氣吸式精密排種器的試驗研究

王妍靜

（沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110026）

精密排種器在使用過程中，多播、少播、漏播和空穴的情況時有發(fā)生，尤其是在排種部位發(fā)生堵塞時，漏播和空穴的問題會更為嚴重。目前解決上述兩種問題最為有效的2種裝置就是清種裝置和補種裝置。在清種裝置中，最常采用的2種裝置分別為機械式清種裝置、氣壓式清種裝置。在機械式清種裝置的使用中，泄漏排放問題時有發(fā)生。為解決泄露排放問題，一種設計中帶有自動補種裝置的精密排種器應運而生，也被稱為副排種器。在氣壓式清種裝置中，吸針式穴盤精播機是最常用的一種裝置。此裝置的播種工作原理是基于傳統(tǒng)的氣吸、空氣吹入原理之上，又單獨設計了1個機械式的自清潔播種頭。將播種頭連接在排種器本身的結(jié)構(gòu)上，工作時通過對吸嘴頭部位進行清洗活塞和頂針方式，從而達到疏通和排種目的，但是補種功能并不能實現(xiàn)。在檢測到漏播后，補種裝置開始進行補種。

綜上所述，通過排種器本身結(jié)構(gòu)能夠?qū)ε欧N運動進行控制，從而實現(xiàn)減少漏播和空穴現(xiàn)象，但相關(guān)的研究并不多。文章通過深入研究振動氣吸式穴盤育苗精密播種裝置，研發(fā)了一款自動檢測吸嘴，其能夠以檢測結(jié)果作為依據(jù)，進行自檢清種和補種。文章同時也將播種裝置的主要工作部件進行了優(yōu)化設計，并結(jié)合實際案例進行了實驗分析。

1 排種器排種工作過程

1.1 吸種環(huán)節(jié)

設備工作時，通過吸種部件的傳動和運轉(zhuǎn)，將種子運動到吸種位置，即種子盤上方，通過依賴氣源及空氣路徑所產(chǎn)生的氣吸力進行吸種。在電磁振動器的影響下，種子在種子盤中會產(chǎn)生振動，將之稱為“沸騰”，這樣的振動沸騰有利于吸種。通過吸種檢測開關(guān)判斷吸嘴裝置是否成功吸種。檢測結(jié)果分2種，第1種是種子順利吸到吸嘴中，此時空氣傳遞管道和種粒之間是密封的，順利構(gòu)成接通式檢測開關(guān)。第2種情況是種子沒有順利吸到吸嘴中，此時相應的通道無法形成密封，也無法接通檢測。當完成吸種步驟后，有符合設備標準的種粒數(shù)量存在吸嘴內(nèi)時，排種器控制系統(tǒng)會指揮吸種裝置進行下一步放種動作。排種器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 排種器內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1 The internal structure of seed metering device

1.2 放種環(huán)節(jié)

通過機械部件的傳導驅(qū)動，吸種部件到達種粒放置位，此時通過K2開關(guān)的啟動，計算機接收到到位信號，控制吸種盤停止吸種，同時育苗穴盤運動到位。接下來，系統(tǒng)發(fā)出指令，通過控制吸氣氣路，產(chǎn)生氣壓壓力，放種部位準備放種，吸種部件開關(guān)顯示斷開。如設定單次放種時長為0.5 s，時間完成后，系統(tǒng)會設定氣路轉(zhuǎn)變?yōu)闅馕?，檢測吸嘴部位能否順利吸種，有無堵塞。如果吸種部位被堵塞，那么檢測開關(guān)將啟動清種部件進行清種；如果沒有堵塞，放種完成后氣力轉(zhuǎn)化為氣吸力，吸種盤將自動返回到吸種部位進行吸種。

1.3 清種環(huán)節(jié)

通過對放種環(huán)節(jié)的檢測，如果沒有順利放種，系統(tǒng)將接通電磁線圈，通過鐵芯的推桿推動作用完成清種。如果吸種口直徑小于緩沖塊直徑，那么氣室內(nèi)產(chǎn)生的沖擊氣流將迅速完成清種作業(yè)，同時在完成清種后，系統(tǒng)下達信號，吸種部件通過信號的指令，重新歸位到吸種位置，通過K1開關(guān)的啟動停止吸種作業(yè)的進行。

2 自動檢測吸嘴工作原理

2.1 吸種

電磁流量控制閥A電磁鐵吸合，空氣泵進氣口經(jīng)由第一儲壓罐抽離吸種盤里的空氣進入到空氣泵中，密封橡膠圈吸附緩沖塊。如果有足夠大的氣吸力，氣吸小彈簧的彈性力作用無法控制氣吸封小球，小球就會脫落，從緩沖塊氣孔脫離，管道內(nèi)氣流通過吸種口經(jīng)氣室和鐵芯中心孔，在吸種盤完成匯合，完整的吸種氣路形成，吸種環(huán)節(jié)得以順利完成。

2.2 放種

通過電磁流量控制閥B電磁鐵的吸合，管道空氣經(jīng)過出氣口進入第二儲壓罐，此時吸種盤的氣壓由正變負。同時，在吸嘴氣室內(nèi)，氣壓轉(zhuǎn)變?yōu)槌?，種粒受到自身重力影響，向下掉落，正確進入穴盤空穴，排鐘放種順利完成。在設計中，管道空氣正壓氣流通過鐵芯中心孔時，正壓氣流可將氣吸封小球推動，封住緩沖塊氣孔，在封住時，緩沖塊會產(chǎn)生振動，能有效緩解緩沖大彈簧的緩沖作用，保證部件內(nèi)的氣室壓力變?yōu)檎龎?，進而對放種環(huán)節(jié)順利完成產(chǎn)生積極的作用。

2.3 清種

通過連接部件內(nèi)的電磁清種線圈，清種磁芯能夠通過電磁作用推動緩沖塊向下運動，此時由于吸種口被種粒堵塞，氣室內(nèi)的氣壓迅速上升，由于氣壓變化產(chǎn)生的沖擊氣流，可以將堵塞吸種口的種粒吹開，完成清種工作。

3 案例分析

W農(nóng)業(yè)基地耕地總面積3.33×104hm2，其中旱田3.23×104hm2，水田1 000 hm2。農(nóng)機總動力6.8×104kW，現(xiàn)有大功率拖拉機54臺、配套聯(lián)合整地機16臺等。數(shù)據(jù)對比見圖2。

測試采用的是美國PP公司制造的精密排種儀器及其生產(chǎn)的專門技術(shù)試驗平臺；測試設備選用的是滿勝播種機排種器，本裝置是2016年引進，已作業(yè)6年，作業(yè)面積0.17×104hm2，自使用時未更換任何配件；以機車發(fā)動機的每一個月的作業(yè)時間速度周期為主要作業(yè)基準計算參數(shù)，通過記錄機車每一個月的作業(yè)時間速度的多少和速度變化，測試出每一個月的作業(yè)時間速度對于排種器的各項基本參數(shù)值所產(chǎn)生的具體影響。另外，排種器在經(jīng)過幾個月的作業(yè)速度周期后，測試又采集了一些相關(guān)數(shù)據(jù)信息，如所需要使用的具體排種物料精度及其變化速率情況，公頃下的排種物料所產(chǎn)生的排種數(shù)量、株距及其產(chǎn)量變化速度情況。

圖2 農(nóng)機類型分布Fig.2 Distribution of agricultural machinery types

單株排種器經(jīng)過6個月的操作處理周期的測試運行和正常使用，在沒有安裝和更換任何必要零部件的情況下，只對測試排種器內(nèi)部進行一次性的安裝維護和日常保養(yǎng)。測試后，排種器的單株排種功率仍然可達到98%以上，精度可達到正常排種操作的規(guī)定要求。

在最佳操作工況下，在作業(yè)中長時間播種速度控制在6～7 kW/h以內(nèi)，對于氣動虹吸式單株排種器而言，小型單株播種效率雖然變動不大，但對于整個播種株距的均勻性影響還是比較顯著。真空的壓力值越大，空穴率就會變得越低，雙株的收益率也會隨之增加，每0.067hm2就會高于目標值。

從單個排種器管中部和底部所見的能夠直接測得的株距均勻度值的變化波動情況中，可以明顯看出，株距的均勻度變化是指單個排種管內(nèi)部株距均勻度變化的波動情況。這就充分說明了，一個排種器自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對株距均勻度變化具有一定程度的波動影響。

4 結(jié)語

綜上所述，氣動虹吸式播種機在正常工作時，播種速度應盡量控制在6～7 kW/h，不能因為過度追求播種進度就直接提高播種速度；否則，對于株距均勻性的質(zhì)量影響太大，從而就會影響了整個農(nóng)業(yè)基地的土地采光降雨量和土壤通風性，繼而影響農(nóng)作物的連續(xù)生長播種質(zhì)量。氣動虹吸式家用播種機和排種器在其日常使用過程中，一定要特別注意安裝維護和日常保養(yǎng)。安裝維護和日常保養(yǎng)可以大量地、小幅度地提高排種器的生產(chǎn)質(zhì)量并延長排種器的使用壽命。因此，每次更換播種作物時，應一次性同時更換排種體密封件和種盤裝置，以期能達到最佳效果。播種作業(yè)前期，還需要根據(jù)不同類型的作物播種情況，調(diào)節(jié)合適的播種真空泵和壓力計的數(shù)值，從而確保每個播種單株的操作準確性。