舵轮式双位内投种穴播器设计

舵轮式双位内投种穴播器设计摘要：本文针对先前研究的一系列穴播机，设计一种种腔内置式的，利用杠杆原理开启的舵轮式双位内投种穴播器，其主要组成部分是上位变量排种器和下位穴播器。上位排种系统的作用是实现一次定量排种，而下位排种系统是对上位的一次排种排实现二次内投种，二者的联合作业，迎合了新一代的精密穴播技术的设计理念。所设计的内置式双位内投种穴播器主要特点是采用上位变量排种器将农作物种子平均分配到入土成穴器完成首次排钟和下位穴播器入土播种的二次土壤内部排钟，保证了穴播的精密性，入土成穴器主要由定瓣和动瓣组成，动瓣用螺栓固定在动盘上，置于穴播器内部，挡块用螺栓固定在定盘上，置于穴播器内部的动瓣端，利用杠杆原理，在挡块切向力作用下，将达到最大入土播种深度的成穴器强制开启，实现二次内投种穴播。此设计主要是针对花生、玉米、棉花、豆类等大粒农作物种子的穴播。克服了先前穴播器开启不可靠、堵土、夹土等缺点，本文的研究将为研制此种穴播器提供部分理论依据。关键词：排种器；穴播器；联合作业；入土成穴器Thewheeltypetwo-rowinsideseedthrowingdibblerdesignStudentmajoringinMechanicalandElectronicEngineeringAbstract：iskindofdibbleriswheeltype,two-row,insideseedthrowing,exploitingleverageprincipleforopening.Itscorecomponentsaretheuppervariableseed-meteringdeviceandthelowerdibbler.Thefunctionoftheupperseed-meteringsystemistorealizequantitativeseed-metering.Thelowerseed-meteringsystemistorealizeasecondtimeinsideseedthrowing.Andthejointoperationofbothcaterstothedesignconceptofthenewgenerationprecisiondibblingtechnology.Themainfeatureofthedesignedbuilt-in,two-row,insideseedthrowingdibbleristwiceseedthrowing,thefirstseed-meteringbyseed-meteringdeviceandthesecondtimeinsideseedthrowing.Theboringandcavingdeviceiscomposedwithfixedpartandrottableone.Therotatablepartisfixedonrotatableplatewithbolts,puttinginsidedibbler.Attheendofrotatablepart,thereistrackroller.Exploitingleverageprinciple,theboringandcavingdevicewillbeopenedatthemaxdepthundertheblock’stangentialforce.Thisdesignmainlyaimsatthedibblingofbigseedslikepeanut,corn,cotton,beans,andsoon.Itovercomestheweaknesses(unreliableopening,soilblocking,soilcarrying)offormerdibblers.Thispaperwillprovidetheoreticalbasisforthepromotionofthiskindofdibbler.KeyWords:Seed-meteringdevice;Boringandcavingdevice.引言设计一种利用杠杆原理开启的，种腔内置式的舵轮式双位内投种穴播器，其主要组成部分是上位变量排种器和下位穴播器，上位排种系统的作用是实现一次定量排种，而下位排种系统是对上位的一次排种排实现二次内投种，二者的联合作业，迎合了新一代的精密穴播技术的设计理念。所设计的内置式双位内投种穴播器主要特点是采用上位变量排种器转动将农作物种子分配到入土成穴器和下位穴播器二次内投种，保证了穴播的精密性，入土成穴器主要由定瓣和动瓣组成，动瓣用螺栓固定在动盘上，置于穴播器内部，挡块用螺栓固定在定盘上，置于穴播器内部的动瓣端，利用杠杆原理，在挡块切向力作用下将达到最大入土播种深度的成穴器强制开启，实现二次内投种穴播。此设计主要是针对花生、玉米、棉花、豆类等大粒农作物种子的穴播。克服了先前穴播器开启不可靠、堵土、夹土等缺点。最终通过对个部件参数的分析计算，从而得出合理的参数，进而设计出可行性高的研究设计结果。对今后的研制提供部分理论性的依据。1概述1.1课题提出的意义播种农时是导致农作物出苗率和种苗质量的因素之一，因此对农作物的产量会产生巨大的影响。这就需要我们在有限的播种农时内，将农作物按照农艺的要求播种到田间，使农作物具备最基本的生长发育环境，农作物播种机的出现解决了在时间有限的播种农时将种子按照农艺的要求播入土壤中[1][2]。不仅播种农时对农作物生长发育影响很大，种子在田间地分布，例如：株距、播种深度、播种量等同样也对农作物的出苗和产量起到举足轻重的影响，这便要求我们对播种机的精密度进一步的研究。本着机械播种具有播种质量好、速度快、效率高、农民的劳动强度低、不误播种农时、田间管理作业条件良好等特点，因而使播种的机械化得到广泛的推广使用。而双位内投种穴播器又以其入土穴播无需开沟、对土壤的破坏程度小，有利于保水保肥、播种精度高，节省农作物种子、结构简单易维修、体积相对较小的特点，因而成为播种机械化的首选。舵轮式双位内投种穴播器主要组成部件是上位变量排种器和下位穴播器，上位变量排种器的主要作用是根据不同农作物对播种量的不同要求，定量精密的将农作物种子分配到成穴器中[3]；下位穴播器的作用是将入土成穴器中的农作物种子播入田地里去，上位变量排种器和下位穴播器联合作业的发展对发展高精密度的播种技术做出了前所未有的贡献，为了减少播种机的体积，简化设计，减少种室到入土成穴器的距离，本设计采用种室和变量排种器内置[4]。开启机构利用杠杆原理，采用挡块和内置于穴播器内部的动瓣端，利用挡块的切向力开启机构。本文介绍内置式双位杠杆开启内投种穴播器解决了先前穴播机的穴播开启力大、易堵塞、易夹土、空穴、错位、播种的均匀度和整齐度较差、等一系列问题。1.2国内外穴播机械的研究现状国外等发国家在二十世纪三十、四十年代就开始进行精密播种机的研究设计，也取得了一定的成就，现今，国外的精密播种机主要以气力式为主，主要的代表机型有美国Harvitt公司研制的Cyclo-500型气压式穴播机，他的主要特点是排种可靠、种量分配均匀；德国Becker研制的AEROMAT-2型播种机，采用到的新技术是高速气流；还有美国KNZE公司研制的玉米气力式播种机，这种播种机能适应各种各样种子的播种，拍中的精度也非常高；KNZE公司还研制了玉米指甲式精密播种器，排种精度也不次于玉米气力式播种机。国外的精密播种机不管是气力式的还是机械式的造价都非常高，结构也相当复杂，维修麻烦，根本不适合我过广大农民群众，也不适合我国机械主机的具体条件，所以对研制适合我国的精密播种机械是刻不容缓的问题。我国对穴播机械的研制甚少，直至二十世纪七十、八十年代才对精密播种机的开始研制，至今仍然没得到广泛的推广[5]，主要的制约因素是农民对传统播种技术的习惯和对现在新型的精密播种技术的认识肤浅，早期的经典机型主要有2BY-24压轮式谷物播种机[6]、2BS-2玉米精密播种机[7]、2BQ-6气吸式精播机[8]、2BCM-6免耕式播种机[9]等。九十年代以来，我国主要研制精密播种机，同时也得到大力的推广使用。对播种机的研制主要对穴播器的播种原理和排种器的排种原理进行了优化、创新。代表机型有射水成穴播种器[10]、舵轮式动定瓣成穴播种器[11]等。截止到现在，穴播机的研制仍然集中在排种器和穴播器原理及结构参数设计,以及二者的联合作业。1.3我国播种机的发展趋势现今播种机的发展趋势主要是联合作业、精密播种、利用新原理、节约资源、免耕穴播等。联合作业主要有播种-施肥联合作业机、播种-施水联合作业机、耕种-播种联合作业机、松土-施水-施肥-覆膜-穴播联合作业机等。近期有发展了铺膜播种联合作业机，精密播种主要通过控制播种量、行距、穴距来实现播种的精度，这些主要靠研制新型原理的排种器、穴播器来实现的，通过提高播种的精密度，与此同时也节省了作物种子，进而免除农作物出苗后农民田间的间苗作业，也保证了每颗农作物有充足的营养。1.4目前穴播器存在的问题截至到现今，我国投入生产应用的穴播机不能完全的保证高出苗率和苗壮。主要存在以下几点问题：（1）播种的株距和排种量无法保证随然现今的穴播器已经达到了精密穴播的程度，但是仍然存在很大的随机性，变量排种器的排种不一定就按照调节的分配种量，有可能速度或者地面的平整度颠簸等原因造成空穴、少种等问题，也有可能土壤的松软度不同，造成实际滚动半径的不同，株距也相应的改变。（2）穴播深度无法调节由于各种作物的播种时节不一致，土壤的松软和种子的播种深度也有一定的差别，这便需要我们能适时的调节入土成穴器的深度，使其达到播种农艺的要求[12]。（3）缺苗率高造成缺苗的原因主要是土壤水肥、整地的质量、透气性、松软度、空穴等。前几种主要是自然及人为的，但空穴确实由播种机械所导致的，开启机构设计缺陷、堵土、夹土等都是造成空穴的直接原因。（4）穴播机的工作效率低目前我国由于入土成穴器开启机构工作原理、排种器变量排种和土壤的松软、平整度的限制使穴播机的工作速度只能达到，而国外的穴播机的工作速度可达到我国的倍，我国谷物播种机的工作速度基本上保持在左右，另外穴播器的宽度也是影响穴播效率的主要因素，我国的穴播器宽度最大可达，而国外的则达到我国的倍，所以说穴播机的工作效率的开发潜力还是非常乐观的。“一器一行到一器多行”的转变是新一代播种机提高效率的发展方向。1.5课题主要研究内容在普遍了解现阶段国内外精密播种技术的前提下，本文结合先前研究的穴播器，研究设计一种变量排种器内置的、利用杠杆原理强制开启的舵轮式双位內投种穴播器。本文主要是对变量排种器和穴播器的结构及其参数进行设计和优化。主要研究内容包括：（1）变量排种器各个部件的结构及其参数的设计，并对其进行合理性的改进和创新保证了一次排种的精密度。（2）穴播器各部件的结构及其参数的设计，主要是针对入土成穴器的开启原理进行研究设计，保证穴播器二次穴播的精确性。1.6本章小结本文主要是在普遍了解现今国内外精密播种技术的基础上，联合先前各种各样穴播器的研究，本文主要是研究设计了一种新型的变量排种器内置的舵轮式双位內投种穴播器。本节主要对播种机的发展现状、趋势及还存在的问题进行了总结，概述了主要的研究内容。2舵轮式双位内投种穴播器的结构及其参数设计2.1设计目的作为内投种穴播器的核心部件穴播器和排种器。前者承担着在不破坏土壤的前提下见农作物种子完好的植入土壤中的任务，后者担负着将农作物种子定量的分配到各自的入土成穴器实现一次排种，接下来穴播器发挥功能实现种子的二次穴播已达到精密穴播的目的。现阶段为了迎合精密穴播这一重要的发展方向，国内外先后提出了多种穴播机的设计方案，国内也有很多制作出了穴播器样机，其中2003年研究设计了的舵轮式多功能种肥穴播器，本设计实现了在无需开沟的条件下，较好的完成穴播施肥穴播任务，但最终的实验表明仍然存在显而易见的问题：其一是鸭嘴式穴播器开启机构是利用穴播器内部的顶杆传递的，种子需要经过套筒和顶杆之间的间隙进入土壤，影响种子的运动到位，造成种子的堵塞，进而形成空穴，为了增大种子的运动空间，不惜加大入土成穴器的设计尺寸，又造成了阻力增大，空穴加大等不良后果。其二是入土成穴器的开启机构的设计主要是利用凸轮转动的径向力克服土壤的阻力和弹簧的弹力实现鸭嘴的开启，为了实现在达到最大入土深度时迅速的将鸭嘴打开实现穴播，这就要求凸轮的开角较大，造成凸轮的径向作用力少于切向作用力，从而需要较大的牵引力，增加了能耗，在土壤的反作用力较小和摩擦力较大时，不免会造成滑移率增大和自锁等现象；为了战胜这些问题，本文主要理论设计了一种利用杠杆原理强制开启入土成穴器的舵轮式双位内投种穴播器。开启机构主要由挡块和置于穴播器内部的动瓣端组成，利用杠杆原理，使其开启力较小，成穴空间也较大，同时种腔和变量排种器内置减少了种子到入土成穴器的距离，不仅减少了体积、重量，也大大简化了设计易于维修，使其更适合广大的农民群众。2.2舵轮式双位内投种穴播器的结构特征和工作原理穴播器的主要部件的结构及其参数的设计，主要取决于农作物种子的物理特性、播种环境及其播种的农艺要求，本文设计的穴播器主要是针对玉米，花生，大豆，棉花等大粒农作物种子。2.2.1穴播器整体的结构设计舵轮式双位内投种穴播器结构示意图如图2-1所示，各个入土成穴器均布于轮盘的周边，外形似舵轮状，故称舵轮式。上位变量排种器焊接于穴播器的动盘上，位于舵轮中心，种腔位于其上方，焊接于穴播器的定盘上，从而减小种腔到入土成穴器之间的距离，同时也省去了变量排种器的传动装置，简化了结构设计。穴播器的轮盘主要组成部件是动、定盘、入土成穴器。导种板的作用就是以最快的速度将上位变量排种器排出的农作物种子排入处于相对封闭状态的成穴器中。入土成穴器总成有定、动瓣组成，定瓣焊接于动盘，形成一体，动瓣和动盘通过螺栓铰接，动瓣的螺栓口内嵌于定瓣内部，在复位弹簧牵引力的作用下使动瓣和定瓣紧密接触，形成相对封闭的入土成穴器，入土成穴器中空，除了螺栓铰接定瓣和动瓣，内部无任何零件，种子有着足够的运动空间，种子可以顺利通过入土成穴器排入土壤中。挡块用螺栓装在定盘上，利用杠杆原理，在入土成穴器到达最深时，由于挡块升角作用挡开动瓣，并保持开度一段时间，以排出种子，以防夹土，定瓣和动瓣在出土后，由复位弹簧和挡块降角的作用，关闭入土成穴器。挡块通过螺栓固定于定盘上，方便配换部件。输种管与种腔相连部位按设计合理性设有漏种口，可将播种完成后存留在种腔中的农作物种子回收，避免浪费。图2-1穴播器结构示意图1动盘2种腔3复位弹簧4上位变量排种器5螺栓6导种板7入土成穴器8挡块9定瓣10动瓣11螺母12定位手柄13圆柱销14调节螺母15螺旋调节器16轮轴17定位板18螺钉19输种管20定盘21漏种口2.2.2舵轮式双位内投种穴播器的工作原理机组在工作前，由于重力的作用，农作物种子由种箱经输种管落入种腔，当穴播器在拖拉机牵引力的作用下，克服土壤对插入其中的入土成穴器的摩擦阻力和土壤对轮盘的反作用力，产生牵引力矩，使安装在机体上的舵轮式双位内投种穴播器的动盘在土壤上滚动前进，焊接于动盘上的变量排种器也随动盘的滚动而旋转，使充满农作物种子的槽穴旋转，略过种刷，在重力作用下，农作物种子经导种板落入相对封闭的入土成穴器，完成上位变量排种器的一次排种，入土成穴器的数目和槽穴的数目是相同数目的，并且是一一对应的，这边保证了一个槽穴对应一个入土成穴器，也保证了每个槽穴的种量，所以说，播种精度的主要影响因素之一是上位变量排种器。由于牵引力的作用，入土成穴器也同穴播机的前进而带动动盘滚动，由于重力的作用，使各入土成穴器能顺利插入土壤中去，在入土成穴器达到最大入土深度时，挡块和动瓣的顶端相互作用，在挡块对动瓣顶端切向力的作用下，使其绕铰链接螺栓转动，由于挡块升角作用使定、动瓣的开角迅速达到最大值，农作物种子在重力作用下落入土壤。在挡块作用下，保持定、动瓣的开角不变，直至入土成穴器完全出土，再在挡块降角和复位弹簧的联合作用下，使定、动瓣紧密接触完全闭合。土壤由重力作用回落穴孔，将农作物的种子埋入穴孔中，完成一次穴播任务。连续的动力，使上位变量排种器和下位穴播器重复上述穴播任务，即实现了连续的精密穴播。2．3上位排种系统传统的穴播机变量排种器和穴播器一般是分别安装于穴播机的不同部位，他们之间的联合是通过链轮传动的，这种设计机构比较复杂，成本相对较高。本设计是把上位变量排种器内置于下位穴播器的内部，形成一体机，将上位的外排种器变成内排种器，上位变量排种器的首次排种过程由排种器外置式的变为排种嵌入穴播器内部的，与下位入土成穴播器形成一个整体，二者都在穴播器的内部工作，这种设计不仅省略去了穴播器与变量排种器之间的链轮传动，也省略去了部分零部件，使结构更加简单，质量更加轻，体积更加小，大大降低了生产成本。上位排种系统的主要组成部件是上位变量排种器，焊接在动盘中央上，可以随穴播器动盘的转动而转动，种腔设计在其上方焊接于定盘上，不会随之滚动，这样就省去了排种器和穴播器之间的链轮传动参数设计，于此同时也缩短了种腔到入土成穴器之间的距离，从而是穴播精度提高。这种排种器内置的穴播器定、动盘之间的间隙和轮盘的直径主要参数设计取决于上位变量排种器和种腔的参数设计，而上位变量排种器和种腔的参数设计又取决于种子的大小和工艺要求。2.3.1变量排种器的结构参数设计根据农艺和穴播技术要求，排种系统和穴播系统是联合作业的不可分离，本文研究设计的变量排种器主要为入土成穴器提供一次排种，再由入土成穴器按播种农艺要求实现二次穴播，上位变量排种器是采用了可调外槽轮长度确定种量的外槽轮式的排种器，上位变量排种器焊接于穴播器的动盘随之转动，有穴播器提供动力，设计的传动比，保证各个槽穴与入土成穴器一一对应，因此下位入土成穴器的二次排种量精密度主要取决于上位变量排种系统的一次排种精密度，排种量可通过可调节的外槽轮排种器排种槽穴的长度来控制，要想的到较高的出苗率，就必须适量的调整槽穴的长度，使其能容纳粒农作物种子，即，这里取。上位变量排种器的工作能力主要影响因素如下：槽轮直径、工作转速和工作长度,如图2-2所示：图2-2外槽轮排种器参数示意图式中内孔直径，根据轮轴的直径，这里取；槽穴最底部到轴承孔之间的距离，单位：，一般取；槽穴断面圆弧半径，单位：，根据种子的尺寸，这里取考虑到槽穴的容积问题，使之必须容纳一粒种子，这里取。2.3.2种腔的结构及其参数设计种腔封闭的一面靠近动盘，另一面焊接于定盘，形成相对封闭的种腔，另外种腔定盘一面设有落种口，来保证种腔内部种子的充足，以免因缺种造成空穴，定盘上的落种口直径应少于弧状种腔的半径差值（mm），则种腔外径本设计取。2.3.3输种管的结构及其参数设计影响输种管工作性能的主要因素有落种口外输种管与定盘间的夹角和输种管直径及输种管的高度，这些参数影响种腔种量的充足，从而影响了穴播机播种的精密度。根据玉米、棉花、花生、大豆等播种量和物理机械特性，这里取输种管的直径。输种管设计的基本原则如下：（1）根据农作物种子的物理特性，保证输种管内足够的断面积，管内壁光滑，保证了种子能自由流动，进而保证种腔种子的充足；（2）要有一定的弯曲度、弹性和伸缩性，能够满足穴播器的升降调节、摆动；（3）用最低的生产成本制造符合工艺要求的输种管。基于以上原则，本文设计采用的输种管材料为硬橡胶管。2.3.4导种板的结构及其参数设计考虑到导种板在输送种子过程中的所受的压力可以忽略不计，所以这里用薄的不锈铁板制作，如图2-1所示，导种板的顶端，与种刷应保持一个槽穴的距离，与排种器外边缘的间隙应该保持，其长度应该取在不干涉动瓣顶端移动的条件下的最大值。导种板应焊接于定盘上，焊接的位置应该在上位变量排种器排除种子的同时导种板下端也正好略过相应的入土成穴器顶端，以保证种子顺利准确地落入对应的入土成穴器中，完成播种任务。导种板的任务就是在最短的时间内将排种器排除的种子分配到各自的入土成穴器，以免种子分散，造成空穴、种子密集等不良影响，影响播种的质量。如果穴播器滚动转过一个成穴器的时间为式中入土成穴器的数量；种子在导种板上的加速度为，则有式中导种板与农作物种子的动摩擦因数；根据实际情况为了使农作物种子能顺利完成播种任务，应有根据导种板设计的位置，可计算出导种板的长度将已知数据代入上式，得出的范围。本文设计令其取。2.4下位穴播器的主要部件结构及其参数设计影响穴播器机构及其参数设计主要取决于农作物种子的物理特性和农艺要求，此种穴播器主要是为大粒种子播种而设计的。2.4.1轮盘的结构及其参数设计（1）轮盘半径的设计轮盘半径是影响播种深度、株距、入土成穴器数目、及穴孔大小等的主要因素。一般情况下，当入土成穴器数目确定时，株距跟轮盘的半径成正比，同样，当株距L一定的情况下，入土成穴器的数目正比于轮盘的半径，轮盘的前进时动力来源是动盘的滚动，动盘的直径越大穴播器工作的速度就越快，但穴播器动盘直径无限度的增大，同时也增加了穴播器整体的重量，增加了生产成本。经分析各个影响因素，动盘的半径取值范围为，根据种子的大小选择不同的半径值，播种小粒种子，选用较小轮盘半径的穴播器，播种大粒种子，选用较大轮盘半径的穴播器。由于土壤的松软程度不同，动盘实际滚动的半径，与轮盘的半径有一定的差距，根据相关资料的分析，可有以下公司得出式中土壤松软度决定的一个常数；入土成穴器总成在轮盘外的高度，单位：。当土壤松软时，取，当土壤硬时，取[13]，对土壤进行了解分析，取，由公式得入土成穴器的数目式中考虑到土壤表面的农作物秸秆、根茬、杂草，硬物等障碍物，通过分析可知播种深度，由公式可得（2-5）（2-6）根据（2-6）初定动盘的半径（根据经验取），然后代入公式（2-5）计算值，为了便于加工，通常值为偶数，值确定后，然后再将值带入公式（2-6）确定，入土成穴器的数目。（2）轮盘的厚度的参数设计轮盘厚度的主要影响因素：种腔的尺寸；排种器的尺寸；农作物种子颗粒的尺寸。经分析的轮盘的厚度式中动盘端面厚度，单位：；定盘端盖厚度，单位：；定瓣内腔直径，单位：；、分别是入土成穴器动瓣与动盘和定盘的安装间隙，单位：。经理论分析计算，上式的各项取值如下：；；；、取的取值范围。2.4.2定、动瓣的参数设计定瓣的内径主要由农作物种子的尺寸确定，一般取，为农作物种子的最大尺寸值，考虑到具体设计，定瓣外径和轮盘的壁厚相差余量，有，已知动盘壁厚，定盘壁厚，可得入土成穴器的定瓣的内径，经进一步分析计算取。动瓣外径与定瓣内径之间的装配需要一定的间隙，经理论分析计算，取，动瓣内径由公式入土成穴器在轮盘外的高度主要取决于两种因素：（1）农作物种子播入土壤的深度，这里取；（2）土壤的松软程度。式中入土成穴器倾角；把2-8式带入下式，所以动瓣的高度为2.4.3挡块的结构参数设计根据穴播器的工作特性，要求入土成穴器的在进入土壤前，在复位弹簧的作用下为闭合状态，当其达到最大入土播种深度时，由于挡块升角的作用使入土成穴器迅速开启，将种子播入土壤中。为了防止堵土、夹土，设计了挡块保持角，使入土成穴器处于打开状态，直至入土成穴器完全出土，出土后由挡块降角与复位弹簧的联合作用，使处于开启状态的入土成穴器闭合。为了保证种子的播种深度，挡块升角应为为了保证入土成穴器，在达到最大深度，开启不堵土。完全出土，关闭不夹土，经分析得出挡块的保持角经（2-10）理论分析计算得出2.5入土成穴器各项参数的理论分析2.5.1入土成穴器参数运动方程及穴孔形状分析以轮盘的中心为原点，建立直角坐标系，X轴为机体前进的方向，Y轴为垂直于地面向上，如图2-3所示。图2-3入土成穴器运动分析示意图。式中动瓣与定瓣通过螺栓铰连接，当受力时以螺栓轴为轴打开。当入土成穴器的开启角度，定、动瓣的参数方程截然不同，动瓣多做了一个旋转运动，因此轨迹也相应改变，为2.5.2入土成穴器顺利完成穴播的条件农作物种子在离开导种板到落入入土成穴器下端耗时为，如图2-5所示。图2-5投种条件分析示意图导种板略过一个入土成穴器所用的极限运动时间即N点运动到J点所用的时间为（2-17）由（2-18）式可知得出，在其他参数一定的条件下，越大，农作物种子越容易落入土壤中；同样，穴播器转速越高，农作物种子落入土壤中的难度系数增高，当转速值大于N时，农作物种子飞溅出成穴器的可能比较大。由图2-5知，穴播器由N点到完全滚出土壤分界面K的最长时间为设定由J点转到到K点所用的实际时间是。经理论分析有公式只有当上式成立，才能顺利完成穴播任务。否则可能造成农作物种子外溅，形成空穴。2.5.3入土成穴器组成及其自由度的分析入土成穴器系统基本组成部件有挡块、复位弹簧和定、动瓣。轮盘和挡块之间在轮盘轴中心处形成转动副，动瓣绕螺栓轴心转动构成低副，动瓣顶端和挡块构成高副，所以此开启机构的自由度[14]为自由度为1，所以机构满足设计要求。2.6复位弹簧及其螺栓的选用复位弹簧的主要作用是联合入土成穴器帮助入土成穴器的动瓣和定瓣闭合，并在未打开前保持闭合状态，考虑到复位弹簧此处弹力要求不是很高，但需要高频的循环工作，经分析这里选用优质碳素钢（60钢）拉簧，选用此种弹簧的优点有价格便宜，原材料资源充足，易加工制造。各项参数经查阅资料的弹簧钢丝的直径、弹簧总圈数圈、弹簧外经。铰接动、定瓣的螺栓选用型号，参数为，由于螺栓主要受定瓣和动瓣给予的剪切力的作用，并且对螺栓的摩擦也较厉害，所以这里应对螺栓进行淬火处理，来提高提高表面硬度，增加耐磨性使其具有较长的使用寿命，减少了损耗，降低了成本，减少了配换的麻烦。2.7穴播器在三行覆膜穴播机上的应用穴播、覆膜、覆土等联合作业能力是考察一种穴播器作业性能的重要指标[15]。舵轮式双位内投种穴播器的穴播器可以安装于三行覆膜穴播机的机架上，此穴播器同时也可以完成成穴播种与覆膜、覆土联合作业。这里设计牵引力为9.0KN的拖拉机作为动力来源。穴播部件为：穴播器、种箱、机架、覆土滚筒总成、覆土铲、驱动地轮、压膜轮、地膜轴、整平器总成。结构图如图2-6所示。图2-6三行覆膜穴播机总成简图1穴播器2种箱3机架4覆土滚筒总成5覆土铲6驱动地轮7压膜轮8地膜轴9整平器总成2.8本章小节本章对舵轮式双位内投种穴播器各个部件的结构及其参数进行了计算分析和设计。（1）本章分析了该论文的设计目的。（2）初步介绍了舵轮式双位内投种穴播器总成的基本结构的设计及其工作原理。（3）对上位变量排种器和下位穴播器进行了详细的结构分析及其各部件的参数设计，得出的数据如表2-1所示，并对其合理性进行计算和说明，为以后穴播器的研究试制提供了理论依据。表2-1舵轮式双位內投种穴播器各部件的参数槽轮直径轮轴直径种腔外径槽穴圆弧半径输种管直径40mm20mm100mm7.5mm40mm导种板倾角穴距轮盘的半径入土成穴器的数20度180mm200mm8个挡块的基圆半径升角、降角保持角入土成穴器在轮盘外的长度140mm15度30度70mm轮盘的厚度轮盘的厚度定盘的内径入土成成穴器的倾角32mm3mm24mm35度动瓣的内径安装间隙弹簧钢丝的直径动瓣在轮盘内的长度17.5mm0.2-0.5mm1mm65mm弹簧总圈数弹簧外径定、动盘壁厚槽穴底部到轴承口的距离8圈8mm3mm2-3mm（4）利用数学方法-参数方程对入土成穴器穴孔形状进行了拟合得到适合播种的空穴、也对入土成穴器顺利完成播种进行了分析计算。3结论及建议3.1主要结论本文主要研究设计一种变量排种器内置的，采用杠杆原理开启入土成穴器的舵轮式双位内投种穴播器。变量排种器保证了农作物种子的播种量，控制了种苗的密度；排种器的内置不仅简化了设计成本，也缩短了从种腔到成穴器低端的距离，缩短了农作物种子的运动时间，使穴播更加精确，避免了空穴；舵轮式的穴播器，保证了株距，使其分布均匀；上位变量排种、下位穴播，双位保证了播种的精密度，迎合了新一代穴播器的设计理念；不开沟入土穴播，保证土壤结构不受破坏，减少水肥流失。开启机构采用挡块的切向力拨动动瓣，利用杠杆原理，将由定瓣、动瓣组成的入土成穴器，按照所需要的角度强制开启，通过挡块的升程阶段、保持阶段、回程阶段的巧妙设计，解决了不堵土，不夹土，不自锁等一系列问题。3