毕业设计（论文）-垄作大蒜种植机的设计

设计说明书垄作大蒜种植机的设计学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2019年 6 月中 文 摘 要摘 要在我国，大蒜种植面积广，生产量和出口量大，但是由于大蒜特殊的不规则外形，机械种植难度大，在大部分地区，大蒜种植仍然依靠人力，效率低且人工费成本高，因此迫切需要大蒜种植机来代替人工，提高种植效率，降低劳动强度。目前虽有一些大蒜种植机，但是关于大蒜的直立种植依旧是个关键性问题。本文在分析现有的各类大蒜种植机的基础上，设计了一种用于垄作地区种植的大蒜种植机，使其在满足大蒜垄作种植的要求下，同时实现大蒜定向以及蒜瓣鳞芽朝上垂直入土，种植模式为单垄双行交错种植。采用气吸式排种，保证单粒取种以及降低蒜瓣损伤率。直立种植部分通过接种斗和鸭嘴栽植器完成大蒜定向，根据平行四杆原理保证大蒜鳞芽朝上栽入土壤，解决大蒜直立种植问题。动力传动系统采用地轮、链轮、链条和中间传动轴的传动方式。前期通过对参考资料的分析以及对国内外研究现状的掌握，进行方案的比较与选择，完成了对种植机的整体设计，主要进行气吸式排种器的设计、立植装置的设计以及整体机架的设计等内容。使该大蒜种植机可以在大蒜垄作地区，按照农艺要求完成大蒜垄作机械化种植。关键词：大蒜；种植机；垄作；气吸式；直立种植 全套图纸加扣 3346389411或3012250582IVAbstractAbstractGarlic is an important cash crop in China, and its planting area, production and export rank first in the world. However, because of the special irregular shape of garlic, garlic planters in China are mainly planted artificially at present. The efficiency of artificial planting is low, the labor intensity is high and the labor cost is high. Therefore, garlic planters are urgently needed to replace artificially, improve the planting efficiency and reduce the labor intensity. Degree. At present, although there are some garlic planters, the vertical planting of garlic is still a key issue.Based on the analysis of the existing garlic planters, a garlic planter based on ridge cultivation was designed to meet the agronomic requirements of ridge cultivation of garlic. At the same time, garlic orientation and garlic buds vertical into the soil were realized. The planting mode was single ridge, double row and staggered planting. Air-suction seeding is adopted to ensure single seed selection and reduce the damage rate of garlic clove. The vertical planting part accomplishes garlic orientation by inoculating bucket and duckbill planter. According to the principle of parallel four bars, garlic buds are planted upward into the soil to solve the problem of garlic vertical planting. The power transmission system adopts the transmission mode of the ground wheel, sprocket, chain and intermediate transmission shaft. The friction relationship between the ground wheel and the ground and the factors affecting the slip rate are analyzed, which provides a theoretical basis for the normal transmission of the whole machine.Previously, through the analysis of reference materials and the mastery of the research status at home and abroad, the demonstration comparison and selection of the scheme were carried out, and the overall design of the planter was completed, including the design of the air-suction metering device, the design of the vertical planting device and the design of the overall frame. The garlic planter can complete mechanized garlic ridge planting according to the agronomic requirements in the garlic ridge planting area.Key words: garlic; planter; ridge cultivation; air suction; vertical planting目 录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1 课题研究的目的与意义11.2 国内外发展状况11.3 本文主要研究内容21.4 创新点3第二章 种植方法设计42.1大蒜种植方法设计42.2垄作大蒜种植机的主要技术参数5第三章 总体设计63.1排种器的选择63.2定向装置和栽植装置的确定83.3 整机结构和工作原理9第四章 气吸式排种器的设计104.1排种器的设计104.2风机配置方案124.2.1动力来源124.2.2风机参数计算和型号选择12第五章 定向与栽植装置的设计155.1 定向方案设计155.2机械结构方案确定155.2.1 机构选择155.2.2 鸭嘴栽植器打开方式确定165.3 立植装置设计175.3.1鸭嘴栽植器的设计175.3.2 主动盘和从动盘的设计175.3.3固定打开凸轮的设计185.4 立植装置及其工作原理19第六章 镇压轮的设计20第七章 传动系统的设计217.1 链传动的运动分析217.2传动系统的计算22第八章 校 核26总 结30参考文献31致 谢32第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题研究的目的与意义大蒜，在生活中非常常见。我国是世界最大种蒜国，生产量居世界首位，其种植面积，总产量，出口量均居世界首位，种植面积占世界1/2以上1。但是为了保证大蒜种植的时候鳞芽朝上，目前大部分还是人工种植，机械化水平比较低，大蒜种植费时费力，劳动强度大，所以实现大蒜种植机械化是必然之势。其中垄作种植更是繁琐。在一些地区，当地农民通过起垄种植大蒜来增加产量，垄作大蒜种植机可以实现大蒜种植机械化，替代人工，高效率的完成大蒜种植。大蒜是劳动密集型栽培作物，栽培和收获工序最为辛苦，再由近几年农村劳动力流失，加上大面积的大蒜种植，大蒜播种机是刚需，实现大蒜播种机械化，对大蒜种植生产具有重要的意义。机械化种植能够大大提高大蒜种植效率，减轻劳动力负担，降低作业成本。另外，采用垄作大蒜错位宽窄行种植方法和传统的种植方式相比，大蒜的质量没有下降，有些指标高于传统种植模式2,3。 1.2国内外发展状况大蒜机械化种植最关键的技术就是解决大蒜蒜瓣的单粒排种以及如何控制大蒜鳞芽朝上栽植进入土壤，这是大蒜种植能否实现机械化的关键。欧美国家地广人稀，农业种植多采用规模化和机械化的模式进行生产，其大蒜播种和收获自动化程度高，播种机能一次性完成整地、做畦、下种、覆土等工作，基本实现了单粒排种，但是没有解决种植定向问题。亚洲地区面积广大，但是能沟用来种植的土地很少，主要使用中小型的大蒜播种机械。在亚洲地区，印度。韩国和日本对大蒜种植机的研究进程处于世界领先水平，比如韩国的压穴式同步大蒜播种机( 如图1 所示)，日本洋马公司研制的依靠人工投种的PH4R型大蒜种植机。从大体上来看，不同国家的大蒜种植机所应用的关键技术不尽相同，而且多采用开沟种植的的方式，但是相同的是都对大蒜蒜种直立率不做过多的要求。对于垄作大蒜播种机研究极少。图 1-1 压穴式同步大蒜播种机和洋马推出PH4R 型大蒜种植机我国大蒜种农艺要求与国外种植不一样，在我国大蒜种植强调直立种植，以保证大蒜植株生长状况一致。自2008年以来，我国对大蒜机械化种植进行了大量的研究，并且已经取得了丰硕的研究成果。与“大蒜播种机”有关的发明专利有13项，实用性新型专利32项，(2012年15项、2011年8项、2010年5项、2009年5项、2008年8项)。主要机型有金磊发明的一种大蒜播种机，取种装置采用链勺式单粒取种，具有鳞芽扶正装置和同步直立下栽装置，能够较好地保证大蒜直立种植，但是在单粒取种效果上不尽人意。李华峰发明水力浮种大蒜播种机(专号:ZL2008200218285)，依靠水的浮力，利用大蒜的重心，实现对大蒜鳞芽方向的控制，这种定向效果比较理想，但所采用的取种装置和直立下载装置工作效果不理想。在不同的种植地区，大蒜可垄作，可畦作，主要有平畦，高垄和高畦三种方式。大蒜垄作地温高，出苗快，鳞茎膨大受土壤阻力小，故蒜头稍大。目前国内对大蒜垄作播种机的的研究比较少。1.3本文主要研究内容(1)分析目前已有的大蒜播种机存在的问题，提出本大蒜播种机整机结构方案。现有大蒜播种机在定向立植方面存在缺陷，因此需要把大蒜的排种工作和直立种植作为重点。(2)对气吸式大蒜排种器结构、工作参数和性能进行研究改进，设计一个适合大蒜垄作种植的排种器。(3)对大蒜立植装置结构、工作参数和性能进行研究改进，设计一个适合大蒜垄作种植的栽植器。1.4 创新点该大蒜种植机种植方法采用交错种植，该种植方式相较于普通种植方式，行距更加紧凑，并且作物产量有不同程度的提高。设计了一种双行气吸式排种器，该排种器能够实现单排种器双行排种，具有结构简单、工作稳定、能够显著提高大蒜播种的效率。设计了一种大蒜立植装置，该立植装置运用平行四杆原理，能够使鸭嘴始终保持直立入土，减小土壤阻力，实现大蒜直立种植 。33第二章 种植方法设计第二章 种植方法设计垄作大蒜种植机可以实现在起好的垄面上，进行大蒜种植，要求单粒种植，并且保证大蒜鳞芽向上，镇压轮进行镇压完成种植。2.1大蒜种植方法设计现有的种植方式大致有三种：等行距种植，大小行平行种植和双行交错种植，由于交错种植有效的增加了植株种植密度，合理利用植株间空隙，提高了光合作用，更有利于通风，有人做过实验，不论是大蒜，还是玉米等其他作物，产量均获得不同程度的提高。大师绝大多数的双行交错。都是基于平作种植，垄作极少，一种新颖且高效的种植方式，应该结合不同的种植模式得到推广和发展。因为垄作的需要，以两行一垄为一种植单元，种植方式和大小行种植类似，同时为了保证产量的前提下，缩小行距，采用交错种植，即该垄作大蒜种植机的种植方式为双行垄作交错种植（如图）。图2-1 交错种植示意图具体方式为：大蒜起垄种植，每垄两行种植，行距80mm，相邻种植单元之间的宽行距为230mm，窄行之间的大蒜种植点连线组成等腰三角形，宽行之间的大蒜种植点连线组成等腰三角形。交错种植有效的增加了植株种植密度，合理利用植株间空隙，提高了光合作用，更有利于通风，有人做过实验，不论是大蒜，还是玉米等其他作物，产量均获得不同程度的提高3,5。 具体农艺要求：采用垄作双行交错种植，植株株距a=120mm，行距b=80mm，播种深度3040mm。垄面宽160mm，植株距垄边40mm，垄高140mm，沟底宽80mm. 图2-2 垄2.2垄作大蒜种植机的主要技术参数 外形尺寸：1462mm1770mm1335mm 挂接方式：三点悬挂 配套动力：25马力拖拉机 工作幅宽：1070mm 播种深度：30mm40mm 行 距：80mm 行 数：8行（四垄） 作业效率：66000株/小时第三章 总体设计第三章 总体设计排种器和立植装置是实现大蒜单粒直立种植的关键部分，在设计的方案选择上主要是排种器的类型的选择与设计以及立植装置的选择与设计。本设计通过对比现有的排种器类型，并且结合垄作的特殊性来设计可以实现垄作预期目标的大蒜排种器，立植装置也是根据垄作的特点，选择更佳的方案，最终设计出适合垄作土地条件，生产效率高的垄作大蒜种植机。下表列举了几种我国的大蒜种植机，这些机都是为适应我国大蒜种植而设计的表3-1 国内大蒜机械参数表专利名称发明人播种行数排种器栽种方式播种稳定性蒜种方向控制2ZDS-大蒜播种器中国农业科学研究院5转勺式排种器锄产式开沟一般有大蒜播种器杨过立3带有种穴的传送带锄产式开沟一般无大蒜播种器韩效孟1水平圆盘式排种器锄产式开沟不稳定无大蒜播种器王连增6转筒式排种器插穴一般人工控制大蒜播种器褚洪柱6窝眼轮式锄产式开沟一般无大蒜播种器孙怀宝2带有种穴的传送带锄产式开沟一般无WZ-4型大蒜种植机山东五征集团有限公司4转桶式排种器插穴一般有3.1排种器的选择大蒜排种器的工作要求实现单粒排种，目前常用的大蒜排种器有勺链式排种器，气吸式排种器，转盘式排种器等. 图3-1 勺链式排种和转筒式排种勺链式排种器：目前多内市面上有的大蒜种植机多数采用勺链式排种器，这种排种器结构简单，其原理是将取种勺固定在链条上，通过链轮转动带动链条运动实现取种，进而继续运动到定向装置或者直接进行排种。因为打算是摆取种勺拖起来的，本身就是一个不稳定的状态，加上田间环境的复杂和大蒜形状的不规则性，实际区中效果并不是太理想，会出现去不到种和多取种的情况。崔荣江，荐世春等人对取种勺进行了改进一方面将勺体边缘倒圆角，减小勺体宽度，避免两个蒜瓣并排竖立进入;另一方面，把取种勺上盖板改成拱形，限制蒜瓣并排进入,另外将取种勺上盖板由平拱形改成带有锥度的拱形，保证定量孔空间大于蒜瓣6，取种效果得到改善。图3-2 勺链式排种器优化前和优化后转筒式排种器：山东五征集团有限公司发明的大蒜播种机，采用转筒式排种器，但是排种过程容易出现打算的损坏，不利于后期种子萌芽生长。 气吸式排种器：气吸式排种器是通过气压差来实现吸取种子，排种器内部的气室与风机连接，风机为负压风机，风机工作时，将气室的气体抽出，气室气压小于外界气压，外部气体通过排种盘上的吸气孔进入气室，在吸气孔处形成负压，依靠此压力差吸附种子，在转定过程中，压力差恒定，种子不易掉落，且吸气孔小于种子直径，不会出现多取种的现象。相较于其他机械类的排种器，优势明显 ：（1）能够精确地实现单粒排种，减少种子浪费，降低作物生产成本；（2）因为田间作业环境比较恶劣，采用气吸式排种器相对机械式排种器在工作过程中种子基本处在一个相对稳定的环境中，在一定程度上减少了种子的振动，能够明显提高播种的精密度，同时较少了种子破损率；（3）采用气吸式排种器能够明显减少漏播和重播现象的发生。（4）气吸式播种对种子的形状要求比较低，对种子形状具有较强的适应性，适合大蒜这种形状不规则的种子。但是，气吸式排种器就够比较复杂，成本相对比较高。方案确定：鉴于是在小垄上种植，垄面相对比较窄，为了确保种植良率，最后决定采用气吸式排种器，由于种植机空间有限，采用单个排种器两行双侧排种的方式。3.2定向装置和栽植装置的确定在大蒜种植过程中，保证大蒜鳞芽朝上是最关键的问题，最开始的时候是有（1）人工进行定向，来辅助大蒜种植机保证大蒜鳞芽朝上，这种方法不仅效率低，而且依旧依靠人工，不符合机械化种植的趋势；（2）利用大蒜的重心，通过大蒜在水中的漂浮状态确定鳞芽方向，如典型的水力浮种大蒜种植机，但是利用水进行定向，增加了大蒜的湿度，容易引发病虫害（3）基于图像识别确定大蒜鳞芽方案，配合扶正装置，确保大蒜鳞芽朝向一致；（4）利用锥斗进行分级调节，根据不同层级的锥斗角度一步步实现对大蒜进行定向图3-3 分级调节和旋转漏斗式定向示意图（5）旋转漏斗式定向，通过接种漏斗与立植鸭嘴结合进行定向，紧接着完成栽种。韩国的HADA播种机就是采用的这种定向方法。方案选择:基于图像识别的技术目前还不成熟，分级调节占用的空间比较大，旋转漏斗式定向可以和栽植装置进行配合，实现定向和栽植，符合设计预期，故选择旋转漏斗式定向。栽植装置选择平行四杆原理。3.3 整机结构和工作原理通过对不同方案的比较，最终确定了总体结构方案：种植方式采用双行垄作交错种植，种植机采用拖拉机牵引提供前进动力，动力输出轴为风机转动提供动力，采用气吸式排种器，每垄共用一个排种器，双侧排种，每垄为一个种植单元；选用旋转漏斗式定向方法，栽植装置采用平行四杆原理，鸭嘴单侧朝前打开；镇压轮采用W型镇压轮，单个镇压轮可同时完成两行的镇压工作。大蒜播种机设计为八行四垄播种方式，主要由机架、风机、地轮、排种器，栽植装置、W型镇压轮及传动系统组成等主要部件组成。1. 镇压轮 2.地轮 3.机架 4.气吸式排种器 5.种箱 6.风机7.悬挂架 8.中间传动轴 9.鸭嘴栽植器 10.转动盘从动盘 11.固定打开凸轮图3-4 整机结构图工作原理：大蒜播种机通过三点悬挂挂接在拖拉机上，播种机在拖拉机的牵引下进行工作。机器前进时，风机由拖拉机直接动力输出，为气吸式排种器提供负压，完成吸种作业；地轮在拖拉机的拉动下并通过链轮、链条驱动气吸式排种器转动，同时带动栽植装置转动，排种器排出的种子靠自身重力落到锥斗中，经锥斗张合落入鸭嘴中，同时完成定向，经栽植装置转动，鸭嘴插入土壤，再由鸭嘴张开，蒜种播种到土壤中，W型镇压轮将孔周围土壤掩盖蒜种，完成播种工作。第四章 气吸式排种器的设计第四章 气吸式排种器的设计气吸式排种器主要由气室，排种盘，排种器壳体，排种转轴等组成。4.1排种器的设计表4-1 蒜种数据统计表级别数据长度Ls宽度BS高度Hs56g均值32.517.320.9范围29.536.528.033.218.423.045g均值30.816.219.4范围28.033.213.620.817.121.234g均值29.114.717.6范围26.929.111.717.515.720.736g总均值20.816.119.3总范围26.936.511.733.215.723.0根据大蒜的长度LS（mm）、宽度BS(mm)、高度HS(mm)和质量MS(mm)，结合不同品种的大蒜个头差异，选取吸气孔为8mm。两吸气孔之间的距离要大于大蒜长度，为了避免播种干涉以及个别大蒜蒜种有出牙情况，留出2025mm的余量，吸气孔距离应大于56.5mm。排种盘有立式和卧式，卧式排种器可以共用一个排种盘实现双行排种，但是经过计算，排种盘直径远大于行距，故采用两片立式排种盘，分布在排种器气室两侧，每个排种盘上均布12个吸气孔，孔距62.12mm,两侧吸气孔错开15（实现交错种植） 图4-1 排种盘排种盘外径为295mm，吸气孔中心围成直径为240mm的圆，轴孔为25mm，通过四个内六角螺钉进行固定。图4-2 两侧排种盘吸气孔布局图（左）（右）排种器主要有风机接口、排种盘、气室、排种器壳体、小种箱等组成。风机接口位于排种器尾部，工作时通过软管与风机相连；排种盘竖直安装于气室两侧；小种箱安装于排种器前端，与排种器壳体相连，小种箱内设有挡板，防止大蒜种子积压影响排种器正常工作。垄作大蒜种植机的排种器如图所示： 1.排种口 2.风机接口 3.排种转轴 4.吸气孔 5.小种箱6.气室 7.种子挡板 8大蒜蒜种图4-4气吸式排种器结构图排种器工作原理：气吸式排种器是利用气吸原理进行排种工作的，气室位于中间位置，两侧为排种盘，排种盘上均布吸气孔为气体通道用于吸附大蒜种子，实现取种工作。工作时，在压力差的作用下，吸种盘吸取种子，随着排种器主轴进行转动，当转动到排种区时，大蒜蒜种呗排种器壳体上的小挡板刮下，落入漏斗种，排种盘继续旋转，再次进入小种箱，在压力差的作用下继续进行吸种排种工作，依次循环。 4.2风机配置方案4.2.1动力来源风机作为气吸式排种器的配套工作部件，是不可或缺的一部分，排种器要实现预期的工作目标，需要风机提供稳得风压，这就要求驱动风机的动力能够稳定持续输出。从农业机械设计手册上查到采用离心式风机8，风机一般可由电机驱动，应用于农业种植机上并不合适，拖拉机的动力输出轴在拖拉机工作时能够有稳定的动力输出，因为是和整个播种装置作为一个工作单位，能够实现在工作时保证动力输出，停止工作时也不会空转造成不必要的浪费，相较于电机，也不需要单独配套再一组电力来源。动力选取拖拉机动力输出轴，通过带轮带动风机工作。4.2.2风机参数计算和型号选择（1）真空度计算吸室真空度的大小直接影响排种器吸取种子的准确性，影响播种的质量，真空度过小，不利于吸取种子，真空度过大，由于大蒜种子硬度比较软，吸种盘又为金属材质，会对大蒜种子造成损伤，所以真空度不宜过大不宜过小，需要一个合适的范围。下图分析一粒大蒜的受力情况：图4-5 大蒜受力情况式中：N吸气孔对种子的约束反力；P0一个吸气孔的吸力；Q种子所受G、Ff、J的合力；G一粒大蒜中种子的重量 ；J种子所受离心力；Ff空气即种子间摩擦阻力在最大极限条件下，吸室临界真空度最大值计算公式为Hcmax=8CGK2K1d2（1+V2gr+）式中：Hcmax吸室临界真空度最大值，kg/cm2;d排种盘上吸气孔直径，cm；C种子重心与排种盘间的距离，cm；g重力加速度，9.8m/s2；v排种盘上吸气孔中心处线速度，m/s;r排种盘上吸气孔处的转动半径，m；种子的摩擦阻力综合系数，=（610）tan。为大蒜种子的自然休止角，大蒜的自然休止角为38.68。K1吸种可靠性系数；K2工作可靠性系数；大蒜种子d=0.8cm，C=0.8cm，G=50N，g=9.8m/s2，V=0.2304m/s，r=0.12m，=4.8K1取2，K2取2代入公式Hcmax=8220.8510-39.80.82（ 1+0.230429.80.12+4.8）经计算，得Hcmax=3.65kpa为了使种子能够稳定的吸附在排种盘上，气室内的实际真空度必须大于临界真空度最大值Hcmax。基于以上计算结果，将种子的一些不稳定因素考虑在内（震动撞击等），确定大蒜的的真空度为57kpa，选取气吸式精量播种机专用节能风机，型号为FL-7.5，具体参数如下型号FL-7.5工作噪声(dB)92风机轴功率(Kw)7.5风机进口压力(kpa)6适用播种行数（行）1418风机转速（r/min）32003500风机驱动轴尺寸（mm）38-8键注：目前没有大蒜种植专用的风机，考虑到大蒜蒜种的体积较大，故其他作物1418行专用风机应用到大蒜种植8行播种。（2）传动计算根据风机型号，拖拉机转速为n1=10001150r/min,风机转速为n2=32003500 r/min传动比i=n1n2算得i=3.133,8第五章 定向与栽植装置的设计第五章 定向与栽植装置的设计5.1 定向方案设计在总体方案设计中已经确定选用旋转漏斗式定向，具体工作原理如下：蒜种落入锥斗后有两种状态，一种是芽尖朝上，一种是芽尖朝下。排种器转动到排种区，蒜种掉落近锥斗中，（1）芽尖朝上落入锥斗中，由于蒜种外形尺寸的特点，根部不露出锥斗，栽植器旋转过程中不与蒜种接触，当栽植器转动到锥斗下方，两者相互接触，打开锥斗，蒜种保持芽尖朝上状态下落进入栽植器（2）蒜种芽尖朝下落入锥斗，大蒜剪短有一部分露出漏斗，当栽植器转动到锥斗下方，两者相互接触，打开锥斗，栽植器在旋转过程中与芽尖接触，给芽尖一支点，并在蒜种下落过程中使蒜种产生翻转，大蒜鳞芽朝上状态落入栽植器中完成定向。图5-1大蒜定向过程示意图5.2机械结构方案确定大蒜经过排种、定向以后，需要保证能够直立栽植到土壤当中，这就决定大蒜种植机不能像小麦玉米播种机那样，经排种器排种直接落到土壤中，而是需要特定的栽植器将定向完成的大蒜蒜种栽植到土壤中，大蒜栽植器普遍使用鸭嘴形状的栽植器，当携带大蒜蒜种的鸭嘴栽植器插入土壤以后，鸭嘴打开，大蒜落入土壤中，鸭嘴离开土壤，完成大蒜蒜种种植。在大蒜栽植入土过程中，要解决两个问题（1）因为鸭嘴在工作过程中是盛放着大蒜的，所以鸭嘴在转动过程中要始终朝向一个方向，即要求鸭嘴开口始终朝上.（2）鸭嘴怎么打开。5.2.1 机构选择要保证鸭嘴栽植器始终开口朝上，就要确保鸭嘴载体的结构，有两种原理可以实现（1）行星轮机构（2）平行四杆机构（偏心轮）（1）行星轮式种植机构行星轮式种植机构是通过行星轮系实现鸭嘴开口一直朝上（如图），鸭嘴栽植器固定在支撑轴上，固定齿轮固定在机架上，不转动，驱动轮和惰轮固定在圆盘上，工作时转动，在工作过程中，由于行星轮系的作用，鸭嘴栽植器朝向始终不变，始终保持开口向上。图5-2 行星轮式种植机构（2）平行四杆机构（偏心轮）平行四杆机构在农业机械上应用很广泛，最常见的就是小麦收割机上的拨禾轮，采用偏心轮机构，保证弹齿在拨禾轮转动过程中保持方向不变，还有一些其他一些秧苗移栽机械，都是运用平行四杆这个原理。图5-3平行四杆机构偏心轮机构由驱动盘和从动盘构成，鸭嘴通过轴连接于两杆连接处，在转动过程中鸭嘴的方向始终保持不变10。方案选择：两种机构都能实现鸭嘴开口朝上，在整体设计时，考虑到每两垄为一个种植单元，一共四个种植单元，并且采用双行交错种植，使用行星轮机构，在鸭嘴接种时，一行鸭嘴的支撑轴会位于另一行鸭嘴上方，影响接种， 或者圆盘的直径需要做到很大才能消除干涉。因此不适合选用行星轮机构，最终选用平行四杆机构，每行一个偏心轮机构，带动一组鸭嘴栽植器工作，鸭嘴通过悬臂与圆盘连接。5.2.2 鸭嘴栽植器打开方式确定鸭嘴栽植器入土后，需要打开，卸下蒜种，离开土壤，才算完成工作，鸭嘴一般设计成两部分，鸭嘴版和鸭舌板，前后打开，打开方式有单侧打开和两侧打开，双侧打开鸭嘴进入土壤中，鸭嘴同时向前和向后打开，打开速度较快，形成的种穴基本关于大蒜蒜种对称，但是大蒜落地后前后没有支撑，有二次倾斜的几率，不能更好地保证立植，为此把鸭嘴设计成单侧朝前打开，这样在鸭嘴栽植器入土打开时，蒜种在惯性作用下倾斜后可被鸭嘴扶正，这样更有利于大蒜的直立种植，提高大蒜蒜种的立植种植率。5.3 立植装置设计5.3.1鸭嘴栽植器的设计大蒜鸭嘴立植装置如图所示，主要由鸭嘴板、鸭舌板、栽植器架，转轴，扭转弹簧，拨杆等组成。拨杆上有滚动轴承，在鸭嘴栽植器打开时，与固定凸轮接触做纯滚动运动。1.栽植器架 2.拨杆 3.鸭嘴活动侧 4.鸭嘴固定侧图5-4 鸭嘴栽植器（a.打开状态 b.闭合状态）鸭嘴栽植器的角度要合适，角度过小，大蒜在栽植器里的位置靠上，当鸭嘴打开时，大蒜掉落时间长，不利于直立种植；鸭嘴栽植器角度过大，打断经定向后落入栽植器中会发生前后倾，同样不利于立植，栽植器角度可在30左右选择。5.3.2 主动盘和从动盘的设计主动盘的位置相对于从动盘位置比较靠下，离地面比较靠近，所以在设计时要考虑避免与低面接触，否则会增加载荷，甚至无法正常工作，造成设备损坏；除此之外，在鸭嘴栽植器相互不发生干涉的情况下，尽量减少主动盘的尺寸，降低整体重量， 图5-5 鸭嘴干涉临界状态从动盘和主动盘结构如图所示，主动盘位于从动盘下方，两者通过连杆链接，主体为正六边形，每两个相邻连杆、主动盘上相邻两点和主动盘上相邻两点，构成平行四杆机构。鸭嘴栽植器安装在连杆与主动盘链接位置上，鸭嘴栽植器之间，鸭嘴尖底部有可能会和栽植架左右端的发生干涉，因此临界条件为鸭嘴栽植器底部正好与栽植架左右端接触，考虑到在安装时的误差以及工作时要留有一些余量，最终决定鸭嘴栽植器的工作圆周为290mm，正六边形的边长为160mm，主动盘和从动盘偏移33mm。5.3.3固定打开凸轮的设计鸭嘴栽植器运动到底部时，需要通过固定凸轮打开，固定凸轮分为打开部分和保持打开部分。打开部分为随着鸭嘴栽植器的转动，固定凸轮压迫拨杆向下运动，为了两者不发上干涉且能顺利打开，拨杆轴承与凸轮接触部分应为下图红色部分。图5-6固定凸轮及接触位置固定打开凸轮位于栽植器底部，主要分为两部分，第一部分为打开部分，鸭嘴栽植器运动到该部分的时候，由于受到圆弧的挤压，拨杆受压向下运动，打开凸轮；第二部分为保持打开部分，拨杆在此部分上运动时一直保持打开状态，目的是防止鸭嘴提前关闭损坏大蒜蒜种。在一个栽植单元中，两组鸭嘴栽植器的拨杆位于中间位置，两者共用一个固定打开凸轮，固定打开凸轮安装在凸轮架上，凸轮架安装在机架上。5.4 立植装置及其工作原理立植装置主要由从动盘、主动盘、锥斗、栽植器、连杆、固定开启凸轮等组成。 立植装置结构图： 1.从动盘 2.连杆 3.从动盘旋转中心 4.主动盘旋转中心5.主动盘 6.鸭嘴栽植器 7.固定打开凸轮图5-7 立植装置结构图立植装置的工作原理：鸭嘴栽植器转动到锥斗下方，两者接触打开锥斗，大蒜蒜种落入鸭嘴栽植器中，鸭嘴栽植器继续转动，直至入土，安装在底部的固定凸轮压迫拨杆向下运动，鸭嘴打开，大蒜落入土壤中，栽植器继续转动，鸭嘴在固定凸轮的作用下继续保持打开状态，直至鸭嘴栽植器离开土壤，拨杆不再与固定凸轮接触，鸭嘴栽植器闭合，依次循环。第六章 镇压轮的设计第六章 镇压轮的设计在大蒜蒜瓣种植到土壤中后，大蒜需要被土壤覆盖，大蒜才能萌发，由于本大蒜种植机在栽植过程中没有进行开沟，而是通过鸭嘴栽植的方法插入到土壤中，所以无法直接进行覆土，所以只能靠镇压土壤将大蒜进行掩埋。在农作物种植过程中，镇压轮是一个重要部件，镇压轮性能的好坏，直接影响到作物的出苗情况，镇压轮的作用是将土壤进步压溃，使土壤充分包裹大蒜种子，起到覆土的功能。因为垄上两行的行距比较小，因此采用两行共用一个镇压轮的镇压方法，镇压轮形状为w型，分别从种穴的两侧向内镇压土壤。图6-1 镇压轮第七章 传动系统的设计第七章 传动系统的设计7.1 链传动的运动分析传动系统是关乎到整个种植机能否正常工作的关键，是种植机中非常关键的部分，占有重要的地位，传动系统性能的高低决定着整机的性能，合理的传动能够提高整机的工作效率和工作质量。农业机械的工作环境普遍比较恶劣，再加上种植机的传动距离因素，所以采用链传动作为种植机的传动系统，相较于齿轮传动，他的安装精度要求比较低，链传动可以实现较远的传动距离，与传送带相比，链传动不会出现打滑现象和弹性滑动，减小结构损失，能够在恶劣环境中工作。垄作大蒜种植机由拖拉机牵引前进进行工作，由地轮转动提供整机工作动力，考虑到栽植装置需要的驱动力更大，排种器需要的驱动力很小，一开始确定的传动路线图如下。图7-1 初次设计传动路线图垄作大蒜种植有两个地轮，分别为种植机提供1/2机械的动力，两垄的栽植器安装在同一根轴上。具体传动路线为：拖拉机牵引机器前进，两侧地轮分别转动，通过链轮传动将动力传输给栽植器所在的传动轴，然后栽植器所在传动轴通过链传动将动力传动排种器。但是在装配时发现栽植器所在传动轴上空间已经不足够安装传动链轮，故更改传动路线，增加一根传动中间轴，这样结可以解决空间不足问题。图7-2 最终确定传动路线图更改后的传动路线为：拖拉机牵引机器前进，两侧地轮分别转动，通过链轮传动将动力传输给中间传动轴，中间传动轴通过链传动将动力分别传输给栽植器所在的传动轴和排种器 。1.地轮轴 2排种器轴 3.中间传动轴 4.栽植器轴图7-3 传动线路图7.2传动系统的计算鸭嘴栽植器要实现大蒜蒜种的直立种植，理论上需要鸭嘴栽植器在入土后打开时的水平方向的速度为零，鸭嘴栽植器做圆周运动的时候同时水平向前运动，为一天摆线运动，如下图所示，时，鸭嘴圆周速度小于机器前进速度，会出现向前推土的状况，不利于大蒜直立种植，当1时，才能满足零速投种。图7-4 栽植器轨迹特征参数（1）传动比计算地轮的角速度=2v1D1式中：v1机器前进速度，m/s；D1地轮直径，m；地轮的直径D1=0.9m，种植机前进速度v1=0.278 m/s，代入公式1=20.2780.9经计算，得1=0.618rad/s主动盘转动一周可以栽植6颗大蒜蒜种，种植机前进距离s1=6a1000=0.72m用时t1=s1v1代入数据得t1=2.59s在相同的时间t2= t1中，主动盘旋转一周2=2t2代入数据，得2=2.43rad/s大蒜立植装置的主动盘由地轮间接带动，他们之间的传动比为i21,在不考虑打滑的情况下，则i21=n2n1=21n1地轮转速，r/min；n2主动盘转速，r/min；代入数据得i21=3.93从地轮到栽植装置，通过二级传动，则取i21=i23i31中间传动轴的角速度取3=1.215rad/s排种器上有12个吸气孔，是对应鸭嘴数量的2倍故4=122=1.215 rad/s中间轴与排种器的传动比i34=34得i34=1（1） 链轮的选择a. 地轮-中间轴根据计算得n1=11.6r/min ,n2=5.9r/min小链轮齿数选择z1=13,根据传动比i=1.97,大链轮齿数为z2=25名义传动功率P=0.7kw传动功率P0KAPKpKpKA工作情况系数Kp链排数KZ小链轮齿数系数工作情况系数取KA=1.2，链排数Kp=1，小链轮齿数系数取KZ=0.664带入数据得P01.26根据P00.9，n1=11.6r/min,由滚子传动额定功率曲线（A系列）查出选用20A滚子链，p=31.75mm。b. 中间轴-栽植器轴 根据计算得n1=23.2r/min ,n2=11,6r/min小链轮齿数选择z1=13,根据传动比i=2,大链轮齿数为z2=26名义传动功率P=0.485kw传动功率P0KAPKpKpKA工作情况系数Kp链排数KZ小链轮齿数系数工作情况系数取KA=1.2，链排数Kp=1，小链轮齿数系数取KZ=0.664带入数据得P00.88根据P00.88，n1=11.6r/min,由滚子传动额定功率曲线（A系列）查出选用16A滚子链，p=25.4mm。c.中间轴排种器根据计算得n1=11.6r/min ,n2=11.6r/min小链轮齿数选择z1=11,根据传动比i=1,大链轮齿数为z2=11名义传动功率P=0.1kw传动功率P0KAPKpKpKA工作情况系数Kp链排数KZ小链轮齿数系数工作情况系数取KA=1.2，链排数Kp=1，小链轮齿数系数取KZ=0.554带入数据得P00.32根据P00.65，n1=11.6r/min,由滚子传动额定功率曲线（A系列）查出选用12A滚子链，p=19.05mm。第八章 校 核第八章 校 核（1）中间轴-栽植器链 链速v=z1n1p60000式中：v链速，m/s；z1小链轮齿数；n1小链轮转速，r/min;p链节距，mm；代入第七章计算数据v=1323.225.460000经计算，得v=0.13m/s有效圆周力Ft=1000Pv代入数据Ft=10000.4850.13经计算，得Ft=3730.7N滚子链静强度计算n=Qf1Ft+Fc+Ffnpn静强度安全系数；Q链条极限拉伸载荷（抗拉载荷），Nf1-工况系数；Ft-有效圆周力，N；Fc离心力引起的拉力，N，Fc=qv2；q链条质量，kg/m;v-链条速度, m/s;Ff悬垂拉力，N，在FfFf二者中取最大值Ff=Kfqa100Ff=（Kf+sin）qa100Kf悬垂拉力的系数（传动倾斜角小于40，取Kf=4）；a传动中心距，mm；两轮中心连线对水平面倾角；np许用安全系数，np=48。代入数据a=201mm, Kf=4, =37.38，q=2.6，经计算得Ff =20.904N, Ff=24.04N即Ff=24.04N根据机械手册，查得Q=55.6KN,f1取2.1，Fc：因为vnp,故滚子链安全。（2）地轮中间轴链速v=z1n1p60000代入第七章计算数据v=1311.631.7560000经计算，得v=0.08m/s有效圆周力Ft=1000Pv代入数据Ft=10000.50.08经计算，得Ft=6250N滚子链静强度计算n=Qf1Ft+Fc+Ffnp代入数据a=205mm, Kf=4, =8.51，q=3.9，经计算得Ff =31.98N, Ff=33.16N即Ff=33.16N根据机械手册，查得Q=86.7KN,f1取2.1，Fc：因为vnp,故滚子链安全。总 结总 结通过对过内外大蒜种植机发展现状的调查和研究，并结合我国大蒜种植的农艺要求，设计了垄作大蒜种植机，进行了创新设计，为普及大蒜种植机械化和垄作大蒜机械化贡献了自己的一份力量。我设计的垄作大蒜种植机主要由以下几个创新点：1.采用双行交错种植的种植方式，在一定程度上提高了产量。2.借鉴了其他播种机的气吸式排种器，应用到大蒜种植机上，采用了两侧排种方式，同时实现一个排种器两行排种作业。3.本毕业设计运用的立植装置运用平行四杆原理，能够使鸭嘴始终保持直立入土，减小土壤阻力，实现大蒜直立种植。但本设计是基于理论设计出来的，仍然存在一些问题，例如在一些结构上还不够紧凑简化，各零部件的不知没有达到最佳。通过本次毕业设计，综合运用了大学四年学习的专业知识，同时让我对大蒜种植有了更加深刻的了解，对专业的认识进一步加深。参 考 文 献参考文献1李瑞川,孙雪,宋传涛,等.WZ4型大蒜种植机械的概述及研究J.农业装备与车辆工程,2013(5):15-22.2崔荣江,张华,徐文艺,等。我国大蒜机械化生产现状及发展思路探讨J.农机化研究,2015(3):264-268.3王小瑜,崔荣江,付乾坤,崔中凯,大蒜错位宽窄行种植方法试验研究J.农业装备,车辆工程,2015(8)：5-8.4魏玉珍,邹栋林,刘勇兰,喜冠南,大蒜种植机中直立筛选装置的研制J.江苏农业科学,2017:219-221.5王伟,刘泽洲,高莉敏,不同行株距配置对大蒜产量和主要农艺性状的影响J.山东农业科学,2018:63-66.6崔荣江,荐世春,杨继鲁,勺链式大蒜取种器的优化设计与试验J.农机化研究。2017(2):99-107.7秦婷婷,王存鹏,吕宝君,多层矫正式大蒜播种机矫正机构性能分析J.农机化研究,2019(5).8中国农业机械化科学院研究院编.农业机械设计手册M.北京：中国农业科学技术出版社,2007.9成大先.机械设计手册(第五版).北京：化学工业出版社,2007.(书)10崔志超,宋井玲,徐陶,等.体重大蒜种植机的研制J.农机化研究,2017(5):131-135.11 苏微,赖庆辉,罗奎,等.气吸式大豆高速精密排种器的设计与试验J.大豆科学,2014(8):598-294.12陈爽.气吸式播种机的发展现状与功能特点J.农机使用与维修,2018(8):100.13李芮,衣淑娟,赵斌,等.2BJM12型气吸式免耕精密播种机设计J.农机化研究,2017(12):63-67.14苏君伟,王慧新,颜景波,等.花生垄上双行单粒交错种植模式研究J.农业科技通讯,2013(5):88-89.15胡良龙,胡志超,吴峰,等.国内大蒜种植及其生产机械J.江苏农业科学,2010(6):576-578.16布玉贵,张宝学,王力捷,等.2BT2小型垄作播种机的研制J.哲里木畜牧学院学报,1996(6):35-37.致 谢致 谢在这次毕业设计的过程中，我的指导老师宋井玲老师在每个阶段、各个环节都给予了我悉心的指导，老师严谨的态度和深厚的专业知识都给予了我很大的帮助。每一次汇报进程，宋老师总是细心地给我指出不足和需要改进的地方，细心的讲解不同方案的优缺点。除此之外，还要感谢宋老师团队的学长学姐，在我的毕业设计过程中给我提出了一些好的建议和需要改进的地方。四年时间接近尾声，在此感谢山东理工大学曾经帮助过我的老师及同学，刚进入校园时的关心与引导，四年来同学们的帮助，舍友的陪伴与关怀，老师的教导与指引，还有父母一直以来的支持，正是他们的鼓励与帮助，使我收获颇多，积累了大量的知识，圆满的完成学业，再次深深的表示由衷的感谢。