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        馬鈴薯播種機(jī)排薯器的設(shè)計(jì)與研究*

        2015-11-23 03:05:30楊家文黃曉鵬
        機(jī)械研究與應(yīng)用 2015年3期
        關(guān)鍵詞:限流播種機(jī)株距

        楊家文,田 斌,崔 磊,黃曉鵬*

        (1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),甘肅蘭州 730000;2.甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院,甘肅蘭州 730000)

        0 引言

        馬鈴薯播種機(jī)械化是馬鈴薯栽培過程中非常重要的一環(huán),也是馬鈴薯收獲機(jī)械化的基礎(chǔ),其種植方式及質(zhì)量不僅影響馬鈴薯生產(chǎn)過程的全程機(jī)械化,而且影響產(chǎn)量的高低。目前我國生產(chǎn)的馬鈴薯播種機(jī)漏播、重播、株距不均等現(xiàn)象嚴(yán)重、同時(shí)生產(chǎn)率低下、自動(dòng)化程度低。同發(fā)達(dá)國家相比,技術(shù)產(chǎn)量滯后[1-6]。排薯器是現(xiàn)代馬鈴薯播種機(jī)的核心部件,是播種機(jī)工作質(zhì)量、效能和特征的主要載體和體現(xiàn)者。筆者設(shè)計(jì)了一種新型的排薯器,以期解決在實(shí)際播種過程中的漏播,重播及株距不均等問題。

        1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

        1.1 技術(shù)要求[4]

        (1)保證排薯過程的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)一周或數(shù)周排薯的數(shù)量應(yīng)一定。

        (2)多行排薯器的排薯量應(yīng)相等,各行排薯量應(yīng)一致。

        (3)應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性和通用性。不但能排播一般種薯,而且能排播春化種薯、特大和特小種薯。能適應(yīng)不同分級(jí)種薯的要求。

        (4)排薯頻率應(yīng)能調(diào)整,誤差不應(yīng)超過額定量的8% ~10%。

        (5)漏播率、重播率和傷薯率不應(yīng)超過現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。

        1.2 總體結(jié)構(gòu)

        設(shè)計(jì)的排薯器可以做成系列化的通用產(chǎn)品,根據(jù)實(shí)際播種的需要,以一定比例尺寸縮放加工,然后按照規(guī)定的行距將一定數(shù)量的排薯器安裝在播種機(jī)的機(jī)架上,行距的調(diào)節(jié)由排薯器在機(jī)架上移動(dòng)調(diào)節(jié)。該播種機(jī)的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由種薯箱、升運(yùn)裝置、補(bǔ)薯裝置、振動(dòng)裝置、限流裝置、張緊裝置、排薯管等組成。

        圖1 排薯器結(jié)構(gòu)示意圖

        1.3 工作原理

        排薯器的動(dòng)力由地輪經(jīng)變速箱傳到主動(dòng)輪9,帶動(dòng)主動(dòng)輪3、從動(dòng)輪9間的皮帶向上升運(yùn),安裝在皮帶輪上的舀勺2從種箱1底部喂薯區(qū)上升時(shí)舀到一顆或數(shù)顆種薯。在升運(yùn)過程中,在機(jī)器自身振動(dòng)和振動(dòng)裝置振動(dòng)輪8的作用下,將多余的種薯篩出舀勺,重新返回種箱中。剩下的單粒種薯在重心力矩的作用下逐漸采取以厚軸平置的方式穩(wěn)躺在舀勺內(nèi)。當(dāng)舀勺上升至從動(dòng)輪3頂端安裝傳感器的位置時(shí),檢測有無漏種,如果有,控制器4發(fā)出控制信號(hào),補(bǔ)薯箱5轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,使補(bǔ)薯箱中的種薯由箱底正對著下降舀勺的漏空處落下,進(jìn)行補(bǔ)薯。當(dāng)舀勺通過出口時(shí),活門打開,種薯落入開溝器開出的種溝內(nèi),再由覆土器覆土,完成種植過程。

        2 主要部件設(shè)計(jì)

        2.1 升運(yùn)裝置

        現(xiàn)代馬鈴薯播種機(jī)的裝置主要有鏈勺式、勺盤式和針刺式。由于鏈勺式排薯裝置從種植精度及通用性方面都比較先進(jìn),因此被廣泛使用[7]。一般常見的鏈勺式排薯裝置是由主、從動(dòng)鏈輪加鏈條構(gòu)成,鏈條上間隔一定距離安裝有舀勺。此種排薯器便于安裝及通過鏈條調(diào)節(jié)株距,但鏈條在升運(yùn)經(jīng)過薯箱時(shí)容易劃傷薯塊,且運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn),同時(shí)通過鏈條調(diào)節(jié)株距操作復(fù)雜,故本設(shè)計(jì)采用帶式傳動(dòng)。皮帶上均布安裝鋼制舀勺,舀勺曲面制成旋轉(zhuǎn)拋物面,具有較好的盛薯夾持能力,可保證振動(dòng)過程中至少有一個(gè)種薯保留在勺內(nèi)不被振落。

        主動(dòng)輪由地輪通過變速箱驅(qū)動(dòng),轉(zhuǎn)過一周皮帶移動(dòng)距離S為:

        式中:d為帶輪直徑。

        同時(shí)帶輪旋轉(zhuǎn)一周通過投薯口的舀勺數(shù)N為:

        式中:k為固定在皮帶上的舀勺間距。

        馬鈴薯播種機(jī)地輪旋轉(zhuǎn)一周通過投薯口的舀勺數(shù)N1為:

        式中:i為地輪至主動(dòng)輪間的傳動(dòng)比。播種機(jī)的前進(jìn)距離S1為:

        式中:D為地輪直徑。

        如果每個(gè)舀勺只留一顆種薯,則理論株距l(xiāng)為:

        調(diào)節(jié)地輪至主動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比,即可調(diào)節(jié)株距。

        由于舀勺是在投放口處逐漸偏離投薯管前壁而釋放種薯的,投薯點(diǎn)的高低與種薯脫離舀勺背部時(shí)的橫向尺寸大小有關(guān),大、小薯投薯相位不同,使相鄰舀勺投薯點(diǎn)高低發(fā)生變化,必然引起播種株距大小的波動(dòng),從而影響了播種均勻度。為了提高種植株距均勻度,充種前首先用30~50多級(jí)方形網(wǎng)孔篩對種薯進(jìn)行分級(jí)。

        2.2 補(bǔ)薯裝置

        傳統(tǒng)機(jī)械式的補(bǔ)薯裝置采用棘輪機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作困難,效果并不理想,本設(shè)計(jì)采用機(jī)電式的補(bǔ)薯裝置。補(bǔ)薯裝置由補(bǔ)薯箱、傳感器和控制器組成。補(bǔ)薯箱安裝在從動(dòng)輪正上方,底部為一圓盤,圓盤內(nèi)部由隔板隔成許多小格,隔板連接在電機(jī)軸上,可隨電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)小格內(nèi)事先放入一個(gè)種薯。其中有一個(gè)小格底部漏空,正對著下落中的舀勺背部。補(bǔ)薯裝置、補(bǔ)薯箱結(jié)構(gòu)如圖2、3所示。

        圖2 補(bǔ)薯裝置

        圖3 補(bǔ)薯箱結(jié)構(gòu)

        其工作過程如下:當(dāng)舀勺1向上升運(yùn)至從動(dòng)輪2頂部安裝傳感器3的裝置時(shí),如果舀勺內(nèi)沒有舀到種薯或種薯被振落,則傳感器檢測到?jīng)]有種薯,向控制器4單片機(jī)發(fā)出信號(hào),單片機(jī)發(fā)出控制指令,使補(bǔ)薯箱電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)π/n(n為補(bǔ)薯箱格數(shù))的角度,使相鄰盛有種薯的小格轉(zhuǎn)至漏空處,種薯落入與空勺相鄰的前一個(gè)種勺的背面,實(shí)行補(bǔ)種。同時(shí)單片機(jī)累計(jì)計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)為n-1時(shí)蜂鳴報(bào)警,提示補(bǔ)薯箱種薯不足。如果舀勺內(nèi)盛有種薯,傳感器沒有檢測輸出信號(hào),單片機(jī)不發(fā)出控制指令,補(bǔ)種裝置不工作。

        2.3 振動(dòng)裝置

        為減少和控制舀勺拖帶兩個(gè)或兩個(gè)以上的種薯,采用振動(dòng)裝置配合特制曲面的舀勺消除重種現(xiàn)象。振動(dòng)裝置由振動(dòng)電機(jī)、振動(dòng)力調(diào)整擺板、鎖緊手輪等組成,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。振動(dòng)電機(jī)2通過安裝架安裝在排薯管外側(cè),振動(dòng)電機(jī)在排薯管內(nèi)緊貼升運(yùn)裝置皮帶內(nèi)側(cè)。電機(jī)電源與拖拉機(jī)蓄電池電源接頭連接,電機(jī)控制開關(guān)設(shè)置在駕駛室內(nèi),便于駕駛?cè)藛T操縱。

        圖4 振動(dòng)裝置

        舀勺取種和升運(yùn)時(shí)通過振動(dòng)電機(jī)2刺激皮帶以一定的頻率和幅度抖動(dòng),從而振落舀勺內(nèi)多余的種薯,保持存留一個(gè)種薯的狀態(tài)。如圖4,可根據(jù)重種程度來調(diào)節(jié)振動(dòng)力的大小,松開手輪5使振動(dòng)力調(diào)整擺板4轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)電機(jī)振動(dòng)輪2靠近或遠(yuǎn)離取種勺安裝皮帶3。手輪5向上移動(dòng)時(shí)振動(dòng)力增大,重種程度較大時(shí)采用;手輪5向下移動(dòng)時(shí)振動(dòng)力減小,重種程度較輕時(shí)采用。觀察振動(dòng)力合適后鎖緊手輪5。

        圖5 限流裝置

        2.4 限流裝置

        限流裝置用以控制進(jìn)入種箱底部取薯區(qū)的種薯流量,改善舀勺的取薯能力和減少升運(yùn)裝置的上升阻力,同時(shí)也可起到輔助分級(jí)的作用。如圖5所示,安裝在播種架種箱下外側(cè)的調(diào)整定位板1上聯(lián)接固定著外轉(zhuǎn)柄2,此外轉(zhuǎn)柄2與播種架內(nèi)安裝的閘板屬同一相位角,因此轉(zhuǎn)動(dòng)外轉(zhuǎn)柄2也即帶動(dòng)閘板做同向旋轉(zhuǎn),從而改變了薯種的流動(dòng)層厚度,也就改變了薯種的流量。將外轉(zhuǎn)柄2向右上方旋轉(zhuǎn)可使薯種流量變小,反之變大。限流閘板上安裝一帆布軟板,用以保護(hù)種薯不被金屬閘板刮傷。為了提高種箱內(nèi)種薯進(jìn)入取薯區(qū)的流暢性,在種箱與取薯區(qū)正對的后側(cè)安裝一攪動(dòng)擺桿,用以改善種薯的通流能力。

        3 試驗(yàn)

        將設(shè)計(jì)的排薯器安裝在現(xiàn)有的馬鈴薯播種機(jī)上進(jìn)行田間播種試驗(yàn),同時(shí)與2CMF-2型馬鈴薯播種機(jī)進(jìn)行對比試驗(yàn)。試驗(yàn)在張掖市甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。配套動(dòng)力13 kW,作業(yè)速度0.55 m/s,采用雙壟作播種,播深18 cm,行距65 cm,株距40 cm。試驗(yàn)地地勢平坦,土壤質(zhì)地為壤土,含水量為18%。

        試驗(yàn)測試的內(nèi)容包括漏種率、重種率、株距變異系數(shù)等。拖拉機(jī)以正常速度0.55 m/s播種后,隨機(jī)取10行,每行在50 m內(nèi)隨機(jī)取樣,進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

        表1 試驗(yàn)測試結(jié)果

        如表1所列,采用設(shè)計(jì)的新型排薯器后重種率、漏播率顯著降低,體現(xiàn)了機(jī)電控制補(bǔ)薯裝置的準(zhǔn)確性和有效性。株距變異系數(shù)變化不大,這主要是因?yàn)橹昃嗟木鶆蛐灾饕Q于工作過程中投薯點(diǎn)高度的變化,而投薯點(diǎn)高度的變化又與種薯大小及土壤不平度密切相關(guān),盡管播種前采用了種薯分級(jí)措施,但效果并不明顯。

        4 結(jié)論

        (1)設(shè)計(jì)了一種馬鈴薯播種機(jī)排薯器,主要由種薯箱、升運(yùn)裝置、補(bǔ)薯裝置、振動(dòng)裝置、限流裝置、張緊裝置、排薯管等組成,能夠根據(jù)播種過程自動(dòng)檢測漏播現(xiàn)象,并進(jìn)行漏種補(bǔ)償。

        (2)試驗(yàn)表明:重播率≤1.6%,漏播率≤0.8%,株距變異系數(shù)約為11.2%。表明所設(shè)計(jì)的排薯器顯著改善了馬鈴薯播種機(jī)的播種效果,具有較好的推廣應(yīng)用前景。

        [1] 宋言明,王芬娥.國內(nèi)外馬鈴薯機(jī)械的發(fā)展概況[J].農(nóng)機(jī)化研究,2008(9):224-227.

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        [7] 張波屏.現(xiàn)代種植機(jī)械工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

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