種子流的干擾小，能保證種子能自由流動，不致降低排種的均勻性； （2）有足夠的伸縮性并能隨意擾曲，從而能夠適應開溝器的升降和調(diào)節(jié)。 輸種管一般要求鉸接在排種器上，能在各個方向擺動的同時不影響種子通過； （3）應該具有一定的伸縮量、彈性和彎曲度，并能耐腐蝕。除此以外還有 要一定的圓度，不能變癟； （4）結(jié)構(gòu)要簡單，易于制造和維修。 7.2 輸種管的選型 在本次設計中，考慮到馬鈴薯種塊的形狀和對導種管的要求，設計選 用螺旋骨架型塑料管。這種輸種管是用 1mm 厚的鋼絲或尼龍絲作骨架纏敷 塑料薄膜并通過加熱制作而成，管內(nèi)壁光滑，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、彎 曲靈活、耐腐蝕等優(yōu)點。如圖（6—1）所示。 7.3 輸種管參數(shù)的確定 7.3.1 輸種管的直徑 輸種管的最小直徑應根據(jù)作物的最大播量和種子的物理特性（如種塊形狀 和尺寸，種塊與管壁的摩擦系數(shù)等）加以確定。輸種管的最小直徑應與種子在 輸種管內(nèi)自由降落時的擴散范圍相適應。根據(jù)以往實驗：有三分之二的馬鈴薯 單邊種子尺寸集中在 20mm范圍以內(nèi)，因此輸種管的最小直徑一般為 26mm，最 大直徑 40mm。 7.3.2 輸種管的傾斜度與長度 輸種管的傾斜度和長度都應該根據(jù)不同類型播種機的結(jié)構(gòu)需要、排種器的 特點和對種子落到地溝底部的要求進行確定。 一般情況下，橡膠輸種管的傾斜角為 50°。其長度通過下列公式進行計算 L=H/sinα （7— 1） 式中 H——種子從排種口下落到開溝器體接種口的垂直距離 Α——輸種管的傾斜角 算得 L的值為 225mm 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 13 圖 6—1 輸種管 Figure 6—1 the matering tube 8 覆土器的選型設計 8.1 覆土器的種類和特點 播種機上常用的覆土器有鏈環(huán)式、彈齒式、爪盤式、圓盤式、刮板式等， 其中鏈環(huán)式、彈齒式、爪板式為全幅覆蓋，常用于行距較窄的谷物條播機。圓 盤式和刮板式覆土器，則用于行距較寬、所需覆土量大、要求覆土嚴密并有一 定起壟作用的中耕作物播種機 8.2 覆土器的選型 考慮開溝器以及本機結(jié)構(gòu)，決定選用拖環(huán)式覆土器。其結(jié)構(gòu)如圖 8—1 所示。 8.3 覆土器性能結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 拖環(huán)直徑 D=280mm 鏈環(huán)長度 L=15mm 兩環(huán)間距離 L1=120mm 掛鉤有效直徑 D1=10mm 整個部件有效工作高度 H=375mm（可調(diào)） 9 鎮(zhèn)壓輪的選型與設計 9.1 鎮(zhèn)壓輪的使用條件 通過鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓作用，能使種子與濕土壤接觸更加緊密，有利于種子的 發(fā)芽和生長，可減少水分的蒸發(fā)，有利于土壤保墑，還可以增強土壤毛細管的 作用。鎮(zhèn)壓輪對土壤的壓強主要根據(jù)土壤性質(zhì)、水分、密度和作物的要求而定， 一般為 30～50kPa。而鎮(zhèn)壓輪的壓力大小取決于其自身的重量和作用在它上面 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 14 的附加重量。壓緊后土壤的容重一般為 8～1.2g/cm 2 圖 8—1 拖環(huán)式覆土器 Figure 8—1 the link covering device 9.2 設計要求 （1）轉(zhuǎn)動靈活 （2）鎮(zhèn)壓力可調(diào)； （3）鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋； （4）不壅土，不纏草。 9.3 結(jié)構(gòu)設計 現(xiàn)有的馬鈴薯播種機中的鎮(zhèn)壓輪, 一般采用常規(guī)鎮(zhèn)壓輪。其質(zhì)量輕, 結(jié)構(gòu)簡 單, 壓而不實 , 影響種植作業(yè)質(zhì)量。該設計選取了一種鎮(zhèn)壓效果好且有利于防寒 保溫、抗旱保墑和能促進種子早期出苗及幼苗的生長發(fā)育的圓錐式凹型鎮(zhèn)壓輪。 要使鎮(zhèn)壓輪能正常運轉(zhuǎn)，減少工作中出現(xiàn)滑移與壅土的現(xiàn)象，則鎮(zhèn)壓輪的 直徑應滿足以下公式: Smax≥2WT/D （9— 1） 因為 Smax=Qf，則 D≥2WT/（Qf ） （9— 2） 式中 Smax—土壤對鎮(zhèn)壓輪表面的最大附著力 Q—鎮(zhèn)壓輪的負荷 f—土壤對鎮(zhèn)壓輪的附著系數(shù)，通過查表可知 f一般取 0.4 華中農(nóng)業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計） 15 WT—軸套產(chǎn)生的摩擦力矩 D—鎮(zhèn)壓輪的直徑 由上面式子可知，鎮(zhèn)壓輪要想正常運轉(zhuǎn)，必須有足夠大的附著力。土壤對 鎮(zhèn)壓輪的附著系數(shù) f取決于輪緣的材料和土壤的條件，在一定情況下 f是個常 數(shù)。雖然增大鎮(zhèn)壓輪的負荷可以提高土壤對輪緣的附著力，但是增大鎮(zhèn)壓輪的 負荷無疑會使輪子下陷程度增大，輪子行駛的阻力增加，同時還會加大對土壤 的壓實程度，