油菜壟作播種機(jī)地輪傳動系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計與試驗

包攀峰 吳明亮 羅海峰 謝偉 向偉

摘要 針對油菜壟作播種機(jī)播種施肥裝置在單個地輪驅(qū)動的作業(yè)過程中出現(xiàn)傳動阻力大、漏種漏肥等問題，同時為實現(xiàn)油菜壟作高產(chǎn)栽培技術(shù)中不同時期不同油菜籽播量的作業(yè)要求，對湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BYL-4型油菜壟作播種機(jī)第一代樣機(jī)的播種施肥傳動系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，將原來中置的單地輪傳動改為兩側(cè)雙地輪傳動，并增設(shè)了傳動介軸和種肥量調(diào)控裝置。田間試驗表明，雙地輪傳動播種機(jī)的田間試驗播種量均值與手測播種量的均值相差不超過2%，雙地輪傳動播種機(jī)的田間排種穩(wěn)定性比單地輪傳動播種機(jī)提高了4.64%。

關(guān)鍵詞 壟作播種機(jī)；地輪；排種施肥；開溝；改進(jìn)設(shè)計

中圖分類號 S223.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2018）01-0186-03

Abstract In view of the rape ridge tillage seeder sowing device in a single wheel drive transmission appeared in the process of operation resistance big problems such as leakage，leakage of fat，at the same time in order to achieve high yielding cultivation techniques of rape requirements，different rapeseed planting quantity in different period of development of hunan agricultural university by 2BYL-4 type of rapeseed ridge tillage seeder sowing the transmission system of the first generation of prototype design improvements，the original single of wheel drive instead of on both sides of the double wheel drive，and add the transmission medium axis and kinds of fertilizer consumption regulation device.The field experiment showed that double wheel drive drill field experiment of seeding rate average differ with hand measure average rate of less than 2%，double wheel transmission planter seed in the field of the stability than single wheel transmission seeder increased by 4.64%.

Key words Ridge planting machine； Wheel； Seed fertilization；Ditching； Improved design

排種排肥系統(tǒng)是多功能播種機(jī)的核心部件之一，種子、肥料在田間排放的精準(zhǔn)性是衡量播種機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。目前我國所應(yīng)用的旋耕播種機(jī)，工作時排種排肥系統(tǒng)一般是依靠地輪驅(qū)動，所以，驅(qū)動輪是旋耕播種機(jī)研究的重要環(huán)節(jié)之一。作業(yè)時，地輪依靠與土壤間摩擦力轉(zhuǎn)動通過鏈輪鏈條傳動將扭矩傳遞給排種（肥）系統(tǒng)，種子由排種器排出經(jīng)由開溝器進(jìn)入土壤中，化肥由排肥器排出經(jīng)由施肥開溝器排至溝中，地輪的工作狀態(tài)對播種均勻性的影響十分顯著[1-5]。

國內(nèi)針對直播機(jī)的研究大都集中在排種器上，將排種、排肥作為一個體系進(jìn)行研究卻鮮見報道[6-10]。由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BYL-4型油菜壟作播種機(jī)第一代樣機(jī)，其傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計為單地輪傳動形式，地輪為鐵地輪。田間試驗結(jié)果表明，該播種機(jī)能基本滿足稻田油菜開溝起壟播種施肥的各項要求，但是在實際應(yīng)用中，由于機(jī)手操作水平不一、田間土壤環(huán)境多樣等多因素的影響，排種排肥系統(tǒng)仍存在一些不足。主要表現(xiàn)：當(dāng)田間環(huán)境殘茬、秸稈覆蓋較多和土壤含水量過高時，作業(yè)時地輪與土壤不能充分地接觸致使摩擦力減小，抓地性能降低，地輪滑移、滑轉(zhuǎn)比較嚴(yán)重，導(dǎo)致階段性漏播漏肥；由于地輪需帶動排種器、排肥器運轉(zhuǎn)，負(fù)載過大，導(dǎo)致滑移率增大，影響了播種精度。針對此問題，筆者綜合各試驗示范點情況及機(jī)具用戶的意見，對排種排肥系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，通過改變地輪的結(jié)構(gòu)形式，將原有的中置單地輪傳動改為兩側(cè)雙地輪傳動結(jié)構(gòu)，并在傳動系統(tǒng)中增設(shè)了傳動介軸和種肥量調(diào)控裝置，實現(xiàn)了油菜直播機(jī)作業(yè)中種、肥排放的精準(zhǔn)性。

1 油菜壟作播種機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

基于雙地輪傳動的2BYL-4型油菜壟作播種機(jī)如圖1所示，主要由入土裝置、傳動裝置、旋耕裝置、開溝起壟裝置、壟面整理裝置、地輪傳動系統(tǒng)、播種裝置、施肥裝置等組成。整機(jī)作業(yè)時，牽引動力帶動機(jī)架兩側(cè)板前方的入土裝置在未耕地上切土和翻垡，引導(dǎo)整機(jī)平穩(wěn)入土和定廂作業(yè)。旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動旋耕裝置的旋耕軸轉(zhuǎn)動，旋耕軸上布置的旋耕彎刀完成壟體旋耕碎土作業(yè)，并配合開溝起壟裝置等完成壟溝倒梯形截面成形，經(jīng)壟面整理裝置對壟面進(jìn)行壓實定型，得到符合油菜壟作種植要求的壟體。同時，兩側(cè)地輪的滾動帶動介軸轉(zhuǎn)動，介軸將動力通過種肥量調(diào)控裝置帶動播種施肥裝置的排種軸及排肥軸轉(zhuǎn)動，肥料經(jīng)排肥管落入地里，種子經(jīng)排種管落入已整理好的廂面。通過這樣一個過程，機(jī)具可以一次性完成旋耕開溝、起壟成廂、播種覆土等作業(yè)。

2 關(guān)鍵部件改進(jìn)設(shè)計

2.1 地輪設(shè)計

地輪設(shè)計主要考慮：地輪直徑、地輪寬度、地輪型式。地輪在拖拉機(jī)的牽引下向前運動，此時地輪就作為主動輪帶動排種器進(jìn)行排種。所以，地輪的直徑直接關(guān)系到地輪驅(qū)動力矩的大小，一般地輪的直徑需大于350 mm[11]。由文獻(xiàn)[12]可知，地輪做純滾動轉(zhuǎn)動時是播種的最佳狀態(tài)，增大直徑可增加驅(qū)動力矩、減小滑移率和減少功率消耗，綜合考慮，地輪直徑為500 mm，寬度為100 mm。高玉璐[13]通過實驗比較了橡膠地輪和鐵地輪的滑移率，結(jié)果表明，橡膠輪的滑移率較小，參考地輪直徑及地輪材料，結(jié)構(gòu)選擇圓盤式橡膠輪。

2.2 排種排肥動力系統(tǒng)設(shè)計

排種排肥需要從地輪引入傳遞動力，驅(qū)動排種排肥器進(jìn)行工作，這種方式的好處是可以保證排種排肥量與拖拉機(jī)田間作業(yè)前進(jìn)速度實時匹配，不需要額外的速度調(diào)控匹配系統(tǒng)，且工作可靠操作方便。考慮到田間土壤濕度變化影響地輪打滑，導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量下降，為此設(shè)計雙地輪傳動系統(tǒng)，提高作業(yè)可靠性和穩(wěn)定性。如圖2所示，左右兩側(cè)將地輪設(shè)計放在已經(jīng)開好的溝內(nèi)，通過地輪驅(qū)動鏈條，再驅(qū)動中間傳動鏈輪軸。由于實際田間作業(yè)有可能左右地輪的轉(zhuǎn)速有差異，因此需要將中間傳動軸上的從動鏈輪改成單向驅(qū)動飛輪結(jié)構(gòu)，保證工作可靠。動力經(jīng)中間軸通過調(diào)速器輸入鏈傳遞到變速箱輸入端，經(jīng)調(diào)速輸出通過排種軸傳動鏈帶動排種軸，最后排種軸經(jīng)排肥軸傳動鏈帶動排肥軸，完成整個排種排肥的動力驅(qū)動。其中地輪到中間軸傳動比20∶20；中間軸到變速箱輸入軸端傳動比20∶20；變速箱輸出端到排種軸傳動比20∶16；排種軸到排肥軸傳動比16∶16。

2.3 種肥量調(diào)控裝置設(shè)計

由于播種機(jī)在田間播種過程中播種量會隨不同的播種時間、種植習(xí)慣、品種農(nóng)藝要求等因素影響，因此需要實現(xiàn)多種播量的作業(yè)要求，為此設(shè)計一種中間調(diào)速裝置，完成田間播量調(diào)控需求。如圖3所示，調(diào)速器設(shè)計成2根傳動軸，輸入軸和輸出軸，動力經(jīng)動力輸入端輸入，帶動輸入軸轉(zhuǎn)動；輸入軸選用六方鋼設(shè)計而成，調(diào)速主動輪齒固連在六方管上，六方管與六方鋼形成可以滑動的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)調(diào)速主動輪可以在輸入軸上左右滑動完成變速操作。六方管外圓上安裝一個軸承，軸承再外套一個中間齒輪架，中間齒輪架上安裝一個中間齒軸承，中間齒軸承上再安裝中間齒輪，中間齒輪與調(diào)速主動齒輪相互嚙合，齒數(shù)相同均為10齒。動力通過輸入軸驅(qū)動調(diào)速主動輪齒，傳遞到中間齒輪。在輸出軸上設(shè)計一組不同齒數(shù)的齒輪等間距布置，齒輪Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ齒數(shù)分別為5、6、7、8、9、10。齒輪均與輸出軸固連。工作時調(diào)節(jié)調(diào)速手柄，推動主動輪齒在輸入軸上左右滑動到合適位置時，與輸出軸上的齒輪匹配嚙合。從最左端滑動到最右端實現(xiàn)了最小傳動比和最大傳動比，最小傳動比位置和最大傳動比位置如圖4、5所示，從而實現(xiàn)了0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0共6個不同級別的變速比。

2.4 排種量排肥量計算

設(shè)排種器每圈排種量為 x（g），地輪與調(diào)速器傳動比為1∶1，地輪每走1圈的排種器排種量為4 x ；油菜壟作播種機(jī)寬幅2.00 m，1 hm2地需行駛5 002.50 m；地輪直徑為50 cm，取行駛中的吃泥深度為5 cm，周長則為1.41m；1 hm2地地輪共轉(zhuǎn)圈數(shù)為3 570圈；1 hm2地的排種量為3 570×4 x（g）。

通過實驗測得排種器單排孔每轉(zhuǎn)1圈平均排種量為0.20 g（表2），則1 hm2地的排種量實際為2 865.00 g。根據(jù)調(diào)速器配置的不同傳動比可以得到不同檔位的實際排種量，數(shù)據(jù)如表1所示。

3 實驗與分析

為檢驗基于雙地輪傳動的2BYL-4型油菜壟作播種機(jī)的排種效果，2016年9月在益陽完成樣機(jī)加工后于附近田間進(jìn)行了實驗，并與單個地輪傳動的第一代壟作播種機(jī)進(jìn)行了對比實驗。

下田前，分別對單地輪傳動油菜壟作播種機(jī)、雙地輪傳動的油菜壟作播種機(jī)以及單個排種器進(jìn)行排種性能測試。將油菜壟作播種機(jī)與拖拉機(jī)掛接，在地輪上進(jìn)行轉(zhuǎn)動初始位置標(biāo)記，人工手動旋轉(zhuǎn)地輪20圈，排種管下固定一次性塑料杯對排出的種子進(jìn)行裝接，然后稱重，重復(fù)試驗3次，數(shù)據(jù)如表2所示。田間試驗時，拖拉機(jī)停于田間一側(cè)，撒下石灰標(biāo)記開始位置，排種管下固定一次性塑料杯，用50 m卷尺向拖拉機(jī)前進(jìn)方向丈量20 m，撒下石灰標(biāo)記結(jié)束位置，拖拉機(jī)基本保證以勻速通過測試區(qū)，取下一次性杯子進(jìn)行稱重，重復(fù)試驗2次，數(shù)據(jù)如表3所示。

結(jié)果表明，雙地輪傳動播種機(jī)的田間實驗播種量均值與手測播種量的均值相差不超過2%，雙地輪傳動播種機(jī)的田間排種穩(wěn)定性比單地輪傳動播種機(jī)提高了4.64%。

4 結(jié)論

目前我國油菜壟作高產(chǎn)栽培技術(shù)正在進(jìn)入大面積推廣階段，如果沒有更好的驅(qū)動裝置被研制開發(fā)，地輪將仍作為主要驅(qū)動部件，盡管雙地輪傳動系統(tǒng)在提高播種均勻性及播種質(zhì)量方面有了一定的效果，但是研究地輪裝置在工作時產(chǎn)生的滑移問題同樣很迫切，找到影響地輪滑移的主要因素，可為地輪的設(shè)計和油菜播種機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)提供基礎(chǔ)和支持。

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