直插式免耕穴播机的设计

直插式免耕穴播机设计摘 要随着水资源短缺，机械化保护性耕作越发受到人们的关注，目前推广与应用保护性耕作技术的核心就是免耕播种机。打穴播种机是在未整过的地上进行穴播的机具，最大限度地做到了保护地表土壤结构，节水保墒，是真正意义上的免耕播种机。虽然打穴式播种机至今有很多报导，但并没有得到真正推广，存在株距不可调，只能单一播种，适应性差及粘土堵塞等问题。本文针对现有打穴播种机的缺陷，对现有的技术方案进行了创新和改进，设计了一台全新实用的打穴播种机直插式免耕穴播机。对于现有机器不能改变株距的问题，本机传动部分使用了多级链轮调速机构，改变传动比进而改变株距；对于现有播种机适应性差的缺点，本机设计了多个窝眼轮串联的排种器以适应不同的种子；对于至今仍难以解决的入土器粘土，夹土及堵塞等问题，本机设计了全新的凸轮开合机构。此外，本机采用了倾斜打穴的方法，能够有效得减轻掘土效应，实用性更强，更易于推广。关键词:免耕播种机;打穴播种机;直插式;窝眼轮 Design of No-tillage Hill Seeder with Vertical DroppingAbstractAs water shortages ,Mechanization conservation tillage is more and more concerned by people. At present the key to popularize and apply the conservation tillage technology is the no-till planters. The hill drop planter is a machine that can bunch plant on untilled land,it can maximize the protection of soil structure, save water and soil moisture,it is the true meaning of no-tillage planter. Although many no-till hill drop planters have been reported, but no real promotion, there are many problems,such as the space between plants is not adjustable, only seeding a single line,they are easy to be adhered and blocked,and their poor adaptability.Focusing on the existing defects of hill drop planters,this paper has improved the existing technical solutions and designed a new practical hill drop oneno-tillage hill seeder with vertical dropping.For existing machine cannot change planting distance,a multilevel sprocket is used on the transmission part of this machine,change the transmission ratio and thus change space between plants; for the poor adaptability of the existing planters, I design a new seed-metering device with multiple socket wheels to adapt different kinds of seeds; for the problems of soil-adhesion and blocking and so on that is still difficult to solve, this machine has designed a new kind of cam-open institution. In addition, this machine uses a way of tilting insertion which can effectively alleviate the soil excavation,so this machine is more practicable, easier to promote.Key words：no-till seeder ；hill drop seeder；vertical dropping ；socket wheels目 录摘 要 IAbstract II1 绪 论 11.1 保护性耕作的意义 11.2 免耕播种机的发展背景 21.3 国内外免耕播种机的研究概况 21.4 选题意义 41.5 研究任务和方法 52 直插式入土器技术方案的构建 72.1 保护性耕作工艺与对机具的要求 72.2 直插式入土器的结构特征 72.3 直插式入土器的工作原理 92.4 入土阻力及曲柄滑块机构的相关计算 92.5 凸轮机构的设计计算 123 外槽轮排肥器及窝眼轮排种器的结构设计 143.1 排肥器需满足的要求 143.2 外槽轮排肥器的结构特征 143.3 外槽轮排肥器的工作原理 153.4 窝眼轮排种器 164 机架及传动机构的设计 174.1 机架布局和传动路线 174.2 主传动部的计算 184.3 排种和排肥速度的计算 194.4 链条和链轮的选择 194.5 地轮附着力的校验 204.6 功率计算及动力的选择 215 结论与建议 23参考文献 24致 谢 251表 1-1 临汾试验区年度土坡蓄水、水分利用效率、产量一览表 3实验年度年降雨量(mm)播种前(0 50cm 土层)蓄水量(mm)水分利用效率(kg hm-2mm-1)小麦产量(kg hm-2)传统耕作保护性耕作增加( )传统耕作保护性耕作增加()传统耕作保护性耕作增加()1993 旱年 469 69 75 9 8.1 11.1 37 1548 1985 28.21994 平水 523 93 95 2 12.3 13 5.7 3002 3161 5.31995 旱年 434 70 79 12 8.1 8.8 8.6 2342 2513 8.31996 平水 534 123 128 4 19.1 22.8 19.4 3456 3867 11.91997 丰水 573 125 130 4 15.3 16.3 6.5 3908 4142 5.991998 干旱 359 93 118 27 10.2 11.5 12.7 2495 3060 22.61999 旱年 421 82 104 27 12.6 15.2 20.6 2148 2645 23.12000 干旱 328 74 95 28 10.8 19.4 79.6 1152 2078 80.32001 旱年 443 74 95 28 13.4 16.9 26.1 2917 3814 30.7平均 455 15.6 17.0 17.11 绪 论我国水资源十分短缺，人均占有量仅是世界平均水平的 l/41，水资源的短缺直接影响到农耕地的灌溉，调查显示：我国耕地有接近一半属于旱地，这些没有灌溉条件的旱地作物产量非常有限，这严重制约了农村经济的发展。发展旱作节水农业能够有效弥补水资源缺乏的不足，充分发挥土地生产能力。保护性耕作是旱作节水农业的重要内容，保护性耕作的主要技术内容可以概括为：地表残茬覆盖、免耕或少耕、合理轮作。保护性耕作的要求是地表残茬覆盖率要达到 30%以上；其重点是通过保留残茬覆盖、合理轮作、合理施肥撒药等措施，合并作业工序，减少作业次数，为作物创造良好的生长环境，达到高产、低耗、高效、环保、减少水土流失的目的 2。1.1 保护性耕作的意义20 世纪 90 年代初，中国农业大学机械工程学院在临汾试验区进行了多年实验，开展了农机与农艺相结合的旱地保护性耕作体系的研究，实验数据如表 1-1 所示。对比数据发现：与传统耕作相比保护性耕作具有如下 7 方面效益：2增加休闲期土壤贮水量，提高水分利用效率百分之十七至百分之二十五。减少土壤流失百分之八十左右、降低地表径流百分之六十左右、大大减少水土流失。减少扬沙百分之六十左右，有效抑制沙尘暴。能够有效地改善土壤物理性状，增加肥力。能够有力地增加作物产量，在干旱年增产效果尤为明显，冬小麦平均增产百分之十三，春玉米平均增产百分之十七。能够减少二至四道生产作业工序，节约人畜用工百分之五十至百分之六十。提高经济效益，收入增加百分之二十至百分之三十。从以上七点可以看出，保护性耕作可以减少水分蒸发，减少水蚀风蚀，稳定土壤结构，减少养分流失，充分利用水资源，减少劳动力和机械设备的投入，提高劳动生产率。1.2 免耕播种机的发展背景保护性耕作技术是一次农业革命，它使农机与农艺相结合，国内已在河北、山西、内蒙古等 10 省区开展示范推广。实践证明，保护性耕作具有节水、保墒、保持水土、抑制沙尘暴、增加土壤肥力、减少作业工序和解放人力物力等显著的经济、社会和生态效益。而推广应用保护性耕作技术的核心就是研究开发使用免耕播种机。 保护性耕作时地面没有经过翻整、地下有大量根茬、地表有大量秸秆等，它的这些特殊性对免耕播种机械提出了更高要求。因此，研发精量播种、药剂灭草和侧深施肥的联合作业机具前景非常广阔，具有很大的经济和社会效益。现今我国人均耕地具有明显减少的趋势，所以土地需要可持续利用，保护性耕作作为农业机械化中的重要环节，其主要作用在于提高耕地质量，增加土地产出率。由于我国耕地素质越来越差，耕地污染越发严重，所以提高耕地质量的关键在于提高地力和防止污染。保护性耕作已经引起多部门的重视，被列入我国“十五”农业重大推广项目 2。31.3 国内外免耕播种机的研究概况1.3.1 国外免耕播种机研究概况早在 40 年代初，国外就已经开始了保护性耕作的研究，并相继研制了多种型式的少耕、免耕机具。目前免耕播种机在国外得到了较大的推广，其中联合作业机具占了大部分，这些机具能够一次性地完成破茬、开沟、播种、施肥和撒药等多项工序。另外，国外土地多以农场的形式来划分，地块较大，国外的拖拉机功率也较大，免耕播种机一般都是牵引式的。播种机为多横梁结构，并且安装有多排开沟器，各开沟器之间有较大的间距，播种机具有一定的宽度而且重量大，排种器多采用气力式的，具有较复杂的土壤工作部件 5。目前，国外在免耕播种机的研究和推广方面已经取得了较大成就，如澳大利亚的KMC 公司，美国的 USDA 公司和 JohnDeer 公司生产的免耕播种机性能都十分优良。然而，国内的情况与国外有很大的差别，例如地块大小、土壤质量、种植方式、经济水平等，因此国外的免耕播种机无论从其尺寸结构还是工作性能方面均不能适应我国的耕地。1.3.2 国内免耕播种机研究概况图 1-2 2BMJF-4C 型轮齿拔草式玉米免耕播种机图 1-1 2BFY-6A 型机械式玉米免耕施肥播种机我国免耕播种机的发展与国外存在很大的差距，但又不能使用国外的技术。我国耕4地一般地块较小，这就需要免耕播种机操纵灵活，采用悬挂式，尺寸和重量要小。但是免耕的地表有残茬覆盖，土壤容重较高，如果播种机重量小的话就难以入土开沟，所以要求播种机自身重量不能太轻。另外，我国使用的多为中小型拖拉机，功率不大，播种的行数有限，否则工作阻力太大，造成拖拉机动力不足、拉不动的情况。这就要求我们必须认清国内与国外的差距，根据我国的国情，设计出适合国内地况的免耕播种机 6。与国外对比看来，我国免耕播种机研究起步晚，发展快，近几年已经取得了一定的成就。国内已经成功地研制并应用了多种免耕穴播机，如: 石家庄农业机械股份有限公司生产的 2BFY-6A 型机械式玉米免耕施肥播种机（如图 1-1） ，该播种机能够一次性完成破茬、深施肥、开沟播种和覆土镇压等多道工序，行距、株距、播种深度和施肥量都是可调的，能够对玉米、大豆、花生、油葵等多种作物进行免耕精量播种。2BMJF-4C 型轮齿拔草式玉米免耕播种机(如图 1-2)，该机由中国农业大学设计完成，使用尖角翼铲式开沟器，防堵性能强，对土壤搅动小，能够做到种肥垂直分布，适用于大地块作业。该机对玉米进行免耕播种施肥作业时，需要在田中秸秆全部粉碎的情况下完成 4。此外，典型性的免耕播种机还有：2BFY-3A2 型玉米施肥播种机（中国农业大学） ，2BF 3 型精少量破茬播种施肥机（宁城县金辉机械厂）等。陈君达、高焕文、李洪文等人深入研究了玉米免耕播种机的防堵装置，深入分析了以往结构的缺陷，设计了全新的轮齿拨草盘、行减压草轮等机构，可在玉米残茬和小麦残茬地里播种玉米 78 。李问盈、王耀发、杜兵等人深入研究了小麦免耕播种机的开沟器和种肥分施机构，设计出一种整体式种肥正位分施机构，并做出了小麦免耕播种机的样机，可实现在小麦残茬地里播种小麦，试验效果良好 910 。1.4 选题意义上述免耕播种机基本都采用开沟器，开沟器沿地表平动以在地表形成一定深度的沟，用于放置种粒和肥粒。这样的免耕播种机划切了地表，一定程度上地破坏了地表土层，没有做到真正意义上的护土保墒，另外，此类免耕播种机至今面临一个重要问题堵塞问题，现有的各类防堵装置不能从根本上解决堵塞问题。由于杂草堵塞而影响播种质量是目前急待解决的问题。解决堵草问题的最有效途径是：改变工作部件在有枯秆覆盖的未耕地上的平动状态，依靠特殊的施力装置和自身重量使开穴器插入土中，到达一定5深度后将种子播入穴中。关于采用这种入土原理的机型国外已经出现了相关研究报导，并称之为冲孔式播种机（打穴播种机） 。但多年的实验表明，这种冲孔式播种机大多工作可靠性差，入土器在较硬的土壤上入土困难，在松软潮湿的土壤中开启机构运作困难，容易粘土失灵，并且容易夹土堵塞;有的结构复杂，成本高，性能不稳定 11。到目前为止，打穴播种机仍然没有得到大范围应用，主要问题在于：入土器的结构和原理有待发展完善；排种、排肥和打穴难以同步。特别是近年来秸秆还田、地膜覆盖等新式农艺的应用，对播种机具的要求越来越高。目前农机工作者努力的方向是试图通过对传统开沟播种机具的改进来适应有杂草、残茬和秸秆的田地上的播种。我国目前关于打穴式穴播机的报导中，有滚轮式膜上打孔精量播种机，入土器是鸭嘴式的，这种播种机是应用于覆膜作业的，工作的地况是已耕的地面，并不能在免耕的地面上播种。另外还有一种免耕播种机，也是滚轮式的，但入土器是利用凸轮摇杆强制开启，能够获得良好的入土防堵效果。在穴播播种时，不同种类的作物需要有不同的播种株距，因此对于穴播机，株距是否可调是评价其工作性能的一个重要指标。 “滚轮式穴播机”由于入土器均布在滚轮的圆周上，随滚轮的滚动而插入土中，故播种的株距无法调节，只能单一的播种，适应性很差。虽然“气力播种机”可以通过控制气动阀门的开度来控制成穴柱塞的打穴频率，进而改变播种时的株距，但是这种播种机结构往往过于复杂、故障率高、操作困难、成本高。 “管式播种机”在理论上可改变播种时行内的种距，但是由于入土管做平面复合运动，成穴质量与机具前进速度和株距有关，因此当播种速度快时成穴质量较差。因此，经济方便地设计一种能够改变株距的机构，仍然是打穴播种机结构设计方面的一个重大问题 12。所以研制出一种新型的打穴免耕播种机，使其能够改变株距满足不同的播种需要，具有重大意义。另外，为了保护地表，避免机具反复进出田地，若能够实现种肥同步，一次性完成播种任务，则意义更加重大。1.5 研究任务和方法参照已有的打穴播种机，对它们结构优化和改进，研究设计一台能满足国内免耕作业需求且能种肥同步的穴播机直插式免耕穴播机(如图 1-3)。主要技术参数：1）行进速度：0.6m/s（可调）6图 1-4 研究方法框图提出问题背景调研研究目标的确定总体方案的构建关键参数的确定和关键结构的设计实体建模直插式免耕穴播机性能分析机构改进和优化2）播种深度：38cm（可调）3）施肥深度：612cm（可调）4）株距：1830cm/株（可调）5）行距：4060cm/行（可调）6）单株率：=86%7）空穴率：=7.2%8）行数：3 行研究方法如图 1-4 中框图所示。图 1-3 直插式免耕穴播机72 直插式入土器技术方案的构建2.1 保护性耕作工艺与对机具的要求1）具有清草防堵功能免耕播种机的工作环境有大量秸秆残茬及杂草覆盖，因此清除种行上的秸秆、把种子播在土里的同时，还要避免秸秆杂草等堵塞机体或缠绕机件。2）具有地面仿形功能保护性耕作前不需要整地，因此地表不平整，为保证播深一致，免耕播种机必须要有地面仿形功能，宽幅免耕播种机多采用单体仿形来改善播深均匀性。3）具有破茬入土功能免耕的地面没有整过，因此地表相对较硬，有时土壤工作部件还会碰上作物根茬，所以需要土壤工作部件有较强的入土能力。2.2 直插式入土器的结构特征区别与以往的打穴播种机，直插式入土机构主要由平行四杆仿形机构、曲柄滑块入土机构和凸轮推杆开合机构三大构件组成(如图 2-1)。平行四杆仿形机构主要由动架、定架和两个仿形连杆组成，定架由两个 U 型螺栓固定在机架上，上仿形连杆用销轴分别与动架、定架铰接，下仿形连杆用轴套分别与动架、定架铰接，轴套与动架和定架之间过盈配合，与下仿形连杆间隙配合，两个轴穿过轴套分别与两齿轮平键连接。入土管导套、轴承座和仿形轮支架等都固定在动架上，随动架仿形运动。曲柄滑块入土机构主要由可调曲柄、连杆和入土管组成。入土管由播种管和施肥管组成，管口呈 45楔形，利于入土，两管由两个串联螺栓串在一起，两管间有垫块，通过控制垫块的厚度可以调节种肥的侧向距离。入土管上半部分插在入土管导套之中，与可调曲柄和可调连杆构成曲柄滑块机构。可调曲柄上有两个长槽，通过曲柄固定螺栓固定在齿轮上，改变螺栓在槽中的位置即可调节曲柄的长度。可调连杆分别与入土管轴和曲柄轴铰接，两头带有螺纹，并配有锁紧螺母，通过调节旋入深度来调节连杆长度。8凸轮推杆开合机构主要由活动嘴、拉杆、拉杆回位弹簧、拉杆导套、拉杆联动器、凸轮、凸轮轴和小链轮等构成。活动嘴盖住入土管口，防止泥土堵塞或合不严造成漏种。活动嘴内缘比管口小，嵌入管中，外缘比管口大，盖住管口，这一结构堵口效果良好，而且入土时在土的压力下活动嘴自动被压紧在管口上，不需要施力。活动嘴的尾部与拉杆铰接，拉杆从入土管上的开口处伸出，穿过拉杆回位弹簧和拉杆导套与拉杆联动器铰接，拉杆联动器使两个拉杆能够一起被凸轮提升，拉杆联动器上有套筒，套筒内侧为钢管以减少摩擦，外侧套有橡胶套以防止与凸轮打滑。凸轮固定在凸轮轴的一端，小链轮固定在凸轮轴的另一端，通过传动链从上面 大链轮获取动力。图 2-1 直插式入土机构1.销轴 2.入土器链轮 3.动架 4.入土管导套 5.传动链 6.轴承座 7.轴承 8.种斗 9.肥斗 10.仿形轮调节块 11.刮土板 12.仿形轮支架 13.仿形轮 14.活动嘴固定螺钉 15.活动嘴 16.种肥斗固定卡 17.拉杆 18.施肥管 19.串联螺栓 20.拉杆托架 21.凸轮 22.拉杆联动器 23.凸轮轴 24.入土管轴 25.连杆锁紧螺母 26.曲柄轴 27.U 型螺栓 28.可调曲柄 29.曲柄固定螺栓 30.中间齿轮 31.中间齿轮轴 32.定架 33.仿形连杆 34.拉杆导套 35.施肥管 36.可调连杆 37.拉杆回位弹簧92.3 直插式入土器的工作原理直插式入土器的动架固定在机架上，随机具移动，动架上的仿形轮沿地表做仿形运动，曲柄、连杆和入土管等构件都固定在动架上，随动架做仿形运动，做到播深一致。工作时，动力传至中间齿轮，中间齿轮顺时针转动，可调曲柄随齿轮逆时针转动，入土管在曲柄滑块机构的作用下，在入土管导套中做往复运动，以 45的插入角度向后斜插入土中，并与机具的前进配合，每前进一段距离就插入一次。往复运动的运动幅度可以通过调节曲柄的长度改变，入土的深度可以通过连杆的长度来控制。施肥管和播种管串联在一起，二者同时插入土中，施肥管与播种管横向间隔 6cm(可以通过垫块厚度调节)，同时纵向比其长 34cm，这样就可以满足最佳施肥位置（研究表明：玉米的最佳施肥位置是种子的侧方 6cm，下方 34cm 处 13）。此曲柄滑块机构为对心曲柄滑块当曲柄与入土管的轴线共线时，分别达到两个极位，当其处于下极位时入土管插入最深（即播种深度 38cm ） ，拉杆联动器及拉杆等也随入土管到达最低位置（此位置正是凸轮的近休位置） ，曲柄继续转动，入土管开始提升，此时凸轮进入推程，在入土管上升的同时，凸轮把拉杆联动器推开，拉杆联动器带动两个拉杆斜向上运动，进而牵引活动嘴顺时针转动，播种管和施肥管的管口被打开，种子和肥料进入种位和肥位。当凸轮的推程结束后，入土管继续上升，拉杆联动器脱离凸轮的工作范围，两个拉杆在拉杆回位弹簧的作用下迅速回位，推动活动嘴逆时针旋转，直至盖紧在播种管和施肥管的管口，由于在回位弹簧的作用下回位及时，而且活动嘴的上方被管口挡住，另外活动嘴内缘比管口小，因此，此机构能够有效防止夹土、粘土、堵塞等问题。入土管继续上升，播种管和施肥管从土中抽出，一方面借助自动回土作用覆土，另一方面两管抽出后，留下两个 45斜向下的孔，此时仿形轮正处于孔的后方，当机具前进时仿形轮压至孔上，把斜孔上的土壁压塌，覆土成功。当种肥斗随入土管上升至接近输种管和输肥管时，种子和肥粒分别从输种管和输肥管中落下，分别被种斗和肥斗接住，自然滑落至播种管和排肥管底部，被活动嘴挡住，等待下一次插入播种。至此，一个工作循环完成。102.4 入土阻力及曲柄滑块机构的相关计算2.4.1 入土阻力的计算入土阻力分为摩擦阻力 和切割阻力1P2= N 公式（21）1=KA 公式（22）2查得：土壤对钢的摩擦系数 =0.5770.721，这里取 0.7，中等轻质土壤的最大比阻K=24000N/ ，中等轻质土壤比重为 =2.65Mg/3m3m设在中等轻质土壤中入土深度为 8cm，作如下计算：= N= g dL=0.7 2650 9.8 0.04 3.14 0.05 0.08 1.41N=12.88N1P0h=KA=24000 （25 ） N=47.12N2 312所以，入土阻力：P= + =12.88+47.12N=60NP2112.4.2 曲柄滑块机构的相关计算入土管的位移： 其中 =RL入土管的瞬时速度： 1sin2sin41sinsi2dSdVttR入土管的瞬时加速度：公式（25）2(coss2)dVaRtt图 2-2 曲柄滑块机构简图 21(1cos)(cos2)4(cs)(1cs)SRL 公式（23）公式（24）公式（23）12图 2-3 曲柄滑块机构受力分析图如图 2-3 所示： 11 211cosins()si()icosinsi1sinsico2)(sini)2(,)ABABABPMmRMPRL由计算知：曲柄轴上的扭矩 为入土阻力 ，压力角 ，曲柄长 和连杆长 的函数。1MPRL根据本播种机的实际情况，取 =60N, =66， =90mm， =220mm，求得曲柄轴上需要的maxRL最大转矩 max6.57N2.5 凸轮机构的设计计算凸轮轴的一端装有从动链轮，通过链条连接主动链轮，主动链轮与大齿轮同轴转动。当入土管运动至最低处时，凸轮处于近休点，继续转动时凸轮进入推程,推动联动器进而公式（26）13使活动嘴打开，活动嘴打开要迅速，因此凸轮轴转速要快，入土器主从动链轮的传动比取1/3,当播种株距取 18cm 时，凸轮轴转速为 600r/min。当曲柄轴转过一定角度时，凸轮要把联动器推到最远处，测得这一角度为 42，所以凸轮转过的角度 ，即凸轮的推程角为 126(如图 2-4)04216i在曲柄滑块机构中，取 =90mm， =220mm， = =0.41，当曲柄转过 42时，RLRL根据公式 23 算得，入土管的位移 16mmS算得活动嘴开启到最大时联动器需要被推出 9mm，因此，推程 19625Sm因为凸轮轴转动速度比曲柄轴快，当入土管刚刚离开最深处时，如果活动嘴立即开启则会推动底部的土壤，这样以来就增大了凸轮开合机构的负载，对机构的伤害很大，所以要避免活动嘴推动土壤。为此，设计了一个较大的近休角，算得近休角为 6701当凸轮转动过了推程后，联动器就随着入土管向上移动，此时凸轮不再起作用，所以对凸轮的远休止角和回程角没有要求。但为了制造方便，采用对称结构，据此求出回程角 和远休止角 ：00201260236740图 2-4 凸轮轮廓曲线143 外槽轮排肥器及窝眼轮排种器的结构设计3.1 排肥器需满足的要求 满足穴播要求，要间歇性排肥，与直插式入土器插入的节奏一致。 满足本播种机适应性强的要求，能够调节排量以适应不同的播种需要。 满足精量播种的要求，精量排肥，排量稳定。3.2 外槽轮排肥器的结构特征本外槽轮排肥器主要由排肥架、肥箱、排肥机构、传动机构、输送机构和调节机构等组成。类似于外槽轮排种器，但为了本机需要，做了相应调整(如图 3-1)。为了实现对肥料的穴施，对现有的外槽轮进行改进。将槽轮的直径做了相应的增大，将槽轮凹槽的数量减少到四个。当为了调节排量，在排肥轴上将两个大小不同的槽轮串接起来，然后在两侧装有定位卡，把槽轮固定在排肥轴上。槽轮穿过排肥盒，为了防止肥粒沿槽轮的凹槽漏出，排肥盒两侧装有槽轮挡圈，槽轮挡圈中加有花形挡环，花形挡环的花形与槽轮的凹槽配合，在槽轮挡圈中转动。排肥盒排肥的一侧固定有毛刷，毛刷紧贴槽轮。集肥器用销钉连接在排肥盒的下端，用以接住落下来的肥粒。输肥管用固定卡固定在集肥器的下部，用以把肥粒导入肥斗中。由于排肥轴上安装了两个大小不同的槽轮，所以本排肥器的排量是靠改变两槽轮相对排肥盒的位置来调节的。槽轮固定在排肥轴上，排肥轴轴向移动即可改变槽轮的位置，因此在排肥轴的轴端装有调节器。调节器由调节手轮、锁紧螺母、锁紧挡圈、大垫圈、调节器座等组成，排肥轴穿过调节手轮，由两个开口销在两端轴向固定，二者可以相对转动。调节手轮上有外螺纹，调节器座上有内螺纹，二者配合，旋转调节手轮即可拉动或推动排肥轴轴向移动。调节手轮上有两个横向凹槽对称分布，锁紧挡圈内侧有两个凸台，二者配合，只能有轴向运动。锁紧挡圈和调节器座相向的面上有相互配合的花形凸起和凹槽，当锁紧挡圈贴紧调节器座时，即可锁紧使调节手轮无法转动，进而锁定排肥轴的位置。锁紧螺母内侧有螺纹，能够在调节手轮上旋动，外侧有花形，利于手动拧紧，锁紧螺母的作用是把锁紧挡圈顶紧到调节器座上，使二者花形能够配合紧密。排肥轴转动的动力来自排肥器从动链轮，排肥器从动链轮通过传动链从排肥器主动15链轮获得动力。排肥器从动链轮与一个中空轴焊接在一起，轴的中空部分截面为方形，与排肥轴方端配合，当排肥轴轴向移动时二者可以相对移动，同时又能稳定地传递转矩。中空轴上有台阶并装有弹簧挡圈以轴向定位。图 3-1 外槽轮排肥器1.调节手轮 2.排肥架 3.输肥管 4.排肥轴 5.集肥器 6.排肥盒 7.排肥器从动链轮 8.肥箱 9.轴承 10.轴承座固定螺栓 11.轴承座 12.排肥轴方端 13.开口销 14.锁紧螺母 15. 锁紧挡圈 16.调节器座 17.调节器固定螺栓 18.定位卡 19.定位卡螺栓 20.小槽轮 21.槽轮挡圈 22.花形挡环 23.固定卡 24.固定卡螺栓 25.毛刷 26.大槽轮 27.挡圈固定螺钉 28.大垫圈3.3 外槽轮排肥器的工作原理排肥器链轮通过传动链从上级获得动力使排肥轴转动，固定在排肥轴上的槽轮随之转动。肥料放在肥箱中，从肥箱下侧的孔中自然下落至排肥盒，被槽轮和毛刷挡住，槽轮的凹槽中充满肥粒，毛刷紧贴槽轮，当槽轮转动时毛刷把凹槽外的肥粒挡住，槽中的16肥粒随槽轮转下并自然下落被集肥器接住，然后沿输肥管落下，被入土机构上的肥斗接住准备入土。3.4 窝眼轮排种器穴播排种器是一种精密排种器，这类排种器常用的原理有两类，一类是根据种子粒的形状，用型空将种子从种箱中分离出来并排列整齐，然后播下;第二类是用气力将种子从种子箱中分离出来，按粒吸附并排列在排种器上，然后播出。第一类排种器结构简单，造价低廉，但对种子外形要求严格，播种前需要对种子进行分级处理。第二类排种器的优点是：通用性好，对种子尺寸及形状要求不严，不需对种子严格按尺寸分级，可提高播种速度。但是，气力式排种器的结构较复杂，造价高昂，容易磨损，风机的能耗大。本穴播机为轻型播种机，本着轻巧简单低廉的原则，故选用第一类排种器，但为了满足本播种机适应性强的要求，排种器需要能够适应不同尺寸的种子。本窝眼轮排种器与外槽轮排肥器类似，但是做了相应改进（如图 3-2） 。适当的缩小了排种盒，把外槽轮排肥器中的槽轮换为多个窝眼轮串联在一起，这些窝眼轮上沿圆周均布有四个窝眼，每个轮上的窝眼大小不同以适应不同的种子。旋转调节器上的手轮时，窝眼轮就会随排种轴沿轴向移动，不同大小的窝眼轮就会位于排种盒中进入工作状态。由于窝眼轮的柱面上除了窝眼部分，其他都是完整圆周，不存在漏种的问题，因此去除了槽轮挡圈和花形挡环。其他部分和工作原理都与外槽轮排肥器类似，不再冗余说明。图 3-2 窝眼轮排种器174 机架及传动机构的设计4.1 机架布局和传动路线如图 4-1 中所示，三组直插式入土机构安装在机架的前半部分，可同时播种三行，入土机构中的定架用 U 型螺栓固定在机架上。中间齿轮和大齿轮分别安装在仿形连杆的两端，相互啮合，大齿轮和凸轮轴主动链轮同轴，凸轮轴主动链轮通过凸轮轴链条与凸轮轴从动链轮连接，中间齿轮和小齿轮啮合。排种器和排肥器一前一后安装在机架上方的中间部位，中间轴安装在机架下方的中间部位，中间轴上的大链轮通过主轴传动链与主轴上的小链轮相连，排肥器主动链轮通过排肥器链条与排肥轴上的从动链轮相连，排种器主动链轮通过排种器链条与排种轴上的从动链轮相连。地轮、地轮轴及地轮架等构成了行走装置，两地轮架通过 U 型螺栓固定在机架的后半部分，地轮轴上的调速主动连轮通过地轮链条与中间轴上的调速从动连轮相连，调速主从动连轮、地轮链条及张紧轮组成了调速机构。因为本穴播机的传动都是由链传动和齿轮传动组成，平均传动比稳定，入土频率的快慢完全由行走速度和传动比决定，当需要调节株距的时候就必须要改变传动比，因此加入了连轮调速机构，通过改变链条位置，使不同传动比一对链轮进入工作18状态来改变株距。4.2 主传动部的计算设机具的行进速度为 0.6m/s，播种的株距为 30cm，即每秒打穴两次，曲柄的转速为120r/min，中间轮的转速为 120r/min，大齿轮和中间齿轮的分度圆直径 都为 150mm，选1d取模数 =3m公式（41dzm1）求得大齿轮和中间齿轮的齿数为 = =50，小齿轮的齿数为 =3312 3z图 4-1 机架、传动图及传动简图1.定架 2.中间齿轮 3.小齿轮 4.主轴 5.上悬挂点 6.加强杆 7.大齿轮 8.下悬挂点 9.主轴轴承座 10.小链轮 11.主轴传动链 12.大链轮 13.排种器链条 14.曲柄轴 15.仿形连杆 16.凸轮轴主动链轮 17.曲柄 18.排种器从动链轮 19.排肥器主动链轮 20.排种器主动链轮 21.排肥器链条 22.调速主动连轮 23.地轮链条 24.地轮轴 25.地轮轴承座 26.地轮 27.地轮架 28.机架 29.凸轮轴从动链轮 30.凸轮轴轴承座 31.凸轮轴轴承 32.凸轮轴 33.凸轮轴链条 34.张紧轮 35.调速从动连轮 36.中间轴 37.排肥器从动链轮 38.轴承19公式（4mnndzi2）求得主轴的转速为 =183.6r/min3n公式（4vr3）地轮直径为 400mm，行进速度为 0.6m/s，由公式 4-3 得地轮轴的转速 =28.6 r/min5n由公式 4-2 得 =6.42，选小链轮齿数为 =21，大链轮齿数 =57，调速从动连轮齿47i 4zz数 取 25，调速从动连轮齿数 =59， =2.71， =2.36， = 6.42，中间轴转速6z 7z5i67i47i54i为 67.63r/min。本穴播机设定了三种株距，因此调速连轮中有三对不同传动比的链轮，30cm 株距对应的调速从动连轮齿数 取 25，调速从动连轮齿数 =59。同理求得，24cm 株距对应的6z 7z调速从动连轮齿数 取 23，调速从动连轮齿数 =68，中间轴转速为 84.59r/min，主轴转速为 150r/min；18cm 株距对应的的调速从动连轮齿数 取 21，调速从动连轮齿数6z=83，中间轴转速为 112.79r/min，主轴转速为 200r/min。7z4.3 排种和排肥速度的计算设播种株距为 30cm，机具前进速度为 0.6m/s，对应的打穴频率为 2 次/秒，排种和排肥的频率也为 2 次/秒，由于排种器和排肥器的窝眼轮和槽轮上都分布有 4 个凹槽，因此排种（肥）轴转动的速度为 0.5 转/秒，即 =30r/min1n中间轴的转速为 67.63 r/min，所以 ，取排种（肥）器从动链轮齿数为67.32.50i38，排种（肥）器主动链轮齿数为 17。4.4 链条和链轮的选择根据各传动链上要传递的功率和载荷，选择情况如下：201）排种器、排肥器选用链条的型号为 081,查的节距 ，滚子直径 ，12.7p7.5rd根据机架布局，选定中心距 ，上节中已经求出齿数 ，由公式0264am2,38z44 算得链节数 69.57，圆整取偶后得链节数为 700pL公式（44201210()pzzpa）根据齿数、链条节距和滚子直径选取链轮。2）凸轮传动中选用链条的型号也是 081，节距 ，滚子直径 ，中心12.7p7.5rd距 ，取齿数 ，同理算得 136.15，圆整取偶后得链节数为0645am125,7z0L138，同样根据齿数、链条节距和滚子直径选取链轮。3）调速机构中选用链条的型号为 08A，节距 ，滚子直径 ，中心距12.7p7.92rd，选取取一对最大的齿数齿数：83 和 21，同理算得 129.10，由于链条安047a