穴播器开启机构的设计

董 军

(兰州职业技术学院,兰州 730070)

1 研究背景

在我国，21世纪农业经济腾飞，经济作物的种植量增加，主要以人工播种为主，劳动强度大，生产条件变化多，必须发展与之相适应的机械作为支撑。我国播种机械产品技术水平低的原因是多方面的，主要原因是缺乏人才与资金的投入，使其开发水平受到限制。国外研制和生产穴播器起步早，发展较快。我省是农业大省，尤其是玉米的种植，玉米、小麦产业已趋规模化。玉米产品品质的决定因素之一是适量、适距播种。因此，穴播器机械作业对于提高玉米生产率起着重要作用。而我省小麦、玉米种植地块小且分散，地块幅宽窄，播种机械化技术停留在初级阶段，以人工撒播、点播为主。因此，研制开发“先进、经济、实用”三者统一,适合山地、梯田、小地块,简便、灵活的小型山地播种机械具有重要的现实意义。穴播器能够实现这种要求，显而易见，穴播器开启机构的设计与研究是不可缺少的。

本方案研究的穴播器开启机构通用性强，能适应不同土壤，根据农用机械动力实现开启机构的高效率工作等一整套工作过程。结合动力工作时，通过一系列的传动进行穴播，结构简单，性能稳定，使用方便。

2 传统穴播器类型

目前我国已有的穴播器，根据结构大致可分滚轮式和直插式。滚轮式穴播器根据成穴部件又可分为鸭嘴式、活塞式、铲式。为了解决机械化覆膜种植中普遍存在的种穴与膜孔错位问题，活塞式较优，但在免耕地上入土成穴而言，鸭嘴、柱塞式穴播器要优于铲式。铲式成穴器的打穴铲为中空的四棱锥体，成穴器轮盘与打穴铲所构成的铲轮，在播种机机架上安装的位置与垂直平面(与播种方向夹角为γ)的夹角为β，在水平面内与播种机播种前进方向的夹角为γ。成穴器铲轮沿播种方向滚动前进时，打穴铲可以穿过地面覆盖的秸秆、杂草进入土壤，并在土壤上形成空穴。而鸭嘴、柱塞式穴播器的成穴部件径向分布在滚轮上，并在滚轮的带动下，在播种方向的平面内做摆线运动。在成穴器运动到最低点时，柱塞内腔顶杆或鸭嘴上配置的压板将活门打开，完成投种。

较柱塞式穴播器，不论是从穴播器的结构还是从其在田间的工作原理上来说，鸭嘴式要好一些。因为它结构简单，制作方便，价格也比较便宜。因此，该穴播器开启机构适合于大多数的农民使用。但它只要陷入松软或潮湿的土壤内，由于压板不能很好地与土壤紧密接触开启机构就会失灵；在较硬的土壤上工作，成穴器入土、开启困难。所以要适应免耕地，须对传统的鸭嘴式穴播轮结构加以改进和优化。因此，笔者针对传统鸭嘴式轮式穴播器在松软土壤中难以开启的一些问题进行研究并获得最佳解决方案。

3 研究方案

3.1 方案的提出

根据传统鸭嘴式穴播器开启机构的弊端，我们结合穴播器中的内置凸轮和中的复位弹簧提出了自己的一套理论。如图1所示。

这便是我们根据传统穴播器所提出的内置偏心轮鸭嘴直插式穴播器。首先该方案将传统机构中的穴播器开启机构动力内置，这样就避免了无论是在潮湿还是松软的农田作业条件下开启机构打不开的情况。

3.2 方案机构的工作原理

当穴播轮在田间作业时，由于农业机械的带动使得穴播轮内置的偏心轮中间轴会转动，此时轴会传递动力给偏心轮。我们知道偏心轮是由凸轮机构演化而来的，也有上止点和下止点，所以当偏心轮运动到上止点时，会与其相配套的顶柱相作用，此时直插式穴播嘴便会打开;当偏心轮由上止点往下止点运动时,顶柱由于与其相连的复位弹簧的作用而收缩，使穴播嘴的一半收回进而收缩，这样就完成了穴播器开启机构的一次工作行程。

3.3 方案机构的机械原理

3.3.1 偏心轮机构的概述

偏心轮就是指装在轴上的轮形零件,轴孔偏向一边。轴旋转时,轮的外缘推动另一机件,产生往复运动。 偏心轮机构是由凸轮演化而成的。凸轮是指一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，做等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。但是凸轮的缺点就是其不善于传递动力。 偏心轮机构使用目的多用来带动机械的开关、活门等。

3.3.2 按给定运动规律设计偏心轮轮廓曲线

3.3.2.1 绘制位移线图

偏心轮机构工作时，偏心轮不动，滚子绕着偏心轮运动。根据偏心轮所实现的运动过程，以及开口器的打开程度，绘制s—φ，如图2所示。在0°时，鸭嘴式开口器在穴播器外轮廓的最顶部，鸭嘴的开度为0mm。随着穴播器的转动鸭嘴的开度逐渐增大，当转过180°时，此时，鸭嘴已伸入地下最大距离，同时鸭嘴的开度也达到了最大。之后，随着穴播器继续转动，开口器的开度又逐渐减小，在360°时，即转过一圈后，开口器的鸭嘴又紧闭。

3.3.2.2 偏心轮的机构运动简图

偏心轮的结构形状如图3所示。图中e为偏心距，e应该和鸭嘴的最大开度距离相等。滚轮绕着偏心轮转动，当滚轮转到图示位置时，鸭嘴紧闭，没有开度，当滚轮沿着偏心轮逆时针转过180°时，鸭嘴的开度达到最大，即打开距离为偏心距e。此时种子便从开度的缝隙中落下，完成播种。

3.3.3 穴播器的整体结构的设计

穴播器整体结构如图4所示。在复位弹簧和偏心轮的作用下，鸭嘴式开口器便完成图示的动作，当转到最下方时，种子便从鸭嘴的开口处落下，掉在开口器开的沟槽中，完成播种。

3.4 方案机构的特点

该装置结构简单，其只有内置偏心轮、复位弹簧和直插式鸭嘴穴播器三者构成。由于结构简单使该机构便于加工，因为此机构将开启装置的动力源装在了穴播器内部，减小了功率的消耗，从而使穴播器开启机构较传统穴播器相比功率增高，开启方便、容易。

在复位弹簧设置方面，该机构克服了传统鸭嘴式穴播器开启机构将弹簧安装在穴播轮外面，直接避免了复位弹簧与作业土壤的直接接触，进而克服了由于作业土壤因潮湿等因素而粘附，积压在复位弹簧上，从而导致开启机构打不开失灵，和复位弹簧经常和土壤、水分接触所引起的弹簧的腐蚀、磨损和失效。

鸭嘴穴播器开启机构的打开方向和方式也与传统的大不一样，本方案采用了由内置顶柱作用的直插式开启机构(如图5)，而不是传统穴播器中根据弹簧压板受到压力而应用的张开式穴播器开启机构。此种对于开启机构的设计有助于穴播器开启机构效率的提高，间接地避免了田间土壤对鸭嘴穴播器的堵塞，提高了该穴播器的播种效率。

我国农业机械之所以不能很好发展的一大原因是一些农机具的加工成本较高，加工工艺需要十分精细，所以致使许多农业机械的推广受阻。然而该项目提出的方案结构简单，价格低，便于加工，适于大力推广。

4 结语

在二十一世纪的今天，农业的发展已是我国乃至全世界所共同面临的问题。在我国，人口的增加、耕地的减少都迫使我们要在现有的土地上产出更多的粮食，来养活我们自己。因此，农业机械化的发展在我国已刻不容缓。而本科研项目以及所提出的方案就是为这种形势发展需要而服务的。在科技日益进步的今天，我国农机事业蓬勃发展，中国农业机械化的明天将会更加辉煌！

参考文献：

[1]张屏波.精密播种技术的发展道路[J].国外农机，1984,(1，2).

[2]李民.我国精少量播种机的现状与发展[J].中国农机化，1996,(3).

[3]马成林等，打穴播种机研究的发展和现状[J].农业机械学报，1991,(1).

[4]汪遵元,胡敦俊,黄聿荣.滚轮式膜上打孔精量播种机[J].农业机械学报,1988,19(1):88～95.

[5]CaryJW.Punchplantingtoestablishlettuceandcarrotsunderadve

rseconditions[J].AgronomyJournal,1967,59(9/10):406～408.

[6]魏宏安,邵世禄.垂直插入式小麦覆膜穴播机的研究[J].农业机械学报,2001,32(6):34～37.

[7]郭志东.4BHZA型活塞式地膜覆盖农作物穴播机[P].中国专利(97106116),1999,3.

[8]马成林,李成华,于海业,KH.Kromer.铲式成穴器成穴性能的试验研究[J].农业机械学报,1999,30(2).

[9]郑文纬,吴克坚.机械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,1997.

[10]马旭,马成林,张守勤.地膜覆盖播种机成穴器的研究[J].农业机械学报,1989,20(4):20～27.

[11]黄锡恺,郑文纬.机械原理(1981年修订版)[M].北京:人民教育出版社,1981.

[12]陈晓光.直插式播种机的研究[J].农业工程学报，1993，9(3):66～70.