畢業(yè)設計(論文)-氣吹式棉花精密穴播輪的設計

全套機械畢業(yè)設計含《裝配圖》《零件圖》《開題報告》《論文》《PPT》聯(lián)系Q：153893706PAGEPAGE28設計題目：氣吹式棉花精量穴播輪的設計學生姓名指導教師職稱所在學院專業(yè)年級設計起止時間摘要國內(nèi)外精密排種器在理論上的研究已達到了較高水平，但在實際應用方面成功機型還較少，主要表現(xiàn)為現(xiàn)有產(chǎn)品的性能難以滿足實際生產(chǎn)的需要，多數(shù)成果只是在傳統(tǒng)播種機上的簡單應用，結(jié)構(gòu)上并不一定適用。對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，提高制造工藝水平和降低產(chǎn)品價格，并結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)選適宜的排種器類型。新疆是中國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，本項目的實施不僅可以解決多種作物尤其針對新疆棉花膜上精密播種問題，該穴播排種器使用中配用風機，在大中型播種機上均可配套使用，且具有對種子形狀要求不高、不傷種等特點，有利于新疆棉花精密種植技術(shù)的推廣，這對鞏固和發(fā)展新疆棉花產(chǎn)業(yè)有重要的意義。具體實驗內(nèi)容如下：1詳細介紹了實驗背景。2詳細介紹了穴播器的工作原理。3排種器工作過程分析。關(guān)鍵詞:氣吹式，棉花，精密，穴播輪AbstractPrecisionmeteringdeviceathomeandabroadinthetheoreticalstudieshavereachedahighlevel,butinpracticealsolesssuccessfulmodels,mainlyfortheperformanceofexistingproductscannotmeettheactualneedsofproduction,mostoftheresultsonlyinthetraditionalplanteronasimpleapplication,thestructuredoesnotnecessarilyapply.Tooptimizethedesignofthestructure,improvemanufacturingprocessesandreducedproductprices,combinedwithoptimalconditionsforagriculturalproductionsuitablemeteringdevicetypes.XinjiangisChina'slargesthigh-qualitycottonproductionbase,implementationofthisprojectcannotonlysolveavarietyofcrops,especiallyforprecisionplantingofcottonmembraneproblem，TheuseBunchseederequippedwithfan,canbeusedonsupportingmedium-sizedplanter,andhastheshapeoftheseeddonotask,donothurtthespeciescharacteristics,soinbothlargeandsmallplanteronsupportingtheuseofasophisticatedgrowingtechniquesconducivetocottonpromotion,thisconsolidationanddevelopmentofXinjiang'scottonindustryhasgreatsignificance.Theexperimentsareasfollows:1Adetaileddescriptionoftheexperimentalbackground.2Detailsoftheholeseedingdeviceworks.3WorkingProcessofseed.Keywords:Airblowing，cotton，precision，Dibbleround目錄TOC\o"1-3"\h\u27809第一章緒論 2227811.1課題研究的目的和意義 2234721.2棉花物料特性 2218811.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4268691.4精量排種器研究發(fā)展的方向 519761.5精量播種技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問題 694211.6棉花排種器的研究的可行性及市場調(diào)查 7309441.7主要研究目標、內(nèi)容與方法 829793第二章氣吹式棉花精密穴播輪的工作原理 9280692.1工作原理及總體結(jié)構(gòu) 914572.1.1設計目標 972862.1.2工作原理 9153902.1.3總體結(jié)構(gòu)確定 10284642.2穴播器核心部件主要參數(shù)的確定 1297352.2.1滾筒尺寸的確定 12160772.2.2成穴器的參數(shù)確定 13297712.2.3窩眼孔取種器的參數(shù)設定 15279802.2.4氣嘴的設計 15110152.2.5排種裝置的設計 1622543常見排種裝置的結(jié)構(gòu)設計 1615614排種裝置的工作原理 1711785第三章排種器工作過程分析 1939853.1充種區(qū)段 19205883.1.1充種過程分析 1949173.1.2種子的充種過程的種子運動分析 19229693.1.3充種過程中種子的受力分析 20155533.2鴨嘴成穴原理分析 212611第四章設計總結(jié) 24318054.1設計心得 24286904.2設計結(jié)論 2418411第五章展望 2513747參考文獻 26展望30第一章緒論1.1課題研究的目的和意義種植機械是農(nóng)業(yè)機械最大的家族，完成著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本最重要的一環(huán)，性能的好壞直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量，圍繞高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展，開發(fā)節(jié)約型農(nóng)業(yè)所需的技術(shù)與設備已是我國農(nóng)業(yè)機械技術(shù)的主攻方向。如免耕、少耕機具、深施化肥、地膜覆蓋機械，精量與半精量播種機械等。精密播種技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用的一項綜合性技術(shù)措施。精密播種有二方面的含義：一是指播種精密，即將作物的種子按精確的三維空間即精確的行距、粒距和播種深度，單粒準確地播入土壤中;二是指種子精密。毫無疑問，精密播種能夠使種子及植株在田間和地表空間可以獲得均衡的營養(yǎng)面積，有利于植株的生長、發(fā)育，使個體植株健壯，果實粒大，有利于提高畝產(chǎn)量。精量點播器具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，發(fā)展前景可觀。新疆是中國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)、調(diào)出量連續(xù)14年位居全國首位。棉花種植面積由1990年的652.8萬畝發(fā)展為2006年的l930萬畝，增長了l.96倍：同期單產(chǎn)水平由72公斤／畝提高到113公斤／畝，增長了56.9%：總產(chǎn)量由46.9萬噸增加到218萬噸（上報統(tǒng)計產(chǎn)量），增長了3.65倍，在中國棉花產(chǎn)量中已三分天下有其一。近年來，隨著育種、種子加工處理技術(shù)、農(nóng)藥、除草劑和水利灌溉技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，使種子的發(fā)芽率和保苗率有了大幅提高，從而使精量播種技術(shù)有了更可靠的保證。降低棉花種植過程中的成本，提高生產(chǎn)效益是解決新疆棉花所遇到的問題的重要途徑。拿新疆棉花種植來說，精量播種的面積在逐年增長，2005年僅新疆兵團棉花精量播種面積就達到11.3萬公頃。實施精密播種后，畝用種量由6千克左右減少到2千克以下，若按新疆棉種市場價6元/千克，若兵團全部實施精密播種，則兵團僅種子投入一項每年就可節(jié)約近3億元。本設計研究的意義在于：1.本項目的實施不僅可以解決多種作物尤其針對新疆棉花膜上精密播種問題，故在大中小型播種機上均可配套使用，有利于新疆棉花精密種植技術(shù)的推廣，這對鞏固和發(fā)展新疆棉花產(chǎn)業(yè)有重要的意義；2.本項目研究的膜上棉花穴播排種器造價低，使用能耗低，符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求；3.新疆棉花種植面積達110萬公頃，采用精密播種技術(shù)，僅購買種子和定苗人工費就可減少不少投入，很大程度上減少棉花種植成本投入。4.目前新疆棉花精密種植所使用的穴播排種器受振動影響大，穩(wěn)定性差，無法適應高速作業(yè)，工作速度小于2.5Km/h，而本項目研究受振動影響小，播種效果穩(wěn)定性好，作業(yè)速度預期可達4.0Km/h以上，作業(yè)效率大幅提高，在春季旱情較重的情況下，有助于搶墑播種。5.播種機械作業(yè)環(huán)境差使用中必須經(jīng)受各種惡劣作業(yè)條件的考驗。本項目研究的機械式穴播排種器與氣吸式穴播排種器相比機構(gòu)簡單、制造工藝要求低、保養(yǎng)維護少，故更適合在惡劣環(huán)境中作業(yè)。1.2棉花物料特性種子的物理特性(physicalproperty)包括兩類：一類根據(jù)單粒種子進行測定，求其平均值，如子粒的大小，硬度和透明度等：另一類根據(jù)一個種子群體進行測定(取相當數(shù)量的種子作為樣品)，如重量(一般用千粒重或百粒重表示)，比重(specificgravity)，容重(volumeweight)，密度(density)，孔隙度(porosity)及散落性(10wmovement)等．種子的物理特性和種子的形態(tài)特征及生理生化特性一樣，主要決定于作物品種的遺傳特性，但在一定程度上受環(huán)境條件的影響．1.種子的千粒重(絕對重)對衡量同一作物品種不同來源(如生產(chǎn)地區(qū)或季節(jié)不同等情況)的種子播種品質(zhì)有一定參考價值。2.種子的散落性：作物種子就每一單粒而言，是小團干縮的凝膠，其形狀固定，非遇強大外力，不易變化．但通常一大批種子是一個群體，各子粒相互間的排列位置，稍受外力，就可發(fā)生變動，同時又存在一定的摩擦力．因此，就種子群體而言，它具有一定程度的流動性．當種子從高處落下或向低處移動時，形成一股流水狀，因而稱它為種子流，種子所具有的這種特性就稱為散落性．當種子從一定高度自然落在一個平面上，達到相當數(shù)量時，就會形成一個圓錐體．由于各種作物種子散落性的不一致，其形成的圓錐體亦因之而有差別．圓錐體的斜面與底部直徑所成之角可作為衡量種子散落性好與差的指標，這個角度即稱為種子的靜止角(angleofrepose)或自然傾斜角。散落性較好，靜止角比較小(如豌豆種子)，散落性較差，靜止角比較大(如水稻種子)．種子停留在圓錐體的斜面上所以不繼續(xù)向下滾動而呈靜止狀態(tài)，是由于種子的顆粒間存在著一定大小的摩擦力，摩擦力越大，則散落性越差，而靜止角越大．種子在圓錐體的斜面上由于重力作用而產(chǎn)生一個與斜面平行的分力，其方向與摩擦力相反．一粒種子在圓錐體的斜面上保持靜止狀態(tài)或繼續(xù)滾動，完全取決于這個分力與摩擦力的對比結(jié)果．如該分力等于或小于種子顆粒問的摩擦力，則種子停留在斜面上靜止不動，如該分力大于摩擦力，則種子沿斜面繼續(xù)向下滾動，直到兩個力達到平衡為止。種子的水分含量越高，則顆粒問的摩擦力越太，其散落性也相應減?。粲渺o止角表明這一關(guān)系，則呈正相關(guān)的趨勢，測定種子的靜止角時，必須同時考慮種子水分：而同品種的種子，則大致可從靜止角的大小估計其水分含量。棉種的外形尺寸即長度，寬度和厚度，對排種器的結(jié)構(gòu)設計起至關(guān)重要的作用。同時，棉種在含水率為測定值下的休止角和自流角的測量數(shù)值對排種器的理論分析亦起很大作用。這幾個基本物理特性在設計前必須進行測量。本小節(jié)對市場上北疆地區(qū)常用的三種棉種分別進行了基本物理特性的測試。它們分別是中棉42，早36和297—5。測試一，取30個樣本，測量了它們的長度，寬度和厚度，由此基礎上計算長、寬、厚的標準差和變異系數(shù)。測試二，測量了它們的休止角和在鐵皮上的摩擦角a。測試三，測量千粒重。測試四，把測試用種子烘干，測量其含水率。北疆主要棉種品系棉種主要外形參數(shù)棉種子自流角棉種休止角棉種千粒重棉種含水率1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀精密排種器按其排種原理可劃分為機械式精密排種器和氣力式精密排種器。我國精密排種器的開發(fā)和研究開始于20世紀70年代初，但沒有得到快速發(fā)展。近幾年來，隨著國外不同類型精密播種機的相繼引進，我國精密排種器的研制工作已取得了很大的進步，新式播種機和不同型式的排種器也不斷出現(xiàn)。例如，吉林工業(yè)大學李成華研制成功的傾斜圓盤勺式排種器、江蘇大學胡建平等發(fā)明的磁吸式精密播種機，都是較新型的精密排種器；北京農(nóng)業(yè)工程大學研制的振動式排種器及雙輥動靜式排種器，其精播小麥機速高于4km/h，但作業(yè)性能差；黑龍江八一農(nóng)墾大學新研制的XGJP多用型孔式精密排種器是高速精播大豆等小粒距作物的一種機械式排種器，其播種速度達11km/h，但需嚴格精選種子才能工作；被稱為我國在機械式精密排種器研制方面的一次重大突破的內(nèi)側(cè)囊種垂直圓盤式排種器，排種頻率為22.11次/s，株距合格率達90%；中國農(nóng)機院研制的2BJ-16氣力式精密排種器采用氣吹原理，也具有較高的排種頻率；吉林工業(yè)大學研制的氣力輪式精密排種器可高速精播小粒距作物，作業(yè)速度較高，粒距合格率達91%，而且所需氣源全壓為4.1kPa，同其它高速精播排種器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、操作方便等優(yōu)點。目前，國外生產(chǎn)和使用的精密排種器主要分為兩大類：一是機械式精密排種器，主要有窩眼輪式、垂直圓盤式、水平圓盤式、傾斜圓盤式、指夾式等；二是氣力式精密排種器，主要有氣吸式、氣吹式、氣壓式3種。20世紀40年代，國外就已開始研究精密排種器，目前技術(shù)已相當完善。精密播種機上除了設有完善的整地、施肥、噴藥、覆土及鎮(zhèn)壓裝置外，液壓技術(shù)及電子技術(shù)也廣泛應用在播種機上。目前，在歐美等西方國家已廣泛使用氣力式精密播種機械，其中氣流一階分配式、集排式排種系統(tǒng)已大量應用在谷物條播機上。同時，新的排種理論也相繼應用到播種機械中，如荷蘭VISSER公司、美國BLACKMORE公司的針式（又稱吸嘴式）精密播種機、美國文圖爾公司的齒盤式精密播種機等。研究適應高速作業(yè)要求的精密排種器提高播種機作業(yè)效率是播種機發(fā)展的方向。為保證作業(yè)效率、降低油耗和機組配套的合理性，大面積播種要求播種機的作業(yè)速度不低于8km/h。20世紀80年代初，國外在精播玉米等大粒距作物的作業(yè)機速就已達到8-10km/h，而我國的播種機的作業(yè)速度仍維持在5-7km/h。以谷物播種機的作業(yè)速度為例，目前國外同類機型的作業(yè)速度可達到15km/h，有的甚至可達到20km/h，而國內(nèi)僅為8-9km/h。當提高作業(yè)速度時，播種機的多種工作性能就會下降。同時，由于精密排種器的排種頻率很高，排種質(zhì)量用肉眼或一般的觀測手段是難以檢測的。引出排種器仿真研究方法的研究現(xiàn)狀（現(xiàn)有技術(shù)，存在問題，發(fā)展趨勢）為引出你獨具一格和你認為合理的研究方案過渡為此，研究適應高速作業(yè)要求的精密排種器具有非常重要的意義。1.4精量排種器研究發(fā)展的方向1.研究適應高速作業(yè)要求的精密排種器提高播種機作業(yè)效率是播種機發(fā)展的方向。為保證作業(yè)效率、降低油耗和機組配套的合理性，大面積播種要求播種機的作業(yè)速度不低于8km/h。20世紀80年代初，國外在精播玉米等大粒距作物的作業(yè)機速就已達到8～10km/h，而我國的播種機的作業(yè)速度仍維持在5～7km/h。以谷物播種機的作業(yè)速度為例，目前國外同類機型的作業(yè)速度可達到15km/h，有的甚至可達到20km/h，而國內(nèi)僅為8～9km/h。當提高作業(yè)速度時，播種機的多種工作性能就會下降。同時，由于精密排種器的排種頻率很高，排種質(zhì)量用肉眼或一般的觀測手段是難以檢測的。為此，研究適應高速作業(yè)要求的精密排種器具有非常重要的意義。2.應用現(xiàn)代新技術(shù)提高精密播種機的整體性能精密播種技術(shù)具有省種、高產(chǎn)的優(yōu)點。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，精密播種機越來越受到廣大農(nóng)民的歡迎。但是，目前國內(nèi)使用的精播機絕大多數(shù)是機械式或氣力式播種機，具有播種過程全封閉的特點，播種質(zhì)量無法直接獲知，需要人工進行檢查。在播種作業(yè)時發(fā)生種箱排空、輸種管雜物堵塞、排種器故障、開溝器被土塊堵塞或排種傳動失靈等工藝性故障現(xiàn)象，均會導致一行或數(shù)行排種管不能夠正常播種，造成“斷條”漏播現(xiàn)象。尤其是大型寬幅耕播機，其作業(yè)速度高、播幅寬，如發(fā)生上述現(xiàn)象則會造成大面積漏播，導致農(nóng)業(yè)大幅減產(chǎn)。因此，應將電子技術(shù)和液壓技術(shù)應用在精密播種機上，使精密播種機越來越智能化。如利用光敏傳感器制造播種機的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠進行播種機的故障判斷和種子積累；用單片機來監(jiān)控播種密度和播種速度，能夠最大限度的避免漏種現(xiàn)象的發(fā)生。因此，應用性能穩(wěn)定、價格便宜的新型傳感器、單片機等新成果，將會大大提高精密播種機的整機性能。3.采用新原理新技術(shù)研究精密排種理論現(xiàn)有的精密排種器在工作時其排種機理和結(jié)構(gòu)對某些種料并不合適，因此多數(shù)僅限于理論上和實驗室內(nèi)的研究，并沒有在實際生產(chǎn)中得到推廣應用。目前，國內(nèi)的精密排種器理論主要體現(xiàn)在：一是用機械方式直接從種群中精確拾取種子來確定排種量，如指夾式排種器，它對種子的形狀、尺寸要求是非常嚴格的，因此要求對種子進行精選，有些種子還必須進行丸?；幚?；二是通過控制種子體積來確定排種量，如各種孔式排種器、勺式排種器、窩眼輪式排種器，它們利用排種元件上的容腔從種子群中分別精確分離出單粒種子或定量種子，因此種子的形狀和大小及型孔的形式對排種都有直接的影響；三是用控制種子質(zhì)量的方式去控制種子的排種量，如磁力類和氣力類排種器，該種排種器雖然對種子的形狀、尺寸等要求不嚴，但對結(jié)構(gòu)的密封性等要求較嚴；四是通過控制種子流量控制種子的排種量，如電磁振動式排種器，對種子的質(zhì)量大小有一定要求，對質(zhì)量輕、體積小的種子較難精確分離。綜上所述，有待進一步加強精密排種理論的研究，學習國外先進的理論和技術(shù)。4.加大氣力式精密排種器的研究和推廣力度氣力式精密排種器主要是利用氣流的吸附力或壓附力，將種子與種子群分離從而達到精密排種的目的。同機械式精密排種器相比，這種技術(shù)具有不傷種、適應性強等優(yōu)點。國內(nèi)外對氣力式排種器的研究越來越重視，如由內(nèi)蒙古農(nóng)機研究所研制的氣吸式精密排種器，能夠?qū)τ衩?、豆類、高粱、花生等進行精密播種，從而達到省工、省種的目的；吉林大學研制的利用輔助氣流向窩眼輪的窩眼中充填種子的氣吹式排種器作業(yè)速度在10km/h時，仍保持較高的播種精度；黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院研制的氣吸式排種器利用燕尾槽輔助囊種，使氣吸式排種器在播種大豆時作業(yè)速度能達到12km/h。但目前氣力式排種器的研究是在一些假定前提下完成的（如不考慮動壓和種子群的影響），使理論和實際仍存在一些偏差。因此，氣力式精密排種器將是今后精密排種器發(fā)展的重點。5.優(yōu)化和改進設計現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)目前，國內(nèi)外精密排種器在理論上的研究已達到了較高水平，但在實際應用方面成功機型還較少，主要表現(xiàn)為現(xiàn)有產(chǎn)品的性能難以滿足實際生產(chǎn)的需要，多數(shù)成果只是在傳統(tǒng)播種機上的簡單應用，結(jié)構(gòu)上并不一定適用。對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，提高制造工藝水平和降低產(chǎn)品價格，并結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)選適宜的排種器類型，將是未來一段時期內(nèi)要解決的問題。1.5精量播種技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問題1.農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合為了真正實現(xiàn)精量播種的經(jīng)濟效益，要求農(nóng)機必須和農(nóng)藝相結(jié)合。根據(jù)農(nóng)藝要求，設計的播種機要一次完成平整苗床、鋪管鋪膜、打孔、點種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序，保證作物的播種精準。既播量精確，播深一致，種子損傷率低，行距和株距符合要求，且覆土均勻一致，鎮(zhèn)壓可靠。此外施肥應施于種子的下方或側(cè)下方。2.提高排種器的播種單粒率和降低空穴率精量播種技術(shù)的3個指標中．播種多粒率與空穴率是影響精量播種技術(shù)普遍應用推廣的兩個關(guān)鍵因素。目前疆內(nèi)氣夾持式棉花膜上精量穴播器單粒率可達到95%以上，空穴率小于3%，較好滿足了棉花精量播種的技術(shù)要求，但其結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)使用成本高，配套性差。機械式棉花膜上精量穴播器單粒率92%左右，空穴率5%左右，田間性能不穩(wěn)定。所以，研究開發(fā)新型機械式棉花膜上精量穴播器，探討其機理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，解決機械式棉花膜上精量穴播器播種多粒率低，空穴率高，田間性能不穩(wěn)定的問題，達到棉花精量播種的技術(shù)要求，對新疆棉區(qū)意義重大。3.提高精量播種機的作業(yè)速度當前，我區(qū)精量播種機的作業(yè)速度普遍偏低，最佳作業(yè)速度大都不超過4km／h。提高精量播種機的作業(yè)速度，可以使精量播種具有高效、節(jié)能、提高單機利用率、保證不誤農(nóng)時的作用。從原理與結(jié)構(gòu)上開發(fā)設計新型精量排種器和播種機,考慮實際生產(chǎn)作業(yè)需要，在滿足精播要求的前提下降低成本，提高精播機作業(yè)速度，已迫在眉睫。1.6棉花排種器的研究的可行性及市場調(diào)查目前新疆棉花的種植模式是地膜覆蓋精量點播，這要求在地膜覆蓋的的地表狀態(tài)下，采用成穴裝置在能夠穿透覆蓋物的前提下在土壤形成穴孔，并將排種器投出的單粒棉種送入穴孔中并覆土蓋埋，這要求排種器要進行兩次投種過程，即取種元件—成穴器—穴孔，只有解決二次投種問題，才能夠設計出合理高效的排種器。在市面上目前性能較好的棉花精量點播器主要有以下幾種1.氣吸式棉花精量點播器。由石河子農(nóng)科院研制開發(fā)的2BMKQ-12氣吸式膜上精播機目前在市面上占有率在80%左右，其穩(wěn)定工作速度在3.5km/h左右，排種器工作時，排種器腔體內(nèi)產(chǎn)生真空，種子在壓差的作用下被吸附在吸孔上然后種子隨著徑向槽盤同步做勻速轉(zhuǎn)動，在運動的過程中，依靠重力將多余的種子清除，只剩一粒種子，當種子運動到排種器下方時，吸孔被排種器下方的斷氣閥堵住，種子失去真空吸力，靠自重沿徑向槽盤投入鴨嘴內(nèi)腔，并隨滾筒到達鴨嘴頂部，完成一次投種。當鴨嘴轉(zhuǎn)到垂直地面15°插破地膜入土時，排種輪壓迫蝶形彈簧打開動嘴，種子依靠重力、離心力的作用進入穴中，完成二次投種。鴨嘴出土時，借助彈簧作用，動嘴回復原位，鴨嘴關(guān)閉，鴨嘴根據(jù)棉花株距要求均勻分布在穴播滾輪上，可實現(xiàn)連續(xù)播種作業(yè)。2.內(nèi)窩眼棉花精量點播器。也稱窩眼式精量穴播器。這種精量穴播器2006年在市場上出現(xiàn)到現(xiàn)在已有三年。在2007年生產(chǎn)的廠家有六團精準地膜機制造有限公司、七團修造廠、16團修造廠、28團修造廠、阿克蘇利農(nóng)機械廠五家。盡管是兩家專利技術(shù),但結(jié)構(gòu)、原理完全一致。目前在新疆市面上占有率在15%左右，其穩(wěn)定工作速度在3.5km/h左右，但對種子尺寸要求非常嚴格，在理想狀態(tài)，單粒率可達到98%以上，空穴率小于2%,是一種理想的機械式排種器。排種器工作時，在排種器下部，內(nèi)窩眼軸拐臂在彈簧的作用下沿指定的路徑往復抖動七次，橡膠刷在底部與內(nèi)窩眼輪接觸，靠壓力將棉種壓入內(nèi)窩眼內(nèi)，同時完成取種、清種過程。3．鉗夾式棉花膜上精量穴播器利用鉗子夾持物體的原理研制而成。鉗子張開一定角度，形成一“V”型槽，物料進入“V"型槽之后，鉗子閉合，將外力轉(zhuǎn)化成鉗子兩工作面的正壓力和摩擦力，實現(xiàn)夾持物料的目的。利用定、動鉗的動作以及彈簧彈力的作用實現(xiàn)棉種的取種、清種和排種，研制了鉗夾式棉花膜上精量穴播器。鉗夾式棉花膜上精量穴播器由接種杯、取種裝置、取種導軌、成穴器動嘴、加種管、定盤、動盤、成穴器定嘴等零部件組成。實現(xiàn)精量播種一穴一粒要求的裝置為其取種裝置。取種裝置主要由動鉗和定鉗組件等零部件組成，其中動鉗組件是主要運動部件，通過其相對定鉗的張開、閉合來控制取種裝置取種、清種及排種等工作過程?？刂苿鱼Q運動的零件為導軌，導軌軌跡主要由排種曲線、保持曲線、取種曲線三部分組成。排種曲線主要使動鉗能夠迅速張開，排出夾持的種子;保持曲線是保證動鉗和定鉗之間的開度，使種子容易進人到取種穴孔;取種曲線主要是使動鉗和定鉗能夠平穩(wěn)地夾持住進入穴孔的種子。動鉗組件中的滾輪體在導軌上運動，隨著導軌的變化，帶動動鉗克服彈簧彈力運動，周期性地使動鉗與定鉗形成“V”型取種槽，實現(xiàn)取種裝置的取種、清種和投種。目前主要存在的問題有目前使用的機械式排種器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，但其對種子適應性差，種子尺寸要求嚴，作業(yè)質(zhì)量不高，達不到精量播種的要求，目前無法適應高速作業(yè);氣力式排種器適應性強，通用性好，雖可實現(xiàn)精量播種，但氣力式排種器結(jié)構(gòu)復雜，氣壓對排種器性能影響較大，氣壓(或真空度)對風機及其動力傳遞結(jié)構(gòu)要求較高，在高速作業(yè)狀態(tài)下工作性能很不穩(wěn)定。工作時需配風機，在一般小型播種機上實現(xiàn)精量播種較困難。在目前農(nóng)戶分散經(jīng)營、經(jīng)濟勢力不強的情況下，普遍推廣氣吸式精量播種技術(shù)難度很大。另外，其它類型的精量排種器如電磁式由于實施起來技術(shù)難度較大，至今未被廣泛使用。分析現(xiàn)狀可以得出以下結(jié)論:氣吹式排種器造價雖然目前較機械式稍高，但其已成為是國際精密排種器起發(fā)展的大趨勢。在國外精密播種機主要向大型、高效、操作和控制電子化發(fā)展，排種器主要采用氣力式.雖然目前我國還存在農(nóng)業(yè)機械化水平、農(nóng)民的收入及技術(shù)均不高的狀況，但我國農(nóng)業(yè)必將向國外的播種方式發(fā)展，做到高速精密化的播種形勢，而氣力式精密排種器則是實現(xiàn)高速化播種的重要發(fā)展方向。所以本人認為，研制推廣氣吹式精密排種器符合我國農(nóng)村發(fā)展的國情。1.7主要研究目標、內(nèi)容與方法本畢業(yè)設計的研究目的是在國內(nèi)外棉花播種機具研究的基礎上，針對目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的急需和播種環(huán)節(jié)存在的問題，研制一種棉花膜上精密播種機具。研究設計中采用理論和試驗相結(jié)合的方法，對以下內(nèi)容進行研究:1.棉花精量排種機理研究，由于棉花種子物料學特性和新疆種植的特殊性(新疆棉花種植以膜上點播或膜下點播為主)，用目前使用的精密取種無法滿足生產(chǎn)的需要，所以需要針對棉花種子的物理特性研究新的取種方法。由于課題組曾研制出的氣吹式取種方式在棉花精量取種方面取得成功，而且種子破損率低、對種子形狀要求不高、取種效率高、可高速作業(yè)（速度大于8km/h）的特點，現(xiàn)將該取種方式應用于棉花精量取種。為滿足設計要求，需要研究的問題有:(1)取種部件(錐孔)的形狀對取種的影響;(2)氣室氣壓對取種及清種的影響;〔3)清種方式和清種力度的研究;〔4)氣吹作業(yè)速度對取種精度的影響。研究目的:得出精量取種與以上各影響因素的關(guān)系。2.棉花精量排種裝置的研制，在以上研究的基礎土，研制出適合新疆棉花種植模式的排種器。新疆棉花種植主要以膜上點播為主，目前比較理想的膜上點播方式是點播滾筒，用點播滾筒點種可一次性完成排種、打一穴和投種工序。僑茄精量排種器也采用這種點播滾筒式排種裝置。棉花點播輪的結(jié)構(gòu)設計主要有點播輪的直徑，氣吹式取種裝置的布置，錐孔打開、閉合機構(gòu)的設計，清種裝置的固定和打穴鴨嘴的設計等。3.結(jié)構(gòu)設計中需要解決的問題有種子怎么從窩眼孔空中掉落到牙嘴中，窩眼孔的打開要有一定角度，滾筒轉(zhuǎn)動靈活、轉(zhuǎn)動阻力小，鴨嘴入土深度須滿足農(nóng)藝要求。這些問題主要由動力學和機加工工藝解決。第二章氣吹式棉花精密穴播輪的工作原理2.1工作原理及總體結(jié)構(gòu)2.1.1設計目標精量點播器的主要性能指標及要求如下:1)點播穴粒數(shù)1～2粒;2)空穴率小于3%;3)不合格率(含空穴)不超過6%;4)粒數(shù)合格率大于94%;5)種子破碎率不超過1.5%;6)作業(yè)速度2.5～3.4ｋｍ/ｈ;7)點播器轉(zhuǎn)動靈活、無卡滯現(xiàn)象。依據(jù)國標GB6973-86和新疆棉花膜上精量穴播的實際需求，該穴播器的試驗目標是:1.能夠滿足我區(qū)棉花精量播種的農(nóng)藝技術(shù)要求和主栽模式。單粒率大于91％；空穴率小于3%；多粒率小于6%；種子破碎率小于1.0%。2.結(jié)構(gòu)簡單合理，性能穩(wěn)定可靠，且能夠與目前使用的氣力式棉花播種機配套。3.作業(yè)速度3.5～4km/h4.維護使用方便。2.1.2工作原理整個點播器在外在動力的作用下，繞著軸轉(zhuǎn)動，整個點播器主要由動盤、定盤和軸組成，其他部件都在其上，定盤是不動的，固定在軸上，軸不轉(zhuǎn)動，只是起到力的傳遞作用，動盤繞著軸轉(zhuǎn)動。定盤的作用是:(1)與動盤組成種子室;(2)控制充種角和清種角。動盤的作用:(1)與定盤組成種子室;(2)給取種窩眼孔提供動力。軸的作用:(1)聯(lián)接定盤;(2)力的傳遞作用。該點播器工作時，滾筒在鋪好的地膜上滾動，種子由種箱經(jīng)滾筒定盤上的進種口進入種子室，依靠重力和慣性力進入兩塊半圓形錐孔組成的窩眼孔形式的充種室，在滾筒的轉(zhuǎn)動下，窩眼孔表面的種子在重力的作用下滑落或脫落，完成第一次情種；在隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，窩眼孔達到清種區(qū)，再由氣嘴吹出的氣流氣壓作用下，使種子從窩眼孔中吹出直至再窩眼孔底部只有一顆種子。隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，窩眼孔中的種子隨著窩眼孔一起進入護種區(qū)，由于離心力作用和護種板的作用下隨滾筒轉(zhuǎn)動到達投種區(qū)。當運動到投種區(qū)是，窩眼孔的特制開關(guān)與偏心輪的擠壓作用下，逐漸被打開，種子調(diào)離窩眼孔；窩眼孔中的種子在重力和離心力雙重作用下的影響下，護送到成穴器底部。當滾筒遠動到底部時，成穴器固定嘴也接觸地膜，成穴器開始破膜入土開穴，達到活動嘴的尾部壓板與地面接觸并滾過，克服彈簧張力使活動嘴打一開，種子在重力、離心力共同作用下落入穴底，完成一次點播。點種的全過程包括充種、取種清種、護種接種和投種四個階段.其工作原理如圖2.1所示。圖2.1氣吹式棉花穴播輪原理圖2.1.3總體結(jié)構(gòu)確定1.排種器類型及特點1.氣吸式排種器:(1)工作原理，種子箱內(nèi)種子流入排種器存種室，排種盤將吸室與存種室隔開，吸室通過軟管與風機相連，當風機工作時，使吸種室產(chǎn)生一定的真空度，排種盤吸孔處形成吸力，將存種室內(nèi)種子吸住。種子隨排種盤旋轉(zhuǎn)到刮種部位時，刮種器將多余的種子刮掉，只留一粒種子繼續(xù)隨排種盤旋轉(zhuǎn)到開溝器上方無吸力處。(2)特點與適用范圍，排種盤吸孔直徑根據(jù)作物種子尺寸確定?？梢詥瘟｜c播、穴播和條播。氣室吸力可通過風機轉(zhuǎn)速或進出口風門大小來調(diào)節(jié)。該排種器的優(yōu)點是能適應不同作物種子，對種子尺寸要求不嚴損傷率小，能適應較高速的播種作業(yè)但須配置風機，消耗功率多，而且制造的使用要求較高。。2.彈性夾持式排種器:(1)工作原理，工作時，穴播器在苗床上逆時針滾動，安裝在排種器滾筒上的取種器隨之做回轉(zhuǎn)運動穴播器種子室中的種子主要集中在種子室右下部做環(huán)流運動。當取種器由定盤護種帶出來，經(jīng)過種子群時，取種器夾子在驅(qū)動力和凸輪反作用力的作用下，與固定板之間有一定夾角，形成一V型充種區(qū)，種子在重力、離心力和種子群力的作用下進入V型充種區(qū)。隨著取種器的上升，夾子在驅(qū)動力和凸輪反作用力的作用下,張口慢慢變小，進入V型區(qū)中的一粒種子被夾持住。當取種器離開種子群運動到穴播器的上部，沒被夾持住的多余種子在重力等作用下從取種器上自行落下，實現(xiàn)清種。當取種裝置運動到穴播器的另一側(cè)進入護種帶后，夾子在驅(qū)動力和凸輪反作用力的，張口慢慢變大,即夾子張開，被夾持的種子在重力等作用下投入梯形接種杯與護種帶共同組成的封閉接種區(qū)，確保種子進入梯形接種杯，防止因振動等原因造成的種子漏接，降低投種引起的空穴。隨著點播輪的滾動，接種杯中的種子進入成穴器，成穴器在苗床上掘穴并打開，種子在重力、離心力的共同作用下落入穴底，完成一次點種。(2)特點與適用范圍，穴播器工作全過程包括充種、取種清種、護種投種和點種四個階段。種子被夾子強制夾住，工作可靠。該排種器大部分零件是薄鋼板沖壓件和塑料件，重量較輕，拆裝較方便但結(jié)構(gòu)復雜，排種底座及指甲磨損后排種性能下降，需定期更換。在作業(yè)速度4公里以內(nèi)時排種性能良好。3.水平圓盤式排種器:(1)工作原理，排種盤有兩種:周邊帶槽孔的圓盤和帶圓孔的圓盤，其工作原理相同。排種器工作時，種子箱內(nèi)的種子靠自重填充到旋轉(zhuǎn)著的排種盤槽孔或圓孔，并隨排種盤轉(zhuǎn)到刮種器部位時，被刮種器刮掉多余的種子，保留在孔內(nèi)的種子轉(zhuǎn)到排出口時，種子在自重和推種器作用下落入種溝內(nèi)。(2)特點與適用范圍，排種盤上的孔型由種子形狀、尺寸和每穴要求粒數(shù)確定，并按一定的間距排列。排種的株距與排種盤轉(zhuǎn)速和孔數(shù)有關(guān)。播種機上都配有多種槽孔尺寸的排種盤?？筛鶕?jù)所播作物、種子尺寸、播量和株距來選用。該排種器精密播種玉米、高粱、大豆等種子的播種機上。作業(yè)速度一般不大。4.氣吹式排種器：氣吹式排種器以窩眼輪式排種器為基礎，改進清種裝置，以氣流為清種手段的氣吹式排種器，很好的提高了取種盤排種質(zhì)量。種子在取種區(qū)時，受到重力和取種盤兩側(cè)壓差的二個外力的作用，使取種盤型孔順利吸附種子。在種子隨取種盤轉(zhuǎn)動到清種區(qū)時，取種盤型孔上多余的種子在高壓氣流嘴的作用下被吹掉，取種盤型孔內(nèi)只留一粒種子被壓附，種子繼續(xù)隨取種盤轉(zhuǎn)動到氣壓消失的護種區(qū)，種子在進入卸種區(qū)后，在自身重力及推種片的作用下將種子排出并投入種溝。此氣吹式排種器主要用于經(jīng)濟作物且種子較大的玉米和大豆或者經(jīng)過丸?；奶鸩朔N子等的播種作業(yè)，該排種器在國內(nèi)外大中型播種機上得到廣泛的應用。優(yōu)點：不同外形幾何尺寸的種子均有良好的充種性能；種子均在氣流下完成充種、攜種、剔種，傷種率很低，并且可在較高的作業(yè)速度(8km/h)下完成排種作業(yè)。缺點：該排種器多在較高壓氣流的作用下完成排種工作，高壓氣流多為拖拉機輸出動力或者獨立動力輸出帶動風機旋轉(zhuǎn)形成，動力消耗大；另外，播不同作物種子時需調(diào)節(jié)氣流壓力，若氣流壓力不足，多余的作物種子不能完全剔除，造成重播；反之氣流壓力過高，型孔內(nèi)的所有種子會被吹走，造成空穴，因此要求機具具有較精準的氣流壓力控制裝置；且該種取種盤的加工制造相對窩眼輪較為復雜。研究發(fā)現(xiàn)氣吹式排種器在各項指標對比中占有一定的優(yōu)勢，它對種子外形比型孔式適應性要好，且具有不傷種等特點，經(jīng)綜合考慮之后，決定采用第四種方案。根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)要求和點播器作業(yè)工藝過程，通過對研制開發(fā)的指夾式、嵌夾式和自鎖夾持式、氣吸式、氣吹式精量穴播器結(jié)構(gòu)原理充分研究分析的基礎上，提出了這種棉花精量穴播器的總體結(jié)構(gòu)方案。該穴播器由排種器滾筒,取種窩眼孔,成穴器,進種口,氣嘴,彈簧,翼板,動盤,定盤,排種器軸等零部件組成（如圖2-2所示）。其中成穴器、取種器均勻的固裝在排種器滾筒上，與動盤同步旋轉(zhuǎn)。凸輪與定盤組接在一體，護種帶將密閉投種區(qū)與種子室有效隔開。圖2.2氣吹式棉花精量點播器的結(jié)構(gòu)組成示意圖1.開啟壓板2.窩眼孔3.扇形開啟裝置4.蝶形彈簧5.滾筒6.護種板7.氣嘴8.搖臂開關(guān)9.扭矩彈簧10.動擋圈11.定盤12.定擋圈13.軸14.進種管2.2穴播器核心部件主要參數(shù)的確定2.2.1滾筒尺寸的確定滾筒的半徑R是一個重要的參數(shù)，其大小與滾筒轉(zhuǎn)速有直接的的關(guān)系。滾筒轉(zhuǎn)速過高充種、取種清種不利，所以要使穴播器有較高的理想工作轉(zhuǎn)速，R應該取大值。但R過大，滾筒結(jié)構(gòu)尺寸過大，增加整機的重量，對整機懸掛極為不利。R的取值范圍一般在150—200mm之間。具體尺寸還應考慮到播種作物的株距。播種作物的株距t （1）式中H為膜下播深，Z為成穴器數(shù)目根據(jù)新疆墾區(qū)棉花密植播種播深H＝25mm，株距t=90mm的農(nóng)藝要求，依據(jù)實踐經(jīng)驗初取滾筒的半徑R=200mm，代入（1）式得：Z＝2×3.14(200+25)÷90＝15.7圓整得Z=15（個），即成穴器數(shù)目應選擇15個。然后將Z反代回（1）式得：，圓整得R＝190mm由于在半徑這個范圍內(nèi)的排種輪上分布15個打穴器，相對分布密度較大，根據(jù)實踐經(jīng)驗，排種器在田間產(chǎn)生的滑移很小，幾乎可忽略不記由上可見，又株距和播深決定了打穴器數(shù)目，且和有著密切的關(guān)系，設計中應綜合考慮。穴播輪的另一個重要參數(shù)是滾輪的輪體寬度B。有關(guān)數(shù)據(jù)資料表明，具有垂直側(cè)壁的播種輪輪緣越寬，即取種口離輪體側(cè)壁越遠，種子的囊入性能越差。反之，其輪緣越窄，取種口離輪體側(cè)壁越近，種子的囊入性能越好。因此，兼顧輪體上成穴器、窩眼孔等部件的配置，輪體寬度B取為80mm.2.2.2成穴器的參數(shù)確定根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，目前已有的穴播器可分為滾輪式和直插式兩種。根據(jù)成穴部件，滾輪式穴播器又可分為鴨嘴式、活塞式和鏟式。近幾年,農(nóng)機工作者為了解決機械化覆膜種植中普遍存在的種穴與膜孔錯位、成穴器撕膜、挑膜等問題，進行了多種插播成穴器的理論探討與應用研究,從理論上又提出了多種直插式成穴器:凸輪導板式（如圖2—1）、雙凸輪式（如圖2—2）、凸輪—曲柄式（如圖2—3）、分置雙凸輪式（如圖2—4）等。1.穴桿2.凸輪3.導板4.推桿圖2—1凸輪導板式成穴器示意圖1.豎直方向凸輪2.水平方向凸輪3.水平方向推桿4.豎直方向推桿5.成穴桿圖2—2雙凸輪式成穴器示意圖1.凸輪2.推桿3.成穴桿4.連桿5.曲柄圖2—3凸輪—曲柄連桿式成穴器示意圖1.水平方向凸輪2.垂直方向凸輪3.水平方向推桿4.成穴桿圖2—4分置雙凸輪式成穴器示意圖柱塞式、鴨嘴式穴播器的成穴部件徑向分布在滾輪上（如圖2—5、2—6），并在滾輪的帶動下，在播種方向的平面內(nèi)做擺線運動。在成穴器運動到最低點時，柱塞內(nèi)腔頂桿或鴨嘴上配置的壓板將活門打開，完成投種。較柱塞式穴播器，不論從結(jié)構(gòu)還是從原理上來說，鴨嘴式穴播器（如圖2—6）要好一些。但它只要陷入松軟或潮濕的土壤內(nèi)，開啟機構(gòu)就會失靈；在較硬的土壤上工作，成穴器入土、開啟困難。所以要適應免耕地，必須對傳統(tǒng)的鴨嘴式穴播輪結(jié)構(gòu)加以改進和優(yōu)化。1.滾輪2.輪盤蓋3.輪軸4.凸輪5.成穴器總成圖2—5柱塞式穴器示意圖1.回位彈簧2.活動嘴3.固定嘴圖2—6鴨嘴式成穴器示意圖分析比較各個成穴器的優(yōu)劣，決定本次本設計采用在新疆范圍內(nèi)使用最多的矩形鴨嘴式打穴器，這樣可以有效的降低排種輪加工成本以及提高零配件的互換性。矩形鴨嘴式打穴器的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定著穴孔的形狀、膜孔的尺寸以及播種的深度。鴨嘴滾筒的成穴效果及及落種位置主要取決于固定鴨嘴的設計，通過查閱大量的資料和相關(guān)實驗，將固定鴨嘴滾筒設計成如圖2—7所示的結(jié)構(gòu)形式，固定鴨嘴的成穴邊線與過前端的半徑成α角，且α在38°~43°時，具有較強的入土成穴性能，且不易掛膜，效果較好。鴨嘴高度H根據(jù)最大播深hmax確定，如圖2—8所示。根據(jù)農(nóng)藝要求，棉花的播深在20—30mm之間，本次設計確定播深hmax=25mm。根據(jù)公式：H=k1hmax/sinc，其中k1=1.5—2鑒于地表雜物及不平整等問題，取k1=1.7、c=65°，得H=56mm。試驗表明，鴨嘴高度高于50mm時，具有較好的鋪膜入土成穴能力，但鴨嘴高度超過80mm時，較容易掛膜，影響鋪膜質(zhì)量，且種子滑道較長，落種時間增加，難以實現(xiàn)高速作業(yè)，本設計鴨嘴高度H=56mm。鴨嘴的寬度L應能在保證種子在下落過程中不與鴨嘴內(nèi)壁發(fā)生碰撞的基礎上盡量要小，避免種子在播行內(nèi)左右位置差異，影響精播質(zhì)量，在綜合考慮棉花尺寸及最小行距的基礎上，確定鴨嘴的內(nèi)徑寬度L=20mm（不含材料厚度)圖2—7鴨嘴滾筒圖2—8鴨嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)2.2.3窩眼孔取種器的參數(shù)設定對于錐孔來說，若錐孔頂角大，則充種好，易于清除多余的種子，但不利于投種；若頂角小，則進入孔底的氣體量和速度都減小，有利于壓附種子，但不利于清除多余種子。窩眼孔的錐角θ越大，充種越好，易于清除多余種子，但是不利于投種，一般θ=45°~52.5°。相對來說，底孔直徑大，漏氣量大，有利于保留一粒種子，但不利于清除多余的種子。一般說，種子大時，底孔直徑應大些。根據(jù)相關(guān)資料，播棉花時，底孔直徑在3～4mm范圍內(nèi)較合適。種子的流動性好，型孔表面光滑可取較小值。底孔直徑d過大，吹氣清種時，泄氣量大，多余種子不利于被吹走。D過小，窩眼孔內(nèi)壓差小，對種子的壓附力不足，種子易被吹走，造成空穴。根據(jù)相關(guān)研究當d為3.6mm時，充種效果最好，所以本次設計取θ=50°，d=3.6mm，D=18mm。如圖2-9所示圖2-9窩眼孔結(jié)構(gòu)簡圖2.2.4氣嘴的設計比較敞口式出風口、三段式出風口和柵欄式出風口對風速的影響。通過試驗資料表明，柵欄式出風口的軸向風速分布較均勻，清種效果好，所以本次選用柵欄式氣嘴。進氣口為24mm的圓管，進來的氣流經(jīng)過80°傾斜角的扇形圓弧板擋住，通過內(nèi)徑為15mm、外徑為24mm、有6個小方口的半圓形出口吹出。氣流速度和壓力各處較均勻。氣嘴由鋁合金制成。氣嘴的尺寸跟種子的大小有關(guān)，和窩眼孔的的尺寸有關(guān)，所以根據(jù)本次設計的參數(shù)確定D=16mm,d=3.6mm。風嘴吹氣清種范圍為5°。簡圖如下所示：2.2.5排種裝置的設計常見排種裝置的結(jié)構(gòu)設計目前常見的點播排種器所采用的基本原理主要有以下兩種：（1）根據(jù)種子的粒型，用型孔將種子從種箱中分離出來，并將其排列整齊后播入種穴中；（2）利用氣力將種子從種子箱中分離出來，按粒吸附并排列在排種器上，然后播入種穴。其中氣力式排種器對種子尺寸、形狀的要求不嚴格，具有較好的通用性，且播種速度較高。但結(jié)構(gòu)較復雜，種子不容易破損，風機的能耗也較大。因此，相比較而言，前一類排種器更適于滾輪式穴播機。其中常見的形式主要有：1.窩眼輪式排種器：如圖2-10所示，窩眼輪式排種器的主要工作部件是一個垂直安裝在種箱底部的，繞水平軸旋轉(zhuǎn)的窩眼輪。根據(jù)種子的大小，在窩眼輪的外緣開有一排整齊的圓形型孔—窩眼。窩眼輪轉(zhuǎn)動時，種子在重力的作用下進入窩眼內(nèi)，刮種板將多余的種子刮去后，窩眼內(nèi)的種子隨窩眼沿護種板轉(zhuǎn)至下方，最后又依靠重力的作用落入種穴或由推種器投入種穴。2.勺匙式排種器勺匙式排種器主要有直立勺盤式（如圖2-11）和傾斜勺盤式兩種。勺盤是一個由金屬制成的圓盤，盤面上同一圓周內(nèi)均勻地分布著許多沖壓出的“勺”。勺盤開始轉(zhuǎn)動后，“勺”就不斷地從種箱下部舀上種子并將其帶至上方的排種口處將其排入種穴。3.內(nèi)環(huán)型孔式排種器如圖2-12所示，內(nèi)環(huán)型孔式排種器的圓環(huán)轉(zhuǎn)動時，種子在圓環(huán)側(cè)壁與排種器殼體構(gòu)成的充種室內(nèi)進入圓環(huán)內(nèi)側(cè)的型孔。由于型孔在種子進入處的開口較大，入內(nèi)較小。所以型孔轉(zhuǎn)到上方后，多余的種子靠重力自由落下，返回充種室以備繼續(xù)使用。進入型孔內(nèi)的種子則沿護種板轉(zhuǎn)至下方排出。這種排種器結(jié)構(gòu)簡單，但通用性較差。綜合上述及其他類型排種器的結(jié)構(gòu)和性能不難發(fā)現(xiàn)，這些排種器均與該機的成穴器很難配合。針對這種情況，該機設計了一種結(jié)構(gòu)精巧，制造使用簡便的排種模塊(如圖2-13)。圖2-13排種模塊排種裝置的工作原理該排種裝置的種子室部分主要由穴播輪體殼構(gòu)成，排種模塊安裝在其內(nèi)（如圖2-13）。工作時，排種模塊隨穴播輪一起轉(zhuǎn)動，由于錐孔（即入種口）與搖桿開關(guān)連接，在充種區(qū)內(nèi)，錐孔在扭矩彈簧的作用下處于閉合狀態(tài)，種子進入錐孔中。隨著轉(zhuǎn)動的繼續(xù)進行，多余的種子在重力的作用下落回種箱以備繼續(xù)使用完成第一次充種；進入清種區(qū)后，在氣嘴氣壓的作用下，最后只留下一顆種子在錐孔底部；然后進入有護種板的護種區(qū)。當載有種子的錐孔隨著穴播輪轉(zhuǎn)至某一較低點時，在搖臂開關(guān)被偏心軌道的擠壓作用下，錐孔被打開，錐孔內(nèi)的種子就會從錐孔底部進入鴨嘴式成穴器，最后完成投種。其結(jié)構(gòu)（如圖2-14）所示。1.種子2.合頁3.錐孔4.護種板5.搖臂開關(guān)6.扇形尼龍7.銷軸8.滾筒9.地面a.搖桿運動方向b.扇形開關(guān)運動方向圖2—14排種的工作過程第三章排種器工作過程分析3.1充種區(qū)段3.1.1充種過程分析充種是排種器正常工作的前提。在排種輪內(nèi)腔運動的種子群，存在著種子環(huán)流層，此環(huán)流層從橫剖面上看可以分為：上升區(qū)域、塌落區(qū)域、回流區(qū)域、相對靜止區(qū)域。整個環(huán)流層中的種子有三種充種途徑：填補空間方式充種，相向運動方式充種和相同運動方式充種。以填補空間方式充種發(fā)生在環(huán)流層的開始端，即取種器充種的開始段。當取種器離開護種帶尾端進入種子環(huán)流層時，由于取種器V型充種腔前端、側(cè)面均有取種空間，種子在重力、離心力、種子間推擠力的聯(lián)合作用下，迅速塌落填補空間，并隨穴播器轉(zhuǎn)動引起的種子流動，使種子充入取種器V型充種腔。如果由于種種原因，取種夾V型充種腔仍未充滿種子，那么，在接下來的一段里，從回流區(qū)域回流的種子，迎面涌來，和V型充種腔呈現(xiàn)相向運動，涌來的種子在重力和慣性力的聯(lián)合作用下，以相向運動方式實現(xiàn)二次充種。當取種器隨著滾筒旋轉(zhuǎn)而繼續(xù)上升，回流的種子（速度為v1）開始接觸取種器，其速度由v1變?yōu)樗查g接觸零速度，而后迅速改變方向，成為隨穴播器運動的加速運動，整個運動過程（v1→0→ω1）變化很快。在此區(qū)段中同向速度差為：，式中：R為穴播器滾筒半徑；ω為穴播器滾筒的角速度；c為種子厚度尺寸；ω1為種子的角速度；在穴播器內(nèi)摩擦力和種子間摩擦力的共同作用下，每層種子呈不同角速度隨穴播器同向和反向旋轉(zhuǎn)，以相同運動方式實現(xiàn)充種。綜上，在充種區(qū)，種子經(jīng)過上述三階段不同充種方式，確保取種器V型充種腔100%充滿種子。3.1.2種子的充種過程的種子運動分析呈環(huán)流狀態(tài)的種子處于回頭和隨輪帶動起步的階段,沿輪轉(zhuǎn)動方向上種子的角速度ω1≈0(ω1變值0→ω),此時,離心力P=mRω12≈0,重力mg、下落種子的沖擊力Fi、種子間的摩擦力Ff及環(huán)流中種子的動能聯(lián)合作用以填補空間原理給V型充種腔充種。種子入腔速度為:式中：h1——種子在環(huán)流中被拖帶的高度;Ff——種間摩擦力;S——種子在種堆上的滑移長度;Fi——下落種的沖力;ti——沖力Fi的作用時間;t——種子入孔時間;g——重力加速度;m——種子質(zhì)量。進入到取種器前端空間中的種子在重力、殼體摩擦阻力和離心力作用下進入V型充種腔。此段,腔內(nèi)隨動種子的角速度ω1逐漸增大,所受離心力P增大,P和mgcosθ及種間推擠力聯(lián)合作用,使后續(xù)種子補充入腔,確保充種率100%。3.1.3充種過程中種子的受力分析設穴播器以角速度ω旋轉(zhuǎn),種子與取種器窩眼孔間摩擦系數(shù)f,種子質(zhì)量m,種子絕對運動角速度ω1，取種器窩眼孔與種子帶間的夾角a,建立極坐標系rθ，單粒種子在充種腔內(nèi)的受力如圖3-1所示。重力:W=mg；離心力:F2=mrω12；窩眼孔支持力:N；窩眼孔底部支持力：N1，摩擦力:F1。其中,m—種子質(zhì)量;g—重力加速度;r—種子帶內(nèi)緣半徑;ω1—種子絕對運動角速度。由于空氣阻力較小,將其忽略。設種子的位置角是θ時，且不受切向慣性力,建立種子平衡方程：(1)(2)充種過程中，假設N1≈0，R≈r；又因棉種近似回轉(zhuǎn)體，其在取種器夾子其它面上的移動，可假設為純滾動，其摩擦系數(shù)f≈0；代入上式可得：(3)(4)由(3)、(4)可得：(5)當a=45°時，（6）從（6）式我們可以看出轉(zhuǎn)速ω1和充種角的關(guān)系，轉(zhuǎn)速ω1越高，充種角會隨之增加。圖3-1充種腔內(nèi)種子的受力圖3-1充種腔內(nèi)種子的受力3.2鴨嘴成穴原理分析1.穴孔形成過程分析穴孔是由鴨嘴對土壤的剪切和擠壓作用形成的。如圖3-2所示，成穴器工作時，先由頂端接觸地表，破茬入土，以余擺線軌跡形成穴空的下半段輪廓段;同時，固定嘴擠壓土壤形成穴孔的段;穴播輪轉(zhuǎn)過一定角度后，活動嘴開始打開，并擠壓土壤，形成了穴空的段。形成各段曲線點的軌跡方程分別如下：段為鴨嘴尖點A的軌跡:段由鴨嘴活動嘴出土過程中形成，方程為:段由固定嘴在入土過程中形成，方程為:圖3-2穴孔形成過程2.穴孔大小的分析穴播器打出的穴孔大小是評價機具性能優(yōu)劣的指標之一，為了探索減小穴孔尺寸的途徑，首先建立穴孔模型。為了便于建模，現(xiàn)作如下假設;①機速的變化和成穴輪的下陷只對滾動半徑有影響;②穴孔寬度不變化。穴孔的大小可用面積來度量，即式中—穴孔縱長;—穴孔寬度。因的變化不計，故穴孔面積由穴孔縱長所決定。由圖3-3可知，穴孔縱長為式中，,可分別由(3-60),(3-61)計算式中、分別為鴨嘴前面和后面在土壤中形成穴孔曲線包絡線時，鴨嘴中線的最大轉(zhuǎn)角。圖3-3穴孔縱長、關(guān)系圖將其代入式中，可計算得，結(jié)果見圖，從圖可以看出，當,,,增大時，凡將增大。當一定時，隨增加，增大，但增加較少。也就是說，穴播輪半徑對影響較小，所以其值可根據(jù)等其它因素(如質(zhì)量、配置)來確定。第四章設計總結(jié)4.1設計心得通過兩個多月的資料收集、整理和設計，我所設計的氣吹式棉花精密穴播輪已經(jīng)完成，在這兩個多月的過程中，我通過對資料的收集、檢索以及查找，找到了很多對設計有用的資料，從而保證了設計順利地完成?？梢哉f這次設計是對我以前所學到的知識、收集資料的能力和設計方法等能力的一次綜合的鍛煉。在這個過程中，我先到新疆石河子149團了解了穴播輪主要結(jié)構(gòu)及工作原理，然后熟悉整個設計流程。通過對圖書館借閱的各種手冊、說明書等資料的整理，根據(jù)設計要求，拿出自己的設計方案。在整個設計過程中，使我的綜合能力得到很大的提高，所學知識與以后的工作能夠得到更好的銜接。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，雖然耕地面積廣闊，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率跟一些發(fā)達國家相比有著很大的差距。我所設計的氣吹式棉花精密穴播輪提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化有重要的作用。由于棉花播種機的結(jié)構(gòu)特點，是它具有操作簡單適用范圍廣等特點。采用專用的排種器大大降低了種子的破種率，提高了農(nóng)作物的成活率。該機固有廣泛的社會效益與經(jīng)濟效益。通過本次的設計過程，鍛煉了我的動手能力，同時也知道了自己以后應該在哪些方面在努力學習，使以后的學習有了更好的針對性。此次設計對我來說是非常重要的一個學習過程，學到了設計的整體思路和方法，是參加工作前的一次很好的鍛煉。4.2設計結(jié)論1.研制了一種新型的精播棉花的氣吹式精密穴播輪，研究中，在借鑒了國內(nèi)外現(xiàn)有精密排種器的基礎上，經(jīng)過認真分析，設計了新型的氣吹式棉花精密穴播輪。2.建立了該精密排種器的三維模型，為今后優(yōu)化設計奠定了基礎通過對工作過程的理論分析，包括排種器的充種，清種，護種，排種過程。實驗證實了理論分析的過程的正確性。第五章展望與不足這次設計雖然勉強完成了各個主要部件的設計與分析完成了，但是由于設計經(jīng)驗和知識儲備上的不足，存在不足在所難免，如：各個機構(gòu)的安裝位置仍需優(yōu)化，首先是投種種裝置，由于投種裝置置于機構(gòu)內(nèi)部，導致其調(diào)整與維修比較不方便等。棉花種植的應用是關(guān)系到民生的大事，對棉花的播種機械化，農(nóng)民增收，以及棉花這種農(nóng)作物的出口創(chuàng)匯有著重大關(guān)聯(lián)。設計出能使廣大農(nóng)民應用的機器對農(nóng)業(yè)發(fā)展也是至關(guān)重要的。相信在以后的學習過程中，隨著社會科學技術(shù)的發(fā)展，通過學習各方面的經(jīng)驗以及通過各種實驗，實地操作應用，一定會做出更加優(yōu)良的改進，使得此穴播輪在工作過程中更加人性化，各結(jié)構(gòu)之間的配合達到最佳狀態(tài)。效率更高，人力得到更大的解放。從而促使我國棉花種植業(yè)乃至整個農(nóng)業(yè)加快發(fā)展，使其在激烈的世界經(jīng)濟競爭中獲得一席之地。對于本穴播輪設計可能的不足之處，在將來做出以下的優(yōu)化步驟：1.進一步優(yōu)化本排種器的結(jié)構(gòu)。試驗過程中發(fā)現(xiàn)了本排種器的不足之處：2.將定盤用友有機玻璃支座可以使種子運動和取種過程透明化。3.由于整機基本由通用機床和手工制作，加工工藝和裝配工藝水平較低對試驗有影響。4.將棉種種子進行包衣處理或丸粒化，進一步試驗，可能更有利于排種器性能的發(fā)揮。5.條件具備時，對這種新型的精密排種器進行田間試驗。若發(fā)現(xiàn)不足，做進一步的研究，以期早日用于實際生產(chǎn)作業(yè)。參考文獻[1]農(nóng)業(yè)機械設計手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社，2007.11.[2]廖慶喜，楊波等.內(nèi)充氣吹式油菜精密排種器氣室流場仿真[J].農(nóng)機機械學報,2012,(04).[3]胡樹榮，馬成林等.氣吹式排種器錐孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)對排種質(zhì)量影響的研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報,1981,(9).[4]湯楚宇，向衛(wèi)兵等.氣吹式雜交水稻精播排種器型孔型式的實驗研究:[J].農(nóng)業(yè)工程學報,1999，(6).[5]劉中鋒.氣吹式排種器的創(chuàng)新研究（學術(shù)交流），2012.8.[6]馮占榮.基于CAD-DEM-CFD耦合的氣吹式排種器數(shù)字化設計方法研究,博士論文,2010(12):52-53.[7]胡斌,羅昕,王維新.新型指夾式膜上精量點播器的研究[J].石河子大學學報,/kns50/detailref.aspx?filename=NYJX903.006&dbname=CJFD1999&filetitle=%e6%89%93%e7%a9%b4%e6%92%ad%e7%a7%8d%e6%9c%ba%e7%bb%93%e6%9e%84%e5%8f%82%e6%95%b0%e5%92%8c%e5%b7%a5%e4%bd%9c%e5%8f%82%e6%95%b0%e7%9a%84%e4%bc%98%e5%8c%96%e8傾斜圓盤勺式精密排種器分種勺持種空間分析[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報.[10]劉佳，崔濤，張東興等.氣吹式精密排種器工作壓力實驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2011（12）.[11]林靜,宮元娟.淺談精量播種機的發(fā)展優(yōu)勢與前景,農(nóng)業(yè)機械,2004(4):43-44.[12]劉俊峰，王廷雙，馮嘵靜等．內(nèi)充種垂直輪式新型小麥精量排種器的研究[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，1997，13(4)：86~89．[13]李國林,宋煒等.國內(nèi)外幾種主要排種器的特點[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備2011（08）.[14]劉漢濤./kns50/detailref.aspx?filename=NJYJ200203015&dbname=CJFD2002&filetitle=%e6%8e%92%e7%a7%8d%e5%99%a8%e7%9a%84%e6%9c%ba%e7%90%86%e5%8f%8a%e5%bd%b1%e5%93%8d%e5%9b%a0%e7%b4%a0%e7%9a%84%e7%a0%94%e7%a9%b6"排種器的機理及影響因素的研究[J]農(nóng)機化研究,2002,(03).[20]宋慶文.推廣精量播種技術(shù)的實踐與體會,新疆農(nóng)機化,2003.5:25.[21]孫裕晶,馬成林,于建群./kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2005&filename=NJYJ200506013&filetitle=%e6%a3%89%e8%8a%b1%e6%8e%92%e7%a7%8d%e5%99%a8%e7%9a%84%e7%8e%b0%e7%8a%b6%e5%92%8c%e5%8f%91%e5%b1%95%e8%b6%8b%e5%8a%bf"\o"棉花排種器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢"棉花排種器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究,2005,(06).[25]王吉奎,坎雜等.HYPERLINK"/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2006&filen