夹持式玉米精密穴播轮的设计及工作过程分析

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夹持式玉精密穴播轮设计及工作过分析引言玉米是我国第二大粮作物，种植面积大，分布广。其种植方式主要有条播穴播两种：条播后种子在种行内呈条状分布，种子发芽、苗和定苗后，幼苗株距不准确；穴播可将种子在种行内点成穴，与条播相比具有节省种子、行间株距变异系数小和距准确等特点。另外，精密穴播可实现l穴粒，既保证出苗齐、全、壮，且植株营养面积合理，便于田间管理，作物产量的提高提供了有力保证。随着种子加工技术、农技术、灌溉技术和土壤耕作技术的发展，玉米种子发芽率及保苗率得到了大幅提高，玉米精密穴播技术正受到人们青睐，并成为玉米种植技术的主要发展方向。新疆玉米普遍采用膜精密穴播种植模式，穴播轮是玉米精密穴播的核心工装置。该装置一次完成充种、取种、清种、掘穴和投种等业工序。目前，玉米精密穴播轮主要有气吸式和机械式两吸式穴播轮排种精确作可靠，使用较多，但结构复、造价高，使用成本大；机械式穴播轮采用型孔轮精密取，因取种型孔的大小由单粒种子的尺寸确定，而实际工作种子大小变化较大，故该类穴播轮对种子的适应性差，作后易出现漏播和重播，且排种时对种子有损伤。夹持式玉精密穴播轮是一种新型穴播装置。该

装置采用重力夹持原取种，结构简单、工作稳定，对种子大小适应性强，且不种。为此，对夹持式玉米精密穴播轮的结构以及主要部件行了介绍，并对其工作过程进行了分析计算。1

穴播轮的结构及工作理夹持式玉米精密穴播主要由鸭嘴圈、定盘、动盘、取种器、清种器、挡种、投种器、成穴器、种子室和充种刷等零部件组成。其中种子室是由定盘、动盘、鸭嘴圈形成的闭合空间，其结构图所示工作时，在播种机组牵引下，穴播轮在铺好地膜的种床上滚动；种子室内种子群在种子室一侧做环流运动。当取种器经过种子群时取种器夹种板和底板之间有一夹角，形成1夹种口，种室内的种子在重力、种子群力以及充种刷的作用下进入夹口。取种器离开种子群后，此时夹种板在重块杠杆力的作下绕销轴逆时针转动，夹种口角度减小，将种子夹住。随取种器的转动，未被夹住的种子在重力及清种器的作用下取种器上自行落下，完成清种作业。当取种器运动至穴播的另一侧时，取种器的重块在投种器的拨动下反向转动，种口角度增大，此时夹种口中的种子夹持力消失，种子在力的作用下落入接种杯；随着穴播轮的滚动种杯中的子进入成穴器成穴器破膜入土开穴，

种子在重力、离心力同作用下落人穴底，完成1排种作业。22.1

主要部件的设计与计取种装置取种装置主要由底板种座和重块等部件组成。其中，重块和夹种板过销轴铰接在支座内，结构如图2所示。2.1.1

底板及夹种板底板固定在鸭嘴圈的圈上，夹种板与重块相连，二者相对运动形成夹种口夹种口精度决定取种的精度，其尺寸较长或较宽利于取种但影响取种精度。因此，夹种板与底板的外形尺寸参数取于种子的外形尺寸，板长为种子的长度的，板宽设为种子长度。2.1.2重块当取种器运动至最高时，要求种子被可靠地夹在夹种板和底板之间，重块力分析如图3所示。在重块杠杆力的作用下，根据杠杆平原理，理论上重块的质量为Gal>Ga2(1)式中重块重心铰接点的水平距离m)a2--种子重心至铰接点的水平距离m)G一子重力N)G一重块重力N)。工作时，穴播轮与播机机架铰接。若地面不平

或硬土块颗粒较大，穴器与地面接触时，穴播轮会上下振动，重块随之抖动；重块质量过小，在振动时，无法可靠夹持种子，造成漏播因此，重块的质量应取得较大。2.2投种器角度的设当取种器转至鸭嘴圈另一侧时，夹种板在重块的带动下绕销轴顺时针转动重块质量过大，落种起始角度减小，投种区域弧度减小，子在鸭嘴圈高速旋转时自行进入接种杯的几率减小。投种的设置，可加速拨动重块带动夹种板运动，解除种子夹持，增大落种起始角。根据底板夹种板以及种杯的相对位置关系，可得安置投种器的最佳角度日如图4所示。式中am接种杯高度6一种子重心距接种之间的距离。33.1

工作过程分析计算充种工作时，取种器固定种子室内圈上，当取种器经过挡种圈时，种子室内的子填充进夹种口，如图5所示。种子在重力和种子群力的用下，最底层的种子相对取种器静止，其角速度为零。力分析后，可得最佳充种角d3.2清种

在充种过程中，种子内的种子以任意角度进入夹种口。此时，取种器带多粒种子，由于底板和夹种板间的角度和尺寸参数的确定，会有一粒种子被可靠夹住。清种时，多余的种子夹种口处落下。下落分方式有两种：1)清种器水平固定在盘上且相对鸭嘴圈静止。当取种器以一定的角速度随嘴圈运动时，大部分不稳定的种子受到种子自身垂直向下重力以及清种器对种子向下的作用力从夹种口两侧落下2)没有落下的多余种被取种器带到种子室上侧后，种子在重力、离心力和种相对夹种板的摩擦力作用下落下。此时，受力如图所示其中，G为种重力，丁为夹种板对种子的支持力，子离心力／为夹种板对种子的摩擦力力，则种子从夹种口下必须满足如下关系由式(5)可知，清种始角妒随着摩擦因数p的增大而增大。3.3落种取种器转至鸭嘴圈的一侧时，重块带动夹种板在自身重力、离心力和清种的作用下相对底板向下运动。被夹持的种子在重力和离心的作用下解除自锁落入接种杯中，受力分析如图7所示。建试验台时，底板紧贴鸭嘴圈壁，离

心力P支持力r在一条直线上析可得落种起始角y，则有由理论分析得，落种始时，种子以鸭嘴圈速度做斜抛运动，倾角为落种起角，所受合力方向斜向下，加速度为当取种器运动至鸭嘴底部时，种子竖直方向上受力平衡不会落人接种杯中此时，鸭嘴圈转过的弧度为理论分析得：种子解自锁到落人接种杯的时间要小于鸭嘴圈从种子解除自到种子不能自行下落时运动的时间t<t’，即根据鸭嘴圈转速可得种过程中种子的运动轨迹方程应用MATLAB软件对种过程的运动轨迹进行模拟，如图8所示。从模拟运动轨迹图可看出，当秽1.2m/s，投当秽>1.2m/s时，投种轨迹斜上，种子难以进入接种杯，易漏播。4

田间试验对穴播轮进行田间试，试验品种为新玉29号玉米种子，在速度相同的条下重复试验5次每次取5个点，每

个点取30个穴，试结果取平均值。主要检测指标为单粒率、双粒率、三粒率空穴率和破损率，试验结果如表l所示。由试验可知，工作速在0.6m/s时，夹持式玉米精密穴播轮单粒率可达90%，粒率6%空穴率4%，且种子无破损，可基本实现精密种。5

结论1)由理论分析结果可，夹持式取种器夹种板和底板之间的夹角可变。因此该取种方式对种子形状和尺寸的适应性好，破碎率低。2)夹种板与底板的尺参数由种子的大小形状决定，且两侧开口，取种可靠取种精度高。3)由试验结果