玉米滾輪式氣吸式排種試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

王進(jìn)平　師寶杰　石林榕　黃曉鵬　鄭紅斌　張耀華　趙武云　孫步功

摘要為了方便測取滾輪式玉米氣吸式排種器粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)和漏播指數(shù)等性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單性能測取方便的氣吸式排種器試驗(yàn)臺(tái)，重點(diǎn)確定氣吸式精量排種器主要結(jié)構(gòu)。當(dāng)玉米滾輪式氣吸式排種器試驗(yàn)臺(tái)在排種盤轉(zhuǎn)速為197r/min、氣吸室負(fù)壓為4kPa、排種盤型孔直徑4mm的工作參數(shù)條件下，粒距合格指數(shù)為96.8%、漏播指數(shù)為2.2%、重播指數(shù)為1%，滿足相關(guān)排種試驗(yàn)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 玉米;氣吸式;排種試驗(yàn)臺(tái);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) S223.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-5739（2019）07-0152-02

中國是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械使用大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)具有重要的地位，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展程度是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的重要因素。隨著國家農(nóng)機(jī)研發(fā)資金逐年增加、中央財(cái)政對(duì)農(nóng)機(jī)具購置補(bǔ)貼不斷提高，帶動(dòng)了農(nóng)機(jī)行業(yè)改革創(chuàng)新、不斷發(fā)展。農(nóng)村普遍存在勞動(dòng)力匱乏、老弱病殘占主的問題，人工作業(yè)成本攀升，為了節(jié)省勞動(dòng)力、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，人們不斷地研制高效率的農(nóng)業(yè)機(jī)具。同時(shí)，作物生長環(huán)境千變?nèi)f化，農(nóng)業(yè)機(jī)具需要具備根據(jù)環(huán)境和作物生：長情況及時(shí)靈活調(diào)整的能力叫。

目前，國內(nèi)外先進(jìn)的播種機(jī)普遍采用氣吸式工作原理，主要原因?yàn)閭鹘y(tǒng)播種器作業(yè)速度較低、種子形狀和尺寸等都達(dá)不到實(shí)際要求！;而氣吸式排種器是借助氣流作用完成種子的分類和播種，與傳統(tǒng)的機(jī)械式排種器相比，對(duì)種子要求不高且節(jié)省種子，而且還可以使田間播種均勻，有利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，是現(xiàn)代玉米播種技術(shù)的發(fā)展方向。生產(chǎn)實(shí)踐表明，氣吸式播種技術(shù)較傳統(tǒng)播種技術(shù)產(chǎn)量增幅超過30%，有廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械化程度較高的氣吸式排種器在農(nóng)村的應(yīng)用越來越廣泛。

氣吸式排種器可以用于穴播和點(diǎn)播，對(duì)種子外形、尺寸要求不高，可通過調(diào)節(jié)排種盤的直徑、孔的大小及傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)不同農(nóng)作物的播種;且對(duì)種子的傷害很低，可以在播種作業(yè)速度很高的情況下進(jìn)行播種I5。通常研究排種器的排種性能都是在固定的試驗(yàn)臺(tái)，上進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)或者動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?！秵瘟＃ň埽┎シN機(jī)試驗(yàn)方法》（GB/T6973-2005）中明確規(guī)定了靜態(tài)試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的方法間。研究表明，氣吸式玉米精量排種器不僅受內(nèi)在因素的干擾，如吸孔直徑吸孔數(shù)目、排種盤大小等;而且還受外在因素的影響，如播種作業(yè)速度、氣吸室真空度和投種高度等，必須設(shè)計(jì)理想的播種試驗(yàn)臺(tái)、選取正確合適的參數(shù)，才能使播種機(jī)的工作效率達(dá)到最高。

1整體結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1整體結(jié)構(gòu)

玉米滾輪式氣吸式排種器試驗(yàn)臺(tái)主要由氣吸式排種器、攪動(dòng)輪、數(shù)字氣壓表、12V直流蓄電池、機(jī)架、風(fēng)機(jī)、12V風(fēng)機(jī)調(diào)速器、220V交流電機(jī)、交流電機(jī)調(diào)速器等組成，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2工作原理

接通電源，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)排種器旋轉(zhuǎn)。角鐵臺(tái)架由角鐵焊接而成，起到了很好的固定作用，角鐵臺(tái)架與機(jī)架螺栓連接，連接處有抬升裝置，可以調(diào)節(jié)排種器位置的高低。角鐵臺(tái)架與交流電機(jī)安裝板螺栓連接，交流電機(jī)安裝板與交流電機(jī)螺栓連接，交流電機(jī)調(diào)速器接在220V交流電機(jī)上，電動(dòng)機(jī)上帶有調(diào)速器，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的快慢;風(fēng)機(jī)用螺栓連接在機(jī)架上，軟管與風(fēng)機(jī)、氣吸式排種器卡箍連接，氣吸式排種器與彎頭螺紋連接，彎頭與數(shù)字氣壓表密封螺紋連接，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在氣吸室產(chǎn)生真空，在排種盤的兩側(cè)形成一定的壓力差，在該壓力差的作用下，種子就會(huì)吸附在排種盤上旋轉(zhuǎn);機(jī)架與電池托座焊接，電池托座固定12V直流蓄電池，12V風(fēng)機(jī)調(diào)速器由十字螺釘連接在角鐵臺(tái)架，可以按照實(shí)際需求調(diào)節(jié)風(fēng)速的大小;12V直流蓄電池與風(fēng)機(jī)導(dǎo)線連接，攪動(dòng)輪與12V直流蓄電池導(dǎo)線連接，交流電機(jī)調(diào)速器與220V交流電機(jī)導(dǎo)線連接，風(fēng)機(jī)的動(dòng)力由蓄電池單獨(dú)提供。

2關(guān)鍵部件

2.1機(jī)架和電動(dòng)機(jī)的選用與設(shè)計(jì)

機(jī)架是試驗(yàn)臺(tái)的重要部件，承受排種器工作時(shí)的全部壓力和重力。因此，機(jī)架必須要有足夠的強(qiáng)度與剛度。本試驗(yàn)臺(tái)選用性能較好的角鐵，在模擬播種過程中，壓力和重力通過排種器、電機(jī)、蓄電池等最終傳給機(jī)架，從排種器到機(jī)架等一系列受力部件都易產(chǎn)生變形，最終使機(jī)架張力增大。因此，研究機(jī)架變形對(duì)控制產(chǎn)品精度具有十分重要的實(shí)際意義，但由于機(jī)身中各部件的形狀和受力情況比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)類比法分析具有缺陷，因而采用仿真法進(jìn)行分析。針對(duì)播種試驗(yàn)臺(tái)機(jī)架，在實(shí)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行了Solidworks三維建模，并根據(jù)其實(shí)際受力情況，給出了優(yōu)化模型。經(jīng)實(shí)踐證明，優(yōu)化模型完全符合實(shí)際要求。機(jī)架和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本試驗(yàn)選用了勁默牌GEAR?HEAD5GN5GU15K齒輪箱90W～l20W微型調(diào)控電機(jī)交流齒輪減速電機(jī)，并在上面安裝了馬達(dá)調(diào)速器，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是可以在頻率和電壓很低的情況下以無沖擊電流的方式啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)零沖擊，節(jié)電效果顯著;調(diào)速時(shí)平穩(wěn)性好、調(diào)節(jié)范圍較大、精度高。變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在變頻器的驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速與扭矩，以適應(yīng)負(fù)載的需求變化0。

2.2排種器的結(jié)構(gòu)

氣吸式排種器結(jié)構(gòu)如圖3所示，吸種孔均勻分布在排種盤上（圖4），在排種盤上設(shè)有攪種器，目的是為了防止種子不被吸到排種孔上，導(dǎo)致漏播。其左側(cè)為充種室，與種箱相連;右側(cè)是真空室，風(fēng)機(jī)為其提供負(fù)壓，使1個(gè)或者多個(gè)種子成功被吸附。當(dāng)?shù)剌嗱?qū)動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶著種子到達(dá)開溝器正上方，受真空度影響，吸孔一般會(huì)吸附2?；蚨嗔７N子，此時(shí)刮種器會(huì)將多余的種子刮掉只留下單粒種子，防止重播，種子在重力的作用下會(huì)掉人曲線導(dǎo)種管中。曲線導(dǎo)種管起到引導(dǎo)種子的作用，當(dāng)種子從管中滑落時(shí)會(huì)有一個(gè)向后的分速度，該分速度與整機(jī)作業(yè)向前的速度抵消，使種子的實(shí)際速度為0時(shí)落種，從而保證了種子在輸送帶上均勻分布。

2.3排種盤的選用

本試驗(yàn)選用的是精密排種器專用的節(jié)能、低噪聲風(fēng)機(jī)，配有12V直流電機(jī)調(diào)速器，風(fēng)機(jī)為排種器提供負(fù)壓，吸氣管尾部安裝的數(shù)字氣壓表可記錄試驗(yàn)的實(shí)時(shí)氣壓。影響氣吸式排種氣流的因素很多，包括排種盤大小、孔數(shù)、孔的形狀、種子的外形和尺寸以及工作過程中動(dòng)態(tài)參數(shù)、種子吸附狀態(tài)等因素"。對(duì)排種盤在4kPa真空度下，進(jìn)行0°～60°軸心夾角單因子變量試驗(yàn)，結(jié)果表明，吸種孔壁與軸心夾角在0°～45°時(shí)，隨著夾角增大，漏播率逐漸減小，播種質(zhì)量提高;當(dāng)角度在30*～459時(shí)，排種效果最佳。

3驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)出的玉米排種器試驗(yàn)臺(tái)的工作可靠性，2018年8月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行了播種試驗(yàn)。本試驗(yàn)選用秋樂牌鄭單958號(hào)精選玉米種子，排種盤轉(zhuǎn)速197r/min、氣吸室負(fù)壓4kPa、排種盤型孔直徑4mm工作參數(shù)條件下，參考《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》（GB6973-2005）2測定了粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)和漏播指數(shù)。試驗(yàn)5次重復(fù)，并取平均值。試驗(yàn)樣機(jī)如圖5所示。

由表5可知，播種機(jī)排種盤轉(zhuǎn)速為197r/min、氣吸室負(fù)壓為4kPa排種盤型孔直徑為4mm的工作參數(shù)條件下，該排種器粒距合格指數(shù)為96.8%、漏播指數(shù)為2.2%、重播指數(shù)為1%，滿足設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論

設(shè)計(jì)了氣吸式排種器試驗(yàn)臺(tái)并進(jìn)行了排種試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在播種機(jī)排種盤轉(zhuǎn)速為197r/min.氣吸室負(fù)壓為4kPa、排種盤型孔直徑為4mm的工作參數(shù)條件下，氣吸式精量排種器粒距合格指數(shù)均能達(dá)到96.8%以上，漏重播指數(shù)為2.2%，漏播指數(shù)為1.0%，滿足排種標(biāo)準(zhǔn)。

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