气吸式油莎豆播种机设计与试验

2021-11-30河北农业大学机电工程学院戎康椅王艺颖张帅王雨胡希晨

河北农机 2021年11期

河北农业大学机电工程学院戎康椅王艺颖张帅王雨胡希晨

引言

油莎豆（Cyperus esculentus），又名油莎草、铁荸荠、地下板栗、地下核桃、人参果和人参豆。油莎豆是一种新型的特种油料经济作物，块茎的产量不仅高且富含油脂，被人们称为植物中的“油料之王”，油莎豆油是新型的营养保健食用油，含有丰富的亚麻油酸和蛋白质，还有营养价值很高的氨基酸，并含有丰富的矿物质特别是钾和磷，油莎豆油中钠的含量较低，而且不含胆固醇，油的品质也远高于菜籽油和大豆油，是防止心脑血管疾病和高血脂的良好的保健食用油，油品曾获得第二届国际油粮品种博览会的金杯奖。油莎豆的适应性很广、根系发达、分蘖和再生能力较强，以收果为目的时宜选沙砂质土壤。因此油莎豆是一种优质、高产和综合利用价值高的集粮、油、牧、饲为一体的经济作物。但我国油莎豆播种机械化发展水平停滞不前，严重制约了油莎豆工业化发展。

目前市场上现有的油莎豆播种机一般都是改进的机械式花生播种机，由于油莎豆种子籽粒较大，外型为不规则球体，且种子表面凹凸不平，很难实现油莎豆的精量播种，所以未被广泛使用。而我国现有的气力式播种机漏播率高，排种盘易变形，气密性不好，可靠性差，不能够达到油莎豆播种要求，油莎豆播种仍需要耗费大量的人工成本且效率低下，设计开发油莎豆精密播种机是油莎豆产业亟待解决的问题，本文从播种装置各个设计角度出发，完善了各个机构对播种的适应性，对今后油莎豆工业化发展有一定的积极作用。

1 油莎豆播种装置的结构及工作原理

油莎豆播种机主要由机架、气吸式排种器、播种开沟器、覆土器、地轮组成。该装置的简图如图1所示:

图1 气吸式油莎豆播种机结构简图

该气吸式油莎豆精量铺膜播种是在机架的前梁上安装合墒器，机架的后梁上安装播种总成。气吸式排种器的吸室内的风压由风机通过风管连接来提供，离心式的风机被安装在拖拉机的前保险杠上。风机工作时，风机的转速大概为4500r/min。在播种机作业行走的过程中，通过地轮驱动传动机构使排种盘转动时，排种盘上的吸种孔与油莎豆种子接触，由于排种器气室内外的气压差而产生的吸附力使种子室内的种子吸附在吸种孔上。为了提高种子的流动性和吸附性，在吸种孔的吸种侧开有0.2mm～0.7mm的倒角，在排种盘上还安装有搅拌装置，该搅拌装置按圆周方向均匀地分布在排种盘上，并分别位于相邻两吸种孔之间，种子经过搅拌装置搅拌种子使种子更好地被吸附。

该播种机采用的是锄铲式开沟器,开沟器位于气吸式排种器的前方,排种器排出的种子落入开沟器开好的种沟内,而后由覆土器进行覆土。覆土器采用的是双圆盘覆土器；地轮安装在开沟器的后方。本机中地轮不仅作为驱动轮还作为镇压轮,在自重和弹簧的压力下,对播种行进行镇压。在地轮的后方安装可根据农户要求选择易拆卸的铺膜机构或整形轮对播种完的表面铺膜。

动力的传动是依靠地轮驱动，随后将动力通过链条传递给中间传动轴，进而传递给排种器轴。传动简单可靠，粒距的调节是通过更换不同的链轮来实现的。整机同20马力的拖拉机采用三点挂接式连接配套。

2 油莎豆播种机的主要工作部件

2.1 排种器

气吸式排种器的吸附部件主要由真空室壳体、排种盘、密封减磨圈、真空连接管、风机等组成，如图2所示。气吸式排种器工作时由高速风机产生负压，传给排种单体的真空室。排种盘回转时，在真空室负压作用下吸附种子，并随排种盘一起转动。当种子转出真空室后，不再承受负压，靠自重或在刮种器作用下落在沟内[2,8]。

图2 气吸式排种器结构简图

2.2 排种盘

排种盘为一垂直圆盘，排种盘的直径越大，可安排的吸孔数量越多，从而有利于降低排种盘的转速及线速度。但过大的排种盘会使排种机构尺寸相应增大，吸室尺寸也增大，风机的消耗也相应增加；但为了防止种子的漏吸，要提高风机的转速。随着排种盘转速的提高，种子与排种器上的吸种孔接触的时间会缩短，吸种孔来不及吸附种子而造成漏吸，排种器的排种性能下降。因此，排种盘的直径一般为140mm～260mm[3-4]。该播种机的排种盘是由1.2mm薄不锈钢板制成，排种盘的直径为200mm，排种盘上的吸种孔侧开有0.2mm～0.7mm的倒角。结构简图如图3所示。

图3 排种盘

2.3 排种器盖

排种器盖的内部部分空间与排种盘配合形成储种室，用来暂时存放种子，由于油莎豆种子表面凹凸不平且籽粒较大，所以种子流动性较小，在输种管与种子室接触处容易出现种子架空问题，针对这一问题，改进排种器盖，在保证种位的情况下，提高输种管与种子室的接触面积，防止架空出现。其示意图如图4和图5所示。

图4 排种器盖结构简图

图5 改进的排种器盖结构简图

3 播种性能试验

2021年4月在河北省定州市李辛庄进行播种试验。试验指标为测量地轮滑移率、漏播率、播种机各行播量一致性及播种深度合格率：在作业地块上用绳子量出20个播种机地轮周长的长度，然后在这段地块上5次空播，数出播种机地轮实际转的圈数，经计算得出该播种机地轮的滑移率；比较不同吸种盘孔径的漏播率；在每个输种管下单独放置接种容器，以30r/min的转速，均匀地转动地轮20圈，并数出每个接种容器里的油莎豆种子的个数，从而计算出各行播种机播种数量的变异系数；在每行内随机取10个测点，测量种子至地表的距离，然后计算覆土深度（h±1）mm范围内的点占总测定点的百分数，测量出播种深度合格率。然后以平均值为最终结果，数据如表1所示，并观察其具体的长势。