舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器設(shè)計(jì)

舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器設(shè)計(jì)摘要：本文針對(duì)先前研究的一系列穴播機(jī)，設(shè)計(jì)一種種腔內(nèi)置式的，利用杠桿原理開(kāi)啟的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器，其主要組成部分是上位變量排種器和下位穴播器。上位排種系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)一次定量排種，而下位排種系統(tǒng)是對(duì)上位的一次排種排實(shí)現(xiàn)二次內(nèi)投種，二者的聯(lián)合作業(yè)，迎合了新一代的精密穴播技術(shù)的設(shè)計(jì)理念。所設(shè)計(jì)的內(nèi)置式雙位內(nèi)投種穴播器主要特點(diǎn)是采用上位變量排種器將農(nóng)作物種子平均分配到入土成穴器完成首次排鐘和下位穴播器入土播種的二次土壤內(nèi)部排鐘，保證了穴播的精密性，入土成穴器主要由定瓣和動(dòng)瓣組成，動(dòng)瓣用螺栓固定在動(dòng)盤上，置于穴播器內(nèi)部，擋塊用螺栓固定在定盤上，置于穴播器內(nèi)部的動(dòng)瓣端，利用杠桿原理，在擋塊切向力作用下，將達(dá)到最大入土播種深度的成穴器強(qiáng)制開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)二次內(nèi)投種穴播。此設(shè)計(jì)主要是針對(duì)花生、玉米、棉花、豆類等大粒農(nóng)作物種子的穴播?？朔讼惹把úテ鏖_(kāi)啟不可靠、堵土、夾土等缺點(diǎn)，本文的研究將為研制此種穴播器提供部分理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：排種器；穴播器；聯(lián)合作業(yè)；入土成穴器Thewheeltypetwo-rowinsideseedthrowingdibblerdesignStudentmajoringinMechanicalandElectronicEngineeringAbstract：iskindofdibbleriswheeltype,two-row,insideseedthrowing,exploitingleverageprincipleforopening.Itscorecomponentsaretheuppervariableseed-meteringdeviceandthelowerdibbler.Thefunctionoftheupperseed-meteringsystemistorealizequantitativeseed-metering.Thelowerseed-meteringsystemistorealizeasecondtimeinsideseedthrowing.Andthejointoperationofbothcaterstothedesignconceptofthenewgenerationprecisiondibblingtechnology.Themainfeatureofthedesignedbuilt-in,two-row,insideseedthrowingdibbleristwiceseedthrowing,thefirstseed-meteringbyseed-meteringdeviceandthesecondtimeinsideseedthrowing.Theboringandcavingdeviceiscomposedwithfixedpartandrottableone.Therotatablepartisfixedonrotatableplatewithbolts,puttinginsidedibbler.Attheendofrotatablepart,thereistrackroller.Exploitingleverageprinciple,theboringandcavingdevicewillbeopenedatthemaxdepthundertheblock’stangentialforce.Thisdesignmainlyaimsatthedibblingofbigseedslikepeanut,corn,cotton,beans,andsoon.Itovercomestheweaknesses(unreliableopening,soilblocking,soilcarrying)offormerdibblers.Thispaperwillprovidetheoreticalbasisforthepromotionofthiskindofdibbler.KeyWords:Seed-meteringdevice;Boringandcavingdevice.引言設(shè)計(jì)一種利用杠桿原理開(kāi)啟的，種腔內(nèi)置式的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器，其主要組成部分是上位變量排種器和下位穴播器，上位排種系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)一次定量排種，而下位排種系統(tǒng)是對(duì)上位的一次排種排實(shí)現(xiàn)二次內(nèi)投種，二者的聯(lián)合作業(yè)，迎合了新一代的精密穴播技術(shù)的設(shè)計(jì)理念。所設(shè)計(jì)的內(nèi)置式雙位內(nèi)投種穴播器主要特點(diǎn)是采用上位變量排種器轉(zhuǎn)動(dòng)將農(nóng)作物種子分配到入土成穴器和下位穴播器二次內(nèi)投種，保證了穴播的精密性，入土成穴器主要由定瓣和動(dòng)瓣組成，動(dòng)瓣用螺栓固定在動(dòng)盤上，置于穴播器內(nèi)部，擋塊用螺栓固定在定盤上，置于穴播器內(nèi)部的動(dòng)瓣端，利用杠桿原理，在擋塊切向力作用下將達(dá)到最大入土播種深度的成穴器強(qiáng)制開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)二次內(nèi)投種穴播。此設(shè)計(jì)主要是針對(duì)花生、玉米、棉花、豆類等大粒農(nóng)作物種子的穴播?？朔讼惹把úテ鏖_(kāi)啟不可靠、堵土、夾土等缺點(diǎn)。最終通過(guò)對(duì)個(gè)部件參數(shù)的分析計(jì)算，從而得出合理的參數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出可行性高的研究設(shè)計(jì)結(jié)果。對(duì)今后的研制提供部分理論性的依據(jù)。1概述1.1課題提出的意義播種農(nóng)時(shí)是導(dǎo)致農(nóng)作物出苗率和種苗質(zhì)量的因素之一，因此對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。這就需要我們?cè)谟邢薜牟シN農(nóng)時(shí)內(nèi)，將農(nóng)作物按照農(nóng)藝的要求播種到田間，使農(nóng)作物具備最基本的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境，農(nóng)作物播種機(jī)的出現(xiàn)解決了在時(shí)間有限的播種農(nóng)時(shí)將種子按照農(nóng)藝的要求播入土壤中[1][2]。不僅播種農(nóng)時(shí)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響很大，種子在田間地分布，例如：株距、播種深度、播種量等同樣也對(duì)農(nóng)作物的出苗和產(chǎn)量起到舉足輕重的影響，這便要求我們對(duì)播種機(jī)的精密度進(jìn)一步的研究。本著機(jī)械播種具有播種質(zhì)量好、速度快、效率高、農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度低、不誤播種農(nóng)時(shí)、田間管理作業(yè)條件良好等特點(diǎn)，因而使播種的機(jī)械化得到廣泛的推廣使用。而雙位內(nèi)投種穴播器又以其入土穴播無(wú)需開(kāi)溝、對(duì)土壤的破壞程度小，有利于保水保肥、播種精度高，節(jié)省農(nóng)作物種子、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維修、體積相對(duì)較小的特點(diǎn)，因而成為播種機(jī)械化的首選。舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器主要組成部件是上位變量排種器和下位穴播器，上位變量排種器的主要作用是根據(jù)不同農(nóng)作物對(duì)播種量的不同要求，定量精密的將農(nóng)作物種子分配到成穴器中[3]；下位穴播器的作用是將入土成穴器中的農(nóng)作物種子播入田地里去，上位變量排種器和下位穴播器聯(lián)合作業(yè)的發(fā)展對(duì)發(fā)展高精密度的播種技術(shù)做出了前所未有的貢獻(xiàn)，為了減少播種機(jī)的體積，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少種室到入土成穴器的距離，本設(shè)計(jì)采用種室和變量排種器內(nèi)置[4]。開(kāi)啟機(jī)構(gòu)利用杠桿原理，采用擋塊和內(nèi)置于穴播器內(nèi)部的動(dòng)瓣端，利用擋塊的切向力開(kāi)啟機(jī)構(gòu)。本文介紹內(nèi)置式雙位杠桿開(kāi)啟內(nèi)投種穴播器解決了先前穴播機(jī)的穴播開(kāi)啟力大、易堵塞、易夾土、空穴、錯(cuò)位、播種的均勻度和整齊度較差、等一系列問(wèn)題。1.2國(guó)內(nèi)外穴播機(jī)械的研究現(xiàn)狀國(guó)外等發(fā)國(guó)家在二十世紀(jì)三十、四十年代就開(kāi)始進(jìn)行精密播種機(jī)的研究設(shè)計(jì)，也取得了一定的成就，現(xiàn)今，國(guó)外的精密播種機(jī)主要以氣力式為主，主要的代表機(jī)型有美國(guó)Harvitt公司研制的Cyclo-500型氣壓式穴播機(jī)，他的主要特點(diǎn)是排種可靠、種量分配均勻；德國(guó)Becker研制的AEROMAT-2型播種機(jī)，采用到的新技術(shù)是高速氣流；還有美國(guó)KNZE公司研制的玉米氣力式播種機(jī)，這種播種機(jī)能適應(yīng)各種各樣種子的播種，拍中的精度也非常高；KNZE公司還研制了玉米指甲式精密播種器，排種精度也不次于玉米氣力式播種機(jī)。國(guó)外的精密播種機(jī)不管是氣力式的還是機(jī)械式的造價(jià)都非常高，結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜，維修麻煩，根本不適合我過(guò)廣大農(nóng)民群眾，也不適合我國(guó)機(jī)械主機(jī)的具體條件，所以對(duì)研制適合我國(guó)的精密播種機(jī)械是刻不容緩的問(wèn)題。我國(guó)對(duì)穴播機(jī)械的研制甚少，直至二十世紀(jì)七十、八十年代才對(duì)精密播種機(jī)的開(kāi)始研制，至今仍然沒(méi)得到廣泛的推廣[5]，主要的制約因素是農(nóng)民對(duì)傳統(tǒng)播種技術(shù)的習(xí)慣和對(duì)現(xiàn)在新型的精密播種技術(shù)的認(rèn)識(shí)膚淺，早期的經(jīng)典機(jī)型主要有2BY-24壓輪式谷物播種機(jī)[6]、2BS-2玉米精密播種機(jī)[7]、2BQ-6氣吸式精播機(jī)[8]、2BCM-6免耕式播種機(jī)[9]等。九十年代以來(lái)，我國(guó)主要研制精密播種機(jī)，同時(shí)也得到大力的推廣使用。對(duì)播種機(jī)的研制主要對(duì)穴播器的播種原理和排種器的排種原理進(jìn)行了優(yōu)化、創(chuàng)新。代表機(jī)型有射水成穴播種器[10]、舵輪式動(dòng)定瓣成穴播種器[11]等。截止到現(xiàn)在，穴播機(jī)的研制仍然集中在排種器和穴播器原理及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),以及二者的聯(lián)合作業(yè)。1.3我國(guó)播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)今播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要是聯(lián)合作業(yè)、精密播種、利用新原理、節(jié)約資源、免耕穴播等。聯(lián)合作業(yè)主要有播種-施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、播種-施水聯(lián)合作業(yè)機(jī)、耕種-播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)、松土-施水-施肥-覆膜-穴播聯(lián)合作業(yè)機(jī)等。近期有發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)，精密播種主要通過(guò)控制播種量、行距、穴距來(lái)實(shí)現(xiàn)播種的精度，這些主要靠研制新型原理的排種器、穴播器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)提高播種的精密度，與此同時(shí)也節(jié)省了作物種子，進(jìn)而免除農(nóng)作物出苗后農(nóng)民田間的間苗作業(yè)，也保證了每顆農(nóng)作物有充足的營(yíng)養(yǎng)。1.4目前穴播器存在的問(wèn)題截至到現(xiàn)今，我國(guó)投入生產(chǎn)應(yīng)用的穴播機(jī)不能完全的保證高出苗率和苗壯。主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：（1）播種的株距和排種量無(wú)法保證隨然現(xiàn)今的穴播器已經(jīng)達(dá)到了精密穴播的程度，但是仍然存在很大的隨機(jī)性，變量排種器的排種不一定就按照調(diào)節(jié)的分配種量，有可能速度或者地面的平整度顛簸等原因造成空穴、少種等問(wèn)題，也有可能土壤的松軟度不同，造成實(shí)際滾動(dòng)半徑的不同，株距也相應(yīng)的改變。（2）穴播深度無(wú)法調(diào)節(jié)由于各種作物的播種時(shí)節(jié)不一致，土壤的松軟和種子的播種深度也有一定的差別，這便需要我們能適時(shí)的調(diào)節(jié)入土成穴器的深度，使其達(dá)到播種農(nóng)藝的要求[12]。（3）缺苗率高造成缺苗的原因主要是土壤水肥、整地的質(zhì)量、透氣性、松軟度、空穴等。前幾種主要是自然及人為的，但空穴確實(shí)由播種機(jī)械所導(dǎo)致的，開(kāi)啟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、堵土、夾土等都是造成空穴的直接原因。（4）穴播機(jī)的工作效率低目前我國(guó)由于入土成穴器開(kāi)啟機(jī)構(gòu)工作原理、排種器變量排種和土壤的松軟、平整度的限制使穴播機(jī)的工作速度只能達(dá)到，而國(guó)外的穴播機(jī)的工作速度可達(dá)到我國(guó)的倍，我國(guó)谷物播種機(jī)的工作速度基本上保持在左右，另外穴播器的寬度也是影響穴播效率的主要因素，我國(guó)的穴播器寬度最大可達(dá)，而國(guó)外的則達(dá)到我國(guó)的倍，所以說(shuō)穴播機(jī)的工作效率的開(kāi)發(fā)潛力還是非常樂(lè)觀的?！耙黄饕恍械揭黄鞫嘈小钡霓D(zhuǎn)變是新一代播種機(jī)提高效率的發(fā)展方向。1.5課題主要研究?jī)?nèi)容在普遍了解現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外精密播種技術(shù)的前提下，本文結(jié)合先前研究的穴播器，研究設(shè)計(jì)一種變量排種器內(nèi)置的、利用杠桿原理強(qiáng)制開(kāi)啟的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器。本文主要是對(duì)變量排種器和穴播器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）變量排種器各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行合理性的改進(jìn)和創(chuàng)新保證了一次排種的精密度。（2）穴播器各部件的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)入土成穴器的開(kāi)啟原理進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，保證穴播器二次穴播的精確性。1.6本章小結(jié)本文主要是在普遍了解現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外精密播種技術(shù)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合先前各種各樣穴播器的研究，本文主要是研究設(shè)計(jì)了一種新型的變量排種器內(nèi)置的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器。本節(jié)主要對(duì)播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及還存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，概述了主要的研究?jī)?nèi)容。2舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)目的作為內(nèi)投種穴播器的核心部件穴播器和排種器。前者承擔(dān)著在不破壞土壤的前提下見(jiàn)農(nóng)作物種子完好的植入土壤中的任務(wù)，后者擔(dān)負(fù)著將農(nóng)作物種子定量的分配到各自的入土成穴器實(shí)現(xiàn)一次排種，接下來(lái)穴播器發(fā)揮功能實(shí)現(xiàn)種子的二次穴播已達(dá)到精密穴播的目的。現(xiàn)階段為了迎合精密穴播這一重要的發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)外先后提出了多種穴播機(jī)的設(shè)計(jì)方案，國(guó)內(nèi)也有很多制作出了穴播器樣機(jī)，其中2003年研究設(shè)計(jì)了的舵輪式多功能種肥穴播器，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在無(wú)需開(kāi)溝的條件下，較好的完成穴播施肥穴播任務(wù)，但最終的實(shí)驗(yàn)表明仍然存在顯而易見(jiàn)的問(wèn)題：其一是鴨嘴式穴播器開(kāi)啟機(jī)構(gòu)是利用穴播器內(nèi)部的頂桿傳遞的，種子需要經(jīng)過(guò)套筒和頂桿之間的間隙進(jìn)入土壤，影響種子的運(yùn)動(dòng)到位，造成種子的堵塞，進(jìn)而形成空穴，為了增大種子的運(yùn)動(dòng)空間，不惜加大入土成穴器的設(shè)計(jì)尺寸，又造成了阻力增大，空穴加大等不良后果。其二是入土成穴器的開(kāi)啟機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是利用凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的徑向力克服土壤的阻力和彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)鴨嘴的開(kāi)啟，為了實(shí)現(xiàn)在達(dá)到最大入土深度時(shí)迅速的將鴨嘴打開(kāi)實(shí)現(xiàn)穴播，這就要求凸輪的開(kāi)角較大，造成凸輪的徑向作用力少于切向作用力，從而需要較大的牽引力，增加了能耗，在土壤的反作用力較小和摩擦力較大時(shí)，不免會(huì)造成滑移率增大和自鎖等現(xiàn)象；為了戰(zhàn)勝這些問(wèn)題，本文主要理論設(shè)計(jì)了一種利用杠桿原理強(qiáng)制開(kāi)啟入土成穴器的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器。開(kāi)啟機(jī)構(gòu)主要由擋塊和置于穴播器內(nèi)部的動(dòng)瓣端組成，利用杠桿原理，使其開(kāi)啟力較小，成穴空間也較大，同時(shí)種腔和變量排種器內(nèi)置減少了種子到入土成穴器的距離，不僅減少了體積、重量，也大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)易于維修，使其更適合廣大的農(nóng)民群眾。2.2舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器的結(jié)構(gòu)特征和工作原理穴播器的主要部件的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的設(shè)計(jì)，主要取決于農(nóng)作物種子的物理特性、播種環(huán)境及其播種的農(nóng)藝要求，本文設(shè)計(jì)的穴播器主要是針對(duì)玉米，花生，大豆，棉花等大粒農(nóng)作物種子。2.2.1穴播器整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示，各個(gè)入土成穴器均布于輪盤的周邊，外形似舵輪狀，故稱舵輪式。上位變量排種器焊接于穴播器的動(dòng)盤上，位于舵輪中心，種腔位于其上方，焊接于穴播器的定盤上，從而減小種腔到入土成穴器之間的距離，同時(shí)也省去了變量排種器的傳動(dòng)裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。穴播器的輪盤主要組成部件是動(dòng)、定盤、入土成穴器。導(dǎo)種板的作用就是以最快的速度將上位變量排種器排出的農(nóng)作物種子排入處于相對(duì)封閉狀態(tài)的成穴器中。入土成穴器總成有定、動(dòng)瓣組成，定瓣焊接于動(dòng)盤，形成一體，動(dòng)瓣和動(dòng)盤通過(guò)螺栓鉸接，動(dòng)瓣的螺栓口內(nèi)嵌于定瓣內(nèi)部，在復(fù)位彈簧牽引力的作用下使動(dòng)瓣和定瓣緊密接觸，形成相對(duì)封閉的入土成穴器，入土成穴器中空，除了螺栓鉸接定瓣和動(dòng)瓣，內(nèi)部無(wú)任何零件，種子有著足夠的運(yùn)動(dòng)空間，種子可以順利通過(guò)入土成穴器排入土壤中。擋塊用螺栓裝在定盤上，利用杠桿原理，在入土成穴器到達(dá)最深時(shí)，由于擋塊升角作用擋開(kāi)動(dòng)瓣，并保持開(kāi)度一段時(shí)間，以排出種子，以防夾土，定瓣和動(dòng)瓣在出土后，由復(fù)位彈簧和擋塊降角的作用，關(guān)閉入土成穴器。擋塊通過(guò)螺栓固定于定盤上，方便配換部件。輸種管與種腔相連部位按設(shè)計(jì)合理性設(shè)有漏種口，可將播種完成后存留在種腔中的農(nóng)作物種子回收，避免浪費(fèi)。圖2-1穴播器結(jié)構(gòu)示意圖1動(dòng)盤2種腔3復(fù)位彈簧4上位變量排種器5螺栓6導(dǎo)種板7入土成穴器8擋塊9定瓣10動(dòng)瓣11螺母12定位手柄13圓柱銷14調(diào)節(jié)螺母15螺旋調(diào)節(jié)器16輪軸17定位板18螺釘19輸種管20定盤21漏種口2.2.2舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器的工作原理機(jī)組在工作前，由于重力的作用，農(nóng)作物種子由種箱經(jīng)輸種管落入種腔，當(dāng)穴播器在拖拉機(jī)牽引力的作用下，克服土壤對(duì)插入其中的入土成穴器的摩擦阻力和土壤對(duì)輪盤的反作用力，產(chǎn)生牽引力矩，使安裝在機(jī)體上的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器的動(dòng)盤在土壤上滾動(dòng)前進(jìn)，焊接于動(dòng)盤上的變量排種器也隨動(dòng)盤的滾動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，使充滿農(nóng)作物種子的槽穴旋轉(zhuǎn)，略過(guò)種刷，在重力作用下，農(nóng)作物種子經(jīng)導(dǎo)種板落入相對(duì)封閉的入土成穴器，完成上位變量排種器的一次排種，入土成穴器的數(shù)目和槽穴的數(shù)目是相同數(shù)目的，并且是一一對(duì)應(yīng)的，這邊保證了一個(gè)槽穴對(duì)應(yīng)一個(gè)入土成穴器，也保證了每個(gè)槽穴的種量，所以說(shuō)，播種精度的主要影響因素之一是上位變量排種器。由于牽引力的作用，入土成穴器也同穴播機(jī)的前進(jìn)而帶動(dòng)動(dòng)盤滾動(dòng)，由于重力的作用，使各入土成穴器能順利插入土壤中去，在入土成穴器達(dá)到最大入土深度時(shí)，擋塊和動(dòng)瓣的頂端相互作用，在擋塊對(duì)動(dòng)瓣頂端切向力的作用下，使其繞鉸鏈接螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，由于擋塊升角作用使定、動(dòng)瓣的開(kāi)角迅速達(dá)到最大值，農(nóng)作物種子在重力作用下落入土壤。在擋塊作用下，保持定、動(dòng)瓣的開(kāi)角不變，直至入土成穴器完全出土，再在擋塊降角和復(fù)位彈簧的聯(lián)合作用下，使定、動(dòng)瓣緊密接觸完全閉合。土壤由重力作用回落穴孔，將農(nóng)作物的種子埋入穴孔中，完成一次穴播任務(wù)。連續(xù)的動(dòng)力，使上位變量排種器和下位穴播器重復(fù)上述穴播任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的精密穴播。2．3上位排種系統(tǒng)傳統(tǒng)的穴播機(jī)變量排種器和穴播器一般是分別安裝于穴播機(jī)的不同部位，他們之間的聯(lián)合是通過(guò)鏈輪傳動(dòng)的，這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高。本設(shè)計(jì)是把上位變量排種器內(nèi)置于下位穴播器的內(nèi)部，形成一體機(jī)，將上位的外排種器變成內(nèi)排種器，上位變量排種器的首次排種過(guò)程由排種器外置式的變?yōu)榕欧N嵌入穴播器內(nèi)部的，與下位入土成穴播器形成一個(gè)整體，二者都在穴播器的內(nèi)部工作，這種設(shè)計(jì)不僅省略去了穴播器與變量排種器之間的鏈輪傳動(dòng)，也省略去了部分零部件，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，質(zhì)量更加輕，體積更加小，大大降低了生產(chǎn)成本。上位排種系統(tǒng)的主要組成部件是上位變量排種器，焊接在動(dòng)盤中央上，可以隨穴播器動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，種腔設(shè)計(jì)在其上方焊接于定盤上，不會(huì)隨之滾動(dòng)，這樣就省去了排種器和穴播器之間的鏈輪傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)，于此同時(shí)也縮短了種腔到入土成穴器之間的距離，從而是穴播精度提高。這種排種器內(nèi)置的穴播器定、動(dòng)盤之間的間隙和輪盤的直徑主要參數(shù)設(shè)計(jì)取決于上位變量排種器和種腔的參數(shù)設(shè)計(jì)，而上位變量排種器和種腔的參數(shù)設(shè)計(jì)又取決于種子的大小和工藝要求。2.3.1變量排種器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)農(nóng)藝和穴播技術(shù)要求，排種系統(tǒng)和穴播系統(tǒng)是聯(lián)合作業(yè)的不可分離，本文研究設(shè)計(jì)的變量排種器主要為入土成穴器提供一次排種，再由入土成穴器按播種農(nóng)藝要求實(shí)現(xiàn)二次穴播，上位變量排種器是采用了可調(diào)外槽輪長(zhǎng)度確定種量的外槽輪式的排種器，上位變量排種器焊接于穴播器的動(dòng)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，有穴播器提供動(dòng)力，設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比，保證各個(gè)槽穴與入土成穴器一一對(duì)應(yīng)，因此下位入土成穴器的二次排種量精密度主要取決于上位變量排種系統(tǒng)的一次排種精密度，排種量可通過(guò)可調(diào)節(jié)的外槽輪排種器排種槽穴的長(zhǎng)度來(lái)控制，要想的到較高的出苗率，就必須適量的調(diào)整槽穴的長(zhǎng)度，使其能容納粒農(nóng)作物種子，即，這里取。上位變量排種器的工作能力主要影響因素如下：槽輪直徑、工作轉(zhuǎn)速和工作長(zhǎng)度,如圖2-2所示：圖2-2外槽輪排種器參數(shù)示意圖式中內(nèi)孔直徑，根據(jù)輪軸的直徑，這里??；槽穴最底部到軸承孔之間的距離，單位：，一般??；槽穴斷面圓弧半徑，單位：，根據(jù)種子的尺寸，這里取考慮到槽穴的容積問(wèn)題，使之必須容納一粒種子，這里取。2.3.2種腔的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)種腔封閉的一面靠近動(dòng)盤，另一面焊接于定盤，形成相對(duì)封閉的種腔，另外種腔定盤一面設(shè)有落種口，來(lái)保證種腔內(nèi)部種子的充足，以免因缺種造成空穴，定盤上的落種口直徑應(yīng)少于弧狀種腔的半徑差值（mm），則種腔外徑本設(shè)計(jì)取。2.3.3輸種管的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)影響輸種管工作性能的主要因素有落種口外輸種管與定盤間的夾角和輸種管直徑及輸種管的高度，這些參數(shù)影響種腔種量的充足，從而影響了穴播機(jī)播種的精密度。根據(jù)玉米、棉花、花生、大豆等播種量和物理機(jī)械特性，這里取輸種管的直徑。輸種管設(shè)計(jì)的基本原則如下：（1）根據(jù)農(nóng)作物種子的物理特性，保證輸種管內(nèi)足夠的斷面積，管內(nèi)壁光滑，保證了種子能自由流動(dòng)，進(jìn)而保證種腔種子的充足；（2）要有一定的彎曲度、彈性和伸縮性，能夠滿足穴播器的升降調(diào)節(jié)、擺動(dòng)；（3）用最低的生產(chǎn)成本制造符合工藝要求的輸種管。基于以上原則，本文設(shè)計(jì)采用的輸種管材料為硬橡膠管。2.3.4導(dǎo)種板的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)考慮到導(dǎo)種板在輸送種子過(guò)程中的所受的壓力可以忽略不計(jì)，所以這里用薄的不銹鐵板制作，如圖2-1所示，導(dǎo)種板的頂端，與種刷應(yīng)保持一個(gè)槽穴的距離，與排種器外邊緣的間隙應(yīng)該保持，其長(zhǎng)度應(yīng)該取在不干涉動(dòng)瓣頂端移動(dòng)的條件下的最大值。導(dǎo)種板應(yīng)焊接于定盤上，焊接的位置應(yīng)該在上位變量排種器排除種子的同時(shí)導(dǎo)種板下端也正好略過(guò)相應(yīng)的入土成穴器頂端，以保證種子順利準(zhǔn)確地落入對(duì)應(yīng)的入土成穴器中，完成播種任務(wù)。導(dǎo)種板的任務(wù)就是在最短的時(shí)間內(nèi)將排種器排除的種子分配到各自的入土成穴器，以免種子分散，造成空穴、種子密集等不良影響，影響播種的質(zhì)量。如果穴播器滾動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)成穴器的時(shí)間為式中入土成穴器的數(shù)量；種子在導(dǎo)種板上的加速度為，則有式中導(dǎo)種板與農(nóng)作物種子的動(dòng)摩擦因數(shù)；根據(jù)實(shí)際情況為了使農(nóng)作物種子能順利完成播種任務(wù)，應(yīng)有根據(jù)導(dǎo)種板設(shè)計(jì)的位置，可計(jì)算出導(dǎo)種板的長(zhǎng)度將已知數(shù)據(jù)代入上式，得出的范圍。本文設(shè)計(jì)令其取。2.4下位穴播器的主要部件結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)影響穴播器機(jī)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)主要取決于農(nóng)作物種子的物理特性和農(nóng)藝要求，此種穴播器主要是為大粒種子播種而設(shè)計(jì)的。2.4.1輪盤的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)（1）輪盤半徑的設(shè)計(jì)輪盤半徑是影響播種深度、株距、入土成穴器數(shù)目、及穴孔大小等的主要因素。一般情況下，當(dāng)入土成穴器數(shù)目確定時(shí)，株距跟輪盤的半徑成正比，同樣，當(dāng)株距L一定的情況下，入土成穴器的數(shù)目正比于輪盤的半徑，輪盤的前進(jìn)時(shí)動(dòng)力來(lái)源是動(dòng)盤的滾動(dòng)，動(dòng)盤的直徑越大穴播器工作的速度就越快，但穴播器動(dòng)盤直徑無(wú)限度的增大，同時(shí)也增加了穴播器整體的重量，增加了生產(chǎn)成本。經(jīng)分析各個(gè)影響因素，動(dòng)盤的半徑取值范圍為，根據(jù)種子的大小選擇不同的半徑值，播種小粒種子，選用較小輪盤半徑的穴播器，播種大粒種子，選用較大輪盤半徑的穴播器。由于土壤的松軟程度不同，動(dòng)盤實(shí)際滾動(dòng)的半徑，與輪盤的半徑有一定的差距，根據(jù)相關(guān)資料的分析，可有以下公司得出式中土壤松軟度決定的一個(gè)常數(shù)；入土成穴器總成在輪盤外的高度，單位：。當(dāng)土壤松軟時(shí)，取，當(dāng)土壤硬時(shí)，取[13]，對(duì)土壤進(jìn)行了解分析，取，由公式得入土成穴器的數(shù)目式中考慮到土壤表面的農(nóng)作物秸稈、根茬、雜草，硬物等障礙物，通過(guò)分析可知播種深度，由公式可得（2-5）（2-6）根據(jù)（2-6）初定動(dòng)盤的半徑（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?。?，然后代入公式（2-5）計(jì)算值，為了便于加工，通常值為偶數(shù)，值確定后，然后再將值帶入公式（2-6）確定，入土成穴器的數(shù)目。（2）輪盤的厚度的參數(shù)設(shè)計(jì)輪盤厚度的主要影響因素：種腔的尺寸；排種器的尺寸；農(nóng)作物種子顆粒的尺寸。經(jīng)分析的輪盤的厚度式中動(dòng)盤端面厚度，單位：；定盤端蓋厚度，單位：；定瓣內(nèi)腔直徑，單位：；、分別是入土成穴器動(dòng)瓣與動(dòng)盤和定盤的安裝間隙，單位：。經(jīng)理論分析計(jì)算，上式的各項(xiàng)取值如下：；；；、取的取值范圍。2.4.2定、動(dòng)瓣的參數(shù)設(shè)計(jì)定瓣的內(nèi)徑主要由農(nóng)作物種子的尺寸確定，一般取，為農(nóng)作物種子的最大尺寸值，考慮到具體設(shè)計(jì)，定瓣外徑和輪盤的壁厚相差余量，有，已知?jiǎng)颖P壁厚，定盤壁厚，可得入土成穴器的定瓣的內(nèi)徑，經(jīng)進(jìn)一步分析計(jì)算取。動(dòng)瓣外徑與定瓣內(nèi)徑之間的裝配需要一定的間隙，經(jīng)理論分析計(jì)算，取，動(dòng)瓣內(nèi)徑由公式入土成穴器在輪盤外的高度主要取決于兩種因素：（1）農(nóng)作物種子播入土壤的深度，這里取；（2）土壤的松軟程度。式中入土成穴器傾角；把2-8式帶入下式，所以動(dòng)瓣的高度為2.4.3擋塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)穴播器的工作特性，要求入土成穴器的在進(jìn)入土壤前，在復(fù)位彈簧的作用下為閉合狀態(tài)，當(dāng)其達(dá)到最大入土播種深度時(shí)，由于擋塊升角的作用使入土成穴器迅速開(kāi)啟，將種子播入土壤中。為了防止堵土、夾土，設(shè)計(jì)了擋塊保持角，使入土成穴器處于打開(kāi)狀態(tài)，直至入土成穴器完全出土，出土后由擋塊降角與復(fù)位彈簧的聯(lián)合作用，使處于開(kāi)啟狀態(tài)的入土成穴器閉合。為了保證種子的播種深度，擋塊升角應(yīng)為為了保證入土成穴器，在達(dá)到最大深度，開(kāi)啟不堵土。完全出土，關(guān)閉不夾土，經(jīng)分析得出擋塊的保持角經(jīng)（2-10）理論分析計(jì)算得出2.5入土成穴器各項(xiàng)參數(shù)的理論分析2.5.1入土成穴器參數(shù)運(yùn)動(dòng)方程及穴孔形狀分析以輪盤的中心為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，X軸為機(jī)體前進(jìn)的方向，Y軸為垂直于地面向上，如圖2-3所示。圖2-3入土成穴器運(yùn)動(dòng)分析示意圖。式中動(dòng)瓣與定瓣通過(guò)螺栓鉸連接，當(dāng)受力時(shí)以螺栓軸為軸打開(kāi)。當(dāng)入土成穴器的開(kāi)啟角度，定、動(dòng)瓣的參數(shù)方程截然不同，動(dòng)瓣多做了一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此軌跡也相應(yīng)改變，為2.5.2入土成穴器順利完成穴播的條件農(nóng)作物種子在離開(kāi)導(dǎo)種板到落入入土成穴器下端耗時(shí)為，如圖2-5所示。圖2-5投種條件分析示意圖導(dǎo)種板略過(guò)一個(gè)入土成穴器所用的極限運(yùn)動(dòng)時(shí)間即N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到J點(diǎn)所用的時(shí)間為（2-17）由（2-18）式可知得出，在其他參數(shù)一定的條件下，越大，農(nóng)作物種子越容易落入土壤中；同樣，穴播器轉(zhuǎn)速越高，農(nóng)作物種子落入土壤中的難度系數(shù)增高，當(dāng)轉(zhuǎn)速值大于N時(shí)，農(nóng)作物種子飛濺出成穴器的可能比較大。由圖2-5知，穴播器由N點(diǎn)到完全滾出土壤分界面K的最長(zhǎng)時(shí)間為設(shè)定由J點(diǎn)轉(zhuǎn)到到K點(diǎn)所用的實(shí)際時(shí)間是。經(jīng)理論分析有公式只有當(dāng)上式成立，才能順利完成穴播任務(wù)。否則可能造成農(nóng)作物種子外濺，形成空穴。2.5.3入土成穴器組成及其自由度的分析入土成穴器系統(tǒng)基本組成部件有擋塊、復(fù)位彈簧和定、動(dòng)瓣。輪盤和擋塊之間在輪盤軸中心處形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，動(dòng)瓣繞螺栓軸心轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成低副，動(dòng)瓣頂端和擋塊構(gòu)成高副，所以此開(kāi)啟機(jī)構(gòu)的自由度[14]為自由度為1，所以機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。2.6復(fù)位彈簧及其螺栓的選用復(fù)位彈簧的主要作用是聯(lián)合入土成穴器幫助入土成穴器的動(dòng)瓣和定瓣閉合，并在未打開(kāi)前保持閉合狀態(tài)，考慮到復(fù)位彈簧此處彈力要求不是很高，但需要高頻的循環(huán)工作，經(jīng)分析這里選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼（60鋼）拉簧，選用此種彈簧的優(yōu)點(diǎn)有價(jià)格便宜，原材料資源充足，易加工制造。各項(xiàng)參數(shù)經(jīng)查閱資料的彈簧鋼絲的直徑、彈簧總?cè)?shù)圈、彈簧外經(jīng)。鉸接動(dòng)、定瓣的螺栓選用型號(hào)，參數(shù)為，由于螺栓主要受定瓣和動(dòng)瓣給予的剪切力的作用，并且對(duì)螺栓的摩擦也較厲害，所以這里應(yīng)對(duì)螺栓進(jìn)行淬火處理，來(lái)提高提高表面硬度，增加耐磨性使其具有較長(zhǎng)的使用壽命，減少了損耗，降低了成本，減少了配換的麻煩。2.7穴播器在三行覆膜穴播機(jī)上的應(yīng)用穴播、覆膜、覆土等聯(lián)合作業(yè)能力是考察一種穴播器作業(yè)性能的重要指標(biāo)[15]。舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器的穴播器可以安裝于三行覆膜穴播機(jī)的機(jī)架上，此穴播器同時(shí)也可以完成成穴播種與覆膜、覆土聯(lián)合作業(yè)。這里設(shè)計(jì)牽引力為9.0KN的拖拉機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源。穴播部件為：穴播器、種箱、機(jī)架、覆土滾筒總成、覆土鏟、驅(qū)動(dòng)地輪、壓膜輪、地膜軸、整平器總成。結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示。圖2-6三行覆膜穴播機(jī)總成簡(jiǎn)圖1穴播器2種箱3機(jī)架4覆土滾筒總成5覆土鏟6驅(qū)動(dòng)地輪7壓膜輪8地膜軸9整平器總成2.8本章小節(jié)本章對(duì)舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析和設(shè)計(jì)。（1）本章分析了該論文的設(shè)計(jì)目的。（2）初步介紹了舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器總成的基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其工作原理。（3）對(duì)上位變量排種器和下位穴播器進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析及其各部件的參數(shù)設(shè)計(jì)，得出的數(shù)據(jù)如表2-1所示，并對(duì)其合理性進(jìn)行計(jì)算和說(shuō)明，為以后穴播器的研究試制提供了理論依據(jù)。表2-1舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器各部件的參數(shù)槽輪直徑輪軸直徑種腔外徑槽穴圓弧半徑輸種管直徑40mm20mm100mm7.5mm40mm導(dǎo)種板傾角穴距輪盤的半徑入土成穴器的數(shù)20度180mm200mm8個(gè)擋塊的基圓半徑升角、降角保持角入土成穴器在輪盤外的長(zhǎng)度140mm15度30度70mm輪盤的厚度輪盤的厚度定盤的內(nèi)徑入土成成穴器的傾角32mm3mm24mm35度動(dòng)瓣的內(nèi)徑安裝間隙彈簧鋼絲的直徑動(dòng)瓣在輪盤內(nèi)的長(zhǎng)度17.5mm0.2-0.5mm1mm65mm彈簧總?cè)?shù)彈簧外徑定、動(dòng)盤壁厚槽穴底部到軸承口的距離8圈8mm3mm2-3mm（4）利用數(shù)學(xué)方法-參數(shù)方程對(duì)入土成穴器穴孔形狀進(jìn)行了擬合得到適合播種的空穴、也對(duì)入土成穴器順利完成播種進(jìn)行了分析計(jì)算。3結(jié)論及建議3.1主要結(jié)論本文主要研究設(shè)計(jì)一種變量排種器內(nèi)置的，采用杠桿原理開(kāi)啟入土成穴器的舵輪式雙位內(nèi)投種穴播器。變量排種器保證了農(nóng)作物種子的播種量，控制了種苗的密度；排種器的內(nèi)置不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)成本，也縮短了從種腔到成穴器低端的距離，縮短了農(nóng)作物種子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，使穴播更加精確，避免了空穴；舵輪式的穴播器，保證了株距，使其分布均勻；上位變量排種、下位穴播，雙位保證了播種的精密度，迎合了新一代穴播器的設(shè)計(jì)理念；不開(kāi)溝入土穴播，保證土壤結(jié)構(gòu)不受破壞，減少水肥流失。開(kāi)啟機(jī)構(gòu)采用擋塊的切向力撥動(dòng)動(dòng)瓣，利用杠桿原理，將由定瓣、動(dòng)瓣組成的入土成穴器，按照所需要的角度強(qiáng)制開(kāi)啟，通過(guò)擋塊的升程階段、保持階段、回程階段的巧妙設(shè)計(jì)，解決了不堵土，不夾土，不自鎖等一系列問(wèn)題。3