气力式播种机的基本原理与失效形式分析

吕泰红

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

谷物播种是农业生产中的基础环节，播种质量直接影响作物后续的出苗率、地下部分和地上部分的生长情况，对作物产量和品质具有重大影响[1-2]。随着播种技术与机械的逐渐发展，气力式播种是目前应用最为广泛的播种技术。气力式播种机排种器由带吸种孔的排种盘(轮)、滚筒、风机和气力系统等构成[3-5]。当进行田间播种作业时，种子由于压差进入吸种孔，被排种盘带出气流作用区时,因自重落入输种管，播入种床。按作用原理分为气吸式、气压式和气吹式等。

气力式播种机对于种子外形要求不高，可以进行不同作物的播种，通用性较好，且在播种过程中不易损伤种子，可以实现精量播种，适合田间高速播种作业[6]，因此，得到了广泛的应用与发展。同时，由于气力系统较为复杂，当出现田间故障时，对维修人员的技术要求及知识储备要求较高。

针对以上问题，为了提高气力式播种机的工作效率，本研究针对气力式播种机关键部件——气力系统的基本结构与工作原理进行系统论述，并针对气力式播种机田间常见故障与维修方法进行概述。研究结果对于气力式播种机的结构优化与设计提供技术参考与依据，对于提高气力式播种机田间工作效率具有重要意义。

1 基本结构及工作原理

1.1 基本结构

目前，气力式播种机在蔬菜、水稻、玉米等各种作物都有广泛应用与发展[7]，针对不同的作物类型，其播种结构也会存在一些差异，本章节以水稻气力式播种机为例，对气力式播种机基本结构与工作原理进行分析。气力式水稻播种机排种器主要由种箱、排种轴、排种盘等组成(图1)。

1.凸轮；2.种箱；3.推杆；4.排种管；5.气室；6.排种盘；7.链轮；8.排种轴；9.轴套；10.法兰；11.气室罩壳；12.梳种条

1.2 工作原理

基于气力式工作原理，该播种机在进行田间播种作业时，主要是通过排种器内气力系统形成负压环境，完成种子的吸附，然后切换至正压环境，种子顺利排出，实现播种作业。主要工作过程如下：

1)种箱内的种子随着气室的压力变化稳定地流入充种室，在充种室内形成堆种；

2)排种器进行播种作业，在梳种条的作用下不断将种子向上涌动，为气室吸种做好准备；

3)气室内压力变化，将涌动的种子进行吸附，芽种随着排种盘流动，当气室内压力变为正压时，种子在自身重力与吹力的双重作用下完成排种过程，落入导种管内；

4)种子顺着导种管落入田间完成播种工作。

1.3 特点

气力式播种机通用性较好，可以通过更换不同的吸孔和排种盘适应不同尺寸和不同播种技术参数的要求，根据播种行数和不同种子要求，选择相应的型孔排数、每排的孔数和孔径的大小(表1)[8]。但是对气力系统中气室的密封性要求较高，结构较为复杂，且容易出现损坏。

表1 适播作物种子与排种盘技术参数

2 气力系统设计原则

气力系统是影响播种效果的主要系统之一，气力系统的稳定性是影响播种效率的主要因素。若吸压较小，播种机排种器会出现不易吸种的问题，严重时还会导致种子脱落，进而出现漏播现象；吸压过大，会造成吸种量较多，种子不易落下等问题，会导致重播现象，直接影响田间播种质量，因此，对气力式播种机气力系统的基本设计原则进行分析，以期为提升气力式播种机工作效率与结构优化提供理论依据。本研究以单个种子在气室内的受力过程进行分析(图2)。

图2 种子受力分析示意图

P为单个吸孔的吸附力，主要由气室风机提供，G为单个种子的重力；J为种子被吸附在吸孔中随排种盘运动的惯性力，其方向与受力情况随着角度β的变化而变化；Ff为种子之间的摩擦力，N为吸孔的吸附力。对单个种子的吸附力应该满足以下条件

(1)

其中

(2)

Q=G+J+Ff

(3)

式中p—单个吸孔对一粒芽种吸附的真空度，Pa；

S—种子重心与吸种盘之间距离，cm

Q—合力，N

为了实现种子的吸附，气力系统的气室内吸力应该大于P，以此作为气力系统的基本设计原则。

3 常见失效形式与维修技术

3.1 排种不均匀

排种不均匀主要表现为气力式播种机在工作过程中，种子排量忽多忽少，影响播种均匀性，对后续作物生长及田间标准化建设具有重要影响。

3.1.1 故障原因

导致气力式播种机排种量不均匀的主要原因包括以下几个方面。

1)种子输送机构故障。播种机传动系统出现故障，会导致整个机器动力传递不均匀，风机风力忽大忽小，气室内气流不均匀，导致气压不稳定，对种子吸附量及排出量不均匀。

2)气室内气流输送胶管密封性失效。如出现氧化、裂纹和损坏等，造成气室内部气流、气压不稳定，气压降低，对种子吸附能力降低，导致取种失效，进而引起种子排量不均匀。

3)风机故障。由于没有定期进行保养工作，在进行长时间运转后，风机出现运行状态故障，工作能力不稳定，造成气室内负压力不足，造成取种失效。

3.1.2 维修方法

当出现排种不均匀现象时，对可能发生问题的关键部件进行排除。首先检查气室负压环境的形成情况，当出现负压环境无法形成时，进一步对气室管路密封性进行检查，检查是否存在管路老化、破损导致气室密封性失效；若故障无法排除，接下来进一步检查气室压力形成情况，当出现气室内压力形成不足时，应检查相关排种传动系统是否存在故障。

3.2 无法播种

3.2.1 故障原因

气力式播种机在工作过程中出现无法播种、种子无法顺利排出等问题，主要原因是气力系统内气压系统无法顺利建立负压和正压环境，一般主要是由于风机失效、传动系统部件失效或损坏，导致无法建立负压、正压环境，对种子的吸附与排出能力丧失，是目前气力式播种机常见的故障之一。

3.2.2 维修方法

当出现无法播种时，应该依次检查风机与气室管路，首先检查气室管路的密封性，确认管路无故障后进一步检查风机系统，对风机及其配套部件进行检查，检查是否存因某个部件失效导致风机故障，及时进行零件维修与更换，最后排种盘损坏也会导致种子无法顺利排出，当发现排种盘损坏后应及时进行更换。

3.3 播深不一致

3.3.1 故障原因

种子播深不一致会直接影响后续作物的出苗率、出苗整齐度，若播种过深会导致种子不出苗，或即使出苗后，作物后续根系生长质量也较差。气力式播种机播深不一致主要原因是由于开沟器功能出现故障，如长时间使用导致开沟器严重磨损，或者由于开沟器设计不合理、不标准等问题导致开沟不一致，也会影响种子的播深。

3.3.2 维修方法

出现播深不一致的问题后，应该对开沟器进行检查，确定开沟器是否存在磨损与损坏，对于磨损较为严重的开沟器应该及时进行更换与修复。

4 结语

气力式播种机在播种过程中不易损伤种子，可以实现精量播种，适合田间高速播种作业，在各类作物播种作业中得到了广泛的应用与发展。但是由于结构复杂、气室的密封性要求较高，在田间作业时容易出现损坏。针对以上问题，本研究以气力式水稻精量播种机为例，系统论述了气力式播种机的主要结构特点、组成和工作原理，以此为基础开展下一步的研究；并针对气力式播种机的核心部件—气力系统的基本设计原则与优化方法进行概述；提出气力式播种机田间工作中常见的播种故障，主要包括排种不均匀、无法播种和播深不一致，并对故障形成原因与排除方法进行论述。

研究结果以期为提升气力式播种机的田间推广与应用效率提供技术参考与借鉴，对于进一步提高我国气力式播种机的发展具有参考意义。

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