谷子精量播種機(jī)構(gòu)設(shè)計研究

谷子精量播種機(jī)構(gòu)設(shè)計研究

0谷子精量播種機(jī)的重要性糧是中國的特產(chǎn)。自古以來，它就是中國北方的重要糧食。種植面積占世界糧食種植面積的80%，產(chǎn)量占世界糧食總量的90%。谷子產(chǎn)業(yè)的興衰對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。目前，全國谷子種植面積下降了，其主要原因是由于谷子生產(chǎn)用工多，特別是間苗難。精少量播種是實現(xiàn)谷子機(jī)械化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，只有這樣才能達(dá)到免（少）間苗的目的。廣大農(nóng)民急需一種既能保證出全苗，又能降低間苗勞動強(qiáng)度、性能穩(wěn)定的谷子精量播種機(jī)。針對我國谷子種植區(qū)地塊大小不一、間苗勞動強(qiáng)度大、播種期干旱缺水風(fēng)大等實際情況，我們以排種器的創(chuàng)新設(shè)計為突破點，以開溝播種鎮(zhèn)壓集成系統(tǒng)為重點，設(shè)計研究了主要由帶清種槽窩眼輪式谷子排種器和雙輪驅(qū)動開溝鎮(zhèn)壓集成系統(tǒng)機(jī)構(gòu)組成的谷物精量播種機(jī)。1播種機(jī)械的結(jié)構(gòu)和工作原理1.1常見的排種器、鋼架結(jié)構(gòu)播種單體組（見圖1）主要由懸掛與機(jī)架機(jī)構(gòu)、滑塊式仿形機(jī)構(gòu)、排種器總成、單體鋼架、鏈傳動機(jī)構(gòu)、雙輪雙側(cè)鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)、鞘式開溝器、刮土板、鎖緊螺栓、輸種管等組成。1.2播種前排種機(jī)和排種器安裝播種單體組與滑塊式仿形機(jī)構(gòu)的滑塊焊接在一起，用U型卡安裝在機(jī)架上，可以組成1行到多行的完整播種機(jī)。播種機(jī)通過懸掛機(jī)構(gòu)與拖拉機(jī)連接，當(dāng)拖拉機(jī)向前行走時帶動播種機(jī)前行開始播種作業(yè)，雙輪雙側(cè)鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)通過鏈傳動機(jī)構(gòu)帶動排種器總成（調(diào)整好的傳動比）開始排種，同時鞘式開溝器按預(yù)先調(diào)整好的深度入土，排種器排出的種子通過輸種管進(jìn)入鞘式開溝器播入土壤完成播種作業(yè)，雙輪雙側(cè)鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)同時完成鎮(zhèn)壓作業(yè)。當(dāng)?shù)乇砀赏翆雍穸却笥?0mm時，可安裝上刮土板，并調(diào)整至適當(dāng)高度，作業(yè)時將干土刮至種植帶兩側(cè)（使地表干土層厚度小于50mm）；當(dāng)?shù)乇砀赏翆雍穸刃∮?0mm時，不需要安裝刮土板。1.3條淺溝，充積雨水作業(yè)效果剖面示意見圖2，播種后土壤斜面1、土壤斜面3是經(jīng)過鎮(zhèn)壓輪壓緊的土壤表面，在這2處形成了2條淺溝，這2條溝能夠很好地起到充積雨水的作用；土壤平面2是鞘式開溝播種器經(jīng)過且未經(jīng)鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓的地方，其表面是粗糙不平的，這個粗糙不平表面的好處是不易形成土壤板結(jié)（特別是在剛剛播種后就遇下雨時），它又正好在種子正上方，給幼苗破土創(chuàng)造了良好的條件。2主要工作設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原則2.1排水設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原則2.1.1無刮種裝置見圖2帶清種槽窩眼式排種器主要由殼體、排種盤、調(diào)節(jié)環(huán)、排種軸、鏈輪、種箱等構(gòu)成，排種器結(jié)構(gòu)見圖3。排種盤、軸承、鏈輪、排種軸固定在一起，工作中是轉(zhuǎn)動部分。調(diào)節(jié)環(huán)、蓋板與殼體通過鎖緊螺栓及小螺栓固定在一起，工作中是非轉(zhuǎn)動部分，種箱固定在殼體突臺上，種子從調(diào)節(jié)環(huán)的進(jìn)種口進(jìn)入充種區(qū)。工作時，動力連接鏈輪，通過排種軸帶動排種盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)該排種器的充種、合力（重力和離心力）清種、護(hù)種、排種一系列連續(xù)作業(yè)。排種盤的設(shè)計采用帶清種槽的窩眼式結(jié)構(gòu)（見圖4）。松開鎖緊螺栓，適當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)環(huán)，可以改變充種區(qū)內(nèi)種子平面的高低，充種區(qū)與清種區(qū)是相通的一個空腔。排種器在轉(zhuǎn)動過程中取上種子，窩眼以外多余的種子通過清種槽靠重力自動清除，留在窩眼內(nèi)的種子被保留在一個有效的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)過護(hù)種區(qū)一直到排種口排出，實現(xiàn)了既無刮種裝置又不傷種的效果。通過改變窩眼直徑（圖4中的Φ），可以達(dá)到（或調(diào)節(jié)）精少量播種的目的。2.1.2排種、排種見圖3，當(dāng)動力通過鏈輪、排種軸，帶動排種盤旋轉(zhuǎn)時，排種盤在Ⅰ象限完成充種過程，在Ⅱ象限窩眼以外多余的種子通過清種槽靠合力自動清除，在Ⅲ象限和Ⅳ象限的前半程為護(hù)種區(qū)，在Ⅳ象限的后半程，種子在重力作用下，經(jīng)過排種口、導(dǎo)種管鞘式開溝播種器落入土壤，完成排種作業(yè)。松開鎖緊螺栓，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)環(huán)，不但可以改變充種區(qū)內(nèi)種子平面的高低，而且在完成播種作業(yè)后，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)，使其進(jìn)種口轉(zhuǎn)至排種器架上的排種口位置時，還可以清理種箱內(nèi)剩余的種子。2.2滑塊模仿結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2.2.1結(jié)構(gòu)2.2.2粗彈簧下的滑動接觸導(dǎo)向外套通過U型卡垂直于地面固定在機(jī)架上，滑塊與播種單體組鋼架焊接在一起，通過上下4個滾柱與導(dǎo)向外套滑動接觸，并在粗彈簧的作用下始終壓向下方，給鞘式開溝器提供有效的入土壓力，在播種機(jī)提升時緩沖細(xì)彈簧，起到避免沖擊降低噪聲的作用。與傳統(tǒng)平行四連桿仿形機(jī)構(gòu)相比，本滑塊式仿形機(jī)構(gòu)既能實現(xiàn)同樣的仿形功能，又減短了整機(jī)縱向長度，降低了拖拉機(jī)提升力矩（減小了燃料消耗），增加了機(jī)組機(jī)動性能。2.3無排污機(jī)構(gòu)的開溝器布置開溝器與雙輪雙側(cè)鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖6，其工作原理在前面已述，這里主要說明的是此機(jī)構(gòu)將鞘式開溝器布置在2個仿形輪（驅(qū)動輪）中間，出種口與仿形輪中心線很近，既避免了傳統(tǒng)播種機(jī)仿形距離遠(yuǎn)，容易漏種的弊端，又使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。3精密排種器試驗種子粒距測量播種機(jī)性能試驗分兩部分：(1)在本單位“省科技廳重點實驗室———排種器綜合性能實驗室”完成排種器性能測試；(2)在田間完成播種機(jī)整體性能試驗。排種器綜合性能試驗臺采用機(jī)器視覺方法測量粒距，粒距測量精確度達(dá)到不大于±1mm。試驗中可進(jìn)行不間斷地測量、實時采集、處理圖像、存儲數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)能夠滿足各型式精密排種器的各項試驗要求。此系統(tǒng)能夠以直接測量方式精確測得排種器試驗種子粒距，較傳統(tǒng)光電方式測量更為準(zhǔn)確、迅速、直觀。同時，可自動計算處理得出有關(guān)均勻性、穩(wěn)定性、一致性等播種精度指標(biāo)（粒距的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等），并打印輸出試驗數(shù)據(jù)、報表、頻率直方圖。對于條播排種器，試驗臺提供排量穩(wěn)定性（能實現(xiàn)排種量的稱重測量）、變異系數(shù)等檢測指標(biāo)；對于穴播排種器，試驗臺提供穴距、穴粒數(shù)，實際穴距分布值，判定穴距合格率、穴粒數(shù)合格率等指標(biāo)；對于精密排種器，試驗臺提供精確的種子粒距（粒距測量平均誤差±2mm）、合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、變異系數(shù)等檢測指標(biāo)，并輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗數(shù)據(jù)和圖表，可存儲播種錄像，用于反復(fù)觀察分析。3.1技術(shù)指標(biāo)的確定該排種器屬于穴播類型，由于國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)中均無相應(yīng)的谷子穴播標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計中各行排量一致性變異系數(shù)、總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)、種子破碎率根據(jù)中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6274.1-2001《谷物播種機(jī)技術(shù)條件》確定，穴距、平均穴粒數(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求確定，空穴率、穴距變異系數(shù)等指標(biāo)參考中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10293-2001《單粒（精密）播種機(jī)技術(shù)條件》、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6973-2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗方法》、北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/T459-2007《蔬菜穴播播種機(jī)技術(shù)條件》、河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB13/T954-2008《節(jié)水穴播機(jī)作業(yè)技術(shù)規(guī)范》確定。3.2模擬限制充放電子天平稱重wag排種量測試方法排種性能試驗的測試方法如下：將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，保持機(jī)具靜止?fàn)顟B(tài)，由試驗臺通過鏈輪驅(qū)動排種器，以谷子（晉谷29，千粒重3g）為測量對象。測定時間30s，收集各排種口排出的種子，試驗臺電子天平稱重（精度0.01g），測試次數(shù)5次。通過對谷子排種性能進(jìn)行測定，得到表1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)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為39r/min時，總排量穩(wěn)定性變異最大，較為適合的轉(zhuǎn)速為52r/min。3.3種子損壞率試驗3.3.1種子稱重和品質(zhì)從待播的種子中取出3份，每份取50g，從中揀出破損的種子，稱其質(zhì)量，稱重精度0.1g。種子原始破損率按式(1)計算，并求出平均值。式中，ω3.3.2種子機(jī)械破損率測定測定時，將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，由試驗臺通過鏈輪驅(qū)動排種器，以相當(dāng)于作業(yè)速度的轉(zhuǎn)速驅(qū)動排種器軸，其回轉(zhuǎn)圈數(shù)按相當(dāng)于行進(jìn)長度50m折算(取整圈數(shù))，從各排種器排出的種子中取出5份種子樣本，每份質(zhì)量50g，選出其中破碎損傷的種子稱其質(zhì)量，稱重精度0.1g，按式(2)計算種子總破損率，并求出平均值。式中，ω式中，ω為種子機(jī)械破損率，單位是%。經(jīng)測定和計算種子機(jī)械破損率為0.08%，符合指標(biāo)要求的小于0.5%，破損率合格。3.4排種器運行性能試驗方法如下：將排種器固定在試驗臺的懸掛架上，保持機(jī)具靜止?fàn)顟B(tài)，由試驗臺通過鏈輪按規(guī)定作業(yè)速度驅(qū)動排種器，試驗臺種床帶帶速按排種器相應(yīng)作業(yè)速度運行。測定時間30s（測定不少于200個穴距），測試由試驗臺自動完成并輸出數(shù)據(jù)。式中，f為總穴數(shù)，L式中，L由表2統(tǒng)計結(jié)果可知，以相當(dāng)于作業(yè)速度3km/h、4km/h、5km/h測試時，對應(yīng)的變異系數(shù)分別為26.01%、23.96%、29.38%，均達(dá)到指標(biāo)要求（a<40）；穴粒數(shù)合格率分別為92.4%、89.9%、88.7%，均達(dá)到指標(biāo)要求（H4滑塊式仿形機(jī)構(gòu)研制的帶清種槽窩眼式排種器是專用谷物精量播種機(jī)的創(chuàng)新點之一，其結(jié)構(gòu)簡單，不但改善了普通垂直窩眼充種不穩(wěn)定和種子破碎率高的不足，而且實現(xiàn)了無清種板（刷）依靠重力清種的目的，播量準(zhǔn)確，穴距均勻，達(dá)到了精量播種的目標(biāo)，具有較高的性價比?；瑝K式仿形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖5，由調(diào)節(jié)螺栓、粗彈簧、滑塊、滾柱、緩沖細(xì)彈簧、導(dǎo)向外套等組成。式中，X研制的開溝器、雙輪雙側(cè)鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)、滑塊式仿形機(jī)