带有环形导槽的型孔式排种器设计与试验研究

3． 1． 2 试验方法
是指育苗盘种穴内没有种子； 破损是指育苗盘种穴内
烟草精 准 穴 播 的 最 佳 农 艺 条 件 是 每 穴 单 粒 率 种子全破碎的情况。4 项试验指标的确定方法如表 1
78% 左右，双粒率 18% 左右。这样既可以对漏播种穴 所示。
表 1 4 项试验指标的确定方法
Table 1 Determination of four test indicators
Table 2 Experimental results data of different types of seed metering drum in different speed
%
类型
合格率
重播率
破损率
漏播率
无导槽
51． 26
24． 58
3． 33
20． 83
有导槽
92． 92
5． 42
1． 25
摘 要： 排 种 器 的 合 理 设 计 直 接 影 响 到 育 苗 的 质 量 。为 此 ，介 绍 了 带 有 环 形 导 槽 的 型 孔 机 械 式 排 种 器 的 结 构 和
工作 原 理 ，并 对 型 孔 等 关 键 部 件 结 构 及 性 能 参 数 进 行 了 设 计 。试 验 证 明 ： 该 排 种 器 在 排 种 质 量 、效 率 上 均 达 到 国 家 行 业 标 准 ，具 有 较 好 的 应 用 前 景 。
试验指标
计算方法
备注
合格率 重播率 破损率 漏播率
δ1
=
A1 A0
× 100%
δ2
=
A2 A0
× 100%
δ3
=
A3 A0
× 100%
δ4
=
A4 A0
× 100%
A0 为育苗盘种穴的总数量，本试验中 A0 = 240 ； A1 为试验后该育苗盘种子为 1 粒或者 2 粒的种穴数。 A0 同上，A2 为试验后该育苗盘种子 3 粒及其以上的种穴数。 A0 同上，A3 为试验中该育苗盘种子均破损的种穴数。 A0 同上，A4 为试验中该育苗盘穴孔内没有种子的种穴数。
关键词： 排种器； 机械式； 型孔 中图分类号： S223． 2； S220． 3
文献标识码： A
文章编号： 1003 － 188X（ 2015） 10 － 0189 － 04
DOI:10.13427/ki.njyi.2015.10.042
0 引言
1． 2 工作原理 工作时，护种板 和 种 子 箱 固 定 不 动 。 输 入 动 力 通
省科技攻关项目（ 102102210173，082102210065 ） ； 洛阳 市 科 技计划项目（ 1001046A） 作者简介： 毛 鹏 军 （ 1972 － ） ，男 ，河 南 方 城 人 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ， （ E － mail） mpjhaust． edu． cn。 通讯作者： 张松泓（ 1988 － ） ，男，河南社旗人，硕士研究生，（ E － mail） 1005165365@ qq． com。
mechanical seed － metering device
式中
d = dmax + （ 0． 5 ～ 1） h = dmax － （ 0． 5 ～ 1） d —型孔直径；
h —型孔深度；
dmax —烟草种子的最大直径。 供试种子为云南省烟草科学研究所和中国烟草育
收稿日期： 2014 － 10 － 16 基金项目： 河南省高校科技创新人才计划项目（ 2012HSTIT015 ） ； 河南
2． 1 型孔
1． 1 结构
型孔的形状直接影响到排种器工作性能的好
该排种 器 主 要 由 排 种 滚 筒、护 种 板 及 其 附 件 组 成，如图 1 所示。
坏，是决定种子顺利充种 的 关 键。 结 合 烟 草 种 子 圆 形这 一 特 性，为 了 最 大 限 度 地 保 护 种 子、实 现 最 佳 充种效果，选 择 圆 弧 形 型 孔。 同 时，型 孔 与 排 种 滚
3 试验研究
3． 1 试验材料与方法 3． 1． 1 试验材料及试验设备
1） 供试种子： 云南省烟草科学研究所和中国烟草 育种研究中心联合培育的云烟 202，随机实测 100 粒 包 衣 种 子 ，最 大 直 径 dmax = 1 ． 8 mm ，最 小 直 径 dmin = 1． 5mm，平均直径 1． 7mm。
筒交接部位圆角过渡，以减 小 种 子 进 入 型 孔 时 对 种
子 的 破 坏 ，提 高 充 种 质 量 。
包衣后的烟草 种 子 直 径 约 为 1 ． 5 ～ 2 ． 5 mm，设 型 孔 直 径 为 d 、型 孔 深 度 为 h ，则 有［7］
1． 轴承座 2． 链轮 3． 套杯 4． 传动轴 5． 轴端透盖 6． 深沟球轴承 7． 种子箱 8． 护种板 9． 辐盘 10． 轴端闷盖 11． 排种滚筒 12． 落种口 图 1 带有环形导槽的滚筒型孔机械式排种器结构图 Fig． 1 The structure sketch of annular groove drum － shaped hole
中于落种口准确落入穴盘预定位置（ 假设排种滚筒与 穴盘间隙尽可能小。） ，则有［7］
式中
槡 vmax
=
（
d
－
dmax 2
+ h'）
g dmax + 2h'
vmax —排种排种滚筒的极限线速度；
d —型孔直径；
dmax —球形种子的最大直径； h' —排种滚筒与穴盘之间的间隙，此处 h' 一般
为 1 ～ 3mm，此处取 2mm；
近年来，随着工厂化育苗的发展，穴盘 式 漂 浮 育 过链轮带动传动轴、通过辐盘带动排种滚筒转动； 种
苗技术日益成熟。由于排种器的排种效果直接影响 子箱的种子落至排种滚筒的外壁上，在导槽的导向作
到育苗质量，设 计 出 高 效 率、高 质 量 的 排 种 器 成 为 穴 盘式漂浮育苗技术的研究重点之一［1 － 6］。本文以烟草
的转速下分别做 5 组试验，找到最佳排种效果时的滚 筒转速。最后，用 MatLab 处理试验数据，得出不同转
别在排种滚筒表面有导槽和无导槽的情况下测定了 合格率、重播 率、破 损 率 和 漏 播 率 这 4 个 指 标［11 － 12］，
速对排种效果的影响曲线。
结果如表 2 所示。
表 2 同一转速下不同类型排种滚筒的试验结果数据
了种子受挤压的几率，进而导致了破损率的轻微增加。
图 3 滚筒转速与破损率的关系 Fig． 3 The sketch of relationship between seeding rotating
speed and broken rate
用下，可顺利进入型孔，刮种刷刷掉多余的种子； 型孔 内的种子在护种板的作用下随排种滚筒同步转动，当
育苗为试验对象，设计了一款带有环形导槽的滚筒型 种子到落种口处时，在自身重力作用下落入穴盘相对
孔式排器。该排种器具有播种效率高、动力消耗低、 位置。
结构简单及播种精准率高的特点。
2 主要参数设计
1 该排种器的结构及工作原理
g —重力加速度。
将上述数据带入排种滚筒极限线速度公式，得 vmax = 0． 148m / s。
研究发现： 当排种滚筒线速度一定时，充种和清种
性能随着排种滚筒直径的增大而增强，保证投种时种 子在穴盘中的位置一致，从而提高排种均匀性。因此， 在结构尺寸许可的范围内，一般选择比较大的排种滚 筒直径。排种排种滚筒的直径一般为 200mm 左右，本 排种器滚筒直径取 D = 200mm。 2． 4 护种板
2． 3 排种滚筒的直径以及转速
排种滚筒工作时，种 子 在 自 身 重 力 的 作 用 下 充 入
型孔。如果排种滚筒转速过高，种子离开型孔时的线
速度过高，投 种 时 间 过 短，难 以 准 确 落 入 穴 盘 预 定 位 置，从而造成大量重播或漏播［8］； 但过低的线速度会
使排种效率降低。为了使种子在排种滚筒转动过程
滚筒轴端距离是相等的。育苗盘的厚度根据实际情 条件，将排种结果分为合格、重播、漏播和破损 4 个指
况取 16 ～ 20 mm。为了便于填覆育苗基质，育苗盘中 标。合格是指育苗盘种穴内有 1 粒或者 2 粒种子； 重
种穴的深度一般取 10 ～ 15mm。
播是指育苗盘种穴内有 3 粒及 3 粒以上的种子； 漏播
为了保证型孔内的种子到达落种口过程中不从 型孔内掉出，设计了护种板。护种板内壁与排种滚筒 外壁的间隙为 0． 5 ～ 0． 7mm，包角（ 即护种区弧度） 一 般为 120° ～ 160°。护种板下端种子出口处位置、设置 在排种滚筒 中 心 轴 线 偏 后 的 α 角 约 为 10° ～ 15°［7］。 根据试 验 情 况，护 种 板 内 径 取 201mm，护 种 区 弧 度 150°，α = 10°。
为了确保排种滚筒转动 1 周刚好充满育苗盘，在 步的前提下，设计的育苗盘长度 L 刚好等于排种滚筒 保证排种滚筒表面线速度与育苗盘前后运动速度同 外圆的周长，即 L = πD； 代入排种滚筒的直径即可得
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2015 年 10 月
农机化研究
第 10 期
出育苗盘的长边长 L = 200π。育苗盘的宽 度 和 排 种 进行补苗，也减轻了间苗的工作量［9］。根据这一农艺
农机化研究
第 10 期
孔中心。导槽在排种滚筒充种过程中起到导向作用，
既保证容纳大粒种子，又易于清除多余的种子而不至 于堵塞或者损坏种子，则有［7］：
0． 4d≤δ≤0． 6d
dd = d + （ 0． 5 ～ 1） 此 处 两 个 参 数 均 取 最 大 值 ，即 δ = 1 ． 5 mm，dd = 3． 5mm。
2015 年 10 月
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第 10 期
带有环形导槽的型孔式排种器设计与试验研究
毛鹏军1 ，张松泓1 ，丁月华1 ，徐正华1 ，江 凯2
ห้องสมุดไป่ตู้
（ 1 ． 河 南 科 技 大 学 农 业 工 程 学 院 ， 河 南 洛 阳 471003 ； 2 ． 河 南 省 烟 草 公 司 洛 阳 市 公 司 ，河 南 洛 阳 471003 ）
0． 41
由表 2 可知： 导槽对排种效果作用非常明显。当 不带导槽时，由于种子在排种滚筒表面运动方向的随 机性导致充入穴盘预定位置的可能性降低，合格率降 低，漏播率、重播率提高。 3． 2． 2 转速对破损率的影响
本试验以带导槽 的 排 种 器 为 试 验 对 象，经 过 处 理 的试验数据如表 3 所示。通过运用 MatLab 对试验数 据进行处理，得出滚筒转速与破损率关系，如图 3 所 示。由图 3 可知： 破损率随着排种滚筒转速的提高略 有增大，这是由排种器的机械式结构所决定的。刮种 装置为柔性 的 刮 种 刷，种 子 投 种 是 依 靠 自 重 完 成 的， 理论上不存在伤种现象［13］； 而出现的破损情况主要是 由于排种器部件的装配以及加工误差造成的。如种 子进入护种板与排种滚筒之间的间隙时，受到两者的 挤压造成了伤种，而 排 种 滚 筒 转 速 的 提 高 同 时 也 增 加
种研究中心联合培育的云烟 202，通过对 100 粒种子测 定，最大直径 dmax = 1． 8mm。代入上式，确定型孔直径 d = 2． 5mm，型孔深度 h = 1mm。 2． 2 导槽
在排种滚筒外表面设有一深度为 δ、导槽直径 dd 的圆弧形环形导槽。导槽的中心沿圆周方向通过型
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2015 年 10 月
试验时，当排种滚筒转速稳定在 10r / min 时，分别 3． 2 试验结果及分析
对带有导槽的排种滚筒和不带导槽的排种滚筒做 5 3． 2． 1 导槽对排种效果的影响
组对比试验，对穴盘中的重播、漏播、破损及合格情况 予以记录。另 外，针 对 带 有 导 槽 的 排 种 滚 筒，在 不 同
按照 GB6973 － 2005《单粒（ 精密） 播种机试验方 法》的取样要求［10］，设定排种滚筒转速为 10r / min，分
2） 试验设备： 穴盘播种机样机试验台、游标卡尺、 DT － 2234B 测速仪和育苗穴盘。
目前，常用的育苗盘有两种规 格，即 方 孔 阵 列 型 和圆孔交错排列型。本试验选用圆孔交错排列型育 苗盘，结构如图 2 所示。
图 2 育苗盘结构（ 左图） 和排种滚筒展开图（ 右图） Fig． 2 The structure sketch of seeding tray（ L） and the expanded sketch of the drum seeder（ Ｒ）