多层矫正式大蒜播种机矫正机构性能分析

多层矫正式大蒜播种机矫正机构性能分析

秦婷婷ａꎬ王存鹏ｂꎬ吕宝君ａꎬ匡㊀军ａꎬ张倩瑜ａꎬ张清博ａꎬ胡彩旗ａ

(青岛农业大学ａ.机电学院ꎻｂ.科技处ꎬ山东青岛㊀２６６１０９)

摘㊀要:在大蒜播种过程中ꎬ为了保证播种质量和大蒜产量ꎬ要求蒜瓣入土后鳞芽朝上ꎮ目前ꎬ我国机械化大蒜播种技术很难满足该项要求ꎬ许多蒜农仍一直采用手工种植的方式完成大蒜播种作业ꎬ播种效率较低ꎮ为解决上述问题ꎬ提出了一种大蒜精准播种机构ꎬ通过多层矫正装置实现蒜瓣垂直入土鳞芽朝上ꎮ首先测量获得大蒜蒜瓣的外形尺寸ꎬ通过试验设计确定取种勺和校正装置等关键零部件的尺寸ꎬ运用三维软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对该机构进行建模ꎬ并基于ＡＤＡＭＳ软件对主要矫正部件进行运动仿真获得大蒜播种过程中的蒜瓣运动轨迹曲线ꎬ分析结果表明:该机构能够满足大蒜种植的农艺要求ꎬ达到了机械化播种中蒜瓣入土鳞芽朝上的目的ꎮ

关键词:播种机ꎻ大蒜ꎻ矫正机构ꎻＡＤＡＭＳ仿真

中图分类号:Ｓ２２３.２＋６㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０５－００８１－０５

０㊀引言

我国是大蒜种植大国ꎬ大蒜是我国在国际市场上极具竞争力的农产品ꎬ也是我国重要的经济作物和出口产品ꎬ用途较为广泛ꎬ需求量较大ꎮ大蒜的种植主要集中在山东㊁江苏㊁安徽㊁河南和陕西等地ꎮ目前ꎬ我国大蒜种植面积约为７５万ｈｍ２ꎬ约占世界总种植面积的７１％[１－３]ꎮ

大蒜种植对于直立性要求较高ꎬ为了保证大蒜播种成活率和大蒜产量ꎬ蒜瓣入土后鳞芽朝上是必要条件ꎮ但是ꎬ由于蒜瓣的不规则外形导致在大蒜机械化播种过程中的直立性很难保证ꎮ由于上述这种局限性ꎬ目前我国大蒜的种植大多采用手工种植ꎬ劳动强度大㊁成本较高㊁效率较低ꎬ故大蒜的精准定向播种是实现大蒜机械化和自动化播种的关键ꎬ对于减轻蒜农的劳动强度㊁增加其收入具有重要意义[４－７]ꎮ

本文通过对大蒜外形尺寸进行多组测量获得大蒜蒜瓣的统计学外形尺寸ꎬ设计了大蒜精准定向播种机构ꎬ并基于试验设计㊁三维建模软件和三维仿真软件等技术和方法提出可使大蒜鳞芽朝上并保证其播种直立度的多层矫正装置ꎮ试验数据分析和仿真分析结果表明:该装置是可行的ꎬ能够满足大蒜播种蒜瓣收稿日期:２０１７－１２－１４

基金项目:山东省重点研发计划项目(２０１６ＧＮＣ１１２０１２)ꎻ国家级大学生创新计划项目(２０１７１０４３５０８４)

作者简介:秦婷婷(１９９３－)ꎬ女ꎬ山东聊城人ꎬ硕士研究生ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)８９５８７４４２８＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ

通讯作者:胡彩旗(１９７４－)ꎬ女ꎬ山东郯城人ꎬ副教授ꎬ硕士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｈｕｃａｉｑｉ＠１６３.ｃｏｍꎮ入土鳞芽朝上的农艺要求ꎮ

１㊀播种机关键结构设计

１.１㊀大蒜种子外形尺寸测量

从大蒜种子中随机挑出１００个进行外形长度㊁宽度和高度尺寸的测量ꎬ如图１所示ꎻ测量结果如表１所示ꎮ

(ａ)

(ｂ)

图１㊀大蒜尺寸测量

Ｆｉｇ.１㊀Ｇａｒｌｉｃｓｉｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

２０１９年５月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５期

表１㊀蒜瓣主要外形尺寸Ｔａｂｌｅ１㊀Ｍａｉｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｇａｒｌｉｃ

变量长Ｌ

/ｍｍ

宽Ｂ

/ｍｍ

高Ｈ

/ｍｍ

质量Ｍ

/ｇ

个数１００１００１００１００

平均值３３.９５１８.２５２１.１７６.７８

最大值３８.３２２.７２４.１８.７７

最小值２９.２１２.４１６.２４.８㊀㊀由测量数据可知:大蒜外形尺寸的最大值分别为Ｌ

＝３８.１ｍｍꎬＢ＝２２.７ｍｍꎬＨ＝２４.１ｍｍꎬ根据以上数据确定取种勺的直径为４５ｍｍꎬ排种管的直径为５０ｍｍꎮ

１.２㊀排种勺设计

在一个辊子上设置多排取种勺ꎬ由取种勺的尺寸可以保证每个勺子每次只取一个蒜瓣ꎬ以达到单粒播种的目的ꎮ排种辊和排种勺外形如图２所示ꎮ

图２㊀排种辊和取种勺

Ｆｉｇ.２㊀Ｒｏｌｌｅｒａｎｄｓｐｏｏｎｏｆｇａｒｌｉｃｃｌｏｖｅｓ

１.３㊀施肥装置设计

对于一个机器来说ꎬ在播种机构之前有一个完善的施肥装置是很有必要的ꎮ施肥装置主要由肥料箱㊁排肥轴㊁外槽轮式排肥器㊁排肥管和开沟器等组成ꎮ施肥装置的动力由地轮通过链传动提供ꎮ肥料箱安装在施肥装置的上方ꎬ在每一行的中心位置设置一个开沟器ꎬ通过调节排肥槽轮的工作长度调整施肥量的大小ꎻ并将一定量的肥料排进输肥管中ꎬ通过输肥管ꎬ肥料落入开好的沟中ꎬ完成施肥ꎮ施肥装置如图３所示ꎻ排肥槽轮如图４所示ꎮ

为了精量控制排肥量ꎬ外槽轮式排肥器的排量ｑ计算公式为

ｑ＝ｑ１＋ｑ２＝πｄＬγ[α(ｎ)ｆｔ＋ｃｎ(ｎ)]

式中㊀ｑ１ 排肥器每转凹槽排肥量(ｇ)ꎻ

㊀ｑ２ 排肥器每转凹槽外带动的排肥量(ｇ)ꎻ㊀ｄ 外槽轮直径(ｍｍ)ꎻ

㊀Ｌ 外槽轮工作长度(ｍｍ)ꎻ

㊀γ 肥料容重(ｇ/Ｌ)ꎻ

㊀ｎ 排肥轴转速(ｒ/ｍｉｎ)ꎻ

㊀α(ｎ) 肥料对排肥凹槽的充满系数ꎬ一般取

０.６~０.７５ꎻ

㊀ｆ 每个凹槽的面积(ｍｍ２)ꎻ

㊀ｔ 每个凹槽的节距(ｍｍ)ꎻ

㊀ｃｎ(ｎ) 凹槽外带动层特性系数ꎬ与转速有关ꎮ

１.肥料箱㊀２.旋转排肥槽轮㊀３.输肥管㊀４.开沟器

图３㊀施肥机构示意图

Ｆｉｇ.３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ

Ｌ.槽轮工作长度

图４㊀排肥槽轮

Ｆｉｇ.４㊀Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔａｎｋｗｈｅｅｌ

１.４㊀矫正装置设计

采用铁皮制作锥形小碗ꎬ模拟蒜瓣平躺㊁鳞芽朝上㊁鳞芽朝下３种下落状态ꎬ以通过锥形矫正碗矫正后鳞芽朝上为达到矫正目的ꎬ通过多次试验发现:当自由下落的蒜瓣掉入到具有一定角度的锥形小碗中时ꎬ蒜瓣会依靠自身重力和重心位置在下落过程中调整其状态ꎻ通过多次改变锥形矫正小碗的锥度发现ꎬ当锥度为４５ʎ时ꎬ鳞芽朝上的蒜瓣最多ꎬ矫正率最高ꎮ４５ʎ锥形矫正碗的结构如图５所示ꎮ锥形矫正碗实验数据如表２所示(表２中每种下落姿态下样本容量均为１００个)ꎮ

整个矫正装置由排种管㊁Ｖ型矫正板㊁双层锥形矫正碗和鸭嘴组成ꎬ蒜瓣从排种管掉落ꎬ通过Ｖ型矫正板调整蒜瓣的姿态ꎬ通过双层锥形矫正碗再对蒜瓣姿态进行两次矫正ꎬ以保证蒜瓣矫正率达到９８％以上ꎬ最后通过鸭嘴种植以保证大蒜种植的精准定向要求ꎮ矫正装置的整体结构如图６所示ꎮ

２０１９年５月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５期