手提式玉米播种机的设计研究

2010第5期总第198期

现代制造技术与装备

1引言

当前，我国农业正由传统农业向现代农业转变，农业

机械化水平是衡量农业现代化水平的重要标志。播种机

械是农业机械重要组成部分，发展高质量的播种机械是

现代农业的迫切要求。我国北方由于地形限制，当地农民

急需一种结构简单、使用方便、工作可靠的小型手持式播

种机。

本课题重新设计并优化了播种机的排种机构以及鸭

嘴的启闭控制机构，解决市场上现有播种机存在的卡籽、

漏籽、夹土等问题。播种量可调，每穴播玉米１粒～３粒。

使用ＵＧ软件完成结构设计，利用ＡＤＡＭＳ仿真软件对排

种机构和鸭嘴机构进行运动学仿真。

2手提式播种机结构设计

２．１手提式播种机排种方案设计

如图１工作原理为：当拉杆１沿图中方向运动时，带动传动销２运动，传动销２带动驱动棘爪３运动，驱动棘爪３通过与排种轮４端面的棘齿啮合从而带动排种轮４转动，进而将玉米种子５排掉。在排种轮４的另一端面也设计成具有同方向的棘轮机构，当排种轮４反向运动时定位棘爪６与棘轮啮合牢牢地进行周向定位，阻止了排种轮４的反向运动。在排种轮４沿轴向运动结束，驱动杆１复位的时候，弹簧由于受到轴向力的作用迫使排种轮４往反方轴向移动，这时排种轮４端面的棘齿与复位后的棘爪啮合接着进行下一次的工作。

２．２手提式播种机施种方案

主要工作过程：当拉杆１沿图２中方向运动时，通过凸轮机构使联接杆５运动，带动联杆６运动，联杆６带动联杆７运动，联接杆７控制动鸭嘴１０张开，种子落入穴坑里，实现播种。拉杆１继续运动，凸轮机构运动到左端陡峭端时动鸭嘴不再受张开力的作用，因此鸭嘴本身附带的弹簧９迫使动鸭嘴闭合。此时驱动杆１运动到复位位置进行下一次的播种工作。

整个施种过程中弹簧４起到复位作用，杆３起到控制杆５运动轨迹的作用。

２．３手提式播种机籽数的控制

如图３所示：将插板放置在图中所示的实线位置，玉米种子从种箱中落下进入隔板左边Ａ区域的一个型孔中，实现单籽拨种；若将插板放置在图中虚线位置，落下的种子会进入隔板右边Ｂ区域的两个型孔中，实现双籽拨种；如要实现三籽拨种，不使用插板即可。

２．４拨籽机构的工作原理

如图４所示，播种机工作时，玉米种子从种箱落入排

手提式玉米播种机的设计研究

李海连罗春阳张学占

（北华大学机械工程学院，吉林132021）

摘要：手提式玉米播种机是一种小型、轻便、操作简单、排种准确、适应性很强的播种机。本文就手提式小型播种机进行了详细的设计研究，利用先进的设计方法完成实验样机的参数化设计，并通过试验研究以及有限元分析、运动学仿真对其结构进行了进一步优化。

关键词：播种机有限元分析运动学仿真

1.拉杆；

2.传动销；

3.驱动棘爪；

4.排种轮；

5.玉米种子；

6.定位棘爪

图1双棘轮机构简图1.驱动杆；2.轴承；3、5、6、7.联接杆；4、9.弹簧；8.定鸭嘴；10.动鸭嘴

图2手提式播种机施种机构简图

1.插板；

2.隔板；

3.肥腿；

4.排种轮

图3籽数控制装置示意图

1.棘轮；

2.排种轮；

3.刮种片

图4拨籽机构的工作原理示

意图

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种轮２型孔中，棘轮１中的拨籽棘轮顺时针转动，带动排种轮２顺时针转动，刮种片３可以把型孔附近多余的种子挡住，型孔内的种子被拨入鸭嘴中，从而实现单粒排种。

3播种机鸭嘴控制与排种机构仿真分析

３．１凸轮连杆仿真结果

分析曲线可以看出，在２．４ｓ左右鸭嘴闭合，闭合曲线不是非常陡峭，鸭嘴闭合时间在一定范围内，可以避免夹土现象的发生。

３．２排种机构预设条件仿真结果

拉杆行程与排种轮的转角变化曲线，如图６所示，由于制动爪与排种轮径向齿间存在间隙，因此圈内反转角度不能完全消除，现在能达到正常使用要求。

通过机构运动仿真进行干涉检查，结果显示机构无干涉，观察动作节拍正确，达到设计要求。

4易损部件的有限元分析

４．１拉杆的有限元分析

（１）几何模型的准备

（２）设置载荷类型和固定约束

（３）检查和解算有限元模型

（４）分析结果

由图７可以看出，最大应力出现在拉杆受到冲右图的拐角位置出现了最大应力变化，而左图中的拐角处由于事先加入了Ｒ３的圆角，应力明显变小，而且应力过渡平缓。

从分析数据可知，最大应力值为３．６９９ＭＰａ，而ＡＢＳ的许用应力如表１所示，本产品设计主要面对小型农户，按每年使用５６小时，可以看出在１０００小时的范围内，具有足够的安全空间。

5结论

本文针对现今播种机的主要问题，对己有的穴播器进一步优化、改进、功能整合，从而得出以下结论：（１）从适应性角度考虑，解决了控制排籽个数的问题。

（２）利用ＡＤＡＭＳ软件对凸轮连杆机构进行了动态仿真，可以清晰的看出凸轮机构的合理性。

（３）利用ＵＧ软件中的有限元分析功能，分析拉杆零件能否承受该零件所受到的最大应力。

参考文献

［１］浅谈中国农业机械化的现状与发展趋势［Ｊ］，农业机械，２００５（４）：６０～６１．

［２］王知行，邓宗全，机械原理［Ｍ］，北京：高等教育出版社，２００６．５：７８～７９．

［３］侯宝存，虚拟样机设计仿真环境中多领域工具的集成的研究［Ｊ］，系统仿真学报，２００４（２）：２３４～２４１．

Hand-held Corn Sower Design Research

ＬＩＨａｉｌｉａｎ，ＬＵＯＣｈｕｎｙａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｅｚｈａｎ

（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｌｌｅｇｅｏｆＢｅｉｈｕａｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０２１）

Abstract：Ｐｏｒｔａｂｌｅｃｏｒｎｓｏｗｅｒｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｍａｌｌ，ｌｉｇｈｔ，ｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｅｄ，ａｃｃｕｒａｔｅａｎｄａｄａｐｔａｂｌｅｓｏｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｓｍａｌｌｈａｎｄ－ｈｅｌｄｓｅｅｄｅｒｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｉｇｎｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｕｓｅｏｆａｄｖａｎｃｅｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｐｉｌｏｔｓｔｕｄｉｅｓａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．

Key words:ｓｅｅｄｅｒ，ＦＥＡ，ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

图5张角时间曲线

图6转角变化曲线

图7拉杆受力变形应力图

表1不同使用寿命ABS管的许用应力值

使用寿命（h）许用应力（MPa ）

1000 6.11

5000 3.80

8000（约11个月） 3.78

43800（约5年） 3.78

设计与研究

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