真空負(fù)壓式小麥精量排種器的設(shè)計

河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 崔子厚 趙一州 張玉潔 畢珈寧 楊諾

1 研制的背景和意義

小麥的種植和生產(chǎn)對保障人類的生存非常重要。我國的小麥產(chǎn)量位居世界第一位。因此，在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，小麥的生產(chǎn)起著重要的作用。傳統(tǒng)的小麥播種方法包括條、穴、撒播等諸多方式，其中后者實施起來頗為簡便，播種效率整體較高，但是撒播麥種入土深淺不一，根系不深，在生長后期容易脫肥，同時發(fā)育也容易出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。而穴播在小麥播種中則較少使用，其主要用于稻茬小麥田、缺乏肥料或間作的地區(qū)以及無灌溉條件的旱地小麥，其苗穗數(shù)偏少，不利于小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[1]。

作為我國運用最為廣泛且長期存在的一種播種方式-條播，較其它兩種播種方式而言優(yōu)化了小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，然而條播群體不易控制，每行密度大、通風(fēng)透光欠佳，容易發(fā)生倒伏，條播密度差別較大。

圖1 排種器整體結(jié)構(gòu)爆炸圖

所謂精量播種，就是指對播種量進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，使之作業(yè)質(zhì)量得到明顯提升，并讓其中的單粒種子遵循3D空間坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，使之行、株距、播深都具有精準(zhǔn)性[2]。這種播種技術(shù)的關(guān)鍵裝置是依次精量播種機(jī)器（氣吸式）與排種器，通常在地力佳、肥水等環(huán)境下進(jìn)行運用，可將原先的“大肥、水、大群體與播量”調(diào)整為“群體合適、小播量、足肥、水”模式。并運用新型農(nóng)機(jī)設(shè)備來進(jìn)行作業(yè)，這樣就能對基本苗數(shù)加以相應(yīng)優(yōu)化，使得整個麥田能夠?qū)崿F(xiàn)良好的動態(tài)管理；將個體發(fā)育與整體生長進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而對群體透氣、透光進(jìn)行優(yōu)化，合理分配群體內(nèi)有效分蘗的光照、水分和營養(yǎng)，使之更為高效地利用地力與光能。為此，運用小麥精量播種技術(shù)，可以對該農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行提升。這種播種技術(shù)，對分蘗作物落后的播種模式進(jìn)行了很好的革新，對播種量、均勻性等進(jìn)行了相應(yīng)的科學(xué)調(diào)控，使得每個個體都能得到相應(yīng)的生長空間與營養(yǎng)支持，這樣就能獲得更多有效的分蘗，同時還能適當(dāng)?shù)亟档头柿?、種子的使用量，使之更容易高產(chǎn)，進(jìn)而帶來較高的經(jīng)濟(jì)與社會效益[3]。

2 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在播種時，所使用的排種器為典型的一器雙行，它的核心結(jié)構(gòu)囊括了負(fù)壓管軸、外殼、連接螺釘、動排種盤I/II、擋種塊、靜排種盤等，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以參見上圖1、下圖2。

圖2 排種器整體裝配結(jié)構(gòu)圖

動排種盤Ⅱ的半個負(fù)壓室由內(nèi)部兩側(cè)凹進(jìn)形成，并且在兩側(cè)各加工3個間隔為120°的控縫連接塊，用來控制兩個圓盤之間外邊緣處的環(huán)帶縫隙寬度，控縫連接塊中心加工通孔，用于穿過固定螺栓。動排種盤Ⅰ和Ⅱ的半個負(fù)壓室是由凹進(jìn)構(gòu)成，而且在其內(nèi)部具有相對性，前者提供了③個通孔（這兩個動排種盤的3個通孔間隔120°相對），另一個有3個螺紋孔，用連接螺栓通過每個盤的孔，將對應(yīng)的③個動排種盤進(jìn)行整合。在I、II這兩個盤的內(nèi)部構(gòu)成了負(fù)壓室，外緣向圓心方向4mm處形成縫隙，用于吸附種子，如圖1-3所示，均勻吸附排布的種子存放于這兩個盤的外緣的環(huán)形槽帶之中，它們的位置具有相對性。

動排種盤Ⅰ通過螺釘與固定套筒連接，用螺釘將固定套筒安裝在負(fù)壓管軸上，動排種盤Ⅰ內(nèi)孔鑲嵌的密封圈保證了其與負(fù)壓管軸密封良好。將負(fù)壓管軸與固定套筒的連接處穿過靜排種盤的中心孔，接著將該裝置的外殼與靜排種盤通過螺釘來實現(xiàn)連接。將負(fù)壓室中的管軸作為對象，將其沿著圓周對其進(jìn)行加工，使之構(gòu)成通孔陣列，這樣就能構(gòu)建負(fù)壓腔，并具有連通性。然后將補(bǔ)充種子的高度控制板，設(shè)置于排種器外殼上部套有彈簧的凸臺上，充種高度控制板的上下移動通過旋轉(zhuǎn)螺母壓縮彈簧控制，從而實現(xiàn)了對種子高度的控制。

用于防止種子流出的擋種塊則需要設(shè)置在動排種盤區(qū)域外殼下端，在外殼凸臺之上，可以配置落種清堵片；該模塊的另外一端則可以置入I、II這兩個部件所構(gòu)成的吸種縫隙中，其功能就是對氣路進(jìn)行隔斷，并實現(xiàn)清落種子，通過排種口將種子排出，同時也清除了縫隙內(nèi)的雜質(zhì)，防止堵塞。其中單行排種裝置的構(gòu)成為I盤（2個）進(jìn)行組合，由此構(gòu)成吸種縫隙。

在實際生產(chǎn)作業(yè)時，該排種器可以將原來單行條播的麥種均勻分布到多行精播的苗帶上，將苗帶擴(kuò)寬，使每行定量的小麥種子在地理空間上均勻分布，實現(xiàn)小麥精播[4]。

3 工作原理

排種盤裝置的實現(xiàn)機(jī)制可以參見圖3，所使用的風(fēng)機(jī)，能夠利用旋轉(zhuǎn)接頭和軟管進(jìn)行對接，同時還對接上負(fù)壓管軸，這樣就能在兩個動排種盤之間，生成真空負(fù)壓型腔；負(fù)壓管軸加工陣列圓孔沿圓周方向等間距排列，在排種盤外緣位置真空型腔變窄形成縫隙，縫隙外加工成橫截面為各種形狀的環(huán)形槽帶，用于排列存放被吸附的種子，于是該裝置外緣氣壓與風(fēng)機(jī)之間就會構(gòu)成氣流運行線路，在氣流朝著內(nèi)部流動過程中，其縫隙區(qū)域氣流的運行速度會加快，牢牢吸附小麥種子。在排種盤轉(zhuǎn)動的過程中，由于排種盤外圓處存在環(huán)形槽帶，于是麥種就會按照次序完成排列，在構(gòu)成種子帶，并呈現(xiàn)出環(huán)形。

圖3 排種器主要結(jié)構(gòu)及其組裝零件圖

螺釘將3個動排種盤進(jìn)行連接，使之構(gòu)成整體，其中I盤基于固定套連接負(fù)壓管軸，后者外端與鏈輪進(jìn)行固接，通過鏈條實現(xiàn)動力傳遞。在旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)種盒中的麥種在運動到非穩(wěn)定區(qū)之后，就會在負(fù)壓作用下，使之吸附到環(huán)形槽帶，再運轉(zhuǎn)到穩(wěn)定區(qū)之后，就會進(jìn)入到落種區(qū)域。此時在落種清堵片作用下，會將落種區(qū)氣路進(jìn)行切斷，這樣麥種就會在其自重的作用下，進(jìn)入到導(dǎo)種管。

該清堵片中的其中某端與排種器外殼凸臺進(jìn)行固定，剩余一端則在I、II盤吸種縫隙中進(jìn)行插入，其目的就是完成清落種子，同時還將其中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，預(yù)防縫隙長期工作后堵塞的情況。在圖4-1中，給出了這種落種清堵片的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計情況，它的前端插入吸種縫隙，提早切斷氣路或減少氣流的吸力，使麥種靠重力落下，而不是由落種清堵片將麥種撥落。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計避免了機(jī)械落種對麥種的傷害，從而保證了麥種從充種到投種整個過程都是在氣流吸附力的作用下運動的，與傳統(tǒng)機(jī)械式排種器相比，其傷種率大幅降低。

圖4-1 排種裝置整體構(gòu)成

圖4-2 清堵片整體構(gòu)成情況

4 創(chuàng)新點

（1）排種器采用真空負(fù)壓原理，在滿足小麥精播技術(shù)的農(nóng)藝要求下，不會對種子產(chǎn)生傷害，還能節(jié)約種子，并能對作業(yè)速度、排種頻率進(jìn)行控制。

（2）排種裝置的結(jié)構(gòu)主要為環(huán)形吸縫，通用性好，對種子尺寸要求不嚴(yán)，可以支持多器共軸，從而使得這種排種器能夠?qū)π←湻N子進(jìn)行多行播種，同時還能具有均勻性。

（3）改變傳統(tǒng)地輪帶式動排種裝置實現(xiàn)的播種模式，創(chuàng)新地引入了電機(jī)動力裝置，不僅為播種提供動力，同時還運用數(shù)控播種控制器控制排種量的方式來實現(xiàn)精量播種。

（4）種箱采用分離式結(jié)構(gòu)，調(diào)整方便，可解決漏種，并減少排種器與種箱的摩擦，種箱上安裝光電傳感裝置，可以提醒無種和種少的情況。

5 結(jié)語

本項目源于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，主要針對小麥精量播種技術(shù)及裝備開展研究。最后借助于真空負(fù)壓機(jī)制，完成精量排種器設(shè)計，這樣就能在播種上實現(xiàn)一器兩行，對過去的條播模式進(jìn)行了改變，同時還將過去基于某個寬度之下進(jìn)行的密集式播種，轉(zhuǎn)換成一條線式播種，明顯提升了精播效果。