全國(guó)大學(xué)生科技競(jìng)賽作品

1、摘要 眾所周知，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的重要體現(xiàn)。玉米作為廣泛種植的傳統(tǒng)糧食作物之一，廣大農(nóng)民對(duì)玉米種植生產(chǎn)機(jī)械化的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的手工操作已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)需求。在平原地區(qū)多以大型玉米播種機(jī)為主，而在西北丘陵、山地或平原地區(qū)面積較小的耕地，大型玉米播種機(jī)卻只能“望而卻步”。市場(chǎng)上大多是氣吸式或輪勺式玉米播種機(jī)。然而氣吸式雖然下種準(zhǔn)，但使用故障多。輪勺式水準(zhǔn)差，種植效果不理想。本方案設(shè)計(jì)的玉米播種機(jī)不同于市場(chǎng)上現(xiàn)有的產(chǎn)品，彌補(bǔ)了這些缺陷，快捷的完成了播種。這一款小型便攜式玉米播種機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（扶手支架或小型動(dòng)力，前后輪），送種系統(tǒng)（漏斗形裝種箱

2、、邊緣空心同軸轉(zhuǎn)盤、空心滑桿），播種機(jī)構(gòu)（下種箱）等組成?；谛D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)盤有等間距的凹槽，凹槽可放2粒玉米。當(dāng)內(nèi)盤邊緣凹槽轉(zhuǎn)至漏斗口，兩粒種子落入凹槽隨內(nèi)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)盤轉(zhuǎn)至下端空心滑桿口處，玉米沿滑桿落入下種箱，順著轉(zhuǎn)筒中的倒角滑入下種管口。從而運(yùn)用機(jī)械傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米種子的輸送。下種管是解決播種問(wèn)題的重要機(jī)構(gòu)。在小型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，齒輪和鏈條帶動(dòng)下種箱中四棱柱形裝置插入土地，四棱形裝置上的蓋土片接觸到地面，受地面和自重?cái)D壓，打開已深入地下的下種管口，從而使種子從管口種下。隨著播種機(jī)繼續(xù)前行，蓋土片后的土壤受力作用后，接著再為已種下種子蓋土。解決了刨土，下粒，蓋土等技術(shù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了一體化的耕

3、作模式。另外設(shè)計(jì)的4個(gè)等間距的下種口，可使播種玉米間距為11厘米，實(shí)現(xiàn)了等距播種。本產(chǎn)品采用了工程機(jī)械原理，多種機(jī)械綜合運(yùn)用完成播種，潛在價(jià)值巨大。改變西北地區(qū)耗費(fèi)勞動(dòng)力多，生產(chǎn)效率低的現(xiàn)狀，以較小的成本創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)疑是一種巨大的財(cái)富。目錄1. 研究背景12. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介23.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)34產(chǎn)品設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)64.1進(jìn)料機(jī)構(gòu)64.2送料圓輪64.3空心圓管74.4下種機(jī)構(gòu)84.4前后輪94.5動(dòng)力系統(tǒng)105 .作品的創(chuàng)新點(diǎn)116現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及分析12參考文獻(xiàn)13附錄131. 研究背景在我國(guó)廣大的西北地區(qū)，丘陵、山地隨處可見，梯田成就了一道美麗的風(fēng)景線。梯田在山坡上開墾，呈階

4、梯形，由一塊塊小面積種植區(qū)域組成，如圖1。梯田作為主要的農(nóng)作物種植地，充分利用了山坡上的土地資源。在我國(guó)，平原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，大大提高圖1. 西北梯田了生產(chǎn)效率，把從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人們從繁重的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)中解放出來(lái)。而在西北地區(qū)，農(nóng)業(yè)大型機(jī)械卻無(wú)法進(jìn)入梯田進(jìn)行作業(yè)，只能“望而卻步”，因此那里仍進(jìn)行著相對(duì)原始的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這樣就使得西北農(nóng)業(yè)發(fā)展停滯不前。我國(guó)是世界第二玉米生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量?jī)|余噸，占世界總產(chǎn)量的20%。同時(shí)，我國(guó)也是玉米頭號(hào)消費(fèi)國(guó)，消費(fèi)量的90%以上靠國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。西北玉米種植區(qū)，約占全國(guó)的3.5%，總產(chǎn)量約占3%。在西北玉米種植區(qū)，梯田上玉米種植仍然是完全依賴人工去完成，使農(nóng)民承擔(dān)

5、著繁重的勞動(dòng)。玉米播種機(jī)為玉米種植帶來(lái)極大的便利，但如今市場(chǎng)上的玉米播種機(jī)大多適用于平原上玉米的播種，市場(chǎng)上輪勺式玉米播種機(jī)效果差，而播種效果稍好的氣吸式播種機(jī)，需大型耕種機(jī)械帶動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜故障多。像梯田這樣小面積的耕地它們也無(wú)法進(jìn)入。而且對(duì)于覆有地膜的土地來(lái)說(shuō)，平原玉米播種機(jī)進(jìn)入后，由于其結(jié)構(gòu)原因會(huì)破壞地膜。要想精確控制種子之間播種的距離，使播種均勻，行距穩(wěn)定，覆土良好，節(jié)約種子，而且工作效率高，當(dāng)今的玉米播種機(jī)是無(wú)法完全同時(shí)做到的。根據(jù)西北農(nóng)業(yè)種植條件與當(dāng)今玉米播種機(jī)的缺陷，我們?cè)O(shè)計(jì)出了該款新型玉米播種機(jī)，來(lái)彌補(bǔ)市場(chǎng)上現(xiàn)有播種機(jī)的缺陷。2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介 該玉米播種機(jī)主要由機(jī)架、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、送料

6、圓輪、空心圓管、下種機(jī)構(gòu)、前后輪、動(dòng)力系統(tǒng)七部分組成。其核心功能及獨(dú)特之處有以下5點(diǎn)： 1、體型小，便于攜帶。該玉米播種機(jī)通過(guò)對(duì)外形及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和取材及動(dòng)力系統(tǒng)的選擇，實(shí)現(xiàn)體型小、質(zhì)量輕，且設(shè)計(jì)可折疊后輪，很容易將其攜帶至工作環(huán)境。既能靈便地工作于狹窄梯田或“房前院后”等小工作場(chǎng)地，又減少了耗能。 2、可等間距精確播種。通過(guò)獨(dú)特的轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)盤內(nèi)開以等間距凹槽，僅內(nèi)盤與裝種箱種子接觸。通過(guò)內(nèi)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，凹槽每次攜帶兩粒玉米種子至下端。下種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4個(gè)等間距下種裝置，相鄰兩個(gè)下種裝置接觸地面時(shí)間間隔相等，從而實(shí)現(xiàn)等間距精確播種。 3、扭簧設(shè)計(jì)自動(dòng)蓋土。通過(guò)對(duì)下種管和蓋土片間用扭簧控制，在蓋土片接觸

7、地面時(shí)，受機(jī)身自重?cái)D壓，打開下種裝置，進(jìn)行播種。播種后，壓力消失，扭簧作用，使蓋土片后受力作用后移，掩蓋玉米種子。 4、僅前行時(shí)播種。通過(guò)設(shè)計(jì)齒輪連接后軸和轉(zhuǎn)盤所在軸。齒輪單向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)播種機(jī)前行時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行播種，后退時(shí)齒輪空轉(zhuǎn)，送料圓輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，播種停止，減少了種子資源的浪費(fèi)。5、故障少。通過(guò)純機(jī)械設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很大程度地減少了因結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來(lái)的故障。保證該玉米播種機(jī)既能靈便高效播種的同時(shí)，又減少了“后顧之憂”。3.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的快速增長(zhǎng)，我國(guó)耕地面積急劇減少，尤其在平原地帶。但農(nóng)業(yè)仍然是我國(guó)第一產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)的玉米播種面積約5億畝，

8、為世界第二玉米生產(chǎn)大國(guó)。而在生產(chǎn)日益機(jī)械化的今天，播種機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少，使用播種機(jī)進(jìn)行農(nóng)作物的生產(chǎn)，可以很大程度的提高生產(chǎn)效率，減少農(nóng)民的工作量。 近幾年，我國(guó)的聯(lián)合作業(yè)播種機(jī)發(fā)展較快，該播種機(jī)主要有播種-施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、耕作-播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)、松土-施肥-覆膜-穴播聯(lián)合作業(yè)機(jī)和施水-播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)等，目前又發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)。聯(lián)合播種機(jī)的作業(yè)場(chǎng)景如圖2。 圖 2.聯(lián)合播種機(jī)作業(yè)場(chǎng)景聯(lián)合播種機(jī)的作業(yè)可以極大的解決平原地區(qū)的種植作業(yè)問(wèn)題，但是卻不能適用于面積狹小的西北梯田，而隨著西部大開發(fā)的進(jìn)行，地理環(huán)境并不好的西北地區(qū)也逐漸進(jìn)入人們的視野。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西北地區(qū)的玉米種植面積占全國(guó)玉米總種植

9、面積的3.5%，產(chǎn)量占全國(guó)的3%。然而，受到地理環(huán)境的限制，大型的聯(lián)合播種機(jī)并不能被用于土地面積狹小的西北梯田。因此，雖然占全國(guó)總產(chǎn)量3%，西北的玉米種植仍以傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式為主，這種作業(yè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)速度慢，效率低，極大的限制了廣大西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。西北地區(qū)地形如圖3。 圖 3. 西北地區(qū)地形 市場(chǎng)上現(xiàn)有的適合較小面積作業(yè)的播種機(jī)多以輪勺式和氣吸式為主，然而，輪勺式存在太多的作業(yè)故障，作業(yè)效率低且效果差。氣吸式雖然作業(yè)效果好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障多，操作難度高，而且需要大驅(qū)動(dòng)力帶動(dòng)，因此對(duì)于以小面積梯田為主且山路崎嶇的西北地區(qū)，市場(chǎng)上現(xiàn)有的播種機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足西北復(fù)雜地勢(shì)農(nóng)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)

10、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的需要。對(duì)比現(xiàn)今市場(chǎng)中已有的播種機(jī)，該玉米播種機(jī)因其體型小、質(zhì)量輕，更容易在西北地區(qū)的崎嶇山路上行走，播種機(jī)自身安裝的小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)也能解決以大型動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)的播種機(jī)無(wú)法進(jìn)入梯田的問(wèn)題，而且每次三行作業(yè)也能很大程度地提高作業(yè)效率。因此，對(duì)比現(xiàn)今市場(chǎng)上的玉米播種機(jī)，這款播種機(jī)更能滿足西北復(fù)雜地勢(shì)農(nóng)業(yè)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的需要。4產(chǎn)品設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)該播種機(jī)由機(jī)架、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、送料圓輪、空心圓管、下種機(jī)構(gòu)、前后輪、動(dòng)力系統(tǒng)七部分組成。機(jī)架主要起固定和支撐其他組成部分的作用；進(jìn)料機(jī)構(gòu)主要是在播種機(jī)工作時(shí)暫時(shí)存放并供給播種機(jī)種子；送料圓輪則是在播種機(jī)工作時(shí)將進(jìn)料機(jī)構(gòu)中的種子以每次兩粒的供給數(shù)量和

11、一定的時(shí)間間隔送進(jìn)空心圓管；空心圓管主要起到將被送入其中的種子順利的送進(jìn)下種機(jī)構(gòu)的作用；下種機(jī)構(gòu)將進(jìn)入其中的種子以一定的行距、列距、深度種入地下并用土掩埋。4.1進(jìn)料機(jī)構(gòu)為了保證播種機(jī)在工作時(shí)種子的存放量和供給效果，我們將播種機(jī)的進(jìn)料機(jī)構(gòu)上部分設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，下部分為橫截面呈梯形的四棱柱。播種機(jī)工作時(shí)，將種子裝入進(jìn)料機(jī)構(gòu)，長(zhǎng)方形的上部分保證了存放數(shù)量，而有斜面的下部分則保證了種子的供給效果，并且在種子存放數(shù)量不足時(shí)依然能繼續(xù)供給，從而大大的提高了種子的利用率并減少了缺苗現(xiàn)象。4.2送料圓輪 為了保證每次種入地里種子的數(shù)量只有兩粒，我們首次提出了采用開有小槽的旋轉(zhuǎn)圓輪送料的方法。我們?cè)谝粋€(gè)圓輪上均

12、勻的做出四個(gè)大小只能放下兩粒玉米的小槽，當(dāng)播種機(jī)工作時(shí)，存放在進(jìn)料機(jī)構(gòu)中的玉米會(huì)進(jìn)到小槽中，然后隨著圓輪的旋轉(zhuǎn)被送進(jìn)空心圓管，由于小槽是均勻的分布在圓輪上的，所以隨著圓輪的旋轉(zhuǎn)，玉米會(huì)在相同的時(shí)間間隔下被送入空心圓管。送料圓輪如圖4。 圖 4. 送料圓輪4.3空心圓管 空心圓管的上端連接著內(nèi)含送料圓輪的和送料圓輪同軸固定的圓形殼的底部，下端連著下種機(jī)構(gòu)。進(jìn)入空心圓管的種子會(huì)在自身重力的作用下沿著圓管下落并最終被送到下種機(jī)構(gòu)?？招膱A管結(jié)構(gòu)如圖5。 圖 5.空心圓管的連接4.4下種機(jī)構(gòu)下種機(jī)構(gòu)由大圓桶、軸承、開有倒角且桶壁上開有和空心圓管外徑同樣大小圓孔的小圓桶、安裝有彈簧的可張開和閉合并且在斜面

13、上做有蓋土片的四棱柱形下種裝置組成。下種結(jié)構(gòu)如圖6。圖 6.其中，大圓桶的桶壁上均勻開有和四棱柱形下種裝置底面同樣形狀和大小的孔，四個(gè)四棱柱形下種裝置被均勻的固定在大圓桶桶壁的孔上。軸承外徑和大圓桶內(nèi)徑一樣大并被固定在大圓桶靠近四棱柱形下種裝置的一側(cè)，大圓桶的另一側(cè)用和圓桶直徑一樣大小的圓形鐵板封閉。內(nèi)側(cè)小圓桶外徑和所述軸承的內(nèi)徑一樣大并被固定在軸承上，該圓桶的另一邊裝有和它內(nèi)徑一樣大的軸承。結(jié)構(gòu)如圖7。 圖 7. 進(jìn)入空心圓管的種子會(huì)落在開有倒角的圓桶里面的倒角壁上，由于種子下落時(shí)具有一定速度，所以會(huì)在慣性和碰撞的作用下沿著倒角壁滾落到裝有四棱柱形下種裝置的圓桶的里面。而且播種機(jī)在工作時(shí)裝有

14、四棱柱形下種裝置的圓桶是不停的轉(zhuǎn)動(dòng)的，而玉米種子一直處于圓桶內(nèi)壁的最低處，所以隨著圓桶的轉(zhuǎn)動(dòng)，玉米會(huì)由圓桶上開的槽進(jìn)入四棱柱形下種裝置，隨著播種機(jī)的前進(jìn)，該下種裝置會(huì)在播種機(jī)重力的作用下被壓進(jìn)土里，下種裝置上的蓋土片會(huì)接觸到地面，由于受地面和自重?cái)D壓，蓋土片會(huì)打開已深入地下的可張開和閉合的下種裝置，從而使種子從下種裝置種入地下。隨著播種機(jī)繼續(xù)前行，播種裝置上的蓋土片后的土壤受到蓋土片的作用后移將種子遮蓋。4.4前后輪 為了方便該播種機(jī)的移動(dòng)，我們?cè)诓シN機(jī)下種機(jī)構(gòu)的兩側(cè)安裝了可折疊的輪子。當(dāng)播種機(jī)進(jìn)行播種作業(yè)時(shí)，可以將后輪折疊起來(lái)，不會(huì)對(duì)播種機(jī)的作業(yè)效果產(chǎn)生任何影響。當(dāng)作業(yè)完成時(shí)，可以將輪子恢復(fù)

15、原狀，保證了播種機(jī)在非工作狀態(tài)下移動(dòng)的便捷。前輪使用充氣輪胎，兩個(gè)輪胎之間用軸固定連接在一起，軸上固定有鏈輪。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的軸將帶動(dòng)前輪。后輪折疊前后的效果分別如圖8、圖9所示。 圖 8.折疊前 圖 9.折疊后4.5動(dòng)力系統(tǒng) 我們使用二沖程40-5小型汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為播種機(jī)的前輪提供動(dòng)力。該發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為1E44-5，排量為49.9cc，發(fā)動(dòng)機(jī)功率1.65kw，轉(zhuǎn)速65007000r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)型式為風(fēng)冷二沖件，采用膜片式，燃油配比25:1。發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有離合器和變速箱，當(dāng)播種機(jī)工作時(shí)，可以通過(guò)變速箱調(diào)節(jié)播種機(jī)的作業(yè)速度，并且通過(guò)離合器可以隨時(shí)停止播種機(jī)的工作，實(shí)現(xiàn)了在不同的環(huán)境下使用不同

16、的速度作業(yè)，可以保證播種效果良好，發(fā)動(dòng)機(jī)如圖10。 圖 10. 二沖程40-5小型汽油機(jī)5 .作品的創(chuàng)新點(diǎn) 獨(dú)特的下種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用四棱柱形下種裝置，保證了播種時(shí)下種深度；創(chuàng)新性的扭簧和蓋土片設(shè)計(jì)，一次完成刨土、下種、蓋土三個(gè)作業(yè)過(guò)程。利用轉(zhuǎn)盤控制玉米下種數(shù)目并通過(guò)轉(zhuǎn)盤內(nèi)盤等距凹槽和控制下種箱同速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行等間距種植，大大減少缺苗現(xiàn)象。通過(guò)齒輪和鏈條連接，下種箱所在軸承和轉(zhuǎn)盤所在軸承的設(shè)計(jì)可使播種機(jī)在前行時(shí)播種，后退或轉(zhuǎn)彎時(shí)齒輪空轉(zhuǎn)停止播種。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了因結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的使用故障。并且體積小，質(zhì)量輕，即避免了使用后的土地硬化，也更方便人們攜帶。6現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及分析試驗(yàn)過(guò)程主要關(guān)注以下四個(gè)指

17、標(biāo)： 第一，種子下落情況：包括下種的行間距和每個(gè)下種點(diǎn)的下種數(shù)量。試驗(yàn)證明播種機(jī)前進(jìn)速度并不影響種植玉米的行間距。通過(guò)對(duì)已下種點(diǎn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)90%左右的下種點(diǎn)播種結(jié)果為2粒，符合預(yù)期要求。 第二點(diǎn)，播種深度及蓋土情況。通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)播種機(jī)下種裝置插入地下深度及已種下玉米深度的測(cè)量，得出下種深度約為5厘米到7厘米，蓋土效果良好。試驗(yàn)證明蓋土片受力彈起土壤足夠?yàn)橐逊N下種子蓋土。 第三點(diǎn)，操作是否費(fèi)力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，土質(zhì)符合播種要求，操作起來(lái)比較輕松。在小型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，使用者只需手握播種機(jī)扶手，掌控方向，播種機(jī)就能前進(jìn)并且正常工作。在很大程度上減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。第四點(diǎn)，操作是否簡(jiǎn)單，容易。實(shí)驗(yàn)證明，使用只需掌控方向，無(wú)需學(xué)習(xí)，便可使用。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該玉米播種機(jī)達(dá)到了預(yù)期要求。參考文獻(xiàn)洪立華，朱喜才等.淺談機(jī)械精播技術(shù)及優(yōu)勢(shì)J.農(nóng)業(yè)機(jī)械.2011.1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化