甘蔗种植机毕业论文.doc

西南林业大学本科毕业（设计）论文（ 届）题目： 甘蔗种植机覆土、压土、覆膜系统设计 教学院（系、部）交通与机械学院专业机械设计制造及其自化学生姓名： 李尤令指导教师： 杨灿宇 职称： 讲师评 阅 人 年 月 日摘要种植是甘蔗生产过程中劳动强度最大和最重要的环节之一，实现甘蔗种植的高产量，高效益，高品质和降低生产成本是当前甘蔗生产的主要课题，也是加入WTO以后与国际接轨的迫切需要。目前，我国甘蔗种植生产相对发达国家和地区栽培技术较为落后，甘蔗生产种植粗放、管理欠佳，施肥不科学、肥料的利用率转化率低，病虫害防治不到位，抵御自然灾害能力差，机械化生产应用比例不大，劳动力付出多，这些问题严重制约了甘蔗的现代农业发展推进。传统播种是靠人工或半人工半机械完成耕耘、播种、覆土等工序，将裸种播入田间的。今天，这种使用了数千年的播种方法，面临着新的问题：不利于机械化大规模作业，不利于精细化管理。因此，本文以此为出发点，着重对甘蔗种植机覆土、压土、覆膜系统的研究和设计；从而实现甘蔗生产的机械化和现代化。本文概括了国内外甘蔗种植机发展的现状，分析了近年来我国甘蔗种植现状以及取得的一些成就。在分析我国甘蔗种植机展现状与存在问题的同时，通过与其它国家和地区的比较分析，充分认识到了我国甘蔗种植的优势和不足之处，并通过分析提出了合理化的建议与发展对策。关键词：甘蔗种植机；机械化；发展对策AbstractPlanting sugar cane production process in the labor intensity of the largest and most important part of the sugar cane plantations of high-yield, high efficiency, high quality and reduce production costs is the main topic of this sugar cane production, after joining the WTO is also urgently with international community. At present, Chinas sugar cane production is relatively developed countries and regions lagging behind cultivation techniques, extensive planting of sugar cane production, poor management, a low conversion rate of fertilization is not scientific, the utilization of fertilizer, pest control is not in place, ability to withstand natural disasters, mechanized production the application of a small proportion of the labor force to pay more, these problems seriously hampered the cane promote the development of modern agriculture. The traditional planting rely on manual or semi-manual mechanical process of plowing, sowing, casing, bare species sown in the field. Today, the use of the thousands of years of sowing methods, faced with a new problem: is not conducive to large-scale mechanized operations, is not conducive to the meticulous management. Therefore, this article as a starting point, focus on sugarcane planting machine turns the soil, soil pressure, the effect of system research and design; So as to realize the mechanization of sugarcane production and modernization.This paper summarizes the status of the development of the sugar cane machine at home and abroad, analyzes the status quo of sugar cane plantations in China in recent years, as well as some of the achievements. In the analysis of sugar cane planter Show status quo and problems at the same time, through the comparative analysis with other countries and regions, fully aware of the strengths and weaknesses of sugar cane cultivation in China, and analysis to develop recommendations for the rationalization and development of countermeasures.Key words: sugar cane planting machine; mechanization; development of countermeasures目录1 引言1.1 研究的目的及意义 甘蔗是我国主要的糖料作物，面积占我国常年糖料面积的85以上，产糖量占食糖总产量的90以上，甘蔗产业已成为主产区经济发展的重要支柱和农民增收的主要来源。种植是甘蔗生产过程中劳动强度最大和最重要的环节之一，实现甘蔗种植的高产量，高效益，高品质和降低生产成本是当前甘蔗生产的主要课题，也是加入WTO以后与国际接轨的迫切需要。甘蔗原产于印度，现广泛种植于热带、亚热带地区。世界甘蔗种植面积最大的国家是巴西，其次是印度，我国排名第3位。甘蔗为喜温、喜光作物，对土壤的适应性比较广泛， 以黏壤土、红壤土、砂壤土较好。土壤pH值在4580甘蔗都能生长，但以土壤pH值6575为适宜。甘蔗在我国农业经济中占有重要地位，其产量和产值仅次于粮食、油料和棉花，居第4位。由于甘蔗的适应性强，近年来我国甘蔗的种植面积逐年增加，由2000年的106862千公顷增至2007年的l55357千公顷，产量由2000年的627195万吨增至2007年的1136037万吨。我国甘蔗主要种植于广西、云南、广东、海南、福建、四川、湖南等地，这些甘蔗主产区气候条件适宜，发展甘蔗种植业，有助于当地蔗农增收，有利于发展当地农村经济。拓宽甘蔗产业体系， 带活相关产业的发展，可以进一步解决农村青年就业问题和大部分农村劳动力过剩问题，加强农村社会环境的稳定。但是甘蔗的收获情况受灌溉和台风的影响比较大，一遇干旱或者台风，其收获面积就大幅度减少。种植是农业生产过程中六大环节之一，种植机械化是农业机械化过程中最为复杂，也是最为艰巨的工作。种植机械所面对的种植方式、种植条件、地理环境、等变化繁多，这就需要种植机械有较强的适应性和能满足不同种植要求的工作性能。作为传统的农业大国，我国对甘蔗的种植倍加重视，无论从品种繁育、种植模式、田间管理还是配套机具等均在不断进步与发展。但目前甘蔗的小块种植机械化水平不高，劳动强度大等各方面因素影响大豆的生产效率。为了进一步满足甘蔗生产的需要，减轻田间劳动强度，提高生产作业效率，本设计对现存的甘蔗种机进行了改造，目的主要为了进一步实现甘蔗种植的机械化。目前，我国甘蔗种植生产相对发达国家和地区栽培技术较为落后，甘蔗生产种植粗放、管理欠佳，施肥不科学、肥料的利用率转化率低，病虫害防治不到位，抵御自然灾害能力差，机械化生产应用比例不大，劳动力付出多，甘蔗种植生产成本逐年上升，种植效益低。这些问题严重制约了甘蔗的现代农业发展推进。甘蔗产业的稳定持续发展，要以品种为基础，从生产技术为关键入手，做好病虫防治为保障。因此搞好甘蔗种植至关重要，也是提高甘蔗产量的一种有效的手段。传统播种是靠人工或半人工半机械完成耕耘、播种、覆土等工序，将裸种播入田间的。今天，这种使用了数千年的播种方法，面临着新的问题：不利于机械化大规模作业，不利于精细化管理。现在的播种采用的机械铺膜播种技术，大大的提高了机械化的大规模作业，使甘蔗的产量也得到了大的提高。我国目前主要是采用机械开沟人工摆种的种植技术，近年来也有一些联合种植机在推广使用。甘蔗是生产食糖和生物乙醇的重要原料。种植作业是甘蔗生产过程中劳动强度最大也是最重要的的环节之一，种植作业质量直接影响了新植和宿根蔗的产量。因此，能够设计和研发出一种实用性强的甘蔗种植机对我国甘蔗行业的发展有重大的作用。比如甘蔗种植机的覆土 压土 覆膜系统的设计，覆土的作用是可改善培养料内部环境,补充水分及某些元素从而促进生长,减少光线及温度变化对甘蔗幼苗的影响；压土能够保持水分及养料促进甘蔗幼苗的生长；覆膜是一项保护性的栽培技术。一是提高了土温；二是保持土壤水分；三是维持了土壤疏松；四是抑制了杂草的生长；五是加快了土壤养分的分解。从而促进蔗芽的早萌动，早出土，提高甘蔗发芽率。在完成下种、施肥、喷除草剂等工序后，选用宽4060厘米、厚0.51毫米的地膜，铺开拉紧，使地膜紧贴蔗行，膜两边用细碎的泥土压紧压实，使地膜露光部分不少于20厘米，盖膜时土壤必须湿润，土壤干旱时要淋水后才能盖膜。1.2 国内外甘蔗种植机的发展现状1.2.1 国内甘蔗种植机的发展现状我国甘蔗种植目前主要还处于机械或畜力开沟、人工摆种作业阶段，也有一些自主研发的机型和进口机型在推广使用。国务院国发201022号文件关于促进农业机械化和农机工业又好又快发展的意见提出，到2020年“基本解决甘蔗种植、收获机械化关键技术问题。（1） 起步阶段为缓解劳动力短缺和费用的不断增加,世界上的甘蔗主产国都较注意研究甘蔗种植机械化。我国从上世纪70年代开始研制甘蔗种植机，所研制机型都是实时切种式。具有代表性的机型主要有“甘75-1型甘蔗种植机”、“广东-2型甘蔗联合种植机”和“庆丰2CZ1甘蔗联合种植机”等。 甘75-1型甘蔗种植机 轻工部甘蔗糖业研究所研制的“甘75-1型甘蔗种植机”，配套动力为红卫-40型或丰收-35型轮式拖拉机，能一次完成开沟、斩种、消毒、排种、覆土和压实等6道工序，行距、蔗种密度可调。作业速度2-3 km/h，生产率为0.27-0.4 ha/h，伤芽率和切口破裂率均小于5%，种植行距0.9-1.3m，机组工作人员11人，每次可种两行。 广东-2型甘蔗联合种植机广东省农机所与广东省平沙农场农机所联合研制的“广东-2型甘蔗联合种植机”，配套动力为红卫-40或丰收-35型拖拉机。每次可种行。该机能完成开沟、砍种、排种、淋水和覆土等作业,生产率0.4-0.53 ha/h。 庆丰2CZ1甘蔗联合种植机由广西壮族自治区农机研究所和广西金光农场研制，1976年金光农场开始生产使用。配套动力为红卫-40或丰收-35型拖拉机。种植机主要由开行、传动、送砍种、喷药(消毒)、施肥、覆土、种箱及悬挂机架等机构组成。该机能一次完成开沟、送砍种、喷药消毒、摆种、施肥、复土等六项作业。每次种1行。种植行距1.2m以上，开沟深度大于0.26m，下种量平均6-7段/m（每米14-18芽），联合作业0.1-0.13 ha/h。 这些机型均为实时切种式，收割机上盛放整秆甘蔗的种箱容量很小，作业时需要经常停下来装蔗种，作业效率很低。（2） 发展阶段 中农机8120甘蔗种植机中农机美诺系列8210甘蔗种植机为牵引式，由拖拉机牵引在田间作业，如图8所示。切种刀和肥料输送装置由液压系统提供动力。可连续完成甘蔗种植中的开沟、施肥、切段播种、喷药、覆膜、培土、镇压、(可选装铺设滴灌管)等8道工序，8道工序连作有利于保苗、保墒。基本配置规格：配套动力/动力：75 Kw 以上，行数：2行 ，播种行距：0.9-1.5m ，开沟器开沟深度：0.25-0.3m，种蔗切断长度：0.380m，生产效率：0.67 ha/h。施肥斗容量：3502kg。盛放整秆甘蔗的种箱大，需要辅助人工多。该机型在湛江农垦进行了种植生产试验。 2CZY-2型甘蔗种植机 2007年中国农机院农装北方公司与广东省湛江农垦丰收公司，在中农机8120甘蔗种植机机型的基础上，进一步开发出2CZY-2型甘蔗种植机。种植主机与拖拉机之间采用3点悬挂连接，蔗种拖车与种植主机采用牵引式连接。可连续完成开沟、施肥、切种、排放种苗、喷药消毒、覆土、盖膜、振压八道作业工序，作业效率高。配套动力/动力：80.85Kw，行数：2行 ，播种行距：0.9-1.5m ，开沟器开沟深度：0.25-0.3m，种蔗切断长度：0.38m，生产效率：0.7 ha/h，整机质量2850kg。 2CZ1型甘蔗联合种植机 广西农机研究院研制的2CZ系列甘蔗联合种植机，使用整杆蔗种，可连续完成开沟、砍送种、摆种、施肥、覆土等作业。2CZ1型每次作业种植1行。生产率0.20.3 hm2h，种植行距1.21.5m，配套动力44.158.5kw（6080HP）拖拉机，重量约500kg。2CZ-2型为双行种植，生产率0.40.5 hm2h，种植行距1.21.5m，配套动力58.573.5kw（80100HP）拖拉机，重量约900kg。 12.2 国外甘蔗种植机的发展现状 世界主要产糖国如澳大利亚、巴西、古巴等已基本实现了机械化种植。所用的种植机主要有整秆式、实时切种式和预切种式三种型式。整秆式甘蔗种植机将蔗种整秆地摆放在由开沟器开出的沟内；实时切种式种植机作业时，整秆蔗种被喂入切种器，切成蔗段后摆放在开出的沟内；预切种式甘蔗种植机采用预先切好的蔗段，喂入和摆种机构将蔗段摆放在沟内。（1）整秆式甘蔗种植机 整秆式种植机能够顺序完成开沟、整秆蔗种喂入、铺放、覆土和镇压等工序作业，该机型机械化程度高，种植作业过程中的开沟、蔗种喂入与铺放、覆土和镇压等工序自动完成，不需要辅助工人进行操作。(2 ) 实时切种式甘蔗种植机实时切种式甘蔗种植机上配有开沟器、种箱、切种器和覆土装置，有的种植机上还配有施肥器、淋水装置和铺膜器等。种箱用来盛放整秆的蔗种，切种器用来将蔗种切断成一定长度的蔗段。目前，这种种植机的蔗种喂入切种器的工作都还是人工喂入。联合种植机可以顺序完成开沟、施肥、切种、淋水、覆土和铺膜等工序。整秆的蔗种由人工喂入刀辊，可以连续完成开沟、切种-落种、覆土和镇压等工序。这种种植机需要较多人工来喂入甘蔗，其播种量和播种均匀性依赖于喂入工人的作业质量。喂入工人劳动强度大、作业紧张，喂入动作稍有中断，就会出现漏播现象。该型种植机的种箱比较小，作业时补充蔗种比较麻烦，效率较低。这种种植机主要在印度、泰国等劳动力便宜的第三世界国家使用。（3）预切种式甘蔗种植机 预切种式甘蔗种植机又叫做蔗段种植机，预先切好的蔗段装在种箱内，通过蔗段喂入机构和排种机构将蔗段铺放在开好的沟内。蔗段可以是在切段式甘蔗收割机收获时获得，也可以通过人工预先切成蔗段。当通过人工预先切种时，有充足的时间剔除有病虫害的蔗种。蔗段用来播种前可以进行充分的浸泡消毒。这种甘蔗种植机可以自动连续完成开沟、施肥、落种和覆土等工序，需要人工少；该型种植机种箱大，效率高。（4）机械开沟人工摆种开沟机完成开沟作业后，人工进行蔗种摆放作业。人工摆放蔗种和种植机相比，人工摆放的均匀，并且容易精确控制播种量。人工摆种有摆放整秆蔗种和摆放蔗段两种方式。与摆放蔗段相比，人工摆放整秆蔗种的效率比较高。在美国有人工跟着蔗种车，从蔗种车上抽出整秆的蔗种，然后摆放在沟内的种植方式。摆种的工人多来自劳动力比较便宜的邻国。我国台湾地区也采取机械开沟，人工摆放整秆蔗种的方式，并取得很好的综合效益。人工摆放蔗段时，需要的人工比较多，劳动强度大。这种方式主要出现在劳动力比较便宜的国家，我国目前主要采取这种方式。1.3 研究方法与主要内容1.3.1 研究方法 理论研究与实际观察相结合的方法：通过所学的机械设计理论知识和上网查阅有关甘蔗种植机的资料，从而获取第一手资料。 SWOT分析法：通过对国内和国外甘蔗种植机发展现状的比较分析，分析我国甘蔗种植机的优缺点，学习其他国家的先进技术，避免走弯路。因此，本文试图研究我国原有的甘蔗种植机并学习他国的先进技术，从而设计出一种更适合我国国情的甘蔗种植机，以实现甘蔗种植机覆土、压土、覆膜的机械化更具可行性。1.3.2 研究内容 第一、分析比较目前我国甘蔗种植机的发展成果并客观提出我国的甘蔗种植机存在的问题。 第二、针对我国甘蔗种植机存在的问题提吃解决方案和合理建议。2我国研制甘蔗种植机存在的问题及解决方案2.1存在的关键技术问题我国研制的机型都是实时切种式，正在推广的几种甘蔗种植机试验表明，甘蔗机械化种植效率是人工种植效率的6-8倍，种植成本可节约1525元/亩。试验中也暴漏出一些问题而影响了播种质量和进一步推广应用，主要问题有：（1）需要喂入工人多、喂入操作紧张、喂入不均匀、容易造成漏播带有蔗种拖车的“2CZY-2型甘蔗种植机”每行喂入作业需要3个工人，需要人工多。“2CZ1型甘蔗联合种植机”的种箱小，需要在田间添加蔗种，一行的播种作业需要2个喂入工人。种植作业中的播种量和播种均匀性依赖于喂入工人的操作。喂入工人操作紧张，劳动强度较大，喂入作业稍一停顿即造成造成漏播。（2）播种不均匀 在用的几种甘蔗种植机的切种机构和施肥机构采用液压马达驱动，马达转速不能随着拖拉机行走速度变化而自动调节。在同样喂入速度下，播种量以及株距随着拖拉机作业行走速度变化而变化。（3）行距不均匀种植机上没有辅助驾驶员控制行距的措施，行距的均匀性主要靠机手的技术水平和责任心来保证。这样，技术和责任心差的机手播出的行距不均匀。行距不均匀不利于对下一工序的机械化中耕管理和收获。2.2 相应的解决方案（1）解决喂入人工多、容易漏播和播种不均匀等问题的方案澳大利亚、巴西和美国等国家普遍采用予切种式甘蔗种植机，这种机型的机械化程度比较高，不需要人工喂入，基本上不存在漏播和播种不均匀问题。予切种式蔗段的排序喂入技术在国外已成熟，我们可以进行消化吸收，研制适合我国种植农艺要求的预切种式种植机。在泰国、印度等国家普遍使用的实时切种式种植机同样存在喂入人工多、容易漏播和播种不均匀等问题。解决喂入人工多、容易漏播和播种不均匀等问题的方法是采用机械机构实现蔗种自动排序喂入。（2）行距不均匀问题解决方案行距不均问题可以通过在种植机两侧装配可折叠收起的划行器来解决。3 甘蔗种植机覆土、压土、覆膜系统的零件说明3.1 覆土机构设计3.1.1覆土器的作用（1） 覆土器位于开沟器后方，在开沟器下种之后进行覆土该种，使根茎与湿土接触，把土拉平，以利于根茎发芽。覆土器的结构形式有多种，如覆土环、覆土板、覆土盘、覆土弹齿，覆土链等。开沟器工作时，其两侧翼板的土粒随着开沟器前移而向种沟流入，起到部分自行覆土的作用。自行覆土深度H与土粒自然休止角和两侧翼板间的距离有关，如图3-1所示。 3-1苏联学者根据实验数据归纳出开沟器自行覆土关系如下；H=7.245式中H-覆土深度；-开沟深度；-开沟宽度。（2）覆土要求 覆土严密，深度一致，使湿土接触甘蔗根茎，干湿土基本上下混合。 覆土量能调节，以适应不同土壤和不同气候条件的覆土要求。 覆土时时不拖堆，不缠草。 覆土时不改变根茎在种沟内的位置。3.1.2 覆土器的选择 种植机上常用的覆土器有链环式，弹齿式、爪盘式、圆盘式、刮板式等。其中链环式、弹齿式、爪盘式为全副覆盖，常用于行距较窄谷物条播机；圆盘式和刮板式覆土器则用于行距较宽，所需覆土量大，要求覆土严密并有一定起垄作用的中耕作物种植机。对于设计中的甘蔗种植机覆土机构，由于甘蔗属于中耕作物，因此，可选用刮板式或圆盘式两种。由于刮板式覆土器能力较强，刮板角度可以调节，且加工容易，故选用刮板式覆土器。刮板式覆土器参数表3-2名称板式覆土器选择依据覆土板长L（mm）300380按行距、苗幅宽和覆土量而定板宽a（mm）=80100（）按覆土量要求定两板间夹角夹角小覆土能力低，过大易拥土堵塞与地面夹角过小覆土能力差后开口宽B（mm）120180按开沟宽度、工作速度和整地条件决定通过高度H（mm）120180要求通过地块，根茬时不堵 表3-2设计中覆土板选择L=300，a=100，=，=，B=120，H=120。3.2 压土装置3.2.1功用与要求现有的中耕作物播种机上都有镇压轮，可以在播种过程中对土壤进行播前或播后的镇压。镇压的作用有： 能够减少土壤的大空隙和大坷垃，使风不能直接灌入土内，减少水分蒸发。 加强土壤毛细管作用，是水分能沿毛细管上升到土壤表层，起到调节水分的作用。使水分能够充分的供应根茎的发芽和生长。实践证明，镇压后的土壤表层干土一般可减少2到3厘米，土壤含水率也可提高。 镇压后土壤密度增加，可提高根系社区养分的能力。 镇压后改变了土壤的空隙状况，使土壤水分及通气状况发生变化，土壤中液相比例提高，气相比例降低，比热增加，传热性提高。因此，春播镇压，白天能将更多的热传至土壤下部，夜间则由于土壤比热大，降温比较缓慢，这样可提高地温。但是，播种同时镇压的压实程度要适宜，不能过分压实，因为 土壤过分实在，使毛细管水上升，而增加水分散失，尤其在春天风大时更为显著。因此应该在镇压后进行轻耙或盖地，达到破坏表面层毛细管以减少水分散失。 土壤过分压实，增加了土壤对根系的生长阻力。如果土壤的机械阻力大于幼苗的出土压力，幼苗就不利于出土。 土壤过分压实，是雨水不能及时渗入，而形成表面径流，使土壤的水分来源减少。因此，播后不镇压或镇压过分压实都对作物的发芽、出苗和生长不利，只有根据不同土壤、水分和作物对土壤密度的不同要求适当的进行镇压，才能促进作物的生长，从而提高产量。3.2.2 镇压轮直径的确定要使镇压轮能正常运转，减少滑移和拥土，应满足因=Qf即Of式中 土壤对轮子表面的最大附着力 Q镇压轮负荷f土壤对阵呀轮的摩擦系数轴套的摩擦力矩R镇压轮半径由此可知，为使镇压轮正常运转，必须有足够的附着力。摩擦系数f取决于轮缘的材料和土壤的条件，在一定情况下f是个常数；而增大Q值虽可提高土壤对轮子的附着力，但随着Q值加大，轮子下陷增大，滚动阻力增加，并且对土壤的压实也增加，而压实如果太大，对种子发芽生长不利。此外，可以减小值，即用滚动轴承代替滑动轴承来减少轴套中的摩擦力矩。增大轮子直径也能有利于镇压轮的正常转动。如果镇压轮要求驱动排种器或其他工作部件，则保证其滚动的条件是即Of 式中为驱动排种器所消耗的外力矩。3.2.3镇压轮的设计根据设计要求，镇压轮选择圆柱形镇压轮，结构简单，便于加工。材料选择金属。镇压滚筒是连接在机架前端，在播种过程中，能够碎土，使土地平整，能够更好利于播种的一种装置。因此选择镇压滚筒的质量为40KG,直径为300mm，滚筒长为350mm，适合400mm到600mm的地膜使用，本滚筒用2mm的铁皮制成。同时为了保证镇压轮的镇压效果，在镇压轮的设计过程中增加仿形机构。3.2.4 镇压轮的压实效果镇压轮重量及其上的载荷通过接地面积以一定的接地压力传给土壤，在土壤内引起不同的应力分布，而在应力的作用下使土壤压实。影响镇压轮压实效果的因素很多，主要有：(1) 载荷大小镇压轮重量及其上的载荷越大，则土壤被压得越紧密。改变镇压轮上载荷的方法一是加配重，一是加设弹簧，改变弹簧压力或张力。 加载方式为使土壤达到一定的密度，取得所要求的压实效果，加载方式有一定的影响。可以在极短的时间内施加较大的载荷；也可以在长时间内施加较小的载荷，或者反复施加较小的载荷。在播种机上一般都采用前一种方式，但这样会使土壤上下层紧密度相差较大而不均匀。 加载时间土壤受载后开始一段时间内，轮子的沉陷速度较快，然后沉陷就慢。因此，土壤的承压时间越短，则压实