舵轮勺式组合穴播器的研究设计

        机械精密播种技术是一项科技含量高、节约成本、增加效率的适用技术，是保护性耕作的重要内容之一。穴播是实现精密播种的主要技术，其中穴播器是实现穴播技术的关键部件， 穴播机械也逐渐成为播种机械的重要组成部分。穴播机主要由排种器和穴播器两个核心部件组成，排种器的主要功能是根据播种需要均匀取种并排到穴播器当中； 穴播器的主要功能是将种子植入到成穴的土壤中。
        山东理工大学课题组先后研究设计出了连杆开启式舵轮穴播器、杠杆开启式舵轮穴播器等系列穴播器。
        研制的穴播器应用在播种机械上均是采用上位排种器， 种子依靠自身重力沿着输种管排到穴播器当中。但是，由于上位排种器与穴播器间隔距离较大， 种子输送时间过长且受输种管的摩擦力、振动等作用，导致穴播器二次排种不精确而出现空穴、重播等现象。还有就是上位排种器排种精确度不高，导致最终播种不精确。为了解决上述问题提高播种质量，首先，提高排种器排种精度；其次，缩短落种距离。因此，本文研究设计了舵轮勺式组合穴播器。
        1 且穴播器的基本结构及原理
        1.1 基本结构 舵轮勺式组合穴播器外形似舵轮，类似舵柄的入土成穴器均匀分布在舵轮边缘。主要组成部分为内置勺式排种器、导种轮、动盘、定盘、入土成穴的动瓣、定瓣以及复位弹簧等。其中关键部件入土成穴器的动瓣和定瓣采用杠杆原理， 在凸轮挡块的作用下完成入土成穴器的开闭投种。
        穴播器轮轴固定在机架上， 动盘由轴承定位在轮轴上，可绕轮轴转动；入土成穴器均匀分布在动盘边缘，呈放射状，定瓣焊合在轮盘上，动瓣用细长螺栓铰接在动盘上，部分嵌入定瓣，在复位弹簧的拉力作用下与定瓣扣合， 防止入土成穴时堵土，动瓣受到凸轮挡块阻挡力时，绕螺柱轴转动一定的角度，按杠杆原理打开；定盘用键固定在轮轴上，由轴套定位,不随机组前进而转动；凸轮挡块用螺栓固定在定盘上方便拆卸； 复位弹簧用螺栓固定在动瓣顶部和动盘的孔内，略微成拉伸状态，保证入土成穴器非开启状态下保持关闭状态；排种器由勺轮、导种轮以及两者之间的隔板组成，勺轮与导种轮由螺栓固定在动盘上， 保证与动盘同步转动， 能将种子准确投放到各个入土成穴器当中， 隔板夹在勺轮与导种轮中间， 并且与动盘扣合，隔板不随动盘同步转动，上方带有开口，方便投种。
        1.2 工作原理
        播种机未工作时， 上位种箱中的种子经输种管输送到下位的种箱中，保证其时刻充满种子。机组工作时，入土器逐个插入土壤,土壤对入土器的反作用力和机架对舵轮的牵引力形成力矩,驱动舵轮转动，动盘在地面滚动，同时带动勺轮和导种轮同步转动。勺轮旋转时，每个种勺会从种箱中舀上数粒种子，随着勺轮转动的同时，勺内的种子在种箱种子摩擦力以及自身重力作用下， 转到一定角度时，多余的种子靠自身重力下滑掉落，排种勺中只剩下一粒种子被带到盘的上方， 从隔板开口掉入导种轮槽中， 每个导种轮槽对应着一个入土成穴器，当导种轮槽转到投种区时，种子依靠离心力和重力掉入入土成穴器， 从而使种子精确投入到入土成穴器当中。
        入土成穴器在非排种状态时关闭，使种子不至于提前漏出。机组前进时， 穴播器上的入土成穴器在重力作用下逐个插入土壤， 当一个入土成穴器达到入土最深位置后(与地面垂直)，入土成穴器动瓣的顶部与凸轮挡块接触， 动瓣在挡块作用下打开并逐渐增大角度，当开启角度大于种子体积时，种子在重力作用下落入土壤。
        为防止夹土，动瓣的张开状态沿凸轮轮廓线保持不变， 直到定瓣离开土壤一定高度， 动瓣在复位弹簧的拉力作用下闭合完成一次播种。这样，舵轮在牵引力作用下，入土成穴器依次插入土壤完成二次等播种。
        2 主要部件结构参数设计
        2.1 动盘半径及入土成穴器个数
        动盘半径由穴距L、播深h1、入土成穴器个数z 等综合确定。设动瓣在轮盘外的高度为h0，实际滚动半径为Rs，则有Rs=R+h0-kh1。
        2.2 凸轮挡块
        按成穴开启要求，挡块设计为升线、保持线、降线三段结构形式。安装时两端点到轮轴中心的距离与动瓣顶端到轮轴中心的距离相同， 并保证入土成穴器入土最深时开始打开。为使挡块易于加工、入土成穴器关闭时振荡较小，取α1＝α3，且α1越小，入土成穴器打开越快，实现播深越准确。为保证入土成穴器打开时不堵土，关闭时不夹土，应使其出土后再开始关闭。
        2.3 入土成穴器总成
        设计定瓣与动盘一体， 其内径d 取决于种子颗粒大小，一般取d＞43dz(mm)，本设计取d=24mm；其外径dw=P。动瓣外径dw′与定瓣内径d 有装配间隙，取dw＝24－0.5-0.2mm；动瓣内径d1为：d1=d-2Δr-λ3其中Δr———动瓣壁厚，mm；λ3———动、定瓣间装配间隙，mm。动瓣高度H 为：H＝h0+h0′=h0+R-RN其中h0′———动瓣在轮盘内的高度。在满足与轮盘种腔不干涉的情况下，h0可取最大值R-RN，以得到较大的力臂， 使开启更容易。经分析取d1=20mm，H＝130mm，入土成穴器倾角β=35°。
        2.4 排种器结构参数设计
        本文采用了勺式排种器和导种轮为入土成穴器精确供种，勺式排种器提高了取种精度，导种轮实现精确供种。设计时，勺轮上的小勺数、导种轮的轮槽数与入土成穴器的个数相等为10 个，且轮槽与入土成穴器的动瓣一一对应， 保证种子准确落入成穴器当中。为了满足取种和投种的要求，将勺柄倾斜10°，勺轮指端种勺的勺型为斜圆槽。导种轮上的轮槽也设计成倾斜10°，方便储存种子转到投种区时顺利将种子投放到入土成穴器当中。导种轮的半径取决于凸轮挡块内轮廓线的半径以及动瓣深入到动盘的高度， 为了防止摩擦将导种轮半径设计为124mm，保证导种轮、勺轮以及动盘同步转动，不被干涉。
        3 结语
        采用勺轮排种器提高了排种精度， 勺轮与穴播器的组合缩短了供种距离， 降低了由上位排种器供种造成的不确定性， 另外内置导种轮进一步实现了精确供种。通过播种试验台实验，该组合具有良好的播种效果。