鸭嘴滚筒式播种机的设计研究

鸭嘴滚筒式播种机的设计研究1精密播种机发展现状与趋势播种机是农业生产中关键作业环节，必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。

作物的出苗、苗全和苗壮，因而由于精密播种可以保证种子在田间最合理分布，播种量精确，株距均匀，播深一致，为种子的生长发育创造最佳条件，可以大量节省种子，减少田间间苗用工，保证作物稳产高产。

因此，现代农业对精密播种机械的要求越来越迫切[1]。

1.1我国精密播种机发展现状我国从80年代末便开始研制精密播种机械。

由于种子质量、整地条件、机械制造水平及机器价格等因素制约，我国80年代主要是推广半精量播种。

90年代以来，我国逐步推广精密播种机，有10多个企业生产了20多种型号的精密播种机。

精密播种机以作物种类分为玉米及大豆精密播种机、谷物（小麦）精密播种机、甜菜精密播种机；以配套动力分为小型（5.8～13.2kw）、中型（16.2～36.8kw）和大型播种机（40.4kw以上）精密播种机；以排种器形式分为机械式和气力式两大类精密播种机；机械式中又可分为垂直圆盘式、垂直窝眼式、锥盘式、纹盘式、水平圆盘式、带夹式等形式精密播种机。

1.2精密播种机的发展前景1.2.1单粒精密播种机迅速发展在国外，中耕作物如甜菜、玉米、棉花和某些蔬菜、豆类的播种都已大量采用精密播种，主要采用机械式和气力式两种精密播种机。

由于气力式播种机对种子尺寸要求不严，不需精选分级，容易达到单粒精播，而且通用性较好，又能适合较高速播种，因此使用气力式播种机越来越多。

为了达到单粒精播，提高株距的均匀性，大多都采用可精调刮种器，将多余种子清除掉；为了降低投种高度，减小种子下抛速度与前进速度之间的相对速差，而设置导种轮或导种管。

但是，精密播种受高速作业的影响很大。

现有的精密播种机试验结果表明，一般作业速度在4～8 km／h时，其株距合格率达80％以上；而作业速度提高到11～12 km／h时，株距合格率下降到60％以下。

可见高速精密播种机还有待进一步发展、完善。

1.2.2播种机的通用性和适应性不断提高大多数精密播种机都可以播多种作物，通过更换不同孔径的排种盘(轮)或排种滚筒，使排种器能适应多种作物种子的播种要求。

改变型孔大小或增加成穴机构，使之能达到穴播的要求；改变排种器工作转速以达到不同株距的要求。

所有这些均提高了播种机的通用性。

为了适应不同地区、不同土壤、不同整地条件的要求，大多数播种机上配有多种类型的开沟器(双圆盘式、滑刀式等)和镇压轮(橡胶轮、钢板冲压轮、铸铁轮、宽轮、窄轮等)，供选用。

同一型号的精密播种机又成系列，有多种行距和行数的变型。

如美国CYCLO气压式播种机有牵引式和悬挂式，有4、6、8、12、16行等共16种机型，可为多种功率的拖拉机配套[2]。

1.2.3精密播种机向高速宽幅发展为了在最适合的农业技术条件下、用最短的时间做到适时播种，以及随着拖拉机功率不断增大，为了充分利用其功率，因此要求提高播种机作业的生产率。

影响提高播种机组生产率的因素很多。

除了提高机组的工作可靠性、减少故障、简化操作以减少辅助作业时间、提高纯工作时间的利用率外，提高生产率的最主要途径是增大播种机的工作幅宽和提高作业速度。

增大播种机工作幅宽虽能直接有效地提高生产率，但加大工作幅宽使机体庞大，消耗金属多，成本高。

同时，庞大的机体将受到田块大小、地头转弯以及道路运输的限制，使用不方便。

因此，国外很重视提高作业速度的研究。

70年代，中耕作物播种机作业速度一般从4～6km／h提高到8～10km／h。

如西德AermoatⅡ型气力式播种机、法国Pneumasem气吸式播种机和美国7000型指夹式播种机的作业速度为8～10 km／h，作业质量仍能符合要求。

但是，播种机高速作业带来一些问题，如排种性能下降，开沟深度变浅，种子在沟里弹跳、滚动加剧，以及驾驶条件恶化等等。

因此，目前作业速度不能太高。

中耕作物播种机的工作幅宽，一般单机都由3～4 m增大到5～6 m有的工作幅宽更大，如美国CYCLO气压式播种机系列中的16行播种机，其幅宽达11.68 m。

加大幅宽使播种机结构庞大笨重，使悬挂式播种机组纵向稳定性变坏，还受到地块大小、道路运输的限制。

1.2.4广泛采用联合作业播种同时进行联合作业的方式发展很快，形式也比较多，主要有两种：一是在大多数中耕作物精密播种机上都配置排肥器、施肥开沟器以及施撒农药和除莠剂的装置。

如西德、法国和美国的几种精密播种机都可以在播种同时施化肥、撒农药和除莠剂。

二是播前整地和播种联合作业，如旋耕播种机、犁播机以及有的在开沟器前方加波形圆盘或锄铲进行灭茬播种或少耕法播种，以减少耕作次数，提高生产率，降低作业成本，还可以减少土壤风蚀和起到保墒的作用。

1.2.5新技术的应用不断普及为了提高播种机作业性能和工作可靠性，简化操作、减轻劳动强度、减少辅助作业时间、提高生产率，播种机上越来越多地采用新技术。

如用液压油缸来升降和调节开沟器、划行器、折叠机架；采用液压马达驱动风机或装肥搅龙；采用信号装置、电子监视装置或监控装置来及时报警故障的发生，显示播量或自控凋节排种量大小；开沟器装备一次润滑的滚动轴承；行走轮采用无内胎充气轮；快速挂接装置；宽幅播种机加装横向运输轮等。

在工艺材料方面，播种机上采用塑料或尼龙的零件更多了，如排种盘、排肥盘、轴套、输种管等；采用铝金压铸排种轮、排种器体壳，提高了零件精度，减轻了重量；播种机机架和各种杆件采用薄钢板冷压成异形断面以代替扁钢、角钢和槽钢，增加了刚度和强度，又减轻了重量[3]。

2播种机概述播种机的功用是以一定的播量或株穴距，将其均匀地播入一定深度的种沟，覆以适量的细湿土，同时也可施种肥并适当镇压，有时还喷洒农药和除草剂，为种子发芽提供良好条件，以达到高产稳产，提高播种作业的劳动生产率，减轻使用者的劳动强度。

2.1播种机类型播种机的类型很多，有多种分类方法。

按播种方法可分为撒播机、条播机、点（穴）播机；按联合作业可分为施肥播种机、播种中耕通用机、旋耕播种机、铺地膜播种机；按牵引动力可分为畜力播种机和机引播种机，而机引播种机中，根据和拖拉机不同的连接方式，可分为牵引式、悬挂式和半悬挂式；安排中原理可分为气力式播种机和离心式播种机。

2.2播种机主要结构及功能目前国内外播种玉米、大豆、甜菜、棉花等中各作物的播种机多数采用精密播种，即单粒点播和穴播。

一般中耕作物精密播种机的结构如图2-1。

其组成分为以下几部分：图1 播种中耕通用机1—种箱 2—后支臂 3—仿形机构 4—主梁 5—肥箱 6—下悬挂点7—仿形轮 8—前支臂 9—施肥铲 10—开沟器 11—划沟刀12—排种器 13—镇压弹簧 14—覆土板 15—镇压轮●机架多数为单梁式。

各工作部件都安装其上，并支承整机。

●排种部件种子相和能达到精密播种的机械式或气力式排种器，包括可调节的刮种器和推种器。

●排肥部件包括排肥箱、排肥器、输肥管和施肥开沟器。

●土壤工作部件及其仿形机构包括开沟器、覆土器、仿形轮、镇压轮、压种轮及其连杆机构等。

有的精密播种机还配备施撒农药和除草剂的装置[4]。

2.3总体配置目前主要是与12-T5马力小四轮拖拉机配套，播种机自带悬挂提升装置。

每台（套）播两垄。

垄上播平播均可。

2.3.1排种器的参数设计播种装选用滚筒式鸭嘴开穴播种器滚筒式穴播器是精密播种机的主要工作部件，合理设计穴播器，是提高播种质量，改善整机性能的基础[5]。

其结构原理如图2-2所示：图 2 滚筒式穴播器结构简图1.种子2.种子室3.分种盒4.导种管5.成穴器活动嘴6.成穴器固定嘴7.种子箱8.端盖联结螺栓 9.轴 10.固定盘 11.输种管滚筒式穴播器由多个排种器单体组成。

滚筒一侧的固定端盖的开孔与输种管连通，内腔可作种子室。

工作时，穴播器随机组前进，当分种盒转至下方通过种子群时，种子通过分种盒的两侧孔进入分种盒，当分种盒转离种子群时，其锥形端可容纳2～3粒种子，多余的种子又从两侧孔滑落，完成分种过程。

继续转动过程中，充入锥形端的种子开始沿分种盒的槽形过桥向另一端滑动，并通过排种口进入成穴器，而与之对应的成穴器的活动嘴在重力和其翼部惯性力作用下自动关闭成穴器。

当成穴器转至地面打孔成穴后，其活动嘴翼部受地面支反力作用，又将成穴器打开，其内的种子排入穴孔内，至此完成一个工作循环。

● 滚筒式穴播器的参数选择滚筒的半径R 和成穴器个数Z滚筒半径R 是一个重要的参数。

滚筒在工作过程中是滚动前进，滚筒转速过高对充种、分种都不利，所以，为了使穴播器有较高的理想工作速度，R 取值应大。

但R 过大，滚筒结构尺寸过大，增加整机的重量，对整体机组悬挂极为不利。

R 的取值范围一般在 360～480mm 之间。

具体尺寸还应考虑到播种作物的株距。

滚筒式穴播器工作时，在地面上滚动，有一定滑移，在成穴器入土过程中滚动半径瞬时变化，经实验检验，播种作物的株距t 为成穴器顶圆的节距，即2()R H t zπ+= （1） 式中H ——播深mm ；Z ——成穴器数目一般来说，播种作物的株距和播深是由农艺要求确定的。

所以R 和Z 应综合确定，将式(1)变换得2()R H Z zπ+= （2） ● 例如播种棉花，农艺要求播深30～50mm ，株距t= 120mm ，H 为播深，覆土厚度一般为5～15mm ，所以可取H = 30mm ，R = 200mm ，t= 120mm ，代入式（2）得Z ≈ 12 (3)即当播种棉花，穴播器半径为200mm 时成穴器应选择 12 个。

设计时可初选R 值代入式(2)，计算得Z ，再圆整，反过来确定R 的实际值。

成穴器的重合度e 。

成穴器的重合度为成穴器入上转角12()θθ+，与相邻成穴器所对应中心角 (节角0θ)之比。

如图2所示，成穴器入上点为A 点，出土点为B 点，则12arccos()R R Hθθ==+ 而节角0θ为 02zπθ=图3成穴器的重合度其中z —成穴器的个数所以 120arccos()z R e R Hθθθπ+==+ 成穴器的参数确定成穴器的结构参数决定着穴孔的形状、膜孔尺寸以及播种深度。

为保证排种顺利、膜孔适合出苗和成穴器入土顺利，固定嘴和活动嘴压力角(闭合状态)一般取 15°～20°为宜，活动嘴开启时，开口尺寸应满足112～115 dmax(dmax 为种子最大尺寸)。

固定嘴较活动嘴长5～8mm ，使得活动嘴顶端运动轨迹包络在固定嘴顶端轨迹之内，以免夹土堵塞成穴器，从而造成空穴。

分种盒的结构参数对排种量的影响如图3所示，工作时分种盒完成充种和分种，并且分种盒的侧孔与排种口错开，这样可避免种子不经分种而直接由排种口进入成穴器。

经实验比较，分种盒几个参数选择原则是:M=115～2dmax ，L=112～115dmax ，K=018dmax 。