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机械毕业设计论文
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机械毕业设计1474小型电动助力播种机设计,机械毕业设计论文
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1 设计项目 计算与说明 结果 前言 播种机的常识和技术现状 农业技术要求 播种机的性能指标 播种机的分类 第 1 章 前 言 1.1 播种机的常识和技术现状 以作物 种子 为 播种 对象的 机械称为 种植机械 ，即播种机械。农业是关系 国计民生的基础产业，而播种作业是农业生产过程中六大环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂，也是最为重要的工作。播种机械所面对的播种方式、作物种类和品种变化繁多，这就需要播种机械有较强的适应性并且能满足不同种植要求的工作性能 。 播种机 一般由机架、牵引或悬挂装置、种子箱、排种器、传动装置、输种管、开沟器、行走轮和覆土镇压装置等组成。其中影响播种质量的主要是排种装置和开沟器 。 1.机械播种的农业技术要求 ： 1)播量符合要求且准确，排种（排肥）均匀稳定，穴距及每穴粒数均匀。 2)播深符合要求且均匀一致，种子 应播在湿土上，用湿土覆盖，无露籽现象，覆土均匀，干早地区播后应同时镇压，以利保墒。 3)播行直，行距一致，地头整齐，不重不漏。 4)尽量采用联合作业。 2.播种机的性能指标：排量稳定性、各行排量一致性、排种均匀性和播种均匀性、穴粒数合格率、粒距合格率、播深稳定性、种子破损率。 3.播种机的分类 ： 播种机的种类很多，一般可按下列方法进行分类。 1)按播种方式分为撒播机、条播机、穴播机和精密播种机。 2)按适应作物分为谷物播种机、中耕作物播种机及其他作物播种机。 3)按联合作业分为施肥播种机、播种中耕通用机、旋 耕播种机、旋耕铺膜播种机。 4)按动力联接方式分为牵引式、悬挂式和半悬挂式 。 5)按排种原理分为机械式、气力式和离心式播种机。 nts 2 设计项目 计算与说明 结果 播种机的发展历史 公元前 1世纪 ,中国已推广使用耧，这是世界上最早的条播机具，至今仍在北方旱作区广泛应用 （ 如 图 1 1）。 图 1 1 三耧车 欧洲第一台播种机于 1636 年在希腊制成。 1830 年，俄国人在畜力多铧犁上加装播种装置制成犁播机。英、美等国在 1860 年以后开始大量生产畜力谷物条播机。 20 世纪以后相继出现了牵引和悬挂式谷物条播机，以及运用气力排种的播种机。 1958 年挪威出现第一台离心式播种 机， 50年代以后逐步发展各种精密播种机 （ 如 图 1 2） 。 图 1 2 气吸式播种机 中国在 20 世纪 50 年代从国外引进谷物条播机、棉花播种机等， 60年代先后研制成功悬挂式谷物播种机 （ 如 图 1-3） 、离心式播种机、通用机架播种机和气吸式播种机等多种机型 ,并研制成功了磨纹式排种器。到 70 年代 ,已形成播种中耕通用机和谷物联合播种机两个系列并投入生产。供谷物、中耕作物、牧草、蔬菜用的各种条播机和穴播机都已得到推广使nts 3 设计项目 计算与说明 结果 播种方式及常见播种类型 条播 穴播 用。与此同时，还研制成功了多种精密播种机。 图 1 3 国内常见的谷物播种机 1.2 播种方式及常见播种类型 播种方式应根据作物品种和当地农业技术要求而定，并随农业生产的发展而发展。基本播种方式有：条播、穴播（点播）、撤播、精密播种 、及 联合作业播种机 五 种。 与播种方式对应，播种机 主要 有 谷物条播机、玉米穴播机、棉花穴播机、牧草撒播机等 。 这几 种机型的辅助部件基本相同，只是其核心工作部件 排种器有较大差异。 1.2.1条播： 按要求的行距、播深和播量将种子播成条行，称为条播。条播一般不计较种子粒距，只注意一定长度区段内的粒数。条播的作物便于进行中耕除草、追肥、喷药等田间管理工作，故应用 广泛。条播根据作物生长习性不同，有窄行条播、宽带条播、宽窄行条播等不同形式。其条播机 主要用于谷物、蔬菜、牧草等小粒种子的播种作业 。 1.2.2 穴播（点播）： 按 规定的行距、穴距、播深将种子定点播入土中，称为点播 。 在地上定点掘穴，将几粒种子成簇的播入种穴，称为穴播。这种播种方法可保证苗株在田间分布合理、间距均匀。较条播节省种子。成簇播种可以提高出苗能力。 每穴可播 1nts 4 设计项目 计算与说明 结果 撒播 精密播种 联合作业机和免耕播种 粒或多粒种子，分别称单粒精播和多粒穴播。 其穴播机 主要用于 玉米 、棉花、 甜菜 、 向日葵 、豆类等需要中耕的作物 ,通常又称中耕作物播种机 。 1.2.3 撒播： 将种子按要求的播量撒布于地表，称为撒播 。 撒播时种子分布不太均匀，且不能完全被土覆盖，因出苗率低。 常用的 撒播 机为离心式撒播机， 一般用农用机械牵引 ，由种子箱及其下方的一个高速旋转的撒布轮构成。撒布轮由 地轮通过链条传动 来驱动 。种子由种子箱落到撒布轮上，在离心力作用下沿切线方向撒出 ,播幅可达 8 12 米，但作业粗放 ,种子不易播匀 ,且露于地表，易遭 鸟兽啄食。撒播机也可用以施撒粉状或粒状肥料、石灰及其他物料。 其 撒播装置也可安装在农用飞机上使用。 1.2.4 精密播种： 以精确的播种量、株行距和深度 ，将种子播入土中，称为精 密播种 。具有节省种子、免除出苗后的 间苗 作业、使每株作物的营养面积均匀等优点。多为单粒穴播和精确控制每穴粒数的多粒穴播。一般在穴播机各类排种器的基础上改进而成。如改进窝眼轮排种器上孔型的形状和尺寸，使其只接受一粒种子并防止空穴；将排种器与开沟器直接连接或置于开沟器内以降低投种高度，控制种子下落速度，避免种子弹跳；在水平圆盘排种器上加装垂直圆盘式投种器，以改变投种方向和降低投种高度，避免种子位移 ;在双圆盘式开沟器上附装同位限深轮 ,以确保播种深度稳定。多粒精密穴播机是在排种器与开沟器之间加设成穴机构，使排种器排出 的单粒种子在成穴机构内汇集成精确数量的种子群，然后播入种 沟。此外，还研制了一些新的结构，如使用事先将单粒种子按一定间距固定的纸带播种，或使种子从一条垂直回转运动的环形橡胶或塑料制种带孔排入种沟等。 1.2.5 联合作业和免耕播种 ： 如在谷物条播机上加设肥箱、排肥器和输肥管，即可在播种的同时施肥 ，称为 联合作业和免耕播种。与土壤耕作、喷撒杀虫剂和除莠剂、铺塑料薄膜（ 地膜覆盖机械 ）等项作nts 5 设计项目 计算与说明 结果 播种工作过程和机械构造 工作过程 机械构造 开沟装置 业联合组成的联合作业机，有的能一次完成土壤播前耕作、施种肥、土壤消毒、开排水沟、播种、施杀虫剂和除莠剂等项作业。免耕播种机是在 前茬 作物收获 后的茬地上直接开出种沟播种，也称直接播种机或硬茬播种机，可防止土壤流失，节约能源，降低作业成本，多用于谷物、牧草和青饲玉米等作物的播种作业。 1.3 播种工作过程和机械构造 1.3.1 工作过程 作物的播种过程主要由开沟、排种、覆土三个基本工序组成，因此作为一般播种机来讲，它的工作部件必须具有开沟装置、排种装置和覆土装置。除此之外还应有许多附属部件来保证上述三项工作的完成，主要包括机架、行走轮、传动装置和调节机构等 (如图 1 4)。 图 1 4 播种机结构简图 1 机架 2 镇压轮 3 覆土器 4 开沟器 5 行走装置 （地轮） 6 传动装置 7 排种器 8 种箱 播种机的具体 工作过程如下：播种机前进过程中，地面带动 地轮转动，地轮通过链条带动排种机构运动，种子由种子箱进入排种器中，排种器按一定播种量将种子排出，经输种管落到开沟器所开出的沟底，当覆土器走过之后，沟两侧的土壤落下覆盖在种子上，最后镇压轮使 土壤压实 。 1.3.2 机械构造 播种机的基本装置包括开沟装置、排种装置和覆土及镇压装置。 1. 开沟装置 nts 6 设计项目 计算与说明 结果 排种装置 覆土和镇压装置 辅助装置 开沟器 是用来在整好的田地上开出种沟或掘出种穴。 对开沟器的要求是：开沟直，掘 穴整齐，深度一致且符合规定，不乱土，结构简单，阻力小。 常用开沟装置的形状可分两大类，有锄铲式开沟器和圆盘式开沟器。锄铲式又可分为锐角开沟器和钝角开沟器；而圆盘式开沟器有双圆盘开沟器和单圆盘开沟器两种。 2.排种装置 排种器是用来将种子由种子箱中 按要求 均匀地和等量地排入输种管，落入沟底。对排种器的要求是：均匀播种，播种量稳定，不损伤种子，不会因工作条件改变而改变播量，通用性好且使用范围大。 对输种管的要求是：对种子流的干扰小，可以伸缩并随意挠曲。 播种机能工作情况如何，在很大程度上取于排种器的设计。 目前 常见的排种器总共分为二大类： 1)条播排种器：槽轮式、磨盘式、离心式、气 吸 式 2)穴播排种器：型孔盘式、型孔轮式、气 吸 式。 3. 覆土和镇压装置 种子播下后需要覆 盖一定厚度的土壤 并镇压 。在开沟过程中，当开沟器走过之后，沟壁的一部分土壤能自行回落，盖住种子。但是仅靠自行回落的土来覆盖是不够的，故在开沟器后面需加装覆土或者培土镇压的装置。 对覆土器的要求是：覆土深度一致，在覆土时不改变种子在种沟内的位置。 常见的覆土装置是覆土链，它是由几节铁链和一、两个铁环串联而成。这种复土链适于浅覆土，没有镇压和培土作用。若 还需镇压则可在这之后再联结一木制或焊接的鼓形镇压器。 另一种常见的 覆 土装置是 覆土轮，由两个倾斜的轮由侧向播行中心线滚挤，实现 覆 土，并有镇压作用， 覆 土较厚 ，效果也好 。 4.辅助装置 为保 证 行距一致，在播种机上需装有划印器，在未播地上划出印迹，以便指引机组下一行程的路线。有的播种机还装有排种监测装置，自动监视每个排种器的工作状态，以便及时排除 。 nts 7 设计项目 计算与说明 结果 播种机械的 发展趋势 1.4 播种机械的发展趋势 播种机的设计开发 向 大型机械化和小型专业化两个方向发展。 在发展大功率拖拉机的地区趋向于进一步增大播种机的工作幅宽和作业速度，改善高速作业下 的播种质量。对不同种子、播量、株距以及各种土壤和地面条件的通用性和适应性正进一步扩大同时各种联合作业机和免耕播种机也在继续发展 （ 如 图 1 5） 。 图 1 5 国外大型精密播种机 小型专业 播种机将更广泛地被应用于玉米、甜菜、棉花、豆类和某些蔬菜作物。排种器零件的制造精度将不断提高，并更多地采用可以在发生异常情况下及时发出报警信号的电子监视装置。此外，播种方法也在不断改进，如采用蠕动泵排种的胶液播种法，可免除不良土壤条件对种子发芽的影响，还能同时施用农药、肥料等。 随着农业结构调整的不断推进，各地的 温室大棚也越建越多，大棚耕作机械成了农户耕作的急需品。但国内现有的大棚耕作机械显现出机型不多、应用不方便的特点，且多为借用现有的露地用小型耕作机械。 近几年针对温室、大棚等特殊耕作环境，国内农机生产厂家研制生产了一些小型耕作机械。但产品大多存在体积大、操作不灵便、转弯半径过大、在边角地带无法工作、漏耕严重、生产效率低、适应性较差等缺陷，在作业性能、可靠性和耐久性等方面也都存在一些问题。由于多数以柴油机为动力源，这样在封闭的条件下，农产品也受到排放污染，这样产量与产品品质都受到影响，而且在动力装置自身上消nts 8 设计项目 计算与说明 结果 总体设计 概述 设计原则 耗的 功率也不可忽视。 相比之下，国外设施农业耕作机械技术非常成熟，其机械作业性能稳定、功能齐全、小巧轻便，但进口机型价格高，一般每台在 7000 元以上，而且配件不全，维修服务跟不上。我国生产的多功能农田管理机一般比国外的同类机型价格低一半，但其质量往往又让消费者担心。 设施内作物的栽培方法各种各样，与之配套的作业机械也各不相同。设施内钵苗栽植技术的关键是钵苗移栽机，配套机械主要有穴盘育苗、钵盘育苗设备及高效机械化制钵机等。我国目前尚无此类小型机械，因此国内目前急需开发小型精密或精量播种机。 第 2 章 总体设 计 2.1 概述 总体设计是机械设计中非常关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解其使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。 总体设计原则： nts 9 设计项目 计算与说明 结果 设计任务 技术要求 工作要求 设计目的 1.遵守“三化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。 3.满足“三好”：好制造、好使用、好维修。 制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 本设计是小型电动播种机设计。把人力或拖拉机动力改为直 流电机动力，减轻人的劳动强度 ,提高生产效率， 缩小了 转弯 半径，减少了碳排放和噪声污染， 符合环保发展的观念， 降低了作业成本 ， 四 轮驱动和 两 轮驱动方便转换，增强了松软土壤作业的适应性和机动能力。便于设施种植 和有电力条件的农田使用。 2.2 设计任务 技术要求：播种深度 2060mm 连续可调，播种行距200500mm 连续可调，播种穴距 0500mm 可调，种子破碎率和播种均匀度符合国家标准。 设计要求 达到结构合理、生产成本低、能耗小，效率高，满足工作性能，而且操作方便的目的。 工作要求： 要求 最大生产率为 10 亩日 。 2.3 设计目的 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念 和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，小型电动播种机设计。 nts 10 设计项目 计算与说明 结果 动力方案选择 方案一 方案二 进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。 2.4 动力方案选择 原播种机为人力或拖拉机为动力带动的播种机，劳动强度大，工作速度慢，环境污染较为严重。我以直流电动机为动力装置，使其工作速度基本达到人的正常行走速度。 设计方案一：直流电动机为动力装置，单行播种（ 如图 2 1） 图 2 1 单行播种 1.优点：结构简单，速度便于控制，对操作人员技术要求不高，转向方便，适用于小场地播种，作业阻力小， 对环境无污染。 2.缺点：单行播种，作业效率较低，工作总量大。 设计方案二：直流电机动力，双行播种（ 如图 2 2）。 以 直 流电机为 动力，单行播种 以 直 流电机为动力，双行播种 nts 11 设计项目 计算与说明 结果 方案三 设计题目分析及设计思想 设计主参数及机构类型确定 工作速度 图 2 2 双行播种 1.优点：结构简单，速度便于控制，无污染，可以在封闭环境及开放环境长时间工作，作业阻力小，作业效率得到提高。 2.缺点：转向不便，能源利用率低，工作总量大。 设计方案三：直流电机动力，三行播种 1.优点：结构简单，速度便于控制，无污染，可以在封闭环境及开放环境长时间工作，作业效率高。 2.缺点：作业阻力大，工作总量小。 经过比较，我选用 直流电机动力，双行播种，兼 顾效率和经济性。 2.5 设计题目分析及设计思想 现有的播种机向两个方向发展：大型机械化和小型专业化。 大型拖拉机带动的播种机工作速度快，工作幅度大，工作效率高，适合平原及大型农场；但不适合地域狭窄地带及丘陵和封闭环境； 小型专业化播种机方便灵活，工作幅度较大型机械，适以 直 流电机为动力， 多 行播种 我选用 直 流电机动力，双行播种 nts 12 设计项目 计算与说明 结果 播量的确定 穴间粒数和株距的计算 下种量的计算 种、肥箱的容积 合丘陵山区和封闭环境，如温室；而不适合大型农场。 我的设计是电瓶提供能源的电动播种机，向小型专业化发展，较人力播种机提高工作速度和工作效率，直流电动机代替了拖拉机驱动播种机，缩小了转弯半径，减少了碳排放和噪声污染，降低了作业成本；四轮驱动和 两轮驱动方便转换，增强了松软土壤作业的适应性和机动能力。适合在小块地域及封闭环境工作，节能环保。便于实施种植和无电力条件的农田使用。同时人还可以提供一定的助力，以应对土壤较硬，电机动力不足的情况。 2.6 设计主参数及机构类型确定 2.6.1 工作速度 机动播种机的工作速度主要取决于工作部件和行走装置对速度快慢的适应性，人力 播种机 取决于人的步进速度，同时步进速度还受负重大小的影响，负重大步进速度就小，所以 此机 综合 考虑 了 两方面的因素。 由新编工程师手册查的人的正常步行速度为 5km/h，以交流电机提供的动力为 主，遇到特殊情况时 ，速度会 减慢 ，这样由人力来提供额外的动力来克服特殊阻力，正好可以弥补这一点；而 同时 总行进速度不能 高于人的正常速度 ， 这样会使工作者劳累的，假定人在工作程中是匀速前进的 ， 可将此播种机的速度定为 3.6km/h（ 1m/s） ， 稍低于 人的正常步行速度 。 2.6.2播量的确定 1. 穴 间粒数和株距的计算 穴播株距的计算公式为： S = D/Zi(1- ) （ 2-1） 参考书 【 4】 P107 式中 S 穴距（） ； Z 排种轮型孔数 （或槽孔数） ； D 地轮直径（ m； ） i 传动速比（ i=n 排 /n 地 ） ； 播种机的速度为 1m/s ，稍低于人的正常步行速度。 nts 13 设计项目 计算与说明 结果 机架设计 工作幅度 排种、排肥机构设计 排种器 对排种器的要求 排种器的工艺实质 滑移系数，一般取 5% 9%。 2.下种 量的计算 穴播时，首先确定株距、每穴粒数，然后将计算出的数据代入下列公式，可得亩播量 (以玉米为例 )： Q = m1 /750bs （ 2-2） 参考书 【 4】 P107 式中 m1 每穴种子粒数（粒 /穴） s 穴距（ m） b 行距（ m） 粒 种子 的 千粒重（ g） 2.6.3 种、肥箱的容积 种箱容积应使其所盛种量能供播种机工 作较长地段，其容积公式： V = QmaxBL/1333 （ 2-3） 参考书 【 1】 P65 44公式 65.3 2 式中 Qmax 最大播量，斤 /亩 ； B 工作幅 宽（ m） ，单体种箱时为行距 ； L 要求的地段长度 （ m）； 种子容重 （ kg/L）。 2.6.4 机架设计 机架设计为 方 钢结构，可承受开沟器的水平力、垂直力和扭力。开沟器分布在 40X40mm 的 方梁上，这种结构可便于播种行距的调整。方钢结构便于附属机构的安装和相对位置的调整。 2.6.5 工作幅度 综合考虑人的体力、 工作效率 和工作地点等因素，在减轻人 劳 动 强 度 的前提下，尽量提高生产效率 。 本设计 采用 同时播种两沟即二 犁铧 结构 ， 采用 种 肥同播设计，行间距为 200-500mm 连续可调。减轻劳动强度，节约资源 。 在 整机重量 较小 的情况下，加快工作速度，并且可机架设计为方钢结构，可承受开沟器的水平力、垂直力和扭力 行间距为200-500mm可调 nts 14 设计项目 计算与说明 结果 窝眼式排种器 外槽轮式排种器 以灵活操作。 2.6.6 排种、排肥机构设计 对于任何一种播种机来说，排种器是核心部分，是决定播种机工作质量和工作性能优劣的重要因素；播种机能否满足农业技术的要求或满足程度如何，在很大程度上主要取决于排种器的设计和工作状况。排种器是用来将种子 由种子箱中均匀地和等量地排入输种管，落入沟底。 对排种器的要求是：均匀播种，播种量稳定，不损伤种子，不会因工作条件改变而改变播量，通用性好且使用范围大。 排种器的工艺实质是：通过排种器对种子的作用，将种子由群体化为个体、化为均匀的种子流或连续的单粒种子。 排种 器 以窝眼式排种器和外槽轮式排种器 为代表 ，其他类型的排种器大多是在上述排种器的基础上的演变产物。为了能够选择更合适的排种器来对各种排种器进行一下了解： 1.窝眼式排种器 (如图 2 3)：它的基本部件是一个圆柱体，在圆柱的表面均匀分布有一定大小和数量的凹圆 窝，圆窝的直径是根据种子大小和下种数量来确定。圆柱安装在种子箱底部，可以绕轴旋转。工作时，落在窝内的种子 随圆柱旋转，当转出种子箱底口时，多余的种子被刮种 器 挡住，留在凹坑内的种子转到下方时，便落入种沟内。这种排种器常用在点播机上。 图 2 3 窝眼式排种器 圆柱形排种器播种量的调节，采用更换型孔轮，选择不同大小的凹坑来实现。株距或穴距的调节靠选配不同数量凹nts 15 设计项目 计算与说明 结果 圆盘式排种器 气吸式排种器 坑的圆柱，或者把原来圆柱堵死一部分凹坑。 2.外槽轮式排种器：如果把圆柱上的凹坑给以轴向扩长，并增加在圆周上的分布密度，就可以发展成为外槽轮式排种器 （如图 2 4）。 图 2 4 外槽轮式排种器 外槽轮式排种器由排种盒、排种轴、外槽轮、阻塞套、内齿形档圈、排种舌等组成。 外槽轮式排种器具有结构简单，使用调整方便，通用性好、工作可靠和排种量较准确、稳定等特点。 外槽轮式排种器的工作原理是以凹槽进行强制排种，当排种 轴 带动 槽 轮转动时，种子充入槽轮凹槽内，并在槽轮齿的强制推动下经排种口排出，此层种子称为强制层。同时，处在槽轮外的种子，在槽轮与种子及种子间摩擦作用下也被带出，此层种子称为带动层，带动层种子的排种速度低于槽轮的圆周速度，且由内向外逐渐递减直至 为零。在带动层处，则是不流动的静止层，槽轮内和带动层的种子逐渐排出后，静止层内种子逐步补给，从而完成连续排种。 外槽轮式排种器分下排式和上、下排式。下排式排种器，可改变排种舌位置调节排种间隙以适应种子尺寸。上、下排式排种器，可变换旋转方向，下排用于排中、小粒种子（排种间隙不变），上排用于排大粒种子。 排种量的大小可通过改变槽轮的转速或工作长度（槽轮在排种盒内的长度）来调整，且设计为易更换式。 3.圆盘式排 种器：这种排种器适用于点播机。排种圆盘平放在种子 箱 的底部，圆盘上沿圆周有若干圆孔，种子就充满在孔内，盘上 面有固定盖，盖内装有刮种器和击种器。圆盘随锥形齿环旋转时，刮种器刮除盘面上多余的种子，使进入各盘孔中的种子数量相等，当圆盘旋转至盘孔和种子箱底nts 16 设计项目 计算与说明 结果 上的种子出口相重合时，由于击种器的作用，强使种子通过盘孔，下落到开沟器所开的沟里。采用圆盘式排种器的点播机根据种子尺寸和播种量定额，配备有各种不同规格的圆盘，播种时可根据需要进行选择。 4.气吸式排种器：是应用气吸原理进行排种的，它的排种圆盘不是水平放置而是垂直安装在种子箱底面，一侧与种子室的种子相接，另一侧与弧形气吸室相接，在排种圆盘上开有小孔为气流通道。种子室装有 搅拌轮，以防种子架空，并压紧排种盘减少漏气。在种子室内还装有刮种板，工作时可以刮除多余的种子。气吸室和吸气泵相连，气泵工作时使气吸室产生真空度，因而造成排种盘两侧压力差，在压力差的作用下，种子被吸附在吸种孔周围 。由于排种盘的转动，当吸种孔带着种子通过刮种板时，多余的种子便被刮掉。当排种盘转到吸气室以外时，由于失去了对种子的气吸作用，种子便靠自身重量落下，通过输种管进入种沟。排种盘继续旋转，由毛刷刷净吸种孔，吸种孔再次进入气吸室，又在压力差的作用下吸附种子，如此循环连续进行排种。 气吸式排种器是通过机械和气 压的联合作用完成排种的，所以它的排种质量一方面取决于排种盘上吸种孔的形状、大小、数量和分布情况，以及排种盘的相对转速；另方面也取决于气吸室的真空度和气流的稳定性。气吸式排种器不损伤种子，播种量比较精确，节省种子，但对不规则的种子 (如玉米 )吸附能力较差，结构比较复杂。 经过对以上各种排种器的了解和对现行播种机的认识，从经济性和实用性考虑，我的设计应该采用常见、价格低的外槽轮式排种器 和 外槽轮式排 肥 器 （如 图 2 5） 。外槽式适合排中型种子（小麦，大麦等）及肥料。肥杯里外槽轮 的工作长度可以方便地调整，以适应用户要求。 采用 外槽轮式排种器和外槽轮式排肥器 为了实现改变 排种量的大小可通过改变槽轮的转速或工作长度（槽轮在排种盒内的长度）来调整 ，且设计为易更换式 nts 17 设计项目 计算与说明 结果 开沟器设计 播种机常用开沟器 对开沟器的技术要求 锄铲式开沟器 图 2 5 排肥轮示意图 排种量的大小可通过改变槽轮的转速或工作长度（槽轮在排种盒内的长度）来调整，且设计为易更换式。（如图 2 6），其简图为： 图 2 6 排种轮简图 2.6.7 开沟器设计 我设计的开沟器由前后两对组成，前 开沟器 主要作用是实现化肥或小颗粒种子的点播或行播，后开沟器作用是实现玉米、花生等大颗粒种子的点播 ,这样工作阻力小，节约能源，工作速度快，操作性好。 开沟器 保证播种质量的重要部件， 首先开沟深度要能调整， 直接影响播种 的深 浅，进而影响出苗率和出苗整齐度，调好之后，在播种过程中就不要轻易变动；其次要保证沟底平整，种子能落在沟底湿土上； 再次要保证湿土 覆盖 而不是干土 覆盖 。这样 才 能保证已播的种子能 及 早出苗，出苗整齐。 对开沟器的技术要求： 1.沟深一致，沟形整齐； 2.不乱土层； 3.种子在沟内分布均匀； 4.有一定的覆土功能； 5.有良好的入土功能，不缠草不堵塞； 6.结构简单、工作阻力小。 常用开沟器的形状可分两大类，有锄铲式开沟器和圆盘式开沟器。锄铲式又可分为锐角开沟器和钝角开沟器；而圆nts 18 设计项目 计算与说明 结果 圆盘式开沟器 盘式开沟器有双圆盘开沟 器和单圆盘开沟器两种。 1)锄铲式开沟器一长筒部分叫做落种管，尖头部分叫开沟器尖，其后部是侧板。 (1)锐角开沟器，构造简单而又轻便 。它的工作面与地面成锐角，入土能力较强，但容易缠草，造成堵塞。由于开沟时是一种把土挑起的作用，所以容易使干湿土混合形成干土覆种，造成水分损失，为此侧板的后部下边做成斜线，开沟器将过时，干土被侧板的上部挡住，使侧板下部的湿土先落人沟内盖种。 (2)钝角开沟器构造也很简单轻便，其工作面与地面成钝角，它是靠重量压入土中开沟，所以入土能力较差。开沟时将表土向两侧挤压，开沟器前部拥土较少 ，干湿土不易混合，适于浅播作物。 (3)滑刀式开沟器也属于钝角开沟器，它体形较大，侧面看很像冰刀，滑刀有锐利的刃口 , 因此入土性能好。并且工作时限深板支持在地面上限制滑刀的入土深度，而且不会把湿土翻上来。适用于棉花等播种深度要求严格的作物。 2)圆盘式开沟器 双圆盘开沟器是由两片带有刃口的钢片圆盘组成。 圆盘自身可以绕小轴自由旋转，两圆盘并不平行，而是在前端相交于一点，后端张开 9 ll 度，交点在前方地表面处。种子是由输种管在圆盘的张开部分导人沟底。 圆盘开沟器的入土角为于钝角。由于是圆盘滚动前进，可将大土块 和障碍物等切断或由其上越过，不易粘土，堵塞现象也较少，在潮湿的上壤上也能工作。但这种开沟器构造复杂，造价高，不适于浅播作物 (最小开沟深度约 4厘米 )。 各种开沟器的单行工作部件阻力见表 2 1 开沟器单行工作部件阻力。 表 2 1 开沟器单行工作部件阻力 部件 播种机的开沟器型式 nts 19 设计项目 计算与说明 结果 覆土器设计 项目 锄铲式 靴式 双圆盘式 单圆盘式 滑刀式 心铧式 工作深度 cm 2 10 2 8 4 8 4 8 4 10 5 6 平均阻力 kg 3 6 2 5 816 7 12 2040 2080 平均宽度 mm 4050 1020 3050 2030 4080 2080 由于前 开 沟 器 是点播，沟宽在 40mm 左右。设计的开沟器要阻力小，重量轻，构造简单，造价低，沟底较平工作稳定，便于自动覆土。 前开沟器选用锄铲式，在播种深度为 60mm，开沟宽约为40mm 时，其单行工作阻力约为 44 牛 ,示意图如图 2 7,后 开沟器 也 选用锄铲式开沟器，其简图如 图 2 8。 图 2 7 前开沟器简图 图 2 8 后开沟器简图 只播种大颗粒种子不需要施肥时，可以将前开沟器连接螺栓将后提高开沟器，高于地面 ，以减少运行阻力，节约能源；同样道理，当播种小颗粒谷物或只施肥时，也可以将后前后开沟器均选用锄铲式 nts 20 设计项目 计算与说明 结果 镇压轮设计 地轮设计 开沟器取下；当耘地或除草时，将前后开沟器及镇压轮、覆土器一并取下，在后开沟器位置装上耘锄，就可以耘地，实现一机多用。 2.6.8 覆土器设计 种子播下后需要复盖一定厚度的土壤。在开沟过程中，当开沟器走过之后，沟壁的一部分土壤能自行回落，盖住种子。但是仅靠自行回落的土来覆盖是不够的，故在开沟器后面需加装覆土或者培土镇压的装置。 要求 覆土器 能先使细湿土覆盖种子，覆盖要严，且深度要均匀一致。 常用的经典覆土器主要有拖环式、拖杆式、板式、轮式 。 板式覆土器，由两块倾斜的板由两侧向播行中心线压挤，实现覆土，并有镇压作用，覆土较厚，效果也好。 目前使用的各式播种机采用的多为 板式覆土器 ，并且还具有一定的镇压作用。我的设计也采用 板 式覆土器， 如图 2-9 图 2 9 轮式覆土器 覆土器用钢板折弯而成，整体重量不能太大，防止覆土深度太深而增加播种机运行时的阻力。 2.6.9 镇压轮设计 播后镇压有抗旱、保墒和防风蚀等作用，能使种子与土壤紧密接触，有利于出苗且保证苗齐、苗全、苗壮。春季干旱的自然条件使我国大部分旱田作物有播后镇压的要求 ，所以玉米这种中耕作物的播种机上应带有镇压轮。 播后镇压强度有一定的要求，一般为 0.3 0.5kg /cm2。但播种机上所带的镇压轮本身不能太重，镇压轮的直径选为150 450mm，不能过大或过小，过大则使结构庞大笨重，过设计采用板式覆土器 ,并且还具有一定的镇压作用 播后镇压强度有一定的要求，一般为0.3 0.5kg /cm2 设计采用 轮胎式镇压轮 nts 21 设计项目 计算与说明 结果 传动设计及播种技术措施 传动原理简图 小又容易拥土而转动不灵，且压后土壤产生裂纹，容易跑墒。此设计采用直径为 400mm 的轮胎，如图 2 10： 图 2 10 轮胎式镇压轮 2.6.10 地轮设计 为了更接近现代化作业方式，并且使播种机在非工作状态的行驶中运行更为便捷，我在本设计中选用和镇压轮相同的轮胎式地轮，也 如图 2 10。 轮胎在安装在金属轮辋上，由外胎、内胎和垫带三部分组成。 1.外胎 一般由帘线层、缓冲层、胎圈和胎面组成。 1）胎面是覆盖帘线层、缓冲层外侧的橡胶圈，具有非常强的耐磨损、耐刺扎及耐冲击性能，它的主要作用是保护帘线层和缓冲层。 2）帘线层是轮胎最为重要的部分，它的主要作用是承受轮胎负荷、冲击及填充空气压力的作用。 3）缓冲层位于帘线层和胎面的中间，主要是环节轮胎nts 22 设计项目 计算与说明 结果 传动 原理 从外部所受到的冲击力，并且能防止胎面产生裂口以及外伤直接进入到帘线层，同时还能起到避免胎面和帘线层剥离的作用。 4）胎圈的作用是稳固的把轮胎固 定在轮辋上，防止由充气压力和外力作用而产生变形，从而保证轮胎在行走时不致发生摇晃。 2.内胎 内胎由胎筒和气门咀组成。轮胎靠内胎充入气体，增加气压而承受负荷。内胎材料除了要有良好的气密性，还要有良好的耐热性和耐曲挠性。胎壁要有适当的均匀厚度，即易于散热，有能有良好的抗扯裂性能。气门咀用作充气的阀门，并保持气密性。 3.垫带 垫带是具有一定断面形状的无接头胶带，装与内胎和轮辋之间，垫带上有一个可以让内胎气门咀通过的小孔。垫带的作用是保护内胎免受轮辋和外胎的磨损。主要用于平底轮辋上。 第 3 章 传动设计及播种技术措施 3.1 传动原理简图和动力传递路线图 3.1.1传动原理简图 图 3 1 传动原理简图 nts 23 设计项目 计算与说明 结果 技术措施 播种均匀性和 各行排量一致性措施 降低破种率的措施 在排种器处采取措施 1 直流减速电机 2 地轮 3 窝眼轮 4 扫种刷 5 种箱 6 种子 7 链轮和链条 3.1.2动力传递路线图 减 速 电 动 机超 越 离 合 器 1前 驱 动 轴离 合 器中 间 轴排 种 器 轴超 越 离 合 器 2 后 驱 动 轴排 肥 器 轴传 动 链 2传 动 链 1传 动 链 3图 3 2 动力传递路线图 3.2 传动原理 整机使用链条传动，链传动属于具有挠性件的啮合传动，由装在平行轴上的两个或多个链轮和绕在链轮上的链组成。工作时主动轮通过链齿与链的啮 合从而使从动轮旋转并传递动力。 链传动具有以下特点：可以获得准确的传动比，并可以用于较大中心距的传动；传动效率较高，可达 98%；不需要张紧力，作用在轴上的载荷小；容易实现多轴传动。 交流减速电机总成 通过 超越离合器 1用链条将 动力传给地轮， 动力只能由减速电机总成传递到地轮，而不能从地轮传给减速电机； 地轮 再 通过链条与种箱 和肥箱 轴相连，带动种盒 和肥盒 转动，这样种子在带动下就会排出种箱落到排种管里，从开沟器管内下落 后 排到土壤里 ，完成播种动作； 超越离合器 2 则解决了前后驱动轴的同步性；离合器闭合时为播种机作业状态，此时， 开沟器落下插入土壤，前后轴共同驱动，提高了播种机的驱动能力，并使排种器和排肥器同时工作；离合器分离时前轴驱动，排种器和排肥器停止工作，并且用支撑架使播种机到行走位置，则 开沟器提起，减少了阻力，提高了播种机的机动能力。 3.3 技术措施 当今，困扰国内播种机行业的难题主要有： 1.播种均匀性 2.播种机各行排种量一致性 nts 24 设计项目 计算与说明 结果 在排种过程中采取措施 种肥同播时，肥料的利用率 一般施肥方法有 我的施肥技术措施 零部件设计 种箱及肥箱的设计 3.种子破碎率 4.种肥同播时，肥料的利用率。 3.3.1 播种均匀性 和 各行排量一致性 措施 对于 播种均匀性 和 各行排量一致性 ，我们可以用实验调整法，使偏差值控制在我们的技术要求之内，具体方法是： 用手均匀转动地轮若干圈，停止后将各排种器排入接种袋的种子分别称种，计算出平均值。比较各排种器排量与平均值的偏差，一般不超过 2%，若超过要求，应对单个槽轮工作长度进行调整。再试直至符合要求。 播种量检查调整。用手均匀转动地轮 N 圈，停止后，称量所排出的种子总量。和按农业技术要求亩播量算得的排种量比较，其误差不超过 2%，若超过要求，用播量调节杆调整槽轮工作长度，再试直至符合要求。 田间试验校正。播种机的播量经上述试验调整后，在下地播种时，须经田间复查及校正，以求播量准确无误。 在种箱内先装入部分种子，并将表面刮平 ，在内箱壁划出记号，然后计算出播种机在田间走一定距离应播出的种子量。 3.3.2 降低破种率措施 对破种率，我们无法现场计算和解决，只有出苗后才能计算；然而，我们可以采取一些措施，降低破种率，提高播种质量。 在排种器处采取措施： 主要是选择合适类型和大小的排种器，保证排种器与其母体的配合；在排种器边上安装软毛刷，减少种子与种子、种子与排种器之间的硬性接触，从而保护胚芽，降低破种率。 在排种过程中采取措施：主要是减慢种子下落及入土速度，减轻种子受到的撞击，保护种子，以降低破种率。我采取的方法是采用塑料螺旋下种管 ，让种子的滑动下落改为滚动下落，受到的冲击力较小；其次，把下种管平缓布置，以降低种子下落速度，保护种子。 3.3.3 种肥同播时，肥料的利用率 根据国外的经验， 肥排放的最好的位置是远离种子但靠排种器边上安装软毛刷 采用塑料螺旋下种管，且平缓布置 我设计的播种机，肥料排放在种的 2厘米深 , 3 厘米旁侧。 既能合理利用肥料，又不会造成“烧苗 nts 25 设计项目 计算与说明 结果 开沟器设计及校核 犁铧校核 近植物根系 。 最佳施肥量应使作物生产的经济效益最大并不流失到环境中 。 播种同时施肥 , 施肥量受作物种类和肥料的种类的限制 一般施肥方法有： 1.播种时侧施 2.播种时在两行中间施肥 3.单独施肥 4.撒施 我设计的播种机，肥料 排放在 种的 2 厘米深 , 3 厘米旁侧 。 既能合理利用肥料，又不会造成“烧苗” 第 4 章 零部件 设计 4.1 种箱及肥箱设计 设计原则：种箱所盛种量能供播种机工作较长地段，其容积可由公式 （ 2.3）求得： m a xV = Q / 1 3 3 3BL （ 4-1） 参考书【 3】 P6 式中 Qmax 最大播量（ 斤 /亩 ）； B 工作幅 （ m） ，单体种箱时为行距 ； L 要求的地段长度 （ m）； 种子容重 （ kg/L）。 表 4 1 主要作物播种技术要求 作 物 玉米 大豆 小麦 行距 cm 4060 2427 4070 7.525 5570 播 量斤 /亩 46 点播 2 3 618 1260 播 深 cm 48 36 27 注： 1.摘自参考书 【 3】 P6 表 4 1 maxQV= 1333BL计算得： V=2L 种子箱设计为 3L 肥箱容积也设计为 3L nts 26 设计项目 计算与说明 结果 取： Qmax=6斤 /亩 B=0.4m L=400m =0.664g/cm3 计算得： V=6 0.4 400 0.664 2=2L 为了节省劳动时间，提高劳动效率，将种子箱设计为 3L，则 所盛 玉米 种子 的重量为： m=3 0.664=1.99kg。 为了增加镇压轮的压力可以使种子箱的重心尽量 后靠，在保持整体协调性的情况下，使整机结构简单合理。同时种箱不能过大，盛种不能过重 ， 这样会增加地轮的阻力，此设计种箱设计为 2.5 公斤左右。 同样道理，每亩施化肥 6 公斤，密度为 1.2gf/cm3 ，则肥箱容积也设计为 3L，可盛化肥 3.6 公斤。 4.2 开沟器设计及校核 我设计的开沟器由前后两对组成，前开沟器主要作用是实现化肥或小颗粒种子的行播（或点播），后开沟器作用是实现玉米、花生等大颗粒种子的点播。 只播种小颗粒种子或只施肥时，可以将后开沟器取下或提高离开地面，以减少运行阻力，节约能源；同样道理，当播种大 颗粒谷物时，也可以将前开沟器提高离开地面；当耘地或除草时，将前后开沟器及覆土器一并取下，在前开沟器位置装上耘锄，就可以耘地，实现一机多用。 由于当犁铧的开沟深度在最深时，犁杆受的弯距最大，犁杆伸出的最长，所以此时犁杆承受的弯距最大，所以只需校核耕深最深时的犁杆端部的弯距即可，如图 4 1。 图图 4 1 开沟器结 构图 杆的理论受最大力为 6.5Kg，即 65N。为了计算的方便，nts 27 设计项目 计算与说明 结果 排种器排种装置 地轮参数可将阻力作用点简化到犁铧中心。 杆的受力简图可简化为一悬臂梁，如图 4 2。 图 4 2 杆的受力简图 杆的平面弯距图，如图 4 3。 图 4 3 杆的平面弯距图 显然：梁的悬臂端的弯距为 0 ，固定端的弯距为 19500Nmm, 它为整悬臂梁的最大受力弯距处； Mmax=MA=19500Nmm 又因为犁杆可视为 8mm 厚的钢板来计算，由材料力学（刘鸿文）上册 P414附表可得： 3 3 4I / 1 2 8 3 0 / 1 2 1 8 0 0 0 m mz bh （ 4-2） 3Z m a x ZW I / I / ( / 2 ) 1 8 0 0 0 / 1 5 1 2 0 0 m mz yh （ 4-3） 由强度条件： m a x /Wb M（ 4-4） 得 m ax ZWM 于是由公式 ZP W /d （ 4-5） - 3 3 6 2= 1 2 0 0 ( 1 0 ) 1 4 0 1 0 / 3 0 0 1 0 5 0 4 N 因为 F=65N 6 0 0 0 h6 0 6 0 5 2 2 1 2 2hpCLnF （ 4-23） 所以轴承的寿命足够。 pF=2122N10 7035hLh轴承的寿命足够 nts 45 设计项目 计算与说明 结果 注意对设计完的线路的审核 电气元件的选择 电机的选择 控制按钮的选择 第 5 章 电气控制系统设计 5.1 电气系统设计的原则 电气控制设计包括电气原理图设计和电气工艺设计两个方面。电气原理图设计是为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制系统设计；电气工艺设计是为满足电气控制系统装置本身的制造、使用、运 行以及维修的需要而进行的生产工艺设计，包括机箱 (柜 )体设计、布线工艺设计、保护环节设计、人体工学设计及操作、维修工艺设计等。 1.电气设计的一般原则 : 1）最大限度的满足安全生产机械或工业对电气控制线路的要求； 2）在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单，经济； 3）保证控制线路工作的可靠性； 4）接地与接零； 5）设计的线路应能适应所在电网情况； 6）应具有完善的保护环节，提高系统运行可靠性； 7）线路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便； 8）力求操作维护、检修方便。 2.注意对设计完的线路的审核 ： 1）能否满足工艺要求； 2）多余环节、多余电器； nts 46 设计
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