真空负压式小麦精量排种器的设计

河北农业大学 崔子厚 赵一州 张玉洁 毕珈宁 杨诺

1 研制的背景和意义

小麦的种植和生产对保障人类的生存非常重要。我国的小麦产量位居世界第一位。因此，在我国的农业生产中，小麦的生产起着重要的作用。传统的小麦播种方法包括条、穴、撒播等诸多方式，其中后者实施起来颇为简便，播种效率整体较高，但是撒播麦种入土深浅不一，根系不深，在生长后期容易脱肥，同时发育也容易出现不正常现象。而穴播在小麦播种中则较少使用，其主要用于稻茬小麦田、缺乏肥料或间作的地区以及无灌溉条件的旱地小麦，其苗穗数偏少，不利于小麦的高产稳产[1]。

作为我国运用最为广泛且长期存在的一种播种方式-条播，较其它两种播种方式而言优化了小麦产量结构，然而条播群体不易控制，每行密度大、通风透光欠佳，容易发生倒伏，条播密度差别较大。

图1 排种器整体结构爆炸图

所谓精量播种，就是指对播种量进行适当的优化，使之作业质量得到明显提升，并让其中的单粒种子遵循3D空间坐标标准，使之行、株距、播深都具有精准性[2]。这种播种技术的关键装置是依次精量播种机器（气吸式）与排种器，通常在地力佳、肥水等环境下进行运用，可将原先的“大肥、水、大群体与播量”调整为“群体合适、小播量、足肥、水”模式。并运用新型农机设备来进行作业，这样就能对基本苗数加以相应优化，使得整个麦田能够实现良好的动态管理；将个体发育与整体生长进行协调，进而对群体透气、透光进行优化，合理分配群体内有效分蘖的光照、水分和营养，使之更为高效地利用地力与光能。为此，运用小麦精量播种技术，可以对该农作物生产技术进行提升。这种播种技术，对分蘖作物落后的播种模式进行了很好的革新，对播种量、均匀性等进行了相应的科学调控，使得每个个体都能得到相应的生长空间与营养支持，这样就能获得更多有效的分蘖，同时还能适当地降低肥料、种子的使用量，使之更容易高产，进而带来较高的经济与社会效益[3]。

2 主要结构的设计

在播种时，所使用的排种器为典型的一器双行，它的核心结构囊括了负压管轴、外壳、连接螺钉、动排种盘I/II、挡种块、静排种盘等，具体的结构设计可以参见上图1、下图2。

图2 排种器整体装配结构图

动排种盘Ⅱ的半个负压室由内部两侧凹进形成，并且在两侧各加工3个间隔为120°的控缝连接块，用来控制两个圆盘之间外边缘处的环带缝隙宽度，控缝连接块中心加工通孔，用于穿过固定螺栓。动排种盘Ⅰ和Ⅱ的半个负压室是由凹进构成，而且在其内部具有相对性，前者提供了③个通孔（这两个动排种盘的3个通孔间隔120°相对），另一个有3个螺纹孔，用连接螺栓通过每个盘的孔，将对应的③个动排种盘进行整合。在I、II这两个盘的内部构成了负压室，外缘向圆心方向4mm处形成缝隙，用于吸附种子，如图1-3所示，均匀吸附排布的种子存放于这两个盘的外缘的环形槽带之中，它们的位置具有相对性。

动排种盘Ⅰ通过螺钉与固定套筒连接，用螺钉将固定套筒安装在负压管轴上，动排种盘Ⅰ内孔镶嵌的密封圈保证了其与负压管轴密封良好。将负压管轴与固定套筒的连接处穿过静排种盘的中心孔，接着将该装置的外壳与静排种盘通过螺钉来实现连接。将负压室中的管轴作为对象，将其沿着圆周对其进行加工，使之构成通孔阵列，这样就能构建负压腔，并具有连通性。然后将补充种子的高度控制板，设置于排种器外壳上部套有弹簧的凸台上，充种高度控制板的上下移动通过旋转螺母压缩弹簧控制，从而实现了对种子高度的控制。

用于防止种子流出的挡种块则需要设置在动排种盘区域外壳下端，在外壳凸台之上，可以配置落种清堵片；该模块的另外一端则可以置入I、II这两个部件所构成的吸种缝隙中，其功能就是对气路进行隔断，并实现清落种子，通过排种口将种子排出，同时也清除了缝隙内的杂质，防止堵塞。其中单行排种装置的构成为I盘（2个）进行组合，由此构成吸种缝隙。

在实际生产作业时，该排种器可以将原来单行条播的麦种均匀分布到多行精播的苗带上，将苗带扩宽，使每行定量的小麦种子在地理空间上均匀分布，实现小麦精播[4]。

3 工作原理

排种盘装置的实现机制可以参见图3，所使用的风机，能够利用旋转接头和软管进行对接，同时还对接上负压管轴，这样就能在两个动排种盘之间，生成真空负压型腔；负压管轴加工阵列圆孔沿圆周方向等间距排列，在排种盘外缘位置真空型腔变窄形成缝隙，缝隙外加工成横截面为各种形状的环形槽带，用于排列存放被吸附的种子，于是该装置外缘气压与风机之间就会构成气流运行线路，在气流朝着内部流动过程中，其缝隙区域气流的运行速度会加快，牢牢吸附小麦种子。在排种盘转动的过程中，由于排种盘外圆处存在环形槽带，于是麦种就会按照次序完成排列，在构成种子带，并呈现出环形。

图3 排种器主要结构及其组装零件图

螺钉将3个动排种盘进行连接，使之构成整体，其中I盘基于固定套连接负压管轴，后者外端与链轮进行固接，通过链条实现动力传递。在旋转过程中，当种盒中的麦种在运动到非稳定区之后，就会在负压作用下，使之吸附到环形槽带，再运转到稳定区之后，就会进入到落种区域。此时在落种清堵片作用下，会将落种区气路进行切断，这样麦种就会在其自重的作用下，进入到导种管。

该清堵片中的其中某端与排种器外壳凸台进行固定，剩余一端则在I、II盘吸种缝隙中进行插入，其目的就是完成清落种子，同时还将其中的杂质进行去除，预防缝隙长期工作后堵塞的情况。在图4-1中，给出了这种落种清堵片的整体结构设计情况，它的前端插入吸种缝隙，提早切断气路或减少气流的吸力，使麦种靠重力落下，而不是由落种清堵片将麦种拨落。该结构的设计避免了机械落种对麦种的伤害，从而保证了麦种从充种到投种整个过程都是在气流吸附力的作用下运动的，与传统机械式排种器相比，其伤种率大幅降低。

图4-1 排种装置整体构成

图4-2 清堵片整体构成情况

4 创新点

（1）排种器采用真空负压原理，在满足小麦精播技术的农艺要求下，不会对种子产生伤害，还能节约种子，并能对作业速度、排种频率进行控制。

（2）排种装置的结构主要为环形吸缝，通用性好，对种子尺寸要求不严，可以支持多器共轴，从而使得这种排种器能够对小麦种子进行多行播种，同时还能具有均匀性。

（3）改变传统地轮带式动排种装置实现的播种模式，创新地引入了电机动力装置，不仅为播种提供动力，同时还运用数控播种控制器控制排种量的方式来实现精量播种。

（4）种箱采用分离式结构，调整方便，可解决漏种，并减少排种器与种箱的摩擦，种箱上安装光电传感装置，可以提醒无种和种少的情况。

5 结语

本项目源于河北农业大学大学生创新创业训练项目，主要针对小麦精量播种技术及装备开展研究。最后借助于真空负压机制，完成精量排种器设计，这样就能在播种上实现一器两行，对过去的条播模式进行了改变，同时还将过去基于某个宽度之下进行的密集式播种，转换成一条线式播种，明显提升了精播效果。