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1、新乡职业技术学院毕业设计 学号：1010103338 排种器的研究与设计学生姓名：李天保指导教师：秦永康所在院系：新乡职业技术学院所学专业：机电一体化研究方向：XXX2013年 06 月摘 要播种是农业生产过程中的基本环节，播种质量的优劣是农业增产的前提。随着农业生产技术的发展和播种方式的更新，近30年来我国的播种技术和播种机械有了很大的发展1。排种器是播种机的核心工作部件，其特性和工作性能对播种质量有着直接的影响。电动机不仅可以使排种器轴转动达到均匀排种的目的，还可以通过调节电动机的转速来调整最适合种子生长的间距，用来适应不同作物的生长条件，能够极大地改善播种质量，从而达到增产的目的。本文较
2、全面的阐述了排种器的概况和国内外研究现状，探讨排种器的研究发展方向，分析了排种器的工作性能及结构特点，并进行了试验分析。通过现有的排种器的研究成果，本文设计了电动排种器，制定了设计方案，并对各个部分进行了设计计算。通过对主要零件的设计，在电脑上利用AutoCAD软件对其进行了零件图的绘制，建立了二维模型。利用Solidworks软件对排种器进行三维实体装配和设计，并进行了干涉检验和运动仿真。关键词：播种；播种机；电动；排种器AbstractSowing in the process of agricultural production is the basic link, Sowing the
3、 stand or fall of quality is the premise of the agricultural production. Along with the development of agricultural production technology and the renewal of the sowing styles, planting technology planting machines has developed so fast in our country nearly 30 years1. The device is the core of the s
4、eeder working parts. Its characteristic and working performance quality to sow has a direct impact. Motor can not only make the device to shaft rotation to reach even the purpose, also can adjust the speed motor to adjust the most suitable for the growth of the seed spacing, used to adapt to differe
5、nt crop growth condition, can greatly improve the quality of sow, so as to achieve the purpose of increasing. This paper comprehensively expounded the device of the general situation and research status from domestic and abroad, discusses the device to the developing direction of the research. This
6、paper analyzes the performance of the device to work and structural features, and was tested and analyzed. Through the existing the device of research results, this paper designed the power the device, and formulated a design project, and each part of calculation in design. Through the design of the
7、 main parts, using AutoCAD software on the computer in the component drawing, a 2 D model. Use Solidworks software for the device for 3 d entity assembly and design, and interference in inspection and movement simulation.Key words: Sow ; Seeder ; Electric ;The device 目 录1 前言11.1 本研究的目的与意义11.2 国内外研究现
8、状11.3 国内外常用排种器的分类21.4 几种主要排种器的介绍21.5 排种器今后的发展趋势和要求72 排种器工作性能及实验分析82.1 排种器工作性能的分析82.2 排种器的实验分析142.3 小结193 排种器的设计193.1排种器的总体结构及工作原理193.2 排种盘的设计203.3 排种器的装配过程仿真213.4 排种器的运动仿真243.5 小结264 电动机的选择及连接264.1 电动机型号的选择264.2 电动机和排种器的连接274.3 小结275 结语27参考文献28致 谢301 前言1.1 本研究的目的与意义玉米精密播种具有省种、省工、省时、高产、经济等诸多优点,也是保苗壮苗
9、的重要技术措施,是增产的前提，精密播种机是影响我国玉米精密播种的关键。播种机的主要构成部分排种部件或排种装置，即排种器，也从远古的“瓠”发展到现今先进的振动气吸式排种器、液力排种器、集中式排种器等。1.2 国内外研究现状1.2.1 排种器在国外的发展20世纪40年代，国外就开始研制各种精密播种机，如今已达到相当完善的程度，不仅能保证单粒精密播种，而且在播种机上设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、喷药装置2。国外玉米精播主要有气力式和机械式精密播种。50年代研制出的气力式精密排种器，现已应用于播种机的多种成熟机型。气力式排种器又分为负压式和正压式。负压式也叫气吸式，如法国的纽玛西姆精密排种器，其主
10、要工作部件是一个竖直、带有吸孔的排种盘。正压式又分为气压式和气吹式两种。气压式是靠种子重力和刮种器完成刮种，如赛可罗排种器。该排种器是一种气压集中排种式，主要由排种滚筒、毛刷刮种器、橡胶卸种轮等部件组成，排种滚筒的圆周上有8排窝眼孔。气吹式排种器是用高速气流吹走多余的种子，如纽玛西姆精密排种器。该排种器主要由型孔轮、气流喷嘴、推种板等组成，型孔轮的轮周均匀分布着锥形通孔。1.2.2 排种器在国内的发展国内排种器以机械式为主,吉林工业大学研制的2BS- 2型玉米精密播种机,可以将种子单粒分开,基本实现单粒排种,但会产生若干空穴和双株,仅适合半株距播种。黑龙江八一农垦大学根据地膜覆盖精播玉米的要求
11、研制的棱锥形孔排种部件,台架试验效果较好,但没有形成播种机成批量生产。西北农林科技大学研制的2FBJD- 2型玉米半精密播种施水覆膜机,一次完成深松、施水、定距、起垄和宽幅覆膜等。新疆地区的2BCM - 6型茬地免耕半精量播种机主要用于小麦收获后直接在麦茬地上进行玉米等中耕作物的半精量播种。黑龙江省农业科学院成功地仿制了2XJB- 4型小区精密播种机,在小范围进行了示范应用,但没有普及推广。为提高该机的利用率,进行了针对大田播种的改进研究,使该机能够连续均匀供种,但存在作业速度低的问题。对于气力式播种机近年来国内也有研究。我国先后研制了多种气力式精密播种机。例如2BQM - 3型免耕施肥气吸精
12、密播种机(沈阳市通用长青机械厂),通过更换排种盘和链轮可进行玉米等作物的单粒全株距、单粒半株距穴播或条播作业。农哈哈集团研制的2BYQF- 4玉米气吸播种机,实现了单粒精播。2BQYF- 6硬茬播种机是气压式精密播种机,该机主要适用于小麦高茬地夏播作物的施肥精密播种,在一些地区得到了推广使用。从总体来看,气力式播种机在国内发展较晚,大部分是从国外引进并改造的,而且只适用于小区作业1.3 国内外常用排种器的分类目前，国内外常用的排种器按播种方式可分为条播和穴播两大类。条播排种器有外槽轮式、内槽轮式、拨轮式、勺式、磨盘式、花盘式、离心式及气力式等；穴播排种器有各种型孔盘式（水平的、竖直的及倾斜的）
13、、型孔轮式、型孔带式、指夹式以及各种气力式（气吸式、气吹式及气送式等）。按排种器能否形成等时距均匀种子流和精确控制排种量，分为精密排种器和非精密排种器。精密排种器主要有机械式和气力式2种，其中气力式排种器包括气吸式、气吹式和气压式3种形式。1.4 几种主要排种器的介绍1.4.1 外槽轮式排种器我国大部分谷物条播机均采用外槽轮式排种器，其基本结构如图1（见附录）所示,它由排种盒、排种轮、阻塞轮、排种轴、毛刷刮种器等组成。工作原理是种子箱中的种子在重力场的作用下,经过箱底孔进入排种杯内,充满排种杯的种子部分充入排种槽轮的凹槽内排种轴带动槽轮转动,充人槽轮凹槽内的种子,随槽轮转动,而被强制排出排种杯
14、排出排种杯的种子,经输种管到达种床未充人槽轮凹槽的种子,由毛刷刮种器留在排种杯内。排种量的调整是通过改变槽轮的工作长度来实现的。当槽轮的工作长度大于一个且小于两个作物种子长度时,此时凹槽内基本能容纳一粒种子,排种凹槽相当于型孔,此时可实现点播。当增大槽轮的工作长度时,可增大排种量,提高了机具的适应性，凹槽排种器和带动层排种均为强制排种，因而外槽轮排种器的排种量比较稳定。但是，凹槽排种具有脉动性，导致种子在行内分布的均匀性较差。槽轮在排种盒内的伸出长度，称为槽轮工作长度。轴向移动排种轴，可改变槽轮工作长度，以调节播量。外槽轮式排种器的特点是：1） 通用性好，能播各种粒型的光滑种子，如麦类、高粱、
15、豆类、玉米、谷子和油菜等。2） 播种量稳定，受地面不平度、种子箱内种子存量及机器前进速度的影响较小。3） 播量调整机构的结构较简单，调整方便可靠。4） 结构简单，制造容易。5） 各行播量一致性较好，但种子在行内分布有脉动现象，均匀性较差，且排种均匀性受机器震动的影响非常大。1.4.2 圆盘式排种器圆盘式排种器主要用于中耕作物穴播和单粒精密播种。按圆盘回转平面的位置可分为水平、倾斜和竖直3 种形式。水平圆盘排种器构造比较简单，工作可靠，在机器前进速度较低时工作质量良好，因而应用很广泛。水平圆盘式排种器由种子箱、推种箱、水平圆盘、下种口、底座、排钟立轴、水平排种轴、大锥齿轮、小锥齿轮、支架、万向节
16、轴组成，其核心部件是一个位于种子箱底部的一个水平排种圆盘，盘的周边可根据种子粒型制成特别型孔，圆盘在地轮驱动下旋转，将冲入型孔内的种子带到排种口排出，通过导种管播入水中。在排种盘上方装有刮种器和推种器，前者将型孔上对于的种子刮去，后者将型孔内的种子推入排种口，以防型孔堵塞，完成排种过程。 1.推种器 2.刮种器 3.排种盘排种盘的特点：有周边型孔式（称为槽盘）及型孔式（称为孔盘，可为圆孔、椭圆孔或其他型孔）两类。周边型孔式对种子粒型的适应性比较好，所以应用较好。型孔盘还可分为穴播型和单粒型。穴播型每孔可容纳几粒种子，用于穴播。单粒型每孔只能容纳一粒种子，适用于单粒精密播种。如果在开沟器上装有成
17、穴装置，则单粒型型孔盘也可用于穴播。但是水平圆盘式排种器从排种口到种沟沟底距离（投种高度）较大，种子在投种过程中受导种管管壁的阻碍，而且在沟底的弹跳较大，会影响株距而降低株距合格率。采用倾斜圆盘可降低出种口高度，但其传动比较复杂。竖直圆盘排种器投种高度小，圆盘的后向分速可部分抵消机器前进速度， 降低种子到达沟底时绝对速度的水平分速，减少种子在沟底的弹跳，其传动也比较简单。但竖直圆盘型孔的充种性能稍差。在高速作业时，圆盘式排种器充种都比较困难，播种质量不易保证。1.4.3 气吸式排种器气吸式排种装置是利用空气真空度产生的吸力工作的，其主要工作部件是一个带有吸孔的竖直排种圆盘。排种盘的背面有真空室
18、，真空室与风机吸风口相连接，使真空室内存在负压。排种盘的另一面是种子室。当排种盘回转时，在真空室负压作用下，种子被吸附于吸孔上，并随排种盘一起转动。当种子转出真空室后，不再承受负压，就靠自身质量或在推种器作用下落到种沟内。刮种片（播量校正片）的作用是除去吸孔上多余的种子，其位置可调整。排种盘可以更换，以改变吸孔大小和盘上吸孔数，使之适应不同种子尺寸形状， 并通过播种传动比和盘上吸孔数的改变，实现要求的株距。1.气吸室 2.排种盘 3.存种室 4.刮种器 5.排种器体图 1-5 气吸式精密排种器气吸式排种器的特点是：对种子尺寸形状要求不严格，通用性好，用吸孔吸种可提高播种机作业速度。但是，气吸式
19、排种器充种室种子群状态不合理会影响排种性能；回转的排种盘与不动的真空室配合，气密性要求高，结构较复杂，且容易磨损；刮种片的调整也比较麻烦；此外，一般气压（或真空度） 在 300800 mm H2O 时，对风机及其动力传递结构要求较高。1.4.4 气吹式排种器气吹式排种器由德国贝克公司首先研制成功的5。其排种装置是轮周制成有锥形通孔的行孔轮，用气流喷嘴代替刮种器，使每个型孔只充入一粒种子而实现精密播种。气流清种原理是当充满种子的型孔通过气流喷嘴时，气流通过锥形型孔、型孔底部的小孔进入型孔轮内腔再排入大气。因气流通过种子与小孔的缝隙时速度较高，形成压差，因而使一粒种子贴紧在锥形型孔的底部，多余的种
20、子则被喷嘴喷出高速气流吹出型孔。充有一粒种子的型孔进入护种器后卸压，靠重力或用排种板将种子推出型孔，排入种沟6。文献7合理地在量纲分析的基础上，去得了充填压对充填层种子的平均作用力模型，并回归实验数据得出了型孔极限速度的公式，初步揭示了气吹式排种器的充种原理。目前，美国约翰迪尔公司生产的播种机上很多应用的是气吹式排种器，其技术水平居于世界领先地位。1.排种器壳体 2.清种器 3.吹嘴 4.进种管 5.型孔轮 6.推种轮图 1-6 气吹式排种器气吹式排种器的特点是：1） 型孔为圆锥形，容积较大，因而充种性能好。2） 对种子的形状和尺寸要求不很严格，不分级的种子也可用。3） 播种不同作物种类只要更
21、换型孔轮并相应地改变气压；调整株距只需改变传动比。4） 充种性能好，可提高机具工作速度。1.5 排种器今后的发展趋势和要求我国针对排种器的研究已经达到一定的水平，今后排种器将朝着高效、高性能、高精度、高适应性方向发展。1) 研究适合高速作业的排种器。水稻种植随着国家规模化种植政策的推行，大田块规模经营势在必行。大面积播种要求作业机器作业速度不低于8km/h。但是排种器自身的排种速度直接制约了直播机的播种速度，如水平圆盘式排种器的排种盘线速度的许用值较低，对高速播种的适用性较差，因此发展适合高速作业的水稻排种器迫在眉睫。2) 提高排种器的作业性能和精度。目前出现的排种器作业性能不是很高，要实现连
22、续正常作业就要求机具具有良好的工作性能，不能漏播也不能多播。特别是现有排种器很少有检查漏播的检测系统，因此要实现排种器连续正常作业就必须要加强其作业性能。同时，随着超级稻的出现和发展，农艺上要求每穴种子最多不超过两粒，最少保证一粒，少于一粒造成漏播，多于两粒则抑制植株的分蘖能力，影响产量，同时造成优良种子的浪费，这又对排种器的播种精度提出了很高的要求。3) 发展新的排种理论。排种器的发展经历了从机械式到气力式的过程，由于气力式排种器对种子性状的要求低，适应性强等优点得到了很大的发展。现在排种器又有了新的发展，如电磁振荡式排种器、液力排种器、集排式排种器。随着科技的进步与发展，电、气、液压控制日
23、臻完善，对排种器的研究应跳出传统领域，可采用光电控制等辅助手段，实现排种器排种的精密控制。4) 排种器的发展与农艺相结合。按照农艺要求，水稻要达到高产稳产必需要满足一定时间的生长期和适宜的生长温度。直播时，为了缩短田间生长时间在播种前先浸种，使其破胸露白，但是这样种子在播种时极易受到机械力的伤害，影响出苗率。因此，农艺和农机应该相互结合研究，培育适合机械化直播的品种，缩短水稻生长期，减少播种前浸种出芽环节，这将会给水稻排种器的研究带来新的发展。2 排种器工作性能及实验分析排种器是播种机的核心部件，是决定播种机特性和播种质量的主要因素。排种器工作性能的优劣将直接影响到播种机工作效率及作物出苗的质
24、量，所以，了解影响排种器工作性能的因素十分必要。2.1 排种器工作性能的分析2.1.1 排种器的排种均匀性精密播种是提高种植业效益的重要手段。排种均匀性是精密播种重要性能指标之一。如何提高精密播种机排种均匀性，成为研究精密播种机的关键。目前提高排种均匀性的研究，主要是从排种器的结构参数和运动参数分析9-10，但对种子的尺寸均齐性和排种器的加工误差对排种均匀性的影响，还缺乏分析和研究。本文用粒距变异系数的大小来衡量排种器的排种均匀性，从播种机的工作过程入手，用数学的方法，分析了种子的尺寸误差和排种器的加工精度误差与排种器的结构参数对排种均匀性的共同影响，旨在从种子精选分级和排种器的加工方面提高排
25、种器的排种均匀性。2.1.1.1 种子尺寸的影响排种器投种示意图如图2-1所示。投种口所对圆心角= 40。A点为投种点，当种子重心到达A点时投种。此时大孔前壁到达B点（查资料可知，投种时种子稳定地靠在大孔前壁上11）则有： (2-1)式中: x 为种子长；R 为排种轮外径；c 为种子厚度；为投种时种子质心同投种口起始位置对应的圆心角。图 2-1 排种器投种示意由式(1)可知，是种子尺寸x的函数，种子尺寸x是随机变量，并服从正态分布XN(，2)，X 的概率密度为: (2-2)其中、可由试验测量种子尺寸的结果统计获得，为种子长度的平均值；，代表种子尺寸的均齐性，越大，种子均齐性越差。因而也是一随机
26、变量, 其概率密度函数为: (2-3)方差为： (2-4)假设种子尺寸均齐一致，每次投种的值不变，则= 0，投种时间间隔一致，时间间隔为: (2-5)式中: 为排种轮转速，Z 为排种轮圆周型孔数，则粒距为: (2-6)式中: Vm 为机组前进速度。实际上种子尺寸服从某一正态分布，因此，排种的时间间隔不一致。令相临两种子尺寸为xi，xi-1，投种时间间隔为: (2-7)不考虑种子厚度尺寸的影响，种子投出后为抛物运动12，种子运动的初始状态和投种高度一致，粒距仅同投种时间间隔相关。粒距为: (2-8)粒距的均值为: （2-9）粒距的方差为: (2-10)则: ，粒距均匀性变异系数为: (2-11)
27、所以，粒距均匀性变异系数随种子尺寸方差D(X)的增大而增大；同时，粒距均匀性变异系数随型孔数Z的增大而增大，随排种轮半径R的增大而减小。如果减小型孔数Z和增大排种轮半径R，就可以减小种子尺寸不均性对粒距均匀性的影响。排种轮参数Z=12，R=0.11m时, 如果种子尺寸方差D(X)=2=0.1296mm，由式(2-11)得：C=62.5%。可见，种子尺寸不均性对粒距均匀性影响是很大的，因而，为提高排种均匀性，对种子进行精选分级是非常重要的。2.1.1.2 型孔加工误差的影响1） 型孔位置精度的影响型孔位置误差是一服从正态分布的随机变量，其方差为D()。令种子尺寸和型孔尺寸均齐一致，相邻两型孔的位
28、置误差分别为i和i-1，则投种时间间隔为: (2-12)粒距为: (2-13)粒距的均值为: (2-14)粒距的方差为: (2-15)粒距均匀性变异系数为: (2-16)粒距均匀性变异系数随型孔位置精度误差增大而增大；随型孔数的增加而增大。2） 型孔尺寸精度的影响种子尺寸精度误差是一服从正态分布的随机变量，其方差为D()。令种子和型孔位置均齐一致，相邻两型孔大孔尺寸的加工误差分别为i和i-1，则相邻两种子的投种间隔为: (2-17)粒距为: (2-18)粒距的均值为: (2-19)粒距的方差为: (2-20)粒距的均匀性变异系数为: (2-21)粒距均匀性变异系数随型孔大孔尺寸加工误差的增大而
29、增大；随型孔数的增加而增大；随排种轮半径的增大而减小。2.1.1.3 与结构参数的共同影响种子尺寸和排种器型孔的精度误差与位置误差是3个相互独立的变量，则三变量共同影响时，粒距的均值为: (2-22)三变量共同影响时粒距的方差为: (2-23)则粒距均匀性变异系数为: (2-24)1） 排种轮半径R的影响由式(2-24)可知，粒距均匀性变异系数随R的增大而减小，即R的增大可以改善粒距均匀性；同时，R的增大又可降低种子尺寸不均性、型孔加工的位置误差和尺寸误差对粒距均匀性的影响。所以，在结构尺寸允许范围内，R应尽可能取大值。现有型孔式排种器的排种轮，内侧充种垂直圆盘式排种器的半径R = 110 m
30、m，水平圆盘排种器的半径为100 mm 左右，气吸式排种器排种盘半径为70130 mm，气吹式排种器排种盘半径为124.5 mm12。所以排种轮半径一般为70130 mm。2） 圆周型孔数的影响由式(2-24)可知，粒距均匀性变异系数随Z的增加而增加，排种均匀性随Z的增加而变坏；同时，Z的降低加大了种子尺寸不均性、型孔加工的位置误差和尺寸误差对粒距均匀性的影响。因此，为提高排种均匀性，圆周型孔数不应选择太大。当然，排种轮尺寸和型孔尺寸也对型孔数目有限制。排种频率，型孔数目减少，n 必然降低，播种机工作速度也降低。如果为了保证工作速度而提高，充种率必然下降，即漏播率增加。漏播率l 是排种轮转速的
31、递增函数。令l = l()，则有，因为，所以 (2-25)l 是Z 的递减函数，Z 减小，l 上升。所以，从漏播角度，型孔数的增加又可使粒距均匀性变好。本试验研究Z = 836 范围内为宜。2.1.1.4 小结通过以上分析，可以得出如下结论：1） 随着种子尺寸均齐性的提高和型孔加工误差的降低，排种器的排种均匀性提高。2） 排种器的圆周型孔数降低和半径增大，可以降低种子尺寸差异和型孔加工误差对排种均匀性的影响。3） 排种器排种轮半径R = 70130 mm， 圆周型孔数Z = 836，排种器性能较好。排种的均匀性受种子尺寸的均齐性、排种器的加工误差和排种器的结构参数的共同影响。因此, 提高排种器
32、的排种均匀，必须对种子的精选分级、提高排种器型孔的加工精度、适当降低排种器的型孔数并增大排种轮半径。对于型孔式排种器而言。条播排种过程一般是将整箱种子形成连续不断的种子流。按精确排种量的要求，应该是精确、可控、定量地从种子箱中分离出种子，形成等时距、均匀的种子流，但实际上受多种因素影响达不到理想的要求，原因是受分离元件和定量元件的工作质量及环境条件的限制。外槽轮排种器是靠槽轮转动时齿脊拨动种子强制排种，槽轮转到凹槽处排出的种子较多，齿脊处较少，因此种子流呈脉动现象，影响排种的均匀度。在加工槽轮时将槽轮的轮槽交错排列，或将正槽做成螺旋斜槽，有助于提高均匀性，但仍不能从根本上消除排种脉动现象，这是
33、外槽轮排种器的基本缺陷。根据种子的粒型不同，可以调节外槽轮排种器的清种舌的开口，改变排种间隙。但间隙过大，一部分种子可能自流排出，影响排种均匀性和播量稳定性，有些播种机在清种舌上方安装毛刷或弹性刮种器，可有效地提高排种均匀性和播量稳定性；间隙过小，种子损伤率增大，影响出苗率。纹盘式排种器分离元件的圆弧状条纹，在纹盘端面上形成头尾搭接的槽沟，所拨动形成的种子流比外槽轮式细而均匀，脉动性小，因此排种均匀性优于外槽轮式，但在控量调整、机械制造方面有不足之处。锥面型孔盘式排种器设计了便于种子囊入的沿圆周切线方向排列的、与小麦种子形状相似的长圆形型孔，型孔前壁设有引种倒角，以利种子顺利囊入；后壁设有退种
34、倒角，以利多余种子顺利退出；型孔向下呈喇叭状，以利种子在投种时顺利投落；型孔之间有导种槽连接，辅助种子囊入型孔。利用锥盘转动时的旋转离心力和斜面分力，将箱内种子压力集中在窄小的平面环带上，增加种子的主动填充能力，可以大大改善囊种条件，提高囊种性能。2.1.2 点(穴)播型孔式排种器的充种能力型孔盘和窝眼轮的排种质量取决于型孔和窝眼的充种效果。为了获得高的充种率，种子必须精选并按尺寸分级，形状不规则的种子还要进行丸粒化加工，以保证籽粒大小均匀。型孔的形状和尺寸对充种性能的影响在确定型孔尺寸时，要使种子在填充几率较大的情况下按一定的排列方式设计。试验表明，扁粒玉米种子常以侧立或竖立状态从种箱侧壁向
35、下运动进入型孔。由于摩擦力和离心力的关系，而以侧立式型孔充种方式较好。排种盘的线速度对种子充填性能及投种准确性有直接影响。若线速度过高，型孔通过充种区时间短，种子有可能来不及进入型孔，会造成漏播。采用较大的排种盘直径，可以增加充种路程及充种时间，有利于提高充种系数。气吸式排种器的吸附能力气吸式排种器的吸附能力取决于气吸室真空度，真空度越大，吸孔吸附种子的能力越强，不易产生漏吸；但真空度过大，一个吸孔吸附多粒种子的可能性加大，会产生重播。此外，吸孔直径越大，吸孔处对种子的吸力越大，可减少漏吸，但会增加重吸。目前，采用加大真空度以减少漏吸，同时采用清种器来清除多吸的种子。如在水平圆盘排种器的基础上
36、，增设倒种台，利用其侧面压力充种。具有中国特色的磨盘式精密排种器就是利用特殊结构，利用锥体及其转动时产生的离心力加速了种子的主动充种过程，从而提高了排种器的充种性能。在一般的外侧充种的垂直圆盘排种器中，离心力与重力相反，不利于充种。而Cyclo气压式播种机采用内侧充种垂直圆盘排种器，利用种子重力、离心力和气流压力同时作用充种13。Snyder K A 的研究表明14，由于种子质量很小，种子离心力不是一个重要因素，这个理仅为排种轮气流压力作用在种子上里的3%。近年来的研究注意到了种子群之间的影响。如Pycer B M15的研究表明，Cyclo-500型气压式排种器滚筒内种子层厚度对充填性能有很大
37、影响，种子皮太厚，增加了种子间的摩擦和碰撞，种子间易堵塞不易填充或把已压附的种子碰掉，出现空穴。KABAKOB B M16对气吸式排种器充种问题也进行了研究，再研究了气吸式排种器的空气动力学、不同形状和孔径的排种盘以及各种结构的搅动器后，发现充种频率不高主要是由于种子室结构不合理。改进的结构是在种子箱底部和种子室的过渡区加一块挡板，这样种子顺着搅动器转向，并自流到搅动器表面，立即被带动形成环流。经试验，改进后的排种器充种频率大有提高。2.1.3 清种方式对于点(穴)播排种器，种子充入型孔时可能附带多余的种子而必须加以清除，以保证精量播种。刮板式和刷轮式清种法适用于水平型孔盘、窝眼轮等形式的排种
38、器。刮板或刷轮需有弹簧保持一定的弹性，以免伤种，并能可靠的清除多余种子。刷轮以自身的旋转作用，用轮缘将多余的种子刷走，刷轮的线速度应大于或等于型孔线速度的34倍。气吸式排种器上常用齿片式清种器；气吹式排种器上常用气流清种，原理新颖，效果较好。2.1.4 排种器的同步传动对于已有的排种器，为保证在播种机前进时播种排量与动力机转速快慢无关，排种器的排种速度必须与播种机的前进速度严格同步。因此，播种机排种器均由地轮驱动。对于本试验设计，排种器的排种速度必须与电动机的转速严格同步，即排种器由电动机驱动。2.2 排种器的实验分析下面对几种播种机分别对空载和充种时的拉力、功率和转速等进行了试验测定。2.2
39、.1 2BM-2免耕播种机(小麦)表 2-1 2BM-2免耕播种机(小麦)试验测定单位：力F（N）拉力状态第一组第二组第三组第四组第五组平均值空载（F1）16.615.214.717.715.616.0充种（F2）24.523.923.226.325.624.7距离 S = 330 mm = 0.33 m扭矩：空载时 T1 = F1 * S = 16.0 * 0.33 Nm = 5.28 Nm (2-26) 充种时 T2 = F2 * S = 24.7 * 0.33 Nm = 8.151 Nm (2-27)此处为实验室图片图 2-2 2BM-2免耕播种机(小麦)空载状态下试验测定此处为实验室图
40、片图 2-3 2BM-2免耕播种机(小麦)充种状态下试验测定2.2.2 大豆垄间套种冬小麦免耕播种机表 2-2 大豆垄间套种冬小麦免耕播种机试验测定单位：力F（N）拉力状态第一组第二组第三组第四组第五组平均值空载（F1）16.417.818.019.820.418.5充种（F2）24.122.525.623.724.524.1距离 S = 330 mm = 0.33 m扭矩：空载时 T1 = F1 * S = 18.5 * 0.33 Nm = 6.105 Nm (2-28) 充种时 T2 = F2 * S = 24.1 * 0.33 Nm = 7.953 Nm (2-29)此处为实验室图片图
41、2-4 大豆垄间套种冬小麦免耕播种机空载状态下试验测定此处为实验室图片 图 2-5 大豆垄间套种冬小麦免耕播种机充种状态下试验测定2.2.3 大豆窄行密植平作高速精密播种机表 2-3 大豆窄行密植平作高速精密播种机试验测定单位：力F（N）拉力状态第一组第二组第三组第四组第五组平均值空载（F1）6.46.07.48.19.17.4充种（F2）10.511.612.813.213.012.2距离：拉力与圆心之间的距离 S = 265 mm = 0.265 m扭矩：空载时 T1 = F1 * S = 7.4 * 0.265 Nm = 1.961 Nm (2-30) 充种时 T2 = F2 * S =
42、 12.2 * 0.265 Nm = 3.233 Nm (2-31)转速：作业速率 V = 10 km/h = 10 * 1000/60 m/min = 166.7 m/min (2-32) 地轮直径 D = 490 mm = 0.49 m 周长 L = d = 3.14 * 0.49 m = 1.5386 m (2-33) 由每分钟行进 166.7 m 及每转 1.5386 m ，可得 转速 n = 166.7/1.5386 r/min = 108.54 r/min (2-34)功率：由 T = 9550 P/n，得 P = Tn/9550 空载时 P1 = T1n/9550 = 1.961
43、 * 108.54/9550 kW = 22.3 W (2-35) 充种时 P2 = T2n/9550 = 3.233 * 108.54/9550 kW = 36.7 W (2-36)此处为实验室图片图 2-6 大豆窄行密植平作高速精密播种机试验测定2.3 小结本节对排种器的工作性能进行了比较全面的分析和阐述，并得出了影响排种器工作性能的因素有排种器的排种均匀性、充种能力、清种方式和同步传动等。另外，本节还对现有的2BM-2免耕播种机(小麦)、大豆垄间套种冬小麦免耕播种机和大豆窄行密植平作高速精密播种机三种播种机排种器进行了试验测定与分析，了解了三种播种机排种器的转速及功率，为本试验设计后续做
44、了铺垫。3 排种器的设计3.1排种器的总体结构及工作原理本试验中排种器选择气吸式排种器。气吸式排种器主要由排种器壳体、剔种装置、排种盘、搅种轮、排种器盖和播量调节机构等零部件组成，其结构如图图3-1所示。图 3-1 气吸式排种器三维结构图排种器在工作时，种箱内的种子流人排种器储种室，排种盘将吸种室和充种室隔开，储种室与充种室相接，吸种室通过软管与风机相连。当风机工作时，使吸种室内形成一定真空度，因而使排种盘两侧产生压力差，在压力差的作用下，排种盘上的窝眼孔处产生吸附力，将充种室中的种子吸住；当吸人一粒种子时，种子会将窝眼内的吸种孔堵死，保证只有一粒种子进入窝孔；当种子随排种盘转动到刮种装置部位时，刮种装置会将窝孔处多余种子清除掉，只保留一粒种子以保证不出现重播。种子继续随排种盘旋转至导种管上方的播种无吸力区域后，由于种子失去了风压对其的吸附力，便依靠自身重力及离心力的作用，落入导种管进入种沟完成播种过程。3.2 排种盘的设计排种盘是排种器的关键零件，其结构设计优劣直接影响排种器的性能。本排种盘采用双排窝孔形式布置，其结构如图3-2所示。图 3-2 吸种盘结构图窝
