大蒜播種機(jī)中振動(dòng)篩和排種器的整合設(shè)計(jì),農(nóng)業(yè)工程論文

大蒜播種機(jī)中振動(dòng)篩和排種器的整合設(shè)計(jì),農(nóng)業(yè)工程論文引言大蒜在我們國家非常普遍，當(dāng)前其種植方面存在眾多問題，使得以大蒜種植為生的農(nóng)民很辛苦。農(nóng)民通過手工方式開溝、插蒜、覆土，效率非常低，如金鄉(xiāng)的大蒜舉世聞名，但數(shù)千公頃的大蒜都是通過人工種植，勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知[1].農(nóng)民迫切需要一種能夠代替手工的機(jī)電一體化產(chǎn)品來解決種蒜難這一歷史性難題。設(shè)計(jì)大蒜種植機(jī)首先要解決的問題就是大蒜的直立挑選，突破不規(guī)則農(nóng)作物種植的瓶頸。振動(dòng)篩和排種器都是比擬成熟的設(shè)備，假如將兩部分有機(jī)結(jié)合，再針對大蒜的不規(guī)則外形進(jìn)行改良，將縮短研發(fā)時(shí)間，提高研發(fā)效率，獲得事半功倍的效果。1振動(dòng)篩的選擇1.1振動(dòng)篩原理振動(dòng)篩在工廠中非常普遍，種類也多種多樣，主要用于工廠中標(biāo)準(zhǔn)件的挑選，而針對非標(biāo)準(zhǔn)件的振動(dòng)篩非常罕見。對于蒜瓣這種有別于標(biāo)準(zhǔn)件甚至形狀極不規(guī)則的個(gè)體，振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)之一。圖1~圖6所示為振動(dòng)篩的幾種挑選方式，均是利用零件的形狀特性來進(jìn)行挑選；零件特征較為明顯。圖1所示的圓臺性零件大端和小端的差異較大，利用圖中設(shè)置的缺口便可將符合條件的零件挑選出來；在旋渦盆軌道設(shè)V型缺口，大面朝下時(shí)，在V形缺口架橋而通過，臥倒或倒立的工件不能架橋，繼而落下、排除。設(shè)缺口的半角為、軌道寬度為D、圓錐上部為d、sind/2D時(shí)，全部工件通過。底部質(zhì)量較大且長度比直徑大的圓筒型工件〔見圖2〕,在軌道終端的伸出長度因底在前或后而異，有底端與無底端的質(zhì)量懸殊愈大時(shí)，振列速度和精度愈高。若工件數(shù)量太多時(shí)，落下滑槽工件滿，失去振列機(jī)能，對策是用熱電晶體等控制供應(yīng)，通過上端膨大、下端內(nèi)徑與工件外徑一樣的通管承接工件。工件排成一列時(shí)〔見圖3〕,在軌道開形狀近似工件的孔，同方向的工件落下，反方向者通過。此種工件的振列不大受外部阻力作用，振列的工件在滑槽內(nèi)仍然連結(jié)成一列，所以不能用重力式滑槽，此時(shí)的滑槽需要直進(jìn)式進(jìn)料器。針對雙圓柱連接工件而言，工件在傾斜臺以小端端部為圓心，沿傾斜臺滾動(dòng)，最后落入半圓形槽，如此圖4所示。圖5為螺栓與螺釘?shù)墓ぜ窳?，游尺測定部的開度稍寬于螺栓頭直徑及游尺測定部重力采取吊頭姿勢時(shí)，容易以此方式振列，但不適于頭徑大而腳徑小、長度短的場合。設(shè)D-d/2=x時(shí)，若設(shè)計(jì)成x0.2,則振列或滑槽的制作都可得到好結(jié)果。螺釘類鉚釘類振動(dòng)篩，設(shè)置限制板和缺口兩道機(jī)關(guān)來完成對此類工件的挑選。重心分布不均的長柱體，一端膨大，當(dāng)柱體振動(dòng)轉(zhuǎn)移到推出板前方時(shí)，通過空氣缸推動(dòng)偏心柱體至前方支點(diǎn)處。由于重心存在偏置繼而在支點(diǎn)處發(fā)生傾斜，柱體進(jìn)入承接箱，承接箱具有一定的尺寸特性，使得落入的柱體不易發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此圖6所示。1.2大蒜挑選振動(dòng)篩設(shè)計(jì)遭到振動(dòng)篩不同外形及工作原理的啟發(fā)，大蒜在外型上更接近保齡球式零件振動(dòng)篩所對應(yīng)的物件。因而，在振動(dòng)軌道上設(shè)置蒜型的篩孔，將不符合要求的蒜瓣通過篩孔漏下去重新挑選，便得到了如此圖7所示的挑選機(jī)構(gòu)。通過試驗(yàn)研究，將陣列的軌道設(shè)置成寬度小于大蒜平均高度且大于大蒜平均寬度的尺寸，大蒜在振動(dòng)經(jīng)過中僅能呈現(xiàn)芽部向前或根部向前兩種狀態(tài)，其他狀態(tài)的大蒜會由于重心外伸發(fā)生傾倒而落入振動(dòng)篩底端重新挑選。當(dāng)大蒜芽部向前時(shí)，半身到達(dá)篩孔，大蒜芽部較尖，首先接觸到的空間恰巧為大蒜根部所在的空間大??；所以當(dāng)芽部向下傾斜時(shí)，有了引導(dǎo)作用，蒜身進(jìn)入篩孔，落入盆內(nèi)，進(jìn)入下一挑選環(huán)節(jié)。當(dāng)大蒜根部向前時(shí)，由于根部較膨大，進(jìn)入篩孔位置時(shí)，會構(gòu)成支撐，進(jìn)而不易落入；行程越長，落孔收縮程度越高，架橋空間越小，越不易落入篩孔，繼而順利通過。通過此裝置，能夠高效將大蒜的方向進(jìn)行精致細(xì)密挑選，裝置簡單高效、操作方便；缺乏之處在于需要將大蒜事先進(jìn)行初步挑選，大蒜必須在特定的形狀尺寸范圍內(nèi)才可進(jìn)行挑選。將大蒜分為3級，不同級的大蒜可采用不同規(guī)格的振動(dòng)篩。2排種器的選擇2.1現(xiàn)有排種器原理排種器在農(nóng)機(jī)界也是非常普遍的栽植工具，主要針對體積較小且形狀規(guī)則的諸如玉米、大豆這類在種植經(jīng)過中對種子朝向沒有特定要求的農(nóng)作物。排種器的種類多種多樣：一是舀出式排種器〔見圖8〕,該排種器將種輪深切進(jìn)入種箱中進(jìn)行舀取，由于重力作用，被舀出的種子會貼在種輪的凹槽中隨滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，種子會隨種輪拋射出去。二是窩眼式排種器〔見圖9〕,該排種器與舀出式排種器類似，只是舀出式排種器的種箱位于種輪的一側(cè)，而窩眼式排種器的種箱將種輪包裹，但缺乏是種子轉(zhuǎn)到種箱和種輪的接口處容易遭到剪切而毀壞[1,4].三是氣吸式排種器〔見圖10〕,該排種器是在種箱的一側(cè)設(shè)置負(fù)壓區(qū)，通過壓差來控制種子進(jìn)入吸孔中，在種盤的下方壓差解除進(jìn)而種子被釋放。這種裝置設(shè)計(jì)非常巧妙，對于玉米、大豆這類體積小、形狀規(guī)則的種子來講非常實(shí)用，對于蒜瓣挑選很難在其基礎(chǔ)上進(jìn)行突破性的改良。2.2大蒜排種器設(shè)計(jì)綜合上述幾類排種器，很難從中選出能夠針對大蒜這類形狀不規(guī)則的種子進(jìn)行改良的方案。由于大豆、玉米、花生等農(nóng)作物種子在播種經(jīng)過中沒有方向要求，投種到土壤中方向完全是隨機(jī)的，并且此類種子的形狀多為球粒狀，在排種器槽點(diǎn)的設(shè)置經(jīng)過中不需要考慮棱角的影響，因而設(shè)計(jì)起來較為容易。大蒜的形狀極不規(guī)則，且要求大蒜在種植的經(jīng)過中根部向下、芽部向上，所以排種器的優(yōu)化設(shè)計(jì)還是要尋找適用性更強(qiáng)的、能夠和振動(dòng)篩改良方案相銜接的方案。經(jīng)過深切進(jìn)入探究，最終摒棄了在排種器內(nèi)部取種的方式，以避免不適應(yīng)大蒜形狀不規(guī)則特性導(dǎo)致的卡機(jī)現(xiàn)象。直接在滾輪半徑方向均勻分布鴨嘴型口〔見圖11〕,通過振動(dòng)篩將大蒜傳送到鴨嘴型口處，滾輪帶動(dòng)鴨嘴型口旋轉(zhuǎn)；當(dāng)載有大蒜的鴨嘴口旋轉(zhuǎn)至豎直向下位置插入土壤中時(shí)，鴨嘴口張開，將內(nèi)部大蒜投入；隨著滾輪的向前滾動(dòng)，鴨嘴口收起，大蒜直立種植經(jīng)過結(jié)束。鴨嘴型口的開關(guān)連接中軸位置推桿，能夠在需要鴨嘴型口張開的位置設(shè)置凸起進(jìn)而撥動(dòng)鴨嘴型口的活動(dòng)端，到達(dá)接種的目的。在最底端，也同樣有一樣的凸起配合。3大蒜播種機(jī)設(shè)計(jì)圖12為改良后的大蒜挑選和栽植裝置。將上述兩種改良后的裝置進(jìn)行組合和優(yōu)化，將垂直接種轉(zhuǎn)化為水平接種，將振動(dòng)篩在滑軌方向上開芽前根后形狀篩孔。工作時(shí)，將大蒜倒入振動(dòng)篩，通過振動(dòng)挑選機(jī)構(gòu)，根前芽后大蒜架橋通過，在振動(dòng)篩尾端由排種器承接；承接口張開，大蒜進(jìn)入，鴨嘴型口閉合，此時(shí)振動(dòng)篩尾端設(shè)置有卡口，保證一個(gè)接種環(huán)節(jié)僅有單粒蒜瓣通過；排種器旋轉(zhuǎn)到下一承接口，重復(fù)上述動(dòng)作；待大蒜旋轉(zhuǎn)至排種器底端，插入土壤，鴨嘴型口由于推桿凸起杠桿原理張開，將大蒜釋放；當(dāng)鴨嘴型口離開土壤，由于其形狀前尖后鈍，使得離開土壤后，土壤自行收斂，將大蒜包埋；同時(shí)，與覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)配合使用。圖13是將振動(dòng)篩與排種器以及市面上成熟的播種機(jī)進(jìn)行有機(jī)組裝的播種機(jī)。其采用可調(diào)輸種管，使得輸種管能夠根據(jù)播種的農(nóng)作物不同而設(shè)置不同管徑。此裝置既可播種非固定取向要求農(nóng)作物，諸如大豆、玉米、馬鈴薯等農(nóng)作物，又可定向播種大蒜這類有固定取向要求的農(nóng)作物。當(dāng)播種非定向農(nóng)作物時(shí)，通過種箱與輸種管配合，輸種管嵌在開溝器之中，在拖拉機(jī)的牽引下，先開溝后投種，再通過覆土器進(jìn)行覆土；當(dāng)播種大蒜時(shí)，在振動(dòng)篩中倒入大蒜，通過振動(dòng)篩與排種器以及覆土器的配合，完成大蒜的直立種植。4結(jié)論大蒜種植機(jī)械一直是國內(nèi)外農(nóng)機(jī)界較為重視的研究方向，但是大蒜怎樣實(shí)如今栽植經(jīng)過中的直立一直沒有成熟的解決方案。本文通過對市場上常見的兩種機(jī)械設(shè)備和農(nóng)機(jī)配件進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，針對大蒜的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而設(shè)計(jì)出大蒜挑選和栽植裝置樣機(jī)，為大蒜種植機(jī)的研發(fā)及新產(chǎn)品的開發(fā)提供了一種較為高效的創(chuàng)新思路。本研究從成熟的、現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品出發(fā)，結(jié)合所要設(shè)計(jì)的對象特點(diǎn)，進(jìn)行改良和創(chuàng)造，不僅能夠大大縮短設(shè)計(jì)人員的研發(fā)時(shí)間，而且能夠提高方案的可行性；在已研發(fā)的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次創(chuàng)造，將成為設(shè)計(jì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的一條重要思路，具有一定的參考價(jià)值。田間試驗(yàn)表示清楚：大蒜能夠保證較高的直立率，并且能夠通過鴨嘴型口進(jìn)行插播和斂土，到達(dá)直立栽植的目的，但是該裝置很難調(diào)整大蒜的行距。一旦排種器設(shè)計(jì)完成，就對應(yīng)固定的行距，此問題需要在后續(xù)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)整和改良。以下為參考文獻(xiàn)：[1]金磊。大蒜種植機(jī)械設(shè)計(jì)[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.[2]崔紅梅，陳福德，杜文亮。可調(diào)窩眼式玉米精致細(xì)密排種器排種性能試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2020,36〔4〕:137-141.[3]李善軍，廖慶喜，張衍林，等。油菜播種機(jī)斜窩眼偏心輪式排種器構(gòu)造設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008〔8〕:72-74