全國大學(xué)生科技競賽作品

1、摘要 眾所周知，農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步的重要體現(xiàn)。玉米作為廣泛種植的傳統(tǒng)糧食作物之一，廣大農(nóng)民對玉米種植生產(chǎn)機械化的要求越來越高，傳統(tǒng)的手工操作已經(jīng)不能滿足日益增長的經(jīng)濟需求。在平原地區(qū)多以大型玉米播種機為主，而在西北丘陵、山地或平原地區(qū)面積較小的耕地，大型玉米播種機卻只能“望而卻步”。市場上大多是氣吸式或輪勺式玉米播種機。然而氣吸式雖然下種準(zhǔn)，但使用故障多。輪勺式水準(zhǔn)差，種植效果不理想。本方案設(shè)計的玉米播種機不同于市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品，彌補了這些缺陷，快捷的完成了播種。這一款小型便攜式玉米播種機主要由驅(qū)動機構(gòu)（扶手支架或小型動力，前后輪），送種系統(tǒng)（漏斗形裝種箱

2、、邊緣空心同軸轉(zhuǎn)盤、空心滑桿），播種機構(gòu)（下種箱）等組成?；谛D(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動內(nèi)盤有等間距的凹槽，凹槽可放2粒玉米。當(dāng)內(nèi)盤邊緣凹槽轉(zhuǎn)至漏斗口，兩粒種子落入凹槽隨內(nèi)盤轉(zhuǎn)動。當(dāng)內(nèi)盤轉(zhuǎn)至下端空心滑桿口處，玉米沿滑桿落入下種箱，順著轉(zhuǎn)筒中的倒角滑入下種管口。從而運用機械傳動，實現(xiàn)對玉米種子的輸送。下種管是解決播種問題的重要機構(gòu)。在小型動力驅(qū)動下，齒輪和鏈條帶動下種箱中四棱柱形裝置插入土地，四棱形裝置上的蓋土片接觸到地面，受地面和自重擠壓，打開已深入地下的下種管口，從而使種子從管口種下。隨著播種機繼續(xù)前行，蓋土片后的土壤受力作用后，接著再為已種下種子蓋土。解決了刨土，下粒，蓋土等技術(shù)問題,實現(xiàn)了一體化的耕

3、作模式。另外設(shè)計的4個等間距的下種口，可使播種玉米間距為11厘米，實現(xiàn)了等距播種。本產(chǎn)品采用了工程機械原理，多種機械綜合運用完成播種，潛在價值巨大。改變西北地區(qū)耗費勞動力多，生產(chǎn)效率低的現(xiàn)狀，以較小的成本創(chuàng)造較大的經(jīng)濟價值，這對農(nóng)業(yè)無疑是一種巨大的財富。目錄1. 研究背景12. 項目簡介23.國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢34產(chǎn)品設(shè)計與功能實現(xiàn)64.1進料機構(gòu)64.2送料圓輪64.3空心圓管74.4下種機構(gòu)84.4前后輪94.5動力系統(tǒng)105 .作品的創(chuàng)新點116現(xiàn)場實驗及分析12參考文獻13附錄131. 研究背景在我國廣大的西北地區(qū)，丘陵、山地隨處可見，梯田成就了一道美麗的風(fēng)景線。梯田在山坡上開墾，呈階

4、梯形，由一塊塊小面積種植區(qū)域組成，如圖1。梯田作為主要的農(nóng)作物種植地，充分利用了山坡上的土地資源。在我國，平原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已實現(xiàn)機械化，大大提高圖1. 西北梯田了生產(chǎn)效率，把從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人們從繁重的農(nóng)業(yè)勞動中解放出來。而在西北地區(qū)，農(nóng)業(yè)大型機械卻無法進入梯田進行作業(yè)，只能“望而卻步”，因此那里仍進行著相對原始的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這樣就使得西北農(nóng)業(yè)發(fā)展停滯不前。我國是世界第二玉米生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量億余噸，占世界總產(chǎn)量的20%。同時，我國也是玉米頭號消費國，消費量的90%以上靠國內(nèi)生產(chǎn)。西北玉米種植區(qū)，約占全國的3.5%，總產(chǎn)量約占3%。在西北玉米種植區(qū)，梯田上玉米種植仍然是完全依賴人工去完成，使農(nóng)民承擔(dān)

5、著繁重的勞動。玉米播種機為玉米種植帶來極大的便利，但如今市場上的玉米播種機大多適用于平原上玉米的播種，市場上輪勺式玉米播種機效果差，而播種效果稍好的氣吸式播種機，需大型耕種機械帶動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜故障多。像梯田這樣小面積的耕地它們也無法進入。而且對于覆有地膜的土地來說，平原玉米播種機進入后，由于其結(jié)構(gòu)原因會破壞地膜。要想精確控制種子之間播種的距離，使播種均勻，行距穩(wěn)定，覆土良好，節(jié)約種子，而且工作效率高，當(dāng)今的玉米播種機是無法完全同時做到的。根據(jù)西北農(nóng)業(yè)種植條件與當(dāng)今玉米播種機的缺陷，我們設(shè)計出了該款新型玉米播種機，來彌補市場上現(xiàn)有播種機的缺陷。2. 項目簡介 該玉米播種機主要由機架、進料機構(gòu)、送料

6、圓輪、空心圓管、下種機構(gòu)、前后輪、動力系統(tǒng)七部分組成。其核心功能及獨特之處有以下5點： 1、體型小，便于攜帶。該玉米播種機通過對外形及結(jié)構(gòu)的設(shè)計和取材及動力系統(tǒng)的選擇，實現(xiàn)體型小、質(zhì)量輕，且設(shè)計可折疊后輪，很容易將其攜帶至工作環(huán)境。既能靈便地工作于狹窄梯田或“房前院后”等小工作場地，又減少了耗能。 2、可等間距精確播種。通過獨特的轉(zhuǎn)盤設(shè)計，在轉(zhuǎn)盤內(nèi)開以等間距凹槽，僅內(nèi)盤與裝種箱種子接觸。通過內(nèi)盤轉(zhuǎn)動，凹槽每次攜帶兩粒玉米種子至下端。下種機構(gòu)設(shè)計4個等間距下種裝置，相鄰兩個下種裝置接觸地面時間間隔相等，從而實現(xiàn)等間距精確播種。 3、扭簧設(shè)計自動蓋土。通過對下種管和蓋土片間用扭簧控制，在蓋土片接觸

7、地面時，受機身自重擠壓，打開下種裝置，進行播種。播種后，壓力消失，扭簧作用，使蓋土片后受力作用后移，掩蓋玉米種子。 4、僅前行時播種。通過設(shè)計齒輪連接后軸和轉(zhuǎn)盤所在軸。齒輪單向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)播種機前行時帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，進行播種，后退時齒輪空轉(zhuǎn)，送料圓輪停止轉(zhuǎn)動，播種停止，減少了種子資源的浪費。5、故障少。通過純機械設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，很大程度地減少了因結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來的故障。保證該玉米播種機既能靈便高效播種的同時，又減少了“后顧之憂”。3.國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和人口的快速增長，我國耕地面積急劇減少，尤其在平原地帶。但農(nóng)業(yè)仍然是我國第一產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，2012年中國的玉米播種面積約5億畝，

8、為世界第二玉米生產(chǎn)大國。而在生產(chǎn)日益機械化的今天，播種機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少，使用播種機進行農(nóng)作物的生產(chǎn)，可以很大程度的提高生產(chǎn)效率，減少農(nóng)民的工作量。 近幾年，我國的聯(lián)合作業(yè)播種機發(fā)展較快，該播種機主要有播種-施肥聯(lián)合作業(yè)機、耕作-播種聯(lián)合作業(yè)機、松土-施肥-覆膜-穴播聯(lián)合作業(yè)機和施水-播種聯(lián)合作業(yè)機等，目前又發(fā)展了鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)。聯(lián)合播種機的作業(yè)場景如圖2。 圖 2.聯(lián)合播種機作業(yè)場景聯(lián)合播種機的作業(yè)可以極大的解決平原地區(qū)的種植作業(yè)問題，但是卻不能適用于面積狹小的西北梯田，而隨著西部大開發(fā)的進行，地理環(huán)境并不好的西北地區(qū)也逐漸進入人們的視野。據(jù)統(tǒng)計，西北地區(qū)的玉米種植面積占全國玉米總種植

9、面積的3.5%，產(chǎn)量占全國的3%。然而，受到地理環(huán)境的限制，大型的聯(lián)合播種機并不能被用于土地面積狹小的西北梯田。因此，雖然占全國總產(chǎn)量3%，西北的玉米種植仍以傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式為主，這種作業(yè)方式勞動強度大，作業(yè)速度慢，效率低，極大的限制了廣大西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。西北地區(qū)地形如圖3。 圖 3. 西北地區(qū)地形 市場上現(xiàn)有的適合較小面積作業(yè)的播種機多以輪勺式和氣吸式為主，然而，輪勺式存在太多的作業(yè)故障，作業(yè)效率低且效果差。氣吸式雖然作業(yè)效果好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障多，操作難度高，而且需要大驅(qū)動力帶動，因此對于以小面積梯田為主且山路崎嶇的西北地區(qū)，市場上現(xiàn)有的播種機遠遠不能滿足西北復(fù)雜地勢農(nóng)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)

10、農(nóng)業(yè)機械化的需要。對比現(xiàn)今市場中已有的播種機，該玉米播種機因其體型小、質(zhì)量輕，更容易在西北地區(qū)的崎嶇山路上行走，播種機自身安裝的小型汽油發(fā)動機也能解決以大型動力裝置驅(qū)動的播種機無法進入梯田的問題，而且每次三行作業(yè)也能很大程度地提高作業(yè)效率。因此，對比現(xiàn)今市場上的玉米播種機，這款播種機更能滿足西北復(fù)雜地勢農(nóng)業(yè)發(fā)展、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的需要。4產(chǎn)品設(shè)計與功能實現(xiàn)該播種機由機架、進料機構(gòu)、送料圓輪、空心圓管、下種機構(gòu)、前后輪、動力系統(tǒng)七部分組成。機架主要起固定和支撐其他組成部分的作用；進料機構(gòu)主要是在播種機工作時暫時存放并供給播種機種子；送料圓輪則是在播種機工作時將進料機構(gòu)中的種子以每次兩粒的供給數(shù)量和

11、一定的時間間隔送進空心圓管；空心圓管主要起到將被送入其中的種子順利的送進下種機構(gòu)的作用；下種機構(gòu)將進入其中的種子以一定的行距、列距、深度種入地下并用土掩埋。4.1進料機構(gòu)為了保證播種機在工作時種子的存放量和供給效果，我們將播種機的進料機構(gòu)上部分設(shè)計為長方形，下部分為橫截面呈梯形的四棱柱。播種機工作時，將種子裝入進料機構(gòu)，長方形的上部分保證了存放數(shù)量，而有斜面的下部分則保證了種子的供給效果，并且在種子存放數(shù)量不足時依然能繼續(xù)供給，從而大大的提高了種子的利用率并減少了缺苗現(xiàn)象。4.2送料圓輪 為了保證每次種入地里種子的數(shù)量只有兩粒，我們首次提出了采用開有小槽的旋轉(zhuǎn)圓輪送料的方法。我們在一個圓輪上均

12、勻的做出四個大小只能放下兩粒玉米的小槽，當(dāng)播種機工作時，存放在進料機構(gòu)中的玉米會進到小槽中，然后隨著圓輪的旋轉(zhuǎn)被送進空心圓管，由于小槽是均勻的分布在圓輪上的，所以隨著圓輪的旋轉(zhuǎn)，玉米會在相同的時間間隔下被送入空心圓管。送料圓輪如圖4。 圖 4. 送料圓輪4.3空心圓管 空心圓管的上端連接著內(nèi)含送料圓輪的和送料圓輪同軸固定的圓形殼的底部，下端連著下種機構(gòu)。進入空心圓管的種子會在自身重力的作用下沿著圓管下落并最終被送到下種機構(gòu)?？招膱A管結(jié)構(gòu)如圖5。 圖 5.空心圓管的連接4.4下種機構(gòu)下種機構(gòu)由大圓桶、軸承、開有倒角且桶壁上開有和空心圓管外徑同樣大小圓孔的小圓桶、安裝有彈簧的可張開和閉合并且在斜面

13、上做有蓋土片的四棱柱形下種裝置組成。下種結(jié)構(gòu)如圖6。圖 6.其中，大圓桶的桶壁上均勻開有和四棱柱形下種裝置底面同樣形狀和大小的孔，四個四棱柱形下種裝置被均勻的固定在大圓桶桶壁的孔上。軸承外徑和大圓桶內(nèi)徑一樣大并被固定在大圓桶靠近四棱柱形下種裝置的一側(cè)，大圓桶的另一側(cè)用和圓桶直徑一樣大小的圓形鐵板封閉。內(nèi)側(cè)小圓桶外徑和所述軸承的內(nèi)徑一樣大并被固定在軸承上，該圓桶的另一邊裝有和它內(nèi)徑一樣大的軸承。結(jié)構(gòu)如圖7。 圖 7. 進入空心圓管的種子會落在開有倒角的圓桶里面的倒角壁上，由于種子下落時具有一定速度，所以會在慣性和碰撞的作用下沿著倒角壁滾落到裝有四棱柱形下種裝置的圓桶的里面。而且播種機在工作時裝有

14、四棱柱形下種裝置的圓桶是不停的轉(zhuǎn)動的，而玉米種子一直處于圓桶內(nèi)壁的最低處，所以隨著圓桶的轉(zhuǎn)動，玉米會由圓桶上開的槽進入四棱柱形下種裝置，隨著播種機的前進，該下種裝置會在播種機重力的作用下被壓進土里，下種裝置上的蓋土片會接觸到地面，由于受地面和自重擠壓，蓋土片會打開已深入地下的可張開和閉合的下種裝置，從而使種子從下種裝置種入地下。隨著播種機繼續(xù)前行，播種裝置上的蓋土片后的土壤受到蓋土片的作用后移將種子遮蓋。4.4前后輪 為了方便該播種機的移動，我們在播種機下種機構(gòu)的兩側(cè)安裝了可折疊的輪子。當(dāng)播種機進行播種作業(yè)時，可以將后輪折疊起來，不會對播種機的作業(yè)效果產(chǎn)生任何影響。當(dāng)作業(yè)完成時，可以將輪子恢復(fù)

15、原狀，保證了播種機在非工作狀態(tài)下移動的便捷。前輪使用充氣輪胎，兩個輪胎之間用軸固定連接在一起，軸上固定有鏈輪。當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動的軸將帶動前輪。后輪折疊前后的效果分別如圖8、圖9所示。 圖 8.折疊前 圖 9.折疊后4.5動力系統(tǒng) 我們使用二沖程40-5小型汽油機發(fā)動機為播種機的前輪提供動力。該發(fā)動機型號為1E44-5，排量為49.9cc，發(fā)動機功率1.65kw，轉(zhuǎn)速65007000r/min，發(fā)動機型式為風(fēng)冷二沖件，采用膜片式，燃油配比25:1。發(fā)動機上裝有離合器和變速箱，當(dāng)播種機工作時，可以通過變速箱調(diào)節(jié)播種機的作業(yè)速度，并且通過離合器可以隨時停止播種機的工作，實現(xiàn)了在不同的環(huán)境下使用不同

16、的速度作業(yè)，可以保證播種效果良好，發(fā)動機如圖10。 圖 10. 二沖程40-5小型汽油機5 .作品的創(chuàng)新點 獨特的下種機構(gòu)設(shè)計。使用四棱柱形下種裝置，保證了播種時下種深度；創(chuàng)新性的扭簧和蓋土片設(shè)計，一次完成刨土、下種、蓋土三個作業(yè)過程。利用轉(zhuǎn)盤控制玉米下種數(shù)目并通過轉(zhuǎn)盤內(nèi)盤等距凹槽和控制下種箱同速轉(zhuǎn)動來進行等間距種植，大大減少缺苗現(xiàn)象。通過齒輪和鏈條連接，下種箱所在軸承和轉(zhuǎn)盤所在軸承的設(shè)計可使播種機在前行時播種，后退或轉(zhuǎn)彎時齒輪空轉(zhuǎn)停止播種。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，減少了因結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的使用故障。并且體積小，質(zhì)量輕，即避免了使用后的土地硬化，也更方便人們攜帶。6現(xiàn)場實驗及分析試驗過程主要關(guān)注以下四個指

17、標(biāo)： 第一，種子下落情況：包括下種的行間距和每個下種點的下種數(shù)量。試驗證明播種機前進速度并不影響種植玉米的行間距。通過對已下種點進行檢查，發(fā)現(xiàn)90%左右的下種點播種結(jié)果為2粒，符合預(yù)期要求。 第二點，播種深度及蓋土情況。通過試驗過程中對播種機下種裝置插入地下深度及已種下玉米深度的測量，得出下種深度約為5厘米到7厘米，蓋土效果良好。試驗證明蓋土片受力彈起土壤足夠為已種下種子蓋土。 第三點，操作是否費力。實驗過程中，土質(zhì)符合播種要求，操作起來比較輕松。在小型動力驅(qū)動下，使用者只需手握播種機扶手，掌控方向，播種機就能前進并且正常工作。在很大程度上減輕了勞動強度。第四點，操作是否簡單，容易。實驗證明，使用只需掌控方向，無需學(xué)習(xí)，便可使用。 實驗結(jié)果證明了該玉米播種機達到了預(yù)期要求。參考文獻洪立華，朱喜才等.淺談機械精播技術(shù)及優(yōu)勢J.農(nóng)業(yè)機械.2011.1. 中國農(nóng)業(yè)機械化