油菜壟作播種機地輪傳動系統改進設計與試驗

包攀峰 吳明亮 羅海峰 謝偉 向偉

摘要 針對油菜壟作播種機播種施肥裝置在單個地輪驅動的作業過程中出現傳動阻力大、漏種漏肥等問題，同時為實現油菜壟作高產栽培技術中不同時期不同油菜籽播量的作業要求，對湖南農業大學研制的2BYL-4型油菜壟作播種機第一代樣機的播種施肥傳動系統進行了改進設計，將原來中置的單地輪傳動改為兩側雙地輪傳動，并增設了傳動介軸和種肥量調控裝置。田間試驗表明，雙地輪傳動播種機的田間試驗播種量均值與手測播種量的均值相差不超過2%，雙地輪傳動播種機的田間排種穩定性比單地輪傳動播種機提高了4.64%。

關鍵詞 壟作播種機；地輪；排種施肥；開溝；改進設計

中圖分類號 S223.4文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）01-0186-03

Abstract In view of the rape ridge tillage seeder sowing device in a single wheel drive transmission appeared in the process of operation resistance big problems such as leakage，leakage of fat，at the same time in order to achieve high yielding cultivation techniques of rape requirements，different rapeseed planting quantity in different period of development of hunan agricultural university by 2BYL-4 type of rapeseed ridge tillage seeder sowing the transmission system of the first generation of prototype design improvements，the original single of wheel drive instead of on both sides of the double wheel drive，and add the transmission medium axis and kinds of fertilizer consumption regulation device.The field experiment showed that double wheel drive drill field experiment of seeding rate average differ with hand measure average rate of less than 2%，double wheel transmission planter seed in the field of the stability than single wheel transmission seeder increased by 4.64%.

Key words Ridge planting machine； Wheel； Seed fertilization；Ditching； Improved design

排種排肥系統是多功能播種機的核心部件之一，種子、肥料在田間排放的精準性是衡量播種機質量的關鍵性指標。目前我國所應用的旋耕播種機，工作時排種排肥系統一般是依靠地輪驅動，所以，驅動輪是旋耕播種機研究的重要環節之一。作業時，地輪依靠與土壤間摩擦力轉動通過鏈輪鏈條傳動將扭矩傳遞給排種（肥）系統，種子由排種器排出經由開溝器進入土壤中，化肥由排肥器排出經由施肥開溝器排至溝中，地輪的工作狀態對播種均勻性的影響十分顯著[1-5]。

國內針對直播機的研究大都集中在排種器上，將排種、排肥作為一個體系進行研究卻鮮見報道[6-10]。由湖南農業大學研制的2BYL-4型油菜壟作播種機第一代樣機，其傳動結構設計為單地輪傳動形式，地輪為鐵地輪。田間試驗結果表明，該播種機能基本滿足稻田油菜開溝起壟播種施肥的各項要求，但是在實際應用中，由于機手操作水平不一、田間土壤環境多樣等多因素的影響，排種排肥系統仍存在一些不足。主要表現：當田間環境殘茬、秸稈覆蓋較多和土壤含水量過高時，作業時地輪與土壤不能充分地接觸致使摩擦力減小，抓地性能降低，地輪滑移、滑轉比較嚴重，導致階段性漏播漏肥；由于地輪需帶動排種器、排肥器運轉，負載過大，導致滑移率增大，影響了播種精度。針對此問題，筆者綜合各試驗示范點情況及機具用戶的意見，對排種排肥系統進行了改進設計，通過改變地輪的結構形式，將原有的中置單地輪傳動改為兩側雙地輪傳動結構，并在傳動系統中增設了傳動介軸和種肥量調控裝置，實現了油菜直播機作業中種、肥排放的精準性。

1 油菜壟作播種機的結構與工作原理

基于雙地輪傳動的2BYL-4型油菜壟作播種機如圖1所示，主要由入土裝置、傳動裝置、旋耕裝置、開溝起壟裝置、壟面整理裝置、地輪傳動系統、播種裝置、施肥裝置等組成。整機作業時，牽引動力帶動機架兩側板前方的入土裝置在未耕地上切土和翻垡，引導整機平穩入土和定廂作業。旋轉動力驅動旋耕裝置的旋耕軸轉動，旋耕軸上布置的旋耕彎刀完成壟體旋耕碎土作業，并配合開溝起壟裝置等完成壟溝倒梯形截面成形，經壟面整理裝置對壟面進行壓實定型，得到符合油菜壟作種植要求的壟體。同時，兩側地輪的滾動帶動介軸轉動，介軸將動力通過種肥量調控裝置帶動播種施肥裝置的排種軸及排肥軸轉動，肥料經排肥管落入地里，種子經排種管落入已整理好的廂面。通過這樣一個過程，機具可以一次性完成旋耕開溝、起壟成廂、播種覆土等作業。

2 關鍵部件改進設計

2.1 地輪設計

地輪設計主要考慮：地輪直徑、地輪寬度、地輪型式。地輪在拖拉機的牽引下向前運動，此時地輪就作為主動輪帶動排種器進行排種。所以，地輪的直徑直接關系到地輪驅動力矩的大小，一般地輪的直徑需大于350 mm[11]。由文獻[12]可知，地輪做純滾動轉動時是播種的最佳狀態，增大直徑可增加驅動力矩、減小滑移率和減少功率消耗，綜合考慮，地輪直徑為500 mm，寬度為100 mm。高玉璐[13]通過實驗比較了橡膠地輪和鐵地輪的滑移率，結果表明，橡膠輪的滑移率較小，參考地輪直徑及地輪材料，結構選擇圓盤式橡膠輪。

2.2 排種排肥動力系統設計

排種排肥需要從地輪引入傳遞動力，驅動排種排肥器進行工作，這種方式的好處是可以保證排種排肥量與拖拉機田間作業前進速度實時匹配，不需要額外的速度調控匹配系統，且工作可靠操作方便。考慮到田間土壤濕度變化影響地輪打滑，導致作業質量下降，為此設計雙地輪傳動系統，提高作業可靠性和穩定性。如圖2所示，左右兩側將地輪設計放在已經開好的溝內，通過地輪驅動鏈條，再驅動中間傳動鏈輪軸。由于實際田間作業有可能左右地輪的轉速有差異，因此需要將中間傳動軸上的從動鏈輪改成單向驅動飛輪結構，保證工作可靠。動力經中間軸通過調速器輸入鏈傳遞到變速箱輸入端，經調速輸出通過排種軸傳動鏈帶動排種軸，最后排種軸經排肥軸傳動鏈帶動排肥軸，完成整個排種排肥的動力驅動。其中地輪到中間軸傳動比20∶20；中間軸到變速箱輸入軸端傳動比20∶20；變速箱輸出端到排種軸傳動比20∶16；排種軸到排肥軸傳動比16∶16。

2.3 種肥量調控裝置設計

由于播種機在田間播種過程中播種量會隨不同的播種時間、種植習慣、品種農藝要求等因素影響，因此需要實現多種播量的作業要求，為此設計一種中間調速裝置，完成田間播量調控需求。如圖3所示，調速器設計成2根傳動軸，輸入軸和輸出軸，動力經動力輸入端輸入，帶動輸入軸轉動；輸入軸選用六方鋼設計而成，調速主動輪齒固連在六方管上，六方管與六方鋼形成可以滑動的結構，實現調速主動輪可以在輸入軸上左右滑動完成變速操作。六方管外圓上安裝一個軸承，軸承再外套一個中間齒輪架，中間齒輪架上安裝一個中間齒軸承，中間齒軸承上再安裝中間齒輪，中間齒輪與調速主動齒輪相互嚙合，齒數相同均為10齒。動力通過輸入軸驅動調速主動輪齒，傳遞到中間齒輪。在輸出軸上設計一組不同齒數的齒輪等間距布置，齒輪Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ齒數分別為5、6、7、8、9、10。齒輪均與輸出軸固連。工作時調節調速手柄，推動主動輪齒在輸入軸上左右滑動到合適位置時，與輸出軸上的齒輪匹配嚙合。從最左端滑動到最右端實現了最小傳動比和最大傳動比，最小傳動比位置和最大傳動比位置如圖4、5所示，從而實現了0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0共6個不同級別的變速比。

2.4 排種量排肥量計算

設排種器每圈排種量為 x（g），地輪與調速器傳動比為1∶1，地輪每走1圈的排種器排種量為4 x ；油菜壟作播種機寬幅2.00 m，1 hm2地需行駛5 002.50 m；地輪直徑為50 cm，取行駛中的吃泥深度為5 cm，周長則為1.41m；1 hm2地地輪共轉圈數為3 570圈；1 hm2地的排種量為3 570×4 x（g）。

通過實驗測得排種器單排孔每轉1圈平均排種量為0.20 g（表2），則1 hm2地的排種量實際為2 865.00 g。根據調速器配置的不同傳動比可以得到不同檔位的實際排種量，數據如表1所示。

3 實驗與分析

為檢驗基于雙地輪傳動的2BYL-4型油菜壟作播種機的排種效果，2016年9月在益陽完成樣機加工后于附近田間進行了實驗，并與單個地輪傳動的第一代壟作播種機進行了對比實驗。

下田前，分別對單地輪傳動油菜壟作播種機、雙地輪傳動的油菜壟作播種機以及單個排種器進行排種性能測試。將油菜壟作播種機與拖拉機掛接，在地輪上進行轉動初始位置標記，人工手動旋轉地輪20圈，排種管下固定一次性塑料杯對排出的種子進行裝接，然后稱重，重復試驗3次，數據如表2所示。田間試驗時，拖拉機停于田間一側，撒下石灰標記開始位置，排種管下固定一次性塑料杯，用50 m卷尺向拖拉機前進方向丈量20 m，撒下石灰標記結束位置，拖拉機基本保證以勻速通過測試區，取下一次性杯子進行稱重，重復試驗2次，數據如表3所示。

結果表明，雙地輪傳動播種機的田間實驗播種量均值與手測播種量的均值相差不超過2%，雙地輪傳動播種機的田間排種穩定性比單地輪傳動播種機提高了4.64%。

4 結論

目前我國油菜壟作高產栽培技術正在進入大面積推廣階段，如果沒有更好的驅動裝置被研制開發，地輪將仍作為主要驅動部件，盡管雙地輪傳動系統在提高播種均勻性及播種質量方面有了一定的效果，但是研究地輪裝置在工作時產生的滑移問題同樣很迫切，找到影響地輪滑移的主要因素，可為地輪的設計和油菜播種機的進一步改進提供基礎和支持。

參考文獻

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