2CZD-2型單芽段蔗種種植機的三維設(shè)計與建模①

陳繼色 牛釗君 李 明 陳 光 葛 暢 劉信鵬 陳小艷

(1 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械研究所 廣東湛江 524000 2 廣東廣墾農(nóng)機服務(wù)有限公司 廣東湛江 524000)

中國甘蔗種植面積為167多萬hm2，約占世界種植總面積7%[1],種植是甘蔗生產(chǎn)環(huán)節(jié)中勞動密集型工序之一[2]。國外甘蔗種植土地遼闊，大多采用多芽段預切種式自動種植機，機型龐大，造價昂貴，不適合中國南方甘蔗主產(chǎn)區(qū)中小地塊，加之種植行距等不同農(nóng)藝需求，無法在國內(nèi)引用[3]。目前，市場上使用的大多為實時切斷式多牙段甘蔗種植機，存在輔助用工多、勞動強度大、漏植率高等問題。近年來，針對多芽段蔗種研究出一種新的種植技術(shù)—單芽種莖種植技術(shù)，該技術(shù)因具有節(jié)省蔗種、病蟲害少、分蘗率高等優(yōu)點得到快速發(fā)展[4]。為保證單芽蔗種發(fā)芽率、排種均勻性和成活率，本研究基于甘蔗單芽蔗種的物理特性，利用UG三維軟件建模，設(shè)計2CZD-2型單芽蔗種種植機。

1 設(shè)計方案

2CZD-2型單芽段蔗種種植機的動力是由通過3點懸掛方式掛接的66～88 kW輪式拖拉機提供，采用對稱布置，大雙行排種，遵循模塊化的設(shè)計理念[5]，整機由機架、開溝裝置、排種裝置、施肥裝置、蓋膜和覆土裝置等組成。具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、排種均勻、能一次性完成開溝、排種、施肥、蓋膜和覆土等工序，降低勞動強度等優(yōu)點。

2 機架的建模

機架用于開溝、排種、施肥等裝置的安裝，為焊接結(jié)構(gòu)件。主體由貫穿式縱橫梁及焊接于上的懸掛架、種箱、座椅等組成?？v橫梁采用14#槽鋼，剛性好，承載力強，受力主要來自開溝裝置克服土壤的阻力及種植機的自重，如圖1所示。

圖1 機架

3 開溝裝置

開溝裝置主要用于開溝，保證蔗種埋入溝底后再填土，但種植前整地要求不能太高，種溝需深淺一致，溝底平整等[6]。因此，開溝裝置設(shè)計成隔離式溝底施肥方式，主要由鑿形犁、開溝邊板、副翼、擋泥板和覆土安裝耳板等組成，通過8.8級螺栓M20*240安裝在機架上。由于鑿形犁入土角度越大，對土壤擠壓作用越大，破壟松土阻力也隨之增大[5]，為達到理想入土阻力，本設(shè)計的鑿形犁與犁柱夾角設(shè)計為98°，入土角8°，如圖2所示，開溝邊板夾角設(shè)計成可調(diào)式，大多情況下調(diào)整為35°。

圖2 開溝裝置

4 排種裝置

排種裝置是種植機的關(guān)鍵部件，直接決定栽種成敗。為保證高合格率、低漏栽率和傷牙率、理想的作業(yè)效率，種植機采用人工排種。排種裝置主要包括轉(zhuǎn)盤、渦輪減速機、液壓馬達、流量控制閥、連軸器等零部件，轉(zhuǎn)盤外徑490 mm，內(nèi)分10個小格，渦輪減速機選用廣東浩杰減速機有限公司生產(chǎn)的WPO50-1/60型減速機，液壓馬達選用邢臺市飛躍液壓件制造廠生產(chǎn)的BMR－100型擺線液壓馬達，可調(diào)流量控制閥型號為FC51。

排種裝置工作原理是擺線液壓馬達進出油口通過油管徑可調(diào)流量控制閥與拖拉機液壓輸出系統(tǒng)的第一組液壓快換接頭相連，壓力油驅(qū)動液壓馬達輸出軸做旋轉(zhuǎn)運動，液壓馬達輸出軸通過尼龍?zhí)坠凝X式聯(lián)軸器與渦輪減速機的輸入軸相連，轉(zhuǎn)盤通過小法蘭安裝于減速機上面輸出軸上，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度可通過調(diào)整流量控制閥控制速度。同時，由于大雙行種植，與液壓馬達相連的渦輪減速機右邊布置有輸出軸，通過十字傳動軸與另一轉(zhuǎn)盤的渦輪減速機左邊輸入軸相連接，從而實現(xiàn)兩個排種的轉(zhuǎn)盤同時做旋轉(zhuǎn)運動，具體見圖3。

圖3 排種裝置

5 施肥裝置

施肥裝置設(shè)計在兩種箱間，采用經(jīng)典刮板式施肥器。如圖4所示，機架上安裝有WPO70-1/50型渦輪減速機，渦輪減速機輸出軸上面通過法蘭安裝Φ600的肥料盤，肥料盤底板50 mm上方懸空布置肥料桶，容積為0.26 m3，肥料桶固定在兩邊種箱上面，肥料盤兩邊分別有排肥刮板。

排肥過程：施肥裝置的BMR－160型擺線液壓馬達與拖拉機第二組液壓快換接頭相連，通過液壓油驅(qū)動肥料盤做旋轉(zhuǎn)運動,肥料在重力作用下自行由肥料箱進入肥料盤,在離心力作用下進入刮板排肥位置，肥料沿刮板上升并側(cè)向偏移，最后離開刮板經(jīng)排肥管落入己開好的溝中。該設(shè)計上下調(diào)整刮板位置即可控制施肥量的大小[5]，排肥時肥料可同時向兩側(cè)刮板推送，實現(xiàn)雙溝施肥。

圖4 蓋膜和覆土裝置

6 蓋膜和覆土裝置

蓋膜和覆土裝置主要是插銷與開溝裝置的覆土安裝耳板連接在一起。蓋膜組件包括槽鋼縱梁、上下可調(diào)擋泥板、仿形展膜支架等。展膜支架的展膜輥隨著機具移動而自動轉(zhuǎn)動，展膜輥軸與膜保持垂直，能隨地形變化而自動仿形。地膜選用寬度350mm，厚度0.008 mm的農(nóng)用薄膜。

覆土組件主要由圓盤、軸承座、圓盤架和調(diào)節(jié)裝置等組成，圓盤直徑280 mm，上下可調(diào)，能實現(xiàn)甘蔗的淺層覆土，培土，具體如圖5所示。

圖5 蓋膜和覆土裝置

7 整機三維效果

2CZD-2型單芽段蔗種種植機可一次完成開溝、排種、施肥、蓋膜和覆土等作業(yè)工序，大大縮短了工時，提高了種植效率，整機三維效果見圖6。

8 樣機制做與田間試驗

依據(jù)本設(shè)計制成樣機，掛接于雷沃歐豹904輪式拖拉機在雷州市龍門鎮(zhèn)甘蔗生產(chǎn)基地進行測試，甘蔗品種為(臺糖)ROC22，物理性狀長度5～6 cm見圖7。

圖6 整機效果

測試結(jié)果顯示，樣機性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，可靠性高，栽種合格率≥92%，漏栽率≤7%，生產(chǎn)效率≥100芽/(行·min)，各項檢測指標均達到或超過設(shè)計技術(shù)指標?？蓱糜趯嶋H生產(chǎn)中。

圖7 樣機及田間試驗