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[我爱发明] 20160902 站立吧 大蒜
本期节目主要内容： 山东济南的发明人崇峻发明了一台大蒜播种机。这种机器有一套橡胶履带式行走系统，在田地里有着良好的通过性。通过一套自动上料系统，一瓣一瓣的大蒜被提升到较高的地方，随后分别顺着20根塑料导管掉落在对应的20个锥形碗中，锥形碗里的弧度可以让蒜瓣的尖朝上，最后这些蒜瓣再分别通过20个中空的金属管插入土里。这样就完成了种蒜的过程。（《我爱发明》 20160902 站立吧 大蒜）
发明人联系方式：崇峻
摘要：本实用新型涉及农用机械领域，特别涉及一种大蒜播种机。该大蒜播种机，其特征在于：包括机架、发动机、传动总成、气泵、气缸、履带底盘总成、土壤整平器、以及位于履带底盘总成上方的操作台、微电脑电控系统，所述操作台的前方设有给料仓，所述给料仓与提料装置连接，所述提料装置上方均匀安装有若干分料器，所述每个分料器下方连接分料管，所述分料管底部与导向料杯总成连接，导向料杯总成固定在第一定位板上，导向料杯总成的下方为调整料杯总成，调整料杯总成下方为点插播种器总成，所述点插播种器总成安装在开合处理支撑架上，所述导向料杯总成、调整料杯总成和点插播种器总成分别通过气缸控制开合，通过行走系统控制步进幅度。
编辑手记：
蒜可是好东西，不仅可以调味，还能杀菌、增强人的免疫力，而蒜的种植过程也是很辛苦的，全程又是蹲着又是弯腰，费时费力。今天这位发明人，就是因为看到自己的乡亲邻居们常年手工种大蒜，既辛苦又伤身体，于是反复研究，制作出了一台大蒜播种机来帮助大家。
发明人：崇峻
发明项目：大蒜播种机
发明原理
机器的最上方有一排小勺，将每颗蒜分别放进一个个圆形粗管里，大蒜通过每一根管子漏入小碗中，最后，一个圆锥形铁夹将这些蒜种到地里。
给记者简单地讲解了种蒜机的运行过程后，崇峻马上开启机器演示起来，一颗颗大蒜被这台机器很快地插进土里。
大蒜在种进地里的时候，必须让它尖朝上，这样才有利于大蒜的生长，如果蒜躺倒了就算大蒜的播种不合格。崇峻的机器正是在这里出了问题，机器种的蒜大部分都是躺着的，这显然是不行的。
经过反复试验，崇峻将小碗的底部从圆弧形换成了锥子形，这样就保证了每颗掉进小碗的大蒜都是尖朝上的。
为了测试机器的性能，崇峻准备去老刘的地里试一试，进行一场人工与机器的比赛，比赛当天聚集了很多观赛者。乡亲们有支持崇峻机器的，也有人支持农民师傅的，但是大家都希望这台机器可以替代手工种蒜。
五人一组的人工队在速度上丝毫不落后于机器，两组人分别从地里的两头向中间行进。农民师傅队伍庞大、经验丰富，进展得很快。
而崇峻这边的机器却遇到了问题，插入土里的种蒜夹口里很容易被湿的泥土堵住。
另外，由于崇峻的这台大型种蒜机是履带工作，压过去的地方明显有很深的凹槽，会把种蒜的地方压的很深，使得两边的地势不一样。浇灌时水都会流向地势较低的那一边，这样一来地势低的大蒜就很容易被水泡坏，而地势高的大蒜得不到很好的浇灌，解决了大蒜竖起率和被履带碾压地势不平的问题后，崇峻的第三代大蒜播种机终于亮相。
新一代大蒜播种机通过平台操作，人工将蒜倒入到平槽内，通过一个个小勺将蒜喂入管道中，再漏进20个锥形底的小碗里，通过插入地里的种蒜口将大蒜最后种进地里。播种蒜的同时用碾子稍微用力压平，这样不仅保证了种蒜的质量，而且使大蒜能得到充分的浇灌新一轮的比试中，刘师傅把他的人工队伍壮大到了25人，比上次多出了一倍多。
这场终级比拼到底能不能让这台种蒜机大放光彩呢？我们拭目以待。
欢迎收看《我爱发明》之《站立吧，大蒜》。
本期节目主要内容： 来自吉林抚松的张增林团队，发明了人参播种机。这种播种机的取种机构采用仿生学原理，模拟人工手工取种，取种数量准确可调。而下种机构则采用打穴播种的原理，可以精确控制株距行距。因此整套设备不但使用轻便省人工，并且播种精度极高，满足人参播种的各项苛刻要求。（《我爱发明》 20160120 铁嘴吐参）
发明人：张增林（13514399015）
编导手记：人参播种机的发明人张增林来自吉林抚松，这里是著名的人参之乡。
在来到这里之前，我想象中的人参播种场面也许类似于种萝卜，没有什么奇特的。但到抚松之后我才发现，我原来的想法大错特错。
人参号称“百草之王”，是名贵的中药材。那么它为什么昂贵呢？首先人参对种植土质挑剔，只能种植在采伐过的原始森林土中，并且每片土中只能栽种三年，超过三年就容易导致人参的死亡。而原始森林的采伐数量国家有严格的控制，因此种植人参的土地本身就很昂贵，比种植庄稼的土地租金高100倍左右，可谓寸土寸金。其次人参的种植时间长，下种三年长成小苗，然后移栽一次再生长三年，一共六年的时间才能长成可以销售的成品人参。第三人参的种子昂贵，一斤人参种子的价格就高达600——800元，远远超过普通作物种子的价格。
土地贵、费时间、种子价格高使得种植人参的成本非常高，因此人参的播种要保证极高的准确度——播种过程中株距行距都是以毫米为计算单位。这一要求远远超过了普通作物播种的要求。因此在各种作物都已经采用机械化播种的时代，人参播种依然是采用人工点播，这种既费时又费力的方式。人参播种机的话题从70年代就被提出，国内外设计的人参播种机也层出不穷，但是一直没有出现真正实用的能够替代人工的机器。
2013年张增林碰到了他一直做人参生意的把兄弟刘卫国，两人聊起了人参种植的辛苦后不约而同的想到能否研究一种人参播种机。两人又叫来张增林的弟弟张增玉，仨人一合计，这事可以做。于是三人都扔下手头的工作，开始研究播种机。开始时他们的想法很简单，模拟借鉴其他播种机研制人参播种机，为此他们先后买了十几台各种播种机，而《我爱发明》中所有农机累项目他们更是一期不落。半年后他们耗费几十万终于造出了第一台人参播种机。第一次试验他们的机器在参田中跑的飞快，但没跑多远就让参农叫停了，原来他们机器的播种精度远远不能满足以毫米计量的人参播种需要。在街坊乡邻的一片嘲笑声中，他们这台耗费巨资的播种机被卖到了废品收购站。在接下来的半年中，他们又做出两代播种机，但同样因为精度问题而报废。此时他们仨已经一年没有工作过了，不但没有了收入，而且还不停的往外支出，刘卫国和张增玉家里已经打的不可开交，随时可能分崩离析。而他们研制播种机的事，更是成为街坊邻里口中的笑谈。三家人出门就低头走，唯恐别人问他们关于播种机的事。
模仿别的播种机这条路走不通，那就模仿人手的工作原理。正在此时抚松出现了一种叫做大刀的播种工具，这套工具虽然能提高劳动效率，但是需要九个人才能操作。张增林团队将这九个人的工具以及动作集成到了一台机器上。这台机器由两人操作，既能模拟人手腕的翻转有能模拟播种时胳膊的抖动，而且所有部件集成在一台机器上，理论上可以使下种过程更为精准。
他们满怀信心的前去试验，但试验结果使他们又一次遭受打击，原来这台机器一切都很完美，但用着用着却发生了泥土堵塞下种口的问题。他们思来想去也没找到解决方案，后来甚至雇人到国外网站翻阅资料但依然一无所获。怎么办？是继续还是放弃呢？此时用他们自己的话说，就是已经没有回头路了。这时已经不是钱的事了，如果做不出来，以后都不好意思在村里混。终于在一次去餐厅吃饭时，他们受到用筷子捅骨髓这一动作的启发，给下种的鸭嘴里装上了吐泥的舌头。
2014年底，张增林终于解决了所有技术难题，研制出成熟的人参种植机。那么他的机器到底实际效果如何？敬请收看本期我爱发明。
2010年8月 农机化研究 第8期
大蒜播种机主要部件的设计及分析
王方艳
(青岛农业大学机电工程学院,山东青岛 266109)
摘 要:在对我国大蒜播种和大蒜的机械化现状进行调研和分析的基础上,设计了一种大蒜播种机。重点阐述了大蒜播种机的结构和工作原理,并对其主要部件进行了设计计算,确定了主要结构。该机械结构紧凑,生产率高,可以在大蒜播种的过程中一次性完成开沟、播种、覆膜和覆土等作业,为研究大蒜播种机和同类机具提供了参考。
关键词:大蒜;播种机;设计中图分类号:S223.2
文献标识码:A
文章编号:1003-188X(2010)08-0090-04
0 引言
大蒜是我国主要的经济作物和出口产品,其用途广泛,社会需求量大,主要集中在山东、江苏、安徽、河南、广西、广东和陕西等地种植
4
2
10
[1]
近年来,虽然我国加大了对农业机械研究的投入,大蒜机械得到了一定的发展,但播种技术不够成熟,还没有建立有效的大蒜种植体系。大蒜播种机械化水平相对较低,新技术和新机具的研究开发力度还不够,已成为制约我国大蒜生产的主要问题。在充分吸取国内外现有机型特点的基础上,研发符合我国农村动力现状和大蒜种植农艺要求的大蒜播种机,保证大蒜鳞芽的朝向和发药率,实现大蒜播种的机械化,对提高劳动生产率、降低作业成本和劳动强度、增加农民收入以及实现产业化经营具有重要意义。
。我国大蒜种植面
[2-3]
积约为3.33@10hm,约占世界总种植面积的1/3,产量约为1.6@10kg,占全球的75%
。美国等发达
国家的大蒜生产基本上实现了规模化种植和规范化管理,大蒜的播种、田间管理和收获均实现机械化作业
[4]
。我国的大蒜生产仍以人工为主,耗时较多,劳
[5-6]
动强度大。大蒜播种多采用锄头开浅沟、人工点播蒜种和覆土的种植方式
。
目前,大蒜机械种植技术主要有大蒜点播技术、大蒜播种技术和全自动大蒜栽种技术。现有的大蒜播种机多引进了日本和韩国的机型。压穴式大蒜栽种机采用机械压出半球面形孔穴,然后投种到穴内,靠穴内球面来控制鳞芽朝向。法国和捷克斯洛伐克生产的大蒜栽种机采用特定机构扶正蒜头和振动抖槽定向器来解决蒜种在输送过程中的定向问题,但该机械机构复杂且庞大,价格较高,鳞芽直立度没有保证
[7-8]
1 播种机的结构及工作原理
大蒜播种机与8.82kW小四轮拖拉机配套,采用先播种后覆膜的种植方式,一次作业能够完成开沟、播种、覆土、镇压、覆膜和膜上覆土等多道工序,满足大蒜的播种要求。大蒜播种机结构紧凑、合理,动力消耗低,主要由悬挂架、种子箱、排种器、地轮、覆土装置、压膜轮、覆膜辊、覆膜开沟铲、镇压轮、覆土圆盘和开沟器组成,其结构如图1所示。
工作时,大蒜播种机在小四轮拖拉机的带动下前进。地轮(4)通过链条驱动排种器(3)转动,实现播种器的均匀播种;同时种箱(2)内的蒜瓣在自重的作用下,进入排种盘,随着排种盘的旋转进入导种管,并滑入开沟器(11)所开的种沟内;随后,播种后的种沟由覆土圆盘(10)覆土,实现大蒜种的覆盖;镇压轮(9)将地面和种沟压实,保证地表的平整;地膜通过覆膜辊(7)将地膜铺放在地面上,由压膜轮(6)将地膜两边压入覆膜开沟铲(8)开的地膜沟中;最后,通过覆土装置(5)实现地膜的压实和覆土。其主要技术参数为:
挂节方式:全悬挂
。中国农业机械化科学研究院研发的2ZDS-5
型自走式大蒜栽植机,一次可完成5行大蒜的栽种,生产率是人工栽种效率的25倍,在蒜种喂入、蒜种鳞芽方向的控制等技术方面有了一定突破,但是还没有在大田中推广应用。2DBQ-2型便携式人工大蒜播种器是一种半机械化设备,减少了人员的弯腰和蹲下动作,但播种的均匀性和质量相对不高
[9-14]
。
收稿日期:2009-11-08
作者简介:王方艳(1979-),女,山东淄博人,工程师,工学硕士,(E-mail)wfy_66@163.com。
##
2010年8月
2
-1
农机化研究 第8期
2.2 开沟覆土装置
开沟覆土装置主要由开沟器、沟深调节杆、支撑柱、挡板和覆土盘组成,如图3所示。开沟覆土装置能够实现播种机作业的开沟和种沟的覆土,其工作深度可通过调节沟深调节杆实现25~60mm的播种深度的要求。箭铲式开沟器破土能力强,开沟直,适应性好,结构简单,开沟宽度能够符合播种要求。为了减少工作阻力,开沟器的铲面升角为40b,开沟宽度为60mm。开沟器后方的挡板可以防止排种管的堵塞和种沟的掩埋。覆土圆盘覆土量大,阻力小,在覆土时不改变种子在种沟内的位置,可以很好地完成种沟的覆土。同时,覆土圆盘具有一定起垄作用,能够在种沟上形成小的种垄。种垄经镇压装置压实后,可确保大蒜的相对固定,防止发芽时被顶出地表,对大蒜的生长和过冬具有较好的保护作用。
配套动力/kW:8.82小四轮拖拉机作业效率/hm#h:12.5~60播种行数/行:5行距/mm:200株距/mm:170播种深度/mm:30~40铺膜宽度/mm:1000~1100覆土厚度/mm:20
1.悬挂架 2.种子箱 3.排种器 4.地轮 5.覆土装置 6.压膜轮7.覆膜辊 8.覆膜开沟铲 9.镇压轮 10.覆土圆盘 11.开沟器
图1 大蒜播种机结构简图Fig.1 Structureofcottonseeder
2 主要部件的设计
2.1 地轮
地轮结构要求简单实用,符合承重和提供动力的要求,如图2
所示。
1.开沟器 2.沟深调节杆 3.支撑柱 4.挡板 5.覆土盘
图3 开沟覆土装置
Fig.3 Furrowsoilandcoveringdevice
2.3 排种装置
排种装置是播种机的重要部件,决定着大蒜的播种质量。由于大蒜的蒜瓣形状不规则,排种装置采用了窝眼轮式排种器。该排种器的排种量均匀稳定、适应性强,工作可靠,不损伤种子。为了便于蒜种的充填和减少种子的损伤,排种器的型孔为椭圆形。排种装置主要由种子箱、窝眼轮、机壳和导种管组成,如图4
所示。
1.轮齿 2.轮缘 3.轮毂 4.辐条
图2 地轮结构Fig.2 Structureofterrawheel
根据农艺要求,棉花株距为170mm,拖拉机作业速度为1.2m/s。考虑排种器的排种和机械的协调性,地轮转动1周播10个蒜种,则地轮直径d=542mm。用类比法取地轮的宽度B=50mm,轮沿厚D=3mm。辐条选择直径为<8的钢筋8根。
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1.种子箱 2.窝眼轮 3.机壳 4.导种管
图4 排种装置
Fig.4 Structureofseedingdevice【人工大蒜播种机】
C)种子的单位容积质量(kg/L)。求得,种子箱的容积VU80(L)。
考虑蒜种子之间的间隙比较大,留有10%的余量,则每个种子箱的容积不小于16L。种子箱体采用大型薄钢板压制焊接而成,基本尺寸为300mm@180mm@410mm。2.4 镇压装置
播种后的种沟由覆土圆盘覆土后在种沟上方形成一定的隆起。种沟上疏松的土壤对越冬的大蒜是一种威胁,影响着大蒜的出芽率。为此,对种沟进行镇压,确保大蒜在土壤中的相对固定。镇压轮采用橡胶材料制成,减轻了整机的质量,起到了减震的作用,提高了机械的适应性。镇压装置结构如图5
所示。
工作时,地轮通过链传动带动窝眼轮缓缓转动。蒜种靠自身重力充入窝眼轮的型孔内,并随着窝眼轮的转动实现清种。当窝眼轮型孔转到导种管入口时,蒜种在重力作用下落入方形导种管内,并滑入开沟器所开的种沟内。由于蒜种的重心远离鳞芽,蒜种通过在导种管内的下滑可自动调整蒜种鳞芽的朝向。2.3.1 窝眼轮参数
窝眼轮的尺寸关系到播种质量和整体结构。窝眼轮直径较大时,可提高蒜种的充种率,减少蒜种的漏播;降低投种高度,有利于提高播种的准确性和均匀性。试验得知,窝眼轮的线速度一般不大于0.2m/s。
Vp=PDq(1+D)Vm/(Zt)
式中 Vp)排种器线速度;
Vm)播种机的作业速度; D)窝眼轮直径; q)穴粒数; D)地轮滑移率; Z)排种盘型孔数; t)穴距或株距。
将Vp=0.2m/s,Vm=1.2m/s,q=1,D=0.05,t=0.17m代入公式,求得Z=111D。根据大蒜播种机的工作情况,选取Z=20,则D=180mm。根据大蒜的实际情况,确定窝眼轮的型孔深度为15mm,型孔开口为40mm。
2.3.2 种箱的容积
根据农机的作业要求,种子箱的容量应该满足一定工作地长的需要,主要由播种的工作幅宽、播种量、播种行程和种子单位容积质量而定。箱底的倾斜角大于种子的自然休止角,以保证种子顺利流入排种器内。设种箱的工作幅宽为B,则
B=nb=TG/Pm
式中 T)拖拉机的额定牵引力(N),
G)拖拉机牵引力利用系数,
Pm)播种机每米幅宽的工作阻力(N/m)。将T=2.49kN,Pm=1.8kN/m,G=0.85代入公式,求得B=1.18m。根据实际情况,确定的工作幅宽B=nb=1m<1.18m,满足要求。
设大蒜种箱容积为V,播种量为166.75kg,一次作业行走600m,大蒜种子的容重为0.94g/cm。
V=
式中 Qmax)最大容量;
B)工作幅宽; L)工作的路径长度;
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3
1.镇压轮 2.机架图5 镇压装置Fig.5 Suppressiondevice
2.5 铺膜覆土装置
播种机采用先播种后覆膜的播种方式。铺膜装置主要由覆土圆盘、压膜轮、膜辊和送土花篮组成,如图6
所示。
QmaxBL
1333C
1.机架 2.压膜轮 3.覆土圆盘 4.送土花篮 5.覆膜辊
图6 铺膜覆土装置结构图
Fig.6 Structureofspreadingmembraneandcoveringsoildevice
覆膜辊直径为80mm,长为1200mm。其结构简
中蒜种的直立和鳞芽的朝向,需要后期进一步改进和完善。参考文献:
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[14] 石荣玲.4S-60型大蒜收获机试验分析[J].江苏农机
化,2003(4):16.
单,被海绵包裹,具有较好的伸缩性,两端通过/70型槽连接于机架上,换膜方便快捷,覆膜辊挂接结构如图7所示。覆土圆盘直径为280mm,内侧有刀刃。作业过程中,塑料薄膜通过膜辊(5)铺至种床上,由压膜轮(2)将塑料薄膜边压入两侧的覆膜沟内,利用覆土圆盘(3)和送土花篮(4)将土壤归拢,并在膜边和膜上
覆土。
1.机架 2."7"型槽 3.覆膜辊
图7 挂接结构Fig.7 Articulatedstructure
3 结论
1)本文设计的大蒜播种机采用先播种后覆膜的播种方式,一次性可以完成大蒜播种过程中的开沟、播种、镇压、覆膜和覆土等作业。
2)大蒜播种机一次可完成5行大蒜的播种任务,具有生产率高、结构简单、紧凑、性能稳定以及工作效果好等特点,可以有效地降低劳动强度,满足生产需要,是值得推广和生产的机械。
3)由于蒜种的尺寸不够规则,蒜种鳞芽的控制仍旧是一个不可忽略的问题。如何更好地保证播种过程
DesignandAnalysisofGarlicSeeder'sMajorPart
WangFangyan
(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)Abstract:Basedontheinvestigationandanalysisofthepresentsituationofgarlicplantingandgarlicproductionmecha-nization,thegarlicseederwasdesigned,andwhichreliabilitywasbetterandproductivitywashigher.Themachinecanperformtheopening,seeding,layingmembraneandpackingoperationsandsoononce.Themajorpartsofmachinewerestudiedanddesignedforexploringoperatingprincipleandnewstructure,whichinfluencethegarlicseederperformance.Andthestudyresultsofthemachinecanprovidereferenceforfurtherresearchongarlicseederandsimilarequipment.Keywords:garlic;seeder;design
##
大蒜播种机的性能现状及智能化发展方向
摘 要：大蒜的食用价值很高而在世界上广泛种植。从国内外各种大蒜播种机的设计和使用情况来看，能够实现大蒜直立播种的机器通常靠人工排种，生产效率低下。能分辨出大蒜种粒的鳞芽和根部的播种机播种效果并不理想。因此大蒜播种机智能化要求非常迫切。大蒜播种机智能化的关键，是能够辨别大蒜种粒鳞芽和根部并直立播种。对大蒜播种机智能化过程中应该注意的问题提出建议。
关键词：大蒜；播种机；自动化；智能化
大蒜是一种多年生草本植物，属于百合科葱属。大蒜性辛辣，有刺激性气味，被人们称誉为“天然抗生素”。它可调味，又能杀菌防病健身等。大蒜集100多种药用和保健成分于一身。蒜氨酸是大蒜独具的成分，只要很少一点就能在瞬间杀死伤寒杆菌、痢疾杆菌、流感病毒等。大蒜中有机锗的化合物含量是日常食物中最丰富的，有机锗的化合物和一些抗癌药物合用，对抑制肿瘤局部生长，防止肿瘤转移具有协同作用。大蒜也富含硒，硒也具有强大的抗癌效应。因此，大蒜得到东西方各国人民的喜爱。
大蒜在医疗以及保健方面的价值，在古代的埃及金字塔及希腊神庙内即有记录。而罗马、中国与印度的古代医学书籍上，亦有描述大蒜的医疗功效，可说是最早被用来治疗疾病及保护健康的植物之一。由于大蒜在防癌、抗氧化、心血管疾病的预防以及延缓老化方面的神奇功效，所以食用者甚广，当然，世界各地种植的面积也十分庞大。 目前中国的大蒜产量占全球总产量的70%以上，中国的大蒜种植面
2009年第10期（200总第）期219期9年第10
农业装备与车辆工程
农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING
No．102009
（Totally219）
doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2009．10．007
大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试验研究
荐世春1，刘云东2
（1.山东省农业机械科学研究所，山东济南250100；2.中国农业机械化科学研究院，北京100083）
摘要：在对蒜瓣外形特征参数进行测量并统计研究等基础上，设计了一种基于大蒜蒜瓣自身摩擦特性、且适应各类蒜瓣不同物理特性的锥形螺旋导种管式自动定向控制装置，并确定了它的参数和结构型式。关键词：蒜瓣；锥形螺旋导种管；自动定向控制装置中图分类号：TH122
文献标识码：A
文章编号：1673-3142（2009）10-0028-03
ExperimentalResearchontheGarlicCloveAutomaticOrientationControlDevice
ofGarlicPlantingMachine
JIANShi－chun1，LIUYun－dong2
（1．
ShandongAgriculturalMachineryResearchInstitute，Jinan250100，China；
2．ChineseAcademyofAgriculturalMechanizationSciences，Beijing100083，China）
Abstract：Basedonthemeasurement，statisticsandresearchtothegarliccloveexternalcharacteristicparameters，anautomaticorientationcontroldeviceoftaperedspiralseedpipetypeisdesignedbasedonthefrictionfeaturesofgarlicclovesandwhichadaptstothedifferentphysicalfeaturesofvariousgarliccloves，itsparametersandstructuretypesare
determined．Keywords：garlicclove；taperedspiralseedpipe；automaticorientationcontroldevice
1概述
目前，大蒜播种作业主要是人工插播，播种时用
抖槽定向器来解决蒜瓣在输送过程中的定向问题，基本上解决了鳞芽朝向问题，但蒜瓣直立度要求没有保证，而且为了保证蒜瓣的投穴准确率，机构复杂、庞大。以上技术虽然都申报了专利，但都没有形成经济实用的产品[4-7]。
大蒜机械种植技术的关键是要全面解决大蒜栽植送种过程中蒜瓣根部向下控制技术和蒜瓣入土后的直立度控制技术。
本研究的目的是通过对蒜瓣外形特征参数进行测量并统计分析，研究设计了一种基于大蒜蒜瓣自身摩擦特性、且适应各类蒜瓣不同物理特性的锥形螺旋导种管式自动定向控制装置，并通过试验确定它的参数和结构型式。
开沟器开一条浅沟，将蒜瓣点播于土中，按农艺要求，瓣背紧贴沟壁一侧，蒜瓣须芽部朝上根部朝下直立栽植
[1-3]
。这种播种方式有利于大蒜生长，达到提
高品质和增产的目的。但是，传统的人工大蒜播种方式效率低、劳动强度大。而大蒜机械种植具有播种密度均匀、作业效率高、作业成本低等优点。
大蒜机械种植技术有三种，第一种为大蒜点播技术，先用压穴锥压穴，然后用机械送种到种穴，大蒜瓣在送种过程中，鳞芽朝向处于自由状态，蒜瓣投送到种穴内时,鳞芽方向完全由落种瞬间朝向及落种位置随机确定。第二种为人工辅助播种技术，由蒜瓣分配机构、播穴管、接种杆组成，该技术基本上满足大蒜栽植鳞芽向上的种植要求，但前提是必须事先将蒜瓣按芽上根下的方式逐瓣用人工装入蒜种盒，工作效率与人工栽植差不多。第三种为全自动大蒜栽种技术，该技术采用特定机构扶正蒜瓣、振动
收稿日期：2009－08－14
项目来源：“十一五”国家科技支撑计划重大项目“多功能农业装备与设施研制”中的“仿生智能作业机械研究与开发”课题，课题编号：
2
2.1
设计
蒜瓣外形尺寸的测量与分析
从市场购买山东金乡紫皮大蒜并按蒜种要求
2006BAD11A08
作者简介：荐世春（1963－），男，高级工程师，主要从事农业机械的研发工作。
图1蒜瓣长L频数图图2蒜瓣宽B频数图
·28·
荐世春等：大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试验研究2009年10月
度根据大蒜播种机的结构来确定。
3试验研究
本试验目的是为了检验锥形螺旋导种管对蒜瓣
下落过程的自动定向控制性能，研究锥形螺旋导种管的各种结构参数对蒜瓣定向性能的影响。
图3
蒜瓣高H频数图
图4
蒜瓣重量M
频数图
3.1试验设计
通过对蒜瓣物理特性的分析研究，选取锥形螺旋导种管的三个因素各二个水平（如表2）设计正交试验表L4（23）（如表3）。
表2
水平
从中随机选取了蒜瓣50个，分别对它们的长、宽、高和重量进行测量。测量结果统计如表1。由尺寸频数图（如图1-图4）可以看出，外形尺寸基本符合正态分布。
表1
变量长L（mm）宽B（mm）高H（mm）重量M（g）
个数
导种管参数试验因素水平表
因素A（导种管状态）B（导种管钢丝直径）C（导种管螺距）
蒜瓣外形尺寸测量
标准差
变异系数最大值
最小值
12
37.322.923.98.75
29.411.915.64.8
水平
因素
A1（直立）A2（弯曲）
B1（覫1.5mm）B2（覫2.0mm）
C1（14－
17mm）C2（6－9mm）
平均值
50505050
33.9318.1721.046.77
1.932.141.881.04
5.69%11.8%8.9%15.4%
表3
AA1A1A2A2
导种管参数正交试验表
BB1B2B1B2
CC1C2C2C1
工况一工况二工况三工况四
根据蒜瓣测量结果所得结论：
（1）蒜瓣长平均33.93mm（不算蒜尖），中部高
H平均21.04mm，宽度B平均18.17mm。经过计算，L的置信水平在95%区间为34±3mm，B为18.2±4.3mm，H为21±3.8mm。
（2）同一大蒜品种经过分级挑选的蒜瓣大小均匀，特别是蒜瓣长度L上下波动范围最小。
（3）蒜瓣形状上尖下粗瓣背成弧形，其重心位于下半部最厚处，有利于蒜瓣排种时的稳定落下。
根据试验要求设计试验台架（如图6）进行室内试验，大蒜播种状况设计为沙壤土压穴播种，随机选取了蒜瓣30个按正交试验表进行试验并记录试验结果。
2.2锥形螺旋导种管的设计
根据对蒜瓣的测量分析，设计了一种锥形螺旋
导种管（如图5），导种管出口的内径尺寸根据蒜瓣
图6锥形螺旋导种管台架试验示意图
3.2试验结果与讨论
通过对试验过程的观察和对试验结果分析讨论
如下：
（1）蒜瓣通过锥形螺旋导种管下落时，在摩擦力的作用下能够使蒜瓣芽部朝上根部朝下，在导种管呈弯曲状态时定向效果更好。
（2）不同的锥形螺旋导种管钢丝直径和螺距对
图5
锥形螺旋导种管示意图
蒜瓣的定向作用的影响差异不大。
（3）蒜瓣通过锥形螺旋导种管落入土穴后，蒜
（下转第37页）
·29·
长度L来确定，必须保证蒜瓣在各种下落状态时顺利落种；导种管的锥度α设计为5°－7°；导种管的长
孙运柱：冷却系统水温对车用柴油机性能的影响2009年10月
壁温度低，这时水蒸气会在缸壁上凝聚成水，CO2、度较高时，Δt就减小，热应力也随之而减小。由此，柴油机冷却系统应保持适宜的温度，在保证正常运转的前提下应尽量提高柴油机冷却水温。
SO2、SO3及部分NOx极易与水分形成酸性物，酸性
物侵蚀油膜后，会与缸壁发生剧烈的电化学反应，造成电化学腐蚀。腐蚀沿着缸孔材料组织中的石墨发生，在气缸上部形成疏松的细小洞穴，进而在摩擦作用下造成缸壁金属脱落。此外，温度低，燃油雾化不良，燃油呈滴状，冲刷气缸壁，洗掉油膜，破坏了润滑，加剧了磨损。实践表明，冷却水温度愈低，磨损速度愈大。水冷柴油机的冷却水温度与活塞环磨损[3]、气缸磨损[4]的实例图见图8。
1000
活塞环磨损／mg/h
磨损μm/1600km
3结论
柴油机冷却系统水温过低，容易引起废气排放
变差、零部件磨损加剧、功率输出减小，缩短柴油机的使用寿命及增加使用费用；水温过高同样能引起柴油机新的磨损。冷却系统的水温对柴油机的工作性能有重要影响，在各种工况下应保持冷却水温维持在正常范围内。
5037.525
活塞环气缸
目前的冷却系统受柴油机驱动方式的限制适应性较差，开发液力驱动的智能化管理的冷却系统是车用柴油机技术的一个重要方向。在任何工况、负荷以及周围环境的情况下，智能化的冷却系统可以保证柴油机始终工作在最佳温度范围内。
50
100
温度／℃
100
12.5
150
10
0204060
发动机冷却水出口温度／℃
参考文献
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[4]W.H.Crouse.AutomotiveengineDesignMcGrawHill(1970)
图8低温磨损实例[3，4]
柴油机运转时，气缸盖和气缸壁面内外两侧存在较大的温差Δt=(tw1-tw2)，由于内壁的温度高，所以内壁的膨胀必然大于外壁，但内壁的膨胀受到外壁的限制，故内壁产生压缩应力，而外壁产生拉伸应力，即所谓的热应力，在此应力的作用下，气缸容易发生扭曲变形，会出现拉缸现象，造成柴油机的严重损坏。热应力的大小与温差Δt成正比。当冷却水温
（上接第29页）
瓣芽尖朝向具有随机性，其中以蒜瓣平躺状态最多，主要影响因素有土壤类型、土壤含水率、土穴形状、导种管下口与土穴的距离等，圆锥形土穴效果较好。
（4）锥形螺旋导种管对不同重量蒜瓣芽尖的定向作用的影响差异不大，但蒜瓣的形状对芽尖朝向有影响，呈半月形的蒜瓣通过锥形螺旋导种管下落时更易实现蒜瓣芽部朝上根部朝下。
土壤含水率、土穴形状、导种管下口与土穴的距离等因素的影响较大。
（3）不同的锥形螺旋导种管钢丝直径和螺距对蒜瓣的定向作用的影响差异不大。
参考文献
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4结论
（1）锥形螺旋导种管对蒜瓣芽尖朝向具有较
[2]郭洪云，樊治成，傅连海．大蒜鳞茎形成生理研究进展[J]．山东农业
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[3]王昆，汪兴汉，丁超，等．大蒜栽培与病虫草害防治技术[M]．北京：
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好的定向作用，当蒜瓣通过锥形螺旋导种管下落时，在摩擦力的作用下能够使蒜瓣芽部朝上根部朝下，可以满足蒜瓣种植农艺要求，锥形螺旋导种管可以用做大蒜播种机的导种器。
（2）蒜瓣通过锥形螺旋导种管落入土穴后，蒜瓣芽尖朝向具有随机性，蒜瓣的直立度受土壤类型、
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·37·
２０１３年１０月
农机化研究
第１０期
大蒜直立播种机设计
林悦香，尚书旗，杨然兵，张福元
（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛２６６１０９）
摘要：为使大蒜生长姿态端正，保证蒜头外观质量，提高经济价值，种植时要求鳞芽朝上，直立播种。这种农
艺特点制约了大蒜机械化的发展，使大蒜机械化定向种植成为一个世界性难题，为此，设计了一款弹簧夹持式大蒜直立播种机。其主要由机架、开沟器、种子箱、播蒜轮和播蒜爪等零部件组成；主要工作原理是将蒜瓣定向放入播蒜爪中，通过播蒜轮的转动，蒜瓣自动鳞芽朝上植入土中。样机试验表明，仅靠土壤阻力克服弹簧力打开播
蒜爪成功率较低，而且定向投种时难度较大。于是，在第２轮设计中增加了一套播蒜爪机械打开装置，播蒜爪转到上方时自动打开夹蒜板，方便定向人种；然后由弹簧夹持运转，转到下方时打开播蒜爪自动定向入土，实现定
向种植。
关键词：大蒜；播蒜轮；播蒜爪；定向种植中图分类号：￥２２３．９４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０１３）１０－００８７－０３
０引言
大蒜种植的农艺要求根部向下，芽部向上…。因此，需要设计出一种定向装置，能够保证在播种时使大蒜保持直立状态，且覆土后保持姿态基本不变。到目前为止，我国大蒜定向播种的专利有十几项，但还没有成熟的、能够推广应用的大蒜播种机械，仍然依靠传统的人工方式进行种植，即先开沟，芽朝上直立插于沟中［２］。农民长时间下蹲劳作，强度大，效率低，而且此方式占用了农忙时节大量劳动力，影响了大蒜生产的经济效益∞Ｊ。因此，广大蒜农迫切需要大蒜种植的机械化。
为尽早改善现状，笔者设计了弹簧夹持式大蒜直立播种机，重点研究解决直立种植问题。同时，规范的株距、行距和统一的播种深度也为日后的机械化收获提供良好条件。
１
１．１
可行性，最终基于一项专利技术¨Ｊ，设计了整体结构方案，如图１所示。主要工作原理：四轮拖拉机作为动力机械，通过悬挂装置挂接播种机；人坐在座椅上，下面有脚踏板。由开沟器开出种沟，分布在播蒜轮上的播蒜爪转到上方时，操作者从种箱取出蒜种，芽朝下定向放人播蒜爪中，靠弹簧片的夹持力随播蒜轮转动；转到下方与地面接触时，靠地面土壤阻力推开夹蒜板，中间的固定柱便把蒜瓣按芽朝上植于地下，后面的摊平板覆土，镇压轮压实覆土。
整体结构及关键装置
整体构造
第一轮设计是在调研了现有大蒜播种机械定向
１．机架２．开沟器３．种子箱４．播种轮５．播种爪６．座椅７．摊平板８．镇压轮图１弹簧夹持式大蒜播种机整体结构图
装置‘４。５１及相关专利‘扣７１之后，综合分析各种方案的
收稿日期：２０１２－１２－２２
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项经费项目（２００９０３０５３一
０７）；山东省科技发展计划项目（２００９ＣＧｌ０００９０３９）；山东省农业科技成果转化资金项目（２００９－２０１１）
作者简介：林悦香（１９６３一），女，山东栖霞人，副教授，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｒａｉｎ
＠ｑａｕ．ｅｄｕ．ｅｎ。
１．２关键装置１．２．１播蒜爪
播蒜爪结构见图２。每个播蒜爪主要包括２个夹蒜板、２个夹蒜板衬套、２个拉簧、２个片弹簧、ｌ根楔形固定柱和３个橡胶片。
工作原理：固定柱分大小端，通过小端固定在播蒜轮的安装位上，并穿过播蒜轮上的孔伸出２．４ｃｍ；
・８７・【人工大蒜播种机】
通讯作者：尚书旗（１９５８一），男，山东青州人，教授，博士生导师。
２０１３年１０月
农机化研究第１０期
两个夹蒜板的上端穿过播蒜轮上的孔，并伸出播蒜轮的外侧；两个夹蒜板的上端形成一圆窝容纳蒜瓣，圆窝内设置胶片，防止伤蒜瓣；依靠片弹簧对蒜瓣夹紧；夹蒜板插接在夹蒜板衬套内，能上下运动；回位弹簧使之回位。
免了长时间弯腰和下蹲的工作状态。小四轮拖拉机Ｉ挡可实现所需行进速度，工作效率是传统人工种植的４～５倍。存在问题是：随着播蒜轮沿前进方向滚动，播蒜爪接触种沟时，仅靠地面阻力向上推开夹蒜板，成功率低于５０％，蒜种不能顺利人土；若减少弹簧片夹持力，则不能可靠夹持转动；播蒜爪转到上方时，推开夹蒜板定向放种也比较困难。
１．橡胶片２．夹蒜板３．橡胶片４．固定柱５．片弹簧
６．夹蒜板衬套７．回位弹簧８．螺钉９．铆钉
图２播蒜爪
３改进设计
第一轮样机试验表明，原专利方案原理可行，但实际难以实现。为此，进行了结构改进，在原有基础上，增加了一套自动打开夹蒜板的机械装置一凸轮滑槽机构。播蒜爪转到上方时，自动打开夹蒜板，放种后自动夹紧；转到下方即将入土时，再度自动打开，蒜种芽朝上植入沟槽内，使定向种植得以实现。改进设计后的播蒜轮如图４所示。
１．２．２片弹簧
选择合适的片弹簧能保证小蒜种时播蒜爪不会使蒜种自行掉落，大蒜种时不会因夹紧力太大而无法投种。由测量可知，蒜种宽度为１６．６±２．９ｍｍ，高度为１９．５±３．５ｍｍ。在向播蒜爪上安放蒜种时，一般为夹宽度的方向，最小蒜瓣夹持宽度大约为１５ｍｍ。最大蒜瓣为２０ｍｍ，将两个播蒜爪中间最大宽度处的原始间隙设置为１５ｍｍ，则当夹有最大的蒜种时，每个片弹簧的变形量为２．５ｍｍ；当达到最大变形时，根据经验计算弹簧所受的挤压力为５Ｎ左右。
经过对片弹簧进行尺寸及强度计算，选择的片弹簧结构如图３所示。选用的片弹簧长度为３５ｒａｍ，圆角半径为５ｍｍ，弹簧片厚度为ｌｍｍ，宽度为５ｍｍ。片弹簧的材料为铍青铜（ＱＢｅ２），安装方式选用铆接。
２主要参数和实验情况
２．１
主要参数
该装置４个播种轮，即一次可以播种４行，两人完成放种过程。每个播种轮有１０个播蒜爪，行距口＝１５０ｒａｍ，株距ｂ＝１５０ｒａｍ，种植密度ｌ９８５株ｗ＇ｈｍ２，拖拉机的作业速度为０．９ｋｍ／ｈ。２．２实验情况及存在问题
操作人员工作姿态舒适，取种方便，省时省力，避
１．连矮销２．凸轮台３．凸轮４．固定轴５．圆柱压滚
图４改进设计后的播蒜轮
所标注序号为增加的构件。圆柱压滚上下各１件，一端与车架焊接，另一端与凸轮接触。播蒜爪转到上方时，凸轮台上的凸轮与上部的圆柱压滚接触，在杠杆原理作用下，拉动夹蒜板下移并张开，放入蒜
２０１３年１０月农机化研究
第１０期
种，之后自动夹紧；转到下方时，凸轮触碰下方的圆柱压滚，拉动夹蒜板上移并张开，蒜种植入沟槽中，实现定向种植；随着拖拉机持续匀速前行，播蒜轮转动，圆柱压辊与凸轮的接触越过最高点时，在回位弹簧及片弹簧作用下，夹蒜板自动回位。
增加部分的三维图如图５所示（为显示清晰，两个夹蒜板只连接一个）。
弧平稳过渡。在凸轮台转动行程中，销轴在滑槽中移动的最小距离为１０ｍｍ。设计滑槽长度为１６ｍｍ，实现了凸轮台旋转运动与夹蒜板直线运动的转换。
图７凸轮台在下方时的运动轨迹图
４结论
１）经过改进设计，新一轮样机制作弥补了原专利方案的不足，增加的一套机械自动开启夹蒜板装置克服了土壤阻力推不开夹蒜板的问题，同时也解决了放
种困难问题。
图５机械开启装置三维图
２）播蒜爪转到上方时，上面的圆柱压辊与凸轮接触，在凸轮台的绕支点转动作用下，拉动夹蒜板下移，打开夹蒜板，放种容易；播蒜爪转到下方时，下面的圆柱压辊与凸轮接触，同样也在凸轮台的绕支点转动作用下拉动夹蒜板上移，打开夹蒜板，蒜种芽朝上植于
土中。
凸轮台结构三维构型如图６所示。为使绕固定轴的旋转运动变成夹蒜板直线运动，将凸轮台与夹蒜板的连接设计为长圆型滑槽结构。
参考文献：
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图６凸轮台
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前景分析［Ｊ］．陕西农业科学，２００７（２）：１２４－１２５．
图７为凸轮台在下方时工作过程运动轨迹。图７中实线部分表示播蒜爪刚开始接触土壤时的凸轮板位置，双点画线部分表示夹蒜板被拉上去的位置。经过对样机的实验，当夹蒜板被拉上去为２４ｍｍ时，大蒜就能够完全播种下去，即图中的距离ＢＢ’。按照凸轮台总长以支撑点为界分割比例为１：２的关系，可算
［４］荐世春，刘云东．大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试
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０９．
［７］倪军．大蒜播种机：中国，２００８２００１６７３１．５［Ｐ］．２００８－１１—
０５．
出凸轮被压下去的距离为１２ｍｍ，即线段肌’。为减
小圆柱压滚脱离凸轮时的磨损，可以用一段平滑的圆
［８］王迪福．大蒜播种机：中国，２００８２００２８００．８［Ｐ］．２００８－０９－
０３．
（下转第９４页）
２０１３年１０月
心
农机化研究
３４（６）：８５—８８．
第１０期
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口
Ｈ
１ｊ
１Ｊ
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∞
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ＴｅｃｈｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｏｕｂｌｅＣｒａｎｋＲｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇＰｉｓｔｏｎ
ＳｔｒａｗＣｕｒｉｎｇ
Ｚｅｎｇ
Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｑｉｎｇｈｕｉ，Ｌｉｕ
Ｘｉｆｅｎｇ，ＧｕｏＹｉｎｇｚｈｏｕ
（Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８１，Ｃｈｉｎａ）
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｓｔｈｅｗｏｄｄｆａｃｅｗｏｒｌｄｗｉｌｌｈａｖｅ
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ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅ
ｓｔａｌｋｆｕｅｌｒｏｄｃｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ａｂｏｖｅｔｈｅｓｔｒａｗｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
ｕｓｅ
ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎ
ｄｏｕｂｌｅｃｒａｎｋｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｐｉｓｔｏｎ
ｓｔｒａｗ
ｃｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｔｈｅ
ｍａｉｎｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｆｏｒｅｘｍｐｌｅ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ｓｃｒｅｗｆｅｅｄｅｒ，ｆｏｒｍｉｎｇｄｉｅ，ａｎａｌｙ—ｓｉｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｑｕｅｎｔｆａｉｌｕｒｅ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ
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ｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｄｏｕｂｌｅｃｒａｎｋｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｐｉｓｔｏｎｃａｎｄｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒａｎｋｔｙｐｅｐｒｅｓｓｕｒｅｂａｒｍａｃｈｉｎｅ；ｄｏｕｂｌｅｃｒａｎｋ；ｐｉｓｔｏｎｔｙｐｅ
ｓｔｒａｗ
ｃｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉ－
（上接第８９页）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＩＤ：１００３—１８８Ｘ（２０１３）１０－００８７－ＥＡ
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＵｐｒｉｇｈｔＧａｒｌｉｃＰｌａｎｔｅｒ
ＬｉｎＹｕｅｘｉａｎｇ，ＳｈａｎｇＳｈｕｑｉ，ＹａｎｇＲａｎｂｉｎｇ，ＺｈａｎｇＦｕｙｕａｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ
２６６１０９，Ｃｈｉｎａ）
ｔｅｄｖｅｒｔｉｃａｌｌｙｗｉｔｈｉｔｓｂｕｌｂｉｌｓｕｐｗａｒｄｓ，ｗｈｉｃｈｓｅｖｅｒｅｌｙｌｉｍｉｔｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｇａｒｌｉｃｓｏｗｉｎｇａｎｄｉｓ
ａｎ
ｏｂｓｔａｃｌｅｉｎｔｈｅ
ｗｏｒｌｄ．Ａｋｉｎｄｏｆｓｐｒｉｎｇ—ｃｌａｍｐｇａｒｌｉｃｖｅｒｔｉｃａｌｓｏｗｉｎｇｐｌａｎｔｅｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｆｒａｍｅ，ｓｅｅｄｂｏｘ，ｆｕｒｒｏｗｏｐｅｎｅｒ，ｇａｒｌｉｃｓｏｗｉｎｇｗｈｅｅｌ，ａｎｄｇａｒｌｉｃｓｏｗｉｎｇｃｌａｗ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｒｅｉｎｔｈｅｇａｒｌｉｃｓｏｗｉｎｇｃｌａｗｉｎ
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大蒜直立播种机设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
林悦香， 尚书旗， 杨然兵， 张福元， Lin Yuexiang， Shang Shuqi， Yang Ranbing， Zhang Fuyuan青岛农业大学机电工程学院,山东青岛,266109农机化研究
Journal of Agricultural Mechanization Research2013,35(10)
本文链接：
２０１０年８月农机化研究
第８期
大蒜播种机主要部件的设计及分析
王方艳
（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛２６６１０９）
摘要：在对我国大蒜播种和大蒜的机械化现状进行调研和分析的基础上，设计了一种大蒜播种机。重点阐述了大蒜播种机的结构和工作原理，并对其主要部件进行了设计计算，确定了主要结构。该机械结构紧凑，生产率高，可以在大蒜播种的过程中一次性完成开沟、播种、覆膜和覆土等作业，为研究大蒜播种机和同类机具提供了参考。
关键词：大蒜；播种机；设计
中图分类号ｉ＆２３．２文献标识码：Ａ文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）０８—００９０—０４
０引言
大蒜是我国主要的经济作物和出口产品，其用途广泛，社会需求量大，主要集中在山东、江苏、安徽、河
南、广西、广东和陕西等地种植…。我国大蒜种植面积约为３．３３×１０４ｈｍ２，约占世界总种植面积的１／３，产量约为１．６
Ｘ
近年来，虽然我国加大了对农业机械研究的投入，大蒜机械得到了一定的发展，但播种技术不够成熟，还没有建立有效的大蒜种植体系。大蒜播种机械化水平相对较低，新技术和新机具的研究开发力度还不够，已成为制约我国大蒜生产的主要问题。在充分吸取国内外现有机型特点的基础上，研发符合我国农村动力现状和大蒜种植农艺要求的大蒜播种机，保证
１０１０ｋｇ，占全球的７５％【２－３］。美国等发达
国家的大蒜生产基本上实现了规模化种植和规范化管理，大蒜的播种、田间管理和收获均实现机械化作业ＭＪ。我国的大蒜生产仍以人工为主，耗时较多，劳动强度大。大蒜播种多采用锄头开浅沟、人工点播蒜种和覆土的种植方式”娟Ｊ。
目前，大蒜机械种植技术主要有大蒜点播技术、大蒜播种技术和全自动大蒜栽种技术。现有的大蒜播种机多引进了日本和韩国的机型。压穴式大蒜栽种机采用机械压出半球面形孔穴，然后投种到穴内，靠穴内球面来控制鳞芽朝向。法国和捷克斯洛伐克生产的大蒜栽种机采用特定机构扶正蒜头和振动抖槽定向器来解决蒜种在输送过程中的定向问题，但该机械机构复杂且庞大，价格较高，鳞芽直立度没有保证＂ｑＪ。中国农业机械化科学研究院研发的２ＺＤＳ一５型自走式大蒜栽植机，一次可完成５行大蒜的栽种，
大蒜鳞芽的朝向和发药率，实现大蒜播种的机械化，对提高劳动生产率、降低作业成本和劳动强度、增加
农民收入以及实现产业化经营具有重要意义。
１
播种机的结构及工作原理
大蒜播种机与８．８２ｋＷ小四轮拖拉机配套，采用
先播种后覆膜的种植方式，一次作业能够完成开沟、播种、覆土、镇压、覆膜和膜上覆土等多道工序，满足大蒜的播种要求。大蒜播种机结构紧凑、合理，动力消耗低，主要由悬挂架、种子箱、排种器、地轮、覆土装置、压膜轮、覆膜辊、覆膜开沟铲、镇压轮、覆土圆盘和开沟器组成，其结构如图１所示。
工作时，大蒜播种机在小四轮拖拉机的带动下前进。地轮（４）通过链条驱动排种器（３）转动，实现播种器的均匀播种；同时种箱（２）内的蒜瓣在自重的作用下，进入排种盘，随着排种盘的旋转进入导种管，并滑入开沟器（１１）所开的种沟内；随后，播种后的种沟由覆土圆盘（１０）覆土，实现大蒜种的覆盖；镇压轮（９）将地面和种沟压实，保证地表的平整；地膜通过覆膜辊（７）将地膜铺放在地面上，由压膜轮（６）将地膜两边压人覆膜开沟铲（８）开的地膜沟中；最后，通过覆土装置
生产率是人工栽种效率的２５倍，在蒜种喂入、蒜种鳞
芽方向的控制等技术方面有了一定突破，但是还没有在大田中推广应用。２ＤＢＱ一２型便携式人工大蒜播种器是一种半机械化设备，减少了人员的弯腰和蹲下动作，但播种的均匀性和质量相对不高一一４。。
收稿日期：２００９一ｌｌ一０８
作者简介：王方艳（１９７９一），女，山东淄博人，工程师，工学硕士，（Ｅ—
（５）实现地膜的压实和覆土。其主要技术参数为：
挂节方式：全悬挂
ｍａｉｌ）ｗ母』＠１６３．ｏＢｔｒｎｏ
２０１０年８月农机化研究
２．２开沟覆土装置
第８期
配套动力／ｋＷ：８．８２小四轮拖拉机
作业效．宴ｉｇ／ｈｍ２・ｈ～：１２．５～．６０播种行数／行：５行距／ｍｍ：２００株距／ｍｉｌｌ：１７０播种深度／ｒａｍ：３０—４０铺膜宽度／ｍｍ：１
０００一ｌ１００
开沟覆土装置主要由开沟器、沟深调节杆、支撑
柱、挡板和覆土盘组成，如图３所示。开沟覆土装置
能够实现播种机作业的开沟和种沟的覆土，其工作深度可通过调节沟深调节杆实现２５～６０ｒａｍ的播种深度
的要求。箭铲式开沟器破土能力强，开沟直，适应性
好，结构简单，开沟宽度能够符合播种要求。为了减少工作阻力，开沟器的铲面升角为４００，开沟宽度为
６０ｒａｍ。开沟器后方的挡板可以防止排种管的堵塞和种沟的掩埋。覆土圆盘覆土量大，阻力小，在覆土时不改变种子在种沟内的位置，可以很好地完成种沟的覆土。同时，覆土圆盘具有一定起垄作用，能够在种沟上形成小的种垄。种垄经镇压装置压实后，可确保
覆土厚度／ｍｍ：２０
＇
２３４
大蒜的相对固定，防止发芽时被顶出地表，对大蒜的
生长和过冬具有较好的保护作用。
１．悬挂架２．种子箱３．排种器４．地轮５．覆土装置６．压膜轮７．覆膜辊８．覆膜开沟铲９．镇压轮ｌＯ．覆土圆盘１１．开沟器
图１
Ｆｉｇ．１
大蒜播种机结构简图
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ
ｃｏｔｔｏｎ
ｓｅｅｄｅｒ
２主要部件的设计
２．１
１．开沟器２．沟深凋节秆３．支撵柱４．挡板５．覆土盘
图３开沟覆土装置
Ｆｉｇ．３
Ｆｕｒｒｏｗｓｏｉｌ
地轮
ａｎｄ
地轮结构要求简单实用，符合承重和提供动力的要求，如图２所示。
ｃｏｖｅｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ
２．３排种装置
排种装置是播种机的重要部件，决定着大蒜的播
种质量。由于大蒜的蒜瓣形状不规则，排种装置采用了窝眼轮式排种器。该排种器的排种量均匀稳定、适应性强，工作可靠，不损伤种子。为了便于蒜种的充填和减
少种子的损伤，排种器的型孔为椭圆形。排种装置主要
由种子箱、窝眼轮、机壳和导种管组成，如图４所示。
ｉ．轮齿２．轮缘３．轮毂４．辐条
图２地轮结构
Ｆｉｇ．２
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ０ｆ
ｔｅｒｒａ
ｗｈｅｅｌ
根据农艺要求，棉花株距为１７０ｍｍ，拖拉机作业
速度为１．２ｍ／ｓ。考虑排种器的排种和机械的协调性，
地轮转动ｌ周播ｌＯ个蒜种，则地轮直径ｄ＝５４２ｍｍ。用类比法取地轮的宽度Ｂ＝５０ｒａｍ，轮沿厚５＝３ｍｍ。辐条选择直径为西８的钢筋８根。
・９ｌ・
１．种子箱２．窝眼轮３．机壳４．导种管
图４排种装置
Ｆｉｇ．４
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ
２０１０年８月
农机化研究
第８期
工作时，地轮通过链传动带动窝眼轮缓缓转动。
蒜种靠自身重力充入窝眼轮的型孔内，并随着窝眼轮的转动实现清种。当窝眼轮型孔转到导种管入口时，蒜种在重力作用下落人方形导种管内，并滑入开沟器所开的种沟内。由于蒜种的重心远离鳞芽，蒜种通过在导种管内的下滑可自动调整蒜种鳞芽的朝向。２．３．１窝眼轮参数
ｙ一种子的单位容积质量（ｋｇ／ｉ）。
求得，种子箱的容积Ｖ一－８０（Ｌ）。
考虑蒜种子之间的间隙比较大，留有１０％的余量，则每个种子箱的容积不小于１６Ｌ。种子箱体采用大型薄钢板压制焊接而成，基本尺寸为３００ｍｍ×
１８０ｍｍ×４１０ｍｍ。
２．４镇压装置
播种后的种沟由覆土圆盘覆土后在种沟上方形成一定的隆起。种沟上疏松的土壤对越冬的大蒜是一种威胁，影响着大蒜的出芽率。为此，对种沟进行镇压，确保大蒜在土壤中的相对固定。镇压轮采用橡胶材料制成，减轻了整机的质量，起到了减震的作用，提高了机械的适应性。镇压装置结构如图５所示。
窝眼轮的尺寸关系到播种质量和整体结构。窝眼
轮直径较大时，可提高蒜种的充种率，减少蒜种的漏
播；降低投种高度，有利于提高播种的准确性和均匀性。试验得知，窝眼轮的线速度一般不大于０．２ｍ／ｓ。
Ｋ＝＂ａＤｑ（１＋艿）ｋ／（厄）
式中
Ｋ一排种器线速度；‰一播种机的作业速度；Ｄ一窝眼轮直径；ｇ一穴粒数；艿～地轮滑移率；ｚ一排种盘型孔数；￡一穴距或株距。
将Ｋ＝０．２ｍ／ｓ，ｋ＝１．２ｍ／ｓ，ｑ：ｌ，６＝０．０５，ｔ＝
ｌＺ
１．镇压轮２．机架图５镇压装置
Ｆｉｇ．５
Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅ
０．１７ｍ代入公式，求得Ｚ＝１１１Ｄ。根据大蒜播种机的工作情况，选取ｚ＝２０，则Ｄ＝１８０ｍｍ。根据大蒜的实
２．５铺膜覆土装置
播种机采用先播种后覆膜的播种方式。铺膜装置主要由覆土圆盘、压膜轮、膜辊和送土花篮组成，如图６所示。
际情况，确定窝眼轮的型孑Ｌ深度为１５ｍｍ，型孑Ｌ开口为
４０ｍｍ。
２．３．２种箱的容积
根据农机的作业要求，种子箱的容量应该满足一
定工作地长的需要，主要由播种的工作幅宽、播种量、
播种行程和种子单位容积质量而定。箱底的倾斜角大于种子的自然休止角，以保证种子顺利流入排种器
内。设种箱的工作幅宽为曰，则
Ｂ＝ｎｂ＝ＴＴｌ／Ｐｍ
式中
卜拖拉机的额定牵引力（Ｎ），
田一拖拉机牵引力利用系数，
Ｐ。一播种机每米幅宽的工作阻力（Ｎ／ｍ）。将Ｔ＝２．４９ｋＮ，Ｐ。＝１．８ｋＮ／ｍ，叩＝０．８５代人公
式，求得Ｂ＝１．１８ｍ。根据实际情况，确定的工作幅宽
Ｂ＝，１６＝ｌｍ＜１．１８ｍ。满足要求。
设大蒜种箱容积为Ｖ，播种量为１６６．７５ｋｇ，一次作业行走６００ｍ，大蒜种子的容重为０．９４９／ｃｍ３。
．，
…２—１３３—３ｙ
式中Ｑ一一最大容量；
曰一工作幅宽；
￡一工作的路径长度；
Ｑ。，日Ｌ
５４
１．机架２．压膜轮３．覆土圆盘４．送土花篮５．覆膜辊
图６铺膜覆土装置结构图
Ｆｉｇ．６
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ０ｆｓｐｒｅａｄｉｎｇｍｅｍｂｒａｎｅａｎｄｃｏｖｅｒｉｎｇｓｏｉｌｄｅｖｉｃｅ
覆膜辊直径为８０ｒａｍ，长为１２００ｒａｍ。其结构简
・９２・
２０１０年８月农机化研究第８期
单，被海绵包裹，具有较好的伸缩性，两端通过“１”型槽连接于机架上，换膜方便快捷，覆膜辊挂接结构如图７所示。覆土圆盘直径为２８０ｒａｍ，内侧有刀刃。作业过程中，塑料薄膜通过膜辊（５）铺至种床上，由压膜轮（２）将塑料薄膜边压入两侧的覆膜沟内，利用覆土圆盘（３）和送土花篮（４）将土壤归拢，并在膜边和膜上
覆土。
中蒜种的直立和鳞芽的朝向，需要后期进一步改进和
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／
贰
１．机架２．”１”型槽３．覆膜辊
图７挂接结构ＦＩｇ．７
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３
结论
１）本文设计的大蒜播种机采用先播种后覆膜的
明ｍ１Ｊ
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—２８．
播种方式，一次性可以完成大蒜播种过程中的开沟、
播种、镇压、覆膜和覆土等作业。
¨１Ｊ杨国立．大蒜播种机：中国，０２２１４８３４．５［Ｐ］．２００３一０４
—２３．
２）大蒜播种机一次可完成５行大蒜的播种任务，具有生产率高、结构简单、紧凑、性能稳定以及工作效果好等特点，可以有效地降低劳动强度，满足生产需要，是值得推广和生产的机械。
３）由于蒜种的尺寸不够规则，蒜种鳞芽的控制仍旧是一个不可忽略的问题。如何更好地保证播种过程
屹１Ｊ刘赞东，白玉成，王文堂．大蒜栽植机：中国，０２１４８７６４．２［Ｐ］．２００４—０６—０２．
ｎｅｗ
Ｂ１Ｊ刘赞东，白玉成，王文堂．大蒜栽植机：中国，０２２３５９４５．１［Ｐ］．２００３—０４—２３．
Ｈ１Ｊ
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ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧａｒｌｉｃ
Ｗａｎｇ
（Ｃｏｆｉｅｇｅ
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｏｎ
Ｓｅｅｄｅｒ Ｍａｊｏｒ
Ｐａｒｔ
Ｆａｎｇｙａｎ
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄｎｏ２６６１０９，Ｃｈｉｎａ）
ａｎｄ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｇａｒｌｉｃｐｌａｎｔｉｎｇ
ｎｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｇａｒｌｉｃｓｅｅｄｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｗｈｉｃｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＷａｓｂｅｔｔｅｒａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｗａｇｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅ
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ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
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ｓｔｕｄｉｅｄ
ａｎｄ
ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
ａｎｄ
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ＡｎｄｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅＣａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｒｌｉｃ；ｓｅｅｄｅｒ；ｄｅｓｉｇｎ
ｇａｒｌｉｃｓｅｅｄｅｒ
ａｎｄ
ｓｉｍｉｌａｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．
・９３・
大蒜播种机主要部件的设计及分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王方艳， Wang Fangyan
青岛农业大学,机电工程学院,山东,青岛,266109农机化研究
JOURNAL OF AGRICULTURAL MECHANIZATION RESEARCH2010,32(8)
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