氣吸式平貝母播種機的研究

李曉明 陳維剛 鄒雪劍

摘 要：平貝母為密集型種植模式，現如今市場上并沒有能滿足種植農藝要求的平貝母播種機，只能采用人工播種形式。為解決平貝母機械化播種問題，研究設計了一種氣吸式平貝母播種機，通過闡述平貝母播種機的結構形式、工作原理及關鍵部位的參數設計，整機以理論數據為基礎，實驗結論為依據，結合實際情況完成設計過程。推土鏟根據不同農藝要求，可在縱向上以15 mm的間距調整三個高度等級；鎮平輥根據不同農藝要求，可在縱向上以10 mm的間距調整三個高度等級；平貝母排種器的投種角度為無極可調模式，可根據不同的行進速度調整相應的投種角度，依據行進速度在0.72～1.1 m/s之間得出最佳投種角度為19°；經過多次實驗測得本機充種率≥93%，重播率≤14%，因平貝母是密植型藥材，所以本機性能滿足平貝母播種使用要求。

關鍵詞：平貝母播種機；氣吸式排種器；充種角度；投種角度；傳動比

中圖分類號：S2232 文獻標識碼：A

Abstract： Fritillaria is an intensive planting model. There are no Fritillaria seedlings on the market that can meet the agronomic requirements. Artificial seeding can only be used. In order to solve the problem of mechanized sowing of Fritillaria velutipes， a kind of research was designed. Gas-suction type Fritillaria planter， This article describes the structural form， working principle and parameter design of the key parts of the Fritillaria planter. The whole machine is based on the theoretical data， and the experimental results are based on the actual situation to complete the design process. . Dozer blade， according to different agronomic requirements， can be adjusted in the vertical direction with 15mm pitch three height levels； flat roller， according to different agronomic requirements， can be adjusted in the longitudinal direction of 10mm pitch three height levels； flat busbar Seed device， seed input angle is infinitely adjustable mode， according to different speeds to adjust the corresponding seeding angle， this report based on the speed of the travel between 0.72 ～ 1.1m / s to find the best seeding angle of 19°； After several experiments， the filling rate of this machine was ≥93%， and the reproduction rate was ≤14%. Since Fritillaria was a close-packed medicinal material， the performance of the machine met the requirements for seed use of Fritillaria.

Key words： Flat Fritillaria seeder； air-suction metering device； filling angle； seeding angle； transmission ratio

0 引言

因為平貝母種形特殊，古往今來一直采取人工播種的方式，存在效率低、勞動強度大、人工成本高、耗時長、損傷表皮、株距不均勻等問題。經過多年的藥植專業人士摸索，實現了在800～850 mm寬的單種床上的栽培技術，但因播種技術的落后，導致種植難以大面積推廣。為此展開針對800～850 mm寬度種床的平貝母播種機，從根本上解決制約平貝母產業發展的瓶頸問題，填補國內在這方面的空白，為平貝母種植開辟新的道路。

1 結構形式及參數分析

1.1 整機結構形式及工作原理

本機器由機架、風機、種箱、推土鏟、鎮平輥、平貝母排種器、變速箱、地輪等部件組成，如圖1，機架為基礎部件，其余的零部件直接或間接固定在機架上。

前部的推土鏟包含兩部分鉸接點，拉桿調整端與機架前橫梁連接，定位端與鎮平輥支架連接，整體以斜角形式前行，完成清平畦面，整理種床的工作；鎮平輥在機架下方通過支板與機架連接，在推土板后側，以被動回轉的形式來鎮平壓實種床，鎮平輥與推土鏟配合為排種器投種提供平整的種床，避免因地勢不平而出現種子落地后繼續翻滾的情況，從而保證株距準確性；風機固定在上懸掛上，為平貝母排種器提供負壓；地輪為平貝母排種器提供旋轉動力，并且起到支撐整機的作用；變速箱針對不同株距調整相應的傳動比，將從地輪輸入的轉速轉換成不同的轉速傳遞給平貝母排種器；平貝母排種器中的種子在負壓的作用下在充種室被吸住，轉到投種點投放種子，完成吸排種作業。

1.2 確定推土鏟的結構尺寸

因畦寬為800～850 mm，所以需要既能平整畦面，又能防止兩側土回流，還得防止因土量過大從推土板上側翻越到后側，所以設計推土板的尺寸為兩側翼板夾角為130°，兩側翼板末端相距1065 mm，翼板高度為195 mm，如圖2。

1.3 確定鎮平輥的結構尺寸

因畦寬為800～850 mm，種床有效寬度應大于850 mm，并且具有一定越障能力，因此確定鎮平輥的外形尺寸長度為915 mm，外徑為200 mm，如圖3。

1.4 排種器結構形式及工作原理

平貝母排種器由以下幾部分組成：排種器固定架、排種輥、氣腔、充種室、定位板、刻度盤。氣腔兩端與風機相連接，為排種器提供負壓，充種室的平貝母在負壓的作用下，被吸到吸種孔上，隨著排種輥一起轉動，當轉至投種區的時候，平貝母被投放，從而完成平貝母吸排種過程。定位板與排種器內部的卸風機構在同一橫向截面上，因此在外側查看定位板的位置，就能確定卸風機構在排種器內部的位置，如圖4所示。

1.5 卸風裝置結構形式

采用外層包有橡塑海綿管的滾輪組合結構形式，滾輪外側包裹的橡塑海綿管與排種輥內壁接觸形成一個密閉空間，當充種孔經過橡塑海綿管時，橡塑海綿管將充種孔覆蓋住，使充種孔的負壓瞬間消失，種子脫離排種輥，從而完成投種，如圖5所示。

1.6 確定排種輥外形尺寸及吸種孔排布

播種過程中既要降低排種輥對種子表面的機械損傷，又要能實現高速播種作業，還得保證充種率。針對以上幾點要求進行排種輥結構設計，如圖6所示。

（1）排種輥外形尺寸。

因要在畦寬為800～850 mm的種床上實現播種，所以選定排種輥長度為840 mm；為降低排種輥旋轉的線速度，并考慮安裝空間和耗風量的限制，所以選定排種輥外徑為300 mm，壁厚為2 mm。

（2）孔數。

要在種床上完成行距為40 mm（共20行）的播種作業，且需要滿足株距調節范圍，因此周向分布30排孔，軸向分布20排孔，相鄰軸向兩排孔位置周向交錯排列，軸向孔距為40 mm排布。

（3）孔徑。

平貝母種子大小不一，本機器圍繞直徑D在8～10 mm的種子進行設計，吸種孔直徑d參考經驗公式d=（0.6～0.7）D，因此確定吸種孔直徑為5 mm。

1.7 確定氣力系統主通道結構形式

氣力系統主通道（在平貝母排種器芯部）結構，考慮負壓區分布均勻性、氣力輸送與控制等因素經過試驗確定，采用均布長槽孔的空心管作為主通道，既起通風作用又起支承作用。因此確定氣腔外形尺寸為外徑95 mm，壁厚8 mm，長度1250 mm，如圖7。

2 關鍵部件設計與參數分析

2.1 平貝母排種器充種角度

如圖8所示，充種過程中種子是在負壓的作用下被吸在排種輥表面的，并且隨排種輥一起轉動，在充種區域的受力分析如下。F1為排種輥提供給平貝母的摩擦力，F2為平貝母自身的重力，F3為平貝母所受的離心力，F為排種輥吸力，α為充種角。

從公式③可以看出，平貝母種子能否被吸附在排種輥上，與種子物料特性、排種輥轉速、充種角度、負壓相關。結合大量的實驗數據得出，負壓值在4.5～5 kPa，充種角度在27°時，充種效果最好。

2.2 平貝母排種器投種角度

平貝母被吸在排種輥上，隨著一起轉動，當轉到投種區時，由于外層包有橡塑海綿管的滾輪堵住了吸種孔，瞬間使得吸種孔內外壓力一致，失去了吸附力的平貝母脫離排種輥，下落的平貝母在慣性作用下，一方面保持所在吸種孔處的線速度，另一方面在自身重力的作用下做自由落體運動。

由上面公式可以看出，投種角度需要根據平貝母播種機的前進速度、排種輥轉速以及排種輥直徑來確定。平貝母播種機的前進速度在0.72～1.1 m/s之間，排種輥直徑為0.3 m，在理想的零速投種狀態下，算得投種區域為15°～39°之間，結合大量的實驗數據得出，投種角度在19°時，投種效果最好。

2.3 傳動比

根據平貝母的播種農藝要求，前后株距S分別為2 cm、3 cm、4 cm，地輪直徑D1為60 cm，排種輥外徑D2為30 cm，整機采用鏈傳動，其中地輪選用14齒、21齒鏈輪配比，平貝母排種器上的鏈板在空間準許情況下盡量增多齒數，經過多次驗證選用50齒，中間經過兩次變速。因此，在設定地輪旋轉一周的情況下求得傳動比等式為：

I=（14/21）·i1·i2·i3·（π· D1）/30S

整機的傳動比經理論數據與試驗所得如圖10所示，

一級傳動為14、21齒，二級傳動為三鏈板塔輪（19、21、26齒）與兩鏈板塔輪（14、26齒），三級傳動為兩鏈板塔輪（14、26齒）與50齒。

3 結論

根據平貝母的種植農藝要求，結合理論與實驗數據，設計了本款平貝母播種機，本機具有平整畦面、鎮壓種床、氣吸式排種器播種等功能，其各主要機構都為可調模式，以適應不同的農藝要求。

（1）推土鏟，根據不同農藝要求，可在縱向上以15 mm的間距調整三個高度等級。

（2）鎮平輥，根據不同農藝要求，可在縱向上以10 mm的間距調整三個高度等級。

（3）平貝母排種器，投種角度為無極可調模式，可根據不同的行進速度調整相應的投種角度，本報告依據行進速度在0.72～1.1 m/s之間得出最佳投種角度為19°。

（4）經過多次實驗測得：本機充種率≥93%，重播率≤14%，因平貝母是密植型藥材，所以本機性能滿足平貝母播種使用要求。

參考文獻：

[1]高筱鈞，周金華，賴慶輝.中草藥三七氣吸滾筒式精密排種器的設計與試驗[J].農業工程學報，2016，32（2）：20.

[2] 張順，夏俊芳，周勇，等，氣力滾筒式水稻直播精量排種器的設計與試驗[J].農業工程學報，2015，31（1）：11.

[3] 王朝輝.氣吸滾筒式超級稻育秧播種器的基本理論及試驗研究[D].長春：吉林大學，2010.

[4] 劉劍峰.氣吸滾筒式煙草包衣種子排種器設計與研究[D].長沙：湖南農業大學，2012.