参数可调式马铃薯播种机设计

李学强 孙传祝 卢延芳 等

摘要：针对现有马铃薯播种机存在的播种株距、间隙及振幅无法调整，极易产生漏种或重种等问题，增设了株距调整装置，提高了播种机的适应能力，且结构简单，工作可靠，更换、调整株距方便；增设间隙调整装置之后，可以方便地调整导薯筒与薯种碗之间的相对位置，避免了马铃薯种从薯种碗与导薯筒之间落下，彻底解决了重种或漏种问题；增设了振幅调整装置，转动手柄即可改变凸块与滚轮之间的相对位置，从而达到调整输送带及薯种碗振动幅度的目的。

关键词：株距调整；间隙调整；振幅调整；马铃薯播种机

中图分类号：S223.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）20-5140-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.20.054

Design on the Adjustable Parameters Potato Planter

LI Xue-qiang1，2，SUN Chuan-zhu2，3，LU Yan-fang2，3，WANG Fa-ming2，3，SU Guo-liang1，2，WANG Lin-lin1，2

（1. Shangdong Xicheng Agricultural Machinery Science and Technology Co.， Ltd.， Dezhou 253600， Shandong， China； 2.Shandong Provincial Intelligent Engineering and Technology Research Center for Potato Production Equipment， Dezhou 253600， Shandong， China； 3.School of Mechanical Engineering， Shandong University of Technology， Zibo 255091， Shandong， China）

Abstract：With the aim to solve the problems of plant spacing， gap and vibration amplitude of the seeding which could not be adjusted， and to avoid the phenomena of loss sowing or repeat planting， three devices were added to potato seeder. The spacing adjustment device could be used to improve the adaptation of sowing machine. The device was simple and reliable. What's more， it was also convenient to replace or to adjust the plant spacing. The gap adjusting device was added to regulate the relative position between the potato guide tube and the potato tuber bowl， and to avoid falling of potatoes from the gap between the cylinder and the potato bowl. Moreover， the problem of leakage or double seeding could be solved completely. The amplitude adjustment device was added， it could change the relative position between the convex block and the wheel if its handle was rotated. It was indicated that the vibration amplitude of the conveyor and the vibration amplitude of the potato bowl could be changed.

Key words：plant spacing adjustment； gap adjustment； vibration amplitude adjustment； potato seeder

马铃薯播种作业是马铃薯种植中的重要环节，其作业质量的优劣直接影响着马铃薯的产量，是保证马铃薯能否增产增收的关键。马铃薯播种机多采用在输送链或输送带上固定一种简单的碗勺式薯种碗结构，薯种碗与导薯筒之间的间隙无法调整，间隙过小时易使薯种碗与导薯筒之间相互碰撞摩擦，过大时会使薯种在随着薯种碗下移过程中从薯种碗与导薯筒之间的缝隙落下，导致前面的一株重种，后面的一株则漏种，更无法适应薯种块大小不同的各种马铃薯品种的播种要求。另外，现有马铃薯播种机的株距不易调整，难以适应不同地区、不同马铃薯品种的株距要求；马铃薯种输送装置的振动效果不够理想，且振幅不能调整，不易控制薯种碗中的薯种数量，因此更容易产生漏种或重种现象，严重影响了马铃薯的后期生长发育。

针对目前上述问题，刘全威等[1]设计了基于ATmega16单片机的马铃薯播种机漏播补偿系统，其补种率达90%以上，补偿后的漏播率小于1%，有效减少了漏播损失。高明全等[2]设计了一种2CM-2型马铃薯播种机，该播种机可一次性完成开沟、播种等作业，提高了播种效率，降低了劳动强度。杜铮等[3]对马铃薯起垄播种机播种装置、开沟器等主要部件进行了设计，能够满足设计和农艺要求，但播种密度较小，不利于提高马铃薯单位面积产量。李鹏鹏等[4]采用勺链式排种、圆锥式凹型镇压轮设计了小体积马铃薯播种机，该播种机的漏播率小于6.6%，重播率小于7.4%，适合国内北方地区马铃薯种植。杜宏伟等[5]认为提高马铃薯覆膜播种一体机的适应性，以达到各种地域条件播种覆膜的要求。刘全威等[6]认为国内生产的马铃薯播种机在使用寿命、作业质量等方面与欧美国家还有一定差距，因此应积极引进、消化吸收欧美发达国家的马铃薯种植机械行业先进的设计理念及制造技术，并根据国内马铃薯种植的实际情况进行创新，研究适合中国国情的马铃薯播种机，以期提高中国马铃薯播种机在国际上的竞争力。另外，还有许多学者在马铃薯播种机械方面做了大量研究与探索[7-11]。

针对目前马铃薯播种机械行业现状，设计了一款株距、间隙和振幅调整方便，薯种碗中的薯种数量控制准确，且不易出现漏种或重种现象的马铃薯播种机，现介绍其结构原理及其特点。

1 马铃薯播种机结构设计

参数可调式马铃薯播种机主要由机架、株距调整装置、输送装置、开沟器、地轮及薯种箱等组成，结构简图如图1所示。

1.1 株距调整装置

株距调整装置包括调整轮、主动链轮、从动链轮、张紧链轮及链条等（图2），主动轴由地轮驱动运转，从动轴则与薯种输送装置的主动轴共轴。主、从动轴穿过支架后的伸出端均设有连接盘，且连接盘沿着主、从动轴轴向相对于连接盘的中心均对称设有2个传动销，主、从动轴的伸出端均设有径向圆孔。锁紧销带轴肩一端的母线上设有轴向错开一段距离的2个圆孔，环状且带有弹性的锁紧圈两端分别插入锁紧销轴肩两侧的圆孔内。主、从动链轮分别安装在主、从动轴的伸出端，并套装在2个传动销上，然后通过带锁紧圈的锁紧销锁紧。回转轴的一端固定在支架上，另一端安装有调整轮，调整轮的外圆周上均匀布置有8个挂钩，且外端面上固定有2条相对于回转轴2对称布置的销轴，2个销轴上均安装有张紧链轮，主、从动链轮和2个张紧链轮上挂有同1条链条。调整轮左下方的支架上固定有1对凹面朝下的弧形挂钩，弹簧一端挂在调整轮左上方的挂钩上，另一端挂在位于1对弧形挂钩之间、且1环卡在弧形挂钩的凹面上的圆环链的上端。

1.2 输送装置

1.2.1 薯种输送装置 薯种输送装置包括主动滚、从动滚、主动轴、从动轴、输送带、薯种碗、导薯筒及护罩等（图3）。水平布置的主动轴（即株距调整装置的从动轴）位于从动轴上方，且与从动轴平行。中部固定有从动滚的从动轴两端支承在支架上，中部固定有主动滚的主动轴两端位于沿铅垂方向布置的滑道内，并通过张紧装置连接在另一支架上，主、从动滚上挂有同一条输送带。呈碗形结构的薯种碗底部设有圆孔，一侧设有固定板，固定板对面的碗沿部分伸出一段中间低、两侧高的弧形抛种舌。输送带外表面上固定有沿着输送带的宽度方向排列的2排薯种碗，每排的多个薯种碗沿着输送带的长度方向均匀排列，且2排薯种碗交错布置，各薯种碗位于输送带的紧段时凹面朝上。输送带与主动滚、从动滚接触的内表面上设置有沿着输送带的宽度方向排列的2排凸块，每排的多个凸块沿着输送带的长度方向均匀排列，且2排凸块交错布置，主动滚、从动滚的圆柱面上对应于2排凸块沿着主动滚、从动滚的轴向设置有2排凹槽。

1.2.2 间隙调整装置 间隙调整装置由导薯筒、螺杆、螺母和护罩等组成（图4），U形护罩的两侧面分别固定在两侧支架上，并保持护罩的U形底面与输送带的松段平行。M形导薯筒的两侧面外表面之间的距离略大于护罩的两侧面内表面之间的距离，压缩导薯筒的两侧面，将导薯筒装入护罩两侧面的内表面之间，并保持导薯筒的M形顶端所在平面与输送带的松段平行。护罩U形底面上设有2个圆孔，导薯筒上也设有与护罩上的圆孔轴线同轴的圆孔，在护罩底面的内表面上焊接有轴线与护罩上的圆孔轴线同轴的螺母。螺杆的一端从护罩与导薯筒之间穿过导薯筒后的伸出端，套上限位环后插有横销，设有外螺纹和内六角孔的另一端从护罩与导薯筒之间拧入螺母并穿过护罩后的伸出端用另一个螺母锁紧。

1.2.3 振幅调整装置 振幅调整装置由回转架、角轮、调整架、粗调手柄和微调螺杆等组成（图5），回转架中部固定有沿径向向外伸出的2条支腿，两支腿之间还固定有朝斜下方向外伸出的另一支腿，回转架两端支承在支架上；滚轴两端安装有与输送带内表面上的2排凸块之间距离相等的滚轮，中部固定在支腿的外端，角轮固定在另一支腿的外端。回转架的U形接头的两侧边通过销轴铰接在支架上部向上伸出的凸耳上，接头的U形底部设有螺纹孔；调整架的板面上设有长槽，折弯部分的中部设有圆孔，另一端朝着与折弯相同的方向伸出的凸耳上设有圆孔。微调螺杆下端穿过凸耳后拧入接头的螺纹孔内，上端拧入锁紧螺母，且穿过调整架折弯中部后的伸出端固定有手轮；粗调手柄的一端固定在回转架穿过支架后的伸出端，另一端通过手轮安装在调整架的长槽内。

2 工作原理

马铃薯播种机在拖拉机的牵引下，地轮与地面之间的摩擦作用，使得地轮在随着机架向前运行时还被迫在地面上滚动，由此便产生了驱动马铃薯播种机工作的原动力。播种过程中，株距调整装置的主动轴通过链传动驱动从动轴，即薯种输送装置的主动轴运转，进而通过薯种输送装置的主动轴和主动滚驱动输送带运行，固定在输送带上的薯种碗则交替从薯种箱出料口挖取薯种，并按照要求的株距输送、播种到开沟器在土壤中开出的沟槽内。

2.1 株距调整

1对弧形挂钩上的圆环链通过弹簧使调整轮绕回转轴转动，将链条的松边在2个张紧链轮上缠绕成S形，以达到张紧链条的目的。马铃薯播种机出厂时配备有多个不同齿数的主动链轮、从动链轮，当更换地块或者播种不同品种的马铃薯时，将圆环链从1对弧形挂钩上松开，即可转动调整轮而松开链条；分别扳开锁紧圈、拔出锁紧销即可迅速取下主动链轮、从动链轮。然后，将根据不同株距要求选择适当齿数的主动链轮、从动链轮更换到主动链轮、从动轴连接盘的传动销上，以达到改变株距的目的。分别将锁紧销插入主动轴、从动轴的径向孔内，扣紧锁紧圈，拉紧弹簧，并将圆环链再次卡在1对弧形挂钩上。

2.2 间隙调整

当盛有薯种的薯种碗运行至主动滚上方时，薯种碗将薯种抛到输送带与导薯筒之间，薯种承托在薯种碗的背面，并沿着输送带与导薯筒之间所构成的通道向下运行。薯种碗在从动滚处换向时，薯种便从导薯筒流出排送到播种机在土壤里开出的沟内。松开护罩底部外侧的螺母，用内六角扳手拧动螺杆即可改变导薯筒与薯种碗之间的相对位置。当调整导薯筒与薯种碗之间的间隙达到要求时，再转动护罩底部外侧的螺母，将螺杆锁紧。

2.3 振幅调整

播种过程中，每个薯种碗每次挖取的薯种一般都多于1枚，但由于输送带与主、从动滚接触的内表面上设置有2排凸块，固定在2条支腿外端的滚轴两端安装有滚轮，因此盛满薯种的薯种碗在随同输送带上行过程中，由于固定在输送带内表面上的凸块将不断被滚轮顶起，导致输送带和薯种碗产生一定的振动，薯种碗内多余的薯种将被抖落。松开粗调手柄上的手轮，转动粗调手柄即可带动手轮在调整架的长槽内滑动，同时转动粗调手柄还可带动回转架及其回转架上的支腿一起转动。由于回转架的两支腿之间向外伸出的另一支腿端部固定的角轮与输送带内表面的平面部分滚动摩擦，转动回转架改变角轮与输送带铅垂段的相对位置，即可改变角轮将输送带铅垂段顶起的程度，同时还可改变输送带铅垂段内表面的凸块与滚轮之间的相对位置，从而达到调整输送带铅垂段及其该段上薯种碗振动幅度的目的。另外，由于微调螺杆是通过最下端的外螺纹拧入U形接头的螺纹孔内，因此松开微调螺杆上的锁紧螺母，转动固定在微调螺杆上端的手轮，即可改变微调螺杆及调整架相对于支架的高低位置。当粗调手柄上手轮处于锁紧状态时，改变调整架的高低位置，即可通过回转架改变角轮顶起输送带铅垂段的角度，从而达到调整输送带铅垂段及其该段上薯种碗振动幅度的目的。由于微调螺杆是采用螺旋结构改变调整架的高低位置，其调整量相对较小，因此只能起到微调的作用。

3 结构特点

3.1 株距调整装置特点

1）该播种机出厂时株距调整部分配备了多个不同齿数的主动链轮、从动链轮，用户可以根据不同地块、不同马铃薯品种对株距的要求选择适当齿数的链轮，从而提高马铃薯播种机对地区和马铃薯品种的适应能力；

2）由于采用了带锁紧圈的锁紧销，更换主动链轮、从动链轮方便快捷，缩短了株距调整时间；

3）由于环状且带有弹性的锁紧圈两端分别插入锁紧销轴肩两侧轴向错开一段距离的2个圆孔内，扣紧锁紧圈即可将锁紧销锁紧在主动轴、从动轴上，以免锁紧销脱落；

4）由于在主、从动轴穿过支架后的伸出端设有连接盘，且连接盘上设有2个传动销，主动轴、从动轴与主动链轮、从动链轮之间均依靠连接盘和传动销传递动力，因此主动链轮、从动链轮可采用片状结构，不需要设置轴向尺寸相对较大的轮毂，从而极大地方便了备用主动链轮、从动链轮在播种机上的携带；

5）由于将2个张紧轮安装在同一个调整轮上，并采用了圆环链在1对弧形挂钩中的卡扣式结构，从而可以迅速地将链条张紧或者松开，进一步缩短了株距调整用时，有效提高了作业效率。

3.2 间隙调整装置特点

1）增设间隙调整装置之后，可以方便地调整导薯筒与薯种碗之间的相对位置，避免由于间隙过小使薯种碗与导薯筒之间相互碰撞摩擦，过大导致薯种在随着薯种碗下移过程中，从薯种碗与导薯筒之间的缝隙落下，从而彻底解决了由于薯种碗与导薯筒之间的间隙不能调整或者调整不方便而导致的重种或漏种问题；

2）由于采用了设有抛种舌的碗形结构的薯种碗，可以方便地将薯种碗抓取的马铃薯种在运行至主动滚上方时，抛入至薯种碗与导薯筒之间所构成的通道内；

3）由于介于固定板和抛种舌之间的两侧碗沿高度均低于抛种舌，以便于使薯种碗抓取的过多的薯种从薯种碗两侧落下。因此，本研究设计的马铃薯播种机进一步提高了其对不同种块大小、不同马铃薯品种的适应能力。

3.3 振幅调整装置特点

1）由于固定在回转架支腿端部的角轮与输送带内表面的平面部分接触，转动回转架时将改变角轮与输送带铅垂段的相对位置，进而改变输送带铅垂段内表面的凸块与滚轴两端滚轮之间的相对位置，从而达到调整输送带铅垂段及其该段上薯种碗振动幅度的目的；

2）转动固定在微调螺杆上端的手轮，即可改变微调螺杆及调整架相对于支架的高低位置，进而通过回转架轻微改变角轮顶起输送带铅垂段的程度，从而达到微调输送带铅垂段及其该段上薯种碗振动幅度的目的。

4 小结

本研究介绍了一种参数可调式马铃薯播种机，其基本原理是由于拖拉机的牵引和地轮与地面之间的摩擦作用而产生驱动马铃薯播种机工作的原动力，进而通过株距调整装置和输送装置驱动固定在输送带上的薯种碗上下运行，交替从薯种箱出料口挖取薯种，并播种到开沟器在土壤中开出的沟槽内。

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