半夏播種機排種器的設計

張國帥，魏富德，許 健，蔡宗壽

(1.云南農業大學 機電工程學院，昆明 650201;2.河南機電職業學院 汽車工程學院，鄭州 451191)

0 引言

隨著現代農業機械化生產水平的提高，很多農作物已經實現了從播種到收獲的機械化作業。農民增收的根本是提高勞動生產率，農業機械化是提高農業勞動生產率的關鍵[1]。農業機械化不僅解放了人力，而且提高了農業生產效率，給農民帶來了巨大的經濟效益。目前，現有的排種器有外槽輪排種器、離心式排種器、內側囊種式排種器、垂直圓盤式排種器、氣吸式排種器、水平圓盤式排種器、傾斜圓盤式排種器、氣壓式排種器等[2]。

全國半夏年需求量約為 450kg，出口量約為120～200萬kg，供需矛盾日益加大，播種的機械化勢在必行。半夏播種是半夏生產的首要環節，實現機械化播種并持續提高其機械化水平是實現半夏高產的必經之路[3-4]。國內的半夏播種機大都是通過改進玉米、馬鈴薯等與半夏種子相似的播種設備，目前還沒有專門針對半夏的種植環境要求和不同的地域來進行設計的播種機。山東菏澤潤康中藥材研究所發明的播種機也是小型、簡單、效率不高，只能實現單一的播種。據調查，目前半夏播種機市場上供應甚少，大都是根據訂單來設計和制造，大批量的市場供應是沒有的。

現有排種器的行距、株距調整大都是采用更換鏈輪的方式，操作比較麻煩。清種裝置都附帶有調節手柄和其它裝置，結構比較復雜，給操作和維修也帶來困難。

基于以上問題，加之目前半夏種植沒有專門的播種機播種，主要依靠人工，導致勞動強度大、費時、費力的現狀，設計了一種舀勺式半夏排種器，根據半夏種子特點設計了專門的種勺，安裝了間隙調整裝置，并進行了田間試驗。

1 總體結構及工作原理

該排種器主要是由種勺、輸送帶、行距株距調整裝置、清種裝置及間隙調整裝置等構成，如圖1所示。

因為半夏種子類似于球形，所以設計的種勺也類似半球形，以便實現精密播種。播種機可由輪式拖拉機牽引，通過機架前端的地輪把動力傳遞給主動輪，從而帶動排種器運轉，完成從種箱舀取種子并向上輸送的過程。若進入種勺內的種子多于1顆，待種勺運動到第1次清種裝置時，通過振動式清種裝置將多于的種子清除，實現第1次清種；待種勺運動到接近最高點時，通過固定的隔板進行第2次清種，通過兩次清種保證種勺內始終只有1顆種子；種勺運動到最高點越過主動輪后，種子下落并落到前一個種勺的背部，然后隨著種勺沿著導種筒運動到最低點，最后脫離種勺落入種溝中，完成排種作業。

1.隔離板 2.種勺 3.輸送帶 4.從動輪 5.導種筒 6.振動裝置 7.主動輪 8.間隙調整裝置 9.機架圖1 排種器結構簡圖

2 關鍵部件結構設計

2.1 種勺結構及排布方式設計

種勺形狀取決于半夏種子的形狀，因半夏種子類似于球形，所以種勺上端尺寸、高度均取決于半夏種子直徑。半夏種子的直徑等級有4種，分別為20mm以上、15～20mm、10～15mm及10mm以下[5]。前3種可以用機械播種，最后一種種子過小多進行撒播，所以針對前3種直徑設計3種相對應的種勺結構[6]。為保證同一直徑等級的大多數種子能夠適用，保證1個種勺只能舀起1顆種子和確保每次都能舀起種子，這3種種勺設計的種勺深度小于各對應的種子直徑的0.5倍；同時，為了避免種勺破壞種皮，其邊緣均設置成圓弧狀且略高于兩側。因為半夏種子近似于球形，所以設計的種勺形狀也是近似半球形，邊緣有向下翻折的過渡圓弧，這樣可以增大種勺的橫截面積，在舀種的過程中和種子的接觸面積增大，從而避免種勺破壞種皮。

針對上述3種直徑等級的種子，現設計3種不同的種勺，在結構上基本一樣，只是尺寸有所不同。種徑在20mm以上的種子，種勺上端的最大尺寸為30mm，高度為16mm，端部最大高度為22mm，種勺兩側最大寬度為40mm；種徑在15～20mm的種子，種勺上端的最大尺寸為24mm，高度為9mm，端部最大高度為15mm，種勺兩側最大寬度為34mm；種徑在10～15mm的種子，種勺上端的最大尺寸為19mm，高度為6mm，端部最大高度為12mm，種勺兩側最大寬度為29mm。排種器種勺結構如圖2所示。

圖2 種勺結構

半夏種子直徑等級不同，其播種的行距株距也就不同。直徑在20mm以上時，行距為200mm，株距為70mm；直徑為15～20mm時，行距為180mm，株距為50mm；直徑為10～15mm時，行距為150mm，株距為30mm[7]。所以，據此設計3種種勺輸送帶，種勺在輸送帶上的排布方式依據半夏種子3種直徑等級所要求的行距株距排布，并均設計成雙排式的，如圖3所示。

圖3 種勺排布形式

2.2 行距株距調整裝置

半夏種子分為4個直徑等級，前3個等級采用點播方式播種，最后一個等級采用撒播播種，不同直徑等級有不同的播種行距和株距。現有的播種機株距調整裝置是通過更換鏈輪的方式來改變，但頻繁地更換鏈輪會對零件造成損傷，且維修起來也不方便，其行距調整是通過改變排種器之間的距離來改變行距，操作不僅麻煩而且精度也難以保證。

該設計采用更換帶有種勺的輸送帶，根據3個半夏種子直徑等級設計3種輸送帶。這3種輸送帶上的種勺是依據半夏種子所要求的不同行距、株距設計的，當播種不同直徑等級的種子時直接選用對應的輸送帶即可。輸送帶設計成皮帶扣連接式，皮帶扣采用螺栓和壓緊片的結構組合，可以方便地更換輸送帶，從而方便地調整行距株距。所選用的皮帶扣如圖4所示。

圖4 皮帶扣結構圖

2.3 清種裝置設計

清種裝置共有兩級，分為第1級清種和第2級清種。其中，第1級清種裝置是由圓柱滾子盤形凸輪機構組成，第2級清種裝置是由隔板組成。清種裝置如圖5所示。

1.隔離板 2.種勺 3.振幅調整桿 4.從動輪 5.輸送帶 6.圓柱凸輪 7.主動輪 8.機架

在輸送帶中部的第1級清種區安裝圓柱滾子盤形凸輪機構。凸輪作為振動源作用于輸送帶上，電動機帶動凸輪轉動，使電動機的旋轉運動轉換為直線運動，從而產生水平方向的振動，使種勺中多余的種子因振動而掉落，達到第1級清種的目的。

為了方便調節輸送帶的振幅，從而調節清種的強度，在不改變原偏心距的情況下，通過改變滾子從動件伸出桿的長度來調節桿端移動的范圍，達到改變輸送帶振幅的目的。

第2級清種裝置隔板位于輸送帶的頂部，與機架相連，布置在兩排種勺之間。當種勺間帶有種子時，由于隔板阻擋作用，夾帶種子被撥回種箱，無法隨輸送帶運動，實現2級清種。該清種裝置能有效地清除多余的種子，保證只播種1顆種子。

2.4 間隙調整裝置設計

因半夏種子直徑有不同的等級，所以種子的大小也就不同。現有播種機的導種筒與種勺之間的間隙大多是固定的，不能調整。當兩者之間的間隙過小時，種勺與導種筒會發生干涉，可能導致種勺被卡住從而影響輸送帶的正常運轉；當兩者之間的間隙過大時，會使種子在下落過程中掉落到種勺與導種筒之間的縫隙里，甚至會掉落到地面上，造成重播和漏播現象。間隙調整裝置如圖6所示。

1.調整螺栓 2.隔離板 3.輸送帶 4.種勺 5.導種筒 6.護罩 7.機架

針對半夏種子不同等級，設計了一種間隙調整裝置。該調整裝置主要由導種筒、螺栓連接、上置護罩及機架等組成。其中，導種筒設計成兩個獨立的部分，護罩也設計成兩個獨立的部分；相連的機架設計成長槽式，可通過松緊螺栓來調整兩個導種筒之間的距離。同時，根據半夏種子不同等級，通過松緊螺栓調整導種筒與種勺之間的間隙，避免了播種不同等級種子時導致的重播和漏播現象，可提高排種器的通用性能。

3 田間試驗

2016年5月，在云南半夏種植基地進行了樣機的田間試驗。因目前半夏種植沒有相應規定的標準，所以就參考馬鈴薯、大蒜種植的相關技術條件和試驗方法，并按照GB/T 7256/1——2011《播種機械——試驗方法——第1部分：單粒播種機(精密播種機)》的規定[8]，再根據半夏種植要求對配套動力和作業速度進行適當的調整，最終選用配套動力為8.82kW輪式拖拉機，作業速度為3.0～3.75km/h[9-10]，播種理論粒距分別為70、50、30mm，作業面積為33hm2，對3種不同直徑等級的種子分別進行試驗。試驗地塊平整，沙質土壤，土塊細碎，土壤堅實度為60kPa，土壤上層10cm內的含水率為25%[11]。按照文獻規定的測量方法，在試驗期間對播種速度、作業生產率、行距株距的準確率、種子破損率、重播率和漏播率與人工播種進行了比較，并進行統計分析，結果如表1所示。

對比試驗表明：所設計的播種器性能明顯優于人工播種，播種速度是人工播種的5倍，生產率也大大高于人工；行距株距調整方便，準確率很高；清種裝置運動平穩，清種效果明顯；種子的破損率很低；重播率和漏播率也很低，完全達到了播種的要求。

表1 田間試驗結果Table1 Planting experiment result in filed

4 結論

1)采用3種不同直徑的種勺及排布方式，當播種不同半夏種子時，可選用對應的種勺結構和排布方式，增大了排種器的通用性。行距株距調整是通過更換帶有不同種勺結構的輸送帶來實現的，輸送帶設計成皮帶扣式連接方式，可方便地更換輸送帶；同時，設有張緊裝置，能夠調整帶輪的中心距，可以不因帶的松弛而影響播種精度。設計的清種裝置有兩級，可以可靠地保證種勺內有1顆種子。間隙調整裝置可以方便地改變種勺與導種筒之間的間隙，避免播種不同等級的種子時導致的重播和漏播現象。

2)試驗表明：設計的排種器滿足半夏播種要求，不僅提高了作業效率，也提高了經濟效益，對不同半夏種徑等級都具有適用性，可以大大減輕勞動強度，節約時間。