張東光,郭玉明,鄭德聰,崔清亮

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,山西太谷 030801)

小籽粒作物多數(shù)種植在丘陵山區(qū)和高寒地區(qū),主要有谷子、糜子、高粱、油菜、胡麻、苜蓿等,其共同特點(diǎn)是粒徑和千粒重均較小,但形狀、流動(dòng)性、摩擦特性等物理特性差異較大。根據(jù)小籽粒作物播種的農(nóng)藝要求,種溝內(nèi)的種子在近距離內(nèi)應(yīng)當(dāng)排列多粒,萌發(fā)時(shí)產(chǎn)生群體效應(yīng),易于破土出苗。小籽粒作物目前多采用條播的播種方式,但條播的播量大,排種不均勻,加大了后續(xù)間苗和定苗工作量,影響產(chǎn)量和品質(zhì),也制約了種植面積的進(jìn)一步擴(kuò)大。精少量播種既不同于條播,也不同于精播,形式類似于穴播,可使種子在種溝內(nèi)分布合理,播種量精確,穴距均勻,播深一致,為種子的萌發(fā)和生長創(chuàng)造群體效應(yīng),滿足小籽粒作物播種的農(nóng)藝要求。同時(shí),精少量播種可節(jié)省種子,減少間苗用工[1～4]。根據(jù)這些特點(diǎn)和要求,課題組成員研制了一種適合于多種小籽粒作物的小籽粒精少量播種機(jī)。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該播種機(jī)主要由機(jī)架4、四桿仿行機(jī)構(gòu)3、地輪架7、環(huán)槽式高頻振動(dòng)排種部件5、鏈傳動(dòng)系統(tǒng)6、滑刀式開溝器部件1、刮板式覆土器部件2、焊接地輪組件8、剛性V型鎮(zhèn)壓輪組件9等組成,總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理及工作過程

該播種機(jī)與12～15 HP拖拉機(jī)配套,播種時(shí)拖拉機(jī)牽引機(jī)架4帶動(dòng)地輪8運(yùn)動(dòng),地輪轉(zhuǎn)動(dòng)后通過傳動(dòng)鏈6驅(qū)動(dòng)環(huán)槽式精少量排種器5,由排種器排出的種子,經(jīng)導(dǎo)種管引導(dǎo),落入滑刀式開溝器1所開的溝內(nèi),開溝器通過四桿仿形機(jī)構(gòu)3確保了播深的準(zhǔn)確。播下的種子經(jīng)刮板式覆土器2覆土和剛性V型鎮(zhèn)壓輪9鎮(zhèn)壓,使種子與土壤充分接觸,保墑效果好且有利于種子出苗[5]。

圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Overall structure

1.3 性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)

2BX-10型小籽粒精少量播種機(jī)技術(shù)參數(shù)見下表1。

表1 技術(shù)參數(shù)表Table1 The power and main parameters of 2BX-10 seeding-machine

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 環(huán)槽式高頻振動(dòng)排種器部件設(shè)計(jì)

環(huán)槽式高頻振動(dòng)排種器是整機(jī)的核心工作部件,主要由排種輪、排種器殼體、高頻振動(dòng)系統(tǒng)組成。排種輪直徑140 mm,均布5條環(huán)槽,采取集中排種的方式,實(shí)現(xiàn)了“一器多行”的排種效果,如圖2所示。環(huán)槽采用錐形斷面,其設(shè)計(jì)思想是:環(huán)槽橫截面上僅容納一粒種子,而且不允許出現(xiàn)兩粒種子自鎖現(xiàn)象。通過更換斷面形狀不同的排種輪,可以適應(yīng)粒徑大小不同的種子排種需要。

圖 2 排種輪結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of seeding-device

排種輪通過滾動(dòng)軸承支承在殼體內(nèi),與殼體之間的配合間隙為0.10 mm。殼體上部開口通過法蘭與種箱間接連接,并與排種輪配合形成充種區(qū),在充種區(qū)域內(nèi),種子填充到環(huán)槽內(nèi)。隨著排種輪的旋轉(zhuǎn),多余的種子靠刮種面和重力回落到種子區(qū),為防止銳角作用擠碎種子,殼體刮種面與其內(nèi)圓切線的角度為90°。環(huán)槽與殼體配合構(gòu)成的封閉環(huán)腔形成護(hù)種區(qū),由于配合間隙較小,護(hù)種時(shí)即不傷種又確保了播量的精確。在殼體下部開口處設(shè)計(jì)排種區(qū),排種口位于殼體最低點(diǎn)沿排種輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向滯后20°的位置,有利于種子排出并防止種子在護(hù)種區(qū)內(nèi)自流。為保證充種、投種質(zhì)量,排種器內(nèi)安裝高頻振動(dòng)系統(tǒng),排種器三維模型如圖3所示。

2.2 仿形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

四桿仿形機(jī)構(gòu)如圖4所示,由前端固定板1、四桿結(jié)構(gòu)連接板2、后端連接板3組成。四桿機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,并設(shè)計(jì)限位裝置,仿形范圍為0～300 mm,能夠滿足要求的仿形范圍。

圖3 環(huán)槽式高頻振動(dòng)排種器三維模型圖Fig.3 3Dmodel of the ring wheel typeof seeding device with the high frequency system

圖4 四桿仿形機(jī)構(gòu)組件Fig.4 Assembly of 4-bar profiling mechanism

2.3 開溝器的設(shè)計(jì)

楔形滑刀式開溝器如圖5所示,滑刀入土開溝時(shí)將表土向兩側(cè)推擠,向下壓切土壤形成種溝,種子從兩翼側(cè)板中間落入溝低?；度胪两?,滑刀刃口角 ,開溝器雙側(cè)板間的寬度為26 mm。

圖 5 開溝器結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of the furrow opener

3 播種機(jī)播種性能的測定

采用山西農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研制的農(nóng)機(jī)土槽試驗(yàn)系統(tǒng)對該播種機(jī)播種性能進(jìn)行試驗(yàn),如圖6所示。農(nóng)機(jī)土槽試驗(yàn)系統(tǒng)主要由自走式土槽臺(tái)車和測試系統(tǒng)兩部分組成。土槽臺(tái)車運(yùn)行速度范圍0～5 km,懸掛機(jī)構(gòu)可調(diào)整為鐵牛55、JDT-654等常見拖拉機(jī)懸掛參數(shù)。搭載自制靜態(tài)排種試驗(yàn)臺(tái)作為播種機(jī)播種性能測試系統(tǒng),試驗(yàn)臺(tái)可為排種器提供動(dòng)力,改變試驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)所采用的儀器主要有:電磁調(diào)速電機(jī),光電轉(zhuǎn)速表,電子天平等。

圖6 農(nóng)機(jī)土槽試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.6 System of soil bin test on farming machine

根據(jù)中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6274.1-2001[6],確定了該小籽粒精少量播種機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo),見表2。

表2 技術(shù)性能指標(biāo)Table 2 Technical performanceindex

2.1 排種性能試驗(yàn)

排種性能試驗(yàn)的測試方法[7]如下:將排種器固定在土槽試驗(yàn)系統(tǒng)的后懸掛架上,保持機(jī)具靜止?fàn)顟B(tài),以谷子(晉谷21)為測量對象,以30 s為一組測量時(shí)間,收集各排種口排出的種子,天平稱重,稱量精度0.01 g,重復(fù)5次。

表3 30 s排種性能測定數(shù)據(jù)Table 3 Measurement of seeding performance during 30 s(JinGu 21)

通過對谷子排種性能進(jìn)行測定,得到表3所示的技術(shù)性能指標(biāo)。根據(jù)指標(biāo)考核要求,各行排量一致性全部達(dá)標(biāo)[8,9]。5.75 r·min-1時(shí)總排量穩(wěn)定性變異最大,較為適合的轉(zhuǎn)速為3 r·min-1,6.75 r·min-1。種子破碎率均小于0.1%,超過指標(biāo)要求的＜0.5%,破碎率合格。

2.2 排種能力測定

排種能力測定是對谷物種子進(jìn)行設(shè)計(jì)要求的最大、最小和平均排種量的測定。試驗(yàn)時(shí),種箱內(nèi)的種子應(yīng)不小于箱內(nèi)容積的1/2。試驗(yàn)測定方法如下:在同一傳動(dòng)比下,按相當(dāng)于播種機(jī)行進(jìn)長度50 m折算成驅(qū)動(dòng)輪圈數(shù)來轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪,收集各排種口排出的種子,天平稱重,稱量精度0.01 g,重復(fù)5次。

對谷子排種性能統(tǒng)計(jì)處理后,得到表4。根據(jù)性能指標(biāo)考核要求,三個(gè)轉(zhuǎn)速水平的各行排量一致性均達(dá)標(biāo)(＜3.9%),5.75 r·min-1時(shí)總排量穩(wěn)定性變異最大,最合適轉(zhuǎn)速為3 r·min-1。種子破碎率＜0.5%,指標(biāo)合格。

表4 50 m不同轉(zhuǎn)速對排種性能的影響(晉谷21)Table 4 Impacting of rotation speed on delivery capacity along 50 m

2.3 播量均勻性試驗(yàn)

播量均勻性試驗(yàn)在農(nóng)機(jī)土槽臺(tái)車的牽引下進(jìn)行,對播下的種子進(jìn)行計(jì)數(shù)測量[10]。為防止種子飛濺,在土槽中布置30 m×0.1 m的傳送帶(長×寬)并涂滿黃油。為保證傳送帶與地面水平,將其固定在土槽兩端,并每隔50 cm在傳送帶下增加水平支撐。

試驗(yàn)方法如下:選擇土槽臺(tái)車高速、低速兩檔進(jìn)行試驗(yàn),高速 ,低速 ,沿長度方向?qū)⑼繚M黃油的傳送帶按每100 mm分段,連續(xù)選取其中的100段并記錄每段含有的種子數(shù)。

表 5 播量均勻性試驗(yàn)(晉谷21)Table5 Seeding-uniformity test(JinGu 21)

由表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知:當(dāng)傳動(dòng)比i1=1.08,i2=2.44時(shí),變異系數(shù)a1=39.13,a2=33.61,均達(dá)到指標(biāo)要求(a≤45),每段(100 mm)含有的種子平均數(shù)為6～8粒,達(dá)到了精少量播種的效果。

4 結(jié)論

2BX-10型小籽粒精少量播種機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)主要得到以下結(jié)論:

(1)以排種裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)為重點(diǎn),研制了環(huán)槽式高頻振動(dòng)排種器,降低了小籽粒精少量播種的破碎率、提高了播種均勻性。

(2)該播種機(jī)的各行排種量一致性變異系數(shù)、總排種量穩(wěn)定性變異系數(shù)、種子破碎率、播種均勻性變異系數(shù)等技術(shù)性能參數(shù)均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。

(3)該播種機(jī)適合于谷子、糜子等小籽粒作物的播種,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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