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玉米播種機的設計 學生:曹雙雙 指導老師:弋曉康 (1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300） 摘要：農作技術與農作機具是農業(yè)生產(chǎn)中相互依存、相互制約的兩個范疇，前者是后者產(chǎn)生和存在的前并依賴后者實現(xiàn)；后者為前者的實現(xiàn)而創(chuàng)制并能促進前者的發(fā)展。保護性耕作技術是農機和農藝相結合的一次農業(yè)革命，現(xiàn)已在河北、內蒙古等 10 個省份開展示范推廣與應用。實踐證明，保護性耕作具有保墑、增加土壤肥力、減少土蝕和風蝕、抑制沙塵暴、減少作業(yè)工序、 降低作業(yè)成本和增加農民收入等顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。 目前，推廣和應用保護性耕作技術的核心是播種機。 由于保護性耕作具有特殊性（地表覆蓋大量秸稈，地下有作物根莖），對北方旱地農業(yè)的播種提出了更高的要求，因此，研究開發(fā)集節(jié)水、精良播種、藥劑滅草于一體的聯(lián)合作業(yè)機具有深遠的歷史意義和重要的現(xiàn)實意義。 關鍵詞：播種機；排種器；精量播種；玉米 中圖分類號: 文獻標識碼： 0引言 傳統(tǒng)耕作雖然帶來了經(jīng)濟效益，但失去了對地面的保護，導致土壤水蝕、風蝕加??；耕作破碎土壤，制造了良好的種床，但同時又消滅了土壤中的蚯蚓與微生物，使土壤活性下降嚴重。耕作幅度越大，土壤的恢復功能、保護功能就喪失越多，土壤的原有特性越難保持，要恢復就越困難。這些年來，我國機械耕作已是非常普遍，作物產(chǎn)量上升幅度較大，但污染和環(huán)境的破壞也日益嚴重。因此，在有根茬的未耕地上進行播種，減少對土地的破壞，可以有效地控制風蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農作物的產(chǎn)量等。從而對播種機的設計就有了相應的要求。 本課題設計了玉米播種機的破茬裝置和開溝器等零部件的設計。該播種機應能減少對土地的破壞，可以有效地控制風蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農作物的產(chǎn)量，同時減少了田間作業(yè)的各個環(huán)節(jié)， 從而提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。此玉米播種機是與大中型動力機械配套的農業(yè)機械，經(jīng)濟效益高，適合我國各個地區(qū)的種植情況。能夠獲得較好的農業(yè)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益等。 1總體設計思路 本裝置主要用于在留有殘茬的土地上進行玉米播種，通過選擇合適的方法設計玉米播種機的破茬裝置、施肥裝置、開溝裝置、播種裝置，仿形裝置、覆土裝置、整體機架等相關設計。 目標：播種機應能減少對土地的破壞， 提高產(chǎn)量和培肥地力，控制風蝕、防治沙塵暴、效地抵御春旱，同時減少田間作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。玉米免耕播種機是與大中型動力機械配套的農業(yè)機械，有較好的經(jīng)濟效益和農業(yè)效益。其造價低低廉。 可行性分析：玉米耕作播種一體機主要用于在留有殘茬的土地上進行玉米播種，對土地破壞不大，能控制風蝕、防治沙塵暴、提高產(chǎn)量和培肥地力，同時減少其余的田間作業(yè)項目，從而降低了生產(chǎn)成本。重點是破茬，只要對殘茬進行破壞，設計好破茬，挖茬裝置，不耽誤覆土，種子發(fā)芽即可。國內相關技術比較成熟，可以實現(xiàn)設計要求。 1.1設計原理 在吸收國內外先進耕作播種機的基礎上，考慮我國農藝與農機的實際情況設計出一種結構合理、符合實際情況的播種機具。依據(jù)保護性耕作農業(yè)技術的要求，采用復式作業(yè)，盡量少動土，機具少進地。一次完成秸稈清理、開溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓、等工序，滿足播種的特殊要求。針對東北地區(qū)干旱的特點，采取措施最大限度的保護土壤水分。采取措施保證播種機的田間通過性和工作穩(wěn)定性。播種機作業(yè)后各項技術指標應達到國家頒布的播種機標準。在保證作業(yè)效果和結構強度允許的前提下，盡可能減輕機具的重量、節(jié)省材料、同時注意零件的互換性，可裝配性等要求。 1.2設計總體結構 根據(jù)我國玉米播種的要求，以及已有的耕作模式，經(jīng)過主要工作部件的設計，最終確定出播種機的總體結構。整機由播種機構、覆土機構、鎮(zhèn)壓機構、機架、掛接機構、四連桿機構、破茬機構、施肥機構、施肥排種總成等組成，其總裝圖如圖一所示。播種機通過大中型拖拉機，播種機通過掛接機構與拖拉機懸掛機構相連，工作時，破茬機構在切開殘茬的同時將覆蓋的秸桿撥往地下，清理出播種帶。施肥開溝器及播種開溝器在清理出的播種帶上完成施肥、播種作業(yè)。覆土圓盤同時進行覆土，鎮(zhèn)壓輪完成壓種作業(yè)，保證種子與土壤的緊密接觸，有利于種子吸收土壤水份。帶有彈簧加壓裝置的鎮(zhèn)壓輪能將播下的種子蓋好、壓實。由于破茬、開溝、覆土等部件構成，一方面減小了播種機工作中的總阻力，同時很好的解決了播種機的田間堵塞問題，提高了機具田間通過性。 圖1玉米播種機的總體結構示意圖 1—種箱， 2—種架，3—壓力彈簧， 4—排種器，5—鏈條， 6—鎮(zhèn)壓輪，7—覆土圓盤， 8—開溝器， 9—旋耕刀，10—機架， 11—變速器 ，12—肥箱 2關鍵部件的設計 2.1排種器的設計 作為精量播種機的核心部件：排種器，排種器的工作性能由排種器的結構和工作原理直接決定，本課題結合丸?；N子的物料學特性，在對種子丸?；幕A上，同時結合傾斜圓盤勺式排種器和水平圓盤排種器的特點設計了，此排種器主要由清種刷、投種器、錐齒輪、動盤、定盤、種箱等組成。工作時，種子隨著排種盤的轉動，而排種器動盤在軸的帶動下開始轉動，沿著導種槽進入型孔，進入型孔內的種子隨動盤轉到排種盤上升的區(qū)域時，在離心力和重力的作用下自動沿動盤斜面滾向動盤周邊，在清種刷柔性清種刷的作用下清除沒有滾下的多余種子，型孔外多余的種子在重力的作用下，沿動盤自然滾下，同時對沒有充上種子的型孔進行二次充種，確保每個型孔內只保留一粒種子，完成播種的整個過程。該傾斜圓臺式排種器結合了傾斜圓盤勺式排種器和水平圓盤排種器的特點。 2.2破茬裝置的設計 根據(jù)已有旋耕機式的滅茬機的滅茬原理，在整個工作的過程中旋耕刀軸是主要的受力部位，其主要承受發(fā)動機的驅動力矩產(chǎn)生的彎曲力、土壤反力以及扭轉等復雜的形變組合，并且產(chǎn)生激烈的沖擊以及振動。依據(jù)使用不致破壞的準則作為設計制造的方法是比較傳統(tǒng)的設計方法，根據(jù)靜強度估算作用在旋耕刀軸上的載荷，最后以加大安全系數(shù)的方法來滿足相關強度的技術要求。從而來達到設計要求的目的。拖拉機動力經(jīng)動力輸出軸輸出，經(jīng)萬向節(jié)傳動軸傳到變速器輸入軸，經(jīng)變速器變速，傳動到鏈輪鏈條上，最后傳到旋耕軸上，經(jīng)旋耕軸傳到刀片上，從而對地面進行破土滅茬。 其工作裝置：主要由旋耕刀軸及刀片組成，其工作原理與旋耕機基本相同，因為(120—160mm)是旋耕機要求的耕深，他主要是以破碎地面為目的，(50-100mm)作為旋耕滅茬機的耕深，則要求不能太深，根茬切碎率不應太低，旋耕刀軸的轉速應比旋耕機高。 旋耕滅茬機的刀軸轉速應確定為354r / min。 2.3 開溝器的設計 留有殘茬的地上，地面比較結實，并且秸稈覆蓋量較大，一般的開溝器入土相當困難，因地面的阻力較大，所以新型的開溝器就需要具備良好的入土破茬能力，為此這里選擇了免耕免耕播種機的開溝器，它除了有一般開溝器的功能外，還需要擁有以下特點：1、刃口要鋒利宜破土，拖拉機的動力消耗要降低，開溝器的前進阻力也要減少。2、土壤擾動要小，特別是地表的，要注意土壤墑情損耗的降低，土壤上下層干濕土混合也應減少。3、創(chuàng)造種子發(fā)芽和根系生長的有利條件，用以提高種子發(fā)芽率。4、有良好的切斷秸稈或破茬的能力。 根據(jù)以上免耕開溝器的要求，設計了開溝器，有后底座和刀刃連桿組成。底座與刀刃通過螺栓連接，以方便磨損后能更換刀刃。此開溝器的主要技術參數(shù)包括，入土角度α=45，入土隙角為ε=8°，側翼與水平夾角δ=30°，兩側的夾角為γ=30°。開溝器為鑄造的底座，同時進行調質處理，用以實現(xiàn)耐磨性的提高。 2.4排肥器的設計 按槽輪能否軸向移動外槽輪式排肥器分為移動式和固定式。在制造和設計排肥器時，要保證排肥的均勻性、排肥量穩(wěn)定性、排肥的可靠性、排肥量調節(jié)的范圍要足夠大、排肥器的通用性要良好、操作應該簡單方便；能夠適應不同密度、作業(yè)要求和不同品種的化肥；同時，要保證排肥過程不受地形等因素和前進速度的影響，條件允許的情況下，排肥器應盡量采用耐腐蝕材料制造主要部件。一般，外槽輪式排肥器由排肥舌、排肥罩、擋圈、外槽輪、阻塞套等組成，結構相對來說比較簡單，施肥均勻性較好，適用于排流動性比較好的肥料，如復合粒肥和松散化肥。運行時，充滿化肥的槽輪的凹槽隨槽輪的轉動一起轉動，同時槽輪以外的一層化肥隨槽輪的轉動而轉動，那么此層被稱之為帶動層。槽輪的工作長度和轉速決定了外槽輪式排肥器的排肥量。 3總結 通過此次玉米播種機的設計，讓我對玉米播種機原理有了更深的了解，實驗的過程中要注意很多的問題，首先玉米播種機整體的的設計，其中播種裝置、仿形裝置、破茬裝置、施肥裝置、開溝裝置、覆土裝置等合理布局以及各種動力的傳動等都是需要注意的內容。然后是各個零件，裝置的三維設計組裝等。研究中發(fā)現(xiàn)旋耕滅茬裝置的仿形和開溝器的仿形是一個難點，還有刀具防堵等難點問題都未能得到完美解決。后續(xù)應從仿形等多方面進行分析設計，從而使得玉米免耕播種機性能等更加良好。以達能減少對土地的破壞，可以有效地控制風蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農作物的產(chǎn)量，同時減少了田間作業(yè)的各個環(huán)節(jié)， 從而提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。此玉米播種機是與大中型動力機械配套的農業(yè)機械，經(jīng)濟效益較高，適合我國各個地區(qū)的種植情況等。 我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該具有更加淵博的知識，如應該對計算機應用，農產(chǎn)品的特性，農業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展現(xiàn)狀等各個方面能力進行加強。 參考文獻 [1]王萍.玉米免耕播種機發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].農業(yè)科技與裝備,2012,03:73-74. [2]張軍昌,閆小麗,薛少平,朱瑞祥,蘇光遠.秸稈粉碎覆蓋玉米免耕施肥播種機設計[J].農業(yè)機械學報,2012,12:51-55. [3]侯海東.玉米免耕精密播種機的設計與應用推廣[D].吉林農業(yè)大學,2015. [4]冉云亮.2BMJF-4/14型小麥玉米兩用免耕播種機的設計研究[D].河南農業(yè)大學,2015. [5]張慶峰.玉米精量排種器結構設計與試 驗研究[D].山東理工大學,2011. [6]劉海英.滅茬機和秸稈還田機的構造與 原理[J].黑龍江科技信息,2013,33:241. [7]王慶杰,姚宗路,高煥文,李洪文,王曉燕 楔刀型免耕開溝器設計與試驗[J].機械 程學報,2008,09:177-182. [8]呂昊.外槽輪排肥器優(yōu)化設計新方法研 [D].吉林大學,2014.