玉米播種機(jī)播種裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

張 歡

(江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 淮安 223003)

1 引 言

目前玉米種子發(fā)芽率的提高對(duì)播種機(jī)械化發(fā)展提出了更高的要求，傳統(tǒng)的一穴三籽的播種機(jī)已經(jīng)不適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此有必要對(duì)目前市場(chǎng)上的播種機(jī)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)單籽播種，即一穴一籽或雙籽播種一穴兩籽，或根據(jù)實(shí)際需要一穴三籽，并能夠在在使用的過(guò)程中減少卡籽、漏籽的現(xiàn)象[1]。

播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由箱體、壓桿、排種機(jī)構(gòu)(撥叉、棘輪、排種輪)、凸輪和鴨嘴開穴器組成。當(dāng)播種施肥時(shí)，通過(guò)手柄向下壓動(dòng)播種機(jī)，使鴨嘴開穴器垂直入土，這時(shí)壓桿受到土壤的阻力與播種機(jī)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)撥叉，撥叉通過(guò)棘輪帶動(dòng)排種輪和肥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到某一固定位置時(shí)，完成撥籽和取肥動(dòng)作，這時(shí)要向上提起播種機(jī)手柄，通過(guò)凸輪打開鴨嘴，完成一次播種施肥的動(dòng)作。

圖1 壓動(dòng)式播種結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上播種機(jī)的工作原理，并針對(duì)其要求利用Pro/E軟件設(shè)計(jì)一種排種精度高的手提式播種機(jī)排種裝置。

播種裝置是播種機(jī)的核心裝置，它將種箱內(nèi)的種子按指定的數(shù)量(單籽、雙籽、三籽)撥到種腿的鴨嘴中，該裝置的工作性能將直接影響到播種機(jī)的播種質(zhì)量[2]。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，現(xiàn)大部分的手提式播種機(jī)在播種時(shí)存在以下問(wèn)題[3]：①單籽率不高；②單籽、雙籽、多籽調(diào)整不方便；③漏籽、卡籽現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

2 撥籽機(jī)構(gòu)的工作原理

此設(shè)計(jì)排種器主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、排種準(zhǔn)確、破碎率低。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要由刮種片、排種輪、棘輪(包括撥籽棘輪和止動(dòng)棘輪)等組成。排種器工作時(shí)，種子靠重力充入排種輪型孔中，棘輪中的撥籽棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)排種輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，刮種片可以把型孔內(nèi)多余種子擋住，型孔內(nèi)的種子可以被撥入鴨嘴中，從而實(shí)現(xiàn)單粒排種。

圖2 撥籽機(jī)構(gòu)的工作原理示意圖

3 排種輪型孔的參數(shù)設(shè)計(jì)

(1) 型孔尺寸的確定

選取排種輪外徑為48 mm。型孔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主要取決于種子的幾何形狀[4]，設(shè)計(jì)依據(jù)為：要求無(wú)論種子的位置是橫躺、平臥還是側(cè)立，型孔都能夠容納；要求清種后的型孔內(nèi)只有一粒種子；有效的利用圓周空間，盡量布置多個(gè)型孔。

根據(jù)對(duì)玉米種子的抽樣測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所列，最大尺寸為10.9 mm，則確定型孔的直徑為11 mm，深度可適當(dāng)減少2 mm(刮種片與排種輪之間留2 mm間隙)，即9 mm，底部為球面，如圖3所示。

表1 玉米種子抽樣測(cè)量統(tǒng)計(jì)表 /mm

圖3 型孔的形狀

排種輪的周長(zhǎng)為：48×3.14=150.72 mm，若設(shè)置7排孔，則150.72÷7=21.53 mm，21.53-11=10.53 mm，即相臨孔之間間隔為10.53 mm，為了避免孔的邊緣卡籽，設(shè)計(jì)成R2的圓角，則間隔變?yōu)?0.53-2×2=6.53 mm，間隔太小，由于刮種片的變形，容易產(chǎn)生卡籽現(xiàn)象。設(shè)置成6排孔，則間隔等于48×3.14÷6-11-4=10.12 mm。間隔與玉米種子尺寸相當(dāng)，能有效避免卡籽現(xiàn)象。

(2) 充入型孔中的種子在型孔中任意排列情況

充入型孔中的種子在經(jīng)過(guò)刮種片以前在型孔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)各種可能的排列情況，如圖4都是按種子與型孔的實(shí)際尺寸繪制的。其中情形A、B、C表示型孔中已經(jīng)充入種子，這種情形只要經(jīng)過(guò)刮種片，就能把多余的種子刮走，保留型孔內(nèi)的種子順利播種。情形D、E、F表示2個(gè)種子在型孔口擠住，形成孔穴，這種情況是產(chǎn)生漏籽的主要原因。

為了避免情形D、E、F帶來(lái)的不利影響，現(xiàn)通過(guò)增加排種輪的軸向跳動(dòng)來(lái)解決，在排種輪的兩端，一端設(shè)計(jì)成徑向棘輪，如圖5所示，用來(lái)反向制動(dòng)；另一端設(shè)計(jì)成端面棘輪如圖6所示，通過(guò)與撥叉配合，完成排種輪的撥籽動(dòng)作，撥叉在返回過(guò)程中，制動(dòng)棘輪起作用，撥叉沿著端面棘輪的斜面返回，迫使排種輪產(chǎn)生軸向跳動(dòng)。因此增加端面棘輪的齒高，即可增大排種輪的軸向跳動(dòng)。

圖4 充入型孔中的種子在型孔中 的任意排列情況

圖5 徑向棘輪 圖6 端面棘輪

使用Pro/E軟件完成排種輪的造型，按照端面棘輪的齒高不同，分別設(shè)計(jì)出齒高等于3、4、5 mm的排種輪，并使用數(shù)控銑床完成排種輪樣件的加工，安裝到實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)如表2所列。

表2 排種輪齒高對(duì)撥籽精度影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)齒高取4 mm時(shí)，撥籽效果比較理想，因此確定端面棘輪齒高為4mm。

4 排種輪壁厚的設(shè)計(jì)

在滿足使用強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡量節(jié)省材料，降低成本，因此排種輪的內(nèi)部設(shè)計(jì)成空心的形式，考慮到排種輪加工方法為注塑，和現(xiàn)有材料的使用性能，保證排種輪注塑之后順利脫模必須沿開模方向設(shè)計(jì)一定的脫模錐度，具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖7所示。

圖7 排種輪二維圖

5 刮種裝置的設(shè)計(jì)

刮種片是播種裝置中控制種子數(shù)量的重要零件，可將多余的種子從排種輪的種腔內(nèi)刮除掉，從而保證種腔中只保留一個(gè)種子，該零件的性能將直接導(dǎo)致卡籽漏籽現(xiàn)象的產(chǎn)生[5]。

(1) 刮種片與排種輪位置關(guān)系。刮種片應(yīng)與排種輪平行放置，刮種片的上表面與排種輪的軸線水平，且刮種片與排種輪之間應(yīng)有間隙，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，其間隙為2 mm為宜。當(dāng)玉米種子充滿型孔時(shí)，由于孔深9 mm，再加上輪與刮種片間隙，共11 mm，這樣種子很容易通過(guò)刮種片。

(2) 刮種片材料選擇。采用塑料、橡膠、鐵皮、鐵皮+扭簧幾種材料制作刮種片，對(duì)進(jìn)行比較和考核。

① 刮種片：塑料(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示)

分析：刮種片用的是塑料，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該刮種片不但磨損快而且對(duì)播種效果也有直接影響，由于刮種片的塑料的主要成份是聚氯乙烯，硬度較大，彈性差，刮種時(shí)反應(yīng)遲鈍，容易產(chǎn)生卡籽現(xiàn)象，所以對(duì)播種效果造成直接影響，而且該件也屬于易損件因此也不可取。

表3 塑料刮種片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

② 刮種片：橡膠(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所列)

分析：從以上數(shù)據(jù)看，重播率較高，漏子較少，卡籽次數(shù)減少。由于橡膠質(zhì)軟，硬度小，遇到種子難免有刮不凈的現(xiàn)象，種子隨輪旋轉(zhuǎn)掉下發(fā)生重播。同時(shí)發(fā)現(xiàn)橡膠磨損較快，屬于易損件。

表4 橡膠刮種片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

③ 鐵皮(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所列)

表5 鐵皮刮種片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)果發(fā)現(xiàn)種子破碎的較多，因此可得出將結(jié)論：護(hù)種片的材料彈性強(qiáng)度小，護(hù)不住種子；彈性強(qiáng)度大容易發(fā)生種子破碎。根據(jù)上述情況，將刮種片制成扭簧加鐵片(2 mm)的形式，這樣它的彈性可自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)的幅度大不易疲勞。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)還是重播率較高。后分析刮種片的彈簧彈力小，刮種刮不凈。經(jīng)試驗(yàn)認(rèn)為扭簧的直徑為φ1.2 mm時(shí)播種效果最佳。

6 籽數(shù)控制裝置的設(shè)計(jì)

本套播種機(jī)要求能夠?qū)崿F(xiàn)單籽、雙籽和三籽播種的控制，設(shè)計(jì)方案如圖8所示，排種輪上部的空間被隔板分割成A、B兩個(gè)空間，當(dāng)把插板插入B空間的開口時(shí)(即如圖8所示實(shí)線位置)，種箱內(nèi)的種子就只能進(jìn)入A區(qū)域，實(shí)現(xiàn)單籽撥種；而將插板插入A空間的開口時(shí)(即如圖8所示虛線位置)，種箱內(nèi)的種子就只能進(jìn)入B區(qū)域，則可實(shí)現(xiàn)雙籽撥種；若將插板取下(不插入任何開口)，種箱內(nèi)的種子將能進(jìn)入A、B兩個(gè)區(qū)域，即可實(shí)現(xiàn)三籽撥種。實(shí)體裝配效果圖如圖9所示。

圖8 籽數(shù)控制裝置示意圖 圖9 裝配結(jié)構(gòu)圖

7 結(jié) 語(yǔ)

筆者主要針對(duì)目前常用的小型玉米播種機(jī)常見的播種問(wèn)題，提出了一種新型的排種裝置，并對(duì)排種輪、刮片、以及籽數(shù)控制裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)完成了該裝置的參數(shù)化設(shè)計(jì)，使其在結(jié)構(gòu)上滿足設(shè)計(jì)要求，并且保證零件的裝配性與加工性，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。

參考文獻(xiàn)：

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