气吹式肉苁蓉播种机的设计

到红柳根上，再将挖出的土回填。由于人工作业效率 1． 2 工作原理
低，播 种 成 本 高，而 且 挖 沟 后 播 种 覆 土 前 红 柳 根 部 直
气吹式肉苁蓉播 种 机 与 拖 拉 机 悬 挂 ，传 动 轴 与 拖
接暴晒于太阳下，会使一部分根部死去，严重影响了 拉机动力输出轴相连，驱动后轿齿轮箱使偏置开沟圆
2015 年 5 月
农机化研究
第5 期
气吹式肉苁蓉播种机的设计
何 磊1 ，刘向新1 ，张 军2 ，姚国旗2 ，周亚立1
（ 1． 新疆农垦科学院 机械装备研究所，新疆 石河子 832000； 2． 新疆生产建设兵团 第八师 149 团修配厂， 新疆 石河子 832000）
摘 要： 针 对 人 工 接 种 肉 苁 蓉 劳 动 强 度 大 、效 率 低 、接 种 率 低 等 问 题 ，设 计 了 一 种 气 吹 式 肉 苁 蓉 播 种 机 。 该 机 可
mail） hl_sdjd@ sohu． com。 通讯作者： 刘向新（ 1978 － ） ，男，吉 林大 安 人，副 研 究 员，硕 士，（ E －
mail） nkynjslxx @ 163． com。
驶时带动地轮旋转 ，地 轮 可 随 机 架 实 现 整 机 的 地 面 仿 形，提高了机具的适应性与通过性； 地轮通过链传动 驱动窝眼式排种器排种，由于肉苁蓉种子非常轻 （ 千 粒质量只有 0． 09g，1g 种子约 1． 1 万粒） ［17］，依靠其自 重无法落入种沟 。 因 此 ，该 机 采 用 气 吹 式 将 种 子 吹 射 入沟 内，气 压 由 机 车 自 带 气 泵 提 供，通 过 进 气 管 储 存
田间试验表 明： 该 机 可 代 替 人 工 在 距 红 柳、梭 梭 根部 20cm 处，开出 60cm 深、25cm 宽的接种沟，并完
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成 3 层播种、覆土等作业； 作业速度为 3km / h、气压为 0． 4MPa 时，播种深度合格率 89． 6% ，播种均匀性变异 系数 20． 3% ，种子破损率 0，断条率 0，且播种量可根 据农艺要求调节。
气吹式肉苁 蓉 播 种 机 主 要 由 机 架、地 轮、开 沟 圆
草籽混拌法［4］，且都是以人工作业为主。肉苁蓉人工 盘、后桥、下 种 管、挡 片、储 气 瓶、出 气 管、覆 土 罩、种
接种时，依靠人工在距植物根茎 20 cm 至冠径边缘处， 箱、窝眼式排种器、链条、进气管、传动轴、中间链轮和
挖直径 20cm、深 50 ～ 80cm 的坑，将肉苁蓉种子撒播 张紧轮等组成，具体结构及组成如图 1 所示。
损 率 0 ，断 条 率 0 ，且 播 种 量 可 调 ，机 具 作 业 性 能 稳 定 ，满 足 荒 漠 区 肉 苁 蓉 种 植 的 农 艺 要 求 。
关键词： 肉苁蓉； 播种机； 气吹式
中图分类号： S223． 2 + 5 DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.033
2． 1 窝眼式排种器 窝眼式排种器由轴、窝眼、调节弧板、毛刷、圆 柱
体等组成，结构如图 3 所示。圆柱体上圆周分布直径 大小不一的 10 个窝眼，且窝眼间中心距离相等； 调节 弧 板 横 截 面 为 弧 形，其 内 圆 弧 面 与 圆 柱 体 表 面 相 切 ， 并可水平 滑 移，控 制 种 子 进 入 窝 眼 与 种 子 接 触 的 多 少，从而调节播种量； 毛刷主要起到清种的作用，清理 窝眼位置高于圆柱 表 面 多 余 的 种 子 ，并 可 减 少 排 种 器 转动过程中圆柱体 与 调 节 弧 板 对 种 子 的 机 械 破 损 ，从 而降低种子破损率。
找到干涉位置。其装配完成后点击工具栏中的 命令，点击计算，结果如图 6 所示。在 每 一 项 干 涉 点 击右键“放大所选范围”将立刻显示干涉的位置，对其 结构 参 数 进 行 修 改，直 到 检 查 结 果 显 示 无 干 涉，从 而 提高了播 种 机 设 计 的 准 确 性 和 效 率，缩 短 了 研 发 周 期，降低了生产成本。
1． 轴 2． 窝眼 3． 调节弧板 4． 毛刷 5． 圆柱体 图 3 窝眼式排种器结构示意图
2． 2 下种管 下种管主要由管体、圆孔、挡片 1、刀片、挡片 2、V
型翼铲等组成，结构如图 4 所示。下种管安装于开沟 圆盘之后，入土深度可达 60cm，距水平面 18、33cm 处 留有出种口，且设有 2 个挡片，可挡住随气流吹射出 的种子，落入种床，利用沙土的快速回流实现 3 层播 种 ，可大大提高肉 苁 蓉 种 子 的 接 种 率 。 刀 片 为 弧 形 焊 接于管体弯部，刃口为 45°，可减少下种管前行阻力， 切 断 杂 草，创 造 良 好 的 种 床 环 境，还 可 起 到 加 强 筋 的 作用，增加下种管强度。V 型翼铲包覆于管体底部，可 防止最下层的种子被沙土堵塞，其 V 型张角为 90° ～ 120°，入土角为 5°。
开沟系统 图 2 传动关系原理图
1． 3 主要技术参数 气吹式肉苁蓉播种机的主要技术参数如表 1 所
示。
表 1 气吹式肉苁蓉播种机的主要技术参数
参数
单位
数值
外形尺寸（ 长 × 宽 × 高）
m
3． 11 × 1． 8 × 1． 6
整机质量
kg
1 360
播种行数
行
1
配套动力
kW
≥88． 2
1． 机架 2． 地轮 3． 开沟圆盘 4． 后桥 5． 下种管 6． 挡片 7． 储气瓶 8． 出气管 9． 覆土罩 10． 种箱 11． 窝眼式排种器 12． 链条 13． 进气管 14． 传动轴 15． 中间链轮 16． 张紧轮
0 引言
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（ 2015） 05 － 0151 － 04
产业的可持续发展［5 － 10］。 目前 ，还未有较为 成 熟 的 肉 苁 蓉 播 种 机 具 在 实 际
随着国家退耕还林政策实施、“防沙治沙”项目工 生产中得到推广应用［11 － 15］。新疆农垦科学院、新疆生
肉苁蓉的接种率，且减少了产量，严重制约了肉苁蓉 盘高速旋转，在沙土中开出适宜深度的种沟； 机车行
收稿日期： 2014 － 05 － 06 基金项目： 新疆生产建设兵团 第 八 师 石 河 子 市 科 技 攻 关 计 划 项 目
（ 2013QY13） 作者简介： 何 磊（ 1985 － ） ，男，河南周口人，助理研究员，硕士，（ E －
口［1］，开始人工深入沙漠腹地补植红柳、梭梭，并在其 化、规模化种植为出发点，结合实际情况，共同研制出
根部接种肉苁蓉，从而实现荒漠生态效益、经济效益 气吹式肉苁蓉播种机。该机适合在红柳、梭梭根部一
和社会效益的“三赢”目标。
次完成开沟 、播种 、覆 土 等 作 业 ，代 替 人 工 对 肉 苁 蓉 种
4 田间试验
2013 年，新疆生产建设兵团第八师 149 团进行了 性能试验，如图 7 所示。试验条件： 试验地点 149 团林 业站苗圃地，试验区长 30m、宽 30m，栽植的红柳株行 距为 1m × 3m； 采 用 宽 窄 行 配 置，宽 行 为 3m、窄 行 为 1 m 。试验用地 较 为 平 坦 ，土 壤 类 型 为 沙 土 ，土 壤 坚 实 度 1 480kPa，环境温度 27℃ ，空气湿度 71% ，风速 2m / s，试验拖拉机为雷沃欧豹 TQ1854。试验时，先标定测 试拖拉机速度及气 压 ，依 次 按 标 定 速 度 和 气 压 进 行 试 验。
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于气瓶中，达到一定压力再由出气管流向种管； 最后， 覆 土 罩 挡 住 由 开 沟 圆 盘 离 心 甩 出 的 沙 土 ，覆 盖 种 沟， 完成播种作业。其中，下种管设有 2 个 挡 片，并 留 有 出种口，挡片可挡住随气流吹出的种子，实现 3 层播 种。
图 5 气吹式肉苁蓉播种机三维模型
3． 2 干涉检查 将播种机如此多 的 零 部 件 组 装 在 一 起 ，如 果 结 构
设计不合理或者尺 寸 有 偏 差 ，在 装 配 和 加 工 的 过 程 中 将会出现 干 涉 现 象，从 而 影 响 零 件 或 整 机 的 设 计 工 作。因此，在播种机装配完成后应进 行 干 涉 检 查，根 据结果对模型修改。如果用视觉观察零部件是否存 在干涉，是非常困难的事； 而 SolidWorks 就可以很容易
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el Tree） 了解零件的设计过程，灵活的对其进行修改。 SolidWorks 主要以草图的特征和特征的特征为基
础 ，对实体进行零 件 建 模 。 运 用 拉 伸 凸 台 、拉 伸 切 除 、 旋转凸 台、扫 描、放 样、圆 角、倒 角、抽 壳、阵 列 等 命 令 对零件实体进行基本特征的建立。模型建立好之后， 可对零部件进行装配、干涉检查、运 动 分 析 等。气 吹 式肉苁蓉播种机三维模型如图 5 所示。
参”之美誉。其主产于我国的内蒙古、新疆、甘肃和宁 夏 一 带 的 荒 漠、沙 漠 地 区，开 发 前 景 和 经 济 效 益 十 分
1 整机结构及工作原理
可观［2 － 3］。目前，肉 苁 蓉 培 植 方 式 有 4 种： 种 子 直 播 1． 1 整机结构
法，细 沙、木 炭 或 焦 炭 粉 拌 种 法，泥 浆 接 种 纸 法，以 及
程启动以及新疆发展林果业产业结构的调整，为了改 产建设兵团第八师 149 团修配厂针对肉苁蓉产业化发
善沙漠生态环境，获得生态农业的良好效益，新疆荒 展对机械播种技术及装备的需求，以提高肉苁蓉播种
漠地区以天然林保护为基础、人工生态林建设为突破 效率、降低 劳 动 强 度 及 生 产 成 本 及 实 现 肉 苁 蓉 机 械
图 1 气吹式肉苁蓉播种机结构示意图
作业速度
播种量
第 1 播层
播种深度
第 2 播层
第 3 播层
km / h kg / hm2
cm
2 ～4 0． 75 ～ 3（ 可调）
15 ～ 20 35 ～ 40 55 ～ 60
开沟宽度
cm
25
播种均匀性变异系数
%
≤45
种子破损率
%
≤0． 5
断条率
%
≤5
排种系统
2 主要工作部件设计
代 替 人 工 在 距 红 柳 、梭 梭 根 部 20 cm 处 ，开 出 60 cm 深 、25 cm 宽 的 接 种 沟 ，并 完 成 3 层 播 种 、覆 土 等 作 业 。 田 间 试
验 表 明 ： 作 业 速 度 为 3 km / h 、气 压 为 0 ． 4 MPa 时 ，播 种 深 度 合 格 率 89 ． 6 % ，播 种 均 匀 性 变 异 系 数 20 ． 3 % ，种 子 破
工作时 ，由固定在 地 轮 上 的 链 轮 通 过 链 条 传 动 带 动窝眼式排种器转 动 ，并 使 部 件 间 的 转 动 始 终 保 持 一 定的传动比 ，从而 完 成 排 种 作 业 。 拖 拉 机 输 出 轴 与 机 具的动力输入轴联 结 ，通 过 锥 齿 轮 传 动 改 变 输 出 转 速 和方向 ，驱动开沟 圆 盘 旋 转 完 成 开 沟 作 业 。 传 动 系 统 主要包括排种系统和开沟系统两部分，原理如图 2 所 示。
1． 管体 2． 圆孔 3． 挡片 1 4． 刀片 5． 挡片 2 6． V 型翼铲 图 4 下种管结构
3 三维设计［18］
3． 1 三维建模 零件设计是三维设计的基础，用 SolidWorks 软件
建立零件模型既 快 捷 又 准 确 。 该 软 件 功 能 强 大 、易 学 易用 、高效 ，是进行 机 械 设 计 、模 具 设 计 及 消 费 品 设 计 的有力工具。利用该软件建立模型时的设计方法主 要有两种： 自下而上和自上而下的设计方法。由于气 吹式肉苁蓉播种机 的 零 件 较 多 ，因 此 采 用 自 下 而 上 的 设计方法，并建立播种机零件库，可通过模型树（ Mod-
肉苁蓉又名苁蓉、大芸，为多年生寄生肉质草本， 植的 挖 沟、播 种、填 埋 作 业，实 现 了 肉 苁 蓉 机 械 化 接 生于荒漠沙丘，常寄生于梭梭、白梭梭、红柳、碱蓬等 种，便于规模化种植［16］，为肉苁蓉产业优质高效发展
植物的根 尖 部 位，富 有 极 高 的 药 用 价 值，有“沙 漠 人 提供了新型农机装。