穴播器開啟機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

董 軍

(蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,蘭州 730070)

1 研究背景

在我國，21世紀(jì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)騰飛，經(jīng)濟(jì)作物的種植量增加，主要以人工播種為主，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)條件變化多，必須發(fā)展與之相適應(yīng)的機(jī)械作為支撐。我國播種機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平低的原因是多方面的，主要原因是缺乏人才與資金的投入，使其開發(fā)水平受到限制。國外研制和生產(chǎn)穴播器起步早，發(fā)展較快。我省是農(nóng)業(yè)大省，尤其是玉米的種植，玉米、小麥產(chǎn)業(yè)已趨規(guī)?；?。玉米產(chǎn)品品質(zhì)的決定因素之一是適量、適距播種。因此，穴播器機(jī)械作業(yè)對于提高玉米生產(chǎn)率起著重要作用。而我省小麥、玉米種植地塊小且分散，地塊幅寬窄，播種機(jī)械化技術(shù)停留在初級階段，以人工撒播、點(diǎn)播為主。因此，研制開發(fā)“先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”三者統(tǒng)一,適合山地、梯田、小地塊,簡便、靈活的小型山地播種機(jī)械具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。穴播器能夠?qū)崿F(xiàn)這種要求，顯而易見，穴播器開啟機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究是不可缺少的。

本方案研究的穴播器開啟機(jī)構(gòu)通用性強(qiáng)，能適應(yīng)不同土壤，根據(jù)農(nóng)用機(jī)械動力實(shí)現(xiàn)開啟機(jī)構(gòu)的高效率工作等一整套工作過程。結(jié)合動力工作時，通過一系列的傳動進(jìn)行穴播，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。

2 傳統(tǒng)穴播器類型

目前我國已有的穴播器，根據(jù)結(jié)構(gòu)大致可分滾輪式和直插式。滾輪式穴播器根據(jù)成穴部件又可分為鴨嘴式、活塞式、鏟式。為了解決機(jī)械化覆膜種植中普遍存在的種穴與膜孔錯位問題，活塞式較優(yōu)，但在免耕地上入土成穴而言，鴨嘴、柱塞式穴播器要優(yōu)于鏟式。鏟式成穴器的打穴鏟為中空的四棱錐體，成穴器輪盤與打穴鏟所構(gòu)成的鏟輪，在播種機(jī)機(jī)架上安裝的位置與垂直平面(與播種方向夾角為γ)的夾角為β，在水平面內(nèi)與播種機(jī)播種前進(jìn)方向的夾角為γ。成穴器鏟輪沿播種方向滾動前進(jìn)時，打穴鏟可以穿過地面覆蓋的秸稈、雜草進(jìn)入土壤，并在土壤上形成空穴。而鴨嘴、柱塞式穴播器的成穴部件徑向分布在滾輪上，并在滾輪的帶動下，在播種方向的平面內(nèi)做擺線運(yùn)動。在成穴器運(yùn)動到最低點(diǎn)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，不論是從穴播器的結(jié)構(gòu)還是從其在田間的工作原理上來說，鴨嘴式要好一些。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，制作方便，價格也比較便宜。因此，該穴播器開啟機(jī)構(gòu)適合于大多數(shù)的農(nóng)民使用。但它只要陷入松軟或潮濕的土壤內(nèi)，由于壓板不能很好地與土壤緊密接觸開啟機(jī)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(yīng)免耕地，須對傳統(tǒng)的鴨嘴式穴播輪結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)和優(yōu)化。因此，筆者針對傳統(tǒng)鴨嘴式輪式穴播器在松軟土壤中難以開啟的一些問題進(jìn)行研究并獲得最佳解決方案。

3 研究方案

3.1 方案的提出

根據(jù)傳統(tǒng)鴨嘴式穴播器開啟機(jī)構(gòu)的弊端，我們結(jié)合穴播器中的內(nèi)置凸輪和中的復(fù)位彈簧提出了自己的一套理論。如圖1所示。

這便是我們根據(jù)傳統(tǒng)穴播器所提出的內(nèi)置偏心輪鴨嘴直插式穴播器。首先該方案將傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)中的穴播器開啟機(jī)構(gòu)動力內(nèi)置，這樣就避免了無論是在潮濕還是松軟的農(nóng)田作業(yè)條件下開啟機(jī)構(gòu)打不開的情況。

3.2 方案機(jī)構(gòu)的工作原理

當(dāng)穴播輪在田間作業(yè)時，由于農(nóng)業(yè)機(jī)械的帶動使得穴播輪內(nèi)置的偏心輪中間軸會轉(zhuǎn)動，此時軸會傳遞動力給偏心輪。我們知道偏心輪是由凸輪機(jī)構(gòu)演化而來的，也有上止點(diǎn)和下止點(diǎn)，所以當(dāng)偏心輪運(yùn)動到上止點(diǎn)時，會與其相配套的頂柱相作用，此時直插式穴播嘴便會打開;當(dāng)偏心輪由上止點(diǎn)往下止點(diǎn)運(yùn)動時,頂柱由于與其相連的復(fù)位彈簧的作用而收縮，使穴播嘴的一半收回進(jìn)而收縮，這樣就完成了穴播器開啟機(jī)構(gòu)的一次工作行程。

3.3 方案機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理

3.3.1 偏心輪機(jī)構(gòu)的概述

偏心輪就是指裝在軸上的輪形零件,軸孔偏向一邊。軸旋轉(zhuǎn)時,輪的外緣推動另一機(jī)件,產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動。 偏心輪機(jī)構(gòu)是由凸輪演化而成的。凸輪是指一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，一般為主動件，做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù)直線運(yùn)動。與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律的構(gòu)件，一般做往復(fù)直線運(yùn)動或擺動，稱為從動件。凸輪機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中的基本特點(diǎn)在于能使從動件獲得較復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。因?yàn)閺膭蛹倪\(yùn)動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應(yīng)用時，只要根據(jù)從動件的運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線就可以了。但是凸輪的缺點(diǎn)就是其不善于傳遞動力。 偏心輪機(jī)構(gòu)使用目的多用來帶動機(jī)械的開關(guān)、活門等。

3.3.2 按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)偏心輪輪廓曲線

3.3.2.1 繪制位移線圖

偏心輪機(jī)構(gòu)工作時，偏心輪不動，滾子繞著偏心輪運(yùn)動。根據(jù)偏心輪所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動過程，以及開口器的打開程度，繪制s—φ，如圖2所示。在0°時，鴨嘴式開口器在穴播器外輪廓的最頂部，鴨嘴的開度為0mm。隨著穴播器的轉(zhuǎn)動鴨嘴的開度逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過180°時，此時，鴨嘴已伸入地下最大距離，同時鴨嘴的開度也達(dá)到了最大。之后，隨著穴播器繼續(xù)轉(zhuǎn)動，開口器的開度又逐漸減小，在360°時，即轉(zhuǎn)過一圈后，開口器的鴨嘴又緊閉。

3.3.2.2 偏心輪的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

偏心輪的結(jié)構(gòu)形狀如圖3所示。圖中e為偏心距，e應(yīng)該和鴨嘴的最大開度距離相等。滾輪繞著偏心輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)滾輪轉(zhuǎn)到圖示位置時，鴨嘴緊閉，沒有開度，當(dāng)滾輪沿著偏心輪逆時針轉(zhuǎn)過180°時，鴨嘴的開度達(dá)到最大，即打開距離為偏心距e。此時種子便從開度的縫隙中落下，完成播種。

3.3.3 穴播器的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

穴播器整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。在復(fù)位彈簧和偏心輪的作用下，鴨嘴式開口器便完成圖示的動作，當(dāng)轉(zhuǎn)到最下方時，種子便從鴨嘴的開口處落下，掉在開口器開的溝槽中，完成播種。

3.4 方案機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，其只有內(nèi)置偏心輪、復(fù)位彈簧和直插式鴨嘴穴播器三者構(gòu)成。由于結(jié)構(gòu)簡單使該機(jī)構(gòu)便于加工，因?yàn)榇藱C(jī)構(gòu)將開啟裝置的動力源裝在了穴播器內(nèi)部，減小了功率的消耗，從而使穴播器開啟機(jī)構(gòu)較傳統(tǒng)穴播器相比功率增高，開啟方便、容易。

在復(fù)位彈簧設(shè)置方面，該機(jī)構(gòu)克服了傳統(tǒng)鴨嘴式穴播器開啟機(jī)構(gòu)將彈簧安裝在穴播輪外面，直接避免了復(fù)位彈簧與作業(yè)土壤的直接接觸，進(jìn)而克服了由于作業(yè)土壤因潮濕等因素而粘附，積壓在復(fù)位彈簧上，從而導(dǎo)致開啟機(jī)構(gòu)打不開失靈，和復(fù)位彈簧經(jīng)常和土壤、水分接觸所引起的彈簧的腐蝕、磨損和失效。

鴨嘴穴播器開啟機(jī)構(gòu)的打開方向和方式也與傳統(tǒng)的大不一樣，本方案采用了由內(nèi)置頂柱作用的直插式開啟機(jī)構(gòu)(如圖5)，而不是傳統(tǒng)穴播器中根據(jù)彈簧壓板受到壓力而應(yīng)用的張開式穴播器開啟機(jī)構(gòu)。此種對于開啟機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有助于穴播器開啟機(jī)構(gòu)效率的提高，間接地避免了田間土壤對鴨嘴穴播器的堵塞，提高了該穴播器的播種效率。

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械之所以不能很好發(fā)展的一大原因是一些農(nóng)機(jī)具的加工成本較高，加工工藝需要十分精細(xì)，所以致使許多農(nóng)業(yè)機(jī)械的推廣受阻。然而該項(xiàng)目提出的方案結(jié)構(gòu)簡單，價格低，便于加工，適于大力推廣。

4 結(jié)語

在二十一世紀(jì)的今天，農(nóng)業(yè)的發(fā)展已是我國乃至全世界所共同面臨的問題。在我國，人口的增加、耕地的減少都迫使我們要在現(xiàn)有的土地上產(chǎn)出更多的糧食，來養(yǎng)活我們自己。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展在我國已刻不容緩。而本科研項(xiàng)目以及所提出的方案就是為這種形勢發(fā)展需要而服務(wù)的。在科技日益進(jìn)步的今天，我國農(nóng)機(jī)事業(yè)蓬勃發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的明天將會更加輝煌！

參考文獻(xiàn)：

[1]張屏波.精密播種技術(shù)的發(fā)展道路[J].國外農(nóng)機(jī)，1984,(1，2).

[2]李民.我國精少量播種機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國農(nóng)機(jī)化，1996,(3).

[3]馬成林等，打穴播種機(jī)研究的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，1991,(1).

[4]汪遵元,胡敦俊,黃聿榮.滾輪式膜上打孔精量播種機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,1988,19(1):88～95.

[5]CaryJW.Punchplantingtoestablishlettuceandcarrotsunderadve

rseconditions[J].AgronomyJournal,1967,59(9/10):406～408.

[6]魏宏安,邵世祿.垂直插入式小麥覆膜穴播機(jī)的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2001,32(6):34～37.

[7]郭志東.4BHZA型活塞式地膜覆蓋農(nóng)作物穴播機(jī)[P].中國專利(97106116),1999,3.

[8]馬成林,李成華,于海業(yè),KH.Kromer.鏟式成穴器成穴性能的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,1999,30(2).

[9]鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,1997.

[10]馬旭,馬成林,張守勤.地膜覆蓋播種機(jī)成穴器的研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,1989,20(4):20～27.

[11]黃錫愷,鄭文緯.機(jī)械原理(1981年修訂版)[M].北京:人民教育出版社,1981.

[12]陳曉光.直插式播種機(jī)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1993，9(3):66～70.