水稻工厂化育秧流水线的振动式排种器设计.doc
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1、东北农业大学学士学位论文 学号:水稻工厂化育秧流水线的振动式排种器设计学生姓名: 指导教师: 所在院系:工程学院所学专业:农业机械化及其自动化研究方向:机械设计东 北 农 业 大 学中国哈尔滨2015年6月NEAU Bachelor Degree Dissertation Student id: A07110683 Design of Vibration Seeder for Rice Seedling Factory NurseingCandidate: Instructor: Institute: College of EngineeringMajor: Agricultural Mech
2、anization and automationResearch Interests: Mechanical designNortheast Agriculture UniversityHarbin, China June 2015摘要摘 要水稻是我国主要的粮食作物之一,人工播种育秧劳动强度大,而目前水稻播种器在作业时存在伤种,因此急需研制一种新原理、新结构的排种器进行设计。结合水稻机械化种植的农艺要求,在分析国内外水稻秧盘育秧播种流水线特点的基础上,着重从精量取种、准确播种等关键技术方面进行了深入研究。采用振动原理,研制了一种振动式精密播种装置,用于水稻工厂化育秧,实现播种的精确控制;通过关
3、键技术的研究与应用,设计了一种适应于水稻秧盘育秧精密播种的振动式水稻秧盘育秧精密排种器。具体结果如下:首先,介绍了水稻工厂化育秧播种流水线的组成和工作原理,进而确定了振动式排种器的总体结构;采用机械式定量供种装置,即勺式排种器,将种子实时定量的供应给振动式排种盘,完成了对该核心工作部件的二维结构设计;以水稻育秧盘为工作对象,采用气动振动器驱动,为了适应不同秧盘的育秧播种,完成了不同数量V形槽板数的振动排种盘的二维结构设计;应用CATIA软件,建立了勺式定量供种装置和振动排种盘的三维零件建模,并将其装配在一起;该排种器利用勺式排种器将种子从种箱中播出,种子落于筛分板上,经振动筛分、除杂后,流入到
4、与其安装为一体的V形槽板上,种子流沿V形槽板有序排队,最后经出口播出。实现了水稻机械化秧盘育秧的播种作业过程,可以装配流水线上,实现水稻工厂化育秧。关键词:水稻育秧;流水线;勺式;振动式IAbstractDesign of Vibration Seeder for Rice Seedling Factory NurseingAbstractRice is one of the main grain crops in China, artificial seeding high labor intensity, and the current rice seeder in operation e
5、xist damage. Therefore, it is necessary and urgent to develop a new principle, new structure of the metering device was designed.Combined with the requirements of the rice planting mechanization of agronomic, in the analysis of domestic and foreign rice seedling tray seeding line features based on,
6、especially from the precision take, accurate seeding and other key technologies of in-depth study.A vibration type precision seed metering device was developed by using the principle of vibration, for factory rice seedling, the precise control of the realization of planting; through the key technolo
7、gy research and application of design suitable for Tray Nursing Seedlings of rice precision seeding of the vibrating tray nursing seedlings of rice precision seeding device. The main results are as follows:Firstly, this paper introduces the composition and working principle of the rice seedling fact
8、ory seeding assembly, and to determine the vibration row the overall structure; the mechanical quantitative and suppling device, namely the spoon type row device, the supply of seed quantitative real time PCR to vibration row plate, completed the design of the two-dimensional structure of the core c
9、omponents of; to rice seedling raising disk as the work object, vibrator driven by pneumatic, in order to adapt to the different seedling tray seedling planting, completed the vibration of different number of V-shaped trough plate number plate of the two-dimensional structure design;Application of C
10、ATIA software, the establishment of a scoop ration and suppling device and the vibration of metering disc three-dimensional modeling of parts and the assembly together; the seed metering device using scoop metering device will be aired a seed from the seed box, seed falls on the sieving plate, vibra
11、tion sieving, removing impurities into the installed on one of the V-shaped trough plate, seed flow along the V shaped groove plate orderly queue, the export broadcast. The seeding process of mechanized seedling seedling, can realize the assembly line, rice seedling factory.Key Words:Rice seedling-n
12、ursery;Assembly line;Spoon;Vibration typeII目 录摘要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.1.1 水稻生产情况及意义- 1 -1.1.2 水稻的主要种植模式及分布区域- 2 -1.1.3 水稻种植技术的多样性- 3 -1.1.4 超级稻机械化播种的难度- 3 -1.2 水稻秧盘育秧播种流水线的关键技术现状- 4 -1.2.1 秧盘育秧精密播种装置- 4 -1.2.2 秧盘- 8 -1.3 水稻秧盘育秧播种流水线的发展趋势- 9 -1.4 研究目标与研究内容- 9 -1.4.1 研究目标- 9 -1.4.2 主要研究内容
13、- 9 -2 水稻秧盘育秧精密播种机总体配置- 10 -2.1 总体结构- 10 -2.2 振动式精密播种装置结构及工作原理- 10 -3 气动振盘基本理论及振动器选取- 12 -3.1 气动振盘排种的基本理论- 12 -3.2 水稻种子输送的基础理论分析- 12 -3.3 振动器的选择- 12 -3.3.1 电磁振动器- 12 -3.3.2 气动振动器- 13 -3.3.3 气动振动体的运动理论- 14 -4 振动式精密播种装置结构设计- 16 -4.1 水稻芽种的物料特性- 16 -4.2 定量供种器结构设计- 16 -4.3气动振盘结构设计- 18 -5 振动式精密播种装置三维设计- 2
14、0 -5.1 定量供种器结构三维设计- 20 -5.1.1 橡胶弹性板的三维设计图- 20 -5.1.2 勺式外槽轮的三维设计图- 20 -5.1.3 定量供种器结构三维设计图- 21 -5.2 气动振盘结构三维设计- 21 -5.2.1 V形播种盘三维设计图- 21 -5.2.2 气动振盘结构三维设计- 22 -5.3 振动式精密播种装置三维设计图- 22 -6结论- 24 -参考文献- 25 -致谢- 27 -ii绪论1 绪 论1.1 课题背景 1.1.1 水稻生产情况及意义水稻一直以来被视为重要的粮食作物,在粮食安全中占据极其重要的地位。亚洲是世界水稻主要集中种植区域,其产量占世界水稻总
15、产量的92,美国是北美的主要水稻生产国,意大利是欧洲最大的水稻生产国。中国是世界上最大的水稻生产国,水稻常年种植面积约3000万公顷,占全国谷物种植面积的30左右,世界水稻种植面积的20左右;水稻也是我国最主要的粮食作物之一,稻谷总产量近2亿吨,占全国粮食总产的40,占世界稻谷总产的35,稻谷平均单产6.212吨公顷,我国有近60%的人以稻米为主食,每年直接消耗大米1.3亿1.4亿吨,同时水稻深加工产业也日益兴起,例如用米糠加工成的米糠油作为一种高档营养保健食用油,在美国市场上价格是橄榄油的3倍(米糠经深加工后总价值增加1940元/吨) ,还可提取人体所需的多种维生素、工业用原料及饲料,进行多
16、种产品精深加工,带来可观的经济效益,加工后的副产品附加值已引起各国家重视,所以水稻生产对推动国际国内的经济发展起着重要作用。可以看出,水稻是我国种植面积最大、单产最高、总产最多的粮食作物,水稻生产在我国粮食生产中占有极其重要的地位。加快发展水稻生产的机械化,减轻水稻生产的劳动强度,降低生产成本,增加产量和收益,是提高水稻综合生产能力,保障我国粮食安全的一项战略措施,对推动现代农业和社会主义新农村建设具有重要意义。目前,美国、意大利、日本、韩国的水稻生产机械化水平均已达到97%以上,实现了水稻生产全程机械化。国内外的实践证明,水稻生产全程机械化具有如下显著优点:1)效率高步进式和乘座式插秧机作业
17、效率分别是人工栽插的11.5倍和30倍;机抛效率是人抛的25倍,是人力插秧的120倍;机直播人均生产率比手插高30倍;联合机械化收获作业效率是人工的4060倍。2)省工节本水稻机械直播比人工栽插可节省成本约750元/公顷;机械栽插比人工手插平均节约成本450元/公顷左右;机械收获较人工收获节省成本300元/公顷。3)减少损失、增产增收联合机械化收获总损失率低于5%,比人工收获减少损失8%左右;机插秧比人工栽插平均增产达5.3,提高单产375公斤/公顷以上;低温干燥可减少霉烂损失4%以上。4)提高稻米品质水稻机械化能实现标准化作业,按照农艺技术要求精确控制各环节作业质量,为无公害米、绿色大米、有
18、机米生产提供保障。因此,大力推进水稻生产机械化,是解决水稻生产劳动力短缺问题,抵御自然灾害的影响,增强水稻生产防灾减灾能力,保障水稻生产增产增收,稳定水稻生产,实现水稻生产节本增效,提高水稻生产的劳动生产率和水稻综合生产能力,保证粮食安全,增加农民收入的现实之需,迫切之举。发展水稻生产机械化,改善农民生产条件,提高农民生活质量,促进农村劳动力向二、三产业转移,是加快农业现代化进程,促进城乡统筹协调发展,推动水稻主产区现代农业和社会主义新农村建设的必然要求。近年来,我国水稻生产机械化发展很快,到2007年水稻总体水平约为32.6%左右,总体趋势是南方比北方低,农村比农垦低,黑龙江垦区水稻综合机械
19、化水平达84%。但与三大谷物比较偏低(小麦生产机械化水平已达81,玉米生产综合机械化水平为 40%),其中种植和烘干机械化水平明显偏低,从2004 年以来,我国水稻生产机械化的具体情况见表 1.1。表1.1 水稻生产机械化现状及目标年份整地水平种植水平田间管水平收获水平烘干水平总体水平200420052006200720102015-60%70%85%5.8%7.1%-8%20%45%-50%-33.5%37.6%35%55%80%-10%-32.6%50%70%根据全国水稻生产机械化十年发展规划(2006年2015年)的目标:水稻优势产区生产机械化水平达到70以上,基本解决种植与收获两个环节
20、机械化问题,有条件的地方应率先实现水稻生产全程机械化,而且到2020年全国基本实现水稻生产全程机械化,为了实现这个目标,水稻种植机械化需要大力发展。 1.1.2 水稻的主要种植模式及分布区域进入20世纪中期,随着世界水稻种植业的发展,水稻种植机械化取得了长足的进步,种植模式日趋多样化,直播与育苗移栽成为水稻种植机械化的两种主要形式。直播是美国、澳大利亚、意大利以及其它一些欧洲国家水稻种植的主要形式,它具有作业效率高,劳动强度低,生产作业成本低,尤其是节省水资源等显著特点,因此适合于大规模种植。育苗移栽是亚洲水稻种植的主要形式,主要包括插秧、抛秧等方法。日本水稻插秧机械科技水平一直走在世界的前列
21、,20世纪80年代,日本全国基本形成了统一的水稻栽培模式,育秧、插秧机械已实现了系列化、标准化,到1990年水稻种植机械化水平达到98%。韩国起步较晚,但机械化发展迅速,已有赶超日本的趋势,1996年机插面积达种植面积的97%,泰国也已基本实现插秧机械化。在种植模式上虽然国外经济发达国家均实现了单一的机械化模式,如美国、澳大利亚、意大利实现了直播机械化,日本、韩国选择了以机械插秧为主的移栽机械化;而我国则由于稻作区域及其相应的种植制度差异,没有统一种植模式,种植模式处于多样化。如新疆、宁夏、上海、浙江以直播为主,内蒙、黑龙江、吉林、辽宁等省以机械插秧为主,机插秧面积在60%左右,而湖北、江苏等
22、省有较大的抛秧面积,我国水稻各种植模式的种植面积占有量见表1.2。表1.2 我国水稻各种植模式的种植面积情况水稻种植模式直播抛秧插秧种植面积14%26%60%由于我国人多地少,田块小,多熟制生产,受传统精耕细作的影响,目前大部分稻区仍然采用人工种植技术,移栽所育秧苗绝大部分是通过人工经验撒播,秧盘育秧播种的机械化水平基本为零。为此,在水稻种植模式以育苗移栽为主体的基础上,国家“十一五”科技支撑计划项目将“水稻机械化技术研究与示范(2006BAD28B01)”作为“现代化农业和机械化耕作技术研究与示范”的关键课题之一,提出了水稻种植机械化的发展重点将以机械插秧为主,在适宜地区发展精少量机械直播和
23、钵体苗机械有序移栽、抛栽,水稻机械化育秧将以精密播种技术为基础,采取软(硬)盘育秧等田间低成本秧盘育秧技术,在育秧季节气温较低的北方稻区采用简易设施(棚盘)育秧技术,有条件的地区发展育秧中心,开展工厂化育秧的规模化服务。 1.1.3 水稻种植技术的多样性我国不仅水稻的种植模式多样,而且各地适宜种植的水稻品种也有很大差异,浙江、江苏、湖南等省是国内拥有水稻品种较多的省份,按照水稻品种的不同可归为三类:常规稻、杂交稻、超级稻。在精密播种时,受水稻发芽率 影响,不同水稻品种的秧盘育秧播种量要求也不一样,其播量 与成秧率 的关系一般为 = ,见表1.3表1.3 不同水稻品种秧盘育秧播种的精度要求水稻品
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