鸭嘴滚筒式播种机的设计研究.doc

鸭嘴滚筒式播种机的设计研究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。作物的出苗、苗全和苗壮，因而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。1.1我国精密播种机发展现状我国从80年代末便开始研制精密播种机械。由于种子质量、整地条件、机械制造水平及机器价格等因素制约，我国80年代主要是推广半精量播种。90年代以来，我国逐步推广精密播种机，有10多个企业生产了20多种型号的精密播种机。精密播种机以作物种类分为玉米及大豆精密播种机、谷物（小麦）精密播种机、甜菜精密播种机；以配套动力分为小型（5.813.2kw）、中型（16.236.8kw）和大型播种机（40.4kw以上）精密播种机；以排种器形式分为机械式和气力式两大类精密播种机；机械式中又可分为垂直圆盘式、垂直窝眼式、锥盘式、纹盘式、水平圆盘式、带夹式等形式精密播种机。1.2精密播种机的发展前景1.2.1单粒精密播种机迅速发展在国外，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，提高株距的均匀性，大多都采用可精调刮种器，将多余种子清除掉；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48 kmh时，其株距合格率达80以上；而作业速度提高到1112 kmh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。1.2.2播种机的通用性和适应性不断提高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2。1.2.3精密播种机向高速宽幅发展为了在最适合的农业技术条件下、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46kmh提高到810kmh。如西德Aermoat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810 kmh，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34 m增大到56 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。1.2.4广泛采用联合作业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。1.2.5新技术的应用不断普及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3。2播种机概述播种机的功用是以一定的播量或株穴距，将其均匀地播入一定深度的种沟，覆以适量的细湿土，同时也可施种肥并适当镇压，有时还喷洒农药和除草剂，为种子发芽提供良好条件，以达到高产稳产，提高播种作业的劳动生产率，减轻使用者的劳动强度。2.1播种机类型播种机的类型很多，有多种分类方法。按播种方法可分为撒播机、条播机、点（穴）播机；按联合作业可分为施肥播种机、播种中耕通用机、旋耕播种机、铺地膜播种机；按牵引动力可分为畜力播种机和机引播种机，而机引播种机中，根据和拖拉机不同的连接方式，可分为牵引式、悬挂式和半悬挂式；安排中原理可分为气力式播种机和离心式播种机。2.2播种机主要结构及功能目前国内外播种玉米、大豆、甜菜、棉花等中各作物的播种机多数采用精密播种，即单粒点播和穴播。一般中耕作物精密播种机的结构如图2-1。其组成分为以下几部分：图1 播种中耕通用机1种箱 2后支臂 3仿形机构 4主梁 5肥箱 6下悬挂点7仿形轮 8前支臂 9施肥铲 10开沟器 11划沟刀12排种器 13镇压弹簧 14覆土板 15镇压轮l 机架 多数为单梁式。各工作部件都安装其上，并支承整机。l 排种部件 种子相和能达到精密播种的机械式或气力式排种器，包括可调节的刮种器和推种器。l 排肥部件 包括排肥箱、排肥器、输肥管和施肥开沟器。l 土壤工作部件及其仿形机构 包括开沟器、覆土器、仿形轮、镇压轮、压种轮及其连杆机构等。有的精密播种机还配备施撒农药和除草剂的装置4。2.3总体配置目前主要是与12-T5马力小四轮拖拉机配套，播种机自带悬挂提升装置。每台（套）播两垄。垄上播平播均可。2.3.1排种器的参数设计播种装选用滚筒式鸭嘴开穴播种器滚筒式穴播器是精密播种机的主要工作部件，合理设计穴播器，是提高播种质量，改善整机性能的基础5。其结构原理如图2-2所示： 图 2滚筒式穴播器结构简图1.种子2.种子室3.分种盒4.导种管 5.成穴器活动嘴6.成穴器固定嘴7.种子箱8.端盖联结螺栓9.轴10.固定盘11.输种管滚筒式穴播器由多个排种器单体组成。滚筒一侧的固定端盖的开孔与输种管连通，内腔可作种子室。工作时，穴播器随机组前进，当分种盒转至下方通过种子群时，种子通过分种盒的两侧孔进入分种盒，当分种盒转离种子群时，其锥形端可容纳23粒种子，多余的种子又从两侧孔滑落，完成分种过程。继续转动过程中，充入锥形端的种子开始沿分种盒的槽形过桥向另一端滑动，并通过排种口进入成穴器，而与之对应的成穴器的活动嘴在重力和其翼部惯性力作用下自动关闭成穴器。当成穴器转至地面打孔成穴后，其活动嘴翼部受地面支反力作用，又将成穴器打开，其内的种子排入穴孔内，至此完成一个工作循环。l 滚筒式穴播器的参数选择滚筒的半径R和成穴器个数Z滚筒半径R是一个重要的参数。滚筒在工作过程中是滚动前进，滚筒转速过高对充种、分种都不利，所以，为了使穴播器有较高的理想工作速度，R取值应大。但R过大，滚筒结构尺寸过大，增加整机的重量，对整体机组悬挂极为不利。R的取值范围一般在 360480mm之间。具体尺寸还应考虑到播种作物的株距。滚筒式穴播器工作时，在地面上滚动，有一定滑移，在成穴器入土过程中滚动半径瞬时变化，经实验检验，播种作物的株距t为成穴器顶圆的节距，即 （1）式中H 播深mm；Z成穴器数目一般来说，播种作物的株距和播深是由农艺要求确定的。所以R和Z应综合确定，将式(1)变换得 （2）l 例如播种棉花，农艺要求播深3050mm，株距t= 120mm，H为播深，覆土厚度一般为515mm ，所以可取H = 30mm ，R = 200mm，t= 120mm，代入式（2）得Z 12 (3)即当播种棉花，穴播器半径为200mm时成穴器应选择 12 个。设计时可初选R值代入式(2)，计算得Z，再圆整，反过来确定R的实际值。成穴器的重合度e。成穴器的重合度为成穴器入上转角，与相邻成穴器所对应中心角 (节角)之比。如图2所示，成穴器入上点为A点，出土点为B点，则而节角为图3成穴器的重合度其中z成穴器的个数所以 成穴器的参数确定成穴器的结构参数决定着穴孔的形状、膜孔尺寸以及播种深度。为保证排种顺利、膜孔适合出苗和成穴器入土顺利，固定嘴和活动嘴压力角(闭合状态)一般取 1520为宜，活动嘴开启时，开口尺寸应满足112115 dmax(dmax为种子最大尺寸)。固定嘴较活动嘴长58mm ，使得活动嘴顶端运动轨迹包络在固定嘴顶端轨迹之内，以免夹土堵塞成穴器，从而造成空穴。分种盒的结构参数对排种量的影响如图3所示，工作时分种盒完成充种和分种，并且分种盒的侧孔与排种口错开，这样可避免种子不经分种而直接由排种口进入成穴器。经实验比较，分种盒几个参数选择原则是:M=1152dmax，L=112115dmax，K=018dmax。L值应大于排种口的长度, 锥形端可容纳23粒种子，排种量基本是 31 粒/穴，充种和分种均较可靠，符合设计要求。图4.分种盒结构图1.分种盒2.挡肩3.导种管4.种子室简图尽管分种盒的侧孔与排种口相错，但当作业速度较低、种子室内种面高度较高时，分种盒通过种子群的时间相对延长，这就有可能使部分种子直接滑入排种口，穴播量增大。为此在排种口处设置一挡肩，其高度h= 0181dm in (种子最小尺寸)，可有效地避免种子不经分种而排出，提高了播量的稳定性。种子室内种面高度控制种子由种子箱经输种管自流进入种子室，因此入种口的高度决定了种面高度，种子在摩擦力作用下，在种子室内的分布如图1所示。入种口的高度约为种子室直径的1/5，则种面高度约为种子室直径的1/3。种子室内种面高度过高或过低都不利于充种和分种。此外，适当减小种子室半径，相对降低充种的速度，可有效提高作业速度6。2.3.2开沟器的参数设计开沟器要求入土性能好，开沟器能在2-10cm内调节入土深度。l 镇压轮：镇压轮的压强要求0.3-0.5kg/cm2，要求转动灵活，不粘土。镇压轮的宽度应稍大于苗幅宽，直径不可过小，否则转动不灵活，土壤易产生裂纹。常取直径d=300-400mm，本次设计的镇压轮直径为250mm；宽度为125mm。l 镇压弹簧参数设计：要求为0.3-0.5kgf/ cm2镇压轮与地面的接触面积可初步估计为：S=30170=5100mm2。所需压力N=（0.03-0.05）5100=153-225N受力图如下：图5受力图其中：F：弹簧作用力 N：镇压轮接触地面的压力 AC：弹簧作用点与支点距离 AB：支点与镇压轮轴之间的距离有AC=82cm AB=185mm 由FAC=NAB可得：Fmin=NABAC=15318582=345.2N因为镇压轮有自重，所以选用下述(表2-2)弹簧即可满足要求表1 弹簧主要参数材料材料直径工作极限载荷Pi65Mn3mm495(N)圈数（n）弹簧中径D2Pt作用下单圈刚度变量Pia12.514mm1.585节距单圈刚度P/d最大心轴直径Dmax4.77289.3(N/mm)9mm3中耕作物精密播种排种器中耕作物如玉米、大豆、甜菜、高粱、棉花等采用精密播种，可以节省大量种子和间苗劳力，而且可使幼苗分布均匀，达到苗齐、壮、均，有利于增产稳产。达到精密播种的关键是排种器。3.1排种器的技术要求排种器的技术要求大体上有以下几个方面：l 排种器排种均匀稳定，排种均匀性不受外界条件变化而产生严重影响。一台播种机的排种量应该保持一致。l 不损伤种子。l 播种两调节范围要大。l 通用性好。l 工作可靠，不易堵塞。3.2精密播种排种器的类型、特点与适用范围l 水平圆盘式 排种盘上的孔形由种子形状、尺寸和每穴要求粒数确定，并按一定的间距排列。排种的株（穴）距与排种盘转速和孔数有关。播种机上都配有多种槽孔尺寸的排种盘。可根据所播作物、种子尺寸、播量和株（穴）距来选用。该排种器主要用于精密播种玉米、高粱、大豆等种子的播种机上。作业速度一般不大于6kmh，否则排种质量显著恶化。l 倾斜圆盘式 特点是排种通过充种、排种二个过程完成，即种子经过充种盘进入排种盘，然后再排入种沟内。该排种器投种高度较低，有利于提高株距均匀性。倾斜配置的排种器提高了充种盘型孔侧向填充能力和自然清种能力，损伤率较低。根据所播作物种子大小，有多种充种盘，排种盘供选用。还可通过传动比的调节来改变株距大小。该排种器主要用于点（穴）播玉米、大豆、甜菜、蔬菜、花生等种子，其使用的作业速度较低。一般不超过6kmh，其排种性能尚好。l 窝眼轮式 窝眼轮上的型孔大小可根据所播作物种子形状、大小、每穴要求粒数设计，有单排型孔、双排型孔，也可以设计成组合式排种轮，以满足多种作物的点播、穴播或条播，因此，通用性较好。但是型孔对种子外形尺寸要求较广，种子需清选分级，而且在排种过程中，易损伤种子。待排种器大多用于播种玉米、大豆、高粱、丸粒化甜菜等中耕作物播种机上。组合式排种轮还可条播谷子。l 倾斜勺式 特点是不需专门清种装置的机械式排种器。排种勺盘的倾斜角为4045，才能克服种子沿勺盘下滑时产生的摩擦阻力，而使多余种子在自身重力下滑落。通过更换排种勺盘可精播玉米、豆类、甜菜、棉花、花生、向日葵等作物。株距可通过改变传动比调节，从825.5cm分为15级。倾斜勺式排种器结构较简单，不易伤种，对种子形状、尺寸要求不高。在作业速度不大于8kmh时，排种性能尚可。l 内充型孔轮式 与传统的型孔轮相比，其型孔的种子填充性能大大改善。因内充型孔轮的充种区在下方内部，种子充填入型孔时，除种子自重作用外，排种盘旋转时，使种子产生的离心力与种子进入型孔的方向一致，有助于种子充填入型孔内。因此，内充型孔轮排种器的作业速度可达7kmh，其排种性能良好。型孔尺寸根据种子形状、大小设计。可以单粒播种和穴播玉米、甜菜和豆类等多种作物。l 垂直转勺式 更换不同型号的勺匙（其形状为不同直径的圆形、椭圆形、橄榄形）可以播种蔬菜、豆类、甜菜、玉米等。勺匙的容积与种子大小决定了每勺匙内中子数，可单粒点播、穴播和条播。该排种器在运转中不损伤种子，无清种装置。调节传动比可改变株距或每米粒数。作业速度较低，最大速度不能超过4.5kmh。l 指夹式 排种过程中分夹种、清种、推种和导种四部分。种子被指夹强制夹住，工作可靠。对形状较规则、尺寸差别不大的玉米种子比较适用。该排种器大部分零件是薄钢板冲压件和塑料件，重量较轻，拆装方便。但结构复杂，排种底座及指夹磨损后排种性能下降，需定期更换，使用成本较高。播种株距由改变排种盘转速来调节。在作业速度8kmh以内排种性能良好。主要用于精密点播玉米，播大豆等其它作物时，需换用内槽轮排种器，通用性差。l 带式 排种胶带可根据不同作物的种子大小和穴粒数，用打孔机打出不同的型孔，可以有单排孔、双排空和三排孔，以满足点播、穴播或带播的要求。结构比较简单，损伤种子较少，但型孔对种子形状、尺寸要求较高，种子需筛选分级或球粒化处理。该排种器主要用于播蔬菜、甜菜等小粒种子，更换排种带后可播玉米、大豆，通用性较广。由于它投种高度很低，在作业速度不大于5kmh条件下，排种性能良好。但作业速度超过6kmh时，排种性能显著下降。l 气吸式 排种盘吸孔直径根据作物种子尺寸确定。可以单粒点播、穴播和条播。气室吸力可通过风机转速和进、出口风门大小来调节。通过调节排种盘转速或改变孔数来适应不同的株距的要求。该排种器的优点是能适应不同作物种子，对种子尺寸要求不严，损伤率小，能适应较高速的播种作业，但需配置风机，消耗功率多，而且制造和使用要求较高。主要用于玉米、大豆、甜菜、棉花等中耕作物的精密播种机上。l 气压式 其特点是采用集中排种，即只有一个排种滚筒，其上有68排排种孔，通过不同长度的输种管将种子送到各行，可同时播种68行。改变风机转速以调节风压来满足不同种子所需压附力。改变排种滚筒转速来调节株距。更换带有不同型孔大小和孔数的排种滚筒，可以精密点播玉米、大豆、甜菜、高粱和向日葵等作物。在作业速度不大于8kmh时，其排种性能良好。l 气吹式 与窝眼轮排种器相比，其特点为：除种子自重充填入型孔外，还有气流辅助力，且型孔较大，因此充填性能很好，对种子形状尺寸要求也不严；利用气嘴射出的气流将多余种子吹掉，达到单粒精播；能在较高作业速度（kmh）下，排种性能较好，不损伤种子。通过更换不同型孔的排种轮和调节吹气压力，可以精密播种玉米、大豆、脱绒棉籽、球化甜菜和菜籽等，改变排种轮转速可调节株距。选用哪种排种器要根据本机的设计要求，综合考虑一能满足农艺要求，二能使结构设计简单，综合以上因素本机选用滚筒式鸭嘴开穴播种器7。3.3排种器的工作原理研究播种装置的工作原理分析播种装选用滚筒式鸭嘴开穴播种。它由滚筒、取种器、固定鸭嘴、活动鸭嘴、张紧弹簧等部件组成。鸭嘴开穴器沿圆周均匀分布。种子由加种口装入，贮存在滚筒内，工作时，滚筒在地面上滚动，种子与滚筒之间存在着摩擦力，在该力的作用下，种子随滚筒一起转动。当升起到一定高度后，种子群的上平面与水平面夹角超过种子休止角，上面的种子向下流动，形成下滑层，下层的种子又不停地被筒壁带起，构成带动层。这样呈环流状的种子群上平面始终与水平面保持一个略大于休止角的角度，如图所示 图6播种器工作原理图1.滚筒 2.取种器 3.定鸭嘴4.动鸭嘴5.张紧弹簧横断面呈三角形的取种盒两侧各开一个取种孔，当取种盒随滚筒旋转穿入种子群时，种子从两侧孔进入并充满取种盒的开口端。随滚筒反时针旋转的取种盒越过滚筒垂直中心线后，贮存在开口端的种子向另一端流动。当取种盒随滚筒继续流动，越过水平中心线后（图中位置E），流到开口端对面的种子，通过滚筒壁上的孔流入鸭嘴;当继续流动的鸭嘴接触地面，鸭嘴开始破土开穴，与活动鸭嘴固定在一起的压板接触地面后，则打开活动鸭嘴，种子随着导种管流入开沟器完成排种作业。滚筒内呈环流状的种子群，其下滑层种子向下流动，和筒壁及取种器间有相对运动，带动层种子随筒壁一起运动，与筒壁、取种器没有相对运动。当随滚筒一同旋转地取种器从下端进入种子群便开始了取种过程。其第一阶段，取种器从表层种子穿入，两者间存在相对运动，种子沿取种器表面滑动，遇到取种孔时即钻入取种器，滑向囊种端，实现取种。而后，取种器周围的种子停止流动（成为带动层种子），随滚筒及取种器同步运动，取种器和种群间没有相对运动，取种孔附近的种子只能在种子间侧向压力的作用下进入取种孔。无疑取种器和下滑层种子接触时取种概率较大，取种器和带动层种子接触时取种概率较小。钻入取种器的种子体积等于或大于囊种端的容积后，即堵住取种孔，取种器外面的种子无法进入取种器，由此控制了取种量，完成了整个取种过程。故，欲实现播种，应该做到：（1）种子应该能够从取种孔钻入取种器。（2）存在囊种端的种子应该有条件滚向排种端，进入开穴器。(3)鸭嘴开穴器适时打开，将种子排入穴孔。成穴过程分析成穴器成穴时，由固定嘴先破膜人土，然后活动嘴打开，并随之出土，实现成穴。由此可知，穴孔的形状和尺寸主要由以下因素确定：图7成穴器v穴播器随机组前进速度；R穴播器的半径；lAB固定嘴长度；H固定深度；活动嘴长度；h活动深度； 固定嘴压力角；活动嘴压力；成穴嘴转角； 活动嘴转角；滑移系数；s滚筒滚动一圈走过的实际距离；一滑移距离（）；一滚动半径；固定嘴顶端半径；。活动嘴顶端半径（）；成穴嘴根部宽，即；成穴嘴侧向宽。如图所示在穴孔形成过程中，由固定嘴端首先入土形成穴孔的下半部轮廓 图bc弧中的穴孔轮廓段cd由固定嘴AD面入上时挤压成形，ad段由活动嘴张开后出土时挤压成形，这是在穴播器作纯滚动状态下成穴器成穴情况。图8成穴器成穴情况 由于穴播器工作时是在地上滚动，摩擦系数小，再则，成穴器数目过少，穴播器本身重量过轻，都会产生滑移情况，当滑移量在时，成穴孔如图（b）所示；当滑移量时，穴孔如图（c）所示。穴孔的形状主要由成穴器的形状、固定嘴端D点、固定嘴压力角、活动嘴压力角、及滑移系数所决定。穴孔轮廓参数方程由穴孔形成过程可知，通常穴孔轮廓由三段曲线组成，其中bc段由固定 嘴端D点轨迹形成，方程为 （1）dc段由固定嘴背面AD入土过程形成，方程为 （2）ab段由活动嘴BC面张开过程中(或滑移过程中)挤压形成,方程为 （3） 组成穴孔轮廓的各段曲线所占比例，主要取决于滑移量。以上分析均认 为活动嘴端C点的轨迹在固定端D点轨迹包络线内。机器前进速度的确定设滚筒半径为R，机器前进速度为V，种子质量为m，取法向为轴，切向为轴，用动静法求解，由达郎伯原理课列出一粒种子A的受力平衡方程。 （1） （2）式中 F筒壁与种子间的摩擦力，F=Nf N筒壁对种子的法向反力 P种子的惯性力惯性力P与滚筒中心的垂线间的夹角，用以表示种子A的方位f种子与筒壁间的摩擦系数图9种子受力图 当取种器转动到上半周时（/23/2），进入取种器囊种端C的种子应能脱离滚筒外壁，落在取种器的输种道上；滚筒继续转动时，种子由C端沿输种道滑向排种端B流入排种鸭嘴，为播种做好准备。所以种子脱离外壁正常取种的条件应为：N=0由式（1）得： 又， 解得 =/2时 =0 =时 即说明，滚筒角速度在0范围内变化时，取种器在/2的位置范围内种子脱离筒壁落到输种道上，并沿输种道进入排种鸭嘴，当略大于零时，取种器在略大于/2的位置时种子脱离筒壁，随增加种子脱离筒壁的位置向=方向移动。当=时，种子在=的位置脱离筒壁，这时机器有最高前进速度，称为临界前进速度，它是满足正常取种的最高允许前进速度。因此，机器前进速度大于时，种子不能脱离筒壁，也不能可靠地向B端移动，虽完成取种，但无法实现排种。综上所述，为了有较高的生产率，又不使空穴率增加，应使滚筒转速接近于，即机器的作业速度接近于但不得大于临界前进速度58。4排肥器的选择4.1排肥器的要求l 要有一定的排肥能力，一般施肥量应在530亩范围内可调。排肥量要均匀稳定，不架空、不堵塞、不断条。l 通用性好，能排施多种肥料。l 排肥工作阻力不大，工作可靠，使用调节方便，便于箱内剩余肥料的清理。l 零部件要耐腐蚀和耐磨。4.2排肥器的类型、特点和适用范围l 外槽轮式 结构较简单，适于排施流动性好的松散化肥和复合粒肥。对吸湿性强的粉状化肥易粘结槽轮，引起架空、堵塞。多用于谷物条播机和中耕作物播种机上。l 滚轮式 结构简单，适于排施流动性好的松散化肥和复合粒肥。对流动性差，吸湿性大的粉状化肥不适用。易发生架空、堵塞。多用于谷物条播机上。根据各种类型的排肥器的特点并结合使用范围综合考虑选用振动式排肥器。振动式排肥器主要由肥箱、肥箱底座、振动板、排肥凸轮、肥量调节板、密封胶布和排肥轴等组成，有的还配有螺旋输送器。图10 振动式排肥器 1排肥凸轮 2弹簧搅龙 3排肥轴 4振动板5密封胶布 6肥箱 7插板 8肥量调节板排肥量的调节主要可以动调节板和改变排肥孔大小来达到。排施流动性好的化肥时，为了防止振动板停止振动后仍有肥料自流，而设有孔壮调节板，在调节板上有300个直径为3.8mm的圆孔，移动调节板，改变排肥圆孔的数目，可达到不同的排肥量。凸轮决定振动板的振幅和振动频率。凸轮的凸齿高度确定振幅大小。振幅过小，不能形成肥料上下循环的肥料流，也不能克服肥料之间的粘结力，因而易出现架空；振幅过大，动力消耗大和传动阻力大。振幅一般为1820mm。在一定的转速下，凸轮齿数决定振动频率，振动频率过低，排肥均匀性变坏。振动频率太高，则肥料被镇起后尚未落下，第二次振动又使肥料镇起，其结果是实际振幅变小。对于排施易潮解的粉状化肥，其振动频率为250280min-1较好。振动频率按下式计算： （）式中 作业速度（mmin）； 传动速比； 凸轮齿数； 地轮直径； 地轮滑移系数。9105开沟器及其起落机构开沟器的功用主要是在播种机工作时，开出种沟，引导种子和肥料进入种沟内，并使湿土覆盖种子和肥料。5.1开沟器的要求一个良好的开沟器必须符合下列要求：l 开出的种沟要深浅一致，沟型整齐、平直，开沟深度能在一定范围内调节，以适应不同作物的播深要求。l 开沟时不乱土层，不应将下层湿土翻至地面，也不可使干土落入沟底，应将种子和肥料导至湿土上。l 行内中子分布均匀，种子不飞散而应都落到沟底。l 应有一定的回土作用，使细湿土将种子全部覆盖，以利于种子发芽。l 要有良好的入土性能和切土能力，工作可靠，不易被杂草、残茬和土块堵塞。l 结构简单，工作阻力小，调整、维护方便。5.2开沟器的结构类型根据所播作物的播种要求，地区气候和土壤条件的不同，播种机应采用相应的开沟器。开沟器结构类型按其入土角不同，可分为锐角开沟器和钝角开沟器两大类。锐角开沟器的开沟工作面与地面平面的夹角，即入土角90，它通常有锄铲式、翼铲式、船形铲式和芯铧式等多种。钝角开沟器的入土角90，它包括有靴鞋式、滑刀式、单圆盘式和双圆盘式等多种。开沟器的结构类型、工作原理和特点：l 锄铲式（锐角锚式） 它依靠自重、附加重量和播种机前进时的牵引力，有自行入土的趋势，直至与土壤阻力相平衡时为止。工作时，将部分土壤升起，使底层土壤翻到上层，对前端及两边土壤有挤压作用，开沟过后便形成土丘和沟痕。由于下层较湿的土壤翻到上层，容易损失水分，不利保墒，并使干湿土相混合，因此，不宜在干旱地区使用。此外，对播前整地要求较严。在土块大，残茬、草根很多的田地上作业时，容易发生缠草、拥土、堵塞现象，工作不稳定。其优点是结构简单、轻便、容易制造和保养，好金属量较少。目前仍用于谷物播种机上。l 宽幅翼铲式 有翼铲、筒身和反射板组成。种子经输种管落到反射板上，经反射立即向四处撒开，均匀地撒落在翼铲所开的沟底里，达到宽幅80120mm。工作时有抛土现象，阻力较大、易粘土，遇残茬根茎易堵塞和拥土，影响作业质量。因此，要求整地质量好。该开沟器限用于要求宽苗幅的通用播种机上。l 芯铧式 工作时，它的前棱和两侧对称的曲面使土壤沿曲面上升，并将残差、表层干土块、杂草向两侧抛出翻倒，使下层湿土上翻，不利保墒。开沟阻力较大，不适于高速播种。其优点是结构简单，入土性能较好，对前整地要求不高，而且沟底较平，开出沟宽为120180mm。主要用于东北垄作地区宽苗幅播种的中耕作物播种中耕通用机上。l 船形铲式 船形铲入土角为60，迎面切角为35依靠开沟器重量和外加重力的作用，压成沟形。沟形平整，形沟壁整齐。根据需要可选用单行、双行或三行开沟铲，每个开沟器即可相应开出一条、两条或三条种沟，可以达到窄行密播和带播的要求。这种开沟器工作速度不宜过高，最大为67kmh。因其结构简单，适于浅播和窄行播、带播。主要用于蔬菜、甜菜和豆类播种机上。l 靴鞋式（钝角锚式） 由于受土壤阻力向上分力的影响，使其不易入土，但在其本身重量其附加重力的作用下，能开出一定深度的种沟。开沟时，将表土向下及向两侧挤压，使种沟紧压，不会使湿土翻出，利于保墒。在土壤湿度过大时，其前胸与侧翼均易粘土，对播前整地要求较高。因其结构简单、轻便、制造容易，适用于浅播，故仍有用于牧草、蔬菜和谷物播种机上。l 滑刀式 入土部分为一较长的滑刀，向下压切土壤，较靴鞋式容易入土。开沟时，将表土向两侧推挤的同时，向下挤压而形成种沟。种子从两翼侧板中间落入沟底。开沟宽度取决于后部的双翼侧板相距大小，一般为46。双翼侧板尾部呈阶梯形或斜边缺口，可使下层湿土先落入沟内覆盖种子。滑刀有长、短之分。长滑刀开沟器用于播种大粒种子，短滑刀开沟器用于播小粒种子和浅播作物。目前国内外许多中耕作物播种机上采用这种开沟器。l 双圆盘式 双圆盘刃口在前下方相交于一点，形成一夹角。工作时，靠自重其附加弹簧压力入土。两圆盘滚动前进，将土切开和推向两侧，形成种沟。种子、肥料通过开沟器体中部的导种筒落入沟底。由于圆盘周边有刃口，滚动时，可以切割土块、草根和残茬。因此，在整地条件较差和土壤湿度较大时，也能正常工作，而且工作较稳定，能适用于较高速作业。开沟过程中，不易粘土、堵塞，上下土层相混现象较少。其结构较复杂，重量较大，所以开沟底不平，不适于浅播作物。目前较广泛用于谷物播种机上，也有用于中耕作物精密播种机上，是一种适应性较好的通用性开沟器。l 单圆盘式 为一球面圆盘。工作时，圆盘滚动，将土壤切出椭圆形沟底（沟宽2030mm），种子由凸面顺圆盘落入种沟内。由于开沟时土壤沿圆盘凹面升起后抛向一侧，部分湿土被掀起，干湿土相混，容易跑墒，不适于干旱地区使用。此外，种子落在椭圆形沟内，使播深不一致。单圆盘开沟器结构较双圆盘开沟器简单，入土性能较好，对整地要求不高。主要用于谷物播种机上。5.3开沟器使用行距与前后列距离开沟器工作时，将部分土壤升起、抛翻、推挤或挤压等，使开沟器前方形成前丘和播后地表形成沟痕。特别是在整地条件差、土块大、杂草和残茬多的情况下，前丘突起较大。为了不使相邻两开沟器的前丘连片，它们间必须要有足够的间距。若该间距大于农业技术要求的行距时，常使相邻两开沟器排成前后两列，同时前后列开沟器的距离必须保证后列在稳定的土壤中工作，以保证后列开沟器的开沟质量。5.4芯铧式开沟器芯铧式开沟器主要由芯铧、铧柄、翼板、输种管和护种罩等组成。芯铧一般用34mm厚的65Mn钢板制成，铧尖及刃部进行热处理，硬度为HRC3742，以增加其耐磨性。芯铧的主要参数有： 图11 芯铧式开沟器 图12 芯铧结构1铧柄 2芯铧 3翼板 4输种管 5护种罩l 入土角 入土角过大，入土性能差，且阻力增加。入土角过小，会使芯铧尖而长，强度减弱。一般芯铧入土角以1525为宜。l 隙角 芯铧底部有一隙角，它有利于入土，一般为，过大则使沟底不平，过小使入土性能差。l 斜切角 芯铧尖的斜切角不能过大，此角必须保证土粒、残茬、杂草沿刃口向后滑移，而不致缠挂、拥堵。斜切角一般为6075。l 铧高H 在不影响种子散落的情况下，铧高不宜过高，过高易发生拥土，且增加阻力。铧高一般为80140mm。l 幅宽B 芯铧开沟器主要用于垄作宽幅，芯铧幅宽大小取决于播种的苗幅宽度，一般为120180mm。l 芯铧工作曲面 芯铧工作曲面的形成见图5-3 ad是平面M上一条曲率半径为R的曲线（芯铧脊线），平面N是通过oa（o为曲率中心）而与M垂直的平面，ab，ac是平面N上的线段，二者与M平面的夹角对称。当平面N绕o轴（通过o点与M平面垂直的轴线）旋转时，线段ab，ac即扫描出脊线两侧的工作曲面。图13 芯铧工作曲面l 脊线曲率半径 为使入土性能好和结构紧凑，脊线曲率半径R取250350MM为宜11。6输种管、覆土器、镇压轮及筑埂器6.1输种管输种管主要是将排种器排出的种子导入开沟器，使种子能顺利地落到种沟内。它对排种的均匀性有较大影响。因此对输种管的要求是：l 保证种子能自由活动，不致使排种均匀性变坏。管内应有足够的断面积，管壁应光滑畅通无阻。l 要能适应开沟器的升降和调节。输种管铰接于排种器上，要能在各个方向摆动，不致影响种子的通过。l 要有一定的伸缩量、弹性和弯曲度，并需耐腐蚀。l 结构简单，易于制造和维修。6.1.1输种管的类型输种管按其制造材料可分为金属管、橡胶管和塑料管三种。l 金属管有卷片管、卷丝管、套筒管、漏斗管和蛇皮管等。l 橡胶管有硬橡胶管和橡胶折皱管。l 塑料管有波形塑料管和直筒塑料管。6.1.2输种管的主要参数l 输种管直径 输种管的最小直径应根据作物的最大播量和种子的物理机械特性（种粒形状和尺寸、种粒与管壁的摩擦系数等）确定。输种管的最大直径应与种子在输种管内自由降落时的扩散范围性适应。通过试验，有三分之二的种子集中在半径为20mm范围内，因此，输送管的最小直径dmin一般为26mm，最大直径dmax一般为40mm。l 输种管的倾斜角与长度 根据不同类型播种机的结构需要，排种器工作特点以及对种子下落到沟底时的要求，确定输种管倾斜角和长度。对于某些中耕作物精密播种机，为使种子落到种沟时，相对于地面的速度接近于零，以提高株距均匀性，还专门设计了导种管。即要求种子沿导种管向后滑行运动，并具有一定的速度，因而设计成曲线形导种管411。6.2覆土器种子落入沟底，开沟器将一层较浅的回土覆盖种子，尚需用覆土器进行覆土，使其达到一定的覆盖深度。对覆土器的要求是先覆以细湿土，而且覆土均匀，不影响种子分布均匀性。中耕作物播种机上常用的覆土器又刮板式和铲式。刮板式覆土器覆土能力较强，刮板角度可以调节，常和芯铧式开沟器配合使用。铲式覆土器连接在镇压轮上，根据需要，覆土铲可以上下调节，常和滑刀式开沟器配合使用。图14 覆土器（铲式）1拉杆 2调节板 3覆土板 4镇压轮 5镇压轮架6.3镇压轮播种同时镇压可减少土壤中的大孔隙，减少水分蒸发，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，起到“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；春播镇压还可适当提高地温。因此，播种同时镇压对干旱地区的播种是非常必要的。播种同时镇压主要是在苗幅内镇压，而行间土壤仍保持疏松，因而通气性好，还可利于接纳雨水。镇压轮对土壤的压强主要根据土壤性质、水分、密度和作物的要求而定，一般为3050kPa。镇压轮的压力大小取决于镇压轮本身重量和作用在它上面的附加重量（播种机部分重量的转移和辅助弹簧作用力等）。一个良好的镇压轮必须转动灵活，不沾土，不拥土，镇压里可以适当调整，镇压后地表不产生鳞状裂纹。6.3.1镇压轮的结构类型和特点(a) (b) (c)图15 金属镇压轮a)圆柱形镇压轮 b)凹面镇压轮 c)圆锥组合镇压轮l 圆柱镇压轮 由薄钢板制成。有光面圆柱形和网面圆柱形两种，其镇压轮面较宽，压力分布均匀。适用蔬菜播种和宽苗幅垄播的播种机。l 凸面和凹面镇压轮 它是整体形空心柱铁轮，靠本身重量或在其空腔内灌入适量的沙土产生镇压力。凹面轮对种子上层土壤不如两侧的土壤被压得紧实，有利于种子幼芽出土，适于棉花、豆类及其它双子叶作物的播种镇压。l 圆锥复合镇压轮 由两个钢板冲制成的锥形轮组合成。可根据需要来改变两锥形轮间距，成为宽窄不同的圆锥复合轮，起镇压力可由附加弹簧调节。l 胶圈镇压轮 由于胶圈具有弹性，在镇压轮与土壤压紧压时，胶圈变形；而当它滚动道上方，无外力时，胶圈复原。因此，镇压轮胶圈在滚动过程中变形与复原交替作用，使湿土难以粘结在胶圈表面上，由于湿土于胶圈的附着力较小，稍有振动，粘土很容易脱落。该镇压轮结构较复杂，镇压效果较好，大多用于垄作播种机上。l 宽型橡胶镇压轮 镇压轮有多种形式，可根据作物对镇压的要求而选用。由于橡胶内腔时空腔，并通过小孔与外界大气相通，故又称为零压镇压轮。在其滚动镇压土壤时，橡胶轮变形与复原相互交替反复，因此，粘土少，脱土容易，镇压质量好，压后地表产生鳞片状裂纹较少，有的表面花纹可增加镇压轮的附着力。现多用于中耕作物精密播种机上作镇压轮，以及单组播种中间作驱动排种轮或撒施农药的工作部件之用。l 窄型橡胶镇压轮 这种镇压轮用于谷物条播机上播后镇压，它有两种连接方式：一是在传统的谷物条播机脚踏板下后方，对着开沟器的部位，安装带弹簧般的窄型橡胶镇压轮。另一是压轮式谷物播种机上作镇压和支撑播种机重量，并驱动排种、排肥部件工作之用。6.3.2镇压轮直径的确定要使镇压轮正常转动的条件是： (m) 式中 土壤对镇压轮的摩擦系数 轴套中的摩擦力矩（Nm）镇压轮半径（m） 镇压轮重力及其附加负荷（N）如镇压轮又作为排种、排肥部件的工作动力时，必须保证镇压轮正常转动不滑移，其必要条件是 (m)式中 带动排肥、排种部件所消耗的传动力矩（Nm）12137其他工作部件和机构7.1种子、肥箱种子、肥箱的要求有以下几个方面：l 必须有足够的容量，以减少假种加肥次数，并做到播到地头时才加种加肥。但种、肥箱过大，播种机组结构庞大，且使机组牵引阻力增加。此外，对悬挂式播种机来说，将直接使机组纵向稳定性变坏。l 箱底板的倾斜角应大于种子或废料的自然休止角，保证种子或肥料顺利流入排种器或排肥器内。l 种子、肥料相应坚固耐用、重量轻，刚度好。箱内外应涂以耐腐油漆。l 加种、加肥方便，容易清理和不残留种子或肥料。l 箱盖关闭严禁，防止雨水浸入。对于气力式播种机的种箱，盖好后要承受一定气压，并应严密不漏气。7.1.1种子、肥料箱容量计算种、肥箱的容量是根据播种工作幅宽、播种量或施肥量、播种行程和种子或肥料单位容积的质量等而定。工作时，不应将箱内种子或肥料全部播完，否则会因箱内种子或肥料太少，而影响排种、排肥性能，应至少留有的余量。种、肥箱的容量可用下式确定 (L)式中 V肥箱容积 种箱容积； Qmax最大播量 斤/亩； B播种机的工作幅宽； L种子装满后能行驶的距离； 种子箱的充满系数； 种子容量 kg/l；以大豆为例：种箱容积 V=216180320=0.012升肥箱容积 V=220280200=0.019升大豆容量为0.75吨/米，百粒重20克，则每箱可装0.0120.751000=9公斤，同法可计算出每箱玉米种子可播2129m，每箱化肥可施663m。可见种肥箱基本上满足生产需求1415。7.1.2种子、肥料箱结构特点播种机上的种、肥箱的形状大多是矩形、梯形或圆形的，用薄钢板成，也有用玻璃纤维或塑料制成。现代谷物播种机上种、肥箱的结构特点是：l 增大容积，以减少加种加肥次数。国外谷物播种机种箱容积增大到每米工作幅160200；肥箱容积增大到每米工作幅120180。l 采用整体箱结构。用大型薄钢板压制成型，并与机架连成框架，以增加其刚度。l 种箱与肥箱容积的相互比例可根究需要调节；通过改变种、肥箱内壁各板安装位置，来改变种、肥箱的容积比16。7.2仿形机构仿形机构是使播种机的开沟器能随地形变化而始终保持一定的工作深度，并开出深浅一致的种沟，以保持种子播深一致。因此，对仿形机构的要求是：l 能满足所要求的仿形范围，并要有一定的限位机构；l 工作可靠，仿形性能稳定，沟底平整，开沟深浅一致；l 杆件紧凑，有足够的强度和刚度。7.2.1仿形机构类型主要由整机仿形和单组仿形两种形式。整机仿形即播种机整机随地形起伏，能够上下仿形。其方式有：一是拖拉机液压悬挂机构放在浮动位置，使悬挂式播种机的地轮能随地形起伏而上下运动，达到整机仿形；一是与拖拉机下悬挂杆挂接的播种机下悬挂杆上，有一允许在一定范围内上下运动的长圆孔。整机仿形结构简单，但在整机工作幅内播深不一致。单组仿形机构是每一播种单组胶接在机架上，达到单组仿形，而单组上的其他工作部件如覆土器、镇压轮、施肥开沟器等还可以相对于单组进行分别仿形。因此，可根据不同地形各自进行上下仿形。仿形性能好。平行四连杆仿形机构结构原理与同坐特点（见下图）：在平行四连杆机构的后杆部位E点上铰接着连杆O1EF和EO2，O1端装有仿形轮，O端装有镇压轮。根据不同的开沟深度要求，镇压轮通过调节点F的销轴，可改变其相对于开沟器的高度。当F销轴固定后