玉米播种机播种装置的结构设计*

张 欢

(江苏食品药品职业技术学院, 江苏 淮安 223003)

1 引 言

目前玉米种子发芽率的提高对播种机械化发展提出了更高的要求，传统的一穴三籽的播种机已经不适合现代农业的发展，因此有必要对目前市场上的播种机进行重新优化设计以达到能够实现单籽播种，即一穴一籽或双籽播种一穴两籽，或根据实际需要一穴三籽，并能够在在使用的过程中减少卡籽、漏籽的现象[1]。

播种机结构如图1所示，主要由箱体、压杆、排种机构(拨叉、棘轮、排种轮)、凸轮和鸭嘴开穴器组成。当播种施肥时，通过手柄向下压动播种机，使鸭嘴开穴器垂直入土，这时压杆受到土壤的阻力与播种机产生相对移动，同时带动拨叉，拨叉通过棘轮带动排种轮和肥轴转动，当移动到某一固定位置时，完成拨籽和取肥动作，这时要向上提起播种机手柄，通过凸轮打开鸭嘴，完成一次播种施肥的动作。

图1 压动式播种结构

根据以上播种机的工作原理，并针对其要求利用Pro/E软件设计一种排种精度高的手提式播种机排种装置。

播种装置是播种机的核心装置，它将种箱内的种子按指定的数量(单籽、双籽、三籽)拨到种腿的鸭嘴中，该装置的工作性能将直接影响到播种机的播种质量[2]。根据实际调研，现大部分的手提式播种机在播种时存在以下问题[3]：①单籽率不高；②单籽、双籽、多籽调整不方便；③漏籽、卡籽现象比较严重。

2 拨籽机构的工作原理

此设计排种器主要特点是结构简单、排种准确、破碎率低。其结构示意图如图2所示，主要由刮种片、排种轮、棘轮(包括拨籽棘轮和止动棘轮)等组成。排种器工作时，种子靠重力充入排种轮型孔中，棘轮中的拨籽棘轮逆时针转动，带动排种轮逆时针转动，刮种片可以把型孔内多余种子挡住，型孔内的种子可以被拨入鸭嘴中，从而实现单粒排种。

图2 拨籽机构的工作原理示意图

3 排种轮型孔的参数设计

(1) 型孔尺寸的确定

选取排种轮外径为48 mm。型孔的主要结构参数主要取决于种子的几何形状[4]，设计依据为：要求无论种子的位置是横躺、平卧还是侧立，型孔都能够容纳；要求清种后的型孔内只有一粒种子；有效的利用圆周空间，尽量布置多个型孔。

根据对玉米种子的抽样测量，测量结果如表1所列，最大尺寸为10.9 mm，则确定型孔的直径为11 mm，深度可适当减少2 mm(刮种片与排种轮之间留2 mm间隙)，即9 mm，底部为球面，如图3所示。

表1 玉米种子抽样测量统计表 /mm

图3 型孔的形状

排种轮的周长为：48×3.14=150.72 mm，若设置7排孔，则150.72÷7=21.53 mm，21.53-11=10.53 mm，即相临孔之间间隔为10.53 mm，为了避免孔的边缘卡籽，设计成R2的圆角，则间隔变为10.53-2×2=6.53 mm，间隔太小，由于刮种片的变形，容易产生卡籽现象。设置成6排孔，则间隔等于48×3.14÷6-11-4=10.12 mm。间隔与玉米种子尺寸相当，能有效避免卡籽现象。

(2) 充入型孔中的种子在型孔中任意排列情况

充入型孔中的种子在经过刮种片以前在型孔内会出现各种可能的排列情况，如图4都是按种子与型孔的实际尺寸绘制的。其中情形A、B、C表示型孔中已经充入种子，这种情形只要经过刮种片，就能把多余的种子刮走，保留型孔内的种子顺利播种。情形D、E、F表示2个种子在型孔口挤住，形成孔穴，这种情况是产生漏籽的主要原因。

为了避免情形D、E、F带来的不利影响，现通过增加排种轮的轴向跳动来解决，在排种轮的两端，一端设计成径向棘轮，如图5所示，用来反向制动；另一端设计成端面棘轮如图6所示，通过与拨叉配合，完成排种轮的拨籽动作，拨叉在返回过程中，制动棘轮起作用，拨叉沿着端面棘轮的斜面返回，迫使排种轮产生轴向跳动。因此增加端面棘轮的齿高，即可增大排种轮的轴向跳动。

图4 充入型孔中的种子在型孔中 的任意排列情况

图5 径向棘轮 图6 端面棘轮

使用Pro/E软件完成排种轮的造型，按照端面棘轮的齿高不同，分别设计出齿高等于3、4、5 mm的排种轮，并使用数控铣床完成排种轮样件的加工，安装到实验样机上实验得出数据如表2所列。

表2 排种轮齿高对拨籽精度影响实验数据

分析表2实验数据可知，当齿高取4 mm时，拨籽效果比较理想，因此确定端面棘轮齿高为4mm。

4 排种轮壁厚的设计

在满足使用强度的情况下，应尽量节省材料，降低成本，因此排种轮的内部设计成空心的形式，考虑到排种轮加工方法为注塑，和现有材料的使用性能，保证排种轮注塑之后顺利脱模必须沿开模方向设计一定的脱模锥度，具体结构尺寸如图7所示。

图7 排种轮二维图

5 刮种装置的设计

刮种片是播种装置中控制种子数量的重要零件，可将多余的种子从排种轮的种腔内刮除掉，从而保证种腔中只保留一个种子，该零件的性能将直接导致卡籽漏籽现象的产生[5]。

(1) 刮种片与排种轮位置关系。刮种片应与排种轮平行放置，刮种片的上表面与排种轮的轴线水平，且刮种片与排种轮之间应有间隙，通过实验，其间隙为2 mm为宜。当玉米种子充满型孔时，由于孔深9 mm，再加上轮与刮种片间隙，共11 mm，这样种子很容易通过刮种片。

(2) 刮种片材料选择。采用塑料、橡胶、铁皮、铁皮+扭簧几种材料制作刮种片，对进行比较和考核。

① 刮种片：塑料(实验数据如表3所示)

分析：刮种片用的是塑料，通过试验发现，该刮种片不但磨损快而且对播种效果也有直接影响，由于刮种片的塑料的主要成份是聚氯乙烯，硬度较大，弹性差，刮种时反应迟钝，容易产生卡籽现象，所以对播种效果造成直接影响，而且该件也属于易损件因此也不可取。

表3 塑料刮种片实验数据

② 刮种片：橡胶(实验数据如表4所列)

分析：从以上数据看，重播率较高，漏子较少，卡籽次数减少。由于橡胶质软，硬度小，遇到种子难免有刮不净的现象，种子随轮旋转掉下发生重播。同时发现橡胶磨损较快，属于易损件。

表4 橡胶刮种片实验数据

③ 铁皮(实验数据如表5所列)

表5 铁皮刮种片实验数据

结果发现种子破碎的较多，因此可得出将结论：护种片的材料弹性强度小，护不住种子；弹性强度大容易发生种子破碎。根据上述情况，将刮种片制成扭簧加铁片(2 mm)的形式，这样它的弹性可自动调节，并且调节的幅度大不易疲劳。实验发现还是重播率较高。后分析刮种片的弹簧弹力小，刮种刮不净。经试验认为扭簧的直径为φ1.2 mm时播种效果最佳。

6 籽数控制装置的设计

本套播种机要求能够实现单籽、双籽和三籽播种的控制，设计方案如图8所示，排种轮上部的空间被隔板分割成A、B两个空间，当把插板插入B空间的开口时(即如图8所示实线位置)，种箱内的种子就只能进入A区域，实现单籽拨种；而将插板插入A空间的开口时(即如图8所示虚线位置)，种箱内的种子就只能进入B区域，则可实现双籽拨种；若将插板取下(不插入任何开口)，种箱内的种子将能进入A、B两个区域，即可实现三籽拨种。实体装配效果图如图9所示。

图8 籽数控制装置示意图 图9 装配结构图

7 结 语

笔者主要针对目前常用的小型玉米播种机常见的播种问题，提出了一种新型的排种装置，并对排种轮、刮片、以及籽数控制装置进行了设计，采用计算机辅助设完成了该装置的参数化设计，使其在结构上满足设计要求，并且保证零件的装配性与加工性，大大缩短了设计周期。

参考文献：

[1] 孙齐磊，孙立涛，张晓辉.浅析播种机械的现状与发展趋势[J].实验研究，2004(4)：51-52.

[2] 马 旭,马成林,于建群,等.ZBS一型玉米精密播种机的研究[J].农业机械学报,1998，29(增刊)：35-39.

[3] 国委文.播种机的现状及发展趋势[J].农业机械化,2007(5)：3-4.

[4] 马 旭，马成林.ZBS-2型玉米精密播种机的研究[J].农业机械学报，1998(8):35-36.

[5] 陈立东,何 堤.论精密排种器的现状及发展方向[J].农机化研究，2006(4)：16-18.