2BM-11免耕播种机的设计

-.z.摘要2BM-11型免耕播种机是机械生产工具里的一种新型机型，能够适应我国现有的耕地状况，对于不同种子的耕种效率和播种的精度取得良好的播种效果。针对这款机型的排种装置，对其原理进行了了解，以及对它的结构和在软件上的三维模型进行了仿真和有限元分析。得到结论：（1）排种器的播种精度与排种器的气吸孔的数量有关系；（2）排种器的播种速度与排种器的气孔处的速度有直接联系；（3）排种器的性能影响投种率，还有时间和效率。关键词：排种器；SolidWorks；有限元分析-.z.Abstract2BM-11-typeSuto-tlgeplanterisamechanicalmeansofproductioninanewtypeofmodel,abletoadaptoure*istingarablelandstatus,andachievedgoodresultssowing.Meteringdeviceforthismodel,itsprincipleofunderstanding,anditsstructureandthree-dimensionalmodelsinthesoftwaresimulationandfiniteelementanalysis.Conclusions:（1）Howmanyarerelatedprecisionseedsowingtheseedandtheairsuctionhole;（2）Thespeedofthee*haustventSeedandseedsowingrateisdirectlylinked;（3）SeedmeterperformanceimpactDroppingrates,aswellastimeandefficiency.Keywords:Meteringdevice;SolidWorks;Finiteelementanalysis-.z.目录第1章绪论31.1免耕播种机研究的背景31.2国外的研究现状31.2.1国外2BM-11免耕播种机研究现状3国2BM-11免耕播种机研究现状31.3存在的问题31.4发展趋势31.5研究的意义及容31.5.1研究的意义3研究的容3第2章2BM-11型免耕播种机排种的工作原理及加工工艺32.12BM-11型免耕播种机主要参数32.2排种装置的工作原理32.2.1排种装置的结构32.2.2排种装置的工作原理32.3加工工艺3第3章2BM-11型免耕播种机排种装置的结构分析33.12BM-11型免耕播种机排种装置的三维模型建立33.1.1软件介绍3对其核心件进行建模33.2对气吸式排种机的有限元分析33.3软件仿真3第4章结论与建议34.1结论34.2建议3致3参考文献3-.z.-.z.第1章绪论1.1免耕播种机研究的背景我们生活方式不断的改变，耕地方式也在不断的提高。在解放前，耕地都是手工耕地，由于手工耕地的工作量大和不好把握，总是出现缺种、少种，耕地的效率普遍低下。所以使得我国现阶段一直不能形成规模。同时，我国耕地位置不佳，纬度经度偏低，干旱的耕地面积约占六分之一，其中，能够灌溉的占一成，不能灌溉的占九成[1]。没有适合的天气环境和不科学的耕地，使得我国土壤沙化严重，土壤有机物一年比一年低，耕地的投入资金越来越多,土地沙化，土壤侵蚀，存在的这些矛盾使我国急需一种技术来改变现有的问题状况。我国对于这种现象，支持免耕播种机及其排种器的不断挖掘，让免耕播种技术被农民所了解。气吸式免耕播种机最主要的部分是排种器。这种免耕播种机能够很好的解决我国现存在的不能耕地所面临的问题及复杂的社会环境引起的天气问题产生的耕地问题[2]。我国免耕播种机及其排种器的技术不够先进。但是为了提高耕作的技能，我国从国外大量引进先进技术，在我国免耕技术呈现多元化。1.2国外的研究现状1.2.1国外2BM-11免耕播种机研究现状气吸式免耕播种机在国外技术很成熟,替代手工播种的免耕播种机排种器是出现在1960年，最早被提出来是在中国那时的敌对国家美国。它的提出是为了应对耕地所面临的一系列不合理耕种所造成的问题。与此同时，与免耕播种机相配套的农业机器也诞生了，并在农民的生产中使用和不断的提高[3]。1950年以后，美国对于农机的替换更新很快，已经从机械式发展到了气力式，日本的三菱和久保田，欧美推出例如图1.1、SpeedlingSystem、BlackmoreSystem[4]是最突出的代表。在农业科学家不断的提高改善中，气力式免耕播种机作为未来半精量免耕播种机的代表。图1.1Gaspardo免耕播种机免耕播种机不断的发展和提高以气压式排种器为排种部件的Cyclo-500[5]型精量播种，例如图1.2[6]、法国的NodetPneumasem型播种机等。1960年，国外等机械化比较发达国家也先后采用了气力式免耕播种机的技术。图1.2罗马尼亚的SPC-6M的气吹式播种机1976年，图1.3[7]的诞生，虽然解决了一定的问题，但是，它的排种重种情况比较严重，可靠性和安全性不能够保障。随后，法国对于这种单粒小型播种机做了改善，它利用不同类型的吸嘴，同金属盘腔真空负连接，可以播种葵花、小麦和大麦等。奥地利所具有自主知识产权的自走式气吸式精密小麦播种装置。这种排种器最大的亮点就是有两组台吸缝盘和驱动格伦而构成的不同形状的组合细孔。由于它是一体化的装置，投种偏低，让人安慰的是它可以在播种时保持粒距之间的均匀性。国外免耕播种机技术和排种器的发展，到现在已经形成了一定的生产规模。图1.3GS-23气吸式小麦播种机目前市面上的排种器种类繁多，更新产品速度快，为了符合当下农业播种的要求，最被看好的机型有约翰迪尔型、澳大利亚的KMC型、美国的USDA型等。保护性耕地播种技术被全世界各个国家应用，集中体现在南美洲、北美洲和澳洲。目前以气力式为主的中耕作物的播种机的排种器集中分布在国外农业机械化程度比较高的国家。例如美利坚、澳大利亚、加拿大、阿根廷、巴西这种农业机械化发达的国家，气力式播种机及其排种器被人们拍手叫好。综上所述，免耕播种机的不断创新和发展，能够解决当下大多数农耕作物的播种的最低要求[8]。国2BM-11免耕播种机研究现状从1970起开始我们国家对免耕播种机排种器开始各种试验研究，引进国外技术和设备是主流。从国外引进的技术大多速数是机械式精密排种器，摆杆式排种器、倾斜圆盘勺式排种器、纹盘式排种器、窝眼轮式排种器等是我国北方农业应用最多的机型。1980年以后，国家实施额改革开放政策，对农业高度重视，学习国外的的气吸式免耕播种机成了首要的任务。气吸式的免耕播种机排种器例如图1.4[9]。这种播种器的结构相对紧凑，在作业4~8km/h时吸种能力强，播种玉米、高粱和大豆等作物。采用气力式排种器为核心，并且得到了推广。气吸式免耕播种机工作原理合理，作业时稳定，同时也小四轮机器配套使用，已经在我国申请了国家专利。图1.4垂直双圆盘式2BQ-6型气吸式播种机对于通过链传动和平行四杆机构相互作用的小型气吸式小麦播种机，播种单粒精度高，相对的生产成本高整机的质量很大。中国农机院研制出满足于高速作业，粒距保持率好，结构简单、操作方便、制造容易的图1.5。新世纪的开始，国家政策的改变，吸收国外的高科技，完善自己的科技水平。我国的免耕播种机发生了令人惊讶的的成就。2002年，廖庆喜对提出了对图1.5的改进方案，研究中提出，由于该排种器的种子想要很好的播种，需要走很繁琐的步骤，导致了播种距离的均匀性很差。不过，令人称赞的是它的壤种性好，结构简单，性能稳定。图1.5气力式播种机

2003年，一篇关于中盘振动对气吸振动式精量播种装置工作性能的影响的报告提出，得出相关数据和结论。利用排种盘的快速振动，得出种子的运动状态与吸种效果与排种排的结构与工作参数有关，得出的正交试验极差和方差分析数据对我国研究起到了定位作用。紧随其后，周晓峰提出气吸式播种盘对播种的强度随排种盘吸口的气流及室的气压真空度的大小变化而变化，在理想的真空度条件下，吸种直径与排种器高度也有关系。北纬30度的耕地类型复杂，小面积耕地普遍，只有居住人口少的西北地区耕地面积比较宽广。小规模耕地作业的机器是我国免耕播种机最主要的，缺乏技术指导的大型免耕播种机则相对的稀少。高科技的日新月异，国民的文化程度的提高以及国家的大力扶持，我国的免耕技比别的发展中国家拥有很高的差距。地方性的耕地差异导致播种机性能层次不齐，存在了系统调理的隐患。1.3存在的问题耕地面积的大小以及粮食的收获，关系这人类的生存，高科技的发展，带动着农业的发展是历史进步的必然。免耕播种机的发展在国外存在了不同的问题。国的问题：气力式排种器的生产本高生产效率低，与配套的农业机具不配套，导致播种时的大量浪费，收成就减少。国外的问题：不考虑播种机的播种精度和作业的效率以及种子的不规则形状，生产的机器不能与我国的农机具配套。1.4发展趋势（1）茬地的高效率播种。它的工作效率高，节约时间。（2）不出问题的排种器。（3）性能稳定高效的精量排种器。节省播种是的成本，以及播种时有效的定苗。（4）具有新型概念的免耕播种机达到开发及应用。（5）未来走进农业小家庭的单量精准排种器的使用。1.5研究的意义及容1.5.1研究的意义天灾频繁，人类的不记后果的使用资源的浪费，缺乏保护地球资源的意识，导致免耕播种机排种器是保护性耕作必须能够实施、应用和推广。想得到粮食，最主要的就是播种，经过三个月的成长，成长成熟。高精度的播种，高效率的免耕播种机作业，减少了农民的工作负担，同时也保证了播种的最佳时期，相反的，不科学的耕种和不合理的播种机导致作业时的额外付出，就不能达到减轻农民负担的目标了。研究排种器部气流场的走向与振动频率对排种质量的影响规律，加大对气吸式排种器的流场分析和能力的研究，来为今后试验和气吸式排种器的设计提供便捷[10]。可以分为几类：（1）排种器就是把种子能够排到种沟里。最基本的要求就是能够不重播，减少额外的工作，在各行的排种能够达到预想的结果，能够调节播种的行距和种距，不伤种子或者减少种子的伤害，延长机器的寿命和工作可靠，免耕播种机能够有效的解决这个问题。（2）排种器是免耕播种机的最主要的部件，是免耕播种机在农业生产中是否科学播种的关键。免耕播种机的性能优劣主要看排种器的性能好坏。一个排种器造价的高低以及它排种的优良都体现了在排种时的工作稳定。一个性能良好的排种部件，工作时稳定不出问题对于种子的保护起到至关重要的作用。保证投种的精确度，提高播种的成本节约时间是未来免耕播种机在市场定位的最主要的标准。（3）社会意识形态的改变以及提高必须用排种器为核心的免耕播种机，保护性耕作技术具有较高的。将农机与农艺相结合是一种新型的保护性耕作技术，减少农民在秋后对田间的劳动量，利用留下的秸秆作为肥料，是我国急需的一种播种技术。研究的容（1）分析气吸式免耕播种器装置的结构和原理；（2）运用SolidWorks软件对气吸式免耕播种机的播种装置进行运动仿真；（3）运用SolidWorks软件对气吸式免耕播种机的播种器装置进行有限元分析。-.z.第2章2BM-11型免耕播种机排种的工作原理及加工工艺2.12BM-11型免耕播种机主要参数2BM-11型气吸式免耕播种机为牵引式挂接，参数如表2.1[11]所示：表2.12BM-11型气吸式免耕播种机的主要参数整机的主要参数详细数据附注配套动力44～48kW

800型拖拉机播量调节无级调速器播深调节液压式播种深度20～70mm

作业幅宽2.2

m

播种行数11行播种行距15～21cm可调播种深度合格率75.5%

生产率0.8～1.33m2/h

外形尺寸（长×宽×高）2800×3200×1500mm

开沟器形式双圆盘式和铧铲式两种作业速度3～5km/h

通过率90%

整机质量1800kg2BM-11型气吸式免耕播种机最主要的就是利用开沟器的开沟能力，加强对有茬土壤的破土能力，提高播种机在播种时的工作效率。该机的液压系统最主要的就是实现施肥和开沟的量。将种子和肥料分开的部位是施肥开沟器，该播种机的镇压轮和开沟器通过液压系统来调节，与一套气吸式排种装置可排玉米、葵花、大豆等中耕作物；该机可一次性完成农田免耕播种与草原牧草补播作业全过程是因为集破茬、开沟、施肥、气吸式播种、覆土镇压于一体。如图2.1所示[12]：1.排种装置2.开沟装置3.镇压装置图2.12BM-11型气吸式免耕播种机总机图2.2排种装置的工作原理2.2.1排种装置的结构气吸式排种装置结构包括：（1）真空室：运送种子动力部位；（2）进气接管：利用气流送种子；（3）排种器壳体：连接零件；（4）种箱座：支撑种箱；（5）储种器：储蓄种子；（6）限位板：限制拨盘的位置；（7）吸盘：吸附种子；（8）排种链轮：作为动力。1、真空室2、进气接管3、排种器壳体4、种箱座5、储种室6、限位板7、吸盘8、排种链轮图2.2气吸式排种装置结构2.2.2排种装置的工作原理当种子由种箱进入到储种室时，吸盘会在机器发动的时候，通过真空室的气压差，将种子通过软管利用风机的带动，进入到刮种器中，在刮种器不断的旋转中，将种子刮到储种室中，在刮种器中只留下一到两颗的种子，然后随着刮种盘的转动，在没有气压的时候，利用种子的自动或者惯性将种子掉到种沟，然后再重复刚开始的步骤，这就是播种就排种的工作原理[13]。（1）气吸式播种器的真空度：真空压力越大，排种的效果越好；（2）气吸式播种器的吸孔直径：吸孔径的大小决定排什么样的种子；（3）气吸式播种器的刮种器：刮去多余的种子，提高种子的播种精度。2.3加工工艺对播种盘进行加工设计，测量需要用到游标卡尺，对其加工必须使用车床，钻床等机器，加工过程中要仔细认真量好每一个尺寸，使用车床时注意安全。序号加工容基准工序床的类型1车左端面右端面车平车床2粗车外圆右端面粗车外径至直径8mm留余量0.2mm，长10mm车床3精车外圆右端面精车外圆直径8mm，长10.5mm车床4钻孔直径6mm右端面中心孔深10mm车床5扩孔右端面扩孔至直径8mm车床6检验表2.2播种盘的加工工艺-.z.第3章2BM-11型免耕播种机排种装置的结构分析3.12BM-11型免耕播种机排种装置的三维模型建立3.1.1软件介绍从1960年代以来，手工产业被计算机所替代，从而产生了计算机代替所有的现象，比如波音公司飞机对零部件的设计和机器装配，利用计算机的高科技，减少了工作的负担同时也减少了纸的浪费，减少不必要的工作。为什么CAD技术能够被我们所喜欢？是因为它提高了设计师们的工作效率。因此，CAD不断的开发，面临的问题参差不群，相对应的要求也是越来越高，不管是用户界面的简洁还是设计师在设计时与界面的互动性、操作的便捷性以及图形之外的物理属性的体现和管理。SolidWorks是总结了CAD/CAE/CAM/PDM一款体现现代化的Windows操作平台上的三维设计软件，在三维设计软件中水平是在前列。所带来的巨大经济效益利润的SolidWorks软件不能够被我们所忽视，作为一家专业的设计公司，SolidWorks的外在形象特别的重要。不可估量地提高了国机械设计的水平而它令人惊叹的性能、易操作性和创新性。SolidWorks能够智能的列出你所需要的设计方案来供你选择，从而设计师们可以用很少的时间来完成以前很久才能完成的目标，并且，最后的效果会更好。MicrosoftWindows图形用户界面被SolidWorks应用到设计里，是一套大家所熟知的特征参数化的机械设计自动化软件。SolidWorks软件能够使设计师通过尺寸、特征以及约束功能快速的按照设计师的意图来完成基本的草图和三维图形，然后通过相关的命令创建出设计模型，也可以反映出设计模型的工程图纸，根据各个零件之间的联系，完成所需要的装配体[14]。史无前例的CAD三维模型在windows上的诞生，代表着SolidWorks软件是世界应用最广泛的三维设计软件之一,具有功能强大，易于学习应用和技术创新的三大特征。SolidWorks能够在一个设计中提供给设计者不同的方案，方案中的高标准以及高精度减少了设计师的工作强度，提高了设计的产品质量。SolidWorks之所以在现有的市场中这么受欢迎，最主要的原因就是它创建的初衷就是另设计师都可以使用并且精通。正是因为这样的思路，SolidWorks在世界中拥有了不可动摇的地位。SolidWorks软件的特点如表3.1所示：表3.1Solidworks软件的特点部分软件功能详解用户界面简洁没有繁琐的指令步骤，设计师可以在设计树中调开需要的零件进行修改特征来控制装配图和零件。Pro和con属性管理器的结合，有效的提高了设计人员对零件特征属性的修改和建立装配提高了工作效率。装配的智能化装配的智能化对于所想调入零件的无阻碍性，可以利用软件的零件之间的配合作为参考关系，当在装配体中时，可以对*个零件单独打开进行设计，然后对装配体重建模，有效的加快了总装配体的进行。可以实现运动模拟可以对在固定原件或者装配体对其定义约束进行动态的间隙检测和干涉检查。具有最快速的有限元分析SolidWorks软件能够安装SolidWorks、Simulation插件，可以对需要的零件或者装配体进行静应力分析、流体温度分析、频率、跌落测试以及优化和疲劳分析的有限元分析。数据交换方便SolidWorks软件具有特别强大的兼容性，它与MDT、UG、PRO等软件都能够进行数据的交换，不存在数据的丢失以及文件的损坏，保证了设计师设计的产品的安全性。同时，通过利用D*F/DWG可以完美的将其他软件的工程图文件转化为SolidWorks的二维图纸。SolidWorks的优点：零件设计比以前所谓的顶级软件更加方便快捷。SolidWorks设计的零件以及装配体很好的呈现在我们的视野里，便捷的立体实体以及零件的修改都是则的便捷。零件装配直观、简便：对于大型装配体的组装是则的得心应手，而且如果想要修改小装配体之间的关系，可以在设计树中找到。如果我们在观察零件是可以隐藏外部的零件而观察想观察的部零件。设计周期短：因为SolidWorks的设计宗旨以及高效的设计速度，在设计相同的产品比别的软件都要快，而且设计的精度也高。产品技术性强：但是对技术人员的知识要求的强度不高，可以在下生产线之前进行有限元分析或者建立运动仿真等优化设计来保证产品的合格率和生产成本。SolidWorks软件提供了的便捷功能例如快速建立草图、钣金设计、配置价值、装配模式、自定义资源、模具设立、阵列排行、多焊件功能、实体建模、曲面程图、面造型、材质纹理、尺寸制定、数据转换等指令模块，能够使设计师方便快捷的建立起三维数学模型来.为了更加形象逼真的呈现排种器的外形以及他的功能，我们就用SolidWorks来设计一款排种器，建立它的三维模型建立以及主要部分的有限元分析和运动仿真[15]。对其核心件进行建模（1）播种器外体：主要用于连接，将排种器的各个零件连接在一起,如图3.1所示。图3.1播种器外体（2）刮种器：由于吸盘可能会吸住种子就需要利用刮种器将吸的种子刮掉，且不能损伤种子是为了实现单粒播种，如图3.2所示。图3.2刮种器（3）搅拌装置：在工作中，如果种子一直处于相对静止的状态，则由于种子间的相互作用力，很难均匀的被吸盘吸住，就技有可能造成空穴、漏播。利用搅拌装置使种子不连在一起有利于吸盘的工作，如图3.3所示。图3.3搅拌装置（4）吸种盘：种子所依附的机构，其中一面与种子室接触而另一面为真空室，上面的吸孔孔径的直径大小，以及吸孔间的距离决定了播种的均匀性，如图3.4所示。图3.4吸种盘（5）气吸室：主要有圆形和马蹄形两种，气吸室要求各个地方的真空度平衡，并且尽量减少室的涡流做无用功。真空室真空压强差的大小与吸孔直径、种子形状以及排种盘的线速度存在着精密的联系，直接影响的种子播种效率，如图3.5所示。图3.5气吸室（6）排种器的总体模型，如图3.6所示。图3.6排种器的总体模型3.2对气吸式排种机的有限元分析真空室是气吸式播种器的主要部位，气压差大吸附力大对拨盘的磨损就大，所以为了获得准确的结果，结合静应力学为理论支持，给予初始力100N，运用SolidWorks三维软件绘出算例分析的三维模型对拨盘研究得出以下数据[16]。图3.7对拨盘的应变分析表3.2应变分析数据名称类型最小最大应变ESTRN:对等应变1.75348e-013单元:63381.91118e-010单元:503图3.8对拨盘的应力分析表3.3应力分析数据名称类型最小最大应力VON:vonMises应力0.0203041N/m^2节:1718253.7825N/m^2节:1369图3.9对拨盘的位移分析表3.4位移分析数据名称类型最小最大位移URES:合位移0mm节:3779.04174e-010mm节:1460由图得出结论可知，对拨盘的损伤最小应力为0.02N/m^2,最大应力为53.78N/m^2。3.3软件仿真要想得出更加精准的数据，我们需要将软件设计出的三维模型利用ANSYSworkbench中的流体动力学知识来观察排种盘的吸孔对于外界因素有什么紧密的联系[18]。种子在真空室中最主要的就是利用空气的真空差来实现种子的分离及运动。真空室的部结构就是，均匀分布着64个吸孔使负压扩展到配气孔和吸种孔，形成气流的流动，从而吸附种子。建立流体分析模型如所示，划分网格如图3.10、图3.11、图3.12所示。图3.10流体分析模型图3.11流体分析模型网格划分图3.12残差曲线图3.13分布孔径为110真空室气流的速度场图3.14分布孔径为130真空室气流的速度场图3.15分布孔径为150真空室气流的速度场我们可以清晰的得出简单的结论，在图3.13、图3.14、图3.15中，当排种器口的吸孔处的速度为10.065m/s、12.745m/s、16.206m/s变化时，图3.14显示的速度数据就是最大的，然而图3.13显示的速度数据就是最小的。所以，经过以上的仿真软件分析得出，当在排种器孔口为150mm是的气流最大，而在排种器孔口为110mm的气流是最小的。-.z.第4章结论与建议4.1结论通过对排种器的运动仿真和模型建立，得出如下结论：（1）排种器的播种精度越高则排种器的吸孔就越多；（2）排种器的播种速度越小，则排种的种间距越小；（3）排种器性能的良好直接关系到排种的成功率的高低以及工作的效率。4.2建议对于排种器的研究和了解，还有许多的不足，提出如下的建议：（1）本文对排种器的设计都是在软件上完成的，对播种盘的性能通过运动仿真实现，建议通过具体的试验得出相对的性能。（2）建议对免耕播种机的其他部位进行优化和提升，最好进行田间试验。-.z.致论文的选题及撰写是在黄菊兰与黄鹏飞老师的严格要求和精心指导下完成的。每一个细节都凝聚着老师的心血。老师总是循循善诱、悉心指导，使我得以顺利完成学业和论文。老师严谨的治学之风、孜孜不倦的工作精神、实事的科研作风，令我由衷敬佩。老师随和坦诚、率直热情、宽宏乐观的为人方式，让我受益终身。两年来老师为我提供了学习生活条件并给予了莫大的关怀与教导，使我在学习的道路上得以提高和进步，增强了我严谨的工作态度和社会实践能力。在论文完成之际，在此谨向导师致以崇高的敬意和衷心的感！同时，感王烨、雷倩等同学在试验过程中给予的无私帮助！最后，向我的家人及其他所有关心、支持和帮助我的老师、同学及朋友表示