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玉米播種機(jī)的設(shè)計(jì)
(1.
摘要：農(nóng)作技術(shù)與農(nóng)作機(jī)具是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中相互依存、相互制約的兩個(gè)范疇，前者是后者產(chǎn)生和存在的前并依賴(lài)后者實(shí)現(xiàn)；后者為前者的實(shí)現(xiàn)而創(chuàng)制并能促進(jìn)前者的發(fā)展。保護(hù)性耕作技術(shù)是農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝相結(jié)合的一次農(nóng)業(yè)革命，現(xiàn)已在河北、內(nèi)蒙古等 10 個(gè)省份開(kāi)展示范推廣與應(yīng)用。實(shí)踐證明，保護(hù)性耕作具有保墑、增加土壤肥力、減少土蝕和風(fēng)蝕、抑制沙塵暴、減少作業(yè)工序、 降低作業(yè)成本和增加農(nóng)民收入等顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。 目前，推廣和應(yīng)用保護(hù)性耕作技術(shù)的核心是播種機(jī)。 由于保護(hù)性耕作具有特殊性（地表覆蓋大量秸稈，地下有作物根莖），對(duì)北方旱地農(nóng)業(yè)的播種提出了更高的要求，因此，研究開(kāi)發(fā)集節(jié)水、精良播種、藥劑滅草于一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)具有深遠(yuǎn)的歷史意義和重要的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：播種機(jī)；排種器；精量播種；玉米
中圖分類(lèi)號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：
0引言
傳統(tǒng)耕作雖然帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益，但失去了對(duì)地面的保護(hù)，導(dǎo)致土壤水蝕、風(fēng)蝕加?。桓髌扑橥寥?，制造了良好的種床，但同時(shí)又消滅了土壤中的蚯蚓與微生物，使土壤活性下降嚴(yán)重。耕作幅度越大，土壤的恢復(fù)功能、保護(hù)功能就喪失越多，土壤的原有特性越難保持，要恢復(fù)就越困難。這些年來(lái)，我國(guó)機(jī)械耕作已是非常普遍，作物產(chǎn)量上升幅度較大，但污染和環(huán)境的破壞也日益嚴(yán)重。因此，在有根茬的未耕地上進(jìn)行播種，減少對(duì)土地的破壞，可以有效地控制風(fēng)蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量等。從而對(duì)播種機(jī)的設(shè)計(jì)就有了相應(yīng)的要求。
本課題設(shè)計(jì)了玉米播種機(jī)的破茬裝置和開(kāi)溝器等零部件的設(shè)計(jì)。該播種機(jī)應(yīng)能減少對(duì)土地的破壞，可以有效地控制風(fēng)蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時(shí)減少了田間作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)， 從而提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。此玉米播種機(jī)是與大中型動(dòng)力機(jī)械配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械，經(jīng)濟(jì)效益高，適合我國(guó)各個(gè)地區(qū)的種植情況。能夠獲得較好的農(nóng)業(yè)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益等。
1總體設(shè)計(jì)思路
本裝置主要用于在留有殘茬的土地上進(jìn)行玉米播種，通過(guò)選擇合適的方法設(shè)計(jì)玉米播種機(jī)的破茬裝置、施肥裝置、開(kāi)溝裝置、播種裝置，仿形裝置、覆土裝置、整體機(jī)架等相關(guān)設(shè)計(jì)。
目標(biāo)：播種機(jī)應(yīng)能減少對(duì)土地的破壞， 提高產(chǎn)量和培肥地力，控制風(fēng)蝕、防治沙塵暴、效地抵御春旱，同時(shí)減少田間作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。玉米免耕播種機(jī)是與大中型動(dòng)力機(jī)械配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)業(yè)效益。其造價(jià)低低廉。
可行性分析：玉米耕作播種一體機(jī)主要用于在留有殘茬的土地上進(jìn)行玉米播種，對(duì)土地破壞不大，能控制風(fēng)蝕、防治沙塵暴、提高產(chǎn)量和培肥地力，同時(shí)減少其余的田間作業(yè)項(xiàng)目，從而降低了生產(chǎn)成本。重點(diǎn)是破茬，只要對(duì)殘茬進(jìn)行破壞，設(shè)計(jì)好破茬，挖茬裝置，不耽誤覆土，種子發(fā)芽即可。國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)比較成熟，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。
1.1設(shè)計(jì)原理
在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)耕作播種機(jī)的基礎(chǔ)上，考慮我國(guó)農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)合理、符合實(shí)際情況的播種機(jī)具。依據(jù)保護(hù)性耕作農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求，采用復(fù)式作業(yè)，盡量少動(dòng)土，機(jī)具少進(jìn)地。一次完成秸稈清理、開(kāi)溝、施肥、播種、覆土、鎮(zhèn)壓、等工序，滿足播種的特殊要求。針對(duì)東北地區(qū)干旱的特點(diǎn)，采取措施最大限度的保護(hù)土壤水分。采取措施保證播種機(jī)的田間通過(guò)性和工作穩(wěn)定性。播種機(jī)作業(yè)后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國(guó)家頒布的播種機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。在保證作業(yè)效果和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的前提下，盡可能減輕機(jī)具的重量、節(jié)省材料、同時(shí)注意零件的互換性，可裝配性等要求。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)我國(guó)玉米播種的要求，以及已有的耕作模式，經(jīng)過(guò)主要工作部件的設(shè)計(jì)，最終確定出播種機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。整機(jī)由播種機(jī)構(gòu)、覆土機(jī)構(gòu)、鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)、機(jī)架、掛接機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)、破茬機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)、施肥排種總成等組成，其總裝圖如圖一所示。播種機(jī)通過(guò)大中型拖拉機(jī)，播種機(jī)通過(guò)掛接機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)相連，工作時(shí)，破茬機(jī)構(gòu)在切開(kāi)殘茬的同時(shí)將覆蓋的秸桿撥往地下，清理出播種帶。施肥開(kāi)溝器及播種開(kāi)溝器在清理出的播種帶上完成施肥、播種作業(yè)。覆土圓盤(pán)同時(shí)進(jìn)行覆土，鎮(zhèn)壓輪完成壓種作業(yè)，保證種子與土壤的緊密接觸，有利于種子吸收土壤水份。帶有彈簧加壓裝置的鎮(zhèn)壓輪能將播下的種子蓋好、壓實(shí)。由于破茬、開(kāi)溝、覆土等部件構(gòu)成，一方面減小了播種機(jī)工作中的總阻力，同時(shí)很好的解決了播種機(jī)的田間堵塞問(wèn)題，提高了機(jī)具田間通過(guò)性。
圖1玉米播種機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖
1—種箱， 2—種架，3—壓力彈簧， 4—排種器，5—鏈條， 6—鎮(zhèn)壓輪，7—覆土圓盤(pán)， 8—開(kāi)溝器，
9—旋耕刀，10—機(jī)架， 11—變速器 ，12—肥箱
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1排種器的設(shè)計(jì)
作為精量播種機(jī)的核心部件：排種器，排種器的工作性能由排種器的結(jié)構(gòu)和工作原理直接決定，本課題結(jié)合丸粒化種子的物料學(xué)特性，在對(duì)種子丸?；幕A(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合傾斜圓盤(pán)勺式排種器和水平圓盤(pán)排種器的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了，此排種器主要由清種刷、投種器、錐齒輪、動(dòng)盤(pán)、定盤(pán)、種箱等組成。工作時(shí)，種子隨著排種盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而排種器動(dòng)盤(pán)在軸的帶動(dòng)下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著導(dǎo)種槽進(jìn)入型孔，進(jìn)入型孔內(nèi)的種子隨動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)到排種盤(pán)上升的區(qū)域時(shí)，在離心力和重力的作用下自動(dòng)沿動(dòng)盤(pán)斜面滾向動(dòng)盤(pán)周邊，在清種刷柔性清種刷的作用下清除沒(méi)有滾下的多余種子，型孔外多余的種子在重力的作用下，沿動(dòng)盤(pán)自然滾下，同時(shí)對(duì)沒(méi)有充上種子的型孔進(jìn)行二次充種，確保每個(gè)型孔內(nèi)只保留一粒種子，完成播種的整個(gè)過(guò)程。該傾斜圓臺(tái)式排種器結(jié)合了傾斜圓盤(pán)勺式排種器和水平圓盤(pán)排種器的特點(diǎn)。
2.2破茬裝置的設(shè)計(jì)
根據(jù)已有旋耕機(jī)式的滅茬機(jī)的滅茬原理，在整個(gè)工作的過(guò)程中旋耕刀軸是主要的受力部位，其主要承受發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩產(chǎn)生的彎曲力、土壤反力以及扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜的形變組合，并且產(chǎn)生激烈的沖擊以及振動(dòng)。依據(jù)使用不致破壞的準(zhǔn)則作為設(shè)計(jì)制造的方法是比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)靜強(qiáng)度估算作用在旋耕刀軸上的載荷，最后以加大安全系數(shù)的方法來(lái)滿足相關(guān)強(qiáng)度的技術(shù)要求。從而來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的目的。拖拉機(jī)動(dòng)力經(jīng)動(dòng)力輸出軸輸出，經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸傳到變速器輸入軸，經(jīng)變速器變速，傳動(dòng)到鏈輪鏈條上，最后傳到旋耕軸上，經(jīng)旋耕軸傳到刀片上，從而對(duì)地面進(jìn)行破土滅茬。
其工作裝置：主要由旋耕刀軸及刀片組成，其工作原理與旋耕機(jī)基本相同，因?yàn)?120—160mm)是旋耕機(jī)要求的耕深，他主要是以破碎地面為目的，(50-100mm)作為旋耕滅茬機(jī)的耕深，則要求不能太深，根茬切碎率不應(yīng)太低，旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)比旋耕機(jī)高。
旋耕滅茬機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速應(yīng)確定為354r / min。
2.3 開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)
留有殘茬的地上，地面比較結(jié)實(shí)，并且秸稈覆蓋量較大，一般的開(kāi)溝器入土相當(dāng)困難，因地面的阻力較大，所以新型的開(kāi)溝器就需要具備良好的入土破茬能力，為此這里選擇了免耕免耕播種機(jī)的開(kāi)溝器，它除了有一般開(kāi)溝器的功能外，還需要擁有以下特點(diǎn)：1、刃口要鋒利宜破土，拖拉機(jī)的動(dòng)力消耗要降低，開(kāi)溝器的前進(jìn)阻力也要減少。2、土壤擾動(dòng)要小，特別是地表的，要注意土壤墑情損耗的降低，土壤上下層干濕土混合也應(yīng)減少。3、創(chuàng)造種子發(fā)芽和根系生長(zhǎng)的有利條件，用以提高種子發(fā)芽率。4、有良好的切斷秸稈或破茬的能力。
根據(jù)以上免耕開(kāi)溝器的要求，設(shè)計(jì)了開(kāi)溝器，有后底座和刀刃連桿組成。底座與刀刃通過(guò)螺栓連接，以方便磨損后能更換刀刃。此開(kāi)溝器的主要技術(shù)參數(shù)包括，入土角度α=45，入土隙角為ε=8°，側(cè)翼與水平夾角δ=30°，兩側(cè)的夾角為γ=30°。開(kāi)溝器為鑄造的底座，同時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，用以實(shí)現(xiàn)耐磨性的提高。
2.4排肥器的設(shè)計(jì)
按槽輪能否軸向移動(dòng)外槽輪式排肥器分為移動(dòng)式和固定式。在制造和設(shè)計(jì)排肥器時(shí)，要保證排肥的均勻性、排肥量穩(wěn)定性、排肥的可靠性、排肥量調(diào)節(jié)的范圍要足夠大、排肥器的通用性要良好、操作應(yīng)該簡(jiǎn)單方便；能夠適應(yīng)不同密度、作業(yè)要求和不同品種的化肥；同時(shí)，要保證排肥過(guò)程不受地形等因素和前進(jìn)速度的影響，條件允許的情況下，排肥器應(yīng)盡量采用耐腐蝕材料制造主要部件。一般，外槽輪式排肥器由排肥舌、排肥罩、擋圈、外槽輪、阻塞套等組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，施肥均勻性較好，適用于排流動(dòng)性比較好的肥料，如復(fù)合粒肥和松散化肥。運(yùn)行時(shí)，充滿化肥的槽輪的凹槽隨槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)槽輪以外的一層化肥隨槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，那么此層被稱(chēng)之為帶動(dòng)層。槽輪的工作長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了外槽輪式排肥器的排肥量。
3總結(jié)
通過(guò)此次玉米播種機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)玉米播種機(jī)原理有了更深的了解，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要注意很多的問(wèn)題，首先玉米播種機(jī)整體的的設(shè)計(jì)，其中播種裝置、仿形裝置、破茬裝置、施肥裝置、開(kāi)溝裝置、覆土裝置等合理布局以及各種動(dòng)力的傳動(dòng)等都是需要注意的內(nèi)容。然后是各個(gè)零件，裝置的三維設(shè)計(jì)組裝等。研究中發(fā)現(xiàn)旋耕滅茬裝置的仿形和開(kāi)溝器的仿形是一個(gè)難點(diǎn)，還有刀具防堵等難點(diǎn)問(wèn)題都未能得到完美解決。后續(xù)應(yīng)從仿形等多方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，從而使得玉米免耕播種機(jī)性能等更加良好。以達(dá)能減少對(duì)土地的破壞，可以有效地控制風(fēng)蝕、防治沙塵暴、抵御春旱、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時(shí)減少了田間作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)， 從而提高了玉米產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。此玉米播種機(jī)是與大中型動(dòng)力機(jī)械配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械，經(jīng)濟(jì)效益較高，適合我國(guó)各個(gè)地區(qū)的種植情況等。
我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。
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