小型种薯机的结构设计-双行马铃薯种植播种机

-1--第1章绪论1.1课题背景和科学意义马铃薯，也就是我们常说的土豆，不但是一种含有淀粉的作物，而且作为粮食和农作物之一，是我国是非常重要的也是大面积栽培的对象。我国马铃薯种植面积在2005年达到了约7000万亩，超越6300万吨的总产量占世界总产量支配的23%。对于马铃薯而言，我国已经居于世界第一位的是它的总产量。然而单产量比力于欧美和澳洲，程度却不尽人意。例如，中国的单产量在2003年达到了14842公斤，而世界的均匀度则比16448公斤每公顷还要低，并且不到新西兰这个单产量最大国家的三分之一。事实也就是说，我国土豆的单产量很低，因而我国目前最重要的工作也是首要工作，就是进一步增强马铃薯的单产量。除了加强机械化生产程度能够作为进一步增强马铃薯单产量的方法以外，良马铃薯的种植模式也是一种有效地措施。提高机械化生产水平是对于提高马铃薯单产量的最有效而且最快捷的途径。截止到目前来说，在种植马铃薯方面，对于机器的机械化或者半机械化的种植方式在我国只有少数几个区域实现了。而我国对于种植马铃薯的绝大部分区域，栽培的程度一直停留在传统的方式下，主要依靠人类和动物劳动的传统耕作方式。从开挖沟渠到覆盖土层，整个劳动过程的劳动强度大，生产效率略低，种植成果肯定远远不如机械化种植水平。而且我们的国家土地面积大，面积广阔，拥有不同的区域类型，因此对于马铃薯播种机来说，我们所需的机器类型也是相对不一样的，但将来的必然发展趋势就是，机器设计具有较强较广泛的适应性能来进行播种。不能被忽视的两个重要因素分别是播种机普遍性和播种机的通用性，这两个重要因素可以帮助提高播种机的性能。这样我们就可以对播种机进行充分的利用。虽然在目前的情况下，中国在播种机领域我们没有办法立刻减小与发达国家之间的差距，但我国的科研人员正在努力不断与之缩小。制约马铃薯单产量不断增大的一个非常重要的因素，就是传统的马铃薯种植方法，主要展现在以下方面：(1)马铃薯的质量过低，大部分在中国马铃薯种植面积，薯种通常是私人拥有的，不是灭菌后，消毒和其他技术来提高播种质量，所以常常会导致马铃薯的产品质量以及优良程度会偏低。(2)不同种类的马铃薯，因为其受不同生长地区或者不同气候环境的影响，往往需要薯种的类型也是不一样的。对于这方面而言，我们的研究方案也不能完全满足他们的所需所求。因此，在将来我们应该更侧重对于马铃薯的品种的发展研究和开发。(3)主要依靠人与动物的传统耕作方式，需要大量的工作时间和大量的劳动力，导致工作效率以及马铃薯的产率偏低，土壤压实情况尤其严重，对种子的萌发和生长是没有一点好处的。1.2国内外马铃薯播种机的发展现状1.2.1国外马铃薯播种机的发展现状在经历了世界第二次大战之后，欧洲及美国等很多发达国家已经完成了过渡的现象，而这种过渡指的是由传统农业向当代农业转换。通过几十年不间断的发展后，农业机器的机械化发展程度是相当完美的,也是相当完善的。现在目前的大规模形势是向移动灵敏、智能化、精确定量、简单便捷以及多功能联合的方向开发。在欧洲和美国等大多数发达国家，经过几十年不间断的发展，马铃薯种植机器在技术水平上的应用已经达到了一个几乎完美的程度。无论是从工作速度以及生产效率的方面，还是从工作性能及种子质量的方面来看，通用性和适应性在我国所生产出的播种机上都具有十分良好的体现。这对降低种子播种率及种子损失率都有较好的影响，当然对提高单产率更有很大的影响。一些发达国家对于目前机器的工作原理正在不断的研发和更新，尽可能改善机器的内部结构，还要对机器的使用寿命进行延长，以及对机器的生产成本和维护成本进行缩减。所以将机器的使用效率提高，以及增强机器的通用性和适应性，这些都成为我们未来主要的发展方向和发展目标。1.2.2我国马铃薯播种机的发展现状在我国，马铃薯种植机械仍然处于一个发展的初级阶段，我国应用较广泛的马铃薯种植机器有如下种类：第一种是2CML-2型，这种马铃薯种植机器是一种全自动机械化生产作业机具，是集开挖沟渠、开播薯种、以及覆盖土壤功能为一体的农作物播种机械。在与拖拉机配套作业时可以一次性完成以上所有的作业。并且该机器还具有节肥省土以及提高我国经济效益的优点，但是本机器也具有不足的地方，就是在机器使用一段时间后，链轮有被链齿磨坏的现象，此外，该播种机的链勺与链条之间也有脱落现象产生。第二种为2BSMX-2型，这是一种排种器采用升运薯杯型、排肥器采用外槽轮式的播种机械。此种播种机不但机身体积小而且本身材质也很轻，并且在与小型拖拉机配套使用时可以一次性完成播种施肥以及铺膜等作业。第三种是2CMF型，此机器可以一次性完成开沟、播种、施肥、注水、覆土等一系列任务，并且其在播种过程中可以调节行距、株距、施肥量等，以便可以更好的完成播种机的工作，还能提高马铃薯的播种效率，从而在根本上解决马铃薯单产量低的问题。随着近些年来的发展趋势，马铃薯在我国大部分地区大量的种植及栽培，中国在研究和发展适应性马铃薯相关机械上有了非常大的进步，特别在马铃薯种植机方面尤其突出。虽然在我国马铃薯种植机的开发和生产相比欧洲和美国等发达国家仍有很大的差距,但在我国研究人员的努力钻研下，差距正在不断的减小。现如今我国也在不断地应用和推广各种先进的马铃薯种植机。播种机最主要也是最核心的部件仍然是排种装置，优良改进排种装置以及引进国外最先进的排种器，对提高机器的使用效率具有非常重要的作用也是最有效的途径。我国到今天为止，槽轮式排种器、离心式排种器、各种各样的圆盘式排种器等排种器是我国技术人员主要的研究对象。而且中国原始特色的排种器，比如说窝眼轮式排种器、纹盘式排种器、锥盘式精量排种器已在很多国家得到大范围的使用。我国目前应用的马铃薯播种机器如下图1.1所示：图1.1马铃薯播种机1.2.3马铃薯播种机的研究内容对于马铃薯种植机而言，制约播种机效率的难点仍在先进的排种器以及先进的排种方式等多方面存在。所以，在种子质量和播种方法已经解决的情况下，我国的首要任务也是至关重要的任务就是研究并开发相应的播种机器。可以通过研发以及优化马铃薯种植机器的重要组成零部件或者可以在马铃薯播种机上安装可以提高机器自动化水平的装置，也可以针对我国不同地域类型生产适合的马铃薯播种机，以上方法就是解决我国马铃薯种植机问题的相关对策，以及提高马铃薯播种机作业效率的方法。很明显的是，对于种子计量装置也就是播种器装置而言，我国应该往空气输送播种计量装置，孔带式精密计量装置，气动精密计量装置和翻转式阀瓣式以及指夹式计量装置等方面研究和发展。新的排种计量原则并且应该广泛采用和应用的装置，包括气动原理和机械种子计量原理。第2章总体设计2.1内容设计（1）该播种设备机具的总体设计（2）该播种设备传动机构的设计（3）该播种设备开沟装置的设计（4）该播种设备排种装置的设计（5）该播种设备输种管、镇压装置以及行走轮的设计2.2方案设计2.2.1设计原则该方案整体采用的是与拖拉机相连接的方法，将拖拉机与开沟装置、施肥装置、排种装置、覆盖装置和镇压装置合并在一起。能够使装置将开挖沟渠、施用肥料、播种薯块、覆土盖土等功能一次性全部完成。能有效地控制工作部件的提升机构和悬挂机构，也能有效地控制施工过程中的播种深度和运输过程的通过性。开沟器除了可以开挖种沟外，还应具有自动包覆土壤的功能。这种功能安排是为了确保在播种过程中，漏播和重播的机率减少到5%以下。最后，机器的镇压轮则需要显著的镇压效果，操作后的地面要求呈水平状的。2.2.2基本结构马铃薯播种机的主要组成部分有机架、开沟器、输种管、覆土器、种箱、肥箱、排种器以及镇压轮。与拖拉机相连接的是机架前梁上的两个悬挂架，而中间的框架的上部与肥料箱的侧板固定框相连接。正前方是一个肥箱，后方是一个种箱，底部与肥料和安排设备是固定的。有一个安装在肥料箱前的开沟器的梁，用u型螺栓平锁的螺栓将开瓶器锁住，它可以调整挖沟深度，横梁上的开沟器可以根据需要调整行间距横向运动，该装置用于连接镇压轮的框架。2.2.3工作原理本机与拖拉机的连接方式是通过上下悬挂的方式相连接的，拖拉机前进所产生的输出动力用于驱动播种机工作，它的平均运行速度为1m/s。机床的动力源是：拖拉机向前驱动行走轮和输出功率。拖拉机动力驱动轮旋转，分别将动力传给传动链轮轴的两端，中间链轮和链条的扭矩及功率从中间链轮一排排的传给排肥装置。通常情况下，为了不出现打滑的现象，并且拥有可靠的传动系统，我们会选择直径较大的地轮。播种机正常工作时，在拖拉机运行后，行走轮动力将由动力输出轴传送。拖拉机驱动中间轴齿轮传动轴动力，动力产生的运动的旋转轮由拖拉机向前带动其运动。而施肥、播种机构由链传动机构传动，经过输肥管与输种管将排出的化肥和种子一并带入开沟器，先后进入开好的地沟中。为了避免在这种操作下薯种被焚烧，应该先施肥后播种。也就是说，肥料应该位于约5厘米的种子下面，然后再进一步被覆土器的土壤覆盖，而后镇压轮的圆锥滚筒立即均匀压密种床。第3章设计计算说明书3.1马铃薯播种机主要技术参数（1）外形尺寸（长×宽×高）：1460mm×1200mm×940mm（2）配套动力：10千瓦（3）生产效率：12acre/h（4）工作幅宽：1300mm（5）播种方式；平播（6）播种深度范围：65~155mm（7）作业行数：双行（8）作业时行距：500mm（9）行走轮最大直径：500mm（10）作业速度：1m/s（11）传动形式：链传动（12）排种器选型：升运链式排种器（13）排肥器选型：外槽轮式排肥器（14）镇压轮选型：复合圆锥式镇压轮（15）覆土器形式：拖环式覆土器（16）土壤工作部件：锄铲式开沟器（17）种箱最大容积：30L3.2配套动力的选用根据我国目前对马铃薯播种机实际情况的掌握，以及对拖拉机模型和机组耗电量的初步结果的判断，拟选择使用东风-200型拖拉机的拖拉机模型或与之动力非常接近的拖拉机。拖拉机主要参数如下：外形尺寸(cm)2950×1250×1980功率(KW)13（16马力）额定转速(r/min)750驱动型式前轮驱动离合器形式干式、双片制动器环状内胀式发动机与离合V带理论上此款拖拉机前进速度（km/h）如表3.1所示:表3.1前进速度理论速度km/h前进:1.25;1.67;3.07;5.38;6.47;8.65;15.91;27.86后退：1.46;7.59第4章传动装置的设计计算4.1传动路线的确定在不影响拖拉机正常工作的前提下，机器的传动路线需要还能保证对于总体传动的可靠性。整个机器的传输路线是根据整体机械的结构以及拖拉机的一般位置来确定，使机器工作需要的开沟、播种、施肥和镇压等作业步骤，可以一个接一个地在马铃薯种植机工作过程中实现。通过参照并研究有关机器的类型，把传动路线将它分成两条不同的路线。第一种是，行走轮通过拖拉机前进而带动其转动，动力由中间轴通过链传动传递。第二种则是，中间轴转动从而达到驱动排种机构和肥料机构的轴的目的，并由中间轴驱动，使得动链轮和排肥槽轮在中间轴驱动下转动。4.2传动比的计算将行走轮行驶的平均速度取值为3.6km/h，也就等于是1m/s。已知行走轮的正常直径是500mm，从而通过公式4—1，计算可以得到行走轮轴的匀速转速（4-1）式中：v—行走轮在工作行驶过程中的平均速度d—行走轮的最大直径经计算得通过设计要求可知，中间轴的平均线速度应该等于行走轮轴的转速，所以两个轴之间的传动比率是1，中间轴转速38r/min，中间轴驱动轮上安装有排种器的主动轮，所以速度也38r/min。排种装置上的垂直的上下链轮，在工作的过程中，需要工作顺利，所以他们没有太大之间的速度差异，链勺速度要求不超过0.5m/s，所以得到最好的速度是0.5m/s。如果速度降低到0.25m/s左右，同样也应该使种植距离减少2倍才能使效率不受影响，然后与链轮的需求相结合，最终选择了排种器装置，两种链轮的比例为1.12。第5章机器的选型设计5.1排种器的选型设计5.1.1种箱尺寸的确定需要一个足够大容量的种箱来进行播种，所以通常需要直接把种子种在地里，以减少加种的次数。但是，为了不会产生增加机构的重量的后果，所选择的种箱的容量和容积都不能太大。因为如果选择种箱容积过大，不仅影响了播种机的稳定性，而且影响了机组的纵向移动。该种箱必须确保种子的自然静息角小于箱壁的倾角，以确保种子能顺利地从播种装置中滑出。通常两个薯种块的自然休止角α大约在24°和34°之间,在这里我们选择α应为30°，也就是α=30°。除此之外，此外，这些盒子应该耐用、轻便、坚固，并且应该防水和防潮。很容易添加种子，清除种子和种子，所以这台机器选择的盒子形状是锥形的(小直径的下颚，大直径的上嘴)，并且上端有保护的保护罩。5.1.2种箱容积的计算行间距、株距、播种量和播种距离的值决定了种箱容量的大小。根据以前所做实验结论得出：播种机在工作时不适合将种子箱内的薯种全部播种，为了避免种箱内因种子过少，而对播种的质量产生影响，应该将种子余量至少保留10%。需要先前设定1000m为该地块的长度D的值，播种机每加一次种子都会往返行走一次。它的种箱容积V可以用公式5—1来确定：（5-1）式中：L—种子所能装满一个种箱并且播种行走的最远距离。最小值等于一次往返的距离，它的长度至少等于地块长度的两倍，取L=2000mB—工作时所能播种最大值时所取的幅宽(m)，此处取B=1100m—在单位面积内播种量的最大值，并且将120mm设置为薯种之间的株距，则在每100m内都需要播大约为833个种子，每个种子的质量大约为50g，所以可以算出r—种子在单位容积下的质量（km/min)。单位容积为125个马铃薯品种，大小为20mm×20mm×20mm，每个土豆种子的平均重量为55g，数值约为7.50kg/L。取代入公式（5-1）得：V=20.8476（L）设计值通常比实际情况小一些，所以这个设计所选的体积是30升。5.1.3排种器的选型与计算对于马铃薯种植机来说，最重要也是最核心的部件就是排种器装置。因为它的优点和播种机播种性能的缺点之间的关系是直接互相影响的。因此，对马铃薯播种器具有相当高的要求。5.1.4马铃薯播种机对排种器的性能要求（1）对于排种器的排种均匀性和排种的稳定性，应该是更加优化更加完善的，因为排种器的排种均匀性和稳定性能够使机器均匀、连续作业，并且能够在不同的外部环境下工作，还能保持均匀性排种，播种数量稳定；（2）为了使种薯机的播量调节范围大，应具有较强的普遍性以及适应性；（3）种子的损伤率不宜过大，一般3%是其最大值；（4）基本构造简单，操作便捷，任务牢靠，比较容易制造和后期保养，也易于调整；（5）种子的泄漏率和再播率要求不能大于3%。5.1.5现有排种器的类型和特点在农业上有各种各样的条播种子类型，大体上分为三种：撒播排种器、条播排种器和点播排种器。条播排种器是将种子按要求播到线即可，但是对于行距、播种深度和播量是根据需求而定的，一般对种子间距是没有要求的，只需要注意种子的刻粒数以及某些长度段的距离。而外槽轮式、内槽轮式、磨纹盘式、锥面型孔式、摆杆式、离心式、匙式及刷式等播种器类型是我们在播种农业时使用的。其中，被最广泛使用的排肥器是外槽轮式排肥器。它的组成部分有一个排种箱、一个排种轴、一个外槽轮、一个阻塞轮、一个花型挡板环和一个清种舌。种子箱下面放置着排种装置，种子通过盒子底部流入盒内。采用外槽轮和花型挡环来防止当该排轮旋转时种子从槽车的两侧伸出。虽然计量装置结构简单、容易制造、易于使用，通用性能好和广泛适应性的性能，和世界一直是标准化的。但其局限性也存在，不容忽视，由于马铃薯块茎，种子槽轮计量，不做类型的泄漏率和种子的破损率，也不能增加稳定性的播种，所以你需要选择一个设备，使其结构更简单、更有效率。在所有可能的比较中，如夹钳式、外槽轮、车轮等，最终决定选择了由发达国家(如美国、日本等发达国家)开发的升运链式排种器。5.1.6排种器的选型（1）升运链式排种器的选型及结构由于马铃薯薯种为块状的这一特点，所以马铃薯种植机排种器类型选择为单排式升运链式排种器。其结构如图5.1所示：图5.1升运链式排种器（2）工作原理：随着播种机在外力的作用下前进，从而带动行走轮转动，行走轮上的轴的小链轮用来传递力量，通过中间的轴功率，电梯链链轮从小型旋转驱动以一定的速度上升，并固定在电梯链带动取薯勺舀一块马铃薯种块，并通过链轮和输种管以及输肥管会被输送到排种箱、排肥箱，然后进入开沟器，最后先后进入开好的地沟中，从而实现整个种植过程。（3）升运链式排种器工作性能的结构参数根据参考有关的文献作品和马铃薯播种机的设计要求，主要有以下构造参数：①取薯勺平均速度v：机器作业时的速度与取薯勺运动的线速度成正比。试验表明，若取薯勺速度大于0.5m/s时，作业质量则显著变差，播种的漏播率也会大幅度增加。因此链轮最高作业速度的线速度应该小于0.5m/s。②链条的工作长度L：链条的长度太长，会导致两个链轮之间的中心距离增加，也会增加传动的距离。而链条长度太短，如果要给薯种块做缓冲就会太迟了，因为被舀起来的薯种块会从勺子里掉下来。从而使排种的均匀性大大降低。③取薯勺的形状与大小：对于马铃薯种块来说，单边尺寸的大小应为20mm，这也是为了薯种块在升运的过程中尽量不要出现滑落的情况。也就是说，取薯勺需要背面光滑流畅，不能伤到薯种；还要求取薯勺质量要轻巧，因此取薯勺都是用铁皮冲压而成，它的厚度大约为1.2mm。5.1.7升运链相关系数的确定（1）最开始将理论株距设定为120mm，因此所需要播种的个数n，也就是在行走轮转动一圈后的个数n可以通过公式5—2计算得到：（5-2）式中：L——行走轮的周长；D——行走轮的最大直径。通过已经得到的数据D=0.5m可知，算得n=13个（2）取薯勺之间的间距即株距此次设计选择类型为16A的滚子链，其链条节距大小为P=26.8mm，长度略微为2.54m，链条大约以0.28m/s的速度，也是最大速度0.5m/s的0.54倍。因此，为了满足马铃薯种块在播种过程中的需求，可以通过缩小种植距离来调整，应该减少种植距离的0.54倍，再根据节距和链的长度进行进一步调整。经计算共有88节的整个链条，为了使效果达到最好，需要24个取薯勺，所以16个取薯勺由四个环节组成，其余8个由三个环节组成。因此，每个取薯勺之间的平均距离是B=88/24×25.4，即约等于93mm，此结果也就是所说的株距，这可以保证有足够的空间来克服种子不填充的情况。（3）取薯勺尺寸的确定通过马铃薯种块在取薯勺内的受力情况的分析，以及查阅相关取薯勺的资料，要求取薯勺的宽度要在种子长度的0.5倍和种子厚度的1.5倍之间。因为种子的尺寸是20mm×20mm×20mm，所以取薯勺的宽度应该是20×1.5mm=30mm。同时，为了给马铃薯种子留出足够的时间和空间，取薯勺的长度必须是块长度的2倍，所以长度至少是20mm×2=40mm，距离是45mm。通过研究《农业机械设计手册》，已知的一种自然角度的静止角一般为35°，因此自然休止角应该略大于其取薯勺内的角度，这里也取35°。5.2排肥器的选型设计5.2.1排肥器的性能要求马铃薯作为我国第四大粮食产业，它的产量与我国粮食安全有密切的联系。不仅如此，对于农作物本身来说，适宜程度下的施肥量对马铃薯的单产量以及生态环境有非常大的影响。因此，要针对我国马铃薯种植机对于传统意义上施肥装置施肥不均匀、施肥量不充足、容易产生堵塞等情况，应该注意以下要求：（1）机器运行过程中肥料的用量应该均匀稳定，不受肥料箱中肥料用量多少、地形坡度和前进速度大小的影响。（2）具有良好的通用性和多种肥料。除了颗粒状的化学肥料和复合颗粒肥料外，还可用于肥料的流动性。（3）肥料的调节应保证肥料的稳定性和准确性，调整施肥范围，以满足不同肥料品种和不同作物的施用要求。（4）对于排肥器与所有肥料接触的机构和零件，材料制作最好采用防腐技术。5.2.2常用排肥器的种类和特点常用的化肥排肥器有以下几种类型：外槽轮式排肥器可以在排种盒内随着排种轴而进行左右移动的有旋转槽轮和非旋转的阻塞套筒。所以他们可以通过改变沟槽的长度来调整肥料的用量。它可以被一个齿轮取代。槽轮的齿数要比浅盘的小得多。卡箍2．轴销3．排肥轮槽4．排肥轮挡圈5．阻塞套6．排肥轴7．排肥舌轴8.排肥盒9.排肥舌图5.2移动式外槽轮排肥器星轮式排肥器在工作中，这种肥料通过旋转的星形齿轮的力量被挤出。为了消除肥料负荷和锥齿轮的轴向力。常用两个星轮对转的方法。而为了消除残留下来的化肥，通常在该排肥器的肥箱底部装有活页式铰链，可以通过调节手柄来改变排肥量活门的开度，从而来实现排肥量的调节。图5.3星轮式排肥器螺旋式排肥器顾名思义，在螺旋式排肥器中排肥螺旋就是其最主要的工作部件。通过螺旋回转，将肥料准确无误的导入排肥管就是它的主要工作。搅拨轮式排肥器这种排肥器被称为是一种通用型排肥器。碳酸氢铵的高含水量可以有效地消除肥料的“负荷”，是一个突出的特点。而清肥不便则是它的缺点。图5.4搅拨轮式排肥器振动式排肥器由于震动关系，排肥量的稳定性和均匀性的好坏与肥料排量的多少是受外界因素不断变化的，尤其是受肥箱内肥料多少，肥料密度，粘结力等的影响较大。在马铃薯种植过程中，不同的分布装置往往与不同种类的肥料配合在一起使用，化肥一般选用硫酸铵颗粒或磷酸铵肥，因为我们选择种植马铃薯的肥料含水率都不到1%。通过对上述的比较和马铃薯施肥的要求，本设计决定选择一个移动式外部槽轮排种器。这种排肥装置的优点是可以用齿轮代替原来的槽轮，工作原理与槽轮相同。槽轮分布一般用于颗粒式肥料的排放，因为它具有良好的流动性、较强的稳定性和分布的均匀性，但也有缺点，是排非流动性的化肥是不能使用它的。5.2.3排肥量的计算排肥器的排肥量是可以通过手动调节外部调节手柄来控制的。改变施肥手柄，从而改变排肥槽内槽轮的有效长度，达到控制排肥量的目的。槽轮的有效长度越长，排肥量越大；反之，槽轮的有效长度越短，排肥量越小。可以通过公式5-3计算外槽轮排肥器的排肥量。（5-3）式中：d—外槽轮的最大直径，d取46mmL—外槽轮的有效最大长度，L取134mmr—所施肥料的密度，磷酸二铵是其经常施用的化肥，密度为793g/L—肥料自上而下完全充满槽内时的系数，一般取0.8—单个凹槽的截面积，通过实验计算选取t—槽轮凹槽节距，通过计算得到—带动层特性系数，这里取0.55经计算得，这里取7kg/acre。5.3开沟器的选型设计5.3.1开沟器的性能要求开沟器作为马铃薯播种机上最重要的零部件之一，它具有开挖沟渠、整理种床、自动覆土和导入种子及肥料入土的功能。因为影响播种质量和种子发芽生长的主要条件，就是开沟器工作性能的好坏。因此，开沟器应满足如下条件：（1）开沟要一直保持在同一水平线上，深度和浅度也要一致，而幅宽更要大小适中，沟底平坦整齐，并且具有一定的自动覆土功能也是开沟器需要满足的；（2）具有较好的入土性能，可以达到无积土、无植被缠绕、无封堵机、低阻力、工作可靠的条件；（3）为了满足农业技术要求，并且要使种子全部落入开好的地沟中，应该掌握好行内种子分布的范围和均匀度。5.3.2现有开沟器的种类和特点根据开沟器的入土角值的大小的不同，把开沟器的种类分为锐角型开沟器和钝角型开沟器两种，常见开沟器有以下几种：（1）锄铲式开沟器：开沟器类型属于锐角型开沟器，在机器正常工作时，开沟器随着播种机的前进而前进，开沟器的铲子在力的作用下使土壤膨胀，土壤受挤压而在铲子两侧分开。开沟器离开后，沟壁上的土壤自行下落覆盖住种子本身。而结构便捷简单、拥有较强的入土掘进能力以及工作阻力小就是此款开沟器的优点，其中取值为a=3~6厘米，R=30~65牛/个。但是此款开沟器极易造成堆积泥土、缠绕植被、干湿土混杂、播深不稳的现象。（2）双圆盘开沟器：开沟器的类型是钝角，他的主要部件是一对平面磁盘、沟渠、圆盘轴和分散的板。工作，两个圆盘在力的作用下，向前滚动，在前一点(称为一个聚点)的底部使用两个圆盘(称为聚点)，由接触角形成，挤压你的土壤到侧面，中间产生的凹凸尖槽，和沟的沟底呈形。种子和肥料被种子和肥料掉到沟底。他有平滑的工作，整齐的排，不受干扰的土壤，能折断草的能力。但是此款开沟器的缺点是结构本身复杂、外形尺寸大、工作阻力也大。其中取值为a=5~9厘米,R=70~150牛/个。（3）芯铧式开沟器：开沟器类型属于锐角型，此款开沟器主要零件就是芯铧，芯铧的主要作用就是在工作时进行入土开沟。种沟是由两个芯铧侧板向两侧分播土壤而形成的，其优点是开沟宽度大、具有良好的入土性能，但缺点是工作阻力较大。其中a=6~12厘米，R=200~800牛/个。

5.3.3开沟器的选型在新耕地上工作时，通常都会选用马铃薯播种机来进行播种。对于开沟器来说，新耕地上的杂草和植物残渣并没有太大的影响，而且出现缠绕机器和堵塞机器的几率都会减小到3%以下。再考虑到开沟器的性能和经济方面等因素，锄铲式开沟器是本次设计优先选取的，锄铲式开沟器的组成部分有翼铲、滚筒本身以及深浅调节扁钢。其优点是：（1）开沟深度较大；（2）开出的地沟不但平坦，而且开阔；（3）机器结构轻巧简单，易于维修与保养。5.4.4开沟器结构参数的确定（1）入土角的确定对于开沟器来说，选择入土角时，值选的过大，开沟器工作时就会导致土壤整体向上移动，从而就会抬高土壤层的高度，并可能会使之混乱在一起，同时还会使工作阻力大大加强；如果在选择入土角时值选取得过小，则过小的入土角将会减弱刃部强度。通常情况下，入土角的取值范围应该在大于20°而小于45°，也就是在20°到45°之间，为了使入土能力得到保证，因此入土角不应该取得过小，这里将入土角取为35°。（2）切土角β的确定而对于切土角来说，值过大，土壤易向两侧推开，造成土壤外翻的情况，影响了覆土性能的好坏；同样值也不能过小，太小的值将使铲面的高度受到严重影响。在普遍的情况下β的值大约选取在20°到30°之间，特殊情况下可以取得小一点，这里β=30°。（3）铲翼张角的确定张角值过大就会直接导致翼铲增大，使得杂草沿刃口滑过变得很困难，容易发生缠绕草木、堆积泥土、泥土堵塞等现象。值过小也会导致翼铲切断草根的能力减弱，为使沿着翼铲刃缘向后滑切杂草，张角值一般应该取值在73°到87°之间，这里取γ=80°.5.4.5开沟器外形尺寸的确定我国现有开沟器如下图5.5所示图5.5开沟器实物图根据查找相关资料及对实物图的观察，数据取值如下：调节扁钢尺寸为：50mm×30mm开沟器体尺寸：长×宽×高=175mm×125mm×535mm5.5输种管的选型设计5.5.1输种管的性能要求排种器排出的种子可以直接进入到地沟中。种子可以很容易地落在沟槽中，这是输种管的主要功能，对播种的平均性有非常大的影响。该植物的马铃薯种植机的要求是：（1）减小对种子流的干扰，能保证种子能自由流动，不会使输种管的排种均匀性大大降低；（2）具有良好的伸缩性并能随意缠绕弯曲，并且能够完全适应开沟器的升降和调节。输种管一般要求在排种器上的铰链能够向各个方向摆动的同时，也能够不影响种子的通过率；（3）理应具备相当的伸缩常量、弹性要求以及弯曲度的要求，并且要有较强的耐腐蚀性。除此以外圆度也是需要具备的条件之一，因为不能在外力的作用下使之变瘪；（4）为了做到利于输种管的制造和后期维修，需要它的结构简单易于拆卸。5.5.2输种管的选型在本次设计中，马铃薯薯种的形状大小和对导种管的要求，是首先要考虑到的问题。螺旋骨架型塑料管是本次设计选用到的。这种输种管的制作过程需要以下三个步骤。第一步，用厚度大约为1mm的钢丝或尼龙丝作出骨架的形状。第二步，缠绕外敷塑料薄膜。第三步，加热。这种制作出来的输种管不但内壁光滑，而且具有结构简单、重量轻巧、灵活弯曲、耐腐蚀等优点。如下图（5.6）所示。图5.6输种管5.5.3输种管参数的确定（1）输种管的直径按照农作物马铃薯的最大播种量和种子物理性能的的优良，例如种块的外形尺寸大小，种块与输种管壁的摩擦系数等，从而加以确定输种管的最小直径。种子在输种管内自由降落时的扩散范围应与输种管的最小直径相适应。根据以前的实验数据来说：尺寸集中在20mm范围以内的有三分之二的马铃薯单边种子，因此输种管的最小直径大约为26mm，最大直径约为40mm。（2）输种管的倾斜度与长度输种管倾斜度和长度的最终取值需要根据不同类型播种机的结构需要、排种器的特点以及对种子落到地沟底部的要求进一步确定。一般情况下，橡胶输种管的倾斜角取值为45°。则长度可通过下列公式进行计算（5-4）式中H——垂直距离（种子从排种口下落到开沟器接种口的最大距离）——输种管所受的最大倾斜角度数算得L的值为235mm5.6覆土器的选型设计5.6.1覆土器的种类和特点播种机上常用的覆土器的种类，分别有链环式、弹齿式、爪盘式、圆盘式、刮板式等，其中全幅覆盖的有链环式、弹齿式、爪板式三种。行距较窄的谷物条播机是近些年来我国最常用的。而用于行距较宽、所需大量覆土、要求严密覆土，并有一定起垄作用的中耕作物播种机则适用于圆盘式和刮板式覆土器。5.6.2覆土器的选型考虑开沟器方面以及本机结构的设计，决定选用拖环式覆土器。此种覆土器是由几节铁链和一两个铁环串联而成，这种覆土器适用于覆土较浅的地面，但并没有镇压的功能。5.6.3覆土器性能结构参数的确定拖环最大直径D=280mm链环长度L=15mm两环间距离h=130mm挂钩有效直径d=20mm整个部件有效工作高度H=385mm（可调）其结构如图5.7所示。图5.7拖环式覆土器我国现有播种机常用覆土器实物图如下图5.8所示：图5.8覆土器5.7镇压轮的选型与设计5.7.1镇压轮的使用条件为了更加紧密并充分的能使种子与湿土壤接触，将镇压轮采取镇压作用，这样不但有利于种子的发芽和生长并能减少水分的蒸发，而且还有利于保持土壤的有一定的水分，利于农作物的生长发育，还可以增强土壤毛细管水的作用。根据土壤性质、水分、密度和作物的要求，决定了镇压轮对土壤压强的大小，一般大于30kPa而小于50kPa。而其自身的重量和作用在它上面的附加重量则决定了镇压轮的压力大小。对于土壤的容积来说，压紧后的值一般为8～1.2g/cm。5.7.2设计要求（1）具有灵活的转动能力（2）具有可调节的镇压能力；（3）镇压后土地表面不会产生鳞状的裂纹；（4）不堆积泥土，不缠绕草木。5.7.3结构设计在如今现有的马铃薯播种机中，对于镇压轮一般采用常规式的镇压轮。因为其具有质量轻巧，结构简便，压而不实的优点，能够直接使种植作业的质量受到影响。此次设计选取圆锥式凹型镇压轮，此种镇压轮的优点是镇压效果好，有利于抗寒保暖并且防止水分流失，还能促进种子早期出苗而且对幼苗的生长发育也有很大的促进作用。为了使镇压轮在正常运转时，还要避免工作中出现滑行移动与堆积泥土的现象，则要使镇压轮的直径应该满足以下公式:（5-5）因为，则（5-6）式中：—附着力最大取值（这里为土壤对镇压轮表面的附着力）Q—镇压轮在力的作用下所受负荷大小f—附着系数（这里为土壤对镇压轮表面的附着系数）查表可知f一般取0.4到0.5之间—摩擦力矩D—镇压轮最大直径以上面公式可以看出，必须要用足够的力来带动镇压轮，并使之正常运转。车轮的材料和土壤的状况决定了土壤对镇压轮的附着系数f，而在一般情况下f是一个常量。为了提高土壤对轮缘的粘附力，镇压轮载荷可能会增加，但增加的镇压轮载荷，将增加轮子的下陷程度使沉没车轮，驱动车轮的阻力增加。与此同时，还可使土壤压实程度增加，导致对种子萌发产生不利的影响。因此，减少套筒中产生的摩擦扭矩是我们可以选择的最佳方式，这就需要使用滚动轴承，因为轴套中产生的摩擦扭矩较小。还可以增加轮子的直径，以方便镇压轮的正常运行。经过精密的分析和大量的计算后，镇压轮的直径D以及镇压轮的宽度H分别取值为D=400mm，H=120mm。镇压轮的构造简图如上图5.9所示图5.9镇压轮装置5.8行走轮的选型设计5.8.1行走轮的设计要求由于行走轮不仅是排种、排肥的主动轮，而且还起限制深度的作用，因而在设计过程中，应该从以下几个方面着手：（1）具备了较高的刚度以及强度等机械性能；（2）要减小滑移系数从而提高播种的均匀性，一般值要小于10%；（3）较强的适应能力能够适应地表不平性，避免在遇到高低不平的地面的情况下，造成一些不必要的问题。例如机器出现不排种子和化肥的问题，换句话说就是出现架空驱动排种器以及排肥器的行走轮，导致出现行走轮不转动的情况。5.8.2行走轮的结构（1）一般来说，随着行走轮的直径变大，转动也就越容易。滑移比值越小，直径越大，排种越均匀。本次设计为了协调机具空间面积与行走轮的大小，特将其直径，也就是其行走轮圈外径设计为550mm，宽度为90mm。（2）这一综合考虑，是为提高其入土壤性能和土壤去除性能。也就是入土性能及脱土性能，并设计参考相关的机具，其结构如图（5.10）所示。图5.10行走轮5.8.3行走轮的安装如上图5.10所示，将行走轮分别安装在行走轮轴上，而行走轮两端分别紧挨着链轮，两轮间的长度应为400mm。5.8.4行走轮转速的计算按照设计要求并且参照有关资料可以知道，该播种机的生产率大约为3.2~4.1hm2/h，幅宽1100mm，因而，机器向前移动的平均速度V为：则取平均速度为v=1m/s，按照配套拖拉机的结构尺寸和常用播种机的行走轮大小，取行走轮直径为500mm，有（5-7）式中：v——行走轮轴的转速（m/s）；——行走轮轴的角转速(rad/s)；n——行走轮的转速(r/s)由公式（5-7）得n≈38r/min r——行走轮的半径(m)；结论随着近些年来的发展趋势，马铃薯在我国大部分地区大量的种植及栽培，中国在研究和发展适应性马铃薯相关机械上有了非常大的进步，在马铃薯种植机方面尤其突出。虽然在我国马铃薯种植机的开发和生产相比欧洲和美国等发达国家仍有很大差距，但在我国研究人员努力钻研下，差距正在不断减小。针对这一现象及存在的问题并根据马铃薯种子是块状型特点，提出了相应解决办法。即本设计采用升运链式马铃薯播种机并得出如下结论：(1)设计文档全方位论述了马铃薯播种机国内外现状和发展历程，提出了当前情况下存在的问题，并着重刨析了总体构造设计和计量装置也就是排种器以及镇压轮的设计思路，提出了马铃薯种植机总体设计计划及研究方案。(2)马铃薯种植机与牵引车也就是与拖拉机相连，可用于开沟、播种、施肥、粉碎、覆盖土壤。(3)拖拉机和马铃薯播种机使用过程中必须注意整个机器的稳定性，也是工作机器为了达到使用性能要求的设计。由于生活中我们常见机器一般都是轴对称，所以在稳定性讨论中，最重要的是纵向稳定性的分析和确定。(4)通过比较各种相关模型，设计了挖沟部分设计。在原有开沟器的基础上，设计出一种可实现一种肥料应用的锄铲式开沟器。(5)排种器安装装置采用升运链式，排肥装置采用外槽轮式。建议(1)在这次试验设计过程中，由于我们没有充足的掌握实际理论知识，所以在一些设计需要上往往浪费了很长的时间和精力，但是结果也并不是很理想(如单元驱动的分析做得不够)。所以要想进一步提高马铃薯播种机的性能，我们需要加强研究和设计理论的基础。(2)由于在条件的限制下，并没有实际参考的机器类型，所以只能通过平面设计结合自己的想法来进行计算。因此有些数据只能大致估计(如计量箱的结构体型),即机器的结构形状、应力分布和性能指标并不是能很准确的确定下来。(3)在传动装置的设计过程中，利用了很多传统的设计方法。其中除了有软件可以使用外，还可以使用机械设计手册等。但是希望能在未来的学习生活中，可以使用一些现代设计方法来优化设计,使机器的性能更稳定。(4)在做此次设计时，我们需要将一些理论知识与实践内容充分相结合，参照一些具有参考价值的实用模型。(5)应该尽自己所能努力完成自己的毕业设计，充分认知设计的目的并且深度研究它的要求，合理并且优化时间的安排，制订确切并合理的时间表，按表执行。我们还应该参考各种文献和实际相关的模型，分解并解决设计中存在的问题，争取在自己能力范围内做到最好。(6)在此次设计实验中，没有合理的安排设计流程以及论文布局的布置，所以出现了有时间不充裕的现象。经过了这次的经验教训，我一定会在以后的工作和生活中安排好每件事情的流程并且优化自己的时间和工作进度。参考文献【1】刘权威，吴建民.马铃薯播种机研究现状.甘肃农业大学工学院.兰州730070【2】程兴田．播种机械的现状及发展前景．农机与食品机械，1999，6【3】国委文．播种机的现状及发展趋势。农业机械化与电气化，2007年，5【4】李宝筏.农业机械学.中国农业出版社2003，08：48~77【5】李亦清，韩建强.2CM—2T型系列马铃薯种植机.农机与食品机械．1998，2：24【6】刘天国，邬文斌.亚地2CM马铃薯种植机系列产品的开发与研究.农村牧区机械化2000，2：21~22【7】马建忠，高海明.马铃薯播种机的改进和推广应用.新疆农机化.2005，4：17~20【8】聂延军，江涛.夹持式马铃薯播种机的探讨.农村牧区机械化．2007，2：41【9】濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）.高等教育出版社.2001.90~120【10】陶为民.国外农业装备发展趋势.新农村，2001，7：471~474【11】王广胜，王玉忠，樊文宪.2BSM—1B型马铃薯施肥播种机的研究.农机与食品机械.1999，3：15~17【12】王继山.免耕播种机开沟器的分析与研究.山西农业大学学报.2007，6（5）：7~10【13】王俊安,李翠芳.马铃薯机械化播种技术的试验研究中国农机化。2006，6：98~99【14】闫建英贺桂香张存来等.马铃薯生产机械化技术.山西农机2014，3：23【15】杨涛.手持式播种（施肥）.山西农业大学学报。2016：300~302【16】赵满全，戴欣平.2BSL_2型马铃薯起垄播种机的研制.中国农机化.2015，4：52~55【17】赵满全，窦卫国，赵士杰等.2BSL_2型马铃薯起垄播种机的研制.内蒙古农业大学学报.2016,3:102~104【18】周桂霞，张国庆，张义峰等