插穴式自动定向大蒜播种机的设计研究

韩秋燕，王小瑜，郝　杰，谢丽君， 余　娟

(1.烟台汽车工程职业学院，山东 烟台　265500；2.山东省农业机械科学研究院，济南　250100)



插穴式自动定向大蒜播种机的设计研究

韩秋燕1，王小瑜2，郝杰1，谢丽君1， 余娟1

(1.烟台汽车工程职业学院，山东 烟台265500；2.山东省农业机械科学研究院，济南250100)

摘要：为了提高大蒜播种机在播种过程中蒜瓣的直立度及鳞芽向上的概率,保证株距均匀，设计了一种新型的大蒜播种机。通过对关键部件的结构设计与参数分析，确定了主要部件结构。经过试验验证，此大蒜播种机的锥形螺旋导种管能够使大蒜落土后鳞芽向上的合格率达到96%，压穴锥能够使直立度达到98%,并能保证株距均匀。

关键词：大蒜播种机；插穴式；自动定向

0引言

现阶段，大蒜播种作业主要是人工插播，效率低、劳动强度大。虽然有研究提出并设计了大蒜播种机，并申请了国家专利；但在使用过程中并不能同时实现蒜种鳞芽向上、蒜种落土后的直立和均匀的株距，且多数设计整机庞大、结构复杂，不能形成经济适用的产品进行大规模推广[1-6]。为此，在调研了大量的现有大蒜播种机装置和专利后[7-13]，设计了一种能够同时自动确定鳞芽方向和实现均匀株距的插穴式蒜瓣自动定向大蒜播种机，成功申请了专利[14]，并进行播种试验，旨在为大蒜播种机的产品化应用提供基础资料。

1整体结构及工作原理

1.1整体结构

该插穴式蒜瓣自动定向大蒜播种机由播种箱、排种管、下种管、覆土板、导种管、挡板、凸轮、压穴锥、播种盘、中心轴、牵引杆及把手组成，整体结构如图1所示。

播种箱下端连接排种管，排种管下口正对着下种管的上口，二者之间有一挡板，下种管下面连接着导种管；挡板和凸轮组成直动顶尖从动件盘形凸轮机构，凸轮和播种盘同心并排固定在中心轴上，圆锥形的压穴锥均匀分布在播种盘的外圆上；牵引杆安装在播种盘上，牵引杆的末端安装有把手，埋土板连接在整个机构的后面。

1.播种箱　2.排种管　3.下种管　4.覆土板　5.导种管　6.挡板

1.2工作原理

以拖拉机作为动力，通过把手和牵引杆把动力传到播种盘上；播种盘转动，播种盘上的压穴锥压出圆锥形的种穴，同时凸轮转动，带动挡板向右移动，排种管和下种管连通，蒜种由播种箱落下，经过排种管，落到下种管中，然后经弯曲状的锥形螺旋导种管下落到圆锥形的种穴中；播种盘继续带动凸轮转动，挡板在凸轮推程过程中向左移动，阻断播种管和下种管的连接；同时覆土板对落下的蒜种进行覆土，此为一次播种过程；播种盘继续在动力带动下向前转动进行下一次播种，实现播种的连续作业，如此往复。

2关键部件设计

2.1蒜瓣外形尺寸的测量与分析

从蒜种中随机选取了50个蒜瓣，分别对其长、宽、高、质量进行测量，得到外形尺寸统计(见表1)和尺寸频数(见图2～图5)，从频数图可看出外形尺寸基本符合正态分布。

表1　蒜瓣外形尺寸统计表

图2　蒜瓣长度频数图

图3　蒜瓣宽度频数图

图4　蒜瓣高度频数图

图5　蒜瓣质量频数图

蒜瓣形状鳞芽处尖，蒜根处粗，瓣背成弧形，其质心位于大头最厚处，有利于蒜瓣的稳定落下[15-16]。根据大蒜播种农艺要求和蒜瓣外形尺寸的统计分析结果，对播种盘和压穴锥、盘形凸轮机构及导种管进行设计。

2.2播种盘和压穴锥

播种盘结构如图6所示。

1.播种盘　2.压穴锥

播种盘外圆上均匀分布着圆锥形的压穴锥，压穴锥之间的圆弧距离为大蒜的株距。播种盘每转过1个株距，压穴锥压出1个圆锥形的种穴，保证均匀的株距。结合实际的农艺要求和播种盘的协调性，播种盘每转1周播种8个蒜种，株距为150mm，则

式中D—播种盘的直径(mm)；

从潜水的水化学参数的统计特征值总体分析，榆林市矿区第四系潜水受到污染，主要污染的指标为NO-3，其次为NO-2、SO2-4、TDS和总硬度。

n—1个周期内下落的蒜种数；

t—株距或穴距(mm)。

将n=8，t=150mm带入上式得到D=382.2mm。

根据大蒜的外形尺寸和农艺要求，压穴锥的大径为25mm,小径为19mm，高度为35mm。这种压穴锥压出的种穴呈上大下小的圆锥形，能够保证大蒜顺利落入种穴，并保持直立。

2.3盘形凸轮机构

1.中心轴　2.凸轮　3.下种管　4.挡板

挡板是从动件，与凸轮组成直动顶尖从动件盘形凸轮机构。此机构能够使凸轮带动挡板做有规律的直线往复运动，控制蒜种的落下。凸轮转动，带动挡板向右移动，排种管和下种管连通，蒜种落下；播种盘继续带动凸轮转动，挡板在凸轮推程过程中向左移动，阻断播种管和下种管的连接，如此往复。

凸轮和播种盘同心并排固定在中心轴上，播种盘转动时带动凸轮转动。当播种盘转过1个株距，压穴锥压出1个圆锥形的蒜种穴，凸轮便带动挡板向右移动1次；播种管和下种管连通，此时蒜种由播种管下落到下种管中，保证每压出1个蒜种穴便下落1粒蒜种。

根据整个机构的尺寸规划和挡板的运动规律，利用图解法对盘形凸轮机构进行设计，结果如表2所示。

表2　盘形凸轮机构参数

2.4导种管

导种管为弯曲的锥形螺旋状，如图8所示。

图8　导种管

其锥角为5°～7°，出口的内径尺寸为29mm，1次仅能下落1粒蒜种，且由于蒜种的只心在大头端，蒜种在导种管下落时可以在摩擦力的作用下自动调整蒜种方位，使大头端朝下、鳞芽向上[16]。

3试验分析

随机选取50个蒜瓣，利用上述大蒜播种机样机进行田间试验，分析蒜种落土后鳞芽朝向、直立程度和株距情况，试验重复3次，结果如表3和表4所示。

表3　鳞芽朝向试验效果

由表3可看出：大蒜落土后鳞芽向上的合格率达到了96%以上，此导种管的设计较好地解决了鳞芽朝向问题。

表4　鳞芽直立程度试验效果

由表4可以看出：大蒜落土后直立度达到98%以上；在这3次试验中，仅有1颗大蒜落土后不是直立的，出现这一特例的原因与土壤的含水率、导种管下口与种穴的距离等有关。

在这3次试验中，株距比较均匀，达到了农艺要求。但是在试验过程中个别蒜种的下落位置和压穴锥压出的种穴位置存在误差，致使蒜种不能播种到种穴中，这个问题需要在后期的研究中进一步改进和完善。

4结论

该插穴式蒜瓣自动定向大蒜播种机很好地解决了大蒜播种株距不均匀、鳞芽直立程度和蒜种鳞芽方向朝上的难题。试验结果表明：此大蒜播种机的锥形螺旋导种管能够使大蒜落土后鳞芽向上的合格率达到96%，压穴锥能够使直立度达到98%，盘形凸轮机构和播种盘能够保证比较均匀的株距，达到农艺要求。

参考文献：

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[15]王小瑜,崔荣江,荐世春.大蒜种体形态分析及植株收获性能试验研究[J].农机化研究,2015, 37(9):202-205,210.

[16]荐世春,刘云东.大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试验研究[J].农业装备与车辆工程,2009(10)：28-29.

Design Research of Plug-hole Automatic Orientation Garlic Planting Machine

Han Qiuyan1, Wang Xiaoyu2, Hao Jie1, Xie Lijun1, Yu Juan1

(1.Yantai Automobile Engineering Vocational College, Yantai 265500, China； 2.Shandong Agricultural Machinery Research Institute，Jinan 250100，China)

Abstract：In order to improve the upright degreed and the upward probability of garlic during the sowing process,to ensure the uniformity of plant spacing, a new kind of garlic planting machine was designed, the machine has a tapered spiral pipe, pressure hole cone and plate cam mechanism, through experiment, the conical spiral pipe of the garlic seeder can improve the upward degreed reached 96%,the pressure cone can improve the upright probability reached 98%, the disc cam mechanism can ensure the uniform spacing, the new garlic planting machine is reliable, can improve the sowing quality significantly.

Key words：garlic planting machine; plug-hole; automatic orientation

文章编号：1003-188X(2016)07-0172-04

中图分类号：S223.2+6

文献标识码：A

作者简介：韩秋燕(1979-),女，山东梁山人，讲师，硕士，(E-mail)hanqiuyan145666@163.com。

基金项目：山东省农业重大应用技术创新项目(鲁财农指[2014]38号)；济南市科技发展计划项目(201401273)

收稿日期：2015-07-15