小型电磁振动式小麦播种机的工作原理与结构分析_黎毓鹏

产品介绍

  及牵引偏角 α 有关，且随着入土深度的加深而加宽，但 沟底形状不变。 3． 3 配套部分有限元分析

  3． 3． 1 指定材料 根据工作环境 ，单 圆 盘 开 沟 器 和 覆 土 器 的 材 料 指

  1． 覆土器安装柱 2． 覆土器 3． 开沟器 4． 开沟器安装柱 5． 排种管 图 3 配套部分视图

  高。在小麦播种机器方面，出现了一些不一样的小 （ 柴油机选 用 功 率 为 3 ～ 5kW，发 电 机 选 用 输 出 电 压

  型播种机，减轻了农民的劳动强度，提高了播种效率。 14V、输出功率 500W 无刷式小型硅整流发电机。

  目前，市场上 广 泛 应 用 的 小 型 小 麦 播 种 机 能 耗 大、播

  摘 要： 针 对 传 统 小 型 小 麦 播 种 机 的 缺 点 ，设 计 了 一 种 播 种 质 量 高 、速 度 快 、安 全 可 靠 、播 种 成 本 低 、适 应 不 同 田

  小 型 电 磁 振 动 式 小 麦 播 种 机 的 整 体 构 造 ，分 析 了 小 型 电 磁 振 动 式 小 麦 播 种 机 的 工 作 原 理 ，对 配 套 部 分 及 重 要 零

  3． 3． 6 有限元模型 有限元模型建立如图 5 所示。节点数目为 12 532，

  3． 3． 7 等效应力云图和位移云图 经有限元分析后 ，计 算 得 开 沟 器 和 覆 土 器 的 等 效

  种质量高、速 度 快、安 全 可 靠、成 本 低、适 应 不 同 田 间 要求、采用电磁振动播种且能有实际效果的减少能耗的小型电 磁振动式 小 麦 播 种 机。该 机 田 间 作 业 时，可 以 将 开 沟、播种、平土一次完成，大大简化了小麦播种时的生 产流程，有 利 于 进 一 步 提 高 播 种 效 率，解 放 生 产 力。 本文介绍了小型电磁振动式小麦播种机的整体构造， 分析了小型电磁振动式小麦播种机的工作原理。同 时，通过 Inventor 软件对此播种机关键部位进行了有 限元分析，验证了本机器能够很好的满足开沟、播种、平土等 生产流程的工作要求，并且各零件满足刚度和强度的 要求。

  3） 支架：ห้องสมุดไป่ตู้最大的作用是支承排种部分和种子回收部 分，支架高度应满足小麦种入土深度要求。

  4） 电磁控制部分： 包括控制盒及电磁铁等。其 中，控制盒具 有 频 率 调 节 和 功 率 调 节 功 能，通 过 频 率 调节旋扭和功率调节旋扭可以方便地调整振动盘的 振动频率和振幅； 电磁铁用来产生一个变化的吸力作 用于振动盘，使其产生振动。

  6） 回收部分： 回收多余的小麦种。 7） 配套部分： 最重要的包含开沟器和覆土器，用来实 现播种机的开沟和平土。 主要技术参数如下： 外形尺寸 / mm： 2 000×1 100×1 500 播种幅宽 / mm： 1 000

  种效率低、价格高，不利于农民抢农时、提收益、促增 成。其中，前轮和后轮能够准确的通过地表情况做更换不

  本低的小型小麦播种机就显得十分必要［1］。 针对传统小型小 麦 播 种 机 的 缺 点 ，设 计 了 一 种 播

  转角的变化而不一样，但静强度的分析主要考虑的 是强度校核，所 以 只 在 载 荷 最 大 的 工 况 下 进 行 计 算。

  最大切 土 阻 力 是 在 切 割 深 度 达 到 最 大 的 位 置 产 生 的［9］，最大覆土阻力是在转盘埋在土层中深度达到最

  小型电磁振动式 小 麦 播 种 机 包 括 动 力 部 分 、行 走 机构、支架、电 磁 控 制 部 分、排 种 部 分、种 子 回 收 部 分 和配套部分等［2］，如图 1 所示。

  1） 动 力 部 分： 以 柴 油 机 和 发 电 机 作 为 动 力 源。

  根据经验 ，小型电 磁 振 动 式 小 麦 播 种 机 的 主 要 受 力部位为配 套 部 分、车 轮 和 传 动 轴，只 要 得 出 这 几 个 部件的刚度和强度都符合标准要求，就可以基本确定该小 型电磁振动式小麦播种机是符合工作要求的。 3． 1 配套部分的组成

  小型电磁振动式小麦播种机能将 开 沟、播 种、平 土一次完成。其中，开沟和平土的任务是通过配套部 分实现的，如图 3 所示。配套部分最重要的包含开沟器和 覆土器，能方便地从开沟器安装柱和覆土器安装柱上 装上和取下，便于损坏后的更换和维修［4］。 3． 2 开沟器的数学模型

  经有限元计算可知： 开沟器的最大应力在刀盘切 削土壤的刀尖处，最大应力为 94． 26MPa，小于许用应

  力； 最大变形发生在刀盘切削土壤的远离刀尖处，最 大变形量为 0． 010 72mm。覆土器的最大应力在拐角 处，最大应力为 88． 72MPa，小于许用应力； 最大变形 发生在覆 土 器 的 爪 端，最 大 变 形 量 为 0． 672mm。因 此，开沟器和覆土器都满足强度和刚度的要求。

  对于开沟器 ，一 般 有 滚 动 式 和 移 动 式 两 大 类 。 为 了方便开沟、减少阻力，选用滚动式开沟器； 为了减轻 开沟器质量，增强入土能力，简化结构，选用单圆盘式 开沟器［5］。传统 的 单 圆 盘 式 开 沟 器 一 般 都 存 在 所 开 的沟底不平、覆 土 时 干 湿 相 混 及 侧 压 力 过 大 等 问 题， 所以选用一种新的单圆盘式开沟器，它基本上解决了 以上问题。单圆盘开沟器主要由圆盘和固定在一侧

  2． 1 排种器的工作原理 排种器通过电磁振动来进行排种，如图 2 所示。 当电磁铁产生变 化 的 电 磁 力 作 于 排 种 盘 后 ，由 于

  的护板及其输种筒等组成［6］，如图 4 所示。工作时， 圆盘平面垂直地面并与前进方向有一个夹角 α，α 的 角度一般为 3° ～ 8°，这样做的目的是便于开出沟槽。 单圆盘式开沟器的护板安装在圆盘的后部，目的是便 于圆盘先入土。因为新的单圆盘式开沟器的前进方 向与圆盘面之间有一个夹角，所以开沟器在滚动的同 时会做侧向滑移，使地面形成一个断面为半椭圆形的 沟。新的单圆盘式开沟器的护板与靴子式开沟器相 似，它和圆盘 共 同 作 用 形 成 新 的 单 圆 盘 式 开 沟 器，开 出的沟底十分平整，没有凸尖。

  排种盘由弹 簧 片 支 撑，从 而 产 生 振 动，排 种 盘 通 过 振 动把来自种子箱的种子向前推送； 当种子到达分流盘 分流孔时，盘的振动使架空的种子振落、分流，落入集 种器回收； 剩下的种子继续向前移动，种子到达分流 盘出口时，落入接器种，经排种管播到田里。 2． 2 整机的工作原理

  （ 141059301） 作者简介： 黎毓鹏（ 1971 －） ，男，广西桂平人，工程师，硕士。

  后，根据农艺 对 小 麦 播 种 量 的 要 求，在 排 种 器 上 安 装 相应的分流盘； 最后，调节振动频率（ 接近共振频率为 最佳） 及振幅大小（ 电流的大小） ，调好播种量，即可下田 播种。播种时，播 种 机 前 进 的 同 时 打 开 控 制 盒 开 关， 在底板下方的 4 个开沟器开出 4 条沟，小麦种子通过 漏斗进入排 种 盘，电 磁 振 动 使 其 向 前 运 动，到 达 分 流 盘； 部分种子在分流孔分流，由集种器回收； 另一部分 种子经接种 器、排 种 管 播 入 开 好 的 沟 中，完 成 开 沟 和 播种［3］。最后，转 盘 式 覆 土 器 通 过 拖 动、旋 转 将 两 侧 的土覆盖到小麦种上，从而将小麦的开沟、播种、平土 工作一次性完成。

  够满 足 工 作 要 求 ，且 各 零 件 满 足 刚 度 和 强 度 的 要 求 。 经 过 进 一 步 的 改 进 和 研 究 ，此 机 将 在 播 种 小 麦 方 面 有 较 大

  的 发 展 前 景 ，同 时 对 各 种 低 能 耗 播 种 机 的 研 制 也 具 有 一 定 的 参 考 作 用 。

  3． 3． 2 施加约束 将开沟器刀盘中 间 设 为 固 定 约 束 ，覆 土 器 的 上 端

  3． 3． 4 划分网格 平均元素大小设为 0． 08，最小元素大小设为 0． 2，

  3． 3． 5 施加载荷 在工作中 ，圆盘刀 和 覆 土 器 在 各 点 的 力 随 圆 盘 刀

  1． 漏斗 2． 接种盘 3． 分流盘 4． 接种器 5． 拍种管 6． 集种器 7． 电磁铁 8． 弹簧

  1． 柴油机 2． 控制盒 3． 前轮 4． 开沟器 5． 离合器 6． 变速箱 7． 传动轴 8． 差速器 9． 覆土器 10． 排种管 11． 排种器外盒（ 内部为排种器） 12． 遮阳顶棚 13． 支撑杆 14． 方向盘 15． 操纵杆 16． 后轮 17． 座椅 18． 离合器踏板

  间要 求 、采 用 电 磁 振 动 播 种 并 能 有 效 减 少 能 耗 的 小 型 电 磁 振 动 式 小 麦 播 种 机 。 该 机 田 间 作 业 时 ，可 以 将 开 沟 、播

  种 、平 土 一 次 完 成 ，大 大 简 化 了 小 麦 播 种 时 的 生 产 流 程 ，有 利 于 进 一 步 提 高 播 种 效 率 ，解 放 生 产 力 。 为 此 ，介 绍 了