天津大学毕业设计精少量水稻直播机排种器的设计.doc

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天津大学
毕 业 设 计

中文题目: 精少量水稻直播机排种器的设计
英文题目: The Design of Pure Rice Direct
Seeding Machine

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2010 年 6 月
5

目 录

1 前言 1
1.1 我国水稻生产机械化现状 1
1.2 水稻直播机的优点 1
2 水稻直播机国内外研究现状 2
2.1 国外水稻直播机的研究现状 2
2.2 国内水稻直播机排种器的研究现状 3
3 精少量水稻直播机的整机配置和部件结构参数 3
3.1 精少量水稻直播机的总体配置 3
3.2 四轮驱动底盘的配置 4
3.3 播种工作部分 5
4 排种器的设计 5
4.1 水平惯性振动式排种器原理分析 5
4.1.1单轴式惯性振动机的基本理论 6
4.1.2水平惯性振动播种机的工作原理 6
4.1.3力学分析 7
4.1.4种子振动输送的基本型式 9
4.1.5种子的运动分析 9
4.2 水平惯性振动式排种器方案设计 10
5 双锥面水平圆盘排种器设计 12
5.1 工作原理 12
5.2 主要结构参数设计 12
6 结论 15
参 考 文 献 16
致 谢 17
附录1：外文文献原文 18
附录2：外文文献译文 23

摘 要
水稻直播省去了水稻种植中育秧、拔秧、移栽等繁琐环节，是水稻轻型栽培技术中最简单的种植方式，劳动强度低，种子消耗少，效益高，操作方便，具有广阔的发展前景。
针对现有水稻直播机播量大和均匀度差的问题，对精少量水稻直播机排种器进行了设计。主要介绍了精少量水稻直播机的整机配置和部分结构参数，重点论述了该机具的关键部件——水平圆盘排种器的结构设计；对种子的播种过程进行了分析，提出了影响播种效果的相关因素；介绍了所设计的水平圆盘排种器的排种性能，论证了其应用于水稻精少量直播的可行性；并在此基础上提出了双锥面水平圆盘排种器的改进方案。

关键词：水稻直播机；水平圆盘排种器；结构设计

ABSTRACT
As rice direct seeding spares such fussy processes as raising seedlings and drawing seedlings and transplanting rice seedlings，it is simplest planting manner among rice light planting technique.With low laboring intensity，little material resuming，high benefit and convenience operation，rice direct seeding has a wide developing future.
According to the present questions such as the large seeding quantity and the low seeding uniformity，the new kind of seeding device was designed.The parameter of the whole machine and its components were decided. And one of the key parts of the machine，which named the horizontal plate precision metering equipment were specified.The motion of seeding method was confirmed further and the influencing factor of the capability of seeding was obtained. Seeding performance for seeding device has been gotten. In this paper，seeding performance of seeding device and applying it to rice direct seeding were demonstrated.

Key words: Direct seeding machine；Seeding device；structural design
1 前言
1.1 我国水稻生产机械化现状
我国是水稻生产大国，常年种植面积约4.3亿亩，占全国平均粮食播种面积的28%、世界平均水稻种植面积的21.5%。我国一半以上的人口都以大米为主食，因此，水稻生产在我国粮食生产中占有举足轻重的地位[l]。但是到目前为止，我国水稻生产机械化率不足12%，在我国主要作物中机械化水平最低；而在水稻生产机械化中种植机械化水平最低，目前尚不足5﹪[2]。为了尽快改变长期以来广大农民“面朝黄土背朝天”的手工栽插的辛劳状况，提高广大农民的生活质量，发展水稻生产机械化，尤其是水稻种植机械化已迫在眉睫。
随着社会经济的发展，种植结构的调整，用工成本逐年上涨，以手工栽插为主的水稻种植比较效益低，不仅劳动强度大，而且劳动成本也大，农民增收困难，而水稻种植关系到我国的粮食自给的安全问题，是关系到国计民生的大事。随着我国经济的发展，亟需采取措施降低成本，加强市场竞争力。水稻机械化直播技术正是解决这一难题的有效途径之一。
水稻直播方式有条播、穴播(点播)和撒播。机械直播具有效率高、用工量少、成本低、产量高，经济效益高等优点。水稻直播比较容易实现机械化，在欧美一些地区采用飞机撒播，效率很高，目前我国和日本多采用条播和穴播的方式[3]。
直播技术不需要秧田，还可省去育秧和移栽的工序，直播技术在解决品种茬口、田难平、苗难全、草难除等问题后，被公认为是节本增效的高产栽培技术之一。
1.2 水稻直播机的优点
水稻直播机与目前传统的手工插秧相比，具有以下优点:
(1) 减轻劳动强度，减少劳力投入，提高工效
人工插秧，每人每天插秧在1～3亩左右，直播机工效相当于手工插秧的15～20倍。
(2) 减少作业环节及劳动力的投入
手工插秧首先要育秧，投入一定的劳动力做秧田、耕翻、平整秧田，播种，施肥等一整套秧田的管理过程，而直播技术无需这方面的作业环节，只要做好浸种及农田的耕整工作，就可直接进行播种作业，节省了秧田的作业费用，省却了起秧移栽过程。
(3) 节省种子
应用表明，实施精少量直播能减少用种量，达到水稻直播农艺要求，保证高产稳产。经测算，用水稻直播机作业，每亩作业费用为20元，而人工插秧达62元/亩，节省费用 42元/亩，机直播作业的费用是人工插秧的32%，费用低，综合经济效益显著[4]。
应用水稻直播技术，形成一定的规模之后，可以节省大量秧田，提高土地的利用率，减少用工量，有效地降低农本投入，增加农民收入。为提高水稻种植机械化水平，使农民从繁重的体力劳动中解放出来，降低生产成本，提高竞争力。
2 水稻直播机国内外研究现状
2.1 国外水稻直播机的研究现状
精密播种是指按精确的粒数、间距和播深，将种子播入土中。它可以是单粒播种，也可以将多于一粒的种子播成一穴，要求每穴粒数相等。精密播种可以节省种子，且不需间苗，与普通条播相比，种子在行内分布均匀，因而有利于作物的生长，可以提高产量。
育秧移栽是亚洲水稻种植的主要形式，它主要包括插秧、抛秧、钵体苗移栽等方法。直播是美国、澳大利亚、意大利以及其它一些欧洲国家水稻种植的主要形式，它具有作业效率高、劳动强度低、生产作业成本低等特点，尤其是节省水资源，因此适合于大规模种植。美国是最早实现水稻种植机械化的国家之一，主要采用直播机械种植。近几年来，随着社会经济的发展，劳动力成本提高，尤其是淡水资源的缺乏，亚洲各主要产稻国，如越南、马来西亚、泰国、菲律宾、韩国等国家，其水稻种植方式有从传统移栽转向直播种植的趋势[5]。
国外精量播种机的研制开始于20世纪40年代，如今己达到相当完善的程度，不仅能保证单粒精量播种，而且在播种机上设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、喷药装置[6]。
2.2 国内水稻直播机排种器的研究现状
国内20世纪70年代才开始研究精量播种机，排种器是精密播种机的核心部件，排种器的研究始终是研制精密播种机的重点环节。迄今为止，我国的播种机械专家、学者几乎涉猎了世界上所有的排种器形式，属于引进、仿制、研究、探讨的有外槽轮排种器、离心式排种器、内侧囊种式排种器、垂直圆盘式排种器、水平圆盘式排种器、倾斜圆盘式排种器、气吸式排种器、气压式排种器等等；属于我国独创的并大量生产应用的排种器有辽宁70-2型窝眼轮式排种器、鲁抗的摆杆式排种器、张波屏的纹盘式排种器、锥盘式小麦精密排种器等。当然排种器也有新发展，从传统的一器一行转向电磁振荡式排种器、液力式排种器和集排式排种器，都是排种器发展的新成果[7]。
集排式排种器又称集中排种器，是对一个排种部件一个种子箱或一个统一的输种系统同时进行三行或三行以上的多行播种装置，是对传统的一器一行排种器的革新和发展，是适应播种机高速高效的需要，也是排种器结构原理多样化发展的结果。集中排种器按其结构原理的应用范围分为机械式、气流机械式、气送式等三大类。集中排种系统的最大特点是提高了排种器的功效、简化了排种器的结构、提高了排种器结构布局的合理性，同时提高了田间的作业效率。然而，无论是传统的一器一行排种器还是如今广泛采用的集成排种器，都是针对小麦、玉米、大豆等作物的精量播种。
水稻的精量播种难度大，因此水稻在直播中一般是采用大播量条播，现有的水稻条播机大多是以外槽轮式或窝眼轮式排种器为核心工作部件。但由于播种器的结构限制，播种精度低、均匀性差、空穴率高、容易伤种等，而且浪费大量的优良种子。对于水稻尤其是杂交水稻的精量播种，国内目前还没有一种较为理想的排种器，至今也尚无成熟的机型。
3 精少量水稻直播机的整机配置和部件结构参数
3.1 精少量水稻直播机的总体配置
本设计主要针对适于杂交稻的精少量水稻直播机，其构造主要由四轮驱动行走底盘和播种工作部分组成。
行走部分选用P600高速插秧机的四轮驱动行走底盘，性能可靠，作业效率高，播种工作部分由排种器、开沟器、机架和变速箱等组成。
播种机的动力由万向节输出轴传至变速箱，再传至排种器，经排种器按一定的行、穴距播入水田沟中，最后覆上薄泥。其主要性能指标为：
各行排量一致性变异系数: ≤4.8%
总排量稳定性变异系数: ≤2.2%
种子破碎率: ≤0.4%
单行稳定性系数: ≤70%
行距: 300mm
工作幅宽: 1800mm
制造成本: 1.2万元/台以下(不含底盘)
3.2 四轮驱动底盘的配置
P600型高速插秧机的水田四轮驱动行走底盘,如图1所示，主要由变速箱、离合器、前桥、转向装置、后桥、前轮、后轮、株距齿轮箱、液压泵、油缸、万向节输出轴等组成。动力配置7KW(最大8.06KW)的汽油机，电机起动。

图1 水田四轮驱动通用底盘

(1) 变速箱
变速箱（主变速）内配置有前进挡3个、后退挡一个，前进挡中有二个田间作业挡，一个为陆地行驶快速挡及PTO，空挡。
(2) 副变速
副变速与主变速一起使用时可改变车速，副变速采用皮带轮无级变速机构实现，皮带轮组合D=164.7和D=70、D=127.5，通过改变D=70～127.5的不同直径，可实现5挡调速。
(3) 穴(株)距变挡
穴距挡位有3个，即14.5、12.8、11.3(cm)通过株距变速手柄实现换挡，即75、85、95(穴/3.3m2)。