全浮動型玉米旋耕播種一體機(jī)設(shè)計

郭福山，陳運星

（1.湖北文理學(xué)院純電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計與測試湖北省重點實驗室，湖北 襄陽 441053；2.湖北文理學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

隨著國內(nèi)外工業(yè)水平的不斷進(jìn)步，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率要求也在逐漸提高，播種作業(yè)也逐漸邁向工業(yè)化。如今機(jī)械代替人工勞動從而提高生產(chǎn)效率是工業(yè)大環(huán)境的進(jìn)步帶來的必然趨勢，從近年來農(nóng)業(yè)機(jī)械的銷量也可以看出人們對農(nóng)用機(jī)械的需求也不斷增加。因此，研究發(fā)展優(yōu)質(zhì)的播種機(jī)對農(nóng)作物的播種具有重要的現(xiàn)實意義[1]。

玉米作為我國主要的農(nóng)作物之一，在我國各個區(qū)域均有種植。經(jīng)過調(diào)查，現(xiàn)有的玉米播種機(jī)主要由旋耕裝置、播種裝置組成，能夠基本完成種子的播種。現(xiàn)有的玉米播種機(jī)不能在不影響播種深度的情況下調(diào)節(jié)旋耕土壤深度，土壤的深度所帶來的土壤水分及松軟度的影響對于種子生根發(fā)芽及吸收水分十分重要。基于傳統(tǒng)的播種機(jī)，本文設(shè)計了一款全新的全浮動型玉米播種機(jī)。該播種機(jī)對播種施肥裝置以及旋耕裝置進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，在播種深度不變的情況下可以調(diào)節(jié)旋耕深度，通過改變旋耕深度間接改變土壤的含水量等，使得不同區(qū)域不同地塊的土壤對種子生根發(fā)芽提供的環(huán)境在一定程度上相同，同時改變播種施肥機(jī)構(gòu)，可以提升播種機(jī)的工作效率，節(jié)約成本。

1 全浮動型玉米播種機(jī)工作流程

本文設(shè)計的玉米旋地播種一體機(jī)主要包括旋耕裝置、播種施肥裝置、覆土裝置、公路運輸裝置等4 個部分，其中運輸裝置中的機(jī)架為播種機(jī)的骨架，旋耕、播種、施肥及覆土裝置安裝于機(jī)架上。其整體結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 全浮動性玉米播種一體機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Full floating maize seed machine structure

該播種機(jī)的工作流程為：旋耕裝置對土壤進(jìn)行松土，再利用圓盤犁開槽出適合種子播種的土溝，再利用播種施肥裝置工作，將種子箱中的種子以及所需的肥料通過不同的管道依據(jù)間行播種施肥的原則輸送到土溝中，最后通過覆土裝置將土壤覆蓋在種子上以提高土壤對玉米種子的包裹性，間接提高玉米種子的發(fā)芽率，完成播種[2]。其工作流程圖見圖2。

圖2 玉米播種機(jī)工作流程Fig.2 Work flow of maize planter

2 播種機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 旋耕裝置

此播種機(jī)旋耕裝置主要由連桿、刀具、刀軸總成、懸掛架、鏈條、傳動軸等組成，其結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 旋耕裝置結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of rotary tillage device

此全浮動玉米播種一體機(jī)利用圓周上的點繞中心旋轉(zhuǎn)時距離中心點距離不變，讓旋耕機(jī)刀具支架在動力不中斷的情況下在一定范圍內(nèi)基于動力傳輸定軸轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)旋耕深度的改變。基于拖拉機(jī)液壓油泵，通過快速接頭與旋耕機(jī)的液壓油缸相連，通過液壓油缸的伸縮來驅(qū)動旋耕機(jī)架上下調(diào)節(jié)，實現(xiàn)不同深度工作模式的快速轉(zhuǎn)換時旋耕刀具只是相對于機(jī)架高度改變，播種機(jī)構(gòu)位置未改變，播種深度未改變。

依托拖拉機(jī)后動力輸出軸輸出的轉(zhuǎn)矩通過傳動軸傳遞至轉(zhuǎn)向軸心器，轉(zhuǎn)向軸心器改變轉(zhuǎn)動方向后經(jīng)傳動軸將動力傳遞至主動齒輪1，主動齒輪1 與傳動軸固定連接，隨著傳動軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，主動齒輪1 與從動齒輪1 由鏈條連接，從動齒輪1 由軸承固定在動力傳輸定軸上，同時可繞動力傳輸定軸轉(zhuǎn)動。從動齒輪1同主動齒輪2剛性連接，從動齒輪1轉(zhuǎn)動一圈主動齒輪2 也轉(zhuǎn)動一圈，一同由軸承固定在動力傳輸定軸上，主動齒輪2與旋耕刀具鏈輪由鏈條連接，旋耕刀具鏈輪與旋耕刀具支架固連，旋耕刀具支架通過軸承固定在旋耕刀具支架固定支架上，最終帶動旋耕刀具支架轉(zhuǎn)動，通過旋耕刀具支架上的刀具在土壤中切割土壤來進(jìn)行松土。該設(shè)計針對不同地區(qū)的不同空氣濕度來調(diào)整播種機(jī)的旋耕深度，提高土壤局部松軟程度間接調(diào)節(jié)土壤的蓄水能力，直接的增加或減少土壤可蓄水量，為玉米種子發(fā)芽做好蓄水工作。

2.2 播種施肥裝置

播種施肥裝置主要由播種料斗、施肥料斗、圓盤覆土裝置、全浮動X型播種機(jī)構(gòu)以及齒輪箱組成[3]，其結(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 播種施肥裝置結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of sowing and fertilizing device

其裝置利用圓盤犁開槽，齒槽裝置會將播種料斗的種子依據(jù)所設(shè)定的距離均勻傳送到傳輸管道中，最后將土壤覆蓋，再利用齒輪機(jī)構(gòu)將施肥料斗里的肥料，依據(jù)間行播種原則均勻傳送至輸料管中，完成播種施肥的過程。

傳統(tǒng)的播種機(jī)的播種部分通常與機(jī)架采用剛性連接，播種機(jī)若遇到較為堅硬的土壤時，其播種機(jī)構(gòu)的圓盤犁會與硬物直接接觸發(fā)生碰撞，可能會損壞農(nóng)機(jī)具甚至導(dǎo)致機(jī)構(gòu)損壞，無法正常進(jìn)行播種工作，減少播種機(jī)的使用期限。基于上述問題，設(shè)計的全浮動玉米播種一體機(jī)增加了全浮動X 型播種裝置，在播種過程中遇到障礙時，此裝置會自動向后上方移動越過障礙，再通過彈簧拉動播種機(jī)構(gòu)恢復(fù)至原播種狀態(tài)。使用該施肥播種一體機(jī)構(gòu)能夠節(jié)省播種時間，也能延長播種機(jī)的使用壽命[4]。

2.3 覆土裝置

在播種前所進(jìn)行的松土作業(yè)可提高土壤的蓄水能力，但是松軟的土壤對于種子發(fā)芽過程中吸水過程卻有負(fù)面影響。因此，在種子播種后如何利用土壤中的水分成為了關(guān)鍵問題。基于此，本文擬對種子附近的部分土壤進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓掏磷鳂I(yè)，使得種子周圍的土壤緊貼著種子，讓種子在發(fā)芽的過程中能夠很好地吸收土壤中的水分，助力種子的萌發(fā)。

固土裝置由支架、軸承、塑料滾輪、銷軸組成[5]。可在塑料鎮(zhèn)壓輪里添加一定質(zhì)量的填充物來提高鎮(zhèn)壓輪的質(zhì)量，以提高種子與土壤的包裹性，其結(jié)構(gòu)圖見圖5。

圖5 固土裝置Fig.5 Soil consolidation device

2.4 公路運輸裝置

公路運輸裝置由軸承組、橡膠輪，液壓油缸等結(jié)構(gòu)組成，其通過液壓油缸的伸縮帶動橡膠輪的升降，實現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換，其整體結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 公路運輸裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Highway transport equipment structure diagram

3 結(jié)語

綜上所述，全浮動型玉米播種一體機(jī)攻克了傳統(tǒng)播種機(jī)對于不同區(qū)域不同的氣候條件所帶來的不同的耕種需求存在的缺陷，改進(jìn)的全浮動型播種機(jī)構(gòu)提高了玉米播種機(jī)的使用壽命與播種效率，能夠在減少人工的同時大幅提高播種質(zhì)量和效率。有利于減輕農(nóng)民在玉米播種時的勞動強度，提高播種效率和播種質(zhì)量，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展。