农业科学技术论文

第一章 前 言

我国是一个干旱缺水的国家，水资源人均占有量仅占世界平均水平的1/4，在全国农耕面积中有一半左右的地区属于无灌溉条件的旱地，这些地区的农作物产量低而不稳，农村经济的发展受到了较大的制约[1]。因此，发展旱作节水农业已成为我国发展可持续农业生产中的一项重要战略任务，而旱作节水农业的根本出路在于农业机械化技术的大力推广。40多年来，几代农机工作者汲取传统抗旱耕作法的精华并结合现代耕作技术和区域特色，先后提出了大量的机械化旱地耕作体系，它们将逐步取代传统的耕作体系，形成适用于不同类型区域的机械化旱地耕作体系，随之也研制了大量适合不同地域的配套农机具，但在使用过程中还是会出现或多或少的不足，有待于我们继续探讨。

1.1穴播机械的研究现状

穴播机械化技术可分为开沟穴播和打孔穴播两类。

开沟穴播首先利用开沟器在土壤中开出一定截面形状的种沟，接着穴播排种装置将种子定点投入沟中，最后由覆土、镇压装置完成覆土和镇压工序。对于这类穴播机的研制，国外始于20世纪60年代。如前苏联生产的CKHK型播种机用来进行方形穴播和点播精选分级玉米，其特点是排种器采用单体传动，成穴机构靠阀门装置强制投种，增加附件后，还可播种向日葵、大豆、菜豆等。CTX型播种机有两种型号，一种是采用精密排种器定量播种分级脱绒棉籽、玉米和高粱；另一种是采用拨籽轮式排种器播种带绒棉籽。西德的一家公司生产的“曼诺参特”精密播种机用于播种玉米、菜豆、大豆、豌豆等，其工作原理是由型孔轮旋转将种子带动到排种器下部，再由排种器将种子推入开沟器开出的种沟内，然后由覆土器覆土，表层土由V形镇压轮压实，仿形机构调节耕深。西德贝克公司生产的“埃罗马特”播种机可播玉米、菜豆、豌豆和甜菜，其排种器为气压式。西德汉斯公司生产的“莫尔齐塞木”播种机采用的排种器为气吸式与机械式组合原理，用来播种玉米、大豆、甜菜和蔬菜等作物。此外，较典型的机型还有英国生产的“斯坦翰”播种机、美国生产的“赛克洛一500”播种机等。

我国开沟穴播机的研究始于20世纪70年代，进入80年代日臻完善。较典型机型有ZBT―2型精量播种机，采用立式圆盘排种器，用于播大豆、玉米、高粱。ZBJG—6AⅡ型精密联合耕播机，排种器为垂直圆盘式，用于播玉米、大豆。[2]

2BQ—3型气吸式精密播种机采用气吸式排种器，用于播玉米、大豆和高粱[3]。 打孔播种机播种工艺的主要特征是利用成穴器首先在投种点位置的土壤上形成穴孔，然后利用投种装置将待播种子投入穴孔中，因而对土壤的挠动较小。在有残茬及秸杆还田的土壤上播种时，成穴部件拨开残茬和桔杆，在土壤上形成穴孔；在地膜覆盖的土壤上播种时，成穴部件只是在播种位置将地膜切开，并在土壤上形成穴孔，因而有利于土壤的保温、保墒和抗旱。同时，打穴播种机也可在传统的土壤耕作方式下完成播种作业。

目前已有的打穴播种机，一般采用带有成穴部件(柱塞式、铲斗式或铲式等)的滚轮作为成穴器。柱塞式成穴机构的工作原理是利用成穴柱塞对土壤挤压而形成穴孔；铲斗式成穴部件除对土壤进行挤压外，还依靠其在土壤上的挖掘作用形成穴孔，鸭嘴式成穴器亦属于此种成穴机构。铲式成穴器主要依靠打穴铲的特殊运动在土壤上挖掘成穴孔[4]。

随着种植机械化水平的提高以及少耕和免耕种植工艺在生产上的推广应用，特别是地膜覆盖种植工艺的广泛应用，使得传统开沟播种作业方式已不适应生产要求，人们逐渐认识了打穴种植工艺的优点，并于20世纪60年代起展开了对不同种类打穴播种技术及机具的研制。

1961年,Hunt报道了一种能够在铺膜地面上进行蔬菜精密播种的打穴播种机。这种“蔬菜播种机”(VegetableSeeder)与铺膜机联合作业,可播种南瓜、黄瓜和西瓜等种子。该打穴播种机是由排种器、持种盘和柱塞式成穴器等组成。播种的深度和行内种距可通过改变成穴柱塞的结构尺寸和数目进行调节。为克服蔬菜种子出土能力较弱造成的出苗困难,Cary在1967年改进了这种打穴播种工艺,利用销钉在土壤上形成60mm深的穴孔,将沙拉菜和胡萝卜等蔬菜种子投入到穴孔中,并且在穴孔的上面不实施覆土和镇压,使出苗率得到了提高[5]。

Jafari和Fornstrom在1969年研制了一种用于播种甜菜的打穴播种机,这种播种机后来通常被人们称为“Jafari播种机”。这是一种典型的异步打穴播种机,它的成穴器是由一个在径向装有圆锥形凸起的滚轮所组成。滚轮的后部配置有排种器。在成穴器打穴的同时,排种器将种子投入到已形成的穴孔中。这种播种机的特点是成穴器结构简单,但如果地面不平或播种机在工作中发生振动,就会影响投种的准确性；如果土壤水分过高还会造成土壤粘结在成穴器的滚轮上,

使成穴器无法正常工作；如果土壤水分过低又会使形成的穴孔发生坍塌,造成排种器的种子不能投入到孔穴中而影响播种质量。

1973年,Heinemann等人所研制了“气力打穴播种机”(PneumaticPunchMachine)。这种播种机由气动柱塞式成穴器和排种器组成。播种时,成穴器柱塞由气力驱动在土壤上打出穴孔,后面的排种器将种子投入到穴孔中。通过调节气动阀的开闭频率可以改变成穴柱塞在土壤上形成穴孔的间距,并可以通过传动机构控制排种器的排种频率,在行内改变种距。该播种机的优点是播种时行内种距可调,但缺点是结构复杂,播种时参数的调整较困难。由Heinemann等人研制的另外一种打穴播种机称为“带式播种机”(Belt-typePlanter)。这种播种机的结构特点是有一条围绕播种机前后轮子的胶带,在胶带的上面,布置有与成穴器滚轮上分布的成穴柱塞相适应的长孔。这种异步播种机的结构优点是对投种的位置没有严格的要求。但是播种机结构过大,受胶带的限制,播种速度较低[6]。与上述播种原理相似,但是没有胶带的“冲压式播种机”(Tip-tapSaesystem)由Knoll在1978年研制并申报了专利。

在打穴播种机研制的最初阶段,主要研究的机型是异步打穴播种机。这类播种机的缺点是在土壤上形成穴孔和投种之间的配合相对较困难。特别是在地面条件较差时,播种机的滑移和振动都会导致排种器投出的种子不能落入成穴器形成的穴孔中。因此,人们逐渐将注意力转移到同步打穴播种机的研制上。

1979年,Wilkins等人研制了一种称为“磁性播种机”(MagneticSeedPlanter)的打穴播种机。播种时,分种器将用Fe3O4包衣的种子送入磁化的中空成穴柱塞中,成穴柱塞在滚轮带动下在土壤上形成穴孔的同时,通过机构传动将柱塞内的种子挤压到土壤穴孔中。Leszczynski等人在1982年对“磁性播种机”成穴轮驱动性能和柱塞的结构进行了改进,使得柱塞在土壤上形成较好的穴孔并提高了播种质量。根据柱塞式同步打穴播种机的工作原理,Flake等人在1980年至1983年间研制了一种用于播种包衣甜菜种子的“柱塞式精密播种机”(Stempel－einzelkornsaegeraet)。这种同步播种机的结构紧凑,但成穴部件对土壤状况要求较高。当土壤过粘而粘结在播种轮上时，将会造成成穴柱塞不能在土壤上成穴而导致无法播种。

Shaw和Wijewardene在1978年分别提出了利用铲斗式成穴机构在土壤上形

成穴孔，并同时将种子投入到穴孔中的同步播种机的基本工作原理，并设计制造了相应的打穴播种机——“铲斗式播种机”(Bucket—seeder)。这种打穴播种机的成穴部件类似于铲斗径向安装在滚轮上。当机器前进时，铲斗在土壤上形成穴孔并同时打开铲斗的活门使预先输入到铲斗中的种子落入到穴孔中。Kromer等人在1980年进一步改进了这种“铲斗式播种机”，并将其用在塑料薄膜覆盖条件下蔬菜和玉米的播种。Krauland等人对这种播种机进行试验的结果表明，在土壤湿度达到18%～20%(干基)时，成穴铲斗粘土现象严重并且压实在铲斗周围，严重时使得成穴铲斗根本不能进入土壤成穴。另外，成穴过程中土壤还会通过开启的活门进入铲斗使得铲斗关闭不严而发生漏种现象[7]。

Wijewardene在1978年研制了一种称作“转动注射式播种机”(Rotary—injectionPlanter)的打穴播种机。这是一种由人力推动或畜力牵引的小型播种机，用于在铺膜地面或免耕条件下的谷物播种。这种播种机的特点是结构简单紧凑，适合于机械化发展水平和机械制造水平不高的地区进行半机械化播种作业。

为了在免耕的条件下播种，Srivastava等人在1981年研制了“冲孔式播种机”(Punch—meterPlanter)。这种播种机是由气力式排种器将种子投入到四棱锥型的成穴部件内，在成穴器滚轮在地面上滚动形成穴孔的同时打开成穴部件活门使种子落入土壤穴孔中[8]。1986年，Adekoya等人研制了一种“冲孔式精密播 种机”(PrecisionPunchPlanter)，用于在耕后和未耕地上播种。

Hezroni等人在1986年设计的“管式播种机”(Bucket—seederPipe)的结构和工作原理与前面所述的播种机完全不同。当播种机在牵引力下前进时，排种器将种子送入伸缩套筒下部的成穴机构中，当套筒在偏心轮驱动和机器前进的作用下使得成穴部件以摆线运动方式在地面上形成穴孔时，控制机构打开活门使种子落入到穴孔中。这种播种机的特点是行内种距理论上可以通过改变偏心轮和排种器的转速在很大范围内调节，但成穴的质量受播种机前进速度的影响。同时成穴机构对土壤状况的要求较高。

近几年我国对地膜覆盖栽培机械化进行了一些研究，取得了一定的进展：1988年，江遵元等人发表了“滚轮式膜上打孔精量播种机”一文[9]，这种播种机的成穴机构为转动注射式。马旭等人1989年在“地膜覆盖播种机成穴器的研究”一文中，对成穴鸭嘴的结构参数和工作参数进行了一定的探讨，使之在地膜上能

以最小的穿孔在土壤上形成穴孔[10。2001年，魏宏安、邵世禄等人发表了“垂直插入式小麦覆膜穴播机的研究”，重点研究了滚轮式小麦覆膜穴播机存在种穴与膜孔错位率高的问题[11]，吉林大学农业工程学院己对鸭嘴式打孔播种机、冲孔式打孔播种机、铲式打孔播种机进行理论研究和部件设计。山东临沂市农机所及莱阳谭格庄农机厂也对小麦等小粒种子作物的覆膜穴播机械化联合作业进行研究与机具试制。甘肃省农业机械推广站和甘肃省农科院于1997年研制成功了垅西“2FBX-A型小麦覆膜穴播机”，在西北地区有较大的推广应用，取得了较大的经济效益，但只适用于西北大面积作物覆膜穴播，而对于很多山区和部分机械化不能推广的地区来说，研制一种小型、传统的穴播机具显得尤为重要。。

到目前为止，打穴播种机的研制仍然集中在成穴器的成穴原理和结构上，以及排种器投种与成穴之间相互配合的关系方面。异步打穴播种机由于其工作原理所限制的不足使得研究工作没有新的进展，而大部分的工作都是在进行同步打穴播种机的研制。特别是近年来秸秆还田种植工艺的推广应用，对播种机具提出了新的要求。目前人们试图通过对传统开沟播种作业方式所用机具的改进来适应在地面有残茬和杂草及秸秆还田的条件下进行谷物的播种。因此，研制新型的打穴播种机具是解决此问题的根本途径。

1.2研究任务和方法

研究和分析以往打孔穴播机的结构和特点，结合我国西部山区和机械化不能大面积推广的地域经济、自然条件等因素，对以往的机具进行结构改进、优化，研究设计一台适合小面积种植方式下的小型、手推式玉米穴播机是本文的主要出发点。

具体研究方法和技术路线如下：

第二章 穴播机成穴器的理论分析

覆膜穴播作业是一项针对干旱地区节水、保墒、提高作物产量的很有前途的农艺技术，能充分利用土壤现有水份、减少水份的蒸发和水资源的流失，提高土地利用率、提高土壤的经济、生态效益，实现早作农业可持续发展，发挥覆膜穴播在农业生产中的巨大效应。近年来，随着有机旱作农业的发展，穴播机械的研究也随之益显重要[12]。本论文就是针对偏远山区和部分机械化推广较慢的地区研制一种手推式玉米穴播机，整地和覆膜工序可以由人力和半机械化来完成，以减小地表水份蒸发，提高地温，为出苗创造良好的土壤环境。成穴播种机构的成穴器在人力的带动下在铺好的地膜上滚动时，按照规定的行距和穴距准确地打出种穴，在穴孔轮廓将要完成时排器将种子通过鸭嘴准确、适时地投入到穴孔当中。

2.1成穴器的理论分析

2.1.1鸭嘴式成穴器的工作原理

由于不同的入土器形状、大小以及开启方向，直接决定着膜孔大小、膜孔形状、空穴率、播种一致性、均匀性等指标。为寻找理想的覆膜穴播成穴器，我们设计了鸭嘴式穴播器，其工作原理如图2-1所示：穴播机在人力的作用下前进，带动轮盘在地面上作滚动，由于轮盘外圈上入土成穴器的鸭嘴为常闭状态，构成囊种腔。当入土成穴器插入土壤到达预定深度时，在穴播机自重的作用下压缩弹簧，活动鸭嘴被强制打开，种子进入穴内的土壤中，当入土成穴器出土离开土壤时，活动鸭嘴在弹簧的作用下闭合，完成一次投种任务。

1.回位弹簧 2.活动嘴 3.固定嘴 4.轴

图2-1 鸭嘴式成穴器

Fig.2-1 The hill drop of duck rostra

2.1.2鸭嘴式穴播器的理论分析

以轮盘的中心为原点，穴播机的前进方向为X轴，竖直向上为Y轴，则入土端的参数方程为：

x

vtdtR0tShcos(t)dt0tyRShsint0 （2-1） (t)dt

式中：

v：穴播机前进的速度(cm/s)

RS：轮盘的半径(mm)

：轮盘转动的角速度(rad/s)

t：穴播机运动的时间(s)

x：入土端沿穴播机前进方向的位移(cm)

y：入土端垂直方向的位移(cm)

h：入土器在轮盘外的长度(mm)

入土器入土端的运动轨迹为摆线，如图2-2所示：

图2-2 鸭嘴式穴播器入土端运动轨迹图

Picture 2-2 Sowing and drilling device

2.2成穴器的运动方程

成穴器是地膜覆盖播种机的关键部件之一，当鸭嘴式穴播器工作时， 盘轮沿铺在地面上的塑膜滚动，入土器依次戳破薄膜压入土中，在膜上打孔并挤压出一定深度的穴坑。穴孔的形状和大小与成穴器的结构参数和运动参数有关[13]。

若在地膜上滚动时作纯滚动，则轮盘轮缘上各点的运动轨迹是一摆线[14]。而成穴器是安装在成穴轮盘外的，所以入土器上各点的运动轨迹属于余摆线。

通过

实际观察及理论分析得知，轮盘滚动时并非作纯滚动，而是有一定量的滑移。如果考虑轮盘的滑移对成穴器穴孔轮廓的影响，则入土器上各点的运动轨迹会因滑移量s的不同而变化。为了对穴孔形成的过程便于分析，首先建立坐标系如图2-3所示：

Rs为成穴轮半径，为鸭嘴后面角，h为入土器在轮盘外的长度，H为播深，θ为鸭嘴转角，Rh为鸭嘴最外端半径，Rh=Rs+h=R+H，R为滚动半径，R=Rs/(1-δ)，δ为成穴轮滑移率，滑移量s=ln-2 Rsn，ln为成穴轮转n圈时实际通过的距离，L为鸭嘴的宽度

图2-3 成穴器运动简图

Picture 2-3 Drilling device

XOY平面垂直于轮盘轴线，坐标原点O位于轮盘轴线以下R处，R=Rs/(1-)，在XOY平面上，轮盘的滚动实际上相当于半径为R的圆沿OX的纯滚动。那么打孔过程中鸭嘴上任一点的运动方程为其参数方程：

RSXRsin1 （2-2） RSYRcos1

式中：

R：鸭嘴上该点与轮盘轴心的距离；

：鸭嘴上任一点与轮盘轴心的连线，与鸭嘴中点与轮盘轴心连线之间

的夹角。

当鸭嘴上任一点取在鸭嘴中点与轮盘轴心连线的右侧时，角前取负号； 当鸭嘴上任一点取在鸭嘴中点与轮盘轴心连线的左侧时，角前取正号。

2.3成穴器运动轨迹

成穴器成穴时，固定嘴先破茬入土，运行到投种位置时，活动嘴打开，并随之出土，实现成穴。所成穴空的形状和尺寸主要有以下因素决定[15]：

vm—穴播轮随机组前进速度；Rs—穴播轮半径；l—固定嘴长度；l—活动嘴长度；—固定嘴压力角；—活动嘴压力角；—活动嘴转角；—滑移系数；l1—穴播轮滚动一圈实际走过的距离；s—滑移距离；R—等效滚动半径；RH—固定嘴顶端半径；b—成穴嘴根部宽度；k—成穴嘴侧向宽度；β1—固定嘴中心角；2—活动嘴中心角。其中：

l12RS

2RS

ss2RS

RRS

1

RHRSH

那么，成穴器顶端运动轨迹曲线方程为：

RSxRhsin1

yRRcoshh （2-3）

活门在打开前后和打开的过程中，其轨迹各不相同。

打开前各点的轨迹为：

RSxrsin2 （2-4） 

1

yRrcosh2

打开后各点的轨迹为：

RS

 (2-5) xrsin2

1

yRrcosh2

式中，2为活动嘴打开后对应的中心角。

活门在打开过程中，其面上各点的轨迹为绕O点转动的复合运动，轨迹方程为：

xxcrsinvmtRcsincrsin

(2-6) 

yyrcosRRcosrcoschcc

式中，为活动嘴转角；r为打开后活动嘴上某点的半径。

图2-4穴播轮运动轨迹 Fig.2-4 The track of hill drop wheel

2.4穴空形成过程分析

2.4.1特殊点的运动方程

在打孔过程中，如图2-3所示，四个特殊点A、B、C、D的运动方程可通过以下方法求出，因为A、D两点都在轮盘的圆周上，所以有：

RAR

D

RS

（2-7）

L

 （2-8） ADarcsin

2RS

由此A点的运动方程为：

XARS

1

RssinA 

YARS1RscosAD点的运动方程为：

XDRSRssin

1

D 

YDRS1RscosD同理利用解析几何可求出：

RB

RScosAh

cos B

LBarctg

R scos Ah

RL

c

2sin C

C

arctgL2R

scosAhLtg

同理B点的运动方程为：



RXSRScosAh

B1cossinB

B YRSRScosAhcos

B1cosBBC点的运动方程为：

（2-9） （2-10） （2-11）

（2-12）

（2-13）

（2-14）

（2-15）

RSLXsinCC12sinC

（2-16） 

LYRScosCC

12sinC

2.4.2 穴孔的形成

根据四个特殊点的运动方程，通过计算机可以得到不同值时成穴器打孔过程的模拟。从=600时的模拟图可以得知，此时孔是由入土器近似于垂直地表的插入形成的，即近似于直插；并且只有在入土器达到穴孔最底端的时候，鸭嘴才打开，投种结束后将鸭嘴关闭。因而可以避免鸭嘴入土和出土过程中土壤自下而上地进入鸭嘴内。

当成穴轮盘半径Rs一定时，随着入土器高度h的不同和滑移量的不同，入土器打出穴孔的形状也不相同，图2-5为不同入土器高度在轮盘半径Rs一定时所形成的穴形。

图2-5 入土器轨迹简图 Picture 2-5 Sowing device

（a）ΔSR×θ （b）ΔS

由图2-5可以看出，成穴器穴形主要由鸭嘴外廓各点在土壤中运动轨迹的保络线构成[16]。在穴孔轮廓形成的过程中，鸭嘴后面BC的作用是：在入土过程中

挤压土壤，在出土的过程中形成穴孔的左下方轮廓。鸭嘴后面CD的作用是：在入土的过程中形成穴孔的左上方轮廓，在出土的过程中不与土壤接触[17]。鸭嘴前面AB的作用是：在入土的过程中挤压土壤，形成穴孔右方轮廓。由穴孔形成过程可知，不同的滑移率形成穴孔的大小不同，当滑移率较大时，土壤塌陷的可能性较大，且鸭嘴出土时B点刮土的可能性较大。为使鸭嘴尖端B点出土时不刮土，应使入土器运动的圈套形交点在地表以上[18]。那么入土器的参数应满足图2-5（a）的运动要求，即

h1.1RS1



(2-17)

由上式可知，随着轮盘半径Rs和滑移率占的增大，保证入土器出土时尖端不刮土的h值也增加。

2.5穴孔大小的分析

穴播器打出的穴孔大小是评价机具性能优劣的指标之一，为了探索减小穴孔尺寸的途径，首先建立穴孔模型。

1机速的变化和成穴轮的下陷只对滚动半径为了便于建模，现作如下假设：○2穴孔宽度不变化。 有影响；○

穴孔的大小可用面积来度量，即

SFadK （2-18）

式中： Fad——穴孔纵长(mm)；K——穴孔宽度(mm)。

因K的变化不计，故穴孔面积由穴孔纵长Fda所决定。由图2-5（b）可知，穴孔纵长为：

Fdaxaxd （2-19）

式中，xa、xd可分别由（2-9）、（2-10）计算得：

xaxd

RS1RS1

RssinA

（2-20）

RssinD



将式（2-20）代入式（2-19），可计算得Fda，结果见图2-6。

从图可以看出，当Rs、、、增大时，Fda将增大。当一定时，随Rs

增加，Fda增大，但增加较少。也就是说，穴播轮半径R对Fda影响较小，所以其值可根据等其它因素（如质量、配置）来确定。

第三章 穴播机关键参数的确定和主要部位的设计

3.1.穴播农艺分析

3.1.1穴距的要求

对玉米种植而言，每亩种植同样多的株数，株行距如何安排，是等行距好还是窄行好？不同的种植密度是否需要采用不同的株行配置？这是玉米生产中有争议的问题。各地研究结果表明：从种植密度和株行配置对玉米产量的影响来看，密度起主要作用，株行配置是次要的。例如，中国农业科学院对春玉米密度及株行距的研究结果表明：在等行距、宽窄行、宽行密株、每穴双株等几种株行配置方式中，都是每亩2500株的产量最高，说明不同的株行配置并未改变其适宜的种植密度。1958－1962年，江苏农学院在每亩3000一6000株密度范围内，做过11种不同株行配置方式对比试验，结果表明：不同配置方式之间的差异很小，多数达不到统计上的差异显著标准。美国7个种植玉米州的试验站进行了39年次的试验，结果表明：条播玉米平均产量只比穴播的平均产量高3％。这一数值无论在统计上还是在经济上都是不显著的。

等行距单株种植是各地普遍采用的玉米株行配置方式。一般行距60－70cm，株距随密度要求的变化而变化。这种种植方式的特点是，植株在田间分布比较均匀，玉米生育期间能充分利用土地及空间，但当种植密度较大，叶面积系数达到最大时，田间容易遮萌郁闭。美国过去长时间内玉米一直采用l00cm等行距播种，后来逐渐改为75cm，现在又有了行距50cm的点播机。世界多数国家玉米种植行距有由宽行向窄行发展的趋势。生产上有时采用的另一株行配置方式是宽窄行。一般宽行距为80—100cm，窄行35—50cm。这种种植方式的特点是，植株在田间呈规则地不均匀分布，宽行内玉米生育后期通风透光条件较好，也便于田间操作管理，但窄行内株间光照条件较差，根系重叠交错，争肥争水比较严重，特别是在宽行与窄行的差距较大时，矛盾尤为突出。等距多株穴播过去在美国比较普遍，现在欧洲也还有不少地区采用这种种植方式。穴限形式多为正方形，也有长方形

的，每穴留2—3株。穴播最大的特点是能进行双向中耕，适用于杂草多的地块

[19]

。

3.1.2播种深度的要求

玉米种子贮藏的养分较多，根系又具有很强的伸长能力，而且牙鞘坚硬，顶土能力很强，所以是最耐深播的作物。但是随着播种深度的增加，地温相应降低，幼苗出土通过的土层增厚，出苗需要的时间和消耗的养料都随之增多。因此，应根据播种的气候和土壤条件来确定最适宜的播种深度。在温度和土壤水分都适宜的条件下，播深以4～5㎝为宜。

3.2穴播器参数的确定

3.2.1成穴轮线速度和穴播器前进速度的确定

由第二章成穴器的理论分析可知，鸭嘴运动轨迹曲线形状取决于成穴轮半径Rs，入土器高度h，回转角速度ω，和穴播器前进速度vm等参数。如果成穴轮的线速度vc等于穴播器的前进速度，即成穴轮作纯滚动，但是，通过实际观察及理论分析得知，成穴轮滚动时并非作纯滚动，而是有一定量的滑移，说明鸭嘴在插入和拔出土壤的过程中存在水平方向的位移，存在扩张和撕裂膜孔的问题。要使鸭嘴不扩张或不撕裂膜孔、不挑膜，必须使鸭嘴在播深时无水平方向的位移或位移很小。取穴播器前进速度vm为2.8 km/h 3.2.2鸭嘴后角的确定

由入土器轨迹简图中可以看出，穴孔是近似于垂直地表的插入形成的，因而可以避免土壤自下而上进入土器内。在保证鸭嘴工作时不堵土不挖土的情况下鸭嘴后面角可按下式确定

arccos

RsRsh

（3-1）

经计算后选取=600。 3.2.3滚筒宽度

穴播器的另一个关键参数是轮体宽度B。有关资料表明，具有垂直侧壁的播种轮轮缘越宽，即取种护种器的取种口离轮体侧壁越远，种子囊入性能愈差[20]。反之，其轮缘越窄，取种口离轮体侧壁越近，种子的囊入性能愈高。因此，兼顾轮体上其它部件的配置，取轮体宽度B为70mm。

3.2.4滚筒半径

滚筒半径R是一个重要的参数。滚筒在工作过程中滚动前进,滚筒转速过高对充种、清种、投种都不利[21]。所以为了使穴播器有较高的理想工作速度，R取值应大些，同时，滚筒结构尺寸相应加大，增加了整机重量，有利于穴播器的入土。但R过大，在穴距一定的情况下，成穴器数目相应的增多，这样以来整机的重量多大，对人力来说是个不利的因素。因此，R的取值范围一般在180～240mm之间，具体尺寸还要考虑到播种作物株距和成穴器数目[22]。 3.2.5成穴器数目

滚筒式穴播器工作时，在成穴器入土过程中滚动半径瞬时变化，经试验检验，播种作物的株距t为成穴器顶圆的节距，即

t

2RH

Z

[23 24]



（3－2）

式中 H—鸭嘴长度(mm)，Z—成穴器数目

一般来说，播种作物的播深和株距是根据农艺要求确定的，所以R和Z应综合确定，将式（3－2）变换得

Z

2RH

t



（3－3）

玉米可以选择穴距t=24cm，是因为玉米产量与播种密度有极大关系。覆膜地的地温要比普通裸露地低一点，水分也要高，所以玉米播种深度为3～4㎝可满足农艺要求，鸭嘴管长度取7cm。

取穴播轮半径R取为180㎜，将确定数据代入式（3－3）得

Z7

3.2.6鸭嘴管长

根据农艺要求，入土器高度h不仅影响孔深还影响出土时的尖端刮土，根据玉米的播深要求H=5mm，据式

hk1Hcos(90)

（3-4）

其中k1=1.5~2，经计算后选取h=80mm。 3.2.7鸭嘴宽度L(入土管直径)的确定

为保证种子下落过程中不与鸭嘴发生碰撞[25]，在一般情况下取

Lk2htan(90)

（3-5）

其中k2=1.1～1.2，经计算后选取L=32mm。

3.3成穴器总成的设计

3.3.1成穴器类型的选择与研究

目前已有的穴播器，根据结构大致可分为滚轮式和直插式。直插式播种，就是使种子通过垂直入土并垂直出土的工作部件—成穴器，直接进入土壤的合适位置。实现垂直入土、垂直出土，必须保证成穴器沿前进方向的绝对速度为零。所以，直插式穴播器所掘的穴孔较小、穴距稳定且易实现正位投种，但是直插式成穴器普遍结构复杂、尺寸大、不紧凑；从成穴器实现垂直插入的原理来看，在设计时使得凸轮轮廓曲线或导板轨迹所控制的成穴器的速度，与播种机的前进速度相等[26]，这就要求播种机组工作时前进的速度控制在某一确定值，相应的也就增加了驾驶难度。而滚轮式穴播器工作时，成穴器随滚轮依次插入土中，并轧挤出一定深度的穴坑。结构简单，容易实现，但成穴器入土、活动门开启是这类穴播器突出存在的问题。

本文设计的这种穴播机就是鸭嘴式穴播器，它的成穴部件径向分布在滚轮 上，并在滚轮的带动下，在播种方向的平面内做摆线运动。在成穴器运动到最低点时，鸭嘴上配置的压板将活门打开，完成投种。 3.3.2鸭嘴形状的选择与研究 3.3.2.1鸭嘴形状的选择

如图3-11和3-12所示，常见的鸭嘴形状有楔形和锥形两种，它们都有活动嘴和固定嘴构成。现从入土、所成穴空大小对这两种鸭嘴形状做以比较。

3.3.2.1土壤坚实度对鸭嘴形状的影响

耕作地的土壤坚实度是影响成穴器入土的最直接也是最关键的因素。一般土壤的坚实度图线如图3-13所示。如前所述，成穴器能达到的深度在3~5cm间，发生在坚实度曲线上的OA段，也就是弹性变形阶段[27]。耕层土壤坚实度一般分为0~10cm、10~20cm、20~30cm三层，因为成穴器入土是一动态过程，深度不断发生变化，所以取0~10cm土层的平均土壤坚实度计算。0~hcm土壤的平均坚实度为

P0h



h

fhdhh

（3-6）

式中fhdh——坚实度曲线与oh轴围成的微积分面积；

fhdh——深度0~h范围内坚实度曲线与oh轴轴围成的面积，可以用积

h

分仪或其它方法测得；

h——测头所到达的深度(mm)。

对于指定的耕地，土壤坚实度浮动范围不是太大，可近似为定值，所以成穴器入土的难易程度直接与成穴器对土壤的正压面有关。现假设这两种形状鸭嘴的最大横截面积相等（即口径相同），且垂直入土，则在不同入土深度h处（如图3-4），成穴器对土壤的正压面积为：

楔形

1

h211h1

A2arccD

2H42H4

2

2



1h (h>H/2) 2H

或 22arccoh1D

2H2锥形

h2

AD

4H

1

2

 (h

2

（3-8）

因成穴器入土受力正比于正压面积，那么，可以绘制出不同深度成穴器的受力图。

从图3-5可以看出，在最大横截面积相等的情况下，入土过程中，两类成穴器受土壤的作用力都随深度的增加而增大，锥形要比楔形受力小。

鸭嘴形状还要影响到所成穴空大小、出土时的动土量。如图3-14所示，规定鸭嘴前后端面与中心线的夹角为前角和后角，鸭嘴前角的存在，将使穴孔增大；但同时可以赠加穴播器的滚动作用力，减小滑移，也可以保证鸭嘴内充种。故应在满足充种要求条件下，取小些为宜。鸭嘴后角

的大小，影响鸭嘴

出土时的动土量，应大一些为宜[24]。

综上所述，不论是从入土难易程度还是从所成穴空大小或是动土量多少来看，锥形鸭嘴都要优于楔形鸭嘴。

1.楔形2.锥形

图3-5两类型成穴器入土受力曲线 Fig.3-15The curve of digging force of two opener

3.3.3活动门开启机构的设计 3.3.3.1活动门开启机构

活动门开启机构中最常见的是压板式，如图3-6所示，固定压嘴与穴播轮相连，活动嘴经过销与固定嘴铰接，回位弹簧固定在穴播轮轮缘与活动压嘴之间，使活动嘴处于常闭状态。工作时，穴播轮在地面上向前滚动，成穴器随之而入土，

在播种机工作过程中，只有当入土器位于土壤最深处即位于穴孔最底端时，也就是压板接触地面时，克服土壤和弹簧的阻力将活动嘴打开，完成投种。穴播轮继续滚动，鸭嘴出土，回位弹簧将活动嘴关闭，这样周而复始，实现穴播。这种开启机构结构简单，极易实现，但通用性不好，如前所述，一旦陷入松软或潮湿的土壤内，开启机构就失灵。

通常在地覆有一定量的秸秆、杂草，避免杂草缠绕应是设计注意的一方面。再者，从实地工作中发现，在潮湿土壤工作时，成穴器固定嘴和活动嘴之间的空隙中夹土不能及时排除是影响开启机构失灵的重要因素。所以，设计中要注意：开启机构外部结构要简单，避免固定嘴和活动嘴间的空隙。 3.3.3.2压缩弹簧

压缩弹簧采用65Mn，用于活动压嘴处的压缩弹簧圈数n=7，节距p=4，弹簧右旋，见图3-7所示。

图3-7 压缩弹簧

Picture 3-7 Compacted mechanical spring

3.4排种器的选择与研究

点播排种器有单粒排种或将几粒种子成簇地间隙排出等多种形式，是一种精密排种器。这类排种器所采用的基本原理有两类，一类是根据种子粒型，用型空将种子从种箱中分离出来并排列整齐，然后播下；另一类是用气力将种子从种子箱中分离出来，按粒吸附并排列在排种器上，然后播出。气力式排种器一般通用性好；对种子尺寸及形状要求不严，不需对种子严格按尺寸分级；可提高播种速度。但是，排种器的结构较复杂，且容易磨损；风机的能耗较大。从滚轮式穴播机结构配合上说，前一类更适合，其中常见的形式有：窝眼轮式排种器；勺匙式排种器；内环型孔式排种器；盒式排种器等。

3.4.1窝眼轮式排种器

排种器的工作部件是一个装在种子箱底部，处于铅垂位置绕水平轴旋转的窝眼轮，如图3-8所示。窝眼轮的外缘，开有一排整齐的窝眼，即根据种子大小制成的圆形型孔。窝眼轮转动时，种子靠重力滚入窝内，经刮种器刮去多余的种子后，窝眼内种子随窝眼沿护种板转到下方，靠重力下落或由推种器投入种沟。

窝眼形状一般为圆柱形、圆锥形或半球形。它适用于播长、宽、厚差别不大的种子，而以播小粒球状种子效果最好。窝眼的充种情况与充种角有关，充种角越大或窝眼轮的直径越大时，充种路程越长，种子进入窝眼内的机会越多。窝眼线速度较小时，充种系数亦较高。由试验得知，窝眼线速度一般不大于0.2ms。

窝眼轮排种器的结构和传动系统都较简单。但为适应各种粒径不同的种子，也需要制作许多个窝眼轮备用，增加了不少麻烦。为此，有人将窝眼轮制成滑套式。滑套可轴向移动以调节窝眼轮横向大小；或在一个窝眼轮上制作大小不同的2～3排型孔。工作时将不需用的型孔盖住。但增加了与穴播轮配合的难度，使轮体尺寸更为庞大。

3.4.2内环型孔式排种器

如图3-9

所示，这种排种器的型孔位于圆环的内侧。圆环转动时，种子在圆

环侧壁与排种器壳体构成的充种室内进入型孔。型孔在种子进入处的开口较大，入内较小。型孔转到上方后，多余的种子靠重力自由落下，返回充种室继续使用。型孔内的定量种子，沿护种板转到下方排出。容易看出，这种排种器虽结构简单，但通用性较差。

3.4.4勺匙式排种器

这类排种器有几种类型，图3-10和3-11所示分别为直立勺盘式和倾斜勺盘式排种器。勺盘为一金属圆盘，盘面上均布地冲压出在同一圆周上的许多个勺。勺盘转动时，勺就从种子向下部舀上一粒种子带到上方的排种口处将其排出，落入穴孔中。勺盘有直立式和倾斜式两种，勺的大小根据种子的大小制作。一台播种机有多个勺盘备用。勺盘用卡钉卡住，更换非常方便。倾斜式排种器的原理与直立式完全相同。这两种排种器的构造简单，价格低廉，国外广泛用在小型播种机上。

1.进种口插板、活门2.勺盘3.光种室4.排种口

图3-10直立式勺盘排种器

Fig. 3－10The vertical scoop plate caster

图3-12所示是一种具有二次排种功能的排种器，由于排种的勺盘和按顺序精确投种的投种盘组成。中勺舀出的种子转到上方从排种口落下时，先落到与勺盘同步转动的导种盘的种格内依次排列，等导种板的种格转到下方时，在靠近穴 孔的地方按次序依次投种。

图3-13所示的这种排种器的中勺带有一个可转动的勺柄。勺柄受勺盘后面的凸轮式轨道控制。当种勺在存种区内舀起种子转到上方时，凸轮轨道迫使种勺翻转，将勺内种子倒出落入穴孔。采用这种方式可将中勺做得较深使进入勺内的种子不能在中途掉落，且不需要清种和投种装置。

1.种箱2.勺匙3.导种格4.存种室

图3-12二次排种勺盘 Fig.3-12 The quadratic scoop plate

1.勺盘2.排种口 图3-11倾斜式勺盘排种器

Fig.3-11The acclivitous scoop plate caster

从性能、结构和与穴播轮结合难易程度上考虑，勺式要优于其它几种结构形式，转勺式尤为突出。现对转勺式结构做一改进，以更好适应穴播轮工作。

图3－14为改进的勺匙式排种器与穴播轮结合工作示意图。当勺匙随穴播轮转到取种区时，种子由重力和惯性作用进入勺匙。穴播轮进一步转动，勺匙内多余的种子就会自动掉落，完成清种，被选的种子就会顺着导管流入成穴器，等待投种。为了提高排种器的通用性，将勺口设计成活动形式，即通过调节勺匙开口大小来调整播量或适应对不同作物种子的选取。

1.勺匙2.成穴器3.排种4.种子

图3-14勺匙式排种器工作原理示意图

Fig.3-14The sketch map of work principle of scoop caster

1.种箱2﹑3勺匙4.投种斜槽5.存种室

图3-13转勺式排种器 Fig3-13 The caster of turning scoop

3.4.3盒式排种器

这类排种器所采用的原理基本是根据种子粒型，用取种器将种子从种箱中分离出来然后播下。本文设计的玉米穴播机所采用的就是一种简单、高效的盒式排种器（即排种盒），结构如图3-15所示。分种盒与穴播轮体壳构成种子室，分种盒的侧孔与排种口错开。工作时，分种盒随轮体一起转动，在充种区内，种子从分种盒的侧孔进入种子室；进一步转动，多余的种子从种子室落入种箱；最后，当分种盒随穴播轮转到一个较低点时，种子从排种口进入导种管，完成投种。

这种排种器结构简单，容易制造。但单粒率不够稳定，当作业速度达到某一值时，漏播率增加，实现精量播种难度大，本文设计的这种手推式穴播机出现这样的情况会更少些。

图3-15 分种盒

Fig3-15.The dividing box

第四章 穴播机工作机理的分析

4.1容种高度的确定

4.1.1最大高度（Hmax）的确定 在正常工作速度范围内，种子群受旋转穴播轮内壁与种子和种子之间摩擦力作用，一方面自转，一方面沿轮缘内壁回转方向缓慢向上移动，形成种子环流，如图4-1所示。当种子达到一定高度后，在重力作用下，呈一个斜面倒流至轮体底部，随后又被轮缘内壁带动向上运动，如此不断循环，并在运动过程中完成充种和清种过程。穴播轮内种群截面中心处种流速度最低，愈靠外层环形种流速度愈高。当穴播轮内种子愈多时，种子被带动向上的高度愈大，但种子过多，种子环流过高将会影响取种。因此，种子的最大提升位置必须小于种子取种的起始位置。

设起始取种角为（即取种器开始清种位置和穴播轮中心连线与水平线的夹角），最大容种高度为Hmax，种子滑落斜面与水平夹角为，如图4-2所示。容易得出：

arcsin

RHmax

R

（4-1） 由实验可知，角随容种高度H

的

图4-1 种子运动形态

Fig4-1 The running state of seed

图4-2最大高度确定

Fig4-2 The fixing of maximum height

变化而变化，H变大，而减小。当小于种子间内摩擦角时，种子将不沿斜面下滑，所以，应大于或等于种子间的内摩擦角，才有利于取种。设种子间的内摩擦角为，则

arcsin

RHmax

R



（4-2）

HmaxR[1sin]

玉米的休止角在30°～40°间，所以穴播机种箱内的种子不能超过整个种箱的2/3。

4.1.2最小高度（Hmin）的确定

当穴播轮内种子较少时，种子虽然受轮缘内壁摩擦力作用而向上移动，但由于种子本身重力的作用，向上移动的高度较小，不会影响穴播轮清种。但种子过少时，充种区变小，取种机率降低，从而产生漏播现象。 如图4-3所示，要想获得理想的充种效果，就要使得某个取种器进入种子群运动时间大于或等于n

粒种子（农艺要求）

进入取种器的时间。

设容入种子高度为h，取种器离轮轴中心的距离为r，种子在穴播轮内形成的弦所对应的中心角为γ（在取种器轨迹圆中），则

2arccos

Rhr

（4-3）

如果工作中穴播轮随机组前进的速度为v，那么



vR

（4-4）

某个取种器进入种子群运动时间t为 t





2arccoRs(hr)



（4-5）

为了简化n粒种子进入取种器时间的求解，设取种器只从下层囊取种子，并且n粒种子依次进入取种器。在充种区取下层种子中一粒种子S为研究对象。作用在种子上的力有重力mg；种子与轮缘内壁的摩擦力f1；上层种子的摩擦力f2；上层种子的正压力N1；侧面种子对其的侧压力N2；轮缘支反力N3；还有牵连惯性力Fge=mω2R和科氏惯性力Fgc =2mωVr；至于种子间的侧向摩擦力，对同层种子来说，之间没有速度差，摩擦力为0 ，如图4-4所示。

图4-4 种子受力 Fig 4-4 The force of seed

沿种子运动切线和法线方向建立坐标轴，将力分解，并建立种子S相对运动的微分方程：

m

mR

dVrdt

2

mgN1sinf2f1

（4-6）

FgcN3mgN1cos

 （4-7） 2mVrN3mgN1cos

f1N3tan1

f2N1tan2

1、2分别为种子与轮缘、种子之间的摩擦角。

由散粒体力学分析可知，散粒体对轮体的垂直和水平压力为[28]：

qzZ qxZ

式中：qz为垂直压力；Z为种子层厚度；r为种子的比重；为侧压系数，

tan

2

451

2

则 N1qzZ（4-8） N2Z（4-9）



为种子的投影面积；设Z1为一粒种子的厚度

Z

HZ1cos

（4-10）

将以上各式代入（4-6）、（4-7），求得：

mdVrdt

mgZsinZtan2mRmgZcos2mVrtan1

2



设穴播轮匀速转动，则m

Vr

dVrdt

0，那么对

2

Vr求解

（4-11）

mg

ZsinZtan2mRtan1mgZcos

2m

由式(4-6)知，影响种子对穴播轮的相对速度的因素有：穴播轮转速、摩擦角、种子的容入高度。种子相对穴播轮壁以Vr的速度运动，一旦遇到取种器的侧口，就进入取种器。设种子长度为l，则n粒种子一次进入的时间为

tnlr

（4-12）

由以上分析可知，要获得理想的充种效果，须 tt，那么，综合上式，可得

arccosRhminr



nlm



mg

ZsinZtan2mRtan1mgZcos

2

4.2穴播机总重量的确定

4.2.1穴播机滚筒的自身重量

穴播机在工作的时候，随着种子的不断减少，为了保证穴播机成穴器的正常开启，所以穴播机滚筒的自身重量应该和鸭嘴打开时弹簧弹力的最小值相等； 4.2.2穴播机在工作时的重量

为保证穴播机的人力的推动作用下能正常工作，穴播机自身的重量和种子的最大重量的和必须是一个正常劳动力所能承受的，这样一来手推式穴播机才有推

广的基础。

第五章 结论与讨论

5.1结论

近年来，秸秆还田种植工艺的推广应用，对播种机具提出了新的要求。人们试图通过对传统的开沟播种作业方式机具进行改进，来适应有残茬、杂草及秸秆覆盖的免耕地上的谷物播种，虽然在一定程度上解决了传统播种工艺所遇到的困难，但是没有从根本解决堵塞问题。最有效途径是：使播种机土壤工作部件(如开沟器)在有枯秆覆盖的未耕地上由平动改为转动。本文就根据覆膜穴播的经验，对已有的穴播器进一步优化、改进，以适于覆膜地种植玉米，从而得出以下结论：

1．滚轮式穴播机在投种点位置的土壤上形成穴孔来代替开沟作业，然后利用投种装置将所播的作物种子投入到形成的穴孔中，对土壤的扰动较小，不必进行破茬分草、开沟。

2．从每穴总茎数变化及最终成枝数及产量结构、干物质产量等因素综合考察，播玉米时，满足种植密度的条件下，选择株距24cm，每穴2粒，行距30～50cm。相应地，可确定穴播轮参数：半径R=18cm，成穴器个数Z=7。

3．盒式取种器结构简单，易于与穴播轮配合，可提高工作速度。

4．当穴播轮半径、鸭嘴前角、鸭嘴后角及滑移率增大时，穴孔纵长将增大。当鸭嘴后角一定时，随穴播轮半径的增加，穴孔纵长增大，但增加较少。也就是说，穴播轮半径对穴孔纵长影响较小，所以其值可根据等其它因素来确定。

5.2讨论

对于打穴播种机，播种时行内种距是否可调是评价播种机工作性能的一个指标。对于播种作业，不同种类的作物需要有不同的播种种距。播种机应该能够满足这一要求，以提高利用率和经济效益。对于将成穴部件径向布置在成穴器滚轮上的打穴播种机，要想改变行内种距，通常采用两种方法：第一种方法是在改变成穴器上成穴部件数目(即相邻两成穴部件间的距离)的同时，相应改变排种器的排种频率，但这种改变种距的方法往往使得播种机的制造费用增加。第二种方法是改变排种器的排种频率，对于成穴机构来说，每隔一穴孔(或者多个穴孔)进行

一次投种，这样得到的种距是成穴器所成穴距的整倍数。但这种方法仍难于满足种植业的要求。

另外，种肥分施也是轮式穴播器需要解决的难题。深施化肥增加了结构的复杂性，若采用侧施，就需要增加轮体个数，制造成本将会加大。

因此，如何能够经济和方便地改变播种种距、施入化肥，仍然是打穴播种机工作原理和结构设计方面需要解决的问题。

5.3 主要创新点

本课题研究了覆膜穴播作业工艺方案及其关键技术参数，优化设计穴播机关键作部件，从理论上上解决了以下三个问题

①通过对入土器运动轨迹的分析和穴孔形成过程的分析，优化了大轮盘半径、鸭嘴的开启方向、入土管倾角、机器前进速度、入土器高度、播深等参数，解决了穴播作业时鸭嘴进土、撕膜等问题。

②通过对种子的进种、输种、充种、入穴过程的分析，解决了漏种口尺寸、输种管长度、进种口位置等参数。。

在课题研究的过程中通过对机具的试制和改进，主要解决了以下两个问题 ①通过对成穴器的运动分析和穴空的形成分析，目的是找出膜孔适中、能提高作业速度、作业平稳的最优成穴性能。

②为保证滚轮式穴播器配套的播种机构，经分析确定采用盒式取种器种、入土器间歇打开成穴播种的方案，使排种性能和工艺达到机具所要求的性能。

致 谢

本论文的选题、论文撰写直至修订的整个过程，都是在导师王芬娥教授的关怀和悉心指导下完成的。导师博学的知识、严谨的治学态度、敏锐的洞察力和锐意进取的开拓精神都非常值得我的学习。在我两年多的研究生学习期间，无论是在学习还是在生活上，导师都给予了无微不至的关怀。从导师那里我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了为人处世的道理，在此，我谨对王老师多年的辛勤培养和关心帮助表示衷心的感谢。

同时要感谢我以前的班主任张锋伟老师，在学习，工作和生活方面都给我提供了巨大的帮助，无论是在为人处世，还是在学术研究上，都为我树立了楷模形象。

研究生处的侯建艳老师，从入学到毕业这几年时间给了我很多帮助，她让我感受到家庭的温暖和关心，在此表示衷心的感谢。

另外，要感谢的是我父母，他们的支持和期望，是我前进的动力。 最后，真诚地感谢所有关心过我、帮助过我的师长，学长和朋友们

附图：

参考文献

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致 谢

本论文的选题、论文撰写直至修订的整个过程，都是在导师王芬娥教授的关怀和悉心指导下完成的。导师博学的知识、严谨的治学态度、敏锐的洞察力和锐意进取的开拓精神都非常值得我的学习。在我两年多的研究生学习期间，无论是在学习还是在生活上，导师都给予了无微不至的关怀。从导师那里我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了为人处世的道理，在此，我谨对王老师多年的辛勤培养和关心帮助表示衷心的感谢。

同时要感谢我以前的班主任张锋伟老师，在学习，工作和生活方面都给我提供了巨大的帮助，无论是在为人处世，还是在学术研究上，都为我树立了楷模形象。

研究生处的侯建艳老师，从入学到毕业这几年时间给了我很多帮助，她让我感受到家庭的温暖和关心，在此表示衷心的感谢。

另外，要感谢的是我父母，他们的支持和期望，是我前进的动力。 最后，真诚地感谢所有关心过我、帮助过我的师长，学长和朋友们

导师简介

王芬娥，女，汉，出生于1958年，甘肃静宁人。1982年7月毕业于甘肃农业大学农业机械化专业并留校任教，1987年晋升为讲师，1996年晋升为副教授，2007年晋升为教授,现为甘肃农业大学工学院农机与汽车系主任，硕士研究生导师。2002年获甘肃省第九届高校青年教师成才奖， 2005年荣获国家制造业信息化——十佳优秀教育培训工作者，2006年获国家制造业信息化三维CAD高级培训讲师资格

主讲课程有高等农业机械学、汽车运用工程、AutoCAD及CAXA三维实体设计等。作为主要完成人参加的科研项目10多项，并取得了一定的经济效益和社会效益，其中作为主持人完成的“多功能温室及其配套设施研制”获甘肃省科学技术进步叁等奖；作为主要完成人完成的“齿形链式切割器及4GG---170型收割机的研制”获甘肃省科学技术进步贰等奖；一项获“甘肃省教育厅教学成果奖”；多次获“甘肃农业大学教学成果奖”；获国家实用性专利3项。发表论文20余篇。参编教材二部，自编教材一部。目前在研项目有 “马铃薯收获机的研制（省教育厅）”、“农业机械化及其自动化专业课程体系改革与教学内容整合研究”（甘肃农业大学）等。

主要研究方向：土壤------植物----机器系统。

作者简介

申宾德，男，1982年2月生， 甘肃武威人，中共党员，助理讲师。2005年本科毕业于甘肃农业大学机械设计制造及其自动化专业，获工学学士学位，2005级甘肃农业大学农业推广硕士研究生，研究方向为农业机械化工程。

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得甘肃农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日

附件：

手推式玉米穴播机的设计图纸（1-20）