馬鈴薯播種機設(shè)計-土豆播種機

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In 2007, potatos 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 tubers 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 wordsPlanter ；Potato ；Ladlechain dispenser ；Fluted roller fertilizer apparatus ；Hoe opener 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 1 前言前言1.1 課題背景和科學(xué)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(yīng)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(wù)。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(yīng)該改進馬鈴薯的種植方式。提高單產(chǎn)量，首要任務(wù)就是提高機械化生產(chǎn)水平。當(dāng)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(shè)計出具有較強適應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(yán)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(dāng)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(yīng)用，其技術(shù)水平應(yīng)經(jīng)達到了相當(dāng)完善的程度，無論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2質(zhì)量以及播種機具的通用性和適應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)的播種機顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國應(yīng)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(yīng)得到廣泛的采用（陳興田，1999） 。1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容（1）馬鈴薯播種機具的總體設(shè)計（2）馬鈴薯播種機傳動機構(gòu)的設(shè)計（3）馬鈴薯播種機開溝裝置的設(shè)計（4）馬鈴薯播種機排種裝置的設(shè)計（5）馬鈴薯播種機輸種管、鎮(zhèn)壓裝置以及行走輪的設(shè)計1.4 升運鏈?zhǔn)讲シN機主要技術(shù)參數(shù)（1） 外形尺寸（長寬高）：1450mm1100mm950mm（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：60150mm （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 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)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(fù)合圓錐式（16）種箱容積：30L2 總體設(shè)計2.1 總體方案設(shè)計2.1.1 設(shè)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(yīng)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(dāng)?shù)膲毫好芊N床 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 42.2 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(fēng)-200 拖拉機或功率相近的相關(guān)拖拉機。東風(fēng)-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 21 所示：表 21 東風(fēng)-200 拖拉機理論前進速度Table 21 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; 7.593 傳動裝置的設(shè)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 31 計算得到行走輪軸的轉(zhuǎn)速 n1 （3dvn11）式中：v行走輪的行駛速度 d行走輪的直徑經(jīng)計算得min/ r38n1 按照設(shè)計要求，中間軸的轉(zhuǎn)速與行走輪軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該相等，因此兩軸之間 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)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(yīng)地應(yīng)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(shè)計4.1 種箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)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 =2434，這里選擇 =30。除此以外，種箱還應(yīng)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(yīng)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(yù)先設(shè)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 41 確定： V=1.1 LBNmax/667 （41）式中：L裝滿一箱種子所能播種的最遠距離。最少應(yīng)等于一個往返行程，即地塊長度的兩倍(m)，取L=2000mB工作幅寬(m)，此處取B=1100mmNmax單位面積最大播種量 (kghm2)，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Nmax41.65kg種子的單位容積質(zhì)量(kg/L)。1L=1000000cm3。因此單位容積內(nèi)能容納尺寸規(guī)格為20mm20mm20mm的種薯125個，每個種薯平均重50g，算出來的值大約為7.25kg/L取L2000；B1.1；Nmax41.65； r7.25。代入公式（41）得： 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6V =20.8433（L) 實際中種箱的容積往往要比設(shè)計數(shù)值稍微大一些，因此本次設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)性能廣，而且國際上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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?zhǔn)脚欧N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?zhǔn)脚欧N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?zhǔn)脚欧N器。其結(jié)構(gòu)如圖 41 所示： 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7圖圖 4 41 1 升運鏈?zhǔn)脚欧N器升運鏈?zhǔn)脚欧N器Figure 41 the labechain 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?zhǔn)脚欧N器工作性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)馬鈴薯播種機的設(shè)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(dāng)取薯勺速度不超過 0.5 m/s 時，播種質(zhì)量較好。當(dāng)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(yán)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(shè)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(yīng)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(shè)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 42 計算得到： 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 （4120D120Ln2）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(shè)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=88/2425.493mm，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 20mm20mm20mm，這里取取薯勺的寬度應(yīng)為 201.25mm=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 201.5=30mm，這里取 35mm。通過查閱農(nóng)業(yè)機械設(shè)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(yīng)小于或等于其自然休止角，這里也取 30。5 排肥器的選型設(shè)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(fù)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(zhǔn)確，調(diào)節(jié)范圍能適應(yīng)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 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9輸肥管，然后經(jīng)開溝器導(dǎo)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(dǎo)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粒化肥，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(shè)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 51 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 排肥舌軸圖圖 51 移動式外槽輪排肥器移動式外槽輪排肥器Figure 51 the fluted roller fertilizer apparatus5.3 排肥量的計算 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 外槽輪排肥器的排肥量可以通過公式 51 計算。 （5tdLrQfaq01）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=d/z=20.2mm 帶動層特性系數(shù)。取 0.5經(jīng)計算得 Q5.5kg/acre，這里取 6kg/acre6 開溝器的選型設(shè)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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。 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=36cm，R=3065N/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)。 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(fù)雜、尺寸較大，工作阻力大。a=48cm，R=80160N/個。 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=612cm，R=200800N/個。 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 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)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。a510cm，R=200400N/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(shè)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 的確定入土角 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 3050之間，為了保證入土能力，因此入土角不應(yīng)該取得太小，這里取入土角為 45。6.4.2 切土角 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(yán)重影響鏟面的高度。一般情況下 值一般在 2030之間選取，特殊情況下可以取得小一點，這里取 =20。6.4.3 鏟翼張角 的確定 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。 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， 一般應(yīng)該取 7585，這里取 =806.4.4 開溝器外形尺寸的確定深度調(diào)節(jié)扁鋼的尺寸為：40mm20mm 開溝器體尺寸長寬高：173mm120mm505mm7 輸種管的選型設(shè)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(dǎo)入開溝器，使種子能夠順利落 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)計中，考慮到馬鈴薯種塊的形狀和對導(dǎo)種管的要求，設(shè)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（61）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(yīng)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(yīng)與種子在輸種管內(nèi)自由降落時的擴散范圍相適應(yīng)。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(yīng)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/sin （71）式中 H種子從排種口下落到開溝器體接種口的垂直距離 輸種管的傾斜角 算得 L 的值為 225mm 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 13圖圖 6 61 1 輸種管輸種管Figure 61 the matering tube8 覆土器的選型設(shè)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(yán)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 81 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(shè)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 3050kPa。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 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14的附加重量。壓緊后土壤的容重一般為 81.2g/cm2圖圖 8 81 1 拖環(huán)式覆土器拖環(huán)式覆土器Figure 81 the link covering device9.2 設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)滿足以下公式: Smax2WT/D （91）因為 Smax=Qf，則 D2WT/（Qf ） （92）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(fù)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 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)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(fù)荷可以提高土壤對輪緣的附著力，但是增大鎮(zhèn)壓輪的負(fù)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，從而造成對種子發(fā)芽的不利后果。因此最好的途徑是減小軸套中產(chǎn)生的摩擦力矩，那就要求使用在軸套中產(chǎn)生摩擦力矩較小的滾動軸承。同樣增大輪子的直徑也能有利于鎮(zhèn)壓輪的正常運轉(zhuǎn)。 通過分析和計算，鎮(zhèn)壓輪的直徑 D 的取值為 400mm，寬度為 120mm。鎮(zhèn)壓輪的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 91 所示：圖圖 9 91 1 鎮(zhèn)壓輪裝置鎮(zhèn)壓輪裝置Figure 91 the compacting wheel10 行走輪的選型設(shè)計10.1 行走輪的設(shè)計要求在該播種機中，行走輪不僅起限深作用，而且還是排種、排肥的主動輪。因而在設(shè)計時，應(yīng)該從以下幾個方面著手： （1）具有較大的強度、剛度等機械性能； （2）滑移系數(shù)較小，一般不要超過 10%，從而提高播種的均勻性；（3）對地表不平性具有較強的適應(yīng)性，避免在地表高低不平的情況下，出現(xiàn)作為驅(qū)動排種器、排肥器的行走輪輪被架空而不轉(zhuǎn)動，造成不排種、肥的問題。10.2 行走輪的結(jié)構(gòu)（1）通常情況下，行走輪直徑越大，其轉(zhuǎn)動越容易，從而打滑率越小，因此直徑越大播種越均勻。本次設(shè)計為了使行走輪的大小與機具空間相協(xié)調(diào)，特將其直徑設(shè)計為 500mm(行走輪圈外徑)，寬度為 80mm。（2）本次設(shè)計參照有關(guān)機具，綜合考慮為增加其入土性能及脫土性能，其結(jié)構(gòu)如圖（101）所示。 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1610.3 行走輪的安裝地輪安裝在地輪軸上，兩端各緊挨著鏈輪，兩輪間的距離為 400mm。圖圖 10101 1 行走輪行走輪Figure 101 the road wheel10.4 行走輪轉(zhuǎn)速的計算按照設(shè)計要求和參考有關(guān)資料，該播種機生產(chǎn)率為 3.24.1hm2/h，幅寬1100mm，因此，機器的行進速度為：取平均速度為 v=1m/s，按照配s/m21. 179. 036005 . 165005 . 14100bsv套拖拉機的結(jié)構(gòu)尺寸和常用播種機的地輪大小，取地輪直徑為 500mm，有 （10rnwrv6021） 式中 地輪軸的轉(zhuǎn)速（m/s） ；v 地輪軸的角轉(zhuǎn)速(rad/s)；w n 地輪的轉(zhuǎn)速(r/s)由公式（101）得 n38r/min 地輪的半徑(m)；r11 結(jié)論與建議11.1 結(jié)論（1）本設(shè)計書較全面的闡述了馬鈴薯播種機的概況和發(fā)展歷程，提出了現(xiàn)時存在的問題，并著重分析了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及排種器、開溝器和鎮(zhèn)壓輪的設(shè)計思路，提出了馬鈴薯播種機的總體設(shè)計方案。（2）馬鈴薯播種機與拖拉機掛接使用，可一次性完成開溝、播種、施肥、 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 17鎮(zhèn)壓、覆土等多項工作。（3）在拖拉機與馬鈴薯播種機的掛接使用中必須注意整個機組工作時的穩(wěn)定性，以達到機組設(shè)計的性能要求，因為直播機是中軸對稱的，所以在穩(wěn)定性的討論中，最重要的是縱向穩(wěn)定性的分析。（4）開溝器部分的設(shè)計通過比較了解多種相關(guān)機型，在原有開溝器的基礎(chǔ)上設(shè)計了鋤鏟式開溝器，能實現(xiàn)種肥分施。（5）排種器采用升運鏈?zhǔn)?，排肥器采用外槽輪式?1.2 建議（1）在本次設(shè)計過程中，由于理論知識掌握得不夠，因此在設(shè)計一些裝置時往往需要很長的時間和精力，而結(jié)果也不大理想（譬如對機組傳動裝置的分析做得不夠） ，以后將進一步加強這方面的研究，以不斷完善馬鈴薯播種機的基礎(chǔ)設(shè)計理論。（2）由于條件有限，沒有實際的參照機械，因此只能通過書上的圖形再結(jié)合自己的想法進行設(shè)計，因此有的數(shù)據(jù)只能大體估算（如排種箱體的結(jié)構(gòu)尺寸） ，不能很準(zhǔn)確地確定機具的結(jié)構(gòu)形狀、受力情況以及性能指標(biāo)。（3）在對傳動裝置進行設(shè)計時仍采用的傳統(tǒng)的設(shè)計方法，雖然有機械設(shè)計手冊等軟件可以應(yīng)用，但是在今后希望能學(xué)到并能使用一些現(xiàn)代設(shè)計方法，進行優(yōu)化設(shè)計，使整機性能更穩(wěn)定。（4）設(shè)計時需要理論與實踐相結(jié)合，應(yīng)多參考一些有借鑒意義的實際機型。（5）做畢業(yè)設(shè)計，應(yīng)盡快著手，要充分理解設(shè)計的目的與要求，合理安排時間，制定符合實際的進度表。應(yīng)該多參閱文獻資料和實際相關(guān)機型，將設(shè)計中出現(xiàn)的問題逐個擊破，盡力做到最好。（6）在本次設(shè)計中，沒有合理安排設(shè)計進程，因此時間不夠的現(xiàn)象，經(jīng)過這次的經(jīng)歷，我一定能夠在以后的工作和生活中優(yōu)化自己的時間和計劃安排。參參 考考 文文 獻獻1.成大先.機械設(shè)計手冊（第四版）.化學(xué)工業(yè)出版社.2002，3：13100131262.程興田播種機械的現(xiàn)狀及發(fā)展前景農(nóng)機與食品機械，1999， 6 3.國委文播種機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)機械化與電氣化，2007 年，54.李寶筏.農(nóng)業(yè)機械學(xué).中國農(nóng)業(yè)出版社 2003，08：48775.李亦清，韓建強.2CM2T 型系列馬鈴薯種植機.農(nóng)機與食品機械1998，2：246.劉天國，鄔文斌.亞地 2CM 馬鈴薯種植機系列產(chǎn)品的開發(fā)與研究.農(nóng)村牧區(qū)機械化 2000， 2：21227.馬建忠，高海明. 馬鈴薯播種機的改進和推廣應(yīng)用. 新疆農(nóng)機化.2005，4：17208.聶延軍，江濤.夾持式馬鈴薯播種機的探討.農(nóng)村牧區(qū)機械化2007，2：41 大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 189.濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計（第七版）.高等教育出版社.2001. 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