毕业设计说明书气吸式免耕精密播种机的总体设计管理资料.docx

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毕业设计说明书气吸式免耕精密播种机的总体设计管理资料

气吸式免耕精密播种机的总体设计

摘要：

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。

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,气吸式播种机则是一种用气流的吸附力将种子从种子堆中分离出来，从而达到单粒或双粒精密播种的目的，同机械式精密排种器相比具有省种、不伤种、对种子尺寸要求不严、适应力强、易于实现单粒精播和高作业速度等诸多优点，因此气吸式精密播种机是目前国内外精密播种机发展的重点。

关键词：

气吸式；免耕播种；排种装置；开沟器；

Suctionstyleofno-tillageseederprecisiondesign

Abstract:

inrecentyears,precisionseedinghasbecomeoneofthemostplantingoperationresearchpotentialtopic.Precisionseedingistoimprovethegrainyieldofamoderncomprehensivetechnicalmeasures,involvesthebreeding,processingandsowingseedsinthesoil,precisionmachineryplant,farming,fineandirrigation,fertilizationtechnology.Precisionseedingtechnology,savestheimplementationofgoodseed,cansavethereasonabledistributionoflabor,seeds,fertilizersandreduceenergylosses,canincreasecropyield,andtheeconomicbenefitisremarkable.Withtheseedbreeding,processingtechnology,pesticides,herbicideandirrigationtechnologyunceasingdevelopmentandperfectionofseedgerminationhadcertainassurance,soprecisionseedingtechnologyhasamorereliableassurance,gasabsorptiontypemachineisakindofairfromtheseedsseedadsorptionofisolated,achievesingleordoublegrainsowingpurpose,withprecisionmechanicalprecisionseedmeteringdevices,comparedwithprovinceofseed,don'thurtsizerequirementislax,adaptable,easytorealizesinglegrainsowingandpureadvantagesofhighspeedofoperation,thussuctionprecisionmachineprecisionmachinedevelopmentathomeandabroadisthekey.

Keyword：

Gasabsorptiontype,No-tillseeding,Thedevice,sowingboot

1绪论

1.1本课题的研究目的与意义

我国是一个农业大国，农业生产在国民经济中占有重要地位。

随着我国经济的高速发展和人民生活水平的日益提高，旧的农业生产方式已经不能满足经济和社会发展的需要。

我国农业的发展已经进入新阶段，大力推进农业和农村经济结构战略性调整，逐步实现由粗放式经营向集约化经营方式、传统农业向现代农业两个根本性转变已成为我国农业和农村经济发展的根本任务应对挑战和加快农业发展，要靠政策、科技和投入，农业科技进步是我国农业和农村经济发展的根本途径。

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。

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，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，。

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，，但结构相对复杂，成本较高，如何提高精密播种机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播种机的工作机理并正确选择播种机形式。

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，。

因此，研究性能优良、价格合理、操作方便的气力式播种机机在我国有着广阔的发展前景。

1.2国内外气吸式播种机的发展现状

国外免耕播种机的研究现状

国外从40年代初己开始了保护性耕作法的研究，并相继产生了各种型式的少、免耕机具。

随着化学除草剂和免耕机具的发展和成熟，免耕种植方式在越来越多的面积上得到推广应用。

目前国外的免耕播种机几乎全都是联合作业机，一次完成破茬、松土、开沟、播种、施肥、撒药等多项作业。

国外农场的土地面积一般比较大，田间拖拉机的功率也较大，免耕播种机一般都是牵引式的，播种机横梁多，多排安排开沟器，各开沟器之间间隔大，播种机又宽又重，一般都是气力式的，土壤工作部件也做得比较复杂。

目前美国的JohnDeere、GreatPlains、Case;加拿大的Flexi-coil;澳大利亚JohnShearer;巴西的Semeato、Baldan等著名公司经过多年研究研发设计的免耕播种机，性能优良，得到广泛推广应用图1-1为JohnDeere公司生产的1590免耕条播机，采用直径46Ollnn波纹式单圆盘开沟，破土角度小，对土壤扰动小;自身质量大，机架离地间隙大，秸秆通过性好;开沟压力大（除自身质量大外，还可通过液压系统调节压力）。

、，最大基础质量2917kg一5969kg。

经试验，该机性能可靠，但种、肥没有分施，只能在播种同时施少量种肥，不能同时施足底肥，若需要施肥时，只能先在种箱中加入化肥，进地作业一遍，将作业深度调到最大，然后二次进地播种。

图1-1JohnDeere1560免耕条播

图1-2为美国Case公司生产的SOX30型免耕播种机。

该机采用单圆盘开沟器，排种方式为气力式，可以在高茬覆盖地作业。

该机采用开放式结构设计，使得用户可以在前面或后面方便地调整开沟器。

每一个开沟器都是通过气力加压，并且气压可单独调节以满足不同的播种深度要求。

，整机结实的结构和很大的重量是高速播种和高效率的保证，难以在我国农业生产中应用。

图1-2CaseSDX30型免耕播种机

图1-3为美Greatplains公司生产3P605NT型免耕播种机。

该机为悬挂式，.讨端采用大波纹圆盘破茬、松土，在地表开出10~20~宽的沟，其后用单体仿形的双圆盘开沟器播种施肥，种、肥混施。

，，，共9行。

大波纹例盘

需要的压力为203kg，双圆盘需要40一80kg，该机结构设计一合理，工作过程中重心位置在大波纹圆盘卜，切茬能力较强。

图1-4为加拿大Flexi-coil公司生产的5000型免耕播利，机。

，，，。

气力式排种装置与铲式开沟器组合，镇压轮为多排结构，开沟器也为多梁结构，因而能够较好地防堵，另外压缩空气与种子箱系统在最后方，其重量为自身的轮子支承，所以不论种子多少，开沟器对土壤的压力是一定的，以保证精确的开沟深度。

图1-3p605NT型免耕播种机图1-4Flexi一coil一500型免耕播种机

图1-5为澳大利亚JohnSheare:

公司生产的4BINDIRECTDIULLS免耕条播机，，双弹簧结构给开沟器以足够的压力进行免耕作业，全液压提升和两侧巨大的轮子能保证开沟器精确的开沟深度。

开沟器为铲式多梁结构，梅个梁卜装4一6个，每个开沟器的间隔较大，以保证良好的防堵性能。

图1-6为巴西Baldan公司生产的SPD3O00玉米秸秆覆盖地小麦播种机，该机采用双圆盘开沟，整机质量大，切土能力强，开沟深度最大可达12cm。

能在每亩2t玉米粉碎秸秆下顺利播种，气力排种装置不损伤种子，其作业性能完全可以和美国JohnDeere等著名公司的产品相比，但价格只有美国产品的70%，性价比优于美国，被称为世界上最成功的免耕播种机。

从以上分析可知，目前国外的免耕播种机几乎全都是联合作业机，一次完成破茬、松土、开沟、施肥、播种、撒药等项作业。

国外农场的土地面积一般比较大，拖拉机的功率也较大，免耕播种机一般都是牵引式的，播种机横梁多，多排安排开沟器，各开沟器之间间隔大，多用圆盘开沟器;机具宽而重，一般都是气力式排种，土壤工作部件也做得比较复杂。

图1-5JohnShearer4Bin免耕播种图1-6巴西SPD400免耕播种机

国内免耕播种机的发展现状

我国免耕播种机的研究起步比较晚，20世纪90年代之前主要研究玉米免耕播种机，用于玉米播种的免耕播种机有原北京农业大学胡鸿烈等人设计的2BQM一6和它的改进型2BQM一6D（如图7），大连农牧机械制造厂生产的2BQM一6A，石家庄农机厂生产的ZBFY一3型，山西省新绛机械厂生产的2BGM一3等。

原北京农业大学研制、大连农牧机械厂批量生产的2BQM一6A型免耕播种机是目前较为成熟的一种，

%时，，20世纪90年代以后，以中国农业大学保护性耕作研究中心为代表，在玉米、小麦免耕播种机方面研究较多，中国农业大学杜兵对圆盘式开沟器的结构计算进行了研究，在玉米免耕播种机方面:

中国农业大学陈君达、李洪文等研究了玉米免耕播种机的圆盘刀加压草轮组合式防堵装置，作了一些田间试验，还研制了轮齿拨草式免耕播种机（如图8）

图1-72BQM一6。

型免耕精量播种机图1-8轮齿拨草式免耕播种机

取得了较理想的防堵效果，这些都有力地促进了我国免耕播种机的研究进程另外，山东工程学院的王丰元等在玉米贴茬播种机开沟器前安装了用钢板制成的横截面为抛物线形的分草器，有一定的分草效果。

但是，对于华北一年两熟高产区大覆盖量或高茬覆盖不经切碎的情况下的免耕播种，目前的免耕播种机防堵性能还不够理想，急需研究此类机具，以促进保护性耕作在北方一年两熟地区的推广。

1990年施森宝、胡洪烈等人研制了凿形刀式破茬松土器，其工作原理为推力分茬，工作时秸秆在机具牵引力和地面摩擦力作用下沿凿形刀斜面上移，在上移的过程中，因分草板的作用向两侧滑走。

1992年他们又在此基础上作了改进，重新设计了破茬松土器的刀头，由弧形状改为片状，以提高其入土性能和减小入土阻力。

在设计的免耕播种机（2BQM一6D、2BQM一6A）采用分置式种肥侧位分施方式，用破茬松土器施肥、双圆盘开沟器播种，双斜镇压轮镇压种行和合垄种沟;山西省新绛机械厂生产的2BGM一3、河北省无极县机电厂生产了2BY-3型小型玉米免耕播种机，均采用整体式种肥侧位分施方式，开沟器为锄铲式，开沟器后面有两个腔体，一个装有排种管，另一个安装排肥管，招个开沟器幅宽较人，侧板比较长。

这种开沟器阻力比较大、入土能力不强、种肥间距比较小。

石家庄农机厂生产的2BFY一3型小型免耕硬茬播种机，采用分置式种肥正位分施机构，用破茬松土器破茬开沟施肥，用锐角开沟器播种。

整机防堵性能不好。

张云文（1991）对免耕播种机防堵装置和分草器的曲面形状进行了初步研究，但这种分草器的实际分草作用并不明显。

中国农业大学的高焕文、陈君达、李洪文等（1994）人研究了长米免耕播种机的防堵装置，设计了行间压草轮、轮齿拨草盘等机构，可在玉米残茬和小麦残茬地里播玉米。

试验表明，在粉碎的玉米秸秆地可正常工作。

在设计的样机_卜选用了引自澳人利亚的尖角型开沟器，这种开沟器入土能力强。

在小麦免耕播种机方面:

原北京农业工程大学王耀发、李问监、杜兵（1995）等人对小麦免耕播种机的开沟器和种肥分施机构进行了研究，设计出一种整体式种肥正位分施机构，_井研制了小麦免耕播种机的样机，可在小麦残茬地里播小麦。

于丽娟、高焕文（1994）对传统的单圆盘开沟器进行了改进，设计了一种种肥侧位分施机构，可在小麦残茬地里播小麦。

并对相关参数进行了分析90年代后国内其它单位进行了小麦免耕播种机的研制由内蒙古农业大学与内蒙古农业人学农业工程成套设备机械厂共同开发研制的2BMF一9型小麦免耕播种（图1-9），该机是在吸收原加拿大免耕播种的基础上，结合我国北方旱作农业实际情况改进设计的机型。

该机采用双梁结构，（行距20cm），开沟铲采用试验筛选出的澳大利亚短翼型尖角铲，阻力小，对土壤的搅动小，有利于保墒。

在开沟器前安装限深切草圆盘，能在一定的秸秆覆盖下顺利播种（250kg/亩产量的全部秸秆还田）;采用自行研制的专利产品“复合型开沟器”，实现种肥垂直分施，通过调节下肥管与种管之间的距离及下种管的垂直高度，可以改变肥、种间距，肥种间距最大可达5cm，满足播种的同时施肥量大和深施肥的要求;开沟器安装在平行四边杆仿形机构上，能在地表不平的条件下保证播种质量。

该机通过了农业部农机鉴定总站的性能检测。

2BMF一9型小麦免耕播种机配套动力为铁牛一55（65）拖拉机，但该机有自重大（约900kg），对拖拉机的悬挂机构要求高及价格相对较高的缺点，使该机的推广受到了一定的限制。

该机主要特点:

是开沟宽度小、破茬能力强，采用无级调速器控制调节播量，液压控制调节播种深度，使播深、播量调节准确、方便，排种（肥）器为加拿大进口，特别适应于内蒙古及周边干早、半干旱地区的播种作业。

图1-92BMF-9型免耕播种机

以2BMF一5型小麦免耕播种机（如图10）为原型，中国农业大学、山西省农机局和山西新绛机械厂合作，共同开发了2BMF一11（9）（中型机）、2BMF一6（7）（小型机）等系列产品。

其共同特点是采用短翼尖角开沟铲和“复合型开沟器”，取消了限深切草圆盘，取消限四边杆仿形机构，使得整机重量和价格下降，适应了推广的要求。

此系列播种机目前已批量生产。

新绛机械厂生产的2BMF-11（9）型小麦免耕播种机，该机除采用短翼尖角铲和“复合型开沟器”外，地轮采用充气橡胶轮，可减少在秸秆覆盖地上的打滑现象，也不易粘土;镇压轮为空心橡胶型，也是为了减少粘土。

该机配套动力为上海一50或铁牛一55（65）等拖拉机，其中11行机可适应较大、较平整的地块，工效较高;9行机则适应稍小地块，可减少小地块最后一趟播种时的重播量，同时由于整机幅宽较小，在地表不平的地块上播种时有利于提高播种质量。

整机质量（kg）:

450;外形尺寸（㎜）:

1640X2394X1470;作业行数:

11;排肥器型式:

外槽轮式;工作幅宽（㎜）:

2200;排种器型式:

外槽轮式;播种深度（㎜）:

30一70;适用播种作物:

小麦、玉米;行距（㎜）:

200;开沟器型式:

窄形箭铲式;施肥方式:

正深分层施肥;。

图1-102BM-11型免耕播种

山西省临汾市农机局研制了“秸秆条带切碎覆盖与施肥播种机”本质上是一种旋耕施肥播种机存在动土量大、功耗高、种肥分施效果差、刀轴缠草等问题。

西北农林科技大学从2002年开始研究“秸秆粉碎覆盖与施肥播种联合作业机”，其原理是首先将玉米秸秆捡拾粉碎、与此同时进行小麦播种，粉碎后的秸秆落在播种机的后方，存在的问题是捡拾不净的秸秆仍然堵塞机具;玉米根茬问题没有解决，也会堵塞机具，影响播种质量，秸秆粉碎机与小麦播种机的简单联接，。

动力消耗大55马力的拖拉机只能带动8行播种机。

1.3国内播种机存在的问题

工作速度低

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4～17km/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，。

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。

外槽轮排种器工作效果不理想

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、窝眼轮式、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。

1.4该设计的设计路线

2播种机各工作部件的设计

2.1排种器的设计

气吸式排种器的理论分析及工作原理

排种器吸附原理及种子受力分析气吸式排种器的吸附部件主要由真空室壳体、排种盘、真空连接管、风机组成，等结构如图2-1所示

图2-1气吸式排种器结构示意图

1真空室壳体2真空连接管3种子室4排种盘

气吸式排种器是应用气吸原理进行排种的，其排种圆盘呈垂直状安装在种子箱底面，一侧与种子室相接，另一侧与气吸室相接，在排种圆盘上开有气流通道孔。

排种盘上设有搅拌轮，以防种子架空，并通过压紧装置压住排种盘以减少漏气。

在种子室内还装有刮种板，工作时可以剔除多余的种子。

气吸室和风机相连，风机工作时使气吸室产生真空度，因而在排种盘两侧形成一定的压力差，在该压力差的作用下，种子被吸附在吸种孔上。

由于排种盘的转动，当吸种孔带着种子通过刮种板时，多余的种子便被剔除掉。

当排种盘旋转到离开气吸室时，便失去了对种子的吸附作用，此时种子便靠自身的重量下落，直接或经导种管落入种沟。

排种盘继续旋转，吸种孔再次进入气吸室，在压力差的作用下再次吸附种子，如此循环连续进行排种。

工作过程中种子的受力情况

以垂直圆盘式排种盘为例，当排种器工作时，种子所受外力主要有种子重力G、种子旋转惯性力J、吸孔吸附力P及吸孔处产生的支持力N。

种子离开种子群开始移动时产生的摩擦力可忽略，如图2-2所示

图2-2为工作过程中种子的受力情况

G-种子所受重力

J-种子所受惯性力

T-G、J的合力

d-吸种孔直径

h-种子重心与排种盘的距离

F-种子所受吸附力

N-种子所受支持力

其中：

J=mrω（ω为排种盘的角速度，r为种子重心到排种盘转动轴的距离）。

当排种盘等速转动时，惯性力J的大小保持恒定，而其方向不断变化，重力G的大小和方向恒定不变。

从受力分析图可以看出，合力的大小在开始吸种时最大随后减小，到排种盘顶部时所受合力最小，随后又开始增大。

当G与J方向相反时即种子达到排种盘顶部时种子所受外力的合力最小，此时所需吸孔的吸附力最小，要求的真空度亦最小。

当种子转过顶部逐渐下降时所受合力又逐渐增大。

计算真空室所需最小真空压力时，应以充种区所需真空压力为基准。

因此要使吸孔吸住种子必须满足下列条件:

F×d/2≥T×h

（1）

式中：

F—种子受到的吸附力，F=

，其中

为大气压力，

为真空室压力。

由式

（1）可以看出，随着孔径的增大，孔径面积增大，吸附种子所需要的真空度降低，排种性能逐渐提高；而当孔径增大到一定值时，漏气量逐渐增大，排种性能又开始逐渐降低。

因此，吸种孔直径需要根据种子的尺寸来确定，由试验方法确定的吸种孔直径如下式

d=（~）b

（2）

式中：

b为种子平均宽度。

2.2吸孔直径和吸室真空度的确定

吸室的真空度直接影响到排种孔吸种的性能，各吸种孔处的均匀程度对排种质量有较大影响。

对于不同类型和品种的种子都有一个最佳的真空度范围，真空度减小时，漏吸率会增大，当真空度超过一定值时，重吸率会增加。

在实际工作中，由于风机与排种器之间存在管路压力损失及机器振动的影响，在设计时真空度应取大值。

吸室所需真空度的最大值计算公式为：

式中：

—气吸式真空度最大值，k

；

C—种子重心离排种盘之间距，cm；

m——粒种子的质量，kg；

v—排种盘吸孔中心处的线速度，m/s；

r—排种盘吸孔处的转动半径，m；

g—重力加速度，g/

λ—种子的摩擦阻力综合系数,λ=（6～10）tanγ,γ为种子自然休止角；

—吸种可靠性系数，一般在种子千粒重小，形状近似球形时选择较小值，反之则选择较大值，一般的中耕作物，如大豆、玉米、高粱等

=～；

—工作稳定可靠性系数，一般

=～，种子千粒重大时取大值。

由计算公式（3）可知，气吸式排种器所需真空度极限值与吸孔直径、排种盘吸孔处线速度及种子物理特性等有关。

表2-1为一般作物吸室的真空度和吸孔直径选取

作物

吸孔直径（㎜）

吸室真空度（

）

玉米

4~

~

大豆

~

~

高粱

2~

~

向日葵

~

~

小花生

~

丸粒化甜菜

2~

谷子

长孔24×

番茄

~

该设计排种盘直径取250㎜，吸孔直径取4㎜，

，外侧吸孔直径为220㎜，内侧细孔直径为180㎜，两侧吸孔个数都为35个，

。

2.3排肥器的设计

该设计采用外槽轮式排肥器，外槽轮式排肥器主要由排肥轴、外槽轮、阻塞轮、排肥盒、排肥舌、定位卡箍等组成。

槽轮转动时,阻塞套不转。

内齿型挡圈则随槽轮一起转动。

阻塞套与内齿型挡圈可防止肥料从种子盒两侧壁漏出。

凹槽内肥料随槽轮一起转动。

另外，在槽轮外层有一层肥料随槽轮齿及凹槽内的肥料一起转动。

这一层称为带动层。

在带动层外，则是不流动的静止层。

凹槽排肥和带动层排肥均为强制排肥，因而外槽轮排肥器的排肥量比较稳定。

图2-3为外槽轮式排肥器结构图

外槽轮式排肥器转动一周的排肥量q为：

式中：

q——排肥器每转的排肥量（g）；

、

——排肥器每转强制层和带动层的排肥量（g）；

d——外槽轮直径（mm）；

L——外槽轮工作长度（mm）；

γ——肥料容重

；

α——肥料