2CZD-2型單芽段蔗種種植機的三維設計與建模①

陳繼色 牛釗君 李 明 陳 光 葛 暢 劉信鵬 陳小艷

(1 中國熱帶農業科學院農業機械研究所 廣東湛江 524000 2 廣東廣墾農機服務有限公司 廣東湛江 524000)

中國甘蔗種植面積為167多萬hm2，約占世界種植總面積7%[1],種植是甘蔗生產環節中勞動密集型工序之一[2]。國外甘蔗種植土地遼闊，大多采用多芽段預切種式自動種植機，機型龐大，造價昂貴，不適合中國南方甘蔗主產區中小地塊，加之種植行距等不同農藝需求，無法在國內引用[3]。目前，市場上使用的大多為實時切斷式多牙段甘蔗種植機，存在輔助用工多、勞動強度大、漏植率高等問題。近年來，針對多芽段蔗種研究出一種新的種植技術—單芽種莖種植技術，該技術因具有節省蔗種、病蟲害少、分蘗率高等優點得到快速發展[4]。為保證單芽蔗種發芽率、排種均勻性和成活率，本研究基于甘蔗單芽蔗種的物理特性，利用UG三維軟件建模，設計2CZD-2型單芽蔗種種植機。

1 設計方案

2CZD-2型單芽段蔗種種植機的動力是由通過3點懸掛方式掛接的66～88 kW輪式拖拉機提供，采用對稱布置，大雙行排種，遵循模塊化的設計理念[5]，整機由機架、開溝裝置、排種裝置、施肥裝置、蓋膜和覆土裝置等組成。具有結構簡單緊湊、排種均勻、能一次性完成開溝、排種、施肥、蓋膜和覆土等工序，降低勞動強度等優點。

2 機架的建模

機架用于開溝、排種、施肥等裝置的安裝，為焊接結構件。主體由貫穿式縱橫梁及焊接于上的懸掛架、種箱、座椅等組成。縱橫梁采用14#槽鋼，剛性好，承載力強，受力主要來自開溝裝置克服土壤的阻力及種植機的自重，如圖1所示。

圖1 機架

3 開溝裝置

開溝裝置主要用于開溝，保證蔗種埋入溝底后再填土，但種植前整地要求不能太高，種溝需深淺一致，溝底平整等[6]。因此，開溝裝置設計成隔離式溝底施肥方式，主要由鑿形犁、開溝邊板、副翼、擋泥板和覆土安裝耳板等組成，通過8.8級螺栓M20*240安裝在機架上。由于鑿形犁入土角度越大，對土壤擠壓作用越大，破壟松土阻力也隨之增大[5]，為達到理想入土阻力，本設計的鑿形犁與犁柱夾角設計為98°，入土角8°，如圖2所示，開溝邊板夾角設計成可調式，大多情況下調整為35°。

圖2 開溝裝置

4 排種裝置

排種裝置是種植機的關鍵部件，直接決定栽種成敗。為保證高合格率、低漏栽率和傷牙率、理想的作業效率，種植機采用人工排種。排種裝置主要包括轉盤、渦輪減速機、液壓馬達、流量控制閥、連軸器等零部件，轉盤外徑490 mm，內分10個小格，渦輪減速機選用廣東浩杰減速機有限公司生產的WPO50-1/60型減速機，液壓馬達選用邢臺市飛躍液壓件制造廠生產的BMR－100型擺線液壓馬達，可調流量控制閥型號為FC51。

排種裝置工作原理是擺線液壓馬達進出油口通過油管徑可調流量控制閥與拖拉機液壓輸出系統的第一組液壓快換接頭相連，壓力油驅動液壓馬達輸出軸做旋轉運動，液壓馬達輸出軸通過尼龍套鼓齒式聯軸器與渦輪減速機的輸入軸相連，轉盤通過小法蘭安裝于減速機上面輸出軸上，從而實現轉盤旋轉運動，轉盤旋轉速度可通過調整流量控制閥控制速度。同時，由于大雙行種植，與液壓馬達相連的渦輪減速機右邊布置有輸出軸，通過十字傳動軸與另一轉盤的渦輪減速機左邊輸入軸相連接，從而實現兩個排種的轉盤同時做旋轉運動，具體見圖3。

圖3 排種裝置

5 施肥裝置

施肥裝置設計在兩種箱間，采用經典刮板式施肥器。如圖4所示，機架上安裝有WPO70-1/50型渦輪減速機，渦輪減速機輸出軸上面通過法蘭安裝Φ600的肥料盤，肥料盤底板50 mm上方懸空布置肥料桶，容積為0.26 m3，肥料桶固定在兩邊種箱上面，肥料盤兩邊分別有排肥刮板。

排肥過程：施肥裝置的BMR－160型擺線液壓馬達與拖拉機第二組液壓快換接頭相連，通過液壓油驅動肥料盤做旋轉運動,肥料在重力作用下自行由肥料箱進入肥料盤,在離心力作用下進入刮板排肥位置，肥料沿刮板上升并側向偏移，最后離開刮板經排肥管落入己開好的溝中。該設計上下調整刮板位置即可控制施肥量的大小[5]，排肥時肥料可同時向兩側刮板推送，實現雙溝施肥。

圖4 蓋膜和覆土裝置

6 蓋膜和覆土裝置

蓋膜和覆土裝置主要是插銷與開溝裝置的覆土安裝耳板連接在一起。蓋膜組件包括槽鋼縱梁、上下可調擋泥板、仿形展膜支架等。展膜支架的展膜輥隨著機具移動而自動轉動，展膜輥軸與膜保持垂直，能隨地形變化而自動仿形。地膜選用寬度350mm，厚度0.008 mm的農用薄膜。

覆土組件主要由圓盤、軸承座、圓盤架和調節裝置等組成，圓盤直徑280 mm，上下可調，能實現甘蔗的淺層覆土，培土，具體如圖5所示。

圖5 蓋膜和覆土裝置

7 整機三維效果

2CZD-2型單芽段蔗種種植機可一次完成開溝、排種、施肥、蓋膜和覆土等作業工序，大大縮短了工時，提高了種植效率，整機三維效果見圖6。

8 樣機制做與田間試驗

依據本設計制成樣機，掛接于雷沃歐豹904輪式拖拉機在雷州市龍門鎮甘蔗生產基地進行測試，甘蔗品種為(臺糖)ROC22，物理性狀長度5～6 cm見圖7。

圖6 整機效果

測試結果顯示，樣機性能穩定，作業順暢，可靠性高，栽種合格率≥92%，漏栽率≤7%，生產效率≥100芽/(行·min)，各項檢測指標均達到或超過設計技術指標。可應用于實際生產中。

圖7 樣機及田間試驗