槽轮式穴播器的设计-机械说明书定稿.doc

中国地质大学长城学院

本 科 毕 业 设计

题目 槽轮式穴播器的设计

系 别 工程技术系
专 业 机械设计制造及其自动化
学生姓名
学 号
指导教师
职 称

2011 年 04 月 22 日

槽轮式穴播器的设计

摘 要
我国是农业大国，农业在整个国民经济中占有十分重要的地位，一直是我们国家的支柱产业。我国是世界上人口最多的国家，有着十三亿人口，而耕地只有1.2亿hm2,人均耕地占有量0.08 hm2，仅为世界平均水平的三分之一，人多地少是我国的特点，如何在有限的耕地里产更多的农产品，以满足人民的物质需要，一直是我们需要解决的问题，精密播种则是提高产量的一个重要环节和途径，而外槽轮式穴播器是实现精密播种技术的主要手段，其性能的好坏直接关系到农作物的生长和产量。
由于外槽轮式穴播器在工作时排种脉动性和种子沟内分布不均匀性，不可避免的会出现重播和漏播的现象，使精密播种难以实现，因此克服外槽轮式穴播器的缺点，研究外槽轮式穴播器对我国农业的发展有重大意义。
关键词：外槽轮；精密播种；穴播；

ABSTRACT
China is a large agricultural nation, in the whole national economy in agriculture occupies a very important position, are always our country's pillar industries. China is the world's most populous country, with 1.3 billion population, cultivated land only 1.2 billion hm2, cultivated land per capita occupancy hm2 0.08 per the world average level, only one-third of arable land, people in China is in the characteristics of the cultivated land, how to produce more limited in the agricultural products, to meet people's material needs, always is we need to solve the problem, precision seeding is one of the important links increase yield and ways, and outside slot bunch planting device is to realize precise wheeled the principal means of planting technology, its performance is directly related to the crop growth and yield.
Because bunch planting apparatus in the slot wheeled metering pulsation sex work in the trench and seeds of uneven distribution of sex, inevitably will appear replay and leakage of planting phenomenon, make precision seeding difficult to achieve, thus overcoming the bunch planting device outside slot wheeled shortcomings, research on bunch planting device outside slot wheeled agricultural development is of great significance.

Key words：External tank round; Precision seeding；Bunch planting

目 录
摘 要 1
ABSTRACT 2
目 录 3
1 绪论 1
1.1选题的意义 1
1.2穴播器研究现状 1
1.3穴播器的机械加工工艺及设备 3
1.3.1穴播器结构 3
1.3.2穴播器工作原理 4
1.3.3穴播器特性 5
2本次论文的要求及研究方案 6
2.1本次论文的要求 6
2.2研究方案 6
3外槽轮穴播器参数设计 7
3.1定盘设计 7
3.2 入土鸭嘴 7
3.3凸轮设计 8
4 结论 9
参考文献 10
致 谢 11

中国地质大学长城学院2010届毕业论文
1 绪论
1.1选题的意义
穴播以其无需开沟，土壤损坏程度小和能够在膜上播种等特点，逐渐成为播种机械的重要组成部分之一。穴播机的核心部件是排种器和穴播器。前者的作用是将种子按照需要均匀分配到入土成穴器，后者作用是将种子成穴植入土壤，两者对于发展精密穴播技术都具有举足轻重的作用。10多年以来到，笔者先后研制出内投杆双球带种肥兼施舵穴播器以及系列穴播器。上述各穴播器都是采用上位外槽轮排种器，分种后通过重力作用种子沿导种管进入穴播器，由于外置排种器和穴器之间的一次投种距离较远，而且种子在经过输种管下落到时轮盘的过程中受到输种管的振动、碰撞和内壁摩擦力的作用，使投种不均，造成空穴或多播的现象。解决这个问题的途径：一是提高排种器的精度；二是缩短排种器与穴播器之间的距离。为此，本文提出了外槽轮穴播器的设计，旨在提高播种质量。
1.2穴播器研究现状
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，小麦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例如美国的sunflower、法国的Accord.、澳大利亚的Napier600, IohnS-hearer、加拿大的MorrisM620等大型集排条播机，工作幅宽可达8-15m。目前，美国的John Deere、加拿大的flex-iCoil, Masseyfergson谷物播种机已开始使用二阶分配式集排系统，工作幅宽己达19.$2m，大大提高了播种作业的各行一致性和生产效率。机械式精密排种器播种小粒距作物在国外研究较少，近几年也没有相应的文章发表(2O10目前国外的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、搜土、镇压及施肥、撒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。欧美国家地广人稀的特点决定了对排种器的漏播、重播及种子破损问题在实际作业中要求相对宽松，日本岛国人口众多与国土面积狭小的矛盾又不适合播种中耕作物，同时，欧美及日本都是机械化程度较高的国家.因此，国内外对精密排种器的研究方向各有特点。
日本生产的试验精播机为TW-SODS型小麦播种滋肥)机，该机主要部件除排种(肥)装里外，还有输种(肥)管、开沟器、单圆盘搜土器、镇压器、单体种(肥)箱、地轮及传动机构等，整体结构与国产同类机型类似。排种装置的结构型式为横槽式，与国产播种机的直外槽轮排种器结构近似，只是在其一半槽轮上设有轴向槽，旋转排种，用设定刻度的螺钉调节槽轮容量来改变排种t大小。工作时，地轮通过封闭的链轮传动机构驱动排种轴转动，种子靠自重由种箱流出并被压附在槽轮中，随着排种轴的旋转，将横槽中的种子排入输种管，随后落入由双圆盘式开沟器形成的种沟内，覆盖后由单行镇压器分别镇压。参照我国谷物播种机产品质量分等标准一质量指标》(JB/NQ93.13-88)旧本TW-SODS型小麦播种(施肥)机常量排种时，各行排量一致性变异系数(0.64%)优于优等品((2.5%)标准，总排量稳定性系数((0.54%)优于优等品((O.7%)标准，播种均匀性变异系数(20.72%n)优于优等品(40%)的标准;播种深度合格率为76.32%，达到合格品(75%)的标准。与国产的锥盘式、窝眼式、外槽轮式播种机相比较。该机各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数、播种均匀性变异系数3项主要性能指标都远远超过国产机型。观察和试验表明，日本小麦播种(施肥)机设计合理.安装时不需任何辅助工具、方便快捷.排量调节方便准确，制造精良，工艺先进。虽然其结构设计与国内同类机型相差无几。但国产机型的作业性能与其差距较大，其主要原因是制造工艺落后。
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。
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。

1.3穴播器的机械加工工艺及设备
1.3.1穴播器结构
外槽轮穴播器是由内置排种器、轮轴、动盘、定盘、两瓣式入土成穴器及其开闭系统等几个主要部分组成。两瓣式入土成穴器及其开闭系统包括固定在动盘上的定瓣和动瓣、复位部件弹簧、和螺钉等。其结构主要有两个特点:一是入土成穴器由定瓣和动瓣两部分组成;二是入土成穴器开闭系统应用了杠杆原理，开启凸轮采用摆动从动件盘形凸轮结构，其结构如图1所示。

图1槽轮穴播器结构图

安装时,穴播器轮轴紧固在机架上,定盘用平键固定在轮轴上,并由轴套定位,不随机组前进而转动。凸轮和定盘焊合在一起,在机组进行播种作业时,始终保证凸轮相对于机架是静止的;内置排种器固定在动盘上,与其同步转动;动盘套装在轮轴上,由轴承定位,可绕轮轴转动;定盘与动盘扣合在一起,形成穴播器舵轮轮盘,各个入土成穴器以轮轴为中心呈

放射状,并匀分布在轮盘边缘;入土成穴器定瓣与动盘固定为一体,动瓣用细长螺栓铰接在动盘上,部分嵌入定瓣,在复位拉伸弹簧预紧力的作用下与定瓣紧扣,形成密闭的种腔,这种嵌入扣合可以防止入土成穴器入土成穴时堵土;定瓣与动瓣内部均为中空,定瓣旁边留有合适的空间使动瓣能嵌入安装,且能绕细长螺栓转动一定角度;动瓣受到凸轮作用力时,绕长螺栓轴转动,按杠杆原理打开一定的角度;动瓣上端靠近凸轮处开有两个小孔,复位拉伸弹簧一端通过螺栓在动盘上,另一端钩在活动鸭嘴两个小孔上固定住;复位弹簧的中心对称面平行于动盘端面,并且处于略微拉伸状态,保证入土成穴器非开启状态时常闭;入土成穴器入土端斜切一定的角度,以便于入土成穴。
复位拉伸弹簧、入土成穴器总成以及经过合理设计外形的凸轮组成穴播器的杠杆开启、关闭机构。凸轮与定盘焊合在一起,用平键与轴套固定在轮轴上。其外形设计为升线、保持线和降线等3段结构,用于打开动瓣、保持开度和闭合动瓣。
1.3.2穴播器工作原理
机组处于未工作状态时,上位种箱中盛满种子,并且通过输种管和内置种箱相连接,保证穴播器内置种箱时刻处于满种状态。机组前进时,机组对穴播器的牵引力和土壤对插入土壤内的入土成穴器的反作用力形成牵引力矩,使安装在机架上的外杠杆开启,穴播器的动盘在土壤表面滚动,并驱动其内部安装的内置排种器开始转动排种。一个凹槽对应一个活鸭嘴的设计,使得内置排种器每个凹槽排出的一穴种子恰好落入相应的入土成穴器中。随着轮盘转动,内置排种器转动排出种子,种子沿挡种板进入入土成穴器下端等待排出。入土成穴器非排种状态时常闭,使种子不会提前漏出,也能有效地防止活动鸭嘴粘土和堵土现象的发生。在拖拉机牵引力的作用下,启动杠杆开启,穴播器随机组前进,连续滚动的穴播器入土成穴器在重力作用下逐个插入土壤;当一个入土成穴器达到入土最深位置(与地面垂直)后,入土成穴器动瓣的顶部与凸轮升线部位接触,在凸轮切向力作用下绕紧固螺栓以杠杆开启原理的方式旋转;入土成穴器动瓣开始打开,并迅速增大开度,当入土成穴器开度大于种子长度时,已等待在其底部的种子便落入土壤,在重力与土壤摩擦力作用下放置在土壤中。当动瓣顶端到达凸轮的保持线部位时,入土成穴器达到预定的最大开度。为使入土成穴器不夹土,入土成穴器动瓣的顶端仍沿凸轮的保持线运动,保持最大开度直到入土成穴器完全出土,即使入土成穴器在入土过程中有少量的夹土,也会在出土之后滑落出来。出土后,入土成穴器的动瓣顶端转过凸轮保持线,沿凸轮的降线部位运动,在复位弹簧作用力下关闭。入土成穴器出土时,部分土壤回落,将种子埋入土壤,完成一穴播种。穴播器在土壤表面的连续滚动驱使内置排种器在动盘内部连续分种。外穴播器的入土成穴器持续插入土壤,完成播种。各入土成穴器依次完成上述二次排种动作,实现连续穴播。

1.3.3穴播器特性
穴播器按原理分为机械式和气吸式。气吸式穴播器有排种精度高、不伤种芽等优点，但其制造成本高，操作和调整不便，生产效率有待提高。机械式又有槽轮式、型孔轮式、气吸式等，其中槽轮式、型孔轮式穴播器排种不均匀，容易损伤种子或种芽。考虑到该机的作业环境，要求结构简单，体积小，移动灵活，故采用机械的方式完成取种，分种，排种的过程。图2、图3、图4为穴播器的几种类型。

图2 夹持式精量穴播器

1滚筒　2种道3挡盘4取种盘5种室6气轴7进种管8接盘9穴播器盖10气室11侧板12鸭嘴
图3 气吸滚筒式精量穴播器

1入土成穴器总成 2气吸式排钟装置总成 3 轮盘轴4舵轮轮盘 5凸轮 6凸台轴座 7连接装置 8链轮
图4 勺式精量穴播器

2本次论文的要求及研究方案
2.1本次论文的要求
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，应用槽轮的匀速转动；改变成穴器的外径等使之能达到穴播的均匀播种要求。
2.2研究方案
1）利用中国知网、豆丁网、学海网等数据库完成与毕业论文相关内容的论文的检索；利用图书馆的图书资源查阅相关的理论内容；充分的利用互联网进行资料的检索收集；
2）查阅资料，掌握现在穴播器的机械加工工艺及工装设计的一般规程；
3）查阅中英文资料，研究国内外穴播器的概况、技术核心及应用发展情况；
4）整体方案的设计：外槽轮式穴播哭的设计；
5）可行性分析：对数据进行假设、分析经过资料收集确定方案实施；
6）材料的选择：根据所设计的外槽轮式穴播器要求，选择合适的材料，使其满足所有强度要求；
7）工艺，尺寸参数计算：对其中的参数等进行计算，对材料进行工艺选择；
8）零件图、装配图的绘制：用CAD进行绘图；
9）设计说明书：根据绘制的图纸和查的资料撰写该设计的说明书
3槽轮穴播器参数设计
3.1定盘设计
轮盘半径主要与穴距、入土成穴器个数有关。若穴距大，一圈成穴器个数分布多，则要求轮盘半径大;反之，则要求轮盘半径小。为使穴播器有较理想的工作速度，轮盘半径应取大值，但轮盘尺寸过大，会增加整机的质量。综合考虑各因素，轮盘半径以 160 ～300mm 为宜。
穴播器在工作时有一定滑移，穴播器的实际滚动半径与土壤松软程度有很大关系。根据有关资料分析可知
Rs= R + ( 1 － k) h ( 1)
式中 h—鸭嘴在轮盘外的高度;
k—常数，可通过试验确定。当土壤表层及深层均很松软，k 取 1/2; 当土壤表层很松，深层较坚硬，k 取 0。
当 k 为 1/2，则穴播成穴器的个数为
n =2πRs/(L /2)=4π( R + h /2)/L (2)
由( 2) 式得
R =nL/4π－h/2 (3)
式中 L—播种穴距。
R 和 n 应综合确定，先初选 R 值，再计算出 n 值。
因穴播器用作种肥间隔穴播，则需取与计算值相邻的偶数。确定后再用式(3) 确定值。经计算，穴播器的半径为 286.5mm，入土器个数定为 10 个。
3.2 入土鸭嘴
入土鸭嘴由固定鸭嘴和活动鸭嘴组成。只有当鸭嘴位于土壤最深处( 即穴孔最底端) 时，才被强制打开，将种子播于穴孔中。当鸭嘴转过凸台轮廓时，靠拉开的弹簧将其关闭。鸭嘴转动过程中绕螺栓转动轴转动，以保证鸭嘴的开启与关闭。
在保证鸭嘴工作时不堵土不挖土的情况下，选取鸭嘴后面角。鸭嘴斜角可按下式确定，即
α ≥arccosRs/(Rs+ h) (4)
经计算取α=600
入土鸭嘴高度 h 不仅影响孔深，还影响出土时的尖端刮土。根据玉米的播深要求 H =35mm，入土鸭嘴高度 h 可按下式确定，即
h = k1Hcos( 90°－ α) （5）
取h=60mm
根据成穴轮盘的直径和保证种子下落过程中不与鸭嘴发生碰撞的前提下，入土鸭嘴宽度在一般情况下可按下式确定，即
L = k2htan( 90°－ α) (6)
取L=20mm
其中，k1= 1.5 ～ 2.0，k2= 0.4 ～ 0.6 。

3.3凸轮设计
当穴播器工作时，由于凸轮的转动，推动活动鸭嘴运动，在穴孔最底端将鸭嘴打开投种，投种结束后鸭嘴出土，靠弹簧拉力将其关闭，所以凸轮的轮廓形状就间接地决定了打孔和播种的准确性与一致性。凸轮设计就是根据功能需求确定从动件的运动规律，然后计算凸轮的轮廓曲线。
凸轮的轮廓是由从动件所需要的运动规律决定的。从动件需要什么样的运动，凸轮就相应地有什么样的轮廓。一定的凸轮形状决定从动件一个相应运动规律。设计的凸轮易于加工，凸轮的尺寸根据播种深度、株距、鸭嘴长短及鸭嘴打开关闭的行程要求，通过电脑的模拟演示确定最终尺寸。凸轮参数分析简图如图5 所示。∠AOB 为凸轮推程运动角，∠COD 为凸轮回程运动角，∠BOC 为远休止角。设 R 为轮盘外径尺寸，R1为入土成穴器鸭嘴尖点到轴心的距离。

图5 凸轮参数分析简图
为保证鸭舌打开的时候不堵土，关闭的时候不夹土，设计和安装凸轮时应使入土成穴器鸭嘴运动到A点鸭舌开始打开，出土到 C 点时鸭舌开始关闭。因此，在设计凸轮在轮盘中安装位置时，应使凸台对应轮盘的点为凸台的推程起始点，对应轮盘的 C 点为凸台的回程起始点。为使凸轮对称，便于加工，可取∠COD = ∠AOB。根据农艺要求，播种深度 H 已知，为保证种子的播种深度，则有
∠AOB = arccos（R + H）/R1与∠BOC≥arccosR/R1－ ∠AOB
总之，合理设计凸轮及其安装位置，可以确保种子的播种深度，避免鸭嘴堵土和夹土现象。经计算取凸轮基圆r=155mm,凸轮升程角和回程角都取150。
4 结论
通过试验和上网对相关资料的了解，研究并克服外槽轮式穴播器排种脉动性和种子沟内分布不均匀性，进一步提高穴播器精密播种的水平，同时作出设计说明书，绘制CAD图纸，对大学所学作总结回顾，提高自己的动手能力及应用能力。。
这次毕业论文对外槽轮穴播器的研究不仅锻炼了我理论联系实践的能力，而且进一步巩固了我四年来所学的专业知识，使我对所学专业有了进一步的认识。同时，我也深刻地认识到自己知识的欠缺和能力的不足，这将激励我在今后的工作和生活中不断的学习，努力的实践，进一步充实自己，在实践中锻炼自己。

参考文献
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致 谢
在本次毕业设计过程中，赵晓顺老师对该论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予我细心指引与教导，使我对穴播器有了深刻的认识，使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心感谢。赵老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度、积极进取的科研精神以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。同时也要感谢导师组的各位老师，他们在本文写作的各个阶段给出了许多宝贵意见。导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神将永远激励着我。在四年的大学生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
在大学四年生活中，不断得到各位同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。特别要感谢的是我的家人，一直给予我各方面的关怀和支持，让我茁壮成长。
最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！
目　录
第一章 可行性研究报告概述 1
1.1项目名称 1
1.2项目承担单位 1
1.3项目建设地点 1
1.4可研报告编制单位 1
1.5项目概述及主要经济技术指标 1
第二章 编制目的、依据、原则和范围 5
2.1编制目的 5
2.2编制依据 5
2.3编制原则 5
2.4可行性研究的范围 6
第三章 建设的必要性 7
3.1符合国家“十一五”规划纲要和循环经济要求 7
3.2环境保护和节能降耗的需要 8
3.3企业可持续发展的需要 9
第四章 项目建设条件 10
4.1主体工程概况 10
4.2厂址选择 12
4.3公用设施及社会依托条件 12
第五章 改造规模与产品方案 15
5.1改造规模 15
5.2生产方案 15
第六章 生产设备节电技改方案 16
6.1企业能耗现状分析 16
6.2改造设备运行参数 16
6.3技术方案、设备方案 17
6.4项目建议改造方案 22
6.5消耗定额 25
6.6小结 25
第七章 项目实施机构和项目法人 28
7.1项目实施机构 28
7.2项目法人 28
第八章 环境保护 28
第八章 环境保护 29
第九章 社会经济效益 31
9.1环境效益 31
9.2社会效益 31
第十章 节约和合理利用能源 33
10.1节能依据及标准 33
10.2节能设计原则 33
10.3能耗分析 33
10.4节能措施及节能效果分析 34
第十一章 环境安全与劳动保护 35
11.1安全 35
11.2劳动保护 36
第十二章 生产管理与人员编制 38
12.1生产管理 38
12.2人员编制 38
第十三章 项目实施进度 39
13.1 建设工期 39
13.2 项目实施时期各阶段进度建议 39
第十四章 项目招标方案 41
第十五章 投资估算及资金筹措 42
15.1投资估算 42
15.2资金筹措 43
第十六章 经济评价 44
16.1项目周期 44
16.2成本参数 44
16.3损益类参数 44
16.4经济评价结果 45
第十七章 结论 47
17.1结论意见及总的评价、存在的问题和建议 47

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