摘要：针对大豆种植过程中的旋耕、开沟、播种等多道工序分散作业的问题，设计了一种集旋耕、开沟、播种功能于一体的大豆旋耕开沟播种机。该机采用三点悬挂结构，主要由机架、旋耕装置、开沟器、排种器等部分组成。通过对机架、开沟器、旋耕刀盘、排种器等关键部件进行设计，实现了大豆旋耕开沟同步播种的功能。田间试验结果表明，该机在作业质量、工作效率等方面均达到了设计要求，为大豆机械化种植提供了新的技术支持。

　　关键词：大豆；旋耕；开沟；播种机；设计；试验

　　1.引言

　　大豆是我国重要的粮食和油料作物，其种植面积和产量居世界前列。然而，目前我国大豆生产机械化程度较低，生产效率不高。传统的大豆种植需要分别进行田间旋耕、开沟、播种等多道工序，不仅增加了生产成本，也延长了作业时间。因此，研制一种集旋耕、开沟、播种于一体的大豆播种机具有重要意义。研究设计了一种新型大豆旋耕开沟播种机，通过对其关键部件进行设计和试验研究，为提高大豆种植机械化水平提供技术支持。

　　2.大豆旋耕开沟播种机的总体设计

　　大豆旋耕开沟播种机的总体结构如图1所示。该机采用三点悬挂结构与拖拉机相连，主要由机架、旋耕装置、开沟器、排种器、镇压轮等组成。工作时，拖拉机通过动力输出轴带动旋耕刀轴旋转，完成旋耕作业；同时，开沟器在旋耕后的土地上开沟；排种器将种子精确排放到开好的沟内；最后由镇压轮覆土镇压，完成播种作业。该机集旋耕、开沟、播种等多道工序于一体，可一次性完成大豆的整地播种作业，大大提高了作业效率。

　　3.大豆旋耕开沟播种机关键部件设计

　　3.1机架设计

　　机架是整机的支撑结构，其设计直接影响到整机的强度和稳定性。本机采用焊接框架结构，由前梁后梁、中间横梁和侧梁等组成，如图2所示。前梁用于与拖拉机三点悬挂连接，中间横梁用于安装旋耕装置，后梁用于安装开沟器和排种器。机架采用矩形钢管焊接而成，具有较高的强度和刚度。在关键连接处增加了加强筋板，进一步提高了机架的强度。机架整体采用优质低碳钢制作，经热处理后具有良好的力学性能和使用寿命。

　　为验证大豆旋耕开沟播种机机架设计的合理性，对其进行了载荷分析和强度计算。首先，设机架在工作过程中承受的最大载荷为F=3000N（根据实际工作负载设定）。设前梁与拖拉机连接处的焊缝长度为l1，焊缝的厚度为h=6 mm，即0.08 m和0.006 m。

　　焊缝所受的剪切应力计算如下：

　　材料的许用剪切应力为120 MPa=120×106 N/m2。必须满足：

　　将数值代入：

　　6250000N/m2 s120x106N/m2

　　显然，计算结果满足条件。

　　对于中间横梁以及侧梁的抗弯强度计算，设中间横梁长度L=0.63m，载荷集中于横梁的中点，产生的弯矩为：

　　矩形截面尺寸为b.h，设横梁的截面尺寸为b=0.04m和b=0.08m，惯性矩I和截面模量W为：

　　弯曲应力为：

　　o-路-影⃞-1108x0"wm'-1108Mr a

　　材料的许用弯曲应力o<u>为250MPa，必须满足：

　　     O=a]

　　将数值代入：
           110.8Mp qs250Mpu q

　　也满足条件，说明机架的设计在承载能力和强度方面都满足要求，可确保整机工作的可靠性。

　　3.2开沟器设计

　　开沟器是大豆旋耕开沟播种机的关键部件之一，其设计直接影响到播种沟的质量和种子的排放精度。本机采用双圆盘式开沟器，如图3所示。该开沟器由两个倾斜安装的圆盘组成，圆盘之间形成一个V形开沟槽。圆盘采用高锰钢材料制作，经热处理后具有良好的耐磨性和韧性。圆盘的直径为350mm，安装角度为7°,开沟深度可在50—100mm范围内调节。开沟器通过平行四边形机构与机架连接，可保证开沟深度的一致性。在圆盘后方设置了一个小型镇压轮，用于初步镇压开好的播种沟，防止土壤回填。

　　3.3旋耕刀盘设计

　　旋耕刀盘是实现旋耕功能的核心部件，其设计直接影响到旋耕质量和作业效率。本机采用L型旋耕刀，如图4所示。旋耕刀采用65Mn弹簧钢制作，经热处理后具有良好的韧性和耐磨性。刀片长度为220mm，宽度为60mm，厚度为8mm。刀片安装角度为35°,可有效切割和翻松土壤。旋耕刀轴直径为60mm，采用优质45钢制作，经调质处理后具有较高的强度和刚度。旋耕刀轴上共安装3组旋耕刀，每组4片，呈螺旋状均匀分布，可实现良好的旋耕效果。

　　3.4排种器设计

　　排种器是实现精确播种的关键部件，其设计直接影响到播种质量和产量。本机采用气吸式排种器。该排种器由种子箱、排种盘、吸种室、清种装置和排种管等组成。排种盘上均匀分布有60个吸种孔，孔径为2.5mm。工作时，排种盘在负压作用下吸附种子，经过清种装置后将单粒种子精确排放到开好的播种沟内。排种盘采用尼龙材料制作，具有自润滑性和耐磨性。吸种室采用铝合金材料制作，重量轻，散热性好。清种装置采用弹性刮板结构，可有效去除多余种子，保证单粒播种。

　　4.大豆旋耕开沟播种机试验研究

　　4.1实验内容

　　为验证大豆旋耕开沟播种机的作业性能，在某农场进行了田间试验。试验内容包括：

　　4.1.1旋耕质量试验：测试旋耕深度、旋耕后土壤疏松度和土块粒径等指标。

　　4.1.2开沟质量试验：测试开沟深度、沟底宽度和沟壁倾角等指标。

　　4.1.3播种质量试验：测试播种深度、行距、株距和漏播率等指标。

　　4.1.4作业效率试验：测试不同前进速度下的作业效率和燃油消耗量。

　　试验采用3个水平的前进速度（4km/h、6km/h、8km/h），每个速度水平重复3次，共进行9次试验。试验地块面积为1公顷，土壤类型为黑土，含水量为22%。试验用大豆品种为东农253，千粒重为180g。

　　4.2实验结果

　　试验结果如表1和表2所示。

　　由表1表2克可知，大豆旋耕开沟播种机在不同作业速度下均展现出良好的性能。在旋耕质量方面，即使在8km/h的较高作业速度下，旋耕深度仍能达到14.3cm，土壤疏松度保持在38.9%以上，证明该机器能够有效进行土壤耕作。开沟质量同样令人满意，三种速度下的开沟深度均在6cm以上，沟底宽度和沟壁倾角也保持在理想范围内，为后续播种奠定了良好基础。播种质量方面，机器在各速度下都能保持稳定的行距（约60cm），播种深度控制在3.7—4.2cm之间，符合大豆种植要求。值得注意的是，作业效率随速度提高而显著增加，8km/h时效率可达0.96hm2/h，比4km/h时提高了一倍。同时，燃油消耗量随速度增加而降低，8km/h时仅需9.6L/hm2，体现出良好的经济性。综合分析表明，该大豆旋耕开沟播种机在保证基本作业质量的同时，通过提高作业速度可以显著提升效率和降低燃油消耗。这为农户提供了根据实际需求灵活选择作业速度的可能性，有利于提高农业生产的整体效益。

　　5.结论

　　研究设计的大豆旋耕开沟播种机集旋耕、开沟、播种作业于一体，可一次性完成大豆的整地播种作业。通过对机架、开沟器、旋耕刀盘、排种器等关键部件的设计，实现了大豆旋耕开沟同步播种的功能。田间试验结果表明，该机在旋耕质量、开沟质量、播种质量和作业效率等方面均达到了设计要求。在6km/h的作业速度下，旋耕深度为14.8cm，开沟深度为6.5cm，播种深度为4.0cm，漏播率为1.8%，作业效率达到0.72hm2/h。该机的研制为提高大豆种植机械化水平提供了新的技术支持，具有良好的推广应用前景。

        参考文献：

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