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        推廣 熱搜: 全程機械化  新型農業經營體系  深松  2016  農業適度規模經營  玉米收割機 

        小籽粒蔬菜精密播種機部件的設計

           日期:2021-10-12     來源:《農業技術與裝備》雜志 張全貴    
        核心提示:蔬菜種植機械化在我國尚處在發展階段,現今市場上蔬菜穴播機較多,精密播種機少。在蔬菜規模種植區,機械化需求更迫切,隨著勞動力成本的增加和人們對蔬菜精播認識水平的提高,蔬菜精密播種的研發成為大勢所趨。

        蔬菜種植機械化在我國尚處在發展階段,現今市場上蔬菜穴播機較多,精密播種機少。在蔬菜規模種植區,機械化需求更迫切,隨著勞動力成本的增加和人們對蔬菜精播認識水平的提高,蔬菜精密播種的研發成為大勢所趨。

        精密播種省種省工、播種均勻而且效率高,精密播種機按排種器可劃分為機械式和氣力式。蔬菜種子小且易吸附,采用氣吸式排種器為宜。同時,農藝上對蔬菜播種的要求和大田其他作物不同,特別是播種深度和覆土鎮壓,本文對靴式開溝器和轎式鎮壓仿形裝置進行了分析。

        1 靴式開溝器的設計

        1.1 開溝器的特點

        精密播種機的播種精度不僅和排種器的性能、機具的前進速度有關而且和開溝器的性能有較大關系。靴式開溝器特點:土壤阻力向上有分力;開溝時把表土向下及兩側擠壓使種溝緊壓,種溝淺而窄;要求播前整地質量高;結構簡單,適用淺播。根據對蔬菜種植溝的要求結合蔬菜播前整地狀況較好的情況,采用鈍角的靴式開溝器。

        1.2 靴式開溝器的結構設計

        靴式開溝器由靴式開溝器刀、側板、連接銷、加強板和連接板組成。其工作原理是刀刃以鈍角入土開溝,經兩側板向兩側擠壓土壤形成種溝,兩側板的寬度決定了種溝的寬度,除了開溝裝置整體調整可調播深外,也可把開溝器刀換方向裝配,開溝深度可進行5 mm深差調節。

        1.3 開溝器刀的設計

        1.3.1 刃口曲線的確定

        如圖 1所示,開溝器刃口曲線由 3部分組成,直線 AB,圓弧BC和直線CD。開溝器前進方向如圖箭頭所指方向,在工作過程中對土壤是滑切,滑切部分在 BC 段?;薪鞘侵盖€上的點的法線與前進方向的夾角,摩擦角是指曲線上的點的法線與垂直方向的夾角,工作阻力是隨著滑切角的增大而減小隨著摩擦角的增大而增大,設 B 點的滑切角是曲線 BC的最終滑切角α,C點的滑切角是曲線BC的起始滑切角β,那么從圖中可以看出β到α滑切角逐漸增大。

         

        1.3.2 開溝器刀主要參數確定

        如圖1所示,在開溝器的平面設計中,確定D'D//AB,AA'//CD。

        θ1=θ2=θ3 .                 (1)

        θ1+θ2+β'+90°=180°,即β'=90°-θ1-θ2.    (2)

        由圖可知:

        ɑ>β>β′.                    (3)

        D'D,AA'為開溝器刀兩端橫斷面的投影線,A'D'為開溝器刀與側板結合的面的投影線,AB,CD 為刃口曲線的直線 段,θ1,θ3為開溝器刀兩端橫斷面與開溝器刀和側板結合的面之間的夾角,θ2為開溝器刀與側板結合的面與前進方向的夾角β′為直線CD段的滑切角。

        設計θ1=θ2=θ3=35°,AB=35 mm,CD=40 mm,圓弧BC半徑為 112 mm,則 β'為 20°,β 大于 23°。試驗得摩擦角是 23°,當滑切角大于摩擦角時才能產生滑切,則圓弧 BC 段是滑切工作。設計H1為12 mm,H2為18 mm,截面見圖1。

        2 轎式鎮壓仿形裝置

        2.1 蔬菜播種農藝要求

        蔬菜播種技術很精細,一是覆土要求,覆土厚度由種子的大小和發芽時期長短來決定,較小的種子頂土力比較弱,不易出苗,應適當淺覆土。蔬菜種子適宜的覆土厚度為0.5—2 cm,覆土過淺,畦面表土容易失水變干引起種子落干,覆土過深,種子出苗晚,出苗率降低。二是鎮壓要求,對播種機而言,在質地疏松的土壤前后鎮壓,前鎮壓有利于精確控制播種深度,后鎮壓使種子與土壤接觸緊密,有利于種子吸水發芽??傊?,蔬菜種子較小,采用前后的轎式鎮壓裝置,既能控制播種深度,也通過減少水分散失和提墑保證種子所處的土壤淺表保持濕潤狀態。

        2.2 轎式鎮壓仿形分析

        播種機的仿形分為整體仿形和單體仿形,整體仿形就是地輪仿形;單體仿形是指限深輪或鎮壓輪仿形。依據農藝要求,本蔬菜播種機采用前后鎮壓仿形裝置。

        前后鎮壓仿形機構包括前鎮壓輪、平行四連桿機構 、開溝器、后鎮壓輪。工作過程中開溝器的上下運動和平行四連桿一致,都依靠前后鎮壓輪的復合運動來仿形。當播種機工作平穩時,前后鎮壓輪在同一平面上,當后鎮壓輪遇到地表起伏而前鎮壓輪平穩前進時,開溝器及四連桿并不是平行后鎮壓輪上升或下降,而是部分上升或下降,直到起伏結束,恢復平穩;同理,當前鎮壓輪起伏而后鎮壓輪平穩時,也是播深相對穩定。在上坡時前鎮壓輪逐漸升起,開溝器不是隨著同水平升起,而是形成一定的升起趨勢,直到后鎮壓輪也進入上坡地段,然后所開溝底與地表平行,下坡過程正好相反,也可達到溝底與地表平行。

        2.3 轎式仿形鎮壓裝置受力分析

        轎式鎮壓仿形裝置在工作平穩時,受力平衡。如圖 2所示,P 為牽引力,G 為播種機單組重力,F 為開溝器的工作阻

        力,Q1、Q2、Q3分別為土壤對前鎮壓輪、穩種輪、后鎮壓輪的支持反力。

         

        設機具前進方向和X軸方向一致,Px,Py分別是牽引力在XY 平面內 X,Y 方向上的分力,Fx、Fy分別是土壤對開溝器的阻力在 XY 平面內 X,Y 方向上的分力,Q1x、Q1y分別是土壤對前鎮壓輪在 XY 平面內 X,Y 方向上的分力,Q2x、Q2y分別是土壤對穩種輪在 XY 平面內 X,Y 方向上的分力,Q3x 、Q3y分別是土壤對后鎮壓輪在 XY平面內 X,Y方向上的分力。則轎式鎮壓仿形裝置在XY平面的受力平衡條件如下

        Px- Fx - Q1x - Q2x - Q3x=0.        (4)

        Py+Fy+Q1y+Q2y+Q3y-G=0.             (5)

        由(4)(5)可得

        Q1x+ Q2x+ Q3x= Px- Fx .           (6)

        Q1y+Q2y+Q3y=G- Py-Fy .            (7)

        公式(6)(7)表明,當單組重力一定,機具工作平穩時,土壤對鎮壓輪和穩種輪的支反力和牽引力 P、土壤對開溝器的阻力F有關,阻力F越大支反力越小,反之亦然。同時Q1,Q3不能為零,否則不起鎮壓作用,Q2也一樣,這就要求機具有一定的重力 G,但重力 G也不能太大,太大會造成下陷量增大,支撐反力Q1,Q2,Q3增大,增加了牽引力P。

        2.4 轎式鎮壓仿形裝置結構及工作原理

        轎式鎮壓仿形裝置由平行四連桿、前鎮壓輪、穩種器、后鎮壓輪及鎮壓輪連桿等組成。穩種器包括穩種輪、V型板、彈簧及調節桿等部件。

        機具作業時,當后鎮壓輪隨地表起伏,前鎮壓輪平穩前進,開溝器會產生上下移動但不會過敏(指后鎮壓輪同比例運動),同時鎮壓輪連接桿離地間隙增大,穩種輪在彈簧力作用下繞鉸點O1順時針轉動,穩種輪繼續給土壤一定壓力起到穩種作用,如圖 3(a)。當前鎮壓輪隨地表起伏,后鎮壓輪平穩前進,同理如圖 3(b)。當整個單組處于下坡地段,前后鎮壓輪和鎮壓輪連接桿繞鉸接點O2逆時針轉動,開溝器播深相對變大,同時調節桿上的彈簧被壓縮,在彈力作用下,穩種輪繞 O1點逆時針轉動,壓實力度相對增大,如圖 3(c)。反之在上坡地段,播深相對變淺,穩種輪壓實力度相對減小,如圖 3(d)。

        鎮壓輪由分離輪圈和橡膠圈組成圓柱空心彈性鎮壓輪,中空的鎮壓輪給地面的壓力與地面成傾角使兩邊土壤向中間靠,中間土壤較松,有利于種子出苗和保墑。橡膠圈受壓后產生彈性變形后恢復原狀,對土壤壓力比較恒定,同時,橡膠和金屬之間在作業時相對變形,利于脫土。

         

        本轎式鎮壓仿形裝置采用前后鎮壓,中間加裝穩種器符合蔬菜種子小播種要求精細的農藝要求。

        3 結論

        合理設計開溝器刃口曲線,使曲線上的滑切角大于 23°形成滑切;開溝器刀安裝方向變化可以進行5 mm播深調整。蔬菜種子小宜淺播,轎式鎮壓仿形裝置的前鎮壓有利控制播深,后鎮壓可以保水或提墑,鎮壓輪為錐面分離輪圈外緊套橡膠圈,形成土壤向中間凸出,中間較松兩邊緊,利于出苗和保墑。前后鎮壓輪中間加裝穩種輪,經過彈簧作用,調節力度,實現穩種功能。
         
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