气动射种装置的设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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第一章 绪论 1 第一章 绪论 课题的提出及意义 迄今农作物机械化播种基本都是由入土装置先入土再将种子播入土壤的 方式。由于入土装置与土壤直接作用，传统播种方式动力消耗较大，且不能适应近年来发展起来的多种先进农艺技术要求。 随着我国农村经济结构的调整和农业产业化区域布局的初步形成，以及农业向环保、节水和可持续化发展的趋势，对农业资源的合理利用和农业装备的技术水平都有了新的要求，并且 多种先进农业播种技术也不断涌现， 机电一体化也技术越来越多的应用于农业机械领域。 近几年年来，传统播种方式已经不能满足飞速发展的农业新技术的 要求，在农业新技术领域，旱作农业、精准农业、节水农业都对播种提出了新的要求。例如，它需要播种机械根据土壤肥力等条件的变化来决定不同的播种密度和不同的播种深度。这种更具质量化、智能化的播种要求靠接触式播种实现是及其困难的，因此，对非接触式播种机械的设计和研发成为必然。气动射种装置是设想利用高压气流在不影响种子发芽的损伤程度内将种子播种到土壤中去，省略了入土装置，降低了能耗。本设计设想希望能通过本次研究，开辟气动射种这一非接触式播种研究的新领域，并为以后的非接触式播种机械的开发和研制提供理论支持，如研制成功，必 将带来播种机械化领域的一场革命。 种机械的发展现状与趋势 内外播种机的发展现状 在国外： 目前国外精密播种机已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种气 吸 式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。 20 世纪 80 年代，美国、澳大利亚、加拿大、法国等西方国家开始研制并广泛使用气力式精密播种机械，其中气流一阶分配式集排排种系统大量应用在谷物条播机上。 在国内 ： 我 国的播种机以传统的谷物条播机为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。全国有 500 家左右的企业生产播种机，其中第一章 绪论 2 只有 10 家生产与大中型拖拉机配套的播种机，与小拖配套的播种机和畜力播种机的产量已占到全国播种机产量的 90%以上。近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具主要有播种一 施肥 联合作业机、耕作 播种联合作业机、松土 施肥 覆膜 穴播联合作业机和施水 播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业机。 我国从 20 世纪 60 年代开始发展精密播种机械，过程经过了仿制、自行研制、到应用的发展 阶段。现在 精少量播种机具推广势头强劲，小麦精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。 种机械的发展趋势 随着我国农村经济的调整和农业产业化区域布局的初步形成，以及农业向环保节水可可持续 化发展的趋势，对农业资源的合理利用和播种机械的技术水平都有了新的要求。由于现代的农业播种机械是实现农业资源的持续、合理利用的重要手段，因此 21 世纪我国的农业播种机械的发展方向是： 1、发展有利于耕地资源保护的 联合 播种机械； 。播种联合作业是指在播种的同时，完成耕整地、施肥、喷洒液等作业，其优点是一次可以完成多 项作业，作业效率高，保证及时播种，提高产量，可以充分利用配套动力，节省能源，降低作业成本，与传统播种方法相比，联合播种的劳动消耗的作业费用约降低 30%。 2、发展有利于节水和水资源有效利用的播种机械； 随着全球淡水资源的匮乏，特别是我国属于严重缺水国家，发展节水农业具有深远的意义和广阔的前景。从 1996 年开始，农业部累计投资 1 亿多元，建设了一批旱作节水农业示范基地和行走式节水灌溉示范区，通过农艺、农机、生物、工程等综合措施的应用，完成了一批以坡改梯生土熟化农田工程、集雨节水补灌等为重点的高标准基础设施建设，有 效改善了旱区农业基本条件。农业部还在全国各地累计推广了水稻 “ 浅湿晒 ” 灌溉、 “ 坐水种 ” 、 “ 行走式节水 ” 、施用抗旱保水剂、地膜与生物覆盖等节水农业技术措施 亩左右，发展田间及大棚集雨节水和喷、微、渗灌等技术措施 1000万亩。 21世纪我国农业发展将面临严峻的水资源供求矛盾的挑战。大力发展节水农业，实现我国农业可持续发展，已引起中央和各有关方面的高度重视。目前农业部已组织编制了全国节水农业发展规划（ 2001）和西部地区节水农业规划（ 2001），对我国节水农业的下一步发展展示了蓝 图 2。 3、发展能有效提高生产效率、降低能耗的播种机械； 传统的 播种装置和土壤直接接触，用播种机的开沟器现在土地表面开道沟，然后通过输种管利用种子第一章 绪论 3 自身的重力滑落到土壤中的这接触式播种耗能费时，开发研制新型的节能降耗的播种机械将成为必然。 4、发展自动化、智能化更高的播种机械。 目前国外正在发展一些新的播种技术，如日本提出适合蔬菜的静电播种，英国提出适合于蔬菜的液体播种、适合于牧草的超音速播种，还有目前广泛应用的种子带播种等。例如液压等新技术在国外播种机的应用也日益广泛。美国塞科尔 5000 型气压式播种机用液压 马达驱动风机；东德 A 697 型精密播种机装有供驱动排种锥体的液压马达，当地轮滑动时，液压马达启动，以保证排种锥体的转速与机器前进速度相协调， 同时 也用以操作开沟器的升降，在大宽幅的播种机上还用液压折叠机架，以便安全运输 近年来，随着立体农业、节水农业、精细农业口号的提出，我国的农业机械装备的类型、功能也在不断变化，应用领域压在逐年扩大。电子技术和计算机技术的发展以及先进的制造技术、新材料的涌现，推动农业机械特别是播种机械向智能化和自动化的方向发展，使得原来传统机械本来无法作业的项目也逐渐实现了机械化。农业机械 化技术、自动化技术和智能化技术的相互补充、相互促进，与生物技术一起推动了播种机械化发展史的迅速前行。 电一体化与农业机械 采用机电一体化技术的农业机械，极大的改进了农 业机械 的 质量和 性能， 使得农业机械更具智能化。 目前，国外越来越多的播种机采用机电一体化技术，提高了播种机的工作可靠性、简化操作、减轻劳动强度、减少辅助时间、提高劳动生产率。 1966 年， 司就在播种机上采用了光电传感器用于监视单行播种。 80 年代，又采用了基于雷达的测速仪用来测量行走速度、播种精度和谷物漏播的监视装置， 利用微处理器控制肥料分配与喷灌，以及一个液晶显示器用于显示发动机速度、拖拉机滑移率、行走速度和每小时的工作面积 3。 美国 80 年代中期研制出一种播种机监视系统 ，该监视系统可以用于所有类型的播种机，包括谷物条播机、气吸式播种机和蔬菜播种机。排种传感器和速度传感器传递数据，显示某行工作正常；同时 示播种面积、速度、每行播种量和粒距。并能实现故障报警 4。 1982 年，日本研制出一套排种系统，该系统由一圆盘式排种器和一个周期性驱动电路组成，周期时间同种子和种道分离时间相一致，种子在种道上的运输第一章 绪论 4 由电磁设备控制，这样种子被连续排至种沟 5。 日本 90 年代初又研制了一套电磁操作的排种装置，用于电子控制的气力精播机。该系统由一个高性能的电磁阀、一个数据采集与控制器和一个排种器组成。该控制系统主要用于控制电磁阀的动作，排种性能可以根据种子下落间隔进行调整。试验室测试结果表明，该系统能保证较好的排种精度，调整排种参数更加容易，而且全面提高了播种机的使用效率 6。 日本 近年来在研究蔬菜播种机施肥和排种的排量自动控制系统，该系统首先获取地轮地转速信号，并根据这个信号控制排肥和排种轴地转速来控制排量。这样排种和排肥不受拖拉机速度地影响 7。 1995 年，波兰科学家开发了一套 排种器地电子控制系统。该控制系统与 种机配套使用，也可以用于具有相同结构的其他播种机。该系统可根据工作幅宽、地轮半径及不同机型进行编程。使用该系统可以提高工作效率，改进操作条件 8。 国内精密播种机监控系统的研究起步较晚，主要是引进国外的产品。 1996年山东农业大学 研制了精密播种机工况自动监视及播种量数显系统；中国农业大学近几年也将虚拟仪器用于农机控制检测对农机的各项性能进行控制检测。 电一体化技术与播种机械的结合 准确而 精密 的 播种 不但 可以节省种子， 节省 田间 移苗、补苗 所需要的劳 动 力 ，而且 有利于作物生长，便于田间管理。在国外，不 但 玉米、甜菜、大豆等作物大量采用精密播种，而且部分传统的谷物条播也采用精密播种，据介绍 准确而精密的播种可以 比传统的播种方式增产 10精密播种是一种先进的 播种 技术，需要 有更先进的 排种、送种的机械装置，更需要有精确度较高的控制系统 。气 吸式播种机对种子要求不严格，容易达到精密点播，作业速度也比机械式高，因此在玉米、大豆、棉花等作物的精密播种机上采用的越来越普遍 。近几年来， 在农业新技术领域， 随着 旱作农业、精准农业、节水农业 口号的提出， 对播种 机械提出了更高 的要求。例如，它需要播种机 械根据土壤肥力等条件的变化来决定不同的播种密度和不同的播种深度；甚至更根据作物生长的需水量来来严格控制播种时水的用量。 这种更具质量化、智能化的播种要求 都要求有精确、智能的控制系统，和机械控制系统相比较，电气控制系统更能满足未来播种机械的需求， 所以要进一步提高精 密播种质量，采用机电一体化技术是 开发质量化、智能化农业机械的 必由之路。 第一章 绪论 5 所谓 机电一体化技术是由微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合技术，一般由以下几部分组成：机械本体部分、动力部分、传感部分、驱动部分、执行部分、控制及信息处理部分。 近年来，由于 计算机 技术 的迅速 发展， 电气控制元件的不断完善， 大量的电气元件被广泛应用于农业机械，并且都达到了理想的预期目标。 早在 80 年代初，西方国家就开始 将 电子技术应用于农业机械的转速测量，联合收割机的损失监视、速度控制，喷灌流速的测量等，并不断致力于降低产品造 价、改进工作性能及改善农业环境影响的研究。这类系统一般包括传感器、显示屏、控制单元、执行机构、专家系统等。 从目前农业机械的发展趋势看来，在未来的农业机械发展领域，机电一体化技术将被广泛的应用于各种类型的农业机械，将使传统的农业机械发生质的飞跃。将极大的提高播种的质量，节省能源，提高劳动生产率。 动 射种研究现状 刁培松教授根据我国现阶段对播种机械的高质量化、智能化的要求，提出了气动射种这一概念， 目前在播种领域 国内外还没有相关 气动射种的 研究。本研究将 对气动射种的可行性进行了初步的研究，并初步对气动射种 的各种基本因素，比如射种压力、喷嘴大小、高压气流的流速、射种腔体的密封要求、喷嘴离地面的高度等进行初步摸索，虽然气动射种属于比较先进的播种方式，较传统的接触式播种方式具有较多的优越性，但它尚处于理论探讨和试验阶段，仍需要投入更多的人力、物力和财力进行更多的试验研究，以达到实际性的应用。 要研究内容 本课题综合了机械技术、电子技术和 制技术，对气动射种领域进行初步研究，为播种方式提供一种新的思路，所以研究的内容也仅仅是做初步的基础性研究。 1、 针对气动射种的特点设计一套可行的机械试验性装置，并 用本套装置进行试验研究。 2、 对具体的试验装置做出一套便于修改的控制电路，实现对排种和气动射种的控制。实验装置用精密的电气化元件 制器控制排种和气动射种。精确度上达到了良好的预期效果 3、 进行具体试验，对本套装置的排种器进行排种试验，同时利用本套装置做气动射种的试验。找出射种深度和具体压力、射种时间的关系，确定影响射种第一章 绪论 6 深度的参数，建立数学模型。 4、 根据试验结果找出本套装置需要完善的地方。 如果本项研究 的初步试验获得成功，将继续进行以下深入的研究： 1、 研究种子的耐冲击和耐磨擦特性。 种子在射入 土壤的过程中，会受到强烈的冲击和剧烈的磨擦。播种质量要求，对种子的冲击和磨擦应当不影响种子的正常发芽和生长。影响对种子的冲击和磨擦的主要因素是射入速度和土壤的物理特性，在一定的土壤条件下，对种子的冲击和磨擦取决于射入速度。通过理论分析和试验寻找出种子在一定的土壤条件下，种子能够正常发芽、出苗的最高射种速度。这个速度称为耐冲击速度，记为 2、实验研究满足直接射种的土壤临界状态的物理特性参数。例如当某种土壤的物理特性参数优于临界特性参数时，则可以直接射种；当某种土 壤的物理特性参数次于临界特性
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