毕业设计（论文）-全膜双垄沟起垄铺膜机设计.doc

0 本科毕业论文本科毕业论文 题题 目目 全膜双垄沟起垄铺膜机设计全膜双垄沟起垄铺膜机设计 学学 院院 工学院工学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 毕业届别毕业届别 201x201x 届届 姓姓 名名 xxxxxx 指导教师指导教师 xxxxxx 职职 称称 教教 授授 1 目目 录录 摘要4 关键词4 abstract4 key words5 1 概述 1.1 全膜双垄沟技术及其特点 .6 1.1.1 全膜双垄沟技术6 1.1.2 全膜双垄沟技术的特点6 1.2 全膜双垄沟技术的原理及效应 .7 1.2.1 雨水入渗叠加利用7 1.2.2 土壤水分抑蒸8 1.2.3 太阳辐射增温效应8 1.2.4 垄沟挡风御寒效应8 1.3 全膜双垄沟播技术推广中需要解决的几个问题 .8 1.4 全膜双垄沟起垄铺膜机的设计思路 .10 2 全膜双垄沟起垄铺膜机总体结构的设计 2.1 全膜双垄沟起垄铺膜机的性能要求及性能指标 .11 2.1.1 性能要求11 2.1.2 性能指标11 2.2 全膜双垄沟起垄铺膜机的技术要求 .11 2 2.3 全膜双垄沟起垄铺膜机整体结构的设计 .12 2.3.1 整机设计原则12 2.3.2 全膜双垄沟起垄铺膜机的总体结构12 3 全膜双垄沟起垄铺膜机主要部件的设计及相关参数的确定 3.1 机架 .14 3.2 仿形板 .15 3.3 起垄装置 .16 3.4 运土装置 .16 3.4.1 开沟铲的总体设计及性能要求16 3.4.2 输土链的性能要求17 3.5 施肥装置 .18 3.6 镇压装置 .18 3.6.1 镇压装置的作用18 3.6.2 镇压轮的类型19 3.6.3 镇压轮的设计20 3.7 地轮 .21 3.7.1 地轮直径22 3.7.2 抓地板的设计与布局22 3.8 旋耕刀 .23 3.9 覆土装置的设计 .23 4 全膜双垄沟起垄铺膜机受力分析 3 4.1 开沟铲阻力分析 .24 4.2 开沟铲臂弯矩的校核 .27 4.3 传动设计 .29 4.3.1 链传动的特点及应用29 4.3.2 滚子链的结构29 4.3.3 链条的选取29 4.3.4 链轮材料的选择30 4.4 梁的强度校核 .30 5 总结与展望 5.1 总结 .31 5.2 展望 .31 参考文献 3333 致谢.35.35 4 全膜双垄沟起垄铺膜机设计全膜双垄沟起垄铺膜机设计 摘 要 我国是水资源严重匮乏的国家之一，特别是我国西北干旱半干旱地区是典型的雨养农业区，能利用 的水资源更是非常有限。同时，传统农业粗放的灌溉方式又造成大量的水资源浪费。所以如何将有限的 水资源得到充分的利用，实现高效高产的成为当前旱作农业区生产的共同目标。在全省农技推广人员不 断的探索和实践中，提出了旱作农业上一项具有突破性的创新技术-全膜双垄沟栽培技术，该项技术集 膜面集雨、覆盖抑蒸、垄沟种植技术为一体，能最大限度地保蓄自然降水，将地面蒸发量降到最低，特别 对 10mm 以下的降雨能够有效拦截, 使其就地入渗作物根部, 其集雨、抗旱、增产效果十分显著。一般 较半膜平铺玉米增产 30以上, 能显著提高旱作农业区综合生产能力, 对确保粮食安全、促进旱作农业 区经济稳步发展具有重大意义。为推进旱作农业全膜双垄沟播栽培技术的广泛应用，实现标准化栽培， 在干旱半干旱地区推广这项技术，将对旱作农业的发展产生积极的推动作用。本文设计了一种全膜双垄 沟起垄铺膜机，它一次作业可完成起垄、整形、施肥、铺膜、覆土镇压等多道工序，减少了田间作业工序， 5 提高了作业效率，提高了起垄和播种质量。全膜双垄沟铺膜技术的推广，给广大农民带来更多的经济效 益。本设计用 pro/engineer 软件对整机进行了整体设计，建立了三维模型，并进行了优化。 关键词：全膜；双垄沟；铺膜机；设计 abstractabstract china is a serious shortage of water resources is one of the countries, especially in chinas northwest arid and semi arid region is a typical rainfed agriculture area, can use water resources are very limited. at the same time, the traditional agriculture irrigation and cause a lot of waste of water resources. so how will the limited water resources are fully utilized, achieve the high yield of dry farming region of production has become the common goal. in complete province farming ability popularizes personnel continuous exploration and practice, put forward arid agriculture on a groundbreaking innovation - the entire membrane double ridge and furrow cultivation technology, the technology of rainwater collection surface, covering evaporation-inhibiting, furrow planting technology as a whole, to maximize storage of natural precipitation, surface evaporation to a minimum, especially for 10mm following rainfall can effectively intercept the local infiltration, root crops, its collect rain, drought, the yield is very significant. generally a half flat films corn yield by 30above, can significantly improve the dry farming area comprehensive production capacity, ensure commissariat is safe, to promote rainfed agriculture area steady economic development is of great significance. in order to promote the dry land agriculture of entire membrane double ridge and furrow sowing technology widespread application, implementation of standardized cultivation, in arid and semi arid region of the popularization of this technique, for dry farming development have a positive role in promoting. this paper introduces a design of entire membrane double furrows furrowing and film laying machine, it is a job can be complete ridging, shaping, fertilization, film, cover soil repression and other processes, reducing the field operation process, improves the working efficiency, improves the ridging and seeding quality. entire membrane double furrow membrane paving technology promotion, to the vast number of farmers to bring more economic benefits. the design of pro/engineer software is used to complete the overall design, a three-dimensional model is set up, and the optimization. keykey wordswords: full film; double furrow film spreading machine; design 6 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 6 1 1 概述概述 甘肃省地处祖国内陆，黄河上游，位于黄土高原、蒙古高原和青藏高原的交汇处， 自然条件复杂多样，生态环境脆弱，农业生产条件恶劣，全省旱地面积 3600 万亩，占总 耕地面积的 70。粮食产量低而不稳，干旱始终困扰和制约着甘肃农业的发展。面对甘 肃旱作农业区降雨稀少、分布不均的现状，多年来在各级政府领导和广大农业科技工作 者的共同努力下，农民群众通过修梯田、挖水窖、地膜覆盖、抗旱播种、选用抗旱作物 和抗旱品种等措施和技术，使我省旱作农业和生产水平有了一定的改善和提高；但仍然 没有从根本上解决旱作农业区作物缺水的问题，年年抗旱，年年受旱的现状没有大的改 变，始终处于一种被动抗旱的局面。如何顺应自然规律，最大限度的利用有限的自然降 水，提高水分利用率，缓解旱作农业区作物缺水的问题，是甘肃省多年努力探索解决的 方向。通过全省农技推广人员不断的探索和实践，创新研究出的全膜双垄沟播技术使这 一目标得以实现。全膜双垄沟播栽培技术是旱作农业上的一项具有突破性的创新技术， 该项技术集膜面集雨、覆盖抑蒸、垄沟种植技术为一体，能最大限度地保蓄自然降水， 将地面蒸发量降到最低，特别对 10mm 以下的降雨能够有效拦截, 使其就地入渗作物根部, 其集雨、抗旱、增产效果十分显著。一般较半膜平铺玉米增产 30以上, 能显著提高旱 作农业区综合生产能力, 对确保粮食安全、促进旱作农业区经济稳步发展具有重大意义。 在干旱半干旱地区推广这项技术，将对旱作农业的发展产生积极的推动作用。 1.1 全膜双全膜双垄垄沟技沟技术术及其特点及其特点 1.1.1 全膜双全膜双垄垄沟技沟技术术 全膜双垄沟播技术是指在地表起大小双垄后，用地膜全覆盖，在沟内播种作物的种 植技术，在玉米种植中应用效果尤为突出。其创新点在于：覆盖方式上由半膜覆盖变为 全膜覆盖；种植方式上由平铺穴播变为沟垄种植；在覆盖时间上由播种时覆膜变为秋覆 膜或春季解冻时覆膜。是甘肃省在传统地膜覆盖技术基础上，探索出的一项旱作节水农 业新技术。 1.1.2 全膜双全膜双垄垄沟技沟技术术的特点的特点 （1）革新地面铺膜方式，提高水分利用率 传统铺膜方式为半膜覆盖，土壤水分蒸发量大，土壤水分利用效率低，同时容易造 成土壤板结，影响作物根系乃至整个植株的生长发育。全膜双垄沟铺膜技术方式，即由 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 7 传统半膜覆盖变为全膜覆盖，将播前覆膜变为秋覆膜和顶凌覆膜，蒸发量减少了 3040%， 大幅度降低了土壤水分的蒸发，从而提高土壤水分的利用率，同时消除了土壤的板结现 象，为作物根系的健康生长及土壤微生物的活动创造了良好的条件，在干旱半干旱地区 推广这项技术，将对旱作农业的发展产生积极的推动作用。 （2）抑制田间杂草，提高作物对土壤养分的利用率 以往我国作物是以半膜穴播种植主，即将作物种植于垄上，垄上的地膜只能抑制垄 上杂草的生长并不能抑制垄沟杂草的生长，从而使土壤中部分养分被杂草吸收不利于农 作物的生长。全膜双垄沟铺膜技术，即在地表起大小双垄后，用地膜全覆盖，在大小双 垄沟播内播种作物的种植技术，全地膜覆盖同时抑制了垄和垄沟间杂草的生长，减轻土 壤的盐碱为害，从而提高作物对土壤养分的利用率，有利于作物的生长。 （3）扩大了作物种植区域，有较好的增产效果 扩大了作物种植区域，将小麦等传统的作物改种为玉米、马铃薯等高效作物，使降 水利用率和利用效率得到了大幅度的提高，一般比半膜覆盖玉米增产 20%-30%。 （4）均衡自然降水，增强了作物的抗逆能力，使不均衡的自然降水得以均衡利用， 增强了作物的抗逆能力，实现了旱作农业的可控性。 （5）显著的雨水集流作用 地膜全覆盖具有显著的雨水集流作用。田间相间的大小垄面是良好的集流面，将微 小降雨集流入渗于作物根部，大大提高了天然降水的利用率，可最大限度地保蓄自然降 水，抑制水分蒸发，提高土壤水分利用率，特别是对 10mm 以下的降雨能够有效收集， 渗入膜面以下，作用于作物根部，抗旱、增产效果十分显著。 （6）增加了积温，扩大了玉米及中晚熟品种的种植区域 1.2 全膜双全膜双垄垄沟技沟技术术的原理及效的原理及效应应 全膜双垄集雨沟播技术集成了雨水叠加入渗、土壤水分覆盖抑蒸和太阳辐射增温三 大原理, 在生产中产生了比较明显的效应。 1.2.1 雨水入渗叠加利用雨水入渗叠加利用 该技术采用大小垄相间的种植方式,一般大垄宽 6570mm,垄高 1015mm, 小垄宽 40mm, 垄高 10 15mm,大小垄间形成种植作物的垄沟, 地面进行全覆盖。采用该技术后由 于认为增加了集雨面积, 可使有限的降水, 甚至是 5mm 以下的无效降水, 通过垄的分水 作用、地膜的良好阻渗作用, 汇集到种植沟, 并沿播种孔入渗到作物根部, 变成有效降雨, 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 8 大大提高了耕层土壤水分含量, 很好地解决了普通半膜覆盖种植降水滞留面的缺陷, 集雨 效果远优于平铺半覆盖方式。经测定,在自然降雨 20mm 后 3 天测定土壤水分,全膜双垄沟 播种植播种行中 0 20cm、20 40cm 土层土壤水分分别比普通平铺覆盖增加 5 个和 2.9 个百分点。而在降雨 5mm 后 3 天测定, 全膜双垄沟播种植株距 10cm 处, 010cm、10 20cm 土层土壤水分分别比普通平铺覆盖高出 3.8 个和 2.7 个百分点, 集雨效果非常显著。 1.2.2 土壤水分抑蒸土壤水分抑蒸 由于地表完全覆盖地膜后, 基本切断了土壤向大气的水分散失, 使因棵间蒸发的无效 水分散失降到了最低,同时,使土壤深层的水分加快向上移动, 明显聚 集在土壤表层, 有效提高了土壤水分的利用率。多点测定表明,全膜双垄沟播种植玉米全 生育期 020cm 土层土壤水分要比普通半膜覆盖种植高出 4 7 个百分点, 等于每公顷多保 蓄 4590m3水,相当于多降水 410mm,保墒效应非常明显, 因而全膜双垄沟播技术具有显 著的抗旱增产效果。 1.2.3 太阳太阳辐辐射增温效射增温效应应 地面覆盖地膜后,由于地膜的强透光性,可使土壤获得大量太阳辐射而升温,同时, 全膜 双垄集雨沟播技术,采取了全地面覆盖和大小垄相间的种植方式, 一方面增大了地表表面 积,增加了土壤的太阳辐射能, 基本切断了水分向空间的汽化消耗, 从而阻止了太阳辐射能 随水汽的散失,因此可以显著的提高地温。经测定,在玉米生长期内,全膜双垄沟膜内土壤 0 10mm 土层日平均地温比露地高出 3.5 4.8,比普通半覆盖高出 1.51.8。增温效应 明显。 1.2.4 垄垄沟沟挡风挡风御寒效御寒效应应 由于采用 10 15mm 高的垄面,作物种植在沟里,垄面可以有效抑制风寒,有利于作物幼 苗的快速生长。 1.3 全膜双全膜双垄垄沟播技沟播技术术推广中需要解决的几个推广中需要解决的几个问题问题 甘肃省是全膜双垄沟播技术的重点推广区域。近年来，省委 、省政府认真贯彻落实 省、 市决策部署，把全膜双垄沟播技术推广作为落实强农惠农政策、发展旱作农业、 促进农民增收的重大举措，采取一切行之有效的措施，取得了显著成效 。但是，随着这 一技术的大规模、大面积推广，我们也发现了一些迫切需要解决的问题。 1.应注意解决抢墒覆膜的问题 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 9 全膜双垄沟播技术的核心是保墒蓄水，甘肃省年降水量不足 400mm，且降水主要集中 在 7、8、9 月三个月，几乎年年发生冬春连旱。这样的气候条件，决定了推广全膜双垄 沟播技术必须抓住秋季降水较多和春季土壤解冻两个有利时机，开展大规模的抢墒覆膜。 秋覆膜是关键之关键，要抢抓 9 月下旬到 10 月份一个多月降水较多、墒情较好的有利时 机，集中时间、集中力量，完成 80以上的覆膜面积，最大限度地保蓄秋季降水。顶凌 覆膜要紧紧抓住冬春降雨雪的有利时机，抓早抓主动，开春土壤一解冻，集中十天半月 时间进行覆膜，最大限度地保蓄土壤水分。否则，一旦气温迅速回升，水分迅速蒸发， 土壤失墒加快，时机稍纵即逝，贻误农时。 2应注意解决土地流转的问题 党的十七届三中全会强调：“允许农民以转包、出租、互换、转让、股份合作等形 式流转土地承包经营权，发展多种形式的适度规模经营。 ”目前，全膜双垄沟播玉米推广 中存在着一些想种玉米的群众土地不足的问题。为此，要进一步扩大全膜双垄沟播玉米 推广面积，必须按照中央关于土地流转的政策，充分调动农民的积极性，引导农民合理 流转土地，使土地向种植大户集中，发展适度规模种植。在具体工作中，要创新工作机 制，制定激励政策，采取切实可行的措施，因人因事而异，区别对待，逐步发展；要组 织乡村干部广泛宣传土地流转政策，深入开展调查摸底，做好群众的思想工作，让群众 自发协商，然后介入工作，规范程序，组织流转；特别要发挥好村组干部联系群众、熟 悉情况、掌握信息的优势，让他们带头搞土地流转、做群众工作，最大限度地减少社会 矛盾。 3应注意解决农机服务的问题 据调查， 1 亩全膜双垄沟播玉米从覆膜到收藏需要 20 个工日左右的劳动力，如果 1 户种植 10 亩，就需要 200 个劳动力，而且覆膜、点播等各个环节的时效性强，有效时间 短，劳动力强度非常大。在当前农村劳动力大量外出务工而使农业生产劳力短缺的情况 下，必须在整地、运肥、覆膜、打孔、点播等各个环节强化农机服务，提高农业机械化 水平。因此，在全膜双垄沟播技术推广过程中，农机部门要掌握市场信息，关注新型农 业机械，通过试验对比，引进一批新型农机，大力开展农机具集中演示培训活动，引导 更多的群众使用新型农业机械，加快覆膜等关键工作进度。要不断完善市场化运作模式， 提供信息，强化培训，积极组建农机服务队等社会化服务组织，进一步建立健全农机服 务体系，为农民搞好服务。 4应注意解决物资供应的问题 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 10 不同区域的气候条件不相同、农时有差别，要及早做好全膜双垄沟播技术推广的物 资准备。当前正在开展的顶凌覆膜是抗旱保春耕的重大举措，要认真总结秋覆膜工作的 成功经验，查找工作中存在的突出问题，及早部署，做好物资发放、整地备肥等各项前 期准备工作，确保能够抓住有利时机，迅速开展覆膜，提高保墒效果。对省上的补贴地 膜，要严格按照管理办法要求，以村为单位分户造册登记，健全档案，并将发放结果张 榜公示，确保补贴地膜发放到户。要及时调运储备地膜、肥料、种子、农机具等物资， 加强农资市场监管，确保质量高、数量足，保障覆膜需求。 1.4 全膜双全膜双垄垄沟起沟起垄铺垄铺膜机的膜机的设计设计思路思路 本文所设计的全膜双垄沟起垄铺膜机主要适用于整耕平整的土地，拖拉机轮胎与机 具行走轮均在垄沟中行走，不会压实垄面，防止了土壤压实。机具前进时，采用旋耕起 垄装置旋耕，两组输土开沟铲同时入土开沟，翻到两边的土壤由整形限深轮修整垄面， 通过调节限深轮与机架的相对位置，可改变开沟深度。中间的土壤沿着铲面上升到开式 土壤升运装置的前端，随带板式输送带均匀不断地升运到溜土槽顶部，最后由土壤分流 装置分配下滑到地膜两边和两个垄沟底的膜面上，形成 4 条土壤流，纵向覆土膜，土壤 流量的大小可调节，并通过横向覆土装置进行一定时间间隔的横向压土，以起到地膜的 抗风能力。主传动轴通过链轮，链条驱动排肥轮，将肥箱内的肥料排出，沿输送管进入 开沟器，施入整形前两起垄开沟铲后中部的窄垄土壤内，以便向两边沟内的作物供肥。 该机作业一次可完成开沟、起垄、施肥、整形、铺膜和覆土等工序。机具结构紧凑，作 业质量好，工作可靠，使用调整方便，适合于耕整好的地块，是玉米、马铃薯起垄全膜 覆盖集雨栽培，的理想配套农具。本设计按小垄沟垄面宽度为 40cm，大垄沟垄面宽度为 70cm，大小垄沟高度均为 15cm，设计，确定小麦的行距为 15cm ,实行垄沟内种植的方法。 垄沟宽度和深度一方面影响单位面积的灌水量、土壤水的垂直入渗和水平侧渗，另 一方面影响作物的有效种植面积和产量，还影响机械的作业和起垄整地的难易程度。 为 了控制土壤水垂直入渗，增强水平侧渗，又便于机械起垄和机械收获，应尽可能增大有 效种植面积。 参考大田种植的每次灌水量，确定小垄沟垄面宽度为 40cm，大垄沟垄面宽 度为 70cm，大小垄沟高度均为 15cm，设计，确定小麦的行距为 15cm ,实行垄沟内种植的 方法。如图 1 所示。 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 11 图图 1.全膜双垄沟技术示意图全膜双垄沟技术示意图 2 2 全膜双垄沟起垄铺膜机总体结构的设计全膜双垄沟起垄铺膜机总体结构的设计 2.1 全膜双全膜双垄垄沟起沟起垄铺垄铺膜机的性能要求及性能指膜机的性能要求及性能指标标 2.1.1 性能要求性能要求 全膜双垄沟起垄铺膜机的性能要求，包括农业技术要求和使用要求两个方面。 （1）技术要求：要求全膜双垄沟起垄铺膜机的起垄量符合农业技术要求，垄深一致 且符合农业技术要求，行距一致、施肥均匀；地膜在覆盖的过程中进行纵向加横向的压 土方式，以增强地膜的抗风能力，以提高土壤水分的利用率，利于保墒。 （2）使用要求：通用性好，大小垄的深度及宽度符合农业技术要求，便于调整、挂 膜方便可靠；在起垄的同时，能进行施肥、铺膜、覆土及镇压等作业。 2.1.2 性能指性能指标标 起垄铺膜质量的高低常用性能指标来评价。 （1）起垄量稳定性：指旋耕起垄装置不随时间变化而保持稳定的程度，可用于评价 全膜双垄沟起垄铺膜机起垄质量的稳定性； （2）纵向覆土量稳定性：指全膜双垄沟起垄铺膜机在相同条件下进行纵向覆土量的 一致程度； （3）横向覆土量稳定性：指全膜双垄沟起垄铺膜机在相同条件下进行间隔时间横向 覆土量的一致程度； （4）地膜覆盖的均匀性：指地膜在垄面上的覆盖分布的均匀程度； （5）土壤升运的稳定性：指土壤在输土升运装置升运的过程中土量的稳定程度； （6）起垄整形限深装置稳定性的：指旋耕起垄装置起垄后，对大小垄深度的限制和 调整，使得大小垄的深度保持在一定农业技术要求范围内。 另外，对于全膜双垄沟起垄铺膜机来说，还要达到垄面平整，垄沟整齐，便于调整、 挂膜方便可靠；在起垄的同时，能进行施肥、铺膜、覆土及镇压，种子和肥料的间层保 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 12 持一致，不烧伤种子，土壤密实程度适合作物的生长。 设计全膜双垄沟起垄铺膜机时，既要结合铺膜机的性能要求及铺膜机要达到的性能 指标，又要结合作物本身的特性，确定全膜双垄沟起垄铺膜机的总体设计方案以及各工 作部件的设计方案。 2.2 全膜双全膜双垄垄沟起沟起垄铺垄铺膜机的技膜机的技术术要求要求 （1）起垄均匀性要好，起垄方向直，不起土块，起垄后垄沟没有裂口，覆土镇压效 果要好，播种作业后，仍然能保持良好的垄形； （2）旋耕起垄装置要有很好的起垄性能，起垄均匀； （3）要做到起垄的同时进行地膜的全覆盖，避免漏地缝隙的出现。 2.3 全膜双全膜双垄垄沟起沟起垄铺垄铺膜机整体膜机整体结结构的构的设计设计 2.3.1 整机整机设计设计原原则则 （1）结合我国北方旱作农业地区的实际情况，参考作物本身特性和国内外的全膜双 垄沟起垄铺膜机，设计出一种既满足功能要求又适合我国北方农业情况的全膜双垄沟起 垄铺膜机； （2）铺膜后要进行镇压，因此在全膜双垄沟起垄铺膜机上要设计相应的镇压机构， 以最大限度的保证农田水分的要求，避免起垄铺膜后土壤水分的流失； （3）传统的全膜双垄沟起垄铺膜机在覆土镇压时只有纵向的覆土，由于地膜的长度 很长，地膜对于抗风能力不强，不利于地膜的覆盖，而本机采用纵向加横向的综合覆土 方式，增加了地膜的抗风能力，有利于防止铺膜后土壤水分的流失； （4）为了避免土壤被压实，尽量减少作业机器进入土地作业的次数，因此将起垄、 整形、施肥、播种、铺膜、镇压等作业一次性完成； （5）为了作业方便，要在满足功能要求的基础上，减少整机的体积，尽量将整机结 构设计紧凑。另外，在满足强度要求的前提下，要减轻整机的重量，节约使用材料； （6）为了降低成本，要在满足各项要求的基础上，尽量简化结构，同时还要考虑到 零件的互换性和可装配性。 2.3.2 全膜双全膜双垄垄沟起沟起垄铺垄铺膜机的膜机的总总体体结结构构 1. 用 pro/e 建立整机模型 全膜双垄沟起垄铺膜机是由小四轮拖拉机作牵引的机械化作业机具。该机主要由机 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 13 架、开沟铲、起垄旋耕装置、传动装置、土壤升运装置、整形限深装置、挂膜装置、土 壤分流装置和施肥装置等组成。该机作业时可使用宽度为 120cm140cm 的地膜，窄/宽垄距 为 40/70cm，生产效率 1.32.0hm2/d,(带后动力轴输出轴)小四轮拖拉机。 pro/ e 建模过程的步骤一般可以分为自底向上(down2top) 和自顶向下( top2down) 两种方式。自底向上是指从零开始,然后到子装配、总装配、整体外观的设计方式。自顶 向下是指从整体外观(或总装配) 开始，然后到子装配、零件的设计方式。具体设计过程 中这两种方法也可以同时采用。本设计中同时用到了以上 2 种设计方式。 首先按设计要 求设计出各个零部件，然后将各零部件进行组装，组装后的整机模型如图 2 所示。整机 结构图如图 2 所示。 2. 全膜双垄沟起垄铺膜机主要技术参数 外形尺寸（长宽高） （mm）130014001150 机具质量（） 175 拖拉机功率（kw） 14.718.4（带动力输出） 动力转速（r/min） 540 地膜宽度（mm） 12001400 大垄尺寸（cm） 宽 6773，高 1015 小垄尺寸（cm） 宽 3743，高 1520 垄距（） 110120 膜边覆土宽（） 810 作业速度（km/h）34 作业速率（hm2/h）0.130.20 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 14 图图2 2 整机模型整机模型 图图3 3 整机结构示意图整机结构示意图 1.旋耕起垄装置 2.化肥箱 3.分土盒 4. 镇压装置 5.安全罩 6.机架 7.仿形板 8.地轮 9. 运土装置 10.安全罩 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 15 3 3 全膜双垄沟起垄铺膜机主要部件的设计及相关参数的确定全膜双垄沟起垄铺膜机主要部件的设计及相关参数的确定 在设计各工作部件时，要满足全膜双垄沟起垄铺膜机的功能要求与性能要求，尽量 做到成本低、结构紧凑、外表美观。本文设计的铺膜机采用三点悬挂式，主要机构包括： 机架，运土装置，镇压装置，地轮，旋耕起垄装置，仿形板，分土盒，及化肥箱等部分 组成。 3.1 机架机架 在保证强度的前提下，为了减轻机具重量，机架由 40402 的矩形钢管焊接而成。 运土装置，座轮和镇压装置以及整形装置等工作部件均安装在机架上。结构如图 4 所示， 主要由横梁、斜梁和侧板组成。横梁间距 360mm，前排安装旋耕起垄装置、2 个开沟铲， 中间安装输土装置，仿形板安装在地轮后面，最后安装镇压装置；斜梁焊接在前排横梁 上，并通过挂接板与拖拉机挂接盒连接。 图图4 4 机架结构示意图机架结构示意图 3.2 仿形板仿形板 起垄后整形，可以保证播种时，播深一致。该整形装置是由 2mm 厚的钢板制成，前 宽后窄，前高后低，作业时可以起到聚土压实的作用。上端的杆与机架相连，可以使垄 沟根据仿形板的形状进行整形，保证整形的质量。经过仿形板整形后的垄面比较平整， 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 16 而且土壤密实度也比较合适，有利于作物的生长。压实要适宜，不能过分压实，一般 0.30.5kg/cm2 的压实程度比较适于作物的生长。整形后，垄体的基本尺寸为：小垄沟 宽 40cm，大垄沟宽为 70cm，大小垄高 15cm。如图 5 所示。 图图5 5 整形装置整形装置 3.3 起起垄垄装置装置 起垄的方法有多种，可以用犁起垄，对于有些深播作物可以用培土铲起垄，在管理 机上有的采用旋耕刀来起垄等等。用犁起垄阻力比较大，用培土铲起垄，对于播深比较 浅的作物不适用，而旋耕刀起垄垄形比较好，需要的动力大，而且旋耕时土壤的翻动量 比较大，有利于增加土壤中的空气含量。本设计中采用旋耕刀起垄装置起垄，首先在前 排由旋耕刀进行旋耕，在后排用开沟输土铲起垄，一次起两个垄，每个垄宽约 40cm，然 后用整形装置对垄沟进行整形，使小垄宽 40cm，大垄宽 70cm，形成大小垄高约为 15cm， 如图 6 所示。 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 17 图图6 6 起垄装置起垄装置 3.4 运土装置运土装置 全膜双垄沟起垄铺膜机运土装置主要由开沟铲和输土链组成。 3.4.1 开沟开沟铲铲的的总总体体设计设计及性能要求及性能要求 1.平角式开沟铲 开沟铲的作用是开沟、起土,由底板及两侧板焊合而成。本设计的开沟铲打破了传统 的尖角设计，采用平角式。平角式开沟铲是一种新式开沟铲，开沟均匀，入土性能好， 耐磨损，不易搅混土层。平角式开沟铲能保证铺膜机在起垄铺膜时的取土量，从而保证 压膜的质量。如图 7 所示。 2.入土隙角 入土隙角 为开沟铲底面与地面之间的夹角。入土隙角的存在有利于开沟铲迅速取 土， 过小入土性能变差，且底边易于磨损。 过大将使土壤提前回落，不能保证取土 量，一般取 为 2535 度左右，为了保证土壤在开沟铲上流动通畅,不产生堆积经过多 次试验取 =30。 图图 7 7 开沟铲开沟铲 3.性能要求 开沟铲是全膜双垄沟起垄铺膜机运土装置关键的部件之一。它的结构及布局合理与 否不仅会直接影响开沟情况，而且还会影响铺膜的流畅性、进而影响施肥质量以及播种 质量。由于开沟铲的作业条件较恶劣，工作难度较大，所以对开沟铲的性能要求会比较 高。 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 18 （1）开沟铲应有铲土、取土的作用，要求使土壤经开沟铲和运土装置将覆膜土运送 到指定位置，便于覆土压膜； （2）开沟均匀。开沟铲开出的种沟要深浅一致，沟形整齐、平直、开沟深度能在一 定范围内调节，以适应作物的播深要求，在相同的开沟宽度情况下，均匀深度的垄沟便 于铺膜机铺膜。 （3）开沟铲要有良好的入土性能和切土能力、工作可靠，不易被杂草、残茬、土块 堵塞； （4）开沟铲应结构简单，阻力小，调整和维护方便。 3.4.2 输输土土链链的性能要求的性能要求 输土链是全膜双垄沟起垄铺膜机运土装置关键的部件之一。其结构和性能直接影响 铺膜的质量。 其性能要求如下： （1）运土性能好。输土装置输土链的运土性能要好，在运土时，要保证土壤的流畅 性，防止土壤产生堆积，便于压膜。 （2）工作要可靠。输土链的运土时要保证其可靠性，从而保证压膜的质量。 （3）输土链耐磨。由于输土链工作环境及其恶劣，工作时摩擦力较大，故要求输土 链耐磨，提高其工作的可靠性。 3.5 施肥装置施肥装置 全膜双垄沟起垄铺膜机在起垄铺膜时一次施入大量的肥料，以保证作物生长期需要， 施肥装置由化肥箱和施肥调节器组成其特征是施肥调节器可以根据不同的施肥需要进行 施肥量的控制，提高肥料的利用率，促进农作物的生长。 主要性能要求：起垄施肥施肥量的可调。全膜双垄沟起垄铺膜机在起垄铺膜时一次 施入大量的肥料，以保证作物生长期需要，因此施肥量要适中，以免烧种。根据起垄铺 膜时土壤情况不同，施肥量也不同，在供水充分、肥沃的土壤上为了取得高产，往往用 大施肥量；而干旱贫瘠土壤上产量不高，相对施肥也少。肥料需求较少时，可以减少施 肥量，从而减少肥料的损失，提高肥料的利用率。根据不同作物对肥料的要求，调节施 肥量，提高作物的产量，从而增加农民收入。如图 8 所示。 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 19 图图 8 8 施肥装置施肥装置 3.6 镇压镇压装置装置 3.6.1 镇压镇压装置的作用装置的作用 影响种子发芽和出苗的主要因素有土壤水分、温度、氧气、土壤坚实度、土壤盐分、 肥料和种子深度，土壤水分主要是指土壤中的液态水，它是影响种子发芽的主要因素。 种子发芽过程中的吸水效应取决于土壤与种子的紧密程度、土壤的结构和水势。扩大种 子表面与液态水的接触面积，可以缩短发芽过程和提高发芽率。播种同时镇压可以减少 土壤中的空隙，减少水分蒸发，可以使土壤保墒；可加强土壤毛细管作用，使水分沿毛 细管上升，起着“调水”和“保墒”的作用；可使种子与土壤紧密接触，有利于种子发 芽和生长；还可以压碎土块使土壤密度增加，提高根系摄取养分的能力；春播镇压还可 适当提高地温。由于免耕法开的沟窄，土层的颗粒较大，不能保证土壤与种子的贴合及 其所需紧度，因此播种镇压是非常有必要的，只有根据不同土壤、水分和作物对土壤紧 密度的不同要求而适当的进行镇压，才能促进作物的生长，从而提高产量。 3.6.2 镇压轮镇压轮的的类类型型 目前用于播种机上的镇压轮有多种，按形状不同可分为圆柱型、凸鼓型、凹腰型等 （如图 9 所示） ；按材料不同可分为铸铁、钢板冲压和橡胶镇压轮等。 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 20 a b c d e f a.平面整体式 b.凸面整体式 c,d.凹面整体式 e.凸面剖分式 f.型双轮式 图图 9 9 镇压轮轮的类型镇压轮轮的类型 1.圆柱型镇压轮 圆柱型镇压轮用于宽幅开沟铲（如芯铧式开沟铲）之后的镇压。结构简单，镇压面 较宽，压力分布均匀，对土壤压实性能较强，但金属圆柱轮轮缘容易沾土而降低工作质 量。一般加设刮土板或者采用在轮缘上包一层橡胶，可以减轻沾土现象。 2.凸鼓型镇压轮 凸鼓型镇压轮对种子上方土壤的压密作用强，使种子与土壤密接，适于谷子、玉米 等出土能力强的作物，也适用于干旱多风的地区使用。镇压后种子紧靠湿土，防止透风， 利于保墒。 3.凹腰型镇压轮 凹腰型镇压轮有整体的和分离的两种。镇压性能比较好。凹腰型镇压轮从两侧将土 壤和种子压紧，但在种子上部的土层比较松，有利于种子发芽出苗生长。凹腰型镇压轮 适用于棉花、豆类及出土较困难的双子叶作物，也适用于潮湿地区土壤使用。分离轮由 左、右两个锥面轮圈构成，轮圈间留有 20mm 左右的间隙，镇压后地表中间凸起且疏松， 两侧土壤被压实，雨后不易积水而造成板结。凹腰型镇压轮常用于播幅不宽的滑刀式开 沟铲播种后的镇压。 4.倒八字型镇压轮（v 形双轮式） 倒八字轮是国外播种机上常见的一种装有橡胶轮圈的实心镇压轮，它的形状及大小 和运动员所用的铁柄相似，并有一定的覆土作用。倒八字轮与窄幅开沟铲（如双圆盘开 沟铲）相配合使用。 5.橡胶镇压轮 橡胶镇压轮有实心和空心之分，近年来有一种被称为零压胎轮的空心橡胶轮发展比 较快。这种镇压轮有一个设有内胎的轮胎。它的腔壁上有一个孔，使胶胎内空气与大气 相通（故称之为零压橡胶镇压轮） ，受压变形后靠自身弹性恢复原来形状。橡胶镇压轮具 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 21 有弹性好、粘土少、易脱土、滑移少，压后地表不易产生鳞片状裂缝等特点，是一种比 较好的镇压轮。 3.6.3 镇压轮镇压轮的的设计设计 选择刚性镇压轮，可以保证有较好的镇压碎土效果，减小土壤中的孔隙，达到保墒 作用和良好的后仿形性能。在山地上工作，由于地表不平整，回土、覆土效果会下降， 刚性镇压轮使种子与土壤紧密接触，有利于种子周围土壤的压实，保持土壤水分。而种 子正上方土壤较为疏松，有利于出苗，从而达到覆土和镇压效果。在连杆上设有施力弹 簧，通过弹簧加压既可以确保镇压轮始终与地表接触，又可以通过调整弹簧压力改变镇 压轮对土壤的压力大小，避免预紧力过大造成土壤的板结，适应不同工况的要求。如图 10 所示。 图图 1010 镇压装置镇压装置 1.设计要求 （1）转动灵活，不拥土； （2）仿形性能好，镇压力可调； （3）粘土少，镇压后地表不产生鳞状裂纹。 2.总体设计 总体结构包括固定机构、连接机构、镇压轮和压力调节机构四部分。这种结构不仅 压力充足、可调，而且整体重量较轻，压力调节只需改变机构上部的开口销限位即可， 无需另加限位装置。 3.直径确定 镇压轮正常转动的条件： rr/qf (m) 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 22 式中： f 土壤对镇压轮的摩擦系数； r 轴套中的摩擦力矩 （nm） ； r 镇压轮半径（m） ； q 镇压轮重力及其附加载荷（n） 本设计采用了滚动轴承, r较小，所以算出的值较小，但实际工作条件较恶劣，有 较大土壤颗粒，为了使它有较大翻越性，增大土壤的压碎率，减少土壤的移动使播种后 种行较平整，覆土一致，将镇压轮直径设计为 300mm。 3.7 地轮 在该播种机中地轮不仅起限深作用，而且是排种、排肥的主动轮，从而在地轮设计 时，应该从以下几个方面着手： （1）满足强度、刚度等机械性能； （2）较小的打滑系数，提高播种的均匀性； （3）对地表不平性有较强的适应性，以免在地表不平的情况下，地轮被架空，造成 不排种、肥的问题。 本机采用同轴固定式设计方案，即两个地轮固定在同一轴上，采用由抓地板、地轮 圈及幅板焊接而成的铁轮作为地轮。这种结构的优点是：（1）地轮轴固定结构简单； （2）两轮在沟里行走，可以充分利用土地资源而且保证整机的平稳性；（3）只要一个 地轮接触地面，就能使排种轴、排肥轴正常工作。 3.7.1 地轮直径 地轮直径越大，其转动越容易，从而打滑率越小，因此直径越大播种越均匀。本次 设计根据机具空间，将其直径设计为 500mm（地轮圈外径） ，宽度为 70mm。 3.7.2 抓地板的设计与布局 除直径外，铁轮的垂直载荷、抓地板高度是影响地轮滑移的主要因素。其中抓地板 对滑移率均值的影响最大，垂直载荷次之。随着垂直载荷增加和抓地板的高度加高，地 轮的滑移率方差降低。但是抓地板越高受土壤地质的影响越大，完全入土地可能性就越 小，从而导致播种的均匀性越差。同时抓地板越高，在其他条件相同的情况下，对抓地 板强度要求就越大，这势必要增加其厚度，而厚度的增加又会增大其入土难度。 从脱土的难易程度考虑，图 11 结构最不易在地轮抓与地轮圈之间夹土，而且随着夹 角 的增大，越容易脱土。这是因为只要 0， 就为钝角，而且它随着 得增 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 23 大而增大。但是这种结构入土困难。 本次设计参照有关机具，综合考虑为增加其入土性能及脱土性能，将其设计为图 12 形状。其具体尺寸如下： l1=70mm； l2=10mm； d1=10mm； d2=20mm； s=4mm。 1 抓地板 2 地轮圈 图图 1111 抓地板示意图抓地板示意图 图图 1212 抓地板抓地板 该形状上窄下宽，不仅有利于抓地板入土，而且减小单个抓地板与地轮圈所夹的空 间，从而减小他们之间夹土的可能性，即增大地轮的脱土性能，所以该形状是比较适合 的。抓地板的数量确定为 14 块。图 13 是在 pro/e 下建立的地轮模型。 图图 1313 地轮地轮 3.8 旋耕刀旋耕刀 传统起垄铺膜机在起垄铺膜时无法使土块打碎，土壤中的空气含量低，同时起垄后 垄沟高低不平，致使传统起垄铺膜机在铺膜时很难控制。为了解决这个问题，在该全膜 双垄沟起垄铺膜机中特意设计了旋耕起垄装置，以便在起垄铺膜时充分打碎土块，使得 土壤中的含量增加，使小作物生长良好，产量高。旋耕作业之前，旋耕刀的排列安装是 一项重要的工作。安装不当，将严重影响作业质量，并因刀片旋转不平衡，会导致机 件损坏和机组震动增大，且不安全。左弯和右弯刀片应尽量交错排列，以使刀轴两端 轴承受力平衡。一般刀片按螺旋线规则排列。相继入土的刀片，在刀轴上的轴向距离 越大越好，以免发生堵塞。在刀轴回转一周过程中，在同一相位角，必须是一把刀入 土，以保证工作稳定性和刀轴负荷均匀。配置两把以上的刀片，应保证切土量相等， 以达到碎土质量好，耕后沟底平整 便于铺膜。本设计中设计小垄沟垄面宽度为 40cm， 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 24 大垄沟垄面宽度为 70cm，大小垄高均为 15cm。旋耕起垄装置中的旋耕刀如图 14 所示。 图图 1414 旋耕刀旋耕刀 3.9 覆土装置的覆土装置的设计设计 1纵向覆土装置的设计 在大小垄起垄成型后铺铺膜时必须要覆土，在本设计种采用泄露覆土器。覆土器在 安装时向外偏 10，全膜双垄沟起垄铺膜机往前运动，土壤升运器将土聚集升运到泄露覆 土器中，在全膜双垄沟起垄铺膜机往前运动和重力的作用下土壤下落覆盖地膜。如图 15 所示。 图图 1515 纵向覆土装置纵向覆土装置 2.横向覆土装置的设计 张立桥：全膜双垄沟起垄铺膜机的设 计 25 在起垄覆膜的过程中由于地膜长度较长，若只有纵向覆土压地膜，其抗风能力很弱， 很容易造成地膜被大风刮起，所以本设计增加在地膜覆盖过程中的横向压土方式，以增 加地膜的抗风能力。如图 16