油菜小麦兼用型气力式精量排种器_丛锦玲

（ 2）
式中
Z— — —型孔数
D— — —地轮直径， 为 0. 60 m — —地轮滑移系数， δ— 取 0. 12 ip — — —传动比，取 1 计算得油菜排种盘型孔数为 26 孔数为 30 35 、 小麦排种盘型 35 为 宜。 42 ， 综 合 考 虑 型 孔 数号、 小麦品种 郑麦 9023 为试验测试对象。经测定， 华油杂 4 号油 平均宽度为 1. 6 2. 1 mm， 代 菜籽粒为饱满球形状， 入式（ 1 ） 中获得油菜排种盘孔径为 1. 01 1. 34 mm， 取孔径为 1. 0 1. 4 mm， 间隔为 0. 1 mm 制作 5 个排 经试验得出， 孔径为 1. 2 mm 时， 单粒合格指 种盘， 数最高， 故 确 定 油 菜 排 种 盘 孔 径 为 1. 2 mm； 郑 麦 9023 麦种子呈椭球形， 纵向有腹沟， 种子排列多以 腹沟面平躺， 腹沟面平均宽度为 2. 3 平均高度 2. 1 长度为 5. 5 6. 1 mm， 2. 9 mm， 平均 2. 5 mm， 代入
（ 3）
实施投种时， 必然有重力 G 和投种区正压吹力 F Q 的 合力大于惯性离心力 F L ， 建立受力方程 F Q + G ≥F L 2 πd x FQ = HQ 4 F = mω2 r L G = mg 式中 FQ — — —投种正压力， N HQ — — —正压， Pa 由式（ 7 ） 可得投种的临界条件为 4 m （ ω2 r － g ） HQ ≥ （ 8） 2 πd x 投种区正压与种子质量、 型孔直径、 排种盘线速 度有关， 其中种子质量影响最大。式中， 华油杂 4 号 －6 dx = 种子质量 m = 4. 3 ˑ 10 kg， 当 n = 30 r / min， 1. 2 mm， H Q 大于等于 34. 6 Pa 时， 种子可实现投种。 但在排种盘实际工作过程中， 排种盘与隔板是间隙
［18 ］
， 小麦、 油菜
属中小籽粒种子， 考虑到排种器的兼用性， 选择排种 盘直径 d P 为 140 mm。 排种盘壁厚为 1. 5 mm， 铝合 金制成， 表面光洁平整。 1. 2. 1. 1 排种盘型孔直径 排种盘型孔直径根据种子大小而定 d x = ab 式中 b— — —种子平均宽度 a— — —系数， 取 0. 64 0. 66 ， 即 （ 1）
吸种负压与种子质量、 型孔直径、 排种盘线速度 ［20 ］ ， 。 有关 直接影响型孔吸种性能 1. 2. 3 投种区正压 如图 4 所示， 在投种区， 当种子脱离排种盘型孔
图3 Fig． 3
吸种段受力分析图 图4 Fig． 4 投种段受力分析图 Force diagram of seed in throwing phase
引言
我国长江流域多数地区种植油菜和小麦， 其播 期相邻， 以长江中下游地区为例， 油菜、 小麦种植面 前茬作物多为水 积分别占全国的 57% 和 23% ， 稻， 其种植均涉及旋耕、 灭茬、 播种、 施肥、 覆土、 开沟 等作业环节， 机械化播种水平比较低， 油菜、 小麦机 ［2 ］ 小 播水平分别为 13. 27% 和 33% 。 现有的油菜、 麦播种机一般为专用机具， 存在机械闲置、 利用率 资源配置不合理等问题 ， 且机械化播种一般为 低、 条播或穴播 ， 其种子耗费量大 ， 种植成本高 。 开展 油菜小麦兼用型精量播种技术的研究符合现代农 业生产发 展 高 效 、 集 约 的 现 实 需 求。 国 内 外 学 者 广泛开展各类作物 机 械 化 精 准 种 植 的 研 究
［18 ］
的原则， 选择型孔数 Z 为
35 ， 相邻型孔对应的中心角为 10. 28 ʎ ， 两孔间弧距
式（ 1 ） 中可得小麦排种盘孔径为 1. 47 1. 86 mm， 取 孔径为 1. 5 1. 9 mm， 间隔为 0. 1 mm 制作 5 个排种
， 且根据
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农
业
机
械
学
报
2014年
前期小麦排种盘充种效果试验不理想的现象 ， 在小 麦排种盘内表面上设计了嵌入式导种条， 利用侧向 倾斜的导种条持续不断地向型孔补充种子流 ， 由此 提高种子充填性能。 2. 6 mm、 郑麦 9023 长、 宽、 高 均 值 为 5. 8 mm、 2. 3 mm， 由此设计导种条， 导种条为表面光滑的外 与轴向倾角为 60 ʎ 倾式 6 mm ˑ 2 mm ˑ 2 mm 矩形条， （ 大于种子的自然休 止 角 ） ， 沿 圆 周 均 布 35 条， 如 图 2b 所示。其目的是使种子呈单粒均匀充种 ， 且不 会被导种条携带至投种区而导致重播 。 工作时， 导种条随排种盘同步转动， 将种子层带 ， 动起来 使种子沿导种条倾斜面与型孔接触 ， 侧向均 匀、 稳定地补种， 有利于在提高排种盘转速的同时， 降低种子的漏播率。 1. 2. 2 吸种负压 式中 负压气室由排种盘外端与壳体内侧及盖板组 成， 设计成圆环形， 气室内各点处的负压一致， 即各 处型孔的吸力相等， 可减少涡流损失的产生 。 如图 3 所示， 假设种子为理想散粒体， 忽略种子
4． 盖板 5． 种箱 6． 正压
为油菜小麦实施兼用型精量播种技术的研究提供 了理论基础 。 本文设计一种油菜小麦兼用型气力式精量排种 器， 利用负压气吸取种、 正压气吹投种的正负气压组 合式排种原理， 实现精量取种和精确投种， 保证播种 精度， 即标准化株距和行距等农艺要求 ， 通过更换排 种盘实现油菜、 小麦播种兼用， 以提高油菜、 小麦机 械化生产程度和机具利用率。
按照合适的型孔数量， 排种盘线速度相对降低， 有利 于提高型孔充填性能 12. 56 mm。 1. 2. 1. 3 排种盘导种条 提高型孔充填性能是改善单粒排种精确度和提 高播种速度的关键。 在气力式排种器中， 种子室的 种子若处于成堆静止或者流动缓慢时， 种子不易被 排种盘的型孔吸附。 为增强种子流动性， 提高种子 与型孔结合的机率， 利用侧向充填原理
考虑种子架空或相互碰撞， 以及外界振动或冲 击对种子吸附的影响， 引入吸种可靠性系数 K1 ， 外 界条件系数 K2 ， 由此得 H Cmin 4 m（ gsinα － ω2 rf s － f s gcosα） = K1 K2 f s πd2 x 2 2［18］ （ 6）
K1 — — —吸种可靠系数， 为 1. 8 K2 — — —外界条件系数， 为 1. 6
第1 期
丛锦玲 等： 油菜小麦兼用型气力式精量排种器
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上的型孔逐一吸附种子， 种子随排种盘转动并经携 种弧段被携带至正压投种弧段， 正、 负压区由隔板隔 断， 进入投种弧段的种子在正压及种子自身重力作 用下， 脱离型孔落下， 并经内接入式排种管口排出， 完成精量吸种、 携种、 投种等工作过程。
针对油菜与小麦物理几何特征和机械特性差 异大的情况 ， 分别设计了具有不同型孔结构的油 2c 所示 ， 菜排种盘和小麦排种盘 ， 如图 2b 、 并通过 调控正 、 负气 压 值 来 实 现 油 菜 和 小 麦 的 兼 用 型 播 种。
图2 Fig． 2
（ a） 排种盘工作弧段
排种盘 Seeding plate
（ c） 油菜排种盘
（ b） 小麦排种盘
1． 排种盘 2． 型孔 3． 导种条
1. 2
主要结构与参数 因油菜与小麦种子物理特性差异较大， 油菜小
盘， 经试验得出， 孔径为 1. 5 mm 时， 单粒合格指数 最高， 故确定小麦排种盘孔径为 1. 5 mm。 型孔设计 为圆柱形孔， 气流在型孔内通过时无气流场突变 ， 保 证气流场的均匀稳定性。 1. 2. 1. 2 排种盘径向型孔数 该排种器采用内侧吸种， 正压和自重清种。 综 合考虑播种机生产率、 排种盘转速及排种性能等因 素设计型孔数。 根据农艺种植要求， 油菜精量播种合理株距为 0. 06 0. 08 m， 小麦精量播种的合理株距为 0. 05 πD（ 1 + δ） ip S S— — —株距 0. 07 m。据公式 Z=
Structure diagram of the seedmetering device
3． 负压进气口 8． 排 种 管 9． 排 种 盘 10． 排 种 器 壳 体
工作时， 种子由种箱经进种口均匀连续进入到 排种盘内充种室， 传动轴带动排种盘逆时针方向旋 转， 如图 2a 所示， 在排种盘中心水平线以下 － 34ʎ 0ʎ ， 型孔进入吸种弧段， 在负压吸力作用下， 排种盘
［19 ］
— —排种盘角速度， ω— ω= r— — —排种盘半径， m HC — — —负压， Pa dx — — —型孔直径， m
πn 30
A— — —型孔面积， m2
（ 4） ， 联立式（ 3 ） 、 得到种子能被吸附的临界条 件为 HC = 4 m（ gsinα － ω2 rf s － f s gcosα） f s πd2 x （ 5）
0715 修回日期： 20130823 收稿日期： 2013* 国家自然科学基金资助项目（ 51275197 ）、 “十二五” 国家科技支撑计划资助项目（ 2010BAD01B06 ） 、 国家油菜产业技术体系专项资助项 CAＲS13 ） 目（ 和中央高校基本科研业务费资助项目（ 2011PY021 ） Email： congjl_shz@ sina． com 作者简介： 丛锦玲， 博士生， 石河子大学副教授， 主要从事现代农业装备设计与测控研究， Email ： liaoqx@ mail． hzau． edu． cn 通讯作者： 廖庆喜， 教授， 博士生导师， 主要从事油菜机械化生产技术与装备等研究，
Force diagram of seed in absorbing
之间作用力， 根据达朗贝尔原理， 建立种子被吸附时 受力平衡方程 F s － G sin（ π － α） = 0
{
F N + G cos（ π － α） － F P － F L = 0 Fs = fs FN G = mg 2 F L = mω r F P = H C A = 1 H C πd2 x 4
2014年1月 doi： 10． 6041 / j． issn． 10001298． 2014． 01． 008
农 业 机 械 学 报
第 45 卷 第 1 期
油菜小麦兼用型气力式精量排种器
丛锦玲
1， 2
*
余佳佳
1
曹秀英
1
廖宜涛
1
廖庆喜
1
（ 1． 华中农业大学工学院，武汉 430070 ； 2． 石河子大学机械电气工程学院，石河子 832000 ） 摘要： 长江流域油菜与小麦播种期相邻， 为提高播种机具的利用率， 设计了一种油菜小麦兼用型气力式精量排种 器， 提出了一种小麦排种盘内表面嵌入导种条以提高充种率的新型结构 。确定了该排种器的工作原理及其主要结 构与性能参数， 试验研究了排种性能指标与排种盘转速 、 吸种区负压、 投种区正压的关系。 试验结果表明： 该排种 平均 器能满足油菜和小麦兼用排种的功能； 在小麦排种盘内表面嵌入导种条可使平均合格指数相对提高 27. 31% ， － 2 200 Pa、 400 Pa 时， 漏播指数相对降低 25. 86% ； 当排种器转速、 吸种区负压、 投种区正压分别为 18 r / min、 油菜精 － 2 300 Pa 时， 量播种合格指数为 90. 02% ， 漏播指数为 2. 59% ； 当排种器转速、 吸种区负压分别为 15 r / min、 小麦精 量播种合格指数为 90. 62% ， 漏播指数为 2. 96% 。田间试验表明： 该排种器播种精度高， 可满足油菜和小麦种植农 艺要求。 关键词： 油菜 小麦 气力式精量排种器 文献标识码： A 1298 （ 2014 ） 01004607 文章编号： 1000中图分类号： S223. 2
［18 ］ ［17 ］
麦兼用型气力式精量排种器设计关键为排种盘的设 计。试验表明， 对排种效果影响显著的运行参数是 负压大小、 流量与排种盘转速 1. 2. 1 排种盘参数 。 现有
［12 16 ］
。
型孔 排种盘直径决定了种子所受离心惯性力、 间距、 气压大小及排种器整体尺寸等参数 排种盘直径 d P 一般为 140 260 mm
［3 11］ ［1 ］
1
1. 1
排种器结构原理及主要参数
排种器结构及工作原理
油菜小麦兼用型气力式精量排种器主要包括种 负压进气口、 盖板、 排种盘、 排种管、 正压进气口 箱、 及隔板等， 结构示意如图 1 所示。
，
Fig． 1
进气口 11． 支座
图1
1． 传动轴 2． 链轮 7． 隔 板
排种器结构示意图