小型自走式大豆播种机的设计计算_毕业设计

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）题目小型自走式大豆播种机的设计计算

学院机电工程学院

专业班级农业机械化及其自动化08级2班

摘要

在农业机械中，大豆播种机是对大豆进行播种作业的农业机械。目前，大豆与我们的生活息息相关，所以大豆的播种和收获十分重要。为了降低农民在大豆播种时的劳动强度，满足播种均匀、播深一致的农艺要求；降低大豆播种的种子损伤率，本文设计了小型自走式大豆播种机。

本文首先概述了播种机械的现状分析、分类，以及播种技术的要求，并详细叙述了大豆播种机的总体设计和一些零部件的设计，包括播种机的动力选择、机械传动的选择及尺寸、轴的设计、链轮的设计、以及其他的零部件设计等。该播种机以汽油机为动力源，由汽油机的输出轴输出动力，通过传动部分带动排种器转动播种，大豆从开沟器落入地表。在设计中考虑播种深度连续可调、种子破碎率和播种均匀度，使其符合国家标准。设计中在考虑实用的同时，兼顾经济节约，从而达到结构合理、生产成本低、能耗小、效率高，而且操作方便的目的。

关键词：自走式；穴播；链传动；大豆播种机

D esign and C alculation of S mall S elf-propelled S oybean Seeder

Abstract

In the agricultural machinery, soybean machine of soybean planting operation is on the agricultural machinery. At present, soybean and our lives, so the soybean sowing and reaping is very important. In order to reduce the farmers in the soybean planting time labor intensity, and meet the sow uniform and broadcast deep consistent agricultural demands set and reduce the damage rate of soybean planting seeds, this paper introduces the design of small self-contained soybean machine.

This paper firstly summarizes the present condition analysis of the mechanical seeding, classification, and planting technology requirements[1], and detailed narration of soybean general design of the machine and some parts of the design, including mechanical transmission and the selection of size, the design of the shaft, wheel design, and other parts design. This machine used the gasoline engine as a power source, by gasoline engine output shaft power output , through the transmission part drive the device to turn the seeds, beans from the open ditch fall into the surface. In the design of planting depth considered continuous adjustable rate and sowing seeds, broken uniformity to meet the national standards[2]. In consideration of the practical design, at the same time, take account of economic economy, so as to achieve the rational structure, low cost, low energy consumption, high efficiency and convenient operation purpose.

Key Words：Self-propelled；Bunch planting；Chain drive；Soybean seeder

目录

1 引言 (1)

2 播种机的概述 (2)

2.1 大豆播种机的现状分析 (2)

2.2 播种机的分类 (2)

2.3 大豆播种技术要求 (4)

2.3.1播前准备 (4)

2.3.2播种期的确定 (4)

2.3.3播种方法 (4)

3 大豆播种机的设计计算 (4)

3.1 设计总体方案的确定 (4)

3.2 工作阻力的确定 (5)

3.3 工作速度的确定 (5)

3.4 驱动功率的确定 (6)

3.5 地轮的转速 (6)

3.6 传动比的确定 (7)

4 链传动的设计 (7)

4.1 地轮与排种器之间的链传动 (7)

4.2 地轮与减速器之间的链传动 (12)

5 带传动的设计 (17)

6 地轮与减速器之间链轮的设计 (20)

6.1 链轮的材料选择 (20)

6.2 主动链轮的设计 (20)

6.3 从动链轮的设计 (21)

7 带轮的设计 (21)

7.1 带轮的材料选择 (21)

7.2 主动带轮的设计 (21)

7.3 从动带轮的设计 (22)

8 轴的设计及校核 (22)

8.1 初步确定轴的最小直径 (22)

8.2 轴的结构设计 (23)

8.3 轴的强度校核计算 (24)

9 结语 (26)

参考文献 (27)

致谢 (28)

附录1：小型自走式大豆播种机装配图 (29)

附录2: 小链轮图 (30)

附录3：带轮图 (31)

附录4：地轮轴图 (32)

1 引言

大豆既是蛋白质作物，又是油料作物，是人们日常生活中必不可少的粮食作物之一。我国的大豆种植广阔，尤以黄淮海平原和松辽平原最为集中，东北的黑、吉、辽三省和华北及豫、鲁、皖、苏、冀等地，长期以来是我国大豆的生产中心。为了提高生产效率，传统的人工播种不再合适，大豆生产机械在保证大豆增产、推动种植业发展和农业科技进步中，具有极其重要的地位和作用。而在相当长的一段时间内，由于地块小、分布不均匀，小型农业机械还是替代不了的。因此，小型大豆播种机的设计和研发很有必要。

播种机是农业生产中关键作业环节，必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮，因而对产量的影响很大。

在耕地以梯田、坡地、小块田地为主，现代化大型农耕设备施展不开的农村地区，由于这些地区以梯田、坡地、小块田地为主，长期以来耕地以畜力为主，但是随着畜力的减少，春耕季节的耕地成为一个不小的问题，这就为适合在梯田、坡地、小块田地作业，能够集耕地、播种、培土等功能于一体，为农民省钱省时省工省力的农耕设备提供了用武之地。

本文首先概述了播种机械的现状分析、分类，以及播种技术的要求，并详细叙述了大豆播种机的总体设计和一些零部件的设计。在设计的过程中充分考虑到播种机在工作时常见的问题，采用汽油机动力，减轻了劳动人民的工作强度，即使老年人也可以十分方便的使用；机型小巧灵活，不仅在平原上能够很好地工作，而且在耕地以梯田、坡地、小块田地为主的地区也可以正常工作。本文所设计的小型自走式大豆播种机的工作原理是：进行播种工作时，起动汽油机，汽油机通过带传动与减速器相连，减速器主要负责将汽油机的高转速减速为适宜农艺要求的转速，减速器的输出轴通过链传动与地轮相连，从而带动地轮进行转动，地轮轴安装滚动轴承，地轮的另一端安装链轮通过一链轮带动排种器工作，将种子箱里的种子由排种器经过开沟器播入土中，然后通过覆土器进行覆土作业，同时由镇压轮控制播种的深度，在需要转弯或暂停时，可以通过启动离合器控制小型播种机的行进。该播种机采用窝眼轮式排种器，可以对大豆等进行播种。通过排种器的转动，可以实现播种作业。

2 播种机的概述

2.1 大豆播种机的现状分析

播种机的设计[3]开发向大型机械化和小型专业化两个方向发展。

在发展大功率拖拉机的地区趋向于进一步增大播种机的工作幅宽和作业速度，改善高速作业下的播种质量。对不同种子、播量、株距以及各种土壤和地面条件的通用性和适应性正进一步扩大同时各种联合作业机和免耕播种机也在继

续发展。

小型专业播种机将更广泛地被应用于玉米、甜菜、棉花、豆类和某些蔬菜作物。排种器零件的制造精度将不断提高，并更多地采用可以在发生异常情况下及时发出报警信号的电子监视装置。此外，播种方法也在不断改进，如采用蠕动泵排种的胶液播种法，可免除不良土壤条件对种子发芽的影响，还能同时施用农药、肥料等。

大豆的播种工作是整个大豆生产过程中十分重要的一环，而播种机的选用是播种工作中的关键环节，因此大豆播种机是播种过程中最重要的机具。大豆播种作业是一项繁重的劳动，无论在单季或多季作物地区，都占用着大量的劳动力。播种的质量直接影响着大豆的生长与收获状况，人工播种不仅劳动强度大，花费劳力多，而且容易造成播深不均匀，种子破碎率高及种子间的行距和株距不均匀等缺点，为了提高生产率，避免这种情况的发生，做到播深均匀，应广泛采用机械进行播种。

随着农村经济社会的发展，在现代交通工具日趋普及、畜力减少、农民纷纷外出打工、农民工工资提高、农户可支配收入增加等因素的共同作用下，在耕地以梯田、坡地、小块田地为主，现代化大型农耕设备施展不开的农村地区，已经呈现并且进一步放大着一个市场空白。因此，小型自走式大豆播种机有着广泛的市场，满足广大农民的需要。

2.2 播种机的分类

播种机主要有谷物条播机、中耕作物穴播机、撒播机、精密播种机、及联合作业播种机。这几种机型的辅助部件基本相同，只是其核心工作部件——排种器有较大差异。

（1）条播机

主要用于谷物、蔬菜、牧草等小粒种子的播种作业，常用的有谷物条播机。作业时，由行走轮带动排种轮旋转，种子自种子箱内的种子杯按要求的播种量排入输种管，并经开沟器落入开好的沟槽内，然后由覆土镇压装置将种子覆盖压实。出苗后作物成平行等距的条行。用于不同作物的条播机除采用不同类型的排种器和开沟器外，其结构基本相同，一般由机架、牵引或悬挂装置、种子箱、排种器、传动装置、输种管、开沟器、划行器、行走轮和覆土镇压装置等组成。其中影响播种质量的主要是排种装置和开沟器。常用的排种器有槽轮式、离心式、磨盘式等类型。开沟器有锄铲式、靴式、滑刀式、单圆盘式和双圆盘式等类型。

（2）穴播机

按一定行距和穴距，将种子成穴播种的种植机械。每穴可播 1粒或多粒种子，分别称单粒精播和多粒穴播。主要用于玉米、棉花、甜菜、向日葵、豆类等需要中耕的作物,通常又称中耕作物播种机。

针对中耕作物行距较宽且需调整的特点，穴播机常采用单体形式,每一个播种单体包括一整套工作部件,能完成开沟、排种、覆土、镇压等整个作业过程。多个单体按所需行距装在同一横梁上，即构成不同行数和工作幅宽的穴播机，与不同功率等级的拖拉机配套。国内还发展了播种中耕通用机，即在同一通用机架上可以按所需行距安装成组的播种或中耕部件。

（3）撒播机

使撒出的种子在播种地块的整个地面均匀分布的播种机。常用的机型为离心式撒播机，附装在农用运输车的后部，由种子箱及其下方的一个高速旋转的撒布轮构成。撒布轮由运输车的地轮通过链条传动。种子由种子箱落到撒布轮上，在离心力作用下沿切线方向撒出,播幅可达8～12米，但作业粗放,种子不易播匀,且露于地表，易遭鸟兽啄食。撒播机也可用以施撒粉状或粒状肥料、石灰及其他物料。附装撒播装置也可安装在农用飞机上使用。

（4）精密播种机

以精确的播种量、株行距和深度进行播种的机械播种方式。具有节省种子、免除出苗后的间苗作业、使每株作物的营养面积均匀等优点。多为单粒穴播和精确控制每穴粒数的多粒穴播。一般在穴播机各类排种器的基础上改进而成。如改进窝眼轮排种器上孔型的形状和尺寸，使其只接受一粒种子并防止空穴；将排种

器与开沟器直接连接或置于开沟器内以降低投种高度，控制种子下落速度，避免种子弹跳；在水平圆盘排种器上加装垂直圆盘式投种器，以改变投种方向和降低投种高度，避免种子位移;在双圆盘式开沟器上附装同位限深轮,以确保播种深度稳定。多粒精密穴播机是在排种器与开沟器之间加设成穴机构，使排种器排出的单粒种子在成穴机构内汇集成精确数量的种子群，然后播入种沟。此外，还研制了一些新的结构，如使用事先将单粒种子按一定间距固定的纸带播种，或使种子从一条垂直回转运动的环形橡胶或塑料制种带孔排入种沟等。

2.3 大豆播种技术要求

2.3.1播前准备

对于大豆种子的质量要求[4]，品种的纯度应高于98％，发芽率高于85％，含水量低于13％。挑选种子时，应剔除病斑粒、虫食粒、杂质，使种子净度达到98％或更高些。

2.3.2播种期的确定

春播大豆，当春天气温通过8℃时，即可开始播种。除地温之外，土壤墒情也是限制播种早晚的重要因素。一个地区，一个地点的大豆具体播种时问，需视大豆品种生育期的长短、土壤墒情好差而定。早熟些的品种晚播，晚熟些的早播；土壤墒情好些，可晚些播，墒情差些，应抢墒播种。

2.3.3播种方法

（1）精量点播采用机械垄上单、双行等距精量点播；双行间的间距为10～12cm。

（2）垄上机械双条播双条间距10～12 cm，要求对准垄顶中心播种，偏差不超过±3 c m。

（3）窄行平播黑龙江省北部地区多采用此种播种法。行距45～50 cm，实行播种、镇压连续作业。

无论采用何种播法，均要求覆土厚度3～5 cm。过浅，种子容易落干；过深，子叶出土困难。

3 大豆播种机的设计计算

3.1 设计总体方案的确定

设计方案：该播种机动力源采用汽油机，播种方式为单行播种。

传动示意图如图2—1：

图2—1 播种机传动图

1、汽油机

2、带轮

3、减速器

4、地轮

5、链轮和链条

6、排种器

7、种箱

大豆播种时要求株距16～22cm,行距40cm。由于采用汽油机为动力，还需要离合器进行控制。

3.2 工作阻力的确定

工作阻力主要是播种机与地面接触的装置的作业阻力，包括开沟器、覆土器、镇压轮、行走轮等等。参考《小型电动播种机研制》，播种机的工作阻力可由公式(1)给出:

（1）

故由公式（1）可得:,即大豆播种机正常工作时，受到的工作阻力是407.8N。

3.3 工作速度的确定

生产率为亩/时

其中，每天按八小时工作制

最大生产率转化为

行距最小为0.4m，则

由《新编机械设计师手册》可查得人的正常步行速度为，单用人力进行播种时由于负重，速度会减慢，而汽油机提供的动力正好可以弥补这一点。假定人在工作程中是匀速前进的，综合考虑多方面的因素，可将此播种机的速度定为，即，稍高于人的正常步行速度。

3.4 驱动功率的确定

播种机工作所需功率，应有播种机的工作阻力和行走速度来求定，即播种机的驱动功率[7]可由公式（2）给出：

（2）其中：—播种机的工作阻力

—播种机的行进速度

故由公式（2）得：

根据计算得到的驱动功率，选取汽油机、。

3.5 地轮的转速

根据实际情况，选取地轮的的直径为

地轮转速[7]由公式（3）给出：

（3）其中：v—地轮行走速度

—地轮的半径

故由公式（3）得：

3.6 传动比的确定

（1）地轮与排种器之间的传动比

地轮与排种器之间的传动比由公式（4）给出：

（4）其中：Z—大豆之间的株距

A—排种器上的孔数

—地轮的直径

—滑移率

故由公式（4）得：

（2）汽油机与地轮之间的传动比

汽油机与地轮之间的传动比可由公式（5）给出：

（5）其中：、分别为汽油机与地轮的转速

故由公式（5）得：

由此可知需加一减速器

汽油机与减速器之间选用带传动，取

合理选择减速器，取减速器的传动比

则减速器与地轮之间的传动比为

4 链传动的设计

4.1 地轮与排种器之间的链传动

1）设计计算

（1）选择链轮齿数

根据《机械设计》一书，取小链轮齿数=17,大链轮的齿数[8]可由公式（6）给出：

（6）故由公式（6）得：

参考《机械设计》一书，取标准值

（2）确定计算功率

该链传动是单排链计算功率可由公式（7）给出：

（7）其中：—工况系数

—主动链轮齿数系数

—传递的功率

查《机械设计》一书表9-6和图9-13取值：

=1.0，=1.5，

代入公式（7）可求得：

（3）选择链条型号和节距

根据及，查《机械设计》一书图9-11，可选链条的型号12A-1.查表9-1，链条节距为p=19.05mm.

（4）计算链节数和中心距

中心距可由公式（8）给出：

（8）代入公式（8）有：

取：

相应的链长节数可由公式（9）给出：

（9）代入公式（9）可求得：

取链长节数节

链传动的最大中心距可由公式（10）给出：

（10）其中：—中心距计算系数

查《机械设计》一书表9-7取值：

代入公式（10）可求得：

（5）计算链速v，确定润滑方式

链速可由公式（11）给出：

（11）代入公式（11）可求得：

根据v=0.34和链号12A-1，查《机械设计》一书图9-14可知链条的润滑方式应采用定期人工润滑。

（6）计算压轴力

链传动的有效圆周力可由公式（12）给出：

（12）代入公式（12）可求得：

压轴力可由公式（13）给出：

（13）其中：—链轮的压轴力系数

查《机械设计》一书可知链轮的压轴力系数

代入公式（13）可求得：

2）链轮的基本参数和主要尺寸

（1）分度圆直径d

链轮的分度圆直径d[10]可由公式（14）给出：

（14）代入（14）可求得：

（2）齿顶圆直径

链轮的齿顶圆直径可由公式（15）、（16）给出：

（15）

（16）其中：—滚子直径

查《机械设计》一书查表9-1取值：

代入公式（15）、（16）可求得：

小链轮齿顶圆直径的确定

取

大链轮齿顶圆直径的确定

取

（3）齿根圆直径的确定

（4）分度圆齿高

链轮的分度圆齿高可由公式（17）、（18）给出：

（17）

（18）代入公式（17）、（18）可求得：

小链轮分度圆齿高的确定

取

大链轮分度圆齿高的确定

取

4.2 地轮与减速器之间的链传动

主动轴的转速可由公式（19）给出：

（19）代入公式（19）可求得：

1）设计计算

（1）选择链轮齿数

根据《机械设计》一书，取小链轮齿数=17,大链轮的齿数可由公式（6）给出：

（6）故由公式（6）得：

参考《机械设计》一书，取标准值

（2）确定计算功率

该链传动是单排链计算功率可由公式（7）给出：

（7）其中：—工况系数

—主动链轮齿数系数

—传递的功率

查《机械设计》一书表9-6和图9-13取值：

=1.0，=1.5，

代入公式（7）可求得：

（3）选择链条型号和节距

根据及，查《机械设计》一书图9-11，可选链条的型号10A-1.查表9-1，链条节距为p=15.875mm.

（4）计算链节数和中心距

中心距可由公式（8）给出：

（8）代入公式（8）有：

取：

相应的链长节数可由公式（9）给出：

（9）代入公式（9）可求得：

取链长节数节

链传动的最大中心距可由公式（10）给出：

（10）

其中：—中心距计算系数

查《机械设计》一书表9-7取值：

代入公式（10）可求得：

（5）计算链速v，确定润滑方式

链速可由公式（11）给出：

（11）代入公式（11）可求得：

根据v=0.4和链号10A-1，查《机械设计》一书图9-14可知链条的润滑方式应采用定期人工润滑。

（6）计算压轴力

链传动的有效圆周力可由公式（12）给出：

（12）代入公式（12）可求得：

压轴力可由公式（13）给出：

（13）其中：为链轮的压轴力系数

查《机械设计》一书可知链轮的压轴力系数

代入公式（13）可求得：

2）链轮的基本参数和主要尺寸

（1）分度圆直径d

链轮的分度圆直径d可由公式（14）给出：

（14）代入（14）可求得：

（2）齿顶圆直径

链轮的齿顶圆直径可由公式（15）、（16）给出：

（15）

（16）其中：—滚子直径

查《机械设计》一书查表9-1取值：

代入公式（15）、（16）可求得：

小链轮齿顶圆直径的确定

取

大链轮齿顶圆直径的确定