○山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心 黃若忱

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

比較典型的一種電機驅動播種機，主要由機架、傳動裝置、開溝機構、排種傳動機構、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輪轂轉速信號傳給驅動器，控制步進電機轉速與拖拉機速度匹配，再經(jīng)鏈傳動帶動排種器的勺輪盤，實現(xiàn)精量播種。這種傳動方式的缺陷在于傳動連接的結構空間占用較大，導致排種器整體體積變大，不便于運輸和使用。另外一種是電機與排種器中的排種盤直接連接，它們之間有聯(lián)軸器保護和傳動，這種傳動方式的缺陷是排種盤的軸向排列尺寸較長，并且是排種器離地較高時才能使用。

一、結構組成

本設計提供了一種新型的排種盤傳動結構，與現(xiàn)有的鏈傳動、齒形帶傳動相比，不僅減小了傳動連接的結構空間，也具有補償徑向、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結構包括排種盤、沿軸向設置于排種盤中心的軸孔、一個與電機動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，圓盤的外周均布有24個錐形孔，種子充填入錐形孔內，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，并且到排種口時排出。排種盤中間的軸向位置開有通孔，通過這個軸孔傳遞驅動力。排種盤的軸孔內端面間隔分布設置三個第一凸爪，半聯(lián)軸器的一端端面上也間隔設置有三個第二凸爪，第一凸爪和第二凸爪的形狀完全相同。彈性元件的中心設置有圓柱孔，圓柱孔的外圓面上間隔地設置六個均勻分布的凸齒，每個凸齒的兩側弧面與第一凸爪、第二凸爪的弧面相吻合。彈性元件為尼龍材質，六瓣梅花形結構，安裝在軸孔內，排種盤軸孔內的三個第一凸爪和半聯(lián)軸器一端的三個第二凸爪分別嵌入彈性元件的凸齒之間的孔隙內。裝配完畢后，半聯(lián)軸器的大部分在排種盤的中心軸孔內，只有一小部分露在排種盤的外部。電機輸出軸與半聯(lián)軸器通過頂絲連接，電機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，頂絲的圓柱與錐形臺之間開有環(huán)形內凹槽（見圖1）。

圖1 排種盤的結構示意圖

二、工作原理

電機輸出軸聯(lián)接半聯(lián)軸器，帶動排種盤作旋轉運動，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。當排種盤做加速運動或勻速運動時，半聯(lián)軸器將電機傳過來的旋轉力通過其端面上第二凸爪的一側弧面擠壓彈性元件，與半聯(lián)軸器端面上第二凸爪一側弧面相對應的彈性元件凸齒的一側弧面受到擠壓，并發(fā)生輕微變形，同時彈性元件的凸齒將受到的擠壓力通過凸齒的另一側弧面?zhèn)鹘o排種盤的第一凸爪，這樣就完成了旋轉力從電機到排種盤的傳遞，排種盤在其軸孔內第一凸爪的作用下做旋轉運動，根據(jù)電機接到的指令，做加速旋轉運動或勻速旋轉運動。當排種盤做減速運動時，也就是說電機接到減速或停止的信號，電機的旋轉速度小于半聯(lián)軸器的旋轉速度。半聯(lián)軸器其端面上第二凸爪的一側弧面不再擠壓彈性元件了，改為第二凸爪的另一側弧面擠壓彈性元件，受到擠壓的彈性元件再擠壓排種盤軸孔內第一凸爪的不受原擠壓力的一側弧面，這樣排種盤受到相反的旋轉力，開始做減速運動。不論排種盤在做加速、勻速或減速運動時，旋轉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摩擦大、質量小、單位體積儲存的變形能大和阻尼性能好的特點，還可以補償兩軸相對偏移，在傳遞轉動能量的同時發(fā)揮不同程度的減震作用。

由于電機輸出軸與半聯(lián)軸器通過頂絲連接，頂絲前端插入電機輸出軸的錐形卡槽，頂絲后端在半聯(lián)軸器殼體的通孔內，而且圓柱與錐形臺之間的環(huán)形內凹槽在電機輸出軸和半聯(lián)軸器中間。當負載過大或排種盤卡死時，電機輸出軸與半聯(lián)軸器之間的頂絲中間細小的環(huán)形內凹槽處斷裂，電機輸出軸與半聯(lián)軸器之間失去連接，電機繼續(xù)轉動，不會因負載過大或排種盤卡死損壞電機。

三、試驗與應用

排種器是播種機的核心部件，排種盤又是排種器的關鍵零件，排種器的傳動更是關鍵。對排種盤傳動、鏈傳動和齒形帶傳動方式進行比較試驗，觀察實際運行情況、獲取試驗數(shù)據(jù)和分析存在的問題。排種盤傳動安裝前準備，要準確地測出軸間距、軸徑等尺寸并與彈性元件的各部尺寸逐一對照，在確定無誤的條件下，進行裝配。半聯(lián)軸器的內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的補償能力，但在安裝時也要嚴格找正，使排種盤工作平穩(wěn)，以提高彈性元件的使用壽命。排種盤傳動結構安裝完畢后，使用電機驅動，在JPS-12排種器性能檢測臺做試驗，試驗選用大豐30玉米種子。排種盤傳動在檢測臺上實際運行比較平穩(wěn)，偶有排種盤輕微振動的情況，但發(fā)生的概率較低。排種盤發(fā)生輕微振動，可能是電機軸中心與排種盤中心的同軸度相差較大的安裝原因，或機械原因、設計原因和其它原因等。排種盤傳動運行時，當遇到玉米種子與排種盤磕死，導致排種盤不能轉動，發(fā)生這樣的故障，彈性元件與排種盤分離，以保護電機不被損壞。在同樣的情況下，使用鏈傳動實際運行中存在排種盤抖動現(xiàn)象，使用齒形帶傳動實際運行平穩(wěn)也偶有輕微抖動，但鏈傳動和齒形帶傳動遇到排種盤不能轉動的故障時，都沒有對驅動電機的保護功能。3種傳動方式通過JPS-12排種器性能檢測臺試驗獲得相應的數(shù)據(jù)，經(jīng)過比較，使用排種盤傳動的效果最好，齒形帶傳動效果次之，鏈傳動效果最差（見表1）。

表1 排種性能檢測

使用排種盤傳動結構的電機驅動播種機在沁源縣進行田間應用，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、指夾式播種機和一般傳動結構的電機驅動播種機。1個月后觀察出苗情況，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)于其它傳動結構的播種機。6月進行了100畝的大豆播種，播種時的作業(yè)情況和播后的出苗效果均好于其它傳動結構的播種機。

四、效益分析

排種盤傳動結構的電機驅動播種機能一次完成播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等多項作業(yè)，減輕勞動強度，降低生產(chǎn)成本，又能夠達到苗齊、苗壯，實現(xiàn)作物增產(chǎn)增收。排種盤傳動結構的電機驅動播種機與其它傳動結構的播種機相比，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用進行效益分析，玉米播種作業(yè)300畝，每畝收費25元，毛收入達7500元，節(jié)省種子月約1500元，增加糧食產(chǎn)量約5000㎏。