小型電磁振動式小麥播種機的研制

黎毓鵬，樊凌風 ，張　健，韋海桂

(廣西大學 機械工程學院，南寧　530004)

?

小型電磁振動式小麥播種機的研制

黎毓鵬，樊凌風 ，張健，韋海桂

(廣西大學 機械工程學院，南寧530004)

摘要：針對傳統小型小麥播種機的缺點，設計了一種播種質量高、速度快、安全可靠、播種成本低、適應不同田間要求、能有效減少能耗的小型電磁振動式小麥播種機。該機田間作業時，將開溝、播種、平土一次完成，大大簡化了小麥播種時的生產流程，有利于進一步提高播種效率和解放生產力。為此，介紹了小型電磁振動式小麥播種機的整體構造，分析了小型電磁振動式小麥播種機的工作原理。通過對此播種機的性能試驗，驗證了本機具有能耗低、效率高、播種流程簡單等優勢。經過進一步的改進，此機將在播種小麥方面有較好的發展前景，同時對各種低能耗播種機的研制也具有一定的參考作用。

關鍵詞：小麥播種機；電磁振動式； 整體構造

0引言

目前，農業生產已向機械化和智能化方面發展，特別是在最近十幾年，我國農業機械化程度越來越高，在小麥播種機方面出現了一些不同類型的小型播種機，減輕了農民的勞動強度，增加了播種效率。但是目前市場上廣泛應用的小型小麥播種機能耗較高、播種效率低、購買費用大，不利于農民搶農時、提收益、促增長及解放生產力。因此，研究出一種更節能、更高效、成本更低的小型小麥播種機顯得十分有必要[1]。

針對傳統小型小麥播種機的缺點，設計了一種播種質量高、速度快、安全可靠、播種成本低、適應不同田間要求且能有效減少能耗的小型電磁振動式小麥播種機。該機田間作業時，可將開溝、播種、平土一次完成，大大簡化了小麥播種時的生產流程，有利于進一步提高播種效率，解放生產力。本文介紹了小型電磁振動式小麥播種機的整體構造，分析了小型電磁振動式小麥播種機的工作原理，通過對此播種機的性能試驗，驗證了本機器的能耗低、效率高及播種流程簡單等優勢。經過進一步的改進，此機將在播種小麥方面有較好的發展前景，同時對各種低能耗播種機的研制也具有一定的參考作用。

1設計原理及機構

1.1　設計原理

針對傳統小型小麥播種機普遍存在的播種能耗較高，播種效率較低，不能一次性將開溝、播種、平土全部完成，導致生產流程復雜等缺陷，研制了一種小型電磁振動式小麥播種機。該機前方安裝有開溝器，可對地表進行開溝；電磁振動式排種器安裝在車身上，通過排種管將種子順利排入開好的溝槽之中；機器尾部安裝有覆土器，可以將播種行旁邊的土壤覆入排有種子的溝中，完成播種的全過程。

該小型電磁振動式小麥播種機的優點是動力消耗少、生產流程簡單、機器制造比較簡單、機器購買費用比較低，提高了小麥播種機的效率，減少了機具因為開溝、平土等需要再次進地的次數，降低了作業的成本，這對于小麥的搶時搶種和增收都將具有一定的效果。

1.2　總體設計

小型電磁振動式小麥播種機總包括動力部分、行走機構、支架、電磁控制部分、排種部分、種子回收部分和配套部分等，如圖1所示[2]。

1)動力部分：以柴油機和發電機作為動力源。柴油機選用功率為3～5kW，發電機選用輸出電壓14V、輸出功率500W無刷式小型硅整流發電機。

2)行走機構：由變速箱、前輪、后輪、方向盤等組成。其中，前輪和后輪可以根據地表情況進行更換不同類型的輪胎。

3)支架：主要作用是支承排種部分和種子回收部分。支架高度應滿足小麥種入土深度要求。

4)電磁控制部分：包括控制盒、電磁鐵等。其中，控制盒具有頻率調節和功率調節功能，通過頻率調節旋扭和功率調節旋扭可以方便地調整振動盤的振動頻率和振幅；電磁鐵用來產生一個變化的吸力作用于振動盤,使其產生振動。

5)排種部分：通過排種管，分散和輸送小麥種,并將種子排到田間。

6)回收部分: 回收多余的小麥種。

7)配套部分：主要包括開溝器和覆土器，用來實現播種機的開溝和平土。

主要技術參數如下:

外形尺寸/mm：2 000×1 100×1 500

播種幅寬/mm：1 000

開溝深度/mm：95～105

開溝寬度/mm：48～55

作業速度/km·h-1：1.69～2.54

1.柴油機　2.控制盒　3.前輪　4.開溝器　5.離合器

2 關鍵部件的設計

2.1　排種器的設計

小型電磁振動式小麥播種機的關鍵部件是排種器。設計時，以電磁振動排種為基本原理，能有效減少能耗、提高播種效率、解放生產力。

排種器主要由漏斗、振動篩、電磁鐵、排種盤和分流盤組成[3]，如圖2所示。

1.漏斗　2.振動篩　3.連接圓柱　4.振動后板　5.后彈簧

2.2　配套部分的設計

小型電磁振動式小麥播種機能將開溝、播種、平土一次完成。其中，開溝和平土的任務是通過配套部分實現的，配套部分(見圖3)主要包括開溝器和覆土器，能方便地從開溝器安裝柱和覆土器安裝柱上裝上和取下，便于損壞后的更換和維修[4]。

1.覆土器安裝柱　2.覆土器　3.開溝器　4.開溝器安裝柱　5.排種管

開溝器一般有滾動式和移動式兩大類。為了方面開溝、減少阻力，選用滾動式開溝器。為了減輕開溝器質量、增強入土能力、簡化結構，選用單圓盤式開溝器[5]。而傳統的單圓盤式開溝器一般都存在所開溝底不平、在覆土時又出現干濕相混及側壓力過大等問題。所以，選用一種新的單圓盤式開溝器，基本上解決了上述缺點。單圓盤開溝器主要由圓盤和固定在一側的護板及其輸種筒等組成[6]，如圖4所示。田間工作時，圓盤平面垂直地面并與前進方向有一個夾角α，一般為3°～8°，目的是便于開出溝槽。單圓盤式開溝器的護板安裝在圓盤的后部，目的是便于圓盤先入土。由新的單圓盤式開溝器的前進方向與圓盤面之間有一個夾角，所以開溝器在滾動的同時會做側向滑移，使地面形成一個斷面為半橢圓形的溝。新的單圓盤式開溝器的護板與靴子式開溝器相似，它和圓盤共同作用形成新的單圓盤式開溝器，開出的溝底十分平整，沒有凸尖。

種溝的寬度為

K=B+C

其中，B為單圓盤切出的溝寬，隨圓盤入土深度而變化。

式中H—圓盤入土深度；

R—圓盤半徑；

α—圓盤與前進方向的夾角。

護板入土部位的外形與圓盤的外形相似，由其形成的溝槽寬C在不同入土深度基本不變，即

由此可知，單圓盤開溝器的溝槽寬與圓盤半徑R、牽引偏角α有關，且隨著入土深度的加深而加寬，但溝底形狀不變。

圖4　單圓盤開溝器

對于覆土器，由于小麥所需覆土量不大，所以選用簡單的轉盤式覆土器(見圖5)，以節約成本。

1.安裝螺紋　2.爪型轉盤　3.固定方柱

安裝螺紋用來將轉盤式覆土器固定在覆土器安裝柱上，爪型轉盤可以繞固定方柱旋轉，這樣更加便于將兩側的土覆蓋到小麥種上。

3工作原理

3.1　排種器的工作原理

排種器通過電磁振動來進行排種,如圖6所示。當電磁鐵產生變化的電磁力作用于排種盤后，由于排種盤由彈簧片支撐，因而產生振動；這時排種盤通過振動把來自種箱的種子向前推送；當種子到達分流盤分流孔時，盤的振動使架空的種子振落、分流，落入集種器回收；剩下的種子繼續向前移動，種子到達分流盤出口時，落入接器種，經排種管播到田里。

1.漏斗　2.接種盤　3.分流盤

3.2　整機的工作原理

播種前，先在漏斗里放入需要播種的小麥種；然后，根據農藝對小麥播種量的要求，在排種器上安裝相應的分流盤；調節振動頻率(接近共振頻率為最佳)、振幅大小(電流大小)，調好播種量，即可下田播種。播種時，播種機前進的同時打開控制盒開關，在底板下方的4個開溝器開出4條溝，小麥種子通過漏斗進入排種盤，電磁振動使其向前運動，到達分流盤。部分種子在分流孔分流，由集種器回收；而另一部分種子經接種器、排種管播入開好的溝中，完成開溝和播種[7]。最后，轉盤式覆土器通過拖動、旋轉將兩側的土覆蓋到小麥種上，從而將開溝、播種、平土一次性完成。

4性能試驗與結果

4.1　試驗基本條件與要求

柴油機選用功率為3～5kW；發電機選用輸出電壓14V、輸出功率500W無刷式小型硅整流發電機；開溝器選用鋤式銳角開溝器；覆土器選用轉盤式覆土器。試驗地為平整的開闊地，年平均降水量550mm左右；土壤質地為壤土，堅實度為(237.5×104)Pa；土壤含水率為9.5%(0～5cm)和10.6%(5～10cm)。選用普通小麥種作為小型電磁振動式小麥播種機的性能試驗材料。播種要求：開溝器能順利開溝；排種器能高效、快速、低能耗地將小麥種順利從排種管排下；覆土器能把90%以上的小麥種覆土成功[8]。

4.2　試驗結果

共進行7 次不同測試試驗，每次試驗小麥種0.5kg，最后結果取平均值，測定結果如表1 所示。

表1小型電磁振動式小麥播種機性能試驗結果

Table 1Test results on the performance of a small electromagnetic vibration type wheat seeding machine

測試項目開溝率/%播種合格率/%覆土成功率/%排種器能耗/kJ·kg-1結果195969375結果298989277結果398989378結果496979582結果597959176結果695949487結果795989278

由試驗可知：該小型電磁振動式小麥播種機播種質量高、速度快、成本低、安全可靠、適應不同田間要求，且能有效減少能耗；同時，可以將開溝、播種、平土一次性完成，大大簡化了小麥播種時的生產流程，有利于進一步提高播種效率，填補了目前市場上小型小麥播種機性能的不足，可在小型農廠、農業個體戶等場合廣泛地推廣應用[9]。

5結論

1 )與同等量的小麥種采用其他播種方式來比，電磁振動播種機播種速度較快，能耗較低。

2 )該小型電磁振動式小麥播種機的開溝器和覆土器的設計，簡化了生產流程，便于農民搶農時。通過安裝螺紋拆裝開溝器和覆土器，方便了更換和維修。

3 )把小型電磁振動式小麥播種機的主體部分設計成類似于拖拉機的形式，能實現機器的前進(前進踏板)、后退(后退踏板)和轉彎(方向盤和差速器)等功能，可充分適應不同情況下播種機的駕駛需求。

4 )由于依靠電磁振動播種調好之后，只需很小的電流就能產生較大的共振，用來播種，所以該小型電磁振動式小麥播種機所需的能耗較普通播種機低。

參考文獻：

[1]董艷，楊堅，楊曉麗，等.電磁振動排種器仿真研究[J].農機化研究,2005(6):97-99,103.

[2]王高峰，楊堅，黃亦其,等.電磁振動式水稻芽種播種機的試驗研究 [J].農機化研究,2012,34(2):122-126.

[3]楊堅,韋林,覃振友，等. 2BD-8自走型分流式小型水稻直播機 [J].農業機械學報，1998(4)：177-180.

[4]羅海峰,湯楚宙,吳明亮,等.免耕播種開溝器的發展現狀[J]. 湖南農機, 2005(5):18-20.

[5]北京農業工程大學.農業機械學(2版)[M].北京：中國農業出版社,1994.

[6]李海建，李洪文，李問盈,等.分體式小麥免耕播種機的設計[J].農機化研究,2007(11):94-98.

[7]董海濤.基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統的設計[D].南寧：廣西大學,2011.

[8]楊堅，陽潮聲，黃亦其，等.2ZB-8電磁振動式小型水稻擺秧機的試驗研究[J].廣西農業機械化，2003(1):30-32.

[9]姚宗路.小麥對行免耕播種機的改進研究[D].北京：中國農業大學,2005.

Abstract ID:1003-188X(2016)10-0114-EA

Development of Small Electromagnetic Vibration Type Wheat Seeding Machine

Li Yupeng, Fan Lingfeng， Zhang Jian， Wei Haigui

(College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract：Aimed at the shortcoming of traditional small wheat seeder, we design a high quality, high speed, safe and reliable, low cost on sowing seeds, adapting to different requirements, the electromagnetic vibration field planting, can effectively reduce the energy consumption of small electromagnetic vibrating wheat seeder.When the machine works in field ,it can finish ditching, seeding, leveling in one time, greatly simplify the production process, improving the efficiency of planting and the liberation of productive forces. This paper introduces a small electromagnetic vibration type the whole structure of wheat seeder, analyzes the small working principle of electromagnetic vibration type wheat seeder, through the performance test , we know the machine is low energy consumption, high efficiency and the simple production . After further improvement, this machine will have larger development prospects in sowing wheat aspect as well as the development of low energy consumption seeder.

Key words：wheat seeder; electromagnetic vibration type; the overall structure

中圖分類號：S223.2+5

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)10-0114-04

作者簡介：黎毓鵬(1971-)，男，廣西桂平人，工程師，(E-mail)2656678203@qq.com。

基金項目：廣西大學國家級大學生創新創業訓練計劃項目(141059301)

收稿日期：2015-09-10