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月目录一、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、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20～30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①1JH、4JQ、4JF型均为具有秸秆粉碎单种功能的作业机具；②SGTN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；③1GQN—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；④1GSP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—拖肥联合作业机、耕作—播种联合作业机、松土—施肥—覆膜—穴播联合作业机和施水—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2～3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至地表，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：2～2.5（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10º；夹角不超过30º。
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至少应有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： 36.7～58（Kw）轮式拖拉机；（3）工作幅宽： 2～2.5（m）；（4）作业行数(行): 10；（5）整机质量： 500-800 （kg）；(6) 生产效率： 5～10（亩/小时）；(7) 耕深： 140～180 （mm）；（8）播种深度： 35～50 （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。
4、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→中间传动齿轮箱→万向节→旋耕侧边传动装置→旋耕刀辊（230r/min）；2）灭茬作业传动路线：拖拉机动力输出轴（540r/min）→万向节→中间传动齿轮箱→灭茬侧边传动装置→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→中间传动齿轮箱→播种施肥传动装置→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→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→动力输入轴1→Z4/Z3=17/37 →动力输出轴2 （1175r/min）。