马铃薯播种机的设计与改进

　　马铃薯又名土豆，作为人类的食物，一种高蛋白，高淀粉的农作物，在世界很多地方种植广泛。尤其在我国最近几年，土豆的种植得到进一步的提升。根据世界农作物调查局的报告，我国的马铃薯种植占世界总产量的30%左右。因为马铃薯既可以作为粮食蔬菜，同时又是加工其他产品的原材料，市场的需求很大。为了解决这一问题，就要从问题的主要方面考虑。其中提高机械化水平是首要任务。虽说我国的马铃薯种植面积广阔，但是只有少数地区进行了机械化或者半机械化。这大大减少了马铃薯的单产量，既然我们种了就应该做出质量，做出特色。传统马铃薯的种植很大程度的依赖人力。从开沟，施肥，播种，覆土，压平，喷农药，覆膜这一整个过程都需要逐个的完成，不能实现多功能作业。这种方式工作强度大，生产效率低，对于大规模的生产不不太适用，并且不能保证播种的质量。我国幅员辽阔，拥有多种地形。所以要设计出能设计多地形特征的马铃薯播种机是必然的选择，也是未来马铃薯播种机的发展方向。虽然我们在这方面的技术还不如欧美等发达国家，但是我们国家在努力缩小这一差距。

　　同时，马铃薯的种植方式不合理也是其产量不高的重要原因。第一，马铃薯母种的质量不高，没有经过杀菌，消毒，以及提前培植发芽的过程，导致出芽率不高。第二，马铃薯的品种不够全，不能做到因地适宜，我国对这一工作的研究还没有做到位。第三，传统的种植主要是人力，由于几个工序连续进行，对土壤压实比较严重。再就是由于不能做到科学种田，农药化肥的使用不合格都是制约马铃薯单产量的因素。

　　1.2.1国外马铃薯播种机的发展现状

　　20世纪四五十年代以后，许多的发达国家工业化水平开始崛起，农业从原来的传统生产转变成为机械化生产。并且提升的速度呈直线上升。现在正朝着大型化、智能化、以及多功能化方向发展。

　　在一些工业化比较发达的国家性，由于自己的创新，进步和优化，其马铃薯播种机的发展已达到比较成熟的状态，有很多优秀的地方值得我国马铃薯播种机发展来借鉴和参考。现在其性能更加稳定可靠。集合了机电一体化，自动控制等技术，使用方便，安全舒适。下图为国外的一些马铃薯播种机。

　　1.2.2我国马铃薯播种机的发展现状

　　近几年，马铃薯在我国的种植面积在大规模的扩增，根据现状，我国的研究人员自主研究制造新型的马铃薯播种机，此类播种机能适应市场，适应农户。虽说与欧美等发达国家还存在差距。但是经过自己的努力这一差距在不断缩小。

　　我国的马铃薯种植模式制约了马铃薯播种机的发展，在我国土地使用主要是按人口分配的家庭责任制，主要使用的是小型的马铃薯播种机，主要配套手扶拖拉机和小功率的四轮拖拉机作为动力。总体的生产效率挺高，但是占用了不少的劳动力。下图为我马铃薯播种机的样式：

　　（1）马铃薯播种机结构的整体设计设计

　　（2）马铃薯播种机传动装置的设计与计算

　　（3）马铃薯播种机开沟器的设计与计算

　　（4）马铃薯播种机施肥、排种装置的设计

　　（5）施肥，排种链轮的设计与计算

　　（6）马铃薯播种机行走轮，镇压轮、覆膜机构、的选型与设计

　　1.4播种机主要技术参数

　　（1）外形尺寸（长×宽×高）：1500mm×1300mm×1000mm

　　（2）配套动力：14kw

　　（3）生产效率：10acre/h

　　（4）工作幅宽：1100mm

　　（5）播种方式；平播

　　（6）播种深度：70－160mm

　　（7）作业行数：2行

　　（8）作业行距：400mm

　　（9）地轮直径：600mm

　　（10）作业速度：6km/h

　　（11）传动形式：链传动

　　（12）土壤工作部件：铲式开沟器

　　（13）排种器：外槽轮式

　　（14）覆土器形式：拖环式

　　（15）镇压轮：复合圆锥式

　　（16）种箱容积：68L

　　2.1.1设计原则

　　本次设计的马铃薯播种机预设计为在开沟，施肥，播种，覆土为一体的基础上，有所改进和优化，克服一些缺点，增加了喷洒农药，覆膜以及膜上覆土的机构，就可以做到工序的连贯和多样化。并且能做到行距宽度调整，适应地形特点较强，工作能稳定可靠，排种排肥做到不重播漏播，覆膜要压实，翻起来的土要将薄膜掩盖完好，保证良好的保温性和透光性。

　　2.1.2基本结构

　　本次设计的马铃薯播种机由机架、开沟装置、输种输肥结构、覆土装置器、施肥箱、排种箱、药箱、排种器、链轮、行走轮、镇压轮、，在机架的前端动力输入部分用悬挂装置与拖拉机后输出轴连接；种箱和肥箱焊接成型后安装在机架的上方，用螺栓螺母进行连接。肥箱在前，种箱在后，对应的下面连接排肥和排种装置。其中施肥和播种的动力主要来源于，行走轮（地轮），其上面有链轮，分别连接了排肥轮和排种轮。机架的后梁用来连接镇压轮；药箱应安放在镇压轮的后面部位，固定在机架上；挂膜辊应焊接在机架的靠下部位安排在喷洒农药工序之后；压膜轮的位置应靠近挂膜辊，应保证其位置可调节；覆土铲应放在机架的最后，对薄膜覆土之后就完成了整个的种植过程。基本机构如下图所示：

　　1、药筒2、肥箱3、种箱4、覆土犁5、压膜轮6、压膜辊7、行走轮8、链条9、播种开沟器10、刮平器11、链条12、起垄单向犁

　　2.1.3工作原理

　　拖拉机通过悬挂装置与马铃薯播种机相连接，带动播种机进行工作。机器整体工作的动力输入来源由行走轮随拖拉机的行走而传递动力来提供。拖拉机的行走带动行走轮的整体转动，在行走轮连接轴的两侧安装传动链。两侧的链轮分别连接到排肥和排种装置上。在设计时要保证行走轮直径不宜太小。这样可以预防在行走的过程中出现塌陷，打滑等现象。

　　马铃薯播种机工作时，拖拉机输出动力近而传递给行走轮，镇压轮上的主动轴将动力传递给中间轴，行走轮随拖拉机的前进而整周转动，通过链条链轮将动力传给排肥、排种装置，排出的化肥和种子经输肥管与输种管进入开沟器，排放到开好的地沟中.防止化肥将母种烧坏，化肥应位于种子下方5-8cm处，覆土器进一步覆盖种沟，镇压轮的圆锥滚筒随即以均匀适当的压力压密种床，保证开起的垄平整，光滑，在播种机的机架上在镇压工序后安装药箱，药箱与塑料软管相连，通过喷头喷洒农药，这一过程可以通过一个移动电源提供能源，最后是覆膜过程，在机架上安装挂膜辊，成卷的薄膜挂在辊上，固定住，拖拉机提供动力可实现薄膜的拉长，利用压膜轮将薄膜铺压在地，最后再用覆膜铲将薄膜覆盖，完成了一整个的播种过程。

　　马铃薯播种机整体传动要连续，稳定，可靠。每一步的工序彼此不会造成干扰。根据整体的结构特点以及拖拉机的相对位置来确定传动路线，保证马铃薯播种机在工作过程中能满足开沟、施肥、播种、覆土、镇压、喷洒农药，膜上覆土等工序的连续进行。

　　查阅资料和文献可得，将整体传动路线分为两条。第一条，行走轮伴随拖拉机的前进而整周转动，通过链传动将动力传递给中间轴；第二条，中间轴将动力分为两条路径，一边传递给排肥转动轴，一边传递给排种传动轴，进而驱动排肥链轮和排种链轮的转动。

　　由以上计算可知行走轮的速度V为6km/h，经过换算出来为V=1.67m/s。行走轮的直径d为600mm，可以通过公式3—1计算得到行走轮轴的转速n1

　　（3—1）

　　式中：v—行走轮的行驶速度

　　d—行走轮的直径

　　经计算得

　　根据设计要求和结构特点，马铃薯播种机中间轴的转速与行走轮轴的转速要保证大小相等，所以两轴之间的传动比为1，根据以上计算可得中间轴的转速为53r/min。排肥，排种的主动轮都安装在中间轴上。所以排肥主动轮的转速.

　　3.3.1行走轮的设计要求

　　（1）根据现有马铃薯播种机的结构和类型，对行走轮进行选型。考虑到受力分析和使用情况应具有较大的强度，刚度等机械性能。

　　（2）在转动过程中尽量不要有较大的打滑现象，一般不要超过5%，以提高播种的均匀性。

　　（3）对于不同的地表形态具有较强的适应能力。避免在地表不平或者泥泞的条件下不走动，出现行走轮被架空不转动，造成化肥和种子的重播和漏播。

　　3.3.2行走轮的结构

　　通常情况下，行走轮直径越大，其转动越容易，从而打滑的几率就越小。因此直径越大播种越均匀。但是直径过大会增加机器的体积，使用不会那么灵便。折中考虑本次设计为了使行走轮的大小与机具空间的协调性，行走轮的具体参数如下：

　　（1）行走轮直径D=600mm(外圈直径)，宽度B=50mm。

　　（2）行走轮中心轴径：根据查阅参考资料和文献，由于没有其他载荷的作用。选定中心轴径d=32mm。

　　(3）地轮宽度b=50mm

　　(4）轮辐参数：钢筋直径12mm；长度为238.17mm.

　　为增加地轮的附着力同时降低成本，地轮采用50mm宽的矩形钢板焊接而成，，轮辐采用直径12mm的钢筋焊接而成。

　　（5）经过设计计算后画出其二维图，其结构如图（3—1）所示。

　　3.3.3行走轮的安装

　　为了保证60cm到90cm的垄宽，行走轮间距应能够在地轮轴上的调节范围为60cm～90cm。即每侧行走轮在轴上的轴向移动距离应保证达到15cm。

　　3.3.4行走轮转速的计算

　　地轮的转速公式（3-1）

　　式中：N——地轮轴、行走轮转速

　　D——地轮轴直径

　　V——机器行进速度

　　3.3.5行走轮轴承的设计与计算

　　1）查《机械基础综合课程设计》[15]表13—1选择使用深沟球轴承，这类轴承能承受较大的转速，其结构简单，方便制造和安装，并且拆卸维修很方便，价格比较合理，优先选择这类轴承深）查《机械设计》表13—3和其使用的环境和条件得轴承预期计算寿命12000h—20000h.预期机器整体重量大约为M=400kg，则轴承所受径向力为200kg，即Fr=G=1960N。轴承几乎不受轴向力，由经验取轴向载荷Fa=600N。

　　（1）求比值

　　公式（3—2）

　　查《机械设计》表13—5深沟球轴承0.22<e<0.44，故此时

　　（2）初步计算当量动载荷P，由《机械设计》得

　　公式（3—3）

　　查《机械设计》表13—6，=1.0～1.2，取1.2.

　　查《机械设计》表13—5，X=1，Y=0.

　　则公式（3—4）

　　（3）根据《机械设计》知，球轴承应有的基本额定动载荷值

　　公式（3—5）

　　（4）查《机械设计基础课程设计指导书》第158页附表10.2得选择6305轴承。其基本参数：大径D=62mm，d=25mm,宽度B=17mm，安装尺寸定位轴肩=32mm。

　　3.3.6地轮轴的选型与计算

　　根据设计要求，在地轮轴上安装链轮，行走轮。行走轮跟随拖拉机产生的转动由地轮轴经链轮传递给排肥器、排种器。行走轮行走所传递的动力是整个机构的动力输入起点。同时，机架上焊接轴承座，行走轮通过轴承与机架相连，承担机架和地轮的压力，并承受相应的转矩。行走轮的设计也要考虑到零件的可调整性和安装方便性。首先保证行走轮在地轮轴上80cm到120cm的移动范围。随后再考虑轴承在轴上的安装定位问题和链轮的安装定位问题。具体设计内容如下：

　　2）轴上零件的装配方案为：排肥链轮、轴承座、轴承、轴承座盖、排种链轮、地轮依次从轴的左侧装入。排肥、排肥链轮、行走轮通过螺母紧固；轴承由轴承座紧固定位，轴承座由轴承座盖封闭密封。

　　3）根据轴承尺寸参数，以及查阅资料取Ⅰ处轴径为24mm，长度为125omm。Ⅰ和Ⅱ处为非定位轴肩，查阅资料取2mm。Ⅱ处为轴承安装处，此处与轴承的配合为基孔制，查《互换性与技术测量》4轴公差带为j6；查《互换性与技术测量》得Ⅱ处表面粗糙度Ra为1.25～2.5；Ⅱ处长度为150mm，Ⅲ处直径为=32mm。具体参数见附录。

　　肥箱总成包括肥箱、排肥装置、固定零件。

　　5.1.1肥箱容积

　　根据《农业机械设计手册》可知，肥箱的容积根据播种的快慢，播种的行程，播种的行数，以及肥料的密度而定。在工作时，不能将肥箱的肥料全部用完，这会影响施肥的效果，每一次加肥料之前至少要保证肥箱肥料不少于总体的15%

　　查《农业机械设计手册》，肥箱尺寸由下式确定

　　式中L—装满一箱种子或肥料所能形式的最远距离，应大于或等于地块一个来回的距离，此处取400m

　　B——工作幅宽（m）：0.9m

　　—单位面积最大播种量或施肥量（kg∕hm2）此处为1500 kg∕hm2

　　—肥料的密度（kgL），此处取1.5kgL

　　,带入数据得V=39.6L

　　5.1.2排肥装置

　　查《农业机械设计手册》得，此处选用外槽轮式排肥器。无需设计选用即可，外形尺寸100110mm120mm。排肥量可以调整。

　　5.1.3肥箱尺寸

　　由设计综合优化种箱外形大体为400300mm350mm

　　肥箱底部设计成倾斜的形状，这样在施肥的过程中容易漏肥，不会有堵塞。

　　5.1.4排肥量的计算

　　外槽轮排肥器的排肥量可以通过公式4—1计算。

　　（4—1）

　　式中：d—外槽轮的直径，d取45mm

　　L—外槽轮的有效长度，L取126mm

　　r—肥料的密度，施用的化肥为磷酸二铵，其密度为789g/L。

　　a0—槽内肥料充满系数，一般取0.7

　　fg—单个凹槽的截面积，通过实验计算选取fg=66.76mm2

　　t—槽轮凹槽节距。通过计算得到t=dπ/z=20.2mm

　　λ—带动层特性系数。取0.5

　　经计算得Q≈5.5kg/acre，这里取6kg/acre

　　种箱总成包括排种器、种箱及安装紧固零部件。

　　5.2.1种箱容积

　　土豆种是块状结构，根据实际情况和农艺要求其平均直径大约为4cm，则单个种子体积为

　　一个往返行程所需种子

　　N==2000个

　　总体积为V=200034=68L

　　5.2.2种箱外形尺寸

　　种箱的尺寸要根据具体的实际情况而定，在设计的过程中要满足播种机的性能要求，同时也要考虑安装和维修的方便和可靠。

　　考虑到满载种子时种箱载重比较大，在其下方要设计支撑架并用M20螺栓紧固。种箱前端与机架用M20螺栓紧固。

　　开沟器的作用是在马铃薯播种机工作时，在拖拉机的带动下可以开出一定宽度的肥沟、种沟。在施肥开球器工作时，开出肥沟后，肥料由排肥装置输送到肥沟里，并翻起土壤将肥料掩盖。排种开沟器，开出一定的沟时，由排种装置将母种依次排列在开出的种沟里，随后覆土掩埋。要求开除的沟平直，深浅连续且一致，并且有自动覆土的功能，并且要求结构简单，便于安装和维修。

　　施肥开沟器：采用锄铲式开沟器，它结构简单，造价低。可自己制造，用三块钢板焊接而成，开沟效果较好。

　　根据农艺要求施肥深度为8cm～16cm，开沟宽度为5cm，施肥开沟器用三块钢板焊接而成。如图6-1

　　钢板的厚度为3mm，参考其他播种机选择其它参数。开沟器上方用4mm方钢管焊接，方钢具体尺寸有安装条件决定。

　　由《新编农业机械学》可知，船式开沟器是播种开沟器的主要使用类型，这种结构的前沿部分呈楔形，楔角大，开出的种沟宽度平整度都符合要求，常用于播种马铃薯。

　　播种开沟器为船式开沟器，其开沟宽度应为马铃薯种块的平均直径的2倍取8mm。其尺寸为20×1510。同施肥开沟器安装与同一个安装架上。

　　马铃薯播种机的前进速度会受排种链轮机构的限制，链速过快种子将会甩出种勺，且链轮常处于张紧状态，影响其使用寿命。但是链轮的速度也不能太低，影响生产效率。

　　根据马铃薯种植要求，对于单垄的马铃薯株距要求在20-25cm,所以综合考虑将株距规定在22cm,所以种勺的间距为22cm则

　　本设计论文阐述了马铃薯播种的发展历程，明确提出了现实需要解决的问题，着重分析了播种机的排种器，排肥器，链轮，开沟器的的设计思路以及机器的整体设计方案。

　　（1）本次设计的马铃薯播种机能集起垄、施肥、播种、喷药、覆膜、膜上覆土等工艺于一体。整体机构简单，使用可靠，安装方便，便于维护，易于上手。大大减轻了种植的劳动强度，提高了种植的质量。

　　（2）相比传统的马铃薯播种机，加上了喷洒农药装置以及覆膜装置。更进一步的解决了种植的劳动强度问题，能进一步提高种植的成活率，减轻了种植的后续工作。

　　（3）开沟器的设计通过查阅和分析其他机型，在原有开沟器的基础上创新了铲式开沟器，可以做到播种和施肥的单独进行。

　　（4）加上了覆膜机构以及膜上覆土机构，大大解放了劳动力，同时还提高了马铃薯的种植质量，太高发芽率和产量。

　　（1）准备毕业设计要趁早，并且要充分的搜集自己所需要的资料，进行整理。因为疑惑和问题大部分都是在设计的过程中出现，要留下解决问题的时间。

　　（2）因为初次进行毕业设计，在这方面的经验还是不足的，时间的安排以及理论知识的综合运用没有达到很好的效果。所以感觉在做起来有点吃力。

　　（3）由于没有实物，对机器的设计只能从图片和其他的一下设计中去寻找需要的资料，所以有的数据还需自己去评估，缺少精确性。

　　（4）在设计的过程中要理论联系实际，不能凭空去想，尽量去参照实际的机型。

　　经过几个月的努力，我的毕业设计终于有了结果，也证明我在泰山学院四年的大学生活即将结束。对于这次的毕业设计和论文完成有很大的收获，从一点一滴的积累过程中领悟到自己的专业学的出色真的不容易，更佩服自己的老师们，专业知识点的综合运用体现了自己大学四年的学习毕成果。设计论文的从选题开题到完成是一个持久战，具有挑战性和乐趣。我选择的题目在农机学方面是一个比较热门的话题，在老师的指导下有了突破有了结果。在这里感谢我的指导老师庄宿涛教授。在他的指导下。论文才有了一点一滴的进步。