小麦播种机的系统设计

《机械系统设计》结课论文题目：小麦精密播种机的系统设计姓名：***专业：机械设计制造及其自动化班级：10级（2）班学号：2010509***指导教师：李老师2013年12月25日小麦精密播种机的系统设计摘要：从古至今，人类赖以生存的食物就是粮食，而小麦又是主要的粮食作物，在我国，小麦的种植面积非常得广。从寒冷的大东北到夏日炎炎的南方，从地势高低不平的大西北到广阔无垠大华北平原。播种就是小麦生产过程中关键的一步我们要根据农业技术要求，将种子种到地里，能够使作物获得良好的生长条件。但是随着科学种植技术的发展，以及我们对农艺技术要求的不断提高，对于小麦播种机的研究不能只停留在传统的机械化播种的方向上，更要追求精密化播种。小麦精密播种，就是使生长出来的小麦苗匀、苗齐、苗壮，能够保证种子的田间分布最合理，播下的种子量精确，株距均匀，行距一致，株距也一致，播深一致，为种子的生长发育创造最佳条件。这样可以大量节省种子，增强种子的使用率，保证作物稳产高产。因此，现代的农业对精密播种机械的要求越来越迫切。关键词：小麦；精密；株距；行距；系统设计正文：1、小麦精密播种机国内外研究现状及前景1960到1970年，苏联、英国等一些欧洲发达国家已经开始了对小麦精密播种机的试验开始研究小麦等精密播种技术。从1960—1976年，苏联设计出了ECT—12(8)垂直圆盘排种器，利用种子的重力和离心力，从种子的径向先充入大孔，然后再进入内窝定量孔的原理设计出来的，种子在离心力的作用下进入型孔，用刮种器刮掉多余的种子。然后又根据型孔中的种子通过星轮推种器推出的原理设计出了CKHK—8(6)水平圆盘排种器,但以上排种器都不能解决单粒小麦的排种问题,因为它的单粒囊种率都低于70%—80%。因为一些小麦种子的形状比较复杂,例如一些形如长椭球状的种子，它在种子箱内的状态是处于紊乱的无秩序的,排种元件很难获取、抓取或吸附这些种子。1971—1974年，英国也进行了小麦精密播种机的试验,PSD—80小麦精播机问世了，是由英国的Stanhey公司设计制造出来的,通过更换排种带，这些排种带上有不同型孔的直径，直径较大的种子能被播种到地里，而且种粒直径较小的种子也能够被播种，这种就是由孔带式排种器设计出的小麦精密播种机，但是它的结构十分笨重、种子通过性的性能较差、随之种子的破碎率也较大,一共只生产了20台样机，随之就停产了。80年代至今,英国再没有设计出新的精播机。从1980年以来,苏联和英国等一些西欧国家,再没有进行过小麦精播机的试验研究。虽然现在德国和法国等国已经设计出了气吸式播种机，但是主要在较大的农场适用，在我国不太适用。我们国家，从80年代末就开始研究精密播种机械。我国幅员辽阔，地形条件十分复杂。种子的质量问题，机械制造水平及其机械价格等因素的制约，在80年代，我国主要推广半精量播种机。90年代以来，精密播种机已经在我国推广。播种机设计的关键是排种器的设计，精密播种机的排种器主要有机械式排种器和气吸式排种器。机械式排种器是根据静、动态导向结构参数的不同设计的,箱内紊乱无秩序的小麦种子可以通过机械式排种器自然导向排队,它提高了囊种率,使单粒排种精度有所提高。小麦精播高产栽培技术在传统的小麦大播量条播种植的现状中改进出来的,它开创了新的途径。精密播种机的主要规范是:在土地较为平坦、水肥条件较好的条件下,选用优质品种,但要在宽行距为140—200mm的条件下，44—74kg/h的小播量,用较少的基本苗,来创造出高产。在1984年，这种设计获得国家科技进步二等奖，它就是高户栽培农艺规范技术。当时在欧洲、苏联和世界其他国家都还没发现。为了配合这种新农艺，我国研制出了小麦精密播种机,在这一领域内，它已经使农机与农艺高度结合,使小麦精播高产栽培技术有了优质、高效、节能的机械化手段,当时在全国大范围内得到了大面积的推广使用。但是，精密播种受到高速作业的影响力很大，经实验知道，当作业速度在4—8km/h时，种子株距合格率在80%以上，但作业速度提高到11—12km/h时，株距合格率就会下降到60%以下。由此可见，精密播种机还待进一步发展完善。大多数精密播种机都可以播多种作物,根据各种种子的物理特性，更换不同孔径的排种盘或者改变槽轮工作的长度，或者改变地轮的转速,排种器这样就能适应多种作物种子的播种要求。改变排种盘型孔的大小，增加成穴机构,都能使它达到穴播的要求;通过改变排种器工作转速来达到不同株距的要求。所有这些都能提高播种机的通用性。如果在不同的地区,不同的土壤条件下,不同的整地条件下都能适用,大多数播种机上要配有多种类型的排种器，开沟器(双圆盘式、滚动式等)和镇压轮(空心橡胶轮、钢板冲压轮、铸铁轮等)，供选用。同一型号的精密播种机又有很多系列,行距和行数的变化，都能实现。2、系统总体方案的设计图2-1小麦精密播种机1.机架2.接种盒3.排种器4.种子箱5.从动轮6.弹簧7.镇压轮8.开沟器9.主动链轮10.带爪地轮如图2-1所示的小麦精密播种机，它主要由机架，三点悬接装置，带爪地轮，动力传动装置（链传动），外槽轮式排种器，箭铲式式开沟器，播后镇压轮等组成。该机是由功率为8.8KW的拖拉机牵引，经过三点悬接装置与播种机相连。在拖拉机的牵引下，带有地爪的地轮转动，地轮上的链轮（主动轮）开始转动，带动链条转动，此时排种轴也经过链传动开始转动，排种器开始工作，种子经过槽轮拨动种子播种，槽轮的凹槽尽量加工得多点，是种子下得均匀。排种器中的种子由槽轮导入接种盒内，经输种管到达开沟器。开沟器上装有弹簧，能随时控制种子播深一致。优点：（1）这个机器采用三点悬接装置，和第二种方案相比，它更能在大地块使用。（2）该机器装有带有爪的地轮，使地轮的抓地能力增强了，增强了摩擦力，减少了打滑。（3）排种器使用外槽轮式排种器，较以往的比较，凹槽的数量加多了，减少了脉动性。（4）排种轴上安有螺旋调节器，能随时调节种子的排量多少。容易控制种子的排量。（5）机架材料选用的是方钢，减少了机体的总重量，提高了拖拉机的效率。（6）开沟器上安有弹簧，能控制开沟器的深度一致性，能保证所有种子播深一致。（7）镇压轮能同时起到覆土和镇压两种功能。而且镇压轮采用中空的，减少材料。设计的主要内容有：（1）确定排种器、开沟器、地轮、镇压轮、种子箱、传动机构等装置的类型和结构。（2）确定各结构的尺寸参数，并进行理论分析与计算。（3）计算出合理的传动系统。2.1主要技术参数表2-1样机的主要技术参数项目参数外形尺寸（mm）（不包括机架）1710×1070播种行数5播种幅宽（mm）1100行距、粒距（mm）200，20种箱容积（kg）30播种深度（mm)30—40排种器的形式外槽轮式开沟器的形式箭铲式整机重量（含机架）（kg）200kg作业速度（km/h）3—6生产效率（h/h）0.3配套动力（KW）8.8KW拖拉机配套形式牵引式3、执行系统的设计3.1排种器3.1.1排种器的技术要求排种器就像人体的大脑，在整个播种过程中，起到了关键作用，它的位置在种子箱的底部，是播种机的主要工作部件。它的作用就是将种子箱内的种子按播种要求，定量均匀地排出，种子再经过输种管，输送到开沟器，然后再落入种子沟内。排种器的作用那么大，就应该有一定的要求。那么，一般对排种器的要求有以下几点：(1)要有均匀稳定的排种，能够使排种连续均匀。(2)通用性好，播种量的调节范围要大。(3)排种过程中尽量使种子的破坏率达到最低。(4)不要使其堵塞，调节起来比较方便，而且能迅速清除排种器中残留下的种子。(5)在高速条件下工作，而且要可靠。3.1.2排种器的设计外槽轮式排种器的设计各部分的设计：图3-1外槽轮因为槽轮的一端需要与阻挡环对接，另一端要伸入内齿形挡圈，所以外槽轮的长度要适中。槽轮的长度是50mm,凹槽的深度是8mm,槽轮的外轮廓线是40mm。图3-2阻挡环阻挡环活套在排种轴上，它的外缘嵌入排种盒侧壁的切口，使阻挡环只能在轴上移动而不能转动，挡环的内壁与外槽轮断面相吻合，防止种子从侧壁流出。阻挡环的尺寸如上图所示。图3-3挡圈图3-4排种舌排种舌放在中间位置，排种舌活套在排种轴上，用销轴固定，调节与槽轮的间隙可以适应不同大小的种子，当清种时，可以松开排种舌，有利于清种。排种舌的尺寸如图3-4。图3-5排种盒为了满足所有零件的配合，排种盒的尺寸如图3-5，排种盒总高为150mm，宽为92mm。外槽轮式排种器的工作过程：排种轴通过传动链由地轮带动旋转；排种器上的外槽轮的周边均匀分布有8-16个半圆形的凹槽，凹槽适当得越多，精密性越高。用箍卡固定在排种轴上，并穿入排种盒；槽轮的一端与阻挡环相接，另一端伸到挡圈外面，槽轮的转动是通过挡环带动的，阻挡环套在排种轴上，但也是活的。其它的外缘凸齿与排种盒侧壁的切口相切，这样，阻挡环就只能在轴上左右移动而不能转动；内齿形挡圈切口形状与外槽轮断面的长度相等，这样做，是为了防止种子从侧壁流出，槽轮转动时，挡环也一起转动；但挡圈不转。用卡箍排种器的一端卡紧在排种轴上，阻挡环那边也要用卡箍卡紧，以保证槽轮在排种轴上的位置不变，能够在高速作业时，位置不变。如果想调节排种量的多少，首先要松开卡箍，这样才能调整槽轮在排种盒内的长度。排种舌也是活套在排种舌轴上的，排种盒上打有几个小眼，通过更换和不同的小孔相配合，来调节它与槽轮的间隙以适应不同大小的种子。当清理排种盒时，把排种盒拉下。当作业完成后，清理排种盒内的种子也可以这样。通过调节排种舌的位置，我们可以种植不同的农作物，大粒的种子就使空隙大些，小粒的种子就使空隙小点。外槽轮式排种器的工作原理是：工作时，外槽轮转动要由排种轴的转动来完成的，种子箱内的种子在重力的作用下，充满槽轮的凹槽。槽轮转动，凹槽内的种子被会被强制性得从排种盒下部，然后落入输种管里，然后掉到种沟里，立即被土覆盖。为了提高排种量的精密性，我们增加了槽仑凹槽的数量（又称密齿形槽轮），来改善排种的脉动性。下图是排种器的三视图：图3-6外槽轮式排种器1.槽轮2.阻塞轮3.排种舌4.种子盒5.挡环6.清种轴3.1.3播种量的计算小麦的播种量不是一成不变而是根据不同的地形，不同的地质来改变的。小麦播种机的调种量调整一般有两种方法：一是通过改变外槽轮排种器上槽轮的工作长度，槽轮的工作长度是要来调整的。槽轮的长度的调整是通过轴的一端的螺旋钮来调节的；二是改变传动比，也就是改变转速，调整槽轮的转速是通过更换传动轴上的链轮。在种子箱内加入31以上的种子，将播种机离地面有一定的距离，使地轮悬空，并使机架保持水平，然后按照实际播种作业速度，以相同的转速匀速转动地轮30圈，测定各行的排种量，重复3次，最后取平均值，按下面的公式计算播种量110000DNBGQ公式（3-1）式中：Q—播种机总播种量,2hmKg；G—被测的总行数下的总排量,；D—地轮的直径，m;B—被测定行数的幅宽，m;N—地轮的转动圈数，可取30圈；—圆周率，3.14；—驱动平均滑移率，可取10％或按实际滑移率取值。3.2开沟器3.2.1开沟器的要求开沟器根据种子播种深度的要求，开出种沟或挖出种穴，并引导种子落入种沟内，而且还应该具备一定的覆土功能。对开沟器的一般要求如下：(1)开出的种沟的宽度和深度要一致，并且深度可以调节。(2)尽量使土层翻动得程度小点，能够使种子落在湿土里，保证较好得发芽。(3)应该有一定的回土功能，也就是使湿土覆盖在种子上，干土露在外面。(4)具有良好的入土功能，不能缠上草，杂质和堵塞。(5)工作阻力要尽量小，利于播种。3.2.2开沟器的设计箭形开沟器体的铲面外角和张角小，体型窄，开沟时对土壤的翻转小，使干土与湿土混合得少，使种子尽量埋入湿土内，有利于保墒出苗；有无缝钢管制成的导种管强度好，制造工艺简单，阻力小；后踵的作用是挤压沟底，使沟底的土壤平整坚实，有利于土壤下层水分上移，并能防止开沟器腔管的堵塞；开沟器立柱是支撑臂，开沟器上方装有弹簧，能自动调节开沟深度，满足需要。3.2.3箭铲式开沟器的设计箭铲式开沟器，其构造如图3-7所示，主要由箭