小籽粒精量播種機關鍵部件的設計研究

段軍義

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030012）

山西省小籽粒雜糧作物多數種植在丘陵山區和晉北高寒地區，主要有谷子、糜子、高粱、蕎麥、莜麥、油菜、胡麻、苜蓿等，其共同特點是粒徑和千粒質量均較小，但形狀、流動性、摩擦特性等物理特性差異又較大。農民播種小籽粒作物基本是原始的穴播、條播，這2種播種方式弊病很多，一是播種效率低，緊種慢種也難免趕不上節令，耽誤農時。輕則影響產量，重則顆粒無收；二是種子浪費嚴重。此外，原始的播種方式還增加了間苗用工，浪費了土壤養分與水分，加大了后續間苗和定苗工作量，影響產量和品質，也制約了種植面積的進一步擴大。

經過詳細的市場調研，本項目引進一款（臺）精量式播種機，該機器主要用于胡蘿卜等小籽粒作物的播種作業，播種精度高，省種、省間苗人工，露地直播時更具備防風裝置，避免小顆粒種子直播時被風吹走，更換播種盤，可以實現多種胡蘿卜等異形種子的直接播種。引進本臺樣機，將填補山西省小籽粒精量播種機空白現狀。通過在不同地塊進行不同小籽粒作物的適應性試驗，消化吸收引進樣機的先進技術、改進設計部分參數以適應山西省丘陵山區小地塊種植的需要。

1 開溝器的設計

開溝器的作用是開溝、導種和覆土。精密播種機的播種精度不僅和排種器的性能、機具的前進速度有關而且和開溝器的性能有較大關系，根據對蔬菜種植溝的要求結合蔬菜播前整地狀況較好的情況，采用鈍角的靴式開溝器。

靴式開溝器是滑刀式開溝器的一種，其結構見圖1，由靴式開溝器刀、側板、連接銷、加強板和連接板組成。其工作原理是刀刃以鈍角入土開溝，經兩側板向兩側擠壓土壤形成種溝，兩側板的寬度決定了種溝的寬度，除了開溝裝置整體調整可調播深外，也可把開溝器刀換方向裝配，開溝深度可進行5 mm深差調節，見圖2。

圖1 靴式開溝器結構圖Fig.1 The structural diagram of shoe trencher

圖2 開溝器刀換方向裝配圖Fig.2 The assembly drawing of ditcher knife changing direction

如圖3所示，在開溝器的平面設計中，確定D'D//AB，AA'//CD

圖3 開溝器刀結構示意圖Fig.3 The structural diagram of ditcher knife

θ1+θ2+β'+90°=180°，即β'=90°-θ1-θ2

由圖3可知

D′D，A A'為開溝器刀兩端橫斷面的投影線，A′D'為開溝器刀與側板結合的面的投影線，AB，C D為刃口曲線的直線段，θ1，θ3為開溝器刀兩端橫斷面與開溝器刀和側板結合的面之間的夾角，θ2為開溝器刀與側板結合的面與前進方向的夾角，β′為直線C D段的滑切角。

設計θ1=θ2=θ3=35°，A B=35 mm，C D=40 mm，圓弧BC半徑為112 mm，則β′為20°，β＞23°。試驗得摩擦角是23°，當滑切角大于摩擦角時才能產生滑切，則圓弧B C段是滑切工作。設計H1為12 mm，H2為18 mm。

2 下壓力調節裝置的設計

精密播種機的播量、播深、株距這些技術指標決定出苗率、出苗整齊度，對作物產量有著直接影響，其中播深的穩定性取決于仿形機構的性能，農業機械上常用的仿形機構有單鉸鏈仿形機構、平行四連桿仿形機構、多桿雙自由度仿形機構等類型，平行四連桿仿形機構因結構簡單、仿形性能好、成本低、能使開溝器入土角不變、安裝及調整便利等特點，被廣泛應用于精密播種機上。

平行四連桿機構由前架、上桿、下桿、后桿連接架、仿形輪及工作部件組成，前架、上桿、下桿、后桿連接架相互鉸接構成平行四邊形。在工作過程中，上桿和下桿繞鉸接點轉動，前架和懸掛架相對不動，地輪在前進的同時隨地表起伏上下移動，帶動工作部件上下移動從而調整作業深度。其特點是開溝器入土角不變，作業深度相對一致。

播種機正常平穩工作時，所受的力有：重力G，牽引力P，土壤阻力R，仿形輪支反力N，四力平衡。

從圖4中可知，要使仿形輪能起到作用，必須使仿形輪支反力N大于零。因為牽引力的方向始終和拉桿平行，能使整個機構繞鉸接點A、D逆時針的力只有重力G。仿形輪的支反力N只能由重力和土壤條件決定。即工作部件在土壤表層的下陷量主要由固定的機構重力決定，適應性差，不能很好地滿足農藝要求。

圖4 平行四連桿仿形機構受力示意圖Fig.4 The stress diagram of parallel four-bar profiling mechanism

為使平行四連桿機構在繞鉸接點轉動時受到限制，可在平行四連桿機構的上桿和下桿之間添加拉力彈簧。

從圖5彈簧不同位置圖可以看出，a圖中的拉簧使機具的單組重力G變小，c圖中的拉簧使機具的單組重力G變大。b圖中的彈簧不起作用，因為彈簧拉力的方向和AB桿、CD桿平行，在平面機構中彈簧約束對機構自由度的影響是重復的，是對機構運動不起限制作用的重復約束，屬虛約束或消極約束，可除去不計。

圖5 彈簧不同位置圖Fig.5 The different positions of spring

本機采用圖a方式，加上旋轉手柄即為可調力式彈簧，見圖6。

圖6 下壓力調節裝置Fig.6 The lower pressure regulating device

3 結論

（1）合理設計開溝器刃口曲線，使曲線上的滑切角＞23°形成滑切；開溝器刀安裝方向變化可以進行5 mm播深調整。

（2）通過調節下壓力調節裝置中力的作用，使平行四連桿機構的仿形適應性得以提高，使播種機不僅能適應于保護性耕作的硬茬播種，而且也可以適應在旋耕后整地情況較好的土壤播種。