小型滾筒式玉米播種機

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1、第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學生課外學術作品競賽 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學生 課外學術作品競賽 小型滾筒式玉米播種機 設計及制作 摘要 I 機械化是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要內容,是農業(yè)生產(chǎn)技術進步的重要體現(xiàn)。我國作為世界第二玉米消費大國，傳統(tǒng)的手工作業(yè)已無法滿足日益增長的市場需求。如今平原地區(qū)多使用大型玉米播種機作業(yè)，而對西北丘陵、山地和面積較小的耕地，大型玉米播種機只能“望而卻步”。本方案設計的小型滾筒式玉米播種機適合西北丘陵、山地和面積較小的耕地，并且彌補了現(xiàn)有氣吸式和輪勺式播種機水準差，效果不

2、理想的缺點。 這款小型滾筒式玉米播種機主要由驅動機構（小型汽油發(fā)動機、前后輪），送種系統(tǒng)（漏斗形裝種箱、邊緣空心同軸轉盤、空心滑桿），播種機構等組成。 送料機構采用內盤轉動，使玉米種子順著空心滑桿和滾筒倒角進入下種裝置，實現(xiàn)對玉米種子的輸送。下種機構基于四棱柱下種裝置和扭簧作用下的蓋土片結構，完成刨土、下粒、蓋土一體化耕作模式，另外設計的4個等間距下種裝置，使播種列距為11cm,行距12cm，實現(xiàn)了等距播種。 本產(chǎn)品采用機械原理，多種機械結構共同工作完成播種，可以解決西北地區(qū)耗費勞動力多，生產(chǎn)效率低的問題。以較小的成本創(chuàng)造較大的經(jīng)濟價值，市場應用前景廣闊。 關鍵詞：播種機 西北梯

3、田 滾筒式 輕巧靈便 I 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學生課外學術作品競賽 目錄 1 引言 1 1.1 研究背景 1 1.2 國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.3 設計思路 4 2 項目簡介 6 2.1 小型滾筒式玉米播種機的結構 6 2.2 小型滾筒式玉米播種機的主要特點 6 2.3 小型滾筒式玉米播種機的創(chuàng)新點 7 3 產(chǎn)品設計與功能實現(xiàn) 8 3.1進料機構 8 3.2送料圓輪 8 3.3空心圓管 9 3.4下種機構 10 3.5前后輪 11 3.6動力系統(tǒng) 12 4 試驗過程及結果分析 13 4.1 實驗過程 13

4、 4.2 實驗結果分析 14 參考文獻 15 小型滾筒式玉米播種機 1 引言 1.1 研究背景 在我國廣大的西北地區(qū)，丘陵、山地隨處可見，梯田形成了一道美麗的風景線。梯田在山坡上開墾，呈階梯形，由一塊塊小面積可種植土地組成，如圖1所示。在西北地區(qū)，梯田作為主要的農作物種植地，充分利用了山坡上的土地資源。近幾年來，隨著我國經(jīng) 圖1 西北梯田 濟的快速發(fā)展，平原地區(qū)農業(yè)生產(chǎn)已實現(xiàn)機械化，大大提高了生產(chǎn)效率，把從事農業(yè)生產(chǎn)的人們從繁重的農業(yè)勞動中解放出來。作為農業(yè)大國，我國玉米生產(chǎn)位居世界第二，年產(chǎn)量億余噸，占世界總產(chǎn)量的20%。同時，我國也是玉米頭號消

5、費國，消費量的90%以上靠國內生產(chǎn)。在玉米生產(chǎn)中，西北玉米種植區(qū)約占全國的3.5%，總產(chǎn)量約占3%。而在西北地區(qū)，大型農業(yè)機械卻無法進入梯田進行作業(yè)，只能“望而卻步”，因此在西北玉米種植區(qū)，玉米種植仍然是完全依賴人工去完成，使農民承擔著繁重的勞動。 玉米播種機能為玉米種植帶來極大的便利，但如今市場上可聯(lián)合作業(yè)的大型玉米播種機因為體積的限制，大多只能適用于平原上的玉米播種?，F(xiàn)有的可用于西北梯田作業(yè)的輪勺式玉米播種機作業(yè)效果差，而播種效果稍好的氣吸式播種機，需大型耕種機械帶動，結構復雜故障多，像梯田這樣小面積的耕地它們也無法進入。要想精確控制播種的距離，使播種均勻、行距穩(wěn)定、覆土良好、節(jié)約種子而

6、且工作效率高，市場上現(xiàn)有的玉米播種機是無法完全同時做到的。根據(jù)西北農業(yè)種植條件與當今玉米播種機的缺陷，我們設計出了該款新型玉米播種機，來彌補市場上現(xiàn)有播種機的缺陷。 1.2 國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和人口的快速增長，我國耕地面積急劇減少，尤其在平原地帶，但農業(yè)仍然是我國第一產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，2012年中國的玉米播種面積約5億畝，為世界第二玉米生產(chǎn)大國。而在生產(chǎn)日益機械化的今天，播種機在農業(yè)生產(chǎn)中必不可少，使用播種機進行農作物的生產(chǎn)，可以很大程度的提高生產(chǎn)效率，減少農民的工作量。 近幾年，我國的聯(lián)合作業(yè)播種機發(fā)展較快，該播種機主要有播種---施肥聯(lián)合作業(yè)機、耕作

7、---播種聯(lián)合作業(yè)機、松土---施肥---覆膜---穴播聯(lián)合作業(yè)機和施水---播種聯(lián)合作業(yè)機等，目前又發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)。聯(lián)合播種機的作業(yè)場景如圖2所示。 圖 2 聯(lián)合播種機作業(yè)場景 聯(lián)合播種機的作業(yè)可以極大的解決平原地區(qū)的種植作業(yè)問題，但是卻不能適用于面積狹小的西北梯田，而隨著西部大開發(fā)的進行，地理環(huán)境并不好的西北地區(qū)也逐漸進入人們的視野。據(jù)統(tǒng)計，西北地區(qū)的玉米種植面積占全國玉米總種植面積的3.5%，產(chǎn)量占全國的3%。然而，受到地理環(huán)境的限制，大型的聯(lián)合播種機并不能被用于土地面積狹小的西北梯田。因此，雖然占全國總

8、產(chǎn)量3%，西北的玉米種植仍以傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式為主，這種作業(yè)方式勞動強度大，作業(yè)速度慢，效率低，極大的限制了廣大西北地區(qū)的農業(yè)發(fā)展。西北地區(qū)地形如圖3所示。 圖3 西北地區(qū)地形 市場上現(xiàn)有的適合較小面積作業(yè)的播種機多以輪勺式和氣吸式為主，然而，輪勺式存在太多的作業(yè)故障，作業(yè)效率低且效果差。氣吸式雖然作業(yè)效果好，但是結構復雜，故障多，操作難度高，而且需要大驅動力帶動，因此對于以小面積梯田為主且山路崎嶇的西北地區(qū)，市場上現(xiàn)有的播種機遠遠不能滿足西北復雜地勢農業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)農

9、業(yè)機械化的需要。 對比現(xiàn)今市場中已有的播種機，該玉米播種機因其體型小、質量輕，更容易在西北地區(qū)的崎嶇山路上行走，播種機自身安裝的小型汽油發(fā)動機也能解決以大型動力裝置驅動的播種機無法進入梯田的問題，而且每次三行作業(yè)也能很大程度地提高作業(yè)效率。因此，對比現(xiàn)今市場上的玉米播種機，這款播種機更能滿足西北復雜地勢農業(yè)發(fā)展、實現(xiàn)農業(yè)機械化的需要。 1.3 設計思路 玉米作為我國主要糧食作物之一，每年種植面積高達5億多畝，其中梯田面積占全國種植總面積的17%，然而由于地理位置的限制，大型播種機無法進入梯田進行作業(yè)。因此，在西北地區(qū)仍以人工種植為主。為了改變西北地區(qū)種植效率低，勞動強度大的現(xiàn)狀，我們設

10、計研究了這款小型滾筒式玉米播種機。 該玉米播種機主要用于西北梯田玉米播種作業(yè)。由于是在山坡中開墾的一塊塊可耕種的土地，梯田面積狹小且交通不便，因此，該播種機應體型小，質量輕，便于攜帶；播種機的播種效果應該符合玉米的特性：間隔種植和合適的播種深度。 1.3.1 體積小，質量輕，便于攜帶 為了使該播種機實現(xiàn)體積小，質量輕，便于攜帶，該播種機設計長70cm,寬100cm,高90cm，簡約的結構設計減少了材料的使用，也減輕了機身自重，達到質量輕的目的。 1.3.2間隔種植及種植深度 為了實現(xiàn)間隔種植并保證合適的種植深度，我們設計了滾筒式播種機構，該機構主要由可旋轉的下種機構及

11、均勻固定在下種機構上面的下種裝置構成，播種機工作時，下種機構旋轉作業(yè)，下種裝置深入地下播種，實現(xiàn)了播種列距12cm，行距20cm，深度7cm，且每次播種3行。 1.3.3下種數(shù)量 玉米每次下兩粒最好，既有效避免缺苗現(xiàn)象，又避免了種子的浪費。為了控制播種機工作時每次總下的數(shù)量，我們設計用均勻的開有4個凹槽的送料圓盤旋轉送料，限制種子數(shù)量，確保每次種入的種子。 1.3.4 動力設計 由于大型動力設備無法進入梯田，我們在該玉米播種機上裝配小型汽油機提供動力。并且為了適應西北崎嶇的山路，我們設計了可折疊后輪，播種機工作時可將后輪折疊，對播種機作業(yè)效果無任何影響，播種機移動時，后輪可恢復

12、到非折疊狀態(tài)，方便播種機移動。 2 項目簡介 2.1 小型滾筒式玉米播種機的結構 為了實現(xiàn)設計的功能，我們將播種機設計為由機架、進料機構、送料圓盤、空心圓管、下種機構、前后輪、動力系統(tǒng)七部分構成。由機架構成播種機的框架，連接各個部分。通過進料機構保證種子的存放量和供給效果。通過進料圓盤和下種機構控制下種數(shù)量，保證精確播種。送料圓盤和空心圓管連接播種機上部和下端，保證種子被運送到下種機構。前后輪的設計使播種機輕松移動。動力系統(tǒng)為玉米播種機工作提供動力。 2.2 小型滾筒式玉米播種機的主要特點 （1）體型小，便于攜帶。該玉米播種機通過對外形及結構的設計和取材及動力系統(tǒng)的選擇，實現(xiàn)體型小、

13、質量輕，且設計可折疊后輪，很容易將其攜帶至工作環(huán)境。既能靈便地工作于狹窄梯田或“房前院后”等小工作場地，又減少了耗能。 （2）可等間距精確播種。通過獨特的轉盤設計，在轉盤內開以等間距凹槽，僅內盤與裝種箱種子接觸。通過內盤轉動，凹槽每次攜帶兩粒玉米種子至下端。下種機構設計4個等間距下精確播種。 （3）扭簧設計自動蓋土。通過對下種裝置，相鄰兩個下種裝置接觸地面時間間隔相等，從而實現(xiàn)等間距種管和蓋土片間用扭簧控制，在蓋土片接觸地面時，受機身自重擠壓，打開下種裝置，進行播種。播種后，壓力消失，扭簧作用，使蓋土片后受力作用后移，掩蓋玉米種子。 （4）僅前行時播種。通過設計齒輪連接后軸和轉盤所在

14、軸。齒輪單向轉動，從而實現(xiàn)播種機前行時帶動轉盤轉動，進行播種，后退時齒輪空轉，送料圓盤停止轉動，播種停止，減少了種子資源的浪費。 （5）故障少。通過純機械設計，結構簡單，很大程度地減少了因結構復雜帶來的故障。保證該玉米播種機既能靈便高效播種的同時，又減少了“后顧之憂”。 2.3 小型滾筒式玉米播種機的創(chuàng)新點 （1）獨特的下種機構。使用四棱柱形下種裝置，保證了播種時下種深度；創(chuàng)新性的扭簧和蓋土片設計，一次完成刨土、下種、蓋土三個作業(yè)過程。 （2）精密的播種機構。利用轉盤控制玉米下種數(shù)目并通過轉盤內盤等距凹槽和控制下種箱同速轉動來進行等間距種植，大大減少缺苗現(xiàn)象。 （3）巧妙的傳動裝置。

15、通過齒輪和鏈條連接，下種箱所在軸承和轉盤所在軸承的設計可使播種機在前行時播種，后退或轉彎時齒輪空轉停止播種。 （4）簡約靈巧的機身。產(chǎn)品結構簡單，減少了因結構復雜造成的使用故障。并且體積小，質量輕，即避免了使用后的土地硬化，也更方便人們攜帶。 3 產(chǎn)品設計與功能實現(xiàn) 該播種機由機架、進料機構、送料圓輪、空心圓管、下種機構、前后輪、動力系統(tǒng)七部分組成。機架主要起固定和支撐其他組成部分的作用；進料機構主要是在播種機工作時暫時存放并供給播種機種子；送料圓輪則是在播種機工作時將進料機構中的種子以每次兩粒的供給數(shù)量和一定的時間間隔送進空心圓管；空心圓管主要起到將被送入其中的種子順利的送進下種機構的

16、作用；下種機構將進入其中的種子以一定的行距、列距、深度種入地下并用土掩埋。 3.1進料機構 為了保證播種機在工作時種子的存放量和供給效果，我們將播種機的進料機構上部分設計為長方形，下部分為橫截面呈梯形的四棱柱。播種機工作時，將種子裝入進料機構，長方形的上部分保證了存放數(shù)量，而有斜面的下部分則保證了種子的供給效果，并且在種子存放數(shù)量不足時依然能繼續(xù)供給，從而大大的提高了種子的利用率并減少了缺苗現(xiàn)象。 3.2送料圓輪 為了保證每次種入地里種子的數(shù)量只有兩粒，我們首次提出了采用開有小槽的旋轉圓輪送料的方法。我們在一個圓輪上均勻的做出四個大小只能放下兩粒玉米的小槽，當播種機工作時，存放

17、在進料機構中的玉米會進到小槽中，然后隨著圓輪的旋轉被送進空心圓管，由于小槽是均勻的分布在圓輪上的，所以隨著圓輪的旋轉，玉米會在相同的時間間隔下被送入空心圓管。送料圓輪如圖4所示。 圖4 送料圓輪 3.3空心圓管 空心圓管的上端連接著內含送料圓輪的和送料圓輪同軸固定的圓形殼的底部，下端連著下種機構。進入空心圓管的種子會在自身重力的作用下沿著圓管下落并最終被送到下種機構。空心圓管結構如圖5所示。 圖5 空心圓管的連接 3.4下種機構 下種機構由大圓桶、軸承、開有倒角且

18、桶壁上開有和空心圓管外徑同樣大小圓孔的小圓桶、安裝有彈簧的可張開和閉合并且在斜面上做有蓋土片的四棱柱形下種裝置組成。下種結構實物如圖6所示，設計圖如圖7所示。 圖6下種機構 圖7 下種機構設計 其中，大圓桶的桶壁上均勻開有和四棱柱形下種裝置底面同樣形狀和大小的孔，四個四棱柱形下種裝置被均勻的固定在大圓桶桶壁的孔上。軸承外徑和大圓桶內徑一樣大并被固定在大圓桶靠近四棱柱形下種裝置的一側，大圓桶的另一側用和圓桶直徑一樣大小的圓形鐵板封閉。內側小圓桶外徑和所述軸承的內徑一樣大并被固定在軸承上，該圓桶的另一邊裝有和它內

19、徑一樣大的軸承。結構如圖8所示。 圖 8 下種機構 進入空心圓管的種子會落在開有倒角的圓桶里面的倒角壁上，由于種子下落時具有一定速度，所以會在慣性和碰撞的作用下沿著倒角壁滾落到裝有四棱柱形下種裝置的圓桶的里面。而且播種機在工作時裝有四棱柱形下種裝置的圓桶是不停的轉動的，而玉米種子一直處于圓桶內壁的最低處，所以隨著圓桶的轉動，玉米會由圓桶上開的槽進入四棱柱形下種裝置，隨著播種機的前進，該下種裝置會在播種機重力的作用下被壓進土里，下種裝置上的蓋土片會接觸到地面，由于受地面和自重擠壓，蓋土片會打開已深入地

20、下的可張開和閉合的下種裝置，從而使種子從下種裝置種入地下。隨著播種機繼續(xù)前行，播種裝置上的蓋土片后的土壤受到蓋土片的作用后移將種子遮蓋。 3.5前后輪 為了方便該播種機的移動，我們在播種機下種機構的兩側安裝了可折疊的輪子。當播種機進行播種作業(yè)時，可以將后輪折疊起來，不會對播種機的作業(yè)效果產(chǎn)生任何影響。當作業(yè)完成時，可以將輪子恢復原狀，保證了播種機在非工作狀態(tài)下移動的便捷。前輪使用充氣輪胎，兩個輪胎之間用軸固定連接在一起，軸上固定有鏈輪。當鏈輪轉動時，轉動的軸將帶動前輪。后輪折疊前后的效果分別如圖9、圖10所示。 圖9 后輪折疊前

21、 圖10 后輪折疊后 3.6動力系統(tǒng) 我們使用二沖程40-5小型汽油機發(fā)動機為播種機的前輪提供動力。該發(fā)動機型號為1E44-5，排量為49.9cc，發(fā)動機功率1.65kw，轉速6500～7000r/min，發(fā)動機型式為風冷二沖件，采用膜片式，燃油配比25:1。發(fā)動機上裝有離合器和變速箱，當播種機工作時，可以通過變速箱調節(jié)播種機的作業(yè)速度，并且通過離合器可以隨時停止播種機的工作，實現(xiàn)了在不同的環(huán)境下使用不同的速度作業(yè)，可以保證播種效果良好，發(fā)動機如圖11所示。

22、 圖11 二沖程40-5小型汽油機 4 試驗過程及結果分析 4.1 實驗過程 試驗過程中，我們遇到的問題及相應的解決方法。 (1)下種槽的改進:試驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)滾筒上的下種槽插入土壤中的深度不足。理想下種深度約為5厘米到7厘米，由于下種槽長度不足，導致下種深度只有2厘米到4厘米。我們對其做出改進，加長了下種槽長度，從而達到理想種植深度滿足5厘米到7厘米的要求。 (2)蓋土裝置的改進：試驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)種下的玉米有的不能完全被土掩蓋，種子裸露在外的現(xiàn)象很嚴重。通過對蓋土裝置的仔細觀察，發(fā)現(xiàn)存在兩個問題：一是扭簧的拉力不夠大；二是蓋土片的長度不夠長。為了解決

23、這兩個問題，我們換了一個粗徑的扭簧，并且對蓋土片進行加長，從而完美的解決蓋土問題。 (3)送料圓盤的改進：試驗過程中，我們將下種點刨開以后，觀察下種的數(shù)量與質量，預期效果是每個下種點兩粒種子，但是只有一粒種子的下種點較多。經(jīng)仔細研究發(fā)現(xiàn)，進料斗底部的送料圓盤上的進種槽太小。我們對其進行加寬加大，從而達到理想種植效果。 (4)后輪的改裝：試驗過程中，該玉米播種機在不工作狀態(tài)下，推動播種機時發(fā)現(xiàn)兩個問題，一是后輪無法完成轉向；二是播種機在不平坦路上行駛時容易碰到滾筒上的下種槽，影響正常行駛。我們對后輪做出改裝，把原先的后輪換成能夠轉向的輪子并加長了輪上豎直軸的長度。這樣就使得播種機能夠正常的轉

24、向和行駛。 4.2 實驗結果分析 試驗過程我們主要關注以下四個指標： 第一點，種子下落情況：包括下種的行間距和每個下種點的下種數(shù)量。試驗證明播種機前進速度并不影響種植玉米的行間距。通過對已下種點進行檢查，發(fā)現(xiàn)90%左右的下種點播種結果為2粒，符合預期要求。 第二點，播種深度及蓋土情況。通過試驗過程中對播種機下種裝置插入地下深度及已種下玉米深度的測量，得出下種深度約為5厘米到7厘米，蓋土效果良好。試驗證明蓋土片受力彈起土壤足夠為已種下種子蓋土。 第三點，操作是否費力。實驗過程中，土質符合播種要求，操作起來比較輕松。在小型動力驅動下，使用者只需手握播種機扶手，掌控方

25、向，播種機就能前進并且正常工作。在很大程度上減輕了勞動強度。 第四點，操作是否簡單，容易。實驗證明，使用只需掌控方向，無需學習，便可使用。 實驗結果證明了該玉米播種機達到了預期要求。 參考文獻 [1]洪立華，朱喜才等.淺談機械精播技術及優(yōu)勢［J］.農業(yè)機械.2011. [2]中國農業(yè)機械化科學研究院編.農業(yè)機械設計手冊［M］.中國農業(yè)科學技術出版社.2010. [3]淺談中國農業(yè)機械化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].農業(yè)機械.2010. [4]王知行，鄧宗全，機械原理[M].北京：高等教育出版社，2009.5. [5]劉明春, 鄧振鏞, 李巧珍, 等. 甘肅省玉米氣候生態(tài)適應性研究. 干旱地區(qū)農業(yè)研究, 2009.. [6]曉琳.與中國農機行業(yè)同行——從50年的《農業(yè)機械》看中國農機行業(yè)的發(fā)展[J].農業(yè)機械.2010. [7]任立選,李吉雙.播種機[M].石家莊:河北人民出版社.2010. 14