半自动钵盘精密播种机的设计
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摘 要
为适合水稻播盘机械化育苗的要求,及单独播种和实现工厂化育秧的要求,针对槽轮或窝眼轮等传统的机械式播种机播种精度低,均匀性差,空穴率高等缺点,本文提出了一种推杆式播种装置,能与现有的各种育秧盘配套,且能达到精量播种的要求。并利用SolidWorks三维机械设计软件的功能强、操作简单、有较强的开放性等特点,对推杆式水稻钵育精密播种机的非标准零、部件进行了三维特征造型设计,完成机器的总体装配设计。与以往二维设计相比,缩短了产品的设计周期,减少了设计费用,大大提高了设计的精确性。
关键词:水稻钵育;播种机;偏心机构;推杆直径;SolidWorks
Abstract
Suitable site for the mechanization of rice seedling broadcasting requirements, and individual seedlings planted and the achievement of the requirements of factory, or fossa for the round trough oculi traditional mechanical low precision seeder sowing, poor uniformity, high rate of hole shortcomings, this paper Pusher planting a device with a variety of existing seedlings supporting plate, and can achieve the requirements of precision planting. And the use of SolidWorks 3D mechanical design software, and simple, there are strong characteristics of openness, on the putter-type precision seeder sterile rice bowl of the non-standard zero, three-dimensional characteristics of parts design, the completion of the overall machine assembly design. Compared with the previous two-dimensional design to shorten product design cycles, reduce design costs, greatly improve the accuracy of the design.
Key words:Sterile rice bowl; planter; eccentric institutions; putting in diameter; SolidWorks
目 录
摘 要I
AbstractII
前 言IV
1 精密播种机发展现状与趋势1
1.1 我国精密播种机发展现状1
1.2 精密播种机的发展前景1
1.3 精密播种的优点3
1.4精密播种机的工作原理4
2计算机辅助设计和SolidWorks软件的特点、应用5
2.1计算机辅助设计5
2.2 SolidWorks软件的特点5
2.3 Solidworks软件的应用6
3 水稻播种的整个过程6
3.1 塑料秧盘育秧的发展6
3.2 软盘育秧的工艺流程7
3.3 塑料秧盘旱育秧技术要点8
3.3.1 播种前的准备8
3.3.2 播种8
4 设计本机的前景及目的9
4.1 设计本机的前景9
4.2 设计目的10
5 播种机的总体设计10
5.1 各零部件的设计10
5.2 水稻钵育摆栽技术优点及发展16
5.2.1 钵育摆栽技术优点16
5.2.2 水稻钵育摆栽技术的发展16
5.3 结构参数设计的实验及结果分析17
5.3.1 实验条件及种子处理程度17
5.3.2 实验装置17
结 论18
参考文献19
致 谢20
中国是播种机的发源地,创造了世界上第一台播种机——耧车,创造了世界上第一个排种器——瓠种。这是二千至四千年前创造的历史功绩,为人类作出的重大贡献.
新中国成立以后,扭转了历史车轮。播种机故乡的臣民们迎头赶上,奋起直追,在短短四十多年里已创下无愧于祖先的新业绩。在这断时间里,我国播种机的研究经历了三个阶段:
1949——1957年主要是引进,仿制苏式播种机的阶段,伴随着传统农具的使用和发展。谷物条播机主要是2CK—16,CK—24,采用标准I型外槽轮式排种器。在东北和广大国营农场地区主要推广使用这些播种机具,初期的仿制也主要是这些机型,苏式的外槽轮排种器,双圆盘开沟器,水平圆盘排种器,滑力式开沟器等主要工作部件及其所反映的一套农艺规范,对我国播种机械的研究发展产生了极为广泛深远的影响。
1958——1977年播种机研究由仿制迈向自由设计阶段,伴随着全国范围的因地制宜的小型播种机械的蓬勃发展。这个时期的主要标志是:谷物联合播种机系列设计。这个时期的特征是,整机系列设计偏多,工作部件研究偏少;结构设计偏多,理论研究偏少;排种工作部件创新较少,沿袭旧制较多;苏式风格影响较多,博采世界众常较少。
1978年至今,是播种机研究的飞速发展阶段。一时间,我国变成了20世纪80年代播种机、排种器的博物馆、博览会。新机具试制,部件研究,理论探讨,发明创造成了这个时期播种机械发展的主要标志。播种机械园地迎来了两千年后的第二次辉煌。1983年6月中国农机学会种植机械分会与陕西省农机学会联手在古都西安——世界上第一台播种机耧车的诞生地,召开了全国精密播种学术讨论会。参加会议的专家讨论了精密播种技术在我国的发展情况,农作物精密播种的农艺要求及经济效益,精密播种与种子工程,各种形式精密排种器的试验研究,精密播种机检测手段,检控技术,试验评价方法,精密播种的概念,范畴及发展道路等。这是我国播种机械发展史上的一次空前盛会,既是对过去播种机特别是精密播种机研究成果的检阅和总结,又是对今后播种机研究的动员,大大推动了我国精密播种机的研究规模和深度。
1 精密播种机发展现状与趋势
播种机是农业生产中关键作业环节,必须在较短的播种农时内,根据农业技术要求,将种子播到田地里去,使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏,将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮,因而对产量的影响很大。由于精密播种可以保证种子在田间最合理分布,播种量精确,株距均匀,播深一致,为种子的生长发育创造最佳条件,可以大量节省种子,减少田间间苗用工,保证作物稳产高产。因此,现代农业对精密播种机械的要求越来越迫切。
1.1 我国精密播种机发展现状
水稻种植历来以移栽为主。水稻移栽作业弯腰曲背,面朝黄土背朝天,劳动强度非常大,广大农民无不梦寐以求实现农业现代化,但直到今天,我国水稻种植机械化水平仍然很低,水稻机械化示范工程已被国家农业部列为当前发展农业的四大工程之一。目前,制约水稻生产机械化发展的因素有育秧,栽植,收获三大薄弱环节,大力推广水稻钵盘工厂化育秧与抛、插、摆栽技术是突破育秧,栽植薄弱环节的障碍,快速发展水稻机械化生产的主要措施之一。
水稻联合播种机是工厂化育秧的重要组成部分,其工作性能的好坏直接影响播种均匀度,种子的出苗,机械抛秧的质量等要求。目前,代表我国精量播种机研制水平的主导机型主要有两种:一是槽轮式水稻播种机;二是气吸盘式水稻播种机。两类播种机作业工艺流程大致相同,都是完成塑料盘输送---铺底土---播种---覆土---刮土---浇水等工序。不同之处在于播种部件,前者采用槽轮排种种子散播或条播式落入秧盘中,随机性大,入穴均匀性差,单穴入种量大,易伤种,但空穴率小,能实现连续作业,效率高;后者采用气吸盘式播种,吸有种子的吸盘移至秧盘上方,切断气源,种子靠本身质量落入对应的秧盘穴中,实现对穴播种。此种方法的特点是每穴中的粒数可控制,播种精度高,空穴率低,且无机械伤种现象,但是其要提供良好的空气动力,这种动力只能用风机或吸尘器来提供,而这两种动力能源消耗的资金较大不利于推广,且造价较高,农民购买不起,不利于机械化的实现。所以本课根据以上种种条件开发设计了半自动精密播种机。
1.2 精密播种机的发展前景
在国外,中耕作物如甜菜、玉米、棉花和某些蔬菜、豆类的播种都已大量采用精密播种,主要采用机械式和气力式两种精密播种机。由于气力式播种机对种子尺寸要求不严,不需精选分级,容易达到单粒精播,而且通用性较好,又能适合较高速播种,因此使用气力式播种机越来越多。
为了达到单粒精播,提高株距均匀性,大多采用可精调的刮种器,将多余的种子清除掉;为了降低投种高度,减小种子下抛速度与前进速度之间的相对速差,而设置导种轮或导种管。
但是,精密播种受高速作业的影响很大。现有的精密播种机试验结果表明,一般作业速度在4~8 km/h时,其株距合格率达80%以上;而作业速度提高到11~12 km/h时,株距合格率下降到60%以下。可见高速精密播种机还有待进一步发展、完善。
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。
为了适应不同地区、不同土壤、不同整地条件的要求,大多数播种机上配有多种类型的开沟器(双圆盘式、滑刀式等)和镇压轮(橡胶轮、钢板冲压轮、铸铁轮、宽轮、窄轮等),供选用。同一型号的精密播种机又成系列,有多种行距和行数的变型。如美国CYCLO气压式播种机有牵引式和悬挂式,有4、6、8、12、16行等共16种机型,可为多种功率的拖拉机配套。
为了在最适宦的农业技术条件下、用最短的时间做到适时播种,以及随着拖拉机功率不断增大,为了充分利用其功率,因此要求提高播种机作业的生产率。
影响提高播种机组生产率的因素很多。除了提高机组的工作可靠性、减少故障、简化操作以减少辅助作业时间、提高纯工作时间的利用率外,提高生产率的最主要途径是增大播种机的工作幅宽和提高作业速度。增大播种机工作幅宽虽能直接有效地提高生产率,但加大工作幅宽使机体庞大,消耗金属多,成本高。同时,庞大的机体将受到田块大小、地头转弯以及道路运输的限制,使用不方便。因此,国外很重视提高作业速度的研究。
70年代,中耕作物播种机作业速度一般从4~6km/h提高到8~10km/h。如西德AermoatⅡ型气力式播种机、法国Pneumasem气吸式播种机和美国7000型指夹式播种机的作业速度为8~10 km/h,作业质量仍能符合要求。
但是,播种机高速作业带来一些问题,如排种性能下降,开沟深度变浅,种子在沟里弹跳、滚动加剧,以及驾驶条件恶化等等。因此,目前作业速度不能太高。
中耕作物播种机的工作幅宽,一般单机都由3~4 m增大到5~6 m有的工作幅宽更大,如美国CYCLO气压式播种机系列中的16行播种机,其幅宽达11.68 m。加大幅宽使播种机结构庞大笨重,使悬挂式播种机组纵向稳定性变坏,还受到地块大小、道路运输的限制。
播种同时进行联合作业的方式发展很快,形式也比较多,主要有两种:一是在大多数中耕作物精密播种机上都配置排肥器、施肥开沟器以及施撒农药和除莠剂的装置。如西德、法国和美国的几种精密播种机都可以在播种同时施化肥、撒农药和除莠剂。二是播前整地和播种联合作业,如旋耕播种机、犁播机以及有的在开沟器前方加波形圆盘或锄铲进行灭茬播种或少耕法播种,以减少耕作次数,提高生产率,降低作业成本,还可以减少土壤风蚀和起到保墒的作用。
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 精密播种的优点
随着我国农业机械化的发展,及实现我省工厂化育秧的先河,节省资金,精密播种技术已经成为农业现代化综合技术之一。由于精密播种不仅能节省大量优良种子和间苗劳力,而且还具有种子分布均匀,有利于作物生长,便于机械化等优点,各地都在积极的推广和应用,因此,迫切需要精密播种机械。
所谓精密播种,就是用播种机将种子播到土层中最理想的位置,以使作物生长发育良好一致,达到增产丰收,精密播种包括播下种子的精确数量,精密的株距和精密的深度。
近十几年来,精密播种在国外发展很快。精密播种的优越性已为实践所证实,主要有以下几点:
1.节省大量优良种子,有利于机械化。如按精密播种棉籽每亩节省10斤种子计算,全国7000万母棉田,可节省棉籽7亿斤。如精密播种玉米,每亩节省5斤,全国3亿亩,可节省亿15亿斤种子,是相当可观的。
2.节省间苗,定苗用工。
3.由于精密播种用种量少,节省了辅助作业的劳动量以及种子的保管, 贮存,清选,运输,拌药等工作量,并减少了物资消耗。
4.幼苗分布均匀,通风透光性好。能充分利用土壤的营养和水分;苗期 发育好,达到齐,壮,匀。
5.精播行距准确,苗带成线,偏差较小;有利于田间管理中耕除草的机械化。
精密排种器又是精密播种机的关键技术之一,国内外精密播种具有向气力排种的趋势,但是造价较高,农民购买不起,不利于机械化的实现。而半自动精密播种机和气吸式播种机相比较,有很好的优势,如下表:
机型需要人数播量kg动力来源辅助原理售价推广应用范围
气吸式225电吸尘器8千-4万室内
推杆式124人偏心轮4-5千田间,室内
所以,推杆式播种机必然成为主流,因为其独有的优越性---无需电能、操作简单、适应性广、适应性强,通用性好等优点,并可大大提高播种精度,在国内会得到广泛推广及应用。而此种播种装置尚数国内首创。
1.4精密播种机的工作原理
根据水稻钵育播种的功能要求,综合比较各种方式,确定设计方案;进行设计计算以及零部件的结构、尺寸设计。本设计采用推杆作为播种构件进行播种。水稻钵育播种的过程分为覆底土、压实、播种、覆表土等工序。推杆式水稻钵育播种机就是为完成播种的工序而设计。其它工序不在这里论述。播种机的主要结构如图1所示。播种原理是通过手轮进行动力输入,由主动轴带动偏心轮总成通过销连接到推种组合,从而带动推种杆上下运动。播种前将种子装入种箱内,使种子充满容种板的孔内,推种杆在容种板的上方。当推种杆向下运动时将容种板孔内的种子推入准备好的秧盘内,秧盘的位置由限位杆来确定。这样就完成一次播种过程。
图1 播种机总体设计图
1.手轮 2.主动轴 3.偏心轮总成 4.机架总成
5.导向杆 6.推种组合 7.推种杆 8.种箱
9.容种板 10.秧盘 11.限位杆
推杆式水稻钵育播种机的优越性,主要有以下几点:节省大量优良种子,有利于机械化。由于精密播种用种量少,节省了辅助作业的劳动量以及种子的保管、贮存、清选、运输和拌药等工作量,并减少了物资消耗。幼苗分布均匀,通风透光性好。能充分利用土壤的营养和水分;苗期发育好,达到齐,壮,匀。精播行距准确,苗带成线,偏差较小。SolidWorks是一种专门用于机械设计的三维特征造型软件, 它功能强、操作简单, 并且具有较强的开放性, 能缩短产品设计周期, 并减少新产品投放市场的风险, 为新产品快速占领市场提供保证, 因此,也越来越受到工程设计人员的欢迎。本文利用SolidWorks软件进行推杆式水稻钵育播种机设计, 与以往二维设计相比, 缩短了设计周期, 减少了设计费用,大大提高设计的精确性。 在种子与箱内加3/5的种子,将406型塑料盘放在纵向定位栅条上,调整好轴向定位杆。使塑料盘盘上的四个种穴与种子箱上的播种孔相对应,用弹簧称挂住杠杆头部从底板中线孔内串过,开始拉弹簧称,带动杠杆向下运动,在未拉弹簧称时,先标计好杠杆的初始位置H1,然后等将弹簧秤拉到使种子被推出后迅速读出弹簧秤上的数值,及这时杠杆所到达的最终位置H2,然后使求得H=H2-H1。这样重复进行十次播种,取出钵盘,做一项较为细致的工作,就是数出每次四个种穴内的种子粒数,作好记录。
φ9、φ8、φ7、φ6、φ5、φ4、φ3等 推种杆同样进行重复实验,一样标出各参数(F、H、Q)的参值。 到本次实验结束,实验台所完成的使命也将告一段落.
5.3.2.3 进行实验的目的
找出孔与杆的尺寸为何值时及我们所采用杆的行程h=?时能够保证下种量为4+-1。而且采用多大的力值才能够使种子顺利播种,因为这个力最终体现在操作者身上时不能大于25kg力。(50kg力是人在工作时不易疲劳的最大值 )。 参考文献
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