第11卷第1期 2021年1月
农业工程变压器防盗报警器
Agricultural Engineering
Vol. 11 N o. 1
刘文亮，刘楓，胡浩，姜彩宇，王新阳，李健
(吉林省农业机械研究院，吉林长春130022)
摘要：目前国内甘蔗种植机普遍缺少供种装置，靠排种器在种箱内取种，易造成种块卡滞、断播等问题。为此，基 于物料斗提式输送原理，设计了一种具有均匀供料功能的甘蔗种箱，通过斗提式升运装置和旋转式推料装置的配合，使甘蔗种块均匀顺序进入连接的排种器内，保证了单位时间内供种数量与排种数量的相对一致，且种块之间相对分散，实现了甘蔗的机械化精量播种。 关键词：均匀供料；甘蔗种箱；斗提式升运装置；旋转式推料装置
中图分类号：S223.2文献标识码：A文章编号：2095-1795(2021)01-0094-04
A Sugarcane Seed Box with Uniform Feeding Function
L I U W e n l i a n g,L I U F e n g,H U H a o,J I A N G C a i y u,W A N G X i n y a n g,L I J i a n
(Jilin Academy of Agricultural Machinery ^Changchun Jilin 130022 ^China)
A bstract: A t p r e s e n t,d o m e s t i c s u g a r c a n e planter is generally lack of s e e d s u p p l y i n g d e v i c e,a n d taking seeds f ro m see d b o x b y s e e d a r r a n g e m e n t d e vice easily c a u s e s p r o b l e m s s u c h as stuck seed block a n d b r o k e n sowing. T h e r e f o r e,b a s e d o n principle of material b u c k e t lifting, a s u g a r c a n e s e e d b o x with u n i f o r m feeding function w a s d e s i g n e d to ac h i e v e following effects：through c ooperation of b u c k e t lifting device a n d rotary p u s h i n g device, s u g a r c a n e s e e d block c o u l d e v enly enter c o n n e c t e d see d planter in u- niform order, w h i c h e n s u r e d that n u m b e r of s e e d s u p p l y a n d s e e d a r r a n g e m e n t w a s relatively consistent in unit time, a n d seed blocks w e r e relatively dispersed ,so that m e c h a n i z e d precision planting of s u g a r c a n e w a s realized.
K eyw ords：uni f o r m feeding, s u g a r c a n e s e e d b o x,b u c k e t lifting device, rotating p u s h device
极早期烟雾探测器〇引言
我国甘蔗种植面积230万hm2，然而我国甘蔗种植机械化水平仅为2.83%〜2]。巴西、美国、印度和 澳大利亚等甘蔗产业大国，已基本上实现了甘蔗播种、收获的全程机械化作业。巴西是世界最大的甘蔗种植国，甘蔗生产机械化率高达87%，但是其使用的甘蔗种植机只有少部分由巴西国内公司研发制造，更多是由美国和澳大利亚引进[34]。美国的甘蔗种植普遍采用大农场模式，甘蔗种植机以整秆式为主，一次可装载大量种块，大大缩减蔗种的田间装载时间，机械化程度高，非常适应美国甘蔗种植区成片辽阔的土地情况[5~。整杆式甘蔗种植机自动化程度高，不容易出现漏播，且对操作工人数量依赖少，但是存在发芽率偏低、对土地规划要求严苛和蔗种使用量大的问题，因此在其他国家和地区使用较少。澳大利亚是目前世界上甘蔗种植机械化程度最高的国家，其境内甘蔗种植普遍采用农场种植模式，甘蔗种植区的面积大都在100hm2以上[8<。澳大利亚在一开始使用的是整杆式甘蔗种植机，自20世纪50年代预切种式甘蔗种植机出现后，整秆式甘蔗种植机逐渐被切段式甘蔗种植机取代[1°_"]。预切种的种植方式，每组只需操作工人2~3名|12]。我国甘蔗种植面积排名世界第3位，仅次于巴西和印度[n]。但甘蔗种植机械发展速度较慢，人工种 植和机械开沟、人工摆种的种植方式较为普遍，以至 于我国蔗糖价格远高于国际市场价格，难以在国际蔗糖市场上竞争[M]。从国外引进的甘蔗种植机不适应我国丘陵地形多、地块分散的土地现状，在田间工作时会经常出现各种问题，且国外大多采用宽行距种植，与国内的窄行距也存在差异，推广应用困难。国内研 发的甘蔗种植机普遍存在播种不均匀、
行距不均匀和易伤蔗种等问题[^6]。因此，我国必须加快甘蔗种植技术的研发和适用机具的推广使用。
1方案设计
机械化种植甘蔗时，为保证甘蔗的发芽率，要根
收稿日期：2020-09-03修回日期：2020-11-09
基金项目••国家重点研发计划项目（项目编号：2017Y F D0700800)
作者简介：刘文亮，副研究员，研究方向：农业机械自动化技术。E-mail: 48850546@q q.c o m
在线投稿
w w w.d1ae
刘文亮等：一种可均匀供料的甘蔗种箱95
据芽苞的位置将整根甘蔗预切成多个甘蔗种块，芽苞位 于甘鹿节处。在播种时，按农艺要求的株距将种块依次播种到土中。本文针对目前国内使用的预切种式甘蔗种植机尚无供料装置的现状，拟研发可
均匀供料的甘蔗种 箱，提高甘蔗播种时均匀性和连续性，为实现甘蔗精量 播种提供必要的技术和装置支撑。为实现对甘蔗种箱的 均匀供料，在查阅相关资料后，拟采用以下3种传动方 案：①采用带式输送机构输送蔗种；②采用螺旋输送机 构输送蔗种；③采用斗式提升机构输送蔗种。
方案①使用带式输送结构输送蔗种，带式输送机构具有输送能力大、输送距离长、结构简单、工作可 靠和能量消耗少等一系列优点。但是，带式输送机构 也有一些缺点：带式输送倾斜角度不宜过大，需要设 置较小的输送角度，因此机器的体积会比较大；带式 输送机构料层厚度难以控制，物料输送均匀性差；带 式输送机构受振动易产生打滑，影响供料均匀度。
方案②采用螺旋输送机构输送蔗种，螺旋输送机构工作可靠稳定。其缺点：螺旋输送机构输送物料时需要调整螺旋叶片和弧板的间隙，若间隙调整不合适，容易破坏甘蔗种内部组织结构，影响出芽率；螺 旋输送机构输送物料时需要保证物料充满量，输送蔗 种时难以保证长期稳定供料。
方案③使用斗式提升机构输送蔗种，斗式提升机构结构简单，工作可靠，且可以垂直布置，能够减小 机器占地面积。此外，斗式提升机构带有容积相同的料斗，可以保证每次盛种的数量基本一致，能够很好地实现均匀供种的功能。
经上述对比分析，斗式提升机构均匀输送蔗种的效果优于带式输送机构和螺旋输送机构，最终选择方案③。设计的斗式提升机构如图1所示。
1.种箱
2.立桶盖板
3.立桶
4.提升装置
5.底围
6.传
动链条7.布料器总成
图1斗式提升机构
Fig. 1 B u c k e t hoisting m e c h a n i s m 2 传动系统设计
设计的传动系统由电动机驱动，输人功率P= 0. 23 kW ，转速 n =93. 33 r/m i n，传动比 €= 1.41。
2. 1链轮齿数
先取小链轮齿数^=17，于是大链轮齿数&=
i z，二23.97，取22=24。
2. 2计算功率
计算功率的计算方法如式（1)所示。
P r= K a K,P⑴
式中 A —计算功率，kW中子嬗变
k a—工况系数
K—齿轮系数
工况系数心选择依据如表1所示，本设计选择工况系数心=1.0，齿数系数取尺Z=】.14，于是求得 P,=0. 26 kW[l7_18]。
表1工况系数A：,
Tab. 1W o r k i n g condition coefficient K A 从动机械工作特性
平稳运转
中等冲击
严重冲击
平稳运转
主动机械工作特性
轻击中等冲击
2. 3链节距与排数
已知n=93.33 r/min，拟定2种节距与排数的组合方案作为选择依据。①采用08B单排链，其额定功率P Q=0.5k W，能够满足传动条件。②选用06B 双排链，06B单排链的额定功率P。=0.20k W，双排链额定功率为1.7 P Q，即0. 34 k W > & ，也可满足传动条件[~。
为保证传动安全性和稳定性，采用08B单排滚子链，08B滚子链的节距p=12.7 m m[18]。
2. 4中心距和链节数
初选中心距a。=32p，则链节数可按式（2)计算。■
l= 2a1+z1^1+,z^Il^p_(2)
P 2 l2t t i a〇
式中 L p—链节数
计算得=84. 53，因/^应取整数，且最好取偶数，以免使用过渡链节，因此确定取k=84。
理论中心距计算如式（3)所示。
|Lf-Z]^ ^2)j- 402. 98 m m(3 )取ila=0.003a = 1.21 m m，则实际中心距
为
设计制造及理论研究96农业工程
a—a - A a ==402 mm(4)
2. 5润滑方式
链速计算如式（5)所示。
_z,p n,
V= 60 x 1 000
=0. 33 m/s(5)
式中 V—链速，m/s
根据链速和链号，选择润滑方式为人工定期润滑
即可N8]。
2. 6受力计算
有效圆周力计算如式（6)所示。
F 1 000 P
V
=696. 97 N(6)
h a m a,\= (〇•625 + ~ 0-5d0= 4'28 mm
(14)
h〇mM= 〇■5(p - d0)= 2. 10 mm(15)
、肺2=(〇.625 +?)/>- 〇.5= 4. 11 ram
(16)
h a…in2- 5(p ~ d0)= 2. 10 mm(17)
式中f K順,—小链轮分度圆弦齿高的最大值，mm
h ammI—小链轮分度圆弦齿高的最小值，mm
h a m a x2—大链轮分度圆弦齿高的最大值，mm
h a m M—大链轮分度圆弦齿高的最小值，nun
式中 F----有效圆周力，N
对于倾斜布置的链传动，作用于轴上的拉力计算如式（7)所示。
F q= 1.\5K aF = 801.52 N(7)式中 —作用于轴上的拉力，N
2. 7链轮设计
链轮是链传动的关键部件，因此选取链轮的材料为40钢，要求热处理后硬度40~50HRC D8】。
链轮分度圆直径计算如式（8) ~ (9)所示。
d，= —Y8〇° = 69'12 mm(8)
sin----
d2= ---—= 97. 30 mm(9)
2.180°
式中----小链轮分度圆直径，mm
d2----大链轮分度圆直径，mm
大小链轮齿顶圆直径的最大值与最小值计算如式(10)〜（13)所示。
脚踩垃圾桶
大小链轮齿根圆直径计算如式（18)〜（19)所示。
—d x—d0
= 60. 61 mm ( 18)
=d2-d0=
88. 79 mm (19)式中^—小链轮齿根圆直径，mm
dn—大链轮齿根圆直径，m m
大小链轮齿侧凸缘直径计算如式（20)〜（21) 所示。
1 O Q〇
d g]^pcoi-\.04h2-0. 76 = 54. 90 mm
z\
(20)
1O f)〇
d2^pcot-------1. 04h2- 0. 76 = 83. 42 mm (21)
zi
式中d gi----小链轮齿侧凸缘直径，m m
d g2—大链轮齿侧凸缘直径，mm
h2—内链板高度，Z i2=11.81 mm
由计算结果，取齿侧凸缘直径之1==42 mm〇
3 台架试验
Am似1=4l一A=76. 49m m( 1〇)
d amM= ( 1- - <i〇= 72. 11 mm(11)
d a m a,2= d2 + l.25p - d0=104. 67 mm(12)
= ^2+ ( 1- ^)p~ <^〇=100- 64 mm(13)式中6----小链轮齿顶圆直径最大值，mm
d a m i n,----小链轮齿顶圆直径最小值，mm
d a m a x2—大链轮齿顶圆直径最大值，mm
d a m M—大链轮齿顶圆直径最小值，mm
d0----滚子直径，d。= 8. 51 mm
取小链轮齿顶圆直径=74.6mtn，大链轮齿顶圆直径= 102. 8 mm。
大小链轮分度圆弦齿高的最大值与最小值计算如式（14) ~ (17)所示。
为检验作业效果，设计制作了斗式提升机构试验台架，如图2所示。将斗式提升机构与电磁扭摆振动排种器垂直布置。电磁扭摆振动排种器通过脉冲式电磁铁带动种盘作垂直方向振动，分布在电磁铁周边的弹受种盘向下作用力发生变形和位移，进而带动种盘绕其垂直轴做扭摆运动，种盘内的蔗种受多种振动的共同作用，沿螺旋轨道上升并从出口排出。整套 试验台架通过调频式控制器控制排种器的转速和出料速度。开展多次重复试验，试验结果表明，斗式提升 机构在输人功率0.23 kW，提升链速度0.1 m/s时，供种量可达3.7个/S。
4 结束语
国内目前使用的甘蔗种植机没有供料装置，只能
刘文亮等：一种可均匀供料的甘蔗种箱97
1.斗式提升机构
2.支架
3.电控箱
4.接料斗
5.电磁振
动式排种器
97ssee
图2试验台架
Fig. 2Test b e n c h
靠排种器在种箱内取种，种子的流动性直接影响了取种效果。基于物料斗提式输送机理，研发了具有均匀供料功能的甘蔗种箱。设计方案能够使甘蔗种块被不断翻动，避免了大量甘蔗种块淤积，从而使甘蔗种块顺利进人连接的排种器内，大大提高了播种和工作效率。本方案的供种速度可以通过调频式控制器进行调节，提高了对排种器的适应能力，可防止出现供种过量或不足情况。研究对于实现和推广甘蔗机械化精量播种技术具有重要现实意义。
参考文献
i n薛晶，马泽辉.何文志，等.甘蔗地膜全覆盖栽培经济效益分
析[J].广西蔗糖，2013(3):6-8.
[2]曾志强，袁成宇，区颖刚，等.甘蔗生产机械化发展现状分析
与对策研究[J].广东农业科学，2012,39(19):196-199.
Z E N G Zhiqiang, Y U A N C h e n g y u,O U Yinggang, et al. Research
on present situation and countermeasures for the development of sug
arcane mechanization [J ]. G u a n g d o n g Agricultural Sciences,
2012, 39(19)：196-199.[3] 陈超平.美国、巴西甘蔗生产机械化考察报告[J].热带农业
工程，2004(2):1-6.
[4] 赴巴西考察团.巴西甘蔗生产机械化考察报告[J].农机科技
推广，2002(5):39-40.
[5] R A B O I N L M,S E L V I A,O L I V E I R A K M,et al. Evidence for
the dispersal of a unique lineage from Asia to America and Africa in
the sugarcane fungal pathogen U stilago scitam inea[J ].Fungal G e
netics and Biology, 2007,44(1)：64-76.
[6]M O N T A L V O G E B,T H O M A Z-S O C C O L V,V A N D E N B E R G H E L
P S,et al. Arthrospira m a x i m a 0F15biomass cultivation at labora
tory and pilot scale from sugarcane vinasse for potential biological
n e w peptides production [J i.Bioresource Technology,2019,273 ：
线切
103-113.
[7] 谢源.美国等先进蔗糖国家产业政策对我国的借鉴[D].福
州：福建农林大学，2014.
X I E Yuan. T h e reference of the United States and other advanced
sugar producing countries industrial polices for C h i n a[ D].Fuzhou ：
Fujian Agriculture and Forestry University, 2014.
[8]毛钧，陆鑫，杨昆，等.澳大利亚甘蔗产业与科研概况[J].
中国糖料，2015, 37(4):77-80.
[9] 覃双眉，李明.澳大利亚甘蔗保护性耕作及可持续性生产[J].
世界农业，2015(3):131- 136.
[10]N A R E B, T E W A R I V K,C H A N D E L A K,et al. A mechatroni-
cally integrated autonomous seed material generation system for sug
arcane ：a crop of industrial significance [J ].Industrial Crops and
Products, 2019,128：1-12.
[11]H A S N E R C,L I M A A A D,W I N T E R E. Technology advances in
sugarcane propagation ：a patent citation study [ J 1 .World Patent
Information, 2019, 56：9-16.
[12]权仁周.浅谈我国甘蔗种植机现状与发展建议[J].科技创新
导报，2016，13(36) :83-84.
[13]聂虎子.广东省甘蔗生产全程机械化现状及对策[J].现代农
业装备，2018(1):27-29,47.
[14]黄世醒，曹耀林，郑丁科，等.2C Z Q-2型切段式甘蔗栽植机
试验研究[J].现代农业装备，2018(2):24-27.
[15]S I N G H A K,S I N G H P R. Development of a tractor operated sugar
cane cutter planter for mechanisation of sugarcane planting in deep
furrows[J]. Sugar Tech, 2016,19(4)：1-8.
[16]S I R A R E E A,B A N E R J E E N,K U M A R S, et al. Agro- morpholog
ical description,genetic diversity and population structure of sugar
cane varieties from sub- tropical India [ J ]. 3 Biotech,2018,8
(11)：469.
[17]谭庆昌，贾艳辉.机械设计[M].3版.北京：高等教育出版
社，2014.
[18]闻邦椿•机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，
2010.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议