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1、江苏省农机三项工程2BFS-10型秸秆还田播种复式作业机研究与开发设计说明书连云港市农机试验推广站2011年11月一、复式播种机械的现状二、机具耕幅的确定三、机具与拖拉机的挂接型式四、方案设计1、设计依据2、总体性能参数设计3、机具作业工作原理4、整机结构与传动机构设计5、中间传动机构设计6、旋耕侧边传动系统及旋耕刀辊组件设计7、秸秆粉碎灭茬侧边传动机构及灭茬刀辊组件设计8、播种施肥机构设计9、圆盘开沟器结构设计五、配套动力计算一、复式播种机械的现状目前国外发达国家都采用联合整地的大型机械，如翻转犁铧、轻重型耙、梨驱动 耙等，对于精密播种机已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地
2、、 覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种气力 式排种原理与机械式排种原理，以保证单粒精密播种。另外，液压技术及电子技术也 在播种机上得以应用。20世纪80年代，美国、澳大利亚、加拿大、法国等西方国家 开始研制并广泛使用气力式精密播种机械，其中气流一阶分配式集排种系统大量应用 在谷物条播机上。我省秸秆还田、播种机械仍以秸秆粉碎还田和旋耕播种的分段作业为主，现有机 械的技术水平至少落后于发达国家2030年，对于复式机械的研究还处于空白阶段， 尤其是目前农民往往在作物收获后，大量燃烧秸秆，再进行旋耕整地，实施播种作业， 后直接进行人工撒播作业，作业效率低，成本高，环
3、境污染严重，抗倒伏性差，粮食 产量低下。综合深入调研，我省秸秆还田、播种技术及机具情况分析如下：1）现有的秸秆还田机具主要有1JH、4JQ、4JF型均为具有秸秆粉碎单 种功能的作业机具：SGTN型、SGTN G型、SGTN DV型双轴灭茬旋耕机是 近年来为秸秆还田作业而设计的新机型，主要用于玉米、棉花、高粱直立、 铺放的秸秆粉碎作业，也具有小麦、水稻的秸秆粉碎功能；1GQN JMJ、 1GQN、1ZSD、1BMQ水旱两用埋茬耕整机是近年来在原有旱耕旋耕机经结构上 的改进后能适用于水耕灭茬而发展起来的；1GSP旋耕复合作业型水田平整 机是专门为水耕作业而设计的复式耕整作业机械。2）国内的播种机以
4、传统的谷物条播机为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力 播种机目前仍占主导地位。目前，全国有500家左右的企业生产播种机，其中只有10 家生产与大中型拖拉机配套的播种机，与小拖配套的播种机和畜力播种机的产量已占 到全国播种机产量的90%以上。近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具 主要有播种一拖肥联合作业机、耕作一播种联合作业机、松土一施肥一覆膜一穴播联 合作业机和施水一播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业机。而就我省而言，现有的播种机具主要有：2BFM-8/4、2BFG-200、2BG-3A、 1GSBF-9A、1ZSB-180等，上述机型均为旋耕+播种组合而言，播种机的排种
5、机构大 多采用外槽轮式，且效率低，播种不均匀。3）目前，有些研究院所和企业也在着手研发秸秆粉碎和旋耕播种复式机具，但 大都是在旋耕机、粉碎机和播种机的基础上进行强行组合而成，技术集成和创新不够， 造成所述技术配套性差、效率低、功耗大，作业效果达不到农业作业要求，且都处于 样机试验阶段，无法批量投入市场。复式作业技术有利于提高作业效率与质量，降低能耗与对土壤的压实作用。沙 土地区麦子（稻茬）种植的主要作业程序是耕翻（稻秸秆还田）、耙（整）、播种、 开沟、镇压和化除等；粘土地区麦子（稻茬）种植的主要程序是旋耕或重耙23遍 （稻秸秆还田）、开沟、播种、施肥、镇压和化除等。这种单项作业方式，存在以下
6、不利因素，一是作业周期长，机械效率低，需要投入的机械和人力多；二是对土壤的 压实程度大，造成了土壤坚实度分布不均匀，影响作物生长；三是若遭遇阴雨天气， 相关秋播作业程序难以进行，则会延误秋播时间，不利于抗灾；四是单项作业成本高， 能耗大时间长，对拖拉机的磨损大，降低了机组的利用率。此外，对沙土地来说，若 先播种后开沟，则导致沟边堆土埋苗、畦面不平、轮胎压实不利于种子发芽；若先开 沟后播种，则导致畦面不平、沟床塌陷、影响播种作业质量与沟系畅通。对粘土地来 说，一是在旋耕碎土、秸秆还田后，土壤较为膨松，进行播种作业时，拖拉机轮辙较 深，地表不平整，影响了播种质量；二是在旋耕碎土、秸秆还田后的土地上
7、进行播种、 化肥深施作业时，开沟器容易将已被掩埋的秸秆重新翻全地表，既容易导致开沟器堵 塞又影响秸秆还田质量。鉴于以上因素，采用新颖的框架式灭茬旋耕施肥播种联合作业技术适合于粘性 土壤地区的少（免）耕灭茬还田、精（少）量播种与化肥深施联合作业。二、机具耕幅的确定根据主机动力输出功率和旋耕作业时单位幅宽功耗可对幅宽进行初步选定，幅宽 过大（刀片增多）将导致发动机工作过载,合适的幅宽则可保证主机功率的充分利用。实 际中幅宽的初选可采用经验公式，但最终的确定必须经过试验验证。事实上，对于同一 种机具，主机功率大的配套并不一定有好的作业质量，相反却有可能造成功率的浪费，通 过试验能合理确定对应幅宽的最
8、佳配套功率，可以避免“大马拉小车”的情况。幅宽与 拖拉机的功率有关，并影响机具与拖拉机的配置方式，本机工作幅宽：22.5 (m)。三、机具与拖拉机的挂接型式机具与拖拉机有三点悬挂、直接连接和牵引式等三种连接方式，目前我国多采用 前两种连接方式。三点悬挂式机具，动力有拖拉机动力输出轴通过万向节传动轴传递 工作。机具悬挂装置参数主要根据万向节伸缩轴与前后轴间的夹角大小和机具的通过 性能来确定，要求耕作时该夹不超过10;夹角不超过30。切断动力输出轴动力， 提升机具到最高位置时，机下的通过高度一般不小于400mm，万向节伸缩轴和轴套全 少应有40mm的重叠量，还应考虑在最大耕深和提升到最高位置时，机
9、架和机具不碰 到拖拉机。本设计旋耕机与拖拉机的挂接采用三点悬挂式。四、方案设计1、设计依据进行广泛的市场调研，分析市场上现有的国内外机型的优缺点，尽可能利用先 进的、成熟的技术，力求有所创新，并充分考虑农民的需求及承受能力和现有工厂条 件，也就是说以满足工作性能为基础，达到可靠性、适用性、先进性、经济性及系列 化的统一，争取好的经济效益。2、总体性能参数设计(1)型号：2BFS-10；(2)配套动力：36.758 (Kw)轮式拖拉机(3)工作幅宽：22.5 (m)；(4)作业行数(行):10;(5)整机质量：500-800 (kg)；生产效率：510 (亩/小时)；耕深：140180 (mm)
10、；(8)播种深度：3550 (mm)；(9)施肥深度：60-70(mm)；(10)埋茬深度：80-100 (mm)；(11)旋耕刀轴转速:230 (r/min)；(12) 灭茬轴转速：1800 (r/min)；(13) 半精量播种轴转速：100 (r/min)3、机具作业工作原理秸秆还田播种复式作业机是一种由动力驱动工作部件以粉碎秸秆，旋耕土壤，并 进行播种施肥的机械，一次作业即能达到秸秆粉碎、深埋、播种、施肥等多道作业工 序的效果。其工作原理如图1所示，机具在田间作业时，将拖拉机三点悬挂机构与本 机的三点悬挂架连接，动力由拖拉机输入；该机的秸秆粉碎刀轴横向安装在框形机架 的前下方，粉碎刀轴一
11、端与机架的一侧边连接，另一端与侧边的粉碎V带传动箱的输 出端连接，接受粉碎传动变速箱输出的动力；在秸秆粉碎刀轴上，均匀安装有弧形甩 刀，通过高速旋转可对秸秆进行有效的粉碎；旋耕刀轴为两个半轴结构，其轴的一端， 与机架的一侧连接，另一端与侧边的旋耕变速箱的输出端连接，接受旋耕变速箱输出 的动力，旋耕刀均匀的安装在旋耕刀轴上，通过低速旋转可对土壤进行有效的旋耕； 半精量播种轴两端通过轴承固定在种子储备箱体的两侧，轴上均匀安装10个16槽小 轮排种器，动力由旋耕输出轴通过链轮提供。整机的前面通过悬梁安装播种开沟器， 开沟器通过排种管与排种器相连，以实现播种成排成列。图1秸秆还田播种复式作业机原理图4
12、、整机结构与传动机构设计该机主要由灭茬旋耕机、施肥播种装置、镇压与传动机构等组成。将灭茬旋耕 机改进成框架式旋耕机后，与播种、施肥、镇压装置通过一个整机框架组合成为一体， 实行灭茬、旋耕、播种、施肥、镇压一次性复式作业，并将旋耕机设计成浮动形式， 靠两侧的限深滑板，实现旋耕深度的随地自动仿形，以达到耕深稳定。联合开沟播种机主要由开沟、播种、镇压和机架等组成。将播种箱置于开沟犁体 的上方，开沟犁体前置圆切刀片及支架，两侧有搅龙将开沟犁沟两侧土向外输送平整， 开沟犁体后上方为输种管，下方为开沟器，镇压轮安装在开沟器后（分置式，单行镇 压）如图2所示，2BFS-10型秸秆还田播种复式作业机主要包括机
13、架、三点悬挂装置、 中间传动装置、秸秆粉碎灭茬侧边传动系统及灭茬刀辊组件、旋耕侧边传动系统及旋 耕刀辊组件、播种施肥传动系统及播种施肥装置、格栅挡板装置、双圆盘开沟器及镇 压轮等。如图3所示，机具进行灭茬旋耕播种施肥作业时，动力由拖拉机动力输出轴提供， 经过中间传动箱转向变速，实现三路动力输出，且最终输出轴转速符合设计要求，即 旋耕刀轴转速：230r/min；灭茬轴转速：1800r/min；半精量播种轴转速：100r/min。1）旋耕作业传动路线：拖拉机动力输出轴（540r/min） 万向节一中间传动齿 轮箱一万向节一旋耕侧边传动装置一旋耕刀辊（230r/min）；2）灭茬作业传动路线：拖拉机
14、动力输出轴（540r/min） 万向节一中间传动齿 轮箱一灭茬侧边传动装置一灭茬刀辊（1800r/min）；3）播种施肥作业传动路线：拖拉机动力输出轴（540r/min） 万向节一中间传 动齿轮箱一播种施肥传动装置一施肥播种传动轴（100r/min）1-三点悬挂装置2-机架3-灭茬刀辊组件4-灭茬传动箱5-旋耕刀辊组件6-旋耕侧边传动装7-格栅挡板装置8-双圆盘开沟器9-镇压轮10-播种排肥器11-种肥箱12-播种排肥传动装置13-中间传动装置图2秸秆还田播种复式作业机结构简图1-万向节2-中间传动箱3-灭茬传动箱4-灭茬刀辊组件5-旋耕刀辊组件6-旋耕侧边传动装置7-播种施肥装置8-播种施肥
15、传动装置图3秸秆还田播种复式作业机传动系统图5、中间传动机构设计如图4所示，机具进行灭茬旋耕播种施肥作业时，动力由拖拉机动力输出轴提供， 经过中间传动箱转向变速，实现增速和降速两路动力输出，降速输出用于驱动旋耕和 播种施肥作业，增速输出用于灭茬作业，其传动路线为：降速：拖拉机动力输出轴(540r/min)万向节一动力输入轴1-Z2/Z1=37/17 动力输出轴2 (248r/min)；增速：拖拉机动力输出轴(540r/min)万向节一动力输入轴1-Z4/Z3=17/37 动力输出轴2 (1175r/min)。图4中间传动机构简图6、旋耕侧边传动系统及旋耕刀辊组件设计如图5、图6所示，机具旋耕作
16、业时，拖拉机动力由万向节传递给中间传动齿轮 箱的齿轮1与齿轮2,再通过万向节动力输出全旋耕侧边传动装置，通过三级齿轮传动 驱动旋耕刀辐转动，其传动路线为：拖拉机动力输出轴（540r/min）万向节一 Z2/Z1 （中间传动齿轮箱）一万向节一z6/z5z7/z6-z8/z7 （旋耕侧边传动装置）一旋耕刀 辐（230r/min）,各级传动比与齿轮齿数见表1。图5旋耕侧边传动机构简图图6旋耕侧边传动装置展开图表1各级传动比与齿轮齿数轴的序号123456齿轮齿数Z1Z2Z5Z6Z7Z8173719232321传动比e81 =1.2i =1i =0.912 341.092总传动比i总=2.38如图7所示
17、，旋耕刀辊主要由花键套、刀库、刀轴管、刀轴挡草圈、刀轴静态管、 及轴头等构成。旋耕刀辊中弯刀的排列方式是决定旋耕机性能的重要因素，它对切图 阻扭矩、功率消耗、作业质量及机组的平衡性等指标有很大的影响。合理的弯刀排列 应在满足耕整地农艺要求的基础上，使用旋耕功耗最小，刀辊受力均匀，同时工艺性 优良，便于制造。排列设计应遵循以下准则：1）在刀辊轴向投影圆周内总刀数等分排列，刀辊每转360JZ有一把弯刀入土， 使切土阻扭矩较为均匀，减小波动幅度；2）左右两把刀交替入土，以尽量平衡弯刀入土的侧向反力，减小机组在水平面 内的偏转力矩，保持直线前进，也可减小对刀辊轴承的轴向冲击负荷，延长使用寿命；3）每一
18、切土小区内的2把刀的各刀切土节距力求相等或相近，以求碎土均匀， 并使每把弯刀的切土阻力大小均衡，磨损也均匀，减小刀辊切土阻扭矩的波动；4）尽可能增大轴向同截面或相邻两弯刀间轴向夹角，以避免夹土阻塞，并方便 相关刀座在刀轴上的布置施焊。本设计刀幅宽54mm，弯刀总数40把，采用均匀、对称和左右螺旋线排列，已达 到上述要求。设计中刀辊焊合图见图7,刀辊弯刀布置排列见图8。1-花键套2-刀库3-刀轴管4-刀轴挡草圈1 5-刀轴静态管6-刀轴挡草圈2 7-轴头图7旋耕刀辐结构简图图8旋耕刀辊弯刀布置展开图7、秸秆粉碎灭茬侧边传动机构及灭茬刀辊组件设计如图9所示，机具灭茬作业时，拖拉机动力由万向节传递给
19、中间传动齿轮箱的齿 轮3与齿轮4,再通过带传动驱动灭茬刀辐转动，其传动路线为：拖拉机动力输出轴 (540r/min) 万向节一齿轮传动Z4/Z3 (中间传动齿轮箱)一带传动Z:(旋 耕侧边传动装置)一灭茬刀辐(1800r/min),传动比：i = i - i = Z -= 17 -160 = 0.46 - 0.65 = 0.3 = 540/18001 2 Z 3 Z：34 246如图10所示，灭茬刀辐主要由长轴头、堵板、刀库、防草挡圈、静态套筒、粉 碎轴管、短轴头等部件构成。与图9相似，灭茬弯刀也采用均匀、对称和左右螺旋线 排列方式。1-长轴头2-堵板3-刀库4-防草挡圈1 5-静态套筒6-防
20、草挡圈2 7-粉碎轴管8-短轴头图9灭茬刀辊结构简图8、播种施肥机构设计如图3所示，机具施肥播种作业时，拖拉机动力由万向节传递给中间传动齿轮箱 的齿轮1与齿轮2,再通过链传动驱动排肥轴与播种轴转动，其传动路线为：拖拉机 动力输出轴（540r/min）万向节一齿轮传动Z2/Z1 一链传动Z一播种轴（排 肥轴）（100r/min）,传动比：i = i - i = Z -Z = 37 -竺=2.18 - 2.47 = 5.4 = 540/1001 2 z 1 Z：17 17根据设计要求及实际半精量播种施肥需要，本次设计的复式作业机采用外槽轮式 排种器和排肥器，槽轮每转排量基本稳定，其排量和工作长度成
21、直线关系。主要靠改 变槽轮工作长度来调节播量，结构简单，制造容易，国内外已实现标准化生产。9、圆盘开沟器结构设计开沟器功用主要是在播种时开出种沟，引导种子和肥料进入种沟内，并使湿土覆 盖种子和化肥，它们的种类很多，如铲式、铧式、圆盘式等，不同形式的开沟器对工 作条件也有不同的要求。圆盘式开沟器的原理是，用圆盘刃口切断残茬、茎杆和杂草 后耕出种床。现有V波形圆盘开沟器、波纹形圆盘开沟器和三圆盘开沟器三种类型， 其开沟的深浅、宽窄也各不相同。V波形圆盘耕出的种床沟最大，三圆盘式最小。圆 盘刀式种床开沟器工作性能良好，是大型免耕播种机常采用的结构形式。本次设计中， 秸秆还田播种复式作业机即采用这种类
22、型的开沟器。如图10所示，双圆盘开沟器的工作原理就是利用圆盘的外侧面将土推开，从而 开出一条种沟或肥沟。它由开沟器柄焊合、圆盘铆合、护圈铆合、弹簧垫圈组成。开 沟器柄焊合是由扁钢形的柄、固定板和带有左、右螺纹尺寸等同的两个轴构成。焊接 轴用的轴孔，带有左、右螺纹的两个轴按夹角a=7o1o对称焊接在扁钢柄的轴孔上。 圆盘铆合则由圆盘、轴承座、密封轴承和铆钉构成。护圈铆合固定在开沟器柄的固定 板上；圆盘铆合通过轴承装合在开沟器柄焊合轴的轴颈上，将平垫圈、弹簧垫圈用螺 母固紧在轴上。采用这种方式的钢制双圆盘开沟器结构，与现有的钢制双圆盘开沟器相比，有以 下优点：（1）开沟器柄的加工难度大大降低，其上
23、无需锪窝。只用普通钻床钻孔即可， 大大节省加工工时。（2）焊合时用轴承位置作为定位基准，能保证两圆盘的夹角和间 距。（3）原开沟器柄焊合的圆螺母改为轴，内螺纹变为外螺纹，精度要求降低，效率 大大提高。1-开口销2-弹簧3-刮土器4-圆盘5-施肥孔6-护圈7-轴承座8-连接套板9-播种孔10-开沟器柄11-左螺纹轴12-右螺纹轴图10双圆盘开沟器结构简图五、配套动力计算旋耕灭茬播种机所需动力主要包括旋耕灭茬刀轴消耗动力和开沟器的开沟阻 力，经实验测得开沟器的开沟阻力F为823N。双轴式旋耕灭机单位幅宽的功率消耗 No为19. 5 kw /m故双轴式旋耕播种机的动力消耗为NT= 1. 8X19. 5+9X0. 823 X0. 8=41kW。
