小籽粒蔬菜精密播种机部件的设计

张全贵

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

蔬菜种植机械化在我国尚处在发展阶段，现今市场上蔬菜穴播机较多，精密播种机少。在蔬菜规模种植区，机械化需求更迫切，随着劳动力成本的增加和人们对蔬菜精播认识水平的提高，蔬菜精密播种的研发成为大势所趋。

精密播种省种省工、播种均匀而且效率高，精密播种机按排种器可划分为机械式和气力式。蔬菜种子小且易吸附，采用气吸式排种器为宜。同时，农艺上对蔬菜播种的要求和大田其他作物不同，特别是播种深度和覆土镇压，本文对靴式开沟器和轿式镇压仿形装置进行了分析。

1 靴式开沟器的设计

1.1 开沟器的特点

精密播种机的播种精度不仅和排种器的性能、机具的前进速度有关而且和开沟器的性能有较大关系。靴式开沟器特点：土壤阻力向上有分力；开沟时把表土向下及两侧挤压使种沟紧压，种沟浅而窄；要求播前整地质量高；结构简单，适用浅播。根据对蔬菜种植沟的要求结合蔬菜播前整地状况较好的情况，采用钝角的靴式开沟器。

1.2 靴式开沟器的结构设计

靴式开沟器由靴式开沟器刀、侧板、连接销、加强板和连接板组成。其工作原理是刀刃以钝角入土开沟，经两侧板向两侧挤压土壤形成种沟，两侧板的宽度决定了种沟的宽度，除了开沟装置整体调整可调播深外，也可把开沟器刀换方向装配，开沟深度可进行5 mm深差调节。

1.3 开沟器刀的设计

1.3.1 刃口曲线的确定

如图1所示，开沟器刃口曲线由3部分组成，直线AB，圆弧BC和直线CD。开沟器前进方向如图箭头所指方向，在工作过程中对土壤是滑切，滑切部分在BC段。滑切角是指曲线上的点的法线与前进方向的夹角，摩擦角是指曲线上的点的法线与垂直方向的夹角，工作阻力是随着滑切角的增大而减小随着摩擦角的增大而增大，设B点的滑切角是曲线BC的最终滑切角α，C点的滑切角是曲线BC的起始滑切角β，那么从图中可以看出β到α滑切角逐渐增大。

图1 开沟器刀结构示意图Fig.1 Thestructure diagram of ditcher cutter

1.3.2 开沟器刀主要参数确定

如图1所示，在开沟器的平面设计中，确定D' D//AB，AA' //CD。

由图可知：

D'D，AA' 为开沟器刀两端横断面的投影线，A'D' 为开沟器刀与侧板结合的面的投影线，AB，CD为刃口曲线的直线段，θ1，θ3为开沟器刀两端横断面与开沟器刀和侧板结合的面之间的夹角，θ2为开沟器刀与侧板结合的面与前进方向的夹角，β′为直线CD段的滑切角。

设计θ1=θ2=θ3=35°，AB=35 mm，CD=40mm，圆弧BC半径为112 mm，则β' 为20°，β大于23°。试验得摩擦角是23°，当滑切角大于摩擦角时才能产生滑切，则圆弧BC段是滑切工作。设计H1为12 mm，H2为18 mm，截面见图1。

2 轿式镇压仿形装置

2.1 蔬菜播种农艺要求

蔬菜播种技术很精细，一是覆土要求，覆土厚度由种子的大小和发芽时期长短来决定，较小的种子顶土力比较弱，不易出苗，应适当浅覆土。蔬菜种子适宜的覆土厚度为0.5～2cm，覆土过浅，畦面表土容易失水变干引起种子落干，覆土过深，种子出苗晚，出苗率降低。二是镇压要求，对播种机而言，在质地疏松的土壤前后镇压，前镇压有利于精确控制播种深度，后镇压使种子与土壤接触紧密，有利于种子吸水发芽。总之，蔬菜种子较小，采用前后的轿式镇压装置，既能控制播种深度，也通过减少水分散失和提墒保证种子所处的土壤浅表保持湿润状态。

2.2 轿式镇压仿形分析

播种机的仿形分为整体仿形和单体仿形，整体仿形就是地轮仿形；单体仿形是指限深轮或镇压轮仿形。依据农艺要求，本蔬菜播种机采用前后镇压仿形装置。

前后镇压仿形机构包括前镇压轮、平行四连杆机构、开沟器、后镇压轮。工作过程中开沟器的上下运动和平行四连杆一致，都依靠前后镇压轮的复合运动来仿形。当播种机工作平稳时，前后镇压轮在同一平面上，当后镇压轮遇到地表起伏而前镇压轮平稳前进时，开沟器及四连杆并不是平行后镇压轮上升或下降，而是部分上升或下降，直到起伏结束，恢复平稳；同理，当前镇压轮起伏而后镇压轮平稳时，也是播深相对稳定。在上坡时前镇压轮逐渐升起，开沟器不是随着同水平升起，而是形成一定的升起趋势，直到后镇压轮也进入上坡地段，然后所开沟底与地表平行，下坡过程正好相反，也可达到沟底与地表平行。

2.3 轿式仿形镇压装置受力分析

轿式镇压仿形装置在工作平稳时，受力平衡。如图2所示，P为牵引力，G为播种机单组重力，F为开沟器的工作阻力，Q1、Q2、Q3分别为土壤对前镇压轮、稳种轮、后镇压轮的支持反力。

图2 轿式镇压仿形装置受力示意图Fig.2 The force diagram of sedan chair type profiling device

设机具前进方向和X轴方向一致，Px，Py分别是牵引力在XY平面内X，Y方向上的分力，Fx、Fy分别是土壤对开沟器的阻力在XY平面内X，Y方向上的分力，Q1x、Q1y分别是土壤对前镇压轮在XY平面内X，Y方向上的分力，Q2x、Q2y分别是土壤对稳种轮在XY平面内X，Y方向上的分力，Q3x、Q3y分别是土壤对后镇压轮在XY平面内X，Y方向上的分力。则轿式镇压仿形装置在XY平面的受力平衡条件如下

由（4）（5）可得

公式（6）（7）表明，当单组重力一定，机具工作平稳时，土壤对镇压轮和稳种轮的支反力和牵引力P、土壤对开沟器的阻力F有关，阻力F越大支反力越小，反之亦然。同时Q1，Q3不能为零，否则不起镇压作用，Q2也一样，这就要求机具有一定的重力G，但重力G也不能太大，太大会造成下陷量增大，支撑反力Q1，Q2，Q3增大，增加了牵引力P。

2.4 轿式镇压仿形装置结构及工作原理

轿式镇压仿形装置由平行四连杆、前镇压轮、稳种器、后镇压轮及镇压轮连杆等组成。稳种器包括稳种轮、V型板、弹簧及调节杆等部件。

机具作业时，当后镇压轮随地表起伏，前镇压轮平稳前进，开沟器会产生上下移动但不会过敏（指后镇压轮同比例运动），同时镇压轮连接杆离地间隙增大，稳种轮在弹簧力作用下绕铰点O1顺时针转动，稳种轮继续给土壤一定压力起到稳种作用，如图3（a）。当前镇压轮随地表起伏，后镇压轮平稳前进，同理如图3（b）。当整个单组处于下坡地段，前后镇压轮和镇压轮连接杆绕铰接点O2逆时针转动，开沟器播深相对变大，同时调节杆上的弹簧被压缩，在弹力作用下，稳种轮绕O1点逆时针转动，压实力度相对增大，如图3（c）。反之在上坡地段，播深相对变浅，稳种轮压实力度相对减小，如图3（d）。

图3 稳种器工作示意图Fig.3 The working diagram of seed stabilizer

镇压轮由分离轮圈和橡胶圈组成圆柱空心弹性镇压轮，中空的镇压轮给地面的压力与地面成倾角使两边土壤向中间靠，中间土壤较松，有利于种子出苗和保墒。橡胶圈受压后产生弹性变形后恢复原状，对土壤压力比较恒定，同时，橡胶和金属之间在作业时相对变形，利于脱土。

本轿式镇压仿形装置采用前后镇压，中间加装稳种器符合蔬菜种子小播种要求精细的农艺要求。

3 结论

合理设计开沟器刃口曲线，使曲线上的滑切角大于23°形成滑切；开沟器刀安装方向变化可以进行5 mm播深调整。

蔬菜种子小宜浅播，轿式镇压仿形装置的前镇压有利控制播深，后镇压可以保水或提墒，镇压轮为锥面分离轮圈外紧套橡胶圈，形成土壤向中间凸出，中间较松两边紧，利于出苗和保墒。前后镇压轮中间加装稳种轮，经过弹簧作用，调节力度，实现稳种功能。