氣吸式油莎豆播種機設計與試驗

河北農業大學機電工程學院 戎康椅 王藝穎 張帥 王雨 胡希晨

引言

油莎豆（Cyperus esculentus），又名油莎草、鐵荸薺、地下板栗、地下核桃、人參果和人參豆。油莎豆是一種新型的特種油料經濟作物，塊莖的產量不僅高且富含油脂，被人們稱為植物中的“油料之王”，油莎豆油是新型的營養保健食用油，含有豐富的亞麻油酸和蛋白質，還有營養價值很高的氨基酸，并含有豐富的礦物質特別是鉀和磷，油莎豆油中鈉的含量較低，而且不含膽固醇，油的品質也遠高于菜籽油和大豆油，是防止心腦血管疾病和高血脂的良好的保健食用油，油品曾獲得第二屆國際油糧品種博覽會的金杯獎。油莎豆的適應性很廣、根系發達、分蘗和再生能力較強，以收果為目的時宜選沙砂質土壤。因此油莎豆是一種優質、高產和綜合利用價值高的集糧、油、牧、飼為一體的經濟作物。但我國油莎豆播種機械化發展水平停滯不前，嚴重制約了油莎豆工業化發展。

目前市場上現有的油莎豆播種機一般都是改進的機械式花生播種機，由于油莎豆種子籽粒較大，外型為不規則球體，且種子表面凹凸不平，很難實現油莎豆的精量播種，所以未被廣泛使用。而我國現有的氣力式播種機漏播率高，排種盤易變形，氣密性不好，可靠性差，不能夠達到油莎豆播種要求，油莎豆播種仍需要耗費大量的人工成本且效率低下，設計開發油莎豆精密播種機是油莎豆產業亟待解決的問題，本文從播種裝置各個設計角度出發，完善了各個機構對播種的適應性，對今后油莎豆工業化發展有一定的積極作用。

1 油莎豆播種裝置的結構及工作原理

油莎豆播種機主要由機架、氣吸式排種器、播種開溝器、覆土器、地輪組成。該裝置的簡圖如圖1所示:

圖1 氣吸式油莎豆播種機結構簡圖

該氣吸式油莎豆精量鋪膜播種是在機架的前梁上安裝合墑器，機架的后梁上安裝播種總成。氣吸式排種器的吸室內的風壓由風機通過風管連接來提供，離心式的風機被安裝在拖拉機的前保險杠上。風機工作時，風機的轉速大概為4500r/min。在播種機作業行走的過程中，通過地輪驅動傳動機構使排種盤轉動時，排種盤上的吸種孔與油莎豆種子接觸，由于排種器氣室內外的氣壓差而產生的吸附力使種子室內的種子吸附在吸種孔上。為了提高種子的流動性和吸附性，在吸種孔的吸種側開有0.2mm～0.7mm的倒角，在排種盤上還安裝有攪拌裝置，該攪拌裝置按圓周方向均勻地分布在排種盤上，并分別位于相鄰兩吸種孔之間，種子經過攪拌裝置攪拌種子使種子更好地被吸附。

該播種機采用的是鋤鏟式開溝器,開溝器位于氣吸式排種器的前方,排種器排出的種子落入開溝器開好的種溝內,而后由覆土器進行覆土。覆土器采用的是雙圓盤覆土器；地輪安裝在開溝器的后方。本機中地輪不僅作為驅動輪還作為鎮壓輪,在自重和彈簧的壓力下,對播種行進行鎮壓。在地輪的后方安裝可根據農戶要求選擇易拆卸的鋪膜機構或整形輪對播種完的表面鋪膜。

動力的傳動是依靠地輪驅動，隨后將動力通過鏈條傳遞給中間傳動軸，進而傳遞給排種器軸。傳動簡單可靠，粒距的調節是通過更換不同的鏈輪來實現的。整機同20馬力的拖拉機采用三點掛接式連接配套。

2 油莎豆播種機的主要工作部件

2.1 排種器

氣吸式排種器的吸附部件主要由真空室殼體、排種盤、密封減磨圈、真空連接管、風機等組成，如圖2所示。氣吸式排種器工作時由高速風機產生負壓，傳給排種單體的真空室。排種盤回轉時，在真空室負壓作用下吸附種子，并隨排種盤一起轉動。當種子轉出真空室后，不再承受負壓，靠自重或在刮種器作用下落在溝內[2,8]。

圖2 氣吸式排種器結構簡圖

2.2 排種盤

排種盤為一垂直圓盤，排種盤的直徑越大，可安排的吸孔數量越多，從而有利于降低排種盤的轉速及線速度。但過大的排種盤會使排種機構尺寸相應增大，吸室尺寸也增大，風機的消耗也相應增加；但為了防止種子的漏吸，要提高風機的轉速。隨著排種盤轉速的提高，種子與排種器上的吸種孔接觸的時間會縮短，吸種孔來不及吸附種子而造成漏吸，排種器的排種性能下降。因此，排種盤的直徑一般為140mm～260mm[3-4]。該播種機的排種盤是由1.2mm薄不銹鋼板制成，排種盤的直徑為200mm，排種盤上的吸種孔側開有0.2mm～0.7mm的倒角。結構簡圖如圖3所示。

圖3 排種盤

2.3 排種器蓋

排種器蓋的內部部分空間與排種盤配合形成儲種室，用來暫時存放種子，由于油莎豆種子表面凹凸不平且籽粒較大，所以種子流動性較小，在輸種管與種子室接觸處容易出現種子架空問題，針對這一問題，改進排種器蓋，在保證種位的情況下，提高輸種管與種子室的接觸面積，防止架空出現。其示意圖如圖4和圖5所示。

圖4 排種器蓋結構簡圖

圖5 改進的排種器蓋結構簡圖

3 播種性能試驗

2021年4月在河北省定州市李辛莊進行播種試驗。試驗指標為測量地輪滑移率、漏播率、播種機各行播量一致性及播種深度合格率：在作業地塊上用繩子量出20個播種機地輪周長的長度，然后在這段地塊上5次空播，數出播種機地輪實際轉的圈數，經計算得出該播種機地輪的滑移率；比較不同吸種盤孔徑的漏播率；在每個輸種管下單獨放置接種容器，以30r/min的轉速，均勻地轉動地輪20圈，并數出每個接種容器里的油莎豆種子的個數，從而計算出各行播種機播種數量的變異系數；在每行內隨機取10個測點，測量種子至地表的距離，然后計算覆土深度（h±1）mm范圍內的點占總測定點的百分數，測量出播種深度合格率。然后以平均值為最終結果，數據如表1所示，并觀察其具體的長勢。

表1 播種試驗結果

根據JB/T 10291-2013《旱地栽植機械》中規定的旱地播種機的主要性能指標與播種精度指標要求需滿足：漏播率≤5%；合格率≥90%；將油莎豆田間試驗獲得各項結果與以上播種指標進行對比，參照表1結果可知，該氣吸式播種機的播種性能符合標準中的性能指標要求，播種機精度均達到了預期要求。