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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目：內(nèi)充種氣吸玉米免耕播種機(jī)的設(shè)計(jì)—鎮(zhèn)壓部分的設(shè)計(jì)
摘 要
針對(duì)一年兩熟地區(qū)夏玉米整稈覆蓋下免耕直播冬玉米易產(chǎn)生堵塞這一難題，提出了對(duì)行播種思路，研制了玉米對(duì)行免耕施肥播種機(jī)。根據(jù)玉米免耕播種的特定農(nóng)藝要求，闡述了氣吸式玉米免耕播種機(jī)的設(shè)計(jì)原則和思想，介紹了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，并對(duì)切茬開(kāi)溝器部件和鎮(zhèn)壓部分提出了合理的工作參數(shù)及設(shè)計(jì)。該機(jī)能在留茬地上一次完成破茬開(kāi)溝、施肥、播種以及覆土鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序。作業(yè)時(shí)，土壤擾動(dòng)少，并可滿足高速精量播種質(zhì)量要求。；對(duì)播種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了單圓盤和雙圓盤兩種播種鎮(zhèn)壓?jiǎn)误w，采用單體仿行，田間防堵性能試驗(yàn)表明雙圓盤播種單體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，防堵性能好，播深一致性好，有效解決了原樣機(jī)相鄰兩組種管之間的壅堵問(wèn)題。
樣機(jī)試制成功后進(jìn)行了整機(jī)播種性能試驗(yàn)，試驗(yàn)表明改進(jìn)后的機(jī)具在玉米整稈覆蓋下對(duì)行免耕播種玉米防堵效果顯著，種、肥播深變異系數(shù)較改進(jìn)前明顯變小，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，為一年兩熟地區(qū)冬玉米免耕播種提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞： 保護(hù)性耕作； 一年兩熟；內(nèi)氣吸玉米免耕播種機(jī)；防堵；設(shè)計(jì)
目錄
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 國(guó)內(nèi)外耕播種機(jī)的研究概況…………………………………………1
1.2 精密播種的發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………4
1.3 課題研究的意義與內(nèi)容………………………………………………5
1.4 課題研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線……………………………………………6
第二章 內(nèi)氣吸玉米免耕播種機(jī)單體的設(shè)計(jì)…………………………8
2.1 開(kāi)溝器性能分析及設(shè)計(jì)……………………………………………………8
2.2 播種單體整體結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………12
2.3 鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)………………………………………………………13
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………17
大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論
第一章 緒論
1.1 國(guó)內(nèi)外播種機(jī)的研究概況
1．1．1 保護(hù)性耕作技術(shù)的基本概念
保護(hù)性耕作是相對(duì)傳統(tǒng)耕翻、裸露休閑的一種新型耕作技術(shù)，它的前身叫“免耕法”，隨著研究的深入和推廣的擴(kuò)大，發(fā)現(xiàn)免耕只能適應(yīng)部分土壤和自然條件，1980年以后逐步改為保護(hù)性耕作法[1]。國(guó)外定義為：“用大量秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，主要用農(nóng)藥來(lái)控制雜草和病蟲(chóng)害的耕作技術(shù)”。我國(guó)學(xué)者在多年科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，把保護(hù)性耕作定義為“以水土保持為中心，保持適量的地表覆蓋物，盡量少翻動(dòng)土層，而又能保證作物正常生長(zhǎng)的耕作方法” [3]。2002年農(nóng)業(yè)部為了使廣大農(nóng)民容易理解，按照保護(hù)性耕作的內(nèi)涵和目標(biāo)，將其定義為“對(duì)農(nóng)田實(shí)行免耕、少耕，并用作物秸稈覆蓋地表，以減少風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)” [1] 。
保護(hù)性耕作的基本技術(shù)包括四項(xiàng)內(nèi)容：一是免耕播種施肥。與傳統(tǒng)耕作不同，保護(hù)性耕作的種子和肥料要播到有秸稈覆蓋的土壤里，有些還是免耕地，所以需要特殊的免耕施肥播種機(jī)；二是秸稈殘茬管理。收獲后秸稈和殘茬留在地表做覆蓋物，是減少水土流失、抑制揚(yáng)沙的關(guān)鍵；三是雜草及病蟲(chóng)害防治。能否成功的控制雜草和病蟲(chóng)害是保護(hù)性耕作能否成功的關(guān)鍵；四是深松與表土作業(yè)。深松即疏松深層土壤，基本上不破壞土壤結(jié)構(gòu)和地面植被，打破硬底層，可提高天然降雨入滲率，增加土壤含水量 [1] [4]。
美國(guó)、加拿大、澳大利亞等旱地農(nóng)業(yè)大國(guó)相繼開(kāi)展了保護(hù)性耕作的研究，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)證明保護(hù)性耕作有以下優(yōu)點(diǎn)：①減少地表徑流，減輕土壤風(fēng)蝕、水蝕，改善環(huán)境，增加水分入滲[5] [6]；②增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)[7]；③提高水、土、光等資源的利用率[8]；④作物根系發(fā)達(dá)，干物質(zhì)積累多，產(chǎn)量提高[9]；⑤生產(chǎn)成本下降，收入增加，經(jīng)濟(jì)效益改善[10]。根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位在山西10余年的系統(tǒng)試驗(yàn)，保護(hù)性耕作與傳統(tǒng)翻耕相比較，具有顯著的效益：①社會(huì)效益。減少?gòu)搅?0％、水蝕80％、減少風(fēng)蝕60％。抑制沙塵暴。不燒秸稈、減少大氣污染。②生態(tài)效益。休閑期土壤貯水量增加14％～17％，水分利用率提高15％～19％；提高土壤肥力，土壤有機(jī)質(zhì)年提高0.03％～0.05％，速效氮和速效鉀提高。③經(jīng)濟(jì)效益。提高玉米、玉米產(chǎn)量13％～17％；減少作業(yè)工序，降低作業(yè)成本10％～20％；增加農(nóng)民收入20％～30％ [1] 。
1．1．2 國(guó)內(nèi)外播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀[11]
我國(guó)的播種機(jī)以傳統(tǒng)的谷物條播機(jī)為主，與小型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)及畜力播種機(jī)目前仍占主導(dǎo)地位。全國(guó)有500家左右的企業(yè)生產(chǎn)播種機(jī)，其中只有10家生產(chǎn)與大中型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)，與小拖配套的播種機(jī)和畜力播種機(jī)的產(chǎn)量已占到全國(guó)播種機(jī)產(chǎn)量的90%以上。近幾年，我國(guó)的聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)發(fā)展也較快，其機(jī)具主要有播種一拖肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、耕作—播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)、松土—施肥—覆膜—穴播聯(lián)合作業(yè)機(jī)和施水—播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)等，目前又發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)。另外，精少量播種機(jī)具推廣勢(shì)頭強(qiáng)勁，玉米精少量播種機(jī)和中耕作物精密播種機(jī)推廣應(yīng)用迅速。
目前國(guó)外精密播種機(jī)已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，在精密播種機(jī)上除了設(shè)有完善的整地、覆土、鎮(zhèn)壓及施肥、灑農(nóng)藥裝置外，其排種裝置多采用新的工作原理，包括各種氣力式排種原理與機(jī)械式排種原理，以保證單粒精密播種。另外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也在播種機(jī)上得以應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，美國(guó)、澳大利亞、加拿大、法國(guó)等西方國(guó)家開(kāi)始研制并廣泛使用氣力式精密播種機(jī)械，其中氣流一階分配式集排排種系統(tǒng)大量應(yīng)用在谷物條播機(jī)上。
1．1．3 氣吸式播種機(jī)的特點(diǎn)[12]
粘玉米粒小，普通槽輪播種機(jī)的下?？拙惋@得大，一個(gè)輪孔里有時(shí)就容納兩粒，播下去，了后期不好間苗，又浪費(fèi)種子資源增加了費(fèi)用；甜玉米粒雖大，但薄得很，不耐機(jī)械磨損，不適宜用普通播種機(jī)播種。以上兩種玉米播種時(shí)需催芽的，催芽后的種子是無(wú)法用槽輪播種機(jī)播種的，只能改用機(jī)械播種為半機(jī)械播種或手工播種。氣吸式播種機(jī)就能解決了這些問(wèn)題。這種播種機(jī)是目前國(guó)產(chǎn)的可用于播種甜、粘玉米等小粒作物的最理想機(jī)械，是被實(shí)踐證明了的。其好處是：
1、快，保證作業(yè)進(jìn)度，一次播兩壟，一天可播5公頃。
2、省，省種子。單粒下粒，粒粒之間距離自行設(shè)定，每粒之間可3寸、4寸，也可
6寸等近十多種距離體現(xiàn)形式。
3、勻，株距設(shè)定是人為的，要多遠(yuǎn)有多遠(yuǎn)，均勻一致。
4、安，播種質(zhì)量高，利于出苗，十分安全；催過(guò)芽的種子到保護(hù)，新生根不受破
壞，沒(méi)有傷口，安全有效。
5、廉，價(jià)格低。每次播兩壟的，每臺(tái)造價(jià)3800－4000元多，四壟的、六壟的，
而且壟距可調(diào)?。???
1．1．4 國(guó)內(nèi)免耕播種機(jī)的現(xiàn)狀
我國(guó)地塊比較小，免耕播種機(jī)一般都設(shè)計(jì)為懸掛式的，且不能設(shè)計(jì)得太重，否則國(guó)內(nèi)目
前拖拉機(jī)的液壓機(jī)構(gòu)將舉不起來(lái)播種機(jī)；但是免耕地表有殘茬覆蓋，土壤容重一般較高，故要求播種機(jī)單體又必須有一定的重量才能達(dá)到入土開(kāi)溝的目的。同時(shí)，在我國(guó)拖拉機(jī)功率有限，播行不能太多，否則由于播種機(jī)工作阻力太大拖拉機(jī)將拉不動(dòng)。由于以上制約因素，國(guó)外的免耕播種機(jī)從結(jié)構(gòu)和工作性能等方面均不能在我國(guó)目前條件下使用，這就要求我們?cè)谖覈?guó)現(xiàn)有的條件下，選擇或設(shè)計(jì)合適的免耕播種機(jī)。[13]
我國(guó)免耕播種機(jī)的研究起步比較晚，20世紀(jì)90年代以前，我國(guó)科研工作者對(duì)免耕播種機(jī)的研究主要集中在玉米免耕播種機(jī)的土壤工作部件研究。如原北京農(nóng)業(yè)大學(xué)施森寶等人（1990年）設(shè)計(jì)的2BQM-6和它的改進(jìn)型2BQM-6D（圖1-7），大連農(nóng)牧機(jī)械制造廠生產(chǎn)的2BQM-6A型免耕播種機(jī)（圖1-8）是目前較為成熟的一種[14]。該機(jī)主要是采用了鑿形刀式破茬松土裝置，其工作原理為推力分茬[15]，鑿形刀因其入土性能好，工作時(shí)不需增加配重，因此整機(jī)重量小，可采用懸掛式。石家莊農(nóng)機(jī)廠生產(chǎn)的2BFY－3型，山西省新絳機(jī)械廠生產(chǎn)的2BGM－3等。
圖1-7 2BQM-6D型免耕精量播種機(jī)
圖1-8 2BQM-6A型玉米免耕播種機(jī)
20世紀(jì)90年代以后，為設(shè)計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情、結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)良免耕播種機(jī)，以中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)保護(hù)性耕作研究中心為代表，在玉米、玉米免耕播種機(jī)方面研究較多。
我國(guó)玉米免耕播種機(jī)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模上、品種上、質(zhì)量上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足推廣保護(hù)性耕作技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)際需要，另外不同地區(qū)、不同條件下實(shí)施免耕播種作業(yè)對(duì)機(jī)具的要求也相差很大，所有的免耕播種機(jī)都有其適宜作業(yè)的條件，因而結(jié)合不同地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際條件及要求開(kāi)發(fā)研制適宜的免耕播種機(jī)，才能滿足在不同地區(qū)推廣保護(hù)性耕作技術(shù)的需要。
1．1．5 國(guó)內(nèi)播種機(jī)存在的問(wèn)題
?。?）效率低。①工作速度低。目前國(guó)外谷物播種機(jī)的工作速度已達(dá)到15km/h，個(gè)別機(jī)型甚至達(dá)到20 km/h，由于受整地質(zhì)量、土壤各方面條件的限制，工作速度大多采用8~12 km/h。目前我國(guó)的谷物播種機(jī)的速度大約為4~7 km/h，常在5~6 km/h范圍內(nèi)使用。②播種機(jī)工作幅寬小。目前西歐谷物播種機(jī)的工作幅寬一般為5~6m，而美國(guó)、加拿大、前蘇聯(lián)等國(guó)家，不少機(jī)型可達(dá)10~15m，現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)和使用的谷物播種機(jī)工作幅寬較大的達(dá)到3.6m。③排種器的排種效率低。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的排種器都是“一器一行”，即一個(gè)排種器播一行種子。
?。?）外槽輪排種器工作效果不理想。目前國(guó)內(nèi)谷物播種機(jī)大多是以外槽輪式排種器為核心工作的部件，型號(hào)雖然很多，但由于外槽輪排種器的結(jié)構(gòu)所限，排種脈動(dòng)性和種子溝內(nèi)分布不均勻性，是半精密播種難以實(shí)現(xiàn)的主要因素。為了克服傳統(tǒng)的外槽輪排種器的缺點(diǎn)，采用新的排種器，其種類很多，有水平圓盤式排種器、離心式排種器、擺桿式排種器、錐盤式排種器、氣力式排種器和氣壓式精密排種器等。
1．1．6 播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
?。?）發(fā)展聯(lián)合作業(yè)的直接播種。播種聯(lián)合作業(yè)是指在播種的同時(shí)，完成耕整地、施肥、噴灑液等作業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是一次可以完成多項(xiàng)作業(yè)，作業(yè)效率高，保證及時(shí)播種，提高產(chǎn)量，可以充分利用配套動(dòng)力，節(jié)省能源，降低作業(yè)成本，與傳統(tǒng)播種方法相比，聯(lián)合播種的勞動(dòng)消耗的作業(yè)費(fèi)用約降低30%。同時(shí)，可以減少機(jī)組進(jìn)地次數(shù)，使土壤免受機(jī)具的過(guò)度壓實(shí)。直接播種是指將作物種子直接播在留茬地里，用于直接播種的機(jī)具稱為免耕法或少耕法播種機(jī)。直接播種機(jī)與一般播種機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是在開(kāi)溝裝置上，通常在播種機(jī)組前面加裝一個(gè)種床式開(kāi)溝器，用以切斷地表的殘茬和硬稈或耕出窄帶作為種床，然后再由裝在后面的種溝開(kāi)溝器在其上開(kāi)出種溝。
?。?）進(jìn)一步推廣精密播種。目前在歐美國(guó)家，播種已基本實(shí)現(xiàn)了精密化。我國(guó)自20世紀(jì)70年代初開(kāi)始研究精密播種，目前全國(guó)精播的面積還很少，迄今精密播種的作物基本局限于中耕作物。谷物精播的難度較大，至今國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的機(jī)型。氣力式播種機(jī)由于對(duì)種子尺寸要求不嚴(yán)，不需精選分級(jí)，傷種少，易達(dá)到單粒點(diǎn)播，通用性較好，同時(shí)它也具備高速作業(yè)的性能，滿足了對(duì)大功率拖拉機(jī)的配套和寬幅作業(yè)的要求，作業(yè)速度可達(dá)10~12 km/h，工作幅寬也可加大到8~12m以上。因此，氣力式播種機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛?？梢哉f(shuō)，氣力式精密播種機(jī)是21世紀(jì)播種機(jī)械的發(fā)展方向。
（3）廣泛采用新原理新技術(shù)。目前國(guó)外正在發(fā)展一些新的播種技術(shù)，如日本提出適合蔬菜的靜電播種，英國(guó)提出適合于蔬菜的液體播種、適合于牧草的超音速播種，還有目前廣泛應(yīng)用的種子帶播種等。例如液壓等新技術(shù)在國(guó)外播種機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。美國(guó)塞科爾5000型氣壓式播種機(jī)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)；東德A—697型精密播種機(jī)裝有供驅(qū)動(dòng)排種錐體的液壓馬達(dá)，當(dāng)?shù)剌喕瑒?dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)啟動(dòng)，以保證排種錐體的轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度相協(xié)調(diào)，現(xiàn)時(shí)也用以操作開(kāi)溝器的升降，在大寬幅的播種機(jī)上還用液壓折疊機(jī)架，以便安全運(yùn)輸。[11]
1．2 精密播種的發(fā)展趨勢(shì)[16]
1．2．1 精密播種的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，精密播種已成為播種作業(yè)中一個(gè)最具研究潛力的熱門話題。精密播種是提高糧食單產(chǎn)的一項(xiàng)現(xiàn)代化綜合性技術(shù)措施，涉及到育種、種子加工、精密播種機(jī)具、土壤精細(xì)耕作、植保、施肥和灌溉等一系列技術(shù)。精密播種技術(shù)的實(shí)施,可節(jié)省大量?jī)?yōu)良種子，可節(jié)省田間間苗、定苗用工，種子分布合理，減少肥料和光能損失，可增加作物產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著，已成為國(guó)家“九五”計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要內(nèi)容之一。隨著育種、種子加工處理技術(shù)、農(nóng)藥、除草劑和水利灌溉技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,使種子的發(fā)芽率和保苗率有了一定的保證，從而使精密播種技術(shù)有了更可靠的保證,所以,精密播種機(jī)已成為現(xiàn)代播種技術(shù)的主要特征和主要發(fā)展方向[5]。精密播種機(jī)是決定播種精度的關(guān)鍵性設(shè)備，精密排種器是精密播種機(jī)的核心部件，它的作用是將種箱或儲(chǔ)種室內(nèi)的種子分成單粒并定時(shí)排出。精密排種器按排種原理可分為機(jī)械式和氣力式兩大類[6]，機(jī)械式精密排種器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，但對(duì)種子尺寸要求嚴(yán)格，排種機(jī)構(gòu)在充種和刮種時(shí)容易傷種，且單粒排種效果差，受排種器性能的限制，不適于高速作業(yè)，作業(yè)速度一般不超過(guò)6km.h-1。而氣力式精密排種器，能克服上述機(jī)械式播種裝置的缺點(diǎn)，而且對(duì)種子尺寸要求不嚴(yán)，不需要精選分級(jí)，傷種少，易實(shí)現(xiàn)單粒點(diǎn)播，作業(yè)速度提高潛力大，作業(yè)速度可達(dá)10km.h-1以上，但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，如何提高精密排種器工作性能一直是國(guó)內(nèi)外科研攻關(guān)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)氣力式精密播種機(jī)發(fā)展迅速，但其播種質(zhì)量及工作速度一直是制約氣力式精密播種機(jī)械發(fā)展的障礙。因此，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的精密播種，必須認(rèn)真研究氣力式排種器的工作機(jī)理并正確選擇排種器形式。目前大豆、玉米等中耕作物播種多采用機(jī)械式精密播種，易傷種、工作效率低，部分采用氣力式精密播種機(jī)的工作效率也不高，多在6km.h-1左右。因此，研究性能優(yōu)良、價(jià)格合理、操作方便的氣力式排種器在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景。
1．2．2 目前精密播種技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題
(1) 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合。為了真正實(shí)現(xiàn)精密播種的經(jīng)濟(jì)效益, 要求農(nóng)機(jī)必須和農(nóng)藝相結(jié)合。根據(jù)農(nóng)藝要求, 設(shè)計(jì)的播種機(jī)要保證作物的播種量、種子在田間分布均勻合理, 保證行距株距符合要求, 種子播在濕土層中且用濕土覆蓋, 播深一致, 種子損傷率低, 施肥時(shí)要求肥料施于種子的下方或側(cè)下方。
(2) 提高精密播種機(jī)的作業(yè)速度。當(dāng)前, 精密播種機(jī)的作業(yè)速度普遍偏低, 最佳作業(yè)速度大都不超過(guò)8km?h, 如中國(guó)農(nóng)機(jī)院等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)的2BJ—6 型氣吹式播種機(jī)、黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)研制的2BJQ —12 型氣吹式播種機(jī)、黑龍江省農(nóng)機(jī)所研制的勺輪式播種機(jī), 均為5～ 7km? h。提高精密播種機(jī)的作業(yè)速度, 可以使精密播種具有高效、節(jié)能、提高單機(jī)利用率、保證不誤農(nóng)時(shí)的作用。從原理與結(jié)構(gòu)上開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新型精密排種器和播種機(jī), 考慮實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)需要, 在滿足精播要求的前提下降低成本, 提高精播機(jī)作業(yè)速度, 已迫在眉睫。
(3) 降低排種器的投種高度。精密播種技術(shù)的3 個(gè)指標(biāo)中, 粒距的均勻性與播種深度是影響精密播種的兩個(gè)關(guān)鍵因素, 而排種器的投種高度恰是影響粒距均勻性的重要因素, 其原因之一是投種高度過(guò)高, 種子落入溝底時(shí), 易發(fā)生彈跳, 影響了粒距的均勻性與播種深度。原因之二是為了減少?gòu)椞陌l(fā)生, 加裝排種管, 種子在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)由于與管壁相碰撞, 使在輸送的過(guò)程中相鄰兩子粒間的距離發(fā)生變化, 從而影響了種子在溝底內(nèi)粒距分布的均勻性。所以, 降低排種器的投種高度是精密播種得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。[17]
1.3 課題的目的和意義
免耕播種的意義重大，并且在我國(guó)得到一定的推廣一，但是播種機(jī)仍存在不成熟的地方，不適應(yīng)生產(chǎn)需要。國(guó)外免耕播種機(jī)雖比較成熟，卻與我國(guó)的實(shí)際情況不適應(yīng)，具體表現(xiàn)為:
①價(jià)格昂貴，與我國(guó)的生產(chǎn)水平不適應(yīng);②工作幅寬較寬，與我國(guó)地塊小，以家庭為基礎(chǔ)的
小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，地形復(fù)雜等情況不適應(yīng);③一般體型大，質(zhì)量大，多采用牽引式，需要大功率拖拉機(jī)配套，與我國(guó)以小中功率拖拉機(jī)為主不相適應(yīng);④大都不能種肥分施，只能種肥混施，與我國(guó)施肥量大不適應(yīng)。目前國(guó)外的圓盤開(kāi)溝器在玉米和玉米免耕播種機(jī)上均能采用，有很好的通過(guò)性，但它需要較大的正壓力才能保證入土。若配重太大，播種機(jī)則不能被懸掛起來(lái)，從而播種機(jī)必須設(shè)計(jì)成牽引式的，這勢(shì)必增加機(jī)具的復(fù)雜性，增加成本。許多圓盤開(kāi)溝器外側(cè)有一輪子，如圖l一12所示JohnDeere免耕播種機(jī)上的開(kāi)溝器。該輪不僅對(duì)圓盤開(kāi)溝器起限深作用，而且起著圓盤的刮 土作用，因此其作用非常重要。該輪與圓盤安裝相對(duì)位置雖然可調(diào)的(根據(jù)播深要求調(diào)整)，由于地表秸稈分布不均勻時(shí)，當(dāng)遇到秸稈厚度大時(shí)，種子就會(huì)播在秸稈上。因此在我國(guó)高產(chǎn)量、秸稈量大的地區(qū)，無(wú)法使用。由上面分析可知，無(wú)論整機(jī)還是國(guó)外使用較好的圓盤開(kāi)溝器都難以在我國(guó)使用，因此要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)研制中國(guó)實(shí)用的免耕播種機(jī)。
分析我國(guó)現(xiàn)有的播種機(jī)的使用情況，結(jié)合我國(guó)地塊小、以小功率拖拉機(jī)為主及我國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況等現(xiàn)狀，可知懸掛式小型整體仿形免耕播種對(duì)我國(guó)
比較實(shí)用。①懸掛式的播種機(jī)在作業(yè)時(shí)，無(wú)播種機(jī)回轉(zhuǎn)半徑，容易播種到地邊，充分土地資源，提高畝產(chǎn)量，這對(duì)解決我國(guó)人多地少，土地資源缺乏等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題有著重大意義;②大型機(jī)器雖勞均生產(chǎn)率高，但機(jī)器單位功率生產(chǎn)率并不一定高，相反，當(dāng)?shù)貕K小時(shí)，由于大型機(jī)器轉(zhuǎn)彎半徑大，直行距離(工作形成)短，機(jī)器生產(chǎn)率降低。同時(shí)，當(dāng)?shù)乇聿黄蕉容^大時(shí)，特別是北方高原丘陵地帶，地表起伏較大，使用大型播種機(jī)播種，若是單體仿形式的，機(jī)具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，若是整體仿形式的，則種子的播深較難保持一致。但當(dāng)機(jī)型較小，其幅寬較窄，則同時(shí)播種的區(qū)域橫行地表相對(duì)較平坦，簡(jiǎn)單的整體仿形也能達(dá)到不同行的播深一致;③與我國(guó)農(nóng)村以小功率拖拉機(jī)較多較適應(yīng)，可充分利用農(nóng)民現(xiàn)有資源，減少農(nóng)民開(kāi)支;④整體仿形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
綜合上述分析，為解決秸稈量大、大根茬等給播種帶來(lái)不便的實(shí)際問(wèn)題，滿足我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)的需要，小型整體仿形免耕播種機(jī)的研制是十分必要的。
1.4 課題研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線
1.4.1 圓盤播種鎮(zhèn)壓?jiǎn)误w結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
針對(duì)播種過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在相鄰兩種管間易產(chǎn)生壅堵，采用圓盤播種鎮(zhèn)壓?jiǎn)误w，增強(qiáng)防堵性能。分析圓盤開(kāi)溝器播種原理，設(shè)計(jì)單圓盤播種機(jī)構(gòu)、雙圓盤播種機(jī)機(jī)構(gòu)。圓盤播種鎮(zhèn)壓?jiǎn)误w為單體仿形，包括圓盤開(kāi)溝器、限深鎮(zhèn)壓輪。由鎮(zhèn)壓輪控制圓盤開(kāi)溝器的播種深度，保證單體仿形。
1.4.2 其它關(guān)鍵部件及整機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
根據(jù)玉米行距窄、玉米覆蓋量大等特點(diǎn)，對(duì)開(kāi)溝器鏟柄受力分析，合理設(shè)計(jì)開(kāi)溝器鏟柄；設(shè)計(jì)合理的仿形地輪，減少其打滑率，提高播種質(zhì)量；對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)器作業(yè)故障率降低50%以上。其它裝置如機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)等等，這些大都己比較成熟，只需根據(jù)實(shí)際情況改變它們零部件的尺寸即可。
1.4.3 技術(shù)路線
查找關(guān)于免耕播種機(jī)的資料
對(duì)原機(jī)具進(jìn)行田間試驗(yàn)，提出問(wèn)題
文獻(xiàn)調(diào)研 理論分析
確定解決這些問(wèn)題的方案
確定最佳改進(jìn)的方案，設(shè)計(jì)出要改進(jìn)部分的圖紙
設(shè)計(jì)樣機(jī)并進(jìn)行加工
對(duì)改進(jìn)后的機(jī)具進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)
分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論
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大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章內(nèi)氣吸玉玉米免耕播播種機(jī)單體的設(shè)計(jì)
第二章 內(nèi)氣吸玉米免耕播種機(jī)單體的設(shè)計(jì)
2.1開(kāi)溝器性能分析及設(shè)計(jì)
免耕播種機(jī)在工作過(guò)程中，粉碎刀軸能將秸稈、雜草打碎，刀片的回轉(zhuǎn)半徑能將短翼尖角開(kāi)溝器鏟柄完全包住，因此鏟柄上不會(huì)纏繞秸稈，肥管和鏟柄焊接在一起，也不會(huì)掛秸稈，但要保證種肥分施，種肥管不能焊接在一起，前后要有一定的距離。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在相鄰兩組種管之間會(huì)發(fā)生壅堵，導(dǎo)致堵塞，因此需要對(duì)播種部分進(jìn)行改進(jìn)，這也是玉米對(duì)行免耕播種機(jī)改進(jìn)的關(guān)鍵部分。
目前在免耕播種機(jī)中最常用的開(kāi)溝器主要是圓盤式開(kāi)溝器和尖角型開(kāi)溝器。圓盤式開(kāi)溝器屬于鈍角開(kāi)溝器，包括單圓盤開(kāi)溝器、雙圓盤開(kāi)溝器和三圓盤開(kāi)溝器，目前雙圓盤開(kāi)溝器是美國(guó)、巴西、歐洲最為常用的一種開(kāi)溝器，被廣泛用于免耕播種機(jī)中。尖角開(kāi)溝器屬于銳角開(kāi)溝器，包括標(biāo)槍式、鴨腳式、矛尖式開(kāi)溝器等[18]，這些開(kāi)溝器在中國(guó)、澳大利亞被廣泛用于免耕播種機(jī)中。
從國(guó)內(nèi)使用情況來(lái)看，由于圓盤開(kāi)溝器入土困難，需要較大的配重，特別是在免耕播種地區(qū)，由于秸稈、根茬、雜草的存在，進(jìn)一步增加了圓盤開(kāi)溝器入土的難度。我國(guó)拖拉機(jī)動(dòng)力小，機(jī)具以懸掛式為主，現(xiàn)有拖拉機(jī)可懸掛重量一般不能滿足圓盤開(kāi)溝器入土要求，加上圓盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此國(guó)內(nèi)在免耕播種中很少使用圓盤開(kāi)溝器。目前我國(guó)用于示范區(qū)主要使用的玉米免耕播種機(jī)開(kāi)溝器均為尖角開(kāi)溝器。尖角開(kāi)溝器屬于銳角開(kāi)溝器，其入土角為銳角，工作時(shí)土壤垂直反力的方向向下，其入土能力強(qiáng)。尖角鏟式開(kāi)溝器開(kāi)出的種溝是“U”形種溝，能夠?qū)崿F(xiàn)種肥分施。相比圓盤開(kāi)溝器，尖角鏟式開(kāi)溝器動(dòng)土量大，土壤擾動(dòng)性大，消耗的功耗大，工作效率低。
國(guó)外免耕播種機(jī)以大型牽引式為主，由于圓盤開(kāi)溝器防堵性好，破茬能力強(qiáng)，適應(yīng)性廣，所以國(guó)外免耕播種機(jī)采用圓盤開(kāi)溝器的較多。圓盤開(kāi)溝器屬于鈍角開(kāi)溝器，開(kāi)出“V”形種溝，采用種肥混施，播種深度比較均勻，土壤擾動(dòng)小，水分流失少。工作過(guò)程中圓盤為滾動(dòng)前進(jìn)，能有效切斷秸稈、雜草，防堵效果好，工作效率高。但圓盤開(kāi)溝器入土角為鈍角，入土阻力大，工作時(shí)的土壤垂直反力向上，這就要求作用在圓盤開(kāi)溝器上的重力足夠大，才能保證其入土。尤其是在免耕地，由于秸稈根茬雜草的存在，更增加圓盤開(kāi)溝器的入土困難性[28]。
目前從圓盤開(kāi)溝器工作情況來(lái)看，無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的大都只能播種或只用來(lái)施肥，或種肥混施，一般不能實(shí)現(xiàn)種肥分施。綜合圓盤開(kāi)溝器與尖角開(kāi)溝器的優(yōu)缺點(diǎn)，玉米對(duì)行免耕播種機(jī)采用短翼尖角開(kāi)溝器破茬、開(kāi)溝同時(shí)施肥，在松散的土壤中開(kāi)溝播種，需要的正壓力小。
2.1.1 短翼型尖角開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)
2.1.1.1開(kāi)溝鏟尖的選擇
免耕地表較傳統(tǒng)翻耕整地后的地表堅(jiān)實(shí)，且有大量的秸稈覆蓋，開(kāi)溝器入土困難，阻力大，要求開(kāi)溝器有良好的破茬入土性能。開(kāi)溝鏟是直接與土壤接觸發(fā)生作用的部件，它為施肥播種創(chuàng)造適宜的溝帶。其結(jié)構(gòu)不僅決定種肥溝的形狀，而且影響開(kāi)溝器的入土性能和整個(gè)播種機(jī)工作阻力。
分析了目前生產(chǎn)中使用的各種開(kāi)溝器，結(jié)合國(guó)際旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)免耕播種機(jī)上選用了從澳大利亞引進(jìn)的尖角型開(kāi)溝器。共有寬翼型、窄翼型、平底型和短翼型四種類型。通過(guò)對(duì)這四種尖角開(kāi)溝器的工作性能進(jìn)行了測(cè)試，分析了開(kāi)溝器的工作性能和對(duì)種行土壤物理特性的影響[19]，試驗(yàn)證明，除寬翼型開(kāi)溝器不適合免耕播種要求以外，其它三種均可基本滿足要求[20] [21]。
h1-壟高； h2-溝深； l-種行寬度； S1–松土面積（實(shí)線所圍面積）； S2–動(dòng)土面積（虛線所圍面積）
圖 2-1 種溝剖面示意圖
圖2-2 尖角式短翼型開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)示意圖
對(duì)于免耕播種來(lái)講短翼型是最佳開(kāi)溝器。它不僅開(kāi)溝窄，入土深，動(dòng)土量小，回土好，而且所需牽引力、垂直壓力較小。從其整體結(jié)構(gòu)來(lái)看（見(jiàn)圖2-1，2-2 ），“前窄中寬后窄”＋“上窄中寬下窄”，這種形狀不僅易入土，而且起土方便、回土性能好、不易攪混土層。同時(shí)由于后窄，使它在鏟柄上固定時(shí)，減小固定部件與土壤的接觸面積，從而減小刮土、掛草。這些優(yōu)點(diǎn)在最近幾年的實(shí)踐中也已得到證實(shí)[21]。
綜合幾種尖角開(kāi)溝器的優(yōu)缺點(diǎn)，玉米對(duì)行免耕播種機(jī)采用短翼型尖角式開(kāi)溝器破茬開(kāi)溝。
圖2-3 鏟柄結(jié)構(gòu)示意圖
2.1.1.2鏟柄基本參數(shù)優(yōu)化
短翼型尖角開(kāi)溝器的鏟柄由厚度為25mm的45＃鋼板，調(diào)質(zhì)HRC35～40加工而成。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3
① 鏟柄傾角β角 在工作過(guò)程中，鏟柄上面的秸稈隨傾角β的減小而越容易滑動(dòng)。但是，在k值不變的情況下，β越小，s值越大，從而使整機(jī)縱向尺寸增大，重心后移，影響播種機(jī)的懸掛性能。為了使秸稈在鏟尖與鏟柄有一合理過(guò)渡，免除秸稈在此連接處卡住，結(jié)合開(kāi)溝鏟入土角α（見(jiàn)圖2-2）為45o，將β角設(shè)計(jì)為45o。
② 相鄰固定孔間距z 在種子播深最佳值時(shí)，z越小越容易根據(jù)施肥量將種肥調(diào)節(jié)為最有利于作物生長(zhǎng)的距離，但太小在調(diào)整開(kāi)溝深度時(shí)容易將各開(kāi)溝器固定在不同深度的緊固孔上，導(dǎo)致各開(kāi)溝器入土深度不一致，這樣不僅影響各行播深的一致性，而且會(huì)使整機(jī)受力不平衡。開(kāi)溝深度雖不是播深，但它對(duì)播深有直接的影響，因此根據(jù)農(nóng)藝要求播深h等于或大于3cm（北方旱地玉米播深要求4cm）時(shí)，實(shí)際播深是h±1.5cm為合格[22]這一條件，將h上下偏差作為間距，即z＝1.5cm。
③ S與K的確定 粉碎刀軸上直刀的回轉(zhuǎn)半徑為260mm，短翼型尖角開(kāi)溝器m1＝103mm，s1＝73mm，k1＝73mm，粉碎刀軸工作過(guò)程中，刀尖離地50cm，鏟柄尖在粉碎刀軸的正下方。工作過(guò)程中刀片與鏟柄有100mm重疊，以打掉纏繞在鏟柄上的秸稈、雜草。因此S=160mm，K＝160mm。
④ 其它參數(shù) 鏟柄厚x=25mm，寬y=80mm，長(zhǎng)l=650mm。
其中：x－鏟柄的厚度，mm；
y－鏟柄的寬度，mm；
l－鏟柄的長(zhǎng)度，mm；
2.1.1.3鏟柄強(qiáng)度校核
不同的土壤、不同的秸稈覆蓋量導(dǎo)致免耕地地理環(huán)境差異大。分別?、佗谔?hào)兩地土壤做播種試驗(yàn)。①號(hào)土壤質(zhì)地為壤土；0～10cm土壤含水率為15.23%，土壤堅(jiān)實(shí)度平均為222.5×104Pa；②號(hào)播種土壤質(zhì)地為粘土，0～10cm土壤含水率為15.059%；土壤堅(jiān)實(shí)度平均為439.3×104 Pa。在這兩種不同土壤播種過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在①號(hào)土壤試驗(yàn)時(shí)開(kāi)溝器鏟柄沒(méi)有發(fā)生變形，但在②號(hào)土壤試驗(yàn)時(shí)開(kāi)溝器鏟柄橫向、縱向均發(fā)現(xiàn)有微小變形，即已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)材料的許用切應(yīng)力。
圖 2-4鏟柄受力分析示意圖圖
圖2-5鏟柄截面示意圖
圖2-4為尖角開(kāi)溝器受力情況，在播種過(guò)程中，鏟尖受到平均阻力、平均垂直反力和側(cè)向力。理論上鏟尖受到兩側(cè)土壤的側(cè)向力相等，即鏟柄不會(huì)發(fā)生側(cè)向彎曲，但實(shí)際播種過(guò)程中，當(dāng)尖角開(kāi)溝器鏟尖碰到玉米根茬或者石塊，瞬間必然會(huì)導(dǎo)致鏟柄兩側(cè)受力不均，引起鏟柄彎曲。根據(jù)短翼型所受平均垂直反力與平均阻力之比14.18/182.97[27]，即 為13倍的 ，由于垂直反力相對(duì)牽引阻力很小。所以在進(jìn)行各項(xiàng)校核時(shí)可忽略不計(jì)，只需安全系數(shù)加大一些即可。
圖2-6鏟柄彎矩示意圖
如圖2-4，鏟柄的懸臂點(diǎn)為固接器的最下端，即O點(diǎn)。由鏟柄的受力圖畫(huà)出彎矩圖（圖2-6）。從鏟柄受力圖和彎矩圖可以看出，在前進(jìn)阻力和側(cè)向力的作用下，最大值在原點(diǎn)O處，即鏟柄的危險(xiǎn)點(diǎn)在固接器最下端。
對(duì)懸臂點(diǎn)O分析：
O點(diǎn)剪切應(yīng)力為：
（2-1）
O點(diǎn)的彎曲應(yīng)力為：
（2-2）
其中 －前進(jìn)平均阻力，N；
－鏟尖受到土壤的側(cè)向力，N；
－懸臂點(diǎn)到鏟尖的距離，mm；
、－抗彎截面系數(shù)；
（2-3）
（2-4）
其中 b－鏟柄橫截面的寬度，mm；
h－鏟柄橫截面的長(zhǎng)度，mm；
由上面分析可得，在鏟柄的前進(jìn)阻力和側(cè)向力一定的情況下，危險(xiǎn)點(diǎn)處的影響因素有：懸臂點(diǎn)O到鏟尖的距離L,鏟柄的橫截面的b和h。
改進(jìn)前鏟柄的參數(shù)為：材料Q235，L＝520mm，b＝16mm，h＝60mm，Q235的＝185～235MPa，
在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鏟柄有微小變形，因此認(rèn)為鏟柄受到的力達(dá)到或者超過(guò)材料的許用應(yīng)力，
即，
（2-5）
（2-6）
取＝185MPa，將參數(shù)L＝520mm，b＝16mm，h＝60mm代入式（2-3）、（2-4）、（2-5）、（2-6）中，得
3415.28N
910N
由上式可知，鏟柄發(fā)生變形時(shí)受到的側(cè)向力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前進(jìn)阻力，在工作過(guò)程中，當(dāng)鏟尖碰到玉米根茬時(shí)，瞬間受到的側(cè)向力為前進(jìn)阻力，即= ，因此鏟柄易發(fā)生側(cè)向彎曲。同時(shí)因在上面計(jì)算時(shí)，力及截面都采用近似值，為有足夠強(qiáng)度安全性，將算出的擴(kuò)大一倍，?。?對(duì)改進(jìn)后的鏟柄進(jìn)行校核。
改進(jìn)后鏟柄的參數(shù)為：材料45號(hào)鋼，L＝480mm，b＝25mm，h＝80mm，45號(hào)鋼的＝355MPa，調(diào)質(zhì)HRC35～40后，能增加到500～800Mpa。
將＝2＝6830.56N以及L、b、h的值代入式（2-2）得：
＝393.44Mpa <＝500～800Mpa
即當(dāng)鏟柄瞬間受到的側(cè)向力提高到原來(lái)前進(jìn)阻力的2倍，對(duì)鏟柄校核后，鏟柄的強(qiáng)度能夠滿足要求，在播種過(guò)程中，鏟柄碰到玉米根茬時(shí)，瞬間受到的側(cè)向力不會(huì)使鏟柄發(fā)生彎曲，因而就鏟柄本身結(jié)構(gòu)來(lái)講，能夠保證較高的可靠性。
2.2 播種單體整體結(jié)構(gòu)
玉米對(duì)行免耕播種機(jī)采用短翼尖角開(kāi)溝器破茬開(kāi)溝并施肥，單圓盤開(kāi)溝器在肥溝上開(kāi)溝播種，實(shí)行種肥同溝垂直分施。為保證播種機(jī)的平衡，播種單圓盤為左右對(duì)稱排列。單體結(jié)構(gòu)如圖2-2。整個(gè)播種單體由肥管、短翼尖角開(kāi)溝器、固接器 、彈簧 單圓盤開(kāi)溝器、鎮(zhèn)壓輪 、播深調(diào)節(jié)裝置 、排種裝置等組成。
單圓盤在肥溝上開(kāi)溝播種，土壤比較松軟，開(kāi)溝阻力小，同時(shí)需要的下壓力也小。短翼尖角開(kāi)溝器開(kāi)溝時(shí)將少量的土翻在肥溝的兩側(cè)，播種單圓盤在前進(jìn)過(guò)程中與前進(jìn)方向有一定的夾角，開(kāi)出“V”形溝進(jìn)行播種的同時(shí)將肥溝一側(cè)的土切回溝內(nèi)；而鎮(zhèn)壓輪與地面有一定的傾角，鎮(zhèn)壓時(shí)可以擠壓肥溝另一側(cè)的土。鎮(zhèn)壓原理如圖2-7，鎮(zhèn)壓輪有覆土、鎮(zhèn)壓、限深等作用。
1 肥管 2 短翼尖角開(kāi)溝器 3 前固接器 4 后固接器 5彈簧 6單圓盤開(kāi)溝
器 7鎮(zhèn)壓輪 8播深調(diào)節(jié)裝置 9排種裝置
圖2-7 單圓盤播種單體結(jié)構(gòu)示意圖
1 鎮(zhèn)壓輪 2 單圓盤
圖 2-8播種鎮(zhèn)壓?jiǎn)误w的原理示意圖
短翼尖角開(kāi)溝器開(kāi)出的肥溝深約8～10cm，保證肥的覆土深度在7～9cm。單圓盤開(kāi)溝器開(kāi)出深約4～6cm、寬約3～4cm的“V”形溝，保證種子的覆土深度在4～5cm。如圖2-8所示，種肥間距h1為4～5cm，避免燒苗現(xiàn)象。
2.3 鎮(zhèn)壓裝置的總體設(shè)計(jì)
2.3.1 鎮(zhèn)壓裝置分析
播種同時(shí)鎮(zhèn)壓可減少土壤中的空隙，減少水分蒸發(fā)，以使土壤保墑;可加強(qiáng)土壤毛細(xì)管作用，使水分沿毛細(xì)管上升，起著“調(diào)水”和“保墑”的作用:可使種子與土壤緊密接觸，有利于種子發(fā)芽和生長(zhǎng);春播鎮(zhèn)壓還可適當(dāng)提高地溫[23]。特別是免(少)耕法開(kāi)的溝窄，土層的顆粒較大，不能保證土壤與種子的貼合及其所需緊度。因此播種鎮(zhèn)壓是非常有必要的。
鎮(zhèn)壓輪是免耕播種機(jī)的一個(gè)重要部件，合適的鎮(zhèn)壓，可減少土壤中的大空隙，減少水分蒸發(fā)，使土壤保墑，加強(qiáng)土壤毛細(xì)管作用，起到“調(diào)水”和“保墑”的作用。普通玉米對(duì)行免耕播種機(jī)在工作過(guò)程中由于短翼尖角開(kāi)溝器的回土效果一般，可能在肥溝內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大的土塊，單圓盤播種后，種溝一側(cè)的土也需要擠壓到種溝，將種子覆蓋、壓實(shí)。
2.3.2 設(shè)計(jì)要求
①轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不奎土;
②仿形性好，鎮(zhèn)壓力可調(diào);
③粘土少，鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋。
2.3.3 總體設(shè)計(jì)
總體結(jié)構(gòu)包括固定機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、鎮(zhèn)壓輪和壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)四部分(如圖2一25)。這種結(jié)構(gòu)不僅壓力充足、可調(diào)，而且整體重量較輕，壓力調(diào)節(jié)只需改變機(jī)構(gòu)上部的開(kāi)口銷限位即可，無(wú)需另加限位裝置。
2.3.4 鎮(zhèn)壓輪設(shè)計(jì)
①形式確定
鎮(zhèn)壓輪的形式較多，經(jīng)對(duì)比研究后，決定采用零壓輪胎式鎮(zhèn)壓輪(如圖2一26)。其優(yōu)點(diǎn):
(l)具有凸面鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓特點(diǎn)，即對(duì)種子上方土壤的壓密作用強(qiáng)，使種子與土壤密接，適用于干旱地區(qū)及單子葉作物;
(2)材料為橡膠的，從而鎮(zhèn)壓輪不易粘土;
(3)結(jié)構(gòu)類似沒(méi)內(nèi)胎的輪胎，橡膠胎氣室與大氣相通，在滾動(dòng)過(guò)程中變形與復(fù)原交替作用，使?jié)裢岭y以粘結(jié)在輪胎表面上。即使有小部分土壤粘上，由于振動(dòng)及濕土與膠圈的附著力小，也很容易將粘土脫落。
因此，這種形式的鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓質(zhì)量好，壓后地表產(chǎn)生鱗狀裂紋較少，是最佳設(shè)計(jì)形式。
②直徑確定
鎮(zhèn)壓輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)的條件:
R≥ωr∕Q·f (m)
式中:
f —土壤對(duì)鎮(zhèn)壓輪的摩擦系數(shù);
ωr —軸套中的摩擦力矩(N.m);
R — 鎮(zhèn)壓輪半徑(m);
Q —鎮(zhèn)壓輪重力及其附加載荷(N)。
本設(shè)計(jì)采用了滾動(dòng)軸承，件較小，所以算出的值較小，但實(shí)際工作條件較惡劣，有較大土壤顆粒，為了使它有較大翻越性，增大土壤的壓碎率，減少土壤的移動(dòng)，使播種后種行較平整，覆土一致，將鎮(zhèn)壓輪直徑設(shè)計(jì)為367mm。為將土壤有效擠壓到種溝，將種子覆蓋、壓實(shí)，鎮(zhèn)壓輪必須與前進(jìn)方向有一定的夾角，同時(shí)與垂直方向有一定的傾角。設(shè)置初始夾角為14°，傾角為15°，可以根據(jù)不同的土壤進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.3.5 壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求:
①鎮(zhèn)壓力調(diào)節(jié)合理，滿足需要;
②轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)卡死現(xiàn)象。
根據(jù)理論分析彈簧的彈簧剛度k，越小，鎮(zhèn)壓力越容易達(dá)到最佳值，彈簧壓力F的力臂d2與地面支撐力N的力臂試d1之比為1/4(圖2一25)(當(dāng)然此比例可以增大，但結(jié)果不僅使整個(gè)結(jié)構(gòu)龐大，而且剛度不是太好。)，即只有小部分彈簧力產(chǎn)生壓力，因此壓力彈簧需要有大的彈簧剛度Kp。
由彈簧剛度公式:
Kp= Gd/8 C3n
G—彈簧材料的切變模量
d—彈簧絲直徑;
C—彈簧指數(shù);
n—彈簧的有效工作圈數(shù)。
由上式可知，其中c對(duì)Kp，影響最大。由于整體尺寸有限，以及為了使變形時(shí)彈簧有一好的導(dǎo)向，根據(jù)彈簧桿直徑確定彈簧內(nèi)徑20mm(彈簧桿直徑為17mm)，選用Φ4mm的碳素彈簧鋼絲，即c=24/4=6所以，Kp可達(dá)(其中G=79000MPa，n設(shè)計(jì)為20圈。)9.I N/mm，以及適當(dāng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力，可滿足播種鎮(zhèn)壓的需要(壓強(qiáng)要求為3一8 N/cm2，壓緊后的土壤容重一般為0.8一1.2g/cm3[24])。
該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性如同連接機(jī)構(gòu)一樣重要。其卡死與連接機(jī)構(gòu)卡死一樣均導(dǎo)致地輪不能上升或下降，從而不能得到合理鎮(zhèn)壓力。因此，將固定機(jī)構(gòu)上面的鎮(zhèn)壓輪彈簧座，由一般的焊接得到改為由圓棒車削得到(見(jiàn)圖2一27)，使它具有較好的同軸度，表面光滑，從而保證有好的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
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