内充种气吸玉米免耕播种机的设计镇压部分的设计Word格式.docx
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目录
第一章绪论……………………………………………………………1
1.1国内外耕播种机的研究概况…………………………………………1
1.2精密播种的发展趋势…………………………………………………4
1.3课题研究的意义与内容………………………………………………5
1.4课题研究内容与技术路线……………………………………………6
第二章内气吸玉米免耕播种机单体的设计…………………………8
2.1开沟器性能分析及设计……………………………………………………8
2.2播种单体整体结构分析……………………………………………………12
2.3镇压机构的总体设计………………………………………………………13
参考文献………………………………………………………………21
致谢………………………………………………………………23
第一章绪论
1.1国内外播种机的研究概况
1．1．1保护性耕作技术的基本概念
保护性耕作是相对传统耕翻、裸露休闲的一种新型耕作技术，它的前身叫“免耕法”，随着研究的深入和推广的扩大，发现免耕只能适应部分土壤和自然条件，1980年以后逐步改为保护性耕作法[1]。
国外定义为：
“用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害的耕作技术”。
我国学者在多年科学研究的基础上，把保护性耕作定义为“以水土保持为中心，保持适量的地表覆盖物，尽量少翻动土层，而又能保证作物正常生长的耕作方法”[3]。
2002年农业部为了使广大农民容易理解，按照保护性耕作的内涵和目标，将其定义为“对农田实行免耕、少耕，并用作物秸秆覆盖地表，以减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术”[1]。
保护性耕作的基本技术包括四项内容：
一是免耕播种施肥。
与传统耕作不同，保护性耕作的种子和肥料要播到有秸秆覆盖的土壤里，有些还是免耕地，所以需要特殊的免耕施肥播种机；
二是秸秆残茬管理。
收获后秸秆和残茬留在地表做覆盖物，是减少水土流失、抑制扬沙的关键；
三是杂草及病虫害防治。
能否成功的控制杂草和病虫害是保护性耕作能否成功的关键；
四是深松与表土作业。
深松即疏松深层土壤，基本上不破坏土壤结构和地面植被，打破硬底层，可提高天然降雨入渗率，增加土壤含水量[1][4]。
美国、加拿大、澳大利亚等旱地农业大国相继开展了保护性耕作的研究，经过长期试验证明保护性耕作有以下优点：
①减少地表径流，减轻土壤风蚀、水蚀，改善环境，增加水分入渗[5][6]；
②增加土壤有机质含量，改善土壤结构[7]；
③提高水、土、光等资源的利用率[8]；
④作物根系发达，干物质积累多，产量提高[9]；
⑤生产成本下降，收入增加，经济效益改善[10]。
根据中国农业大学等单位在山西10余年的系统试验，保护性耕作与传统翻耕相比较，具有显著的效益：
①社会效益。
减少径流60％、水蚀80％、减少风蚀60％。
抑制沙尘暴。
不烧秸秆、减少大气污染。
②生态效益。
休闲期土壤贮水量增加14％～17％，水分利用率提高15％～19％；
提高土壤肥力，土壤有机质年提高0.03％～0.05％，速效氮和速效钾提高。
③经济效益。
提高玉米、玉米产量13％～17％；
减少作业工序，降低作业成本10％～20％；
增加农民收入20％～30％[1]。
1．1．2国内外播种机的发展现状[11]
我国的播种机以传统的谷物条播机为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。
全国有500家左右的企业生产播种机，其中只有10家生产与大中型拖拉机配套的播种机，与小拖配套的播种机和畜力播种机的产量已占到全国播种机产量的90%以上。
近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具主要有播种一拖肥联合作业机、耕作—播种联合作业机、松土—施肥—覆膜—穴播联合作业机和施水—播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业机。
另外，精少量播种机具推广势头强劲，玉米精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。
目前国外精密播种机已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。
另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。
20世纪80年代，美国、澳大利亚、加拿大、法国等西方国家开始研制并广泛使用气力式精密播种机械，其中气流一阶分配式集排排种系统大量应用在谷物条播机上。
1．1．3气吸式播种机的特点[12]
粘玉米粒小，普通槽轮播种机的下粒孔就显得大，一个轮孔里有时就容纳两粒，播下去，了后期不好间苗，又浪费种子资源增加了费用；
甜玉米粒虽大，但薄得很，不耐机械磨损，不适宜用普通播种机播种。
以上两种玉米播种时需催芽的，催芽后的种子是无法用槽轮播种机播种的，只能改用机械播种为半机械播种或手工播种。
气吸式播种机就能解决了这些问题。
这种播种机是目前国产的可用于播种甜、粘玉米等小粒作物的最理想机械，是被实践证明了的。
其好处是：
1、快，保证作业进度，一次播两垄，一天可播5公顷。
2、省，省种子。
单粒下粒，粒粒之间距离自行设定，每粒之间可3寸、4寸，也可
6寸等近十多种距离体现形式。
3、匀，株距设定是人为的，要多远有多远，均匀一致。
4、安，播种质量高，利于出苗，十分安全；
催过芽的种子到保护，新生根不受破
坏，没有伤口，安全有效。
5、廉，价格低。
每次播两垄的，每台造价3800－4000元多，四垄的、六垄的，
而且垄距可调
。
1．1．4国内免耕播种机的现状
我国地块比较小，免耕播种机一般都设计为悬挂式的，且不能设计得太重，否则国内目
前拖拉机的液压机构将举不起来播种机；
但是免耕地表有残茬覆盖，土壤容重一般较高，故要求播种机单体又必须有一定的重量才能达到入土开沟的目的。
同时，在我国拖拉机功率有限，播行不能太多，否则由于播种机工作阻力太大拖拉机将拉不动。
由于以上制约因素，国外的免耕播种机从结构和工作性能等方面均不能在我国目前条件下使用，这就要求我们在我国现有的条件下，选择或设计合适的免耕播种机。
[13]
我国免耕播种机的研究起步比较晚，20世纪90年代以前，我国科研工作者对免耕播种机的研究主要集中在玉米免耕播种机的土壤工作部件研究。
如原北京农业大学施森宝等人（1990年）设计的2BQM-6和它的改进型2BQM-6D（图1-7），大连农牧机械制造厂生产的2BQM-6A型免耕播种机（图1-8）是目前较为成熟的一种[14]。
该机主要是采用了凿形刀式破茬松土装置，其工作原理为推力分茬[15]，凿形刀因其入土性能好，工作时不需增加配重，因此整机重量小，可采用悬挂式。
石家庄农机厂生产的2BFY－3型，山西省新绛机械厂生产的2BGM－3等。
20世纪90年代以后，为设计出适合我国国情、结构合理的优良免耕播种机，以中国农业大学保护性耕作研究中心为代表，在玉米、玉米免耕播种机方面研究较多。
我国玉米免耕播种机在产业规模上、品种上、质量上，远远不能满足推广保护性耕作技术的生产实际需要，另外不同地区、不同条件下实施免耕播种作业对机具的要求也相差很大，所有的免耕播种机都有其适宜作业的条件，因而结合不同地区农业生产实际条件及要求开发研制适宜的免耕播种机，才能满足在不同地区推广保护性耕作技术的需要。
1．1．5国内播种机存在的问题
（1）效率低。
①工作速度低。
目前国外谷物播种机的工作速度已达到15km/h，个别机型甚至达到20km/h，由于受整地质量、土壤各方面条件的限制，工作速度大多采用8~12km/h。
目前我国的谷物播种机的速度大约为4~7km/h，常在5~6km/h范围内使用。
②播种机工作幅宽小。
目前西欧谷物播种机的工作幅宽一般为5~6m，而美国、加拿大、前苏联等国家，不少机型可达10~15m，现在我国生产和使用的谷物播种机工作幅宽较大的达到3.6m。
③排种器的排种效率低。
因为传统的排种器都是“一器一行”，即一个排种器播一行种子。
（2）外槽轮排种器工作效果不理想。
目前国内谷物播种机大多是以外槽轮式排种器为核心工作的部件，型号虽然很多，但由于外槽轮排种器的结构所限，排种脉动性和种子沟内分布不均匀性，是半精密播种难以实现的主要因素。
为了克服传统的外槽轮排种器的缺点，采用新的排种器，其种类很多，有水平圆盘式排种器、离心式排种器、摆杆式排种器、锥盘式排种器、气力式排种器和气压式精密排种器等。
1．1．6播种机的发展趋势
（1）发展联合作业的直接播种。
播种联合作业是指在播种的同时，完成耕整地、施肥、喷洒液等作业，其优点是一次可以完成多项作业，作业效率高，保证及时播种，提高产量，可以充分利用配套动力，节省能源，降低作业成本，与传统播种方法相比，联合播种的劳动消耗的作业费用约降低30%。
同时，可以减少机组进地次数，使土壤免受机具的过度压实。
直接播种是指将作物种子直接播在留茬地里，用于直接播种的机具称为免耕法或少耕法播种机。
直接播种机与一般播种机相比，其结构特点主要是在开沟装置上，通常在播种机组前面加装一个种床式开沟器，用以切断地表的残茬和硬秆或耕出窄带作为种床，然后再由装在后面的种沟开沟器在其上开出种沟。
（2）进一步推广精密播种。
目前在欧美国家，播种已基本实现了精密化。
我国自20世纪70年代初开始研究精密播种，目前全国精播的面积还很少，迄今精密播种的作物基本局限于中耕作物。
谷物精播的难度较大，至今国内尚无成熟的机型。
气力式播种机由于对种子尺寸要求不严，不需精选分级，伤种少，易达到单粒点播，通用性较好，同时它也具备高速作业的性能，满足了对大功率拖拉机的配套和宽幅作业的要求，作业速度可达10~12km/h，工作幅宽也可加大到8~12m以上。
因此，气力式播种机应用越来越广泛。
可以说，气力式精密播种机是21世纪播种机械的发展方向。
（3）广泛采用新原理新技术。
目前国外正在发展一些新的播种技术，如日本提出适合蔬菜的静电播种，英国提出适合于蔬菜的液体播种、适合于牧草的超音速播种，还有目前广泛应用的种子带播种等。
例如液压等新技术在国外播种机的应用也日益广泛。
美国塞科尔5000型气压式播种机用液压马达驱动风机；
东德A—697型精密播种机装有供驱动排种锥体的液压马达，当地轮滑动时，液压马达启动，以保证排种锥体的转速与机器前进速度相协调，现时也用以操作开沟器的升降，在大宽幅的播种机上还用液压折叠机架，以便安全运输。
[11]
1．2精密播种的发展趋势[16]
1．2．1精密播种的发展现状
近年来，精密播种已成为播种作业中一个最具研究潜力的热门话题。
精密播种是提高粮食单产的一项现代化综合性技术措施，涉及到育种、种子加工、精密播种机具、土壤精细耕作、植保、施肥和灌溉等一系列技术。
精密播种技术的实施,可节省大量优良种子，可节省田间间苗、定苗用工，种子分布合理，减少肥料和光能损失，可增加作物产量，经济效益显著，已成为国家“九五”计划和2010年远景目标纲要内容之一。
随着育种、种子加工处理技术、农药、除草剂和水利灌溉技术的不断发展与完善,使种子的发芽率和保苗率有了一定的保证，从而使精密播种技术有了更可靠的保证,所以,精密播种机已成为现代播种技术的主要特征和主要发展方向[5]。
精密播种机是决定播种精度的关键性设备，精密排种器是精密播种机的核心部件，它的作用是将种箱或储种室内的种子分成单粒并定时排出。
精密排种器按排种原理可分为机械式和气力式两大类[6]，机械式精密排种器的特点是结构相对简单，成本低，但对种子尺寸要求严格，排种机构在充种和刮种时容易伤种，且单粒排种效果差，受排种器性能的限制，不适于高速作业，作业速度一般不超过6km.h-1。
而气力式精密排种器，能克服上述机械式播种装置的缺点，而且对种子尺寸要求不严，不需要精选分级，伤种少，易实现单粒点播，作业速度提高潜力大，作业速度可达10km.h-1以上，但结构相对复杂，成本较高，如何提高精密排种器工作性能一直是国内外科研攻关的重点和难点。
近年来国内气力式精密播种机发展迅速，但其播种质量及工作速度一直是制约气力式精密播种机械发展的障碍。
因此，为了实现高质量、高效率的精密播种，必须认真研究气力式排种器的工作机理并正确选择排种器形式。
目前大豆、玉米等中耕作物播种多采用机械式精密播种，易伤种、工作效率低，部分采用气力式精密播种机的工作效率也不高，多在6km.h-1左右。
因此，研究性能优良、价格合理、操作方便的气力式排种器在我国有着广阔的发展前景。
1．2．2目前精密播种技术中需要解决的关键问题
（1） 农机与农艺相结合。
为了真正实现精密播种的经济效益,要求农机必须和农艺相结合。
根据农艺要求,设计的播种机要保证作物的播种量、种子在田间分布均匀合理,保证行距株距符合要求,种子播在湿土层中且用湿土覆盖,播深一致,种子损伤率低,施肥时要求肥料施于种子的下方或侧下方。
（2） 提高精密播种机的作业速度。
当前,精密播种机的作业速度普遍偏低,最佳作业速度大都不超过8kmö
h,如中国农机院等单位联合设计的2BJ—6型气吹式播种机、黑龙江省友谊农场研制的2BJQ—12型气吹式播种机、黑龙江省农机所研制的勺轮式播种机,均为5～7kmö
h。
提高精密播种机的作业速度,可以使精密播种具有高效、节能、提高单机利用率、保证不误农时的作用。
从原理与结构上开发设计新型精密排种器和播种机,考虑实际生产作业需要,在满足精播要求的前提下降低成本,提高精播机作业速度,已迫在眉睫。
（3） 降低排种器的投种高度。
精密播种技术的3个指标中,粒距的均匀性与播种深度是影响精密播种的两个关键因素,而排种器的投种高度恰是影响粒距均匀性的重要因素,其原因之一是投种高度过高,种子落入沟底时,易发生弹跳,影响了粒距的均匀性与播种深度。
原因之二是为了减少弹跳的发生,加装排种管,种子在管内运动时由于与管壁相碰撞,使在输送的过程中相邻两子粒间的距离发生变化,从而影响了种子在沟底内粒距分布的均匀性。
所以,降低排种器的投种高度是精密播种得以实现的一个关键因素。
[17]
1.3课题的目的和意义
免耕播种的意义重大，并且在我国得到一定的推广一，但是播种机仍存在不成熟的地方，不适应生产需要。
国外免耕播种机虽比较成熟，却与我国的实际情况不适应，具体表现为:
①价格昂贵，与我国的生产水平不适应;
②工作幅宽较宽，与我国地块小，以家庭为基础的
小规模农业生产，地形复杂等情况不适应;
③一般体型大，质量大，多采用牵引式，需要大功率拖拉机配套，与我国以小中功率拖拉机为主不相适应;
④大都不能种肥分施，只能种肥混施，与我国施肥量大不适应。
目前国外的圆盘开沟器在玉米和玉米免耕播种机上均能采用，有很好的通过性，但它需要较大的正压力才能保证入土。
若配重太大，播种机则不能被悬挂起来，从而播种机必须设计成牵引式的，这势必增加机具的复杂性，增加成本。
许多圆盘开沟器外侧有一轮子，如图l一12所示JohnDeere免耕播种机上的开沟器。
该轮不仅对圆盘开沟器起限深作用，而且起着圆盘的刮土作用，因此其作用非常重要。
该轮与圆盘安装相对位置虽然可调的（根据播深要求调整），由于地表秸秆分布不均匀时，当遇到秸秆厚度大时，种子就会播在秸秆上。
因此在我国高产量、秸秆量大的地区，无法使用。
由上面分析可知，无论整机还是国外使用较好的圆盘开沟器都难以在我国使用，因此要借鉴国外经验研制中国实用的免耕播种机。
分析我国现有的播种机的使用情况，结合我国地块小、以小功率拖拉机为主及我国的经济状况等现状，可知悬挂式小型整体仿形免耕播种对我国
比较实用。
①悬挂式的播种机在作业时，无播种机回转半径，容易播种到地边，充分土地资源，提高亩产量，这对解决我国人多地少，土地资源缺乏等现实问题有着重大意义;
②大型机器虽劳均生产率高，但机器单位功率生产率并不一定高，相反，当地块小时，由于大型机器转弯半径大，直行距离（工作形成）短，机器生产率降低。
同时，当地表不平度较大时，特别是北方高原丘陵地带，地表起伏较大，使用大型播种机播种，若是单体仿形式的，机具结构较复杂，成本较高，若是整体仿形式的，则种子的播深较难保持一致。
但当机型较小，其幅宽较窄，则同时播种的区域横行地表相对较平坦，简单的整体仿形也能达到不同行的播深一致;
③与我国农村以小功率拖拉机较多较适应，可充分利用农民现有资源，减少农民开支;
④整体仿形结构简单、成本低。
综合上述分析，为解决秸秆量大、大根茬等给播种带来不便的实际问题，满足我国实际生产的需要，小型整体仿形免耕播种机的研制是十分必要的。
1.4课题研究内容与技术路线
1.4.1圆盘播种镇压单体结构的改进设计
针对播种过程中发现在相邻两种管间易产生壅堵，采用圆盘播种镇压单体，增强防堵性能。
分析圆盘开沟器播种原理，设计单圆盘播种机构、双圆盘播种机机构。
圆盘播种镇压单体为单体仿形，包括圆盘开沟器、限深镇压轮。
由镇压轮控制圆盘开沟器的播种深度，保证单体仿形。
1.4.2其它关键部件及整机结构的改进设计
根据玉米行距窄、玉米覆盖量大等特点，对开沟器铲柄受力分析，合理设计开沟器铲柄；
设计合理的仿形地轮，减少其打滑率，提高播种质量；
对整机结构的优化设计，机器作业故障率降低50%以上。
其它装置如机架、传动系统等等，这些大都己比较成熟，只需根据实际情况改变它们零部件的尺寸即可。
1.4.3技术路线
第二章内气吸玉米免耕播种机单体的设计
2.1开沟器性能分析及设计
免耕播种机在工作过程中，粉碎刀轴能将秸秆、杂草打碎，刀片的回转半径能将短翼尖角开沟器铲柄完全包住，因此铲柄上不会缠绕秸秆，肥管和铲柄焊接在一起，也不会挂秸秆，但要保证种肥分施，种肥管不能焊接在一起，前后要有一定的距离。
在试验过程中发现在相邻两组种管之间会发生壅堵，导致堵塞，因此需要对播种部分进行改进，这也是玉米对行免耕播种机改进的关键部分。
目前在免耕播种机中最常用的开沟器主要是圆盘式开沟器和尖角型开沟器。
圆盘式开沟器属于钝角开沟器，包括单圆盘开沟器、双圆盘开沟器和三圆盘开沟器，目前双圆盘开沟器是美国、巴西、欧洲最为常用的一种开沟器，被广泛用于免耕播种机中。
尖角开沟器属于锐角开沟器，包括标枪式、鸭脚式、矛尖式开沟器等[18]，这些开沟器在中国、澳大利亚被广泛用于免耕播种机中。
从国内使用情况来看，由于圆盘开沟器入土困难，需要较大的配重，特别是在免耕播种地区，由于秸秆、根茬、杂草的存在，进一步增加了圆盘开沟器入土的难度。
我国拖拉机动力小，机具以悬挂式
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