馬鈴薯播種器的設(shè)計【升運鏈式馬鈴薯播種器的設(shè)計】

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Its main design structures: Rack, Ladlechain dispenser, Fluted roller fertilizer apparatus, Hoe opener, The road wheel, The compacting wheel, Sprocket and so on. This seeding is simple structure, small shape, reliable operation, high seeding efficiency, and hurt less to plants, this machine is widely applicated in our country. In the design of large quantities of data I through the search for seeder each structure of selection, calculation and eventually to finalize the design. In the structure design and calculation of the process, I make full use of university learned all aspects of professional knowledge, try to do detailed design comprehensive. At the end I teacher of meticulous direction, I continuously improve and perfect the content of my design. Keywords：Planter ；Potato ；Ladle chain dispenser ；Fluted roller fertilizer apparatus ；Hoe ope 0 1 前言 1.1 課題的意義 馬鈴薯在我國得到廣泛地栽種，是一種高蛋白農(nóng)作物。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 1。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 2。 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)量的措施除了改進馬鈴薯 的種植方式外，更應(yīng)該提高機械化生產(chǎn)水平。 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，因此需要的播種器的機型也相對不一，設(shè)計出具有較強適應(yīng) 性的播種器將成為未來播種器發(fā)展的必然趨勢；播種器的通用性也是一個不可忽略的 重要因素，提高播種器的通用性有助于提高播種器的使用性能，使得播種器得到充分 的利用。雖然從當(dāng)前的情況來看，我國在播種器這塊領(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 3。 1.2 國內(nèi)外馬鈴薯播種器的發(fā)展 1.2.1 國外馬鈴薯播種器的發(fā)展 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 4。 在歐美的發(fā)達國家中，馬鈴薯播種器經(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、播種質(zhì)量以及播種 器具的通用性和適應(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。現(xiàn)在一些發(fā)達國家正把不斷更新播種器的工作原 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器的通用性和適應(yīng)性作為未來更先進的播種器研制的方向 4。 1.2.2 我國馬鈴薯播種器的發(fā)展 1 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器不斷問世，并在全國進行大量地推廣應(yīng)用 5。 排種裝置仍然是播種器最為關(guān)鍵的部件，先進的排種器和排種原理對播種器的效 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 薯播種器上，先進的排種器和排種方式依然是制約播種器效率的瓶頸 6。因此在已經(jīng) 解決種子和播種方式的情況下研制相應(yīng)的播種器顯得是關(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。 2 總體設(shè)計 2.1 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 （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：30L 2 2.2 基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)： 該馬鈴薯播種器預(yù)計由機架、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 7。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。 2.2.2 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器工作，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。行走 輪隨拖拉機前進而轉(zhuǎn)動，由行走輪傳遞動力，在行走輪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。播種器工作時，拖 拉機通過動力輸出軸將動力傳遞給行走輪，行走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、播種器構(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 8。 2.3 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） 12（14 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 1： 3 表 1 東風(fēng)-200 拖拉機理論前進速度 Table1 The therical theoretical exercise speed of Dongfeng-200 速度 前進： 1.25 1.67 3.07 5.38 6.47 8.65 15.91 27.86 Km/h 后退： 1.46 7.59 3 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（1）計算得到行走輪軸的轉(zhuǎn)速 n1 dvn1 （1） 式中：v行走輪的行駛速度 d行走輪的直徑 經(jīng)計算得 min/381r 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 4 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，對播種器的的穩(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 =24 34，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，下口直徑小） ，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：播種器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，播種器往返 一次加一次種子。其種箱容積 V 可用公式（2）確定： V=1.1 LBNmax/667 （2） 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=2000m B工作幅寬(m)，此處取B=1100mm Nmax單位面積最大播種量 (kghm 2)，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=1000000cm 3 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；N max41.65； r7.25。 代入公式（2）得： V =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 對馬鈴薯播種器來說，排種器是其最核心的部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響播 種器的播種質(zhì)量，因此，對排種器的要求是很高的。 4.2.1 馬鈴薯播種器對排種器的性能要求 5 （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。 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、外槽輪、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，外槽輪及花型擋環(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式排種器，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式排種器 10。 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，該馬鈴薯播種器決定選 用單排式升運鏈式排種器。其結(jié)構(gòu)如圖 1： 6 圖 1 升運鏈式排種器 Fig1 The labechain dispenser （2）工作原理：行走輪隨著播種器的前進而轉(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）升運鏈式排種器工作性能的結(jié)構(gòu)參數(shù):根據(jù)馬鈴薯播種器的設(shè)計要求和參考 有關(guān)文獻，主要有以下結(jié)構(gòu)參數(shù) 10： 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 7 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 中間軸的設(shè)計計算 中間所傳遞的扭矩 T=3015789 Nmm,選軸的材料為 45（調(diào)質(zhì)） ，根據(jù)參考文獻9， 取 =112oA dmin=A0 = 112 = 28.9mm （3） 輸出軸的最小直徑用來安裝聯(lián)軸器，為了使所選軸的直徑 d1-2與聯(lián)軸器的孔徑相 適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT1，考慮轉(zhuǎn)矩變化取 KA=1.3 Tca=KAT=1.33.02106Nmm=3926000Nmm （4） 按照計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩選擇 HL1 型聯(lián)軸器,聯(lián)軸器的孔徑為 30mm，故取中間軸的 最小直徑為 30mm。 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段的右端需制出一軸肩，故取第二段軸的直 徑為 35mm，左端采用軸段擋圈定位，按軸段直徑取擋圈直徑為 36mm,半聯(lián)軸器與軸配 合的彀孔長度為 44mm，為了保證軸段擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 中間 段的長度應(yīng)比 L1略短，取 l1-2=42mm; 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到軸向力與徑向力的共同作用，故選單列圓錐 滾子軸承 9。參照工作要求并根據(jù) d2-3=35mm，選取 30203 型號。其尺寸為 dDT 174013.25，故取 d3-4=40mm； 右端滾動軸承采用軸肩定位，定位軸承軸肩高度為 4mm 取安裝鏈輪的軸段直徑 d4-5=44mm，齒輪的左端與軸承采用套筒定位，由上以求的 齒輪的齒寬為 80mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段的長度應(yīng)略短于齒寬的 長度，故取 l4-5=78mm，齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 h0.06d，故取 h=2mm， 則軸環(huán)的直徑 d5-6=50mm，軸環(huán)寬度 b1.4h，取 l5-6=3mm 8 軸承端蓋的總寬度為 10mm.取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=15mm, 故取 l2-3=25mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離為 8mm，考慮到箱體鑄造誤差，在確定滾動軸承位 置時，應(yīng)距箱體一定距離 s，取 s=4mm，已知軸承寬度為 13.5mm，所以 l3-4=T+s+a+(80-78)=13.5+4+8+2=27.5mm (5) 齒輪，半聯(lián)軸器采用的周向定位均采用平鍵連接，按 d4-5=25mm 查得平鍵截面 9 bh=87，鍵槽的長 50mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇輪 轂與軸的配合為 H7/n6，同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵 5mm5mm12mm，半聯(lián) 軸器與軸的配合為 H7/k6，滾動軸承與軸的定位采用過渡配合來保證，此處選軸的尺 寸公差為 m6。 確定軸上圓角和倒角尺寸 9，取軸段倒角為 245 求軸上載荷： 把軸當(dāng)做簡支梁，支點取在軸承中點處，即去軸承寬度的 1/2 為支撐，由于軸所 受的力為空間力系，將作用在軸上的力分解為垂直面和水平面 求水平支反力： 平衡條件 M c=0：F HN1(59.75+57.75) 388.99117.5=0 F z=0：F HN1F HN2F r=0 FNv1F Nv2=194.5N 水平面 45 段的彎矩彎矩圖 2（b）： MH1=194.559.75=11621.4Nmm MHV2=194.557.75=11232.4Nmm 求垂直支反力： 由平衡條件 M c=0：F Nv1(59.75+57.75) 145.99117.5=0 F y=0：F Nv1F Nv2F r=0 FNv1F Nv2=73N 垂直面 45 段的彎矩圖 2（c）： MV1=7359.75=4361.75Nmm MV2=7357.75=4215.75Nmm 計算合成彎矩，畫出彎矩圖 2（d） M1= =12412.9Nmm M2= =11997.5 Nmm (6) 9 圖 2 中間軸的載荷分析圖 Fig2 Intermediate shaft load analysis diagram 計算危險截面的當(dāng)量彎矩： 由合成彎矩圖可知軸的 45 段為危險截面，去扭矩校正系數(shù)為 =0.6 MB= =3806720 Nmm (7) 6) 危險截面的校核： e= =9.3MPa ew (8) 式中 ew是根據(jù)軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理 -1w=60，所以該軸安全。 4.2.5 滾子鏈傳動的設(shè)計計算 選擇鏈輪齒數(shù) z1,z2 和確定傳動比 i 10 在上文中已確定了傳動比 1.12，鏈輪齒數(shù) z1=19 已知公式（9） zi12 （9） 求得 =21z2 根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正 為當(dāng)量單排鏈的計算功率 9： pkzAac （10） 式中：Ka工況系數(shù)（見參考資料9內(nèi)表 9-6） Kz主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)（見參考資料9內(nèi)圖 9-13） Kp多排鏈系數(shù)，本設(shè)計中為雙排鏈 Kp=1.75 P傳遞的功率，KW。 通過公式（10）求得單排鏈的功率 P=8.9 KW 鏈條幸好根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計算功率 P 和主動鏈輪轉(zhuǎn)速 n1 決定，通過查參考 資料9內(nèi)圖 9-11 和表 9-1 的數(shù)據(jù)，本設(shè)計選用鏈條節(jié)距為 p=25.4mm，長度略為 2.24m 的 16A 型滾子鏈 9。 通過公式（11）計算鏈速 v 確定潤滑方式 106021pvnz （11） 求得鏈速 v=0.27m/s.根據(jù)求出的鏈速通過查找參考資料9內(nèi)表 9-7，確定其潤 滑方式為定期人工潤滑 9。 4.2.6 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（12）計算得到： 120DLn （12） 11 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 本設(shè)計選用的鏈條節(jié)距為 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)合顆粒化肥外，也能排施流動性差的粉狀化肥。 （3）排肥量調(diào)節(jié)靈敏、準確，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 11。 12 5.2 選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：外槽輪式排肥器、星輪式排肥器、螺旋式排 肥器、水平刮板式排肥器、攪撥輪式排肥器、振動式排肥器 11。 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?；剩浜识嫉陀?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 11。 其結(jié)構(gòu)如圖 3: 1.卡箍 2.軸銷 3.花形擋圈 4.外槽輪 5.阻塞套 6.排肥軸 7.排肥舌軸 8.排肥盒 9.排肥舌 圖 3 移動式外槽輪排肥器 Fig3 The fluted roller fertilizer apparatus 5.3 排肥量的計算 外槽輪排肥器的排肥量可以通過公式（13）計算: tdLrQfaq0 （13） 式中： 13 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/acre 6 開溝器的選型設(shè)計 6.1 開溝器的性能要求 開溝器是播種器上重要的部件之一，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 12： （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 12。 鋤鏟式開溝器：屬于銳角型開溝器，工作時開溝器隨著播種器向前移動，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。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。 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。 14 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。 6.3 開溝器的選型 馬鈴薯播種器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，本設(shè)計選用鋤鏟 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 12。 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??； (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 =80 6.4.4 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：173mm120mm505mm 7 輸種管的選型設(shè)計 7.1 輸種管的性能要求 15 輸種管的作用主要是將排種器排出的種子導(dǎo)入開溝器，使種子能夠順利落入種溝 內(nèi)，它對排種的均勻性有很大的影響。馬鈴薯播種器對輸種管的要求有 13： （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 13。 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。如圖 4： 圖 4 輸種管 Fig4 The matering tube 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)不同類型播種器的結(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。 16 一般情況下，橡膠輸種管的傾斜角為 50。其長度通過公式(14) 進行計算 L=H/sin （14） 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 8 覆土器的選型設(shè)計 8.1 覆土器的種類和特點 播種器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、要求覆土嚴密并有一定起壟作用的中耕作 物播種器 14。 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。如圖 5： 圖 5 拖環(huán)式覆土器 Fig5 The link covering device 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 17 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 15。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的附加重量。 壓緊后土壤的容重一般為 81.2g/cm 2 9.2 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 15。 9.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 現(xiàn)有的馬鈴薯播種器中的鎮(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 16。 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) 滿足公式（15）: Smax2WT/D （15） 因為 Smax=Qf，則 D2WT/（Qf ） （16） 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 WT軸套產(chǎn)生的摩擦力矩 D鎮(zhèn)壓輪的直徑 由上面式子（15）和（16）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)壓輪的負荷可以提高土壤對輪緣的附著力，但是增大鎮(zhèn)壓輪的負荷無 18 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 6： 圖 6 鎮(zhèn)壓輪裝置 Fig6 The compacting wheel 10 行走輪的選型設(shè)計 10.1 行走輪的設(shè)計要求 在該播種器中，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 17： （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) 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，如圖 7。 10.3 行走輪的安裝 行走輪安裝在地輪軸上，兩端各緊挨著鏈輪，兩輪間的距離為 400mm。 19 圖 7 行走輪 Fig7 The road wheel 10.4 行走輪轉(zhuǎn)速的計算 按照設(shè)計要求和參考有關(guān)資料，該播種器生產(chǎn)率為 3.24.1km2/h，幅寬 1100mm，因此，機器的行進速度為 18： （17）s/m1.79.0365.10.4bsv 取平均速度為 v=1m/s，按照配套拖拉機的結(jié)構(gòu)尺寸和常用播種器的地輪大小，取行走 輪直徑為 500mm，有公式（10-1）： （18） rnwrv602 式中 行走輪的速度（ m/s） ；v 行走輪軸的角轉(zhuǎn)速(rad/s) ；w n 行走輪的轉(zhuǎn)速(r/s)由公式（18）得 n38r/min 行走輪的半徑 (m)；r 最后求得行走輪速度 v1m/s，與上文給出得速度相符合，故此速度滿足設(shè)計 要求。 11 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器的概況和發(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 馬鈴薯播種器的總體設(shè)計方案。 （2）馬鈴薯播種器與拖拉機掛接使用，可一次性完成開溝、播種、施肥、鎮(zhèn)壓、 20 覆土等多項工作。 （3）在拖拉機與馬鈴薯播種器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）排種器采用升運鏈式，排肥器采用外槽輪式。 11.2 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器的基礎(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 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。 參考文獻 1 成大先.機械設(shè)計手冊（第四版).M化學(xué)工業(yè)出版社,2002:13-126 2 程興田.播種器械的現(xiàn)狀及發(fā)展前景.M農(nóng)機與食品機械,1999:56-67 3 國委文.播種器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.M農(nóng)業(yè)機械化與電氣化,2007:143-152 4 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MTransactions of the ASAE.1995:949957.r 致 謝 本論文是在高英武老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。從課題的選擇到論文的 最終完成，高英武老師始終都給予了細心的指導(dǎo)和不懈的支持。值得一提的是，高老 師宅心仁厚，對學(xué)生認真負責(zé)，在她的身上，我們可以感受到一個學(xué)者的嚴謹和務(wù)實， 這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求” ，希望 借此機會向高老師表示最衷心的感謝！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有 各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。 另外還要感謝機制系同學(xué)們的熱心協(xié)助，正是由于你們的幫助和支持，我才能一 22 個一個克服困難、解明疑惑，直至本文順利完成，在這里請接受我誠摯的謝意！最后 我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！