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山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）文獻(xiàn)綜述
馬鈴薯播種機具的現(xiàn)狀與發(fā)展
摘要：綜述了國內(nèi)外播種機的發(fā)展現(xiàn)狀，并通過對國內(nèi)外幾種典型播種機的各種參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的對比并加以分析，從中發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)播種機與國外播種機的差距，并在此基礎(chǔ)上去闡述我國播種機在研發(fā)和應(yīng)用上所存在問題并展望未來播種機的發(fā)展趨勢，同時明確馬鈴薯播種機的設(shè)計方向。
關(guān)鍵詞：播種機具 馬鈴薯 精量播種機 排種器
1. 馬鈴薯在我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀
馬鈴薯是一種高蛋白農(nóng)作物，在我國得到大面積的栽種，盡管我國年產(chǎn)量早已躍居世界第一，然而和世界除非洲以外的其他國家和地區(qū)比起來，單產(chǎn)量卻很低，因此在提高單產(chǎn)的措施上除了提高機械化生產(chǎn)水平外，還應(yīng)該改進(jìn)馬鈴薯的種子質(zhì)量以及種植方式。
1.1我國馬鈴薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀
300多年前，原產(chǎn)自美洲的馬鈴薯被引進(jìn)中國并且逐漸成為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物。目前，我國的馬鈴薯無論是種植面積還是總產(chǎn)量都處于全球領(lǐng)先地位。從中國馬鈴薯網(wǎng)上獲得的資訊：2007年我國馬鈴薯種植面積約8000萬畝，預(yù)計總產(chǎn)量將超過6800萬噸，占世界總產(chǎn)量的22%左右。單從總產(chǎn)量來說我國已經(jīng)是世界第一，但是單產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美、澳洲的水平。例如，2003年，我國馬鈴薯的單產(chǎn)量是每公頃14842公斤，低于世界平均水平的每公頃16448 公斤，還不到單產(chǎn)量最大的國家新西蘭的每公頃44248 公斤的三分之一。
1.2國外馬鈴薯的生產(chǎn)水平
單產(chǎn)量排名前六位的國家：新西蘭、比利時、丹麥、美國、英國、荷蘭等歐美發(fā)達(dá)國家，他們的單產(chǎn)量都超過了每公頃40000 公斤（中國馬鈴薯網(wǎng)，2007）。除了地域、氣候方面外，更重要的是栽培技術(shù)以及機械化生產(chǎn)水平的影響。顯然，這些國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化水平都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過我國。反觀我國，大部分地區(qū)的馬鈴薯生產(chǎn)都還停留在人工或者半機械化生產(chǎn)的水平上，因此單產(chǎn)量低也就不足為奇。
1.3目前急需解決的措施以及會遇到的困難
要想提高單產(chǎn)量，首要的就是提高機械化生產(chǎn)水平。我國地域廣闊，擁有多種地型，因此不可能同時提高生產(chǎn)機械化，所以應(yīng)該根據(jù)不同的地形，不同的氣候和種植方式，從而設(shè)計符合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械，盡量推廣播種機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。其次應(yīng)該改進(jìn)種植方式，我國的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種植的水平上，這是急需改變的。先進(jìn)的種植方式應(yīng)該從改進(jìn)種子質(zhì)量，改進(jìn)播種方式等方面進(jìn)行，同時在此基礎(chǔ)上設(shè)計相應(yīng)的機械也就顯得至關(guān)重要。
2. 國內(nèi)外播種機發(fā)展及應(yīng)用的現(xiàn)狀
2.1我國播種機發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)目前，我國大約有500家播種機生產(chǎn)企業(yè)，但是這些企業(yè)中能夠生產(chǎn)與大中型拖拉機配套的播種機的企業(yè)只有西安農(nóng)業(yè)機械廠、石家莊市農(nóng)業(yè)機械廠等區(qū)區(qū)10多家，其余的企業(yè)生產(chǎn)的都是與小型拖拉機和畜力配套的拖拉機。這種與小型拖拉機和畜力配套的播種機機的產(chǎn)量占全國播種機總產(chǎn)量的90%以上（國委文，2007）。由此可以看出當(dāng)前我國已實現(xiàn)機械化播種的大部分地區(qū)的播種機仍以小型播種機進(jìn)行傳統(tǒng)的谷物條播為主，大中型播種機的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且大中型生產(chǎn)機械（包括播種機）的研制和生產(chǎn)水平也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家的水平。
2.2國外播種機發(fā)展現(xiàn)狀
相對我國而言，國外許多發(fā)達(dá)國家在第二次世界大戰(zhàn)前后，先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的過度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機械化水平已經(jīng)相當(dāng)完善，現(xiàn)在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民，2001）。美國，德國，英國等西方發(fā)達(dá)國家的發(fā)展水平已經(jīng)走在世界的前列。
在國外許多發(fā)達(dá)國家，精密播種機經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，其技術(shù)水平應(yīng)經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)完善的程度，無論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種質(zhì)量以及播種機具的通用性和適應(yīng)性上都做得比較好。這對減少播種過程中的漏種率、種子損傷率和提高單產(chǎn)量都有很大的促進(jìn)作用?，F(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國家正把不斷更新播種機的工作原理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長機具使用壽命、降低制造價格和維護費用的同時提高其工作效率以及提高播種機的通用性和適應(yīng)性作為未來更先進(jìn)的播種機研制的發(fā)展方向。
2.3與國外播種機相比，我國播種機存在的不足
和國外如美國、德國、英國等發(fā)達(dá)國家的播種機比起來，我國的播種機工作效率低，工作幅寬小，通用性和適應(yīng)性低，使用可靠性不高，生產(chǎn)率也遠(yuǎn)較國外的低。另外，由于我國工業(yè)起步晚，因此在新技術(shù)的研制和在播種機上的應(yīng)用上依舊落后于國外發(fā)達(dá)國家。下面以我國幾種典型的播種機和國外的播種機作一個對比，以便從中發(fā)現(xiàn)我國播種機和國外先進(jìn)播種機的不足。
首先，從工作效率方面來看，我國播種機的工作速度低。國外播種機的工作速度大都要求達(dá)到15㎞／h，有的甚至達(dá)到20㎞／h，受到土地，氣候和一些其它因素的影響，工作速度大多采用8～12㎞／h，而我國工作速度大約為4～7㎞／h，一般工作速度為5～6㎞／h。比如德國早期生產(chǎn)的GL34T和GL36T兩種機型的工作速度為7.5㎞／h(韓文鋒等，2006），而我國普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都達(dá)不到德國這兩種機型的水平。
其次，我國播種機的工作幅寬小。和國外發(fā)達(dá)國家比起來這個環(huán)節(jié)顯得非常薄弱。例如西歐一些國家的生產(chǎn)的播種機的工作幅寬一般為5～6m，美國，加拿大等國家的現(xiàn)用機型大多可以達(dá)到10～15m（陳興田，1999）。而我國所使用的播種機的工作幅寬絕大多數(shù)低于3.5m，例如較先進(jìn)的2BF-24A谷物條播機的工作幅寬為3.6m，其余的大都低于這個水平，工作幅寬低這個瓶頸在很大程度上限制了播種機的工作效率。
再次，排種器的排種效率低。我國很多使用播種機的地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中依舊使用傳統(tǒng)的排種方式即“一器一行”，一個排種器只能播一行種子，顯然這樣的效率是非常低的，即使有較先進(jìn)的“一器多行”的排種器，但是技術(shù)上也表現(xiàn)得不夠成熟，也沒能進(jìn)行大規(guī)模的推廣及應(yīng)用。國外發(fā)達(dá)國家在這方面的技術(shù)和經(jīng)驗就比我國先進(jìn)得多，而且許多新技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，許多核心部件尤其是排種器無論是結(jié)構(gòu)還是工作原理都還有很多值得我國學(xué)習(xí)和借鑒的地方。
最后，我國的播種機的通用性和適應(yīng)性和國外發(fā)達(dá)國家比起來也還有很大的差距。在通用性方面，國外發(fā)展得比較早，技術(shù)也比較成熟，一套設(shè)備只需經(jīng)過簡單的更換即可實現(xiàn)不同種子的播種，而我國大部分播種機還都是“一機一種”，一種播種機只能夠播撒一種種子，這樣既浪費制造材料，又沒能使播種機得到充分利用。另外，我國地域遼闊，不同的土壤條件和氣候條件嚴(yán)重限制了播種機的適應(yīng)性，在保證適應(yīng)性方面的技術(shù)還很落后，而且我國研制生產(chǎn)的播種機很少考慮到適應(yīng)性這一方面的影響。
3. 我國播種機的發(fā)展趨勢
雖然可以通過引進(jìn)國外先進(jìn)的播種機可以暫時彌補我國播種機的不足之處，但是從長遠(yuǎn)
出發(fā)，我國必須走自主研發(fā)的道路，通過不斷吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時再結(jié)合我國的國情走出一條自主創(chuàng)新的路子，研制出具有我國特色的先進(jìn)播種機。
3.1加大大中型播種機的研制和開發(fā)
要想盡快縮小我國馬鈴薯等農(nóng)作物的單產(chǎn)與國外水平的差距，大中型播種機將起到至
關(guān)重要的作用。我國的幾大平原地勢平坦，比較適合大中型播種機的推廣和應(yīng)用。大中型播種機械除了可以節(jié)約人力，提高工作效率外還能減少種子的損傷率和漏種率，而且大中型播種機都是朝著聯(lián)合作業(yè)和直接播種技術(shù)的方向發(fā)展，這種機械的優(yōu)點在于：一次可以完成多項作業(yè)，作業(yè)效率高；保證及時播種，提高產(chǎn)量；節(jié)約能源，降低成本。
3.2采用新的排種原理和排種裝置
排種裝置是播種機最關(guān)鍵的部件，先進(jìn)的排種器和排種原理對播種機的效率的提高有
著很重要的作用，迄今為止，我國學(xué)者幾乎涉獵了世界上所有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國獨創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應(yīng)用，但是在馬鈴薯播種機上，先進(jìn)的排種器和排種方式依然制約播種機效率的一個瓶頸。因此在已經(jīng)解決種子和播種方式的情況下研制相應(yīng)的播種機顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國應(yīng)該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機械式排種原理也應(yīng)得到廣泛的采用（陳興田，1999）。
4. 小結(jié)
一個比較先進(jìn)的播種機主要取決于其幾個關(guān)鍵的部件，如：開溝器、仿形機構(gòu)、覆土器以及排種器。尤其是排種器在整個播種機結(jié)構(gòu)中顯得尤為重要，排種器的好壞直接關(guān)系到播種機的播種效率，因此，現(xiàn)在國內(nèi)外播種機研制的重點依舊是放在排種器的研制上。我國在這方面也有不少的研究，尤其在氣吸式排種器，窩眼式排種器還有氣力式排種器的研究上有了一定的突破，但是和國外先進(jìn)水平還有一定的差距，因此，我國還必須加大研制的力度。
新型馬鈴薯已經(jīng)研制成功并將實現(xiàn)大力推廣，在將來的幾年內(nèi)，相應(yīng)的馬鈴薯播種機將對這種新型馬鈴薯的推廣起到極大的推動作用。新型的馬鈴薯將徹底改變傳統(tǒng)的馬鈴薯塊莖式播種方式，其播種方式將和玉米，油菜籽等顆粒的播種方式更為相似，但還是存在很多不同的地方，因此不能直接選用像玉米播種機或者油菜籽播種機這些現(xiàn)成的播種機型。由于現(xiàn)目前新型馬鈴薯還沒有開始實現(xiàn)大面積推廣，相應(yīng)的馬鈴薯播種機具還是一片空白。基于此，對現(xiàn)有的馬鈴薯播種機和其余各類顆粒式播種機進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并在此基礎(chǔ)上設(shè)計一種適合新型馬鈴薯的機械式或者氣吸式播種機就成了當(dāng)前以及未來相當(dāng)一段時間內(nèi)播種機的研制方向，同時研制的重點也將放在馬鈴薯播種機的排種器的研制上。
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山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）外文翻譯
馬鈴薯播種機的性能評估
原文來源：H. Buitenwerf，W.B. Hoogmoed，P. Lerink and J. Müller.Assement of the Behavior of Potato in a Cup-belt Planter. Biosytems. Engineering, Volume 95, Issue, September 2006: 35—41
大多數(shù)馬鈴薯播種機都是通過勺型輸送鏈對馬鈴薯種子進(jìn)行輸送和投放。當(dāng)種植精度只停留在一個可接受水平的時候這個過程的容量就相當(dāng)?shù)汀Ｖ饕南拗埔蛩厥牵狠斔蛶У乃俣纫约叭∈砩椎臄?shù)量和位置。假設(shè)出現(xiàn)種植距離的偏差是因為偏離了統(tǒng)一的種植距離，這主要原因是升運鏈?zhǔn)今R鈴薯播種機的構(gòu)造造成的.
一個理論的模型被建立來確定均勻安置的馬鈴薯的原始偏差，這個模型計算出兩個連續(xù)的馬鈴薯觸地的時間間隔。當(dāng)談到模型的結(jié)論時，提出了兩種假設(shè)，一種假設(shè)和鏈條速度有關(guān)，另一種假設(shè)和馬鈴薯的形狀有關(guān)。為了驗證這兩種假設(shè)，特地在實驗室安裝了一個種植機，同時安裝一個高速攝像機來測量兩個連續(xù)的馬鈴薯在到達(dá)土壤表層時的時間間隔以及馬鈴薯的運動方式。
結(jié)果顯示：（a）輸送帶的速度越大，播撒的馬鈴薯越均勻；（b）篩選后的馬鈴薯形狀并不能提高播種精度。
主要的改進(jìn)措施是減少導(dǎo)種管底部的開放時間，改進(jìn)取薯杯的設(shè)計以及其相對于導(dǎo)種管的位置。這將允許杯帶在保持較高的播種精度的同時有較大的速度變化空間。
１介紹說明
升運鏈?zhǔn)今R鈴薯種植機（圖一）是當(dāng)前運用最廣泛的馬鈴薯種植機。每一個取薯勺裝一塊種薯從種子箱輸送到傳送鏈。這條鏈向上運動使得種薯離開種子箱到達(dá)上鏈輪，在這一點上，馬鈴薯種塊落在下一個取薯勺的背面，并局限于金屬導(dǎo)種管內(nèi).
在底部，輸送鏈通過下鏈輪獲得足夠的釋放空間使得種薯落入地溝里。
圖一，杯帶式播種機的主要工作部件：（1）種子箱；（2）輸送鏈；（3）取薯勺；（4）上鏈輪；（5）導(dǎo)種管；（6）護種壁；（7）開溝器；（8）下鏈輪輪；（9）釋放孔；（10）地溝。
株距和播種精確度是評價機械性能的兩個主要參數(shù)。高精確度將直接導(dǎo)致高產(chǎn)以及馬鈴薯收獲時的統(tǒng)一分級(McPhee et al, 1996；Pavek & Thornton, 2003)。在荷蘭的實地測量株距（未發(fā)表的數(shù)據(jù)）變異系數(shù)大約為20%。美國和加拿大早期的研究顯示，相對于玉米和甜菜的精密播種，當(dāng)變異系數(shù)高達(dá)69%(Misener, 1982；Entz & LaCroix, 1983；Sieczka et al, 1986)時，其播種就精度特別低。
輸送速度和播種精度顯示出一種逆相關(guān)關(guān)系，因此，目前使用的升運鏈?zhǔn)椒N植機的每條輸送帶上都裝備了兩排取薯勺而不是一排。雙排的取薯勺可以使輸送速度加倍而且不必增加輸送帶的速度。因此在相同的精度上具有更高的性能是可行的。
該研究的目的是調(diào)查造成勺型帶式種植機精度低的原因，并利用這方面的知識提出建議，并作設(shè)計上的修改。例如在輸送帶的速度、取薯杯的形狀和數(shù)量上。
為了便于理解，建立一個模型去描述馬鈴薯從進(jìn)入導(dǎo)種管到觸及地面這個時間段內(nèi)的運動過程，因此馬鈴薯在地溝的運動情況就不在考慮之列。由于物理因素對農(nóng)業(yè)設(shè)備的強烈影響(Kutzbach, 1989)，通常要將馬鈴薯的形狀考慮進(jìn)模型中。
兩種零假設(shè)被提出來了：（1）播種精度和輸送帶速度無關(guān)；（2）播種精度和篩選后的種薯形狀（尤其是尺寸）無關(guān)。這兩種假設(shè)都通過了理論模型以及實驗室論證的測試。
２材料及方法
2.1 播種材料
幾種馬鈴薯種子如圣特、阿玲達(dá)以及麻佛來都已被用于升運鏈?zhǔn)讲シN機測試，因為它們
有不同的形狀特征。對于種薯的處理和輸送來說，種薯塊莖的形狀無疑是一個很重要的因素。許多形狀特征在結(jié)合尺寸測量的過程中都能被區(qū)分出來(Du & Sun, 2004； Tao et al, 1995； Z?dler, 1969)。在荷蘭，馬鈴薯的等級主要是由馬鈴薯的寬度和高度（最大寬度和最小寬度）來決定的。種薯在播種機內(nèi)部的整個輸送過程中，其長度也是一個不可忽視的因素。
形狀因子S的計算基于已經(jīng)提到的三種尺寸：
此處l是長度，w是寬度，h是高度（單位：mm），且h
0·01 m
時，這種關(guān)系是線性的。● ，測量數(shù)據(jù)；，數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)； ■，延長到R < 0 ? 01米； -，線性關(guān)系；R2，決定系數(shù)。
3.2 馬鈴薯的尺寸和形狀
實驗數(shù)據(jù)由表三給出。顯示固定進(jìn)料率為每分鐘400個種薯的時間間隔的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這
些結(jié)果與期望值剛好相反，即高的標(biāo)準(zhǔn)偏差將使得形狀因子增加。球狀馬鈴薯的結(jié)果尤其令人吃驚：球的標(biāo)準(zhǔn)偏差高過阿玲達(dá)馬鈴薯50%以上。時間間隔的正態(tài)分布如圖七所示，球和馬鈴薯之間的差異明顯。兩個不同品種的馬鈴薯之間的差異不明顯。
表三 馬鈴薯品種對種植間距的精確度的影響
品種 標(biāo)準(zhǔn)偏差，ms CV, %
阿玲達(dá) 8.60 3·0
麻佛來 9.92 3·5
高爾夫球 13.24 4·6
圖七，固定進(jìn)料率下不同形狀的沉積的馬鈴薯時間間隔的正態(tài)分布。
球狀馬鈴薯的這種結(jié)果是因為球可以以不同的方式在取薯勺背部定位。臨近杯中球的不同定位導(dǎo)致沉積精度降低。杯帶的三維視圖顯示了取薯勺與導(dǎo)種管之間的間隔的形狀，顯然獲得不同大小的開放空間是可行的。
圖八，取薯勺呈45度時的效果圖；馬鈴薯在護種壁的位置對其釋放具有決定性影響。
阿玲達(dá)塊莖種薯在沉積時比麻佛來的精度高。通過對記錄的幀和馬鈴薯的分析，結(jié)果表明：阿玲達(dá)這種馬鈴薯總是被定位平行于最長的軸線的護種壁。因此，除了形狀因子外，寬度與高度的高比例值也將造成更大的偏差。阿玲達(dá)的這個比例是1.09，麻佛來的為1.15。
3.3 實驗室對抗模型測試平臺
該數(shù)學(xué)模型預(yù)測了不同情況下的流程性能。相對于馬鈴薯，該模型對球模擬了更好的性能，然而實驗測試的結(jié)果卻恰然相反。另外實驗室試驗是為了檢查模型的可靠性。
在該模型里，兩個馬鈴薯之間的時間間隔被計算出來。起始點出現(xiàn)在馬鈴薯開始經(jīng)過A點的時刻，終點出現(xiàn)在馬鈴薯到達(dá)C點的時刻。通過實驗平臺，從A到C點的馬鈴薯的時間間隔被測出。每個馬鈴薯的長度、寬度和高度也通過測量獲得，同時記錄了馬鈴薯的數(shù)量。測量過程中馬鈴薯在取薯杯上的位置是已經(jīng)確定好的。這個位置和馬鈴薯的尺寸將作為模型的輸入量，測量過程將阿玲達(dá)與麻佛來以400個馬鈴薯每分的速率下進(jìn)行。測量時間間隔的標(biāo)準(zhǔn)偏差如表四所示。測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差與模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差只是稍稍不同。對這種不同現(xiàn)象的解釋是：（1）模型并沒有把圖八中出現(xiàn)的情況考慮進(jìn)去；（2）從A點到C點的時間不一致。塊狀馬鈴薯如阿玲達(dá)可能從頂部或者最遠(yuǎn)距離下落，這將導(dǎo)致種薯到達(dá)C點底部的時間增加6ms
表四 通過實驗室測量和模型計算出來的開放時間的標(biāo)準(zhǔn)誤差的差異
品種 形狀因子 標(biāo)準(zhǔn)偏差, ms
測量值 計算值
阿玲達(dá) 326 8.02 5.22
麻佛來 175 6.96 4.40
4. 總結(jié)
這個模擬馬鈴薯從輸送帶開始釋放的運動的數(shù)學(xué)模型是一個非常有用的證實假設(shè)和設(shè)計實驗平臺的工具。
模型和實驗室的測試都表明：鏈速越高，馬鈴薯在零速度水平沉積得更均勻。這是由于開口足夠大使得馬鈴薯下降得越快，這對馬鈴薯的形狀和種薯在取薯杯上的定位有一定的影響，與鏈條速度的關(guān)系也就隨之明確，因此，在保持高的播種精度時，應(yīng)該提供更多的空間以減小鏈條的速度。建議降低鏈輪的半徑，直至低到技術(shù)上的可行度。
該研究顯示，播種機的取薯勺升運鏈鏈對播種精度（播種的幅寬）有很大的影響。
更規(guī)格的形狀（形狀因子低）并不能自動提高播種精度。小球（高爾夫球）在很多情況下沉積的精度低于馬鈴薯，這是由導(dǎo)向的導(dǎo)種管和取薯勺的形狀決定的。
因此建議重新設(shè)計取薯勺和導(dǎo)種管的形狀，要做到這一點還應(yīng)該將小鏈輪加以考慮。
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目 錄 摘要 .....................................................................Ι 關(guān)鍵詞 ...................................................................Ι 1 前言 ...................................................................1 1.1 課題的意義 ........................................................1 1.2 國內(nèi)外馬鈴薯播種器的發(fā)展 ..........................................1 1.2.1 國外馬鈴薯播種器的發(fā)展......................................1 1.2.2 我國馬鈴薯播種器的發(fā)展......................................1 2 總體設(shè)計 ...............................................................2 2.1 主要技術(shù)參數(shù) ......................................................2 2.2 基本結(jié)構(gòu)及工作原理 ................................................3 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)....................................................3 2.2.2 工作原理....................................................3 2.3 配套動力選用 ......................................................3 3 傳動裝置的設(shè)計計算 .....................................................4 3.1 傳動路線的確定 ....................................................4 3.2 傳動比的計算 ......................................................4 4 排種器的選型設(shè)計 .......................................................4 4.1 種箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計 ................................................4 4.1.1 種箱尺寸的確定..............................................4 4.1.2 種箱容積的計算..............................................5 4.2 排種器的選型與計算 ................................................5 4.2.1 馬鈴薯播種器對排種器的性能要求..............................5 4.2.2 現(xiàn)有排種器的類型和特點......................................6 4.2.3 排種器的選型................................................6 4.2.4 中間軸的計算................................................7 4.2.5 滾子鏈傳動的設(shè)計計算.......................................10 I 4.2.6 升運鏈相關(guān)系數(shù)確定.........................................11 5 排肥器的選型設(shè)計 ......................................................11 5.1 排肥器的性能要求 .................................................11 5.2 選用排肥器的種類和特點 ...........................................12 5.3 排肥量的計算 .....................................................13 6 開溝器的選型設(shè)計 ......................................................13 6.1 開溝器的性能要求 .................................................13 6.2 現(xiàn)有開溝器的種類和特點 ...........................................13 6.3 開溝器的選型 .....................................................14 6.4 開溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .............................................14 6.4.1 入土角 α 的確定............................................14 6.4.2 切土角 β 的確定............................................14 6.4.3 鏟翼張角 γ 的確定..........................................14 6.4.4 開溝器外形 尺寸的確定.......................................14 7 輸種管的選型設(shè)計 ......................................................15 7.1 輸種管的性能要求 .................................................15 7.2 輸種管的選型 .....................................................15 7.3 輸種管參數(shù)的確定 .................................................15 7.3.1 輸種管的直徑...............................................15 7.3.2 輸種管的傾斜度與長度.......................................16 8 覆土器的選型設(shè)計 ......................................................16 8.1 覆土器的種類和特點 ...............................................16 8.2 覆土器的選型 .....................................................16 8.3 覆土器性能結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .........................................16 9 鎮(zhèn)壓輪的選型與設(shè)計 ....................................................17 9.1 鎮(zhèn)壓輪的使用條件 .................................................17 9.2 設(shè)計要求 .........................................................17 9.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................................17 10 行走輪的選型設(shè)計 .....................................................18 II 10.1 行走輪的設(shè)計要求 ................................................18 10.2 行走輪的結(jié)構(gòu) ....................................................18 10.3 行走輪的安裝 ....................................................18 10.4 行走輪轉(zhuǎn)速的計算 ................................................19 11 結(jié)論與建議 ...........................................................19 11.1 結(jié)論 ............................................................19 11.2 建議 ............................................................20 參考文獻(xiàn) .................................................................20 致謝 .....................................................................21 III 馬鈴薯播種器的設(shè)計 摘 要：本設(shè)計中的馬鈴薯播種器全名叫升運鏈?zhǔn)今R鈴薯播種器，這是一種塊狀馬鈴薯播 種器，其主要的設(shè)計結(jié)構(gòu)有：機架，升運鏈?zhǔn)脚欧N器，外槽輪排肥器，鋤鏟式開溝器，行走輪， 鎮(zhèn)壓輪，鏈輪等。這種播種器結(jié)構(gòu)簡單，體形小巧，工作可靠，播種效率高并且不傷種，在國內(nèi) 得到廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計中我通過查找的大量資料為播種器的各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型，計算并最終定 型。在這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算過程中，我充分的利用大學(xué)中所學(xué)過的各方面的專業(yè)知識，盡力把設(shè) 計做得詳細(xì)全面。最后我在老師的悉心指導(dǎo)下，我不斷改進(jìn)與完善了我的設(shè)計內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：播種器；馬鈴薯；升運鏈?zhǔn)脚欧N器；外槽輪排肥器；鋤鏟式開溝器 The Design of The Potato Seeder Abstract: The design of the potato seeder's full name is rises to transport the chain potato seeder, this is a kind of sowing seeds massive potato seed tuber's seeder. Its main design structures: Rack, Ladle—chain dispenser, Fluted roller fertilizer apparatus, Hoe opener, The road wheel, The compacting wheel, Sprocket and so on. This seeding is simple structure, small shape, reliable operation, high seeding efficiency, and hurt less to plants, this machine is widely applicated in our country. In the design of large quantities of data I through the search for seeder each structure of selection, calculation and eventually to finalize the design. In the structure design and calculation of the process, I make full use of university learned all aspects of professional knowledge, try to do detailed design comprehensive. At the end I teacher of meticulous direction, I continuously improve and perfect the content of my design. Keywords：Planter ；Potato ；Ladle —chain dispenser ；Fluted roller fertilizer apparatus ；Hoe ope 0 1 前言 1.1 課題的意義 馬鈴薯在我國得到廣泛地栽種，是一種高蛋白農(nóng)作物。2007 年我國馬鈴薯種植面 積約 8000 萬畝，總產(chǎn)量超過 6800 萬噸，占世界總產(chǎn)量的 22%左右 [1]。單從總產(chǎn)量來 說我國已經(jīng)是世界第一，但是單產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美和澳洲的水平。例如，2003 年， 我國馬鈴薯的單產(chǎn)量是每公頃 14842 公斤，低于世界平均水平每公頃 16448 公斤，還 不到單產(chǎn)量最大的國家新西蘭每公頃 44248 公斤的三分之一 [2]。 我國馬鈴薯種植單產(chǎn)量很低這已是不爭的事實，因此，我國應(yīng)該把提高馬鈴薯的 單產(chǎn)作為目前提高馬鈴薯產(chǎn)量的首要任務(wù)。提高馬鈴薯單產(chǎn)量的措施除了改進(jìn)馬鈴薯 的種植方式外，更應(yīng)該提高機械化生產(chǎn)水平。 提高單產(chǎn)量，首要任務(wù)就是提高機械化生產(chǎn)水平。當(dāng)前，除少部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn) 馬鈴薯機械化或半機械化種植以外，我國大部分的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種 植的水平上，傳統(tǒng)的種植方式主要依靠人力和畜力進(jìn)行生產(chǎn)，從開溝到覆土鎮(zhèn)壓，整 個過程勞動強度大，生產(chǎn)效率低，種植效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機械化種植水平；而且我國地 域廣闊，擁有多種地型，因此需要的播種器的機型也相對不一，設(shè)計出具有較強適應(yīng) 性的播種器將成為未來播種器發(fā)展的必然趨勢；播種器的通用性也是一個不可忽略的 重要因素，提高播種器的通用性有助于提高播種器的使用性能，使得播種器得到充分 的利用。雖然從當(dāng)前的情況來看，我國在播種器這塊領(lǐng)域還不能一下子縮小同國外發(fā) 達(dá)國家之間的差距，但是正在將這種差距正在不斷縮小 [3]。 1.2 國內(nèi)外馬鈴薯播種器的發(fā)展 1.2.1 國外馬鈴薯播種器的發(fā)展 第二次世界大戰(zhàn)以后，歐美的許多發(fā)達(dá)國家先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的 過度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過幾十年不斷地發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機械化水平已經(jīng)相當(dāng)完善，現(xiàn)在正朝著 大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展 [4]。 在歐美的發(fā)達(dá)國家中，馬鈴薯播種器經(jīng)過幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，其技術(shù)水平應(yīng)經(jīng) 達(dá)到了相當(dāng)完善的程度，無論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種質(zhì)量以及播種 器具的通用性和適應(yīng)性上都做得比較好。這對減少播種過程中的漏種率、種子損傷率 和提高單產(chǎn)量都有很大的促進(jìn)作用。現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國家正把不斷更新播種器的工作原 理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長機具使用壽命、降低制造價格和維護費用的同時提高其工 作效率以及提高播種器的通用性和適應(yīng)性作為未來更先進(jìn)的播種器研制的方向 [4]。 1.2.2 我國馬鈴薯播種器的發(fā)展 1 近年來，隨著馬鈴薯在我國的大量種植，研發(fā)并推廣與馬鈴薯生產(chǎn)相適應(yīng)機械取 得了很大的進(jìn)展 ，尤其是馬鈴薯種植機械，盡管我國機械研制和生產(chǎn)水平和歐美發(fā) 達(dá)國家還有一定的差距，但是隨著我國科研人員的努力，這個差距正在不斷地縮小。 各種先進(jìn)的馬鈴薯播種器不斷問世，并在全國進(jìn)行大量地推廣應(yīng)用 [5]。 排種裝置仍然是播種器最為關(guān)鍵的部件，先進(jìn)的排種器和排種原理對播種器的效 率的提高有著很重要的作用，迄今為止，我國學(xué)者幾乎涉獵了世界上所有的排種器： 如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國獨創(chuàng)特色的窩 眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應(yīng)用，但是在馬鈴 薯播種器上，先進(jìn)的排種器和排種方式依然是制約播種器效率的瓶頸 [6]。因此在已經(jīng) 解決種子和播種方式的情況下研制相應(yīng)的播種器顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面， 我國應(yīng)該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾 斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機械式排種原 理也應(yīng)得到廣泛的采用。 2 總體設(shè)計 2.1 主要技術(shù)參數(shù) （1） 外形尺寸（長×寬×高）：1450mm×1100mm×950mm （2） 配套動力：12kw （3） 生產(chǎn)效率：10acre/h （4） 工作幅寬：1100mm （5） 播種方式；平播 （6） 播種深度：60－150mm （7） 作業(yè)行數(shù)：2 行 （8） 作業(yè)行距：400mm （9） 地輪直徑：500mm （10） 作業(yè)速度：1m/s （11）傳動形式：鏈傳動 （12）土壤工作部件：鋤鏟式開溝器 （13）排種器：外槽輪式 （14）覆土器形式：拖環(huán)式 （15）鎮(zhèn)壓輪：復(fù)合圓錐式 （16）種箱容積：30L 2 2.2 基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)： 該馬鈴薯播種器預(yù)計由機架、開溝器、輸種管、輸肥管、覆土器、種箱、肥箱、 排種器以及鎮(zhèn)壓輪構(gòu)成，在機架的前梁上有上、下懸掛架用于與拖拉機連接；種、肥 箱側(cè)板固定在機架中間橫梁的上方，前邊為肥箱，后邊為種箱，下邊固定排肥、排種 裝置 [7]。在肥箱前面有一根安裝開溝器的梁，通過 U 型螺栓將開溝器的扁鋼鎖住，從 而可以調(diào)節(jié)開溝深度，開溝器在橫梁上可根據(jù)需要進(jìn)行橫向移動來調(diào)節(jié)行距；機架的 后梁用來連接鎮(zhèn)壓輪。 2.2.2 工作原理 本機通過上、下懸掛與拖拉機相連，拖拉機前進(jìn)時輸出動力帶動播種器工作，作 業(yè)速度為 1m/s。機具工作的動力來源為：行走輪隨拖拉機前進(jìn)轉(zhuǎn)動輸出的動力。行走 輪隨拖拉機前進(jìn)而轉(zhuǎn)動，由行走輪傳遞動力，在行走輪輪軸的兩端各裝一個傳動鏈輪, 通過鏈條將力矩傳給中間傳動鏈輪，再由中間鏈輪將動力傳給排種排肥裝置,通常情 況下地輪直徑較大，工作時不易發(fā)生打滑等現(xiàn)象，并且傳動可靠。播種器工作時，拖 拉機通過動力輸出軸將動力傳遞給行走輪，行走輪上的主動軸將動力傳遞給中間軸， 行走輪隨拖拉機前進(jìn)而轉(zhuǎn)動，通過鏈條將動力傳給施肥、播種器構(gòu)，排出的化肥和種 子經(jīng)輸肥管與輸種管進(jìn)入開溝器，先后進(jìn)入開好的地溝中，為了避免燒壞種薯，化肥 應(yīng)位于種子下方 5 cm 處，覆土器進(jìn)一步覆蓋種溝，鎮(zhèn)壓輪的圓錐滾筒隨即以均勻適 當(dāng)?shù)膲毫好芊N床 [8]。 2.3 配套動力的選用 根據(jù)我國目前所擁有的拖拉機實際情況和對機組所消耗功率的初步估算，擬采用 東風(fēng)-200 拖拉機或功率相近的相關(guān)拖拉機。 東風(fēng)-200 拖拉機的主要參數(shù)如下： 外形尺寸(cm) 2850 x1350 x1990 功率（KW） 12（14 馬力） 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 730 驅(qū)動型式 前輪驅(qū)動 離合器形式 干式、雙片 制動器 環(huán)狀內(nèi)脹式 發(fā)動機與離合 V 帶 理論前進(jìn)速度（Km/h）如表 1： 3 表 1 東風(fēng)-200 拖拉機理論前進(jìn)速度 Table1 The therical theoretical exercise speed of Dongfeng-200 速度 前進(jìn)： 1.25 1.67 3.07 5.38 6.47 8.65 15.91 27.86 Km/h 后退： 1.46 7.59 3 傳動裝置的設(shè)計計算 3.1 傳動路線的確定 傳動路線要保證總體傳動可靠，不影響拖拉機工作。根據(jù)整機的結(jié)構(gòu)以及拖拉機 的位置來確定傳動路線，使馬鈴薯在工作過程中能滿足開溝、播種、施肥和鎮(zhèn)壓等工 作的需要。 借鑒相關(guān)機型，將傳動路線分為兩條路線。第一，行走輪隨拖拉機的前進(jìn)而轉(zhuǎn)動， 經(jīng)過鏈傳動將動力傳遞給中間軸；第二，中間軸將動力分別傳遞給排種機構(gòu)和排肥機 構(gòu)的轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動排種鏈輪和排肥槽輪轉(zhuǎn)動 3.2 傳動比的計算 行走輪的行駛速度取 3.6km/h，換算出來為 1m/s。行走輪的直徑為 500mm，可以 通過公式（1）計算得到行走輪軸的轉(zhuǎn)速 n1 ?dvn1? （1） 式中：v—行走輪的行駛速度 d—行走輪的直徑 經(jīng)計算得 min/381r? 按照設(shè)計要求，中間軸的轉(zhuǎn)速與行走輪軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該相等，因此兩軸之間的傳動 比為 1，中間軸的轉(zhuǎn)速為 38r/min，排種器的主動輪安裝在中間軸上，因此轉(zhuǎn)速也為 38r/min。排種器的上、下鏈輪垂直安放，在工作過程中要求工作平穩(wěn)，因此兩者之 間的轉(zhuǎn)速相差不大，鏈勺的速度要求不超過 0.5m/s，最佳的速度為 0.5m/s，如果將 速度降到 0.25m/s 左右，相應(yīng)地應(yīng)該將原本要求的株距縮小 2 倍才能不影響排種效率， 再結(jié)合鏈輪的要求，最終選取排種器上、下兩鏈輪之間的傳動比為 1.12。 4 排種器的選型設(shè)計 4.1 種箱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計 4.1.1 種箱尺寸的確定 4 種箱必需有足夠的容量，從而減少加種次數(shù)，一般情況下要求播種到了地頭才加 種。但是種箱容量也不能太大，那樣會增加機構(gòu)的重量，對播種器的的穩(wěn)定性產(chǎn)生不 利的影響，還會影響機組的縱向移動性；種箱必須保證箱壁的傾斜角大于種子的自然 休止角，以保證種子能順利滑落排種器，一般情況下種薯塊的自然休止角 α=24° ~34°，這里選擇 α=30°。除此以外，種箱還應(yīng)該堅固耐用，重量輕巧，具有一定的 剛性，并具備防水和防潮的能力；種箱要便于加種、卸種和清種，因此該機所選的種 箱形狀為錐臺型（上口直徑大，下口直徑?。?，而且上端有防護蓋加以保護。 4.1.2 種箱容積的計算 種箱的容量由播種的行距、株距，播種量和播種距離共同確定。根據(jù)以往實驗結(jié) 論：播種器在工作時不宜播完種子箱內(nèi)的全部種薯，應(yīng)該保留至少 10%的種子余量， 避免箱內(nèi)種子太少而影響播種的質(zhì)量。預(yù)先設(shè)定該地塊的長度 D=1000m，播種器往返 一次加一次種子。其種箱容積 V 可用公式（2）確定： V=1.1 LBNmax/667γ （2） L—裝滿一箱種子所能播種的最遠(yuǎn)距離。最少應(yīng)等于一個往返行程，即地塊長度 的兩倍(m)，取L=2000m B—工作幅寬(m)，此處取B=1100mm Nmax—單位面積最大播種量 (kg／hm 2)，種薯的株距為120mm，則在100m內(nèi)需要 播種略為833個，每個種子大約重50g，算出Nmax≈41.65kg γ—種子的單位容積質(zhì)量(kg/L)，1L=1000000cm 3 因此單位容積內(nèi)能容納尺寸規(guī) 格為20mm×20mm×20mm的種薯125個，每個種薯平均重50g，算出來γ的值大約為 7.25kg/L 取L＝2000；B＝1.1；N max＝41.65； r＝7.25。 代入公式（2）得： V =20.8433（L) 實際中種箱的容積往往要比設(shè)計數(shù)值稍微大一些，因此本次設(shè)計取種箱的容積 為 30 升。 4.2 排種器的選型與計算 對馬鈴薯播種器來說，排種器是其最核心的部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響播 種器的播種質(zhì)量，因此，對排種器的要求是很高的。 4.2.1 馬鈴薯播種器對排種器的性能要求 5 （1）排種器應(yīng)該具備較大的排種均勻性和穩(wěn)定性，能均勻連續(xù)地排種，并且能在 不同外界條件下作業(yè)，其播量要保持穩(wěn)定，排種要均勻； （2）具有較強的通用性和適應(yīng)性，播量調(diào)節(jié)范圍大； （3）對種子的損傷率較小，一般要求不超過 3%； （4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易于制造和維護，調(diào)整方便； （5）漏種率和重播率低，皆要求不超過 3%。 4.2.2 現(xiàn)有排種器的類型和特點 排種器種類很多，通常按播種方式分為撒播器、條播排種器和點播排種器三大類。 其中應(yīng)用得最廣泛的是外槽輪式排種器，其由排種器盒、排種軸、外槽輪、阻塞輪、 花型擋環(huán)及清種舌等組成。排種器盒裝在種子箱下面，種子通過箱底開口流入盒內(nèi)。 排種軸轉(zhuǎn)動時，外槽輪及花型擋環(huán)可防止種子從槽輪兩側(cè)流出。雖然這種排種器結(jié)構(gòu) 簡單、制造容易、使用方便、通用性好、適應(yīng)性能廣，而且國際上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但是 它也存在不可忽略的局限性，對于馬鈴薯塊莖這樣的種子，外槽輪是排種器并不能降 低其漏種率和對種子的損傷率，也不能夠提高播種的穩(wěn)定性，因此需要選擇一種結(jié)構(gòu) 更簡單，效率和播種質(zhì)量更好的排種器，經(jīng)過對所有可能的排種器（如夾持式，外槽 輪是，帶輪式等）的比較，最終決定選取升運鏈?zhǔn)脚欧N器，這種排種器的前身是 70 年代后期美日等發(fā)達(dá)國家廣泛采用的舀上杯鏈?zhǔn)脚欧N器 [10]。 4.2.3 排種器的選型 （1）升運連式排種器的選型及結(jié)構(gòu):根據(jù)馬鈴薯種塊的特性，該馬鈴薯播種器決定選 用單排式升運鏈?zhǔn)脚欧N器。其結(jié)構(gòu)如圖 1： 6 圖 1 升運鏈?zhǔn)脚欧N器 Fig1 The labe—chain dispenser （2）工作原理：行走輪隨著播種器的前進(jìn)而轉(zhuǎn)動，行走輪上的軸作為動力傳遞軸 并通過中間軸將動力傳遞到排種器的小鏈輪上，小鏈輪轉(zhuǎn)動從而帶動升運鏈以一定的 速度上升，固定在升運鏈上的取薯勺每次舀取一個種薯塊，并通過上鏈輪和護種管壁 將種薯塊運送到輸種管里，再經(jīng)開溝器落到地溝，從而實現(xiàn)播種的過程。 （3）升運鏈?zhǔn)脚欧N器工作性能的結(jié)構(gòu)參數(shù):根據(jù)馬鈴薯播種器的設(shè)計要求和參考 有關(guān)文獻(xiàn)，主要有以下結(jié)構(gòu)參數(shù) [10]： 1．取薯勺速度 v：取薯勺線速度與作業(yè)速度成正比，試驗表明，當(dāng)取薯勺速度 不超過 0.5 m/s 時，播種質(zhì)量較好。當(dāng)鏈輪線速度為 0.55 m/s 時，作業(yè)質(zhì)量有所下 降，即漏播稍有增加，但基本上能滿足農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求。若取薯勺速度大于 0.55 m/s 時，作業(yè)質(zhì)量則顯著變壞，漏播嚴(yán)重。因此鏈輪線速度最高作業(yè)速度不超過 0.5 m/s。 2．鏈輪轉(zhuǎn)速 n：鏈輪轉(zhuǎn)速過低，脈動頻率低，排種均勻性差；轉(zhuǎn)速過高，又會 使傷種率增加的同時加大漏種率。根據(jù)馬鈴薯種子的播種要求，此次設(shè)計選用最大轉(zhuǎn) 速不超過 40r/min 的鏈輪。 3．鏈條的工作長度 L：鏈條的長度太大，將會增大兩鏈輪之間的中心距，從而 增大輸種的距離；長度太短又會造成輸種時種薯來不及緩沖而從取薯勺滑落，從而降 7 低了排種的均勻性。因此鏈條的工作長度應(yīng)該根據(jù)最合適的中心距來選取。一般鏈條 長度在 2m 左右，種子的升運高度不超過 500mm 。 4．取薯勺的形狀：對于單邊最大尺寸為 20mm 的馬鈴薯種塊，取薯勺需要保證 種薯塊在升運的過程中不要出現(xiàn)滑落的情況，而且背面要光滑，不能傷種；取薯勺要 輕，因此取薯勺都是用厚度為 1.2mm 的鐵皮沖壓而成。 4.2.4 中間軸的設(shè)計計算 中間所傳遞的扭矩 T=3015789 N·mm,選軸的材料為 45（調(diào)質(zhì)） ，根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]， 取 =112oA dmin=A0 = 112× = 28.9mm （3） 輸出軸的最小直徑用來安裝聯(lián)軸器，為了使所選軸的直徑 d1-2與聯(lián)軸器的孔徑相 適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT1，考慮轉(zhuǎn)矩變化取 KA=1.3 Tca=KAT=1.3×3.02×106N·mm=3926000N·mm （4） 按照計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩選擇 HL1 型聯(lián)軸器,聯(lián)軸器的孔徑為 30mm，故取中間軸的 最小直徑為 30mm。 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段的右端需制出一軸肩，故取第二段軸的直 徑為 35mm，左端采用軸段擋圈定位，按軸段直徑取擋圈直徑為 36mm,半聯(lián)軸器與軸配 合的彀孔長度為 44mm，為了保證軸段擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 中間 段的長度應(yīng)比 L1略短，取 l1-2=42mm; 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到軸向力與徑向力的共同作用，故選單列圓錐 滾子軸承 [9]。參照工作要求并根據(jù) d2-3=35mm，選取 30203 型號。其尺寸為 d×D×T＝ 17×40×13.25，故取 d3-4=40mm； 右端滾動軸承采用軸肩定位，定位軸承軸肩高度為 4mm 取安裝鏈輪的軸段直徑 d4-5=44mm，齒輪的左端與軸承采用套筒定位，由上以求的 齒輪的齒寬為 80mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段的長度應(yīng)略短于齒寬的 長度，故取 l4-5=78mm，齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 h＞0.06d，故取 h=2mm， 則軸環(huán)的直徑 d5-6=50mm，軸環(huán)寬度 b≥1.4h，取 l5-6=3mm 8 軸承端蓋的總寬度為 10mm.取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=15mm, 故取 l2-3=25mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離為 8mm，考慮到箱體鑄造誤差，在確定滾動軸承位 置時，應(yīng)距箱體一定距離 s，取 s=4mm，已知軸承寬度為 13.5mm，所以 l3-4=T+s+a+(80-78)=13.5+4+8+2=27.5mm (5) 齒輪，半聯(lián)軸器采用的周向定位均采用平鍵連接，按 d4-5=25mm 查得平鍵截面 [9] b×h=8×7，鍵槽的長 50mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇輪 轂與軸的配合為 H7/n6，同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵 5mm×5mm×12mm，半聯(lián) 軸器與軸的配合為 H7/k6，滾動軸承與軸的定位采用過渡配合來保證，此處選軸的尺 寸公差為 m6。 確定軸上圓角和倒角尺寸 [9]，取軸段倒角為 2×45° 求軸上載荷： 把軸當(dāng)做簡支梁，支點取在軸承中點處，即去軸承寬度的 1/2 為支撐，由于軸所 受的力為空間力系，將作用在軸上的力分解為垂直面和水平面 求水平支反力： 平衡條件 ΣM c=0：F HN1(59.75+57.75) －388.99×117.5=0 ΣF z=0：F HN1＋F HN2－F r=0 FNv1＝F Nv2=194.5N 水平面 4~5 段的彎矩彎矩圖 2（b）： MH1=194.5×59.75=11621.4N·mm MHV2=194.5×57.75=11232.4N·mm 求垂直支反力： 由平衡條件 ΣM c=0：F Nv1(59.75+57.75) －145.99×117.5=0 ΣF y=0：F Nv1＋F Nv2－F r=0 FNv1＝F Nv2=73N 垂直面 4~5 段的彎矩圖 2（c）： MV1=73×59.75=4361.75N·mm MV2=73×57.75=4215.75N·mm 計算合成彎矩，畫出彎矩圖 2（d） M1= =12412.9N·mm M2= =11997.5 N·mm (6) 9 圖 2 中間軸的載荷分析圖 Fig2 Intermediate shaft load analysis diagram 計算危險截面的當(dāng)量彎矩： 由合成彎矩圖可知軸的 4~5 段為危險截面，去扭矩校正系數(shù)為 α=0.6 MB= =3806720 N·mm (7) 6) 危險截面的校核： [σ e]= =9.3MPa<[σ e]w (8) 式中[σ e]w是根據(jù)軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理[σ -1]w=60，所以該軸安全。 4.2.5 滾子鏈傳動的設(shè)計計算 選擇鏈輪齒數(shù) z1,z2 和確定傳動比 i 10 在上文中已確定了傳動比 1.12，鏈輪齒數(shù) z1=19 已知公式（9） zi12? （9） 求得 =21z2 根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正 為當(dāng)量單排鏈的計算功率 [9]： pkzAac? （10） 式中：Ka—工況系數(shù)（見參考資料[9]內(nèi)表 9-6） Kz—主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)（見參考資料[9]內(nèi)圖 9-13） Kp—多排鏈系數(shù)，本設(shè)計中為雙排鏈 Kp=1.75 P—傳遞的功率，KW。 通過公式（10）求得單排鏈的功率 P=8.9 KW 鏈條幸好根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計算功率 P 和主動鏈輪轉(zhuǎn)速 n1 決定，通過查參考 資料[9]內(nèi)圖 9-11 和表 9-1 的數(shù)據(jù)，本設(shè)計選用鏈條節(jié)距為 p=25.4mm，長度略為 2.24m 的 16A 型滾子鏈 [9]。 通過公式（11）計算鏈速 v 確定潤滑方式 106021??pvnz （11） 求得鏈速 v=0.27m/s.根據(jù)求出的鏈速通過查找參考資料[9]內(nèi)表 9-7，確定其潤 滑方式為定期人工潤滑 [9]。 4.2.6 升運鏈相關(guān)系數(shù)的確定 （1）最開始設(shè)定的理論株距為 120mm，因此在行走輪轉(zhuǎn)動一圈后所需要播種的個 數(shù) n 可以通過公式（12）計算得到： 120DLn?? （12） 11 式中： L——行走輪的周長； D——行走輪的直徑。通過已知數(shù)據(jù) D=0.5m。 算得 n=13 個 （2）取薯勺之間的間距即株距 B 本設(shè)計選用的鏈條節(jié)距為 p=25.4mm，長度略為 2.24m 的 16A 型滾子鏈，鏈條的 速度略為 0.27m/s，是最佳速度 v=0.5m/s 的 0.54 倍，因此可以通過縮小株距來滿足排 種的需要，即將株距縮小到原來的 0.54 倍，再根據(jù)節(jié)距和鏈條長度來進(jìn)行調(diào)整。通過 計算，整個鏈條共有 88 節(jié)，為了達(dá)到最佳的排種效果，需要 24 個取薯勺，因此其中 16 個取薯勺由 4 個鏈結(jié)組成，另外 8 個由 3 個鏈結(jié)組成。因此每個取薯勺之間的平均 距離也就是株距 B=88/24×25.4≈93mm，能保證有足夠的空間來克服充不上種的情況。 （3）取薯勺尺寸的確定 通過查閱相關(guān)取薯勺的資料，以及對馬鈴薯種塊在取薯勺內(nèi)的受力情況的分析， 為了使種塊不至于從勺內(nèi)落下，多余的種子也不能穩(wěn)定在勺內(nèi)，要求取薯勺的寬度要 大于種子長度的 0.5 倍且小于種子厚度的 1.5 倍。因為種子的尺寸規(guī)格為 20mm×20mm×20mm，這里取取薯勺的寬度應(yīng)為 20×1.25mm=25mm。同時為了取 薯時有足夠的時間和空間，取薯勺的長度尺寸也必須大于種塊長度的 1.5 倍，因此長 度至少為 20×1.5=30mm，這里取 35mm。通過查閱《農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊》 （陳志， 2007） ，可知種薯塊的自然休止角一般為 30°，因此取薯勺內(nèi)的角度應(yīng)小于或等于其自 然休止角，這里也取 30°。 5 排肥器的選型設(shè)計 5.1 排肥器的性能要求 （1）排肥量穩(wěn)定、均勻，不受肥箱內(nèi)肥料的多少、地形傾斜起伏及前進(jìn)速度等因 素的影響。 （2）通用性好，能施多種肥料。要求排肥器除了能排施流動性好的顆粒狀化肥和 復(fù)合顆?；释?，也能排施流動性差的粉狀化肥。 （3）排肥量調(diào)節(jié)靈敏、準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)范圍能適應(yīng)不同化肥品種與不同作物的施用要 求。 （4）工作阻力小，使用調(diào)節(jié)方便，便于作業(yè)后清理殘茬化肥。 （5）排肥器所有與肥料接觸的機構(gòu)、零件最好采用防腐耐磨材料制造 [11]。 12 5.2 選用排肥器的種類和特點 常用的化肥排肥器有以下幾種類型：外槽輪式排肥器、星輪式排肥器、螺旋式排 肥器、水平刮板式排肥器、攪撥輪式排肥器、振動式排肥器 [11]。 在馬鈴薯的種植過程中，不同的化肥往往需要選用不同的排肥器，馬鈴薯播種的 時候所用的一般是硫酸銨或磷酸二銨等顆?；剩浜识嫉陀?1%。 通過對以上幾種排肥器的比較以及馬鈴薯施肥的要求，本次設(shè)計選用移動式外槽 輪排種器。這種排肥器的優(yōu)點在于其可以把它的槽輪換成齒輪，工作原理也與槽輪時 相同。槽輪輪式排肥器一般用于排施流動性教好的顆粒狀化肥，具有較好的排肥穩(wěn)定 性和均勻性，但缺點是不能用于排施流動性差的化肥 [11]。 其結(jié)構(gòu)如圖 3: 1.卡箍 2.軸銷 3.花形擋圈 4.外槽輪 5.阻塞套 6.排肥軸 7.排肥舌軸 8.排肥盒 9.排肥舌 圖 3 移動式外槽輪排肥器 Fig3 The fluted roller fertilizer apparatus 5.3 排肥量的計算 外槽輪排肥器的排肥量可以通過公式（13）計算: ??????????tdLrQfaq0 （13） 式中： 13 d—外槽輪的直徑，d 取 45mm L—外槽輪的有效長度，L 取 126mm r—肥料的密度，施用的化肥為磷酸二銨，其密度為 789g/L。 a0—槽內(nèi)肥料充滿系數(shù)，一般取 0.7 fg—單個凹槽的截面積，通過實驗計算選取 fg=66.76mm2 t—槽輪凹槽節(jié)距。通過計算得到 t=dπ/z=20.2mm λ—帶動層特性系數(shù)。取 0.5 經(jīng)計算得 Q≈5.5kg/acre，這里取 6kg/acre 6 開溝器的選型設(shè)計 6.1 開溝器的性能要求 開溝器是播種器上重要的部件之一，其功用是開溝、整理種床、自動覆土和導(dǎo)種、 肥入土，開溝器工作性能的好壞將直接影響播種質(zhì)量和種子發(fā)芽生長條件。因此，開 溝器應(yīng)滿足如下幾個條件 [12]： （1）開溝直、深淺一致，幅寬合適，溝底平整，有一定的自動覆土功能； （2）有良好的入土性能，不壅土、不纏草、不堵塞、阻力小、工作可靠； （3） 使種子全部落如溝底，行內(nèi)種子分布幅度、均勻度應(yīng)符合農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。 6.2 現(xiàn)有開溝器的種類和特點 根據(jù)開溝器的入土角不同可分為銳角和鈍角二種 [12]。 ⑴ 鋤鏟式開溝器：屬于銳角型開溝器，工作時開溝器隨著播種器向前移動，土 壤在鏟前突起，兩側(cè)土壤受擠壓而分開，開溝器離開后溝壁上的土壤自行下落覆蓋種 子。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、入土能力強、工作阻力小。缺點是易壅土和纏草，會使干濕 土混雜，高速作業(yè)時播深不穩(wěn)。 ⑵ 雙圓盤開溝器：鈍角型開溝器，主要由一對平面圓盤、開溝器體、圓盤軸和 散種板組成。工作時，兩圓盤向前滾動，利用兩圓盤在前下方一點（稱聚點）接觸所 形成的夾角，將土壤向兩側(cè)擠壓，開成中間代郵凸尖的溝（溝底呈 W 形） 。種子和肥 料由種、肥輸入管通過開溝器體上的種、肥輸送筒落入溝底。工作平穩(wěn)、溝形整齊、 不亂土層、斷草能力強。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大，工作阻力大。 ⑶ 芯鏵式開溝器：銳角型開溝器，工作時先由芯鏵入土開溝，兩個側(cè)板向兩側(cè) 分土形成種溝。開溝寬度大、入土性能好，但工作阻力大。 14 ⑷ 滑刀式開溝器：鈍角型開溝器，工作時滑刀在豎直方向切入土壤，刀后側(cè)板 向兩側(cè)擠壓土壤形成種溝。特點是靠重力入土，溝深穩(wěn)定、溝形整齊、不亂土層，斷 草能力強、工作阻力大。 6.3 開溝器的選型 馬鈴薯播種器通常在新耕地上進(jìn)行播種，新耕地的雜草和殘茬對開溝器的影響不 大，出現(xiàn)纏繞和堵塞的幾率不大，再考慮到開溝的性能和經(jīng)濟因素，本設(shè)計選用鋤鏟 式開溝器，鋤鏟式開溝器由翼鏟、筒身和深淺調(diào)節(jié)扁鋼組成 [12]。 其優(yōu)點是： （1)開溝深度大，因為要求開溝深度最大達(dá)到 180mm，上述幾種開溝器只有鋤鏟 式能達(dá)到要求； (2)開出的地溝平整、開闊，受地形的影響較?。?(3)結(jié)構(gòu)簡單，易于制造與維護。 6.4 開溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 6.4.1 入土角 α 的確定 入土角 α 選得過大，開溝器工作時土壤上移大，土層也抬得高，并有相互混亂 的趨勢，同時還會加大工作阻力；入土角也不能選得過小，過小的入土角將會造成刃 部強度減弱。通常情況下入土角的取值范圍在 30°～50° 之間，為了保證入土能力，因 此入土角不應(yīng)該取得太小，這里取入土角為 45°。 6.4.2 切土角 β 的確定 切土角過大，土壤易被推向兩側(cè)，造成土壤外翻，影響覆土性能；同樣切土角也 不能太小，太小的切土角將嚴(yán)重影響鏟面的高度。一般情況下 β 值一般在 20°～30°之間選取，特殊情況下可以取得小一點，這里取 β=20°。 6.4.3 鏟翼張角 γ 的確定 γ 過大，翼鏟就會增大，使得雜草不易沿刃口滑過，容易發(fā)生纏草、壅土、堵土 等現(xiàn)象。γ 過小時，翼鏟切斷草根的能力就會減弱。為使雜草沿翼鏟刃緣向后滑切， γ 一般應(yīng)該取 75°～85° ，這里取 γ=80° 6.4.4 開溝器外形尺寸的確定 深度調(diào)節(jié)扁鋼的尺寸為：40mm×20mm 開溝器體尺寸長×寬×高：173mm×120mm×505mm 7 輸種管的選型設(shè)計 7.1 輸種管的性能要求 15 輸種管的作用主要是將排種器排出的種子導(dǎo)入開溝器，使種子能夠順利落入種溝 內(nèi)，它對排種的均勻性有很大的影響。馬鈴薯播種器對輸種管的要求有 [13]： （1）對種子流的干擾小， 能保證種子能自由流動，不致降低排種的均勻性； （2）有足夠的伸縮性并能隨意擾曲，從而能夠適應(yīng)開溝器的升降和調(diào)節(jié)。輸種管 一般要求鉸接在排種器上，能在各個方向擺動的同時不影響種子通過； （3）應(yīng)該具有一定的伸縮量、彈性和彎曲度，并能耐腐蝕。除此以外還有要一定 的圓度，不能變癟； （4）結(jié)構(gòu)要簡單，易于制造和維修。 7.2 輸種管的選型 在本設(shè)計中，考慮到馬鈴薯種塊的形狀和對導(dǎo)種管的要求，設(shè)計選用螺旋骨 架型塑料管。這種輸種管是用 1mm 厚的鋼絲或尼龍絲作骨架纏敷塑料薄膜并通過 加熱制作而成，管內(nèi)壁光滑，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、彎曲靈活、耐腐蝕等優(yōu)點 [13]。 7.3 輸種管參數(shù)的確定 7.3.1 輸種管的直徑 輸種管的最小直徑應(yīng)根據(jù)作物的最大播量和種子的物理特性（如種塊形狀和尺寸， 種塊與管壁的摩擦系數(shù)等）加以確定。輸種管的最小直徑應(yīng)與種子在輸種管內(nèi)自由降 落時的擴散范圍相適應(yīng)。根據(jù)以往實驗：有三分之二的馬鈴薯單邊種子尺寸集中在 20mm 范圍以內(nèi)，因此輸種管的最小直徑一般為 26mm，最大直徑 40mm。如圖 4： 圖 4 輸種管 Fig4 The matering tube 7.3.2 輸種管的傾斜度與長度 輸種管的傾斜度和長度都應(yīng)該根據(jù)不同類型播種器的結(jié)構(gòu)需要、排種器的特點和 對種子落到地溝底部的要求進(jìn)行確定。 16 一般情況下，橡膠輸種管的傾斜角為 50°。其長度通過公式(14) 進(jìn)行計算 L=H/sinα （14） 式中 ： H——種子從排種口下落到開溝器體接種口的垂直距離 Α——輸種管的傾斜角 算得 L 的值為 225mm 8 覆土器的選型設(shè)計 8.1 覆土器的種類和特點 播種器上常用的覆土器有鏈環(huán)式、彈齒式、爪盤式、圓盤式、刮板式等，其中鏈 環(huán)式、彈齒式、爪板式為全幅覆蓋，常用于行距較窄的谷物條播機。圓盤式和刮板式 覆土器，則用于行距較寬、所需覆土量大、要求覆土嚴(yán)密并有一定起壟作用的中耕作 物播種器 [14]。 8.2 覆土器的選型 考慮開溝器以及本機結(jié)構(gòu)，決定選用拖環(huán)式覆土器。如圖 5： 圖 5 拖環(huán)式覆土器 Fig5 The link covering device 8.3 覆土器性能結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 拖環(huán)直徑 D=280mm 鏈環(huán)長度 L=15mm 兩環(huán)間距離 L1=120mm 掛鉤有效直徑 D1=10mm 17 整個部件有效工作高度 H=375mm（可調(diào)） 9 鎮(zhèn)壓輪的選型與設(shè)計 9.1 鎮(zhèn)壓輪的使用條件 通過鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓作用，能使種子與濕土壤接觸更加緊密，有利于種子的發(fā)芽和 生長，可減少水分的蒸發(fā)，有利于土壤保墑，還可以增強土壤毛細(xì)管的作用 [15]。鎮(zhèn) 壓輪對土壤的壓強主要根據(jù)土壤性質(zhì)、水分、密度和作物的要求而定，一般為 30～50kPa。而鎮(zhèn)壓輪的壓力大小取決于其自身的重量和作用在它上面的附加重量。 壓緊后土壤的容重一般為 8～1.2g/cm 2 9.2 設(shè)計要求 （1）轉(zhuǎn)動靈活 （2）鎮(zhèn)壓力可調(diào)； （3）鎮(zhèn)壓后地表不產(chǎn)生鱗狀裂紋； （4）不壅土，不纏草 [15]。 9.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 現(xiàn)有的馬鈴薯播種器中的鎮(zhèn)壓輪, 一般采用常規(guī)鎮(zhèn)壓輪。其質(zhì)量輕, 結(jié)構(gòu)簡單, 壓 而不實, 影響種植作業(yè)質(zhì)量。該設(shè)計選取了一種鎮(zhèn)壓效果好且有利于防寒保溫、抗旱 保墑和能促進(jìn)種子早期出苗及幼苗的生長發(fā)育的圓錐式凹型鎮(zhèn)壓輪 [16]。 要使鎮(zhèn)壓輪能正常運轉(zhuǎn)，減少工作中出現(xiàn)滑移與壅土的現(xiàn)象，則鎮(zhèn)壓輪的直徑應(yīng) 滿足公式（15）: Smax≥2WT/D （15） 因為 Smax=Qf，則 D≥2WT/（Qf ） （16） 式中 : Smax—土壤對鎮(zhèn)壓輪表面的最大附著力 Q—鎮(zhèn)壓輪的負(fù)荷 f—土壤對鎮(zhèn)壓輪的附著系數(shù)，通過查表可知 f 一般取 0.4 WT—軸套產(chǎn)生的摩擦力矩 D—鎮(zhèn)壓輪的直徑 由上面式子（15）和（16）可知，鎮(zhèn)壓輪要想正常運轉(zhuǎn)，必須有足夠大的附著力。 土壤對鎮(zhèn)壓輪的附著系數(shù) f 取決于輪緣的材料和土壤的條件，在一定情況下 f 是個常 數(shù)。雖然增大鎮(zhèn)壓輪的負(fù)荷可以提高土壤對輪緣的附著力，但是增大鎮(zhèn)壓輪的負(fù)荷無 18 疑會使輪子下陷程度增大，輪子行駛的阻力增加，同時還會加大對土壤的壓實程度， 從而造成對種子發(fā)芽的不利后果。因此最好的途徑是減小軸套中產(chǎn)生的摩擦力矩，那 就要求使用在軸套中產(chǎn)生摩擦力矩較小的滾動軸承。同樣增大輪子的直徑也能有利于 鎮(zhèn)壓輪的正常運轉(zhuǎn)。 通過分析和計算，鎮(zhèn)壓輪的直徑 D 的取值為 400mm，寬度為 120mm。鎮(zhèn)壓輪的結(jié) 構(gòu)簡圖如圖 6： 圖 6 鎮(zhèn)壓輪裝置 Fig6 The compacting wheel 10 行走輪的選型設(shè)計 10.1 行走輪的設(shè)計要求 在該播種器中，行走輪不僅起限深作用，而且還是排種、排肥的主動輪。因而在 設(shè)計時，應(yīng)該從以下幾個方面著手 [17]： （1）具有較大的強度、剛度等機械性能； （2）滑移系數(shù)較小，一般不要超過 10%，從而提高播種的均勻性； （3）對地表不平性具有較強的適應(yīng)性，避免在地表高低不平的情況下，出現(xiàn)作為 驅(qū)動排種器、排肥器的行走輪輪被架空而不轉(zhuǎn)動，造成不排種、肥的問題。 10.2 行走輪的結(jié)構(gòu) 通常情況下，行走輪直徑越大，其轉(zhuǎn)動越容易，從而打滑率越小，因此直徑越大 播種越均勻。本次設(shè)計為了使行走輪的大小與機具空間相協(xié)調(diào)，特將其直徑設(shè)計為 500mm(行走輪圈外徑)，寬度為 80mm，如圖 7。 10.3 行走輪的安裝 行走輪安裝在地輪軸上，兩端各緊挨著鏈輪，兩輪間的距離為 400mm。 19 圖 7 行走輪 Fig7 The road wheel 10.4 行走輪轉(zhuǎn)速的計算 按照設(shè)計要求和參考有關(guān)資料，該播種器生產(chǎn)率為 3.2~4.1km2/h，幅寬 1100mm，因此，機器的行進(jìn)速度為 [18]： （17）s/m1.~79.0365.10~.4bsv????????? 取平均速度為 v=1m/s，按照配套拖拉機的結(jié)構(gòu)尺寸和常用播種器的地輪大小，取行走 輪直徑為 500mm，有公式（10-1）： （18） rnwrv602?? 式中 ——行走輪的速度（