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新型小麥播種機(jī)的設(shè)計(jì)
張新 賀小偉
(1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：由于播種機(jī)播種質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量以及農(nóng)產(chǎn)品的成本，因此研制高質(zhì)量的播種機(jī)械是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迫切要求。盡管我國大部分地區(qū)早已實(shí)現(xiàn)播種機(jī)械化，但目前的播種機(jī)質(zhì)量還不能滿足高產(chǎn)的要求?，F(xiàn)在大面積麥田普遍存在著植株疏密不勻，出苗參差不齊，單株個(gè)體之間性狀也表現(xiàn)較大差異等問題，限制了小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。生產(chǎn)實(shí)踐證明，解決這一問題的關(guān)鍵在于實(shí)行均勻播種。本課題的目的是針對(duì)現(xiàn)有小麥播種機(jī)播種中存在缺苗斷壟現(xiàn)象嚴(yán)重，存在疙瘩苗，設(shè)計(jì)制造了一種裝配有窩眼式穴播器的小麥播種機(jī)一12行小麥網(wǎng)狀播種機(jī)，該小麥播種機(jī)能夠顯著提高小麥播種的均勻性，達(dá)到了節(jié)種、增產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：精量播種；小麥；施肥
中圖分類號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
研究本課題的目的是提高小麥的播種質(zhì)量，降低播種成本，在提高小麥播種質(zhì)量的基礎(chǔ)上給小麥一個(gè)適合種植密度和土壤生長環(huán)境，保證小麥的健康成長。設(shè)計(jì)一個(gè)適合大型農(nóng)場(chǎng)作業(yè)的中大型小麥播種機(jī)，來滿足大型農(nóng)場(chǎng)的作業(yè)強(qiáng)度，特別適合和內(nèi)蒙古這些擁有大量農(nóng)耕地的省份。
提高麥田植株分布均勻度和群體整齊度(簡(jiǎn)稱兩度)是小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)指標(biāo)的重要措施，“兩度”情況如何也是衡量麥田產(chǎn)量高低的重要標(biāo)志.但現(xiàn)在大面積麥田普遍存在著植株疏密不勻，出苗參差不齊，單株個(gè)體之間性狀也表現(xiàn)較大差異等問題，限制了小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。生產(chǎn)實(shí)踐證明，解決這一問題的關(guān)鍵在于實(shí)行精密播種和均勻播種，這是提高“兩度”實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)和前提。但現(xiàn)在小麥生產(chǎn)中使用的播種機(jī)達(dá)不到精密勻播要求，從而影響了這一技術(shù)的推廣應(yīng)用[1]。
群體質(zhì)量一方面受作物本身遺傳特性的影響，同時(shí)也是栽培技術(shù)和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。播量對(duì)小麥生長之所以能夠產(chǎn)生影響是因?yàn)椴シN密度必然造成個(gè)體生長發(fā)育的差異，而個(gè)體的分菜數(shù)量、生長狀況、成穗情況對(duì)群體結(jié)構(gòu)、群體環(huán)境、產(chǎn)量和品質(zhì)形成都有很大的影響。適宜的播種密度可以獲得理想的群體結(jié)構(gòu)，有利于作物正常生長發(fā)育，為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[2]。
1總體設(shè)計(jì)思路
避免現(xiàn)有播種機(jī)播種后出現(xiàn)嚴(yán)重的漏播和如土深度不到位的現(xiàn)象，保證播種均勻性和出苗率顯著提高。在設(shè)計(jì)制造能夠提高播種均勻性的相關(guān)裝置時(shí)，盡量降低其成本。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家頒布的谷物播種標(biāo)準(zhǔn)。保證整機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3]。
1.1設(shè)計(jì)原理
作業(yè)時(shí)，小麥播種機(jī)通過三點(diǎn)懸掛掛接在20馬力的拖拉機(jī)上，播種機(jī)在拖拉機(jī)的牽引下工作，地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)肥箱的中的排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將肥料推入出料口，肥料掉進(jìn)開溝器，開溝器采用雙圓盤開溝器開溝同時(shí)施肥。在雙圓盤上設(shè)計(jì)安裝一刮土裝置，以防粘土。在播種過程中，穴播器的腰盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，取種器將進(jìn)入種腔的小麥種子甩到鴨嘴中，鴨嘴通過破土定穴將種子排刀適合的土層。鎮(zhèn)壓器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將圖層壓實(shí)，覆土板將土覆蓋均勻，完成播種工作。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
新型小麥播種機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。新型小麥播種機(jī)由地輪、鏈輪鏈條支架、 三點(diǎn)懸掛、肥箱、種箱、鎮(zhèn)壓輪、覆土板、穴播器、開溝器等組成。
為了防止打滑，保證動(dòng)力輸出，在地輪一周裝有長方形鐵片，使播種機(jī)在行進(jìn)的過程中增加整體的抓地力，保證撥肥螺旋有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，使得播肥能夠均勻。
作業(yè)時(shí)，小麥播種機(jī)通過三點(diǎn)懸掛掛接在20馬力的拖拉機(jī)上，播種機(jī)在拖拉機(jī)的牽引下工作，地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)肥箱的中的排肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，排肥螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將肥料推入出料口，肥料掉進(jìn)開溝器，開溝器采用雙圓盤開溝器開溝同時(shí)施肥。在雙圓盤上設(shè)計(jì)安裝一刮土裝置，以防粘土。在播種過程中，穴播器的腰盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，取種器將進(jìn)入種腔的小麥種子甩到鴨嘴中，鴨嘴通過破土定穴將種子排刀適合的土層。鎮(zhèn)壓器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將圖層壓實(shí)，覆土板將土覆蓋均勻，完成播種工作。
圖1 新型小麥播種機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
1.地輪 2.鏈輪1 3.鏈條1 4.支架 5.鏈條2 6.三點(diǎn)懸掛 7.鏈輪2 8.肥箱 9 .種箱
10.鎮(zhèn)壓輪 11.覆土板 12.穴播器 13.開溝器
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架是機(jī)體重要的組成部分和支撐部分，機(jī)架配合各部件與拖拉機(jī)相連，承受拖拉機(jī)施加的拉力，完成移動(dòng)。其只要是與鋼材焊接而成。
2.2穴播器的設(shè)計(jì)
穴播器工作時(shí)，種子在穴播器內(nèi)隨著腰帶轉(zhuǎn)動(dòng)，在前進(jìn)過程中利用種子的重力和慣性，通過取種器拾取種子，達(dá)到精量播種的目的。取種器進(jìn)入種子群，種子進(jìn)入充種腔；取種器經(jīng)過橡膠刷時(shí)，多余的種子被清掉，毛刷的末端和充種腔形成很小的空間，只容下一排種子，此時(shí)種子在充種腔內(nèi)排成整齊的一隊(duì)；底盤上方的撥齒撥動(dòng)取種器的撥桿，撥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，離開撥桿后完成取種工作，橡膠刷擋在定種孔不讓接下來的種子進(jìn)入；取種器繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)取種器運(yùn)動(dòng)到滾筒上方時(shí)多余種子滑落，通過定種孔的種子大部分己經(jīng)進(jìn)入到攜種腔不會(huì)滑落；當(dāng)取種器經(jīng)過最高點(diǎn)，開始往低處運(yùn)動(dòng)時(shí)，種子從攜種腔的投種孔進(jìn)入到鴨嘴成穴器等待排出。
2.3 取種器的設(shè)計(jì)
取種器是機(jī)械式精量小麥穴播器實(shí)現(xiàn)小麥精密播種的核心部件，其工作性能的好壞直接影響播種質(zhì)量和出苗率。新型取種器由并排排列的充種腔和攜種腔構(gòu)成。充種腔和攜種腔之間通過定種板隔開，取種器的底端截面是O型槽，取種器的底端位于攜種腔一側(cè)。定種板的后端下部開有定種孔，用于精量取種。取種器的O型槽的尺寸為：長2cm，寬0.5cm，深0.5cm，假設(shè)小麥種粒的平均體積為0.1cm2，那么O型槽在充滿的狀態(tài)下能容下5～6粒小麥種。
圖3-3 取種器結(jié)構(gòu)示意圖
1.橡膠刷 2.撥桿 3.取種圓柱 4.種槽 5.基體
2.3.1取種過程分析
取種器的整個(gè)取種過程分為3個(gè)階段，取種器進(jìn)入種子群充種腔開始充種、毛刷刮種，目標(biāo)種子側(cè)充到攜種腔。
充種范圍： 小麥種是散粒體，穴播輪工作時(shí)種子在種子室內(nèi)圈的帶動(dòng)下聚集在充種區(qū)，假設(shè)此時(shí)種子群面為平面，種子在種子室內(nèi)的形態(tài)如圖3-4所示[10]。圖3-4中，圓O為種子室，直線AB為種子面，ABC區(qū)域?yàn)榉N子群橫端面。以種子室中點(diǎn)O為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，種子室的半徑為r，則直線AB的方程為
（2-1）
其中，h為種子深度；為種子室半徑，為種子面與水平面的夾角。
圓O的方程為
（2-2）
其中，為方程角度參數(shù)，(O)。
直線AB與圓0的交點(diǎn)A、B的坐標(biāo)分別為
、，
，
。
其中，A、B分別為A,B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角。
圖3-4 充種范圍示意圖
充種速度：取種器隨著穴播器的滾動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，種子室內(nèi)的種子在滾筒帶動(dòng)下，呈半月型環(huán)流群。在重力、離心力和種子間推擠力聯(lián)合作用下，充種腔中的種子大部分由徑向進(jìn)入，小部分種子由軸向進(jìn)入。種子進(jìn)入充種腔的方式有兩種：①取種器經(jīng)過種子群時(shí)，種子在重力、離心力和種子群力的作用下填補(bǔ)空間的形式進(jìn)入；②種子從最高點(diǎn)沿種子面下落到種子室底面后，以一定的速度直接進(jìn)入。呈環(huán)流群狀態(tài)的種子從最高點(diǎn)滑落時(shí)的角速度ki≈0，離心力p = mRki2 ≈0，重力mg，在下落種子的沖擊力F i及環(huán)流中種子的動(dòng)能聯(lián)合作用下以填補(bǔ)空間原理給充種腔充種。由徑向進(jìn)入充種腔的種子速度為
（2-3）
式中 hi一種子在環(huán)流中被拖帶的高度；
F b一種間摩擦力；
s一種子在種堆上的滑移長度；
ti一沖力的作用時(shí)間；
t一種子充入時(shí)間；
g一重力加速度；
m一種子質(zhì)量；
從環(huán)流群最高點(diǎn)沿滾筒端部間隙落下的種子在種子室底部發(fā)生種子之間推擠碰撞，部分種子可軸向進(jìn)入充種腔。
2.4 開溝器的設(shè)計(jì)
2.4.1 雙圓盤開溝器結(jié)構(gòu)
圖2-2雙圓盤開溝器結(jié)構(gòu)示意圖
1.支架 2.進(jìn)肥口 3.主軸 4.導(dǎo)肥板 5.圓盤 6.分土板
2.4.2 雙圓盤開溝器
雙圓盤開溝器有兩個(gè)相互傾斜對(duì)稱安裝形成夾角的平面圓盤。兩個(gè)圓盤的交點(diǎn)在圓盤前沿下方的m處，工作時(shí)在土壤反力的作用下各自繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)。圓盤滾轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)平面將土壤向兩側(cè)推擠而形成的種溝。導(dǎo)種板將肥料導(dǎo)入溝底。它的特點(diǎn)是類似于滑刀切削入土，能切斷土中殘根，對(duì)土壤的適應(yīng)能力較強(qiáng)，工作可靠。
雙圓盤開溝器在播種作業(yè)時(shí)m點(diǎn)的位置一般取在地面稍上方，它的開溝寬度b在圖中為B1B2兩點(diǎn)間的距離。設(shè)圓盤的直徑為D，則溝底的寬度b為：
b=B1B2=2mB2sin （2-4）
（2-5）
（2-6）
圖4-1 雙圓盤開溝器的開溝寬度
如圖4-1所示，兩個(gè)圓盤各開出一條凹溝，而在兩凹溝之間形成一個(gè)凹埂。在開溝寬度不大時(shí)，此凹埂對(duì)播種深度的影響可忽略不計(jì)；但在開溝寬度比較大時(shí)，凸埂將影響種子在溝內(nèi)的橫向分布，因此m點(diǎn)的位置，即角的大小應(yīng)合理選擇，一般的雙圓盤開溝器，角為12度到16度，角約為12度，D為350mm，b為1.5~4mm。
3總結(jié)
本課題要在排種器、開溝器、鎮(zhèn)壓輪等方面進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)來提高播種均勻性。(1)對(duì)排種器分析后采用窩眼式穴播器。 (2)對(duì)目前圓盤開溝器存在的問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。 (3)通過對(duì)現(xiàn)有鎮(zhèn)壓輪存在的問題進(jìn)行了分析比較，確定了既能減小打滑率又能對(duì)行鎮(zhèn)壓的鎮(zhèn)壓輪方案，并通過受力分析確定了鎮(zhèn)壓輪的主要參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
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