全国大学生科技竞赛作品

1、摘要众所周知，农业机械化是农业生产现代化的重要内容,是农业生产技术进步的重要体现。玉米作为广泛种植的传统粮食作物之一，广大农民对玉米种植生产机械化的要求越来越高，传统的手工操作已经不能满足日益增长的经济需求。在平原地区多以大型玉米播种机为主，而在西北丘陵、山地或平原地区面积较小的耕地，大型玉米播种机却只能“望而却步”。市场上大多是气吸式或轮勺式玉米播种机。然而气吸式虽然下种准，但使用故障多。轮勺式水准差，种植效果不理想。本方案设计的玉米播种机不同于市场上现有的产品，弥补了这些缺陷，快捷的完成了播种。这一款小型便携式玉米播种机主要由驱动机构（扶手支架或小型动力，前后轮），送种系统（漏斗形装种箱、

2、边缘空心同轴转盘、空心滑杆），播种机构（下种箱）等组成。基于旋转机构的转动内盘有等间距的凹槽，凹槽可放2粒玉米。当内盘边缘凹槽转至漏斗口，两粒种子落入凹槽随内盘转动。当内盘转至下端空心滑杆口处，玉米沿滑杆落入下种箱，顺着转筒中的倒角滑入下种管口。从而运用机械传动，实现对玉米种子的输送。下种管是解决播种问题的重要机构。在小型动力驱动下，齿轮和链条带动下种箱中四棱柱形装置插入土地，四棱形装置上的盖土片接触到地面，受地面和自重挤压，打开已深入地下的下种管口，从而使种子从管口种下。随着播种机继续前行，盖土片后的土壤受力作用后，接着再为已种下种子盖土。解决了刨土，下粒，盖土等技术问题,实现了一体化的耕作

3、模式。另外设计的4个等间距的下种口，可使播种玉米间距为11厘米，实现了等距播种。本产品采用了工程机械原理，多种机械综合运用完成播种，潜在价值巨大。改变西北地区耗费劳动力多，生产效率低的现状，以较小的成本创造较大的经济价值，这对农业无疑是一种巨大的财富。目录1. 研究背景12. 项目简介23.国内现状及发展趋势34产品设计与功能实现64.1进料机构64.2送料圆轮64.3空心圆管74.4下种机构84.4前后轮94.5动力系统105 .作品的创新点116现场实验及分析12参考文献13附录131. 研究背景在我国广大的西北地区，丘陵、山地随处可见，梯田成就了一道美丽的风景线。梯田在山坡上开垦，呈阶梯

4、形，由一块块小面积种植区域组成，如图1。梯田作为主要的农作物种植地，充分利用了山坡上的土地资源。在我国，平原地区农业生产已实现机械化，大大提高图1.西北梯田了生产效率，把从事农业生产的人们从繁重的农业劳动中解放出来。而在西北地区，农业大型机械却无法进入梯田进行作业，只能“望而却步”，因此那里仍进行着相对原始的农业生产，这样就使得西北农业发展停滞不前。我国是世界第二玉米生产大国，年产量亿余吨，占世界总产量的20%。同时，我国也是玉米头号消费国，消费量的90%以上靠国内生产。西北玉米种植区，约占全国的3.5%，总产量约占3%。在西北玉米种植区，梯田上玉米种植仍然是完全依赖人工去完成，使农民承担着繁

5、重的劳动。玉米播种机为玉米种植带来极大的便利，但如今市场上的玉米播种机大多适用于平原上玉米的播种，市场上轮勺式玉米播种机效果差，而播种效果稍好的气吸式播种机，需大型耕种机械带动，结构复杂故障多。像梯田这样小面积的耕地它们也无法进入。而且对于覆有地膜的土地来说，平原玉米播种机进入后，由于其结构原因会破坏地膜。要想精确控制种子之间播种的距离，使播种均匀，行距稳定，覆土良好，节约种子，而且工作效率高，当今的玉米播种机是无法完全同时做到的。根据西北农业种植条件与当今玉米播种机的缺陷，我们设计出了该款新型玉米播种机，来弥补市场上现有播种机的缺陷。2. 项目简介该玉米播种机主要由机架、进料机构、送料圆轮、

6、空心圆管、下种机构、前后轮、动力系统七部分组成。其核心功能及独特之处有以下5点： 1、体型小，便于携带。该玉米播种机通过对外形及结构的设计和取材及动力系统的选择，实现体型小、质量轻，且设计可折叠后轮，很容易将其携带至工作环境。既能灵便地工作于狭窄梯田或“房前院后”等小工作场地，又减少了耗能。 2、可等间距精确播种。通过独特的转盘设计，在转盘内开以等间距凹槽，仅内盘与装种箱种子接触。通过内盘转动，凹槽每次携带两粒玉米种子至下端。下种机构设计4个等间距下种装置，相邻两个下种装置接触地面时间间隔相等，从而实现等间距精确播种。 3、扭簧设计自动盖土。通过对下种管和盖土片间用扭簧控制，在盖土片接触地面时

7、，受机身自重挤压，打开下种装置，进行播种。播种后，压力消失，扭簧作用，使盖土片后受力作用后移，掩盖玉米种子。 4、仅前行时播种。通过设计齿轮连接后轴和转盘所在轴。齿轮单向转动，从而实现播种机前行时带动转盘转动，进行播种，后退时齿轮空转，送料圆轮停止转动，播种停止，减少了种子资源的浪费。5、故障少。通过纯机械设计，结构简单，很大程度地减少了因结构复杂带来的故障。保证该玉米播种机既能灵便高效播种的同时，又减少了“后顾之忧”。3.国内现状及发展趋势 随着经济的高速发展和人口的快速增长，我国耕地面积急剧减少，尤其在平原地带。但农业仍然是我国第一产业，据统计，2012年中国的玉米播种面积约5亿亩，为世界

8、第二玉米生产大国。而在生产日益机械化的今天，播种机在农业生产中必不可少，使用播种机进行农作物的生产，可以很大程度的提高生产效率，减少农民的工作量。 近几年，我国的联合作业播种机发展较快，该播种机主要有播种-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。联合播种机的作业场景如图2。 图 2.联合播种机作业场景联合播种机的作业可以极大的解决平原地区的种植作业问题，但是却不能适用于面积狭小的西北梯田，而随着西部大开发的进行，地理环境并不好的西北地区也逐渐进入人们的视野。据统计，西北地区的玉米种植面积占全国玉米总种植面积的

9、3.5%，产量占全国的3%。然而，受到地理环境的限制，大型的联合播种机并不能被用于土地面积狭小的西北梯田。因此，虽然占全国总产量3%，西北的玉米种植仍以传统的手工作业方式为主，这种作业方式劳动强度大，作业速度慢，效率低，极大的限制了广大西北地区的农业发展。西北地区地形如图3。 图 3. 西北地区地形市场上现有的适合较小面积作业的播种机多以轮勺式和气吸式为主，然而，轮勺式存在太多的作业故障，作业效率低且效果差。气吸式虽然作业效果好，但是结构复杂，故障多，操作难度高，而且需要大驱动力带动，因此对于以小面积梯田为主且山路崎岖的西北地区，市场上现有的播种机远远不能满足西北复杂地势农业发展，实现农业机械

10、化的需要。对比现今市场中已有的播种机，该玉米播种机因其体型小、质量轻，更容易在西北地区的崎岖山路上行走，播种机自身安装的小型汽油发动机也能解决以大型动力装置驱动的播种机无法进入梯田的问题，而且每次三行作业也能很大程度地提高作业效率。因此，对比现今市场上的玉米播种机，这款播种机更能满足西北复杂地势农业发展、实现农业机械化的需要。4产品设计与功能实现该播种机由机架、进料机构、送料圆轮、空心圆管、下种机构、前后轮、动力系统七部分组成。机架主要起固定和支撑其他组成部分的作用；进料机构主要是在播种机工作时暂时存放并供给播种机种子；送料圆轮则是在播种机工作时将进料机构中的种子以每次两粒的供给数量和一定的时

11、间间隔送进空心圆管；空心圆管主要起到将被送入其中的种子顺利的送进下种机构的作用；下种机构将进入其中的种子以一定的行距、列距、深度种入地下并用土掩埋。4.1进料机构为了保证播种机在工作时种子的存放量和供给效果，我们将播种机的进料机构上部分设计为长方形，下部分为横截面呈梯形的四棱柱。播种机工作时，将种子装入进料机构，长方形的上部分保证了存放数量，而有斜面的下部分则保证了种子的供给效果，并且在种子存放数量不足时依然能继续供给，从而大大的提高了种子的利用率并减少了缺苗现象。4.2送料圆轮 为了保证每次种入地里种子的数量只有两粒，我们首次提出了采用开有小槽的旋转圆轮送料的方法。我们在一个圆轮上均匀的做出

12、四个大小只能放下两粒玉米的小槽，当播种机工作时，存放在进料机构中的玉米会进到小槽中，然后随着圆轮的旋转被送进空心圆管，由于小槽是均匀的分布在圆轮上的，所以随着圆轮的旋转，玉米会在相同的时间间隔下被送入空心圆管。送料圆轮如图4。 图 4.送料圆轮4.3空心圆管 空心圆管的上端连接着内含送料圆轮的和送料圆轮同轴固定的圆形壳的底部，下端连着下种机构。进入空心圆管的种子会在自身重力的作用下沿着圆管下落并最终被送到下种机构。空心圆管结构如图5。 图 5.空心圆管的连接4.4下种机构下种机构由大圆桶、轴承、开有倒角且桶壁上开有和空心圆管外径同样大小圆孔的小圆桶、安装有弹簧的可张开和闭合并且在斜面上做有盖土

13、片的四棱柱形下种装置组成。下种结构如图6。图 6.其中，大圆桶的桶壁上均匀开有和四棱柱形下种装置底面同样形状和大小的孔，四个四棱柱形下种装置被均匀的固定在大圆桶桶壁的孔上。轴承外径和大圆桶内径一样大并被固定在大圆桶靠近四棱柱形下种装置的一侧，大圆桶的另一侧用和圆桶直径一样大小的圆形铁板封闭。内侧小圆桶外径和所述轴承的内径一样大并被固定在轴承上，该圆桶的另一边装有和它内径一样大的轴承。结构如图7。 图 7. 进入空心圆管的种子会落在开有倒角的圆桶里面的倒角壁上，由于种子下落时具有一定速度，所以会在惯性和碰撞的作用下沿着倒角壁滚落到装有四棱柱形下种装置的圆桶的里面。而且播种机在工作时装有四棱柱形下

14、种装置的圆桶是不停的转动的，而玉米种子一直处于圆桶内壁的最低处，所以随着圆桶的转动，玉米会由圆桶上开的槽进入四棱柱形下种装置，随着播种机的前进，该下种装置会在播种机重力的作用下被压进土里，下种装置上的盖土片会接触到地面，由于受地面和自重挤压，盖土片会打开已深入地下的可张开和闭合的下种装置，从而使种子从下种装置种入地下。随着播种机继续前行，播种装置上的盖土片后的土壤受到盖土片的作用后移将种子遮盖。4.4前后轮 为了方便该播种机的移动，我们在播种机下种机构的两侧安装了可折叠的轮子。当播种机进行播种作业时，可以将后轮折叠起来，不会对播种机的作业效果产生任何影响。当作业完成时，可以将轮子恢复原状，保证

15、了播种机在非工作状态下移动的便捷。前轮使用充气轮胎，两个轮胎之间用轴固定连接在一起，轴上固定有链轮。当链轮转动时，转动的轴将带动前轮。后轮折叠前后的效果分别如图8、图9所示。 图 8.折叠前 图 9.折叠后4.5动力系统 我们使用二冲程40-5小型汽油机发动机为播种机的前轮提供动力。该发动机型号为1E44-5，排量为49.9cc，发动机功率1.65kw，转速65007000r/min，发动机型式为风冷二冲件，采用膜片式，燃油配比25:1。发动机上装有离合器和变速箱，当播种机工作时，可以通过变速箱调节播种机的作业速度，并且通过离合器可以随时停止播种机的工作，实现了在不同的环境下使用不同的速度作业

16、，可以保证播种效果良好，发动机如图10。图 10. 二冲程40-5小型汽油机5 .作品的创新点独特的下种机构设计。使用四棱柱形下种装置，保证了播种时下种深度；创新性的扭簧和盖土片设计，一次完成刨土、下种、盖土三个作业过程。利用转盘控制玉米下种数目并通过转盘内盘等距凹槽和控制下种箱同速转动来进行等间距种植，大大减少缺苗现象。通过齿轮和链条连接，下种箱所在轴承和转盘所在轴承的设计可使播种机在前行时播种，后退或转弯时齿轮空转停止播种。 产品结构简单，减少了因结构复杂造成的使用故障。并且体积小，质量轻，即避免了使用后的土地硬化，也更方便人们携带。6现场实验及分析试验过程主要关注以下四个指标： 第一，种

17、子下落情况：包括下种的行间距和每个下种点的下种数量。试验证明播种机前进速度并不影响种植玉米的行间距。通过对已下种点进行检查，发现90%左右的下种点播种结果为2粒，符合预期要求。 第二点，播种深度及盖土情况。通过试验过程中对播种机下种装置插入地下深度及已种下玉米深度的测量，得出下种深度约为5厘米到7厘米，盖土效果良好。试验证明盖土片受力弹起土壤足够为已种下种子盖土。 第三点，操作是否费力。实验过程中，土质符合播种要求，操作起来比较轻松。在小型动力驱动下，使用者只需手握播种机扶手，掌控方向，播种机就能前进并且正常工作。在很大程度上减轻了劳动强度。第四点，操作是否简单，容易。实验证明，使用只需掌控方向，无需学习，便可使用。 实验结果证明了该玉米播种机达到了预期要求。参考文献洪立华，朱喜才等.浅谈机械精播技术及优势J.农业机械.2011.1. 中国农业机械化科