DWP-60型多功能窩眼輪式排種器的設計

侯心愛，張義勝，宮玉敏，張希峰，鞏 彬，陳金利

（淄博市農業機械研究所，山東淄博 255086）

0 引言

播種是種植業最重要的生產環節之一，隨著農業機械化的發展，機械化播種已經逐漸替代了傳統播種形式。機械化播種作業是農業生產中重要的基礎性工作，是農作物健康生長的保證。

播種機械是農業機械的重要組成部分。排種器作為播種機的核心，其性能的好壞對作業質量和產品質量有著重要的影響[1]。排種器一般分為機械式排種器和氣吸式排種器兩種。機械式排種器是播種機上使用最多的一種排種器，護種機構是排種器上的重要部件之一，其作業效果直接影響播種質量[2-4]。窩眼輪式排種器是機械式排種器常用的結構之一。

市場上常用的窩眼輪式排種器，窩眼直接加工在排種輪外圓上，其大小、徑向位置是固定的。排種刷只是一個簡單的毛刷，其位置也是固定的。由于種子在排種箱內的位置是橫七豎八的，種子落入窩眼的姿勢也是多變的。其特點是只適合小顆粒種子的播種，小顆粒種子一般是指平均直徑在3 mm以下的作物種子[5]，種類繁多，分布非常廣泛，多種花卉蔬菜、牧草以及谷物的種子都屬于此類。當種子較大時，種子露出窩眼的尺寸較大，當種子轉到排種刷位置時，由于排種刷的變形較小，種子卡在排種刷部位，排種輪無法轉動，使得播種工作無法進行，造成斷苗現象，甚至損壞排種器。

針對存在問題，設計了一種多功能窩眼輪式排種器。介紹了排種器的機構及工作原理。以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為例，確定了窩眼的最大外徑、容納谷物的最大孔徑、最大伸縮量、排種輪外圓可安裝窩眼的最大數量等參數。對不同窩眼時的理論株距進行了設計計算。分析了影響排種器工作質量的主要因素。

1 結構

排種器的結構如圖1所示，由種箱、排種槽輪拉桿、拉桿安裝板、排種槽輪壓簧、固定板、排種槽輪、固定軸、護種擋板、護種軟刷、排種輪、窩眼壓簧、窩眼、螺釘、清種口、排種軸、開口銷、軸承、排種器鏈輪等組成。

排種槽輪拉桿插在與種箱一體的拉桿安裝板孔內，拉桿上端用開口銷定位，以防止其脫落；拉桿下端的螺紋與排種槽輪固定板連接在一起，拉桿的中部安裝排種槽輪壓簧，壓簧壓在拉桿安裝板和排種槽輪固定板之間；排種槽輪用固定軸安裝在固定板下端，排種槽輪既可以沿著固定軸轉動，又可以沿著拉桿上下浮動。在壓簧的作用下，排種槽輪壓在排種輪外圓上；排種槽輪用塑料或橡膠制作，外圓做成凸凹齒狀。護種擋板用螺釘固定在種箱殼體上，護種軟刷粘貼在護種擋板內表面（見圖2）。

圖1 排種器結構示意圖

圖2 排種槽輪局部放大圖

窩眼是單獨制作的，窩眼的外圓和排種輪的徑向孔間隙配合，窩眼能夠徑向移動。窩眼的中間部位有一個孔，螺釘穿孔而過，螺釘固定在排種輪上，同時將窩眼壓簧壓在窩眼的底部。在外力的作用下，窩眼受力壓縮窩眼壓簧，產生小范圍的軸向移動（見圖3）。

圖3 窩眼局部放大圖

2 工作原理

首先向種箱內裝入種子，種箱內的種子要始終保持在三分之一以上高度。窩眼的取種方式靠的是種子之間的壓力傳導，種箱內種子的高度太低了，壓力傳導不足，容易造成窩眼取種不足，造成斷苗現象，影響播種質量（如圖1所示）。

（圖1只繪出了排種輪外圓上2個窩眼的情況，窩眼的實際數量，要根據播種株距而定。）

靠近排種輪的種子在上部種子的擠壓下進入窩眼內。地輪轉動，通過地輪鏈輪傳動將動力傳導至排種器鏈輪，排種器鏈輪帶動排種軸及排種輪按圖示位置順時針方向轉動。當窩眼內的種子遇到排種槽輪時，種子被刷到和排種輪外圓平整位置，然后繼續轉動。進入護種機構范圍后，在護種擋板及護種軟刷的護送下，窩眼轉到排種輪下方位置時，種子在重力的作用下落入土中，播種機開始對種子進行覆土、鎮壓工作，然后完成播種任務。種箱內剩余的種子由清種口排除。

當遇到窩眼內的種子顆粒較大處于直立位置，或者兩三粒種子一塊卡在窩眼內時，遇到排種槽輪后，排種槽輪受力，使窩眼壓簧受到壓縮，窩眼向排種輪心部移動，避免了種子在排種槽輪部位的卡滯現象，使得窩眼帶動種子繼續轉動。在窩眼壓簧受到壓縮，窩眼向排種輪心部移動的同時，排種槽輪壓簧也受到壓縮，排種槽輪產生轉動且位置上移，也給種子繼續轉動通過排種槽輪提供了可能。

由于窩眼能夠徑向移動，在種子通過護種機構時，種子與護種軟刷不會產生大的摩擦，減少了種子的損傷。

窩眼做成各種規格的，更換不同規格的窩眼，可適應不同規格種子的播種需要。根據種植株距的要求，計算地輪至驅動鏈輪的傳動比，確定排種輪的外圓上窩眼的數量。

排種槽輪用橡膠或塑料等軟材質做成，既可以沿著固定軸轉動，又可以沿著拉桿上下浮動。與全毛刷結構相比，種子與全毛刷的滑動摩擦，變成了種子與排種槽輪的滾動摩擦，有效防止種子損傷。排種槽輪的外圓做成凸凹狀，避免了打滑，也有利于抓取種子。

3 設計計算

排種器的規格是多種多樣的，主要規格是指排種輪的直徑、寬度等。排種器最主要的性能指標是播種株距、排種輪的轉速等，這里以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為列，進行設計計算。排種輪的直徑為60 mm、寬度為22 mm。

根據排種輪的結構，確定窩眼外圓的最大直徑為20 mm，窩眼的最大伸縮量為5 mm。窩眼容納谷物的最大孔徑為18 mm，此孔徑的大小可用于玉米粒的播種。排種輪的外圓最多可安裝6個窩眼。

3.1 播種株距計算

在不考慮地輪打滑系數的條件下，排種器的理論播種株距計算公式為：

式中：T ——理論株距（mm）；

C —驅動地輪周長（mm）；

Z1—地輪鏈輪齒數；

Z2—排種器鏈輪齒數；

S —排種器窩眼數。

驅動地輪周長計算公式為：

式中：D —地輪直徑（mm）。

這里，選用地輪鏈輪齒數Z1為10齒；排種器鏈輪齒數Z2為12齒；選用常用的地輪直徑250 mm。

由式2計算得到，驅動地輪周長C=785 mm；

當窩眼數量S為2、3、4、5、6時，由式1計算出排種器的理論播種株距，計算結果見表1。

表1計算結果沒有考慮地輪打滑系數的影響因素，實際情況是，地輪與地面之間存在打滑現象，此時，實際播種株距要加大。如果地輪與地面的打滑系數按照0.05計算，則五個播種株距應為：495 mm、329.7 mm、247 mm、197.8 mm、164.8 mm。改變鏈輪傳動比，可以改變播種株距。

表1 排種器理論播種株距

3.2 排種輪轉速計算

地輪轉速計算公式為：

式中：n1——地輪轉速（rpm）；

v—播種機行走速度（km/h）。

排種輪轉速計算公式為：

式中：n2—排種輪轉速（rpm）。

為了確保播種質量，播種機行走速度控制在5 Km/h以內，根據式3-4，計算出了播種機不同行走速度時，對應的地輪、排種輪轉速，計算結果見表2。

表2 地輪、排種輪轉速

4 影響排種質量因素分析

影響排種器工作質量的因素主要有：

一是機具的行駛速度。從理論上講，排種器的播種株距與作業速度無關，即快走快播，慢走慢播。實際情況則不然，作業速度的快慢等因素會影響播種質量的好壞。在播種作業時，為了追求作業效率，卻忽略了保持合理的作業速度對播種質量的重要性，造成播種合格率降低，出現缺苗的情況。若作業速度過低，則會嚴重影響作業效率；若作業速度過高，則會出現充種不充分，出現空穴率增大，播量不足，缺苗的情況，嚴重影響作物的質量。

二是排種輪轉速。排種輪轉速主要是影響排種器的充種率，在充種時隨著排種器轉速的增大，部分種子來不及充入窩眼而造成漏種率的增大；而轉速過小則會增大雙籽率，因此需要找到最佳的排種輪轉速。參考有關資料，播種機的最佳行駛速度為3 km/h，排種輪轉速為40 rpm/min，播種合格率達到98%以上[6]。

三是種箱內種子的數量。種箱內的種子要始終保持在三分之一以上高度，種箱內種子的高度太低了，壓力傳導不足，容易造成窩眼取種不足，造成斷苗現象，影響播種質量。

5 結論

一是多功能窩眼輪式排種器，排種器采用可伸縮窩眼式結構，配合可伸縮的排種槽輪結構，使輪式排種器能夠播種大粒種子，提高了輪式排種器的應用范圍。二是由于窩眼是單獨制作的，更換不同規格的窩眼，可適應不同直徑種子的播種需要。排種輪的外圓上，加工上不同數量的窩眼，實現不同行距的谷物播種。三是可伸縮窩眼式結構與護種機構相結合，種子與排種槽輪采用滾動摩擦傳動方式，有效減少了種子的損傷。四是以DWP-60型多功能窩眼輪式排種器為例，確定了窩眼的最大外徑、容納谷物的最大孔徑、最大伸縮量、排種輪外圓可安裝窩眼的最大數量等參數。對不同窩眼時的理論株距進行了設計計算。五是播種機行走速度為3 km/h，排種輪轉速為40 r/min時，排種器的工作質量最高。