马铃薯播种机的设计-华中农业大学本科毕业论文（设计.doc

华中农业大学本科毕业论文（设计） I 目录目录 摘摘 要要 IIIIII 关键词关键词 IIIIII ABSTRACTABSTRACT IIIIII KEYKEY WORDSWORDS IVIV 1 1 前言前言 1 1 1.1 课题背景和科学意义 1 1.2 国内外马铃薯播种机的发展现状 1 1.2.1国外马铃薯播种机的发展现状1 1.2.2我国马铃薯播种机的发展现状2 1.3 设计的主要内容 2 1.4 升运链式播种机主要技术参数 2 2 2 总体设计总体设计 3 3 2.1 总体方案设计 3 2.1.1 设计原则.3 2.1.2 基本结构.3 2.1.3 工作原理.3 2.2 配套动力的选用 3 3 3 传动装置的设计计算传动装置的设计计算 4 4 3.1 传动方式的确定 4 3.2 传动比的计算 4 4 4 排种器的选型设计排种器的选型设计 4 4 4.1 种箱结构参数的设计 5 4.1.1 种箱尺寸的确定.5 4.1.2 种箱容积的计算.5 4.2 排种器的选型与计算 5 4.2.1 马铃薯播种机对排种器的性能要求.5 4.2.2 现有排种器的类型和特点.6 4.2.3 排种器的选型.6 4.2.4 升运链相关系数的确定.7 5 5 排肥器的选型设计排肥器的选型设计 8 8 5.1 排肥器的性能要求 8 5.2 常用排肥器的种类和特点 8 5.3 排肥量的计算 9 6 6 开沟器的选型设计开沟器的选型设计 9 9 6.1 开沟器的性能要求 9 6.2 现有开沟器的种类和特点 .10 6.3 开沟器的选型 .10 华中农业大学本科毕业论文（设计） II 6.4 开沟器结构参数的确定 .10 6.4.1 入土角 的确定.10 6.4.2 切土角 的确定.11 6.4.3 铲翼张角 的确定.11 6.4.4 开沟器外形尺寸的确定11 7 7 输种管的选型设计输种管的选型设计 1111 7.1 输种管的性能要求 .11 7.2 输种管的选型 .11 7.3 输种管参数的确定 .11 7.3.1 输种管的直径11 7.3.2 输种管的倾斜度与长度12 8 8 覆土器的选型设计覆土器的选型设计 1212 8.1 覆土器的种类和特点 .12 8.2 覆土器的选型 .12 8.3 覆土器性能结构参数的确定 .12 9 9 镇压轮的选型与设计镇压轮的选型与设计 1313 9.1 镇压轮的使用条件 .13 9.2 设计要求 .13 9.3 结构设计 .13 1010 行走轮的选型设计行走轮的选型设计 1414 10.1 行走轮的设计要求 14 10.2 行走轮的结构 15 10.3 行走轮的安装 15 10.4 行走轮转速的计算 15 1111 结论与建议结论与建议 1616 11.1 结论 16 11.2 建议 16 参参 考考 文文 献献 1616 致谢致谢 1818 华中农业大学本科毕业论文（设计） III 马铃薯播种机具的设计 摘 要 马铃薯作为我国主要的四大主粮之一，在我国种植区域广大。我国马铃薯种植面 积在 2014 年已达 567 万公顷，总产量 8700 多万吨，均居世界马铃薯种植面积和产量 第一位，然而单产却很低。导致这一结果的主要原因是马铃薯种植方式的落后以及机 械化水平低下。因此，提高马铃薯种植的单产量就是当前结决马铃薯问题的主要任务。 改进马铃薯种植方式和提高机械化水平是提高马铃薯单产量有两个重要途径。其中最 有效的是提高机械化生产水平，这就要求改进马铃薯播种机性能，提高播种机具的通 用性和适应性，从而提高播种效率。大力推广结构简单、性能优良的马铃薯播种机在 马铃薯种植区域的应用。升运链式马铃薯播种机作为一种块状马铃薯播种机，具有结 构简单，加工制造方便，工作可靠，种薯损伤率低，效率高等优点，在国内外马铃薯 种植中得到广泛的推广与应用。 关键词 播种机；马铃薯；升运链式排种器；外槽轮排肥器；锄铲式开沟器 华中农业大学本科毕业论文（设计） IV Abstract Potato as one of the main staple food in China, planting area is vast. 2014, Chinas potato planting area has reached 5.67 million hectares, the total production of more than 87 million tons, ranked first in the world, but the single production is very low. The main factors contributing to this result are the backwardness of planting patterns and the low level of mechanization. Therefore, the main task is to improve the single yield of potato planting. Improving planting method and improving mechanization level are two important ways to improve potato yield. The most effective is to improve the mechanized production level, which requires improving the performance of potato seeder, improving the versatility and adaptability of seeding machines, thus improving the seeding efficiency. To popularize the potato planter with simple structure and excellent performance. As a kind of bulk potato seeder, the potato seeder has the advantages of simple structure, convenient manufacturing, reliable work, no injury, high efficiency, and has been widely popularized and applied at home and abroad. Key words Planter ；Potato ；Ladlechain dispenser ；Fluted roller fertilizer apparatus ；Hoe opener 华中农业大学本科毕业论文（设计） 1 1 1 前言前言 1.1 课题背景和科学意义 马铃薯原产于南美洲的安第斯山区，是世界上重要的粮食和蔬菜作物，也 是重要的工业原料。马铃薯富含糖类、淀粉、蛋白质及优质纤维素等多种营养 成分，是抗衰老的优异食物之一 ，马铃薯同时且具有耐干旱、耐贫瘠、高产 31 稳产、适应性广和产业链长等特点，因而受到世界各国的高度青睐。联合国粮 农组织早在很早之前就已将马铃薯列为四大主粮之一，虽然马铃薯传入中国只 有 400 多年的时间，但在 2014 年我国马铃薯种植面积已达 567 万公顷，总产量 8700 多万吨，均居世界第一位。其中四川、甘肃、黑龙江、内蒙古等省 64 （自治区）是马铃薯主产区，种植面积均超过 60 万公顷。早期人们并未意识到 马铃薯的重要性，只是将其作为粮食、蔬菜和经济作物，近年来，随着各级 7 政府对马铃薯产业关注程度的加大和种植业结构的调整。 提高单产量的关键是提高机械化种植和收获水平。当前，我国除了少部分 地区实现马铃薯机械化种植或者半机械化种植，大部分地区的马铃薯种植还保 留在传统种植的水平。传统的马铃薯种植方式也是制约马铃薯单产量提高的主 要原因之一，重点体现在：（1）马铃薯种薯质量低，我国种植马铃薯的大部分 地区，种薯一般都是自家准备的，并且大多数没有消毒、杀菌等提高种子质量 的措施处理，因此种植出来的马铃薯质量以及产量都不高；（2）马铃薯种薯品 种单一，不同地区和气候条件需要不同的种薯，而我国在这方面所作的研究还 远不能适应其要求。因此，应该在今后加大对马铃薯种薯的研究；（3）种植方 式传统上靠人力、畜力，劳动强度极大且劳动效率极低，影响马铃薯种植时间， 这对马铃薯种薯的发芽和生长都极为不利。 1.2 当今国内外马铃薯播种机的发展 1.2.1国外马铃薯播种机发展现状 早在 1880 年，英国的 Ransoms 和 Sims 研制出了一种两行马铃薯播种装置， 是目前世界上已知的最早的马铃薯播种机。该播种机以畜力作为动力源，播种 机上安装有半自动排种器，可以极大地提高马铃薯播种机的播种效率。播种机 的核心部件是排种器，国外马铃薯播种机上的排种器主要类型有：勺盘式排种 器、刺针式排种器和链勺式排种器。 2007 年 7 月 25 日欧盟组织公开了一项专利：链式马铃薯种植机。该专利 提出了一种链式播种装置，即使用水平链式输送机构横向输送马铃薯种薯，然 后再将种块投到种沟中，这样可大大减少漏播率的发生 。 23 华中农业大学本科毕业论文（设计） 2 2007 年 11 月 26 日年欧盟组织公开了一项专利：马铃薯种植机。该专利公 开了一种马达驱动的播种技术，通过液压马达驱动排种器，打破了依靠地轮驱 动的局限，可通过调节马达转速改变拖拉机行进速度。这样避免了因转速变化 而出现漏播、重播以及排种不均匀等现象。 24 1.2.2我国马铃薯播种机的发展现状 我国对马铃薯排种器的研究起步较晚，与发达国家存在较大差距，排种器 多为链勺式。 2011 年，刘天祥等在其撰写的专利中提到了一种马铃薯微形整薯排种器， 该机满足了马铃薯微形整薯机械化排种作业要求，结构简单、造价低廉、作业 效率高、作业质量好、使用寿命长、维修保养简易方便。 41 2012 年，李紫辉等人在其撰写的专利中提到了一种马铃薯播种机轮盘式排 种器，该机器播种作业时采用人工将种薯放入扇形通孔内，尤其适合小地块、 精播率高，低速机械作业时使用，播种机结构简单、加工成本低、故障少、播 种质量好的特点。 42 2013 年，吴建民等在其撰写的专利中提到了一种马铃薯全膜双垄沟播种机， 该播种机可以一次实现播种、施肥、起垄、镇压、全膜覆盖、覆土等连续作业， 从而有效解决了马铃薯种植中的全膜双垄沟抗旱播种技术无相应配套马铃薯播 种机的问题。 43 2014 年，张旭东等在其撰写的专利中提到了一种马铃薯大垄三行铺膜播种 机，该机解决了马铃薯机械化种植与拖拉机轮距不适宜问题。可一次作业完成 马铃薯大垄三行种植的开沟、施肥、播种、覆土、打药覆膜等农艺过程。 44 1.3 设计的主要内容 （1）马铃薯播种机总体设计方案及技术要求 华中农业大学本科毕业论文（设计） 3 （2）传动机构的特点及结构设计 （3）开沟施肥装置的结构设计 （4）排种器的总体结构设计 （5）输种管、输肥管、镇压轮和行走装置的设计 1.4 升运链式马铃薯播种机技术参数 （1）尺寸外形（长宽高）：1450mm1100mm950mm （2）动力配套：12kw （3）作业效率：10acre/h （4）作业幅宽：1100mm （5）种植方式；平播 （6）种植深度：60150mm （7）种植行数：2 行 （8）种植行距：400mm （9）地轮直径：500mm （10）前进速度：1m/s （11）传动方式：链传动 （12）开沟部件：锄铲式开沟器 （13）排种器形式：外槽轮式排种器 （14）覆土器：拖环式 （15）镇压轮：复合圆锥式镇压轮 （16）种箱容积：30L 2 总体设计 2.1 总体方案设计 2.1.1 设计原则 总体方案是将开沟器、传动结构、施肥器、排种器、覆土装置以及镇压轮 设计出来，使其与选用的拖拉机以三点悬挂方式挂接为一体，使其能顺利平稳 地完成土壤开沟、播前施肥、播种马铃薯、覆土镇压等工序。悬挂装置能有效 的控制马铃薯播种机作业时的播深以及运输过程的良好通过性，开沟器不仅要 能开出平整、深度一致的垄沟，而且要具有覆土的能力。确保排种器在马铃薯 种植过程中出现漏播率、重播率3%这一要求。要求镇压轮镇压效果良好，作 业后的土壤地面平整，有利于保肥保墒，提高马铃薯产量。 华中农业大学本科毕业论文（设计） 4 2.1.2 基本结构 马铃薯播种机包括机架、传动结构、开沟器、排种器、排肥器、种箱、肥 箱、输种管、输肥管、覆土器和镇压轮等部件组成或构成。三点悬挂构件位于 机架的前梁部分与拖拉机连接，种箱、肥箱依靠侧板固定在机架中间的横梁上 方，肥箱在前，种箱在后。横梁下面固定着排种器、施肥装置。一根开沟器的 梁安装在肥箱前面，将开沟器与扁钢通过 U 型螺栓紧固，依此调节开沟和播种 的深度。可通过横向移动来调节开沟器在横梁上距离以达到调节开沟行距的目 的，镇压轮连接在机架的后梁，起到镇压土壤的作用。 2.1.3 工作原理 马铃薯播种机通过三点悬挂与拖拉机连接，当拖拉机前进时，其输出动力 带动播种机上的排种器旋转并工作，其作业速度约 1m/s。播种机具工作来源于 地轮旋转的动力。当播种机作业时，动力通过拖拉机由输出轴传递到地轮，再 经由地轮主动轴传递动力给镇压轮的中间轴，最终通过链条传动传给肥箱、排 种器等机构，排出的化肥经输肥管落入已经开好的施肥沟。排出的马铃薯种薯 经过输种管进入开沟器开好的种沟。同时为了避免化肥烧坏种薯，化肥应与种 薯保持适当的距离，一般化肥位于种子下方约 5cm 左右处，这样对种薯比较安 全。覆土器应该完好的覆盖种沟以保证出苗率，一般情况下，应选用较大直径 的地轮，这样工作时传动可靠且不容易出现打滑现象。该机结构简单、性能优 异，可以一次性较好的完成开沟、施肥、播种、起垄、覆土镇压等多道工序， 这对提高马铃薯种植效率，促进马铃薯高产、稳产具有重要的现实意义和深远 的技术影响。 2.2 配套动力的选用 根据目前我国拖拉机在播种机上的使用情况，并结合马铃薯播种机所消耗 功率进行初步计算，采用东风-200 拖拉机，或功率相近的其他拖拉机机型也可。 东风-200 拖拉机的主要参数如下： 外部尺寸(cm) 2850x1350x1990 拖拉机功率（KW） 14（16 马力） 额定转速（r/min） 730 驱动型式 前轮驱动 离合器形式 干式、双片 发动机与离合 V 带 理论前进速度（Km/h）如表 21 所示： 华中农业大学本科毕业论文（设计） 5 表 21 东风-200 拖拉机前进速度 Table 21 the therical theoretical exercise speed of Dongfeng 200 前进: 1.25; 1.67; 3.07; 5.38; 6.47; 8.65; 15.91; 27.86 理论速度 km/h 后退: 1.46; 7.59 3 传动装置的设计计算 3.1 传动方式的确定 传动方式一般要保证播种机总体机构传动可靠，不影响马铃薯播种机正常 良好的工作。本次设计根据马铃薯播种机与拖拉机的连接方式和工作特点来确 定播种机传动路线，使得马铃薯播种机能在工作时能较好的完成开沟、播种、 施肥、覆土、镇压等一系列工序。 参考借鉴以往相关的机型，将传动方式分为两种。第一种传动方式是地轮 随拖拉机前进而旋转运动，将动力传递给中间轴，经过链轮传动带动排种器工 作；第二种传动方式是中间轴将动力分别传递给排种器和排肥器的转动轴，驱 动排种器链轮和排肥器槽轮转动排种和排肥的实现。 3.2 传动比的计算 取地轮转动的速度 3.6km/h，换算后为 1m/s，普通地轮直径一般约是 500mm，通过如下公式简单计算出地轮轴的转速 n1 （3 1 v d n 1） 式中：v行走轮行驶速度 d行走轮直径 计算得出 n1.38 / minr 按照设计说明书要求，地轮转速与中间轴转速应该保持一致，因此地轮轴 和中间轴两轴的传动之比为 1，因此中间轴转速亦是 38r/min。上、下链轮在排 种器上垂直装配安放，因此工作过程中要求链轮转动平稳可靠，两者之间的转 速不能相差太大。传动链轮的链勺速度约为0.5m/s，若速度降低到 0.25m/s 左右，对应的应将原来要求的株距缩小 2 倍，这样才能不至于影响排种效率， 最终选择马铃薯播种机排种器上传动链轮、下传动链轮之间的传动之比为 1.12。 4 排种器的选型设计 华中农业大学本科毕业论文（设计） 6 4.1 种箱结构参数的设计 4.1.1 种箱尺寸的确定 马铃薯种薯作为大粒径种子，种子占据空间大。首先，马铃薯播种机种箱 必需有足够大的体积，这样能减少加种次数，提高工作效率，一般情况下要求 播种机达到地头再加种，减少时间的浪费。但是若种箱容量过大，就会增加马 铃薯播种机的重量，从而加大所需拖拉机功率，最终对播种机的性能稳定性产 生不利影响。其次，马铃薯种箱必须满足箱壁与水平面的夹角大于马铃薯种薯 的自然休止角这一条件，以此保障种薯能顺利滑落，避免堆积。实测马铃薯种 薯的自然休止角 =2434，此处选择自然休止角 =30。最后，种箱还必须满 足坚固耐用的特点，并且质量要小，有防潮性能。为了便于种箱加种、卸种以 及清种，该机所选择锥台型（上口直径稍大，下口直径略小）作为马铃薯种箱 的形状，而且在上端有防护盖加以保护，避免受外界条件的影响。 4.1.2 种箱容积的计算 马铃薯播种机的种箱的容量是由播种机行距、马铃薯株距，平均播种量和 播种距离等因素共同参与确定的。参考以前试验结论：马铃薯播种机在田间播 种作业时不宜将马铃薯种箱内所有种薯播完，种箱内应该至少留有 10%的种子， 避免种子太少而影响马铃薯播种机播种质量。首先，假定选择试验田地块长度 D=1000m，马铃薯播种机地头往返一次需要加种薯一次。其次，种植马铃薯种 薯时的株距约是 120mm，则在 100m 内需要马铃薯种薯的个数约是 833 个，每 个马铃薯种薯质量约为 50g。因此马铃薯种箱单位体积内容纳规格为 20mm20mm20mm 的马铃薯种薯 125 个，可利用如下公式计算得出种箱的容 积 V： V=1.1 LBNmax/667 （4 1） 式中： L播种机装满种子所能播种的最远长度，约为地块长度之2倍，取 L=2000m； B播种机工作幅宽，取B=1100mm； Nmax 单位面积马铃薯最大播种量，计算出Nmax41.65 kg/hm2； 种子的单位容积质量，计算出7.25kg/L 取L2000；B1.1；Nmax41.65； r7.25。 代入公式（41）可得：V =20.8433（L) 华中农业大学本科毕业论文（设计） 7 在马铃薯播种机实际工作中，应考虑到外界环境的变化，种箱的容积应该 要比设计所得数值稍微大，为此，本次设计中取马铃薯播种机的种箱容积为 30L。 4.2 排种器的选型与计算 对于马铃薯播种机这一种植机械来说，马铃薯排种器是播种机最核心的部 件，排种器性能的优劣直接影响到马铃薯播种机的播种质量的好坏，因此，对 排种器的设计要严谨认真，以期待达到最优的效果，提高马铃薯种植效率，提 高马铃薯单产。排种器的选择就显得尤其重要，选择适宜的排种器对提高马铃 薯的播种效率起着关键的作用。 4.2.1 播种机对排种器的性能要求 （1）马铃薯排种器应具备较好的排种均匀性和播种深度稳定性，并且能适 应不同环境条件下的播种作业，在地形起伏的田块种排种深度要均匀； （2）马铃薯排种器应具有较强的通用性和播种适应性，播量范围可以调节； （3）对马铃薯种薯的损伤较小，一般损伤率不超过种薯的 3%； （4）结构相对简单，易于加工制造及后期使用和维护，调整以及调节应该 都较为方便； （5）马铃薯漏播率、重播率应较低，这对提高马铃薯产量至关重要，两者 都要求小于等于 3%。 4.2.2 现有排种器的类型和特点 播种机上应用的排种器种类较多，按播种方式的不同可分为撒播排种器、 条播排种器和点（穴）播排种器三大类。条播排种器是按照指定的行距，播种 深与播种量将种子播成行，只看重一定距离内的马铃薯种薯粒数，一般忽略种 子的粒距的一类排种器。在农业播种上使用的条播排种器主要有外槽轮式、内 槽论式、型孔式、摆杆式、勺链式和刷齿式等类型。 所有排种器中应用最为广泛的是外槽轮式排种器，其结构组成为排种器种 子室、排种轴、外槽轮、花型挡环和清种舌等结构。排种器装在种箱的下部， 种子通过种箱底部的开口流入到种子室内。该排种器结构简单、制造加工方便、 通用性好，且国际上已经得到标准化，但是对于马铃薯这样的块茎类种子，外 槽轮排种器不能降低马铃薯种薯漏种率，反而提高了马铃薯种薯的损伤率。 对于马铃薯种植机来说，需要选择适宜的播种机。因此，选择一种结构相 对更为简单，效率更高和播种性能更好的马铃薯排种器就显得尤为重要，通过 华中农业大学本科毕业论文（设计） 8 对一些排种器，如夹持式排种器、勺链轮式排种器、外槽轮式排种器等排种器 的比较，最终选取升运链式应用在马铃薯播种机的排种器上。该排种器的源于 上世纪 70 年代后期，当时，美国、日本等发达国家已基本实现马铃薯种植和收 获的机械化，其种植过程中普遍采用的是的升运杯链式马铃薯排种器，提高了 种植效率和产量。 4.2.3 排种器的选型 （1）升运链式排种器的结构和选型 根据马铃薯种薯的特点，选用单排升运链式作为本次马铃薯播种机的排种 器。其结构示意图如图 41 所示： 图图 4 41 1 升运链式马铃薯排种器升运链式马铃薯排种器 Figure 41 The labechain metering device （2）工作原理： 地轮上的轴作为动力传递轴为其提供动力，其经过中间轴将动力扭矩传递 到马铃薯排种器的小链轮上，小链轮受力后旋转，然后升运链轮逐渐被带动并 以固定匀速的速度匀速上升。升运链上均匀的固定安装有取种勺，取种勺每次 舀取一个马铃薯种薯，再经过上面的链轮和旁边的护种管壁将薯块运输到输种 管，最后经过落到开沟器开好的种沟，以此马铃薯播种的整个排种过程实现并 完成。 （3）升运链式马铃薯排种器结构参数分析 根据马铃薯播种机设计要求及马铃薯种植的农艺要求，并参考相关技术文献， 对以下结构参数展开理论分析： 1取种勺速度 v：随播种机前进速度的增大而增大，试验结果表明，当取 种勺速度小于等于 0.5 m/s 时，马铃薯播种机前进速度适宜其播种，从而播种 华中农业大学本科毕业论文（设计） 9 质量和播种效果较好。当 v 等于 0.55 m/s 时，漏播增加，播种质量下降。若 v 大于 0.55 m/s 时，漏播严重，马铃薯播种机播种质量和播种效果较差。因此 v 最高不要超过 0.5 m/s。 2链轮旋转速度 n：排种器脉动频率随着链轮旋转速度的降低而降低，此 时马铃薯播种机的排种均匀性就差；转速高则会使种薯损伤率变大且漏种率变 大。根据马铃薯种植的农艺技术要求特点，选取的链轮最大旋转速度小于等于 40r/min。 3链条的工作长度 L：链轮的中心距随着链条的长度变大会增大，从而使 播种机输种管输种的长度变大；链条长度太短，则导致输种时来不及种薯缓冲 而从取种勺处脱落或滑落，造成漏播并降低了排种的均匀性，影响播种机的播 种性能的提高。因此，应根据链轮中心距的长度选取合适的链条工作长度 L， 一般链条工作长度 L 选在大约 2m 左右，马铃薯种薯的输送高度一般不会超过 500mm，升运高度太高降低播种机具的工作稳定性。 4确定取种勺的形状：马铃薯播种机取种勺需保证勺背光滑，避免损伤种 薯，而且种薯在输送过程中不能出现滑落或掉落等现象，以免降低播种性能。 另外，取种勺质量要小，一般用厚度为 1.2mm 的铁皮冲压而成或是聚四氟乙烯 制造，随着 3D 打印技术的逐渐成熟，也可用 3D 打印而成。 4.2.4 升运链相关系数的确定 （1）刚开始设定马铃薯播种的理论株距为 120mm，可以通过以下公式计算 得出播种机地轮转动一周后所需要马铃薯种薯个数 n： （4 120120 DL n 2） 式中：L地轮转动一周长度； D地轮的直径，取 D=0.5m。 计算得出 n=13 个。 （2）取种勺之间的间距即株距 B 本次马铃薯播种机设计选用链条节距 p=25.4mm，长度大约是 2.24m，型号 是链条中常用的 16A 滚子链，滚子链的速度为 0.27m/s，是最链条佳速度的 0.54 倍，滚子链最佳速度为 v=0.5m/s。因此满足排种的需要，可以通过缩小马 铃薯株距来实现，即将马铃薯株距缩小为原来理论株距的 0.54 倍，再根据滚子 链链条节距、链条长度来进行调整最后的数值。计算得出，滚子链条加起来有 88 节，需要 24 个取种勺才能达到最佳的排种效果。因此，其中 4 个链结组成 了 16 个取种勺，另外 3 个链结组成其余的 8 个取种勺。所以取种勺之间的平均 华中农业大学本科毕业论文（设计） 10 间距也就等于马铃薯播种的株距 B=88/2425.493mm，这样能保证有足够的 空间，依次来克服马铃薯充种困难的发生，提高马铃薯播种机播种的均匀性。 （3）取种勺尺寸的确定 通过查阅马铃薯播种机取种勺相关资料和文献，以及对取种勺内马铃薯种 薯的输送过程中受力分析，要求取种勺的宽度一般比马铃薯种薯长度的 0.5 倍 还要大，小于种薯宽度的 1.5 倍。因为马铃薯种薯的尺寸长度、宽度、厚度分 别为 20mm，20mm，20mm，所以可以计算出马铃薯取种勺的宽度应该为 25mm。同时为了保证取种勺取薯时有足够的空间使马铃薯不会自然脱落或由于 播种过程中的机械振动而掉落，取种勺的长度一般应该大于种薯长度的 1.5 倍， 因此马铃薯播种机取种勺长度大于 30mm，此处为了更加安全，取种勺 35mm。 此时，可使种薯不从勺内落下，也不存留多余的种薯在勺内。取种勺内勺壁与 水平面的夹角的角度应小于或等于马铃薯种薯的自然休止角，结合前面马铃薯 自然休止角的测量，这里取其大约 30为宜。 5 排肥器的选型设计 5.1 排肥器的性能要求 （1）排肥器在施肥过程中排肥量应稳定均匀，肥箱内肥料的多寡、地形起 伏倾斜状况和拖拉机前进速度等因素应对排肥器无显著的影响，这样才能达到 较好的效果。 （2）排肥器通用性能好，可以施撒多种化学肥料。除了对流动性好的颗粒 状化肥和复合颗粒化肥具有良好的适应性外，还应该能排施流动性较差的粉末 状肥料。 （3）排肥器排肥量应该能实现灵敏而准确的调节，以适应不同品种的化肥 和不同种类的农作物施肥需求。 （4）工作时阻力要小，调节以及使用要方便，有利于播种作业后清理肥箱 内残余的肥料，提高劳动效率。 （5）制作时，所有与化肥直接接触的零件、机构应采用防止腐蚀且耐磨性 较好的材料制造而成，以提高排肥器的耐用性和稳定性。 5.2 排肥器的主要类型及结构特点 常见、常用的排肥器类型有如下几种： （1）外槽轮式排肥器 在工作原理方面，外槽轮排肥器与外槽轮式排种器 的工作原理相类似，工作时，外槽轮在外力的作用下旋转，颗粒状肥料依靠自 身重力充满槽轮的凹槽并随着外槽轮排肥器的槽轮的转动而转动。在肥料颗粒 相互之间摩擦力的作用下，槽轮外面的肥料在也被带动起来转动，从排肥舌上 华中农业大学本科毕业论文（设计） 11 逐渐流动到输肥管，然后经开沟器导入肥沟。排种盒内阻塞套可以随着外槽轮 排肥器排种轴左右来回滑动，可以通过改变槽轮的长度来实现排肥量的调节。 可以用相对排种器槽轮的齿数较少的齿轮来代替外槽轮排肥器的槽轮，简便有 效。为了改变外槽轮排肥器的排肥性能，可以将聚四氟乙烯材料替代原来的铸 铁材料，依此来减少化肥对外槽轮排肥器的粘附和腐蚀作用，增加外槽轮排肥 器的使用时间，达到节约原料、成本的目的。 （2）星轮式排肥器 星轮式排肥器的使用较为普遍，其主要工作部件是水 平星轮。工作时，两个星轮相对旋转以消除锥齿轮的轴向力，将星齿间的化肥 经调节活门输送到排肥口，最后依靠肥料自身重力或者辅助打肥锤敲打，使肥 料落入输肥管。活页式铰链安装星轮式排肥器的肥箱底部，播种结束时，可以 打开肥箱底部，消除肥箱底部残留的化学肥料。星轮式排肥器操作和拆卸都较 为方便，可以通过手柄改变活门开口大小来实现肥量的调节。 （3）螺旋式排肥器 水平旋转的圆盘是螺旋式排肥器的重要工作部件和结 构，排肥器旋转时，肥料由肥箱导入到排肥管。排肥螺旋叶片主要包括普通式、 钢丝弹簧式、中空式三种。普通式肥量大，容易压实化肥；钢丝弹簧式不易被 化肥粘附，对含水率较高的化肥具有较强的适应性；工作是螺旋回转，中空式 施肥量均匀。 （4）水平刮板式排肥器 水平刮板式排肥器的结构主要包括刮板弹击器、 防堵塞的清肥杆以及防架空的搅肥器。动力经锥齿轮传动到排肥器轴以后，搅 拌器与弹击器同时顺时针转动，将肥料输送至排肥口，同时清肥杆不断清除肥 料。其优点是对于流动性差的肥料，如碳酸氢铵等具有较好排肥效果，缺点是 排肥器排肥时工作阻力太大，一般不适用于颗粒状化肥等流动性好的肥料。 （5）振动式排肥器 这是一种由肥箱、振动板、振动凸轮等组成的排肥器。 工作时，振动板经凸轮作用力不断振动，这样化肥就在肥箱内循环运动，消除 了“架空”这一缺点，并使化肥经振动板斜面下滑，再经过排肥口排出。肥料 排量大小可以通过调节板调节，使用方便，但是受肥箱内肥料的多少影响较大， 排肥均匀性和稳定性较差，清肥不便。 （6）搅刀-拨轮式排肥器 其工作过程中，具有侧刃和横刃的搅刀旋转， 搅动肥箱内的肥料并刮除粘附在肥箱壁的肥料，可以消除堵塞和架空现象。适 用于含水量较大的肥料的排施，排肥稳定性和均匀性都较好，缺点是工作时阻 力较大，清理残余肥料时不方便，适于単行或者是双行追肥，多行条播上并不 适宜。 在种植马铃薯的过程中，根据化肥的不同需要选用不同种类的排肥器，种 植马铃薯时，通常选用硫酸铵或磷酸二铵等化肥，这些是颗粒状肥料含水率一 般都低于 1%。对以上几种排肥器的比较分析和考虑到马铃薯种植农艺要求和施 肥要求，本次设计选用外槽轮式排肥器，其结构示意图如图 51 所示。 华中农业大学本科毕业论文（设计） 12 1排肥器卡箍；2销轴；3花形挡圈；4外槽轮；5阻塞套；6排肥杯； 7排肥舌；8 排肥轴；9 排肥舌轴 图图 51 移动式外槽轮排肥器移动式外槽轮排肥器 Figure 51 The fluted roller of fertilizer apparatus 5.3 排肥量的计算 一般通过以下公式可以计算出外槽轮式排肥器的排肥量。 （5 0 q QdL t f a 1） 式中：d外槽轮直径，d 取 45mm L外槽轮有效长度，L 取 126mm 肥料密度，取 789g/L。 a0槽内化肥充肥系数，取 0.7 fq凹槽单个截面积，选取 fq=66.76mm2 t槽轮凹槽节距。计算得 t=d/z=20.2mm 肥料带动层系数。取 0.5 经计算得 Q5.5kg/acre，此处取 6kg/acre。 6 开沟器的选型设计 6.1 开沟器的性能要求 开沟器是在播种机作业时开出种沟或者掘出种穴，并将种子或者肥料引入 沟穴，是播种机重要部件。其主要功能是开沟、整理土壤、导种、导肥和自动 华中农业大学本科毕业论文（设计） 13 覆土，其工作性能的优差直接影响播种机播种质量以及种子萌芽和生长发育。 鉴于此，开沟器需满足如下条件： （1）开沟器开沟要直、深浅需一致，沟底平整，幅宽合适，有一定的自动 覆土能力； （2）开沟器要具有有良好的入土性能，不壅土、不乱土层、不堵塞、开沟 阻力小、工作性能可靠； （3）开沟器要使马铃薯种薯完全落入沟底，种子在种行内分布均匀，宽度 符合农业技术要求和农艺要求。 6.2 现有开沟器的种类和特点 可以分为锐角开沟器和钝角开沟器二种开沟器，分类的依据是开沟器按入 土角的不同。锐角开沟器工作面与地面的夹角小于 90o，根据外形可分为锄 铲式、芯铧式开沟器船形铲式和双翼铲式等；钝角开沟器工作面与地面的夹角 大于 90o，根据外形可分为双圆盘式、滑刀式、单圆盘式、靴鞋式等等。下 面对齐分类介绍： 锐角开沟器： 锄铲式开沟器：工作时，随着播种机前进，开沟器向前移动，土壤在开 沟铲前形成突起，两侧土壤受挤压而形成土丘和沟痕，随后土层逐渐分开。锄 铲式开沟器离开沟痕后，土壤由于自身重力自行下落，覆盖种子。其优点是结 构简单、质量小、加工制造容易、入土能力强并且开沟阻力小，但是锄铲式开 沟器缺点是对播前整地要求高，对地面平行度要求高。在土块大，残差多、草 根多时易壅土、缠草、堵塞，且高速作业时播种深度不稳定。 芯铧式开沟器：工作时先由芯铧入土开沟，前棱和两侧对称曲面使土壤 沿曲面上升，形成种沟。马铃薯种薯通过输种管落于沟底，然后土壤从开沟器 侧板后部落回种沟，随后开沟器覆土。该开沟器开沟特点是宽度、深度大、沟 底平整、入土性能良好，一般适用于我国东北三省地区垄作种植，但是它的缺 点是开沟时阻力较大，并且高速作业时也不适宜用这种开沟器。 钝角开沟器： 双圆盘开沟器：主要由一对平面圆盘、弹簧、圆盘轴和散种板等组成， 两圆盘在前下方交于一点。工作时，开沟器两个两圆盘靠重力及附加弹簧压力 向前滚动，利用在前下方一点所形成了一个合适的夹角，将土壤向两侧翻耕挤 压，开成中间凸起的种沟。该开沟器工作平稳，可适用于高速作业，沟形整齐、 能切断残茬力强、不乱土层。但结构较为复杂、制造成本较高、开沟器笨重而 且开沟时阻力大。 滑刀式开沟器：工作时前刃向前滑动，在竖直方向直接切入土层，后侧 板向两侧挤压土壤逐渐形成 V 字形种沟。侧板间距影响开沟大小，该开沟器依 华中农业大学本科毕业论文（设计） 14 靠自身重力入土，沟深平稳、沟底整齐、断草能力强、不乱土层，播种后地面 起伏小，但缺点是开沟工作时阻力较大、入土性能较差。 6.3 开沟器的选型 马铃薯播种机的播种作业通常是在刚刚翻耕的耕地上进行播种作业，地面 较为平整，杂草和残茬对开沟器影响较小，不易出现杂草缠绕和土块堵塞的现 象，再综合考虑开沟开沟性能和经济等其他因素，本次马铃薯播种机开沟器的 设计最终使用锄铲式这一类开沟器。其优点是：首先是开沟深度一般较深，能 满足种植要求，马铃薯播种要求开沟最大深度为 180mm；其次开出的沟底平整、 底面较为宽阔；最后锄铲式开沟器受地形起伏的影响较小，结构相对简单，易 于加工制造与使用维护。 6.4 开沟器结构参数的确定 6.4.1 入土角的确定 若入土角选取过大，则开沟器开沟时土壤上移较大，土层抬的高度较高， 容易翻动土层，同时还可能会加大开沟阻力，从而增加拖拉机功率的消耗；若 入土角选得过小，将会造成开沟器刃部强度下降。所以，一般情况下，开沟器 入土角取值范围通常在 3050之间，为了保证良好的入土能力和提高开沟器 刃部强度，当然开沟器入土角也不能取得太小，那样就影响入土能力和入土效 果，此处取入土角为 45。 6.4.2 切土角的确定 若开沟器切土角 过大，土壤很容易被推向沟两侧，造成土壤外翻的结果， 从而影响开沟器覆土性能；同时切土角 也不能过小，过小的切土角 将对铲 面的垂直高度有严重影响。一般情况下 取值通常选择在 2030之间较 为合适，为了获得较好的开沟效果，降低功率消耗，此处切土角取 =20。 6.4.3 铲翼张角 的确定 若铲翼张角 过大，翼铲就会随着张角的增大而增大，使杂草不易沿刃口 方向滑过，容易导致缠草、壅土、堵土等现象的发生；当 过小时，翼铲切断 草根的能力就会随着张角的变小而减弱。使杂草沿翼铲刃向后滑移且拥有较好 的切断残茬的能力，一般 取值范围在 7585，此处取铲翼张角 =80。 6.4.4 开沟器外形尺寸的确定 华中农业大学本科毕业论文（设计） 15 开沟器深度调节扁钢的尺寸为：40mm20mm 开沟器外形尺寸长宽高：173mm120mm505mm 7 输种管的选型设计 7.1 输种管的性能要求 输种管的主要作用是将种子由排种器导入到开沟器，使马铃薯种薯能够顺 利落入种沟内，提高出苗率，输种管对排种的深度和均匀性有较大的影响，输 种管能满足要求即可。马铃薯播种机对输种管的主要要求有以下几点： （1）干扰种子流的影响程度小，能保证马铃薯种薯自由流动，不能降低马 铃薯播种机排种均匀性和播深一致性。 （2）马铃薯播种机的输种管应具有一定的伸缩性能并且可以随意弯曲，从 而能够适应开沟器的上升和下降的调节，节约调节时间。一般要求输种管铰接 在马铃薯排种器上，固定良好。并且在不同方向上摆动的同时不至于影响马铃 薯种薯的通过性能。 （3）输种管应具有一定的弹性和弯曲性能，并且具有一定的耐腐蚀性能。 （4）此外，输种管还应该具有一定的圆度，不能发生变瘪或变形的现象， 通常结构要简单，加工制造容易和后期的使用维修更换简单等。 7.2 输种管的选型 选用螺旋型骨架塑料输种管，主要是考虑到本次马铃薯播种机的设计 中马铃薯种薯的形状和对导种管的要求。该输种管用 1mm 厚的尼龙丝或钢 丝做骨架，周围缠敷上塑料薄膜并通过加热方式制作而成。输种管管内壁 光滑摩擦阻力小，结构简单、质量小、能灵活弯曲、且具有耐腐蚀等优点。 其示意图如图（61）所示。 图图 6 61 1 输种管输种管 华中农业大学本科毕业论文（设计） 16 Figure 61 The matering tube 7.3 输种管参数的确定 7.3.1 输种管的直径 马铃薯播种机的最小输种管直径一般根据所播种作物的最大播量，同时考 虑马铃薯种薯的物理特性，以这两者作为参考并最后决定输种管直径，如马铃 薯种薯形状和马铃薯尺寸，管壁与马铃薯种薯之间的摩擦系数等因素。马铃薯 输种管的最小直径应该适应输种管内种薯，在马铃薯种薯自由落体时所能扩散 的最大范围。根据前人总结和试验，参考相关资料，约有 2/3 的马铃薯种薯的 散落尺寸集中分布在 20mm 以内，因此选择输种管最小直径和最大直径在 26mm40mm 之间，这样才能保证良好的效果。 7.3.2 输种管的倾斜度与长度 马铃薯输种管的长度和倾斜度都应该适应不同种类的播种机结构需要，这 对播种机极为重要，能够提高播种性能，降低漏播和重播率。不同种类的排种 器特点以及对马铃薯种薯落到沟底部的要求不同，应该分类进行确定。 一般情况下，输种管材料为橡胶时，其倾斜角通常为 50。其长度可以经 由下面公式计算得出： L=H/sin （7 1） 式中 H排种口下距离开沟器接种口的垂直距离 输种管的倾斜角度 计算得出 L 的值为 225mm，符合马铃薯播种机的设计要求。 8 覆土器的选型设计 8.1 覆土器的种类和特点 马铃薯播种机上常用的覆土器很多，主要有链环式覆土器、弹齿式覆土器、 爪盘式和刮板式覆土器等一些常用覆土器，其中全幅覆盖有弹齿式、链环式、 爪板式等覆土器，一般在行距较窄的谷物条播机播种过程中较为常用。圆盘式 和刮板式覆土器则通常用在播种时行距较宽，并且所需覆土量较大、覆土要求 严密，且能具有起垄农作物播种机械上面，如东北地区。 华中农业大学本科毕业论文（设计） 17 8.2 覆土器的选型 结合马铃薯播种机的特点，同时考虑到开沟器和排种器的结构特点，选用 拖环式覆土器作为该设计的覆土装置。其结构示意图如图 81 所示。 图图 8 81 1 链环式覆土器结构链环式覆土器结构 Figure 81 The structure of link covering device 8.3 覆土器结构参数的确定 拖环直径的长度 D=280mm 覆土器链环长度 L=15mm 覆土器两圆环的间距 L1=120mm 覆土器挂钩有效直径 D1=10mm 整个工作部件覆土器的工作有效高度 H=375mm（可调） 9 镇压轮的选型与设计 9.1 镇压轮的使用条件 通过镇压镇压轮的镇压作用，能使种子与较湿的土壤更加紧密的接触，减 少水分的蒸发，可有利于土壤保墒，有利于种子的萌芽和生长发育，同时还可 以增强土壤毛细管的作用与性能。镇压轮对土壤的压强一般 3050kPa 之间， 压实作用主要依据土壤的性质以及农作物种植要求而定。土壤被压紧后，一般 容重约为 81.2g/cm2 华中农业大学本科毕业论文（设计） 18 9.2 设计要求 （1）转动要灵活 （2）镇压力要可调； （3）镇压后鳞状裂纹不应产生在土壤表面； （4）不壅土并且不缠草。 9.3 结构设计 通常采用常规、普通的镇压轮作为马铃薯播种机中的镇压轮。其质量小, 结构简单,不能完全压实，这严重影响播种作业质量与后期的植株生长。该马铃 薯播种机设计时，选取了一种镇压效果良好，并且镇压后有利于保温、保墒， 促进马铃薯早期萌芽及幼苗的茁壮成长的镇压轮，即采用圆锥式凹型镇压轮作 为马铃薯播种机的镇压轮，该镇压轮镇压效果较好。一般情况下，如果直径应 满足如下公式才能使镇压轮正常旋转、运动，减少镇压过程中出现的镇压轮滑 动与壅土现象，公式为: Smax2WT/D （9 1） 因为 Smax=Qf，则 D2WT/（Qf ） （9 2） 式中 Smax表面土壤颗粒对轮子表面的最大附着力 Q镇压轮的载荷 f土壤颗粒对轮子的附着系数， f 取 0.4 WT镇压轮轴套产生的摩擦力矩 D镇压轮直径 由上式子可知，正常运转的镇压轮，必须产生足够大的附着力才能使其正 常转动。f 取决于镇压轮缘材料和耕作时土壤条件，一般情况下 f 是常数。土 壤对镇压轮缘的附着力随着增大镇压轮重量的增大而增大，镇压轮质量增大会 使镇压轮下陷的程度增大，轮子行驶的阻力会随着质量的增大而增大。同时， 还加大了对土壤的压实力，使土壤板结严重，进而对种子发芽造成不利的后果， 严重影响了出苗及后期生长。因此，增大附着力最好的办法就是减小轴套中摩 擦力矩的产生，可以使用摩擦力矩较小的滚动轴承作为轴套。同样增大镇压轮 的直径也有利于轮子的正常旋转运动，提高镇压轮前进速度。 通过以上分析，计算出轮子取值直径 D 的为 400mm，轮子宽度为 120mm。其 结构简图如图 91 所示： 华中农业大学本科毕业论文（设计） 19 图图 9 91 1 镇压轮装置镇压轮装置 Figure 91 The compacting wheel 10 行走轮的选型设计 10.1 行走轮的设计要求 在马铃薯播种机播种过程中，行走轮不仅具有限深作用同时还是排种器和 排肥器的主动轮，为排种器和排肥器提供前进的动力。