DWP-60型多功能窝眼轮式排种器的设计

侯心爱，张义胜，宫玉敏，张希峰，巩 彬，陈金利

（淄博市农业机械研究所，山东淄博 255086）

0 引言

播种是种植业最重要的生产环节之一，随着农业机械化的发展，机械化播种已经逐渐替代了传统播种形式。机械化播种作业是农业生产中重要的基础性工作，是农作物健康生长的保证。

播种机械是农业机械的重要组成部分。排种器作为播种机的核心，其性能的好坏对作业质量和产品质量有着重要的影响[1]。排种器一般分为机械式排种器和气吸式排种器两种。机械式排种器是播种机上使用最多的一种排种器，护种机构是排种器上的重要部件之一，其作业效果直接影响播种质量[2-4]。窝眼轮式排种器是机械式排种器常用的结构之一。

市场上常用的窝眼轮式排种器，窝眼直接加工在排种轮外圆上，其大小、径向位置是固定的。排种刷只是一个简单的毛刷，其位置也是固定的。由于种子在排种箱内的位置是横七竖八的，种子落入窝眼的姿势也是多变的。其特点是只适合小颗粒种子的播种，小颗粒种子一般是指平均直径在3 mm以下的作物种子[5]，种类繁多，分布非常广泛，多种花卉蔬菜、牧草以及谷物的种子都属于此类。当种子较大时，种子露出窝眼的尺寸较大，当种子转到排种刷位置时，由于排种刷的变形较小，种子卡在排种刷部位，排种轮无法转动，使得播种工作无法进行，造成断苗现象，甚至损坏排种器。

针对存在问题，设计了一种多功能窝眼轮式排种器。介绍了排种器的机构及工作原理。以DWP-60型多功能窝眼轮式排种器为例，确定了窝眼的最大外径、容纳谷物的最大孔径、最大伸缩量、排种轮外圆可安装窝眼的最大数量等参数。对不同窝眼时的理论株距进行了设计计算。分析了影响排种器工作质量的主要因素。

1 结构

排种器的结构如图1所示，由种箱、排种槽轮拉杆、拉杆安装板、排种槽轮压簧、固定板、排种槽轮、固定轴、护种挡板、护种软刷、排种轮、窝眼压簧、窝眼、螺钉、清种口、排种轴、开口销、轴承、排种器链轮等组成。

排种槽轮拉杆插在与种箱一体的拉杆安装板孔内，拉杆上端用开口销定位，以防止其脱落；拉杆下端的螺纹与排种槽轮固定板连接在一起，拉杆的中部安装排种槽轮压簧，压簧压在拉杆安装板和排种槽轮固定板之间；排种槽轮用固定轴安装在固定板下端，排种槽轮既可以沿着固定轴转动，又可以沿着拉杆上下浮动。在压簧的作用下，排种槽轮压在排种轮外圆上；排种槽轮用塑料或橡胶制作，外圆做成凸凹齿状。护种挡板用螺钉固定在种箱壳体上，护种软刷粘贴在护种挡板内表面（见图2）。

图1 排种器结构示意图

图2 排种槽轮局部放大图

窝眼是单独制作的，窝眼的外圆和排种轮的径向孔间隙配合，窝眼能够径向移动。窝眼的中间部位有一个孔，螺钉穿孔而过，螺钉固定在排种轮上，同时将窝眼压簧压在窝眼的底部。在外力的作用下，窝眼受力压缩窝眼压簧，产生小范围的轴向移动（见图3）。

图3 窝眼局部放大图

2 工作原理

首先向种箱内装入种子，种箱内的种子要始终保持在三分之一以上高度。窝眼的取种方式靠的是种子之间的压力传导，种箱内种子的高度太低了，压力传导不足，容易造成窝眼取种不足，造成断苗现象，影响播种质量（如图1所示）。

（图1只绘出了排种轮外圆上2个窝眼的情况，窝眼的实际数量，要根据播种株距而定。）

靠近排种轮的种子在上部种子的挤压下进入窝眼内。地轮转动，通过地轮链轮传动将动力传导至排种器链轮，排种器链轮带动排种轴及排种轮按图示位置顺时针方向转动。当窝眼内的种子遇到排种槽轮时，种子被刷到和排种轮外圆平整位置，然后继续转动。进入护种机构范围后，在护种挡板及护种软刷的护送下，窝眼转到排种轮下方位置时，种子在重力的作用下落入土中，播种机开始对种子进行覆土、镇压工作，然后完成播种任务。种箱内剩余的种子由清种口排除。

当遇到窝眼内的种子颗粒较大处于直立位置，或者两三粒种子一块卡在窝眼内时，遇到排种槽轮后，排种槽轮受力，使窝眼压簧受到压缩，窝眼向排种轮心部移动，避免了种子在排种槽轮部位的卡滞现象，使得窝眼带动种子继续转动。在窝眼压簧受到压缩，窝眼向排种轮心部移动的同时，排种槽轮压簧也受到压缩，排种槽轮产生转动且位置上移，也给种子继续转动通过排种槽轮提供了可能。

由于窝眼能够径向移动，在种子通过护种机构时，种子与护种软刷不会产生大的摩擦，减少了种子的损伤。

窝眼做成各种规格的，更换不同规格的窝眼，可适应不同规格种子的播种需要。根据种植株距的要求，计算地轮至驱动链轮的传动比，确定排种轮的外圆上窝眼的数量。

排种槽轮用橡胶或塑料等软材质做成，既可以沿着固定轴转动，又可以沿着拉杆上下浮动。与全毛刷结构相比，种子与全毛刷的滑动摩擦，变成了种子与排种槽轮的滚动摩擦，有效防止种子损伤。排种槽轮的外圆做成凸凹状，避免了打滑，也有利于抓取种子。

3 设计计算

排种器的规格是多种多样的，主要规格是指排种轮的直径、宽度等。排种器最主要的性能指标是播种株距、排种轮的转速等，这里以DWP-60型多功能窝眼轮式排种器为列，进行设计计算。排种轮的直径为60 mm、宽度为22 mm。

根据排种轮的结构，确定窝眼外圆的最大直径为20 mm，窝眼的最大伸缩量为5 mm。窝眼容纳谷物的最大孔径为18 mm，此孔径的大小可用于玉米粒的播种。排种轮的外圆最多可安装6个窝眼。

3.1 播种株距计算

在不考虑地轮打滑系数的条件下，排种器的理论播种株距计算公式为：

式中：T ——理论株距（mm）；

C —驱动地轮周长（mm）；

Z1—地轮链轮齿数；

Z2—排种器链轮齿数；

S —排种器窝眼数。

驱动地轮周长计算公式为：

式中：D —地轮直径（mm）。

这里，选用地轮链轮齿数Z1为10齿；排种器链轮齿数Z2为12齿；选用常用的地轮直径250 mm。

由式2计算得到，驱动地轮周长C=785 mm；

当窝眼数量S为2、3、4、5、6时，由式1计算出排种器的理论播种株距，计算结果见表1。

表1计算结果没有考虑地轮打滑系数的影响因素，实际情况是，地轮与地面之间存在打滑现象，此时，实际播种株距要加大。如果地轮与地面的打滑系数按照0.05计算，则五个播种株距应为：495 mm、329.7 mm、247 mm、197.8 mm、164.8 mm。改变链轮传动比，可以改变播种株距。

表1 排种器理论播种株距

3.2 排种轮转速计算

地轮转速计算公式为：

式中：n1——地轮转速（rpm）；

v—播种机行走速度（km/h）。

排种轮转速计算公式为：

式中：n2—排种轮转速（rpm）。

为了确保播种质量，播种机行走速度控制在5 Km/h以内，根据式3-4，计算出了播种机不同行走速度时，对应的地轮、排种轮转速，计算结果见表2。

表2 地轮、排种轮转速

4 影响排种质量因素分析

影响排种器工作质量的因素主要有：

一是机具的行驶速度。从理论上讲，排种器的播种株距与作业速度无关，即快走快播，慢走慢播。实际情况则不然，作业速度的快慢等因素会影响播种质量的好坏。在播种作业时，为了追求作业效率，却忽略了保持合理的作业速度对播种质量的重要性，造成播种合格率降低，出现缺苗的情况。若作业速度过低，则会严重影响作业效率；若作业速度过高，则会出现充种不充分，出现空穴率增大，播量不足，缺苗的情况，严重影响作物的质量。

二是排种轮转速。排种轮转速主要是影响排种器的充种率，在充种时随着排种器转速的增大，部分种子来不及充入窝眼而造成漏种率的增大；而转速过小则会增大双籽率，因此需要找到最佳的排种轮转速。参考有关资料，播种机的最佳行驶速度为3 km/h，排种轮转速为40 rpm/min，播种合格率达到98%以上[6]。

三是种箱内种子的数量。种箱内的种子要始终保持在三分之一以上高度，种箱内种子的高度太低了，压力传导不足，容易造成窝眼取种不足，造成断苗现象，影响播种质量。

5 结论

一是多功能窝眼轮式排种器，排种器采用可伸缩窝眼式结构，配合可伸缩的排种槽轮结构，使轮式排种器能够播种大粒种子，提高了轮式排种器的应用范围。二是由于窝眼是单独制作的，更换不同规格的窝眼，可适应不同直径种子的播种需要。排种轮的外圆上，加工上不同数量的窝眼，实现不同行距的谷物播种。三是可伸缩窝眼式结构与护种机构相结合，种子与排种槽轮采用滚动摩擦传动方式，有效减少了种子的损伤。四是以DWP-60型多功能窝眼轮式排种器为例，确定了窝眼的最大外径、容纳谷物的最大孔径、最大伸缩量、排种轮外圆可安装窝眼的最大数量等参数。对不同窝眼时的理论株距进行了设计计算。五是播种机行走速度为3 km/h，排种轮转速为40 r/min时，排种器的工作质量最高。