氣吸式精量穴播器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與原理分析*

譚新贊，王士國(guó)（新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆　石河子　832000）

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氣吸式精量穴播器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與原理分析*

譚新贊，王士國(guó)
（新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆石河子832000）

摘要：精量播種可使苗勻、苗齊、苗壯，省種、省工，不需要間苗定苗作業(yè)，越來(lái)越受到人們關(guān)注。實(shí)現(xiàn)精量播種的排種器有機(jī)械式和氣吸式2類，本文以新疆地區(qū)廣泛應(yīng)用的氣吸式鴨嘴滾筒排種器為例，詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各部件功能、工作原理，使讀者更加了解該穴播器的構(gòu)造，為今后的使用、維護(hù)和保養(yǎng)等提供幫助。

關(guān)鍵詞：氣吸式；精量；穴播器；結(jié)構(gòu)；原理

新疆兵團(tuán)自2006年開始大面積推廣棉花精量播種，氣吸式精量穴播器對(duì)種子的適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、傷種率低、能適應(yīng)較高的作業(yè)速度，已成為精量播種的主要機(jī)型［1］。通過(guò)更換吸種盤、分種盤和腰帶等部件，可以適用棉花、玉米、打瓜、食葵、油葵、甜菜等多種作物的精量播種作業(yè)。

1　穴播器結(jié)構(gòu)和工作原理

圖1　氣吸式精量穴播器結(jié)構(gòu)示意

氣吸式精量穴播器的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由腰帶總成、取種盤、刷種器、刮種器、分種盤、接盤組件、穴播器軸、穴播器蓋、斷氣裝置等組成。

作業(yè)時(shí)，離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓通過(guò)管道傳遞到氣室內(nèi)形成高真空度，在取種盤兩側(cè)形成壓力差，充種區(qū)的種子被吸附在取種盤上。種子隨取種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，被刷種器連續(xù)輕微碰撞敲打，清除掉多余種子，使吸種孔處僅剩1粒種子。當(dāng)取種盤上的單粒種子運(yùn)動(dòng)到落種位置時(shí)，斷氣塊在氣室內(nèi)部將氣孔堵上，使吸附種子的吸種孔負(fù)壓消失，同時(shí)刮種器接觸到種子，種子與取種盤吸孔分離，實(shí)現(xiàn)一次投種；種子在其重力、慣性離心力和刮種器推力的綜合作用下經(jīng)分種盤順利落至滾筒內(nèi)圈后，隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)種子克服自身與滾筒內(nèi)壁的摩擦力后，沿滾筒內(nèi)壁滑動(dòng)并被擋種板阻擋落入種道。種子隨種道繼續(xù)滾動(dòng)，當(dāng)越過(guò)豎直位置后，克服其與種道壁的摩擦力，提前落入鴨嘴內(nèi)腔，并隨鴨嘴滾動(dòng)落入鴨嘴端部，準(zhǔn)備投種。在成穴器鴨嘴破膜入土開穴的同時(shí)活動(dòng)鴨嘴被壓開，種子準(zhǔn)確落入穴底，實(shí)現(xiàn)二次投種，完成一個(gè)投種周期。

2　零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能

2.1擋盤

采用鑄鐵制成，是穴播器的骨架部分。其內(nèi)腔和取種盤配合形成真空氣室，對(duì)應(yīng)取種盤的外邊緣處設(shè)計(jì)有凹槽，可以放置O型密封圈。擋盤和取種盤通過(guò)接盤組件、穴播器軸緊密連接在一起，軸通過(guò)軸承支撐安裝在擋盤上。結(jié)構(gòu)示意如圖2。

圖2　鑄造擋盤結(jié)構(gòu)示意

為了適應(yīng)更多農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了單孔、雙孔和單雙孔交錯(cuò)分布多種型式，可實(shí)現(xiàn)單粒、雙粒和單雙粒間隔的播種效果。取種盤基體為防銹鋼板沖壓而成，剛性好，使用過(guò)程中不變形。盤面上設(shè)計(jì)了攪種釘，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)種子攪動(dòng)，保證種子不斷補(bǔ)充到充種區(qū)，防止出現(xiàn)架空。同時(shí)通過(guò)撞擊作用對(duì)吸種孔處的種子產(chǎn)生振動(dòng)，減少吸附多余的種子。結(jié)構(gòu)示意如圖3。

圖3　取種盤種孔結(jié)構(gòu)示意

2.2腰帶總成

鴨嘴式點(diǎn)播器一般由動(dòng)嘴和定嘴組成，固定在腰帶周圍。氣吸式點(diǎn)播器腰帶與機(jī)械式不同，除了腰帶基圓、動(dòng)定鴨嘴和復(fù)位彈簧外，還包括進(jìn)種道組合。進(jìn)種道組合是提高投種精度的有效措施，腰帶總成通過(guò)螺栓和壓盤定位安裝在擋盤上。結(jié)構(gòu)示意如圖4。

圖4　腰帶總成結(jié)構(gòu)示意

2.3分種盤

圖5　分種盤結(jié)構(gòu)示意

種子在斷氣塊和刮種裝置的作用下，從取種盤的吸種孔分離下落。由于種子幾何形狀和重量存在差異，且在種孔的吸附狀態(tài)不同，導(dǎo)致下落時(shí)間和位置變異較大，影響投種精準(zhǔn)度。分種盤的設(shè)計(jì)有效解決了這一問(wèn)題。當(dāng)種子與吸種孔分離后先進(jìn)入分種盤，對(duì)種子下落過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，使其沿預(yù)定軌跡進(jìn)入準(zhǔn)確位置。分種齒工作面與中心線成傾角，有利于種子進(jìn)入投向進(jìn)種道。設(shè)計(jì)中分種齒與吸種孔距離為7～9 mm，分種齒尖部圓弧直徑為1 mm。結(jié)構(gòu)示意如圖5。

2.4穴播器軸

國(guó)際上普遍采用的氣力排種裝置多為氣室固定不動(dòng)，由排種器軸驅(qū)動(dòng)取種盤轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)取、排種過(guò)程。取種盤和氣室間相對(duì)運(yùn)動(dòng)容易造成密閉不嚴(yán)、磨損零件等，氣吸式鴨嘴滾筒穴播器是取種盤與擋盤固定在一起形成的氣室轉(zhuǎn)動(dòng)，而軸固定不動(dòng)，氣室的負(fù)壓通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的中空穴播器軸傳遞。結(jié)構(gòu)示意如圖6。

圖6　穴播器軸結(jié)構(gòu)示意

2.5穴播器蓋

穴播器蓋相對(duì)于軸固定不動(dòng)，與吸種盤間形成儲(chǔ)種室，帶有觀察窗和清雜口。儲(chǔ)種室分為充種區(qū)、清種區(qū)和攜種區(qū)3個(gè)區(qū)域。充種區(qū)設(shè)有進(jìn)種口，種箱內(nèi)的種子經(jīng)輸種軟管、進(jìn)種口進(jìn)入充種區(qū)。清種區(qū)安裝有曲線鋸齒刷種器。攜種區(qū)安裝有帶清理毛刷的刮種器，吸種孔經(jīng)過(guò)斷氣裝置后，種子被刮種器刮落。穴播器蓋結(jié)構(gòu)及分區(qū)示意如圖7。

圖7　穴播器蓋組件結(jié)構(gòu)示意

2.6斷氣裝置

國(guó)際上普遍使用的氣力式排種裝置投種過(guò)程多數(shù)采用消除吸種孔壓力，迫使種子在重力的作用下離開取種盤完成投種。氣吸式精量穴播器采用了斷氣裝置加刮種器組合，大大提高了種子與取種盤分離速度，從而保證了投種的準(zhǔn)確性。斷氣裝置固定在穴播器軸上，隨著取種盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)吸種孔經(jīng)過(guò)斷氣塊時(shí)負(fù)壓消失，刮種器及時(shí)將分離不徹底的種子強(qiáng)行刮下，毛刷隨后對(duì)吸孔進(jìn)行清理，為下一輪取種作好準(zhǔn)備。經(jīng)試驗(yàn)和大面積使用證明，斷氣裝置和刮種器組合可有效降低漏播率和重播率。斷氣裝置結(jié)構(gòu)示意如圖8。

圖8　斷氣裝置結(jié)構(gòu)示意

3　系列化設(shè)計(jì)

3.1取種盤最佳吸孔直徑的確定

隨著精量播種技術(shù)的推廣應(yīng)用，要求精播的作物從棉花拓展到玉米、打瓜、甜菜、食葵、油葵等多個(gè)種類。不同的種子對(duì)真空度、線速度需求不同，在氣吸式棉花穴播排種器基礎(chǔ)上，對(duì)控制種子精度的刮種裝置、鴨嘴成穴器和攜種通道等結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。通過(guò)正交試驗(yàn)，采用極差綜合平衡分析法，通過(guò)試驗(yàn)，確定了各類作物種子取種盤最佳吸孔的直徑，見表1。

表1　各類作物對(duì)應(yīng)吸孔直徑參考值　mm

3.2刷種器的改進(jìn)

圖9　2種刷種器結(jié)構(gòu)示意

刷種器（圖9）是提高取種精度的重要部件，通過(guò)刷種器去除多余的種子，確保單粒種子被吸種孔牢固吸附。氣吸式精量穴播器原設(shè)計(jì)采用了曲線鋸齒式刷種器，由4段長(zhǎng)圓弧曲線構(gòu)成，圓心位于取種盤中心線附近，每段圓弧取8°圓周角。該刷種器采用逐漸逼近吸種孔擠壓原理，根據(jù)種子大小可以調(diào)整齒尖與種孔距離，適應(yīng)棉花、玉米、甜菜等作物種子的清理。針對(duì)打瓜、油葵、食葵等長(zhǎng)片狀種子，設(shè)計(jì)了新型增壓圓柱式刷種器，圓柱表面在彈簧作用下，始終精密貼合在取種盤上，有效避免了刷種時(shí)碎種的現(xiàn)象。

3.3進(jìn)種口的改進(jìn)

進(jìn)種口是種子由種箱進(jìn)入排種器的通道，對(duì)于流動(dòng)性較好的棉花、玉米等種子可以順利進(jìn)入儲(chǔ)種室，而打瓜、食葵等特異性種子容易出現(xiàn)架空現(xiàn)象，種子不能及時(shí)補(bǔ)充到取種區(qū)，造成空穴增多。針對(duì)這一現(xiàn)象，在進(jìn)種口位置增加了敲擊裝置（圖10），穴播器轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，敲擊1次，通過(guò)振動(dòng)有效的避免種子流架空，促使進(jìn)種口處層疊的種子流入取種區(qū)，保證吸種孔能吸到種子。另外，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，圓形進(jìn)種口改為方形后，并增加限位板，也具有同樣的效果，限位板同時(shí)對(duì)于調(diào)節(jié)小粒種子進(jìn)入種子室的數(shù)量起到?jīng)Q定作用。

圖10　進(jìn)種口敲擊結(jié)構(gòu)示意

4　使用注意事項(xiàng)

在精量播種過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)空穴率增高和出現(xiàn)斷條現(xiàn)象，需及時(shí)按以下步驟進(jìn)行檢查：（1）檢查鴨嘴是否被泥土堵塞；（2）檢查梳種板是否在合適的位置；（3）通過(guò)觀察孔，檢查種室是否有塑料薄膜等廢物堵塞吸種孔，或纏繞在梳種板上；（4）檢查種子在進(jìn)種口及輸種過(guò)道由于雜物、泥土、棉線等堵塞的原因，種子出現(xiàn)架空現(xiàn)象；（5）檢查氣壓是否達(dá)到要求（由于吸氣管漏氣或風(fēng)機(jī)皮帶過(guò)松等原因，可造成氣壓達(dá)不到要求，檢查方法是用手感覺(jué)種孔吸力的大?。唬?）檢查氣吸盤位置是否固定（氣吸盤是靠其邊緣上的小凸塊與穴播器小槽業(yè)固定位置的，由于在更換氣吸盤時(shí)小凸塊沒(méi)有放入側(cè)盤小槽或螺釘沒(méi)有上緊，都會(huì)出現(xiàn)氣吸盤的位置出現(xiàn)偏差）；（7）檢查穴播器的腰帶位置是否符合要求（需要專業(yè)人員來(lái)操作）。

根據(jù)農(nóng)藝要求，如更換種盤等必須找開穴播器，可將穴播器總成卸下，拿出分種盤，放在干凈的地方，取出種室蓋，細(xì)心取出調(diào)整墊圈，卸掉螺釘，拿出分種盤，即可取出吸種盤。安裝前，首先檢查大小O型密封圈是否在密封槽中，然后檢查斷氣塊及彈簧是否安裝到位，合適后安裝吸種盤。注意按原樣裝好各部件，轉(zhuǎn)動(dòng)穴播器無(wú)阻滯現(xiàn)象即可。穴播器腰帶一般不要拆卸，如必須拆卸要做好標(biāo)記，按標(biāo)記裝回。

經(jīng)過(guò)近十年的研究和不斷改進(jìn)，氣吸式鴨嘴滾筒穴播器性能穩(wěn)定，排種質(zhì)量逐步提高。對(duì)各類作物的精量播種均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性?？昭省?%，單粒率達(dá)95%以上，是精量播種的理想選擇。

參考文獻(xiàn)

［1］陳學(xué)庚，胡斌.旱田地膜覆蓋精量播種機(jī)械的研究與設(shè)計(jì)［M］.新疆：新疆科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

收稿日期：2016—03—04

*基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題，項(xiàng)目編號(hào)：2014BAD06B04。