气吸式精密排种器的试验研究

王妍静

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110026）

精密排种器在使用过程中，多播、少播、漏播和空穴的情况时有发生，尤其是在排种部位发生堵塞时，漏播和空穴的问题会更为严重。目前解决上述两种问题最为有效的2种装置就是清种装置和补种装置。在清种装置中，最常采用的2种装置分别为机械式清种装置、气压式清种装置。在机械式清种装置的使用中，泄漏排放问题时有发生。为解决泄露排放问题，一种设计中带有自动补种装置的精密排种器应运而生，也被称为副排种器。在气压式清种装置中，吸针式穴盘精播机是最常用的一种装置。此装置的播种工作原理是基于传统的气吸、空气吹入原理之上，又单独设计了1个机械式的自清洁播种头。将播种头连接在排种器本身的结构上，工作时通过对吸嘴头部位进行清洗活塞和顶针方式，从而达到疏通和排种目的，但是补种功能并不能实现。在检测到漏播后，补种装置开始进行补种。

综上所述，通过排种器本身结构能够对排种运动进行控制，从而实现减少漏播和空穴现象，但相关的研究并不多。文章通过深入研究振动气吸式穴盘育苗精密播种装置，研发了一款自动检测吸嘴，其能够以检测结果作为依据，进行自检清种和补种。文章同时也将播种装置的主要工作部件进行了优化设计，并结合实际案例进行了实验分析。

1 排种器排种工作过程

1.1 吸种环节

设备工作时，通过吸种部件的传动和运转，将种子运动到吸种位置，即种子盘上方，通过依赖气源及空气路径所产生的气吸力进行吸种。在电磁振动器的影响下，种子在种子盘中会产生振动，将之称为“沸腾”，这样的振动沸腾有利于吸种。通过吸种检测开关判断吸嘴装置是否成功吸种。检测结果分2种，第1种是种子顺利吸到吸嘴中，此时空气传递管道和种粒之间是密封的，顺利构成接通式检测开关。第2种情况是种子没有顺利吸到吸嘴中，此时相应的通道无法形成密封，也无法接通检测。当完成吸种步骤后，有符合设备标准的种粒数量存在吸嘴内时，排种器控制系统会指挥吸种装置进行下一步放种动作。排种器内部结构见图1。

图1 排种器内部结构Fig.1 The internal structure of seed metering device

1.2 放种环节

通过机械部件的传导驱动，吸种部件到达种粒放置位，此时通过K2开关的启动，计算机接收到到位信号，控制吸种盘停止吸种，同时育苗穴盘运动到位。接下来，系统发出指令，通过控制吸气气路，产生气压压力，放种部位准备放种，吸种部件开关显示断开。如设定单次放种时长为0.5 s，时间完成后，系统会设定气路转变为气吸力，检测吸嘴部位能否顺利吸种，有无堵塞。如果吸种部位被堵塞，那么检测开关将启动清种部件进行清种；如果没有堵塞，放种完成后气力转化为气吸力，吸种盘将自动返回到吸种部位进行吸种。

1.3 清种环节

通过对放种环节的检测，如果没有顺利放种，系统将接通电磁线圈，通过铁芯的推杆推动作用完成清种。如果吸种口直径小于缓冲块直径，那么气室内产生的冲击气流将迅速完成清种作业，同时在完成清种后，系统下达信号，吸种部件通过信号的指令，重新归位到吸种位置，通过K1开关的启动停止吸种作业的进行。

2 自动检测吸嘴工作原理

2.1 吸种

电磁流量控制阀A电磁铁吸合，空气泵进气口经由第一储压罐抽离吸种盘里的空气进入到空气泵中，密封橡胶圈吸附缓冲块。如果有足够大的气吸力，气吸小弹簧的弹性力作用无法控制气吸封小球，小球就会脱落，从缓冲块气孔脱离，管道内气流通过吸种口经气室和铁芯中心孔，在吸种盘完成汇合，完整的吸种气路形成，吸种环节得以顺利完成。

2.2 放种

通过电磁流量控制阀B电磁铁的吸合，管道空气经过出气口进入第二储压罐，此时吸种盘的气压由正变负。同时，在吸嘴气室内，气压转变为常压，种粒受到自身重力影响，向下掉落，正确进入穴盘空穴，排钟放种顺利完成。在设计中，管道空气正压气流通过铁芯中心孔时，正压气流可将气吸封小球推动，封住缓冲块气孔，在封住时，缓冲块会产生振动，能有效缓解缓冲大弹簧的缓冲作用，保证部件内的气室压力变为正压，进而对放种环节顺利完成产生积极的作用。

2.3 清种

通过连接部件内的电磁清种线圈，清种磁芯能够通过电磁作用推动缓冲块向下运动，此时由于吸种口被种粒堵塞，气室内的气压迅速上升，由于气压变化产生的冲击气流，可以将堵塞吸种口的种粒吹开，完成清种工作。

3 案例分析

W农业基地耕地总面积3.33×104hm2，其中旱田3.23×104hm2，水田1 000 hm2。农机总动力6.8×104kW，现有大功率拖拉机54台、配套联合整地机16台等。数据对比见图2。

测试采用的是美国PP公司制造的精密排种仪器及其生产的专门技术试验平台；测试设备选用的是满胜播种机排种器，本装置是2016年引进，已作业6年，作业面积0.17×104hm2，自使用时未更换任何配件；以机车发动机的每一个月的作业时间速度周期为主要作业基准计算参数，通过记录机车每一个月的作业时间速度的多少和速度变化，测试出每一个月的作业时间速度对于排种器的各项基本参数值所产生的具体影响。另外，排种器在经过几个月的作业速度周期后，测试又采集了一些相关数据信息，如所需要使用的具体排种物料精度及其变化速率情况，公顷下的排种物料所产生的排种数量、株距及其产量变化速度情况。

图2 农机类型分布Fig.2 Distribution of agricultural machinery types

单株排种器经过6个月的操作处理周期的测试运行和正常使用，在没有安装和更换任何必要零部件的情况下，只对测试排种器内部进行一次性的安装维护和日常保养。测试后，排种器的单株排种功率仍然可达到98%以上，精度可达到正常排种操作的规定要求。

在最佳操作工况下，在作业中长时间播种速度控制在6～7 kW/h以内，对于气动虹吸式单株排种器而言，小型单株播种效率虽然变动不大，但对于整个播种株距的均匀性影响还是比较显著。真空的压力值越大，空穴率就会变得越低，双株的收益率也会随之增加，每0.067hm2就会高于目标值。

从单个排种器管中部和底部所见的能够直接测得的株距均匀度值的变化波动情况中，可以明显看出，株距的均匀度变化是指单个排种管内部株距均匀度变化的波动情况。这就充分说明了，一个排种器自身的内部结构对株距均匀度变化具有一定程度的波动影响。

4 结语

综上所述，气动虹吸式播种机在正常工作时，播种速度应尽量控制在6～7 kW/h，不能因为过度追求播种进度就直接提高播种速度；否则，对于株距均匀性的质量影响太大，从而就会影响了整个农业基地的土地采光降雨量和土壤通风性，继而影响农作物的连续生长播种质量。气动虹吸式家用播种机和排种器在其日常使用过程中，一定要特别注意安装维护和日常保养。安装维护和日常保养可以大量地、小幅度地提高排种器的生产质量并延长排种器的使用寿命。因此，每次更换播种作物时，应一次性同时更换排种体密封件和种盘装置，以期能达到最佳效果。播种作业前期，还需要根据不同类型的作物播种情况，调节合适的播种真空泵和压力计的数值，从而确保每个播种单株的操作准确性。