谷子精量播种机构设计研究

谷子精量播种机构设计研究

0谷子精量播种机的重要性粮是中国的特产。自古以来，它就是中国北方的重要粮食。种植面积占世界粮食种植面积的80%，产量占世界粮食总量的90%。谷子产业的兴衰对我国农业的发展有着重要的作用。目前，全国谷子种植面积下降了，其主要原因是由于谷子生产用工多，特别是间苗难。精少量播种是实现谷子机械化生产的基础，只有这样才能达到免（少）间苗的目的。广大农民急需一种既能保证出全苗，又能降低间苗劳动强度、性能稳定的谷子精量播种机。针对我国谷子种植区地块大小不一、间苗劳动强度大、播种期干旱缺水风大等实际情况，我们以排种器的创新设计为突破点，以开沟播种镇压集成系统为重点，设计研究了主要由带清种槽窝眼轮式谷子排种器和双轮驱动开沟镇压集成系统机构组成的谷物精量播种机。1播种机械的结构和工作原理1.1常见的排种器、钢架结构播种单体组（见图1）主要由悬挂与机架机构、滑块式仿形机构、排种器总成、单体钢架、链传动机构、双轮双侧镇压机构、鞘式开沟器、刮土板、锁紧螺栓、输种管等组成。1.2播种前排种机和排种器安装播种单体组与滑块式仿形机构的滑块焊接在一起，用U型卡安装在机架上，可以组成1行到多行的完整播种机。播种机通过悬挂机构与拖拉机连接，当拖拉机向前行走时带动播种机前行开始播种作业，双轮双侧镇压机构通过链传动机构带动排种器总成（调整好的传动比）开始排种，同时鞘式开沟器按预先调整好的深度入土，排种器排出的种子通过输种管进入鞘式开沟器播入土壤完成播种作业，双轮双侧镇压机构同时完成镇压作业。当地表干土层厚度大于50mm时，可安装上刮土板，并调整至适当高度，作业时将干土刮至种植带两侧（使地表干土层厚度小于50mm）；当地表干土层厚度小于50mm时，不需要安装刮土板。1.3条浅沟，充积雨水作业效果剖面示意见图2，播种后土壤斜面1、土壤斜面3是经过镇压轮压紧的土壤表面，在这2处形成了2条浅沟，这2条沟能够很好地起到充积雨水的作用；土壤平面2是鞘式开沟播种器经过且未经镇压轮镇压的地方，其表面是粗糙不平的，这个粗糙不平表面的好处是不易形成土壤板结（特别是在刚刚播种后就遇下雨时），它又正好在种子正上方，给幼苗破土创造了良好的条件。2主要工作设备的结构和工作原则2.1排水设备的结构和工作原则2.1.1无刮种装置见图2带清种槽窝眼式排种器主要由壳体、排种盘、调节环、排种轴、链轮、种箱等构成，排种器结构见图3。排种盘、轴承、链轮、排种轴固定在一起，工作中是转动部分。调节环、盖板与壳体通过锁紧螺栓及小螺栓固定在一起，工作中是非转动部分，种箱固定在壳体突台上，种子从调节环的进种口进入充种区。工作时，动力连接链轮，通过排种轴带动排种盘转动，实现该排种器的充种、合力（重力和离心力）清种、护种、排种一系列连续作业。排种盘的设计采用带清种槽的窝眼式结构（见图4）。松开锁紧螺栓，适当旋转调节环，可以改变充种区内种子平面的高低，充种区与清种区是相通的一个空腔。排种器在转动过程中取上种子，窝眼以外多余的种子通过清种槽靠重力自动清除，留在窝眼内的种子被保留在一个有效的空间内，转过护种区一直到排种口排出，实现了既无刮种装置又不伤种的效果。通过改变窝眼直径（图4中的Φ），可以达到（或调节）精少量播种的目的。2.1.2排种、排种见图3，当动力通过链轮、排种轴，带动排种盘旋转时，排种盘在Ⅰ象限完成充种过程，在Ⅱ象限窝眼以外多余的种子通过清种槽靠合力自动清除，在Ⅲ象限和Ⅳ象限的前半程为护种区，在Ⅳ象限的后半程，种子在重力作用下，经过排种口、导种管鞘式开沟播种器落入土壤，完成排种作业。松开锁紧螺栓，旋转调节环，不但可以改变充种区内种子平面的高低，而且在完成播种作业后，转动调节环，使其进种口转至排种器架上的排种口位置时，还可以清理种箱内剩余的种子。2.2滑块模仿结构的结构2.2.1结构2.2.2粗弹簧下的滑动接触导向外套通过U型卡垂直于地面固定在机架上，滑块与播种单体组钢架焊接在一起，通过上下4个滚柱与导向外套滑动接触，并在粗弹簧的作用下始终压向下方，给鞘式开沟器提供有效的入土压力，在播种机提升时缓冲细弹簧，起到避免冲击降低噪声的作用。与传统平行四连杆仿形机构相比，本滑块式仿形机构既能实现同样的仿形功能，又减短了整机纵向长度，降低了拖拉机提升力矩（减小了燃料消耗），增加了机组机动性能。2.3无排污机构的开沟器布置开沟器与双轮双侧镇压机构的结构见图6，其工作原理在前面已述，这里主要说明的是此机构将鞘式开沟器布置在2个仿形轮（驱动轮）中间，出种口与仿形轮中心线很近，既避免了传统播种机仿形距离远，容易漏种的弊端，又使整机结构紧凑。3精密排种器试验种子粒距测量播种机性能试验分两部分：(1)在本单位“省科技厅重点实验室———排种器综合性能实验室”完成排种器性能测试；(2)在田间完成播种机整体性能试验。排种器综合性能试验台采用机器视觉方法测量粒距，粒距测量精确度达到不大于±1mm。试验中可进行不间断地测量、实时采集、处理图像、存储数据，整个系统能够满足各型式精密排种器的各项试验要求。此系统能够以直接测量方式精确测得排种器试验种子粒距，较传统光电方式测量更为准确、迅速、直观。同时，可自动计算处理得出有关均匀性、稳定性、一致性等播种精度指标（粒距的平均值、标准差、变异系数等），并打印输出试验数据、报表、频率直方图。对于条播排种器，试验台提供排量稳定性（能实现排种量的称重测量）、变异系数等检测指标；对于穴播排种器，试验台提供穴距、穴粒数，实际穴距分布值，判定穴距合格率、穴粒数合格率等指标；对于精密排种器，试验台提供精确的种子粒距（粒距测量平均误差±2mm）、合格指数、重播指数、漏播指数、变异系数等检测指标，并输出符合国家标准要求的试验数据和图表，可存储播种录像，用于反复观察分析。3.1技术指标的确定该排种器属于穴播类型，由于国家标准、部颁标准、地方标准中均无相应的谷子穴播标准，本设计中各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数、种子破碎率根据中华人民共和国机械行业标准JB/T6274.1-2001《谷物播种机技术条件》确定，穴距、平均穴粒数根据当地农艺要求确定，空穴率、穴距变异系数等指标参考中华人民共和国机械行业标准JB/T10293-2001《单粒（精密）播种机技术条件》、国家标准GB/T6973-2005《单粒（精密）播种机试验方法》、北京市地方标准DB11/T459-2007《蔬菜穴播播种机技术条件》、河北省地方标准DB13/T954-2008《节水穴播机作业技术规范》确定。3.2模拟限制充放电子天平称重wag排种量测试方法排种性能试验的测试方法如下：将排种器固定在试验台的悬挂架上，保持机具静止状态，由试验台通过链轮驱动排种器，以谷子（晋谷29，千粒重3g）为测量对象。测定时间30s，收集各排种口排出的种子，试验台电子天平称重（精度0.01g），测试次数5次。通过对谷子排种性能进行测定，得到表1所示的技术性能指标。根据指标考核要求，各行排量一致性全部达标。当转速为39r/min时，总排量稳定性变异最大，较为适合的转速为52r/min。3.3种子损坏率试验3.3.1种子称重和品质从待播的种子中取出3份，每份取50g，从中拣出破损的种子，称其质量，称重精度0.1g。种子原始破损率按式(1)计算，并求出平均值。式中，ω3.3.2种子机械破损率测定测定时，将排种器固定在试验台的悬挂架上，由试验台通过链轮驱动排种器，以相当于作业速度的转速驱动排种器轴，其回转圈数按相当于行进长度50m折算(取整圈数)，从各排种器排出的种子中取出5份种子样本，每份质量50g，选出其中破碎损伤的种子称其质量，称重精度0.1g，按式(2)计算种子总破损率，并求出平均值。式中，ω式中，ω为种子机械破损率，单位是%。经测定和计算种子机械破损率为0.08%，符合指标要求的小于0.5%，破损率合格。3.4排种器运行性能试验方法如下：将排种器固定在试验台的悬挂架上，保持机具静止状态，由试验台通过链轮按规定作业速度驱动排种器，试验台种床带带速按排种器相应作业速度运行。测定时间30s（测定不少于200个穴距），测试由试验台自动完成并输出数据。式中，f为总穴数，L式中，L由表2统计结果可知，以相当于作业速度3km/h、4km/h、5km/h测试时，对应的变异系数分别为26.01%、23.96%、29.38%，均达到指标要求（a<40）；穴粒数合格率分别为92.4%、89.9%、88.7%，均达到指标要求（H4滑块式仿形机构研制的带清种槽窝眼式排种器是专用谷物精量播种机的创新点之一，其结构简单，不但改善了普通垂直窝眼充种不稳定和种子破碎率高的不足，而且实现了无清种板（刷）依靠重力清种的目的，播量准确，穴距均匀，达到了精量播种的目标，具有较高的性价比。滑块式仿形机构的结构见图5，由调节螺栓、粗弹簧、滑块、滚柱、缓冲细弹簧、导向外套等组成。式中，X研制的开沟器、双轮双侧镇压机构、滑块式仿形机