一种排种盘传动结构的设计与应用

○山西省农业机械发展中心 黄若忱

随着播种技术的不断发展，越来越多的播种机利用电机驱动，使播种机不再需要地轮传动，减少了由于地轮与土壤间的打滑，使得播种机的排种均匀，同时也有利于播种技术的智能化发展。目前，播种机使用的驱动电机有步进电机和伺服电机，它们与排种器中的排种盘连接，连接方式一般是链传动、齿形带传动或直接连接。

比较典型的一种电机驱动播种机，主要由机架、传动装置、开沟机构、排种传动机构、播种单体和播量电控系统等组成。处理器将采集的拖拉机轮毂转速信号传给驱动器，控制步进电机转速与拖拉机速度匹配，再经链传动带动排种器的勺轮盘，实现精量播种。这种传动方式的缺陷在于传动连接的结构空间占用较大，导致排种器整体体积变大，不便于运输和使用。另外一种是电机与排种器中的排种盘直接连接，它们之间有联轴器保护和传动，这种传动方式的缺陷是排种盘的轴向排列尺寸较长，并且是排种器离地较高时才能使用。

一、结构组成

本设计提供了一种新型的排种盘传动结构，与现有的链传动、齿形带传动相比，不仅减小了传动连接的结构空间，也具有补偿径向、角向和轴中心偏差的功能，还具有缓冲和减振作用。

这种新型的排种盘传动结构包括排种盘、沿轴向设置于排种盘中心的轴孔、一个与电机动力输出端相连的半联轴器和弹性元件。排种盘为垂直圆盘型，铝合金材质，圆盘的外周均布有24个锥形孔，种子充填入锥形孔内，经过排种器的作用，最终保证有且只有一颗种子在锥孔内，并且到排种口时排出。排种盘中间的轴向位置开有通孔，通过这个轴孔传递驱动力。排种盘的轴孔内端面间隔分布设置三个第一凸爪，半联轴器的一端端面上也间隔设置有三个第二凸爪，第一凸爪和第二凸爪的形状完全相同。弹性元件的中心设置有圆柱孔，圆柱孔的外圆面上间隔地设置六个均匀分布的凸齿，每个凸齿的两侧弧面与第一凸爪、第二凸爪的弧面相吻合。弹性元件为尼龙材质，六瓣梅花形结构，安装在轴孔内，排种盘轴孔内的三个第一凸爪和半联轴器一端的三个第二凸爪分别嵌入弹性元件的凸齿之间的孔隙内。装配完毕后，半联轴器的大部分在排种盘的中心轴孔内，只有一小部分露在排种盘的外部。电机输出轴与半联轴器通过顶丝连接，电机输出轴的圆周面上开有卡槽，半联轴器的壳体上开有用于顶丝穿入的通孔。顶丝后端为圆柱，顶丝前端具有可插入所述锥形卡槽的锥形台，顶丝的圆柱与锥形台之间开有环形内凹槽（见图1）。

图1 排种盘的结构示意图

二、工作原理

电机输出轴联接半联轴器，带动排种盘作旋转运动，位于半联轴器和排种盘轴孔之间的弹性元件，其凸齿只受到压力，而不承受弯矩。当排种盘做加速运动或匀速运动时，半联轴器将电机传过来的旋转力通过其端面上第二凸爪的一侧弧面挤压弹性元件，与半联轴器端面上第二凸爪一侧弧面相对应的弹性元件凸齿的一侧弧面受到挤压，并发生轻微变形，同时弹性元件的凸齿将受到的挤压力通过凸齿的另一侧弧面传给排种盘的第一凸爪，这样就完成了旋转力从电机到排种盘的传递，排种盘在其轴孔内第一凸爪的作用下做旋转运动，根据电机接到的指令，做加速旋转运动或匀速旋转运动。当排种盘做减速运动时，也就是说电机接到减速或停止的信号，电机的旋转速度小于半联轴器的旋转速度。半联轴器其端面上第二凸爪的一侧弧面不再挤压弹性元件了，改为第二凸爪的另一侧弧面挤压弹性元件，受到挤压的弹性元件再挤压排种盘轴孔内第一凸爪的不受原挤压力的一侧弧面，这样排种盘受到相反的旋转力，开始做减速运动。不论排种盘在做加速、匀速或减速运动时，旋转力的传递都是通过弹性元件上凸齿的左面或右面变形完成的。弹性元件不仅具有内摩擦大、质量小、单位体积储存的变形能大和阻尼性能好的特点，还可以补偿两轴相对偏移，在传递转动能量的同时发挥不同程度的减震作用。

由于电机输出轴与半联轴器通过顶丝连接，顶丝前端插入电机输出轴的锥形卡槽，顶丝后端在半联轴器壳体的通孔内，而且圆柱与锥形台之间的环形内凹槽在电机输出轴和半联轴器中间。当负载过大或排种盘卡死时，电机输出轴与半联轴器之间的顶丝中间细小的环形内凹槽处断裂，电机输出轴与半联轴器之间失去连接，电机继续转动，不会因负载过大或排种盘卡死损坏电机。

三、试验与应用

排种器是播种机的核心部件，排种盘又是排种器的关键零件，排种器的传动更是关键。对排种盘传动、链传动和齿形带传动方式进行比较试验，观察实际运行情况、获取试验数据和分析存在的问题。排种盘传动安装前准备，要准确地测出轴间距、轴径等尺寸并与弹性元件的各部尺寸逐一对照，在确定无误的条件下，进行装配。半联轴器的内孔与轴的配合一般是“过渡配合”，安装前一定要将轴和孔擦净，配合面不得有污物。尽管弹性元件具有较强的补偿能力，但在安装时也要严格找正，使排种盘工作平稳，以提高弹性元件的使用寿命。排种盘传动结构安装完毕后，使用电机驱动，在JPS-12排种器性能检测台做试验，试验选用大丰30玉米种子。排种盘传动在检测台上实际运行比较平稳，偶有排种盘轻微振动的情况，但发生的概率较低。排种盘发生轻微振动，可能是电机轴中心与排种盘中心的同轴度相差较大的安装原因，或机械原因、设计原因和其它原因等。排种盘传动运行时，当遇到玉米种子与排种盘磕死，导致排种盘不能转动，发生这样的故障，弹性元件与排种盘分离，以保护电机不被损坏。在同样的情况下，使用链传动实际运行中存在排种盘抖动现象，使用齿形带传动实际运行平稳也偶有轻微抖动，但链传动和齿形带传动遇到排种盘不能转动的故障时，都没有对驱动电机的保护功能。3种传动方式通过JPS-12排种器性能检测台试验获得相应的数据，经过比较，使用排种盘传动的效果最好，齿形带传动效果次之，链传动效果最差（见表1）。

表1 排种性能检测

使用排种盘传动结构的电机驱动播种机在沁源县进行田间应用，2021年5月播种玉米300亩，播种速度、播种效率等优于勺轮式播种机、指夹式播种机和一般传动结构的电机驱动播种机。1个月后观察出苗情况，玉米出苗后的合格率、漏播率、重播率和株距合格率等出苗效果均优于其它传动结构的播种机。6月进行了100亩的大豆播种，播种时的作业情况和播后的出苗效果均好于其它传动结构的播种机。

四、效益分析

排种盘传动结构的电机驱动播种机能一次完成播种、施肥、覆土、镇压等多项作业，减轻劳动强度，降低生产成本，又能够达到苗齐、苗壮，实现作物增产增收。排种盘传动结构的电机驱动播种机与其它传动结构的播种机相比，每亩节省种子0.05～0.07㎏、降低成本10～20元、增产粮食15～25㎏。以2021年在沁源县的播种应用进行效益分析，玉米播种作业300亩，每亩收费25元，毛收入达7500元，节省种子月约1500元，增加粮食产量约5000㎏。