紫花苜蓿补播机设计与建模

紫花苜蓿补播机设计与建模摘要：本文针对当前我国紫花苜蓿播种中存在的问题，提出补播设想，利用机械对紫花苜蓿缺苗进行机械化补播，以提高土地利用率，增加紫花苜蓿亩植株量，进而提升草场产量。本设计研究紫花苜蓿播种设备的改良,根据紫花苜蓿补播机的工作原理确定了紫花苜蓿补播机的设计方案，完成了仿形机构、开沟部件、镇压部件的设计，并用AutoCAD绘制了部分原理图，采用三维制图软件Proe完成了相关部件的建模。牧草机械的大量运用，将解放劳动力，提升作业速度，降低损坏，加快牧草商品化周转速度。紫花苜蓿施肥补播机的研究，必将对提高牧草产量，解决市场所需，促进牧草行业发展产生积极影响。关键字：苜蓿，补播机，机械化AlfalfasowingmachinedesignandmodelingAbstract：Aimingatthecurrentproblemsinalfalfaseedsowing,Thisarticleputsforwardideas,theuseofmechanicalonAlfalfaSeedlingshortageofMechanizedSowing,raiseslandutilizationrate,increasesthealfalfaplantcapacityandimprovethemu,grassyield.AccordingtotheworkingprincipleofAlfalfasowingmachine.ThisarticledeterminestheschemeofAlfalfasowingmachine,completedthedesignofprofilingmechanism,ditchingcomponents,repressionofparts.IcompletepartoftheworkingprimciplediagramwithAutocadandusingthreedimensionaldrawingsoftwareProecompletedthemodelingcomponent.Theextensiveuseofpasturemachinery,willliberatetheworkforce,improvetheoperationspeed,reducethedamage,speeduptheturnoverrateofforagecommercialization.Theresearchonalfalfafertilizationseeder,isboundtoincreaseforageyield,solvethemarketneedsandpromoteforageindustrydevelopment.Keywords：alfalfa,sowingmachine,mechanical目录1绪论.11.1课题研究目的及意义.11.2国内外紫花苜蓿补播机研究现状.21.2.1国外苜蓿播种机械.21.2.2国内苜蓿播种机械.41.3课题研究的主要内容.52紫花苜蓿补播机相关参数的确定.62.1紫花苜蓿植株研究.62.2紫花苜蓿补播要求.72.2.1镇压力确定.72.2.2仿形机构形式与仿形量确定.82.3紫花苜蓿种植农艺要求.92.4紫花苜蓿整机驱动方式.93紫花苜蓿补播机设计方案研究.103.1紫花苜蓿补播机设计要求.103.1.1整机设计原则.103.1.2紫花苜蓿补播机工作原理与整体机构.103.2补播排种器的设计.113.2.1排种器的技术要求.113.2.2播种排种器的类型、特点与适用范围.123.3补播排种器设计原则.123.4补播排种器设计.123.4.1补播排种器排种均匀性理论分析.133.4.2补播排种器排种破损机理分析.153.4.3窝眼轮补播排种器结构设计.163.6仿形机构设计.183.6.1仿形机构形式及仿形量确定.183.6.2仿形机构设计参数要求.183.6.3平行四连杆仿形机构设计.19I3.7开沟部件设计.203.7.1开沟器的功用.203.7.2开沟器的技术要求.213.7.3开沟器的结构类型.213.7.5开沟器设计.243.8镇压部件设计.263.8.1镇压部件功用.263.8.2镇压轮的结构类型和特点.263.8.3镇压部件设计参数要求.273.8.4镇压轮设计.283.9整机机架设计.294补播机的操作规范与维护.314.1补播机的保养.314.2正确操作补播机.314.3注意事项：.324.4安全规则.324.5常见故障与排除.33结论.34参考文献.35致谢.3701绪论1.1课题研究目的及意义目前，国内外暂无针对紫花苜蓿缺苗而进行补播的机械，本文针对当前我国紫花苜蓿播种中存在的问题，提出补播设想，利用机械对紫花苜蓿缺苗进行机械化补播，以提高土地利用率，增加紫花苜蓿亩植株量，进而提升草场产量。在国家退耕还林还草之机，要因地制宜，全面规划，大面积推广种植优质牧草，以加快草业发展，保证畜牧业的稳定生产。紫花苜蓿作为高产优质牧草，具有营养价值高，适应性强的特点，是首选的牧草之一，熟练掌握其播种技术，对畜牧生产极其重要。播种方法有撒播、条播、混播、间播几种方法，一般条播深度一致，出苗整齐，便于田间管理。紫花苜蓿播种机功能多，一次性完成播种、施肥、镇压保墒等多道工序，与传统的耕作方式相比，具有减少作业程序，省工省力，节本增效，提高化肥利用率，作物增产等优点：若机具调整不好或操作不当，不但能造成作物减产而且给今后推广工作也带来一定困难。因此搞好紫花苜蓿播种机的设计使用与调整，对大力推广紫花苜蓿的种植有着重要的意义。该课题研究紫花苜蓿播种设备的改良,要求配置合理,结构简单、紧凑,技术性能指标先进且能够对紫花苜蓿补播进行改良,同时还可以施肥,实现一机多用。该课题研究成果的推广应用,应对我国大面积紫花苜蓿的种植改良建设将起到重要作用,可以促进畜牧业的快速发展,应用前景广阔。当今世界，凡是畜牧业发达的国家，都把牧草的研究、种植、培育、加工和利用放在极其重要的位置。我国人均粮食不足，牧草行业的发展，将减轻我国的粮食压力，弥补粮食不足，促进农业产业结构调整，确保农业增效、农民增收，又能使荒山荒地重披绿装，减少水土流失，改善环境，具有重大的经济效益与深远的社会效益和生态效益。国内外事实证明，在发展牧草产业过程中，牧草机械化是高效的提升牧草产量的有效途径，牧草机械的大量运用，将解放劳动力，提升作业速度，降低损坏，加快牧草商品化周转速度。紫花苜蓿施肥补播机的研究，必将对提高牧草产量，解决市场所需，促进牧草行业发展产生积极影响。11.2国内外紫花苜蓿补播机研究现状国外牧草机械化发展已有百年的历史。牧草机械经历了从使用以畜力作为动力到与拖拉机动力配套，从单项作业机具到复式作业机具，从分段作业机具到联合作业机具等发展历程。20世纪60年代是欧美各国牧草机械发展的高峰时期，期间完成了由畜力机械收割、搂草等基本作业机具向与动力机械配套的更新换代。新型的割、搂机具和各类联合作业机具及成形机具相继研制成功并迅速推广。我国从20世纪50年代初开始生产牧草机械，到80年代，已形成一定生产规模，但是，牧草收获机械化整体水平还相当低，如我国的草场面积与美国大体相同，但牧草机械保有量却少的可怜，割草机、搂草机保有量仅为美国的1%；在20世纪60年代，美国方捆机的保有量就达到70万台；20世纪80年代，日本方捆机的保有量为2.3万台。而我国20世纪90年代初的保有量仅为美国的0.1%，是日本的0.2%0。当前，针对紫花苜蓿补播作业的机械，目前国内外尚无成品产生。苜蓿的产业特性，使其从种到收必须实现机械化，主要因为其种子小，播种深度要求严，对田地土壤精细要求较高，且种子价格较高，浪费成本过大。苜蓿刈割收获，需保证在初花期后，盛花期前，故刈割工作量大，时间紧凑，要求高效收割。苜蓿的蛋白质含量，大部分分布在叶片上，刈割时需将茎秆压扁，以保证叶片与茎秆同步干燥，便于打捆时保留最大叶片量。苜蓿的打捆、贮藏、加工等工作，任务量大，更需要借助机械化以减轻人力负担，达到高效生产的目的。随着牧草行业重要性日益提高，牧草机械也得到了深入的发展，国外经过百年发展，已经形成牧草行业机械完整体系。我国由于起步较晚，政策延迟，导致牧草机械总体水平相对较低。1.2.1国外苜蓿播种机械（1）法国：库恩PREMIA300库恩PREMIA条播机，种箱开口宽，箱盖打开角度90，便于料斗或大袋子装填，通过气压弹簧提供辅助，即使在4m宽的机器上也很方便地打开。种箱易于清空。PREMIA条播机输出通过2个组件进行调节：通过机器一侧的6键凸轮选择器选择预设的旋转速度。通过微调螺钉调节开口的种槽分配系统，设置精细和精确的播种量。2根据不同作业环境，安装不同的开沟器和覆土弹齿，实现良好的开沟仿形作业。PREMIA条播机，体型较大，造价较高，不适合小地块作业，无法实现补播作业。图1-1库恩PREMIA300（2）美国：约翰迪尔1590免耕播种机约翰迪尔1590免耕播种机，对耕地适应性广，尤其可满足对天然草场的播种需求。自身重量29175969kg，机架地隙61cm，秸秆通过性能好，排种管直径大，便于种子排出，排种靴为铸铁上下两段式，可单独更换底部易磨损部分，开沟器入土压力大，并可液压调节，破土角度小，对土壤扰动小，对作物生长有利，同时易切割秸秆，不易堵塞，开沟器带有限深轮，可保持播深一致，深度可调，种箱可选配单种箱、种肥混合箱或加配草种箱，种箱容积大，可减少加种次数。因机型较重，对松软土地压迫太大，行距不可调，机型较宽，不适宜小地块耕作，且无法实现针对缺苗区域进行补播作业。3图1-2约翰迪尔1590免耕播种机1.2.2国内苜蓿播种机械（1）中农机美诺6115免耕播种机整机1973kg，配套动力55kw，可以进行草场免耕播种，三圆盘式开沟播种机构，可一次性完成破茬、开沟、播种、施肥、覆土、镇压作业，采用零压橡胶空心镇压轮，不易粘土，可起到镇压限深作用。行距、行数不可调，且无法针对缺苗区域进行补播作业。图1-3中农机美诺6115免耕播种机（2）中国农科院草原研究所DMB4200免耕播种机中国农科院草原研究所研制的DMB4200免耕播种机，配套动力115130kw，机4体较重，破茬入土性能好，具有较好的种肥分施功能和地面仿形能力。机体自重较大，调整系统较复杂，播种深度调节麻烦，且无法针对缺苗区域进行补播作业。图1-4中国农科院草原研究所DMB4200免耕播种机1.3课题研究的主要内容（1）紫花苜蓿植株特性研究。了解紫花苜蓿的植株生长特点与植物形状，加强对补播对象的了解，为机械参数制定提供依据。对当前紫花苜蓿排种器进行分析学习，了解排种器种类，明确工作原理与国家要求。（2）种植区茬地状况分析。了解种植区紫花苜蓿刈割后留茬情况，以便于明确工作现场状况，便于确定检测机构工作原理。（3）机械设计及相关部件分析。确定各部件参数，运用Pro/E软件进行三维建模，运用AutoCAD绘制各零部件工程图。52紫花苜蓿补播机相关参数的确定2.1紫花苜蓿植株研究紫花苜蓿属豆科多年生草本植物。直根系，主根发达，侧根繁多，主根入土深，第一年根长可达2米以上，主根上部粗大的部分称为根颈，根颈位于土层10cm处，比较耐寒。茎直立或斜生，高60110cm，多分枝。羽状三出复叶，稀多小叶，小叶长730mm，宽3.515.0mm，叶缘上部1/3处有锯齿，两面无毛或疏被柔毛；托叶狭披针形。短总状花序，腋生，花梗长45cm，具花520余朵，紫色或蓝紫色；花萼筒状针形。荚果螺旋形，通常卷曲13圈，黑褐色，内含28粒种子。种子肾形，黄褐色。植株喜温暖、半干旱气候，生长最适温度25左右。耐寒性很强，成长植株能耐-30-20的低温，在雪被的覆盖下可耐-44的严寒。在南方高温、潮湿气候下，生长不良。抗旱性强，在年降水量300800mm的地带均能生长。对土壤要求不严，以排水良好、土层深厚、富含钙质土壤上生长最好。略能耐盐碱，不耐酸，以土壤ph68为宜。生长期内忌积水。为异花授粉植株，开花最适温度为2227，适宜的相对湿度为53%57%。因此，开花期高温、多雨会影响传粉受精，降低结实率0。图2-1紫花苜蓿紫花苜蓿种子肾形，黄褐色，不同品种紫花苜蓿，种子千粒重差异不显著3，6各品种测量结果为2.20.2g/千粒，在计算过程中，以2.2g/千粒来进行相关计算。经对紫花苜蓿维多利亚种子三维尺寸进行随机测量100粒，得出三维尺寸均值如表格2-1。表格2-1紫花苜蓿种子三维尺寸长（mm）宽（mm）厚（mm）2.25071.40980.892种子三维尺寸，除个别种子部分尺寸偏大，大部分种子三维尺寸基本围绕均值分布，波动幅度较小，基于此，后续进行排种器设计时，采用种子均值尺寸作为设计尺寸，可满足要求。2.2紫花苜蓿补播要求本文提出的紫花苜蓿补播机，对经过刈割之后的苜蓿地块，通过对留茬进行检测来识别是否缺苗，进而控制排种器实施播种作业，达到对缺苗区域进行补播的目的。基于植物生长特性，成株的生长对新生幼苗的强烈的竞争和抑制作用，使之不能发育成健康植株。生长两年以上的苜蓿根部会分泌出一种被称为自体毒素的化学物质，这种物质会对新生苜蓿幼苗产生毒害作用，使之不能发育成健康植株。故补播作业宜尽早实施，以一年生紫花苜蓿开春首次刈割后进行补播，以减轻成年植株所带来的影响。补播精度，设定为20cm，即缺苗长度不足20cm不实施补播作业，缺苗长度超过20cm实施补播作业。这样既可以保证补播效果，提高苜蓿亩产量，又可以避免离成年植株过近导致幼苗无法健康生长，造成种子浪费。2.2.1镇压力确定镇压是精密播种作业的一个重要环节，主要作用为保墒和减少风蚀，对种子的实际播深、植株、发芽、出苗、长势、产量等都有很大的影响。随着精准农业的发展，人们对机械化生产要求日益提高，如何根据作物、土壤、含水量等实际信息，7及时调整镇压力的大小，将起到重要的作用。当前存在的仿形镇压器可以随地面的形状变化进行镇压作用，起到了良好的镇压效果4。但对不同作物所采取的镇压力大小方面的研究，并无成熟的成果，而地域、环境、土壤结构的诸多差异，也使得同种作物不同地域种植所采取的镇压力存在差异。在设计本补播机械中，所设定的镇压力大小为3050KPa5，为保证不同地域对镇压力的大小需求差异，设置可调镇压弹簧，达到调节镇压力大小的目的。2.2.2仿形机构形式与仿形量确定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：（1）能满足所要求的仿形范围，并要有一定的限位机构。（2）工作可靠，仿形性能稳定，沟底平整，开沟深度一致。（3）杆件紧凑，有足够的强度和刚度。仿形结构类型主要有整机仿形和单组仿形两种形式。大多数的播种机既采用整机仿形，又采用单组仿形，只有少数把开沟器刚性固定在机架上的播种机只采用整机仿形。单组仿形机构可分为单铰接仿形机构和平行四连杆仿形机构。平行四连杆仿形机构可以保证播种机每个播种单体以机架横梁为中心随地面平行上下仿形，仿形过程中开沟器入土角保持不变，一致性较好，并且，平行四连杆具有结构简单、成本低、经济性好、安装调整方便以及仿形效果较好等特点，应用广泛，故本设计仿形机构采用平行四连杆仿形6。由于土壤阻力和地形起伏的变化，仿形轮的支反力亦随之变化，因而使开沟深度不能一致。为了保证开沟器的稳定工作，在四连杆上设置压力或拉力弹簧，使仿形轮上始终保持适宜的接地压力，从而使开沟深度基本一致。当土壤坚硬，整地质量差或播种单组重量较轻时，在四连杆上安装拉力或压力弹簧，以增加仿形轮接地压力。当土壤松软、湿度较大或播种单组重量较重时，在四连杆上安装压力弹簧，以减轻仿形轮接地压力。紫花苜蓿补播机，作用于一年生紫花苜蓿种植区域，相对初始耕作的土壤较硬，8春季补播相对土壤较干，而补播机整机设计简洁不笨重，故四连杆仿形机构选用拉力弹簧以达到保持适宜接地压力的作用。考虑到紫花苜蓿播种时土地比较平坦，且实施补播作业为翌年春季，土地整体状况较好，故设定补播机仿形量为15cm。2.3紫花苜蓿种植农艺要求播种紫花苜蓿地块要求地面平整，土块细碎，无杂草，墒情好。一般采用翻耕、耙平耙细、播种、镇压的程序，耕地深度在20cm左右，宜开通良好的排水系统，以便于雨季利于及时排水，防止内涝。亩播量一般在11.5kg，播种深度以12cm为宜。水分条件好，粘土地，可以适当浅播，但不宜过浅，否则出苗弱，影响产量。水分条件差，沙土地可以适当深播，播深达3cm。一般播深超过3cm时，因覆土过深，苜蓿子叶难以顶土出苗，导致出苗率显著降低。行距为1530cm，视各地土壤、气候等情况有所不同7。紫花苜蓿补播作业基于一年生苜蓿地块，在苜蓿首次播种整地时，已经实现了良好的播种环境，补播作业时，土壤经过一年收割机械压迫以及自然气候板结，地质较播种时硬度有所提高，视各地土质不同而有所差异。2.4紫花苜蓿整机驱动方式紫花苜蓿补播机采用拖拉机牵引式前进，通过三点悬挂装置与拖拉机后部链接，以正常工作速度5.83km/h进行计算各主要部件速度。紫花苜蓿补播机，因涉及到补播作业，故不使用地轮配套安装链轮以传递动力来驱动排种作业，对排种部件，单独提供动力驱动。整机为六行设计，为确保各行排种器在补播作业时不产生干扰，则对每行排种器单独使用电机控制，通过检测装置对苜蓿留茬进行检测，控制排种器的运动，进而达到补播作业的目的。排肥器通过地轮驱动，以保证补播之时，始终进行施肥作业，以保证新种子萌发以及成熟植株具备足够的养分。93紫花苜蓿补播机设计方案研究3.1紫花苜蓿补播机设计要求针对当前我国紫花苜蓿种植区存在的缺苗问题，提出补播设想，利用机械对缺苗区域进行机械化补播，以提高土地利用率，增加紫花苜蓿亩植株量，进而提升草场产量。3.1.1整机设计原则基于对紫花苜蓿植物特性研究以及种植区调研，对整机设计提出以下设计原则：（1）补播精度，设定为20cm；（2）亩播量11.5kg，播种深度以12cm为宜；（3）镇压力3050KPa；（4）四连杆仿形机构选用拉力弹簧，补播机仿形量为15cm；（5）对1cm及以上留茬高度实现检测并实施补播作业8；（6）补播排种器由电机驱动，排肥器由地轮驱动；（7）幅宽1200mm。3.1.2紫花苜蓿补播机工作原理与整体机构紫花苜蓿补播机整机结构如图3-1所示。10图3-1紫花苜蓿施肥补播机整机主要由三点悬挂、机架、地轮、排种装置、四连杆仿形、镇压部件、检测机构组成。由拖拉机牵引前进。若检测机构未检测到刈割留茬，则视为无苗，检测机构接通电源，促使排种器驱动电机旋转，带动补播排种器实施补播作业；若检测机构检测到有刈割留茬，则认为有苗存在，不实施补播作业。整机行进过程中，通过与地轮同轴转动的链轮将驱动力通过链条传递给排肥器，进而达到排肥器实施排肥作业的目的。四连杆仿形机构协同开沟部件及镇压轮一起，伴随补播排种器工作实施仿形开沟镇压作业。3.2补播排种器的设计3.2.1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：（1）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。一11台播种机的排种量应该保持一致。（2）不损伤种子。（3）播种两调节范围要大。（4）工作可靠，不易堵塞。3.2.2播种排种器的类型、特点与适用范围精密排种器主要分气力式排种器和机械式排种器两大类。气力式排种器工作性能好，价格高，结构复杂，要求与其配套动力的功率大，风压不易控制，使用维护要求严格，推广应用较为困难。机械式排种器对种子尺寸要求比较严，无法适应高速作业，但由于机械式排种器结构简单，造价低，消耗功率小，部件使用寿命长，可实现种子粒数可调，性能稳定，维护方便。机械式排种器主要有窝眼轮式排种器，外槽轮式排种器，离心式排种器，内侧囊种式排种器，垂直圆盘式排种器，水平圆盘式排种器，倾斜圆盘式排种器，根据本项目的工作环境需求，以及考虑到紫花苜蓿种子较小，播量较少，故设计补播排种器选用机械式窝眼轮式排种器9。3.3补播排种器设计原则补播排种器设计，需保证在接收到检测装置传递的电信号后，合理做出播种与不播种两种反应，以达到补播的目的。且排种器应满足播量要求，具备良好的播种均匀性、较低的种子破损率。3.4补播排种器设计为实现对种植区紫花苜蓿缺苗进行补播的目的，设计一款补播排种器势在必行。图3-2为窝眼轮式排种器工作原理10。排种器的工作过程可以分为以下四个阶段：充种过程：种子由种箱出口进入排种器充种区，随着窝眼轮的转动，种子在重12力、种子间相互挤压力的作用下，进入到窝眼孔内并随窝眼轮一起转动完成充种过程。清种过程：随着窝眼轮的转动，装有种子的窝眼进入到清种区，随着窝眼轮的转动，窝眼孔上方多余的的种子在清种刷的作用下离开窝眼轮，使得窝眼孔内保留了预定量的种子。护种过程：窝眼轮经过清种区清种后，窝眼孔内保留定量的种子，在窝眼轮和排种器外套内外作用下，保证种子顺利到达投种区。投种过程：种子随着窝眼轮的转动进入到投种区，在这个区域，窝眼孔内的种子失去排种器外套的保护作用，在重力和离心力的作用下，种子脱离窝眼孔，进入接种杯，完成投种过程。图3-2排种器工作原理3.4.1补播排种器排种均匀性理论分析排种器排种应均匀稳定，排种均匀性主要由型孔形状、窝眼轮转速、进种口包角、护种始角、投种始角影响。窝眼轮型孔的形状和尺寸，直接影响充种、排种能力，形状、尺寸合理，充种、排种性能好，可以保证窝眼轮的排种均匀性，减小种子破损率。目前针对型孔形状，行业内已经有多种尝试，本设计将在结合前人过往经验基础上，提出一种三圆弧碗型窝眼。如图3-3所示，窝眼轮逆时针旋转。13图3-3型孔形状本型孔设计，采用三圆弧碗形设计，主体深孔R2为囊种槽，半球形设计，负责囊括种子，球直径大小由亩播量决定。首尾为两段过渡圆弧R1、R3，R1为导种槽，起到帮助充种，提高充种性能的作用，R3为清种槽，起到帮助毛刷清种，使得多余的种子沿圆弧柔性脱离窝眼，达到顺利清种的目的。针对窝眼轮转速的设计，考虑到转速既要保证排种器正常工作，同时也要满足效率要求，若速度太高，则对种子损伤太大，也会出现充种不充分，播量与理论不符的现象，若速度太低，则效率太低，若要保证亩播量，则每窝眼充种量要提升，反而影响播种均匀性。结合当前行业对窝眼轮转速设计的普遍要求，初定窝眼轮转速为3060r/min。目前市面存在的窝眼轮排种器，护种区一般较大，在使用过程中，随着窝眼轮与护种板的摩擦，其间隙也逐渐变大，对于细小的种子，会造成磨损和夹种，为避免紫花苜蓿种子在播种过程中引起磨损和夹种，本设计中的排种器角设置为2，保证紫花苜蓿种子经过完全充种，清种刷清种后尽快进入播种阶段，此角保证了种子抛出方向相对排种器竖直向下，相对地面综合速度方向基本朝向接种杯入口处，使种子播种速度更快，护种区圆弧长度大于型孔长度，保证了窝眼轮在旋转过程中不出现漏种现象。图3-5投种状态示意图143.4.2补播排种器排种破损机理分析影响排种器破损率的因素主要有型孔形状、充种方式、投种状况。种子破损形式主要为剪切破损和挤压破损。型孔的形状不仅影响充种、排种性能，同时也对破损率起到一定的影响。若充种能力不好，有些种子不能完全进入型孔，随着窝眼轮的旋转，型孔到达护种区入口处，种子在型孔和护种板贴合处在剪切运动下导致破损。若排种性能不好，种子在未完全离开型孔就已随着窝眼轮的旋转达到投种区后壁，在型孔和回种板贴合处的剪切作用下破损，如图3-6所示。图3-6种子破损状态示意图在窝眼轮旋转过程中，窝眼轮与护种板、回种板的相对摩擦，也对种子形成了摩擦损伤，若排种器材料粗糙，种子皮较薄，则会损伤种子生理结构，影响发芽。本排种器型孔设计，采用三圆弧碗形设计，主体深孔R2为半球形设计，负责囊括种子，沿旋转方向为两段过渡圆弧R1、R3，R1为导种槽，起到帮助充种，提高充种性能的作用，R3为清种槽，起到帮助毛刷清种，使得多余的种子沿圆弧柔性脱离窝眼，达到顺利清种的目的。圆弧设计相比以前的直边设计，更有利于充种、清种，加之种刷的清种作用，可以很大程度上避免种子的剪切破损。投种角较小，保证了护种区较小，可以避免护种板与窝眼轮的相对运动对种子的摩擦损伤，回种区也缩短至最小，保证了较大范围内，窝眼轮处于无板贴合状态，使得种子维持了最小15的摩擦破损。在对进种口的设计过程中，考虑到种子对充种区的挤压，会使得清种效果减弱，故使充种区两边设置斜面导种，避免种箱中种子的全部垂直压迫。投种区包角应满足种子离开护种板，在运动到回种板的过程中，有充分的时间完成投种作业。在本排种器设计过程中，投种区包角250，给予了种子充分的排种时间，确保了不会发生排种时间不足而导致种子损伤的现象。3.4.3窝眼轮补播排种器结构设计针对以上对窝眼轮补播排种器设计参数的介绍，设计补播排种器如图3-7所示。图3-7补播窝眼轮排种器本排种器主要由排种盒、种刷、窝眼轮、阻塞轮、密封部件、窝眼轮轴组成。清种刷用于刷去型孔外多余的种子，以保证播量均匀，减小种子破损率。排种盒上对应清种刷螺栓孔为圆边矩形设计，保证了在清种刷磨损后调整其与窝眼轮距离的需要。窝眼轮表面均布3排窝眼，每排24个，排与排交错排列，以保证更好的播种均匀性。阻塞轮与窝眼轮配合完成播种作业，并可轴向调节，以完成窝眼轮1排、2排、3排型孔工作的调播量目的。窝眼轮轴连接链轮由电机通过链条提供动力。16窝眼轮的直径，若太大，则整个排种器的尺寸变大，若太小，则排种轮曲率太大，不利于充种，易造成漏播。在一定范围内，排种轮直径较大时，充种路程较长，利于种子充种。若太小，则种子充种时间较短，且在相同时间内要排出等量的种子，则要提高排种轮的旋转速度，而排种轮的转速有一定的限制，过快的转速则会导致充种不充分，播种均匀性变差，种子破损率提高。本设计中的窝眼轮补播排种器，窝眼轮直径设置为42mm，在安装后，保证了每排至少有3个窝眼同时处于充种区。且速度限制在要求范围内。鉴于紫花苜蓿种子为肾形，将其简化为椭球形，针对5半球为基体的型孔，可规则排列8粒种子，对第9粒和第10粒种子，种子无法全部进入型孔，考虑到实际充种过程中，种子尺寸差异以及排布不规则，以理论9粒进行设计计算。根据紫花苜蓿亩播量11.5kg/亩计算，综合窝眼轮的转速设计，窝眼轮型孔大小为5半球，每型孔理论平均囊入9粒种子，种子千粒重2.2g，拖拉机行进速度5.83km/h，行距20cm。（1）窝眼轮每转播种粒数计算窝眼轮每排型孔每转播种粒数，为，实际工作时，不同工作型孔排21694数对应每转播种种子粒数如表格3-1。表格3-1窝眼轮每转播种粒数（粒）1排型孔2排型孔3排型孔216432648（2）每亩播种时间以拖拉机正常行进速度5.83km/h，播种行距20cm计算，每亩地耕作耗时为：min31.45802.67（3）针对亩播量，补播排种器理论转速根据紫花苜蓿亩播量11.5kg/亩要求，窝眼轮补播排种器分别再1排、2排、317排型孔工作时各自转速。亩播量1kg时，1排型孔工作，其理论转速为：min/3.612.3140r同上可计算出2排型孔和3排型孔的转速，得下表表格3-2。表格3-2亩播量1kg时转速情况（r/min）1排型孔2排型孔3排型孔61.3330.6720.44亩播量1.5kg对应窝眼轮补播排种器1排、2排、3排型孔播种时转速，如表格3-3。表格3-3亩播量1.5kg时转速情况（r/min）1排型孔2排型孔3排型孔924630.67综上，在亩播量11.5kg要求下，窝眼轮补播排种器转速为20.4492，涵盖排种器设计转速范围。在实际播种过程中，根据亩播量要求，合理选择窝眼排数，即可完成转速与播量匹配工作。3.6仿形机构设计3.6.1仿形机构形式及仿形量确定紫花苜蓿施肥补播机，作用于一年生紫花苜蓿种植区域，相对初始耕作的土壤较硬，春季补播相对土壤较干，而补播机整机设计简洁不笨重，故四连杆仿形机构选用拉力弹簧以达到保持适宜接地压力的作用。考虑到紫花苜蓿播种时土地比较平坦，且实施补播作业为翌年春季，土地整体状况较好，故设定补播机仿形量为15cm11。183.6.2仿形机构设计参数要求影响平行四连杆仿形机构工作性能的因素很多，主要是四连杆尺寸、强度和刚度，牵引角，横向宽度b等，如图3-8所示。根据地形和播前整地条件确定仿形量的大小。为使开沟器工作稳定，牵引角变化范围越小越好。因此上下拉杆长一些有利。但拉杆过长，是结构不紧凑，机具重心后移。横向宽度b值大些好，否则，工作中易引起横向摆动，使播行直线性变差，这给机械中耕带来困难。在某些采用集中式排种的精密播种机上，由于四连杆机构不用安装排种器而采用较窄的四连杆机构，为了提高横向稳定性，行与行之间采用连杆铰接。图3-8平行四连杆参数3.6.3平行四连杆仿形机构设计平行四连杆仿形机构设计如图3-9所示。19图3-9平行四连杆仿形机构平行四连杆仿形机构整体设计简单，两块仿形板用连接板连接，保证了运动过程中的稳定，保证了足够的强度和刚度，避免了横向摆动。牵引角为35，保证了小角度浮动带来较大仿形量。总仿形量为15cm，在不工作时，由拉力弹簧拉紧，停止于限位板处，且弹簧处于拉紧状态，保证了仿形机构的稳定。拉簧采用平行四连杆对角挂接，可以减小仿形过程中，弹簧的变化幅度。对角设计使得仿形过程中弹簧变形比例较小，最大仿形15cm时，弹簧变形率为45%，在弹性变形范围内，避免了对弹簧的过载损伤。3.7开沟部件设计3.7.1开沟器的功用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沟内，并使湿土覆盖种子和肥料。如图3-10所示限位板拉力弹簧连接板仿形板20图3-10开沟器3.7.2开沟器的技术要求一个良好的开沟器必须符合下列要求：(1)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。(2)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。(3)行内中子分布均匀，种子不飞散而应都落到沟底。(4)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。(5)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。(6)结构简单，工作阻力小，调整、维护方便。3.7.3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。如图3-11所示。21a.钝角式b.锐角式图3-11开沟器入土角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：（1）.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如图3-12所示。图3-12锄铲式开沟器22（2）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。如图3-13所示。如图3-13宽幅翼铲式（3）.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。图3-14所示。23a.普通双圆盘开沟器b.窄行双圆盘开沟器1.圆盘2.导种板3.导种管4.开沟器体5.拉杆图3-14双圆盘开沟器3.7.5开沟器设计本设计选用结构较为简单的锄铲式开沟器，为避免田间遗留的紫花苜蓿秆茎对开沟器形成阻挡，开沟器前方应设置刀刃，以起到切断杂草，保障开沟器顺利通过的作用12。24图3-15单刀开沟器三维示意图开沟器设计如图3-16所示。图3-16开沟器平面示意图253.8镇压部件设计3.8.1镇压部件功用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)13。3.8.2镇压轮的结构类型和特点a)圆柱形镇压轮b)凹面镇压轮c)圆锥组合镇压轮图3-17金属镇压轮（1）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。（2）凸面和凹面镇压轮26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。(3)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。(4)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。(5)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。(6)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。3.8.3镇压部件设计参数要求一个良好的镇压轮必须转动灵活，不黏土，不壅土，镇压力可以适当调整，镇压后地表不产生鳞状裂纹。27要使镇压轮正常转动的条件是：(m)fQRr式中f土壤对镇压轮的摩擦系数轴套中的摩擦力矩（Nm）rR镇压轮半径（m）Q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)fQRpr式中带动排肥、排种部件所消耗的传动力矩（Nm）p基于对镇压轮类型的考虑，本次设计中选用圆柱镇压轮，宽度设计为10cm，由镇压弹簧施加镇压力并实现力可调。三维示意图如图3-18所示。图3-18镇压轮架及镇压轮3.8.4镇压轮设计本设计选用圆柱镇压轮，如图3-19所示，镇压部件通过自重以及弹簧压力进行28镇压，弹簧两端由弹簧座保护，确保弹簧良好工作，通过调节弹簧柄上的销轴位置，进而达到调节弹簧力的目的。图3-19镇压部件平面示意图3.9整机机架设计播种机的结构形式有牵引式、悬挂式和半悬挂式。谷物播种机由于其单位幅宽工作阻力较小，在与大功率拖拉机配套时，工作幅宽较宽，或者多台联结，常采用牵引式或分组悬挂式；与中小功率拖拉机配套时，则多采用悬挂式或半悬挂式。机架结构大多为框架式。机架三维示意图如图3-20所示。29图3-20整机机架三维示意图考虑到第一代样机配套拖拉机的选择为1类拖拉机以及种植区条件，机架结构形式采用悬挂式。如图3-21所示。图3-21机架平面示意图304补播机的操作规范与维护4.1补播机的保养（）班保养。每班(6小时)工作后，应进行以下维护：彻底清除传动机构、排种器、开沟器、机架等部位的泥土、杂草，以便检查各部位的技术状态。检查排种器固定螺栓、排种轮卡箍、开沟器拉杆固定螺栓等紧固部位紧固情况，必要时拧紧。检查和润滑所有传动机构和转动部件必要时进行调整或修理。检查各调整部位有无松动、滑移现象，测量划印器的尺寸，必要时进行调整。（）季保养。每个作业季节完成后，应做以下维护：清除机具上的泥土、油污及种肥箱内的种子及肥料等杂物。将开沟器、齿轮、链轮及链条用柴油清洗并涂防锈剂，对圆盘式开沟器应拆开清洗，涂油重新按要求装配。清