2CZD-2型单芽段蔗种种植机的三维设计与建模①

2019-09-27陈继色牛钊君刘信鹏陈小艳

热带农业工程 2019年2期

陈继色牛钊君李明陈光葛畅刘信鹏陈小艳

(1 中国热带农业科学院农业机械研究所广东湛江 524000 2 广东广垦农机服务有限公司广东湛江 524000)

中国甘蔗种植面积为167多万hm2，约占世界种植总面积7%[1],种植是甘蔗生产环节中劳动密集型工序之一[2]。国外甘蔗种植土地辽阔，大多采用多芽段预切种式自动种植机，机型庞大，造价昂贵，不适合中国南方甘蔗主产区中小地块，加之种植行距等不同农艺需求，无法在国内引用[3]。目前，市场上使用的大多为实时切断式多牙段甘蔗种植机，存在辅助用工多、劳动强度大、漏植率高等问题。近年来，针对多芽段蔗种研究出一种新的种植技术—单芽种茎种植技术，该技术因具有节省蔗种、病虫害少、分蘖率高等优点得到快速发展[4]。为保证单芽蔗种发芽率、排种均匀性和成活率，本研究基于甘蔗单芽蔗种的物理特性，利用UG三维软件建模，设计2CZD-2型单芽蔗种种植机。

1 设计方案

2CZD-2型单芽段蔗种种植机的动力是由通过3点悬挂方式挂接的66～88 kW轮式拖拉机提供，采用对称布置，大双行排种，遵循模块化的设计理念[5]，整机由机架、开沟装置、排种装置、施肥装置、盖膜和覆土装置等组成。具有结构简单紧凑、排种均匀、能一次性完成开沟、排种、施肥、盖膜和覆土等工序，降低劳动强度等优点。

2 机架的建模

机架用于开沟、排种、施肥等装置的安装，为焊接结构件。主体由贯穿式纵横梁及焊接于上的悬挂架、种箱、座椅等组成。纵横梁采用14#槽钢，刚性好，承载力强，受力主要来自开沟装置克服土壤的阻力及种植机的自重，如图1所示。

图1 机架

3 开沟装置

开沟装置主要用于开沟，保证蔗种埋入沟底后再填土，但种植前整地要求不能太高，种沟需深浅一致，沟底平整等[6]。因此，开沟装置设计成隔离式沟底施肥方式，主要由凿形犁、开沟边板、副翼、挡泥板和覆土安装耳板等组成，通过8.8级螺栓M20*240安装在机架上。由于凿形犁入土角度越大，对土壤挤压作用越大，破垄松土阻力也随之增大[5]，为达到理想入土阻力，本设计的凿形犁与犁柱夹角设计为98°，入土角8°，如图2所示，开沟边板夹角设计成可调式，大多情况下调整为35°。

图2 开沟装置

4 排种装置

排种装置是种植机的关键部件，直接决定栽种成败。为保证高合格率、低漏栽率和伤牙率、理想的作业效率，种植机采用人工排种。排种装置主要包括转盘、涡轮减速机、液压马达、流量控制阀、连轴器等零部件，转盘外径490 mm，内分10个小格，涡轮减速机选用广东浩杰减速机有限公司生产的WPO50-1/60型减速机，液压马达选用邢台市飞跃液压件制造厂生产的BMR－100型摆线液压马达，可调流量控制阀型号为FC51。

排种装置工作原理是摆线液压马达进出油口通过油管径可调流量控制阀与拖拉机液压输出系统的第一组液压快换接头相连，压力油驱动液压马达输出轴做旋转运动，液压马达输出轴通过尼龙套鼓齿式联轴器与涡轮减速机的输入轴相连，转盘通过小法兰安装于减速机上面输出轴上，从而实现转盘旋转运动，转盘旋转速度可通过调整流量控制阀控制速度。同时，由于大双行种植，与液压马达相连的涡轮减速机右边布置有输出轴，通过十字传动轴与另一转盘的涡轮减速机左边输入轴相连接，从而实现两个排种的转盘同时做旋转运动，具体见图3。

图3 排种装置

5 施肥装置

施肥装置设计在两种箱间，采用经典刮板式施肥器。如图4所示，机架上安装有WPO70-1/50型涡轮减速机，涡轮减速机输出轴上面通过法兰安装Φ600的肥料盘，肥料盘底板50 mm上方悬空布置肥料桶，容积为0.26 m3，肥料桶固定在两边种箱上面，肥料盘两边分别有排肥刮板。

排肥过程：施肥装置的BMR－160型摆线液压马达与拖拉机第二组液压快换接头相连，通过液压油驱动肥料盘做旋转运动,肥料在重力作用下自行由肥料箱进入肥料盘,在离心力作用下进入刮板排肥位置，肥料沿刮板上升并侧向偏移，最后离开刮板经排肥管落入己开好的沟中。该设计上下调整刮板位置即可控制施肥量的大小[5]，排肥时肥料可同时向两侧刮板推送，实现双沟施肥。