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湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业论文 履带式多功能播种机浅耕部件性能 试验研究 N F 生姓名 ： 王小荣 学 号： 200940615108 年级专业及班级： 2009 级农业机械化及其自动化(1)班 指导老师及职称： 吴明亮 教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文 是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文 作者签名： 年 月 日 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 前言 . 2 1 绪论 . 2 内外免耕播种机械的发展现状 . 2 内免耕播种机发展现状 . 2 外免耕播种机发展现状 . 4 究目的意义 . 5 究内容 . 6 2 旋耕运动分析 . 6 耕刀运动方程 . 6 作深度 . 8 土节距 . 9 底凸起高度 . 9 论 . 10 3 浅耕部件田间性能试验 . 10 耕部件性能试验目的和评价指标 . 10 验目的 . 10 能试验的准备和要求 . 10 验前的调查和测定 . 11 价指标 . 11 验设备和对象 . 13 因素试验 . 13 验水平处理 . 14 验结果与分析 . 14 因素试验 . 19 交试验 . 19 验方案设计与试验结果 . 19 交试验结果分析 . 20 4 结论 . 27 参考文献 . 27 致谢 . 28 附录 . 28 1 履带式多功能播种机浅耕部件 性能 试验研究 学 生： 王小荣 指导老师： 吴明亮 (湖南农业大学 工 学院，长沙 410128) 摘 要 ： 本文分析比较了国内外免耕播种机 发展状况。结合实际情况 对浅耕过程进行运动分析，了解浅耕规律并为试验因素 提供理论依据。 在田间对履带式多功能播种机浅耕部件 进行了单因素试验与正交试验。对单因素试验结果进行分析，初步了解各因素不同水平对性能指标的影响程度； 对 正交 试验结果进行极差分析和方差分析，绘制 性能指标随各因素变化的关系曲线 。并找出各因素的较优水平和最优组合 。试验表明：前进速度为档，旋耕速度为 185r/深为 80茬高度为 10 20浅耕部件浅耕性能最好。 关键词 ： 播种机；浅耕；碎土；灭茬 ； 10128, of in By to of of in of by of of of of 2 of , 85 r/0 0 20 cm is 前言 现有播种机一般由播种施肥及配套开沟装置构成，播种施肥机构主要完 成排种和排肥功能，开沟装置主要为作物种植预先开设排水沟，为作物生长提供良好的生长环境，主要完成单一的开沟作业功能，播种机主要是在前茬作物收割后进行作业，如水稻作物，由于目前收割机收割后，稻田留下的稻茬较深，约 40右，因此对现有的稻田进行播种作业有很大的阻碍，而现有的播种机无法解决前茬作物和杂草过深的问题，采用专用的浅耕机加开沟机进行两道工序作业，因此作业工序多，作业复杂，成本高，阻碍了生产的发展 1 履带式多功播种机，采用侧边传动方式，实现开沟覆土幅宽达到，在一个刀轴上安装开沟刀盘和浅耕刀片，实现开排水沟和对厢面表层进行除草和浅耕松土作业；在浅耕开沟机架上方布置排种排肥箱，排肥靠机组行驶方向，排种靠后方，排肥器设有六个，排种器两个，在机架的右侧设有排种排肥驱动地轮机构，通过链条传递动力给排种排肥器，完成同步排种排肥，开沟和浅耕深度可以依靠拖拉机液压悬挂提升调节机构控制深浅，因此该机功能齐全，布局合理，操作简单，工作可靠 。 1 绪论 国内外 免耕 播种机械 的发展现状 国内 免耕 播种 机发展现状 免耕播种机，机组进地一次完成破茬、开沟、播种、施肥、撒药、覆土、镇压等作业，在作物全部生长过程中，除采用除草剂控制杂草外，不再进行任何田间作业，直至收获。免耕播种机与普通播种机的不同之处主要表现在土壤工作部件的作业环境不同，需要具备的功能不同。免耕播种机要在未经翻耕且有作物残茬覆盖的土壤条件下 工作，其工作条件恶劣，工作难度大，必须满足多方而要求 ： 一是免耕播种机要有较强的入土能力及切草能力，避免作物残茬造成播种机的堵塞 ； 二是具有较好的开沟能力，能够开出适合作物生长的沟型 ； 三是覆土能力要好，可保水保墒，提高出苗率 ； 3 四是免耕播种机要具有良好的仿形能力，保证播深一致 ； 五是要有有效的防堵装置，保证播种的顺利进行。 我国的免耕播种机已有了很大的发展，但还存在许多不足 ： 首先是工作效率低，工作速度与国外机型相比有一定的差距 ； 其次是工作效果不理想，由于有些工作部件不完善，影响工作质量 ； 最后是推广力度较低，免耕播种机应用及销售与其近一步研制是相关的 4、 5。 图 1 是由中国农业大学研制的 2小麦免耕覆盖播种机。它采用了双排梁结构，使同一排梁上的开沟器间距达到 40 用了专利产品“ 复合型开沟器”实现 种肥垂直分施，种肥间距可达到 5上，但是体积大，不适合小地块作业 6、 7。 如图 2 所示， 4)系列联合整地施肥播种机 是由旋耕机部分和播种 、施肥部分组合而成的农业机械，一次完成旋耕碎土、施肥、播种 、 镇压 等多种农艺，适用于种子直径不小于 2类、玉米、豆类、花生等农作物的旋耕、播种作业，也可单独 完成旋耕、整地作业。但是制造成本高，价格昂贵，得不到很好的普及 6、 8。 图 1 2小麦免耕覆盖播种机 2 9 2 4)系列联合整地施肥播种机 14) 3 2油菜免耕直播联合播种机 24 图 3 湖南农业大学研制 2油菜浅耕直播施肥联合播种机。 2油菜浅耕直播联合播种机集土壤表层浅耕、除草灭茬、播种、施肥、开排水沟、对已播种子和肥料实施覆土六项作业一次性完成；实现了浅耕工作部件和旋耕开沟部件安装在同一根刀轴上，简化了传统系统结构，其浅耕开沟机构可以实现厢面土壤表层松土、除草功能，实现物理方法除草，避免二次污染，同时采用浅耕开沟机构实现对原有稻茬进行灭茬处理，稻茬打碎后与土壤均匀混合，提高土壤肥力和肥料利用率，为种子发芽提供良好的种床，缩短油菜籽发芽、出苗时间，有利于作物的根系生长；通过塔轮机构实现被动传动 轮与排种、排肥轴之间传动比的改变，实现变量排种、排肥 9 国外 免耕 播种机发展现状 国外农场的土地面积一般比较大，田间拖拉机的功率也较大，国外 免耕播种机 大都以大中型为主，它们基本是多梁牵引式大型播种机 (如图 示 )，横梁多、开沟器之间间距大，播种机又宽又重， 土壤工作部件也做得比较复杂。 一次可完成破茬、开沟、播种、施肥、覆土和镇压等多项作业， 属联合作业机。 但转弯半径大，需要很长的地头，主要用于大面积作业，与我国地块小的实际情况相差甚远。如美国的 和澳大利亚的 等播种机的性能等都比较优良。然而，由于种植方式、土地条件以及经济发展等多种因素，国外的播种机从其结构和工作性能方面均 不能适应在我国土地条件下使用 6、 12。 图 4 澳大利亚锄铲式播种机 5 美国 590 计用于普通耕作和保护性耕作情况下的谷物播种整机开沟器为双排结构，播种行数为 16 行。排种 (肥 )器为外槽轮式，开沟器为圆盘切刀式，为此开沟器单体较重，有利于免耕作业。开沟器单体仿形，土壤扰动小，坚固耐用。圆盘切刀直径为 锋角度为 20o，标准配置为单圆盘开沟器，行距 调，如拧松前方固定螺栓则可使行距加大到 体仿形为压簧式，压簧可给每个开沟器提供 734压力使其入土或用于切割残茬 13、14。 从国内外播种机发展现状来看，保护性耕作已经成为 一种趋势。国内几款多 功能播 种机都利用到圆盘耙，旋耕刀两种方式进行浅耕灭茬。比国外的大型化 保护性 播种机更加适合国情。比较国内外播种机发展，大多数是拖拉机作为动力的牵引式。并不能完全适应中国复杂多变的耕作环境。履带式多功能播种机采用了履带底盘能够更好地适应作业环境。圆盘耙和旋耕刀比较 ： 圆盘耙耕深较浅 ， 灭茬能力 强；旋耕刀耕深较深，但容易堵塞。多功能播种机需要进行浅耕作业，所以采用了耕深较深的旋耕刀。 研究目的意义 目前，南方各水稻主产区大都以两季连作， 10 月份晚稻收获后的田块留待第二年开春后 (3 月份 )翻耕种植早稻。在过冬的近 5 个月时间恰好是冬油菜的全生育期，但由于油菜的种植工序较多，尤其手工开沟劳动强度大，劳动力投入多，许多农民想尽量扩大种植冬油菜面积却又因劳动力不足而耽误了，加上近些年来，大部分农村青年都外出打工，人力不足最终导致油菜种植面积还相对减少。经济效益低，导致目前有限的耕地未能得到充分、合理利用 15。 为了充分、合理利用南方土地资源，实现耕地可持续发展，加快 种植业向农业机械化、产业化方向发展，针对油菜种植实现播种 全程机械化，扩大生产面积，因此寻求一种 多功能播种机，解决农民当前种植 劳动强度大 的问题，提高种植效率和劳动生产率，快速实现油菜种植机械化，具有重大意义 16。 多功能播种机采用 保护性耕作技术具有 ： 保护农田，减轻土壤风蚀和水蚀，防治沙尘暴和水土流失 ； 增加表层土壤有机质含量，保持地力长久不衰，改善土壤养分供应 ； 降低能源消耗和节约生产成本，提高农业经济效益 ； 保持和增加作物产量。 所以研究具有保护性耕作多功能播种机对国家农业发展有着巨大意义 17 6 研究内容 对旋耕刀在整个浅耕过程中进行运动学 分析，找出浅耕 运动规律 并 为评试验因素提供理论依据 ； 分别进行田间单因素和多因素试验，试验不同参数和不同工况对浅耕 性能的影响 ，并找出影响浅耕性能的主要参数，为浅耕部件 的设计提供理论依据。 2 旋耕运动 分析 旋耕刀运动方程 旋耕机工作时，旋耕刀一面旋转，一面随旋耕机前进，因此刀片的绝对速度是刀轴旋转和旋耕机前进速度的合成，其运动轨迹是摆线。以卧式旋耕机为例，设刀轴旋转中心为坐标系原点， 轴正向和旋耕机前进方向一致， 轴正向垂直向下如图 5，则旋耕刀端点运动方程为： = + = （ 1） 式中： 旋耕刀端点转动半径， 刀轴 的旋转角速度 ， s ； 机器的前进速度 ， m/s； 时间 ， s。 图 5 旋耕刀片的运动轨迹示意图 of 7 刀片端点在 x 轴与 y 轴方向的分速度为 = = = = （ 2） 刀片端点绝对速度 = + = + （ 3） 其中， = 是旋耕刀片端点的圆周线速度，令 = = ,称为旋耕速度比，的大小对旋耕刀运动轨迹及旋耕机工作状况有重要影响 20。 因 = （ 4） 故 = = ( ) （ 5） 图 6 不同对应旋耕刀运动轨迹示意图 of of on 8 1、当 = 时 ，刀片端点轨迹为一标准滚摆线，有这种运动特性的刀片只能像自由轮的轮爪一样刺入土中，不能起到松碎土壤的作用。 2、当 时，刀片端点轨迹为余摆线，刀片转动到一定位置，它的端点绝对运动的水平位移就会与前进方向相反，因而能以刃口切削土壤，起到松土作用 9。三者的表现形式见图 6。 耕作深度 设旋耕机耕深为 ,由图 7 和式 (1)可知 = = 故 = ( ) 代入式（ 2得 = ( ) （ 6） 要使 ( , )，则因素 ( , )，则说明交互作用 A则无显著影响。同理可以判断其他因素或交互作用对 试验 结果有无显著影响。一般来说， F 值与临界值之间的差距越大 ，说明该因素或交互作用对试验 结果的影响越显著，或者说该因素或交互作用越重要。 对本 试验 而言： 由于前面分析 D 因素影响都很小，所以将其视为误差则可得分析表 （表 表 8 方差分析表 of 标 差异源 SS S F 显著性 耕深稳定性 A B C 误差 e 碎土率 A B C 差 e 茬率 A B C 差 e 被覆盖率 A B C 差 e , ) = 从表 可以看出，机组前进速度、旋耕转速对浅耕性能影响显著。机组前进速度对 耕深稳定性和碎土率影响明显高出其余因素一个显著水平。而旋耕转速对灭茬率与植被覆盖率影响显著，但并没有和前进速度拉开影响档次试验结果的方差分析分析所得因素主次关系与极差分析所得结 论基本相同，说明极差分析的结果是准确的，同时说明误差影响不大。 27 4 结论 通过对浅耕部件性能研究分析，得出以下结论： （ 1）对其浅耕过程进行运动分析，为找出评价指标提供依据并找出浅耕规律；对功耗分析，初步了解功耗。 （ 2）对浅耕部件进行田间 单因素试验，通过分析，找出影响浅耕性能指标的主要因素为机组前进速度、旋耕转速、耕深和稻茬高度等。 （ 3）对浅耕部件进行田间多因素试验，通过直观分析（极差分析），得到 机组前进速度为档，旋耕速度为 185r/深为 80茬高度为 10 20浅耕 部件性能最好。 （ 4）通过对多因素试验方差分析得出：耕深与稻茬高度对浅耕性能指标影响小；前进速度四个指标影响显著；旋耕速度对灭茬率与植被覆盖率影响较大。并得出极差分析结果正确性。 参考文献 1 廖庆喜免耕播种机防堵与排种装置试验研究： 博士学位论文 北京：中国农业大学， 2003. 2 陈君达，李洪文，高焕文玉米免耕整秆覆盖播种技术及机具试验研究 J干旱地区农业研究， 1994， (3)： 95 100 3 孙齐磊，孙立涛，张晓辉 J2002(4):514 王丽艳，郭树国，邱立春 . 免耕技术及免耕播种机的发展 A2006，（ 2）： 345 王 耀发，王 兴文 J995,13 (4):1196 孙伟 D甘肃农业大学 ,2006:27 苏光远，史逵 . 2 型谷物免耕施肥播种机的研制 B2006(4):398 骆妥 M. 农家顾问 , 2005(2) 9 吴明亮 油菜浅耕直播施肥联合播种机设计与试验 J2010. 10 汤楚宙 ,吴明亮等 P2011. 11 罗海峰 ,吴明亮等 J2005 12 王宏立，张祖立，张伟，王红霞 . 机械化保护性耕作免耕播种机的研究现状及发展趋势 A. 农机化研究， 2006，（ 10）： 22 28 13 . 1988, 4(4):300