小型稻麦两用施肥播种机的总体设计_毕业论文

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1、本科生毕业论文（设计）题 目: 小型稻麦两用施肥播种机的 总体设计 姓 名:学 院:专 业: 农业机械化及其自动化 班 级:学 号:指导教师: 23目录摘要1关键词1Abstract1Key words11绪论11.1本课题研究的背景、目的和意义21.1.1 研究的目的和意义21.2 国内外播种机的研究现状21.2.1 国外机具研究现状21.2.2 国内播种机研究概况31.3 课题研究的主要任务、内容与方法41.3.1 课题的主要任务41.3.2 本课题研究的内容41.4 本课题技术路线42. 稻麦两用施肥播种机总体结构的设计52.1 农艺要求52.2机具要求52.3播种机的性能要求和性能指标

2、52.4小型稻麦两用施肥播种机整体结构的设计52.4.1播种机的整体设计原则52.5播种机的总体结构62.5.1选择与播种机匹配的拖拉机型号62.5.2播种机的幅宽匹配62.5.3开沟器的布置62.5.4播种机的结构和工作原理63. 播种机关键部件的设计及其参数的确定73.1机架83.2排钟器83.2.1类型的选择83.2.2外槽轮排种器的机构和工作原理83.2.3结构参数93.2.4地轮轴至排种器轴的传动比93.3开沟器113.3.1开沟器的性能要求113.3.2开沟器的总体设计113.3.3开沟器关键参数的选择123.3.4入土隙角123.3.5侧壁长度123.4镇压轮143.4.1镇压轮

3、的作用143.4.2镇压轮的类型143.4.3镇压轮的选择153.5地轮153.5.1地轮直径163.5.2抓地板的设计与布局163.6种肥箱173.6.1种（肥）箱的设计173.6.2种肥箱容积的确定173.7播种机长度183.8播种机高度184 播种机受力分析184.1 拖拉机的功率校核184.2开沟器臂弯矩的校核204.3开沟器连接螺栓强度校核204.4开沟器梁的强度校核214.5地轮轴的校核22结论23致谢23参考文献：23附图图1 小型稻麦两用施肥播种机总体装配图1图2 地轮2图3 机架3图4 开沟器4图5 排种器装配图5图6 外槽轮6图7 镇压轮装配图7图8 镇压轮8小型稻麦两用施

4、肥播种机的总体设计农业机械化及其自动化学生 刘晓勇指导老师 何瑞银摘要：小麦和水稻是我国的主要粮食作物，在我国种植面积广泛。目前我国大中型播种机技术比较成熟，但受体积，转弯半径和配套动力的制约，不适合小地块作业。而我国个体农户较多，种植面积较小。因此本文了设计一种小型稻麦两用施肥播种机，该播种机由拖拉机牵引，能一次完成施肥，播种，镇压作业，能够实现种肥分施，降低伤种率以及提高化肥利用率。本文对播种机的排种器，开沟器，地轮等关键部件进行了设计，确定了工作部件的关键参数。最后对关键部件进行了强度校核，各部件均能满足要求。关键词：施肥播种机；设计；开沟器；排种器 Overall Design of

5、A Small-sized Fertilization Seeder for Rice and WheatStudent majoring in Agricultural Mechanization and its Automation Liu XiaoyongTutor He RuiyinAbstract：Wheat and rice are Chinas major grain crops, have an extensive planting area in our country. At present, the large and medium-sized seeder techno

6、logies are relatively mature. But limited by the volume, turning radius and motive power constraints, they are not suitable for small-block operation. However，particular peasant household of our country is more, but cultivated area is less. So this paper designed a small-sized fertilizer seeder for

7、rice and wheat. The seeder is hauled by the tractor, it can not only finished fertilizing and seed shedding, covering soil and compacting at one time, but also implement the functions of splitting application the seed and fertilizer. While reduce injury rates and improve fertilizer efficiency specie

8、s. This paper designed the opener, the seeding driller and other working parts, determined the key parameters of every component. Finally has carried on the intensity examination to the key components, various parts can satisfy the request.Key words: fertilization seeder；design；opener；driller1绪论我国目前

9、人均耕地面积仅1.2亩，尚不及世界平均水平的1/3，且耕地总体质量不高。一二类耕地仅占耕地总面积的21%，79%的耕地属于中低产地。而我国又是主要的干早国家之一。干旱、半干旱及半湿润偏旱地区的面积占国土面积的52.5%1。在中国这样一个人多地少，用占世界7%的耕地养活占世界22%的人口的大国里，农业的极端重要性更加显而易见，而发展农业就要依靠农业机械化，才能有效的解决人地矛盾。我国的农业机械相对于发达国家还比较落后。美国等发达国家20世纪初就开始积极推进土地的规模经营，并实现了机械力对人力和畜力的替代，20 世纪 70年代实现了全面机械化，进入 90 年代后全球卫星定位系统广泛应用于农业生产中

10、，农业工人的装备水平已经接近或超过产业工人。而我国目前仍实行以农户家庭为单位的小规模经营，农业机械虽有一定程度的推广和应用，但人力、畜力以及传统的耕作习惯和耕作方式仍占主导地位。据国际年鉴统计，我国平均每个经济活动人口占有耕地面积 0.2 公顷，占世界平均水平的44.1%，占美国平均水平的0.7%；每千人化肥施用量64.6吨，略高于亚洲平均水平，但仅占世界平均水平的67.5%，占美国平均水平的1.2%。科学技术在农业生产中的应用虽逐年增加，但应用的广度和深度都远远不够。在这种形式下，我们要提高我国农业水平，就要实施农业机械化，但对于我国小规模经营的现状，实施大型播种机械难度很大。因此本课题设计

11、出的小型稻麦两用施肥播种机，它具有结构简单、功率消耗小、体积小等特点，对推广农业机械化相当有利。1.1本课题研究的背景、目的和意义粮食是维持人类社会生存和发展的最基本的生活资料是最具基础性战略性的物资提高粮食产量、保障粮食安全是保持国家社会稳定、保证国民健康、保障国民经济发展的基础和前提，也是农业科技工作的首要任务。机械化水平是衡量农村、农业发展水平的重要标志，是确保提高农村生产力，促进更多的劳动力转移，彻底改变传统的小农经济耕作方式的前提和依据。随着社会主义新农村建设步伐的不断加大，中央加大对农业和农村发展的支持力度，农村的机械化水平逐年提高。我国农业发展已进入“高产、高效、优质、安全”新阶

12、段，从而也引发了对提高农业机械化程度的强烈要求。农作物种植是农业生产过程中的重要环节。良好的种植是保证出苗齐全和禾苗茁壮成长的基础。采用机械种植不仅可以减轻劳动强度，提高工作效率，也能为机械化田间管理创造良好的条件。1.1.1 研究的目的和意义小麦水稻是我国主要的粮食作物，尽管我国大部分地区早已实现播种机械化，但目前的播种机质量还不能满足高产的要求。小型稻麦两用施肥播种机同时考虑到了农户经营面积少，作业地块小等特点，且功能较多，可一次性完成化肥深施、小麦（水稻）播种、镇压保墒等多道工序，与传统的耕作方式相比，具有减少作业程序，省工省力，节本增效，提高化肥利用率，保护环境，抑制沙尘暴，增产粮食等

13、优点。通过改变开沟器的形状和安装形式能有效解决作业时的壅堵现象。此外还具有种、基肥分施的特点，改善了土壤结构，提高了水稻出苗率、品质和产量，降低化肥施用量30%左右；与插秧相比，省去了稻种育秧、拔秧、运秧、插秧、大田普施基肥等多道工序，节省了大量劳力；该机可以播水稻和小麦；可在平原和丘陵地区的小平原上作业。因此有着较高的应用价值和广阔的推广前景23。1.2 国内外播种机的研究现状1.2.1 国外机具研究现状目前国外对播种机具的研究已取得了较大的成就。国外农场的土地面积一般比较大，田间拖拉机的功率也较大，国外的播种机大都以大中型为主，它们基本是多梁牵引式大型播种机（如图1-1所示），横梁多、开沟

14、器之间间距大，播种机又宽又重，一般都是气力式的，土壤工作部件也做得比较复杂。但转弯半径大，需要很长的地头，主要用于大面积作业，与我国地块小的实际情况相差甚远。如美国的USDA型、John Deer型和澳大利亚的KMC型等播种机的性能等都比较优良4。然而，由于种植方式、土地条件以及经济发展等多种因素，国外的播种机从其结构和工作性能方面均不能适应在我国土地条件下使用。图1-1澳大利亚锄铲式播种机图美国John Deere 1590 No-till Drill设计用于普通耕作和保护性耕作情况下的谷物播种整机开沟器为双排结构，播种行数为16行。排种(肥)器为外槽轮式，开沟器为圆盘切刀式，为此开沟器单体

15、较重，有利于免耕作业。开沟器单体仿形，土壤扰动小，坚固耐用。圆盘切刀直径为45.72cm，刃锋角度为20o，标准配置为单圆盘开沟器，行距18.4-24.5mm可调，如拧松前方固定螺栓则可使行距加大到36.8-49 mm。单体仿形为压簧式，压簧可给每个开沟器提供734-2000N的压力使其入土或用于切割残茬5。1.2.2 国内播种机研究概况中国从20世纪50年代引进了谷物条播机、棉花播种机等。40多年来，几代农业机械化工作者汲取传统抗旱耕作法的精华，并结合现代耕作技术与机械化手段，已先后研制出一批机械化程度较高的旱地耕作机具，它们将逐步取代传统的耕作机具，现已形成了适用于不同区域的机械化耕作体系

16、。但目前国内生产施肥播种机的专业厂产品开发能力很弱，现有的施肥播种机在产品数量质量和上都不能满足生产需要。而且存在对地域和土壤条件适宜能力差、机具通过能力不强、可靠性差，不能一次完成开沟、排种、排肥、覆土、镇压功能等问题。图1-2是由中国农业大学研制的2BMF-9型小麦免耕覆盖播种机。它采用了双排梁结构，使同一排梁上的开沟器间距达到40cm，采用了专利产品“复合型开沟器”实现现种肥垂直分施，种肥间距可达到5cm以上，但是体积大，不适合小地块作业。图1-2 2BMF-9型小麦免耕覆盖播种机 图1-3 LZFB-200（14）系列联合整地施肥播种机如图1-3所示，LZFB-200（14）系列联合整

17、地施肥播种机是由旋耕机部分和播种、施肥部分组合而成的农业机械，一次完成旋耕碎土、施肥、播种和震压等多种农艺，适用于种子直径不小于2mm麦类、玉米、豆类、花生等农作物的旋耕、播种作业，也可单独完成旋耕、整地作业。但是制造成本高，价格昂贵，得不到很好的普及。我国个体农户较多，地块较小，为了操纵灵活，播种机一般都设计为悬挂式的，质量相对比较小。但是由于土壤容重一般较高，故要求播种机单体又必须有一定的重量才能达到入土开沟的目的。同时，在我国拖拉机功率有限，播行不能太多，否则播种机工作阻力太大，而拖拉机动力不足，这就要求我们必须在现有的条件下，选择或设计合适的小型稻麦两用施肥播种机。1.3 课题研究的主

18、要任务、内容与方法1.3.1 课题的主要任务本课题的主要任务是根据国内外研究现状完成一台小型稻麦两用施肥播种机的总体设计。总结现在已有的施肥播种机的不足，对其进行改进，设计出适合我国稻麦种植的施肥播种机械。设计时不仅要确定各部件的结构还要确定最佳的工作参数，使其适合各种田地环境，工作效果最优化。1.3.2 本课题研究的内容该课题主要完成对小型稻麦两用施肥播种机的总体构造的设计。用CAD制图软件进行整体机构设计分析。设计分析后对各关键部件进行校核，使其满足工作要求。包括地轮，排种器，排肥器，种肥箱，开沟器，镇压轮，机架，传动机构等设计。1.4 本课题技术路线问题的提出 学校实验室观看播种机通过图

19、书馆网络资源访问电子期刊了解国内外播种机的研究现状状总体方案的确定关键参数的确定及关键部件设计对相关部件做强度校核合格不合格计算机建实体模型整理数据完善设计2. 稻麦两用施肥播种机总体结构的设计2.1 农艺要求（1）能按质量完成播种作业，适时播种，适量播种，保证合理的播种深度；（2）能适应小地块作业；（3）能同时播种小麦和水稻；（4）能改善土壤状况，上下层土壤不翻转，土壤侧向位移小，保墒蓄水，提高地表积温；（5）可以一次完成播种，施肥，镇压等工序。2.2机具要求（1）针对我国农业动力机械马力小的特点，设计播种机具，该机具与东方红15型小四轮拖拉机匹配，机组作业速度5.43km/h；（2）结构简

20、单，使用方便，尽量减轻机具质量，便于悬挂和田间运输；（3）作业时稳定性好，播深和播量均匀。易于操作，减少作业过程中机具的振动；（4）地轮滑移率应该在农艺要求的范围之内；（5）要做到种肥分施，避免烧苗，播种深度要一致，能将种子和肥料层播（施）入土壤，且种子与肥料之间至少用3cm的垂直土层隔开；（6）要有很好的上下左右仿形功能，覆土镇压效果要好，播种作业后，仍然能保持良好的地形。2.3播种机的性能要求和性能指标播种应根据当地的作物栽培制度，农艺要求进行作业。播种时要求播种量满足农艺要求且可调；种子在田间分布均匀合理，保证播深、株距、行距一致且可调；种子播在湿土层中且用湿土覆盖；施肥时要求肥料施于侧

21、下方，种子损伤率低。播种机的性能指标是评价其工作质量的标准，常用如下指标来评价：（1）总排种稳定性：播种机在规定的工作条件下排种量的稳定程度，即在播种机允许的工作环境内（如允许在10的坡地播种，允许机速在一定范围内变化，允许种箱没种子量变化，等等）总排种量保持不变。田间可用不同行程或不同地段的整机总排量的变异系数或相对误差来表示。（2）各行排量一致性：指一台播种机上各个排种器在相同条件下排种量的一致程度。要求各行的排量一致。通常以播种机一定行距内各行排量的变异系数或相对误差来表示。（3）排种均匀性：指从排种器排种口排出种子的均匀程度。（4）播种均匀性：在种子种沟内分布的均匀程度。（5）播深稳定

22、性：在种子上面覆土层的稳定程度。要求规定播深1cm为合格。（6）种子破碎率：在排种器排出种子中受机械损伤的种子量占排出种子的百分比。（7）粒距合格率：对单粒精密播种通常以测得粒距的合格率来表示。设t为粒距样本（不小于250）的平均值，则0.5t1.5t为漏播。合格粒距数占取样总粒距数的百分比为粒距合格率6。2.4小型稻麦两用施肥播种机整体结构的设计2.4.1播种机的整体设计原则（1）结合我国农业的实际情况，参考小麦和水稻本身特性和国内外的播种机，设计出一种既满足功能要求又适合我国农艺情况的播种机；（2）为了避免土壤被压实，尽量减少作业机器进入土地作业的次数，因此采用复式作业，将施肥、播种、镇压

23、等作业一次性完成；（3）为了作业方便，要在满足功能要求的基础上，减少整机的体积，尽量将整机结构设计紧凑。另外，在满足强度要求的前提下，要减轻整机的重量，节约使用材料；（4）为了降低成本，要在满足各项要求的基础上，尽量简化结构，同时还要考虑到零件的互换性和可装配性。2.5播种机的总体结构2.5.1选择与播种机匹配的拖拉机型号本设计选用东方红-15型小四轮拖拉机，播种机与拖拉机采用三点悬挂的方式连接。前轮距为900mm，后轮距为960mm。额定牵引力为350公斤力；结构重量为950公斤，使用重量为1070公斤；使用档工作为5.43公里/小时；额定功率为15马力；额定转速为2000转/分7。2.5.

24、2播种机的幅宽匹配播种幅宽应满足幅宽配套的要求，即农具作业幅宽应大于或等于拖拉机轮子外廓宽度，以避免拖拉机轮子压已完成作业的地面，并保证农具可以作业到地边。根据东风-15型小四轮拖拉机的轮距，小麦和水稻的行距一般取15cm。因此作业行数为8行，工作幅宽为1.2m。开沟器个数为8。2.5.3开沟器的布置开沟器工作时，将部分土壤升起、抛翻、推挤或挤压，使开沟器前方形成前丘和播后地表形成沟痕。特别是在整地条件差、土块大、杂草和残茬多的情况下，前丘突起较大。为了不使相邻两开沟器的前丘连片，它们之间必须要有足够的间距。若该间距大于农业技术要求的行距时，常使相邻两开沟器排成前后两列，同时前后列开沟器的距离

25、必须保证后列在已稳定的土壤中工作，以保证后列开沟器的开沟质量。本设计中的铲式开沟器，开沟器个数为8个；列数为2列；前后列距离为30cm8。开沟器的布置如图2-1所示。图2-1开沟器布置示意图2.5.4播种机的结构和工作原理小型稻麦施肥播种机由机架、种肥箱、外槽轮排种器、外槽轮排肥器、开沟器、输种管、输肥管、镇压轮、地轮等部分组成。播种机工作如图2-2所示，播种机通过上悬挂板1和下悬挂板4与拖拉机联接。通过调整拖拉机悬挂装置的上拉杆的长度调节机组的前后水平。机组的左右水平调整可利用调节拖拉机悬挂装置上的右吊杆的长度来调节。工作时，开沟器6先在地面上开出种沟，地轮2转动，由链条传动带动排种排肥轴转

26、动，从而使肥料及种子经由输种输肥管到播种沟内，每个开沟器后设置一镇压轮，播种后进行镇压。当播种机在地头转弯时由拖拉机的悬挂系统提升播种机，将播种机升起，此时播种机停止工作。当播种机转弯后开始进行下一趟工作时，在通过悬挂系统降下播种机，播种机便开始工作。图2-2 小型稻麦两用施肥播种机的总体结构图1.上悬板；2.地轮；3.机架；4.下悬挂板；5.链轮；6.开沟器；7.镇压轮；8.输种管；9.输肥管；10.排肥器；11.排种器；12.肥料箱；13.种子箱3. 播种机关键部件的设计及其参数的确定本课题设计的稻麦两用施肥播种机采用三点悬挂式，主要机构包括：机架，排种器，开沟器，输种管，镇压轮，地轮及种

27、肥箱7个部分。主要技术参数：外形尺寸（长宽高mm） 13831100702机具质量（kg） 350作业行数 8行 行距（mm） 150种子箱容积（L） 45化肥箱容积（L） 90播深（cm） 35化肥深度（cm） 810漏播率（%） 3生产率（亩/小时） 9.8地轮直径(cm) 45排种器形式 外槽轮式排肥器形式 外槽轮式传动机构形式 链条镇压轮形式 圆柱型3.1机架机架是播种机安装全部工作机构的基础。分框式和单梁式两种。悬挂式谷物播种机多采用单梁式机架，多用方形钢管制成。机架在前方，固定有三点悬挂机构9。机架由热轧等边角钢焊接而成，角钢的截面尺寸如图3-1所示。开沟器，地轮和镇压装置以及种肥

28、箱等部件均安装在机架上。 图3-13.2排种器排种器是播种机的主要工作部件，配置在种子箱下方或开沟器上方，是决定播种机质量的关键因素，其功用是将种子箱内的种子按播种要求定量、均匀的排出，并经输种管、开沟器落入种沟内。对排种器的要求是：播量稳定可靠，排种均匀，不伤种子，通用性好，播量调整范围大，调整方便可靠等。3.2.1类型的选择排种器的种类很多，应用于谷物条播机的主要有外槽轮式，内槽轮式拨轮式，磨盘式、纹盘式、钉轮式，离心式和气力式等多种。（1）外槽轮式排种器结构简单、容易制造、播量调节方便、工作可靠。（2）圆盘式排种器和窝眼轮式排种器的排种质量取决于型孔和窝眼的充种情况 若能根据农艺要求对稻

29、种进行包衣和丸粒化处理。则可大大改善稻种的充种性能 提高排种均匀性。（3）气吸式排种器对种子的尺寸和形状要求不严、伤种率小、作业速度较高、可用于水稻精密播种。但是其结构复杂、制造要求高、成本大。所以只适用于大中型水稻精密播种机。由于外槽轮排种器排种性能稳定，对种子适应性广，已是一个标准化产品，播种时采用外槽轮排种器，排肥采用外槽轮排种器10。为了能满足精少量播种的要求，将排种轮改为小槽轮（由原来10槽改为16槽）并提高转速，从而减少了播种量，提高了均匀性。3.2.2外槽轮排种器的机构和工作原理如图3-2所示，外槽轮排种器主要由外槽轮、排种盒、排种轴、阻塞套、排种舍、挡圈组成11。工作时，排种轴

30、带动外槽轮转动，种子箱内的种子靠重力充满槽轮的凹槽。随着槽轮的转动，凹槽内的种子就被强制从排种盒下排出，落入输种管里，然后掉到种沟里，随即被土覆盖。图3-2 外槽轮排种器的结构图1.排种盒；2.阻塞套；3.卡箍；4.外槽轮；5.排种舌轴；6.排种舌3.2.3结构参数外槽轮排种器的主要参数有槽轮直径，工作长度，齿槽数，齿槽断面形状，槽轮转速，槽轮与排种盒的相对位置等。这些参数影响着外槽轮排种器的工作性能。（1）槽轮直径d：槽轮直径过大，排种器尺寸增加，在相同播量下转速和工作长度就相应减小，这会影响排种均匀性；直径过小，同播量下就必须提高转速，会增加种子损伤率。播麦类槽轮直径一般在4051mm。目

31、前应用最多的小槽轮排种器槽轮直径为40mm，这样对水稻种子可适当提高转速，增加脉冲频率，减小脉冲振幅，因而排种均匀性略好于大直径。因此本机设计槽轮直径取d=40mm。（2）槽轮的工作长度L：槽轮工作长度太小，将使排种器内种子流动不畅，形成局部架空，使排种均匀性变差。实验表明，槽轮工作长度不应小于种子长度的1.5-2倍。播麦类谷物时，可取L=30-42mm。根据种子的不同类型，槽轮工作长度可在30-50mm范围内调整。因为本次设计的播种机同时播小麦和水稻，小麦种子的长度大于水稻种子长度，因此排种器取L=40mm。（3）齿槽数Z：为了能满足精少量播种的要求，本机设计的齿槽数Z=16。（4）齿槽断面

32、形状：弓形凹槽断面便于充填和排出种子。因此齿槽断面采用弓形。（5）槽轮转速：槽轮转速过高易伤种，过低又对排种均匀性不利。为提高播量的稳定性，槽轮适宜的转速为960r/min6。3.2.4地轮轴至排种器轴的传动比外槽轮排种器的播量，取决于槽轮的有效工作长度和转速。转动的槽轮和不转动的阻塞套可以在排种盒内随排种轴左右移动，轴向移动的排种轴，即可改变槽轮的工作长度，用以调节播量。当槽轮的工作长度不能满足要求是，改变槽轮转速即可扩大播量的调节范围。本播种机转速一定，通过改变槽轮的工作长度，用以调节播量。驱动轮（无打滑）转动一转播种机播下的种子量（）等于12： （3-1）式中:播种量，；地轮直径；播种机

33、幅宽；开沟器数；这时每个排种器播下的种子容积（）为： （3-2）式中种子的容重，；行距，。考虑到播种机轮子的打滑，则： （3-3）式中打滑系数。轮子转动一转槽轮播下的种子容积（）： （3-4）由此: （3-5）注：计算值必须是该组种子中最大值，并以最大播种量和最小的种子容重按公式3-5计算。式中：农业机械中滑移系数的允许范围 13，取最小值；小麦的播种量为在取最大值14；小麦容重在间15，取最小值。计算得。排种器一般设计用于多种作物，其播种量变化范围从到，从式（3-5）得出结论，这些播种量或当常数时用改变传动比（不移动槽轮）或当常数时用改变工作容积（移动式槽轮）或者同时改变和加以保证。因为槽轮

34、长度受到排种器在种子箱底下布置的限制，则为了传动系统的通用化，规定用换位或变换齿轮和链轮的办法以得到多种传动比。此外，值的选择还受槽轮圆周速度的限制，提高超过一定值会使种子流的均匀度变坏，因为： （3-6）则： (3-7)式中：和排种器和传动轮轴的转速；机组前进速度；槽轮直径；如果取，则从公式（3-7）得： (3-8)当谷类作物，播量公斤/公顷时，可取。本设计中。取；。则。3.3开沟器3.3.1开沟器的性能要求开沟器是播种机关键的部件之一，它的作用是开沟，倒种入土和覆土。开沟器的结构及布局合理与否不仅会影响开沟情况，而且还会影响种肥的流畅性、进而影响播种质量和种子发芽率。由于开沟器的作业条件较

35、恶劣，工作难度较大，所以对开沟器的性能要求会比较高。施肥播种机上的开沟器的性能要求大概有以下几点：（1）开沟的深度和宽度应能符合要求；（2）土层翻转少，不混淆干湿土，保证种子落在沟底的湿土上；（3）开沟深浅能调节，并能随地面仿形，保证开沟深度的一致；（4）入土性能好，不易被杂草和湿土阻塞；（5）能实现种肥分施。要在播种时一次施入大量的肥料，以保证作物生长期需要，因此必须种肥分施，以免烧种。根据播种时土壤情况不同，施肥量也不同，在供水充分、肥沃的土壤上为了取得高产，往往用大施肥量；而干旱贫瘠土壤上产量不高，相对施肥也少。另外对于小麦窄行作物如果采用种肥侧施不仅增加了开沟器的个数、成本和开沟器的安

36、装难度，而且增大动土量、堵塞率。因此一般采用垂直分施16。有资料表明，深施肥，在施肥深度8-10cm，每公顷用量300kg；播种深度3-5cm，每公顷用量300kg的情况下，采用肥料深施比撒施小麦亩产可增加20%-30%17，从而增加农民收入；（6）开沟器布局合理。开沟器的布局是非常重要的。它布局合理与否，不仅直接影响到开沟器的堵塞，而且影响到播种机的整体结构。在保证顺畅的情况下应尽量使整机结构紧凑，减小整机尺寸。3.3.2开沟器的总体设计目前，在小型播种机上使用的开沟器主要功能单一，不能实现种肥分施。小型播种机一般采用两个开沟器前后布置，分别开出肥沟和种沟，工作时先将肥料施入肥沟，然后把种子

37、播到种沟内；这样将导致播种机体积大，结构复杂，土壤扰动大，不适合于小型播种机18-19。在我国，大中型播种机开沟器结构比较成熟，但由于受体积大，开沟阻力大，覆土不好等因素的制约，不适合小型播种机小地块播种作业。本课题设计的小型开沟器能够一次完成开沟，施肥，播种工序。播种机在工作时，开沟器在耕地上开出肥沟和种沟，同时引导肥料和种子进入肥沟和种沟内，靠土壤自动回落覆盖肥料和种子。开沟器的结构如图3-3所示。开沟器通过螺栓固定在机架上，在播种作业中随播种机前进；开沟器的侧壁设计成台阶状，回土时间就有先后之分。后侧壁结合散种板将前侧壁形成的种沟刮平。 图3-3开沟器结构示意图1.开沟器柄；2.导肥板；

38、3.种板；4.散种板 3.3.3开沟器关键参数的选择3.3.4入土隙角入土隙角为开沟器底面与地面之间的夹角20。入土隙角的存在有利于开沟器迅速破茬入土，过小入土性能变差，且底边易于磨损。过大将使土壤提前回落，使肥料不能达到该开沟器的最大深度，一般取为5-10度左右，经过多次试验取度。3.3.5侧壁长度22在播种过程中，开沟器随播种机前进，种子在开沟器导种板上滑下，经散种板和两侧壁把种子成条铺撒在种床上。(1)种子下落时初始速度计算播种机工作时排种器是由地轮通过链条带动，排种盘的转动线速度与机器前进速度的关系为21： （3-9） 式中，为排种盘直径；为每穴排种粒数；为地轮滑移率；为排种盘上型孔数

39、；为穴距或株距。根据有关资料，取；; 。代入上式得：=0.2m/s。 种子下落时的绝对初速度为： (为落种角） （3-10）落种角取，有较好的播种效果22。 代入上式得：。(2)种子与散种板碰撞时的速度不考虑空气阻力的情况下，设种子到散种板的速度为V1，利用能量守恒定律可得： （3-11）解上式得： （3-12）式（3-12）中：，分别为散种板、导种板与水平面的夹角，为导种板的长度，为种子脱离排种器轴与散种板碰撞点之间的距离，为种子与导种板之间的摩擦系数，为重力加速度。取，代入3-12中，计算得：=4.56m/s。(3)种子离开散种板落入种沟过程中的运动轨迹设种子在散种板上发生正碰，种子离开散

40、种板时的速度为，则与大小相等方向不同与水平方向的夹角为。种子在脱离开沟器散种板时为一斜抛运动如图3-4，其运动轨迹为： （3-13）解上式得： （3-14） 其中：为种子与散种板碰撞点到种沟的距离，测得。将初始值代入上式得：，。种子从与散种板碰撞至落入种沟过程中播种机前进距离为：由此得侧壁长度为：式中为侧壁底边前端距种子与散种板的水平距离。值为，则侧壁长度应不小于。该开沟器取侧壁长度为。图3-4排种器中种子下落曲线3.4镇压轮3.4.1镇压轮的作用镇压轮是播种机的一个重要部件。压实土壤，促使土壤下层水分上升，同时还可以使种子和土壤进一步密接，有利于早出苗，育壮苗。选择或设计合适的镇压轮，可减少

41、土城中的大空隙，减少水分蒸发，以使土壤保墒，可加强土城毛细管作用，使水分沿毛细管上升，起到“调水” 和“保墒”的作用，可使种子与土坡紧密接触，有利于种子发芽和生长24。3.4.2镇压轮的类型目前用于播种机上的镇压轮有多种，按形状不同可分为圆柱型、凸鼓型、凹腰型等（如图3-5所示）；按材料不同可分为铸铁、钢板冲压和橡胶镇压轮等。 A B C D E F图3-5镇压轮的类型a.平面整体式；b.凸面整体式；c，d.凹面整体式；e.凸面剖分式；f.型双轮式（1）圆柱型镇压轮圆柱型镇压轮用于宽幅开沟器（如芯铧式开沟器）之后的镇压。结构简单，镇压面较宽，压力分布均匀，对土壤压实性能较强，但金属圆柱轮轮缘容

42、易沾土而降低工作质量。一般加设刮土板或者采用在轮缘上包一层橡胶，可以减轻沾土现象。（2）凸鼓型镇压轮凸鼓型镇压轮对种子上方土壤的压密作用强，使种子与土壤密接，适于谷子、玉米等出土能力强的作物，也适用于干旱多风的地区使用。镇压后种子紧靠湿土，防止透风，利于保墒。（3）凹腰型镇压轮凹腰型镇压轮有整体的和分离的两种。镇压性能比较好。凹腰型镇压轮从两侧将土壤和种子压紧，但在种子上部的土层比较松，有利于种子发芽出苗生长。凹腰型镇压轮适用于棉花、豆类及出土较困难的双子叶作物，也适用于潮湿地区土壤使用。分离轮由左、右两个锥面轮圈构成，轮圈间留有20mm左右的间隙，镇压后地表中间凸起且疏松，两侧土壤被压实，雨

43、后不易积水而造成板结。凹腰型镇压轮常用于播幅不宽的滑刀式开沟器播种后的镇压。（4）倒八字型镇压轮（V形双轮式）倒八字轮是国外播种机上常见的一种装有橡胶轮圈的实心镇压轮，它的形状及大小和运动员所用的铁柄相似，并有一定的覆土作用。倒八字轮与窄幅开沟器（如双圆盘开沟器）相配合使用。（5）橡胶镇压轮橡胶镇压轮有实心和空心之分，近年来有一种被称为零压胎轮的空心橡胶轮发展比较快。这种镇压轮有一个设有内胎的轮胎。它的腔壁上有一个孔，使胶胎内空气与大气相通（故称之为零压橡胶镇压轮），受压变形后靠自身弹性恢复原来形状。橡胶镇压轮具有弹性好、粘土少、易脱土、滑移少，压后地表不易产生鳞片状裂缝等特点，是一种比较好的

44、镇压轮。3.4.3镇压轮的选择选择圆柱镇压轮，可以保证有较好的镇压碎土效果，减小土壤中的孔隙，达到保墒作用和良好的后仿形性能。镇压轮采用刚性轮，宽度由苗幅宽度决定，由于开沟器宽度，故镇压轮宽度也取此值。受空间限制，镇压轮直径取。3.5地轮地轮在施肥播种机中不仅起限深作用，而且是排种、排肥的主动轮。因此地轮应满足强度、刚度等机械性能；较小的打滑系数，以提高播种的均匀性；对地表不平性有较强的适应性，以免在地表高底不平的情况下，出现作为驱动排种器、排肥器的地轮被架空不转动，造成不排种、肥的问题。试验证明橡胶地轮滑移的均值和方差都比较小，播种质量好，在条件许可的情况下，最好选用橡胶轮25但是橡胶轮不仅

45、价格高，易损坏，而且在本次设计中橡胶轮尺寸不太合理，因此采用铁轮，即采用抓地板、地轮圈及幅板焊接而成。地轮直径越大，其转动越容易，从而打滑率越小，因此直径越大播种越均匀。3.5.1地轮直径地轮直径越大，其转动越容易，从而打滑率越小，因此直径越大播种越均匀。本次设计根据机具空间，将其直径设计为450mm，宽度为80mm。3.5.2抓地板的设计与布局抓地板越高打滑率越小。但是抓地板越高受土壤地质的影响越大，完全入土的可能性就越小，从而导致播种均匀性越大，这势必就要增加其厚度，而厚度的增加又会增大其入土难度。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3-6形状。图3-6

46、地轮抓地板其具体尺寸如下：;。该形状上窄下宽，不仅有利于抓地板入土，而且减小单个抓地板与地轮圈所夹的空间，从而减小他们之间夹土的可能性，即增大地轮的脱土性能，所以该形状是比较适合的。由于抓地板在地轮圈上是均匀分布的，所以这里所谓布局就是每个地轮所需抓地板的片数。相对来讲，在同一个地轮上焊接的抓地板越多，地轮在每时刻入土的抓地板数量越多，从而地轮打滑系数越小。但是同一时刻入土的抓地板数量越多，入土越困难。而且抓地板越多，两抓地板周向距离越小，从而在它们之间夹土的可能性就越大，使地轮直径不能保持不变，最终影响播种的均匀性。因此每个地轮上需要焊接的抓地板数要进行优化。优化原则26：入土抓地板处于垂直

47、状态时仅有一块处于土中；当两抓地板交替临界状态时，为降低打滑率，两抓地板入土深度最好要超过抓地板高度的一半。如图3-7示，以地轮圈圆心为圆心，分别以，为半径画圆，分别交地表，两点和，两点，其中，为： （3-15） （3-16）式中：地轮直径； 抓地板高度。则图3-7中与垂直抓地板相邻的两块抓地板一定要位于，两点外侧。最下端两相邻的块抓地板一定要位于，两点内侧。经过优化及圆整后，最终确定抓地板的块数为10块。图3-7 抓地板块数确定示意图3.6种肥箱3.6.1种（肥）箱的设计种（肥）箱为整体结构，中间用隔板相隔，种（肥）箱通过支撑板固定在机架上方，其主要功用，是在播种作业时用来盛放种子和肥料，要

48、求有一定容积，良好的钢性，种子流动阻力小，外形匀称美观，能防止损伤种子适当增加种（肥）箱容积，可减少加种 加肥次数，缩短辅助时间，有利于提高生产率，但由于结构空间的限制，容积不能过大，容积过大会使附加质量增大，则阻力增加。一般容积至少应满足在最大排量下，在较长地块上往返一次后在地头加种，加肥1次，本机适用于条播各类作物。3.6.2种肥箱容积的确定 （1）因为小麦的播量大于水稻的播量，故以播小麦来计算种箱容积。种子箱容积V取决于播种机的工作幅宽27： （） （3-17）式中：每个种子箱的容积（）； 种子箱每装满一次能播种的距离（），要求最少能播一个往返行程； 播种机幅宽（）； 最大播种量（）；

49、种子容重（）； 种肥箱的充满系数。取。该播种机1亩地添种一次，故行程为，即;播种机幅宽行距行数；取最小值；则，种子箱容积。（2）肥箱容积： （3-17）；取最小值；则，肥箱的容积。（3）条播机种子箱长度的计算可用下式计算： （3-18）式中：行距，;开沟器数量。本设计中， 。种子箱排种孔直径的确定种子能够通过的最小孔径，一般用实验确定。根据实验，孔径是种子尺寸的函数，其经验公式为28: （3-19）式中：种子的平均宽度，; 种子的平均厚度，;如麦类种子的平均宽度为;厚度为，由上式可算得最小孔径为。如用左右的孔径可完全符合要求。3.7播种机长度播种机的纵向尺寸越大越不容易发生堵塞，但纵向尺寸越大

50、，拖拉机液压系统的负荷越大，播种机田间作业效率越低，机动性能和操向性能越差29为了统筹考虑机器的作业效率、机动性能和操向性能，播种机纵向尺寸控制在1383mm左右。3.8播种机高度播种机的高度影响着种子箱、肥料箱的高度，种肥箱的高度影响着输种输肥的流畅性和投种质量，进而影响播种质量。种肥箱越高，输种管输肥管越舒展，种子、肥料越容易流动，越不易发生堵种堵肥现象。而种肥箱越高，投种点位置越高，种子从排种口排出经过的路程越长，受空气阻力和输种管碰撞的影响越大，使种子越难保持从排种口排出的均匀性。投种高度越大，种子经历所受的干扰越多，就容易引起种子落点不准确。投种高度越大，种子着地后动能越大，着地后沿

51、地表移动的距离越远，沟底随机因素的影响愈大30。因此，在不发生堵种堵肥现象时，投种高度越低越好。同时考虑到播种机和手扶拖拉机挂接后操作方便灵活，播种机的高度设计为1100mm。4 播种机受力分析4.1 拖拉机的功率和液压提升能力校核（1）本设计选用东方红15型小四轮拖拉机匹配，机组作业速度5.43km/h。播种机由拖拉机牵引工作，播种机上装有8个开沟器。工作时拖拉机具有足够的功率是播种机正常工作的必要条件。设：播种行距（）；播种行数，或开沟器个数；单组开沟器工作阻力（）；某档位下的拖拉机额定牵引力（）；牵引力利用系数，；机组作业速度（）。 （4-1） （4-2） （4-3）由上式得： （4-4

52、）式中；。计算得：。拖拉机额定牵引力为3430N，所以拖拉机能满足要求。（2）后悬挂轴额定提升重量根据提升农具的需要考虑，但受拖拉机操纵性能，轮胎承载能力等因素的限制。最大提升重量按系统最高压力计算。后轮驱动或拖拉机的额定提升重量可按照不失去操纵性要求计算。计算时需保证拖带悬挂农具行驶时前轮载荷不小于拖拉机总重量的20%，此时悬挂轴处额定提升重量按下式粗略计算31。图4-1确定轮式拖拉机后悬挂轴提升重量简图 （4-5）式中：运输状态时，悬挂轴至驱动轮轴心的水平距离（mm）；东方红-15型拖拉机；前轮配重（kg）；为拖拉机总重的20%；最小使用重量状态拖拉机重心到后驱动轴距离（mm）；导向轮动力

53、半径；驱动轮动力半径；。计算得液压提升臂的额定提升力远大于使机具的重量，故东方红-15型拖拉机悬挂此种小型稻麦施肥播种机提升能力完全可以得到保证。4.2开沟器臂弯矩的校核把开沟器的受力简化为悬臂梁，作用点在开沟器的铲尖，受力如图4-2所示开沟器选用的材料为45号钢，由机械零件手册可得32：， 。拖拉机的牵引力是3430N，则分配到每个开沟器上的牵引力为： （4-6）式中，为拖拉机的牵引力；经计算可得：。假设按照最大牵引力来计算，则每个开沟器的阻力为。根据开沟器臂截面尺寸（如图4-3）求出： 图4-2 图4-3 （4-7） （4-8）计算得：。式中，为抗弯截面系数，为矩形截面的高，为矩形截面的宽

54、。开沟器臂的最大弯矩为： （4-9）式中，为开沟器的阻力；为开沟器地面到梁的距离。经计算可得：M max=133.34Nm。由弯曲的强度条件： （4-10）计算得：。所以开沟器臂能够满足强度要求。4.3 开沟器连接螺栓强度校核本设计中每个开沟器臂都用两个M6的螺栓与机架相连接。开沟器在工作时螺栓受到一定的拉力。图4-4 螺栓1.机架；2.开沟器臂由式4-6得每个开沟器的阻力约为。每个开沟器上装有2个螺栓，认为各螺栓均匀受载33。即单个螺栓受的拉力为。受拉紧螺栓联接的强度条件是： （4-11）式中：为螺栓受的力。 （4-12）式中：螺纹小径；H螺纹牙形的三角形高度，对于普通螺纹，和都由查表得到34；。计算得：。