2BX-10型小籽粒精少量播种机的研制

张东光,郭玉明,郑德聪,崔清亮

(山西农业大学工学院,山西太谷 030801)

小籽粒作物多数种植在丘陵山区和高寒地区,主要有谷子、糜子、高粱、油菜、胡麻、苜蓿等,其共同特点是粒径和千粒重均较小,但形状、流动性、摩擦特性等物理特性差异较大。根据小籽粒作物播种的农艺要求,种沟内的种子在近距离内应当排列多粒,萌发时产生群体效应,易于破土出苗。小籽粒作物目前多采用条播的播种方式,但条播的播量大,排种不均匀,加大了后续间苗和定苗工作量,影响产量和品质,也制约了种植面积的进一步扩大。精少量播种既不同于条播,也不同于精播,形式类似于穴播,可使种子在种沟内分布合理,播种量精确,穴距均匀,播深一致,为种子的萌发和生长创造群体效应,满足小籽粒作物播种的农艺要求。同时,精少量播种可节省种子,减少间苗用工[1～4]。根据这些特点和要求,课题组成员研制了一种适合于多种小籽粒作物的小籽粒精少量播种机。

1 总体结构设计及工作原理

1.1 总体结构设计

该播种机主要由机架4、四杆仿行机构3、地轮架7、环槽式高频振动排种部件5、链传动系统6、滑刀式开沟器部件1、刮板式覆土器部件2、焊接地轮组件8、刚性V型镇压轮组件9等组成,总体结构如图1所示。

1.2 工作原理及工作过程

该播种机与12～15 HP拖拉机配套,播种时拖拉机牵引机架4带动地轮8运动,地轮转动后通过传动链6驱动环槽式精少量排种器5,由排种器排出的种子,经导种管引导,落入滑刀式开沟器1所开的沟内,开沟器通过四杆仿形机构3确保了播深的准确。播下的种子经刮板式覆土器2覆土和刚性V型镇压轮9镇压,使种子与土壤充分接触,保墒效果好且有利于种子出苗[5]。

图1 总体结构示意图Fig.1 Overall structure

1.3 性能指标和技术参数

2BX-10型小籽粒精少量播种机技术参数见下表1。

表1 技术参数表Table1 The power and main parameters of 2BX-10 seeding-machine

2 主要工作部件设计

2.1 环槽式高频振动排种器部件设计

环槽式高频振动排种器是整机的核心工作部件,主要由排种轮、排种器壳体、高频振动系统组成。排种轮直径140 mm,均布5条环槽,采取集中排种的方式,实现了“一器多行”的排种效果,如图2所示。环槽采用锥形断面,其设计思想是:环槽横截面上仅容纳一粒种子,而且不允许出现两粒种子自锁现象。通过更换断面形状不同的排种轮,可以适应粒径大小不同的种子排种需要。

图 2 排种轮结构Fig.2 Structure of seeding-device

排种轮通过滚动轴承支承在壳体内,与壳体之间的配合间隙为0.10 mm。壳体上部开口通过法兰与种箱间接连接,并与排种轮配合形成充种区,在充种区域内,种子填充到环槽内。随着排种轮的旋转,多余的种子靠刮种面和重力回落到种子区,为防止锐角作用挤碎种子,壳体刮种面与其内圆切线的角度为90°。环槽与壳体配合构成的封闭环腔形成护种区,由于配合间隙较小,护种时即不伤种又确保了播量的精确。在壳体下部开口处设计排种区,排种口位于壳体最低点沿排种轮转动方向滞后20°的位置,有利于种子排出并防止种子在护种区内自流。为保证充种、投种质量,排种器内安装高频振动系统,排种器三维模型如图3所示。

2.2 仿形机构的设计

四杆仿形机构如图4所示,由前端固定板1、四杆结构连接板2、后端连接板3组成。四杆机构具有足够的强度和刚度,并设计限位装置,仿形范围为0～300 mm,能够满足要求的仿形范围。

图3 环槽式高频振动排种器三维模型图Fig.3 3Dmodel of the ring wheel typeof seeding device with the high frequency system

图4 四杆仿形机构组件Fig.4 Assembly of 4-bar profiling mechanism

2.3 开沟器的设计

楔形滑刀式开沟器如图5所示,滑刀入土开沟时将表土向两侧推挤,向下压切土壤形成种沟,种子从两翼侧板中间落入沟低。滑刀入土角 ,滑刀刃口角 ,开沟器双侧板间的宽度为26 mm。

图 5 开沟器结构Fig.5 Structure of the furrow opener

3 播种机播种性能的测定

采用山西农业大学自主研制的农机土槽试验系统对该播种机播种性能进行试验,如图6所示。农机土槽试验系统主要由自走式土槽台车和测试系统两部分组成。土槽台车运行速度范围0～5 km,悬挂机构可调整为铁牛55、JDT-654等常见拖拉机悬挂参数。搭载自制静态排种试验台作为播种机播种性能测试系统,试验台可为排种器提供动力,改变试验参数。试验所采用的仪器主要有:电磁调速电机,光电转速表,电子天平等。

图6 农机土槽试验系统Fig.6 System of soil bin test on farming machine

根据中华人民共和国机械行业标准JB/T6274.1-2001[6],确定了该小籽粒精少量播种机的技术性能指标,见表2。

表2 技术性能指标Table 2 Technical performanceindex

2.1 排种性能试验

排种性能试验的测试方法[7]如下:将排种器固定在土槽试验系统的后悬挂架上,保持机具静止状态,以谷子(晋谷21)为测量对象,以30 s为一组测量时间,收集各排种口排出的种子,天平称重,称量精度0.01 g,重复5次。

表3 30 s排种性能测定数据Table 3 Measurement of seeding performance during 30 s(JinGu 21)

通过对谷子排种性能进行测定,得到表3所示的技术性能指标。根据指标考核要求,各行排量一致性全部达标[8,9]。5.75 r·min-1时总排量稳定性变异最大,较为适合的转速为3 r·min-1,6.75 r·min-1。种子破碎率均小于0.1%,超过指标要求的＜0.5%,破碎率合格。

2.2 排种能力测定

排种能力测定是对谷物种子进行设计要求的最大、最小和平均排种量的测定。试验时,种箱内的种子应不小于箱内容积的1/2。试验测定方法如下:在同一传动比下,按相当于播种机行进长度50 m折算成驱动轮圈数来转动驱动轮,收集各排种口排出的种子,天平称重,称量精度0.01 g,重复5次。

对谷子排种性能统计处理后,得到表4。根据性能指标考核要求,三个转速水平的各行排量一致性均达标(＜3.9%),5.75 r·min-1时总排量稳定性变异最大,最合适转速为3 r·min-1。种子破碎率＜0.5%,指标合格。

表4 50 m不同转速对排种性能的影响(晋谷21)Table 4 Impacting of rotation speed on delivery capacity along 50 m

2.3 播量均匀性试验

播量均匀性试验在农机土槽台车的牵引下进行,对播下的种子进行计数测量[10]。为防止种子飞溅,在土槽中布置30 m×0.1 m的传送带(长×宽)并涂满黄油。为保证传送带与地面水平,将其固定在土槽两端,并每隔50 cm在传送带下增加水平支撑。

试验方法如下:选择土槽台车高速、低速两档进行试验,高速 ,低速 ,沿长度方向将涂满黄油的传送带按每100 mm分段,连续选取其中的100段并记录每段含有的种子数。

表 5 播量均匀性试验(晋谷21)Table5 Seeding-uniformity test(JinGu 21)

由表5统计结果可知:当传动比i1=1.08,i2=2.44时,变异系数a1=39.13,a2=33.61,均达到指标要求(a≤45),每段(100 mm)含有的种子平均数为6～8粒,达到了精少量播种的效果。

4 结论

2BX-10型小籽粒精少量播种机的设计与试验主要得到以下结论:

(1)以排种装置创新设计为重点,研制了环槽式高频振动排种器,降低了小籽粒精少量播种的破碎率、提高了播种均匀性。

(2)该播种机的各行排种量一致性变异系数、总排种量稳定性变异系数、种子破碎率、播种均匀性变异系数等技术性能参数均达到了技术指标要求。

(3)该播种机适合于谷子、糜子等小籽粒作物的播种,具有广阔的推广应用前景。

[1]张东光,郭玉明.小杂粮物料特性与粗加工技术及装备的研究[J].包装与食品机械,2009(5):17-19.

[2]张东光,郭玉明,李洨泽.小籽粒谷物精少量播种机研究现状与进展[J].当代农机,2008(4):69-70.

[3]Brown E.Sowing seeds for the agricultural revolution:Jethro Tull.Implement&Tractor[M].2003:1674-1741.

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[5]张波屏.播种机械设计原理(第1版)[M].北京:机械工业出版社,1982:18-27.

[6]中华人民共和国机械工业联合会.谷物播种机技术条件JB/T 6274.1-2001[S].2-3.

[7]中国国家标准化管理委员会.谷物条播机试验方法GB/T 9478-2005[S].1-3.

[8]黄燕,吴平.SAS统计分析及应用[M].北京:机械工业出版社,2006.

[9]盖钧镒.试验统计方法[M].北京:中国农业出版社,2000.

[10]王玉顺,司慧萍,郑德聪,等.精密播种粒距的概率分布[J].农业机械学报,2001,32(3):40-43.