氣力式播種機的基本原理與失效形式分析

呂泰紅

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

谷物播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的基礎環(huán)節(jié)，播種質(zhì)量直接影響作物后續(xù)的出苗率、地下部分和地上部分的生長情況，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重大影響[1-2]。隨著播種技術(shù)與機械的逐漸發(fā)展，氣力式播種是目前應用最為廣泛的播種技術(shù)。氣力式播種機排種器由帶吸種孔的排種盤(輪)、滾筒、風機和氣力系統(tǒng)等構(gòu)成[3-5]。當進行田間播種作業(yè)時，種子由于壓差進入吸種孔，被排種盤帶出氣流作用區(qū)時,因自重落入輸種管，播入種床。按作用原理分為氣吸式、氣壓式和氣吹式等。

氣力式播種機對于種子外形要求不高，可以進行不同作物的播種，通用性較好，且在播種過程中不易損傷種子，可以實現(xiàn)精量播種，適合田間高速播種作業(yè)[6]，因此，得到了廣泛的應用與發(fā)展。同時，由于氣力系統(tǒng)較為復雜，當出現(xiàn)田間故障時，對維修人員的技術(shù)要求及知識儲備要求較高。

針對以上問題，為了提高氣力式播種機的工作效率，本研究針對氣力式播種機關(guān)鍵部件——氣力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理進行系統(tǒng)論述，并針對氣力式播種機田間常見故障與維修方法進行概述。研究結(jié)果對于氣力式播種機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設計提供技術(shù)參考與依據(jù)，對于提高氣力式播種機田間工作效率具有重要意義。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

目前，氣力式播種機在蔬菜、水稻、玉米等各種作物都有廣泛應用與發(fā)展[7]，針對不同的作物類型，其播種結(jié)構(gòu)也會存在一些差異，本章節(jié)以水稻氣力式播種機為例，對氣力式播種機基本結(jié)構(gòu)與工作原理進行分析。氣力式水稻播種機排種器主要由種箱、排種軸、排種盤等組成(圖1)。

1.凸輪；2.種箱；3.推桿；4.排種管；5.氣室；6.排種盤；7.鏈輪；8.排種軸；9.軸套；10.法蘭；11.氣室罩殼；12.梳種條

1.2 工作原理

基于氣力式工作原理，該播種機在進行田間播種作業(yè)時，主要是通過排種器內(nèi)氣力系統(tǒng)形成負壓環(huán)境，完成種子的吸附，然后切換至正壓環(huán)境，種子順利排出，實現(xiàn)播種作業(yè)。主要工作過程如下：

1)種箱內(nèi)的種子隨著氣室的壓力變化穩(wěn)定地流入充種室，在充種室內(nèi)形成堆種；

2)排種器進行播種作業(yè)，在梳種條的作用下不斷將種子向上涌動，為氣室吸種做好準備；

3)氣室內(nèi)壓力變化，將涌動的種子進行吸附，芽種隨著排種盤流動，當氣室內(nèi)壓力變?yōu)檎龎簳r，種子在自身重力與吹力的雙重作用下完成排種過程，落入導種管內(nèi)；

4)種子順著導種管落入田間完成播種工作。

1.3 特點

氣力式播種機通用性較好，可以通過更換不同的吸孔和排種盤適應不同尺寸和不同播種技術(shù)參數(shù)的要求，根據(jù)播種行數(shù)和不同種子要求，選擇相應的型孔排數(shù)、每排的孔數(shù)和孔徑的大小(表1)[8]。但是對氣力系統(tǒng)中氣室的密封性要求較高，結(jié)構(gòu)較為復雜，且容易出現(xiàn)損壞。

表1 適播作物種子與排種盤技術(shù)參數(shù)

2 氣力系統(tǒng)設計原則

氣力系統(tǒng)是影響播種效果的主要系統(tǒng)之一，氣力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是影響播種效率的主要因素。若吸壓較小，播種機排種器會出現(xiàn)不易吸種的問題，嚴重時還會導致種子脫落，進而出現(xiàn)漏播現(xiàn)象；吸壓過大，會造成吸種量較多，種子不易落下等問題，會導致重播現(xiàn)象，直接影響田間播種質(zhì)量，因此，對氣力式播種機氣力系統(tǒng)的基本設計原則進行分析，以期為提升氣力式播種機工作效率與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。本研究以單個種子在氣室內(nèi)的受力過程進行分析(圖2)。

圖2 種子受力分析示意圖

P為單個吸孔的吸附力，主要由氣室風機提供，G為單個種子的重力；J為種子被吸附在吸孔中隨排種盤運動的慣性力，其方向與受力情況隨著角度β的變化而變化；Ff為種子之間的摩擦力，N為吸孔的吸附力。對單個種子的吸附力應該滿足以下條件

(1)

其中

(2)

Q=G+J+Ff

(3)

式中p—單個吸孔對一粒芽種吸附的真空度，Pa；

S—種子重心與吸種盤之間距離，cm

Q—合力，N

為了實現(xiàn)種子的吸附，氣力系統(tǒng)的氣室內(nèi)吸力應該大于P，以此作為氣力系統(tǒng)的基本設計原則。

3 常見失效形式與維修技術(shù)

3.1 排種不均勻

排種不均勻主要表現(xiàn)為氣力式播種機在工作過程中，種子排量忽多忽少，影響播種均勻性，對后續(xù)作物生長及田間標準化建設具有重要影響。

3.1.1 故障原因

導致氣力式播種機排種量不均勻的主要原因包括以下幾個方面。

1)種子輸送機構(gòu)故障。播種機傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會導致整個機器動力傳遞不均勻，風機風力忽大忽小，氣室內(nèi)氣流不均勻，導致氣壓不穩(wěn)定，對種子吸附量及排出量不均勻。

2)氣室內(nèi)氣流輸送膠管密封性失效。如出現(xiàn)氧化、裂紋和損壞等，造成氣室內(nèi)部氣流、氣壓不穩(wěn)定，氣壓降低，對種子吸附能力降低，導致取種失效，進而引起種子排量不均勻。

3)風機故障。由于沒有定期進行保養(yǎng)工作，在進行長時間運轉(zhuǎn)后，風機出現(xiàn)運行狀態(tài)故障，工作能力不穩(wěn)定，造成氣室內(nèi)負壓力不足，造成取種失效。

3.1.2 維修方法

當出現(xiàn)排種不均勻現(xiàn)象時，對可能發(fā)生問題的關(guān)鍵部件進行排除。首先檢查氣室負壓環(huán)境的形成情況，當出現(xiàn)負壓環(huán)境無法形成時，進一步對氣室管路密封性進行檢查，檢查是否存在管路老化、破損導致氣室密封性失效；若故障無法排除，接下來進一步檢查氣室壓力形成情況，當出現(xiàn)氣室內(nèi)壓力形成不足時，應檢查相關(guān)排種傳動系統(tǒng)是否存在故障。

3.2 無法播種

3.2.1 故障原因

氣力式播種機在工作過程中出現(xiàn)無法播種、種子無法順利排出等問題，主要原因是氣力系統(tǒng)內(nèi)氣壓系統(tǒng)無法順利建立負壓和正壓環(huán)境，一般主要是由于風機失效、傳動系統(tǒng)部件失效或損壞，導致無法建立負壓、正壓環(huán)境，對種子的吸附與排出能力喪失，是目前氣力式播種機常見的故障之一。

3.2.2 維修方法

當出現(xiàn)無法播種時，應該依次檢查風機與氣室管路，首先檢查氣室管路的密封性，確認管路無故障后進一步檢查風機系統(tǒng)，對風機及其配套部件進行檢查，檢查是否存因某個部件失效導致風機故障，及時進行零件維修與更換，最后排種盤損壞也會導致種子無法順利排出，當發(fā)現(xiàn)排種盤損壞后應及時進行更換。

3.3 播深不一致

3.3.1 故障原因

種子播深不一致會直接影響后續(xù)作物的出苗率、出苗整齊度，若播種過深會導致種子不出苗，或即使出苗后，作物后續(xù)根系生長質(zhì)量也較差。氣力式播種機播深不一致主要原因是由于開溝器功能出現(xiàn)故障，如長時間使用導致開溝器嚴重磨損，或者由于開溝器設計不合理、不標準等問題導致開溝不一致，也會影響種子的播深。

3.3.2 維修方法

出現(xiàn)播深不一致的問題后，應該對開溝器進行檢查，確定開溝器是否存在磨損與損壞，對于磨損較為嚴重的開溝器應該及時進行更換與修復。

4 結(jié)語

氣力式播種機在播種過程中不易損傷種子，可以實現(xiàn)精量播種，適合田間高速播種作業(yè)，在各類作物播種作業(yè)中得到了廣泛的應用與發(fā)展。但是由于結(jié)構(gòu)復雜、氣室的密封性要求較高，在田間作業(yè)時容易出現(xiàn)損壞。針對以上問題，本研究以氣力式水稻精量播種機為例，系統(tǒng)論述了氣力式播種機的主要結(jié)構(gòu)特點、組成和工作原理，以此為基礎開展下一步的研究；并針對氣力式播種機的核心部件—氣力系統(tǒng)的基本設計原則與優(yōu)化方法進行概述；提出氣力式播種機田間工作中常見的播種故障，主要包括排種不均勻、無法播種和播深不一致，并對故障形成原因與排除方法進行論述。

研究結(jié)果以期為提升氣力式播種機的田間推廣與應用效率提供技術(shù)參考與借鑒，對于進一步提高我國氣力式播種機的發(fā)展具有參考意義。

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