油菜垄作播种机地轮传动系统改进设计与试验

包攀峰 吴明亮 罗海峰 谢伟 向伟

摘要 针对油菜垄作播种机播种施肥装置在单个地轮驱动的作业过程中出现传动阻力大、漏种漏肥等问题，同时为实现油菜垄作高产栽培技术中不同时期不同油菜籽播量的作业要求，对湖南农业大学研制的2BYL-4型油菜垄作播种机第一代样机的播种施肥传动系统进行了改进设计，将原来中置的单地轮传动改为两侧双地轮传动，并增设了传动介轴和种肥量调控装置。田间试验表明，双地轮传动播种机的田间试验播种量均值与手测播种量的均值相差不超过2%，双地轮传动播种机的田间排种稳定性比单地轮传动播种机提高了4.64%。

关键词 垄作播种机；地轮；排种施肥；开沟；改进设计

中图分类号 S223.4文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）01-0186-03

Abstract In view of the rape ridge tillage seeder sowing device in a single wheel drive transmission appeared in the process of operation resistance big problems such as leakage，leakage of fat，at the same time in order to achieve high yielding cultivation techniques of rape requirements，different rapeseed planting quantity in different period of development of hunan agricultural university by 2BYL-4 type of rapeseed ridge tillage seeder sowing the transmission system of the first generation of prototype design improvements，the original single of wheel drive instead of on both sides of the double wheel drive，and add the transmission medium axis and kinds of fertilizer consumption regulation device.The field experiment showed that double wheel drive drill field experiment of seeding rate average differ with hand measure average rate of less than 2%，double wheel transmission planter seed in the field of the stability than single wheel transmission seeder increased by 4.64%.

Key words Ridge planting machine； Wheel； Seed fertilization；Ditching； Improved design

排種排肥系统是多功能播种机的核心部件之一，种子、肥料在田间排放的精准性是衡量播种机质量的关键性指标。目前我国所应用的旋耕播种机，工作时排种排肥系统一般是依靠地轮驱动，所以，驱动轮是旋耕播种机研究的重要环节之一。作业时，地轮依靠与土壤间摩擦力转动通过链轮链条传动将扭矩传递给排种（肥）系统，种子由排种器排出经由开沟器进入土壤中，化肥由排肥器排出经由施肥开沟器排至沟中，地轮的工作状态对播种均匀性的影响十分显著[1-5]。

国内针对直播机的研究大都集中在排种器上，将排种、排肥作为一个体系进行研究却鲜见报道[6-10]。由湖南农业大学研制的2BYL-4型油菜垄作播种机第一代样机，其传动结构设计为单地轮传动形式，地轮为铁地轮。田间试验结果表明，该播种机能基本满足稻田油菜开沟起垄播种施肥的各项要求，但是在实际应用中，由于机手操作水平不一、田间土壤环境多样等多因素的影响，排种排肥系统仍存在一些不足。主要表现：当田间环境残茬、秸秆覆盖较多和土壤含水量过高时，作业时地轮与土壤不能充分地接触致使摩擦力减小，抓地性能降低，地轮滑移、滑转比较严重，导致阶段性漏播漏肥；由于地轮需带动排种器、排肥器运转，负载过大，导致滑移率增大，影响了播种精度。针对此问题，笔者综合各试验示范点情况及机具用户的意见，对排种排肥系统进行了改进设计，通过改变地轮的结构形式，将原有的中置单地轮传动改为两侧双地轮传动结构，并在传动系统中增设了传动介轴和种肥量调控装置，实现了油菜直播机作业中种、肥排放的精准性。

1 油菜垄作播种机的结构与工作原理

基于双地轮传动的2BYL-4型油菜垄作播种机如图1所示，主要由入土装置、传动装置、旋耕装置、开沟起垄装置、垄面整理装置、地轮传动系统、播种装置、施肥装置等组成。整机作业时，牵引动力带动机架两侧板前方的入土装置在未耕地上切土和翻垡，引导整机平稳入土和定厢作业。旋转动力驱动旋耕装置的旋耕轴转动，旋耕轴上布置的旋耕弯刀完成垄体旋耕碎土作业，并配合开沟起垄装置等完成垄沟倒梯形截面成形，经垄面整理装置对垄面进行压实定型，得到符合油菜垄作种植要求的垄体。同时，两侧地轮的滚动带动介轴转动，介轴将动力通过种肥量调控装置带动播种施肥装置的排种轴及排肥轴转动，肥料经排肥管落入地里，种子经排种管落入已整理好的厢面。通过这样一个过程，机具可以一次性完成旋耕开沟、起垄成厢、播种覆土等作业。

2 关键部件改进设计

2.1 地轮设计

地轮设计主要考虑：地轮直径、地轮宽度、地轮型式。地轮在拖拉机的牵引下向前运动，此时地轮就作为主动轮带动排种器进行排种。所以，地轮的直径直接关系到地轮驱动力矩的大小，一般地轮的直径需大于350 mm[11]。由文献[12]可知，地轮做纯滚动转动时是播种的最佳状态，增大直径可增加驱动力矩、减小滑移率和减少功率消耗，综合考虑，地轮直径为500 mm，宽度为100 mm。高玉璐[13]通过实验比较了橡胶地轮和铁地轮的滑移率，结果表明，橡胶轮的滑移率较小，参考地轮直径及地轮材料，结构选择圆盘式橡胶轮。

2.2 排种排肥动力系统设计

排种排肥需要从地轮引入传递动力，驱动排种排肥器进行工作，这种方式的好处是可以保证排种排肥量与拖拉机田间作业前进速度实时匹配，不需要额外的速度调控匹配系统，且工作可靠操作方便。考虑到田间土壤湿度变化影响地轮打滑，导致作业质量下降，为此设计双地轮传动系统，提高作业可靠性和稳定性。如图2所示，左右两侧将地轮设计放在已经开好的沟内，通过地轮驱动链条，再驱动中间传动链轮轴。由于实际田间作业有可能左右地轮的转速有差异，因此需要将中间传动轴上的从动链轮改成单向驱动飞轮结构，保证工作可靠。动力经中间轴通过调速器输入链传递到变速箱输入端，经调速输出通过排种轴传动链带动排种轴，最后排种轴经排肥轴传动链带动排肥轴，完成整个排种排肥的动力驱动。其中地轮到中间轴传动比20∶20；中间轴到变速箱输入轴端传动比20∶20；变速箱输出端到排种轴传动比20∶16；排种轴到排肥轴传动比16∶16。

2.3 种肥量调控装置设计

由于播种机在田间播种过程中播种量会随不同的播种时间、种植习惯、品种农艺要求等因素影响，因此需要实现多种播量的作业要求，为此设计一种中间调速装置，完成田间播量调控需求。如图3所示，调速器设计成2根传动軸，输入轴和输出轴，动力经动力输入端输入，带动输入轴转动；输入轴选用六方钢设计而成，调速主动轮齿固连在六方管上，六方管与六方钢形成可以滑动的结构，实现调速主动轮可以在输入轴上左右滑动完成变速操作。六方管外圆上安装一个轴承，轴承再外套一个中间齿轮架，中间齿轮架上安装一个中间齿轴承，中间齿轴承上再安装中间齿轮，中间齿轮与调速主动齿轮相互啮合，齿数相同均为10齿。动力通过输入轴驱动调速主动轮齿，传递到中间齿轮。在输出轴上设计一组不同齿数的齿轮等间距布置，齿轮Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ齿数分别为5、6、7、8、9、10。齿轮均与输出轴固连。工作时调节调速手柄，推动主动轮齿在输入轴上左右滑动到合适位置时，与输出轴上的齿轮匹配啮合。从最左端滑动到最右端实现了最小传动比和最大传动比，最小传动比位置和最大传动比位置如图4、5所示，从而实现了0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0共6个不同级别的变速比。

2.4 排种量排肥量计算

设排种器每圈排种量为 x（g），地轮与调速器传动比为1∶1，地轮每走1圈的排种器排种量为4 x ；油菜垄作播种机宽幅2.00 m，1 hm2地需行驶5 002.50 m；地轮直径为50 cm，取行驶中的吃泥深度为5 cm，周长则为1.41m；1 hm2地地轮共转圈数为3 570圈；1 hm2地的排种量为3 570×4 x（g）。

通过实验测得排种器单排孔每转1圈平均排种量为0.20 g（表2），则1 hm2地的排种量实际为2 865.00 g。根据调速器配置的不同传动比可以得到不同档位的实际排种量，数据如表1所示。

3 实验与分析

为检验基于双地轮传动的2BYL-4型油菜垄作播种机的排种效果，2016年9月在益阳完成样机加工后于附近田间进行了实验，并与单个地轮传动的第一代垄作播种机进行了对比实验。

下田前，分别对单地轮传动油菜垄作播种机、双地轮传动的油菜垄作播种机以及单个排种器进行排种性能测试。将油菜垄作播种机与拖拉机挂接，在地轮上进行转动初始位置标记，人工手动旋转地轮20圈，排种管下固定一次性塑料杯对排出的种子进行装接，然后称重，重复试验3次，数据如表2所示。田间试验时，拖拉机停于田间一侧，撒下石灰标记开始位置，排种管下固定一次性塑料杯，用50 m卷尺向拖拉机前进方向丈量20 m，撒下石灰标记结束位置，拖拉机基本保证以匀速通过测试区，取下一次性杯子进行称重，重复试验2次，数据如表3所示。

结果表明，双地轮传动播种机的田间实验播种量均值与手测播种量的均值相差不超过2%，双地轮传动播种机的田间排种稳定性比单地轮传动播种机提高了4.64%。

4 结论

目前我国油菜垄作高产栽培技术正在进入大面积推广阶段，如果没有更好的驱动装置被研制开发，地轮将仍作为主要驱动部件，尽管双地轮传动系统在提高播种均匀性及播种质量方面有了一定的效果，但是研究地轮装置在工作时产生的滑移问题同样很迫切，找到影响地轮滑移的主要因素，可为地轮的设计和油菜播种机的进一步改进提供基础和支持。

参考文献

[1] 汤楚宙，官春云，吴明亮，等.油菜机械化生产中农艺与农机相结合的探索与实践[J].湖南农业大学学报（自然科学版）， 2011，37（6）：674-677.

[2] 吴明亮，官春云，罗海峰，等.2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机设计与试验[J].农业工程学报，2010，26（11）：136-140.

[3] 罗海峰，官春云，汤楚宙，等.旋耕开沟机横向抛土性能试验[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2006，32（4）：441-444.

[4] 任述光，吴明亮，官春云，等.油菜免耕直播联合播种机抛土性能研究[J].湖南农业大学学报（自然科学版）， 2013，39（5）：543-548.

[5] 向伟，吴明亮，官春云，等.一种油菜浅耕直播机排种排肥系统的改进[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2012，38（6）：669-672.

[6] 汤楚宙，罗海峰，吴明亮，等.变容量型孔轮式排种器设计与试验[J].农业工程学报，2010，26（12）：114-119.

[7] 廖庆喜，黄吉星，刘光，等.油菜播种机槽孔轮式精量排种器设计与试验[J].农业机械学报，2011，42（2）：63-66.

[8] 袁文胜，吴崇友，金诚谦.异形孔窝眼轮式油菜排种器设计与试验[J].农业机械学报，2009，40（5）：72-75.

[9] 李辉，吴建民，孙伟，等.垂直分层种肥分施开沟器试验研究[J].安徽农业科学，2015，43（30）：337-339.

[10] 杨星钊，张飞.玉米精量播种装置改进[J].安徽农业科学，2009，37（28）：13829-13830，13849.

[11] 王次年，夏连明，张绪凤，等.免耕播种防滑地轮的设计与研究[J].农机化研究，2012，34（1）：139-141，145.

[12] 夏连明，耿瑞阳，王相友，等.免耕播种机行星啮合式防滑地轮设计与试验[J].农业机械学报，2012，43（8）：56-60.

[13] 高玉璐.免耕播种机地轮滑移现象的研究[D].北京：中国农业大学，2001.