氣力式播種機的基本原理與失效形式分析

呂泰紅

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

谷物播種是農業生產中的基礎環節，播種質量直接影響作物后續的出苗率、地下部分和地上部分的生長情況，對作物產量和品質具有重大影響[1-2]。隨著播種技術與機械的逐漸發展，氣力式播種是目前應用最為廣泛的播種技術。氣力式播種機排種器由帶吸種孔的排種盤(輪)、滾筒、風機和氣力系統等構成[3-5]。當進行田間播種作業時，種子由于壓差進入吸種孔，被排種盤帶出氣流作用區時,因自重落入輸種管，播入種床。按作用原理分為氣吸式、氣壓式和氣吹式等。

氣力式播種機對于種子外形要求不高，可以進行不同作物的播種，通用性較好，且在播種過程中不易損傷種子，可以實現精量播種，適合田間高速播種作業[6]，因此，得到了廣泛的應用與發展。同時，由于氣力系統較為復雜，當出現田間故障時，對維修人員的技術要求及知識儲備要求較高。

針對以上問題，為了提高氣力式播種機的工作效率，本研究針對氣力式播種機關鍵部件——氣力系統的基本結構與工作原理進行系統論述，并針對氣力式播種機田間常見故障與維修方法進行概述。研究結果對于氣力式播種機的結構優化與設計提供技術參考與依據，對于提高氣力式播種機田間工作效率具有重要意義。

1 基本結構及工作原理

1.1 基本結構

目前，氣力式播種機在蔬菜、水稻、玉米等各種作物都有廣泛應用與發展[7]，針對不同的作物類型，其播種結構也會存在一些差異，本章節以水稻氣力式播種機為例，對氣力式播種機基本結構與工作原理進行分析。氣力式水稻播種機排種器主要由種箱、排種軸、排種盤等組成(圖1)。

1.凸輪；2.種箱；3.推桿；4.排種管；5.氣室；6.排種盤；7.鏈輪；8.排種軸；9.軸套；10.法蘭；11.氣室罩殼；12.梳種條

1.2 工作原理

基于氣力式工作原理，該播種機在進行田間播種作業時，主要是通過排種器內氣力系統形成負壓環境，完成種子的吸附，然后切換至正壓環境，種子順利排出，實現播種作業。主要工作過程如下：

1)種箱內的種子隨著氣室的壓力變化穩定地流入充種室，在充種室內形成堆種；

2)排種器進行播種作業，在梳種條的作用下不斷將種子向上涌動，為氣室吸種做好準備；

3)氣室內壓力變化，將涌動的種子進行吸附，芽種隨著排種盤流動，當氣室內壓力變為正壓時，種子在自身重力與吹力的雙重作用下完成排種過程，落入導種管內；

4)種子順著導種管落入田間完成播種工作。

1.3 特點

氣力式播種機通用性較好，可以通過更換不同的吸孔和排種盤適應不同尺寸和不同播種技術參數的要求，根據播種行數和不同種子要求，選擇相應的型孔排數、每排的孔數和孔徑的大小(表1)[8]。但是對氣力系統中氣室的密封性要求較高，結構較為復雜，且容易出現損壞。

表1 適播作物種子與排種盤技術參數

2 氣力系統設計原則

氣力系統是影響播種效果的主要系統之一，氣力系統的穩定性是影響播種效率的主要因素。若吸壓較小，播種機排種器會出現不易吸種的問題，嚴重時還會導致種子脫落，進而出現漏播現象；吸壓過大，會造成吸種量較多，種子不易落下等問題，會導致重播現象，直接影響田間播種質量，因此，對氣力式播種機氣力系統的基本設計原則進行分析，以期為提升氣力式播種機工作效率與結構優化提供理論依據。本研究以單個種子在氣室內的受力過程進行分析(圖2)。

圖2 種子受力分析示意圖

P為單個吸孔的吸附力，主要由氣室風機提供，G為單個種子的重力；J為種子被吸附在吸孔中隨排種盤運動的慣性力，其方向與受力情況隨著角度β的變化而變化；Ff為種子之間的摩擦力，N為吸孔的吸附力。對單個種子的吸附力應該滿足以下條件

(1)

其中

(2)

Q=G+J+Ff

(3)

式中p—單個吸孔對一粒芽種吸附的真空度，Pa；

S—種子重心與吸種盤之間距離，cm

Q—合力，N

為了實現種子的吸附，氣力系統的氣室內吸力應該大于P，以此作為氣力系統的基本設計原則。

3 常見失效形式與維修技術

3.1 排種不均勻

排種不均勻主要表現為氣力式播種機在工作過程中，種子排量忽多忽少，影響播種均勻性，對后續作物生長及田間標準化建設具有重要影響。

3.1.1 故障原因

導致氣力式播種機排種量不均勻的主要原因包括以下幾個方面。

1)種子輸送機構故障。播種機傳動系統出現故障，會導致整個機器動力傳遞不均勻，風機風力忽大忽小，氣室內氣流不均勻，導致氣壓不穩定，對種子吸附量及排出量不均勻。

2)氣室內氣流輸送膠管密封性失效。如出現氧化、裂紋和損壞等，造成氣室內部氣流、氣壓不穩定，氣壓降低，對種子吸附能力降低，導致取種失效，進而引起種子排量不均勻。

3)風機故障。由于沒有定期進行保養工作，在進行長時間運轉后，風機出現運行狀態故障，工作能力不穩定，造成氣室內負壓力不足，造成取種失效。

3.1.2 維修方法

當出現排種不均勻現象時，對可能發生問題的關鍵部件進行排除。首先檢查氣室負壓環境的形成情況，當出現負壓環境無法形成時，進一步對氣室管路密封性進行檢查，檢查是否存在管路老化、破損導致氣室密封性失效；若故障無法排除，接下來進一步檢查氣室壓力形成情況，當出現氣室內壓力形成不足時，應檢查相關排種傳動系統是否存在故障。

3.2 無法播種

3.2.1 故障原因

氣力式播種機在工作過程中出現無法播種、種子無法順利排出等問題，主要原因是氣力系統內氣壓系統無法順利建立負壓和正壓環境，一般主要是由于風機失效、傳動系統部件失效或損壞，導致無法建立負壓、正壓環境，對種子的吸附與排出能力喪失，是目前氣力式播種機常見的故障之一。

3.2.2 維修方法

當出現無法播種時，應該依次檢查風機與氣室管路，首先檢查氣室管路的密封性，確認管路無故障后進一步檢查風機系統，對風機及其配套部件進行檢查，檢查是否存因某個部件失效導致風機故障，及時進行零件維修與更換，最后排種盤損壞也會導致種子無法順利排出，當發現排種盤損壞后應及時進行更換。

3.3 播深不一致

3.3.1 故障原因

種子播深不一致會直接影響后續作物的出苗率、出苗整齊度，若播種過深會導致種子不出苗，或即使出苗后，作物后續根系生長質量也較差。氣力式播種機播深不一致主要原因是由于開溝器功能出現故障，如長時間使用導致開溝器嚴重磨損，或者由于開溝器設計不合理、不標準等問題導致開溝不一致，也會影響種子的播深。

3.3.2 維修方法

出現播深不一致的問題后，應該對開溝器進行檢查，確定開溝器是否存在磨損與損壞，對于磨損較為嚴重的開溝器應該及時進行更換與修復。

4 結語

氣力式播種機在播種過程中不易損傷種子，可以實現精量播種，適合田間高速播種作業，在各類作物播種作業中得到了廣泛的應用與發展。但是由于結構復雜、氣室的密封性要求較高，在田間作業時容易出現損壞。針對以上問題，本研究以氣力式水稻精量播種機為例，系統論述了氣力式播種機的主要結構特點、組成和工作原理，以此為基礎開展下一步的研究；并針對氣力式播種機的核心部件—氣力系統的基本設計原則與優化方法進行概述；提出氣力式播種機田間工作中常見的播種故障，主要包括排種不均勻、無法播種和播深不一致，并對故障形成原因與排除方法進行論述。

研究結果以期為提升氣力式播種機的田間推廣與應用效率提供技術參考與借鑒，對于進一步提高我國氣力式播種機的發展具有參考意義。

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