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目 錄
摘要 1
關(guān)鍵字 1
1前言 2
1.1課題來源 2
1.2研究目的及意義 2
1.3國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀 3
1.3.1國外研究現(xiàn)狀 3
1.3.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.4研究內(nèi)容 6
2總體方案的確定 6
2.1工作方案 7
2.2傳動方案 7
3總體機構(gòu)及工作原理 8
3.1滾筒氣力式精密排種器總體結(jié)構(gòu)及原理 8
3.1.1滾筒氣力式精密排種器總體結(jié)構(gòu) 8
3.1.2滾筒氣力式精密排種器的工作原理 8
3.2主要設(shè)計參數(shù) 9
4結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 9
4.1滾筒體設(shè)計 10
4.1.1滾筒尺寸 10
4.1.2滾筒的吸孔形狀及孔徑 10
4.1.3滾筒吸孔的周向排數(shù) 10
4.1.4滾筒內(nèi)的真空度 11
4.1.5滾筒的轉(zhuǎn)速 12
4.2排種箱設(shè)計 12
4.2.1種箱繞中心軸可調(diào) 12
4.2.2種箱與滾筒中心距可調(diào) 13
4.2.3箱體的形狀設(shè)計 13
4.3中心軸設(shè)計 14
4.4換氣裝置設(shè)計 14
4.5端蓋設(shè)計 14
4.6風(fēng)機的選擇 14
4.7傳動機構(gòu)設(shè)計計算 15
4.7.1原動機的選擇 15
5排種器工作過程動力學(xué)分析 16
5.1吸孔前流場分布規(guī)律 16
5.2吸種最小真空度分析 17
5.3種子受力分析計算 18
5.3.1種子被滾筒帶出時受力 18
5.3.2種子吸附在滾筒上的條件 19
6關(guān)鍵零部件校核 19
6.1軸的強度校核 20
6.2軸承校核 21
7結(jié)論 21
參考文獻 21
致謝 23
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
附 錄
Seeder history and introduction
he first century B.C., China has good, this is to promote the use of the world's earliest drill machine, today is still in the north of equal applications.
1636 in Greece first Taiwan machine made. In 1830, russians in livestock HuaLi more on LiBo machine made. 1860 years later, the countries such as Britain and started mass production work grain suitable drill. After the 20 th century have appeared traction and hanging drill machine, and the use of grain strength of the machine. 50 s development precision machine. China from the 1950 s to introduce grain suitable drill, cotton machine, etc. 60 s has developed into a suspension type grain machine, centrifugal machine, universal frame and gas suction style such as machine machine DuoZhong type, and grinding lines to the development of the device. In the 70 s, has formed the seeding machine general machine and grain joint seeder two series, and has developed precision machine.
Europe first Taiwan machine made in 1636 in Greece. In 1830, the russians in livestock HuaLi more on the sowing device LiBo machine made. Britain, the United States and other countries in 1860 years later started mass production work grain suitable drill. 20 centuries later period, there appeared the traction and hanging drill machine, and the use of grain strength of the machine. In 1958, Norway appear first Taiwan centrifugal machine, 50 s gradually developed all kinds of precision machine.
China in the 1950 s introduced from abroad grain suitable drill, cotton machine, the '60 s and has successfully developed suspension type grain machine, centrifugal machine, universal frame and gas suction style such as machine machine DuoZhong models, and has developed grinding lines of the device. In the 70 s, has formed the seeding machine general machine and grain joint seeder two series and production. For grain and intertillage crops, grasses, and all kinds of vegetables with suitable drill and XueBo machine are already widely used. At the same time, also has developed DuoZhong precision machine.
Corn is uniform, sowing machine depth is consistent, stable, cover earth good row spacing, save seeds, work efficiency higher characteristic. The correct use of machine should pay attention to the following points: master 10
1 in the maintenance of the field before operation to clean up the trash and sowing the device on the open ditch the winding grass, clay, ensure good condition, and the tractors and the transmission, the rotation of the machine parts, according to the requirements of the manual filling lubricating oil, especially every time before operation should pay attention to the transmission chain lubrication and a tight situation on the fastening bolts and sowing.
2 frame can't tilt seeder and tractors to hook up may not be tilt, work should make frame a state level before and after.
3 do well adjusted according to the instructions of the rules and regulations of the main requirements, the rate, open ditch is the spaced, open ditch crackdown on the depth of the wheel turns the soil suitable.
4 attention and good seed to join the seeds of seeds, where there is no box small, Bi, miscellaneous, to ensure the effectiveness of the seeds; Second seed box with kind of quantity of at least to add to that cover the box of entrance, in order to ensure the smooth.
5 test broadcasts to ensure the quality of the large area, seeded before sowing, must hold to test broadcasts 20 meters, observe the machine work. Please agricultural technology personnel, local farmers consultation, testing confirmed that meet local agricultural demands, and then carry on large area sown.
6 note of uniform linear driving NongJiShou choose the assignment walking routes, should guarantee and kind of and mechanical in and out of convenience, planting time to pay attention to more uniformly and in a straight line, line, not fast and slow or stop the leak, lest the replay, broadcast; To prevent the open ditch jams, the rise and fall of machine to are on the march, when turning back or operation should be filed seeder.
7 was the first out first broadcast to rolling out, out, was hard by deep too shallow.
8 often observed planting time constant observation of the device, open ditch device, the cover and transmission's work, such as the clogging, clay, winding grass, seed cover lax, shall be ruled out in time. Adjustment, repair, lubrication or cleaning the winding grass, etc, must be in after parking.
9 protect parts of the machine work, it is strictly prohibited to scale back or sharp turn and the ascension of the machine should slow or land, lest attaint parts.
10 note seed box when the seeds of the homework seed shall be not less than 1/5 of the seed case volume; Transportation or transfer in the plot, when the seed shall not be equipped with seeds, the more can pack other weight.
Corn seeder troubleshooting
1 the device not discharge. The main reason is the transmission gear meshing, or no shaft head the row gear square hole to wear, the adjustment, maintenance or replacement.
2 individual the device does not work. The reason is the individual the box seed the scaffolding or the device to be sundry congestion, mouth should clean up sundry; The shaft and individual the tank round of connection pin broken, should be replaced pins; Individual the box of plug-in boards should not open, pull open plug-in boards.
3 the device to the individual, but a groove no seed. The reason is the open ditch or lose jam (occurs in pipe by land wheel of the open ditch device on), should be clear, forming and take corresponding measures to prevent sundry fall into the open ditch.
4 the constantly, out of control. The reason is the separation of the poles clutch fall off or separation clearance sales is too small, and should be put on pins and to lock, or adjust the separation clearance.
5 the intermittent, seeded not divide evenly. The reason is transmission gears mesh clearance is too large, gear sliding, should be adjusted; The clutch spring bounce is too weak, gear to ski, should be adjusted or replace the spring.
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播種機歷史及簡介
公元前1世紀，中國已推廣使用耬，這是世界上最早的條播機具，今仍在北方旱作區(qū)應(yīng)用。
1636年在希臘制成第一臺播種機 。1830 年俄國人在畜力多鏵犁上制成犁播機。 1860年后，英美等國開始大量生產(chǎn)畜力谷物條播機。20世紀后相繼出現(xiàn)了牽引和懸掛式谷物條播機，以及運用氣力排種的播種機。50年代發(fā)展精密播種機。中國從20世紀50年代引進了谷物條播機、棉花播種機等。60年代先后研制成懸掛式谷物播種機、離心式播種機、通用機架播種機和氣吸式播種機等多種類型，并研制成磨紋式排種器。到70年代，已形成播種中耕通用機和谷物聯(lián)合播種機兩個系列，同時研制成功了精密播種機。
歐洲第一臺播種機于1636年在希臘制成。1830年，俄國人在畜力多鏵犁上加裝播種裝置制成犁播機。英、美等國在1860年以后開始大量生產(chǎn)畜力谷物條播機。20世紀以后相繼出現(xiàn)了牽引和懸掛式谷物條播機，以及運用氣力排種的播種機。1958年挪威出現(xiàn)第一臺離心式播種機，50年代以后逐步發(fā)展各種精密播種機。
中國在20世紀50年代從國外引進谷物條播機、棉花播種機等，60年代先后研制成功懸掛式谷物播種機、離心式播種機、通用機架播種機和氣吸式播種機等多種機型,并研制成功了磨紋式排種器。到70年代,已形成播種中耕通用機和谷物聯(lián)合播種機兩個系列并投入生產(chǎn)。供谷物、中耕作物、牧草、蔬菜用的各種條播機和穴播機都已得到推廣使用。與此同時，還研制成功了多種精密播種機。
大豆播種機的使用方法
大豆播種機具有播種均勻、深淺一致、行距穩(wěn)定、覆土良好、節(jié)省種子、工作效率高等特點。正確使用播種機應(yīng)注意掌握以下10要點：
1 進田作業(yè)前的保養(yǎng) 要清理播種箱內(nèi)的雜物和開溝器上的纏草、泥土，確保狀態(tài)良好，并對拖拉機及播種機的各傳動、轉(zhuǎn)動部位，按說明書的要求加注潤滑油，尤其是每次作業(yè)前要注意傳動鏈條潤滑和張緊情況以及播種機上螺栓的緊固情況。
2 機架不能傾斜 播種機與拖拉機掛接后，不得傾斜，工作時應(yīng)使機架前后呈水平狀態(tài)。
3 搞好各種調(diào)整 按使用說明書的規(guī)定和農(nóng)藝要求，將播種量、開溝器的行距、開溝覆土鎮(zhèn)壓輪的深淺調(diào)整適當。
4 注意加好種子 加入種子箱的種子，達到無小、秕、雜，以保證種子的有效性；其次種子箱的加種量至少要加到能蓋住排種盒入口，以保證排種流暢。
5 試播 為保證播種質(zhì)量，在進行大面積播種前，一定要堅持試播20米，觀察播種機的工作情況。請農(nóng)技人員、當?shù)剞r(nóng)民等檢測會診，確認符合當?shù)氐霓r(nóng)藝要求后，再進行大面積播種。
6 注意勻速直線行駛 農(nóng)機手選擇作業(yè)行走路線，應(yīng)保證加種和機械進出方便，播種時要注意勻速直線前行，不能忽快忽慢或中途停車，以免重播、漏播；為防止開溝器堵塞，播種機的升降要在行進中操作，倒退或轉(zhuǎn)彎時應(yīng)將播種機提起。
7 先播地頭 首先橫播地頭，以免將地頭軋硬，造成播深太淺。
8 經(jīng)常觀察 播種時經(jīng)常觀察排種器、開溝器、覆蓋器以及傳動機構(gòu)的工作情況，如發(fā)生堵塞、粘土、纏草、種子覆蓋不嚴，及時予以排除。調(diào)整、修理、潤滑或清理纏草等工作，必須在停車后進行。
9 保護機件 播種機工作時，嚴禁倒退或急轉(zhuǎn)彎，播種機的提升或降落應(yīng)緩慢進行，以免損壞機件。
10 注意種子箱 作業(yè)時種子箱內(nèi)的種子不得少于種子箱容積的1/5；運輸或轉(zhuǎn)移地塊里時，種子箱內(nèi)不得裝有種子，更不能裝其他重物。
大豆播種機故障排除
1 排種器不排種。主要原因是傳動齒輪沒有嚙合，或者排種軸頭排種齒輪方孔磨損，調(diào)整、維修或更換。
2 個別排種器不工作。原因是個別排種盒內(nèi)種子棚架或排種器口被雜物堵塞，應(yīng)清理雜物；排種軸與個別排種槽輪的連接銷折斷，應(yīng)更換銷子；個別排種盒插板未拉開，應(yīng)拉開插板。
3 排種器排種，但個別種溝內(nèi)沒有種子。原因是開溝器或輸種管堵塞（多發(fā)生在靠地輪的開溝器上），應(yīng)清理堵塞物，并采取相應(yīng)措施防止雜物落進開溝器。
4 排種不停，失去控制。原因是離合撐桿的分離銷脫落或分離間隙太小，應(yīng)重新裝上銷子并加以鎖定，或調(diào)整分離間隙。
5 排種時斷時續(xù)，播種不勻。原因是傳動齒輪嚙合間隙過大，齒輪打滑，應(yīng)進行調(diào)整；離合器彈簧彈力太弱，齒輪要滑，應(yīng)調(diào)整或更換彈簧。
6
湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
滾筒氣力式煙草排種器設(shè)計
DESIGN OF ROLLER PNEUMATIC SEEDER FOR TOBACCO SEED
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
年級專業(yè)及班級：2009級農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
（1）班
指導(dǎo)老師及職稱： 教授
學(xué) 院：工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：2013年5月
滾筒氣力式煙草排種器設(shè)計
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙410128）
摘 要：排種器是實現(xiàn)精密播種技術(shù)的核心部件，其工作性能的好壞直接影響著煙草工廠化育苗的播種精度、均勻性、種子的出苗率等。由于滾筒氣力式排種器具有對種子尺寸要求不高、不傷種子、通用性好、適應(yīng)性強的優(yōu)點，且易于提高播種速度，實現(xiàn)自動控制，是一種較為先進的排種裝置，已成為當前國內(nèi)外精密排種器發(fā)展的主要方向之一。本文在對國內(nèi)外現(xiàn)有的精量播種裝置進行深入研究的基礎(chǔ)上，分析了多種形式的排種裝置的優(yōu)缺點，完成了滾筒氣力式煙草種子精量播種裝置的機理和參數(shù)化方面的理論研究。通過建立種子在吸種孔處受力的力學(xué)模型，得到了播種裝置設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
關(guān)鍵字：滾筒氣力式；精密播種；煙草種子
Design of Roller Pneumatic Seeder for Tobacco Seed
Student: Mao Licheng
Tutor: Xie Fangping
(College of Engineering, Hunan Agricultural University,Changsha410128）
Abstract：As the core component of precision sowing technique that seeder’s working performance directly influenced the sowing accuracy, seed spacing uniformity and emergencerate . Roller pneumatic seeder has become the major development trend of precision seeder because of its advantages including lower requirement of seeds size, lower harmful to seeds , higher universality, widely adaptability, easy to improve the working efficiency and realize automatic control．This paper analyzed the merits and shortcomings of diversified plant devices, to accomplished the theory of mechanism for suction drum. Through build the dynamics model of the seed received force near the suction pore，gained the principal structural parameters to design the seeder device.
Key words：roller pneumatic; precision seeder; tobacco seed
1 前言
煙草育苗是煙草生產(chǎn)過程中的首要環(huán)節(jié)。隨著我國煙草生產(chǎn)規(guī)范化的進一步完善，育苗技術(shù)也有了較大程度的提高。近幾年，工廠化育苗技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，此方法能顯著提高煙苗素質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省耕地，減少育苗和移栽用工量，有效提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量，增加經(jīng)濟效益。
工廠化育苗技術(shù)是指選擇適宜的固定場所，采用塑料大棚盤式育苗技術(shù)，以現(xiàn)代化，企業(yè)化的模式組織種苗生產(chǎn)和經(jīng)營，從而實現(xiàn)種苗的規(guī)?；a(chǎn)。
種子播種是育苗過程中的關(guān)鍵性作業(yè)環(huán)節(jié)，而煙草種子排種器在工廠化煙草育苗中所起到的作用就顯得尤為重要。因為它不僅實現(xiàn)了煙草育苗的精量播種，而且還對降低成本、提高效率產(chǎn)生了積極的作用。煙草種子排種器要實現(xiàn)煙草種子的精密播種，精密播種可以保證種子在種盤擁有最合理的分布，播種量精確、播深一致，為種子的生長發(fā)育創(chuàng)造了最佳條件，為培育壯苗提供堅實基礎(chǔ)。精密播種是為了適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要而提出的，世界各國都很重視精量播種技術(shù)，發(fā)達國家以基本實現(xiàn)大、中粒作物的精量播種，節(jié)本增效顯著。由于煙草等小顆粒作物種子其籽粒小，力學(xué)性能差，易破碎等原因，同時精良排種困難、排種后均勻性較差、容易破碎等難題，有些技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，至今還沒能實現(xiàn)大規(guī)模的推廣[1]。因此對煙草種子的精播技術(shù)有待進一步研究。
1.1 課題來源
結(jié)合科研課題（省煙草局）
課題名稱：煙草全程生產(chǎn)機械化中育苗播種流水線研究
1.2 研究目的及意義
隨著種植業(yè)對生產(chǎn)質(zhì)量和效率的高要求以及精密農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國各地的工廠化育苗技術(shù)在經(jīng)濟作物、蔬菜、花卉等小顆粒種子育苗上迅速發(fā)展起來。工廠化育苗的重要性已日漸凸顯，并逐漸提到議事日程上來。自動精密播種生產(chǎn)線是工廠化穴盤育苗的關(guān)鍵設(shè)備，國外原有成熟的產(chǎn)品，而國內(nèi)的研究則相對較晚，多數(shù)是引進國外的產(chǎn)品，但其價格比較昂貴，因此，研制開發(fā)一種新型、可靠、廉價的滾筒氣力式精密播種機是非常必要的，在我國具有廣闊的市場空間和應(yīng)用前景。
工廠化育苗的播種作業(yè)要求精度高，空穴率和重播率必須低，因而穴盤精密播種是工廠化育苗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。精密播種機由于節(jié)約良種、不用間苗、田間植株均勻等優(yōu)點，正受到越來越多的關(guān)注和研究，現(xiàn)在種子直徑較大的如棉花、小麥、玉米、土豆等中耕作物的排種器研究已很深入，但是對于小顆粒種子的排種器的研究還有待加強?，F(xiàn)有排種器產(chǎn)品也存在不少問題，例如機械式的排種器存在對種子尺寸形狀要求高、傷種嚴重和播種效率低等缺點，而氣吸式的排種器存在型孔堵塞、排種不精確、漏氣等問題。煙草作為小顆粒種子的重要經(jīng)濟作物，其排種器的設(shè)計具有重要的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域[2]。
目前,我國煙草播種方式以手工播種為主,不僅費時費力,勞動效率較低,而且還嚴重影響了煙草育苗的質(zhì)量。隨著農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展，這種以手工為主的播種方式必將被高效作業(yè)、精量播種的機械化模式所取代。但是由于煙草種子其籽粒小，力學(xué)性能差，易破碎等原因，同時精量排種困難、排種后均勻性差、容易破碎等難題，機械播種并沒想象中那么容易實現(xiàn)，機械播種技術(shù)難以得到突破。即使有些技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，至今還沒能實現(xiàn)大規(guī)模的推廣。目前代表我國精量播種機研制水平的主導(dǎo)機型主要有兩種結(jié)構(gòu)型式：一是槽輪(或窩眼輪)式播種機；二是氣吸盤式播種機。前者播種均勻性差，精度較低，難以滿足每穴1～2粒種子的要求且易傷種，不適宜播經(jīng)過催芽的種子。后者結(jié)構(gòu)比較簡單，制造和使用容易，但由于手工操作，生產(chǎn)率較低。
而氣吸式滾筒型排種器，囊種效率高，播種精度l～2粒種子的入穴率可達到90％以上。同時要具有結(jié)構(gòu)相對簡單，效率較高，不易堵塞，成本較低等優(yōu)點。因此，研究氣吸滾筒式排種器是實現(xiàn)小顆粒包衣種子精密播種的有效解決方法和重要發(fā)展方向[3]。
精密排種器技術(shù)的落后是制約我國小顆粒種子種植機械化發(fā)展的重要原因，研究小顆粒包衣種子精量播種裝置對促進我國小顆粒種子的生產(chǎn)機械化進程具有現(xiàn)實意義。
1.3 國內(nèi)外排種器研究現(xiàn)狀
1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
歐美等國從50年代后期開始出現(xiàn)氣力式精密排種器。近10年來，新機型不斷涌現(xiàn)，通用性、播種精度和效率不斷得到提高。
法國Monosem公司20世紀90年代末開發(fā)的NGPLUS氣吸式精密播種機，其核心工作部件(排種器)采用多種材料偶聯(lián)技術(shù)，排種器殼體和排種器蓋均采用鋁合金精密壓鑄，排種盤采用不銹鋼板和激光鉆孔新工藝，具有平面度精度高、耐磨性好和抗腐蝕等優(yōu)點，在排種器上還采用了高強塑料減磨密封環(huán)、黃銅精鑄剔種刀、清種刀和攪種輪，不僅確保了種盤與吸氣通道的密封性，而且提高了排種器的播種性能和使用壽命。
德國Amazone公司最新研制生產(chǎn)的ED系列氣吸式單粒精密播種機能夠滿足不同土壤條件、不同作物和不同農(nóng)藝要求的播種作業(yè)，具有較高的生產(chǎn)率及可靠性，播種機上的吸風(fēng)機除了使用動力輸出軸驅(qū)動外還可用液壓馬達驅(qū)動。
JohnDeere公司在20世紀90年代末生產(chǎn)的Maxemerge planters系列高速氣吸式精密播種機裝備了“精準農(nóng)業(yè)"高新技術(shù)系統(tǒng)，將衛(wèi)星定位、地理信息、專家智能和遙感技術(shù)相融合，可根據(jù)土壤肥力和含水量等條件的變化，實施變量播種和施肥，達到節(jié)約種肥、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境和降低成本的目的，它采用了高性能、低噪音的馬達液壓驅(qū)動風(fēng)機，實現(xiàn)了風(fēng)機轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速，可適應(yīng)不同作物、不同壓差的播種需要，提高了排種器的吸排種性能。
除此之外，氣吸式代表機型還有意大利GAS-PARDO公司生產(chǎn)的SP懸掛氣吸式播種機；氣壓式代表機型如美國阿里斯·恰默斯公 司生產(chǎn)的ALLIS-CHALMERS氣壓側(cè)充式播種機；氣吹式排種器代表機型如德國貝克公司生產(chǎn)的AeromatⅡ氣吹式播種機[2，4]。
國際上先進的精密排種器普遍采用了氣力式工作原理，正朝著大型、高效、操控電子化方向發(fā)展，先進的液壓技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)以及新型材料、加工工藝正逐步應(yīng)用到精密排種器上，工作效率和精度不斷得到提高[4]。
1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
小粒徑種子作物包括煙草、油菜等，在我國作物種植中有著重要的地位。我國在20世紀80年代初期開始氣力式精密排種器的研發(fā)工作，最近幾年這一技術(shù)得到了迅速發(fā)展。
1991年，中國農(nóng)業(yè)工程設(shè)計研究院最早研制了一臺2XB-400穴盤精量播種機，采用的是機械式排種器，可用于蔬菜和一些花卉的播種， 但對外表不夠光滑接近球形的種子需要丸粒化包衣處理；1997年，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制了一種振動氣吸式播種機，可滿足每穴1~2粒精量播種的要求，空穴率在3%以下，合格率在90%以上；1999年，天業(yè)集團為解決番茄醬生產(chǎn)基地的播種需求， 從美國引進了SN-1-130型氣吸氣吹式精量播種機，該機當時屬世界先進的精量播種機，通過60公頃的番茄播種試驗發(fā)現(xiàn)，該機播種量僅為150g每公頃，空穴率僅為0.5%。
2000年，上海交通大學(xué)研制出一臺真空吸附式精量播種流水線，系統(tǒng)自動化程度高，日播種量12萬粒以上，且能適用于不同形狀的小粒種子；2003年， 安徽省天長市研制了一種WXQ—8型油菜數(shù)控直播機采用電子裝置控制播量，每穴1～3粒，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，動力僅靠6V直流電瓶供給，行走考人工推動，每臺機僅重15kg，該機比較適合于小塊田地的播種，大面積播種時候效率偏低；2004年，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)與現(xiàn)代農(nóng)裝株州聯(lián)合收割機公司研制了一種2BYF—6型油菜免耕直播機，采用新型型孔輪式排種器，可實現(xiàn)油菜的穴播，并解決了免耕直播土層覆蓋的問題，不足之處是排種器的振動對播種效果存在一定的影響；2004年，胡建平等針對蔬菜、花卉類小粒徑種子精密播種問題，利用磁吸式排種原理，設(shè)計了一種磁吸滾筒式精密排種器， 以磁粉包衣油菜種子為試驗對象進行試驗， 試驗證明磁吸頭工作電流是影響排種性能的主要因素。該機型具有較高的播種精度和對不同類型種子的良好適應(yīng)性；2007年，王希強等針對油菜籽的排種問題，研究了氣吸滾筒式精密排種器，對該排種器的吸孔吸種半徑進行了理論分析和推導(dǎo)，得出了滾筒上吸孔的吸種半徑與吸孔直徑、負壓大小、種子密度及種子大小有關(guān)的結(jié)論；2007年，廖慶喜等學(xué)者研制了一種正負氣壓組合式精量排種器，利用負壓吸種同時在投種區(qū)利用正壓將種子吹出，克服了小粒徑種子由于自重較輕，依靠重力難以自由下落的問題，可以實現(xiàn)油菜等小粒徑種子的單粒精量播種，并在此基礎(chǔ)上研制了2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機；2008年，夏紅梅等對氣力滾筒式穴盤播種機按單剛體系統(tǒng)對種子的吸排種過程建立動力學(xué)模型，得出了增大氣流量、提高種子與滾筒間的摩擦系數(shù)、減少種子與吸孔的距離可大大提高吸附效果的結(jié)論；2009年，趙湛等對氣吸振動式排種器進行工作機理研究和性能試驗分析，推導(dǎo)出了種子與種盤二自由度碰撞振動系統(tǒng)周期運動的Poincare映射，模擬了振動種盤內(nèi)種群的三維運動規(guī)律，為氣吸振動式精密排種器的理論研究提出了新方法。
內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)機械化研究所研制的9MB-2.4型牧草播種機采用摩擦盤式排種器，根據(jù)彈性材料與種子間的摩擦實現(xiàn)小粒種子的播種， 性能優(yōu)于外槽輪式排種器；山西研制了一種滾筒式牧草播種機，將種箱和排種裝置制成一體，通過滾筒轉(zhuǎn)動的方式完成扎孔、排種、覆蓋過程，種子通過自重流入排種管，可用于苜蓿、谷子的條播；王振華，李中華研制的9BQM-3.0型氣力輸送式免耕播種機采用正壓式外槽輪排種裝置，由一個中央外槽輪排種器集中給分配器供料，高速氣流將種子吹到分配器分配到各行下種管，可以實現(xiàn)苜蓿等小粒徑種子的條播，但氣流的變化會影響到各行播量的均勻性。
張宇文等研制了一種多功能精量排種器并對其排種機理進行了探討，提出了防堵的方法；連銀娟等所研制的滾筒式油菜播種機，滾筒孔內(nèi)側(cè)制成喇叭狀以防堵塞；吳崇友等研究開發(fā)的異型窩眼輪排種器，其核心為異型窩眼孔孔形、窩眼孔的布置方式和清種部件，通過合理的型孔結(jié)構(gòu)和尺寸保證其充種和排種性能；陳海英等設(shè)計了一種鑲嵌組合式排種器，不同孔型的鑲嵌塊與主、副槽盤進行雙列或者單列組合配置，試驗發(fā)現(xiàn)排種輪型孔直徑與深度、引種槽與退種槽的傾斜角和深度、刷種板與窩眼輪之間的間隙等是影響播種質(zhì)量的關(guān)鍵。
近年來，學(xué)者們對精量播種技術(shù)的研究不斷探索新的方法和思路。例如：袁月明，馬旭等學(xué)者采用高速攝像技術(shù)研究了氣吸式排種器充種和投種的全過程，采用ANSYS軟件模擬了種子在充種過程中的速度場和壓力場，對研究氣力式排種器內(nèi)部流場及種子在排種器中的運動情況提供了新的方法；陳進，李耀明等學(xué)者分別利用ANSYS/FOTRAN和Fluent軟件對氣吸滾筒式精密排種器吸孔氣流場和吸種性能進行了有限元分析， 用計算機模擬的方法揭示了不同形式的吸孔對播種效果的影響，劉文東等采用基于Pro/E和ADAMS軟件的虛擬樣機技術(shù)對磁吸滾筒式精密排種器排種過程進行了仿真，得到了種子在排種過程的運動規(guī)律和受力變化及滾筒轉(zhuǎn)速、勵磁電流強度和取種位置角對種子排種運動的影響規(guī)律[2-7]。
由上可知，對于機械式排種器種子受力與運動規(guī)律的研究已經(jīng)比較成熟，以合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)、破碎率等指標量化排種器排種效果的評價體系趨于完善。 對小粒徑種子氣力式排種技術(shù)的研究有待于綜合運用高速攝像技術(shù)、數(shù)值模擬和計算機仿真分析等手段探究氣力式排種器氣流場與排種器、種子的氣固耦合機理，明確氣流場與排種器結(jié)構(gòu)的相互影響，研究種子受載、變形及其破損過程和種子的運動規(guī)律，以及對氣力充種、清種與種子運動情況等進行深入探討[2]。
1.4 研究內(nèi)容
在氣力式排種原理的基礎(chǔ)上研究一種正負氣壓組合式適合小粒徑種子的精量直播排種器。通過系統(tǒng)分析排種器的工作原理、工作過程及其種子的動力學(xué)特征，得出包括型孔形狀及孔徑、型孔排數(shù)、真空度、排種滾筒的轉(zhuǎn)速等影響排種器性能的要素，并確定排種器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體內(nèi)容和實施方案如下：
（1）確定滾筒氣力式精量播種裝置的工作原理、工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（2）滾筒體的設(shè)計。根據(jù)標準種盤尺寸和種子物理特性來確定滾筒體的設(shè)計參數(shù)。
（3）種箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)合滾筒氣力式煙草種子排種器的工作原理，對種箱的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，確定了最佳的種箱形狀、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及配合間隙，設(shè)計了滾筒與種箱之間配合間隙的凋整裝置。
（4）排種器工作過程動力學(xué)分析。由于氣力式排種器主要是靠正、負氣壓來完成排種和吸種的，因此需要根據(jù)排種器正常工作的條件及煙草包衣種子自身形狀特點，對排種器各工作過程進行動力學(xué)分析。
（5）相關(guān)組件的設(shè)計和校核。運用《機械設(shè)計》和《材料力學(xué)》的相關(guān)知識進行關(guān)鍵部件的設(shè)計計算。
2 總體方案的確定
2.1 工作方案
采用機械式排種器，易受機械式排種機構(gòu)的作用引起包衣種子的破損，而采用氣吸式、氣壓式、氣吹式三種中的任意一種方式又難以有效的保證排種器的充種和投種效果，從而影響排種器的性能。為了解決以上問題達到研究目的，本課題有機結(jié)合了氣吸與氣吹兩種方式，研究了一種正負氣壓組合式煙草包衣種子精量直播排種器。所研究的氣力式精量排種器與傳統(tǒng)的機械式排種器相比能更有效的避免型孔的堵塞和種子的破損問題，保證排種器的充種和投種效果，并實現(xiàn)一氣兩用[8]。所設(shè)計的排種器具體工作過程如下圖1所示:
圖1 工作流程圖
Figure 1 The figure of working process
2.2 傳動方案
滾筒轉(zhuǎn)速的大小應(yīng)保證在排種質(zhì)量合格條件下的最佳工作速度。一方面，滾筒轉(zhuǎn)速越高，種子的離心慣性力越大，氣吸室所需的真空度越大，為防止出現(xiàn)漏吸，就需要適當提高風(fēng)機的轉(zhuǎn)速；另一方面，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，吸孔與種子的接觸時間縮短，使得部分吸孔由于來不及吸種或吸種不充分脫落造成空穴，合格率下降，也需要適當提高真空度，但真空度的增加，有能使重播率增大，進而增加清種的壓力[9]。因此，為保證氣吸式排種器的排種質(zhì)量，滾筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)綜合選擇。變速器具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工藝要求不高，操縱非常簡單的特點。根據(jù)需要滾筒式排種裝置將采用鏈輪傳動，滾筒轉(zhuǎn)速和傳送帶的傳送速度之間的傳動比，加上一個減速器連接到調(diào)速電機上，再通過傳動軸帶動鏈輪傳動使?jié)L筒轉(zhuǎn)動。
根據(jù)本設(shè)計裝置的需要，傳動裝置主要由調(diào)速電機、軸、減速器、鏈輪、鏈條組成如圖2所示，調(diào)速電機提供動力，通過減速器，鏈輪傳動將動力傳送到滾筒上。其選用的主要參數(shù)為節(jié)距為19.05，滾筒軸上的鏈輪選用13齒，減速器軸上的鏈輪選用13齒的鏈輪。鏈條的鏈號選用08A的鏈條。
調(diào)速電機
減速器
鏈傳動
滾筒
圖2 傳動方案
Figure2 Transmission scheme
3 總體機構(gòu)及工作原理
3.1 滾筒氣力式精密排種器總體結(jié)構(gòu)及原理
3.1.1 滾筒氣力式精密排種器總體結(jié)構(gòu)
本文所設(shè)計的滾筒排種器結(jié)構(gòu)主要由吸排種滾筒、傳動系統(tǒng)、中心軸、排種箱、和機架等組成，其中電動機由變頻器控制，并通過鏈條、鏈輪驅(qū)動滾筒，使?jié)L筒能實現(xiàn)無級調(diào)速。中心軸與排種滾簡間靠軸承連接配合可以實現(xiàn)滾筒與軸的相對轉(zhuǎn)動，同時軸的兩端與播種機架相連，起到支撐連接作用；排種滾筒上分布有吸孔，實現(xiàn)吸種、排種；吸室又分為負壓區(qū)和常壓區(qū)兩部分，中間由吸室隔板隔開。其中負壓區(qū)占據(jù)了吸室的絕大部分，與吸種、攜種過程對應(yīng)；常壓區(qū)體積較小，伴隨整個投種過程；負壓風(fēng)管與風(fēng)機負壓端相通，為負壓區(qū)提供所要求的風(fēng)壓。
1、機架 2、支承座 3、中心軸 4、緊定螺釘 5、平鍵 6、密封圈 7、左端蓋 8、滾筒
9、螺釘 10、右端蓋 11、軸承 12、鏈輪 13、緊定螺釘 14、隔板15、殼體 16、接種槽
圖3 排種器結(jié)構(gòu)示意圖
Figure 3 The drawing of seeder
3.1.2 滾筒氣力式精密排種器的工作原理
農(nóng)業(yè)物料種子通常呈現(xiàn)散體顆粒狀，其機械特性介于固體和流體之間，自然狀態(tài)下，種子之間存在著負載的擠壓和摩擦作用力，力的大小與種層厚度、摩擦系數(shù)有關(guān)，且特定種子的內(nèi)摩擦系數(shù)為常數(shù)。通過給種盤施加小幅高頻振使種群在種盤內(nèi)產(chǎn)生向上的拋擲運動而相互分離，則種子之間的作用力由靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，流動性增強。通過合理調(diào)節(jié)種盤振動參數(shù)，種子呈現(xiàn)“沸騰”狀態(tài)，可以顯著減小吸種阻力[10-12]。
根據(jù)排種器的設(shè)計，排種器的滾筒被隔板分為負壓吸種區(qū)和零壓排種區(qū)。滾筒為懸臂梁結(jié)構(gòu)，一端與轉(zhuǎn)動端蓋用緊定螺釘連接，通過端蓋與鏈輪相連實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，另一端與固定端蓋間隙配合，通過密封圈密封。固定端蓋上焊接隔板，通過隔板與大氣相通，形成常壓腔。滾筒表面的吸孔與真空室相通。零壓區(qū)通過隔板、固定端蓋與大氣相通。播種時，空氣壓縮機通過空心軸上的吸孔吸走滾筒內(nèi)腔的空氣，產(chǎn)生負壓，使?jié)L筒上吸孔的兩端形成負壓差。滾筒繞固定軸轉(zhuǎn)動，當吸孔經(jīng)過種子箱時，種子在吸孔負壓差的作用下被吸附在吸孔上隨滾筒一起轉(zhuǎn)動。當滾筒轉(zhuǎn)至正下方隔氣板所形成的零壓腔時，筒內(nèi)外壓差為零，種子在自重的作用下落入育苗盤穴孔中，實現(xiàn)精密播種，工作原理如圖4所示。
圖4 工作原理圖
Figure 4 Principle of operation
滾筒體主要是由無縫鋼管經(jīng)過加工而成，模型可有其他材料代替，通過加工而成對應(yīng)穴盤的吸種孔，通過鏈輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。
滾筒軸固定，主要作用是實現(xiàn)抽氣作用形成負壓室及支撐滾筒的作用[12-16]。
3.2 主要設(shè)計參數(shù)
(1）根據(jù)標準種盤尺寸(534mm×278mm）孔數(shù)8×16來確定滾筒的外形尺寸；
(2）根據(jù)生產(chǎn)率600P/h和滾筒尺寸來確定滾筒轉(zhuǎn)速；
(3）根據(jù)種子特性（通過實驗測得種子三軸平均粒徑1.688mm，千粒重5.12g，休止角27.09°，漂浮速度6.35m/s。）、生產(chǎn)率600P/h來確定滾筒內(nèi)的真空度大小。
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
排種器性能由其工作參數(shù)決定,為了得到合適的工作參數(shù)，需要對其主要因素進行分析計算與相關(guān)參數(shù)的確定。其中主要內(nèi)容包括:對排種滾筒體設(shè)計、排種箱設(shè)計、中心軸設(shè)計、換氣裝置設(shè)計、風(fēng)機的選擇以及傳動裝置設(shè)計等等[17-19]。
4.1 滾筒體設(shè)計
4.1.1 滾筒尺寸
根據(jù)煙草種子育苗盤尺寸（534mm×278mm）孔數(shù)8×16來確定滾筒尺寸參數(shù)，以滿足排種滾筒每旋轉(zhuǎn)一周播種一盤。
假設(shè)排種器的生產(chǎn)效率為600P/h，則：
（1）滾筒的直徑D： D=L/3.14=534mm/3.14=170.06mm。
（2）因排種滾筒的長需滿足L>缽盤的寬278mm的要求，所以?。?
L=300mm。
（3）壁厚2mm。
4.1.2 滾筒的吸孔形狀及孔徑
常見的吸孔形式主要有直孔、錐孔、沉孔，其結(jié)構(gòu)如圖5所示[20]：
圖5 吸孔形式
Figure 5 The shape of holes
根據(jù)理論分析和試驗結(jié)果可知，在相同工作參數(shù)下，錐孔的垂直吸種距離、徑向吸種距離和吸種空間體積均大于直孔和沉孔，具有較強的吸種能力，吸種合格指數(shù)也較高。
由負壓室吸孔的吸附力計算公式可知，吸孔直徑的大小對負壓室所需的真空度較高，及在真空度相同的條件下，小孔徑吸孔易使吸附力不夠會造成空穴增加，而在吸孔直徑相同的條件下，真空度越大則重播率增加。因此，為降低空穴和重播，就需要選擇適合于煙草包衣種子的吸孔直徑。根據(jù)經(jīng)驗公式確定吸孔孔徑：
d=(0.64～0.66)b （1）
式中：b-種子平均寬
根據(jù)實驗測量，知包衣種子平均寬 b=1.687
則d=0.66×1.687mm=1.134mm 取d=1.2mm
4.1.3 滾筒吸孔的周向排數(shù)
對于氣吸滾筒是播種器而言，提高工廠化育苗生產(chǎn)率的途徑只要有兩個：一是增加氣吸滾筒的轉(zhuǎn)速，二是增加氣吸滾筒上的吸孔周向排數(shù)。氣吸滾筒上吸孔的周向排數(shù)不變時，提高生產(chǎn)效率意味著滾筒的轉(zhuǎn)速增大，則吸孔完成過程吸附的時間相對縮短，種子的吸附幾率則會大大降低，造成吸種過程中空穴率上升而合格率下降。如滾筒轉(zhuǎn)速一定，增加吸孔的周向排數(shù)，卸種頻率會相對增加，滾筒吸孔的周向排數(shù)過多時，則負壓降低，導(dǎo)致吸種能力和合格率的下降，其原因是吸孔總面積增加，負壓室泄漏過多，負壓室壓力損失增加，降低了吸種能力，另外滾筒周向上兩排孔之間的距離縮短，氣流互相有影響，也影響了負壓室氣流的穩(wěn)定。
綜合考慮選用周向排數(shù)為16排的滾筒。最終所設(shè)計滾筒如圖6所示。
圖6 滾筒模型
Figure6 Drum model
4.1.4 滾筒內(nèi)的真空度
吸孔孔徑大小對所需真空度影響很大。吸孔孔徑小則需要較高的真空度；氣室真空度與種子物性之間也有一定的關(guān)系,質(zhì)量愈大,形狀不規(guī)則以及流動性差的種子,所需的真空度就愈高。另外排種盤轉(zhuǎn)速越高,離心力也越大,在其他條件不變的情況下,如提高排種盤轉(zhuǎn)速,須相應(yīng)地提高真空度,以免漏播增多,此外,提 高排種盤轉(zhuǎn)速,或者雖已吸住種子,但因受到其他種子的碰撞及沖擊比較大,容易脫落而造成漏播,為此也應(yīng)適當提高真空度,但真空度提高,又有可能使吸孔不只吸一粒種子,從而增加了重播指數(shù),結(jié)果使排種性能降低。綜合考慮以上幾方面的因素，真空度為2～4KPa。根據(jù)計算公式
（2）
得，符合實驗要求。
4.1.5 滾筒的轉(zhuǎn)速
提高播種機的作業(yè)速度,對于氣吸式排種器關(guān)鍵在于提高排種盤的轉(zhuǎn)速,但是排種滾筒的轉(zhuǎn)速不能超過一定的限度,因轉(zhuǎn)速過高,充種時問過短,種室內(nèi)的種子來不及吸到排種盤卜,而造成漏播;另外轉(zhuǎn)速過高,排種滾筒的線速度增高，種子所受的離心力增大，使種子飛出，影響播種均勻性。實驗結(jié)果表明，滾筒線速度不宜超過0.18m/s。
根據(jù)公式 ,符合實驗結(jié)果。
4.2 排種箱設(shè)計
播種機的核心部件是排種器，但種箱也是必不可少的，現(xiàn)有的蔬菜穴盤排種器按工作原理來分主要是機械式、氣力式和磁力式。氣力式排種器跟其他排種器相比具有不傷種子、對種子外形尺寸要求不嚴、整機通用性好等優(yōu)點，比較適宜蔬菜播種。而種箱作為播種機上的部件，對于實現(xiàn)吸種具有十分重要的意義，可以保證精密播種機的單粒率、盡量減少重播率和漏種率。
目前，國內(nèi)的水稻滾筒播種機采用種子箱作為其供種裝置，體積比較大，適合大量種子的要求。但是由于蔬菜種子較小一些，而且價格遠高于水稻種子，要設(shè)計體積比較小一些的供種箱以適合其精密播種的要求。一般要保證播種機能夠連續(xù)工作2h，平均每小時按播種600盤的工作效率計算，每盤需要大約130粒種子，則需要大約156000粒種子，這些種子所占的體積為387mL，而供種箱要比此要求稍微大一些，所以設(shè)計供種箱的容量為420mL。為了保證每個吸種氣孔附近都有種子的平均分布，供種箱的寬度要比8個吸種氣孔的總距離稍微大一些，吸種氣孔的間距為35mm，總的距離為7個間距長即245mm，因此取供種箱總體長度為270mm，寬度為l00mm。供種箱上還要安裝清種裝置，本研究選用毛刷式清種器，清種裝置安裝在滾筒離開種箱時種箱的位置上，當吸孔通過時，毛刷將多余的種子清下，并使其落人種箱中，而且此清種裝置可以任意調(diào)節(jié)其與滾筒之間的距離和角度，更好地調(diào)節(jié)最佳清種位置，提高播種的單粒率，減少其重播率。供種箱后面用2個底座通過螺栓連接在播種箱的機架上。綜合上述的要求，設(shè)計的供種箱結(jié)構(gòu)如圖7所示。
4.2.1 種箱繞中心軸可調(diào)
該種箱在設(shè)計時應(yīng)考慮其要滿足繞中心軸能調(diào)節(jié)，為了滿足其目的，在種箱的箱體兩側(cè)加兩塊側(cè)板，種箱左側(cè)有步進電機帶動滾筒轉(zhuǎn)動的鏈條，因此側(cè)板設(shè)計成跨越式，從鏈條上面跨越過去。側(cè)板的一頭設(shè)計成與中心軸同心的圓形，這樣可以滿足側(cè)板繞中心軸轉(zhuǎn)動。側(cè)板的外側(cè)再加上兩個滑槽，滑槽的弧度應(yīng)滿足與滾筒同心，其底端的兩塊底板用螺栓與機架固定住。箱體通過螺栓與側(cè)板、滑槽連接，這樣箱體就可
1、側(cè)板固定架 2、清種裝置 3、箱體 4、底座 5、滑槽架 6、內(nèi)側(cè)底板 7、密封板
圖7 種箱結(jié)構(gòu)圖
Figure 7 Box structure
以通過滑槽繞中心軸轉(zhuǎn)動，滿足設(shè)計要求。
4.2.2 種箱與滾筒軸間距可調(diào)
由于在工作時種箱與滾筒之間會產(chǎn)生摩擦，為了防止摩擦過大，種箱和滾筒接觸之間會加一些如毛氈一樣的摩擦因數(shù)比較小的密封裝置。為了更好地調(diào)節(jié)其間的距離，在箱體兩側(cè)加工兩個槽口，箱體可以通過這個槽口調(diào)節(jié)種箱與滾筒之間距離的大小，以滿足其中心距可調(diào)。
4.2.3 箱體的形狀設(shè)計
種箱是用來盛放種子的，將種子按一定的方法放入箱體中，種子本身具有自然休止角，若將箱體的底部設(shè)計成水平結(jié)構(gòu)，種箱中處在遠離滾筒部位的種子就不能夠被吸孔吸到。所以，種箱的箱體底部表面應(yīng)具有一定的傾斜角度，以保證種子能夠順利地流向滾筒壁，從而使播種器能夠連續(xù)的播種。試驗表明，當箱體的底部表面傾斜角度大于27°時，能夠保證種子順利地向滾筒方向流動，本箱體底部表面傾斜角度為30°，滿足此要求。
另外，由于滾筒上吸孔取種的位置將直接影響到吸孔的吸種準確性，所以種箱高度也是一個重要的設(shè)計參數(shù)。研究中發(fā)現(xiàn)，吸孔吸起滾筒外壁垂直距離較高的種子比相對位置較低的種子更加容易，所以在安排種箱和滾筒相對位置時，可以將箱體底部靠近滾筒處安排在滾筒中心軸軸線所在水平平面內(nèi)，以便于吸孔吸種和取種[22,23]。
4.3 中心軸設(shè)計
中心軸（如圖8所示）主要作用是抽掉滾筒負壓室的空氣，形成真空度為4KPa的負壓腔，同時支撐滾筒體。
圖8 軸
Figure 8 Axis
4.4 換氣裝置設(shè)計
換氣裝置屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，由左端蓋、隔板、通氣軸三部分組成。通氣軸與支承座過渡配合固定在支架上不動，左端蓋與滾筒間隙配合，通過軸套固定在通氣軸上，隔板焊接在左端蓋上。滾筒與右端蓋通過緊定螺釘連接隨鏈輪一起轉(zhuǎn)動。
換氣裝置的工作過程主要是通過通氣軸左端與風(fēng)機相連將滾筒內(nèi)吸出的空氣抽出，使?jié)L筒吸種的氣室達到負壓狀態(tài)。隔板與左端蓋焊接并與大氣相通形成常壓室。
4.5 端蓋設(shè)計
左端蓋固定不動，與滾筒間隙配合，在端面開一個口，與隔板相配合實現(xiàn)與大氣相通。右端蓋通過緊定螺釘與滾筒連接，再通過螺釘與鏈輪相連帶動滾筒旋轉(zhuǎn)。
4.6 風(fēng)機的選擇
現(xiàn)設(shè)吸孔的通孔內(nèi)的氣流平均速度為vi ，已知通孔內(nèi)外的氣壓差△P= 4KPa。根據(jù)流體力學(xué)原理，吸孔內(nèi)的阻力系數(shù)為：
(3)
由上式可求得：
(4)
當吸孔直徑為0.8～3mm時，ξ=0.17～0.72。用插值法得ξ=0.27，代入數(shù)據(jù)得=15.68m/s。
通過單個吸孔的空氣量為：
17.72×10-6m3/s
氣源總的流量Q為：
12.76m3/h
則風(fēng)機型號為：NK-125，主要參數(shù)：吸力12kpa，功率800w，額定電壓220v，50Hz。
風(fēng)機實物圖如圖9所示。
圖9 風(fēng)機
Figure 9 Fan
4.7 傳動機構(gòu)設(shè)計計算
根據(jù)需要滾筒式排種裝置將采用鏈輪傳動，傳動裝置主要由電動機、調(diào)速器、鏈條、鏈輪組成[24]。
4.7.1 原動機的選擇
所需電動機的功率：
（5）
滾筒的轉(zhuǎn)動慣量估算:
（6）
式中，g－重力加速度，
－系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部分的重量，N
－系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部分的半徑，m
－系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部分的直徑，m
系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角速度，與每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n的關(guān)系為:
(7)
將J及代入（5）式，整理得：
2 (8)
(9)
總效率 ：
（10）
電動機功率：
(11)
選功率為250w的單相電容啟動異步電機，主要參數(shù)為：額定功率250W，級數(shù)4,同步轉(zhuǎn)速60r/min，額定電流2A，功率因數(shù)為0.92，最大額定轉(zhuǎn)矩為1.7。調(diào)速范圍為：2.4-60r/min。
5 排種器工作過程動力學(xué)分析
影響氣吸式排種器排種性能的因素很多。包括如排種滾筒結(jié)構(gòu)、吸室結(jié)構(gòu)、充種區(qū)部位以及充種倉種子層的厚度等排種器結(jié)構(gòu)因素，還包括直接影響排種性能的吸室真空度大小、吸孔孔徑大小及排種滾筒線速度等等。由于氣吸式排種器主要是靠吸力完成種子從種室內(nèi)分離出來及充種、攜種的，因此需要根據(jù)排種器正常工作的條件及油菜籽自身形狀特點，對排種器各區(qū)域進行動力學(xué)分析，即排種滾筒吸孔所需吸力的大小與種子運動有關(guān)因素的相關(guān)系對排種性能的影響。按照排種器工作過程的特點，將排種滾筒整個圓周可劃分為充種弧段、攜種弧段和投種弧段三個弧段。排種滾筒繞吸室逆時針旋轉(zhuǎn),在充種、攜種弧段吸孔與吸室負壓相通。在充種弧段依靠吸力取種，攜種弧段種子仍處于吸附狀態(tài)，起到護種作用。在投種弧段解除負壓，甚至可同時施加正壓優(yōu)化投種效果，完成投種過程。
5.1 吸孔前流場分布規(guī)律
如圖10吸孔處氣流流場呈放射狀,且在以錐頂O 為中心的球面上氣流速度大小相等, 其值取決于吸種距離(吸孔前種子所在位置與O 點的距離的大小)。吸種距離為x時,氣流流經(jīng)截面的球冠面積S為:
(12)
式中:－為吸孔錐頂角；－為球冠高度。
為吸孔壓強；為距錐較遠區(qū)域壓強；為吸孔直徑；
為吸種距離；為錐頂角；為錐頂；為球冠高度
圖10 吸孔前的流場分布
Figure 10 Flow field distribution before the pick up holes of the sucker
根據(jù)流量公式可推導(dǎo)出吸種距離為 時的氣流流速：
(13)
式中為空氣流量。
式(5-13)表明,吸孔前的氣流并非均勻的定常流,其速度、壓強隨吸種距離的變化而改變,越接近吸孔口附近,速度變化梯度越大,根據(jù)伯努利方程,吸孔口附近壓強梯度較大。
5.2 吸種最小真空度分析
理論上氣流速度大于物料懸浮速度是保證物料正常向上運動的基本條件。氣流速度等于物料懸浮速度時為臨界狀態(tài),此時吸孔前氣流速度(物料懸浮速度)為v0，吸種距離為x0 ,相應(yīng)吸孔內(nèi)的真空度為能吸附種子所需要的最小真空度,設(shè)為Pmin。設(shè)距吸孔錐頂較遠區(qū)域壓強為P∞ ,其值等于大氣壓,此處速度為0 ,根據(jù)伯努利方程：
（14）
由連續(xù)方程可求得臨界狀態(tài)時吸孔內(nèi)氣流速度vi :
(15）
由式(14) 、(15) 得:
(16）
可見，能吸附種子的最小真空度與吸孔參數(shù)(α、di )和吸種距離x 有關(guān)。參考測定參數(shù),懸浮速度為6.35m/s , 吸種距離3 mm ,吸孔直徑1.2mm，2α為90°，常溫下ρ為1.205m3/kg ,代入計算得到最小真空度為3.415kPa。取真空度為4KPa。
5.3 種子受力分析計算
5.3.1 種子被滾筒帶出時受力
圖11 種子受力分析圖
Figure 11 Forces acting on seed
當種子被吸附住后，除受到吸力P、重力G、支持力N外，還受到慣性和離心力P離和滾筒對它的摩擦力P摩的作用。種子在摩擦力P摩的作用下，被滾筒帶出種箱的條件是在切線方向有：
(17）
摩擦力P摩可用下式表示：
(18）將(5-18）帶入（5-17）有：
(P+Gsinα-P離)tanψ≥Gcosα (19）
式中：ψ－吸孔附近種子與滾筒的摩擦角
α－種子與滾筒軸線所在水平面的夾角。
式（5-19）就是種子在吸孔氣流作用下被滾筒帶出種箱的條件。如果貼在滾筒上種子距離吸孔較遠，這時。當滾筒轉(zhuǎn)速較低時，慣性離心力P離也可以忽略不計。這時式（19）可以寫成下式：
(20）
式（5-20）表明，當種子與滾筒的摩擦角ψ大于或等于種子與滾筒軸線所在水平面的夾角α的余角時，種子在只有摩擦力的作用下也將被帶出種箱。
由式（5-19）可知，增大種子與滾筒軸線所在水平面的夾角α有利于滾筒帶出種子；相反，當α減小時，則對種子的帶出不利。
如果有多粒種子貼近吸孔，即使各種子受到的氣流吸力P不是很大，但在摩擦力的作用下也可能被滾筒帶出種箱，很容易造成一孔吸多粒的現(xiàn)象。特別是當α較大時這種現(xiàn)象更容易發(fā)生。
種子被滾筒帶出種箱后，要保證種子不在重力的作用下從吸孔上自動掉下來，摩擦力必須始終大于種子重力的分力。
式（5-19）是當種子在Ⅱ、Ⅲ象限時所在的形式。
當種子在Ⅰ、Ⅳ象限時，
式（5-19）應(yīng)寫成：
(21）
將式（5-21）的右邊對求導(dǎo)，并令其等于零：
(22）
解式（5-22）可得：。這時式（5-21）的右邊取得最大值，即種子在這個位置最容易脫落。
5.3.2 種子吸附在滾筒上的條件
當種子被吸附到滾筒的吸種口上時，種子受到由正負壓差引起的吸附力P，離心力
P離=mω2R，摩擦力P摩=（為種子與滾筒的摩擦角），重力G=的作用。受力分析如圖11所示。
由圖11建立種子的受力平衡方程式：
（23）
（24）作用在種子上的正壓力為：
（25）
所以吸種的條件是：
（26）
將數(shù)據(jù)代入驗算符合要求[25,26]。
6 關(guān)鍵零部件校核
6.1 軸的強度校核
作為關(guān)鍵零部件，下面將對所設(shè)計軸進行強度校核。
軸的受力分析如圖12所示：
圖12 軸受力分析
Figure 12 Analysis of the force on the axle
假設(shè)，，軸的材料為45鋼，彎曲許用應(yīng)力。
由靜力平衡方程 。求出支座反力。
(27)
(28)
求得：
應(yīng)力彎矩圖為:
圖13 彎矩圖
Figure 13 Bending moment
對于A截面 ：
，滿足強度要求。
對于B截面： ，滿足強度要求。
6.2 軸承校核
純徑向載荷且徑向載荷小選用深溝球軸承，型號為6006，內(nèi)徑30mm，外徑55mm，厚度13mm，基本額定動載荷Cr=13.2KN，基本額定靜載荷C0r=8.30KN。
由于軸承的轉(zhuǎn)速很低，按照點蝕破壞來選擇軸承尺寸就不符合軸承的實際失效形式。在這種情況下，滾動接觸面上的接觸應(yīng)力過大，而使材料表面引起不允許的塑性變形才是軸承的失效形式，應(yīng)按軸承的靜強度來選擇軸承的尺寸。
軸承上作用的徑向載荷和軸向載荷，應(yīng)折合成一個當量靜載荷，即
（29）
式中，、分別為當量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)
（30）
按軸承靜載荷能力選擇軸承公式為：
（31）
式中，稱為軸承靜強度安全系數(shù)，查表13-8得
，符合要求[27-29]。
7 結(jié)論
通過對排種器的工作原理、工作過程以及種子的動力學(xué)、運動學(xué)的理論分析,得出了包括真空度、吸孔直徑、吸孔孔數(shù)、排種滾筒的線速度等影響排種器性能的要素,并確定了排種器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計出了滾筒氣力式煙草種子排種器的整機結(jié)構(gòu)。此次所設(shè)計的該排種器與傳統(tǒng)的機械式排種器相比能更有效的避免型孔的堵塞和種子的破損問題,將氣力應(yīng)用到排種過程中代替機械式的推種齒和推種片,其研究結(jié)果對推動煙草包衣種子機械化精量播種技術(shù)的發(fā)展,以及其他類似作物精量排種器的研究其有一定的理論參考價值和實踐價值。并根據(jù)相關(guān)原理得到排種器的裝配圖。
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致 謝
本論文是在謝方平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，從課題的立項、開題及課題的開發(fā)研究到論文的審稿、定稿，每一步都凝聚著謝老師的心血。同時也要感謝梅師姐在我進行論文準備的過程中對我的幫助和指導(dǎo)，并向那些在整個過程中不斷鼓勵我的同學(xué)和支持我的朋友表示衷心的感謝。
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)本科學(xué)習(xí)中的最后一次作業(yè)，也是對本科學(xué)習(xí)的最后一次復(fù)習(xí)和檢閱。通過參閱大量資料，使得我的專業(yè)知識又得到了很多補充，同時在設(shè)計過程中也是我認識到自己的很多不足，尤其是機械加工、材料應(yīng)用方面知識的不足。這些都需要我在以后的工作中不斷的學(xué)習(xí)補充。
最后，衷心感謝大學(xué)四年里所有給予我教誨以及幫助過我的老師及同學(xué)們。
感謝答辯組老師！感謝你們對本設(shè)計中存在的不足給予的指正和幫助。
附