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畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）
題 目： 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)
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論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日
指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)背景 1
1.3 研究氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的目的及意義 4
1.4 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的主要研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求 5
2 方案選擇與概述 7
2.1 排種器的方案設(shè)計(jì) 7
2.2 起壟裝置的方案設(shè)計(jì) 9
2.3 風(fēng)機(jī)及傳動(dòng)裝置配置方式的方案設(shè)計(jì) 11
3 氣吸式排種器的設(shè)計(jì) 13
3.1 氣吸式排種器的性能分析 13
3.2 氣吸式排種器的技術(shù)要求 13
3.3 氣吸式排種器的結(jié)構(gòu)特征 13
3.4 氣吸式排種器的外部尺寸確立 15
3.5 氣吸式排種器排種盤的設(shè)計(jì) 15
4 單體播種系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17
4.1 傳動(dòng)方案的分析 17
4.2 地輪地面附著力與功率產(chǎn)生的分析 18
4.3 動(dòng)力傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)鏈輪鏈條的選擇 19
5 起壟旋耕機(jī)裝置的設(shè)計(jì) 23
5.1 起壟旋耕機(jī)的設(shè)備選型 23
5.2 起壟旋耕機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì) 24
6 風(fēng)機(jī)配置方案與傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 25
6.1 風(fēng)機(jī)配置方案的設(shè)計(jì) 25
6.2 風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 25
6.3 風(fēng)機(jī)傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
7 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
8 總 結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
為了節(jié)約蔬菜果蔬種植的種子成本，并結(jié)合我國現(xiàn)有的種植模式和農(nóng)藝要求，根據(jù)國外的部分蔬菜果蔬播種機(jī)械設(shè)計(jì)了氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，該設(shè)備可以完成蔬菜果蔬種子的單粒精密播種，一次作業(yè)可同時(shí)完成蔬菜果蔬八行兩壟種植，并能根據(jù)我國蔬菜果蔬現(xiàn)有種植模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起壟。該播種機(jī)由95馬力的拖拉機(jī)帶動(dòng)，主要的工作部件有傳動(dòng)系統(tǒng)，行走系統(tǒng)，開溝裝置，起壟裝置，氣吸式精密排種器，參數(shù)調(diào)節(jié)裝置等組成。該機(jī)械最核心的部件就是氣吸式排種器，采用氣吸式，可實(shí)現(xiàn)蔬菜果蔬的精密播種，降低了種子成本，并且減少了以后的農(nóng)藝操作。該機(jī)器的工作參數(shù)為工作速度0.632m/s,播種質(zhì)量達(dá)到97%,生產(chǎn)率達(dá)到0.5hm2/h。
關(guān)鍵詞：蔬菜果蔬；氣吸式精密播種機(jī)；起壟；設(shè)計(jì)；性能試驗(yàn)
Design of the Suction Carrots Precision Machine
Abstract
In order to save the planting cost of carrot seeds and combined with our existed planting patterns and agronomic requirements, the pneumatic carrot precision seeding machine is designed according to the components of foreign carrot seeding machinery. The device can finish the precision seeding of carrots’ single seed, and one operation can complete eight rows and two ridges cultivation at the same time. And it can realize the automatic ridging according to our country existing planting mode. The planter is driven by the 95- horsepower tractor, and its main working parts contain the transmission system, the running system, the ditching device, a ridging device, a precision seed-metering device and the parameter adjusting device. The core component of the machine is the suction seed metering device. It uses the air suction so that it can sow carrot precisely and reduce the cost of the seeds and the subsequent agricultural operation. The machine operating parameters for the its working speed is 0.632m/s.The quality of seeding reaches 97%and the productivity comes to 0.5hm2/h.
Key words: Carrots; Pneumatic precision seeder; Ridge; design; Performance test
1 緒 論
1.1 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)背景
蔬菜果蔬起源于中亞和地中海地區(qū)，栽培歷史在2000年以上[1]。我國于13世紀(jì)經(jīng)伊朗傳入。蔬菜果蔬具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，耐儲運(yùn)、宜加工，世界各地廣泛栽培，在許多國家和地區(qū)尤其是發(fā)達(dá)國家，是人們食用最多的蔬菜之一。我國為蔬菜果蔬生產(chǎn)第一大國，其保鮮及速凍產(chǎn)品銷往日本、韓國、俄羅斯、新加坡及我國香港、臺灣等地，罐頭產(chǎn)品則遠(yuǎn)銷美國、德國、英國、法國、中東等國家和地區(qū)，是近年來快速發(fā)展的主要出口創(chuàng)匯蔬菜品種之一。據(jù)FAO數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年全世界蔬菜果蔬種植面積為99.21萬公頃,產(chǎn)量2102萬t,我國種植面積37. 29萬公頃,產(chǎn)量達(dá)661萬t,占世界總產(chǎn)量的31%,位居世界第一。近十年來我國蔬菜果蔬生產(chǎn)進(jìn)入快速發(fā)展階段，產(chǎn)量由1992年的226萬t增加到2002年的661萬t，增加了192%，同期全球產(chǎn)量只增加了50%。我國蔬菜果蔬栽培主要分布在華北、華中、西南、西北與東北的部分省份，其中河北、河南、山東、遼寧、江蘇、四川、安徽、湖南、福建、內(nèi)蒙古、甘肅、、黑龍江、北京等省市的部分地區(qū)已形成規(guī)?；N植，近年來發(fā)展勢頭迅猛。在我國山東省壽光市化龍鎮(zhèn)蔬菜果蔬種植之鄉(xiāng)現(xiàn)有種植面積達(dá)到8000畝。并且現(xiàn)在隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜果蔬的種植面積還將進(jìn)一步增大。
雖然目前我國蔬菜果蔬的種植面積在世界上占了很大的比例，由于我國長期以來科學(xué)技術(shù)落后尤其在農(nóng)業(yè)方面，沒有自主研發(fā)的核心技術(shù)體系，使得我國蔬菜果蔬的種植機(jī)械化程度很低。目前我國主要的蔬菜果蔬種植模式還是采用人工播種，間苗，后期種苗管理的種植模式。在一些蔬菜果蔬種植規(guī)模較大的地區(qū)引進(jìn)了國外種子帶播種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蔬菜果蔬播種的精密播種，但這種播種方式需要有配套的種繩播種機(jī)和種帶生產(chǎn)機(jī)，蔬菜果蔬的播種流程過于復(fù)雜，而且還延長了蔬菜果蔬播種期前的準(zhǔn)備周期，增加了生產(chǎn)種植和技術(shù)成本。而且，使用種子帶播種機(jī)械還存在一些技術(shù)上的難題，如：種繩容易斷裂，帶繩及種子包裹紙陳本較高，不適合大規(guī)模的蔬菜果蔬種植，在實(shí)際應(yīng)用過程中出苗率并不能達(dá)到預(yù)期值。雖然此技術(shù)還存在一些缺陷，但是現(xiàn)在在一定程度上實(shí)現(xiàn)了我國蔬菜果蔬播種的機(jī)械化，減少了勞動(dòng)量，但是由于我國的國情，氣候，土壤狀況等，該項(xiàng)技術(shù)還不能完全適用于我國。所以此項(xiàng)技術(shù)并沒有在我國實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣?，F(xiàn)在對于我國大規(guī)模的蔬菜果蔬種植現(xiàn)狀，需要一種可以完全實(shí)現(xiàn)蔬菜果蔬單粒播種的精密播種機(jī)。目前在我國現(xiàn)有的科技水平下暫時(shí)還沒有成型的蔬菜果蔬單粒精密播種機(jī)。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了新的變革，逐步生態(tài)農(nóng)業(yè)方向發(fā)展，蔬菜果蔬播種機(jī)械的發(fā)展也深受影響，隨著蔬菜果蔬種植面積的不斷擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)蔬菜果蔬單粒播種的全程機(jī)械化作業(yè)成時(shí)代的必然選擇。并且對于精密式蔬菜果蔬播種機(jī)的需求也越來越大。在我國現(xiàn)行農(nóng)村勞動(dòng)力越來越少，采用原有的蔬菜果蔬種植模式，撒播跟條播方式，在蔬菜果蔬生長后期還必須得經(jīng)過人工間苗，增加了農(nóng)民的勞動(dòng)量，對于大規(guī)模的生產(chǎn)基地加大了生產(chǎn)成本。本文通過對我國蔬菜果蔬播種的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了與東方紅954型拖拉機(jī)配套的起壟式氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，重點(diǎn)為起壟裝置與氣吸播種器參數(shù)的確定以及部分機(jī)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新。
氣吸式蔬菜果蔬精密排種器[2]是整個(gè)氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的核心部件，所以這部分的性能的好壞將直接影響整臺蔬菜果蔬播種機(jī)的性能。本設(shè)計(jì)希望能夠在導(dǎo)師的幫助下，在利用自己的專業(yè)知識。在了解國內(nèi)外氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，完成一種新的適合于我國現(xiàn)有種植模式的蔬菜果蔬播種機(jī)的設(shè)計(jì)，以期滿足國內(nèi)關(guān)于蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)實(shí)需要。并且希望能夠在此過程中培養(yǎng)自己各方面的能力，促進(jìn)自己的全面發(fā)展，為以后的工作、學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.2 目前國內(nèi)外蔬菜果蔬播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
考閱國內(nèi)蔬菜果蔬種植的發(fā)展史，我國傳統(tǒng)種植模式為：
選擇土層深厚、土質(zhì)疏松、排灌條件好的砂壤土或壤土地種植,種植地塊翻耕深度應(yīng)在, 25-30cm既可壟作, 亦可畦作。畦作栽培時(shí), 畦寬一般1.0-1.5m, 株行距10×10cm2或12×12cm2。壟作栽培時(shí), 壟高約20cm, 壟頂寬30cm的種2行, 壟頂寬40cm的種3行, 株距10cm。
我國傳統(tǒng)的蔬菜果蔬種植過程為：
1，選種及土地平整；
2，條播或撒播；
3，育苗播種；
4，蔬菜果蔬前期間苗；
5，生長期管理；
6，蔬菜果蔬收獲。
但是，由于各個(gè)國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)力水平的發(fā)展極為不平衡，國外的蔬菜果蔬種植已經(jīng)放棄人工播種的舊模式，現(xiàn)在已形成產(chǎn)業(yè)化的機(jī)械化播種，并可實(shí)現(xiàn)單粒精密播種。而且對于國外的播種機(jī)型也有相應(yīng)配套的收獲機(jī)械。相比于我國的技術(shù)而言，國外的蔬菜果蔬精密播種技術(shù)與機(jī)械已經(jīng)相當(dāng)成熟。
1.2.1 目前國外蔬菜果蔬播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
歐美等國家對蔬菜果蔬播種機(jī)的研究起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高?，F(xiàn)在歐美，韓國等國家廣泛使用的是種子帶精密播種技術(shù)，并且此項(xiàng)技術(shù)在國外的傳播跟推廣很快?，F(xiàn)在日本跟德國開始研究氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)，并且該播種機(jī)生產(chǎn)已經(jīng)開始形成了一定的規(guī)模。
總之，在國外幾個(gè)主要生產(chǎn)蔬菜果蔬的發(fā)達(dá)國家，都形成了用精密播種機(jī)直接播種，基本上實(shí)現(xiàn)了蔬菜果蔬從播種到收獲的機(jī)械化作業(yè)。由于歐美等國家作業(yè)面積大，因此其蔬菜果蔬播種裝備具有大型化、高效率、價(jià)格昂貴、適應(yīng)大面積作業(yè)等特點(diǎn)，并且都已實(shí)現(xiàn)無人駕駛、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)控制。
圖1-1 意大利氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī) 圖1-2 新西蘭精密播種機(jī) 圖1-3 韓國播蘭特蔬菜果蔬播種機(jī)
1.2.2 目前我國播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
我國蔬菜果蔬栽培已有700多年的歷史，甚為普遍，主要分布在華北、華中、西南、西北和東北的部分省份，其中山東、河南、浙江和云南種植最多。然而蔬菜果蔬等經(jīng)濟(jì)類作物播種機(jī)械發(fā)展相對滯后，主要是這類經(jīng)濟(jì)作物的播種面積較少，再加上我國的經(jīng)濟(jì)作物還沒有實(shí)現(xiàn)工廠化的生產(chǎn)，并不適合機(jī)械化的播種。
目前我國市場上所有的蔬菜果蔬精密播種機(jī)械[3]如：種帶式蔬菜果蔬播種機(jī)，氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)都是近年我國在歐美日等國引進(jìn)來的。我國自主知識產(chǎn)權(quán)的蔬菜果蔬播種機(jī)械并未出現(xiàn)。現(xiàn)在由于我國政策對農(nóng)業(yè)的支持，一些高等院校和科研院所開始著手研究經(jīng)濟(jì)作物的精密播種技術(shù)。
圖1-4 蔬菜果蔬條播機(jī) 圖1-5 多行蔬菜果蔬播種機(jī) 圖1-6 雙行蔬菜果蔬播種機(jī)
1.3 研究氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的目的及意義
1) 蔬菜果蔬種子較小, 現(xiàn)在種植的蔬菜果蔬種子大部分經(jīng)過精選, 千粒重一般在1.1～1.5克之間, 按千粒重1.3g計(jì)算, 每克種子約為770粒。為保證出苗率, 人工播種一般每畝在300g左右, 取發(fā)芽率為85%, 每畝出苗數(shù)為19.64萬株。如采用機(jī)械播種, 畝播量可以控制在200克左右,出苗數(shù)約13.09萬株。通常每畝最終留苗4萬株左右, 如人工播種, 約有15.64萬株需要在間苗、定株等環(huán)節(jié)中靠人工拔掉, 勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。機(jī)播減輕了間苗的勞動(dòng)強(qiáng)度, 如果能實(shí)現(xiàn)機(jī)械精播, 每畝保留4萬株約為52g,與人工播種比較每畝可節(jié)約種子248g,蔬菜果蔬種子價(jià)格按60元/100g 計(jì)算, 農(nóng)戶使用機(jī)械精播每畝可節(jié)省種子費(fèi)用約150元, 并大幅度降低了人工間苗費(fèi)用。
2) 種子播種行間距準(zhǔn)確，規(guī)模一致，有利于后期的蔬菜果蔬實(shí)現(xiàn)機(jī)械收獲。與傳統(tǒng)育苗方式相比，省去育苗移栽環(huán)節(jié)和大量人力，種植方便，降低生產(chǎn)成本，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，解放生產(chǎn)力。
3) 與現(xiàn)有的種子帶播種方式相比，可以減少不少的操作流程，降低技術(shù)成本，減少勞動(dòng)量。而且種帶在播種工程中容易斷裂，而利用氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)可以實(shí)現(xiàn)種子的連續(xù)播種，節(jié)約時(shí)間，節(jié)約勞力, 高效率高質(zhì)量完成播種作業(yè)。
4) 應(yīng)用氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)，需人力較少，田間操作簡單，播種速度快，播種規(guī)范，減少間苗、定苗用工，播種工效顯著提高，而且可以減少種子的浪費(fèi)，節(jié)約成本。
5) 大規(guī)模搶時(shí)節(jié)播種時(shí), 可節(jié)約時(shí)間，種子發(fā)芽率高, 出苗整齊, 產(chǎn)品優(yōu)等品率高，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
隨著我國現(xiàn)在蔬菜果蔬種植面積的增大，而且蔬菜果蔬生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化，并且現(xiàn)在我國大規(guī)模所種植的蔬菜果蔬，種子一般是來自于國外的優(yōu)良品種，種子成本較高。利用原有的生產(chǎn)種植模式容易造成種子浪費(fèi)，種植成本的增加。本項(xiàng)目的研究是氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)設(shè)計(jì)，根據(jù)我國的基本國情和蔬菜果蔬的種植模式采用起壟單粒精密播種，有效地避免了種子的浪費(fèi)。并對后期蔬菜果蔬的生長管理減少了農(nóng)藝流程。這對于我國以后蔬菜果蔬實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的種植奠定了基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)蔬菜果蔬收獲機(jī)械化提供了重要的參照，本機(jī)械的設(shè)計(jì)研究對于提高工作效率、降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
1.4 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的主要研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求
1.4.1 研究內(nèi)容
本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是研究設(shè)計(jì)一種新型的氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，并可根據(jù)我國種植模式實(shí)現(xiàn)起壟耕作。該機(jī)配套國產(chǎn)東方紅954拖拉機(jī)，后懸掛配置，一次工作行程可完成耕地、整地、起壟、播種作業(yè)。工作幅寬為2.3m。機(jī)組工作速度為0.632m/s,播種質(zhì)量達(dá)到97%,生產(chǎn)率達(dá)到0.5hm2/h。我的任務(wù)是完成該播種機(jī)核心部件氣吸式排種器、起壟裝置以及整機(jī)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為氣吸式排種器的技術(shù)參數(shù)設(shè)定以及工作原理的分析。
根據(jù)國內(nèi)蔬菜果蔬播種模式的現(xiàn)狀，調(diào)查我國對蔬菜果蔬機(jī)械化播種技術(shù)的需求，并參照國外，像美國、意大利、新西蘭等國家的現(xiàn)有蔬菜果蔬播種機(jī)機(jī)型設(shè)計(jì)，該機(jī)能完成國內(nèi)蔬菜果蔬播種的基本要求，并可實(shí)現(xiàn)單粒精密播種。在設(shè)計(jì)過程中通過對課題任務(wù)書進(jìn)行分析和國內(nèi)外機(jī)型分析研究，并到我國蔬菜果蔬之鄉(xiāng)壽光化龍鎮(zhèn)實(shí)地調(diào)研意大利進(jìn)口的氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，參照該機(jī)型設(shè)計(jì)初步方案，進(jìn)行理論分析，確定方案，并對主要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行初步的分析和計(jì)算。并對于國外機(jī)型不適合我國的種植模式的缺陷進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)安裝了起壟裝置，并減少了在播種過程中國外機(jī)型種子損失過大，調(diào)整了適合我國蔬菜果蔬種間距的參數(shù)，提高了播種質(zhì)量和工作效率，減少了蔬菜果蔬生產(chǎn)種植成本，期望達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。
1.4.2 技術(shù)路線
1.根據(jù)我國目前的蔬菜果蔬種植模式和前景，了解本次設(shè)計(jì)任務(wù)的目的及意義。
2.去我國蔬菜果蔬之鄉(xiāng)山東壽光市化龍鎮(zhèn)實(shí)地調(diào)研，參觀現(xiàn)場蔬菜果蔬機(jī)械化播種過程，并根據(jù)該意大利機(jī)型進(jìn)行理論和原理分析，再次基礎(chǔ)上改進(jìn)創(chuàng)新。
3.利用原有機(jī)型的主要尺寸數(shù)據(jù)及參數(shù)，使用Pro-E三維模型軟件對機(jī)械仿真成型，并改進(jìn)創(chuàng)新。增加適合我國種植模式的起壟裝置。并對主要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.排種器核心部件的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算。分析氣吸式排種器的工作原理，通過該原理并參照國內(nèi)外各種氣吸式排種器的基本模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5.對播種機(jī)起壟裝置的選擇設(shè)計(jì)。采用選取配套旋耕機(jī)，并對旋耕機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使與播種機(jī)配套使用。
6.整體方案的確立?；緟?shù)以及零部件的各項(xiàng)尺寸基本確定，使用Pro-E軟件繪制各部分以及整體零部件的繪制，并對整機(jī)裝配成型。
7.整機(jī)模型的基本確立。在三維成型后對所有的零件尺寸以及裝配進(jìn)行協(xié)調(diào)改進(jìn)，使整機(jī)的尺寸合理，結(jié)構(gòu)合理緊湊，以期望達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
8.對所有三維零件圖以及整機(jī)裝配圖紙進(jìn)行二維生成修改，并完成設(shè)計(jì)說明書。
1.4.3 設(shè)計(jì)要求
1.滿足我國對蔬菜果蔬播種的整體需要，適應(yīng)我國的起壟或畦作的生產(chǎn)模式。
2.在播種過程中必須能夠?qū)崿F(xiàn)蔬菜果蔬種子的單粒播種，種間距與行間距可以根據(jù)不同的生產(chǎn)模式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.播種的過程中，避免產(chǎn)生種子的阻塞或卡種，完成種子種植流程的通暢進(jìn)行。
4.設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)合理緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，滿足我國現(xiàn)有的機(jī)械生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。
1.4.4 研究方法
調(diào)研我國現(xiàn)有的蔬菜果蔬播種機(jī)械[4]，以及參考國外現(xiàn)有的蔬菜果蔬精密播種機(jī)，根據(jù)我國自己的蔬菜果蔬種植模式，并現(xiàn)場拆裝國外氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，對關(guān)鍵的零部件進(jìn)行原理以及技術(shù)參數(shù)分析，掌握國外現(xiàn)有技術(shù)的工作原理，利用我們所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)的各項(xiàng)知識，利用Pro-E三維軟件仿真模擬，綜合改進(jìn)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的機(jī)器結(jié)構(gòu)，并滿足我國現(xiàn)有蔬菜果蔬種植的農(nóng)藝要求。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中用到了機(jī)械測繪、對比實(shí)驗(yàn)法、Pro-E繪圖技術(shù)、CAD制圖技術(shù)。
2 方案選擇與概述
氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)[5]主要是由旋耕機(jī)，起壟裝置，播種機(jī)單體，風(fēng)機(jī)，連接架，機(jī)架，地輪和動(dòng)力傳動(dòng)裝置組成。在設(shè)計(jì)的方案選擇上主要是有排種器的選擇與設(shè)計(jì)，整體機(jī)型的結(jié)構(gòu)方案選擇。本設(shè)計(jì)通過對比優(yōu)化現(xiàn)在所有的設(shè)計(jì)成型的排種器進(jìn)行對比優(yōu)化，并結(jié)合國外先進(jìn)的機(jī)型[6]，選擇設(shè)計(jì)出適合我國國情的空穴率低、生產(chǎn)播種效率高的優(yōu)秀方案。
2.1 排種器的方案設(shè)計(jì)
排種器[7]的主要結(jié)構(gòu)為排種盤、排種器外殼、種箱以及一些相對應(yīng)的傳動(dòng)裝置等零部件。其中該機(jī)構(gòu)的核心部件為排種盤為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的設(shè)計(jì)參數(shù)與計(jì)算直接對整個(gè)機(jī)器播種率有較大的影響。
氣吸式排種器的主要工作原理：氣吸式播種機(jī)是應(yīng)用氣吸原理進(jìn)行排種的, 它的排種圓盤不是水平放置而是垂直安裝在種子箱底面, 一側(cè)與種子室的種子相接, 另一側(cè)與密閉氣吸室相接, 在排種盤上開有小孔為氣流通道并在播種過程中吸附種子，實(shí)現(xiàn)種子的掛接。在種箱的下部與排種盤相連的部位有一個(gè)類似于圓柱輥?zhàn)铀频牟シN裝置，保證種子順利進(jìn)入到排種盤內(nèi)。在排種盤的一側(cè)還有去除多余種子的裝置刮種器，實(shí)現(xiàn)種子單粒掛接。氣吸室和風(fēng)機(jī)相連, 風(fēng)機(jī)工作時(shí)使氣吸室產(chǎn)生真空度, 因而造成排種盤兩側(cè)壓力差, 在壓力差的作用下, 種子被吸附在吸種孔周圍。由于排種盤的轉(zhuǎn)動(dòng), 當(dāng)吸種孔帶著種子通過刮種器時(shí), 多余的種子便被刮掉。當(dāng)排種盤轉(zhuǎn)到吸氣室以外時(shí), 由于失去了對種子的氣吸作用, 再通過另一個(gè)吹氣室，在風(fēng)壓的作用下以及種子的自重作用落下, 通過輸種管進(jìn)入種溝。排種盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn), 吸種孔再次進(jìn)入氣吸室, 又在壓力差的作用下吸附種子, 如此循環(huán)連續(xù)進(jìn)行排種。
2.1.1 草擬方案
方案一：使用現(xiàn)在我國的通用型氣吸式排種器[8]，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，該氣吸式排種器的工作原理為氣吸式排種。
方案分析：這種排種器的通用性強(qiáng)，適用于多種蔬菜以及糧食作物的播種，對于整機(jī)的設(shè)計(jì)減少了設(shè)計(jì)成本，不需要單獨(dú)的設(shè)計(jì)排種盤以及配套的排種器。但是此種氣吸式排種器是通用性的，對于工作要求的種子形狀要求較大，所以在使用此種排種器前，必須先對種子進(jìn)行包衣技術(shù)，而且在播種的過程中，此種排種器的排種量較大，最后在種子進(jìn)入輸種管時(shí)，沒有氣吹這一步，對于蔬菜果蔬種子自重較小且形狀不規(guī)則的狀態(tài)，很難實(shí)現(xiàn)種子的自我下落至輸種管，不太適合這種細(xì)小的蔬菜果蔬種子。并且此種方案的排種器加工起來復(fù)雜，要求的技術(shù)精度跟裝配精度較高，目前我國的工業(yè)水平還打不到這種水平。總體看來此方案的氣吸式排種器復(fù)雜了蔬菜果蔬播種種植的工作流程，加大了蔬菜果蔬種植的生產(chǎn)成本，不適合我國的工業(yè)技術(shù)水平，而且也不適合我國蔬菜果蔬播種的播種量要求。故此種排種器在此氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的使用上推廣不大。
圖2-1 排種器結(jié)構(gòu)圖
1.種子室 2.下刮種器 3.推種器 4.上刮種器 5.種糧限位板 6.排種器殼體 7.吸種孔氣流清理裝置 8.排種傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 9.氣流通道
方案二：使用氣吸式和氣吹式復(fù)合結(jié)構(gòu)的排種器[9]，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，該種排種器的主要工作原理是：在風(fēng)機(jī)的作用下，利用空氣動(dòng)力學(xué)在排種器的吸氣室產(chǎn)生負(fù)壓，將種子吸掛在排種盤上，當(dāng)排種盤轉(zhuǎn)動(dòng)到氣吹室時(shí)，由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生吹氣動(dòng)力，種子在這個(gè)風(fēng)壓以及自重作用下落入輸種管，進(jìn)入種溝，實(shí)現(xiàn)播種過程。并且在排種器的吸氣室與吹氣室之間還加有一個(gè)刮種裝置，將多余的蔬菜果蔬種子刮掉。
方案分析：此種排種器機(jī)構(gòu)不需要對種子實(shí)施播種前的包衣處理，對種子直接播種。而且此排種器的排種盤適用于像蔬菜果蔬類的微小蔬菜種子，對于形狀不規(guī)則的種子適應(yīng)性強(qiáng)，播種效率高。在此排種器的結(jié)構(gòu)上還有刮種裝置，實(shí)現(xiàn)了蔬菜果蔬播種的單粒精密播種。對于附加的吹氣室，也可以較大提高種子落種率，減少播種的空穴率。提高蔬菜果蔬播種的播種質(zhì)量。該裝置的蔬菜果蔬排種器排種量在150g/hm2,播種質(zhì)量達(dá)到97%,空穴率低于2%，生產(chǎn)率達(dá)到0.5hm2/h。此種方案在總體設(shè)計(jì)上符合我國的基本國情，達(dá)到我國的機(jī)械加工水平。
圖2-2 氣吸式和氣吹式復(fù)合結(jié)構(gòu)的排種器
1.儲種箱 2.刮種器 3.排種盤 4.排種器殼體及吸氣管、吹氣管 5.攪種輪 6.排種器蓋
2.1.2 方案確立
對比兩種排種器方案，第二種方案最適合我國現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)水平，其播種的質(zhì)量跟技術(shù)參數(shù)也符合我國現(xiàn)有的蔬菜果蔬播種農(nóng)藝。故本設(shè)計(jì)選取第二種方案作為本機(jī)型的排種器。
本設(shè)計(jì)將在現(xiàn)有的此種排種器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加部分結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，通過對排種器一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，完善現(xiàn)有排種器機(jī)構(gòu)的漏播率，刮種不徹底的缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)出適合我國農(nóng)村需求的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)，為我國農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民的發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
2.2 起壟裝置的方案設(shè)計(jì)
目前我國還沒有對蔬菜果蔬播種的現(xiàn)有機(jī)型，根據(jù)我國現(xiàn)在蔬菜果蔬的種植模式，一般采用的是起壟表土播種的模式。此種種植模式對土地的平整度和松實(shí)度有一定的要求，一般為節(jié)約生產(chǎn)種植成本，我國大規(guī)模的使用起壟耕作的模式來滿足蔬菜果蔬種植的基本需求。而該起壟裝置設(shè)計(jì)主要目的就是滿足起壟要求。它的基本工作原理是：利用犁刀耕地，在進(jìn)行整地作業(yè)，完成整個(gè)播前土地工作。
2.2.1 草擬方案
方案一：使用我國2BL-2型蔬菜果蔬起壟播種機(jī)的起壟裝置。如圖2-3所示：
圖2-3 2BL—2型蔬菜果蔬起壟播種機(jī)
1.施肥鏟 2.地輪 3.地輪支臂螺栓 4.機(jī)架 5.變速器 6.種肥箱 7.播種鎮(zhèn)壓裝置U型卡子 8.播種鎮(zhèn)壓裝置 9.鏵子
方案分析：這種起壟裝置只是適合于單行或雙行的小規(guī)模的播種機(jī)構(gòu)使用。不適合在大規(guī)模種植生產(chǎn)模式的機(jī)械上安裝使用，雖然其有著功率損耗較小，尺寸小的好處。但我對我們這個(gè)氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)配套性使用上不符合條件。故此種起壟裝置不推薦使用。
方案二：使用我國現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型的旋耕機(jī)作為主體起壟裝置的主機(jī)，在外加小部件的起壟板結(jié)構(gòu)，利用旋耕機(jī)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)土壤的起壟和分壟。
方案分析：該裝置的起壟的結(jié)構(gòu)有配套的旋耕機(jī)作為主體，可在生產(chǎn)播種機(jī)時(shí)進(jìn)行配套的購買，減少了生產(chǎn)加工成本。而且旋耕機(jī)的起壟作用對于鏵子式的起壟裝置來說，效果要明顯好于鏵子式。故本設(shè)計(jì)選取第二種方案作為本機(jī)型的起壟裝置。
該方案的起壟裝置將在標(biāo)準(zhǔn)型的旋耕機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造加工。如圖2-4所示：
圖2-4 旋耕機(jī)起壟裝置
1.旋耕機(jī)中間犁 2.懸掛架 3.旋耕機(jī)變速齒輪箱 4.旋耕機(jī)機(jī)體 5.中間分壟裝置 6.側(cè)邊扶壟裝置
2.2.2 方案確立
對比兩種設(shè)計(jì)方案，第二種方案最適合，在利用現(xiàn)有的旋耕機(jī)的基礎(chǔ)上加設(shè)一些輔助部件，完成旋耕機(jī)整體平地起壟分壟的工作。使用此設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性上可以減少生產(chǎn)加工播種機(jī)的設(shè)計(jì)成本，減少了生產(chǎn)工作量。并且在工作效率跟工作幅寬上也可以滿足本設(shè)計(jì)的兩壟八行蔬菜果蔬播種機(jī)的設(shè)計(jì)要求。故綜合比較選擇第二種起壟裝置較為合適。
2.3 風(fēng)機(jī)及傳動(dòng)裝置配置方式的方案設(shè)計(jì)
氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)上，根據(jù)其基本的工作原理可得它必須有自己的動(dòng)力輸出以及配套的風(fēng)機(jī)裝置。所以在設(shè)計(jì)上就必須安排該機(jī)器的風(fēng)機(jī)與傳動(dòng)裝置的配置。在配置方案設(shè)計(jì)上有兩種方式。
方案一：傳動(dòng)以及固定的風(fēng)機(jī)架和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在配置上主要采用側(cè)邊配置，該方案可不用改進(jìn)旋耕機(jī)的原有變速箱系統(tǒng)，在旋耕機(jī)主動(dòng)軸上安裝鏈輪帶動(dòng)。但是在使用過程中，由于整體機(jī)體的左右配重不一致造成對蔬菜果蔬播種質(zhì)量的影響。使得兩壟蔬菜果蔬的播種深度不一致。
方案二：傳動(dòng)及固定的風(fēng)機(jī)架和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在配置上主要采用的是中部放置，該方案可有效地解決第一種方案左右配重不一致的問題，需要對現(xiàn)有的起壟裝置的旋耕機(jī)變速箱改進(jìn)，將添加一根副傳動(dòng)軸及傳動(dòng)齒輪。并且在我國現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)上完全有能力實(shí)現(xiàn)。
綜合比較兩種的配置設(shè)計(jì)方案，選擇第二種設(shè)計(jì)方案作為我們這臺氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的傳動(dòng)及風(fēng)機(jī)配置方式。
3 氣吸式排種器的設(shè)計(jì)
3.1 氣吸式排種器的性能分析
氣吸式排種器是氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件，它的性能參數(shù)直接影響到我所設(shè)計(jì)的氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的播種質(zhì)量，播種效率等重要的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)我國蔬菜果蔬種植的基本模式，并查閱了《蔬菜果蔬種植技術(shù)》，一般要求是壟作栽培時(shí), 壟高約20cm,壟頂寬30cm的種2行,壟頂寬40cm的種3行, 株距10cm。根據(jù)新的技術(shù)要求行間距應(yīng)由現(xiàn)在的12cm左右增加到18～20cm,株距由8～10cm縮小到6～8cm,密度由3310萬株/hm2增加到3715～3910萬株/hm2?，F(xiàn)在依據(jù)國內(nèi)外的蔬菜果蔬種植機(jī)械，我所設(shè)計(jì)的氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)完全能夠滿足我們國家對于蔬菜果蔬種植的農(nóng)藝要求。
我所設(shè)計(jì)的氣吸式排種器主要是由排種盤、排種器殼、去種機(jī)構(gòu)、種箱、動(dòng)力傳動(dòng)裝置組成。再對現(xiàn)有的氣吸式排種器的改進(jìn)上做了部分設(shè)計(jì)計(jì)算，優(yōu)化了技術(shù)參數(shù)，以使其能夠達(dá)到預(yù)計(jì)的測試結(jié)果。
3.2 氣吸式排種器的技術(shù)要求
1.滿足精密穴播的要求，種間距達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)并可根據(jù)實(shí)際種植模式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.播種量的可調(diào)節(jié)性，以及盡可能的減少蔬菜果蔬種子的破碎率和卡種率。
3.滿足精密播種的技術(shù)要求，單粒單穴，保證出苗率在97%以上。
3.3 氣吸式排種器的結(jié)構(gòu)特征
氣吸式排種器主要是由排種盤、排種器殼、去種機(jī)構(gòu)、種箱、動(dòng)力傳動(dòng)裝置組成。根據(jù)現(xiàn)有部件進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)，如圖3-1所示
圖3-1 氣吸式排種器
1.小錐齒輪 2.掃種軸 3.深溝球軸承 4.軸承端蓋 5.種箱 6.排種器殼1 7.去種器 8.查看窗蓋 9.固定螺柱 10.觀察口 11.維修端蓋 12.除雜口 13.排種盤 14.排種器殼2 15.大錐齒輪以及傳動(dòng)軸
工作原理：工作前，先將部分蔬菜果蔬種子放置在種箱內(nèi)。該排種器的動(dòng)力來源于中間的大錐齒輪軸，錐齒輪軸的軸端部位為一個(gè)方軸鏈輪。鏈輪在外接動(dòng)力的支持下帶動(dòng)大錐齒輪以及排種盤做圓周運(yùn)動(dòng)，與大錐齒輪相配合的小錐齒輪帶動(dòng)小錐齒輪軸做圓周運(yùn)動(dòng)，小錐齒輪軸其實(shí)是一個(gè)掃種軸。由于蔬菜果蔬種子質(zhì)量小，體積小，形狀不規(guī)則，在自重的狀態(tài)下很難實(shí)現(xiàn)種子的運(yùn)動(dòng)，故使用這種掃種軸來輔助蔬菜果蔬種子的運(yùn)動(dòng)。在排種盤的下面是排種器的氣室盤，其盤內(nèi)分布著吸種室與吹種室。種子在種箱內(nèi)進(jìn)入掃種軸的種室內(nèi)，在種室偏上的部分排種盤下就是吸種室，吸種室在吸種風(fēng)機(jī)的作用下充滿了氣壓[10]。在壓力的作用下，蔬菜果蔬種子被吸附在排種盤的小種空內(nèi)。種子隨著排種盤做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，到達(dá)去種機(jī)構(gòu)，去種機(jī)構(gòu)對排種盤上的種子有一個(gè)刮種的作用，保證了每一個(gè)排種盤的種孔內(nèi)只有一粒種子，保證播種機(jī)的單粒播種。刮完種后的排種盤繼續(xù)順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，到排種器達(dá)下部的吹種氣室，在吹種氣室也有一個(gè)吹種氣壓，在其氣壓的作用下，種子從排種盤中的種孔掉落，掉落到排種器下部的排種管內(nèi)。完成一個(gè)排種周期，排種器在外在動(dòng)力下循環(huán)的做此工作行程。
3.4 氣吸式排種器的外部尺寸確立
我設(shè)計(jì)的氣吸式排種器根據(jù)現(xiàn)有的氣吸式精密播種機(jī)[11]的排種器的外部結(jié)構(gòu)大體一致，然而蔬菜果蔬排種器的有些部分與別的氣吸式排種器不一致。我在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了以下幾個(gè)問題：
第一，大多數(shù)的氣吸式排種器的種箱結(jié)構(gòu)都是與排種器獨(dú)立分開的，單獨(dú)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，并且種箱的尺寸太大。我將排種器的部分結(jié)構(gòu)利用排種器殼來支撐，減少了總體尺寸。并根據(jù)蔬菜果蔬種子的形態(tài)特點(diǎn)，以及每個(gè)行程的工作量，確定了種箱的尺寸。
第二，氣吸式排種器的厚度一般都是較大的，因?yàn)槠洳シN的種子尺寸比較大，我在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)蔬菜果蔬種子的形狀特點(diǎn)，減少了排種器殼體之間的尺寸，減少了加工制造成本。
通過解決了以上兩個(gè)問題，結(jié)合成型的排種器結(jié)構(gòu)并考慮了我國現(xiàn)有的加工制造工藝，擬定了排種器的外部尺寸。
3.5 氣吸式排種器排種盤的設(shè)計(jì)
排種盤在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，依據(jù)已經(jīng)確定的排種器外部尺寸確定了排種盤的尺寸。在種孔的設(shè)計(jì)上，根據(jù)對蔬菜果蔬種子的樣本分析，確定了種孔的尺寸為R2，并在整個(gè)圓盤的尺寸上，依據(jù)排種盤的運(yùn)動(dòng)間歇程度，確立了128個(gè)種孔。對于其于錐齒輪傳動(dòng)軸的配合上，因?yàn)榕欧N盤的設(shè)計(jì)厚度只有2mm。所以為了加強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)的可靠性和滿足排種盤的強(qiáng)度，采用了正12邊邊形的結(jié)構(gòu)。為了減少剪切應(yīng)力和防止應(yīng)力集中。在多邊形的邊與邊的結(jié)合部位，采用了小圓弧的形式。因?yàn)榇思楦呔鹊木懿考?，所以在加工和設(shè)計(jì)計(jì)算上必須要嚴(yán)格的尺寸的定位。并且其加工材料應(yīng)具有很強(qiáng)的強(qiáng)度，防止其因?yàn)樽冃?，影響播種質(zhì)量。具體形狀如圖3-2所示：
圖3-2 排種盤
1.排種盤主體 2.固定多邊形 3.種孔
4 單體播種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該單行播種系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)時(shí)對于單行蔬菜果蔬播種的設(shè)計(jì)分析，整個(gè)氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)的機(jī)體是由八個(gè)播種單體組成的，播種單體主要是由機(jī)架、排種器、前鎮(zhèn)壓輪、后鎮(zhèn)壓輪、覆土機(jī)構(gòu)、前平土機(jī)構(gòu)、開溝器、高度調(diào)節(jié)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成的。能夠完成一行蔬菜果蔬的播種工作。結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：
圖4-1 氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)單體
1.調(diào)整連接架 2.調(diào)整手柄 3.高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 4.連接調(diào)整固定結(jié)構(gòu) 5.鏈輪罩 6.排種器 7.刮土板 8.后鎮(zhèn)壓輪 9.覆土器 10.開溝器 11.傳動(dòng)系統(tǒng) 12.前鎮(zhèn)壓輪 13.平土器
4.1 傳動(dòng)方案的分析
該單行播種系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)如框圖4-2所示：
在整個(gè)單體播種系統(tǒng)中[13]，采用的是鏈傳動(dòng)。并且分析本設(shè)計(jì)，單體有兩個(gè)鏈傳動(dòng)裝置。在設(shè)計(jì)排種單體是，為了讓單體可實(shí)現(xiàn)單體開溝器及覆土裝置的高低，采用了可調(diào)節(jié)的方案設(shè)計(jì)安裝，這就要求在傳動(dòng)時(shí)，必須能夠保證每一個(gè)高度值時(shí)，都能有一個(gè)合適的傳動(dòng)關(guān)系。若是采用單一的一條鏈來傳動(dòng)動(dòng)力。并不能穩(wěn)定的保證在每個(gè)可調(diào)節(jié)的狀態(tài)時(shí)提供整個(gè)系統(tǒng)以安全的動(dòng)力。故在設(shè)計(jì)上采用兩條鏈對側(cè)分置的傳動(dòng)方式。
該單體播種系統(tǒng)的動(dòng)力來源于地輪驅(qū)動(dòng)如圖4-3所示。
圖4-3 地輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
1.主動(dòng)軸 2.鏈輪齒輪箱 3.地輪 4.傳動(dòng)鏈輪
應(yīng)校核地輪的附著力是否滿足要求，是否能夠提供動(dòng)力需求。
4.2 地輪地面附著力與功率產(chǎn)生的分析
整個(gè)播種機(jī)械的單體播種系統(tǒng)排種器的來源都來自于左右對稱的兩個(gè)地輪。采用人字形地輪。地輪的前進(jìn)主要來源于地輪與土壤之間的剪切應(yīng)力。在剪切土壤時(shí)其水平最大牽引推力可由公式4-1計(jì)算。
公式（4—1）
= 公式（4—2）
式中：——作用在地輪上的機(jī)體重量以及地輪自身重量，；
A——土地輪度土壤的抗剪面積，；
C——土壤的內(nèi)聚力系數(shù)，；
——土壤對地輪的垂直作用力，；
φ——土壤內(nèi)摩擦角；
根據(jù)整體播種系統(tǒng)的質(zhì)量870Kg分析估算得作用在葉輪上的重量=400Kg
根據(jù)蔬菜果蔬播種的土壤情況查閱相關(guān)資料確定參數(shù)C=0.426 kgf/，φ=29.96°
通過公式4—1計(jì)算得
能夠求出左右兩個(gè)地輪能夠提供最大的扭矩
根據(jù)扭矩可算出地輪所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)功率根據(jù)公式4-3
公式（4—3）
式中：——機(jī)械功率，；
——地輪能夠提供的扭矩，；
——地輪的轉(zhuǎn)速，；
根據(jù)機(jī)組的前進(jìn)速度0.632m/s，地輪的直徑，可以得出地輪的轉(zhuǎn)速。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出地輪的運(yùn)動(dòng)功率。
4.3 動(dòng)力傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)鏈輪鏈條的選擇
在經(jīng)過地輪產(chǎn)生的動(dòng)力到達(dá)每一個(gè)單體播種系統(tǒng)前還要經(jīng)過一系列的鏈輪與齒輪傳動(dòng)變換，最終到達(dá)每一個(gè)播種單體。在通過鏈輪與齒輪的交互變換后，會使傳動(dòng)的速度與方向發(fā)生相應(yīng)的改變。本節(jié)將會對蔬菜果蔬單體播種系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對部分元部件進(jìn)行選擇。
傳動(dòng)系統(tǒng)的變換結(jié)構(gòu)為一個(gè)鏈輪箱機(jī)構(gòu)，如圖4-4所示：
圖4-4 鏈輪齒輪箱
1.合成鏈輪齒輪機(jī)構(gòu) 2.齒輪 3.輔助鏈輪 4.鏈輪齒輪箱體
在地輪產(chǎn)生的動(dòng)力通過鏈輪以及鏈條傳動(dòng)到鏈輪齒輪箱。在由主動(dòng)方軸傳動(dòng)到每一個(gè)的播種單元。根據(jù)機(jī)組的工作速度0.632m/s，工作的蔬菜果蔬種間距為8cm，可以得出地輪的轉(zhuǎn)速。
在地輪產(chǎn)生的動(dòng)力由地輪軸端的鏈輪傳動(dòng)到鏈輪齒輪箱。并且整個(gè)單體播種系統(tǒng)中鏈條只是用于傳動(dòng)，并沒有用于換向跟調(diào)整轉(zhuǎn)速。故在鏈輪的選擇上，并根據(jù)整個(gè)單體機(jī)架的尺寸，在能夠滿足動(dòng)力輸出的狀態(tài)下選擇較小的鏈輪齒數(shù)Z=15。所以地輪軸端的第一級鏈輪選擇Z=15，與鏈輪箱配合的鏈輪尺寸也選擇為Z=15。進(jìn)入鏈輪箱由輔助鏈輪通過鏈條與合成齒輪鏈輪結(jié)構(gòu)，調(diào)整手柄軸結(jié)合在一起（調(diào)整手柄機(jī)構(gòu)并未在圖4-4中表示出來，它主要是用于調(diào)整鏈輪的選擇來調(diào)整傳動(dòng)比例，從而調(diào)整播種的種間距）。
在滿足我們現(xiàn)在所設(shè)定的機(jī)組運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，選擇合成鏈輪的尺寸為Z=15這個(gè)檔位，對于輔助鏈輪，只是起到了一個(gè)動(dòng)力輸出的作用。故其鏈輪尺寸也選擇為Z=15。在組合鏈輪的鏈輪選擇上有Z=15、Z=17、Z=19、Z=21、Z=23、Z=25幾個(gè)檔位，齒數(shù)的選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)手冊上，盡可能的選擇奇數(shù)系的鏈輪結(jié)構(gòu)。在對于最大的鏈輪結(jié)構(gòu)Z=25時(shí)，其尺寸較大，在選擇齒輪時(shí)就參照了大鏈輪的結(jié)構(gòu)選擇為Z=45齒的齒輪，該處的齒輪只是起到了傳動(dòng)換向的作用，并沒有對動(dòng)力進(jìn)行了變化，所以在于其配合的齒輪也選擇為Z=45。
在一側(cè)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置中，第一級傳動(dòng)軸端鏈輪，與鏈輪箱結(jié)合的部分鏈輪。根據(jù)公式4—4算的傳動(dòng)比。
公式（4—4）
因?yàn)榈剌喌目偣β省８鶕?jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，選定每一級鏈輪的傳動(dòng)效率，每對嚙合齒輪的傳動(dòng)效率。因?yàn)榈剌喌目偣β?
。所以在第一級鏈輪的功率。經(jīng)過鏈傳動(dòng)到達(dá)鏈輪箱的功率根據(jù)公式4—5可得為。
公式（4—5）
以此類比可算得最終到達(dá)主動(dòng)軸的功率。所以在主動(dòng)軸上的總功率。按照理想狀態(tài)的分配原則，每一個(gè)播種單體上所得到的功率。
根據(jù)每個(gè)播種單體系統(tǒng)鏈傳動(dòng)的工作情況以及主動(dòng)鏈輪的齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)所傳遞的動(dòng)率修正為當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率，根據(jù)公式4—6
公式（4—6）
式中：——工況系數(shù)；
——主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)；
——多排鏈系數(shù)：
——傳遞的功率，；
算得當(dāng)量功率。
鏈條的型號根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速。得選用鏈條的型號為081,查得節(jié)距，滾子直徑，根據(jù)播種單體機(jī)架的尺寸結(jié)構(gòu)，選定中心距，在單個(gè)播種系統(tǒng)中，所有的鏈輪尺寸都為。由公式4—7算得鏈節(jié)數(shù)。為了避免使用國度鏈接，應(yīng)該將求得的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)，所以該鏈節(jié)圓整取偶后得鏈節(jié)數(shù)為66，但是由于該傳動(dòng)部位有張緊輪裝置，故應(yīng)加大鏈節(jié)數(shù)，所以選擇鏈節(jié)數(shù)為76。
公式（4—7）
根據(jù)同理得對于排種器一側(cè)的鏈輪以及鏈條結(jié)構(gòu)選擇，選用鏈條的型號為081,節(jié)距，滾子直徑，中心距，取齒數(shù)為
，算得鏈節(jié)數(shù)，取整取偶得鏈節(jié)數(shù)為64。因?yàn)樵撆欧N器可以高度自動(dòng)調(diào)節(jié)，還加裝有張緊輪機(jī)構(gòu)，故應(yīng)加大鏈節(jié)數(shù)，最終選擇鏈節(jié)數(shù)為80。
根據(jù)同理得對于地輪一側(cè)的鏈輪以及鏈條結(jié)構(gòu)選擇，選用鏈條的型號為081,節(jié)距，滾子直徑，中心距，取齒數(shù)為
，算得鏈節(jié)數(shù)，取整取偶得鏈節(jié)數(shù)為94。因?yàn)樵撓到y(tǒng)還加裝有張緊輪機(jī)構(gòu)，故應(yīng)加大鏈節(jié)數(shù)，最終選擇鏈節(jié)數(shù)為100。
根據(jù)同理得對于鏈輪箱內(nèi)的鏈輪以及鏈條結(jié)構(gòu)選擇，選用鏈條的型號為081,節(jié)距，滾子直徑，中心距，取齒數(shù)為
，算得鏈節(jié)數(shù)，取整取偶得鏈節(jié)數(shù)為42。因?yàn)樵谶@個(gè)裝置內(nèi)，鏈輪是可以選擇的，而且其檔位可變化，還有一個(gè)手動(dòng)拉柄的裝置，故對于這個(gè)鏈條的選擇上應(yīng)加大選擇的鏈節(jié)數(shù)，所以確定最終的鏈節(jié)數(shù)為60。
在整個(gè)的傳動(dòng)裝置系統(tǒng)內(nèi)，需要對鏈輪傳動(dòng)有一個(gè)張緊裝置，避免在鏈條的松邊垂度過大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條震動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。最終是為避免對播種質(zhì)量的影響。為了減少不必要的設(shè)計(jì)，在整個(gè)單體播種系統(tǒng)中，采用最簡單的帶彈簧的自動(dòng)張緊輪機(jī)構(gòu)作為整個(gè)鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)的張緊方式。
5 起壟旋耕機(jī)裝置的設(shè)計(jì)
我國的蔬菜果蔬在播種時(shí)要求起壟耕作，而國外的機(jī)型并沒有自己的起壟裝置，需要在播種前進(jìn)行播前整地作業(yè)。我的設(shè)計(jì)是在整個(gè)播種系統(tǒng)的前端加裝了整地起壟裝置。不用單獨(dú)的進(jìn)行播前起壟作業(yè)。如圖5-1所示起壟旋耕機(jī)裝置：
圖5-1 起壟旋耕機(jī)裝置
1.懸掛架 2.旋耕機(jī)變速箱 3.旋耕機(jī)機(jī)體 4.固定架 5.中部起壟裝置 6.播種機(jī)連接架 7.側(cè)邊起壟裝置
為了減少設(shè)計(jì)的工作量，以及減少對蔬菜果蔬播種機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。我的起壟裝置采用的是在原有的旋耕機(jī)設(shè)備上進(jìn)行一下改進(jìn)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)我們現(xiàn)在氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)的起壟要求。
5.1 起壟旋耕機(jī)的設(shè)備選型
為了滿足我們設(shè)計(jì)的蔬菜果蔬播種機(jī)的工作要求，工作幅寬2.3m，壟高20cm兩壟的要求。我選擇的旋耕機(jī)的型號配置如下。
旋耕機(jī)技術(shù)參數(shù)：
耕深：
耕幅：
刀片數(shù)量：68
生產(chǎn)率：0.4—0.95
結(jié)構(gòu)質(zhì)量：
配套動(dòng)力：58.8—69.8
輸出轉(zhuǎn)速：
連接方式：三點(diǎn)懸掛
前進(jìn)速度：
外形尺寸（長寬高）：
5.2 起壟旋耕機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
為了滿足氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)的要求，以及蔬菜果蔬的種植要求，在旋耕機(jī)的兩側(cè)機(jī)體上外加了兩個(gè)起壟側(cè)擋板，并在旋耕機(jī)的中央部位焊接了一個(gè)三角形的分壟設(shè)備，該設(shè)備簡單易做。只要求用普通的5mm的鋼板焊接而成，再用鋼管機(jī)構(gòu)將該分壟裝置焊接在旋耕機(jī)上，起到了一個(gè)固定加強(qiáng)的作用。
在變速箱的改進(jìn)上也設(shè)置了不少的技術(shù)參數(shù)。在報(bào)廢的或者不用的同等型號的旋耕機(jī)上，選取傳動(dòng)軸，改裝變速箱，作為我們這個(gè)起壟式旋耕機(jī)的動(dòng)力分散裝置。為氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)提供風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來源。整個(gè)旋耕機(jī)起壟設(shè)備再與氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)連接在一起，就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)起壟播種的工作。
6 風(fēng)機(jī)配置方案與傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
6.1 風(fēng)機(jī)配置方案的設(shè)計(jì)
氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)上，根據(jù)其基本的工作原理可得它必須有自己的動(dòng)力輸出以及配套的風(fēng)機(jī)裝置。所以在設(shè)計(jì)上就必須安排該機(jī)器的風(fēng)機(jī)的配置位置。一般在國外有很多的機(jī)型都是將風(fēng)機(jī)偏置放置，為了減少其配重的不一致，在另一端加裝配重塊，已達(dá)到左右質(zhì)量的平衡。而我的選擇是將風(fēng)機(jī)的主要配重往整個(gè)機(jī)型的中心部放置，不再使用配重塊，減少整機(jī)的配重。如圖6-1所示：
圖6-1 風(fēng)機(jī)配置顯示圖
1.風(fēng)機(jī)架與X型架連接裝置 2.吹種風(fēng)機(jī) 3.吸種風(fēng)機(jī) 4.連接懸掛架及風(fēng)機(jī)架 5.帶輪罩板 6.鏈傳動(dòng)系統(tǒng)
6.2 風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
氣吸式蔬菜果蔬精密播種機(jī)需要有較大的動(dòng)力來支持氣吸式排種器的排種作業(yè)，而為滿足這一個(gè)要求就需要有風(fēng)機(jī)設(shè)備來為氣吸式排種器產(chǎn)生足夠大的負(fù)壓。因此在氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)的風(fēng)機(jī)動(dòng)力來源上有一個(gè)很重要的要求。必須滿足風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率要求。
在風(fēng)機(jī)的帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)，需要一個(gè)外加動(dòng)力源，該動(dòng)力源我設(shè)計(jì)來源于旋耕機(jī)變速箱。旋耕機(jī)的動(dòng)力參數(shù)為，故旋耕機(jī)的分出動(dòng)力源部分的轉(zhuǎn)速依據(jù)為。
根據(jù)排種器的要求，需要對風(fēng)壓有一定的要求[12]，風(fēng)壓的產(chǎn)生與風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源又有很大的關(guān)系。離心式風(fēng)機(jī)是產(chǎn)生播種負(fù)壓的主要部件。負(fù)壓的大小直接影響到播種機(jī)吸種以及播種的效率和質(zhì)量。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)氣吸式蔬菜果蔬播種機(jī)時(shí)選擇的吸種風(fēng)機(jī)以及吹種風(fēng)機(jī)型號所用的動(dòng)力完全能有拖拉機(jī)的旋耕機(jī)動(dòng)力源提供。要達(dá)到風(fēng)機(jī)的要求轉(zhuǎn)速就必須經(jīng)過變速。經(jīng)2級V帶增速使風(fēng)機(jī)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速(設(shè)計(jì)要求風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為，每個(gè)風(fēng)機(jī)的氣壓力，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為）。如圖6-2所示傳動(dòng)：
圖6-2 風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
1.吹種風(fēng)機(jī)帶輪 2.傳動(dòng)源鏈輪 3.吸種風(fēng)機(jī)帶輪 4.風(fēng)機(jī)架 5.組合式變速帶輪
在風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源與旋耕機(jī)的動(dòng)力匹配上，就需要用到鏈輪進(jìn)行傳動(dòng)。只是滿足動(dòng)力傳動(dòng)的要求，并不需要對動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整。故可使鏈輪的傳動(dòng)比保持在1：1的方式。選擇鏈輪的尺寸為。
在旋耕機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力經(jīng)過鏈輪傳動(dòng)到傳動(dòng)源鏈輪，給風(fēng)機(jī)帶來了最初的動(dòng)力源。根據(jù)公式6—1可計(jì)算出每個(gè)風(fēng)機(jī)所需要的功率。
; 公式（6—1）
式中：——功率，；
——風(fēng)量，；
——風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓，；7 n# I8 G% x- g; g& g: j& P
——風(fēng)機(jī)的內(nèi)效率，一般取0.75～0.85，小風(fēng)機(jī)取低值、大風(fēng)機(jī)取高值；
——機(jī)械效率，本設(shè)計(jì)用普通V帶傳動(dòng)取0.85；
由此可計(jì)算出吹種風(fēng)機(jī)與吸種風(fēng)機(jī)所需要的機(jī)械功率為。
6.3 風(fēng)機(jī)傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
由上節(jié)我們計(jì)算的風(fēng)機(jī)的總功率需要為，可通過公式6—2計(jì)算其計(jì)算功率。
公式（6—2）
式中：——計(jì)算功率，；
——工作情況系數(shù)，本設(shè)計(jì)計(jì)算選擇1.1；
——所需傳遞的額定功率，；
求得。根據(jù)計(jì)算功率與小帶輪的轉(zhuǎn)速，選擇普通的A型V帶。根據(jù)查閱的資料，A型V帶的帶輪最小直徑為75mm，又因?yàn)閼?yīng)使得大于基準(zhǔn)帶輪尺寸，故我選擇的小帶輪的尺寸為80mm。經(jīng)過計(jì)算可得帶輪的轉(zhuǎn)速在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。根據(jù)計(jì)算參數(shù)得，帶輪的增速比大于3.5。根據(jù)公式6—3得大帶輪的尺寸。
公式（6—3）
所以得出大帶輪為250mm與355mm。
根據(jù)機(jī)架的尺寸以及大小風(fēng)機(jī)的具體位置尺寸，確定帶輪的中心距。小風(fēng)機(jī)帶輪中心距=720mm，大風(fēng)機(jī)帶輪中心距=480mm。并計(jì)算相應(yīng)的帶長。根據(jù)公式6—4計(jì)算。
公式（6—4）
式中：為小帶輪直徑，為大帶輪直徑。
所以得小風(fēng)機(jī)=1960mm。大風(fēng)機(jī)=1640mm。
根據(jù)V帶的基準(zhǔn)長度系列，帶的基準(zhǔn)長度由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得。所以小風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)長度=2000mm，大風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)長度=1800mm。
實(shí)際的中心距近似為，根據(jù)公式6—5可得。
公式（6—5）
又考慮到帶輪在設(shè)計(jì)及制造的過程中的誤差，以及帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要，所以中心距有一個(gè)波動(dòng)范圍如公式6—6所示。
公式（6—6）
所以小風(fēng)機(jī)的帶輪中心距的波動(dòng)范圍是730—820mm，大風(fēng)機(jī)的帶