DWP-60型多功能窩眼輪式排種器的設(shè)計

侯心愛，張義勝，宮玉敏，張希峰，鞏 彬，陳金利

（淄博市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，山東淄博 255086）

0 引言

播種是種植業(yè)最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，機(jī)械化播種已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)播種形式。機(jī)械化播種作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)性工作，是農(nóng)作物健康生長的保證。

播種機(jī)械是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要組成部分。排種器作為播種機(jī)的核心，其性能的好壞對作業(yè)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響[1]。排種器一般分為機(jī)械式排種器和氣吸式排種器兩種。機(jī)械式排種器是播種機(jī)上使用最多的一種排種器，護(hù)種機(jī)構(gòu)是排種器上的重要部件之一，其作業(yè)效果直接影響播種質(zhì)量[2-4]。窩眼輪式排種器是機(jī)械式排種器常用的結(jié)構(gòu)之一。

市場上常用的窩眼輪式排種器，窩眼直接加工在排種輪外圓上，其大小、徑向位置是固定的。排種刷只是一個簡單的毛刷，其位置也是固定的。由于種子在排種箱內(nèi)的位置是橫七豎八的，種子落入窩眼的姿勢也是多變的。其特點是只適合小顆粒種子的播種，小顆粒種子一般是指平均直徑在3 mm以下的作物種子[5]，種類繁多，分布非常廣泛，多種花卉蔬菜、牧草以及谷物的種子都屬于此類。當(dāng)種子較大時，種子露出窩眼的尺寸較大，當(dāng)種子轉(zhuǎn)到排種刷位置時，由于排種刷的變形較小，種子卡在排種刷部位，排種輪無法轉(zhuǎn)動，使得播種工作無法進(jìn)行，造成斷苗現(xiàn)象，甚至損壞排種器。

針對存在問題，設(shè)計了一種多功能窩眼輪式排種器。介紹了排種器的機(jī)構(gòu)及工作原理。以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為例，確定了窩眼的最大外徑、容納谷物的最大孔徑、最大伸縮量、排種輪外圓可安裝窩眼的最大數(shù)量等參數(shù)。對不同窩眼時的理論株距進(jìn)行了設(shè)計計算。分析了影響排種器工作質(zhì)量的主要因素。

1 結(jié)構(gòu)

排種器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由種箱、排種槽輪拉桿、拉桿安裝板、排種槽輪壓簧、固定板、排種槽輪、固定軸、護(hù)種擋板、護(hù)種軟刷、排種輪、窩眼壓簧、窩眼、螺釘、清種口、排種軸、開口銷、軸承、排種器鏈輪等組成。

排種槽輪拉桿插在與種箱一體的拉桿安裝板孔內(nèi)，拉桿上端用開口銷定位，以防止其脫落；拉桿下端的螺紋與排種槽輪固定板連接在一起，拉桿的中部安裝排種槽輪壓簧，壓簧壓在拉桿安裝板和排種槽輪固定板之間；排種槽輪用固定軸安裝在固定板下端，排種槽輪既可以沿著固定軸轉(zhuǎn)動，又可以沿著拉桿上下浮動。在壓簧的作用下，排種槽輪壓在排種輪外圓上；排種槽輪用塑料或橡膠制作，外圓做成凸凹齒狀。護(hù)種擋板用螺釘固定在種箱殼體上，護(hù)種軟刷粘貼在護(hù)種擋板內(nèi)表面（見圖2）。

圖1 排種器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 排種槽輪局部放大圖

窩眼是單獨制作的，窩眼的外圓和排種輪的徑向孔間隙配合，窩眼能夠徑向移動。窩眼的中間部位有一個孔，螺釘穿孔而過，螺釘固定在排種輪上，同時將窩眼壓簧壓在窩眼的底部。在外力的作用下，窩眼受力壓縮窩眼壓簧，產(chǎn)生小范圍的軸向移動（見圖3）。

圖3 窩眼局部放大圖

2 工作原理

首先向種箱內(nèi)裝入種子，種箱內(nèi)的種子要始終保持在三分之一以上高度。窩眼的取種方式靠的是種子之間的壓力傳導(dǎo)，種箱內(nèi)種子的高度太低了，壓力傳導(dǎo)不足，容易造成窩眼取種不足，造成斷苗現(xiàn)象，影響播種質(zhì)量（如圖1所示）。

（圖1只繪出了排種輪外圓上2個窩眼的情況，窩眼的實際數(shù)量，要根據(jù)播種株距而定。）

靠近排種輪的種子在上部種子的擠壓下進(jìn)入窩眼內(nèi)。地輪轉(zhuǎn)動，通過地輪鏈輪傳動將動力傳導(dǎo)至排種器鏈輪，排種器鏈輪帶動排種軸及排種輪按圖示位置順時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)窩眼內(nèi)的種子遇到排種槽輪時，種子被刷到和排種輪外圓平整位置，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動。進(jìn)入護(hù)種機(jī)構(gòu)范圍后，在護(hù)種擋板及護(hù)種軟刷的護(hù)送下，窩眼轉(zhuǎn)到排種輪下方位置時，種子在重力的作用下落入土中，播種機(jī)開始對種子進(jìn)行覆土、鎮(zhèn)壓工作，然后完成播種任務(wù)。種箱內(nèi)剩余的種子由清種口排除。

當(dāng)遇到窩眼內(nèi)的種子顆粒較大處于直立位置，或者兩三粒種子一塊卡在窩眼內(nèi)時，遇到排種槽輪后，排種槽輪受力，使窩眼壓簧受到壓縮，窩眼向排種輪心部移動，避免了種子在排種槽輪部位的卡滯現(xiàn)象，使得窩眼帶動種子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。在窩眼壓簧受到壓縮，窩眼向排種輪心部移動的同時，排種槽輪壓簧也受到壓縮，排種槽輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動且位置上移，也給種子繼續(xù)轉(zhuǎn)動通過排種槽輪提供了可能。

由于窩眼能夠徑向移動，在種子通過護(hù)種機(jī)構(gòu)時，種子與護(hù)種軟刷不會產(chǎn)生大的摩擦，減少了種子的損傷。

窩眼做成各種規(guī)格的，更換不同規(guī)格的窩眼，可適應(yīng)不同規(guī)格種子的播種需要。根據(jù)種植株距的要求，計算地輪至驅(qū)動鏈輪的傳動比，確定排種輪的外圓上窩眼的數(shù)量。

排種槽輪用橡膠或塑料等軟材質(zhì)做成，既可以沿著固定軸轉(zhuǎn)動，又可以沿著拉桿上下浮動。與全毛刷結(jié)構(gòu)相比，種子與全毛刷的滑動摩擦，變成了種子與排種槽輪的滾動摩擦，有效防止種子損傷。排種槽輪的外圓做成凸凹狀，避免了打滑，也有利于抓取種子。

3 設(shè)計計算

排種器的規(guī)格是多種多樣的，主要規(guī)格是指排種輪的直徑、寬度等。排種器最主要的性能指標(biāo)是播種株距、排種輪的轉(zhuǎn)速等，這里以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為列，進(jìn)行設(shè)計計算。排種輪的直徑為60 mm、寬度為22 mm。

根據(jù)排種輪的結(jié)構(gòu)，確定窩眼外圓的最大直徑為20 mm，窩眼的最大伸縮量為5 mm。窩眼容納谷物的最大孔徑為18 mm，此孔徑的大小可用于玉米粒的播種。排種輪的外圓最多可安裝6個窩眼。

3.1 播種株距計算

在不考慮地輪打滑系數(shù)的條件下，排種器的理論播種株距計算公式為：

式中：T ——理論株距（mm）；

C —驅(qū)動地輪周長（mm）；

Z1—地輪鏈輪齒數(shù)；

Z2—排種器鏈輪齒數(shù)；

S —排種器窩眼數(shù)。

驅(qū)動地輪周長計算公式為：

式中：D —地輪直徑（mm）。

這里，選用地輪鏈輪齒數(shù)Z1為10齒；排種器鏈輪齒數(shù)Z2為12齒；選用常用的地輪直徑250 mm。

由式2計算得到，驅(qū)動地輪周長C=785 mm；

當(dāng)窩眼數(shù)量S為2、3、4、5、6時，由式1計算出排種器的理論播種株距，計算結(jié)果見表1。

表1計算結(jié)果沒有考慮地輪打滑系數(shù)的影響因素，實際情況是，地輪與地面之間存在打滑現(xiàn)象，此時，實際播種株距要加大。如果地輪與地面的打滑系數(shù)按照0.05計算，則五個播種株距應(yīng)為：495 mm、329.7 mm、247 mm、197.8 mm、164.8 mm。改變鏈輪傳動比，可以改變播種株距。

表1 排種器理論播種株距

3.2 排種輪轉(zhuǎn)速計算

地輪轉(zhuǎn)速計算公式為：

式中：n1——地輪轉(zhuǎn)速（rpm）；

v—播種機(jī)行走速度（km/h）。

排種輪轉(zhuǎn)速計算公式為：

式中：n2—排種輪轉(zhuǎn)速（rpm）。

為了確保播種質(zhì)量，播種機(jī)行走速度控制在5 Km/h以內(nèi)，根據(jù)式3-4，計算出了播種機(jī)不同行走速度時，對應(yīng)的地輪、排種輪轉(zhuǎn)速，計算結(jié)果見表2。

表2 地輪、排種輪轉(zhuǎn)速

4 影響排種質(zhì)量因素分析

影響排種器工作質(zhì)量的因素主要有：

一是機(jī)具的行駛速度。從理論上講，排種器的播種株距與作業(yè)速度無關(guān)，即快走快播，慢走慢播。實際情況則不然，作業(yè)速度的快慢等因素會影響播種質(zhì)量的好壞。在播種作業(yè)時，為了追求作業(yè)效率，卻忽略了保持合理的作業(yè)速度對播種質(zhì)量的重要性，造成播種合格率降低，出現(xiàn)缺苗的情況。若作業(yè)速度過低，則會嚴(yán)重影響作業(yè)效率；若作業(yè)速度過高，則會出現(xiàn)充種不充分，出現(xiàn)空穴率增大，播量不足，缺苗的情況，嚴(yán)重影響作物的質(zhì)量。

二是排種輪轉(zhuǎn)速。排種輪轉(zhuǎn)速主要是影響排種器的充種率，在充種時隨著排種器轉(zhuǎn)速的增大，部分種子來不及充入窩眼而造成漏種率的增大；而轉(zhuǎn)速過小則會增大雙籽率，因此需要找到最佳的排種輪轉(zhuǎn)速。參考有關(guān)資料，播種機(jī)的最佳行駛速度為3 km/h，排種輪轉(zhuǎn)速為40 rpm/min，播種合格率達(dá)到98%以上[6]。

三是種箱內(nèi)種子的數(shù)量。種箱內(nèi)的種子要始終保持在三分之一以上高度，種箱內(nèi)種子的高度太低了，壓力傳導(dǎo)不足，容易造成窩眼取種不足，造成斷苗現(xiàn)象，影響播種質(zhì)量。

5 結(jié)論

一是多功能窩眼輪式排種器，排種器采用可伸縮窩眼式結(jié)構(gòu)，配合可伸縮的排種槽輪結(jié)構(gòu)，使輪式排種器能夠播種大粒種子，提高了輪式排種器的應(yīng)用范圍。二是由于窩眼是單獨制作的，更換不同規(guī)格的窩眼，可適應(yīng)不同直徑種子的播種需要。排種輪的外圓上，加工上不同數(shù)量的窩眼，實現(xiàn)不同行距的谷物播種。三是可伸縮窩眼式結(jié)構(gòu)與護(hù)種機(jī)構(gòu)相結(jié)合，種子與排種槽輪采用滾動摩擦傳動方式，有效減少了種子的損傷。四是以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為例，確定了窩眼的最大外徑、容納谷物的最大孔徑、最大伸縮量、排種輪外圓可安裝窩眼的最大數(shù)量等參數(shù)。對不同窩眼時的理論株距進(jìn)行了設(shè)計計算。五是播種機(jī)行走速度為3 km/h，排種輪轉(zhuǎn)速為40 r/min時，排種器的工作質(zhì)量最高。