2BM_5草原免耕播种机开沟器的设计

2BM25草原免耕播种机开沟器的设计王玉晶1,张　炜1,胡靖明1,陈　垣2(1.甘肃农业大学工学院,甘肃兰州　730070;2.甘肃农业大学农学院,甘肃兰州　730070) 摘要:主要论述了2BM25草原免耕播种机的构造及关键部件———开沟器的设计及其参数的计算与确定.产品的试用结果表明:该机基本满足了设计和农艺要求,性能稳定可靠,操作轻巧方便,具有很好的应用发展前景. 关键词:草原免耕播种机;开沟器;设计 中图分类号:S223.2 文献标识码:A 文章编号:100324315(2008)0520160203The design of2BM25no2tillage planter for grassWAN G Yu2jing1,ZHAN G Wei1,HU Jing2ming1,C H EN Yuan2(1.College of Engineering,G ansu Agricultwal University,Lanzhou　730070,China;2.College of Agronomy,Gansu Agricultural University,Lonzhou　730070,China) Abstract:In t his paper,we expo und t he design of const ruction and crucial component s of t he2BM25 no2tillage planter for grass,as well as t he calculation and determination of it s relevant parameters.Trial re2 sult s showed t hat t he p roduct met t he requirement s of t he design and agronomic basically,and t he perform2 ance was stable and reliable.The operation of t he mechine was easy and it had very good pro spect s in appli2 cation and develop ment. K ey w ords:no2tillage planter for grass;digger;design 改良草原、恢复植被、播种草地经济作物等均需在少破坏或不破坏原生植被的情况下进行.但是,要在草原特殊的条件下大面积播种药材,无论是采用传统的播种方式还是使用现代农田中常用的免耕播种机都会有不同程度的不适用性.于是,迫切需要研制一种性能可靠、既适用于农田免耕播种、又能满足草原特殊播种条件的免耕播种机.在此背景下,笔者研制了可适用于某些特殊环境(如部分沙化了的草原)的2CBM—5草原免耕播种机.作者简介:王玉晶,女,硕士研究生.通讯作者:张　炜,男,副教授.资助基金:甘肃农业大学草业学院草业科学国家级重点学科学术骨干科研项目暨草业生态系统教育部省部共建重点实验室资助(编号:CY.GG.2006.15).收稿日期:20082032271　总体结构1.1　总体结构 如图1所示,2BM—5草原免耕播种机由机架、排种装置、行走装置、开沟镇压装置和驱动装置等组成.排种装置由种箱、外槽轮式排种器、链传动、排种轴和排种管等组成.开沟镇压装置由圆盘式开沟器和V型镇压器等组成.工作时,播种机在拖拉机牵引下前进,行走装置支撑整机的重量,在拖拉机液压调控下,开沟器在草地上开出一定深度的种沟,滚动前进中的驱动轮将动力通过链传动驱动排种器将种子排出种箱,通过排种管排入开出的种沟内.随后由开沟器后面的V型轮式镇压器完成覆土镇压.1.2　主要性能参数 播种机与拖拉机的挂接形式为悬挂式;开沟器形式为双圆盘式;配套动力为11kW四轮拖拉机;行距为300mm;排种器形式为外槽轮式排种器;播种行数为5行;播量为5～90kg/hm2;播种深度为2008年10月第5期160～162甘　肃　农　业　大　学　学　报J OU RNAL OF GANSU A GRICUL TURAL UNIV ERSIT Y第43卷双月刊5～40mm ;外形尺寸为1025mm ×1400mm ×1240mm ;作业幅宽为1.5m ;整机质量为100～140kg ;生产率为1～2hm 2/h ;作业速度为8～20km/h.2　开沟器设计 考虑到草原上地表起伏较大,多石砾,土壤播种阻力大等实际因素,该机设计了入土能力较强的双圆盘式开沟器(图2,3).注:1.镇压轮装置;2.圆盘式开沟器;3.机架;4.传动链轮及传动链;5.地轮;6.排种器;7.悬挂架;8.种箱;9.排种管;10.调节弹簧.图1　免耕播种机总装图Fig.1　The map of the wholemachine图2　圆盘式开沟装置Fig.2　Diskdigger图3　圆盘式开沟器工作原理图Fig.3　Work principle of disk digger2.1　双圆盘开沟器的工作原理2.1.1　圆盘直径D 的确定　设计中通过研究圆盘的运动情况,确定其直径大小.开沟器工作时,圆盘上任意一点的绝对运动都是旋转的切向圆周运动和水平向前直线运动的合成.现以圆盘中心为原点建立平面直角坐标系(图4),其中X 轴正向与机组前进方向一致.以圆盘边缘上任意点A 为研究对象.t 时刻A 点运动到A 1,则A 点的运动方程为:图4　开沟器运动分析简图Fig.4　Analysis of digger 2movement x =R cos ωt +V m t (1) y =R sin ωt(2) R —圆盘的回转半径;ω—圆盘转动的角速度;V m —机组前进速度. 将以上方程对时间t 求导,得A 点在X 轴和Y 轴的分速度: V x =d x/d x =V m -R ωsin ωt (3) V y =d y/d t =R ωcos ωt (4) 则 V A =V 2x +V 2y =V 2m +R 2ω2-2V m R ωsin ωt(5) 其中,R ω=V p 是A 点的圆周速度,令λ=V p /V m =R ω/V m 则V x =d x/d t =V m -R ωsin ωt =V m (1-λsin ωt )(6) 由式(6)可以得出结论: 当λ<1,即V p <V m 时,开沟器运动到任何位置均有V x >0,即A 点的水平分速度始终与机组前进方向一致. 当λ>1,即V p >V m 时,开沟器运动到某一位置时就会有V x <0,即A 点的水平分速度与机组前进方向相反(实际中该种情况不存在).161第5期 王玉晶等:2BM —5草原免耕播种机开沟器的设计 当λ=1,V p=V m时,A点转到沟底时的水平分速度为0. 由此可见,当开沟器的直径D的取值满足λ< 1,即V p<V m的条件时最合理.又由已知的机组前进速度V m和经验最终将开沟器的直径D定为350 mm.2.2.2　开沟宽度b的确定　理论上开沟宽度b的计算公式为: b=B1B2=2mB2sin Φ2(7) mB2=D2(1-sinα)(8) 由此得: b=D(1-sinα)sin Φ2(9) 其中,D—圆盘直径;α—圆盘聚点与水平直径的夹角;Φ—2圆盘间的夹角. 即开沟宽度b取决于夹角Φ的大小和聚点m 的高度.一般情况下,开沟宽度b为1.5～4mm,在该机的设计中,考虑到草原播种药用植物的实际需要,将b取为4mm.2.2.3　聚点m的确定　由公式(8)可知,在圆盘直径D已知的情况下,聚点m的位置高低可用它与水平直径的夹角α表示,在理想情况下,α角应使m点的垂直高度H=D-h(其中D为圆盘直径;h为播种深度),恰好与地面齐平.实际中它主要取决于开沟宽度b,而开沟宽度b越大,要求聚点m的位置越高,α角越小;反之,则聚点m的位置越低,α角越大.但聚点m过低往往会使土壤从聚点上面进入圆盘之间,造成圆盘夹土和堵塞,同时加速轴承磨损.因此,m点的位置一般取在地面稍上方,α通常取为55°～75°之间,而此处要求的播深为5～40mm.综合考虑以上各因素,最终确定α=60°.2.2.4　圆盘夹角Φ的确定　双圆盘开沟器的2圆盘夹角Φ是保证其工作性能稳定的关键.一般来说,Φ越小,开出的种沟越窄,越符合农艺要求,工作阻力也越小,投种点也更精确.但这样会使2圆盘之间无法容纳排种管.而通常情况下排种管的直径一般在20～40mm之间,Φ的取值为10°～15°之间.本研究中该机的圆盘直径D,圆盘聚点m与水平直径的夹角α,开沟宽度b均已确定.因此,结合经验取值,据排种管直径的实际大小以及公式(7)和公式(8),最终将圆盘夹角Φ确定为13°.3　结论 经过2a的试制、生产、试验与改进设计,该机基本上满足了设计和农艺要求.此外,制造工艺简单,制作成本低于同类产品.于2006年,将该播种机在甘南草原用以试验播种藏药(独一味和甘草)40 hm2,主要是考虑到当地的草原播种条件较差,地表多石砾,且起伏较大,许多地方已退化,植被荒疏;又因该地区多雨,土壤粘重,播种阻力较大,用铲式开沟器难以播种.试验结果表明:该机的各主要参数设计计算正确、合理,在开沟、覆土、播种速度及播种质量等方面基本上达到了设计要求.机具性能稳定可靠,操作轻巧方便.经测定,所播藏药的出苗率达到了49%以上,具有很好的发展前景.参考文献[1]　李宝筏.农业机械学[M].中国农业出版社,2003[2]　Aggrarwal P,G oswrmi B.Bed planting system for in2creasing water use efficiency of wheat(t.aesrivum)grown in Inceptisol(Typic Ustochrept)[J].Indian JAgric Sci,2003,73:4222425[3]　赵满全,赵士杰,窦卫国,等.2BM—9型免耕播种机关键部件的设计与研究[J].中国农机化,2003,(6):332 35[4]　杨　正,王芬娥,孙守坪,等.农业院校计算机辅助设计课程建设及其CA I课件的研制[J].甘肃农业大学学报,2006,41(综合版):1152118[5]　魏宏安,邵世禄.垂直插入式小麦覆膜穴播机的研究[J].农业机械学报,2001,32(6):34237[6]　赵武云,张锋伟,吴建民,等.免耕播种机防堵装置用切刀静强度的有限元分析[J].机械研究与应用,2005,3 [7]　杨　军,沈卫强,兰秀英,等.9SB—2.4型草原松土补播机的研制与试验[J].农业工程学报,2006,(7):2082 209[8]　杜　兵.小麦免耕播种机中几个结构参数的设计计算[J].中国农业大学学报,1996,(4):31233[9]　M W Fu,W F L u.Interoperability of Design Intent inIntegrated Product and Process Design[J].Journal ofXiamen University,2002,41:2032204[10]　Smart,J ames R,Bradford,et al.Conservation tillagecorn production for a semiarid,subtropical environ2ment[J].Agronomy Journal,1999,91(1):1162121261 甘肃农业大学学报 2008年。