真空負壓式小麥精量排種器的設計

河北農業大學 崔子厚 趙一州 張玉潔 畢珈寧 楊諾

1 研制的背景和意義

小麥的種植和生產對保障人類的生存非常重要。我國的小麥產量位居世界第一位。因此，在我國的農業生產中，小麥的生產起著重要的作用。傳統的小麥播種方法包括條、穴、撒播等諸多方式，其中后者實施起來頗為簡便，播種效率整體較高，但是撒播麥種入土深淺不一，根系不深，在生長后期容易脫肥，同時發育也容易出現不正?，F象。而穴播在小麥播種中則較少使用，其主要用于稻茬小麥田、缺乏肥料或間作的地區以及無灌溉條件的旱地小麥，其苗穗數偏少，不利于小麥的高產穩產[1]。

作為我國運用最為廣泛且長期存在的一種播種方式-條播，較其它兩種播種方式而言優化了小麥產量結構，然而條播群體不易控制，每行密度大、通風透光欠佳，容易發生倒伏，條播密度差別較大。

圖1 排種器整體結構爆炸圖

所謂精量播種，就是指對播種量進行適當的優化，使之作業質量得到明顯提升，并讓其中的單粒種子遵循3D空間坐標標準，使之行、株距、播深都具有精準性[2]。這種播種技術的關鍵裝置是依次精量播種機器（氣吸式）與排種器，通常在地力佳、肥水等環境下進行運用，可將原先的“大肥、水、大群體與播量”調整為“群體合適、小播量、足肥、水”模式。并運用新型農機設備來進行作業，這樣就能對基本苗數加以相應優化，使得整個麥田能夠實現良好的動態管理；將個體發育與整體生長進行協調，進而對群體透氣、透光進行優化，合理分配群體內有效分蘗的光照、水分和營養，使之更為高效地利用地力與光能。為此，運用小麥精量播種技術，可以對該農作物生產技術進行提升。這種播種技術，對分蘗作物落后的播種模式進行了很好的革新，對播種量、均勻性等進行了相應的科學調控，使得每個個體都能得到相應的生長空間與營養支持，這樣就能獲得更多有效的分蘗，同時還能適當地降低肥料、種子的使用量，使之更容易高產，進而帶來較高的經濟與社會效益[3]。

2 主要結構的設計

在播種時，所使用的排種器為典型的一器雙行，它的核心結構囊括了負壓管軸、外殼、連接螺釘、動排種盤I/II、擋種塊、靜排種盤等，具體的結構設計可以參見上圖1、下圖2。

圖2 排種器整體裝配結構圖

動排種盤Ⅱ的半個負壓室由內部兩側凹進形成，并且在兩側各加工3個間隔為120°的控縫連接塊，用來控制兩個圓盤之間外邊緣處的環帶縫隙寬度，控縫連接塊中心加工通孔，用于穿過固定螺栓。動排種盤Ⅰ和Ⅱ的半個負壓室是由凹進構成，而且在其內部具有相對性，前者提供了③個通孔（這兩個動排種盤的3個通孔間隔120°相對），另一個有3個螺紋孔，用連接螺栓通過每個盤的孔，將對應的③個動排種盤進行整合。在I、II這兩個盤的內部構成了負壓室，外緣向圓心方向4mm處形成縫隙，用于吸附種子，如圖1-3所示，均勻吸附排布的種子存放于這兩個盤的外緣的環形槽帶之中，它們的位置具有相對性。

動排種盤Ⅰ通過螺釘與固定套筒連接，用螺釘將固定套筒安裝在負壓管軸上，動排種盤Ⅰ內孔鑲嵌的密封圈保證了其與負壓管軸密封良好。將負壓管軸與固定套筒的連接處穿過靜排種盤的中心孔，接著將該裝置的外殼與靜排種盤通過螺釘來實現連接。將負壓室中的管軸作為對象，將其沿著圓周對其進行加工，使之構成通孔陣列，這樣就能構建負壓腔，并具有連通性。然后將補充種子的高度控制板，設置于排種器外殼上部套有彈簧的凸臺上，充種高度控制板的上下移動通過旋轉螺母壓縮彈簧控制，從而實現了對種子高度的控制。

用于防止種子流出的擋種塊則需要設置在動排種盤區域外殼下端，在外殼凸臺之上，可以配置落種清堵片；該模塊的另外一端則可以置入I、II這兩個部件所構成的吸種縫隙中，其功能就是對氣路進行隔斷，并實現清落種子，通過排種口將種子排出，同時也清除了縫隙內的雜質，防止堵塞。其中單行排種裝置的構成為I盤（2個）進行組合，由此構成吸種縫隙。

在實際生產作業時，該排種器可以將原來單行條播的麥種均勻分布到多行精播的苗帶上，將苗帶擴寬，使每行定量的小麥種子在地理空間上均勻分布，實現小麥精播[4]。

3 工作原理

排種盤裝置的實現機制可以參見圖3，所使用的風機，能夠利用旋轉接頭和軟管進行對接，同時還對接上負壓管軸，這樣就能在兩個動排種盤之間，生成真空負壓型腔；負壓管軸加工陣列圓孔沿圓周方向等間距排列，在排種盤外緣位置真空型腔變窄形成縫隙，縫隙外加工成橫截面為各種形狀的環形槽帶，用于排列存放被吸附的種子，于是該裝置外緣氣壓與風機之間就會構成氣流運行線路，在氣流朝著內部流動過程中，其縫隙區域氣流的運行速度會加快，牢牢吸附小麥種子。在排種盤轉動的過程中，由于排種盤外圓處存在環形槽帶，于是麥種就會按照次序完成排列，在構成種子帶，并呈現出環形。

圖3 排種器主要結構及其組裝零件圖

螺釘將3個動排種盤進行連接，使之構成整體，其中I盤基于固定套連接負壓管軸，后者外端與鏈輪進行固接，通過鏈條實現動力傳遞。在旋轉過程中，當種盒中的麥種在運動到非穩定區之后，就會在負壓作用下，使之吸附到環形槽帶，再運轉到穩定區之后，就會進入到落種區域。此時在落種清堵片作用下，會將落種區氣路進行切斷，這樣麥種就會在其自重的作用下，進入到導種管。

該清堵片中的其中某端與排種器外殼凸臺進行固定，剩余一端則在I、II盤吸種縫隙中進行插入，其目的就是完成清落種子，同時還將其中的雜質進行去除，預防縫隙長期工作后堵塞的情況。在圖4-1中，給出了這種落種清堵片的整體結構設計情況，它的前端插入吸種縫隙，提早切斷氣路或減少氣流的吸力，使麥種靠重力落下，而不是由落種清堵片將麥種撥落。該結構的設計避免了機械落種對麥種的傷害，從而保證了麥種從充種到投種整個過程都是在氣流吸附力的作用下運動的，與傳統機械式排種器相比，其傷種率大幅降低。

圖4-1 排種裝置整體構成

圖4-2 清堵片整體構成情況

4 創新點

（1）排種器采用真空負壓原理，在滿足小麥精播技術的農藝要求下，不會對種子產生傷害，還能節約種子，并能對作業速度、排種頻率進行控制。

（2）排種裝置的結構主要為環形吸縫，通用性好，對種子尺寸要求不嚴，可以支持多器共軸，從而使得這種排種器能夠對小麥種子進行多行播種，同時還能具有均勻性。

（3）改變傳統地輪帶式動排種裝置實現的播種模式，創新地引入了電機動力裝置，不僅為播種提供動力，同時還運用數控播種控制器控制排種量的方式來實現精量播種。

（4）種箱采用分離式結構，調整方便，可解決漏種，并減少排種器與種箱的摩擦，種箱上安裝光電傳感裝置，可以提醒無種和種少的情況。

5 結語

本項目源于河北農業大學大學生創新創業訓練項目，主要針對小麥精量播種技術及裝備開展研究。最后借助于真空負壓機制，完成精量排種器設計，這樣就能在播種上實現一器兩行，對過去的條播模式進行了改變，同時還將過去基于某個寬度之下進行的密集式播種，轉換成一條線式播種，明顯提升了精播效果。