气吸式精量穴播器的结构特点与原理分析*

谭新赞，王士国（新疆农垦科学院，新疆　石河子　832000）



气吸式精量穴播器的结构特点与原理分析*

谭新赞，王士国
（新疆农垦科学院，新疆石河子832000）

摘要：精量播种可使苗匀、苗齐、苗壮，省种、省工，不需要间苗定苗作业，越来越受到人们关注。实现精量播种的排种器有机械式和气吸式2类，本文以新疆地区广泛应用的气吸式鸭嘴滚筒排种器为例，详细介绍其结构特点和各部件功能、工作原理，使读者更加了解该穴播器的构造，为今后的使用、维护和保养等提供帮助。

关键词：气吸式；精量；穴播器；结构；原理

新疆兵团自2006年开始大面积推广棉花精量播种，气吸式精量穴播器对种子的适应性强、可靠性高、伤种率低、能适应较高的作业速度，已成为精量播种的主要机型［1］。通过更换吸种盘、分种盘和腰带等部件，可以适用棉花、玉米、打瓜、食葵、油葵、甜菜等多种作物的精量播种作业。

1　穴播器结构和工作原理

图1　气吸式精量穴播器结构示意

气吸式精量穴播器的具体结构如图1所示，主要由腰带总成、取种盘、刷种器、刮种器、分种盘、接盘组件、穴播器轴、穴播器盖、断气装置等组成。

作业时，离心风机产生的负压通过管道传递到气室内形成高真空度，在取种盘两侧形成压力差，充种区的种子被吸附在取种盘上。种子随取种盘的转动，被刷种器连续轻微碰撞敲打，清除掉多余种子，使吸种孔处仅剩1粒种子。当取种盘上的单粒种子运动到落种位置时，断气块在气室内部将气孔堵上，使吸附种子的吸种孔负压消失，同时刮种器接触到种子，种子与取种盘吸孔分离，实现一次投种；种子在其重力、惯性离心力和刮种器推力的综合作用下经分种盘顺利落至滚筒内圈后，随滚筒转动，当种子克服自身与滚筒内壁的摩擦力后，沿滚筒内壁滑动并被挡种板阻挡落入种道。种子随种道继续滚动，当越过竖直位置后，克服其与种道壁的摩擦力，提前落入鸭嘴内腔，并随鸭嘴滚动落入鸭嘴端部，准备投种。在成穴器鸭嘴破膜入土开穴的同时活动鸭嘴被压开，种子准确落入穴底，实现二次投种，完成一个投种周期。

2　零部件结构特点及功能

2.1挡盘

采用铸铁制成，是穴播器的骨架部分。其内腔和取种盘配合形成真空气室，对应取种盘的外边缘处设计有凹槽，可以放置O型密封圈。挡盘和取种盘通过接盘组件、穴播器轴紧密连接在一起，轴通过轴承支撑安装在挡盘上。结构示意如图2。

图2　铸造挡盘结构示意

为了适应更多农艺要求，设计了单孔、双孔和单双孔交错分布多种型式，可实现单粒、双粒和单双粒间隔的播种效果。取种盘基体为防锈钢板冲压而成，刚性好，使用过程中不变形。盘面上设计了搅种钉，转动过程中对种子搅动，保证种子不断补充到充种区，防止出现架空。同时通过撞击作用对吸种孔处的种子产生振动，减少吸附多余的种子。结构示意如图3。

图3　取种盘种孔结构示意

2.2腰带总成

鸭嘴式点播器一般由动嘴和定嘴组成，固定在腰带周围。气吸式点播器腰带与机械式不同，除了腰带基圆、动定鸭嘴和复位弹簧外，还包括进种道组合。进种道组合是提高投种精度的有效措施，腰带总成通过螺栓和压盘定位安装在挡盘上。结构示意如图4。

图4　腰带总成结构示意

2.3分种盘

图5　分种盘结构示意

种子在断气块和刮种装置的作用下，从取种盘的吸种孔分离下落。由于种子几何形状和重量存在差异，且在种孔的吸附状态不同，导致下落时间和位置变异较大，影响投种精准度。分种盘的设计有效解决了这一问题。当种子与吸种孔分离后先进入分种盘，对种子下落过程进行干预，使其沿预定轨迹进入准确位置。分种齿工作面与中心线成倾角，有利于种子进入投向进种道。设计中分种齿与吸种孔距离为7～9 mm，分种齿尖部圆弧直径为1 mm。结构示意如图5。

2.4穴播器轴

国际上普遍采用的气力排种装置多为气室固定不动，由排种器轴驱动取种盘转动实现取、排种过程。取种盘和气室间相对运动容易造成密闭不严、磨损零件等，气吸式鸭嘴滚筒穴播器是取种盘与挡盘固定在一起形成的气室转动，而轴固定不动，气室的负压通过特殊设计的中空穴播器轴传递。结构示意如图6。

图6　穴播器轴结构示意

2.5穴播器盖

穴播器盖相对于轴固定不动，与吸种盘间形成储种室，带有观察窗和清杂口。储种室分为充种区、清种区和携种区3个区域。充种区设有进种口，种箱内的种子经输种软管、进种口进入充种区。清种区安装有曲线锯齿刷种器。携种区安装有带清理毛刷的刮种器，吸种孔经过断气装置后，种子被刮种器刮落。穴播器盖结构及分区示意如图7。

图7　穴播器盖组件结构示意

2.6断气装置

国际上普遍使用的气力式排种装置投种过程多数采用消除吸种孔压力，迫使种子在重力的作用下离开取种盘完成投种。气吸式精量穴播器采用了断气装置加刮种器组合，大大提高了种子与取种盘分离速度，从而保证了投种的准确性。断气装置固定在穴播器轴上，随着取种盘的转动，当吸种孔经过断气块时负压消失，刮种器及时将分离不彻底的种子强行刮下，毛刷随后对吸孔进行清理，为下一轮取种作好准备。经试验和大面积使用证明，断气装置和刮种器组合可有效降低漏播率和重播率。断气装置结构示意如图8。

图8　断气装置结构示意

3　系列化设计

3.1取种盘最佳吸孔直径的确定

随着精量播种技术的推广应用，要求精播的作物从棉花拓展到玉米、打瓜、甜菜、食葵、油葵等多个种类。不同的种子对真空度、线速度需求不同，在气吸式棉花穴播排种器基础上，对控制种子精度的刮种装置、鸭嘴成穴器和携种通道等结构进行改进优化。通过正交试验，采用极差综合平衡分析法，通过试验，确定了各类作物种子取种盘最佳吸孔的直径，见表1。

表1　各类作物对应吸孔直径参考值　mm

3.2刷种器的改进

图9　2种刷种器结构示意

刷种器（图9）是提高取种精度的重要部件，通过刷种器去除多余的种子，确保单粒种子被吸种孔牢固吸附。气吸式精量穴播器原设计采用了曲线锯齿式刷种器，由4段长圆弧曲线构成，圆心位于取种盘中心线附近，每段圆弧取8°圆周角。该刷种器采用逐渐逼近吸种孔挤压原理，根据种子大小可以调整齿尖与种孔距离，适应棉花、玉米、甜菜等作物种子的清理。针对打瓜、油葵、食葵等长片状种子，设计了新型增压圆柱式刷种器，圆柱表面在弹簧作用下，始终精密贴合在取种盘上，有效避免了刷种时碎种的现象。

3.3进种口的改进

进种口是种子由种箱进入排种器的通道，对于流动性较好的棉花、玉米等种子可以顺利进入储种室，而打瓜、食葵等特异性种子容易出现架空现象，种子不能及时补充到取种区，造成空穴增多。针对这一现象，在进种口位置增加了敲击装置（图10），穴播器转动1圈，敲击1次，通过振动有效的避免种子流架空，促使进种口处层叠的种子流入取种区，保证吸种孔能吸到种子。另外，试验发现，圆形进种口改为方形后，并增加限位板，也具有同样的效果，限位板同时对于调节小粒种子进入种子室的数量起到决定作用。

图10　进种口敲击结构示意

4　使用注意事项

在精量播种过程中，如果发现空穴率增高和出现断条现象，需及时按以下步骤进行检查：（1）检查鸭嘴是否被泥土堵塞；（2）检查梳种板是否在合适的位置；（3）通过观察孔，检查种室是否有塑料薄膜等废物堵塞吸种孔，或缠绕在梳种板上；（4）检查种子在进种口及输种过道由于杂物、泥土、棉线等堵塞的原因，种子出现架空现象；（5）检查气压是否达到要求（由于吸气管漏气或风机皮带过松等原因，可造成气压达不到要求，检查方法是用手感觉种孔吸力的大小）；（6）检查气吸盘位置是否固定（气吸盘是靠其边缘上的小凸块与穴播器小槽业固定位置的，由于在更换气吸盘时小凸块没有放入侧盘小槽或螺钉没有上紧，都会出现气吸盘的位置出现偏差）；（7）检查穴播器的腰带位置是否符合要求（需要专业人员来操作）。

根据农艺要求，如更换种盘等必须找开穴播器，可将穴播器总成卸下，拿出分种盘，放在干净的地方，取出种室盖，细心取出调整垫圈，卸掉螺钉，拿出分种盘，即可取出吸种盘。安装前，首先检查大小O型密封圈是否在密封槽中，然后检查断气块及弹簧是否安装到位，合适后安装吸种盘。注意按原样装好各部件，转动穴播器无阻滞现象即可。穴播器腰带一般不要拆卸，如必须拆卸要做好标记，按标记装回。

经过近十年的研究和不断改进，气吸式鸭嘴滚筒穴播器性能稳定，排种质量逐步提高。对各类作物的精量播种均表现出较好的适应性。空穴率≤3%，单粒率达95%以上，是精量播种的理想选择。

参考文献

［1］陈学庚，胡斌.旱田地膜覆盖精量播种机械的研究与设计［M］.新疆：新疆科学技术出版社，2010.

收稿日期：2016—03—04

*基金项目：国家科技支撑计划课题，项目编号：2014BAD06B04。