机械大粒种子覆膜穴播机的设计和研究

1、摘要： 本文介绍了大粒种子覆膜穴播机的设计过程。文章主要对花生、棉花等大粒种子覆膜、穴播、施肥机械化联合作业农艺的确定进行了研究，并以研究覆膜、穴播、施肥一次联合作业机械为主要目标，对机械化联合作业方案和关键作业机械进行了研究。 大粒种子覆膜穴播机具有节水增产的优点，并且适用范围广泛，可用于棉花、玉米、花生等多种农作物的播种。该覆膜穴播机可以一次性完成开沟、覆膜、播种、施肥、坑穴覆土的功能，这不仅提高了工作效率，而且降低了农民播种覆膜时的劳动强度。使用该机能够增加社会效益，提高农民的经济效益。据农业部信息中心资料，全国（长江以北）适于地膜覆盖的土地面积可达2亿亩，因而，推广地膜覆盖穴播技术具有

2、广阔的前景。关键词: 精密播种机；穴播机；覆膜；坑穴覆土Abstract:This article introubled a new type of mechanized film multh planter ,which feathers economizing water and increasing production.It has such functions as soil preparation, film multh,hole forming,seeding and earthing.Its hole forming is designed uniquely and can p

3、erfom presion drilling directly.It can be applied to mamg kinds of crops ,including peanut,corn and cotton.According to references of ministry agriculture ,spreading film multh has a wide prospect because of the 200 millions mu all over the country.the use of this kind of machine can incress social

4、profit and economic profit.As to peanut and wheat,its usage can reduce watering by two time and increase production by 100 kilogram or so.Economizing water has been listed as one of the important projects.Key word: exactitude planter mechine; mechineof hole forming;film multh;earthing目录摘要Abstract一、

5、课题的来源 1二、 课题的目的和意义 1三、 大粒种子覆膜穴播机介绍2四、 大粒种子覆膜穴播机技术研究概况 34.1大粒种子覆膜穴播机技术研究内容44.2国内外大粒种子覆膜穴播机技术4五、 方案论证55.1研究的思路55.2主要方法和技术路线6六、 设计过程76.1总体设计过程76.3 机架的设计 9七、市场需求及产业化前景 16八、总结 16九、谢辞 16大粒种子覆膜穴播机的设计和研究 机架设计 王小瑜 一、课题的来源地膜覆盖农作物种植技术是发展旱作农业和节水农业的一项非常有前途的技术，该技术具有如下特点：（1）增温、保水保肥、防草。在冬春季节，膜内05厘米地温可提高24，近地层气温提高48

6、。覆膜减少了土壤水分蒸发，起到蓄水保土的效果。在地膜覆膜的保护下，施入土壤的肥料不会因风吹、日晒、雨淋而损失。因地膜的覆盖，杂草的生长受到抑制，有效地控制了杂草的生长。（2）改善植株生长的小环境。无色薄膜反射光的能力很强，可使距地面15厘米高处的阳光增加10%，改善近地面气层的光热条件。覆膜栽培还促进土壤微生物活动，加快有机物质的分解，改善土壤物理化学结构，为农作物生长创造了适宜的生态环境。（3）延长了作物适宜播种时间。因地膜覆盖栽培的增温、保温作用，使作物生产的播种期提前或延后成为可行。（4）省工、节水、节肥。因地膜覆盖栽培要求重施底肥底水，和所具有的防杂草功能，有效的减少了生产管理前期的施

7、肥、除草、松土等用工；其保水保肥的效应，使同样产出的水、肥投入量减少，特别是在水份紧缺的干旱地区，节水功效尤其显著和重要。由于地膜覆盖种植技术其对土壤的增温、保墒作用和充分利用土壤深层水，因此能有效促进农作物生长发育、节约农田用水，增产、增收效益十分显著，在我国已经得到大面积推广。自1994年以来，我国地膜覆盖面积以每年1000万亩左右的速度递增，目前地膜覆盖面积已达1400万公顷以上，我国适宜推广地膜覆盖的农田面积约为3700万公顷，仅地膜覆盖面积仅占适宜推广面积的38%，由此可见推广地膜覆盖技术的潜力还是很大的。但目前地膜覆盖种植机械化程度很低，基本上采用先耕整地、播种、施肥、再覆膜、然后

8、待出苗前划膜放苗的农艺过程。上述过程中，只有一两个环节能够实现机械化作业。这种机械化程度低、播种质量差的农艺，已经制约了地膜覆盖种植技术的推广应用，更不利于实现集约经营，妨碍广大农村增产、增收。可以这样说，造成目前地膜覆盖率低的一个很重要的原因，就是地膜覆盖的机械化水平，尤其是联合机械化作业几乎为零，严重制约地膜覆盖技术的劳动生产率的提高，增加了地膜覆盖技术的生产成本。为此，特提出“覆膜穴播施肥联合机械化作业关键技术及装备研究”课题，拟通过研究，解决两个方面的问题：一是提出先进的、更适合机械化作业的花生、棉花覆膜、穴播、施肥机械化联合作业新农艺；一是研制出与新农艺相适应的机械化联合作业装备。二

9、、课题的目的和意义地膜覆盖农作物种植技术是发展旱作农业和节水农业的一项非常有前途的技术，由于其对土壤的增温、保墒作用和充分利用土壤深层水，因此能有效促进农作物生长发育、节约农田用水，增产、增收效益十分显著，在我国已经得到大面积推广。在长江以北地区，大粒种子像花生、棉花两种主要作物，绝大部分都采用地膜覆盖种植但目前地膜覆盖种植机械化程度很低，基本上采用先播种、再覆膜、然后待出苗前划膜放苗的农艺过程。上述过程中，只有一两个环节能够实现机械化作业。这种机械化程度低、播种质量差的农艺，已经制约了地膜覆盖种植技术的推广应用，更不利于实现集约经营，妨碍广大农村增产、增收。目前，国内关于覆膜穴播的研究，基本

10、处于单项技术研究阶段；对于系统集成、联合作业技术的研究，尚处于起步阶段。对于穴播技术的研究，理论上已经比较成熟，但真正实用的机械很少。主要对“鸭嘴式打孔播种机”、“楔杆式打孔播种机” 、“冲孔式打空播种机” “铲式打空播种机” 、“回转式覆膜穴播机”等进行理论研究，分析其成穴规律，探讨设计参数的确定方法。如“鸭嘴”式打孔播种方式，在垅西地区的小麦地膜覆盖与穴播有较大的推广应用，由于“鸭嘴”开度小不能播种花生、棉花等大粒种子。为此，本文提出“大粒种子覆膜穴播机的研制”，解决适合机械化作业的大粒种子覆膜、穴播、施肥机械化联合作业新农艺，研制出适合新农艺相适应的机械化联合作业装备。农艺与装备结合研究

11、、统筹考虑，是一项系统工程。在拟研究的系统中，涉及耕作方式、土壤整平、施除草剂、覆膜、播种、施种肥、穴坑覆土、膜上压土等诸多要素。这些要素的不同组合会产生多种农艺方案，比如将所有作业环节用一个联合作业机组一次完成，是一种农艺方案；将土壤整平、施除草剂、施种肥三个环节用一个机组联合作业，然后用另一个机组进行覆膜、播种、膜孔覆土、膜上压土等联合作业，又是一种农艺方案；等等。采用何种农艺方案要从作业质量、机器装备实现的可行性、作业效率、作业成本等各个方面进行系统考虑，优化选出一种最佳方案。在机械化装备的研究中，要实现下述关键技术的突破：要实现高效率的机械化作业，就必须先覆膜后播种。像花生、棉花这类大

12、粒种子，先覆膜后播种的难度较大，主要原因是种子尺寸大、穴播器投种难度大。膜上作业穴播器是核心技术。如果覆膜前施种肥，则难以控制种与肥的位置，因此播种、施肥最好用一个机组来完成。但由于种肥不能直接接触，因此不能用一个穴播器投将种子和肥料同时播入土壤；如果另置播肥器，则势必造成机器过长、膜孔过多，增加机器研制难度、提高机器成本、导致机组转弯困难、行程效率下降。要有巧妙的机构来克服上述矛盾。覆膜后播种、施肥，由入土器形成的穴坑需要填平、膜孔需要压土，以免刮风鼓膜、降低保墒效果。在作业幅宽较大的情况下，中间各行的穴坑覆土和膜上压土难度较大。联合作业的各环节作业协同也是难点。三、大粒种子覆膜穴播机介绍大

13、粒种子覆膜穴播机是播种机的进一步发展。播种机的功能主要是将作物种子按农业技术要求，即以一定的播种形式、适当的播量和均匀一致的播入一定深度的土层，保证潮湿细碎的土壤覆盖种子，有时还要求播种的同时施肥和适当的镇压，为种子发芽创造良好的条件。因此，播种机作业包括开沟、排种和覆土三项主要步骤。所以一般播种机都应具有适当的开沟器、排种器和覆土器等主要部件。此外还应有排肥器、镇压轮和其它许多附属设备来保证播种工作很好完成。播种是种植业最重要的作业环节之一，播种机械是农业机械重要组成部分，播种机的优劣直接影响到农业劳动生产率、农作物的产量以及农产品的成本，因此发展高质量的播种机械是现代农业的迫切要求。尽管播

14、种机已有较长的发展历史，并且在几乎所有发达国家中早已实现了播种机械化，但迄今为止人们对播种机的改进、提高和发展仍十分重视。我国由古代的瓠种、耧车，发展到现在的精密播种机，由仿制到自行研制，由单一机型到系列产品，播种机械经历了巨大的变化。国内外播种机的发展现状近几年来， 国外在发展播种机时所遵循的原则是：不断更新工作原理，尽量完善其结构，使其具备良好的工作性能，以提高播种质量，并注重提高播种机具的通用性和适应性。例如配备多种排种部件以适应不同作物种子的要求；采用不同的开沟器和镇压轮以适应不同的土壤条件，运用变速装置加大播量与施肥量的调节范围；增加播种机的系列型号，以适应与不同功率的拖拉机配套；通

15、过提高作业速度或加大工作幅宽来提高工作效率；采用播种联合作业和直接播种。目前国外精密播种机已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种气力式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。另外，液压技术及电子技术也在播种机上得以应用。目前，我国的播种机仍以传统的谷物条播为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具主要有播种施肥联合作业机、耕作播种联合作业机、松土施肥覆膜穴播联合作业机和施水播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业。另外，精少量播种机

16、具推广势头强劲，小麦精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。播种机的发展趋势：1发展联合作业和直接播种播种联合作业是指在播种的同时，完成耕整地、施肥、喷洒农药等作业。其优点是一次可完成多项作业，作业成本，与传统播种方法相比，联合播种的劳动消耗和作业费用约低于普通播种。同时，可以减少机组进地次数，使土壤免受机具的过度压实。直接播种是指将作物种子直接播在留茬地上。用于直接播种的机具称为免耕法或少耕法播种机。直接播种机与一般种机相比，其结构特点主要是在开沟装置上，为了适应留茬地的地表条件，在直接播种机上需要安装专用的开沟器，通常在播种单组前面加装一个种床开沟器，用以切断地表的残茬和硬杆或耕出窄

17、带作为种床，然后再由装在后面的种沟开沟器在其上开出种沟。2精密播种将会得到进一步推广。国外发展精密播种已有多年历史，目前在欧美国家，播种已基本实现了精密化。我国自90年代初开始研究精密播种，目前全国精播的面积还很少，迄今精密播种的作物基本上局限于中耕作物。谷物精播的难度较大，至今国内尚无成熟的机型。气力式播种机由于对种子尺寸要求不严，不需精选分级，伤种少，易达到单粒点播，通用性较好，同时它也具备高速作业的性能，满足了对大功率拖拉机的配套和宽幅作业的要求。因此，气力式播种机应用越来越广泛。可以说，气力式精密播种机是21世纪播种机械的发展方向。3广泛采用新原理新技术。目前国外正在利用一些新的播种原

18、理，如日本人提出的适合蔬菜的静电播种；英国人提出的适合蔬菜的液体播种，适合牧草的超音速播种，种子带播种等。四、大粒种子覆膜穴播机技术研究概况4.1大粒种子覆膜穴播机技术研究内容主要研究内容分为以下两个方面：（1）覆膜、穴播、施肥机械化联合作业农艺研究。根据种子的尺寸把种子划分为大粒种子（如花生、玉米、大豆、棉花等）和小粒种子（小麦、绿豆等），依据播种农艺技术要求分别研究大粒种子和小粒种子的覆膜、穴播、施肥机械化联合作业的可行性和作业方式，形成机械化联合作业方案。联合作业可以有一次联合作业方案和分步联合作业方案，为减少机组进地次数、提高作业效率，在机组动力允许的情况下，尽量选择集成度高的联合作业

19、方案；要从作业质量、机器装备实现的可行性、作业效率、作业成本等各个方面进行系统考虑，优化选出一种最佳方案。（2）为了保证铺膜播种质量，充分发挥地膜覆盖效应，以满足铺膜播种农艺要求为重点，以实现覆膜、穴播、施肥一次联合作业机械为主要目标。根据研究确定的机械化联合作业方案，研制关键作业机械，以研究覆膜、穴播、施肥单项作业为起点，最终融合单项功能，用某一机构实现多项功能，巧妙地实现一次性联合机械作业。覆膜后立即进行播种、施肥，要求协同性高，覆膜、播种、施肥质量符合农艺要求。因此，作业协同性和各农艺环节的关键作业部件或机构是联合作业机研究的重点和难点。在机械化装备的研究中，要实现下述关键技术的突破：(

20、1)实现高效率的机械化作业，就必须先覆膜后播种(2)播种、施肥联合机组的研制(3)穴孔覆土(4)联合作业的各环节作业协同也是难点。4.2国内外大粒种子覆膜穴播机技术国内外玉米、大豆、甜菜、棉花等中耕作物多采用精密播种, 我国精密播种面积不大。近几年, 小麦的精播问题成为探讨的热点, 但是目前我国大田生产中使用的小麦精播机全部采用的是机械式排种器, 气吸式小麦精密播种机在国内外还处于试验研究阶段。随着精密播种技术的发展, 一些新型精播机逐渐从试验阶段走向大面积推广阶段。如, 硬茬精密播种机、滤水播种机和免耕施肥播种机等。打穴播种机改变了传统播种机的开沟、播种、覆土的播种方式,而变为打孔、播种和覆

21、土, 因而它具有工作阻力小、播种精度高等特点, 有效地满足了精密播种的行内株距的要求。另外, 为了解决形状不规则、重量轻的蔬菜种子的播种问题, 目前国外正在利用一些新的播种原理, 如日本提出的适合蔬菜的静电播种, 英国提出的适合蔬菜的液体播种、适合牧草的超音速播种等。现在广泛流传的一种先进的科学播种方法种子带播种起源于日本, 这种播种方法已在世界范围内广泛采用, 如台湾、韩国、欧美等地区和国家都在使用这种新技术, 我国的某些地方也在使用这种方法。目前，国内关于覆膜穴播的研究，基本处于单项技术研究阶段，对于系统集成、联合作业技术的研究，尚处于起步阶段。对机械化覆膜技术的研究，由于技术难度相对低，

22、已经形成一些成熟技术。对于穴播技术的研究，理论上已经比较成熟，但真正实用的机械很少。关于穴播理论研究，从二十世纪八十年代在农业工程学报、农业机械学报、山东理工大学学报等刊物，相继发表了一些理论文章，主要对“鸭嘴式打孔播种机”、“楔杆式打孔播种机” 、“冲孔式打空播种机” “铲式打空播种机” 、“回转式覆膜穴播机”等进行理论研究，分析其成穴规律，探讨设计参数的确定方法。原吉林工业大学、山东理工大学、甘肃省农业机械推广站等的研究处于领先水平。甘肃省农业机械推广站和甘肃省农科院于1997年研制成功了“2FBX-A型小麦覆膜穴播机”，在垅西地区有较大的推广应用。但因其“鸭嘴”式打孔播种方式是一种被动开

23、启投种方式，容易沾土、堵土，空穴率高，只适用于沙壤土，只有在土壤非常理想的情况下才能基本保证播种质量；由于 “鸭嘴”开度小，不能播种花生、棉花等大粒种子；膜上播种时撕膜现象严重。我省临沂市农机所及莱阳谭格庄农机厂也研制了小麦等小粒种子作物的覆膜穴播机，取得了一定经验，但由于采用了与甘肃省类似的“鸭嘴”式打孔播种器，不适用于我省的土壤类型，未得到推广应用。山东理工大学于2002年研制出了“2BFL-1舵轮式覆膜穴播机” （本课题组主要成员研制），并取得一项发明专利和一项实用新型专利，由于设计了“双套筒内投种式入土成穴器”，成功地解决了“鸭嘴”式打孔播种器的不足，处于国内领先水平。因山东省没有推广

24、小麦覆膜穴播种植，故该技术仅作为技术储备而未推广应用。国外由于不太重视精耕细作，亦未见成熟的花生、棉花或大粒种子作物覆膜穴播施肥机械化联合作业机械的报道。综上所述，目前国内外尚未出现花生、棉花覆膜、穴播、施肥联合机械化作业的报道。五、 方案论证5.1研究的思路主要研究内容分为以下两个方面：1花生、棉花覆膜、穴播、施肥机械化联合作业农艺研究。分别根据花生、棉花播种农艺技术要求研究覆膜、穴播、施肥机械化联合作业的可行性和作业方式，形成机械化联合作业方案。联合作业可以有一次联合作业方案和分步联合作业方案，为减少机组进地次数、提高作业效率，在机组动力允许的情况下，尽量选择集成度高的联合作业方案；要从作

25、业质量、机器装备实现的可行性、作业效率、作业成本等各个方面进行系统考虑，优化选出一种最佳方案。2根据研究确定的机械化联合作业方案，研制关键作业机械，以研究覆膜、穴播、施肥一次联合作业机械为主要目标。覆膜后立即进行播种、施肥，要求协同性高，覆膜、播种、施肥质量符合农艺要求。因此，作业协同性和各农艺环节的关键作业部件或机构是联合作业机研究的重点和难点。 在机械化装备的研究中，要实现下述关键技术的突破：l 要实现高效率的机械化作业，就必须先覆膜后播种像花生、棉花这类大粒种子，先覆膜后播种的难度较大，主要原因是种子尺寸大、穴播器投种难度大。膜上作业穴播器是核心技术。l 播种、施肥联合机组的研制如果覆膜

26、前施种肥，则难以控制种与肥的位置，因此播种、施肥最好用一个机组来完成。但由于种肥不能直接接触，因此不能用一个穴播器将种子和肥料同时播入土壤；如果另置播肥器，则势必造成机器过长、膜孔过多，增加机器研制难度、提高机器成本、导致机组转弯困难、行程效率下降。要有巧妙的机构来克服上述矛盾。l 穴孔覆土覆膜后播种、施肥，由入土器形成的穴坑需要填平、膜孔需要压土，以免刮风鼓膜、降低温度和保墒效果。在作业幅宽较大的情况下，中间各行的穴坑覆土和膜上压土难度较大。l 联合作业的各环节作业协同也是难点。在有限的机架空间，安装各作业部件，并使之能够协调工作，在实现联合机械化作业任务条件下，追求结构紧凑，以便于使用较少

27、动力完成预期目标。5.2主要方法和技术路线5.2.1. 技术路线图5-1 技术路线5.2.2主要研究方法按照上述技术路线，主要研究方法如下：（1）进行花生、棉花联合作业农艺的资料收集和调研，优化设计联合作业农艺方案；（2）进行联合作业机具功能模块的优化组合，寻求最优设计方案；（3）进行关键工作部件原理设计及结构优化设计，并应用虚拟现实技术进行模拟仿真。（4）试制关键工作部，进行室内试验、田间试验，改进设计与试制；（5）进行系统集成和功能协调，完成机架和悬挂装置的组装和调试，进行室内试验、田间试验，改进整机设计与试制。5.2.3、主要经济、技术指标 1穴距(cm)： 花生161，棉花 331 2

28、. 行数： 花生6, 棉花33. 行距(cm)： 花生20, 棉花60 4. 播种深度(cm) 花生2cm, 棉花2cm 5. 穴粒数(粒)： 花生2，棉花3 6. 空穴率()： 27种子机械破损率（%）： 0.58膜边覆土（cm）： 宽度58，厚度2.59地膜纵向拉伸率（%）： 42510. 采光面机械破损量（%） 1.011作业速度（km/h）： 2.812. 生产率（亩/h）： 4.0 13. 配套动力(Kw)： 8.814. 单台制造成本： 3000元/台5.3现有基础设计条件5.3.1 已完成的工作关于大粒种子作物播种联合作业，课题组进行了部分调查研究和查新工作，对联合作业已经做出了

29、初步方案。由本课题组成员完成，并于2002年经山东省教育厅组织鉴定的“2BFL-1舵轮式覆膜穴播机”的整机结构和部分部件，可作为本课题研究的参考。课题组已经进行了“大粒种子作物穴播器”的概念设计，经虚拟试验能够实现大粒种子作物的覆膜穴播。课题组承担了山东省自然基金项目“流体射种播种”的研究，进行了初步试验，成功后可作为播种部件。同时还承担了山东省教育厅的“气动射种装置及设计参数研究”和学校重点学科建设项目“气动射种理论与方法研究”和“流体射种成穴机理及射种器的研究”等项目.5.3.2、工作基础 山东理工大学“农业机械设计与制造学科”是山东省重点学科，播种机械研究是其主要研究方向之一，经过长期的

30、建设与发展，形成了一支学术水平较高的学术队伍、较好的学科研究条件，积累了丰富的经验，取得了多项高水平研究成果。可用于本研究的试验仪器设备有：排种器试验台、移动式工作部件试验台、室内土槽及部分检测设备。山东理工大学机械厂具有较强的机械制造能力，能够为课题研究提供试制条件。各位老师长期从事农业机械化工程领域的科学研究，职称和学历结构合理，近年来主要致力于覆膜穴播机械的研究，取得了较高水平的成果，积累了较为丰富的经验。已研制成功的“2BFXL-1型舵轮式覆膜穴播机”较好地解决了小麦等小粒种子作物的覆膜穴播机械化联合作业问题，通过该项目研究，积累了覆膜穴播联合作业机械设计的经验。其他相关成果有：舵轮式

31、穴播器，发明专利，申请号“ ”活塞式地膜覆盖农作物穴播机，专利号“ZL97 2 45391.1活塞式地膜覆盖农作物穴播机，专利号“97 1 06116.5六、 设计过程61总体设计过程6.1.1产品的功能及其功能分解顾名思义，大粒种子覆膜穴播施肥联合作业机械的总功能是一次完成覆膜、播种和施肥三个农艺操作，其中“覆膜”子功能可以分解为“土地整平”、“地膜两端开沟”、“覆膜”、“压膜”、“膜沟覆土”和“压实”6个功能元。“播种”子功能可以分解为“播种”和“穴覆土”2个功能元。“施肥”即为功能元。穴覆土播种覆膜播种土地整平地膜两端开沟覆膜膜沟覆土总功能施肥压膜压实整平器耙铧式犁开沟犁腹膜机构压膜轮铧

32、式犁覆土器压实轮施肥播种器覆土滚筒图6-1大粒种子覆膜穴播施肥联合作业机械的功能分解6.1.2 功能元的求解“土地整平”功能元的功效是平整土地，便于覆膜、播种和施肥。在覆膜之前由于拖拉机牵引作用，产生两个轮辙，必须寻找一个结构能够把轮辙附近的土运送到轮辙位置，已达到平整土地的目的。作者设计出M型整平器，该整平器的连接方式有刚性连接，和浮动的平行四边形连接。刚性连接理论上讲，可以很好获得平整效果，但通过实验阻力较大。通过改进，在M型整平器连接部分加上两个弹簧，这样既可以获得很好的整平效果，又可以减小阻力，取得了良好的效果。“地膜两端开沟”功能元的功效是为了把地膜两端覆盖到地下，达到较好的密封效果

33、。使用两个正反犁，分别安装在机架两端向外翻土开沟。“覆膜”是由膜轮轴和压膜轮共同完成。压膜轮压驻地膜静止不动，膜轮轴随拖轮机沿前进方向平移运动，膜轮就会受到不动的地膜的拉力使膜轮绕膜轮轴转动，从而完成覆膜。“压膜”是由压膜轮把地膜两端分别压到左右的沟中。“膜沟覆土”把压入沟中的地膜再覆些土压住，覆土可以使用相反的犁，把开沟时翻出的土再翻回到沟里。作者设计出一种新型覆土器，不用开沟把开沟是抛出的土再收回来，使用覆土器可以降低能量消耗，降低阻力。“压实”翻回来的土有些松软，通过压实轮进行压实。“播种”和“施肥”两个功能元进行综合，目的为了简化功能元的结构解。使用播种施肥轮盘来实现这两个功能元。播种

34、轮盘刺，一个播种子，一个播化肥。“穴覆土”功能元的目的是压膜以免被风吹起，另外是堵穴保温。该功能元由覆土滚筒实现。6.1.3联合作业机械的组成1 整平器 2 开沟犁 3 膜棍 4 切膜刀 5 压膜轮6覆土器 7 穴播器 8 镇压轮 9圆盘耙 10覆土滚筒 11机架 12 种箱图6-2 大粒种子覆膜穴播施肥联合作业机械的组成6.1.4联合作业机械的工作原理 在拖拉机的牵引下，联合作业机组通过与拖拉机相联的杠杆，起限位作用。由于拖拉机行驶所产生的轮辙在覆膜之前最好整平，所以设计整平器1把轮辙外凸出部分的土壤传输到轮辙处，以达到整平土壤的目的。整平器1可以在前进方向的纵向平面内作平行四边形运动，当整

35、平器输土量较少时，其所受阻力小，整平器上的弹簧不起作用，此时，整平器的前吊臂与机架水平方向几乎垂直。当整平器输土量多时，其受阻力增大，整平器要往后摆动，此时，弹簧与机架接触并起作用，以克服整平器的阻力，但是整平器不能过度往后摆动以至于碰到膜辊影响正常覆膜，把开沟犁作为整平器的限位装置。将开沟犁固定在整平器工作的极限安全位置，这样，开沟犁的位置也就确定了。将开沟犁2固定在机架上，工作时向外翻土，形成覆膜沟。膜棍3安装在上端与机架焊合、下端开槽的吊杆上，以便于当土地不平整时上下浮动，使膜辊能够正常转动。覆膜是通过压膜轮5把膜压入覆膜沟中，静止不动，机架继续前进来实现的。覆土器6把开沟犁翻出的土回收

36、到覆膜沟里，此时播种轮盘7轮齿刺透地膜进入土壤，鸭舌打开进行播种与施肥。然后，镇压轮8对覆盖地膜边缘的土进行压实，以免风吹起地膜。由于幅宽较宽，播种后中间应该压一些土以免地膜被风吹起。另外，穴播后产生的穴孔直接与外界接触，不能很好的保温、保墒，因此应覆土盖住穴孔。圆盘耙地膜两边的土传输到覆土滚筒中，通过其中的卷龙旋转把土运送到覆土滚筒上与穴孔重合的开口处，并从开口处漏出覆盖住穴孔。覆土滚筒10分左右两个，其中的卷龙的旋转方向相反，以便于向机组的轴线处运送土壤。圆盘耙9分为左右两个，安装方向相反，以便于从两边取土。这样，覆膜、打孔、播种、覆土就一次性完成了。6.2机架设计 机架是播种机所有工作机

37、构的安装基础,并承受外力,因此应有足够的强度和刚度，分框架式和单梁式两种。谷物播种机框架式机架，多用角钢和薄壁型钢制造。中耕作物播种机则常采用单梁式机架，多用方形钢管制成。机架的前方固定有牵引架或悬挂机构。本机架采用了单梁式，用方形钢管焊接成矩形和三角形等机架，在机架的前方固定有悬挂装置。这种机架的结构简单，用材少，质量轻，便于换装机具。6.2.1机架的选材机架是机组的骨架，其强度和制造质量直接影响到其它部件的安装。根据零件选材的一般原则和制造的经济性要求，机架的材料主要选取了碳素结构钢中Q235-A。Q235是用途最广的碳素结构钢，属于低碳钢，通常热轧成钢板、型钢、钢管、钢筋等。因铁素体含量

38、多，故其塑性、韧性优良。通常用来制造建筑构件，车辆、不重要的轴类、螺钉、螺母，冲压件，锻件，焊接件等。零件选材的一般原则如下：(1)应能满足零件的工作要求。这是选材的关键。零件的工作条件是多种多样的，如受力状态、工作温度和工作环境等。应该以机架的主要失效形式（断裂、磨损、过量变形等）进行分析，找出失效的主要性能指标。根据机架的工作条件和经验，Q235完全能满足上述要求。(2)因能满足工艺性要求。金属材料的基本加工方法有铸造、锻压、冲压、焊接、切削加工和热处理等，各种加工工艺对材料均有其工艺性能要求。依据所设计零件的制造方法，应选用其工艺性能优良的材料，以便于降低制造成本，减少废品的产生。本机架

39、的材料主要为Q235的热轧方形钢管，为成品，其连接方式为焊接。设计焊接见时应选用焊接性能良好的低碳钢或低碳合金钢。Q235属于低碳钢，是焊接性能最好的材料之一。覆土滚筒吊臂主要加工方式为切削加工，Q235也有很好的切削加工性能。(3)必须重视材料的经济性。选择金属材料时应十分注意其经济性，即用最低的成本生产出优质产品。一般来说，应优先选择价格低廉的材料。如尽可能的选用碳素钢和会铸铁，在难以满足设计要求时再选用合金钢、球墨铸铁、铸钢或其它材料。要立足国内资源，尽力采用国产钢材。选材时，不仅要考虑材料本身的价格和制造零件所需要的费用，还要考虑材料的功能。Q235是低碳钢，价格低廉，是制造机架的首选

40、材料。另外，根据其力学性能和经验，它完全可以达到要求的功能，并可以充分发挥其性能。此外，选材时的牌号应符合国家标准，品种应尽量少而集中，这样便于采购和管理。Q235是国家标准牌号，并且机架的材料基本上都为其一种，完全符合这个原则。综上所述，Q235是制造机架最理想的材料之一。另外，为了提高机架断面在高度方向的抗弯性能，便于与其它部件连接，并便于焊接，所以选取了热轧方形钢管。6.2.2机架的形状设计根据联合作业机械的组成及其工作原理所确定的各部件的位置和与机架的连接方式，确定机架的形状。由基本的设计方案，可知机组各部件的布置方式和位置，如图一所示。综合各部件与机架的连接位置，如下图所示，可得机架

41、的基本设计方案。图6-3 机组各部件在机架上的布置图为获得良好的整平效果，整平器设计成M型，其连接方式有刚性连接和浮动的平行四边形连接。整平器的上吊臂与机架直接相连，属刚性连接。刚性连接理论上讲，可以很好获得平整效果，但通过实验阻力较大。改进后，在M型整平器的后吊臂上加上两个弹簧，并使后吊臂与水平面成一定角度，这样既可以获得很好的整平效果，又可以减小阻力，取得了良好的效果。开沟犁作为整平器的限位装置，为安装在整平器运动的极限位置处，以防止碰到膜辊影响正常覆膜。为使膜辊与开沟犁保持适当的距离，并使结构紧凑，将膜辊和与拖拉机上悬挂点连接的斜拉杆固定在同一横梁上。膜辊之后压膜轮、穴播器轴、镇压轮、圆

42、盘耙和覆土滚筒都按一定的间距固定在机架上。经过计算和圆整，机架的基本形状和尺寸确定如下图。 1下悬挂板 2前立柱 3上悬挂座焊合 4斜拉杆 5膜轮吊臂 6纵梁 7 轮轴支座 8后支撑轮套筒 9横梁 10浮土滚筒吊臂2 11压膜轮套管 12 吊臂梁 图6-4机架设计图 6.2.3机架管材焊合如6.3.1所述,机架的材料选择的是Q235,是焊接性能最好的材料之一。机架的棺材为方形钢管，便于焊接。机架采用手工电弧焊，这种焊接设备简单，容易维护，焊钳小，使用灵活，适用于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和非金属，其焊接接头可与工件的强度相近，是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。为保证焊接后的强度和刚度满足使用要求

43、，机架大部分采用了四周焊和角焊缝的形式，只有机架轮廓的边角处，由于是角接，因此采用了V形坡口的角焊缝焊接。焊接机架具有结构简单，用材少，质量轻，便于换装机具的优点。6.2.4悬挂机组设计1.悬挂机组简介大粒种子穴播机和拖拉机组成了悬挂机组。机组一般采用后悬挂方式，以三点悬挂方式与拖拉机相结合。用三根杆件分别把拖拉机后部的三个点和机组上的三个点铰接起来，使两者成为一体。上面一根杆件AB通常称为上拉杆或中央拉杆,下面两根杆件和称为下拉杆。这三根杆件已成为拖拉机悬挂机构不可缺少的组成部分。杆件两端均以球铰结构连接拖拉机和机组，因此挂接点在一定的范围内有转动的自由度。悬挂机组的起落运动由拖拉机上的液压

44、系统控制，它通过左右提升臂和直接作用于左右下拉杆。下图是悬挂机组在纵向垂直平面内和水平面内的投影简图。在纵向平面内，假定两下拉杆的投影恰好重合为，则悬挂机构可四连杆机构，杆能相对于它的瞬心转动，和杆连接在一起的悬挂机组也就具有起落运动的可能。在水平面内，若不计ab杆的约束，则悬挂机组可看作为四杆机构杆能相对于它的瞬心转动，因此，和连接在一起的悬挂机组在水平面内有左右摆动的自由度。悬挂式机组的特点为：机组悬挂在拖拉机悬挂装置上。运输时，机组全部重量由拖拉机承受。工作时，拖拉机承受部分农机具重量和工作阻力，改善了拖拉机牵引性能，重量轻、结构紧凑、机动性好、效率高。但对宽幅机具的稳定性和适应性差。机

45、具重量受拖拉机液压提升能力、操向性和稳定性的限制。悬挂式机组广泛应用于各种中小型的田间作业机具，特别是水田作业机具。根据悬挂式机组的以上特点，和大粒种子覆膜穴播机本身的特点与要求，选用了悬挂式的设计。 图6-5悬挂机组投影图 a) 纵向垂直平面 b)水平面2.机组在拖拉机上悬挂的设计要求机组悬挂参数合理性对机组性能影响极大。机组悬挂设计应满足以下要求:(1) 穴播器具有良好的入土性能。既在没有强制外力的作用下，穴播器应能平稳迅速的达到预定的位置,入土行程短(穴播器尖处及地面开始,到入土到预定播种深度为止,穴播器所经过水平距离)。(2) 具有良好的播种深度稳定性和对不平地表的适应性。即应合理布置

46、纵向垂直平面的瞬心位置，选用合适的播种深度调节方法；(3) 机组工作时，具有良好的操作性和牵引性能；(4) 机组行驶时，具有良好的通过性和稳定性；(5) 机组工作时，能保证直线行驶和工作范围的稳定性，这就要正确选择水平面内瞬心的位置；(6) 正常作业时，液压装置油缸的负荷及轮胎的承载不应超过允许值；(7) 装卸、操纵和调节方便，视野良好。3.悬挂点位置的初步确定配套拖拉机的悬挂点位置，已从相关资料中查得。根据拖拉机悬挂点的位置就可以确定机组的悬挂点的位置。首先，假定拖拉机被支持在二分之一穴播器设计播种深度处，这虽和实际情况有所出入，但对确定机组的悬挂点的位置影响不大。然后，根据设计的要求确定穴

47、播器的位置，并使穴播器位于设计播种深度处。(1)水平面内机组的悬挂点的确定使悬挂机构二下拉杆的交点瞬心处在穴播器的前方拖拉机纵轴线上，二下拉杆间的夹角约为20度，假定二下拉杆处在水平状态，则它的水平投影等于实际长度，这样就确定了机组的二下悬挂点在水平位置极其间距。以播种器尖为基准，量出点纵向距离m和横向距离。悬挂机构上拉杆安置在拖拉机纵向垂直平面内，它的投影和拖拉机纵轴重合，并通过瞬心。由于无法确定上拉杆的投影长度，所以暂不能定出机组的上悬挂点位置。 图6-6水平面内悬挂点位置的确定如图，两下拉杆间的夹角为20度，二者处于水平状态，二者长度为=500mm，的长度已知，=300mm，则两下悬挂点

48、的水平位置、就可以确定。由三角形关系得： 即 ，所以两下悬挂点的位置就可以确定，它们距机组纵向对称轴的距离都约为220mm，其间距l即为的值，约为440mm。根据拖拉机的实际情况,确定了的值和它们的最终位置: =500mm, 它们距机组纵向对称轴的最终距离都约为250mm.由图6-3得，纵向间距m=450mm，横向间距n=300mm。(2)纵向垂直面内里的悬挂点确定前面已经假设，穴播器在设计播种深度状态工作时，二下拉杆处在水平位置，这样就确定了机组的二下悬挂点对穴播器基面的平均高度,根据投影关系，有水平投影中的下悬挂点定出纵向垂直面内下悬挂点的位置，向前延长，并在其上选取瞬心点，使等于拖拉机前

49、后轮轴距L的一倍至两倍，连接和，并延长之，此即上拉杆的投影位置。机组的上悬挂点通常在下悬挂点的正上方，有时为了使穴播器容易入土，使点有少许前伸量，其值在0-100mm范围内，这样，点至穴播器基面的高度H也就确定了。同时根据投影关系，由的位置就能确定机组上悬挂点的水平投影b点的确切位置。 图6-7 纵向垂直面内悬挂点位置的确定如上图所示，设计播种深度a=20mm，拖拉机下悬挂点距轮胎的距离已知，=270mm，则可知下拉杆播种平面的高度h：h=a/2+=10mm+270mm=280mm拖拉机上拉杆点距开沟犁的距离H已知，H=650mm, 前后轮轴距L=900mm，上拉杆的长度ab=450mm取等于

50、拖拉机前后轮轴距L的1.5倍，即=1.5L=1.5*900mm=1350mm 取点的前伸量i=50mm，则上拉杆的位置确定，从而得出上悬挂点的位置，b点距机架的垂直距离为345mm。七、市场需求及产业化前景全国适于地膜覆盖种植的作物播种面积约3700万公顷，目前仅有1400万公顷。膜覆盖率低的主要原因之一就是地膜覆盖技术的操作工序多、占用劳动力多、劳动生产率低。目前地膜覆盖种植机械化技术还主要是单项的作业机械化，还没有覆膜、穴播、施肥联合作业的成套农艺和机械装备，严重影响地膜覆盖技术的推广应用，影响了地膜覆盖的种植面积。如果该项目研究成功，不仅可解决我省覆膜、穴播机械化问题，还可形成机械装备产业，向