基于ADAMS的窝眼式玉米精密穴播器的设计与模拟分析

李莉^1、2 席新明¹（¹西北农林科技大学机械与电子工程学院  陕西杨凌  712100；²陕西省宝鸡市陈仓区职业教育中心  陕西宝鸡  721300）

摘 要：根据精密穴播器的工作原理，分析了种子在穴播器里的运动过程。针对目前玉米穴播中存在的核心问题——空穴率较高，穴粒数均匀度差，优化设计了玉米精密穴播器，确定了穴播器主要技术参数，利用基于特征的参数化造型软件ADAMS完成了穴播器各零部件的三维造型，进行了鸭嘴强制开启机构的凸轮设计，并进行仿真研究。

    关键词：ADAMS；精密穴播器；凸轮设计；模拟分析

一、设计思路

使用Pro/E三维软件进行精密穴播器的数学建模，然后将模型导入到机械系统运动学与动力学仿真软件ADAMS中，通过实体的可视化仿真分析，模拟玉米穴播器在实际生产工作过程中的运动，进而确定其最优设计参数。

二、结构及工作原理

作业时，穴播器滚动前进，轮轴带动排种器排种，鸭嘴开启机构随着穴播器绕轮轴转动；鸭嘴转动到下方时，土壤受到挤压和剪切形成穴孔，排出的种子经过导种板进到鸭嘴；鸭嘴进入土壤到播深时，摆杆在凸轮上转过升程段，鸭嘴打开，随之种子播人种穴；鸭嘴达到最大开度持续到出土后关闭，从而完成穴播播种过程。

三、穴播器主要参数设计

1.穴播器半径与成穴器个数

穴播器是穴播机的核心工作部件，合理的技术参数有助于精密播种。影响因素有穴播器半径、滚筒转速、播种穴距、播种深度、成穴器个数等。穴播轮主要参数是半径穴播轮半径 R 和成穴器个数Z。根据玉米播种农艺经验，玉米播种深度为40～50mm，穴距为250～300mm，穴播轮半径为340～480mm。取穴播轮半径 R=410mm，由公式(1)计算得到：成穴器个数 Z≈10。

公式中，R为穴播器半径；Z为成穴器个数；t为播种穴距；H为播种深度。

2.鸭嘴开口尺寸与转角   

鸭嘴开启,其开口尺寸和转角满足一定要求，才能保证种子顺利排出。开口尺寸应满足L=1.2～1.5dmax(dmax为种子最大尺寸)，根据玉米种子基本尺寸知，最大尺dmax为=9.1mm，则L =1.5 dmax =13.65mm，即满足设计要求。由公式(2)计算得到：活动嘴转角=20°。

  公式中，φ为活动嘴转角；d为鸭嘴开度；l为活动嘴长度．

四、鸭嘴强制开启机构设计

1.设计原理

鸭嘴强制开启机构随穴播轮转动，摆杆滚子在凸轮上滚动。为避免乱种，摆杆滚子在凸轮保持段做滑动，鸭嘴保持最大开度持续到出土，摆杆滚子在凸轮回程段保持滚动，在回位弹簧拉力作用下关闭。

2.凸轮参数设计

    凸轮机构压力角。滚子摆动从动件盘形凸轮机构如下图所示，摆杆长度BA=l，机架OB=a，过接触点做其法线n-n，交直线OB于P点，过P点作摆杆BA´的垂线段交于B´点，凸轮与从动件的相对速度瞬心即为P点。                            

                                  压力角分析图

根据工程实践经验，推程段摆动从动件许用压力角取35°～45°；回程段从动件靠会回位弹簧推动返回，不会产生自锁，许用压力角取70°～80°

3.凸轮运动函数与实际轮廓曲线

根据穴播器工作原理知，鸭嘴开启机构从动件运动循环规律为升-停-降-停，所以，凸轮的升程段与回程段选择摆线运动规律，能有效保证摆杆摆角、角速度、角加速度连续。在ADAMS view环境下，根据相对轨迹曲线生成实体模型的方法设计了鸭嘴强制开启机构的凸轮。

五、仿真分析

穴播器作业时，活动嘴随轮盘转动，在强制开启机构作用下绕轮盘上的铰点摆动，对活动嘴与固定嘴间的相对运动进行仿真分析，活动嘴摆角、角速度、角加速度曲线变化连续曲线，从仿真结果知，活动嘴摆角从O°增大到20°，保持一段时间后逐渐关闭，满足鸭嘴开度要求。

六、结论

    根据玉米精密穴播工作原理，对穴播器的主要结构和重要参数进行了优化设计。鸭嘴强制式开启机构，有效地解决了穴播器鸭嘴开启不可靠的问题。在ADAMS／View环境下，进行了鸭嘴强制式开启机构的凸轮创新设计，并对鸭嘴开启进行了仿真分析。结果表明；播种时，鸭嘴开始快速开启，保持到出土后逐渐关闭，满足设计要求。

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