【文章內(nèi)容簡介】 作過程中種子的受力情況以垂直圓盤式排種盤為例，當排種器工作時，種子所受外力主要有種子重力 G、種子旋轉(zhuǎn)慣性力 J、吸孔吸附力 P 及吸孔處產(chǎn)生的支持力 N。種子離開種子群開始移動時產(chǎn)生的摩擦力可忽略，如圖 22 所示 佳木斯大學工學學士學位論文 6 圖 22 工作過程中種子的受力情況 G種子所受重力， J種子所受慣性力， TG、 J 的合 力， d吸種孔直徑， h種子重心與排種盤的距離，F(xiàn)種子所受吸附力， N種子所受支持力 其中： J=m rω (ω為排種盤的角速度， r 為種子重心到排種盤轉(zhuǎn)動軸的距離 )。當排種盤等速轉(zhuǎn)動時，慣性力 J 的大小保持恒定，而其方向不斷變化，重力 G 的大小和方向恒定不變。從受力分析圖可以看出，合力的大小在開始吸種時最大隨后減小，到排種盤頂部時所受合力最小，隨后又開始增大。當 G 與 J 方向相反時即種子達到排種盤頂部時種子所受外力的合力最小，此時所需吸孔的吸附力最小，要求的真空度亦最小。當種子轉(zhuǎn)過頂部逐漸下降時所受合力又逐漸增大。計 算真空室所需最小真空壓力時，應以充種區(qū)所需真空壓力為基準。因此要使吸孔吸住種子必須滿足下列條件 : F d/2≥ T h (21) 式中： F— 種子受到的吸附力， F= ? ?124 ppda ??，其中 ap 為大氣壓力， 1p 為真空室壓力。 由式（ 1）可以看出，隨著孔徑的增大，孔徑面積增大，吸附種子所需要的真空度降低，排種性能逐漸提高；而 當孔徑增大到一定值時，漏氣量逐漸增大，排種性能又開始逐漸降低。 因此，吸種孔直徑需要根據(jù)種子的尺寸來確定，由試驗方法確定的吸種孔直徑如下式 d =(~)b (22) 式中： b為種子平均寬度。 吸孔直徑和吸室真空度的設計 吸室的真空度直接影響到排種孔吸種的性能，各吸種孔處的均勻程度對排種質(zhì)量有較第 2 章 播種機各工作部件的設計 7 大影響。對于不同類型和品種的種子都有一個最佳的真空度范圍，真空度減小時，漏吸率會增大 ，當真空度超過一定值時，重吸率會增加。在實際工作中，由于風機與排種器之間存在管路壓力損失及機器振動的影響，在設計時真空度應取大值。吸室所需真空度的最大值計算公式為： ???????? ??? ?? grvd m g CKKH c 2321m a x 18 (23) 式中： maxcH — 氣吸式真空度最大值， kpa； C— 種子重心離排種盤之間距， cm； m—— 粒種子的質(zhì)量， kg； v— 排種盤吸孔中心處的線速度， m/s； r— 排種盤吸 孔處的轉(zhuǎn)動半徑， m； g— 重力加速度， g/s2 λ — 種子的摩擦阻力綜合系數(shù) ,λ =（ 6～ 10） tanγ ,γ為種子自然休止角； k1— 吸種可靠性系數(shù)，一般在種子千粒重小，形狀近似球形時選擇較小值，反之則選擇較大值，一般的中耕作物，如大豆、玉米、高粱等 k1=～ ； k2— 工作穩(wěn)定可靠性系數(shù)，一般 k2=～ ，種子千粒重大時取大值。由計算公式（ 3）可知，氣吸式排種器所需真空度極限值與吸孔直徑、排種盤吸孔處線速度及種子物理特性等有關。 表 21 為一般作物吸室的真空度和吸孔直徑選取 作物 吸孔直徑（ ㎜） 吸室真空度（ kpa） 玉米 4~ ~ 大豆 ~ ~ 高粱 2~ ~ 向日葵 ~ ~ 小花生 ~ 丸粒化甜菜 2~ 谷子 長孔 24 番茄 ~ 該設計排種盤直徑取 250mm，吸孔直徑取 4mm，吸室真空度為 ，外側(cè)吸孔直佳木斯大學工學學士學位論文 8 徑為 220mm，內(nèi)側(cè)細孔直徑為 180mm，兩側(cè)吸孔個數(shù)都為 35 個，排種盤的轉(zhuǎn)速為 充種時間為 。 排肥器的設計 該設計采用外槽輪式排肥器，外槽輪式排肥器主要由排肥軸、外槽輪、阻塞輪、排肥盒、排肥舌、定位卡箍等組成。槽輪轉(zhuǎn)動時 ,阻塞套不轉(zhuǎn)。內(nèi)齒型擋圈則隨槽輪一起轉(zhuǎn)動。阻塞套與內(nèi)齒型擋圈可防止肥料從種子盒兩側(cè)壁漏出。凹槽內(nèi)肥料隨槽輪一起轉(zhuǎn)動。另外，在槽輪外層有一層肥料隨槽輪齒及凹槽內(nèi)的肥料一起轉(zhuǎn)動。這一層稱為帶動層。在帶動層外，則是不流動的靜止層。凹槽排肥和帶動層排肥均為強制排肥，因而外槽輪排肥器的排肥量比較穩(wěn)定 [5]。 肥舌 圖 23 外槽輪式排肥器結(jié)構(gòu)圖 外槽輪式排肥器轉(zhuǎn)動一周的排肥量 q 為： ?????? ???? Cntfdlqqq ???21 (24) 式中： q—— 排肥器每轉(zhuǎn)的排肥量 (g)； 1q 、 2q —— 排肥器每轉(zhuǎn)強制層和帶動層的排肥量 (g)； d—— 外槽輪直徑 (mm)； L—— 外槽輪工作長度 (mm)； γ —— 肥料容重 3mkg ； 第 2 章 播種機各工作部件的設計 9 α — — 肥料對凹槽的充滿系數(shù) f—— 每個凹槽的斷面積（ 2mm ） t—— 槽的節(jié)距 (mm)； C n—— 帶動層的特性系數(shù)或計算厚度 (mm)。 其中 d， L， f， t 反映了排肥器的結(jié)構(gòu)及其尺寸，γ反映了肥料的物理性質(zhì)，α和 C n反映了排肥器和肥料物理性質(zhì)之間的關系受排肥器轉(zhuǎn)速影響變化。由式可知，這些參數(shù)都會對排肥器的排肥量產(chǎn)生影響。一般，地輪傳動時槽輪排肥器槽輪轉(zhuǎn)速范圍 n＝ 9～ 60r/min時，每轉(zhuǎn)排量較穩(wěn)定。外槽輪式排肥器在我國應用最為廣泛，已經(jīng)形成標準化，各廠家均按 ZB B91 029— 90 播種機塑料排種器、排肥器技術條件的要求生產(chǎn)。如安裝尺寸，槽輪外徑等均有固定尺寸。所以在對排肥器參數(shù)對施肥精度研究中也以排肥器參數(shù)改變在標準要求范圍內(nèi)為原則 [6]。 開溝器的設計 開勾器的基本類型 保護性耕作具有增產(chǎn)增收、蓄水保墑、減少水土流失、減少作業(yè)工序和動土量、提高土壤力等優(yōu)點，適用于早地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。保護性耕作對開溝器有嚴格的要求，免耕播種開溝器應足夠的入土能力，要能在未耕地上開出有利于種子和作物根系生長發(fā)育的種溝，因此開溝器的設計對播種機的工作性能和作物的出苗有重要的影響 [7]。 開溝器是免耕播種機的重要工作部件，使用什么樣的開溝器將直接影響鎮(zhèn)壓裝置的選擇，壓效果的播種質(zhì)量等。因此，選擇合適的開溝器是保證播種質(zhì)量和好的鎮(zhèn)壓效果的先決條件。開溝器的作用是在田地上開出種溝或掘出種穴并將種子導入溝穴內(nèi)，然后蓋上濕土。對開溝器的要求是 :開溝直、掘穴整齊、深度一致且符合要求，不亂土層，不讓土中雜物 (作物殘茬、雜草及肥料等 )造成擁塞，不讓干土覆蓋種子，對土壤濕度的適應性好，結(jié)構(gòu)簡單，阻力小。由于保護性耕作地地表有作物殘茬和秸稈覆蓋、土壤容重大、地表地溫低。因而對免耕播種開溝器有更加嚴格的要 求 :有良好的田間通過性，強度好、耐磨損、不易變形，有足夠的入土能力，能創(chuàng)造良好的種床環(huán)境，以滿足播深均勻度的要求。它的選用主要決定于土壤類型和耕作制度。銳角開溝器廣泛長期流行于中國，可以說是傳統(tǒng)的中國式開溝器 [8]。銳角開溝器也曾優(yōu)先應用于美洲大陸，甚至一度在某些國家稱其為美洲式開溝器。鈍角開溝器創(chuàng)制于英國并廣泛應用于歐洲，在早期開溝器分類時曾被稱之為歐洲佳木斯大學工學學士學位論文 10 式開溝器。免耕播種開溝器工作條件與傳統(tǒng)耕作地不同，因而不能采用傳統(tǒng)耕作地使用的開溝器。同時由于免耕播種對作物的播種質(zhì)量有著更高的要求，這就需要針對保護性耕 作的特點，選用和設計能夠滿足要求的開溝器。自從開展保護性耕作體系研究以來，世界各國己經(jīng)設計了多種適合于免耕播種的開溝器。幾種常用的類型見圖 24 圖 24 幾種常用開溝器 主要有雙圓盤開溝器、錯開式雙圓盤開溝器、三圓盤開溝器、單圓盤開溝器、圓盤切刀開溝器、動力驅(qū)動圓盤切刀開溝器、滑刀式開溝器、短滑刀式開溝器、尖角型開溝器、鑿形開溝器等。這些開溝器大多數(shù)是根據(jù)圓盤開溝器和銳角開溝器發(fā)展而來的。這兩種類型的開溝器的土壤適應性均較強，與破茬分草部件配合使用，可以在殘茬覆蓋地工作。其中雙圓盤開溝器是在美國和歐洲最 為常用的一種開溝器，而尖角型開溝器是在澳大利亞較常用的一種開溝器。目前我國對免耕播種開溝器的研究主要也是以這兩種開溝器為基本模型展開的。圓盤開溝器屬于鈍角開溝器，入土角為鈍角，入土阻力大。工作時的土壤垂直反力向上，當遇到石塊或草根就從其上方越過，不能保證一定的開溝深度。這就要求作用在圓盤開溝器上的重力足夠大，才能保證圓盤開溝器入土。在實際生產(chǎn)中，要想達到要求的深度，需要安裝彈簧或增加播種機的總質(zhì)量。這樣將使機器結(jié)構(gòu)變得復雜，增加了機器的質(zhì)量，若機器過重，拖拉機的液壓機構(gòu)將不能把機器舉起來。尖角開溝器屬于銳角 開溝器，其入土角為銳角。工作時土壤垂直反力的方向向下，因而它在遇到阻力增大或障礙時向下扎，因而其入土能力強。對粘重土壤比較適應，無需增加很大的配重。免耕播種相對于傳統(tǒng)耕作方式下精耕細耙的播種作業(yè)開溝阻力大，因此要求開溝器鏟柄強度高，同時要盡可能減小受力面積。粉碎排堵機構(gòu)由開溝器與粉碎刀相配合完成作業(yè)，故開溝器的結(jié)構(gòu)要盡可能簡潔以減少發(fā)生碰撞的可能性鏟柄式開溝器的鏟尖有寬翼或窄翼或不帶翼等多第 2 章 播種機各工作部件的設計 11 種形式，其中帶有寬翼的開溝器開溝阻力大、動土量大、不易保墑，因此不適用于免耕播種機要求。而帶有窄翼的開溝器鏟尖，入土能力 強、開溝窄、動土少、回土快、不會使上下層土壤混雜，有利于保墑。安裝此類鏟尖所需的裝配組件結(jié)構(gòu)緊湊，很適合與粉碎刀相配合完成防堵功能 [9]。 施肥開溝器的選擇 該設計的施肥開溝器選擇破茬施肥開溝器，因為該播種的工作地塊為未耕地，施肥的時候需要和破茬相結(jié)合，該施肥開溝器可以根據(jù)不同的施肥要求調(diào)節(jié)入土的深度已達到不同的施肥深度。 播種開溝器的選擇 該播種機的播種開溝器選擇雙圓盤開溝器，雙圓盤開溝器的刃口在前下方相交于一點，形成一夾角。工作時靠自身的重量及附加彈簧壓力入土。兩圓盤滾動前進，將土切 開和推向兩側(cè)，形成種溝。種子、肥料通過開溝器體中部的導種管落入溝底。由于圓盤周邊有刃口，滾動時可以切割土塊、草根和殘茬。因此，在整地條件差和土壤濕度較大時，也能正確工作，而且工作較穩(wěn)定，能適應高速作業(yè)。開溝過程不粘土、堵塞，上下土層相混合的現(xiàn)象較少。 鎮(zhèn)壓裝置的設計 鎮(zhèn)壓裝置的類型 鎮(zhèn)壓可以使過松的耕作層達到適宜的緊實度，增加容重，孔隙率適中，并有反潤作用，土壤與濕土緊密相連，利于種子吸水萌動。在播種機土壤工作部件中，鎮(zhèn)壓輪是一個重要部件。合適的鎮(zhèn)壓，可減少土壤中的大空隙，減少水分蒸發(fā)，使土 壤保墑 。加強土壤毛細管作用，起到“調(diào)水”和“保墑”的作用。鎮(zhèn)壓可使種子與土壤緊密接觸。在影響種子發(fā)芽和出苗的田間環(huán)境條件中，包括土壤水分、土壤溫度、氧氣、土壤堅實度、土壤鹽分和肥料及播種深度，液態(tài)水是土壤水的主要來源和影響發(fā)芽 (首先是影響吸水過程 )的主要因素。種子發(fā)芽過程中的吸水效應也取決于種子與土壤的密接程度，以及土壤的結(jié)構(gòu)和水勢，擴大種子表面與土壤中液態(tài)水的接觸，可以縮短發(fā)芽過程和提高發(fā)芽率。所以，合理的鎮(zhèn)壓有利于種子的發(fā)芽和生長。一個良好的鎮(zhèn)壓輪必須轉(zhuǎn)動靈活，不粘土，不雍土，鎮(zhèn)壓力可佳木斯大學工學學士學位論文 12 適當調(diào)整，鎮(zhèn)壓后地 表不產(chǎn)生鱗狀裂紋 [10]。 圖 25 幾種常用鎮(zhèn)壓輪的形式 常用的鎮(zhèn)壓裝置 圓柱鎮(zhèn)壓輪由薄鋼板制成。有光面圓柱形和網(wǎng)面圓柱形兩種，其鎮(zhèn)壓輪面較寬，壓力分布均勻。適用于蔬菜播種和寬苗幅壟播的播種機。凹面和凸面鎮(zhèn)壓輪是整體形空心鑄鐵輪，靠本身重量或在其空腔內(nèi)灌入適量的沙土產(chǎn)生鎮(zhèn)壓力。凹面輪對種子上層土壤的壓實不如兩側(cè)的土壤被壓得緊實，有利于種子幼苗出土，適于棉花、豆類及其它雙子葉作物的播種鎮(zhèn)壓。凸面輪則對種子上層鎮(zhèn)壓緊實，適用于谷子、玉米、小麥等單子葉作物的鎮(zhèn)壓。圓錐復合鎮(zhèn)壓輪由兩個鋼板沖制成的錐形 輪組合而成?？筛鶕?jù)需要來改變兩錐形輪間距成為寬窄不同的圓錐復合輪，其鎮(zhèn)壓力可由附加彈簧調(diào)節(jié)。膠圈鎮(zhèn)壓輪由于膠圈具有彈性，在鎮(zhèn)壓輪與土壤緊壓時，膠圈變形 :而當它滾動到上方，無外力時，膠圈復原。因此，鎮(zhèn)壓輪膠圈在滾動過程中變形與復原交替作用，使?jié)裢岭y以粘結(jié)在膠圈表面上。即使少部分土壤粘上，由于濕土與膠圈的附著力較小，稍有震動，粘土很容易脫落。該鎮(zhèn)壓輪結(jié)構(gòu)復雜，鎮(zhèn)壓效果較好，大多用于壟作播種機上。寬型橡膠鎮(zhèn)壓輪由于橡膠內(nèi)腔是空腔，并通過小孔與外界大氣相通，故又稱為零壓鎮(zhèn)壓輪，在其滾動鎮(zhèn)壓土壤時，橡膠輪變形與復原相 互交替反復，因此，粘土少，脫土容易，鎮(zhèn)壓質(zhì)量好，壓后地表產(chǎn)生鱗片狀裂紋較少，有的表面花紋可增加鎮(zhèn)壓輪的附著力?，F(xiàn)多用于中耕作物精密播種機上作鎮(zhèn)壓輪，以及單組播種中兼作驅(qū)動排種輪或撒施農(nóng)藥的工作部件之用。窄型橡膠鎮(zhèn)壓輪這種鎮(zhèn)壓輪用于谷物條播機上播后鎮(zhèn)壓 [11]。 第 2 章 播種機各工作部件的設計 13 風機的設計 該設計采用一種徑向進氣離心風機，包括蝸殼、葉輪、轉(zhuǎn)軸、軸承，其特征在于蝸殼上有徑向進氣口，蝸殼與出