玉米滾輪式氣吸式排種試驗臺設計

王進平　師寶杰　石林榕　黃曉鵬　鄭紅斌　張耀華　趙武云　孫步功

摘要為了方便測取滾輪式玉米氣吸式排種器粒距合格指數、重播指數和漏播指數等性能指標，設計了結構簡單性能測取方便的氣吸式排種器試驗臺，重點確定氣吸式精量排種器主要結構。當玉米滾輪式氣吸式排種器試驗臺在排種盤轉速為197r/min、氣吸室負壓為4kPa、排種盤型孔直徑4mm的工作參數條件下，粒距合格指數為96.8%、漏播指數為2.2%、重播指數為1%，滿足相關排種試驗指標。

關鍵詞 玉米;氣吸式;排種試驗臺;設計

中圖分類號 S223.2

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）07-0152-02

中國是現代化農業機械使用大國，農業經濟具有重要的地位，農業機械化發展程度是影響農業發展水平的重要因素。隨著國家農機研發資金逐年增加、中央財政對農機具購置補貼不斷提高，帶動了農機行業改革創新、不斷發展。農村普遍存在勞動力匱乏、老弱病殘占主的問題，人工作業成本攀升，為了節省勞動力、降低勞動強度，人們不斷地研制高效率的農業機具。同時，作物生長環境千變萬化，農業機具需要具備根據環境和作物生：長情況及時靈活調整的能力叫。

目前，國內外先進的播種機普遍采用氣吸式工作原理，主要原因為傳統播種器作業速度較低、種子形狀和尺寸等都達不到實際要求！;而氣吸式排種器是借助氣流作用完成種子的分類和播種，與傳統的機械式排種器相比，對種子要求不高且節省種子，而且還可以使田間播種均勻，有利于實現高產，是現代玉米播種技術的發展方向。生產實踐表明，氣吸式播種技術較傳統播種技術產量增幅超過30%，有廣闊的發展前景。機械化程度較高的氣吸式排種器在農村的應用越來越廣泛。

氣吸式排種器可以用于穴播和點播，對種子外形、尺寸要求不高，可通過調節排種盤的直徑、孔的大小及傳動比實現不同農作物的播種;且對種子的傷害很低，可以在播種作業速度很高的情況下進行播種I5。通常研究排種器的排種性能都是在固定的試驗臺，上進行靜態試驗或者動態試驗。《單粒（精密）播種機試驗方法》（GB/T6973-2005）中明確規定了靜態試驗與動態試驗的方法間。研究表明，氣吸式玉米精量排種器不僅受內在因素的干擾，如吸孔直徑吸孔數目、排種盤大小等;而且還受外在因素的影響，如播種作業速度、氣吸室真空度和投種高度等，必須設計理想的播種試驗臺、選取正確合適的參數，才能使播種機的工作效率達到最高。

1整體結構和工作原理

1.1整體結構

玉米滾輪式氣吸式排種器試驗臺主要由氣吸式排種器、攪動輪、數字氣壓表、12V直流蓄電池、機架、風機、12V風機調速器、220V交流電機、交流電機調速器等組成，主要結構如圖1所示。

1.2工作原理

接通電源，在電動機的驅動下帶動排種器旋轉。角鐵臺架由角鐵焊接而成，起到了很好的固定作用，角鐵臺架與機架螺栓連接，連接處有抬升裝置，可以調節排種器位置的高低。角鐵臺架與交流電機安裝板螺栓連接，交流電機安裝板與交流電機螺栓連接，交流電機調速器接在220V交流電機上，電動機上帶有調速器，可以調節轉速的快慢;風機用螺栓連接在機架上，軟管與風機、氣吸式排種器卡箍連接，氣吸式排種器與彎頭螺紋連接，彎頭與數字氣壓表密封螺紋連接，風機運轉時會在氣吸室產生真空，在排種盤的兩側形成一定的壓力差，在該壓力差的作用下，種子就會吸附在排種盤上旋轉;機架與電池托座焊接，電池托座固定12V直流蓄電池，12V風機調速器由十字螺釘連接在角鐵臺架，可以按照實際需求調節風速的大小;12V直流蓄電池與風機導線連接，攪動輪與12V直流蓄電池導線連接，交流電機調速器與220V交流電機導線連接，風機的動力由蓄電池單獨提供。

2關鍵部件

2.1機架和電動機的選用與設計

機架是試驗臺的重要部件，承受排種器工作時的全部壓力和重力。因此，機架必須要有足夠的強度與剛度。本試驗臺選用性能較好的角鐵，在模擬播種過程中，壓力和重力通過排種器、電機、蓄電池等最終傳給機架，從排種器到機架等一系列受力部件都易產生變形，最終使機架張力增大。因此，研究機架變形對控制產品精度具有十分重要的實際意義，但由于機身中各部件的形狀和受力情況比較復雜，用傳統類比法分析具有缺陷，因而采用仿真法進行分析。針對播種試驗臺機架，在實測的基礎上進行了Solidworks三維建模，并根據其實際受力情況，給出了優化模型。經實踐證明，優化模型完全符合實際要求。機架和電動機結構如圖2所示。

本試驗選用了勁默牌GEAR?HEAD5GN5GU15K齒輪箱90W～l20W微型調控電機交流齒輪減速電機，并在上面安裝了馬達調速器，變頻調速電動機的特點是可以在頻率和電壓很低的情況下以無沖擊電流的方式啟動，對電網系統零沖擊，節電效果顯著;調速時平穩性好、調節范圍較大、精度高。變頻調速電動機在變頻器的驅動下可以實現不同的轉速與扭矩，以適應負載的需求變化0。

2.2排種器的結構

氣吸式排種器結構如圖3所示，吸種孔均勻分布在排種盤上（圖4），在排種盤上設有攪種器，目的是為了防止種子不被吸到排種孔上，導致漏播。其左側為充種室，與種箱相連;右側是真空室，風機為其提供負壓，使1個或者多個種子成功被吸附。當地輪驅動圓盤轉動時，會帶著種子到達開溝器正上方，受真空度影響，吸孔一般會吸附2粒或多粒種子，此時刮種器會將多余的種子刮掉只留下單粒種子，防止重播，種子在重力的作用下會掉人曲線導種管中。曲線導種管起到引導種子的作用，當種子從管中滑落時會有一個向后的分速度，該分速度與整機作業向前的速度抵消，使種子的實際速度為0時落種，從而保證了種子在輸送帶上均勻分布。

2.3排種盤的選用

本試驗選用的是精密排種器專用的節能、低噪聲風機，配有12V直流電機調速器，風機為排種器提供負壓，吸氣管尾部安裝的數字氣壓表可記錄試驗的實時氣壓。影響氣吸式排種氣流的因素很多，包括排種盤大小、孔數、孔的形狀、種子的外形和尺寸以及工作過程中動態參數、種子吸附狀態等因素"。對排種盤在4kPa真空度下，進行0°～60°軸心夾角單因子變量試驗，結果表明，吸種孔壁與軸心夾角在0°～45°時，隨著夾角增大，漏播率逐漸減小，播種質量提高;當角度在30*～459時，排種效果最佳。

3驗證試驗

為了驗證設計出的玉米排種器試驗臺的工作可靠性，2018年8月在甘肅農業大學進行了播種試驗。本試驗選用秋樂牌鄭單958號精選玉米種子，排種盤轉速197r/min、氣吸室負壓4kPa、排種盤型孔直徑4mm工作參數條件下，參考《單粒（精密）播種機試驗方法》（GB6973-2005）2測定了粒距合格指數、重播指數和漏播指數。試驗5次重復，并取平均值。試驗樣機如圖5所示。

由表5可知，播種機排種盤轉速為197r/min、氣吸室負壓為4kPa排種盤型孔直徑為4mm的工作參數條件下，該排種器粒距合格指數為96.8%、漏播指數為2.2%、重播指數為1%，滿足設計要求。

4結論

設計了氣吸式排種器試驗臺并進行了排種試驗，試驗結果表明，在播種機排種盤轉速為197r/min.氣吸室負壓為4kPa、排種盤型孔直徑為4mm的工作參數條件下，氣吸式精量排種器粒距合格指數均能達到96.8%以上，漏重播指數為2.2%，漏播指數為1.0%，滿足排種標準。

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