直插式膜上播种机的设计与研究

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所舒虹杰杜铮王锐卢泽民廖剑

直插式膜上播种机的设计与研究

武汉市农业科学技术研究院农业机械化科学研究所舒虹杰杜铮王锐卢泽民廖剑

∶地膜覆盖播种技术是解决我国干旱、半干旱地区农作物生长期缺水问题的关键性栽培技术措施，而传统膜上播种机存在挑膜、撕膜、种穴错位等问题。本文根据膜上播种的特殊农艺要求，设计了一种新型膜上播种机，实现了开穴器垂直入土、出土，解决了挑膜、撕膜、种穴错位等问题。本文主要介绍了该播种机的主要结构及工作原理，对其进行了理论分析及虚拟样机仿真验证，证明了该播种机的设计的合理性，能满足农艺要求。

∶膜上播种机；运动仿真

1 前言

地膜覆盖播种技术是解决我国干旱、半干旱地区农作物生长期缺水问题的关键性栽培技术措施之一，能够起到保温、保墒、改善土壤理化性质，提高土壤肥力，抑制杂草生长，减轻病害、早熟和增产的作用，在我国得到大面积的推广[1]。

目前，国内研发的覆膜播种机械大都采用传统的作业方式，即先播种后铺膜。这种作业方式增加了作业工序，需要在出苗前人工或者机械破膜放苗。存在放苗不及时，造成烧苗的风险，如马铃薯机械化播种[2]。近几年来，一种新型播种技术—膜上打孔播种技术逐渐发展起来。因为在播种过程中，采用特制打孔器对覆盖好地膜的土壤进行打孔播种。这样省去了破膜放苗的工序，同时对土壤扰动小，利于抗旱、保墒，既节省了人力、工时，又避免了因放苗不及时而烧苗现象，同时结合节水灌溉施肥技术进行膜下滴灌，更能显著提高产量[3]。然而现有的膜上播种机械，在精量播种、播种均匀性、播种稳定性、播深、株距调节等方面仍存在很多技术问题[4]。因此，本文设计一种株距、行距、播深可调，可实现开穴器垂直入土，入土最低点强制投种的膜上播种机，满足膜上播种农艺要求[5-6]。

2 结构设计及工作原理

播种机整体结构设计如图1a、图1b所示，该机构主要由行走轮1、一级链轮组2、机架3、扶手组件4、排种轮5、排种器6、导种管7、曲柄8、连杆9、不完全齿轮组10、齿条11、齿轮轴12、开穴器13、开穴器盖板14、挡块15组成。

该播种机动力传递过程：通过推动扶手组件4，使整机在平整好的地面上行走，此时行走轮1转动，通过一级链轮的传递，带动齿轮轴12的转动。齿轮轴12分别通过不完全齿轮组10带动齿条水平运动，通过链传动输送动力到曲柄轴。曲柄轴又分别将动力传动到排种轮5和曲柄8，曲柄8通过连杆9带动开穴器13工作。

播种机前进时，通过链传动的速度放大，使不完全齿轮组10带动齿条组件11及与其相连的开穴器13运动，开穴器13绝对运动速度与播种机前进速度大小相等方向相反。与此同时齿轮轴12带动偏心曲柄连杆机构（8、9）的运动，实现开穴器13垂直方向的运动。齿轮齿条机构与曲柄滑块机构的组合，在补偿了整机的水平方向运动的同时，实现了开穴器垂直入土和出土，解决了挑膜、撕膜和穴孔与种苗错位的问题。开穴器入土到最低点时，开穴器盖板与挡块接触。继续运动，开穴器既向上运动又向后运动，此时挡块强迫开穴盖板打开，从而实现稳定排种。

该播种机参数，是根据萝卜种植的农艺及工况要求来选定。其中行距通过调节两排种器距离实现；株距通过不同不完全齿轮与齿条的配合来实现；播深通过改变开穴器与开穴导管的相对位置来实现。其主要技术参数如表1所示：

表1 播种机参数

3 开穴机构运动分析及虚拟仿真

为验证开穴机构是否满足垂直入土、出土的要求，需对开穴机构进行运动分析，以曲柄1回转中心O为坐标原点，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立运动分析坐标系如图2所示。

图2 开穴机构运动分析原理图

由于开穴器是刚体，因此开穴器最低点入土和出土过程中x，y方向的运动和B点一致。对B点进行分析，该播种机运动方程为：

式（3）中：

a—曲柄OA长度

通过分析式（3）可知，B点x方向绝对位移值为常数，对其求导可知在x方向速度和加速度均为零。在y方向速度周期性变化，在最低点速度为零。因此可知，不完全齿轮齿条-曲柄滑块组合机构可以满足开穴器垂直入土、出土的农艺要求[5]。

为进一步验证开穴机构运动轨迹是否和理论分析一致，利用SolidworksMotion进行运动学仿真，获得开穴器最低点运动轨迹如图（3）所示。

图3 开穴机构运动仿真结果

从图（3）可以看出，在水平方向上，仿真结果与理论计算的结果略有偏离，但是偏离范围很小，能到达到膜上播种要求的垂直入土、出土要求。因此该机构满足设计要求，能解决传统膜上播种机挑膜、撕膜、种穴与幼苗错位等问题[8]。

4 结论

（1）根据膜上播种的农艺需求，设计出一种新型直插式膜上播种机，能够解决传统膜上播种机挑膜、撕膜和穴孔与种苗错位等问题。

（2）该播种机通过不完全齿轮齿条-曲柄滑块组合机构，实现了开穴器垂直入土、出土。通过开穴挡块与开穴器运动轨迹的配合，实现在入土最低点强制开穴。通过对该机构的理论分析及运动仿真，验证了播种机运动符合预期，开穴轨迹合理。

[1]黄若忱.穴式铺膜播种机设计问题研究[J].农业工程,2013,05∶113-115.

[2]杜铮，万勇，舒虹杰.湖北地区马铃薯播种机主要部件设计[J].湖北农业科学2012,(15)∶3345-3348.

[3]杜铮,庞雄斌,万勇.节水灌溉施肥技术与应用[J].湖北农机化,2010,(5)∶60-62.

[4]吕小莲,刘敏基,王海鸥等.花生膜上播种技术及其设备研发进展[J].中国农机化,2012,(1)∶88-92.

[5]张世杰.谷子铺膜播种机设计[J].农业机械, 2012,25∶138-139.

[6]王计新.穴播式铺膜播种机的研究[J].农业开发与装备,2013,(12)∶48-50,58.

[7]陈晓光,左春柽,高峰.直插式播种机的研究—Ⅰ.直插式成穴器[J].农业工程学报,1993,03∶66-70.

[8]赵武云,戴飞,杨杰等.玉米全膜双垄沟直插式精量穴播机设计与试验[J].农业机械学报,2013,44(11)∶91-97.

2016-11-12）