小粒种子精量排种器的设计及研究

本科毕业论文题目小粒种子精量排种器的设计及研究学院工学院专业机械设计制造及其自动化毕业届别2023届姓名指导教师职称目录摘要3关键词3Abstract3Keywords31绪论41.1研究的目的和意义41.2精量播种技术在在国内外的开展概况51.2.1国内精量播种技术的开展概况51.2.2国外精量播种技术的开展概况61.3主要研究任务62油菜种植制度及其油菜的物理性质及其参数72.1油菜种植制度72.2油菜的物理性质及其参数73油菜精量播种的总体设计73.1总体方案设计73.1.1设计原那么73.1.2根本结构73.1.3技术路线83.1.4工作原理83.1.5特色和创新之处83.2技术规格参数83.2.1精量播种装置的技术参数及其性能指标84传动系统设计94.1传动路线设计94.2地轮的设计94.3链传动设计114.3.1中间连轮轴与排种轴之间的链传动114.3.2链轮的主要形状及其尺寸124.3.3滚子链轮轴向齿廓尺寸135排种装置的设计165.1排种轴的设计及其轴上零件的选用165.2排种器设计165.2.1确定型孔数目Z17种箱容积的计算185.2.3种箱尺寸确实定186结论与缺乏之处186.1缺乏之处19参考文献20致谢21小粒种子精量排种器的设计及研究李永功〔甘肃农业大学工学院机械设计制造及其自动化专业，甘肃兰州，730070〕摘要：小粒种子经济作物在我国农业生产中占很大比例，但其生产本钱高、质量标准低而影响了国际市场竞争力的提高。本文在全面了解了我国目前对小粒种子精量播种机的研究的根底上对精量播种装置进行了设计，并到达良好的效果，能够满足实际的油菜作业的要求。本课题油菜为例对播种机的核心部件播种装置进行了设计。以15马力轮式拖拉机为整机的动力机，播种的动力由行走轮提供，具有仿形功能。以便播量均匀一致。播种量为每亩0.3kg，株距127mm，行距200mm，每亩8000～15000株之间。劳作方式，降低了劳动强度，提高了生产效率，改变了具有一定的推广价值。关键词：油菜；播种装置;窝眼轮式排种器；OnthedesignofthemachineandrapeLiyonggong(MajorinMechanicalDesignManufacturingandAutomationintheCollegeofInstituteofTechnologyofGansuAgricultureUniversity，GansuLanzhou，730070〕Abstract:Theproductionofrapehasbecomethemaincompetitiveindustriesinrape-producingareas,butrapeseedproductioncostsarehigh,qualitystandardsarelow,itaffectsthecompetitivenessintheinternationalmarket.Thedevelopmentofrapeseedproductionmechanizationissuehasnowbecomethehotanddifficult.Thisarticleworksonrapeseedingoperationsfortheplantingdevice.Anditachievesgoodresults,theactualresultsmeettherequirementsofoperations.ThetopicsofthecorecomponentsoftheplanterplantingthedevicedesignThetopicshasdesignthecorecomponents:Plantingdevices.Thistopictothecorecomponentoffertilizationseederdeviceandsowingequipmentdesign.Inthe15horsepowerforthepowerofthewheeledtractor,sowingofthewheelisdrivenbyprovidehasfakeshapefunction.Sothatbroadcastquantityuniform.RateforRMB$0.3kg,zhuju127mm,spaced200mmperacrebetween8000to15000plants.Thetopicofusingtherowoffat-wheeledtankandWaterlooeyeswheeledmeteringdevice,andithasachievedaprecisionplanting.Itcanadjustseedingrate.Itreducedthelossofseed,haschangedthetraditionalhandmadecrafts,reducelaborintensityandimprovetheefficiencyofproduction.Ithasthevalueofpromotion.Keywords:Rape;Plantingdevices;Waterlooeyeswheeledmeteringdevice;1绪论面对我国小粒种子作业长期以来机械化程度低，尤其油菜的质量和产量较低的情况，研发一个能够集开沟播种于一身的油菜播种机显得极为重要。精量播种又是油菜作业的根本环节，因此播种装置的性能和参数对整个机具的性能起着重要的影响。该装置必须满足结构简单，性能稳定可靠，能够使用通用零部件，兼顾经济效益的优良机具。同时必须对其中的关键机具精量播种装置进行结构及其参数的设计，到达稳定可靠，具有良好的适应性，到达农艺要求。1.1研究的目的和意义一直以来，国内油菜的种植都沿用传统的手工劳作方式，劳动强度大，生产效率很低。我国油菜的播种方式仍以传统播种方式为主，即主要依靠人工播种、人工撒播和人工育苗来完成。传统播种方式工序烦琐、内容复杂、劳动强度大、生产效率低、劳动时间长，导致中指油菜的比拟效率低。这与我国当前加快实现现代农业的要求极不适应，已经完全不能满足农业增效、农民增收的要求。随着油菜种植面积的不断增大，农民对实现油菜生产机械化的要求越来越迫切。在我国，油菜播种机械化还处在起步和试验阶段，这种状况已经不能适应对油菜产量日益增长的需求。在国内油菜种植的专用机械很少，需求量却很大。由于油菜栽植机具的研制存在很多难以解决的问题和难题，短期内还很难解决，为此，对油菜作业机具的研究有很大的必要。国内关键性生产环节所需的专用型机具或以油菜生产为主的多功能、高性能先进适用机具稀缺，尤其是油菜播种机还处于研发试验阶段。所以，加快研究与开发油菜播种具有重要的现实意义和紧迫性。油菜栽植技术有直播和育苗移栽两种。油菜直播机械化技术要求油菜直播机按一定的株距和行距将油菜籽直接均匀播种在田间。机械直播有以下几点优势，第一播量较准确，种子分布较均匀，株行距较合理，防止了传统人工撒播时漏播重播、密度不均匀等弊端。第二机械直播的油菜便于中耕除草等田间管理，有利于作物生长，为高产创造条件。第三由于密度合理，作物生长发育良好，可以有效控制病害的发生，特别是对控制菌核病的发生有明显效果。第四缓解农忙时劳动力紧张，节约人工作业费，降低生产本钱，大大提高生产效率。第五节约种子，增加产量。本课题的研究能够研制出专门用于油菜作业的播种装置，播量能够满足实际工作要求，工作可靠稳定，能较好地满足油菜作业的要求。尤其适应黄河中上游的作业环境，将能大大缩短油菜的作业本钱，提高效率，节省时间。本工程研制的是专用的油菜播种机中的播种装置,能提高生产效率，降低生产本钱，减少机械下地次数，缩短耕作时间，缓解农时季节矛盾，稳定土壤耕层结构，为油菜播种作业增添一种新型适用作业机具。1.2播种技术在在国内外的开展概况1.2.1国内播种技术的开展概况我国的油菜精量播种机具的研制起步较晚，开展较快。苏省镇江市农业机械技术推广站研制的东风—12型手扶拖拉机配套2GB—6B型油菜精播机，能一次完成悬耕碎土、开沟播种、施肥、覆土等多道工序，边播种边施肥。扬州市江都地区采取复合肥拌种，用2GB—6A型条播机进行直播油菜。南京农业机械化研究所利用东洋P600四轮驱动底盘，在水稻牙种直播机根底上改良而成的2BZ—6型油菜直播机。该所研制的专用精密播种机，适用于问世大碰的拨苗盘播种，性能先进，但不能适用于大面积的油菜田间播种作业。高校的研究方面，迄今为止，我国学者几乎涉猎了世界上所有的排种器形式，如外槽轮式排种器、离心式排种器、内侧囊种式排种器、各种圆盘式排种器、气吸式、气压式、气吹式排种器等，而具有我国独创特色的窝眼轮式排种器、纹盘式排种器、锥盘式精密排种器获得了大量应用。我国在精密播种技术上的研究方面可以说是方兴未艾，新式精密排种器不断出现。实践证明，新的机具的出现将使得油菜的作业出现好的前景。机械化直播油菜省工节本显著，可以大幅提高劳动生产率，有利于加快油菜产业的开展。但是目前油菜播种是也存在一些问题。播种机性能不完善、播种质量有待进一步提高。由于我国专用的油菜播种机还很少，目前所使用的大局部播种机具由于没有充分结合到油菜种子粒小和油菜植株高大、分枝能力强等特性，尽管可以满足油菜播种某些方面的要求，但不能满足油菜播种的全部要求，导致播种质量还待进一步的提高。同时，油菜机械化播种配套技术不完善，成果转化慢。我国油菜机械化播种技术刚刚起步，所使用的大局部机型还处于试验阶段，在施肥、灌水等配套技术的研究上还不完备。另外，我们在油菜机械化的宣传、推广方面做得还不够，而且农民对新技术的认识和接受也有一个过程，加之现在的机具价格比拟昂贵等因素，就导致目前已经研究出来的成果由于转化速度缓慢而没有得到有效的转化。要改变这一局面就必须加大宣传、推广力度，促使成果的有效转化。因此对油菜的播种进行进一部的研究显得尤为重要。1.2.2国外播种技术的开展概况兴旺国家的油菜生产均已根本实现机械化，不仅有先进机械化手段作为支撑，而且注重对油菜品种进行更新，既提高产量，又培育出适合机械化作业的品种。目前兴旺国家在精密播种和免耕播种方面都已到达很高的水平。在精量播种方面，其研究从20世纪40年代开始，现阶段在欧洲，美洲等国，精量播种技术已相当普及，也已到达相当完善的程度。在播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、撒农药装置外。其排种装置大多采用了新的工作原理，包括各种气力式排种原理和机械式排种原理，如荷兰VISSER公司、美国BLACKMORE公司的针式〔又称吸嘴式〕播种机、美国文图尔公司的齿盘式精密播种机等。另外，为了解决形状不规那么、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，如日本提出的静电播种、英国提出的液体播种和超音速播种等。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。在免耕播种方面，国外农场土地面积一般较大。拖拉机的功率也较大。免耕播种机一般都是牵引式的。开沟器多。各开沟器间隔大，机器又宽又重。土壤工作部件复杂。一次可完成破茬、开沟、播种、施肥、覆土和镇压等多项作业。属联合作业机。如美国的USDA型、澳大利亚的KMC型免耕播种机。性能都比拟优良。JohnDeer的免耕施肥播种机械较多。如1820型挠性锄铲式气力播种机、1890和1895型圆盘式免耕气力播种机。均可与1910型种肥车配套使用。适合麦类、豆类、油菜等作物施肥播种。这些JohnDeer系列机械机架巩固。与地面间距比拟大。同时选用波纹圆盘切割秸秆残茬。机械通过性能良好。可靠性强。适应高速、宽幅作业。但国外免耕播种机一般机具大、施肥量少、机具转弯半径大、机构复杂且价格昂贵。1.3主要研究任务本课题是对油菜的播种进行进一部的研究，借鉴现有的一些机具，在进一部研究的根底上，优化工作参数，性能指标，结构及其设计制造本钱。同时进行传动设计，对一些必要的部件进行动力学的研究，设计出播种装置，能够良好地进行工作，满足实际的工作要求。对零部件进行选用，到达工作要求，具有一定的经济效益。研制出的装置应该能够很好地满足精量播种的要求，从而提高油菜作业的经济性，缓解农时矛盾，促进油菜的生长，增加油菜的产量。2油菜种植制度及其油菜的物理性质及其参数2.1油菜种植制度我国长江中下游地区油菜一般在九月份播种，次年五月份成熟，因品种、自然条件和播种期的不同有较大差异，生长期一般在150～250天左右，我国油菜种植制度主要有两种，宽行窄株和宽窄行，前者因为宽行窄株的行距较大，株距较小，以改变密植的群体方式，发挥宽行的优质。本次设计是以15马力轮式拖拉机为整机的动力机，播种由行走轮提供，应有仿形功能。以便播量均匀一致。播种量为穴播每亩0.3kg，株距127mm，行距200mm，每亩8000～15000株之间；要求设计原理可行，工作参数、结构参数适宜，结构布局紧凑得当，尽量选用满足技术要求的标准与通用零部件以降低制造本钱，设计的机型应保证操作、调控方便、可靠、平安，按照农艺作业质量要求完成油菜开沟播种联合作业根本功能。2.2油菜的物理性质及其参数油菜籽粒流动性较好，颗粒小、易破碎，三轴尺寸为长径1.7～2.8mm，中径1.6～2.8mm，短径1.2～2.5mm；湖南农业大学于2003年10月对湘油6号油菜籽进行了试验。试验得到其物理特性为：容重0.713g／cm3。，含水率12%，千粒重3.2g，休止角27.1。，内摩擦角25。，发芽率99.6%。3油菜精量播种的总体设计3.1总体方案设计3.1.1设计原那么排种装置必须整体悬挂在SNH504型拖拉机上，力争使机组结构简单可靠，重心合理，有利于机组作业时的纵向稳定性和横向稳定性；地轮系统能保证传动准确可靠；排种系统能保证播量、播深一致，不得出现漏播、重播等现象；机组作业应保证平安可靠。3.1.2根本结构地轮中间链轮轴排种轴窝眼轮式排种器3.1.3传动路线3.1.4工作原理拖拉机前进带动播种机地轮转动，地轮轴上装有链轮，通过链传动将地轮的转动传到排种轮轴带动排种器工作，再由排种轮齿轮传动将动力传至清种轴，带动清种器工作。播种动力来源于地轮，有利于播种的均匀性。3.1.5特色和创新之处播种动力来源于地轮，有利于播种的均匀性；可以实现行距、株距、播种深度、播种量调整，以满足不同农艺的作业需求。3.2技术规格参数3.2.1播种装置的技术参数及其性能指标配套动力：15马力拖拉机播种方式：精量条播工作幅宽：1200mm作业行数：4行作业行距：200mm作业速度：1.21.5千米每小时播种量：每亩0.3千克工作效率：3.6亩每小时4传动系统设计4.1传动路线设计本机播种动力来源于地轮，有利于播种的均匀性，地轮在拖拉机的牵引下回转，通过链传动将转动传递到中间链轮轴，再由链传动将动力传递到排种轴上，带动排种作业。下列图所使用的链传动传动比均为1:1.5。可以实现行距、株距、播种深度、播种量的调整，以满足不同农艺的作业需求。其传动示意图如下：4.2地轮的设计本机由两个地轮支撑、左右地轮都有动力传动轮作用。两地轮通过地轮支臂用螺栓和垫板固定在主梁两端的开沟器外侧，左右地轮的地轮轴左端伸出，轴上装传动链轮，通过套筒滚子链带动中间连轮轴。两个地轮位于机架两侧，播种机左右最外段，用销钉和顶丝固定在轴上。地轮向前转动时，通过销钉的作用，带动主轴转动。主轴用浮动的轴套和轴架固定在机架的后部。地轮还可以安装挂泥板，刮除轮缘上的粘土，减少地轮行走时候的打滑。挂泥板容易磨损，磨损后的挂泥效果差，应该进行适当的调整。地轮如下列图所示：1—地轮圈2—抓地板在该播种机中地轮不仅起限深作用，而且是排种的主动轮，同时具有一定的仿行作用。从而在设计时，应该从以下几方面着手:〔1〕满足强度、刚度等机械性能；〔2〕具有抓地板的设计，因此有较小的打滑系数，提高播种的均匀性；〔3〕对地表不平性有较强的适应性，防止造成不排种的问题。本次设计参照有关机具，综合考虑为增加其入土性能及脱土性能，将其设计为图5-2形状。按照设计要求和参考有关资料，本设计的播种机工作速度为1.2-1.5km/h，工作幅宽1200mm，生产效率为3.6亩/h。按照配套拖拉机的结构尺寸和常用播种机的地轮大小，取地轮直径为500mm，那么地轮转速计算公式为：式中v——地轮轴的转速〔m/h〕；R——地轮的半径(m)；n——地轮的转速(r/m)由公式得：n=21.05r/min拖拉机牵引带动地轮旋转，地轮轴转动，通过链轮带动到中间链轮轴，中间链轮轴通过链轮分别带动排种轴，从而完成油菜播种的作业。4.3链传动设计链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，应而能保持准确的平均传动比，传动效率较高，主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。4.3.1中间连轮轴与排肥轴之间的链传动设计假定链速度在v=0.6~3m/s，选取主动链轮齿数Z1=17，那么从动链轮齿数确定链条节数LP此此链传动所传递的功率较小，链传动选用08A单排链，极限拉伸载荷13.8KN，节距p=12.70mm,并且足够满足强度及功率的要求。因中心距不受其他条件的限制，初定中心距为a0=25p—30p=317.5—381mm，取a0=380mm。链条数Lp=理论中心距a==362mm实际中心距4.3.2中间连轮轴与排种轴之间的链传动取Z1=17Z2=17传动比为1选用08A单排链因中心距无其它条件的限制，取中心距为a=25p-30p=317.5-381mm取a0=350mm。链条节数链条数LpLp=实际中心距综上，可得出中间连轮轴，排种轴，排肥轴之间的相对位置，据此布置三轴的位置。4.3.3链轮的主要形状及其尺寸滚子链链轮主要尺寸：〔1〕滚子外径d1==7.95mm节距p=12.70mm齿数Z=17〔2〕分度圆直径dd=p/sin(180/z)=〔3〕齿顶圆直径〔4〕分度圆弦齿高〔5〕齿根圆直径：〔6〕齿侧凸缘直径:(7)链轮轮毂最大许用直径显然根据轴的直径大小，满足要求。4.3.4滚子链轮轴向齿廓尺寸齿宽：内链节内宽：经查表得=7.85mm倒角宽：倒角半径：齿侧凸缘圆角半径：链轮齿总宽：(n:排数此处为单排链n=1)5排种装置的设计5.1排种轴的设计及其轴上零件的选用排种轴通过链轮与中间连轮轴相连，传动比为1：1，轴上布置有螺纹，键，链轮，轴承，垫圈，轴承盖，窝眼轮式排种器等零部件。现从定位，标准件的选用，工作要求等各方面进行综合考虑，将轴设计为如下：5.2排种器设计对排种器的要求：排种器是播种机的核心局部，其作用是把种子按要求排到沟内，它的工作好坏，直接影响播种机的播种质量。对排种器的具体要求如下：排种均匀能够连续均匀播种，各排种器播量应在行内均衡一致；排种量稳定在各种不同的工作条件下，如地面有坡度、机器工作速度有变化、种子箱内种子数量有变化时，排种量应稳定不变；应不损伤种子，应具有结构简单、调节方便、使用范围广、能适应高速作业、实用等特点。根据以上要求及其种子的特点，选用窝眼轮排种装置，窝眼轮旋转时，种子考重力落入型孔内，经刮种器刮去多余的种子后，窝眼内种子随窝眼沿护板转到下方，靠重力下落进入到种沟内。5.2.1确定型孔数目Z点穴式排种器播种机的穴距和每穴粒数及单粒精播时的粒距，均可由改变传动比来调整，而此时的传动比为1，反推出型孔数目Z.I=D(1+)／(tZ)其中：D:播种机地轮直径:地轮滑移率1%t:要求的穴距：取t=0.2mZ:型孔数将参数带入以上公式，得型孔数目Z=7.85，取Z=8此排种器可实现精量播种；播种量可调，主要用于油菜播种，兼播小麦、芝麻、谷子、大豆等其他粮食作物。下列图为机械式精量排种器。机械式精量排种器本排种器采用偏心式设计即排种轴和清种推杆回转轴不同心，以此到达清种的目的，具有清种效率高，排种精度高的特点。排种器上有16个窝眼可以充种，在必要时候可以将不需要使用的窝眼赌住〔此处计算出的窝眼数目是8，可以将其中的8个对称的窝眼赌住〕。拖拉机前进速度为1.2-1.5km/h，即25m/分钟，排种轴每分钟可以转31.84转，那么株距为：L=25/(15.92×8)=0.196取L为0.127m,即株距为127mm。5.2.2种箱容积的计算种箱的容量应该应该和肥箱容积配套，其容积V可用下式确定：〔5-3〕式中L——要求的地块长度〔m〕；B——工作幅宽〔m〕；Qmax——单位面积最大播种量〔kg/亩〕；r——种子的单位容积质量〔kg/L〕取L＝1100；B＝1.60；Qmax＝0.3；r＝0.71。代入公式〔5-3〕得：V=1.23(L)本设计中种箱容量选V=3(L)5.2.3种箱尺寸确实定种子箱的大小影响到机手操作的方便性，假设种子箱太小，就会增加中途加种次数，影响工效，种箱必须保证箱壁的倾斜角大于种子的自然休止角〔=27.1°〕，该机所选的种箱形状为上部立方体形，下部四面均为倾斜斜面，倾角为30°。6结论与缺乏之处6.1缺乏之处〔1〕设计时采用的是传统的设计方法，并未利用现代设计方法进行仿真模拟。设计的精度和准确度有待探讨。〔2〕缺乏实际的经验，未对机器进行实地的工作测试，有些参数确实定是凭借对已有机器