畢業(yè)設計（論文）-組合式排種器設計說明書

設計說明書 設計題目:組合式排種器 學生姓名：                            學 號：                    專業(yè)班級：                            指導教師：                            20 年 月 日 摘要：玉米作為重要的糧食和飼料作物，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。我國玉米產(chǎn)量占全世界玉米產(chǎn)量的22.4%以上，種植面積和總產(chǎn)量均居世界第二位。目前，我國農(nóng)業(yè)正面臨著從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉變的歷史時期，玉米種植機械化是其重要的組成部分。 玉米精密播種機械化技術是農(nóng)藝與農(nóng)機現(xiàn)代科學技術的有機結合，國內(nèi)外已得到普遍應用與發(fā)展。排種器是精密播種機的核心部件，它決定了精密播種性能。如何提高精密排種器工作性能一直是國內(nèi)外科研攻關的重點和難點。氣吸式排種器是一種先進的播種裝置，由于其獨特的性質而被國內(nèi)外廣泛地應用農(nóng)作物播種上。本文提出了一種適用于玉米精播機的滾筒式氣吸排種裝置，介紹了其結構和原理，對其進行深入的研究并自行設計了一款氣吸滾筒排種器，其中對傳統(tǒng)的的滾筒式排種器進行了一些改進，減少了氣腔的漏氣性。使其結構更加合理簡單。該排種器得結構簡單，軸采用空心設計，產(chǎn)生負壓差,滾筒上設計三列十二孔每周。 關鍵詞:精確農(nóng)業(yè);精密播種;滾筒式氣吸排種器。 全套圖紙加V信153893706或扣 3346389411 Abstract: as the most important grain and grass crop，corn takes an important role in the development of national economy. The eom output of our country accounts for above 22.4% of that of the world , and the planting area and the total output occupy the second in the world.At present, the agriculture of our eountry are facing the historieal period of the transform form the traditional agriculture to the modem agrieulture,and the meehzation of the corn planter is an important constituent. The mechanization technology of the com Precision planting is the combination of the agronomy and the modern science technology of the farm machinery, and has been widely used and developed at home and abroad. The seeding device is the core part of the precision seeder，which determines the performance of seeding. How to enhance the working performance of the precision seeding mechanism has been the key point and difficulty of research projects at home and abroad.The air-suction metering device is an advanced seeding device ,which is mainly used in the seeding of the tilled crop and has been widely used at home and abroad by its unique advantage.This paper presents a drum-tape air-suetion seed metering device adapted for corn，and does an in-depth study and self-designed a roller air-suction metering device.I carry out a number of improvements to one of the tradional roller seed-metering device, reducing the leakage of air-space to make it more simple and reasonable structure. The metering device was simple in structure, which use of hollow shaft design, resulting in negative pressure ,and three roller design tin weekly and twelve roller in every lap. Keywords:precise agriculture;precision seeding; roller air-suction seed metering device. 目錄 第1章 緒論 4 1.1 課題來源 4 1.1.1課題背景 4 1.1.2保護性耕作技術的基本概念 4 1.1.3保護性耕作技術的應用效果 5 1.1.4研究的目的和意義 5 1.2目前國內(nèi)排種器存在的問題及發(fā)展趨勢 5 1.2.1目前我國排種器概況 5 1.2.2幾種傳統(tǒng)排種器的結構特點及存在的問題 5 結構特點 5 存在的問題 5 1．3國內(nèi)外精密播種機的研究概況 6 1.3.1精密播種的基本概念. 6 1.3.2國內(nèi)外精密播種機的發(fā)展情況 6 1.3.3國內(nèi)外氣力式精密播種機的研究現(xiàn)狀 8 1.3.4國外氣力式精密播種機的研究現(xiàn)狀 8 1.3.5國內(nèi)氣力式精密播種機研究現(xiàn)狀 9 1.4 課題研究內(nèi)容及技術路線 10 1.4.1本文研究的內(nèi)容 10 1.4.2技術路線 10 第2章排種器的理論分析與設計 11 2.1玉米單播的農(nóng)藝要求 11 2.2總體方案的確定 11 2.2.1組合式排種器的吸附機理 12 2.2.2種子吸附過程中的受力分析 12 2.2.3吸室及吸室真空度的確定 13 2.2.4真空壓力值對播種質量的影響 13 2.2.5影響吸種性能的因素分析 14 第3章主要零部件的設計 15 3.1總體結構如圖 15 3.2排種器的設計 15 3.2.1吸孔孔徑的確定 15 3.2.2吸種孔數(shù)的分析及確定 16 3.2.3刮種器 17 3.3配氣盤 17 第4章總結 17 致謝 18 參考文獻 19 第1章 緒論 1.1 課題來源 1.1.1 課題背景 玉米是世界上分布最廣的作物之一，從北緯58度到南緯35至40度的地區(qū)均有大量栽培。北美洲種植面積最大，亞洲、非洲和拉丁美洲次之。種植面積最大、總產(chǎn)量最多的國家依次是美國、中國、巴西、墨西哥。從栽培面積和總產(chǎn)量看，玉米僅次于小麥和水稻。世界玉米播種面積達20億公頃，玉米總產(chǎn)量達6000億kg[l]。 我國是糧食生產(chǎn)大國和消費大國。小麥和玉米作為我國兩大主要糧食作物，其生產(chǎn)水平對保障糧食安全和種植業(yè)結構調(diào)整影響巨大。我國是一個玉米生產(chǎn)大國，我國玉米產(chǎn)量占全世界玉米產(chǎn)量的22.4%以上，種植面積和總產(chǎn)量均居世界第二位。玉米用途廣泛，作為重要的糧食和飼料作物，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。玉米是世界上最好的飼料作物，被譽為“飼料之王”，目前全國生產(chǎn)的玉米有70%~75%被用作精飼料，玉米秸稈不僅在農(nóng)區(qū)是動物粗飼料的主要來源，同時也大量調(diào)往牧區(qū)。可以說，玉米已經(jīng)成為畜牧業(yè)發(fā)展所依賴的最主要飼料來源。另外，有10%左右的玉米籽粒用于工業(yè)加工，被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、輕化工等行業(yè)，加工產(chǎn)品多達500種以上。隨著我國城鄉(xiāng)居民收入的增加和消費觀念的轉變，國內(nèi)肉、蛋、奶類產(chǎn)品市場需求旺盛，增長潛力巨大，農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)已經(jīng)成為我國今后畜牧業(yè)發(fā)展的主要方向。玉米生產(chǎn)的發(fā)展，必將極大地推進農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的快速發(fā)展，隨著我國畜牧業(yè)的發(fā)展和玉米精深加工新技術的開發(fā)應用，我國國內(nèi)市場對玉米的需求也必將越來越大。因此，玉米生產(chǎn)不僅對于保證我國13億人口乃至全世界的食物安全具有重要的地位，同時還關系到人民生活水平的提高以及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是，我國的玉米種植從玉米的生產(chǎn)手段上落后于水稻和小麥，生產(chǎn)過程活勞動投入較多，機械化程度低，特別是玉米種植機械化水平很低，成為了我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的“瓶頸”[2]。 1.1.2 保護性耕作技術的基本概念 保護性耕作是一種新型旱地耕作法。它主要包括免耕播種、施肥、深松、控制雜草秸稈及地表處理等內(nèi)容，核心是免耕播種，主要作業(yè)均使用機械完成。 保護性耕作的一般定義為農(nóng)作物播種后，地表的秸稈覆蓋量不少于30%的耕作方法。另外一種說法是:相對于傳統(tǒng)耕作來說，能夠減少水土流失的任何耕作方法。 傳統(tǒng)耕作也可能減少水土流失，但是，保護性耕作與傳統(tǒng)耕作相比，其保持水土的效果更好。我國學者在多年科學研究的基礎上，把保護性耕作定義為“以水土保持為中心，保持適量的地表覆蓋物，盡量少翻動土層，而又能保證作物正常生長的耕作方法”。保護性耕作的主要內(nèi)容包括: 1) 在地表覆蓋作物的殘茬； 2) 在盡量不翻轉土壤的前提下，進行免耕播種和施肥； 3) 必要時進行深松等作業(yè)來改善土壤結構； 4) 主要利用化學藥劑進行除草和防治病蟲害。 1.1.3保護性耕作技術的應用效果 1) 減少地表徑流，減輕土壤風蝕水蝕，改善環(huán)境，增加水分入滲； 2) 增加土壤有機質含量，改善土壤結構； 3) 提高水、土、光等資源的利用率； 4) 產(chǎn)量提高； 5) 生產(chǎn)成本下降，收入增加，經(jīng)濟效益改善秸稈覆蓋、少耕、免耕是各種保護性耕作共有的基本要素。旱地農(nóng)業(yè)保護耕作的主要優(yōu)勢，是通過將作物殘茬保留在地表從而保護水土資源。 1.1.4研究的目的和意義 播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中極為重要的一環(huán)，“種好收一半”是長期以來人們進行生產(chǎn)實踐得出的對播種重要性的總結。隨著播種技術的發(fā)展，播種方式、播種工具也在不斷的發(fā)生變化，從原始的刀耕火種，經(jīng)過了撒播、條播、普通穴播，到精密播種；從瓠、耬開始，在不同階段先后創(chuàng)制出結構形式眾多的撒播機、條播機、穴播機和精播機。然而，不論是什么樣的播種機，它都有一個共同點，那就是都有一個排種部件或排種裝置，它是播種機主要的構成部分，而不同的只是這個構成部分的簡易復雜程度懸殊而已。在現(xiàn)代免耕播種機上，這一排種部件即稱為排種器。排種器是播種機的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接影響著播種質量。 由于育種學和種子加工技術的快速發(fā)展，谷物播種的技術要求愈來愈高玉米的精量播種和半精量播種在工藝技術上已成為可能。但與其相匹配的播種機械十分的稀少，究其原因很多。例如：玉米種子形狀的不規(guī)則性、壓緊摩擦力過大、現(xiàn)有排種器對種子適應性差等。上述問題是影響玉米等谷物精量或半精量播種實施的重要原因。另外，隨著大中型拖拉機保有量的增加和節(jié)水灌溉技術的廣泛應用，以及保護地作業(yè)要求，高效率大寬幅耕播聯(lián)合作業(yè)機組的研制，應用與推廣勢在必行。因此，研制一種新型的排種器通過中央分配器實現(xiàn)機械定量多行播種作業(yè)可大大簡化機具整體結構，便于耕整工作部件與排種系統(tǒng)有機結合，為半精量播種和耕播聯(lián)合作業(yè)創(chuàng)造條件。 1.2目前國內(nèi)排種器存在的問題及發(fā)展趨勢　 1.2.1目前我國排種器概況 　 迄今為止，我國的播種機械專家、學者、工程師幾乎涉獵了世界上所有的排種器形式。屬于引進、仿制、研究、探討的有：外槽輪排種器、離心式排種器、內(nèi)側囊種式排種器、垂直圓盤式排種器、水平圓盤式排種器、傾斜圓盤式排種器、氣吸式排種器、氣壓式排種器等等。屬于我國獨創(chuàng)特色的獲得大量生產(chǎn)應用的排種器有：遼寧70-2型窩眼輪式排種器、魯抗的擺桿式排種器、張波屏的紋盤式排種器、張波屏的錐盤式玉米精密排種器等等?！? 1.2.2幾種傳統(tǒng)排種器的結構特點及存在的問題 結構特點　 1)氣吸式排種器 氣吸式排種器是利用真空吸力原理排種的。當排種圓盤回轉時，在真空室負壓作用下，種子被吸附一于吸孔上，隨圓盤一起轉動。種子轉到圓盤下方位置時，附有種子的吸孔處于真空室之外吸力消失，種子靠重力或推種器下落到種溝內(nèi)。這種排種器通用性好，更換具有小同大小吸孔和小同吸孔數(shù)的排種盤，便可適應各種小同尺寸的種子及株距要求。 2)水平圓盤式排種器 水平圓盤式排種器是一種較早使用的播種中耕作物的排種器，它以更換排種盤來實現(xiàn)穴播或單粒點播多種中耕作物。它的主要工作部件是一個位于底部的水平排種圓盤，圓盤周邊有根據(jù)種子尺寸、穴粒數(shù)、粒型和種子排序制成的型孔。當圓盤山地輪通過鏈輪和錐齒輪轉動而回轉時，種箱內(nèi)的種子靠自重充入型孔并隨型孔轉到刮種器處，由刮種舌將型孔上的多余種子刮去。留在型孔內(nèi)的種子運動到排種口時，在自重和推種器的作用下，離開型孔落入種溝，完成排種過程。 水平圓盤排種器的特點是結構簡單、工作可靠、均勻性好:可換裝能播帶絨棉籽的棉花排種器，作為棉花條播機使用:還可換裝磨盤式排種器以條播中耕作物，擴大播種機的使用范圍。 3)外槽輪式排種器　 工作時外槽輪旋轉，種子靠重力充滿槽輪凹槽，并被槽輪帶著一起旋轉進行強制排種；處于槽輪外面的一層種子在槽輪外圓的撥動和種子粒間的摩擦力作用下也被帶動。這一層種子稱為帶動層。帶動層內(nèi)的種子運動速度不等，位于槽輪圓周界面上的速度最大，但仍低于槽輪速度。距槽輪中心愈遠、速度愈小、 直至為零。在帶動層外的種子不受外槽輪作用，為相對靜止層。該層內(nèi)的種子僅靠重力作用而自流，由槽輪強制帶出和帶動層帶出的種子從排種舌上掉入輸種管，然后經(jīng)開溝器而落入種溝內(nèi)。外槽輪排種器的播量取決于槽輪的有效工作長度和轉速。外槽輪排種器的通用性好，能播麥類、高粱、顯類、玉米、粟類和油菜等各種粒型的光滑種子。特別適合播麥類、高粱等粒型的種子。 存在的問題 水平圓盤排種器的排種盤線速度的許用值較低，從而對高速播種的適用性較差。實驗結果表明，當播種速度超過6--7km/h后，空穴率增加，播種質量明顯下降。在單粒精密播種時，對尺寸要求嚴格，種子必須按尺寸分級，增加了播種作業(yè)共序。并且這種排種器要按照各種種子的不同尺寸級配各相應的排種盤，增加了各用件制造、選配、使用及保管的復雜性。 外槽輪式排種器雖然具有結構簡單、工作比較可靠、播量調(diào)整方便等優(yōu)點，但這種排種器在排種過程中，排量有脈動現(xiàn)象，排種均勻性差。此外，它的排種均勻性受機器振動的影響較大。 氣吸式排種器充種室種子群狀態(tài)不合理影響排種性能，氣室密封要求高，結構復雜，且易磨損。此外，一般氣壓（或真空度）在300—800cmH2O。對風機及其動力傳遞結構要求較高。 1．3國內(nèi)外精密播種機的研究概況 1.3.1精密播種的基本概念. 精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一個綜合性很強的復雜巨系統(tǒng)，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)低耗、高效、優(yōu)質、安全的根本途徑。綜觀近年來世界精確農(nóng)業(yè)發(fā)展，其體系包括現(xiàn)代信息技術、現(xiàn)代生物技術和現(xiàn)代工程裝備技術。 現(xiàn)代工程裝備技術是精確農(nóng)業(yè)技術體系的重要組成部分，是“硬件”，其核心技術是“機電一體化技術”，在現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)中，應用于農(nóng)作物播種、施肥、灌溉、收獲等各個環(huán)節(jié)。 精確播種就是將精確種子工程與精確播種技術有機結合起來，要求精確播種機具有播種均勻、精量播種、深淺一致。與傳統(tǒng)播種方法相比精密播種具有如下優(yōu)點:精密播種使田間株距分布、播深均勻一致，達到合理密植，使作物在田間獲得最佳分布，為作物的生長、發(fā)育創(chuàng)造最佳環(huán)境，從而大大提高作物對營養(yǎng)和太陽能的利用率，利于苗期生長，便于機械化田間管理和收獲;克服了條播、點播苗期爭肥、爭水和爭光的弊端;播種精度高，播種缺損率低，因此可以節(jié)省大量優(yōu)良種子(玉米可節(jié)省1一1.5K留畝，大豆可節(jié)省1.5Kg/畝，棉花可節(jié)省5Kg/畝，谷子可節(jié)省0.3K留畝)，利于良種化;節(jié)省間苗人工(玉米、大豆每畝節(jié)省0.2個工，谷子每畝節(jié)省1一1.5個工)[3];通風透光性好，能夠充分利用土壤的營養(yǎng)、水分達到苗齊、苗壯、抗早衰，能夠提高單位面積產(chǎn)量和品質。 工廠化育苗的播種條件相對穩(wěn)定，單粒穴播比較容易實現(xiàn)。對傳統(tǒng)條播的大田作物來說實現(xiàn)單粒穴播相對復雜和困難。目前，限于種子發(fā)芽率、精播機播種質量等原因，國內(nèi)還沒有廣泛使用真正的單粒穴播，多數(shù)采用的是1.5一2倍精播量的小粒距均勻點條播方式。這種方式比單粒穴播易保全苗，比條播省籽，缺點是等距間苗比較困難。所以，隨著種子質量和精播機質量的提高，單粒穴播是必然發(fā)展趨勢。 1.3.2國內(nèi)外精密播種機的發(fā)展情況 精密播種機是精密播種實現(xiàn)的載體。精密播種機的任務是定量、定距、定深地將種子播入土壤中井給予適當?shù)膲簩?。為了保證田間出苗率和出苗整齊度，播種、株距、播深等量化指標必須滿足農(nóng)藝要求[4]。不同的作物品種有不同的種植要求，而且不同的氣候條件、土壤墑情又使播種參數(shù)要相應變化所以實用的精密播種機首先要能保證播種量和種子分布均勻度達到規(guī)定指標，同時還必須有一定范圍內(nèi)的靈活調(diào)控播種深度的功能，有良好的覆土、壓實效果。 我國從60年代開始研究精播機，到80年代有了較大的發(fā)展，研究的原理、結構形式多種多樣，除了研究玉米、甜菜、大豆等主要中耕作物的精播機外，還研究了花生小麥、水稻、人參等的精播，并取得了一定成果，許多排種器試驗研究效果較好，但應用于實際的不多實際生產(chǎn)中的精密播種機處于機型較老、類型少和性能較落后的狀態(tài)有待于進一步發(fā)展[5]。 精密播種機的核心部件是排種器，排種器按照工作原理可分為兩大類:機械式排種器和氣力式排種器。機械式精密排種器根據(jù)種子粒型和大小，利用排種器的型孔將種子從種群中分離出來，充種、清種和卸種等環(huán)節(jié)靠種子自重或機械裝置來完成。具有結構簡單，成本低等優(yōu)點，在生產(chǎn)應用中得到了廣泛應用[6]缺點是對種子尺寸要求嚴格，作業(yè)速度較低，常用于中小型播種機上。如階梯型內(nèi)窩孔式排種器、內(nèi)側充種垂直圓盤排種器、轉勺式排種器、磨紋式排種器、水平圓盤式和環(huán)帶式排種器。 氣力式精密排種器通常由拖拉機動力輸出帶動風機產(chǎn)生真空吸力或空氣壓力，使種子按粒(單?；蚨嗔?貼附在型孔上，充種或清種環(huán)節(jié)靠氣力來完成。氣力式精密播種器按排種原理的不同可分為氣吸式、氣壓式和氣吹式等種類播種器[7]。排種器具有適應性強、通用性好、不傷種和對種子尺寸要求不嚴等優(yōu)越性，適應高速播種作業(yè)，在國內(nèi)外己廣泛用在大中型精密播種機上，近年來氣力式精密排種器在我國應用范圍逐步擴大。 1.3.3國內(nèi)外氣力式精密播種機的研究現(xiàn)狀 氣力式播種是一種利用氣流的吸附力或壓附力，將種子從種子堆分離出來，達到單?；螂p粒的精量播種技術[8]吸式精密排種器就是利用氣流壓力差從種子室吸取單粒種子并依次將其排出，它是以氣流為載體完成排種的，與機械式精量排種相比，具有省種，不傷種，作業(yè)速度高諸多優(yōu)點，而且對種子相對尺寸要求不嚴，傷種少，易實現(xiàn)單粒播種，通用性好，作業(yè)速度提高潛力大，所以氣吸式精密排種器一直是國內(nèi)外科研的攻關重點。 1.3.4國外氣力式精密播種機的研究現(xiàn)狀 國外己對精密播種機進行了長期的研究，結構樣式多種多樣，滿足了中耕作物和某些蔬菜播種的農(nóng)藝要求，并己實現(xiàn)系列化、標準化和通用性。氣力式精密播種機按排種原理的不同可分為氣吸式、壓式和氣吹式等種類播種機。許多農(nóng)業(yè)先進的國家在50年代就開始推廣使用氣吸式、壓式和氣吹式等種類播種機。如南斯拉夫的潑尼瑪什一2型氣吸式播種機的排種機構采用氣吸式垂直圓盤式，盤的一面是真空室與風機吸風口相連，使種子室產(chǎn)生負壓。盤的另一面是種子室，作業(yè)時排種盤旋轉，吸孔在充種區(qū)吸附種子，經(jīng)過刮種器刮掉多余的種子，從而使每個吸孔只保留一粒種子在開溝器上方轉出真空室，吸力消失，種子靠自重下落到種溝里。能夠節(jié)約種子和節(jié)省勞力;但也有整機重量大、需要大馬力拖拉機配套、使用不方便等缺點[9]。 氣壓式是靠種子重力和刮種器完成排種，如美國的哈維斯特公司的cyclo-500型氣壓式播種機的排種器[10]由排種滾筒、毛刷刮種器、橡膠卸種輪等部件組成，作業(yè)時，風機將氣流壓入排種滾輪和種箱，種子在自重和氣壓差的作用下，被壓附在窩眼內(nèi)并隨之轉到上部，多余的種子由自重回落，少數(shù)窩眼上存在的多粒種子由毛刷刮下，因而轉到上部的各窩眼內(nèi)僅留下一粒種子，形成單粒精密播種。該排種器工作可靠、均勻度高。與氣壓式相比，氣吹式排種器是用高速氣流吹走多余的種子，如德國貝克爾公司的Aeromat-2型氣吹式播種機利用增壓氣流清種圈，使窩眼內(nèi)僅保留一粒種子，還利用余壓充種，播種幅寬大，速度高，生產(chǎn)率也高。在這三種類型的排種器中，垂直圓盤氣吸式因結構緊湊，排種性能和通用性較好，可以精密點播、穴播多種作物而被國外許多精密播種機所采用。其工作原理是垂直圓盤上的吸孔利用圓盤兩側形成的負壓吸種，隨著排種盤的旋轉將種子帶入無吸力區(qū)，種子靠自重落入種溝。 國外對小麥精量播種機的研究始于20世紀70年代[11]初是采用對中耕作物的精密播種機加以改進來精播小麥，如1976年前后，德國研制了GS一23氣吸式小麥精密播種機，其排種器是由種子室和真空室組成，但是該機難以實現(xiàn)單粒排種，而且播種均勻度很差，重播嚴重。后來，法國研制出一種單粒氣吸式小區(qū)播種機，它的排種器是一個安裝在轉軸上的金屬盤，盤的周緣側布著若干個吸嘴與圓盤內(nèi)腔的真空負壓相連。該機通過更換不同的吸嘴可以播種小麥、玉米，向日葵等作物。但是，由于小麥和中耕作物種子形狀的差異，用改進后的中耕作物的精密播種機不能達到小麥精播的技術要求。 80年代初，奧地利Wintersteiger公司研制成功了由一個固定的帶螺旋槽的圓盤和一個帶有徑向槽的圓盤相疊的組合吸孔式排種器的小區(qū)精密播種機[12]機通用性好，可播種各種規(guī)格的種子，精確性高，無清種裝置，具有良好的單粒排種效果，在世界各國的小區(qū)育種作業(yè)中得到廣泛應用，但該機成本高，結構復雜，作業(yè)速度低，不能應用大田生產(chǎn)。 總之，國外己對精密播種機進行了長期的研究，結構樣式多種多樣，滿足了中耕作物和某些蔬菜播種的農(nóng)藝要求，并己實現(xiàn)系列化、標準化和通用性。其中Win型排種器更以其獨特新穎的結構、良好的通用性、優(yōu)良的排種性能而深受重視。 1.3.5國內(nèi)氣力式精密播種機研究現(xiàn)狀 我國從60年代開始研究精播機叫，到80年代有了較大的發(fā)展，研究的原理、 結構多種多樣，除了研究玉米、甜菜、大豆等主要中耕作物的精播機外，還研究了花生、水稻、小麥、人參等的精播，并取得了一定的成果，許多排種器試驗研究效果好，但應用于實際得不多叫。實際生產(chǎn)中的精播機處于機型較老、類型少和性能落后的狀態(tài)，有待于進一步發(fā)展。 近幾年來，國內(nèi)的氣力式精密排種器和精密播種機的研究進人了一個較快的發(fā)展時期，先后研制了多種精密播種機[13]zBQ一M3型免耕施肥氣吸精密播種機(沈陽市通用長青機械廠)。該機采用氣吸式，不傷種，適應種子包衣，催芽播種和一次性正側深施肥等科學種田的要求更換排種盤和鏈輪可進行玉米、花生、大豆、高粱、向日葵、甜菜等作物的單粒全株距或單粒半株距穴播或條播作業(yè)。一次可完成切莖桿破茬，開溝作種床、施肥播種，種床鎮(zhèn)壓、覆土等工序。該機主要適用于東北地區(qū)的播種作業(yè)。另外還有一種有代表性的就是遼寧瓦房店生產(chǎn)的垂直圓盤氣吸式播種機。該機適用于播種玉米、大豆、高梁、棉花等作物。該機采用V型雙圓盤播種開溝器進行種床殘茬清理，提高了播種機的通過性;滑刀式施肥開溝器具有較好的破茬和入土性能;一次作業(yè)可完成破茬、開溝、分離覆蓋物、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序;適用于秸稈切碎覆蓋地、豆茬地、小麥茬地免耕播種;主要適用地區(qū)為東北、河北等地。 農(nóng)哈哈集團研制的ZBYQF一4玉米氣吸播種機。該機采用垂直圓盤氣吸式播種玉米，實現(xiàn)了單粒精播;播種機采用單體安裝，行距可調(diào)，多級變速，滿足了不同株距要求.滑刀式開溝器阻力小，省動力，四連桿單體仿形可保證播種機構在平地，凹地，坡地等任何情況都能仿形，保證播種深淺一致;一級多楔帶式風機傳動形式，結構緊湊傳動效率高囚。該機適應性廣，能夠滿足我國北方早田作業(yè)地區(qū)的農(nóng)藝要求，作業(yè)行距、深度、株距、播種量都能根據(jù)要求方便地進行調(diào)節(jié)。對種子的幾何形狀要求不嚴，平均直徑在6一8毫米之內(nèi)均可播種，并且出苗整齊，平均比其它排種器增收5%左右。氣吸排種器靠風機產(chǎn)生氣壓將種子吸到排種盤上，當轉到泄風口處，種子靠自重落入土中，不傷種子，不磕籽，確保播種準確，出苗率高。 1990年，黑龍江農(nóng)科院成功地仿制了ZXJB一4型小區(qū)精密播種機，并在小范圍進行了應用，但沒有普及推廣。為提高該機的利用率，西北農(nóng)業(yè)大學對其做了用于大田的改進研究，使該機能夠連續(xù)均勻供種，但還存在作業(yè)速度低的問題。另外，還研制出了一批已達到國際先進水平的精密排種器，如吉林工業(yè)大學研制了氣力輪式排種器[14]滿足大豆的高速小株距播種要求;新疆建設兵團農(nóng)墾科學研究院設計的ZBJQD一2型氣吹式排種器，播甜菜5cm粒距，株距合格率為96%。 ZBOYF一6硬茬播種機是氣壓式精密排種器，它采用結構獨特的排種盤使充種、攜種可靠，而且控制了充種室內(nèi)的種子群，使種子形成比較合理的充種狀態(tài)。該機主要適用于小麥高茬地夏播作物的施肥精密播種，在一些地區(qū)得到了推廣使用。另外，ZBDY-6型大豆氣力高速精密播種機所采用的氣力輪式精密排種器也屬于氣吹式，該排種器主要由排種輪、推種片、風嘴等組成。該機具有配套能力強、生產(chǎn)率高，播種均勻等優(yōu)點。 1995年西北農(nóng)業(yè)大學對 v/intersteiger公司的氣力式小區(qū)精密播種機的雙吸盤排種器進行了理論研究，簡述了該排種器的構造、工作原理，分析了主要工作部件的結構及參數(shù)，通過回歸分析，建立了極坐標方程，對種子在排種器內(nèi)的受力及運動進行了分析，同時探討了影響排種器性能的幾個因素。近來，中國農(nóng)大又對組合吸孔式小麥精密排種器作了改進，其排種性能優(yōu)于機械式排種器，而且排種器作業(yè)速度高，均勻性好，較好地實現(xiàn)了小麥單粒精密播種，但要整機大田推廣還有許多工作要做。 總體來說，氣力式播種機在國內(nèi)發(fā)展較晚，大部分是從國外引進并改造的，而且只是適用于小區(qū)作業(yè)。 1.4 課題研究內(nèi)容及技術路線 1.4.1本文研究的內(nèi)容 鑒于組合式排種器具有結構簡單、加工精度低、功率小、成本低、對種子箱無特殊要求、容易實現(xiàn)單粒精播等特點,加之玉米對生種子的不規(guī)格形狀,故本設計采用了氣吸式排種器。氣吸排種器具有播量準確、省種、不損傷種子并對種子分級要求不高等特點，在高速作業(yè)時仍能保證良好的可靠性，但國內(nèi)圓盤氣吸式排種器的工作速度普遍較低,一般為4~6 km·h-1,且實現(xiàn)雙條排種的結構復雜。故這次設計小型滾筒式氣吸排種器。 1.4.2 技術路線 為了使研究結果建立在科學、嚴謹?shù)难芯炕A上，研究方法的原則與運用至關重要，在研究過程中采取了如下技術路線: 查找關于免耕播種機的資料 對原機進行思考，提出問題 文獻調(diào)研 理論分析與研究 找出設計中的問題 確定解決問題的方案 確定最佳改進的方案 完成設計 圖1 技術路線圖 第2章排種器的理論分析與設計 2.1玉米單播的農(nóng)藝要求 玉米播種的農(nóng)藝要求是:播種的行數(shù)為3行，行寬40cm，株距為250mm。播種深度控制在10 mm 以內(nèi)。要求播深一致，落籽均勻。 2.2總體方案的確定 為了滿足玉米單條播種的農(nóng)藝要求，保證播深和播寬以及各行播量一致性。同時克服原有玉米免耕播種機性能上的缺陷，在擬總體方案時，主要考慮了以下幾個問題: 1)初步選定研制能與20---30馬力的四輪拖拉機配套的組合式玉米免耕播種機的排種器。 2) 根據(jù)農(nóng)藝技術要求，設計適合玉米單條精播（作業(yè)速度不大于5km/h）氣吸式排種器及為氣吸式排種器配套的風機及相關部件。性能指標要求玉米氣吸式排種器粒距合格指數(shù)≥90% ，重播指數(shù)≤10%，漏播指數(shù)≤5% ，種子破損率≤1%[15]。 氣吸式排種器具有投種精確，對種子的傷害較小的優(yōu)點。 2.2.1氣吸式排種器的吸附機理 氣吸式排種器的吸附部件主要由殼體、排種盤、配氣盤、風機（外置）等組成。排種器的工作過程為：配氣盤的內(nèi)腔是一封閉的真空負壓室，排種盤表面的排布孔與真空室相通，真空室與空心軸相通，軸與風機相通，風機工作時，真空室形成負壓，滾筒轉到吸種區(qū)時，種子依靠真空室的內(nèi)外壓差通過清種區(qū)被吸附在吸孔上，清種區(qū)部位有刮種器可將多余種子剔除掉。滾筒繼續(xù)轉動將種子攜帶至投種區(qū)，投種區(qū)的滾筒一側與大氣相通，真空度為零，種子在重力的作用下下落，投入漏斗導種管中。 2.2.2種子吸附過程中的受力分析 在充種區(qū)作用在種子上的力及其變化是復雜的，為便于分析，做如下假設: (l)由于吸孔間距離遠大于吸孔直徑，故忽略各吸孔間相互影響，研究單個吸孔對單粒種子的作用情況。 (2)由于吸種過程中，排種器吸室內(nèi)空氣流量基本穩(wěn)定，所以假設為定常流。 (3)種子重心距空心軸中心距離為C，種子質量為m。 以滾筒為例，選滾筒上上下兩點處種子為研究對象。當排種器工作時，種子所受外力主要有種子重力 G、種子旋轉慣性力 J、吸孔吸附力 P 及水滴形窩孔產(chǎn)生的支持力 N。種子離開種子群開始移動時產(chǎn)生的摩擦力可忽略，如圖: 圖2 種子受力圖 當滾筒等速轉動時，慣性力 J 的大小保持恒定，而其方向不斷變化，重力 G 的大小和方向恒定不變。從受力分析圖可以看出，合力的大小在開始吸種時最大，隨后減小，到滾筒頂部時所受合力最小，隨后又開始增大。當Ｇ與 J 方向相反時，即種子達到滾筒頂部時種子所受外力的合力最小，此時所需吸孔的吸附力最小，要求的真空度亦最小。當種子轉過頂部逐漸下降時所受合力又逐漸增大。計算真空室所需最小真空壓力時，應以充種區(qū)所需真空壓力為基準。因此，要使吸孔吸住種子，就必須滿足下列條件： P·d/2≥T·h 其中 pa 為大氣壓力； p1為在吸種部分的壓力。 2.2.3吸室及吸室真空度的確定 吸室的真空度直接影響到排種孔吸種的性能，各吸種孔處的均勻程度對排種質量有較大影響。吸室的結構形式主要有兩種，即圓環(huán)形和梯形。根據(jù)氣吸式排種器的設計要求選用圓環(huán)形吸室結構較為合適，這樣有利于結構的布置及室內(nèi)真空度的一致性。 根據(jù)文獻 ，吸室所需真空度的最大值計算公式為： Hcmax=2K1K2mgC(1+ v2/ gr+ λ)/sd [16] 式中： Hcmax— 氣吸室真空度最大值，kPa； d — 滾筒吸孔直徑，mm； C—種子重心離空心軸吸孔之間距，mm； m—粒種子的質量，kg； s- 吸種孔面積； v—滾筒吸孔中心處的線速度，m./s； r—滾筒吸孔處的轉動半徑，mm； g—重力加速度，m./s2； λ—種子的摩擦阻力綜合系數(shù)，λ=（6-10）tanθ，θ為種子自然休止角； K1—吸種可靠性系數(shù)，取 1.8-2.0，種子千粒重小、形狀近似球形時，取小值； K2—外界條件系數(shù)，取 1.6-2.0，種子千粒重大時，取大值。 由計算公式可知，氣吸式排種器所需真空度極限值與吸孔直徑、滾筒吸孔處線速度及種子物理特性等有關。由此估算播種玉米時氣吸室所需真空度為 2.819kPa。 2.2.4真空壓力值對播種質量的影響 真空壓力的大小受種子類型及品種的制約，每一種作物品種都有一個最佳的真空壓力范圍。真空度減小時，漏吸率會增大，當真空度超過最佳值時，重吸率將會增加。同時，隨著真空度的增大，漏吸率減小，重吸率略有增加，排種性能有所改善，但對排種質量影響不明顯。原因是氣壓值過低時吸附力不足以克服種子的重力使囊種率下降漏播增加，反之，重播增加。實際工作中由于風機與排種器之間存在管路壓力損失（一般為 40%左右）及機器振動的影響，在設計時一般取值稍大。不同作物品種真空壓力值見表[17] 表一 不同作物對真空度的要求 品種 玉米 大豆 高粱 向日葵 真空壓力/Mpa 0.0027-0.0029 0.0027-0.0029 0.0022-0.0024 0.0059-0.00782 2.2.5影響吸種性能的因素分析 通過對種子在各區(qū)域內(nèi)的運動進行受力分析，可知影響排種器吸種可靠性的主要因素有: (l)真空度的影響: 真空度直接關系到能否精確吸種、攜種，當真空度太低時，吸種孔的吸附力不夠，就可能吸附不住種子或吸附不穩(wěn)定，在有振動時會掉落，造成嚴重的漏播;如果真空度太大，在吸種孔處的吸附力就會太大，會使一個吸種孔同時吸附多粒種子，致使重播率增加，因此在充種區(qū)和攜種區(qū)需要適當高的真空度以保證吸種的可靠性。 (2)滾筒轉速對播種質量的影響： 滾筒的轉速應為保證合格排種質量下的最大工作速度。一方面,滾筒轉速越高,種子的離心慣性力越大,氣吸室所需的真空度越大,為防止出現(xiàn)漏吸,就需要提高風機的轉速。另一方面,隨著滾筒轉速的提高,吸孔與種子的接觸時間縮短,使得部分吸孔由于來不及吸種或吸種不充分造成空穴,這也需要提高真空度。但真空度的增加,又會使重播率增大。因此,為保證排種器的排種質量滾筒的轉速不能太高。 (3)吸種孔面積的影響: 在真空度不變的條件下，吸孔面積增大，則對種子的吸力增大，吸孔與種子接觸面積大，容易造成一個吸種孔同時吸附多粒種子，重播率增加，并且氣流的泄漏損失增大;吸孔面積太小，吸孔與種子接觸面積小，吸附力也小，吸附種子的概率就會下降，造成漏播出現(xiàn)。因此要選擇一個合適的吸孔以確保精播質量。 (4)種子的特性: 由于玉米種子形狀不規(guī)則，不同型號種子的長、寬、厚相差很大，種子之間相互碰撞以及種子和排種器表面之間的碰撞，也會降低播種精度。 (5). 投種高度: 投種高度對播種質量的影響投種高度是決定播種質量的重要參數(shù),對播種均勻性有很大影響。從排種口均勻排出的種子經(jīng)過落地之前的這段路程后,由于受空氣阻力和導種管壁碰撞的影響,無法保持初始時的均勻間距。投種高度愈大,種子經(jīng)歷的路程愈長,所受的干擾就愈大,容易引起種子落點不準。因此,應盡量縮短其導種管長度,減小開溝器高度,降低投種高度。 第3章主要零部件的設計 3.1總體結構 總體結構主要由以下組成：殼體、配氣盤、排種盤、外蓋、進料口、出料口、主軸等。 3.2排種器的設計 影響排種器吸排種性能的因素主要有:吸孔的形狀及大小、排種盤負壓的大小、振動系統(tǒng)的頻率高低、滾筒轉速、投種高度和投種速度等。是否合理選擇吸孔的形狀大小、滾筒內(nèi)部負壓、振動頻率及滾筒轉速將顯著影響排種器的吸排種性能。 滾筒是滾筒排種器的主體，滾筒采用鋁合金鑄造而成，滾筒的設計參數(shù)如下：直徑D=300mm，寬B=506mm,滾筒的厚度T=10mm， 3.2.1吸孔孔徑的確定 吸種孔形式及孔徑的大小對所需的吸室真空度影響很大，直接影響著排種器對種子的吸附能力，吸種孔徑越大其吸附種子的能力也越大，但過大的吸孔直徑對氣壓的損失也較大。氣吸式排種器的排種性能與滾筒吸種孔徑關聯(lián)性密切。隨孔徑的增大，孔徑面積增大，吸附種子所需要的真空度降低，排種性能逐漸提高；當孔徑增加到一定值時，漏氣量逐漸增大，排種性能又開始逐漸降低。在保證排種性能的情況下，孔徑小需要的真空度較高，相應地要提高風機的性能，但對于一個風機，當達到一定的轉速后真空度再有所提高的速度非常緩慢；在真空度相同的條件下，孔徑過小而使吸力不足，會使漏播增加；孔徑過大而使漏氣量增加，排種效果同樣會變差。因此，需要選擇合適于種子大小的吸種孔徑。由試驗方法確立的吸孔直徑公式：d=(0.64～0.67)b[18]b—種子的平均寬度，mm。 表2 種子的尺寸特征 注：供試種子尺寸特征如表[19]式對于玉米滾筒吸孔尺寸 d 取為3 mm。 3.2.2吸種孔數(shù)的分析及確定 吸種孔數(shù)與播種速度、播種頻率及粒距有較大關系, 吸孔數(shù)量應該在不影響吸孔的吸種、刮種和落種的情況下多一點好，但是吸孔數(shù)量受到吸孔與吸孔之間距離和布局的限制，同時跟種距有關，每兩粒玉米種之間的距離直接影響滾筒上每周的吸孔數(shù)量。氣吸式排種器的排種性能與滾筒吸種孔數(shù)有一定的關系。在機器作業(yè)速度一定的情況下，隨孔數(shù)的增多，滾筒轉速降低，充種時間較長，排種性能逐漸提高；同樣隨著孔數(shù)的增多，兩吸種孔之間距離逐漸變小，當孔數(shù)增加到一定值時，兩吸孔吸種出現(xiàn)相互干擾，使得種子在排種孔上排列出現(xiàn)混亂，造成排種性能逐漸降低。因此影響吸種孔的因素很多。吸種孔太多，吸種孔間距太近，排種頻率就會太快，在吸附種子時，兩相鄰吸孔之間容易吸附多余的種子，刮種器也不易刮除多余的種子，影響排種器性能。此外，吸孔多，漏氣也會增多，要求提供更大的真空度。根據(jù)牽引拖拉機的速度和傳動機構的傳動比和滾筒的轉速等因素設計該排種器采用一周十二個吸孔。 由于此次任務是設計一次播種三行的玉米免耕播種機的排種器，所以再滾筒上設計三排吸種孔，而兩列種子之間的距離是有導種管的距離決定的，而與滾筒上的兩列孔距是沒有關系的，因此設計兩列孔距是160mm。 3.2.3刮種器 吸種過程中，由于孔徑與負壓大小的影響會有多粒種子被吸附在某一吸種孔處隨吸種管轉動而上升，當種子轉到一定的角度時，留在吸種孔處多余的種子被清除在重力作用下回落到充種區(qū)，最后只剩一粒穩(wěn)定處于吸種孔的種子。為實現(xiàn)多余種子被清除，排種器內(nèi)部與種子分離部件相配合的刮種(清種)部件也是十分重要的。刮種器有助于提高分離精度，’但同時又容易造成種子破碎。所以，刮種器也是重要的研究內(nèi)容，刮種器若清種性能好，多余的種子在清種區(qū)會被全部清除且不傷種，重播率低;相反，清種不充分，重播率就高。 氣吸式播種機上采用的刮種器是多種多樣的，有振動式、氣吹式、刷式、刮板式、杠桿式等。該排種器的刮種器采用剛性刮板式叫，其結構如圖所示:采用一個厚度40mm半圓套，半圓套的上下兩端焊接角鐵并鉆出螺栓孔用以安裝，將來種箱也安裝在半圓套上。清種的關鍵部位是刮種槽的設計，半圓套的中間位置加工出一個槽，通過該槽使種子與吸種管直接接觸，進而使種子被吸種孔吸附。該槽大部分的寬度約為三個種子寬度之和，在該槽開到半圓套水平位置之前會左右各出現(xiàn)一個凸起，兩凸起間距離寬度稍大于一個種子寬度，兩個凸起不在同一水平，分別起到刮掉被吸附的多余種子作用，使多余種子落回種箱。刮種板與吸種管之間是轉動配合，半圓套套住吸種管垂直線左側的半個圓周如圖所示:間隙既要保證吸氣管轉動靈活還要避免種子進入間隙被碾碎，因此間隙要小于種子的厚度[20]。 3.3配氣盤 種子進入排種器內(nèi)內(nèi)部后先是通過排種盤的孔內(nèi)，當排種盤旋轉到一定角度后，進入到配氣盤的負壓腔范圍，種子被負壓吸附在排種盤內(nèi)，隨著旋轉到上方時，種子會因為離心力和吸力的作用留在排種盤內(nèi)，其余種子掉落回儲種空間內(nèi)，當種子旋轉到正壓腔時，會應為氣壓的作用而被吹出排種盤，從出料口掉落。配氣盤由負壓腔、正壓腔、安裝孔等組成。 第4章 總結 本文在全面深入地認識和研究了國內(nèi)外氣吸式精密排種器的基礎上，自行設計一款氣吸滾筒式排種器，并在傳統(tǒng)的基礎上做了一些的改進。該排種器結構簡單，同時便于適時調(diào)節(jié)。通過對該排種器進行設計與研究，在整個過程中也收獲不少，從一個對農(nóng)機的半文盲，到現(xiàn)在對播種機，特別是播種機的排種器這方面的深入了解，使自己的農(nóng)機知識也擴展不少，在設計中做了一些關于對排種質量的影響因素的分析的總結。 通過實驗研究分析了吸種管轉速、吸種孔孔徑和真空度對排種效果的影響，做出了以下工作:通過對吸附在吸種孔上種子受力分析，可知影響排種器吸種可靠性的主要因素有:吸種管轉速、吸種孔徑和真空度。本文對這些主要因素對排種性能的影響進行了實驗，結果表明: (l)隨著吸種管轉速的提高合格指數(shù)有所下降，超過70r/min時明顯下降，而且漏播指數(shù)明顯上升。(2)真空度的影響與吸種孔徑有關，孔徑小的時候，真空度增大只會增加吸種可靠性，但是隨著孔徑的增大，在相同真空度下，重播率顯著提高。因此在吸種孔徑較大的時候，真空度是需要重點考慮的因素。(3)在轉速和真空度相同的情況下，當孔徑為5毫米時能夠得到最佳的排種效果，這在正交試驗中也可得到驗證。該排種器的試驗結果表明，圓管式氣吸排種器性能良好，適合高速作業(yè)要求，而且平均合格指數(shù)達到了78.%%，在孔徑為5毫米，轉速為60r/min時，合格指數(shù)最高達到了85.46%。 設計在排種器的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢及滾筒式排種器的設計、理論分析方面做了一些研究，但受客觀條件的限制，仍有不少需要完善及探索的地方，一些改進的地方：制作整機，進行田間試驗，檢驗該排種器在田間的工作效果，通過實驗分析對影響因素進一步優(yōu)化；該排種器的耐久性試驗有待于進一步深入研究；在此排種器的基礎上加工出不同外形的吸種孔，以適應不同作物種子，進而研制能播種多種農(nóng)作物的多功能播種機，需要進一步研究。在種箱振動的時候，一部分種子會從種箱與滾筒的間隙中掉落，影響播種效果，還有就是如何減少負壓腔的漏氣現(xiàn)象等，這些都需進一步的解決。由于時間及加工條件的限制，沒有做關于滾筒排種性能影響因素方面的試驗與仿真分析等，這些都需要以后的進一步試驗與研究。在研究過程中可以輔助高速攝像，這樣會對種子的運動規(guī)律有進一步的認識，為排種器今后的進一步優(yōu)化改進奠定基礎。 致謝 衷心感謝導師****副教授給予的精心指導和無私的幫助。從設計的選題到設計的完成，自始至終都是在導師的精心指導下完成的。在整個設計中，導師的言傳身教令我終生難忘。導師實事求是、一絲不茍的科學態(tài)度，令我不敢有絲毫松懈，導師忘我工作、不斷進取的治學精神，給了我無形的鞭策和激勵;導師平易近人、豁達體貼的工作作風，使我在繁忙中感到舒暢;導師循循善誘、撥云見日的學術水平，使我少走很多彎路。在這半年里，我不僅從導師那里學到了工作方法，而且學到了治學、為人和處世態(tài)度，這對我今后的學業(yè)和生活將產(chǎn)生深遠的影響。在導師身上我不僅學到了知識，更重要的是學會了許多人生道理。在此，謹向我的**副教授表示最真誠的感謝! 在課題的進行過程中，學校和老師都給予了指導提供了大量幫助，付出了辛勤的汗水。在主要零部件的繪制過程中，馬老師經(jīng)常給予指導。本研究參閱大量文獻、資料，在此感謝文獻資料的作者。參考文獻目錄中難免有遺漏和筆誤，歡迎指正。再次表示感謝。 最后，衷心感謝在百忙中抽出時間來審閱本設計的專家、教授。 謝謝?。。? **** 2010年6月 參考文獻 [1]全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收計劃辦公室編. 精量半精量機械化播種技術[M].北京:經(jīng)濟科學出版社，1996 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