相對地面靜止斜挖穴的單(多)排玉米播種機

孫 科,張爭艷,陳定方

(武漢理工大學物流工程學院,湖北 武漢 430063)

玉米是我國主要農(nóng)作物之一,但現(xiàn)有的玉米播種機還不能在較低的投入之下完全實現(xiàn)高效率、全自動大面積播種.本文提出新型單(多)排精密玉米播種機的設(shè)計,采用相對地面靜止斜挖穴的連續(xù)自動播種技術(shù),能最小限度擾動土壤,對墑的破壞小,有利于種子的發(fā)芽,且播種效率高,系純機械設(shè)計,有利于低成本的控制.

1 設(shè)計理念

傳統(tǒng)玉米播種方式主要播種行為(如開溝)對土地的擾動大,墑的破壞大,種子和挖穴異步,不能精確地保證玉米粒間距的一致性,且成本較高.針對這些問題,對傳統(tǒng)玉米播種機做進一步改造,使玉米播種在較少的投入下獲得較高效益.

1.1 新型勺式分種機構(gòu)

玉米分種機構(gòu)由動力軸、側(cè)轉(zhuǎn)盤、側(cè)蓋、內(nèi)置開口勺式取種環(huán)、圓柱種倉組成(圖1).動力軸另一端與側(cè)轉(zhuǎn)盤中心孔固定連接,側(cè)轉(zhuǎn)盤內(nèi)側(cè)同軸線固定著內(nèi)置開口勺式取種環(huán)且與圓柱種倉端面微小間隙貼近;內(nèi)置開口勺式取種環(huán)套置在圓柱種倉的外圓柱面,在圓柱種倉的外圓柱面設(shè)有護環(huán)槽,護環(huán)槽外圈底部左側(cè)設(shè)有2個相距不遠的開口,作為種子出倉口,開口勺式取種環(huán)可以在護環(huán)槽中旋轉(zhuǎn);靠近側(cè)轉(zhuǎn)盤的圓開柱種倉內(nèi)底部兩側(cè)各設(shè)有1對稱開口,對稱開口作為玉米粒從玉米種倉進入取種勺的通道;內(nèi)置開口勺式取種環(huán)內(nèi)圓柱面開設(shè)2個開口勺,開口勺的容積恰好容下2～3個玉米粒,開口勺開口要稍小于圓柱種倉內(nèi)底部兩側(cè)的開口;側(cè)蓋中心孔與動力軸固定有側(cè)轉(zhuǎn)盤的一端連接形成轉(zhuǎn)動副,側(cè)蓋與圓柱種倉外殼固定連接;圓柱種倉內(nèi)底部設(shè)有一定角度的斜坡,玉米粒在自身重力和振動下往圓柱種倉內(nèi)底部開口處積聚,從而保證玉米粒比較容易進入取種勺,而且圓柱種倉內(nèi)種子分種比較干凈.

圖1 新型玉米播種機構(gòu)

新型勺式分種機構(gòu)的工作流程:大儲倉的玉米粒通過種子進倉口進入圓柱種倉內(nèi),玉米粒一般情況下都是充滿圓柱種倉;在斜坡的作用下,玉米?？偸窃趫A柱種倉底部所設(shè)的開口處等候,當內(nèi)置開口勺式取種環(huán)中的開口勺旋轉(zhuǎn)至圓柱種倉底部開口下方時,種子出倉口和開口勺形成通道,2～3粒玉米下落到開口勺中,當開口勺旋轉(zhuǎn)到種子出倉口時,玉米粒落出圓柱種倉,進入排中機構(gòu),完成一次分種;開口勺旋轉(zhuǎn)到下一個圓柱種倉底部所設(shè)的開口,玉米粒再次進入開口勺,當開口勺再次旋轉(zhuǎn)到下一個種子出倉口時,玉米粒再次落出圓柱種倉,完成第二次分種;由于2個圓柱種倉底部的開口很近,兩次分種的時間間隔很短,可認為同時落種,幾乎同時到達閥門式鏟頭33的閥門處,為播種做好準備.

1.2 相對靜止斜插式雙鏟頭同步挖穴播種

新型玉米播種機如圖2所示.

圖2 新型玉米播種機的正視圖

雙排同步鏈16通過鏈傳遞的方式按照一定傳遞比分別與直流減速電機39和驅(qū)動輪41連接,使雙排同步鏈的線速度和驅(qū)動輪的線速度相等,在雙排同步鏈對應(yīng)的位置上固定多根推桿18,且可方便裝卸[2];兩個挖穴滑塊(滑塊I22、滑塊Ⅱ23)之間通過可調(diào)剛性連桿24連接,其距離為株距,2個挖穴滑塊套在兩根機架光滑導桿19上,機架光滑導桿安裝在雙排同步鏈輪的中間;整機以v的速度前進作業(yè),雙排同步鏈輪的驅(qū)動鏈輪也以v的線速度轉(zhuǎn)動,使固定在連上的推桿也以v速度運動,下部分的鏈為緊邊;以整機前進的方向為正,推桿在緊邊上以-v的速度前進,其相對地面的速度為0;回位彈簧I20和減震彈簧21套在機架光滑導桿,挖穴滑塊的下部安裝齒輪25,與之嚙合的齒條26安裝在機架上,挖穴滑塊的一外側(cè)安裝曲柄圓盤28與齒輪同軸,并通過單向軸承27與軸連接,滑塊上裝有曲柄圓盤的一側(cè)安裝一回位彈簧Ⅱ與曲柄圓盤上表面正上部連接,回位彈簧Ⅱ?qū)⑶匚坏角ぷ鞒跏键c;曲柄固定在曲柄圓盤上,曲柄末端鉸接方扁形連桿31,方扁形連桿末端鉸接圓柱鋼管滑桿,圓柱鋼管滑桿穿過與滑塊連成一體的導孔,導孔的軸線與豎直方向成30°,圓柱鋼管滑桿可以在導孔中做往復(fù)運動,保證實現(xiàn)鏟頭斜向運動;2根曲柄通過水平剛性細軸鉸接,保證同步;閥門式鏟頭通過螺栓與圓柱鋼管滑桿連接,閥門活動板35通過細鋼絲繩34穿過引導孔連接到滑塊上;閥門活動板通過細軸鉸接在鏟頭上,細軸上安裝回位彈簧III50,保證閥門活動板在不受拉力的情況下及時關(guān)閉閥門.

1.3 自動閥門式鏟頭的設(shè)計

如圖3所示,閥門式鏟頭由閥門活動板、回位彈簧III、細鋼絲繩和鏟頭組成.細鋼絲繩穿過引導孔連接到滑塊上,閥門活動板通過細軸鉸接在鏟頭上,細軸上安裝回位彈簧Ⅲ50,保證閥門活動板在不受拉力的情況下及時關(guān)閉閥門.當圓柱滑桿往下運動距運動最低點還有一定距離,細鋼絲繩受力繃緊,利用杠桿原理將閥門活動板打開,玉米粒落入土中.

圖3 自動閥門式鏟頭

2 基于虛擬設(shè)計理念

基于虛擬設(shè)計的理念,產(chǎn)品中所有設(shè)計均在計算機虛擬的環(huán)境中實現(xiàn),主要從虛擬樣機建模、運動學分析、動力學分析與強度校核四個方面進行研究設(shè)計,其過程如圖4所示[3].

圖4 虛擬設(shè)計過程

由于在虛擬的環(huán)境中完成所有的設(shè)計,其可視化分析程度較高,可在很大的程度上分析樣機的實際作業(yè)情況,節(jié)約了設(shè)計資源,提高了設(shè)計效率,縮短設(shè)計周期,節(jié)約開發(fā)成本[4].新型多(單)排玉米播種機基于 solidworks的虛擬樣機設(shè)計如圖 5所示[5].

圖5 基于solidworks的虛擬樣機設(shè)計

3 結(jié)束語

新型多(單)玉米播種機的設(shè)計針對傳統(tǒng)玉米播種方式的不足之處和存在的問題,在一定程度上提出了可靠的解決方案.與現(xiàn)有技術(shù)相比,該新型多(單)玉米播種機有以下優(yōu)點.

1)采用相對地面靜止挖穴的連續(xù)自動播種技術(shù),能最小限度擾動土壤,對墑的破壞小,有利于種子的發(fā)芽,且播種效率高;

2)采用自動閥門式鏟頭,能精確地控制挖穴和播種同步;

3)分種機構(gòu)分種時,大部分種子相對種倉是靜止的,最大程度減小機械對玉米粒的擾動,且分種效率高;

4)通過修改內(nèi)置開口勺式取種環(huán)中取種勺的容積和形狀,可適用于多種種子的播種.

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