谷子精量播種機構設計研究

0谷子精量播種機的重要性糧是中國的特產(chǎn)。自古以來，它就是中國北方的重要糧食。種植面積占世界糧食種植面積的80%，產(chǎn)量占世界糧食總量的90%。谷子產(chǎn)業(yè)的興衰對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。目前，全國谷子種植面積下降了，其主要原因是由于谷子生產(chǎn)用工多，特別是間苗難。精少量播種是實現(xiàn)谷子機械化生產(chǎn)的基礎，只有這樣才能達到免（少）間苗的目的。廣大農(nóng)民急需一種既能保證出全苗，又能降低間苗勞動強度、性能穩(wěn)定的谷子精量播種機。針對我國谷子種植區(qū)地塊大小不一、間苗勞動強度大、播種期干旱缺水風大等實際情況，我們以排種器的創(chuàng)新設計為突破點，以開溝播種鎮(zhèn)壓集成系統(tǒng)為重點，設計研究了主要由帶清種槽窩眼輪式谷子排種器和雙輪驅動開溝鎮(zhèn)壓集成系統(tǒng)機構組成的谷物精量播種機。1播種機械的結構和工作原理1.1常見的排種器、鋼架結構播種單體組（見圖1）主要由懸掛與機架機構、滑塊式仿形機構、排種器總成、單體鋼架、鏈傳動機構、雙輪雙側鎮(zhèn)壓機構、鞘式開溝器、刮土板、鎖緊螺栓、輸種管等組成。1.2播種前排種機和排種器安裝播種單體組與滑塊式仿形機構的滑塊焊接在一起，用U型卡安裝在機架上，可以組成1行到多行的完整播種機。播種機通過懸掛機構與拖拉機連接，當拖拉機向前行走時帶動播種機前行開始播種作業(yè)，雙輪雙側鎮(zhèn)壓機構通過鏈傳動機構帶動排種器總成（調整好的傳動比）開始排種，同時鞘式開溝器按預先調整好的深度入土，排種器排出的種子通過輸種管進入鞘式開溝器播入土壤完成播種作業(yè)，雙輪雙側鎮(zhèn)壓機構同時完成鎮(zhèn)壓作業(yè)。當?shù)乇砀赏翆雍穸却笥?0mm時，可安裝上刮土板，并調整至適當高度，作業(yè)時將干土刮至種植帶兩側（使地表干土層厚度小于50mm）；當?shù)乇砀赏翆雍穸刃∮?0mm時，不需要安裝刮土板。1.3條淺溝，充積雨水作業(yè)效果剖面示意見圖2，播種后土壤斜面1、土壤斜面3是經(jīng)過鎮(zhèn)壓輪壓緊的土壤表面，在這2處形成了2條淺溝，這2條溝能夠很好地起到充積雨水的作用；土壤平面2是鞘式開溝播種器經(jīng)過且未經(jīng)鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓的地方，其表面是粗糙不平的，這個粗糙不平表面的好處是不易形成土壤板結（特別是在剛剛播種后就遇下雨時），它又正好在種子正上方，給幼苗破土創(chuàng)造了良好的條件。2主要工作設備的結構和工作原則2.1排水設備的結構和工作原則2.1.1無刮種裝置見圖2帶清種槽窩眼式排種器主要由殼體、排種盤、調節(jié)環(huán)、排種軸、鏈輪、種箱等構成，排種器結構見圖3。排種盤、軸承、鏈輪、排種軸固定在一起，工作中是轉動部分。調節(jié)環(huán)、蓋板與殼體通過鎖緊螺栓及小螺栓固定在一起，工作中是非轉動部分，種箱固定在殼體突臺上，種子從調節(jié)環(huán)的進種口進入充種區(qū)。工作時，動力連接鏈輪，通過排種軸帶動排種盤轉動，實現(xiàn)該排種器的充種、合力（重力和離心力）清種、護種、排種一系列連續(xù)作業(yè)。排種盤的設計采用帶清種槽的窩眼式結構（見圖4）。松開鎖緊螺栓，適當旋轉調節(jié)環(huán)，可以改變充種區(qū)內(nèi)種子平面的高低，充種區(qū)與清種區(qū)是相通的一個空腔。排種器在轉動過程中取上種子，窩眼以外多余的種子通過清種槽靠重力自動清除，留在窩眼內(nèi)的種子被保留在一個有效的空間內(nèi)，轉過護種區(qū)一直到排種口排出，實現(xiàn)了既無刮種裝置又不傷種的效果。通過改變窩眼直徑（圖4中的Φ），可以達到（或調節(jié)）精少量播種的目的。2.1.2排種、排種見圖3，當動力通過鏈輪、排種軸，帶動排種盤旋轉時，排種盤在Ⅰ象限完成充種過程，在Ⅱ象限窩眼以外多余的種子通過清種槽靠合力自動清除，在Ⅲ象限和Ⅳ象限的前半程為護種區(qū)，在Ⅳ象限的后半程，種子在重力作用下，經(jīng)過排種口、導種管鞘式開溝播種器落入土壤，完成排種作業(yè)。松開鎖緊螺栓，旋轉調節(jié)環(huán)，不但可以改變充種區(qū)內(nèi)種子平面的高低，而且在完成播種作業(yè)后，轉動調節(jié)環(huán)，使其進種口轉至排種器架上的排種口位置時，還可以清理種箱內(nèi)剩余的種子。2.2滑塊模仿結構的結構2.2.1結構2.2.2粗彈簧下的滑動接觸導向外套通過U型卡垂直于地面固定在機架上，滑塊與播種單體組鋼架焊接在一起，通過上下4個滾柱與導向外套滑動接觸，并在粗彈簧的作用下始終壓向下方，給鞘式開溝器提供有效的入土壓力，在播種機提升時緩沖細彈簧，起到避免沖擊降低噪聲的作用。與傳統(tǒng)平行四連桿仿形機構相比，本滑塊式仿形機構既能實現(xiàn)同樣的仿形功能，又減短了整機縱向長度，降低了拖拉機提升力矩（減小了燃料消耗），增加了機組機動性能。2.3無排污機構的開溝器布置開溝器與雙輪雙側鎮(zhèn)壓機構的結構見圖6，其工作原理在前面已述，這里主要說明的是此機構將鞘式開溝器布置在2個仿形輪（驅動輪）中間，出種口與仿形輪中心線很近，既避免了傳統(tǒng)播種機仿形距離遠，容易漏種的弊端，又使整機結構緊湊。3精密排種器試驗種子粒距測量播種機性能試驗分兩部分：(1)在本單位“省科技廳重點實驗室———排種器綜合性能實驗室”完成排種器性能測試；(2)在田間完成播種機整體性能試驗。排種器綜合性能試驗臺采用機器視覺方法測量粒距，粒距測量精確度達到不大于±1mm。試驗中可進行不間斷地測量、實時采集、處理圖像、存儲數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)能夠滿足各型式精密排種器的各項試驗要求。此系統(tǒng)能夠以直接測量方式精確測得排種器試驗種子粒距，較傳統(tǒng)光電方式測量更為準確、迅速、直觀。同時，可自動計算處理得出有關均勻性、穩(wěn)定性、一致性等播種精度指標（粒距的平均值、標準差、變異系數(shù)等），并打印輸出試驗數(shù)據(jù)、報表、頻率直方圖。對于條播排種器，試驗臺提供排量穩(wěn)定性（能實現(xiàn)排種量的稱重測量）、變異系數(shù)等檢測指標；對于穴播排種器，試驗臺提供穴距、穴粒數(shù)，實際穴距分布值，判定穴距合格率、穴粒數(shù)合格率等指標；對于精密排種器，試驗臺提供精確的種子粒距（粒距測量平均誤差±2mm）、合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、變異系數(shù)等檢測指標，并輸出符合國家標準要求的試驗數(shù)據(jù)和圖表，可存儲播種錄像，用于反復觀察分析。3.1技術指標的確定該排種器屬于穴播類型，由于國家標準、部頒標準、地方標準中均無相應的谷子穴播標準，本設計中各行排量一致性變異系數(shù)、總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)、種子破碎率根據(jù)中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T6274.1-2001《谷物播種機技術條件》確定，穴距、平均穴粒數(shù)根據(jù)當?shù)剞r(nóng)藝要求確定，空穴率、穴距變異系數(shù)等指標參考中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T10293-2001《單粒（精密）播種機技術條件》、國家標準GB/T6973-2005《單粒（精密）播種機試驗方法》、北京市地方標準DB11/T459-2007《蔬菜穴播播種機技術條件》、河北省地方標準DB13/T954-2008《節(jié)水穴播機作業(yè)技術規(guī)范》確定。3.2模擬限制充放電子天平稱重wag排種量測試方法排種性能試驗的測試方法如下：將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，保持機具靜止狀態(tài)，由試驗臺通過鏈輪驅動排種器，以谷子（晉谷29，千粒重3g）為測量對象。測定時間30s，收集各排種口排出的種子，試驗臺電子天平稱重（精度0.01g），測試次數(shù)5次。通過對谷子排種性能進行測定，得到表1所示的技術性能指標。根據(jù)指標考核要求，各行排量一致性全部達標。當轉速為39r/min時，總排量穩(wěn)定性變異最大，較為適合的轉速為52r/min。3.3種子損壞率試驗3.3.1種子稱重和品質從待播的種子中取出3份，每份取50g，從中揀出破損的種子，稱其質量，稱重精度0.1g。種子原始破損率按式(1)計算，并求出平均值。式中，ω3.3.2種子機械破損率測定測定時，將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，由試驗臺通過鏈輪驅動排種器，以相當于作業(yè)速度的轉速驅動排種器軸，其回轉圈數(shù)按相當于行進長度50m折算(取整圈數(shù))，從各排種器排出的種子中取出5份種子樣本，每份質量50g，選出其中破碎損傷的種子稱其質量，稱重精度0.1g，按式(2)計算種子總破損率，并求出平均值。式中，ω式中，ω為種子機械破損率，單位是%。經(jīng)測定和計算種子機械破損率為0.08%，符合指標要求的小于0.5%，破損率合格。3.4排種器運行性能試驗方法如下：將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，保持機具靜止狀態(tài)，由試驗臺通過鏈輪按規(guī)定作業(yè)速度驅動排種器，試驗臺種床帶帶速按排種器相應作業(yè)速度運行。測定時間30s（測定不少于200個穴距），測試由試驗臺自動完成并輸出數(shù)據(jù)。式中，f為總穴數(shù)，L式中，L由表2統(tǒng)計結果可知，以相當于作業(yè)速度3km/h、4km/h、5km/h測試時，對應的變異系數(shù)分別為26.01%、23.96%、29.38%，均達到指標要求（a<40）；穴粒數(shù)合格率分別為92.4%、89.9%、88.7%，均達到指標要求（H4滑塊式仿形機構研制的帶清種槽窩眼式排種器是專用谷物精量播種機的創(chuàng)新點之一，其結構簡單，不但改善了普通垂直窩眼充種不穩(wěn)定和種子破碎率高的不足，而且實現(xiàn)了無清種板（刷）依靠重力清種的目的，播量準確，穴距均勻，達到了精量播種的目標，具有較高的性價比?；瑝K式仿形機構的結構見圖5，由調節(jié)螺栓、粗彈簧、滑塊、滾柱、緩沖細彈簧、導向外套等組成。式中，X研制的開溝器、雙輪雙側鎮(zhèn)壓機構、滑塊式仿形機