穴播器開啟機構的設計

董 軍

(蘭州職業技術學院,蘭州 730070)

1 研究背景

在我國，21世紀農業經濟騰飛，經濟作物的種植量增加，主要以人工播種為主，勞動強度大，生產條件變化多，必須發展與之相適應的機械作為支撐。我國播種機械產品技術水平低的原因是多方面的，主要原因是缺乏人才與資金的投入，使其開發水平受到限制。國外研制和生產穴播器起步早，發展較快。我省是農業大省，尤其是玉米的種植，玉米、小麥產業已趨規模化。玉米產品品質的決定因素之一是適量、適距播種。因此，穴播器機械作業對于提高玉米生產率起著重要作用。而我省小麥、玉米種植地塊小且分散，地塊幅寬窄，播種機械化技術停留在初級階段，以人工撒播、點播為主。因此，研制開發“先進、經濟、實用”三者統一,適合山地、梯田、小地塊,簡便、靈活的小型山地播種機械具有重要的現實意義。穴播器能夠實現這種要求，顯而易見，穴播器開啟機構的設計與研究是不可缺少的。

本方案研究的穴播器開啟機構通用性強，能適應不同土壤，根據農用機械動力實現開啟機構的高效率工作等一整套工作過程。結合動力工作時，通過一系列的傳動進行穴播，結構簡單，性能穩定，使用方便。

2 傳統穴播器類型

目前我國已有的穴播器，根據結構大致可分滾輪式和直插式。滾輪式穴播器根據成穴部件又可分為鴨嘴式、活塞式、鏟式。為了解決機械化覆膜種植中普遍存在的種穴與膜孔錯位問題，活塞式較優，但在免耕地上入土成穴而言，鴨嘴、柱塞式穴播器要優于鏟式。鏟式成穴器的打穴鏟為中空的四棱錐體，成穴器輪盤與打穴鏟所構成的鏟輪，在播種機機架上安裝的位置與垂直平面(與播種方向夾角為γ)的夾角為β，在水平面內與播種機播種前進方向的夾角為γ。成穴器鏟輪沿播種方向滾動前進時，打穴鏟可以穿過地面覆蓋的秸稈、雜草進入土壤，并在土壤上形成空穴。而鴨嘴、柱塞式穴播器的成穴部件徑向分布在滾輪上，并在滾輪的帶動下，在播種方向的平面內做擺線運動。在成穴器運動到最低點時，柱塞內腔頂桿或鴨嘴上配置的壓板將活門打開，完成投種。

較柱塞式穴播器，不論是從穴播器的結構還是從其在田間的工作原理上來說，鴨嘴式要好一些。因為它結構簡單，制作方便，價格也比較便宜。因此，該穴播器開啟機構適合于大多數的農民使用。但它只要陷入松軟或潮濕的土壤內，由于壓板不能很好地與土壤緊密接觸開啟機構就會失靈；在較硬的土壤上工作，成穴器入土、開啟困難。所以要適應免耕地，須對傳統的鴨嘴式穴播輪結構加以改進和優化。因此，筆者針對傳統鴨嘴式輪式穴播器在松軟土壤中難以開啟的一些問題進行研究并獲得最佳解決方案。

3 研究方案

3.1 方案的提出

根據傳統鴨嘴式穴播器開啟機構的弊端，我們結合穴播器中的內置凸輪和中的復位彈簧提出了自己的一套理論。如圖1所示。

這便是我們根據傳統穴播器所提出的內置偏心輪鴨嘴直插式穴播器。首先該方案將傳統機構中的穴播器開啟機構動力內置，這樣就避免了無論是在潮濕還是松軟的農田作業條件下開啟機構打不開的情況。

3.2 方案機構的工作原理

當穴播輪在田間作業時，由于農業機械的帶動使得穴播輪內置的偏心輪中間軸會轉動，此時軸會傳遞動力給偏心輪。我們知道偏心輪是由凸輪機構演化而來的，也有上止點和下止點，所以當偏心輪運動到上止點時，會與其相配套的頂柱相作用，此時直插式穴播嘴便會打開;當偏心輪由上止點往下止點運動時,頂柱由于與其相連的復位彈簧的作用而收縮，使穴播嘴的一半收回進而收縮，這樣就完成了穴播器開啟機構的一次工作行程。

3.3 方案機構的機械原理

3.3.1 偏心輪機構的概述

偏心輪就是指裝在軸上的輪形零件,軸孔偏向一邊。軸旋轉時,輪的外緣推動另一機件,產生往復運動。 偏心輪機構是由凸輪演化而成的。凸輪是指一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，一般為主動件，做等速回轉運動或往復直線運動。與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實現預定的運動規律的構件，一般做往復直線運動或擺動，稱為從動件。凸輪機構在應用中的基本特點在于能使從動件獲得較復雜的運動規律。因為從動件的運動規律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據從動件的運動規律來設計凸輪的輪廓曲線就可以了。但是凸輪的缺點就是其不善于傳遞動力。 偏心輪機構使用目的多用來帶動機械的開關、活門等。

3.3.2 按給定運動規律設計偏心輪輪廓曲線

3.3.2.1 繪制位移線圖

偏心輪機構工作時，偏心輪不動，滾子繞著偏心輪運動。根據偏心輪所實現的運動過程，以及開口器的打開程度，繪制s—φ，如圖2所示。在0°時，鴨嘴式開口器在穴播器外輪廓的最頂部，鴨嘴的開度為0mm。隨著穴播器的轉動鴨嘴的開度逐漸增大，當轉過180°時，此時，鴨嘴已伸入地下最大距離，同時鴨嘴的開度也達到了最大。之后，隨著穴播器繼續轉動，開口器的開度又逐漸減小，在360°時，即轉過一圈后，開口器的鴨嘴又緊閉。

3.3.2.2 偏心輪的機構運動簡圖

偏心輪的結構形狀如圖3所示。圖中e為偏心距，e應該和鴨嘴的最大開度距離相等。滾輪繞著偏心輪轉動，當滾輪轉到圖示位置時，鴨嘴緊閉，沒有開度，當滾輪沿著偏心輪逆時針轉過180°時，鴨嘴的開度達到最大，即打開距離為偏心距e。此時種子便從開度的縫隙中落下，完成播種。

3.3.3 穴播器的整體結構的設計

穴播器整體結構如圖4所示。在復位彈簧和偏心輪的作用下，鴨嘴式開口器便完成圖示的動作，當轉到最下方時，種子便從鴨嘴的開口處落下，掉在開口器開的溝槽中，完成播種。

3.4 方案機構的特點

該裝置結構簡單，其只有內置偏心輪、復位彈簧和直插式鴨嘴穴播器三者構成。由于結構簡單使該機構便于加工，因為此機構將開啟裝置的動力源裝在了穴播器內部，減小了功率的消耗，從而使穴播器開啟機構較傳統穴播器相比功率增高，開啟方便、容易。

在復位彈簧設置方面，該機構克服了傳統鴨嘴式穴播器開啟機構將彈簧安裝在穴播輪外面，直接避免了復位彈簧與作業土壤的直接接觸，進而克服了由于作業土壤因潮濕等因素而粘附，積壓在復位彈簧上，從而導致開啟機構打不開失靈，和復位彈簧經常和土壤、水分接觸所引起的彈簧的腐蝕、磨損和失效。

鴨嘴穴播器開啟機構的打開方向和方式也與傳統的大不一樣，本方案采用了由內置頂柱作用的直插式開啟機構(如圖5)，而不是傳統穴播器中根據彈簧壓板受到壓力而應用的張開式穴播器開啟機構。此種對于開啟機構的設計有助于穴播器開啟機構效率的提高，間接地避免了田間土壤對鴨嘴穴播器的堵塞，提高了該穴播器的播種效率。

我國農業機械之所以不能很好發展的一大原因是一些農機具的加工成本較高，加工工藝需要十分精細，所以致使許多農業機械的推廣受阻。然而該項目提出的方案結構簡單，價格低，便于加工，適于大力推廣。

4 結語

在二十一世紀的今天，農業的發展已是我國乃至全世界所共同面臨的問題。在我國，人口的增加、耕地的減少都迫使我們要在現有的土地上產出更多的糧食，來養活我們自己。因此，農業機械化的發展在我國已刻不容緩。而本科研項目以及所提出的方案就是為這種形勢發展需要而服務的。在科技日益進步的今天，我國農機事業蓬勃發展，中國農業機械化的明天將會更加輝煌！

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