气吸式平贝母播种机的研制

李晓明 陈维刚 邹雪剑

摘要：平贝母为密集型种植模式，目前只能人工播种。为解决平贝母机械化播种问题，研究设计一种气吸式平贝母播种机。阐述该机的结构型式、工作原理及关键部件的参数设计，通过性能试验证明该机可以满足平贝母播种使用要求。

关键词：平贝母；播种机；气吸式排种器；充种角度；投种角度；传动比

中图分类号：S223.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）02-0017-04

平贝母为密集型种植模式，目前市场上并没有能满足种植农艺要求的平贝母播种机，只能采用人工播种，存在效率低、劳动强度大、成本高、耗时长、损伤表皮、株距不均匀等问题。为解决平贝母机械化播种问题，研究设计一种气吸式平贝母播种机，填补国内在这方面的空白，为平贝母种植开辟新途径。

1 整机结构与工作原理

平贝母播种机主要由机架、风机、种箱、推土铲、镇平辊、排种器、变速箱、地轮等部件组成（如图1所示）。

机架为基础部件，其余部件直接或间接固定在机架上。前部的推土铲有两部分铰接点，拉杆调整端与机架前横梁连接，定位端与镇平辊支架连接，整体以斜角形式前行，完成清平畦面、整理种床。镇平辊在机架下方通过支板与机架连接，在推土板后侧，通过被动回转的形式镇平压实种床。镇平辊与推土铲配合，为排种器投种提供平整的种床，避免因地势不平而出现种子落地后继续翻滚的情况，从而保证株距准确性。风机固定在上悬挂，为排种器提供负压。地轮为排种器提供旋转动力，并起到支撑整机的作用。变速箱针对不同株距调整相应的传动比，将从地轮输入的转速转换成不同的转速传递给排种器。排种器在负压的作用下由充种室将种子吸住，转到投种点投放种子，完成吸排种作业。

2 关键部件设计

2.1 推土铲

推土铲要求既能平整畦面，又能防止两侧土回流，还能防止因土量大而从推土板上侧翻越到后侧。畦宽为800～850 mm，所以设计推土板的尺寸为：两侧翼板夹角130 °，两侧翼板末端相距1 065 mm，翼板高度195 mm（如图2所示）。

2.2 镇平辊

畦宽为800～850 mm，种床有效宽度应大于850 mm，并具有一定越障能力，所以确定镇平辊的外形尺寸为：长度915 mm，外径216 mm（如图3所示）。

2.3 排种器

平贝母排种器主要由排种器固定架、排种辊、气腔、充种室、定位板、刻度盘等组成（如图4所示）。气腔两端与风机相连接，为排种器提供负压，充种室中的平贝母种子在负压的作用下被吸到吸种孔上，随着排种辊一起转动，当转至投种区时，平贝母种子被投放，从而完成吸排种过程。定位板与排种器内部的卸风机构在同一横向界面上，这样在外侧查看定位板的位置，就能确定卸风机构在排种器内部的位置。

2.4 卸风装置

卸风装置采用外层包有橡塑海绵管的滚轮组合结构型式（如图5所示）。滚轮外侧包裹的橡塑海绵管与排种辊内壁接触形成一个密闭空间，当充种孔经过橡塑海绵管时，橡塑海绵管将充种孔覆盖住，使充种孔处负压瞬间消失，种子脱离排种辊，从而完成投种。

2.5 排种辊

播种过程中既要降低排种辊对种子表面的机械损伤，又要实现高速播种作业，还要保证充种率。针对以上几点要求进行排种辊的结构设计（如图6所示）。

2.5.1 排种辊外形尺寸 畦宽为800～850 mm，选定排种辊长度为840 mm；为降低排种辊旋转的线速度，并考虑安装空间和耗风量的限制，选定排种辊外径为300 mm，壁厚为2 mm。

2.5.2 孔数 播种行距为40 mm（共20行），且需要满足株距调节范围，因此确定周向分布30排孔，轴向分布20排孔，相邻轴向两排孔位置周向交错排列，轴向孔距为40 mm排布。

2.5.3 孔径 平贝母种子大小不一，围绕直径D为8～10 mm的种子进行设计，吸种孔直径d参考经验公式d=（0.6～0.7）D，因此确定吸种孔直径为5 mm。

2.6 气力系统主通道

气力系统主通道位于平贝母排种器芯部，其结构设计需要考虑负压区分布均匀性、气力输送与控制等因素，并通过试验确定。采用均布长槽孔的空心管作为主通道，既能起到通风作用，又能起到支承作用。确定气腔外形尺寸为：外径95 mm，壁厚8 mm，长度

1 250 mm（如图7所示）。

3 主要参数分析

3.1 平贝母排种器充种角度

平贝母排种器充种过程中种子受力分析如图8所示。

由图8可以看出：充种过程中，种子在负压的作用下被排种辊吸在排种辊表面，并随排种辊一起转动。F1为排种辊提供给平贝母的摩擦力；F2为平贝母自身的重力；F3为平贝母所受的离心力；F为排种辊的吸力；α为充种角。

排种辊的吸力要克服种子自身的重力和种子之间相互的摩擦力，因此排种辊的吸力要大于F1与F2的合力。受力公式为：

种子所受的吸力实质上是由于吸种孔内外压差形成的，公式为：

由式（3）可知，平贝母种子能否被吸附在排种辊上，与种子物料特性、排种辊转速、充种角度、负压相关。结合大量的试验数据得出，负压值为4.5～5.0 kPa、充种角度为27 °时，充种效果最好。

3.2 平贝母排种器投种角度

平贝母种子被吸在排种辊上并随之一起转动，当转到投种区时，由于外层包有橡塑海绵管的滾轮堵住了吸种孔，瞬间使得吸种孔内外压力一致，失去吸附力的平贝母种子脱离排种辊，下落的种子在惯性作用下一方面保持所在吸种孔处的线速度，另一方面在自身重力的作用下做自由落体运动。投种过程中种子运动分析如图9所示，β为投种角度，V1为平贝母播种机的行进速度，V2为平贝母随排种辊旋转的线速度。

理想的投种状态为零速投种，即下落过程中种子在前进方向的合速度为0。分析所得公式为：

由以上公式可知，投种角度需要根据平贝母播种机的前进速度、排种辊转速及排种辊直径来确定。平贝母播种机的前进速度在0.72～1.10 m/s之间，排种辊直径为0.3 m，在理想的零速投种状态下，计算得出投种区域为15～39 °之间。结合大量的试验数据得出，投种角度为19 °时投种效果最好。

3.3 传动比

根据平贝母播种农艺要求，前后株距S分别为2，3，4 cm，地轮直径D1为60 cm，排种辊外径D2为30 cm，整机采用链传动，其中地轮选用14齿、21齿链轮配比，平贝母排种器上的链板在空间准许情况下尽量增多齿数，经过多次验证选用50齿，中间经过2次变速。因此，在设定地轮旋转1周的情况下，求得传动比公式为：

1=（14/21）×i1×i2×i3×（π×D1）/30S

整机的传动比经理论数据与试验所得（如图10所示）。一级传动为14，21齿，二级传动为三链板塔轮（19，21，26齿）与两链板塔轮（14，26齿），三级传动为两链板塔轮（14，26齿）与50齿。

4 结论

根据平贝母种植农艺要求，结合理论与试验数据，设计一种平贝母播种机。该机具有平整畦面、镇压种床、气吸式排种器播种等功能。其主要工作机构均为可调模式，可以适应不同的农艺要求：推土铲可在纵向上以15 mm的间距调整3个高度等级；镇平辊可在纵向上以10 mm的间距调整3个高度等级；平贝母排种器的投种角度为无极可调模式，可根据不同的行进速度调整相应的投种角度，依据行进速度在0.72～1.10 m/s之间得出最佳投种角度为19 °。经过多次试验测得该机充种率≥93%，重播率≤14%，可以满足平贝母播种使用要求。

参考文献

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[3] 周金华.动力式三七精密播种机的设计与试验研究[D].昆明：昆明理工大学，2016.

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