青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）01 绪论1.1 设计的目的和意义马铃薯是粮食、蔬菜、饲料及工业原料兼用的重要农作物，是我国包括大豆在内的第五大粮食作物。2008 年种植面积 6 995.1 万亩，总产量达 1 415.6 万吨，均位列世界第一，占世界的近 1/41。马铃薯用途已渗透到我国工农业的多方面，市场需求旺，增值潜力大，是最具多功能的作物。提高马铃薯综合生产能力，促进马铃薯产业发展，对保障我国食物安全，促进农产品加工业发展，优化农业结构，实现农业增效和农民增收，满足市场需求，意义十分重大 2。机械化播种可以省种 10 公斤/亩，采用机械化规范化栽培，可增产 250 公斤/亩。与人工作业相比，马铃薯机播可提高工效 3 倍。发展马铃薯生产机械化，对提高马铃薯综合生产能力，保障食物安全，增加农民收入，建设现代农业有十分重要的意义。但是我国马铃薯种植工艺机械化水平低，生产效率低，作业质量差，生产成本高，农民劳动强度大。目前的播种形式还是步犁(或小四轮配用的两铧犁)加人工点种，其作业效率很低，不易于大面积播种，制约了马铃薯种植的发展速度 3。据调查研究，现在还没有适宜的马铃薯种植机械。研制出能够满足马铃薯种植农艺要求的马铃薯播种机，能够大幅度的提高我国马铃薯种植的劳动生产率，减轻农民的负担。随着农业机械化促进法的公布施行和国家农机购置补贴政策的实施，广大农民购置、使用马铃薯生产机械的积极性不断提高，马铃薯生产机械化得到了长足发展。本设计在现有机型的研究总结上，发现问题、研究问题、解决问题。着力提高劳动生产率，解放劳动力，设计出一种新型的马铃薯播种机对于改善现在的问题具有重要的意义 4。1.2 马铃薯播种机的发展现状1.2.1 国内发展现状近年来，随着马铃薯在我国大量的种植、研发并推广与马铃薯的生产相适应的机械取得了很大的进展,尤其是在马铃薯种植机械方面，尽管我国机械研制和生产水平同欧美发达国家相比还有一定的差距，但是随着我国科研人员的共同奋斗，这个差距正在不断地缩小。各种先进的马铃薯播种机不断问世，并在全国进行大量地推广应用，这个还是值得国人骄傲的。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1到目前排种装置仍然是播种机最为关键的部件，先进的排种器以及排种原理对播种机的效率的提高还是有着很重要的作用的，到现在，世界上所有的排种器像离心式排种器、外槽轮式排种器、以及各种圆盘式排种器等几乎都被我国的学者们涉猎了；而具有我国独创特色的链条定格式精量排种器、纹盘式排种器、链轮窝眼轮式排种器也获得了相当广泛的应用，但是在马铃薯播种机械上，先进的排种器以及排种方式依然是制约播种机效率的瓶颈问题。因此在已经解决现有播种方式的情况下研制与我国现状相应的播种机显得是非常重要。显然，在大型排种器方面，我国应该朝着孔带式精密排种器、气流输送式条播排种器以及倾斜圆盘指夹式排种器、气力式精密排种器的方向直线发展。新的排种原理包括机械式排种原理和气力式排种原理等，要想在这方面发展新的排种原理也应得到广泛的采用（陈兴田，2001） 5。图 1-3、1-4 为我国主要的马铃薯播种机械。图 1-3 2MB-2/1 型双垄单行播种机 图 1-4 2BXSM2B 型马铃薯施肥播种机 9图 1-5 2MB-1/2 型大垄双行覆膜播种机 图 1-6 2MB-1/2 型大垄双行覆膜播种机1.2.2 国外发展现状国外马铃薯播种机发展较早，成型较快，现已初具规模。发达国家马铃薯播种效率的提高其根本原因实现了播种机械化、集约化生产。进入 20 世纪 90 年代，发达国家的马铃薯播种机械产品更加多样化、性能更可靠。计算机、机电一体化、自动化等高科技青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）2领域技术的应用，使马铃薯播种作业更加精确化，更能满足人们使用的方便性、安全性与舒适性的要求 5。马铃薯播种机在美、苏、日、意、德等国家得到了充分的发展。其主要部件即排种装置主要发展了穿札针式、舀上杯链式、舀上倾斜板铲斗式、输送带斗式等 6。经过多年的发展它们的结构功能已比较完善，有很多值得我们学习的地方。图 1-1、1-2 为国外一些马铃薯播种机：图 1-1 德国 VL- 20L 型四行马铃薯播种机 7 图 1-2 意大利自动式马铃薯播种机 81.3 设计任务现在有的机械已经能够在耕整过的地上一次完成开沟、播种、喷药、覆土起垄及镇压等联合作业，但是通过对各种产品的具体对比，发现其主要部件运用原理大体相同，且都存在问题。首先播种机不能满足各种地区不同的需求，有的对整地要求过高，有的不能变换行距，有的不是很成熟，需要太多人力配合。其中明显的缺陷有以下几点：1、种箱排种器仍然需要人力监视种子充种与漏种情况。2、覆膜压实后膜上需要人力覆土从而促进种子能够顶破薄膜。本设计的目的是结合马铃薯薯种的结构特点和种植要求，借鉴国内外研究成果，一次性完成马铃薯的播种、施肥、喷药、覆膜、覆土，并实现马铃薯的精密播种。实现播种的稳定均匀性，解决漏播的问题。将现代的传感器技术应用其中，增加播种的精度，以及对化肥农药播撒量的精确控制。改进播种勺的形状，力求完善播种的完整性，从根本上解决漏播的问题。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）02 总体结构设计2.1 设计原则总体方案拟将喷药装置、排种装置、覆土装置、镇压装置及施肥装置与选用拖拉机融为一体，使之能够一次性的顺利完成开沟、施肥、播种、覆盖、镇压等功能。基本要求是悬挂机构要有效的控制工作部件作业时的播深以及运输时的通过性。排种装置要确保在播种过程中出现漏播、重播等现象的几率一定不能不超过 2%。另外开沟器能开出平整的地沟外还要具备一些独特的功能即自动覆土功能。覆土装置能够完全覆盖种沟以及开出两边垄沟。镇压轮的作用就是保持土壤湿度，所以要求镇压效果好，当然作业后的地面要平整。覆膜装置后的覆土犁能够将一定的土覆盖到膜上，起到压实的作用。2.2 基本结构该马铃薯播种机的结构在传统的播种机上有所改进。但有传统机型上的开沟器、输肥管、种箱、肥箱、覆土器、排种器等部件，它还增设计了镇压轮、覆膜、覆土装置，在机架的前梁上有上、下悬挂架用于与拖拉机连接，并且有拖拉机的主轴输出动力给旋转爪式覆土器。种、肥箱侧板固定在机架中间横梁的上方，前边为肥箱，后边为种箱。下边固定排肥、排种装置。在肥箱前面有一根安装开沟器的梁，通过 U 型螺栓将开沟器的扁钢锁住从而可以调节开沟深度。开沟器在横梁上可根据需要进行横向移动来调节行距，机架的后梁用来连接镇压轮。2.3 方案原理拖拉机通过三点悬挂连接播种机在田间行走。由地轮限制高度。施肥开沟器开出肥料沟。化肥落入沟内。播种开沟器开出种沟，种子落入沟内。施肥与播种的动力都来源于地轮，地轮上安装两个链轮，分别连接排种器的链轮，排肥器的链轮。用旋转爪式覆土器对播种沟进行覆土，动力来自于拖拉机的主轴输出。用刮平板将垄面处理平整，然后由镇压轮镇压密实。薄膜挂在挂膜辊上，随着机器的前进滚动。拉出的薄膜首先经过压膜辊的铺平，然后被压膜轮压在垄壁上，再由覆土圆盘犁覆土。覆土圆盘犁翻起的一部分土经膜上覆土器盖在薄膜上。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）12.4 总体方案的确定通过对多种方案的研究对比，得出以下方案，见图 2-1。图 2-1 马铃薯施肥播种机 1、肥箱 2、取种器 3、种箱 4、药筒 5、挂膜棍 6、覆膜辊 7、压膜轮 8、覆土器 9、链条 10、机架11、施肥开沟器 12、播种开沟器 13、地轮 14、覆土器1）具体工作方式：拖拉机通过机架上的悬挂装置连接播种机在田间行走；起垄单向犁开出宽为 90cm 的垄；施肥开沟器开出肥料沟，化肥落入沟内；播种开沟器开出种沟，薯块落入种沟。施肥播种的主要动力来自于地轮，地轮上安装有 2 个链轮，分别连接排种轮、排肥轮。施肥播种后由刮板器将垄土整平，然后由镇压轮镇压。薄膜挂在挂膜辊上，随着机器的前进滚动，将薄膜附在垄上。拉出的薄膜首先经过压膜辊的铺平，然后被压膜轮压在垄壁上，再由覆土圆盘犁覆土。覆土圆盘犁翻起的一部分土经膜上覆土器盖在薄膜上。同时自动补种装置能检测到需要补种的种勺，自动补种，减少人力的工作量。2）方案分析：（1）本方案能达到所有的性能指标。 。（2）种箱下部安装部件太多，结构复杂。（3）传动方案简单，距离短，由此产生的误差小。（4）自动补种装置能彻底解放人力劳动。此机器功能比较完善，几乎能够完成所有农艺要求的工序。对地块的适应性也比较青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）2好，只是要求播种前地已耕整好即可。播种机的垄距、垄高、行距、行宽、株距、播深、施肥深度的参数都可调，且调节方便。另外，本机尽量减少重要加工面，从而减少成本，真正做到低成本高效率。此方案有众多优点。首先保证了所有的工作能够完成，其次在其结构上进行优化设计。采用自动检测补种装置，能够彻底解放劳动力。不再需要任何人坐在机架上进行人工补给。再者加入膜上覆土装置，省掉后面尾随的人工膜上覆土人员，提高出芽率。2.5 主要工作参数表 2-1 马铃薯施肥播种机主要工作参数Tab.2-1 Potato Planter main operating parameters配套动力 1823kw作业速度 6kmh播种行数 2行距 36cm50cm 可调株距 15cm20cm 可调播深 10cm15cm 可调施肥深度 13cm18cm 可调比播深大 3cm垄宽 60cm90cm 可调覆土厚度 1.5cm垄高 20cm25cm 可调青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）33 主要零部件参数理论分析与设计3.1 传动装置参数确定为了能够保证传动比的正确，选用链传动。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链条和链轮的啮合来传动。与摩擦型的带传动比较，链传动无弹性打滑和整体打滑现象，因而能保证平稳的传动比输出输入，传动效率高，节省能源，保证设计要求的各种标准。同时它比带传动的轴向压力小，从而不需要选择更粗的轴，节省材料。与齿轮传动相比较链传动的制造成本和安装成本要比齿轮传动低很多，因此综合考虑选用链传动 14。总体传动路线：本播种机主要有两条传动路线。一条是排肥链所需要的动力输入，一条是排种链需要的动力路线。排钟链轮与排肥链轮各放置于机架的一侧。保证了机器整体的受力以及动力性能，安装简便。传动装置主要由轮胎，轮胎轴，排肥链轮组，排种链轮组等结构组成。现确定其主要工作参数。3.2 传动装置的设计3.2.1 地轮在该播种机中，行走轮的作用是限深，而且还是排种、排肥的主动轮。因而在设计时，应该满足的条件是：（1）滑移系数要求要小，一般尽量不要超过 9%，这样就能提高播种的均匀性；（2）具有较大的刚度、强度、韧性等机械性能；（3）对各样的地表都有较强的适应性，并且避免在地表高低不平的情况下作业，出现行走轮轮被架空而不转动，造成不排种、不排肥的问题， 。地轮主要参数