吉林康达免耕播种机 [湖北地区马铃薯播种机主要部件设计]

　　摘要：根据湖北地区的种植农艺要求，对马铃薯起垄播种机开沟器、排肥器、播种装置、开沟起垄装置等主要部件进行了参数选择和结构设计，对关键零部件进行了３Ｄ软件绘图设计工作。为样机制作提供了理论基础，以保证样机能顺利完成开沟、施肥、播种、覆土和镇压等工序。
　　关键词：马铃薯；起垄；播种机；结构设计
　　中图分类号：Ｓ２３３．７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）15－3345-04
　　The Design of Potato Ridging Planter Suitable for Hubei Area
　　
　　ＤＵ Ｚｈｅｎｇ，ＷＡＮ Ｙｏｎｇ，ＳＨＵ Ｈｏｎｇ－ｊｉｅ
　　（Ｗｕｈａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００５１， Ｃｈｉｎａ）
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｉｎｇ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｂｅｉ ａｒｅａ， ｄｅｖｉｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｐｏｔａｔｏ ｒｉｄｇｅ ｐｌａｎｔｅｒ ｏｐｅｎｅｒ， ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ｐｌａｎｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， ｔｒｅｎｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｒｉｄｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ， ａｎｄ ３Ｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｄｅｓｉｇｎ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｄｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ． Ｉｔ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｒｅｎｃｈｉｎｇ， ｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇ， ｐｌａｎｔｉｎｇ， ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｏｔａｔｏ； ｒｉｄｇｉｎｇ；ｐｌａｎｔｅｒ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ
　　湖北省马铃薯种植近年来呈现出面积扩大、产量提高、效益大增的趋势。截至２０１０年，冬季马铃薯种植面积达到２３万ｈｍ２，特别是黄冈、荆州、随州、武汉、咸宁、天门等１２个马铃薯开发新区发展迅速。以武汉为例，作为马铃薯种植新区，其主要分布在新洲、黄陂、蔡甸、汉南等远城区，多利用冬闲田种植，即冬春种植，５月收获。由于武汉地处南方，冬季气温较高，开春后雨水较为丰富，收获季节与北方的内蒙以及南部的福建相互错开，因此具有极佳的市场潜力与经济效益。
　　随着人力成本的快速增长，湖北地区实施马铃薯种植的产业化、机械化是发展马铃薯产业的关键。但是，目前马铃薯南方机械化种植发展总体水平不高，因此开发适合湖北武汉及其周边地区的马铃薯播种机械将是马铃薯全程机械化种植的关键。根据湖北地区种植马铃薯的农艺要求，从种植土壤环境出发，对马铃薯播种机的主要部件进行了设计与选型。
　　１ 开沟器设计
　　开沟器的功用主要是在播种机工作时开出种沟，引导种子和肥料进入种沟内，并使湿土覆盖种子和肥料。在设计开沟器时，根据农艺的要求，种沟要深浅一致且沟形整齐，沟底宽阔、平整。因此，在设计开沟器时，通过外形的改良使其具有良好的入土性能和切土能力，工作过程可靠而不易被杂草、残茬和土块堵塞。
　　设计选用芯铧式开沟器，如图１。该开沟器的特点为：工作过程中，开沟器的前棱和两侧对称的曲面使土壤沿曲面上升，并将残茬、表层干土块、杂草向两侧抛出翻倒，使下层营养土上翻；但在开沟器工作的同时增加土壤水分蒸发，不利于保墒，且开沟阻力大，不适于高速播种［1］。但是其具有以下优点：结构简单，入土性能好，对播种前整地要求不高，而且沟底较平，开出沟宽为１２０～１８０ ｍｍ。
　　在前期调研中发现，目前北方播种机型下肥量小于南方，因此种薯下地后距离排肥器施肥处较近，有可能造成肥料烧种。故在设计时，项目组决定将投种口与下肥管道分离，采用分层安装。开沟器主要设计参数如下。
　　１．１ 主体结构
　　芯铧式开沟器主要由芯铧、翼板、输种管和护种罩等主要部件组成［2，3］。芯铧选用４５＃钢板，厚４ ｍｍ，通过弯曲焊接制成，铧尖及刃口处进行淬火处理，以增加硬度及耐磨性。
　　１．２ 入土角α
　　如图１所示，开沟器入土角过大，入土性能差，且阻力增加。入土角过小会使芯铧尖而长，强度减弱。选择合适的入土角，芯铧入土容易。当入土过程完成后，整个犁架保持水平，确保所有开沟深度一致，避免种薯埋藏深度相近，保证薯块出芽齐整。一般芯铧入土角１５°～３５°为宜，为了增加强度，取α＝３８°。
　　１．３ 隙角ε
　　由图１可以看出，隙角ε影响开沟器在沟底土层的行走状态。为了有利于入土，减小芯铧与沟底土层的摩擦阻力，取ε＝５°为宜。
　　１．４ 斜切角γ
　　如图２所示，对于芯铧尖的斜切角γ进行设计，由于斜切角γ可以保证土块、秸秆残茬、杂草等异物沿刃口向后滑移，而不致缠挂、拥堵。因此此角不能过大，也不能太小。
　　斜切角γ可由图３的受力分析确定。欲使土壤在开沟器刃口上的滑切力能克服摩擦力，即需满足：
　　Ｐ０ｓｉｎ（９０°－γ）＞Ｆ （１）
　　由摩擦定律知：Ｆ＝Ｎｔｇ?准，Ｎ＝Ｐ０ｃｏｓ（９０°－γ），将其代入（１）式得：
　　Ｐ０ｓｉｎ（９０°－γ）＞Ｐ０ｃｏｓ（９０°－γ）×ｔｇ?准 （２）
　　化简（２）式得：
　　γ＜９０°－?准 （３）