段軍義
(山西省農業機械發展中心,山西 太原 030012)
山西省小籽粒雜糧作物多數種植在丘陵山區和晉北高寒地區,主要有谷子、糜子、高粱、蕎麥、莜麥、油菜、胡麻、苜蓿等,其共同特點是粒徑和千粒質量均較小,但形狀、流動性、摩擦特性等物理特性差異又較大。農民播種小籽粒作物基本是原始的穴播、條播,這2種播種方式弊病很多,一是播種效率低,緊種慢種也難免趕不上節令,耽誤農時。輕則影響產量,重則顆粒無收;二是種子浪費嚴重。此外,原始的播種方式還增加了間苗用工,浪費了土壤養分與水分,加大了后續間苗和定苗工作量,影響產量和品質,也制約了種植面積的進一步擴大。
經過詳細的市場調研,本項目引進一款(臺)精量式播種機,該機器主要用于胡蘿卜等小籽粒作物的播種作業,播種精度高,省種、省間苗人工,露地直播時更具備防風裝置,避免小顆粒種子直播時被風吹走,更換播種盤,可以實現多種胡蘿卜等異形種子的直接播種。引進本臺樣機,將填補山西省小籽粒精量播種機空白現狀。通過在不同地塊進行不同小籽粒作物的適應性試驗,消化吸收引進樣機的先進技術、改進設計部分參數以適應山西省丘陵山區小地塊種植的需要。
開溝器的作用是開溝、導種和覆土。精密播種機的播種精度不僅和排種器的性能、機具的前進速度有關而且和開溝器的性能有較大關系,根據對蔬菜種植溝的要求結合蔬菜播前整地狀況較好的情況,采用鈍角的靴式開溝器。
靴式開溝器是滑刀式開溝器的一種,其結構見圖1,由靴式開溝器刀、側板、連接銷、加強板和連接板組成。其工作原理是刀刃以鈍角入土開溝,經兩側板向兩側擠壓土壤形成種溝,兩側板的寬度決定了種溝的寬度,除了開溝裝置整體調整可調播深外,也可把開溝器刀換方向裝配,開溝深度可進行5 mm深差調節,見圖2。
圖1 靴式開溝器結構圖Fig.1 The structural diagram of shoe trencher
圖2 開溝器刀換方向裝配圖Fig.2 The assembly drawing of ditcher knife changing direction
如圖3所示,在開溝器的平面設計中,確定D'D//AB,AA'//CD
圖3 開溝器刀結構示意圖Fig.3 The structural diagram of ditcher knife
θ1+θ2+β'+90°=180°,即β'=90°-θ1-θ2
由圖3可知
D′D,A A'為開溝器刀兩端橫斷面的投影線,A′D'為開溝器刀與側板結合的面的投影線,AB,C D為刃口曲線的直線段,θ1,θ3為開溝器刀兩端橫斷面與開溝器刀和側板結合的面之間的夾角,θ2為開溝器刀與側板結合的面與前進方向的夾角,β′為直線C D段的滑切角。
設計θ1=θ2=θ3=35°,A B=35 mm,C D=40 mm,圓弧BC半徑為112 mm,則β′為20°,β>23°。試驗得摩擦角是23°,當滑切角大于摩擦角時才能產生滑切,則圓弧B C段是滑切工作。設計H1為12 mm,H2為18 mm。
精密播種機的播量、播深、株距這些技術指標決定出苗率、出苗整齊度,對作物產量有著直接影響,其中播深的穩定性取決于仿形機構的性能,農業機械上常用的仿形機構有單鉸鏈仿形機構、平行四連桿仿形機構、多桿雙自由度仿形機構等類型,平行四連桿仿形機構因結構簡單、仿形性能好、成本低、能使開溝器入土角不變、安裝及調整便利等特點,被廣泛應用于精密播種機上。
平行四連桿機構由前架、上桿、下桿、后桿連接架、仿形輪及工作部件組成,前架、上桿、下桿、后桿連接架相互鉸接構成平行四邊形。在工作過程中,上桿和下桿繞鉸接點轉動,前架和懸掛架相對不動,地輪在前進的同時隨地表起伏上下移動,帶動工作部件上下移動從而調整作業深度。其特點是開溝器入土角不變,作業深度相對一致。
播種機正常平穩工作時,所受的力有:重力G,牽引力P,土壤阻力R,仿形輪支反力N,四力平衡。
從圖4中可知,要使仿形輪能起到作用,必須使仿形輪支反力N大于零。因為牽引力的方向始終和拉桿平行,能使整個機構繞鉸接點A、D逆時針的力只有重力G。仿形輪的支反力N只能由重力和土壤條件決定。即工作部件在土壤表層的下陷量主要由固定的機構重力決定,適應性差,不能很好地滿足農藝要求。
圖4 平行四連桿仿形機構受力示意圖Fig.4 The stress diagram of parallel four-bar profiling mechanism
為使平行四連桿機構在繞鉸接點轉動時受到限制,可在平行四連桿機構的上桿和下桿之間添加拉力彈簧。
從圖5彈簧不同位置圖可以看出,a圖中的拉簧使機具的單組重力G變小,c圖中的拉簧使機具的單組重力G變大。b圖中的彈簧不起作用,因為彈簧拉力的方向和AB桿、CD桿平行,在平面機構中彈簧約束對機構自由度的影響是重復的,是對機構運動不起限制作用的重復約束,屬虛約束或消極約束,可除去不計。
圖5 彈簧不同位置圖Fig.5 The different positions of spring
本機采用圖a方式,加上旋轉手柄即為可調力式彈簧,見圖6。
圖6 下壓力調節裝置Fig.6 The lower pressure regulating device
(1)合理設計開溝器刃口曲線,使曲線上的滑切角>23°形成滑切;開溝器刀安裝方向變化可以進行5 mm播深調整。
(2)通過調節下壓力調節裝置中力的作用,使平行四連桿機構的仿形適應性得以提高,使播種機不僅能適應于保護性耕作的硬茬播種,而且也可以適應在旋耕后整地情況較好的土壤播種。