播種機雙圓盤開溝器加工工藝優化

李德言

(山西省農業機械發展中心，山西 太原 030092)

0 引言

開溝器的作用是在播種機作業時開出種溝，將種子或肥料導入溝穴內，并使濕土覆蓋完好[1]。開溝器作為播種機的重要組成部分，是播種機性能優劣的關鍵。開溝器型式隨各種作物播種要求不同、地區氣候和土壤條件差異而有所不同。開溝器按入土角不同，可分為銳角開溝器和鈍角開溝器。銳角開溝器的開溝工作面與地面的夾角α<90°，銳角開溝器又可根據外形結構分為鋤鏟式、雙翼鏟式、船行鏟式和芯鏵式等多種。鈍角開溝器的入土角α>90°，有靴鞋式、滑刀式、單圓盤式和雙圓盤式等多種形式。開溝器根據運動形式可分為滾動式和移動式，雙圓盤式和單圓盤式屬滾動式，上述其他形式為移動式[2]。

雙圓盤開溝器是一種適應性較好的開溝器，在地表和土壤雜草含量較高時也能正常工作，且工作比較穩定，能適用于高速播種作業。雙圓盤開溝器作業過程中，不易黏土、堵塞，上下土層相混現象也較少。雙圓盤開溝器目前較廣泛地用于谷物播種機和大型牽引免耕機上。雙圓盤開溝器兩個圓盤軸需要保證準確的交叉角度，角度過小，兩個圓盤相互擠壓，影響轉動靈活性；角度過大，兩個圓盤之間有縫隙，土壤中的雜草就會塞入縫隙，同樣影響轉動靈活性。傳統的加工工藝是將兩根加工好的軸按交叉角焊接成一體，或者是用一根軸通過折彎獲得交叉角，無法保證準確的交叉角度。

本文提出一種雙圓盤開溝器加工工藝，與傳統雙圓盤開溝器相比，創新性地采用圓鋼進行整體分側加工，可有效避免折彎或兩個半軸焊接所造成的變形，保證圓盤軸角度，使得開溝器兩個圓盤能靈活轉動。

1 雙圓盤開溝器特點

雙圓盤開溝器兩圓盤刃口在前下方相交于一點，形成一夾角，播種機工作時，靠自重及附件彈簧壓力入土，兩圓盤滾動前進，將土切開并推向兩側從而形成種溝。輸種管將種子導入種溝，然后靠回土及溝壁塌下的土壤覆土，圓盤周邊的刃口在滾動時可切斷根莖和殘茬。雙圓盤開溝器開溝時不攪亂土層，且能用下層濕土覆蓋種子，缺點是結構復雜、質量大、造價高開溝阻力較大。

影響雙圓盤開溝器開溝效果的因素有圓盤直徑R、圓盤夾角Φ和聚點m的位置。圓盤夾角小，則開出的溝寬小，工作阻力小，但是夾角過小，會使雙圓盤之間的空間無法容納輸種管，常用的圓盤夾角Φ=9°～16°。聚點位置如圖1所示，聚點的位置用角β表示，β角越大，開出的溝寬越大，種溝中的凸尖越高，如β角太小，則m點過低，會使土壤從聚點上方進入雙圓盤中間，造成圓盤夾土和堵塞，并加快軸承磨損，m點的高度等于最大開溝深度為宜，一般β=55°～75°[3-5]。

圖1 聚點位置Fig.1 Spot position

圓盤夾角和圓盤聚點位置由左右兩個圓盤軸的角度和位置決定，所以兩個圓盤軸相對位置直接決定雙圓盤開溝器性能[6-8]。圓盤軸一般采取的加工工藝一種為在一根圓鋼的兩端車出軸的尺寸，然后在圓鋼中間位置折彎，折彎角度就是兩個圓盤軸角度，由于圓鋼存在的內應力，折彎時圓盤軸離開模具后會回彈。圓鋼內應力不穩定，兩個圓盤軸角度就很難穩定。另一種加工工藝是用兩段加工好的軸按設計的角度焊接而成(圖2)，由于焊接過程中存在焊接變形，兩個圓盤軸角度也難以穩定。

圖2 分段軸Fig.2 Semi-axis

圓盤角度過大，會出現圓盤擠死情況，影響圓盤轉動；角度過小，會出現圓盤閉合不嚴問題(圖3)，使得土壤從縫隙中進入圓盤，造成圓盤夾土和阻塞，影響圓盤作業效果。

圖3 圓盤閉合不嚴Fig.3 Gap between two disks

2 加工工藝優化

針對圓盤軸加工過程中存在的問題，對圓盤軸加工工藝進行改進。具體優化方法為在一根圓鋼毛坯的兩端分別車出兩個圓盤軸，因兩個圓盤軸是一個整體，可使得圓盤軸角度更易保證，通體軸幾何模型如圖4所示。

圖4 通體軸Fig.4 Integrated axis

圓盤通體軸分為3段，中間段與圓鋼毛坯同心，軸兩端分別是兩個圓盤的安裝位，圓盤安裝位的中心線與圓鋼毛坯中心線有Ф/2的偏角，兩個圓盤安裝位的中心線夾角就是圓盤夾角Ф。加工前可以做一個圓柱夾具，在夾具上鉆出一個與圓柱夾具中心相交成Ф/2角度的斜孔，斜孔直徑與圓鋼毛坯中間段相同。加工時先將圓柱夾具卡在車床卡盤上，再將圓鋼毛坯塞入圓柱夾具的斜孔內，接著按圖紙尺寸加工出一個圓盤安裝位，這樣加工出的圓盤安裝位就有了準確的偏角。當一個圓盤安裝位加工完畢后將圓鋼毛坯倒頭再塞入夾具，加工另一個圓盤安裝位。從上述加工過程可見，位于圓盤軸兩端的兩個圓盤安裝位加工時都是以圓盤軸中間段做基準，可以保證兩個圓盤軸安裝位中心夾角，從而獲得準確的圓盤夾角Ф。圓盤軸具體加工工藝如以下說明。

首先確定加工圓盤軸所需的圓鋼毛坯直徑和長度，并在圓鋼毛坯中心打定位孔，如圖5所示。

圖5 加工簡圖Fig.5 Processing diagram

然后制作一個車加工軸的圓柱夾具。在圓柱模塊上按照單面圓盤軸需要偏移的角度，加工出直徑為圓鋼毛坯直徑的斜孔，并在右端合適位置加工定位孔，如圖6所示。

圖6 圓柱夾具Fig.6 Cylindrical fixture

將圓鋼毛坯安裝到夾具中，將毛坯上的定位孔和夾具上的定位孔對齊，用定位銷將二者固定在一起，把夾具安裝到車床上，按圖紙在夾具外側的毛坯上加工出圓盤軸尺寸，如圖7所示。

圖7 通體軸一側加工簡圖Fig.7 Processing diagram of one side of integrated axis

加工完外側圓盤軸后，松掉定位銷，將圓鋼毛坯掉頭，將加工好的圓盤軸一端放入卡具，重新用定位銷固定，在毛坯的另一段加工出另一個圓盤軸的尺寸，如圖8所示。

圖8 通體軸另一側加工簡圖Fig.8 Processing diagram of other side of integrated axis

圓盤毛坯兩端加工完成后，松開定位銷，將圓盤軸從卡具上取出，即完成圓盤軸的加工，如圖9所示。

圖9 完整效果Fig.9 Complete integrated axis

3 加工工藝優化效果

優化后的圓盤軸加工工藝保證了圓盤軸是由一根圓鋼毛坯加工而成，圓盤軸角度得到保證，進一步保證了雙圓盤開溝器的圓盤夾角和圓盤聚點位置，同時優化后的加工工藝操作簡單，適用于大批量生產[9]。

此項加工工藝已應用到生產實踐中，提高了生產效率，保證了產品的高成品率，大大提高了雙圓盤開溝器的產品質量。

4 結束語

開溝器作業時要求開溝直，深度一致，掘穴整齊，且能夠保證種子在行內分布均勻，不亂土層，同時要避免雜物造成擁塞。另一方面，開溝器要對土壤適應性好，結構簡單，開溝阻力小。雙圓盤開溝器作為廣泛使用的開溝器，有多種加工工藝[10]。本文優化的雙圓盤開溝器加工工藝便于廣泛推廣使用，可有效提高生產效率，并提高雙圓盤開溝器產品質量。