一種排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

○山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心 黃若忱

隨著播種技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的播種機(jī)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使播種機(jī)不再需要地輪傳動(dòng)，減少了由于地輪與土壤間的打滑，使得播種機(jī)的排種均勻，同時(shí)也有利于播種技術(shù)的智能化發(fā)展。目前，播種機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，它們與排種器中的排種盤連接，連接方式一般是鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)或直接連接。

比較典型的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)播種機(jī)，主要由機(jī)架、傳動(dòng)裝置、開溝機(jī)構(gòu)、排種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、播種單體和播量電控系統(tǒng)等組成。處理器將采集的拖拉機(jī)輪轂轉(zhuǎn)速信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)速度匹配，再經(jīng)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)排種器的勺輪盤，實(shí)現(xiàn)精量播種。這種傳動(dòng)方式的缺陷在于傳動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)空間占用較大，導(dǎo)致排種器整體體積變大，不便于運(yùn)輸和使用。另外一種是電機(jī)與排種器中的排種盤直接連接，它們之間有聯(lián)軸器保護(hù)和傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式的缺陷是排種盤的軸向排列尺寸較長(zhǎng)，并且是排種器離地較高時(shí)才能使用。

一、結(jié)構(gòu)組成

本設(shè)計(jì)提供了一種新型的排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的鏈傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)相比，不僅減小了傳動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)空間，也具有補(bǔ)償徑向、角向和軸中心偏差的功能，還具有緩沖和減振作用。

這種新型的排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括排種盤、沿軸向設(shè)置于排種盤中心的軸孔、一個(gè)與電機(jī)動(dòng)力輸出端相連的半聯(lián)軸器和彈性元件。排種盤為垂直圓盤型，鋁合金材質(zhì)，圓盤的外周均布有24個(gè)錐形孔，種子充填入錐形孔內(nèi)，經(jīng)過排種器的作用，最終保證有且只有一顆種子在錐孔內(nèi)，并且到排種口時(shí)排出。排種盤中間的軸向位置開有通孔，通過這個(gè)軸孔傳遞驅(qū)動(dòng)力。排種盤的軸孔內(nèi)端面間隔分布設(shè)置三個(gè)第一凸爪，半聯(lián)軸器的一端端面上也間隔設(shè)置有三個(gè)第二凸爪，第一凸爪和第二凸爪的形狀完全相同。彈性元件的中心設(shè)置有圓柱孔，圓柱孔的外圓面上間隔地設(shè)置六個(gè)均勻分布的凸齒，每個(gè)凸齒的兩側(cè)弧面與第一凸爪、第二凸爪的弧面相吻合。彈性元件為尼龍材質(zhì)，六瓣梅花形結(jié)構(gòu)，安裝在軸孔內(nèi)，排種盤軸孔內(nèi)的三個(gè)第一凸爪和半聯(lián)軸器一端的三個(gè)第二凸爪分別嵌入彈性元件的凸齒之間的孔隙內(nèi)。裝配完畢后，半聯(lián)軸器的大部分在排種盤的中心軸孔內(nèi)，只有一小部分露在排種盤的外部。電機(jī)輸出軸與半聯(lián)軸器通過頂絲連接，電機(jī)輸出軸的圓周面上開有卡槽，半聯(lián)軸器的殼體上開有用于頂絲穿入的通孔。頂絲后端為圓柱，頂絲前端具有可插入所述錐形卡槽的錐形臺(tái)，頂絲的圓柱與錐形臺(tái)之間開有環(huán)形內(nèi)凹槽（見圖1）。

圖1 排種盤的結(jié)構(gòu)示意圖

二、工作原理

電機(jī)輸出軸聯(lián)接半聯(lián)軸器，帶動(dòng)排種盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，位于半聯(lián)軸器和排種盤軸孔之間的彈性元件，其凸齒只受到壓力，而不承受彎矩。當(dāng)排種盤做加速運(yùn)動(dòng)或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，半聯(lián)軸器將電機(jī)傳過來的旋轉(zhuǎn)力通過其端面上第二凸爪的一側(cè)弧面擠壓彈性元件，與半聯(lián)軸器端面上第二凸爪一側(cè)弧面相對(duì)應(yīng)的彈性元件凸齒的一側(cè)弧面受到擠壓，并發(fā)生輕微變形，同時(shí)彈性元件的凸齒將受到的擠壓力通過凸齒的另一側(cè)弧面?zhèn)鹘o排種盤的第一凸爪，這樣就完成了旋轉(zhuǎn)力從電機(jī)到排種盤的傳遞，排種盤在其軸孔內(nèi)第一凸爪的作用下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電機(jī)接到的指令，做加速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)排種盤做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，也就是說電機(jī)接到減速或停止的信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度小于半聯(lián)軸器的旋轉(zhuǎn)速度。半聯(lián)軸器其端面上第二凸爪的一側(cè)弧面不再擠壓彈性元件了，改為第二凸爪的另一側(cè)弧面擠壓彈性元件，受到擠壓的彈性元件再擠壓排種盤軸孔內(nèi)第一凸爪的不受原擠壓力的一側(cè)弧面，這樣排種盤受到相反的旋轉(zhuǎn)力，開始做減速運(yùn)動(dòng)。不論排種盤在做加速、勻速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)力的傳遞都是通過彈性元件上凸齒的左面或右面變形完成的。彈性元件不僅具有內(nèi)摩擦大、質(zhì)量小、單位體積儲(chǔ)存的變形能大和阻尼性能好的特點(diǎn)，還可以補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移，在傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)能量的同時(shí)發(fā)揮不同程度的減震作用。

由于電機(jī)輸出軸與半聯(lián)軸器通過頂絲連接，頂絲前端插入電機(jī)輸出軸的錐形卡槽，頂絲后端在半聯(lián)軸器殼體的通孔內(nèi)，而且圓柱與錐形臺(tái)之間的環(huán)形內(nèi)凹槽在電機(jī)輸出軸和半聯(lián)軸器中間。當(dāng)負(fù)載過大或排種盤卡死時(shí)，電機(jī)輸出軸與半聯(lián)軸器之間的頂絲中間細(xì)小的環(huán)形內(nèi)凹槽處斷裂，電機(jī)輸出軸與半聯(lián)軸器之間失去連接，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)因負(fù)載過大或排種盤卡死損壞電機(jī)。

三、試驗(yàn)與應(yīng)用

排種器是播種機(jī)的核心部件，排種盤又是排種器的關(guān)鍵零件，排種器的傳動(dòng)更是關(guān)鍵。對(duì)排種盤傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒形帶傳動(dòng)方式進(jìn)行比較試驗(yàn)，觀察實(shí)際運(yùn)行情況、獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析存在的問題。排種盤傳動(dòng)安裝前準(zhǔn)備，要準(zhǔn)確地測(cè)出軸間距、軸徑等尺寸并與彈性元件的各部尺寸逐一對(duì)照，在確定無誤的條件下，進(jìn)行裝配。半聯(lián)軸器的內(nèi)孔與軸的配合一般是“過渡配合”，安裝前一定要將軸和孔擦凈，配合面不得有污物。盡管彈性元件具有較強(qiáng)的補(bǔ)償能力，但在安裝時(shí)也要嚴(yán)格找正，使排種盤工作平穩(wěn)，以提高彈性元件的使用壽命。排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)安裝完畢后，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在JPS-12排種器性能檢測(cè)臺(tái)做試驗(yàn)，試驗(yàn)選用大豐30玉米種子。排種盤傳動(dòng)在檢測(cè)臺(tái)上實(shí)際運(yùn)行比較平穩(wěn)，偶有排種盤輕微振動(dòng)的情況，但發(fā)生的概率較低。排種盤發(fā)生輕微振動(dòng)，可能是電機(jī)軸中心與排種盤中心的同軸度相差較大的安裝原因，或機(jī)械原因、設(shè)計(jì)原因和其它原因等。排種盤傳動(dòng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)遇到玉米種子與排種盤磕死，導(dǎo)致排種盤不能轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生這樣的故障，彈性元件與排種盤分離，以保護(hù)電機(jī)不被損壞。在同樣的情況下，使用鏈傳動(dòng)實(shí)際運(yùn)行中存在排種盤抖動(dòng)現(xiàn)象，使用齒形帶傳動(dòng)實(shí)際運(yùn)行平穩(wěn)也偶有輕微抖動(dòng)，但鏈傳動(dòng)和齒形帶傳動(dòng)遇到排種盤不能轉(zhuǎn)動(dòng)的故障時(shí)，都沒有對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的保護(hù)功能。3種傳動(dòng)方式通過JPS-12排種器性能檢測(cè)臺(tái)試驗(yàn)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過比較，使用排種盤傳動(dòng)的效果最好，齒形帶傳動(dòng)效果次之，鏈傳動(dòng)效果最差（見表1）。

表1 排種性能檢測(cè)

使用排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)播種機(jī)在沁源縣進(jìn)行田間應(yīng)用，2021年5月播種玉米300畝，播種速度、播種效率等優(yōu)于勺輪式播種機(jī)、指夾式播種機(jī)和一般傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)播種機(jī)。1個(gè)月后觀察出苗情況，玉米出苗后的合格率、漏播率、重播率和株距合格率等出苗效果均優(yōu)于其它傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的播種機(jī)。6月進(jìn)行了100畝的大豆播種，播種時(shí)的作業(yè)情況和播后的出苗效果均好于其它傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的播種機(jī)。

四、效益分析

排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)播種機(jī)能一次完成播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)作業(yè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，又能夠達(dá)到苗齊、苗壯，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收。排種盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)播種機(jī)與其它傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的播種機(jī)相比，每畝節(jié)省種子0.05～0.07㎏、降低成本10～20元、增產(chǎn)糧食15～25㎏。以2021年在沁源縣的播種應(yīng)用進(jìn)行效益分析，玉米播種作業(yè)300畝，每畝收費(fèi)25元，毛收入達(dá)7500元，節(jié)省種子月約1500元，增加糧食產(chǎn)量約5000㎏。