直插式膜上播種機的設計與研究

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所舒虹杰杜錚王銳盧澤民廖劍

直插式膜上播種機的設計與研究

武漢市農業科學技術研究院農業機械化科學研究所舒虹杰杜錚王銳盧澤民廖劍

∶地膜覆蓋播種技術是解決我國干旱、半干旱地區農作物生長期缺水問題的關鍵性栽培技術措施，而傳統膜上播種機存在挑膜、撕膜、種穴錯位等問題。本文根據膜上播種的特殊農藝要求，設計了一種新型膜上播種機，實現了開穴器垂直入土、出土，解決了挑膜、撕膜、種穴錯位等問題。本文主要介紹了該播種機的主要結構及工作原理，對其進行了理論分析及虛擬樣機仿真驗證，證明了該播種機的設計的合理性，能滿足農藝要求。

∶膜上播種機；運動仿真

1 前言

地膜覆蓋播種技術是解決我國干旱、半干旱地區農作物生長期缺水問題的關鍵性栽培技術措施之一，能夠起到保溫、保墑、改善土壤理化性質，提高土壤肥力，抑制雜草生長，減輕病害、早熟和增產的作用，在我國得到大面積的推廣[1]。

目前，國內研發的覆膜播種機械大都采用傳統的作業方式，即先播種后鋪膜。這種作業方式增加了作業工序，需要在出苗前人工或者機械破膜放苗。存在放苗不及時，造成燒苗的風險，如馬鈴薯機械化播種[2]。近幾年來，一種新型播種技術—膜上打孔播種技術逐漸發展起來。因為在播種過程中，采用特制打孔器對覆蓋好地膜的土壤進行打孔播種。這樣省去了破膜放苗的工序，同時對土壤擾動小，利于抗旱、保墑，既節省了人力、工時，又避免了因放苗不及時而燒苗現象，同時結合節水灌溉施肥技術進行膜下滴灌，更能顯著提高產量[3]。然而現有的膜上播種機械，在精量播種、播種均勻性、播種穩定性、播深、株距調節等方面仍存在很多技術問題[4]。因此，本文設計一種株距、行距、播深可調，可實現開穴器垂直入土，入土最低點強制投種的膜上播種機，滿足膜上播種農藝要求[5-6]。

2 結構設計及工作原理

播種機整體結構設計如圖1a、圖1b所示，該機構主要由行走輪1、一級鏈輪組2、機架3、扶手組件4、排種輪5、排種器6、導種管7、曲柄8、連桿9、不完全齒輪組10、齒條11、齒輪軸12、開穴器13、開穴器蓋板14、擋塊15組成。

該播種機動力傳遞過程：通過推動扶手組件4，使整機在平整好的地面上行走，此時行走輪1轉動，通過一級鏈輪的傳遞，帶動齒輪軸12的轉動。齒輪軸12分別通過不完全齒輪組10帶動齒條水平運動，通過鏈傳動輸送動力到曲柄軸。曲柄軸又分別將動力傳動到排種輪5和曲柄8，曲柄8通過連桿9帶動開穴器13工作。

播種機前進時，通過鏈傳動的速度放大，使不完全齒輪組10帶動齒條組件11及與其相連的開穴器13運動，開穴器13絕對運動速度與播種機前進速度大小相等方向相反。與此同時齒輪軸12帶動偏心曲柄連桿機構（8、9）的運動，實現開穴器13垂直方向的運動。齒輪齒條機構與曲柄滑塊機構的組合，在補償了整機的水平方向運動的同時，實現了開穴器垂直入土和出土，解決了挑膜、撕膜和穴孔與種苗錯位的問題。開穴器入土到最低點時，開穴器蓋板與擋塊接觸。繼續運動，開穴器既向上運動又向后運動，此時擋塊強迫開穴蓋板打開，從而實現穩定排種。

該播種機參數，是根據蘿卜種植的農藝及工況要求來選定。其中行距通過調節兩排種器距離實現；株距通過不同不完全齒輪與齒條的配合來實現；播深通過改變開穴器與開穴導管的相對位置來實現。其主要技術參數如表1所示：

表1 播種機參數

3 開穴機構運動分析及虛擬仿真

為驗證開穴機構是否滿足垂直入土、出土的要求，需對開穴機構進行運動分析，以曲柄1回轉中心O為坐標原點，以水平方向為x軸，豎直方向為y軸，建立運動分析坐標系如圖2所示。

圖2 開穴機構運動分析原理圖

由于開穴器是剛體，因此開穴器最低點入土和出土過程中x，y方向的運動和B點一致。對B點進行分析，該播種機運動方程為：

式（3）中：

a—曲柄OA長度

通過分析式（3）可知，B點x方向絕對位移值為常數，對其求導可知在x方向速度和加速度均為零。在y方向速度周期性變化，在最低點速度為零。因此可知，不完全齒輪齒條-曲柄滑塊組合機構可以滿足開穴器垂直入土、出土的農藝要求[5]。

為進一步驗證開穴機構運動軌跡是否和理論分析一致，利用SolidworksMotion進行運動學仿真，獲得開穴器最低點運動軌跡如圖（3）所示。

圖3 開穴機構運動仿真結果

從圖（3）可以看出，在水平方向上，仿真結果與理論計算的結果略有偏離，但是偏離范圍很小，能到達到膜上播種要求的垂直入土、出土要求。因此該機構滿足設計要求，能解決傳統膜上播種機挑膜、撕膜、種穴與幼苗錯位等問題[8]。

4 結論

（1）根據膜上播種的農藝需求，設計出一種新型直插式膜上播種機，能夠解決傳統膜上播種機挑膜、撕膜和穴孔與種苗錯位等問題。

（2）該播種機通過不完全齒輪齒條-曲柄滑塊組合機構，實現了開穴器垂直入土、出土。通過開穴擋塊與開穴器運動軌跡的配合，實現在入土最低點強制開穴。通過對該機構的理論分析及運動仿真，驗證了播種機運動符合預期，開穴軌跡合理。

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[3]杜錚,龐雄斌,萬勇.節水灌溉施肥技術與應用[J].湖北農機化,2010,(5)∶60-62.

[4]呂小蓮,劉敏基,王海鷗等.花生膜上播種技術及其設備研發進展[J].中國農機化,2012,(1)∶88-92.

[5]張世杰.谷子鋪膜播種機設計[J].農業機械, 2012,25∶138-139.

[6]王計新.穴播式鋪膜播種機的研究[J].農業開發與裝備,2013,(12)∶48-50,58.

[7]陳曉光,左春檉,高峰.直插式播種機的研究—Ⅰ.直插式成穴器[J].農業工程學報,1993,03∶66-70.

[8]趙武云,戴飛,楊杰等.玉米全膜雙壟溝直插式精量穴播機設計與試驗[J].農業機械學報,2013,44(11)∶91-97.

2016-11-12）