便携式多功能花生播种装置的设计及制造

2022-01-10赵祈颀谢天雄

农业开发与装备 2021年12期

赵祈颀，蒋瑜，谢天雄

（广西农业职业技术大学，广西南宁 530007）

0 引言

花生是我国重要的经济作物[1]。我国西部广大地区土地多为山区丘陵，不适合采用大型专用花生种植和收获机械，仍较多采用人工种植模式，过程复杂、劳动强度大、人工成本高、种植面积逐渐减少，严重阻碍该地区花生产业的健康发展。为更好发挥地域优势，促进农村产业发展，实现花生产业振兴，本文专门设计了一款针对山区丘陵地带的便携式具有集开沟、播种、施肥、覆土等功能的花生种植多功能花生种植装置。该装置拟设计为单人操作使用，将四道工序完成的花生种植变成一道工序，极大减轻了种植时需要反复弯腰的劳动强度，适合中老年人单人操作，减少劳动工时，提高劳动效率，有效弥补山区农村劳动力缺乏的花生种植现状[2]。

1 市场现有产品分析

通过市场调研发现，目前市面上的花生播种装置尚未出现集开沟、播种、施肥、覆土多功能整合的小型便携农具，有的都是大型或小型的单一功能花生播种或花生收获装置。本文涉及的多功能花生播种装置对于山区丘陵地区花生种植面积的扩大、花生产业的发展振兴以及山区农村经济收入的提高有较好的促进作用[3]。

2 产品设计思路

多功能花生播种装置的便携性及开沟、播种、施肥、覆土四个功能的设计思路介绍。

2.1 便携性

使用长度约1 000 mm的型钢做主体，在上端焊接把手、轮架、撑杆、覆土爪等结构，再将滚轮用螺栓装到轮架上，这样即可在梨好的田地里自由拖动。

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2.2 开沟

踩脚总成插入土中时，用手拨动安装于主体上的放料罐的开关，种植通过拨片从放料罐落下，沿着管道直接落入土中，即可完成定量播种（西部地区花生种子外形尺寸的最大值一般约为6~8 mm）。

2.3 播种

设计一个踩脚总成，将其套入主体的套管中，由回位弹簧连接。用脚将踩脚总成踩入泥土中，即可完成开沟，如踩脚总成需要复位，则松脚，由回位弹簧将踩脚总成拉回原位。

2.4 施肥

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2.5 覆土

3.2.5 滚轮：为使整个机构在田地中灵活移动，滚轮的直径选择要在360以上，这种规格可在市场上直接购买。用螺栓螺母将滚轮安装在连接槽钢内即可。要求滚轮的中心必须有轴承，否则会降低滚轮的使用寿命。

3 结构设计

本次设计主要采用CATIA进行整体设计。CATIA由于其性能优秀，往往多用于机械的零部件设计和装配仿真模拟，最终出图可用AutoCAD进行。便携式多功能花生播种装置，其装配图及部件如图1~图3所示。

3.1 装配示意图

考虑整个装置在使用时不能变形，同时还得让装置的材料具有普遍性利于规模制造，整个装置的金属结构件采用Q235号钢材制作。

3.2 主要零部件结构介绍

总示意图及零件装配图如图1所示。主要组成部件有：主体、踩脚总成、连接杆、连接槽钢、滚轮、撑杆、覆土爪、拉索总成、放料罐、回位弹簧等部件。

3.2.1 主体：采用30 mm*30 mm*2 mm的型钢，分为竖杆、横杆、把手及连接片，均采用焊接方式连接，是整个装置的装配基体。踩脚总成、放料罐、拉索总成、连接杆、回位弹簧均与其连接。

图1 装配示意图

图2 踩脚总成

图3 踩片

而放料罐有两件，做下种、施肥使用；拉索总成是在活页无法正常张开时辅助打开活页使用、回位弹簧连接主体与踩脚总成。以上3种部件可在市场上采购得到[4]。

3.2.3 连接杆，其结构如图1所示。一端焊接在主体上，另一端与连接槽钢连接；做支撑架使用，在这里连接杆有两件，构造为左右镜像关系。如批量化生产的情况下，可以考虑将连接杆加多一块连接板并在上面打孔，与主体形成螺栓连接关系。

施肥工序的操作同播种（放料罐有两件，一件装种子，一件装固体颗粒肥料）。

3.2.4 连接槽钢，做滚轮的轮架使用，槽钢两侧边开有安装孔。

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完成施肥工序后，松开脚，待弹簧将踩脚总成复位后，拖动整个机构，焊接在主体的覆土爪将旁边的泥土刮平刚才开好的沟，及完成整套工序。

3.2.6 撑杆：为了防止整个装置在踩动时产生翻倒或者在播种中途休息时可以自由放置不会翻倒，使用一根圆杆与连接片焊接，再将撑杆焊在连接槽钢的外侧即可（示意图只画一个撑杆，整个装置有两个撑杆）。

3.2.7 覆土爪：将圆杆折弯，再将角钢焊接在圆杆下端即为覆土爪，再将其焊接在主体背后，在移动装置时起到覆土作用。

3.2.2 踩脚总成：分为踩脚、踩片、活页、连接角钢、封板五个部件。其中踩脚用两根30 mm*30 mm*2 mm的型钢（切成图中斜面，作为播种和施肥使用，每根上焊有圆管做螺栓安装使用，型钢与两个放料罐分别用软管连接，型钢之间有一定间隔，保证种植与肥料不会挨在一起影响发芽）和一根35 mm*35 mm*2 mm的型钢拼焊（套入主体中），踩脚前后均有连接角钢作为连接弹簧的挂钩点使用。踩片由钢板、凸轮、连接圆管、连接角钢组成，作为播种时的主要受力接触零件。活页使用不锈钢自动回位活页，市场上均有现货；活页铆接在型钢的斜面上端。封板则与活页铆接，宽度与型钢斜面相同，而封板的折弯角度可以稍微小于90°，这样便于凸轮将封板压下。

4 试制与装配

4.1 备料

按照图纸上的数据，切割出合适尺寸的散件，再将散件焊接。用等离子机切割既可以保证工件不变形，也可以减少切割毛刺的产生，大幅度减少下料所需时间，提高生产效率。笔者单位是涉农院校，金工类机械比较老旧，为了尽量保证下料的质量，采用砂轮机切割和打磨。

相对于原来的租赁增值服务，信息化管理能够降低租赁公司及施工单位的成本控制，并且面对施工项目的复杂性也能够及时解决各种应急计划，对于现在的租赁公司也可以通过信息化技术提供专业建模的技术增值服务，与原来的租赁服务工作程序Word、Excel也远远不能满足现在的市场需求，BIM以及Revit的建模软件势必要成为租赁行业管理人员的服务首选，信息化的租赁业务要能够解决施工单位对周转材料用量及成本控制的难点问题，租赁公司能够按照自身数据库里的材料规格尽量周转自有材料，不仅降低自身成本，同时也完成技术性质的增值服务(如图3所示)。

4.2 折弯

由于缺少折边机，且圆杆类零件也不适合用折边机进行折弯。在此，笔者采用学校的金工实训设备进行折弯。折弯后需严格对照图纸尺寸检查，如尺寸不对则需要整改。

4.3 焊接

因为本装置所有的构件最厚的厚度也只有3mm，为了使焊接后零部件不至于变形，影响零件尺寸及装配尺寸，所有焊接采用CO2保护焊。焊后须打磨焊渣及毛刺。

4.4 装配方法

首先用螺栓螺母连接踩脚与踩片，再用回位弹簧连接踩脚与踩片上的连接角钢，踩脚总成装配完毕。再将踩脚总成套入主体中，用回位弹簧连接踩脚总成与主体上的连接角钢。将连接杆1和2一端焊接在主体上，另一端与连接槽钢焊接。用螺栓螺母将滚轮与连接槽钢连接。再将覆土爪焊接在主体后方，撑杆焊接在左右连接槽钢的外侧。而放料罐、拉索总成均安装在主体上的连接角钢上。在此整个装置装配完毕。

5 样品测试及调试

用脚踩动踩片时，凸轮压下活页，因活页与封板是铆接，所以，封板向下运动，直到封闭斜面空间。此时继续踩动踩片向下，踩脚总成会沿着主体的导轨继续向下直到插入土中，完成开沟工序。然后拨动两个放料罐的拨片，种子与肥料通过放料罐的管子掉入踩脚的方形钢的斜面当中，完成播种但因封板关闭，还无法进入土中。随后松脚，封板在泥土中暂时还无法打开，随着主体连接的回位弹簧一将踩脚总成拉回原位后，踩片在回位弹簧的作用下，将活页封板打开。种子和肥料掉入土中，完成播种和施肥工序。这时拖动整个机构沿着种植的方向运动，覆土爪将泥土填平刚才完成开沟、播种、施肥的位置。如泥土粘住了封板和踩脚总成，则轻微晃动整个机构，由主体上的回位弹簧进行回位，如封板无法打开，可使用拉索总成打开封板。

本文在钱纳里和库兹涅茨的工业化发展水平评价方法基础上，结合国内外学者的研究，对青岛市工业化发展水平进行测度和实证分析，并在此基础上提出相应的对策建设。

实地测试时，撑杆与水平面的夹角约为30°，在单脚踩动踩片及自由放置时，与地面的夹角约30°，有翻倒的可能，经过调试后，将夹角改为40°，主体基本竖直向上，免去了整个机构不工作时翻倒，需要扶起的弊端。因为该装置在一般在高寒山区使用，应将装置进行整体的镀锌处理或者磷化处理，达到防锈的作用。而通过测试发现，插入土中的斜型钢和封板一直与泥土接触，即使是防锈层也容易磨损。在此将斜的型钢与封板的材料换成304号不锈钢，且表面需要做镜面处理，减小表面粗糙度，提高防锈水平。而与不锈钢的焊接则需要改为氩弧焊[5]。