播种机的研究与设计.docx
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播种机的研究与设计
XX职业技术学院
毕业设计(论文)
系别:
学生姓名:
学号:
专业名称:
指导教师:
2013年4月23日
Xx职业技术学院毕业设计 学号:
播种机的研究与设计
学生姓名:
指导教师:
所在院系:
所学专业:
研究方向:
XXX
2013年06月
摘要
播种是农业生产过程中的基本环节,播种质量的优劣是农业增产的前提。
随着农业生产技术的发展和播种方式的更新,近30年来我国的播种技术和播种机械有了很大的发展[1]。
排种器是播种机的核心工作部件,其特性和工作性能对播种质量有着直接的影响。
电动机不仅可以使排种器轴转动达到均匀排种的目的,还可以通过调节电动机的转速来调整最适合种子生长的间距,用来适应不同作物的生长条件,能够极大地改善播种质量,从而达到增产的目的。
本文较全面的阐述了排种器的概况和国内外研究现状,探讨排种器的研究发展方向,分析了排种器的工作性能及结构特点,最后确定以多头螺旋网络型孔精密排种器为设计对象,多头螺旋网络型孔精密排种器是按螺旋原理设计的精密排种器。
种子按螺旋线均匀排列,型孔之间与行间均匀相同等距衔接,螺旋线排列的颗粒比直线排列的更稠密、更均匀、更连续。
由图2可以看出,多头螺旋网络型孔排列有利于个体间与行间均匀分布与衔接,是一种一器多用的多功能精密排种器。
关键字:
播种机,排种器,多头螺旋网络型孔精密排种器
Abstract
Sowingintheprocessofagriculturalproductionisthebasiclink,Sowingthestandorfallofqualityisthepremiseoftheagriculturalproduction.Alongwiththedevelopmentofagriculturalproductiontechnologyandtherenewalofthesowingstyles,plantingtechnologyplantingmachineshasdevelopedsofastinourcountrynearly30years[1].
Meteringisthecorecomponentofsowingmachine,itscharacteristicsandperformancehasadirecteffectonseedingquality.Themotorcannotonlymaketheseedingshaftrotationtoachievetheaimofevenseeding,canalsobebyadjustingthemotorspeedtoadjustthespacingismostsuitableforthegrowthofseed,toadapttothegrowingconditionsofdifferentcrops,cangreatlyimprovetheseedingquality,soastoachievethepurposeofincreasingproduction.Thispapercomprehensivelyexpoundsthegeneralsituationandtheresearchsituationathomeandabroad,researchthedevelopmentdirectionofthemeteringdevice,analyzestheworkingperformanceandstructuralcharacteristicsoftheseedmeteringdevice,finallydeterminedbasedonmulti-starthelicalnetworkholeprecisionseed-meteringdeviceasthedesignobject,longspiralholenetworktypeprecisionseederisaccordingtothespiraldesignprincipleofprecisionmeteringdevice.Theseedinahelicallinearrangedevenly,holesandrowsbetweenuniformequidistantcohesion,helixarrangementofparticlesthanlineararrayofmoredense,moreuniform,morecontinuous.ItcanbeseenfromFigure2,multi-starthelicalnetworkholesarrangedinfavorofindividualsbetweentheuniformdistributionandcohesion,isusingadeviceofmultifunctionalprecisionseeder
Keywords:
seedingmachine,seedingapparatus,alongspiralholenetworktypeprecisionseeder
第一章前言
(一)、本研究的目的与意义
玉米精密播种具有省种、省工、省时、高产、经济等诸多优点,也是保苗壮苗的重要技术措施,是增产的前提,精密播种机是影响我国玉米精密播种的关键。
播种机的主要构成部分——排种部件或排种装置,即排种器,也从远古的“瓠”发展到现今先进的振动气吸式排种器、液力排种器、集中式排种器等。
(二)、国内外研究现状
1、排种器在国外的发展
20世纪40年代,国外就开始研制各种精密播种机,如今已达到相当完善的程度,不仅能保证单粒精密播种,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[2]。
国外玉米精播主要有气力式和机械式精密播种。
50年代研制出的气力式精密排种器,现已应用于播种机的多种成熟机型。
气力式排种器又分为负压式和正压式。
负压式也叫气吸式,如法国的纽玛西姆精密排种器,其主要工作部件是一个竖直、带有吸孔的排种盘。
正压式又分为气压式和气吹式两种。
气压式是靠种子重力和刮种器完成刮种,如赛可罗排种器。
该排种器是一种气压集中排种式,主要由排种滚筒、毛刷刮种器、橡胶卸种轮等部件组成,排种滚筒的圆周上有8排窝眼孔。
气吹式排种器是用高速气流吹走多余的种子,如纽玛西姆精密排种器。
该排种器主要由型孔轮、气流喷嘴、推种板等组成,型孔轮的轮周均匀分布着锥形通孔[3]。
2、排种器在国内的发展
国内排种器以机械式为主,吉林工业大学研制的2BS-2型玉米精密播种机,可以将种子单粒分开,基本实现单粒排种,但会产生若干空穴和双株,仅适合半株距播种。
黑龙江八一农垦大学根据地膜覆盖精播玉米的要求研制的棱锥形孔排种部件,台架试验效果较好,但没有形成播种机成批量生产。
西北农林科技大学研制的2FBJD-2型玉米半精密播种施水覆膜机,一次完成深松、施水、定距、起垄和宽幅覆膜等。
新疆地区的2BCM-6型茬地免耕半精量播种机主要用于小麦收获后直接在麦茬地上进行玉米等中耕作物的半精量播种。
黑龙江省农业科学院成功地仿制了2XJB-4型小区精密播种机,在小范围进行了示范应用,但没有普及推广。
为提高该机的利用率,进行了针对大田播种的改进研究,使该机能够连续均匀供种,但存在作业速度低的问题[4]。
对于气力式播种机近年来国内也有研究。
我国先后研制了多种气力式精密播种机。
例如2BQM-3型免耕施肥气吸精密播种机(沈阳市通用长青机械厂),通过更换排种盘和链轮可进行玉米等作物的单粒全株距、单粒半株距穴播或条播作业。
农哈哈集团研制的2BYQF-4玉米气吸播种机,实现了单粒精播。
2BQYF-6硬茬播种机是气压式精密播种机,该机主要适用于小麦高茬地夏播作物的施肥精密播种,在一些地区得到了推广使用。
从总体来看,气力式播种机在国内发展较晚,大部分是从国外引进并改造的,而且只适用于小区作业
(三)、国内外常用排种器的分类
目前,国内外常用的排种器按播种方式可分为条播和穴播两大类。
条播排种器有外槽轮式、内槽轮式、拨轮式、勺式、磨盘式、花盘式、离心式及气力式等;穴播排种器有各种型孔盘式(水平的、竖直的及倾斜的)、型孔轮式、型孔带式、指夹式以及各种气力式(气吸式、气吹式及气送式等)。
按排种器能否形成等时距均匀种子流和精确控制排种量,分为精密排种器和非精密排种器。
精密排种器主要有机械式和气力式2种,其中气力式排种器包括气吸式、气吹式和气压式3种形式。
(四)、几种主要排种器的介绍
1、外槽轮式排种器
我国大部分谷物条播机均采用外槽轮式排种器,其基本结构如图1(见附录)所示,它由排种盒、排种轮、阻塞轮、排种轴、毛刷刮种器等组成。
工作原理是种子箱中的种子在重力场的作用下,经过箱底孔进入排种杯内,充满排种杯的种子部分充入排种槽轮的凹槽内排种轴带动槽轮转动,充人槽轮凹槽内的种子,随槽轮转动,而被强制排出排种杯排出排种杯的种子,经输种管到达种床未充人槽轮凹槽的种子,由毛刷刮种器留在排种杯内。
排种量的调整是通过改变槽轮的工作长度来实现的。
当槽轮的工作长度大于一个且小于两个作物种子长度时,此时凹槽内基本能容纳一粒种子,排种凹槽相当于型孔,此时可实现点播。
当增大槽轮的工作长度时,可增大排种量,提高了机具的适应性[5],凹槽排种器和带动层排种均为强制排种,因而外槽轮排种器的排种量比较稳定。
但是,凹槽排种具有脉动性,导致种子在行内分布的均匀性较差。
槽轮在排种盒内的伸出长度,称为槽轮工作长度。
轴向移动排种轴,可改变槽轮工作长度,以调节播量。
外槽轮式排种器的特点是:
1)通用性好,能播各种粒型的光滑种子,如麦类、高粱、豆类、玉米、谷子和油菜等。
2)播种量稳定,受地面不平度、种子箱内种子存量及机器前进速度的影响较小。
3)播量调整机构的结构较简单,调整方便可靠。
4)结构简单,制造容易。
5)各行播量一致性较好,但种子在行内分布有脉动现象,均匀性较差,且排种均匀性受机器震动的影响非常大。
2、圆盘式排种器
圆盘式排种器主要用于中耕作物穴播和单粒精密播种。
按圆盘回转平面的位置可分为水平、倾斜和竖直3种形式。
水平圆盘排种器构造比较简单,工作可靠,在机器前进速度较低时工作质量良好,因而应用很广泛。
水平圆盘式排种器由种子箱、推种箱、水平圆盘、下种口、底座、排钟立轴、水平排种轴、大锥齿轮、小锥齿轮、支架、万向节轴组成,其核心部件是一个位于种子箱底部的一个水平排种圆盘,盘的周边可根据种子粒型制成特别型孔,圆盘在地轮驱动下旋转,将冲入型孔内的种子带到排种口排出,通过导种管播入水中。
在排种盘上方装有刮种器和推种器,前者将型孔上对于的种子刮去,后者将型孔内的种子推入排种口,以防型孔堵塞,完成排种过程。
1.推种器2.刮种器3.排种盘
排种盘的特点:
有周边型孔式(称为槽盘)及型孔式(称为孔盘,可为圆孔、椭圆孔或其他型孔)两类。
周边型孔式对种子粒型的适应性比较好,所以应用较好。
型孔盘还可分为穴播型和单粒型。
穴播型每孔可容纳几粒种子,用于穴播。
单粒型每孔只能容纳一粒种子,适用于单粒精密播种。
如果在开沟器上装有成穴装置,则单粒型型孔盘也可用于穴播。
但是水平圆盘式排种器从排种口到种沟沟底距离(投种高度)较大,种子在投种过程中受导种管管壁的阻碍,而且在沟底的弹跳较大,会影响株距而降低株距合格率。
采用倾斜圆盘可降低出种口高度,但其传动比较复杂。
竖直圆盘排种器投种高度小,圆盘的后向分速可部分抵消机器前进速度,降低种子到达沟底时绝对速度的水平分速,减少种子在沟底的弹跳,其传动也比较简单。
但竖直圆盘型孔的充种性能稍差。
在高速作业时,圆盘式排种器充种都比较困难,播种质量不易保证。
3、气吸式排种器
气吸式排种装置是利用空气真空度产生的吸力工作的,其主要工作部件是一个带有吸孔的竖直排种圆盘。
排种盘的背面有真空室,真空室与风机吸风口相连接,使真空室内存在负压。
排种盘的另一面是种子室。
当排种盘回转时,在真空室负压作用下,种子被吸附于吸孔上,并随排种盘一起转动。
当种子转出真空室后,不再承受负压,就靠自身质量或在推种器作用下落到种沟内。
刮种片(播量校正片)的作用是除去吸孔上多余的种子,其位置可调整。
排种盘可以更换,以改变吸孔大小和盘上吸孔数,使之适应不同种子尺寸形状,并通过播种传动比和盘上吸孔数的改变,实现要求的株距。
1.气吸室2.排种盘3.存种室4.刮种器5.排种器体
图1-5气吸式精密排种器
气吸式排种器的特点是:
对种子尺寸形状要求不严格,通用性好,用吸孔吸种可提高播种机作业速度。
但是,气吸式排种器充种室种子群状态不合理会影响排种性能;回转的排种盘与不动的真空室配合,气密性要求高,结构较复杂,且容易磨损;刮种片的调整也比较麻烦;此外,一般气压(或真空度)在300~800mmH2O时,对风机及其动力传递结构要求较高。
4、气吹式排种器
气吹式排种器由德国贝克公司首先研制成功的[6]。
其排种装置是轮周制成有锥形通孔的行孔轮,用气流喷嘴代替刮种器,使每个型孔只充入一粒种子而实现精密播种。
气流清种原理是当充满种子的型孔通过气流喷嘴时,气流通过锥形型孔、型孔底部的小孔进入型孔轮内腔再排入大气。
因气流通过种子与小孔的缝隙时速度较高,形成压差,因而使一粒种子贴紧在锥形型孔的底部,多余的种子则被喷嘴喷出高速气流吹出型孔。
充有一粒种子的型孔进入护种器后卸压,靠重力或用排种板将种子推出型孔,排入种沟[7]。
文献[8]合理地在量纲分析的基础上,去得了充填压对充填层种子的平均作用力模型,并回归实验数据得出了型孔极限速度的公式,初步揭示了气吹式排种器的充种原理。
目前,美国约翰迪尔公司生产的播种机上很多应用的是气吹式排种器,其技术水平居于世界领先地位。
1.排种器壳体2.清种器3.吹嘴4.进种管5.型孔轮6.推种轮
图1-6气吹式排种器
气吹式排种器的特点是:
1)型孔为圆锥形,容积较大,因而充种性能好。
2)对种子的形状和尺寸要求不很严格,不分级的种子也可用。
3)播种不同作物种类只要更换型孔轮并相应地改变气压;调整株距只需改变传动比。
4)充种性能好,可提高机具工作速度。
(五)、排种器今后的发展趋势和要求
我国针对排种器的研究已经达到一定的水平,今后排种器将朝着高效、高性能、高精度、高适应性方向发展。
1)研究适合高速作业的排种器。
水稻种植随着国家规模化种植政策的推行,大田块规模经营势在必行。
大面积播种要求作业机器作业速度不低于8km/h。
但是排种器自身的排种速度直接制约了直播机的播种速度,如水平圆盘式排种器的排种盘线速度的许用值较低,对高速播种的适用性较差,因此发展适合高速作业的水稻排种器迫在眉睫。
2)提高排种器的作业性能和精度。
目前出现的排种器作业性能不是很高,要实现连续正常作业就要求机具具有良好的工作性能,不能漏播也不能多播。
特别是现有排种器很少有检查漏播的检测系统,因此要实现排种器连续正常作业就必须要加强其作业性能。
同时,随着超级稻的出现和发展,农艺上要求每穴种子最多不超过两粒,最少保证一粒,少于一粒造成漏播,多于两粒则抑制植株的分蘖能力,影响产量,同时造成优良种子的浪费,这又对排种器的播种精度提出了很高的要求。
3)发展新的排种理论。
排种器的发展经历了从机械式到气力式的过程,由于气力式排种器对种子性状的要求低,适应性强等优点得到了很大的发展。
现在排种器又有了新的发展,如电磁振荡式排种器、液力排种器、集排式排种器。
随着科技的进步与发展,电、气、液压控制日臻完善,对排种器的研究应跳出传统领域,可采用新的研究方向,实现排种器排种的精密控制。
第二章排种器的工作性能分析
排种器是播种机的核心部件,是决定播种机特性和播种质量的主要因素。
排种器工作性能的优劣将直接影响到播种机工作效率及作物出苗的质量,所以,了解影响排种器工作性能的因素十分必要。
(一)、排种器的排种均匀性
精密播种机使种子单粒均匀分布,其核心排种器技术为螺旋原理。
本精播技术是按螺旋原理设计的多头螺旋网络型孔精密排种器。
种子按螺旋线均匀排列,型孔之间与行间均匀相同等距衔接,螺旋线排列的颗粒比直线排列的更稠密、更均匀、更连续。
由图2可以看出,多头螺旋网络型孔排列有利于个体间与行间均匀分布与衔接。
排种轮的转动产生流动层,使横七竖八的种子顺直,充入竖直穴槽,充种率高。
这是颗粒均匀排放领域的创新,引导着精密播种技术发展。
该技术均匀性效果先进,使用操作简便,制作成本低廉,在成功精播小麦的基础上,增加了豆类、玉米和菜籽等主要农作物一器多用的多功能精密排种器。
(二)、现今排种器的发展方向
国内外播种机向精播发展,决定精播质量的关键部件排种轮(盘)(如图3所示)都是在非螺旋结构低水平高消耗徘徊,如气力式增配气泵,成本不低效果不佳,限制了均匀精密播种高产的实现。
螺旋型孔轮式排种器利用简单方式达到先进的效果。
型孔排列密致均匀有序,改变播种模式,单粒均匀精播玉米、豆类、麦类和水稻,使用操作及调整粒距、行距简便,位于领先水平。
螺旋型孔轮式排种器是按国家行业标准ZBB91029-90《播种机塑料排种器、排肥器技术条件》改进而成,装配尺寸与其相同,互换通用。
没有外槽轮的不良脉冲现象,比气吸式更胜一筹。
第三章排种器的设计
(一)、排种器的构成
1、排种轮的设计
常用型孔轮式排种器能够单粒播种,但事实上经常出现空穴漏播,效果不佳。
先进的气吸式排种器,均匀性好,但制作成本高,对玉米吸附力较差,需用动力大,使用操作复杂。
另外比较好的有玉米转仓式排种器,大豆立盘式排种器等,虽比气吸式成本低,但均匀性效果也差。
螺旋型孔轮式排种器成本约是气吸式的1%,操作使用简便,均匀性效果更好。
两种排种器的结构、原理不同。
关键是两种排种轮(盘)对种子排列(吸附)顺序不同,一个排列整齐一致;一个吸附的有横有竖,不易一致。
因此种子落地时差异很明显,一个差异小;一个差异大,均匀性有显著区别。
目前,已知排种器上的排种轮(盘),有窝眼、活窝抽拉、水平圆盘、立式圆盘等型孔轮,有的排放速度慢、效率低、易空穴漏播;有的成本较高、体积大、使用条件高,如气力式。
其主要问题和缺点是排种轮与地轮的传动速比问题,使排种轮上的型孔在设定速度作用下不易充种而产生空穴漏播。
解决上述技术问题所采用的技术方案是,采用颗粒均匀型孔排种轮,型孔为圆形(形状、尺寸与排放颗粒相适应),同一种形孔,按螺旋线排列,行与行之间交错排列,行列形孔不少于2个,4cm长排种轮1行,形孔2~6个。
这样与现有同直径排种轮相比,两倍以上地增加形孔在排种轮上的数量、两倍以上地降低与地轮传动速比,所排放颗粒(种子)只有进入型孔,并按型孔有序排列、均匀排放。
主要用在排放玉米、豆类、麦子、高粱、谷子、菜籽及芝麻等
2、排种盒的设计
排种器的排种盒为双腔,每腔宽40mm,每个腔中间有活板隔离墙可灵活拆装,拆下就是一个大腔,装上是两个小腔。
小腔排放小颗粒种子,如菜籽、籽麻等;大腔排放麦类、豆类、玉米和花生等大颗粒农作物,3组螺旋型孔排放轮根据播种需要,可以相互组合和自身2个相同的组合
3、刮种器的设计
刮种器安装在排种盒中前上方,能够上下移动调节。
排种轮直径56mm,比原外槽直径较大,与排种盒顶部距离约20mm,既防止种子在排种盒中架空,又有利于种子对型孔的充进,不空穴。
排种轮转动与刮种器(毛刷)配合使所排放的种子逼迫到型孔内,种子按型孔排列有序单粒均匀排放。
型孔前头深后头浅,种子1/4后头高翘,排种轮转动种子大部分过了刮种器,但后头高翘被刮种器压下使种子弹出型孔防止卡种。
软弹性刮种器将型孔外种子刮掉,使型孔内种子易通过。
型孔易浅不易深,浅型孔中的种子通过毛刷后易脱落不卡种。
解决了因型孔充种、卡种漏播的两大难题,并获得发明专利。
排种器排种轮上型孔与所排放种子颗粒形状相适应,型孔间隔离墙小于型孔尺寸。
刮种器与常用毛刷区别是软弹部分的长度尺寸与所排放颗粒高度相适应,形成技术体系。
实践证明,网络颗粒均匀排放定理对颗粒均匀排放有指导意义,即排种轮上的型孔形成网络分布并按螺旋线有序均匀排列是播种模式上的突破
(二)、新型排种器性能介绍
1、排种器的多用性
为了克服现有播种机的不足,使谷物精密播种机能满足播种玉米、大豆还有上述提到的谷类作物,采用的技术方案主要是:
排种器上有3种不同型孔按螺旋线排列的排种轮,适用于播种小麦、大麦、稻、小豆和高粱的为一种型孔;适用于播种玉米、大豆和花生的是另一种型孔;适用于播种芝麻、谷子和菜籽的是第三种型孔。
,每个种子箱安装在排种器与开沟器之间,无输种管,一个种子箱可以安装1~6个排种器开沟器。
开沟器能更换类型。
整机开沟器可以形成前后两排,使用时灵活选择单用或双用。
开沟器在排种器漏斗输种的有限距离调节行距;种子箱、排种器、开沟器、地轮和调节传动链轮组成单体部件,移动调节行距。
两种行距调解方式并存,满足上述谷类作物不同行距需要。
播量调节有地轮与排种轮之间传动链轮速比不同直径链轮变换调节;还有排种轮在排种盒中的工作长度调节。
两种播量调节方式并存,满足上述谷类作物不同粒距需要。
2、排种器的组成
多功能精密排种器主要由双腔排种盒、排种轮和刷种器等几部分组成。
排种盒子的装配尺寸与常规外槽轮的排种器相一致,4个镙丝孔,尺寸为110×84mm,排种轮的型孔为螺旋线均匀排列的精密排放轮,其工作长度40mm,型孔每行2~7个。
播量调节有两种方式,有常规的调解排种轮在排种盒中的工作长度,也可从改变地轮与排种轮的传动速比。
排种盒上面有2个封闭插板,任意选用。
其效果是,以简便机械结构方式,达到气力式复杂高成本精密播种效果,制造、使用操作简单,可与常规排种器互换通。
第四章排种器特点与部分部件的改进方案
(一)、排种器特点
多功能精密排种器的排种盒具有双腔,每腔宽40mm。
排种轮每行有2~7个型孔按螺旋线均匀排列,排列长度为40mm。
(2)播量调节具有传动数比装置,种子箱避开旋耕齿轮箱装置,降低了种子箱高度。
(3)采用浅型孔螺旋网络排列,降低了排种轮转速,种子排列均匀有序,能将型孔外种子刮掉,不损伤种子,又能让高出型孔中的种子,单粒在型孔中通过刮种器后及时排放,型孔中没有多余种子,并在排种轮工作转动中创造性地运用护罩。
(4)调节板有宽有窄,排种器的排种轮上窝眼每行按螺旋线排列是单位精密排种器,排种器安装在排种器板上,排种器板之间的距离和数量可以灵活选择,活版调节播种行距,满足不同农作物的行距需要。
(二)、部分部件改进方案
1、护罩。
本排种器包括排种盒、排种轮、阻塞轮和毛刷(或排种舌)等。
排种盒与排种轮转动相互摩擦的圆面上增加了护罩。
(减去常现排种器铆合的压盖及开盘)。
避免排种轮转动时与排种盒直接相互摩擦。
护罩可以利用弹性,缩小直径从侧面简便安装、拆卸。
排种轮可以采用两半燕尾槽联接、拆装更换简便。
2、牙盘。
本排种盒中的牙盘(又称挡圈),减去压盖和铆合,能简便灵活地安装使用,拆装方便、不需铆合,并且挡住种子不外漏。
采用上述方案,节省压盖,节省铆合,尤其是先装排种轮后上牙盘,适应性广。
3、型孔排击轮。
颗粒排放在型孔排击轮转动中进行,刮种器(毛刷)对排放的颗粒型孔产生推力下压舌头;排击轮继续转动到失重无压,舌头产生弹性运动,由容纳到弹
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