李晓明 陈维刚 邹雪剑

摘 要：平贝母为密集型种植模式，现如今市场上并没有能满足种植农艺要求的平贝母播种机，只能采用人工播种形式。为解决平贝母机械化播种问题，研究设计了一种气吸式平贝母播种机，通过阐述平贝母播种机的结构形式、工作原理及关键部位的参数设计，整机以理论数据为基础，实验结论为依据，结合实际情况完成设计过程。推土铲根据不同农艺要求，可在纵向上以15 mm的间距调整三个高度等级；镇平辊根据不同农艺要求，可在纵向上以10 mm的间距调整三个高度等级；平贝母排种器的投种角度为无极可调模式，可根据不同的行进速度调整相应的投种角度，依据行进速度在0.72～1.1 m/s之间得出最佳投种角度为19°；经过多次实验测得本机充种率≥93%，重播率≤14%，因平贝母是密植型药材，所以本机性能满足平贝母播种使用要求。

关键词：平贝母播种机；气吸式排种器；充种角度；投种角度；传动比

中图分类号：S2232 文献标识码：A

Abstract： Fritillaria is an intensive planting model. There are no Fritillaria seedlings on the market that can meet the agronomic requirements. Artificial seeding can only be used. In order to solve the problem of mechanized sowing of Fritillaria velutipes， a kind of research was designed. Gas-suction type Fritillaria planter， This article describes the structural form， working principle and parameter design of the key parts of the Fritillaria planter. The whole machine is based on the theoretical data， and the experimental results are based on the actual situation to complete the design process. . Dozer blade， according to different agronomic requirements， can be adjusted in the vertical direction with 15mm pitch three height levels； flat roller， according to different agronomic requirements， can be adjusted in the longitudinal direction of 10mm pitch three height levels； flat busbar Seed device， seed input angle is infinitely adjustable mode， according to different speeds to adjust the corresponding seeding angle， this report based on the speed of the travel between 0.72 ～ 1.1m / s to find the best seeding angle of 19°； After several experiments， the filling rate of this machine was ≥93%， and the reproduction rate was ≤14%. Since Fritillaria was a close-packed medicinal material， the performance of the machine met the requirements for seed use of Fritillaria.

Key words： Flat Fritillaria seeder； air-suction metering device； filling angle； seeding angle； transmission ratio

0 引言

因为平贝母种形特殊，古往今来一直采取人工播种的方式，存在效率低、劳动强度大、人工成本高、耗时长、损伤表皮、株距不均匀等问题。经过多年的药植专业人士摸索，实现了在800～850 mm宽的单种床上的栽培技术，但因播种技术的落后，导致种植难以大面积推广。为此展开针对800～850 mm宽度种床的平贝母播种机，从根本上解决制约平贝母产业发展的瓶颈问题，填补国内在这方面的空白，为平贝母种植开辟新的道路。

1 结构形式及参数分析

1.1 整机结构形式及工作原理

本机器由机架、风机、种箱、推土铲、镇平辊、平贝母排种器、变速箱、地轮等部件组成，如图1，机架为基础部件，其余的零部件直接或间接固定在机架上。

前部的推土铲包含两部分铰接点，拉杆调整端与机架前横梁连接，定位端与镇平辊支架连接，整体以斜角形式前行，完成清平畦面，整理种床的工作；镇平辊在机架下方通過支板与机架连接，在推土板后侧，以被动回转的形式来镇平压实种床，镇平辊与推土铲配合为排种器投种提供平整的种床，避免因地势不平而出现种子落地后继续翻滚的情况，从而保证株距准确性；风机固定在上悬挂上，为平贝母排种器提供负压；地轮为平贝母排种器提供旋转动力，并且起到支撑整机的作用；变速箱针对不同株距调整相应的传动比，将从地轮输入的转速转换成不同的转速传递给平贝母排种器；平贝母排种器中的种子在负压的作用下在充种室被吸住，转到投种点投放种子，完成吸排种作业。

1.2 确定推土铲的结构尺寸

因畦宽为800～850 mm，所以需要既能平整畦面，又能防止两侧土回流，还得防止因土量过大从推土板上侧翻越到后侧，所以设计推土板的尺寸为两侧翼板夹角为130°，两侧翼板末端相距1065 mm，翼板高度为195 mm，如图2。

1.3 确定镇平辊的结构尺寸

因畦宽为800～850 mm，种床有效宽度应大于850 mm，并且具有一定越障能力，因此确定镇平辊的外形尺寸长度为915 mm，外径为200 mm，如图3。

1.4 排种器结构形式及工作原理

平贝母排种器由以下几部分组成：排种器固定架、排种辊、气腔、充种室、定位板、刻度盘。气腔两端与风机相连接，为排种器提供负压，充种室的平贝母在负压的作用下，被吸到吸种孔上，随着排种辊一起转动，当转至投种区的时候，平贝母被投放，从而完成平贝母吸排种过程。定位板与排种器内部的卸风机构在同一横向截面上，因此在外侧查看定位板的位置，就能确定卸风机构在排种器内部的位置，如图4所示。

1.5 卸风装置结构形式

采用外层包有橡塑海绵管的滚轮组合结构形式，滚轮外侧包裹的橡塑海绵管与排种辊内壁接触形成一个密闭空间，当充种孔经过橡塑海绵管时，橡塑海绵管将充种孔覆盖住，使充种孔的负压瞬间消失，种子脱离排种辊，从而完成投种，如图5所示。

1.6 确定排种辊外形尺寸及吸种孔排布

播种过程中既要降低排种辊对种子表面的机械损伤，又要能实现高速播种作业，还得保证充种率。针对以上几点要求进行排种辊结构设计，如图6所示。

（1）排种辊外形尺寸。

因要在畦宽为800～850 mm的种床上实现播种，所以选定排种辊长度为840 mm；为降低排种辊旋转的线速度，并考虑安装空间和耗风量的限制，所以选定排种辊外径为300 mm，壁厚为2 mm。

（2）孔数。

要在种床上完成行距为40 mm（共20行）的播种作业，且需要满足株距调节范围，因此周向分布30排孔，轴向分布20排孔，相邻轴向两排孔位置周向交错排列，轴向孔距为40 mm排布。

（3）孔径。

平贝母种子大小不一，本机器围绕直径D在8～10 mm的种子进行设计，吸种孔直径d参考经验公式d=（0.6～0.7）D，因此确定吸种孔直径为5 mm。

1.7 确定气力系统主通道结构形式

气力系统主通道（在平贝母排种器芯部）结构，考虑负压区分布均匀性、气力输送与控制等因素经过试验确定，采用均布长槽孔的空心管作为主通道，既起通风作用又起支承作用。因此确定气腔外形尺寸为外径95 mm，壁厚8 mm，长度1250 mm，如图7。

2 关键部件设计与参数分析

2.1 平贝母排种器充种角度

如图8所示，充种过程中种子是在负压的作用下被吸在排种辊表面的，并且随排种辊一起转动，在充种区域的受力分析如下。F1为排种辊提供给平贝母的摩擦力，F2为平贝母自身的重力，F3为平贝母所受的离心力，F为排种辊吸力，α为充种角。

从公式③可以看出，平贝母种子能否被吸附在排种辊上，与种子物料特性、排种辊转速、充种角度、负压相关。结合大量的实验数据得出，负压值在4.5～5 kPa，充种角度在27°时，充种效果最好。

2.2 平贝母排种器投种角度

平贝母被吸在排种辊上，随着一起转动，当转到投种区时，由于外层包有橡塑海绵管的滚轮堵住了吸种孔，瞬间使得吸种孔内外压力一致，失去了吸附力的平贝母脱离排种辊，下落的平贝母在惯性作用下，一方面保持所在吸种孔处的线速度，另一方面在自身重力的作用下做自由落体运动。

由上面公式可以看出，投种角度需要根据平贝母播种机的前进速度、排种辊转速以及排种辊直径来确定。平贝母播种机的前进速度在0.72～1.1 m/s之间，排种辊直径为0.3 m，在理想的零速投种状态下，算得投种区域为15°～39°之间，结合大量的实验数据得出，投种角度在19°时，投种效果最好。

2.3 传动比

根据平贝母的播种农艺要求，前后株距S分别为2 cm、3 cm、4 cm，地轮直径D1为60 cm，排种辊外径D2为30 cm，整机采用链传动，其中地轮选用14齿、21齿链轮配比，平贝母排种器上的链板在空间准许情况下尽量增多齿数，经过多次验证选用50齿，中间经过两次变速。因此，在设定地轮旋转一周的情况下求得传动比等式为：

I=（14/21）·i1·i2·i3·（π· D1）/30S

整机的传动比经理论数据与试验所得如图10所示，

一级传动为14、21齿，二级传动为三链板塔轮（19、21、26齿）与两链板塔轮（14、26齿），三级传动为两链板塔轮（14、26齿）与50齿。

3 结论

根据平贝母的种植农艺要求，结合理论与实验数据，设计了本款平贝母播种机，本机具有平整畦面、镇压种床、气吸式排种器播种等功能，其各主要机构都为可调模式，以适应不同的农艺要求。

（1）推土铲，根据不同农艺要求，可在纵向上以15 mm的间距调整三个高度等级。

（2）镇平辊，根据不同农艺要求，可在纵向上以10 mm的间距调整三个高度等级。

（3）平贝母排种器，投种角度为无极可调模式，可根据不同的行进速度调整相应的投种角度，本报告依据行进速度在0.72～1.1 m/s之间得出最佳投种角度为19°。

（4）经过多次实验测得：本机充种率≥93%，重播率≤14%，因平贝母是密植型药材，所以本机性能满足平贝母播种使用要求。

参考文献：

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[4] 刘剑峰.气吸滚筒式烟草包衣种子排种器设计与研究[D].长沙：湖南农业大学，2012.