摘要：精密播种技术可以使谷子种子在播种时以合理的株距、行距和播深进入土壤，保证作物最大程度地吸收和利用养分，长出健壮和整齐的谷子苗。设计了一款小型谷子播种机，主要适用于丘陵山区小块田地的机械化播种作业，具有结构简单、使用方便、适应性好的特点。

　　关键词：播种机；谷子；设计

　　农业机械是发展现代农业的物质基础，是规模化普及利用农业新技术的工具与载体。目前，谷子全程机械化生产的发展存在不足，部分丘陵山区仍习惯采用传统种植方式进行作业，劳动强度较大，生产效率较低，限制了谷子产品附加值的有效提升[1,2]。山西省地势整体呈现“两山夹一川”，丘陵山地约占全省总面积的80%，不同丘陵山区谷子生产的地块条件、农艺各有不同。研发结构简单、使用方便、适应性好的小型谷物播种机对于提升丘陵山区谷物生产机械化水平，促进农户增产增收具有重要作用。

　　1.总体方案设计

　　1.1设计原则

　　结合行走装置、排种装置、镇压装置、开沟装置、覆土装置以及选定的配套拖拉机，机具能一次性完成开沟、播种、覆土、镇压的播种过程。

　　1.2基本结构

　　设计的谷子播种机由机架、行走轮、开沟器、排种器、覆土器、种箱、导种管以及镇压轮构成。机架上方放置种箱，通过种箱侧板与机架固定，排种器的轴承固定在机架上，位于种箱的下方，通过行走轮驱动提供动力。机架前梁通过螺栓固定开沟器，且前梁上的悬挂架用于与拖拉机进行连接。机架后梁固定镇压轮。覆土器通过拖环悬挂在机架中间的横梁上。整个机架再通过联轴器与行走轮进行连接。

　　1.3工作原理

　　谷子播种机与拖拉机通过播种机前梁上的悬挂架相联接，拖拉机牵引播种机前进，再通过传动装置将动力传递给排种器实现排种功能。拖拉机牵引行走轮不断旋转并向前行进，带动播种机不断向前运动。传动装置通过行走轮两端的链轮将拖拉机传递给行走轮的动力传到中间链轮，再由中间链轮通过链传动将动力传递到排种器实现排种轮转动进行排种。排种器中流出的种子首先通过导种管进入开沟器，随后落入到开沟器开好的地沟内，然后通过覆土器填满地沟，镇压轮随即通过平稳适当的压力压密种床，完成播种的一系列操作。

　　2.分系统设计

　　2.1动力源选择

　　根据我国目前的拖拉机实际情况及对谷区播种机所需功率的预计，设计采用东风200拖拉机，主要参数如下：

　　2.2传动装置的选择与设计

　　为保证播种机工作过程中行走平稳、传动可靠，一般将行走轮作为播种机的动力来源，并根据播种机排种器的位置和整体结构设置合适的传动装置和路线，使得播种机能在拖拉机的牵引下，一次性完成开沟、播种、覆土、镇压的全部播种过程[3-5]。设计的传动路线为拖拉机的牵引使行走轮朝前移动，而链条则将动力传输至中间轴，从而使得排种器的转轴受到力矩的推动，从而实现转动。综合播种性能、株距等因素，通过公式，最终选取排种器转轴之间的传动比为1：1.12。

　　式中：s—株距（cm）

　　n—型孔数（个）

　　∂—滑移率，取10%

　　D—地轮直径(cm),

　　2.3排种器的选择与设计

　　谷子播种机对排种器要求排种均匀稳定，排种量精确，排种间隔一致，排种时不因种子余量少而漏播，且不受地面条件、作业阻力、前进速度以及撞击等因素的影响[6]。设计的播种机的排种装置选择窝眼轮式排种器，该排种器结构简单但能做到较为精密的播种，可以省去间苗的步骤。通过更换不同的型孔，还可以实现播种不同作物的功能，通用性较好，适用于类球状的种子播种。

　　这种排种器的基本结构包括种箱、排种器体、窝眼轮、刮种器、护种板等。通过窝眼轮的转动，种子被送到特定的孔洞，然后被刮种机清理掉，最终经过窝眼轮的运动，被送到指定的地点，利用其种子的重力落入导种管，最后落入种沟中。为确保种植效果，窝眼轮的直径应该保持一个合理的范围，避免过小或过大。适当增大窝眼轮的直径可以提高排种器的工作性能。但如果窝眼轮的直径过大，将会导致排种器的结构变大，同时也会增加其重量。综合考虑，设计取窝眼轮直径为214mm。此次播种机设计中，每个型孔内包含3—4粒种子，根据谷子种子的尺寸（长：2.16—2.44mm；宽：1.5—1.71mm；高：1.28—1.41mm）及种子在型孔内的分布，确定型孔的直径为6mm，深度为4.5mm.窝眼轮上的型孔数为40。

　　2.4开沟器的选择与设计

　　设计选用双圆盘开沟器作为开沟装置，其特点为滚动切土，不易堵土或挂草，开沟时的工作阻力较小，适用于杂草和残茬多的田地，对开沟前的土地条件要求较低。

　　实践证明，当圆盘的直径超过350mm时，它的转动会变得不够灵活，前进阻力增加，而且工作性能也会受到影响，尤其是在不同的土壤条件下，这种情况的发生几率更高。设计圆盘直径取350mm，圆盘的厚度为2.5mm[7-9]。

　　当两个圆盘之间的夹角较小时，开出的种沟宽度会变窄，这样就会减少圆盘的前进阻力。然而，如果夹角太小，导种管就无法顺利穿过。为了增大种沟宽度，会增大圆盘夹角φ,这会导致种沟中部出现小的凸起，从而使得后续种子的覆盖深度不均，从而增加工作阻力。常用的圆盘夹角φ=9—13°30’。设计圆盘夹角为12°。

　　2.5导种管的选择与设计

　　导种管的作用主要是使排种器排出的种子沿曲线下滑，改变种子运动的方向，使种子落入种沟时较为平滑，不会跳出对应的种沟，提高排种的均匀性[10-11]。设计的导种管为塑料材质，螺旋骨架的样式。这种导种管结构简单、内壁光滑、质量轻、耐腐蚀、变形效果好（图4）。

　　谷子种子尺寸分别为：长：2.16—2.44mm；宽：1.5—1.71mm；高：1.28—1.41mm。谷子的自然休止角为27°25′—34°20′。为了提高播种机的通用性，使得播种机在更换一些排种器后即可对其他作物进行排种，选取导种管的直径为26mm，长度为225mm。

　　2.6覆土器的选择与设计

　　综合考虑播种机的整体结构，拖环式覆土器具有结构简单、覆土量稳定的优点，选定拖环式覆土器作为设计的覆土装置[12]。该覆土器的材质为铸钢，具有强度大、不易变形、成本低等优点。其结构如图5所示。

　　拖环直径D=280mm、链环长度L=15mm、两环间距离L=120mm、挂钩有效直径D=10mm、有效工作高度H=375mm。

　　2.7镇压轮的选择与设计

　　镇压轮能够压实土壤，减少土壤中的大缝隙和大土块，使土壤紧实，减少水分蒸发，使幼苗根部从土壤中吸取养分的能力提高[13]。设计的谷子播种机选用镇压程度适中的圆锥式凹型镇压轮。镇压轮的主要材质为铸铁，镇压轮轴的材质为45钢。镇压轮的结构如图6所示。

　　镇压轮能够正常工作的直径应满足以下公式:

　　式中：

　　Q—镇压轮的负荷

　　f—土壤对镇压轮的摩擦系数，取0.4

　　WT—轴套中的摩擦力矩

　　R—镇压轮半径

　　经过计算，镇压轮的半径R为200mm，宽度为120mm。

　　2.8行走轮的选择与设计

　　行走轮负责支撑播种机的重量，并负责进行作业和运输，并为排种器提供动力。在一般状况下，行走轮直径大些、轮缘宽些，其性能会更好，因为此时行走轮的表面沉陷程度较小，滚动摩擦力较低，打滑幅度较小[14]。但行走轮直径过大会造成播种机整体结构庞大、整体质量增大。设计采用行走轮材质为45钢，直径设置为500mm，宽度设定为80mm。结构如图7所示。行走轮安装在行走轮轴上，轴的两侧均连接链轮，两行走轮之间的距离为400mm。

　　2.9种箱结构参数设计

　　为了确保播种效率，种箱的容积必须适当，这样就可以避免频繁地投放种子，而且也可以保证播种的准确性。同时，为了提高整个设备的效率，种箱底板的倾斜角度也必须适当，这样就可以保证种子的顺利下落，从而提高整个设备的效率[15]。通常来说，谷子的自然休止角α在27°—34°之间，故设计时将α取为30°。另外，种箱也必须坚硬耐用，重量较轻，并且有足够的强度。设计选用的种箱结构为锥台型（顶部开口大，底部开口小），其结构如图8所示。并且种箱顶部有箱盖，防止雨水进入。

　　播种机播种完成后应至少有种箱容量的10%的余量，以防止种子箱内种子太少使得种子与型孔接触面积小，充种效果下降，增加漏播率。

　　式中：

　　L—种箱全部装满时所能播种的最远距离

　　B—工作幅宽(m)，此处取B=400mm

　　Nmax—单位面积最大播种量(kg/hm2)

　　γ—种子的单位容积质量(kg/L)。γ取0.645.

　　L最少应为往返工作一次的长度，即两倍地块的长度(m)，取L=2000m。谷子的株距为40mm，则在100m内需要播种约为2500个地穴，设每个穴内放3粒种子，每1000粒种子重约2.72克，则Nmax≈0.024kg。为增加播种机的通用性，同时使种箱与整机构造更加协调，使播种机美观大方，最终选定种箱容积为30 L。

　　3.结论

　　结合谷子生产的农艺要求，设计了一款适用于小地块作业的谷子播种机，详细介绍了设计的谷子播种机的总体构造与排种器、开沟器、导种管、覆土器、镇压轮、行走轮及种箱等部件的选择与设计思路。通过窝眼轮排种器设计，机具能够满足谷子机械化播种的精度要求，具有良好的操作性与适应性。

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