播量可调式油菜播种机设计文档格式.docx
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3.5实验结果10
3.5.1主要技术参数10
4播种机理论分析11
4.1播种理论分析11
4.2充种机理11
4.2.1充种方式11
4.2.2充种过程的受力分析11
4.2.3充种极限速度13
4.3清种机理14
4.3.1清种机理14
4.3.2清种过程中种子受力14
4.4护种投种16
4.4.1护种投种机理16
4.4.2护种过程中的种子受力分析16
4.4.3投种阶段种子受力分析17
4.5伤种的机理17
4.6排种器排种质量分析18
4.6.1进种口尺寸18
4.6.2投种口尺寸18
4.7播种机地轮的运动学分析18
4.7.1刚性土壤地轮上各点的位移、速度、加速度方程18
4.7.2塑性土壤中地轮上各点的位移、速度、加速度方程19
5其他工作部件和机构21
5.1种子、肥箱21
5.2种子、肥料箱容量计算22
5.3轴的校核22
6保养与保管24
7结论25
参考文献26
致谢27
摘要：
本设计就油菜机械化栽培技术中播种技术进行了研究，创新设计了一种播量可调的播种机。
根据国内外播种机的发展趋势，通用性和适应性不断提高以及本着结构简单操作灵活的原则，而设计的一种能同时完成播种施肥工作的播量可调式油菜播种机。
本例着重对播种机排种器、地轮等结构进行设计选择。
关键词：
播量可调；
播种机；
播种；
地轮；
排种器；
TheDesignofSowingQuantityAdjustableRapeSeedDrill
Abstract:
Inthisthesis,themechanicallysowingtechnologyonrapecultivationwasstudied,andvariable-dropsowerwascreativelydesigned.AccordingtothethePlantertrendsathomeandabroad,theversatilityandadaptabilityandcontinuousimprovementprincipleofsimplestructure,flexibleoperation,andthedesignofacanbecompletedatthesametimetheamountofbroadcastseedingandfertilizationadjustablerapeseeder.Thisexamplefocusesonthefdderun,andwheelstructure.
Keywords:
SowingQuantity;
Sower;
Planting;
Wheel;
FeedRun;
1前言
本文就油菜机械化栽培技术中播种技术进行了研究,创新设计了一种播量可调的播种机。
播种机是农业生产中关键作业环节，必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。
播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮，因而对产量的影响很大。
由于油菜播种机可以保证种子在田间最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一致，为种子的生长发育创造最佳条件，可以大量节省种子，减少田间间苗用工，保证作物稳产高产。
因此，现代农业对播种机械的要求越来越迫切【1】。
2油菜播种机发展现状与趋势
2.1我国油菜播种机发展现状
我国的油菜精量播种施肥机具的研制起步较晚，发展较快。
苏省镇江市农业机械技术推广站研制的东风—12型手扶拖拉机配套2GB—6B型油菜精播机，能一次完成悬耕碎土、开沟播种、施肥、覆土等多道工序，边播种边施肥。
扬州市江都地区采取复合肥拌种，用2GB—6A型条播机进行直播油菜。
南京农业机械化研究所利用东洋P600四轮驱动底盘，在水稻牙种直播机基础上改进而成的2BZ—6型油菜直播机。
该所研制的专用精密播种机，适用于问世大碰的拨苗盘播种，性能先进，但不能适用于大面积的油菜田间播种作业。
高校的研究方面，迄今为止，我国学者几乎涉猎了世界上所有的排种器形式，如外槽轮式排种器、离心式排种器、内侧囊种式排种器、各种圆盘式排种器、气吸式、气压式、气吹式排种器等，而具有我国独创特色的窝眼轮式排种器【2】、纹盘式排种器、锥盘式精密排种器获得了大量应用。
我国在精密播种技术上的研究方面可以说是方兴未艾，新式精密排种器不断出现。
实践证明，新的机具的出现将使得油菜的作业出现好的前景。
机械化直播油菜省工节本显著，可以大幅提高劳动生产率，有利于加快油菜产业的发展。
但是目前油菜播种是也存在一些问题。
播种机性能不完善、播种质量有待进一步提高。
由于我国专用的油菜播种机还很少，目前所使用的大部分播种机具由于没有充分结合到油菜种子粒小和油菜植株高大、分枝能力强等特性，尽管可以满足油菜播种某些方面的要求，但不能满足油菜播种的全部要求，导致播种质量还待进一步的提高。
同时，油菜机械化播种配套技术不完善，成果转化慢。
我国油菜机械化播种技术刚刚起步，所使用的大部分机型还处于试验阶段，在施肥、灌水等配套技术的研究上还不完备。
另外，我们在油菜机械化的宣传、推广方面做得还不够，而且农民对新技术的认识和接受也有一个过程，加之现在的机具价格比较昂贵等因素，就导致目前已经研究出来的成果由于转化速度缓慢而没有得到有效的转化。
要改变这一局面就必须加大宣传、推广力度，促使成果的有效转化。
因此对油菜的施肥播种进行进一部的研究显得尤为重要。
2.2研究的目的意义
本课题的研究能够研制出专门用于油菜作业的施肥播种装置，播量及其施肥量能够满足实际工作要求，工作可靠稳定，能较好地满足油菜作业的要求。
尤其适应长江中下游的作业环境，将能大大缩短油菜的作业成本，提高效率，节省时间。
面对我国油菜作业长期以来机械化程度低，油菜的质量很产量较低的情况，一个能够集开沟播种施肥于一身的油菜播种机显得极为重要。
因此该机具必须满足结构简单，性能稳定可靠，能够使用通用零部件，兼顾经济效益的优良机具。
同时必须对其中的关键机具施肥播种装置进行结构及其参数的设计，达到稳定可靠，具有良好的适应性，达到农艺要求【3】。
2.3研究内容
在现有的开沟器上设计一台适用于在免耕稻茬田或农闲地带、荒地播种油菜的条播播种机。
通过对播种机主要工作部件—排种器的工作原理进行理论分析,研究种子在各阶段的工作机理,分析各阶段的种子受力以及对播种机工作性能的影响。
地轮是播种机的主要工作部件,地轮设计的的好坏直接影响播种机的播种质量,因此从运动学的角度分析地轮的运动形式及各阶段的运动方程、速度方程、加速度方程。
确定地轮在各阶段的运动规律。
从能量消耗的角度用几何学方法从理论上分析了地轮刺孔的形成过程,并确定地轮钉齿的相关几何参数。
分别进行单因素和多因素实验,找出影响播种机播种性能的主要因素,为播种机的设计提供理论依据。
2.4油菜播种机的发展前景
2.4.1播种机迅速发展
在国外，中耕作物如甜菜、玉米、棉花和某些蔬菜、豆类的播种都已大量采用精密播种，主要采用机械式和气力式两种精密播种机【4】。
由于气力式播种机对种子尺寸要求不严，不需精选分级，容易达到单粒精播，而且通用性较好，又能适合较高速播种，因此使用气力式播种机越来越多。
为了达到单粒精播，提高株距均匀性，大多采用可精调的刮种器，将多余的种子清除掉；
为了降低投种高度，减小种子下抛速度与前进速度之间的相对速差，而设置导种轮或导种管。
2.4.2播种机的通用性和适应性不断提高
大多数精密播种机都可以播多种作物，通过更换不同孔径的排种盘（轮）或排种滚筒，使排种器能适应多种作物种子的播种要求。
改变型孔大小或增加成穴机构，使之能达到穴播的要求；
改变排种器工作转速以达到不同株距的要求。
所有这些均提高了播种机的通用性。
为了适应不同地区、不同土壤、不同整地条件的要求，大多数播种机上配有多种类型的开沟器（双圆盘式、滑刀式等）和镇压轮（橡胶轮、钢板冲压轮、铸铁轮、宽轮、窄轮等），供选用。
同一型号的精密播种机又成系列，有多种行距和行数的变型。
如美国CYCLO气压式播种机有牵引式和悬挂式，有4、6、8、12、16行等共16种机型，可为多种功率的拖拉机配套。
2.4.3油菜播种机向高速宽幅发展
为了在最适宦的农业技术条件下、用最短的时间做到适时播种，以及随着拖拉机功率不断增大，为了充分利用其功率，因此要求提高播种机作业的生产率。
影响提高播种机组生产率的因素很多。
除了提高机组的工作可靠性、减少故障、简化操作以减少辅助作业时间、提高纯工作时间的利用率外，提高生产率的最主要途径是增大播种机的工作幅宽和提高作业速度。
增大播种机工作幅宽虽能直接有效地提高生产率，但加大工作幅宽使机体庞大，消耗金属多，成本高。
同时，庞大的机体将受到田块大小、地头转弯以及道路运输的限制，使用不方便。
因此，国外很重视提高作业速度的研究【5】。
但是，播种机高速作业带来一些问题，如排种性能下降，开沟深度变浅，种子在沟里弹跳、滚动加剧，以及驾驶条件恶化等等。
因此，目前作业速度不能太高。
2.4.4广泛采用联合作业
播种同时进行联合作业的方式发展很快，形式也比较多，主要有两种：
一是在大多数中耕作物精密播种机上都配置排肥器、施肥开沟器以及施撒农药和除莠剂的装置。
如西德、法国和美国的几种精密播种机都可以在播种同时施化肥、撒农药和除莠剂。
二是播前整地和播种联合作业，如旋耕播种机、犁播机以及有的在开沟器前方加波形圆盘或锄铲进行灭茬播种或少耕法播种，以减少耕作次数，提高生产率，降低作业成本，还可以减少土壤风蚀和起到保墒的作用。
2.4.5新技术的应用不断普及
为了提高播种机作业性能和工作可靠性，简化操作、减轻劳动强度、减少辅助作业时间、提高生产率，播种机上越来越多地采用新技术。
如用液压油缸来升降和调节开沟器、划行器、折叠机架；
采用液压马达驱动风机或装肥搅龙；
采用信号装置、电子监视装置或监控装置来及时报警故障的发生，显示播量或自控凋节排种量大小；
开沟器装备一次润滑的滚动轴承；
行走轮采用无内胎充气轮；
快速挂接装置；
宽幅播种机加装横向运输轮等【6】。
在工艺材料方面，播种机上采用塑料或尼龙的零件更多了，如排种盘、排肥盘、轴套、输种管等；
采用铝金压铸排种轮、排种器体壳，提高了零件精度，减轻了重量；
播种机机架和各种杆件采用薄钢板冷压成异形断面以代替扁钢、角钢和槽钢，增加了刚度和强度，又减轻了重量。
3油菜播种机总体结构设计
3.1总体结构设计
3.1.1总体结构
播种机由种子箱、排种轮轴、地轮总成、附属装置组成【7】。
其核心部件为排种轮
轴。
结构示意简图如图1所示。
1.种子箱2.从动链轮3.排种器4.接种杯5.链条6.地轮7.主动链轮
图1排种轮轴结构示意
Fig1Seedshaftstructure
3.1.2工作原理
目前主要是与12-T5马力小四轮拖拉机配套，播种机自带悬挂提升装置。
每台（套）播6行。
由拖拉机驱动地轮在地面的滚动,地轮的旋转运动通过与地轮轴的链轮1将动力传到联结在排种轴上的链轮2上,实现排种器排种。
种子沿着导种管运动最终洒落到地面,通过调节导种管与地面的高度实现散落到地面的籽粒成条,从而实现排种目的。
3.1.3传动机构设计
根据设计任务要求,该播种机悬挂于一开沟器上,动力为12-T5马力的柴油机,只能悬挂在该机具前部,传递该播种机动力的从动轮无法在驱动机构上生成,若设置从动轮,整个传递过程非常松散,而且不能保证传动比的精确性,因此采用独立的地轮（从动轮）代替传统播种机的从动轮,使从动轮与播种轴,地轮连成一体,并且将播种机整个传动系统作成一个浮动装置,结构示意图如图1所示。
传动系统由地轮,链轮1,链条、链轮2、播种轴等组成。
处于被动运动状态的地轮提供动力,带动链轮1转动,经过链条传递到链轮2上,随链轮转动的播种轴的旋转完成播种。
链轮l与链轮2为相同型号的链轮,从而保证了其传动比始终为i=1,链条选用08B,节距为12.7的标准链轮,由于结构限制不能设置张紧轮,因此,对地轮轴与播种轴之间设置可伸缩的支撑杆,即保证地轮与播种轴的可靠连接,同时通过调节伸缩杆的长度又能保证传递稳定[8]。
3.2排种器的设计计算
3．2.1排种器总体方案确定
排种器是播种机的核心部件,排种器的充、排种机理不合适直接影响播种质量。
因此排种器的结构和充排种机理的研究始终是研究精密播种机的主导因素。
目前国内外理论上研究的排种器均达到了较高的水平,从机械式、气力式到电磁振动式等都有较为成功的机型。
但这三类排种器又各有其优缺点。
机械式由于结构简单,制造容易,排种精度较高而得到较为广泛的应用。
但对种子尺寸要求较为严格,伤种率高,不适应于高速作业。
而气力式具有对种子尺寸要求没有机械式严格,适应于较高速度播种,种子损伤率低的特点,但结构复杂,造价高,气密性高,噪音大,实际应用于田间作业的机型不多,大多应用于室内工厂化育秧。
电磁振动式具有排量稳定,尺寸要求不严格,种子损伤率低,特别适合流动性差的种子,但排种均匀性差,造价高,实际应用受到限制,工作环境的影响较大,不适宜于田间作业,大多也应用于室内工厂化育秧。
由于油菜籽粒形状规则,为近似球形,且流动性较好,综合各种因素,决定采用机械式窝眼轮式排种器,结构如图2所示。
该排种器由播种轮外套、播种轮插套、窝眼轮轴、播种轮轴等组成。
播种轮外套采用无缝钢管实现内圆加工,并在上下母线上各开3个长条形型孔。
分别与种子榭口排种漏斗种子箱的对接。
播种轮插饭采用无缝钢管动Φ57x3.5内外圆同时加工,并在上下母线上与播种轮外套配合开长条形型孔,其中上母线开孔到外角,以降低破碎率。
并于上母线及上母线成±
120︒母线上钻Φ7通孔各3个实现定位。
窝眼轮轴采用实心尼龙棒Φ50沿轴线钻通孔Φ20,并开键槽键槽尺寸为:
b×
l=6x2mm制成。
其外圆圆周方向开设有窝眼型孔以实现变量播种的要求[9]。
1.排种箱2.定位螺钉3.排种器插板4.排种器外套5.接种杯
图2排种器结构简图
Fig2Meteringdevicestructurediagram
3.2.2工作原理
种子由种子箱流到播种轴外套的长条形孔中,因插套上方的长条形孔与播种轴外套采用配合加工,故直接流到窝眼轮轴上,而窝眼轮轴上规则地排列着三种大小的型孔,通过控制插套的轴向位置实现不同的播量控制要求。
当型孔选定后,通过固定播种外套上的螺栓实现各型孔的工作需要。
一定数量的种子流过插套填充到型孔中,而窝眼轮轴随着排种轴一起转动,当转到一定的角度与插套和播种外套的下母线长条形孔对正时,由于种子自身重力的作用脱离型孔流到排种漏斗中随排种管排出而实现播种。
从理论上讲该排种器实现的是穴播,但排种管有一定的长度以及离地面具有一定的高度,因此种子从排种漏斗流到排种管之后在排种管内运动非常复杂,最终种子从排种管源源不断地流出。
从而实现对籽粒的穴播。
3.3窝眼轮轴的相关参数
根据油菜栽培的农艺农作要求,油菜播量要求亩播量为100～500g,播种行数为6行，株距为没具体要求但必须成条,以利于通风、中耕及收割。
依据这些参数可以计算出同一圆周上窝眼的数量n及充种时间t。
此处省略
NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系
扣扣：
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该论文已经通过答辩
假设种子落入型孔时,只有重力W,离心力P，不计种间的推力F的作用。
从运动学角度分析种子充入型孔的极限速度。
则有:
（15）
求得时间
（16）
（17）
（18）
要保证正常充种则极限速度为当a=90°
时的值。
即
（19）
实际过程中很难确定，而常用代替，这样更有利于充种。
即极限速度为:
（20）
其中公式的符号含义为：
D是窝眼轮轴上型孔外圆最大直径；
d是种子平均直径;
R—排种轮半径,（实际种子质心到窝眼轮轴轴心的距离也取该值）；
是种子相对窝眼轮轴的旋转角速度；
是窝眼轮轴的旋转角速度；
是排种轮最大外圆线速度[13]。
4.3清种机理
4.3.1清种机理
型孔进入清种区域时,插套负责将冒出型孔表层的种子刮除,相当于刮种器,只留存型孔中的定量种子,清种定量是保证播种机工作性能的重要因素,其中播种均匀性,种子用量、种子破碎率等均由这一阶段来决定。
4.3.2清种过程中种子受力
种子处于清种阶段主要受到四个力的作用,其受力图如图8所示
图8清种过程中种子受力图
Fig8Thestressofseedcleaningprocess
是种子之间相互作用力的合力,方向假定与切线方向成角；
W是重力，方向竖直向下；
N是法向反力,方向背离窝眼轮轴,沿法向方向；
P是离心力,方向背离窝眼轮轴,沿法向方向；
F是插套推种力,沿窝眼轮轴切线方向
同样种子间作用力F,可忽略不计则按牛顿第二定理有:
（21）
（22）
（23）
（24）
由于插套固定不动,因此多余的种子受到插套的阻碍,切线方向受力产生沿运动方向相反的加速度,切向速度很快降到零。
但由于种子之间的作用力的作用,而且插套与窝眼轮轴之间的间隙小于种子半径,只要插套的厚度选择恰当,就能保证插套对种子的作用力低于种子的质心,这样就可将种子挤出而完成清种。
4.4护种投种
4.4.1护种投种机理
型孔中的种子经清种区清种定量后,进入护种区,在插套内壁的保护下,型孔中的定量种子由型孔携带进入投种区,并由投种口排出,完成排种器的排种过程[14]。
4.4.2护种过程中的种子受力分析
种子进入护种阶段后的受力主要有五个力的作用,受力如图9所示
图9护种过程中的种子受力图
Fig9Intheprocessofprotectingseedsbytryingto
是护种板镇压力,沿法向方向；
是型孔壁推种力,沿型孔壁法线方向；
是插套推种力,沿窝眼轮轴切线方向；
种子受力处于动态平衡状态,型孔中的种子随窝眼轮轴一起转动,一般没有相对运动。
在这一阶段由于清种不完全会出现种子受压破碎而堵塞型孔,因此,设计型孔时应保证种子不产生摩擦自锁外,还应考虑到插套与窝眼轮轴之间合适的间隙。
4.4.3投种阶段种子受力分析
种子进入投种阶段后的受力主要有四个力的作用,受力图如图10所示
图10投种阶段种子受力图
Fig10Onestageseedto
W是重力，方向竖直向下
N是型孔壁推种力，方向与型孔壁法线存在一个夹角；
在这一阶段种子主要由重力和离心力作用,作用力的合力沿法线方向的投影方向背离圆心,依牛顿第二定律种子不能维持平衡必脱离型孔而实现投种[15]。
4.5伤种的机理
种子在充种区利用重力和离心力作用充入型孔,转至刮种轮,刮除多余的种子,进入护种阶段,直至转到投种区,完成播种过程。
在此过程中,刮种板将种子群推向型孔转动的相反方向,多余种子如不能在此顺利滑出,则会进入排种轮端面与护种轮形成的空隙中,这样,随着型孔轮的旋转,不断受到挫动和摩擦,造成伤种。
减少伤种率途径有降低插套厚度或者在插套前面安装毛刷;
还可选用与种子滑动摩擦系数小的材料做排种轮以及对种子进行分级。
4.6排种器排种质量分析
影响播种机排种质量的因素有很多如排种轮轴的转速、地轮滑移率、排种器进种口尺寸、排种器投种口尺寸、型孔数、型孔的大小和形状等等。
4.6.1进种口尺寸
进种口是种子从种子箱进入排种器壳体的运输通道,其大小和位置直接影响种子的充种和清种质量,并决定该播种机的播种均匀性及种子的破碎率,进种口太小,则充种不充分,种子充种率低,造成漏播。
使排种不均匀;
反之,进种口过大,虽然清种效果会好些,但充种率大大降低。
根据种子在充种区的受力分析由式
（25）
可知:
法向反力与角有关,当角增大时,法向力减少,而切向分力增大,种子沿法向加速度减小,切向加速度增大,种子落入型孔时间延长,沿切向方向运动位移增大。
因而种子跳过型孔不能完成充种。
而在清种区,切线方向受力几乎平衡,种子接近静止状态,达到较好的清种效果。
但种子受到的来自插套的挤压力明显增大,容易伤种[16]。
4.6.2投种口尺寸
投种口是种子从排种器型孔中将种子排出并经由输种管传递到土壤中的一个通道。
投种口的大小直接影响种子排出,并决定该播种机的播种量和播种均匀性。
投种口太小,则型孔中的一部分种子来不及投种就被型孔带走而进入第二次充种,因而出现投种不完全,产生漏播或播量减少最终影响出苗率。
投种口过大出现几个型孔连续投种,发生前一型孔投种未完成时后一型孔就开始投种,最终形成投种干涉影响播种均匀性。
理想的投种应满足前一型孔投种完成而后一型孔才开始投种。
4.7播种机地轮的运动学分析
由于地轮工作环境为塑性变形土壤,在土壤的行进过程中由于土壤的变形而导致地轮滑移影响播种的均匀性,因此播种机排种器驱动机构采用从动轮即地轮.而不用驱动轮提供动力,为此,研究地轮的运动规律是保证播种机播种均匀性的必要条件.而地轮的驱动力来源于轮缘及轮叶接受塑性土壤的反作用力,因此,确定地轮的相关参数有利与提高播种机的整体性能[17]。
4.7.1刚性土壤地轮上各点的位移、速度、加速度方程
地轮在刚性土壤（刚性土壤仅指地轮在土壤上没有滑移,但有一定的陷深）上的运动为纯滚动状态,轮缘忽略不计。
因此由图11可建立叶片上任意一点的运动方程。
（26）
由此可知运动方程关于对时间求导则得速度方程
图11地轮在刚性土壤运动原理图
Fig11Thewheelintherigidsoilmovementprinciplediagram
（27）
同理求一阶导数得加速度方程
（28）
4.7.2塑性土壤中地轮上各点的位移、速度、加速度方程
实际工作过程中,地轮的工作环境并不是刚性地面,而是处于水田或塑性土壤中行走。
地轮及驱动力矩作用下转动,轮缘及轮叶接触产生转动时,轮缘在驱动力矩作用下压向土壤,引起土壤变形遂使轮子支撑面及轮叶驱动面向后移动（与机体前进方向相反）。
这样导致轮子在与土壤作纯滚动的过程中向后产生滑移,地轮产生滑移一般用叶顶滑转率来表示[18]。
的计算表
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