大蒜播種機(jī)中振動篩和排種器的整合設(shè)計(jì)

大蒜播種機(jī)中振動篩和排種器的整合設(shè)計(jì) 引言 大蒜在我國非常普遍，目前其種植方面存在諸多問題，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)的大蒜馳名中外，但數(shù)千公頃的大蒜都是通過人工種植，勞動強(qiáng)度可想而知1.農(nóng)民迫切需要一種可以代替手工的機(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篩選，突破不規(guī)則農(nóng)作物種植的瓶頸。振動篩和排種器都是比較成熟的設(shè)備，如果將兩部分有機(jī)結(jié)合，再針對大蒜的不規(guī)則外形進(jìn)行改進(jìn)，將縮短研發(fā)時(shí)間，提高研發(fā)效率，取得事半功倍的效果。1 振動篩的選擇1. 1 振動篩原理振動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)件的篩選，而針對非標(biāo)準(zhǔn)件的振動篩非常罕見。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，振動篩的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)之一。圖 1 圖 6 所示為振動篩的幾種篩選方式，均是利用零件的形狀特性來進(jìn)行篩選； 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篩選出來； 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 θ、軌道寬度為 D、圓錐上部為 d、sinθ受到振動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篩所對應(yīng)的物件。因此，在振動軌道上設(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篩選，便得到了如圖 7 所示的篩選機(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，大蒜在振動過程中僅能呈現(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)生傾倒而落入振動篩底端重新篩選。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小； 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)入下一篩選環(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)，會形成支撐，從而不易落入； 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，可以高效將大蒜的方向進(jìn)行精密篩選，裝置簡單高效、操作方便； 不足之處在于需要將大蒜事先進(jìn)行初步篩選，大蒜必須在特定的形狀尺寸范圍內(nèi)才可進(jìn)行篩選。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、大豆這類在種植過程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，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，但不足是種子轉(zhuǎn)到種箱和種輪的接口處容易受到剪切而破壞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從而種子被釋放。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)則的種子來說非常實(shí)用，對于蒜瓣篩選很難在其基礎(chǔ)上進(jìn)行突破性的改進(jìn)。2. 2 大蒜排種器設(shè)計(jì)綜合上述幾類排種器，很難從中選出可以針對大蒜這類形狀不規(guī)則的種子進(jìn)行改進(jìn)的方案。由于大豆、玉米、花生等農(nóng)作物種子在播種過程中沒有方向要求，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)置過程中不需要考慮棱角的影響，因此設(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過程中根部向下、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、可以和振動篩改進(jìn)方案相銜接的方案。經(jīng)過深入探究，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） ,通過振動篩將大蒜傳送到鴨嘴型口處，滾輪帶動鴨嘴型口旋轉(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，鴨嘴口收起，大蒜直立種植過程結(jié)束。鴨嘴型口的開關(guān)連接中軸位置推桿，可以在需要鴨嘴型口張開的位置設(shè)置凸起從而撥動鴨嘴型口的活動端，達(dá)到接種的目的。在最底端，也同樣有相同的凸起配合。3 大蒜播種機(jī)設(shè)計(jì)圖 12 為改進(jìn)后的大蒜篩選和栽植裝置。將上述兩種改進(jìn)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)，將大蒜倒入振動篩，通過振動篩選機(jī)構(gòu)，"根前芽后"大蒜架橋通過，在振動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)，在振動篩中倒入大蒜，通過振動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，但是大蒜如何實(shí)現(xiàn)在栽植過程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)行改良和創(chuàng)新，從而設(shè)計(jì)出大蒜篩選和栽植裝置樣機(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)行改進(jìn)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)表明： 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，達(dá)到直立栽植的目的，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)整和改進(jìn)。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)窩眼式玉米精密排種器排種性能試驗(yàn)研究J. 農(nóng)機(jī)化研究，2014,36（ 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結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)J. 農(nóng)機(jī)化研究，2008（ 8） : 72 -74.4 何東健，李增武。 組合吸孔氣吸式排種器研究J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1995（ 4） : 57 -61.5 胡永文。 氣吸式排種裝置在振動條件下的排種性能研究D. 呼和浩特： 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.6 袁月明，馬旭，梁旭，等。 氣吸式水稻芽種直播排種器性能的試驗(yàn)研究J. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（ 6） : 690 -693.