DMB-4200型免耕播種機(jī)播深調(diào)整設(shè)計分析

1、包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉百順2、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所/農(nóng)業(yè)部草地資源與生態(tài)重點實驗室 萬其號

引言

免耕播種機(jī)是在有作物秸稈和殘茬覆蓋的免耕地上作業(yè)[1～3]，DMB-4200型免耕播種機(jī)是大型的免耕播種機(jī)，其主要有圖1所示的牽引架、肥箱、種箱、地輪、液壓系統(tǒng)、開溝器、棘輪部分、傳動鏈輪、鎮(zhèn)壓輪構(gòu)成，DMB-4200免耕播種機(jī)的播種行數(shù)是20行，工作時最小行距是150mm，可根據(jù)行距的要求進(jìn)行調(diào)整。由于該型免耕播種機(jī)采用整體式開溝系統(tǒng)，即將開溝單圓盤犁刀和播種用的錯開式雙圓盤犁刀固聯(lián)在同一個開溝器橫梁上，因此可利用液壓系統(tǒng)對播種深度和開溝深度同時進(jìn)行調(diào)整。DMB-4200免耕播種機(jī)可適于播種大麥、小麥、牧草、苜蓿等，該機(jī)種肥分施功能保證種子和肥料之間有足夠的距離，且犁刀梁前后錯開，刀梁之間有限制距離的限位塊，保證了播種過程行距一致性。DMB-4200型免耕播種機(jī)的傳動系統(tǒng)主要以鏈輪傳動為主，可以大距離的傳輸。開溝器的調(diào)整可通過液壓系統(tǒng)及牽引系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過程中相對比較復(fù)雜些的可進(jìn)行三維模擬調(diào)整。

1 播種深度的調(diào)整

DMB-4200免耕播種機(jī)的調(diào)整播深裝置是播種機(jī)關(guān)鍵部分，由于DMB-4200免耕播種機(jī)的開溝圓盤和播種圓盤是固定在同一犁刀梁上的，因此對開溝盤的調(diào)整和對播種盤的調(diào)整是同時進(jìn)行的，如下圖2所示通過液壓系統(tǒng)EF及三桿機(jī)構(gòu)ABD來控制免耕播種機(jī)的波紋盤犁開溝器的入土深度，作為整體式的免耕播種機(jī)，可同時調(diào)整圓盤犁刀開溝器和播種盤開溝器，調(diào)整裝置示意圖如圖2所示：調(diào)整裝置由一個三桿機(jī)構(gòu)和一個四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中通過調(diào)整三桿機(jī)構(gòu)ABD中的CD螺旋桿的長度對前圓盤開溝器進(jìn)行開溝深度及整機(jī)機(jī)架的深度進(jìn)行調(diào)整，通過另一四桿結(jié)構(gòu)EGJN對后犁刀入土深度進(jìn)行調(diào)整，這一四桿機(jī)構(gòu)中其HJ桿上套有彈簧，通過給彈簧一定預(yù)緊力來對播種盤開溝器的深度進(jìn)行控制。由于播種盤開溝器和波紋盤開溝器同時固定在刀梁上，無論是ABCD三連桿還是EGJN四連桿都對犁刀開溝器的深度有一定的調(diào)整。A點為免耕播種機(jī)的牽引點，螺旋桿可在482.5mm＜L＜742.5mm的長度范圍內(nèi)調(diào)整。

圖1 DMB免耕播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 液壓控制調(diào)整機(jī)構(gòu)

2 調(diào)整裝置位置關(guān)系

利用pro/e軟件建立DMB-4200免耕播種機(jī)的機(jī)構(gòu)運動簡圖，加載運動約束、運動參數(shù)，并進(jìn)行三維運動分析，分析完成后輸出牽引架牽引點的位置參數(shù)、螺旋桿的位置變化參數(shù)、活塞伸長量的變化、開溝盤、播種盤的位置變化參數(shù)。根據(jù)牽引架的牽引點和螺旋桿位置的變化，在excel表格中繪制出牽引架。

圖3為高度和螺旋桿伸長量的變化位置，并在位置圖中對兩變量進(jìn)行了曲線的擬合，曲線擬合發(fā)現(xiàn)利用多項式擬合時R2=1，說明二次擬合曲線和實際數(shù)據(jù)的擬合成度很高，也就是表示知道牽引架高度的變化值就能算出螺旋桿長度的變化值。

圖3 牽引架高度與螺旋桿伸長圖

圖4 活塞伸長量與前后犁刀位置圖

圖4表示活塞長度對犁刀與地面距離的位置圖，通過對犁刀盤和活塞的位置進(jìn)行分析，我們得到開溝波紋盤犁刀底部與地面距離的回歸方程，其相關(guān)系數(shù)為R2=1，自變量x表示活塞伸縮的長度，因變量y表示犁刀距地面的高度值。播種盤上一點與活塞長度的變化為y=0.0008x2-0.8869x-81.793，其回歸擬合度為R2=1，回歸方程與實際測量值的擬合度很高，如果知道活塞的伸長量就可以通過方程來判斷犁刀位置的伸長量，從而對犁刀梁進(jìn)行調(diào)整。圖4顯示的是液壓油缸在回縮過程中，波紋盤開溝器和播種盤開溝器之間的與地面距離變化的曲線圖。通過曲線圖形，利用運動關(guān)系建立液壓油缸在回縮過程中的與開溝器之間的擬合曲線，在實際運動中，利用這種關(guān)系曲線我們只要知道液壓缸的伸長和回縮的具體數(shù)值就能計算出犁刀盤上升或下降的位置，在以后調(diào)整過程中可以根據(jù)液壓缸的位置變化來調(diào)整液壓缸的變化。

而在實際的工作過程中，由于在液壓缸回縮過程中，彈簧桿的HJ中的H并不是和桿固聯(lián)在一起的，當(dāng)?shù)孛鎸绲侗P的壓力大于彈簧的預(yù)緊力時，彈簧再次被壓縮，將犁刀壓入土壤中，直至彈簧的壓力和土壤與圓盤的作用力保持平衡，犁刀梁開始正常工作。如果犁刀梁在入土深度時的作用力不能大于犁刀梁上調(diào)整彈簧的預(yù)緊力，則犁刀梁的四桿機(jī)構(gòu)EGJN的運動軌跡就是按照圖3的運動軌跡運動。

2013年5月在內(nèi)蒙古海拉爾鄂溫克旗距伊敏鎮(zhèn)北60km的小谷山上進(jìn)行試驗研究，播種面積達(dá)到5000畝，該地區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季風(fēng)多而干燥，天氣多變；夏季降雨集中，雨熱同季；秋季雨水較春季多，氣溫變化急劇，降溫快，霜凍早，全年無霜期平均103天。土壤為黑鈣土，年平均降雨量350mm，種植制度為一年一熟小麥或是牧草的輪換播種。本年度播種是披肩草和谷子的混播，殘茬是麥稈，配套動力是東方紅120拖拉機(jī)。由于今年氣候反常，在五月份至六月份下了三場大雨，播種地表干土層為2mm。

根據(jù)播種試驗的要求，每行測3點，測4行共測得12個點，開溝器的開溝深度是扒開覆土層，首先測量種子的播種深度，其次測得開溝的深度，DMB-4200免耕播種機(jī)在播種披肩草和谷子的混和時，播種要求開溝波紋盤的開溝深度為70mm，播種雙圓盤的播種深度為30mm，開溝深度均值為71.4mm，播種深度均值為26mm，完全滿足播種深度要求。

3 結(jié)論

3.1 利用計算機(jī)對DMB-4200免耕播種機(jī)調(diào)整裝置進(jìn)行了分析，建立了牽引架高度和螺旋桿伸長量函數(shù)關(guān)系；開溝波紋盤犁刀與液壓缸活塞伸長量的回歸方程；播種盤與液壓缸伸長量的方程。

3.2 對DMB-4200免耕播種機(jī)的播深調(diào)整裝置進(jìn)行了試驗，對播種的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，開溝平均深度均值為71.4mm，播種深度的均值為26mm，試驗證明了播種能夠滿足要求。

[1]李洪文,陳君達(dá),鄧鍵.旱地玉米機(jī)械化保護(hù)性耕作技術(shù)及機(jī)具研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000,5(4):68～72.

[2]馬洪亮,高煥文,李洪文等.驅(qū)動圓盤刀切斷玉米秸稈和根茬的土槽試驗[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2007,38(5):47～50,54.

[3]王慶杰,何進(jìn),姚宗路等.驅(qū)動圓盤玉米壟作免耕播種機(jī)設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2008,39(6):68～72.

[4]谷物條播機(jī)試驗方法：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9478-2005.

[5]牧草免耕播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9478-2005：NY/T1354-2007.