播种机械及原理

1第三章播种机械第一节概述播种是农业生产过程中六大环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂，也是最为艰巨的工作。播种机械所面对的播种方式、作物种类、品种变化繁多，这就需要播种机械有较强的适应性和能满足不同种植要求的工作性能。一、播种方法我国地域辽阔，作物生产的环境、条件、种植方式等多种多样，南北方有着明显的差异。北方表现为旱地作业，以向土壤中播入规定量的种子为主要种植手段，所用机具为播种机械，这样可充分利用土壤中的水分和温度使之出苗、生长，适时播种成为关键。而南方则表现为水田作业，种植方式主要是幼苗移栽，所用机械为栽植机械或插秧机械。但是，近几年来有些作物的种植方式发生了逆转，如玉米、棉花出现了工厂化育苗然后进行移栽，且已证明在干旱缺水地区大有取代播种机的趋势。而世代以栽植为主要种植手段的水稻、地瓜等作物，由于种植技术的革新现在出现了直播（水稻须进行种子催芽处理，地瓜须进行防腐处理），可大大简化生产过程，降低作业周期和生产成本。上述一些先进的种植手段由于技术、设备、条件、环境等因素的限制，目前尚处于小范围试用阶段，真正用于现阶段农业生产的种植方式仍然是经典的和传统的，总结起来大致有以下几种方式：一、播种方法1、条播：将种子按要求的行距、播量和播深成条的播入土壤中，然2后进行覆土镇压的方式。种子排出的形式为均匀的种子流，主要应用于谷物播种：小麦、谷子、高粱、油菜等。2、穴播：（点播）：按照要求的行距、穴距、穴粒数和播深，将种子定点投入种穴内的方式。主要应用于中耕作物播种：玉米、棉花、花生等。与条播相比，节省种子、减少出苗后的间苗管理环节，充分利用水肥条件，提高种子的出苗率和作业效率。3、精密播种：按精确的粒数、间距、行距、播深将种子播入土壤的方式。是穴播的高级形式。4、撒播：将种子按要求的播量撒布于地表的方式。一般作物播种很少使用这种方法，多用于大面积种草、植树造林的飞机撒播。二、播种机械的类型和一般构造1、类型：谷物条播机，中耕作物穴播机、精密播种机（该机在结构上与穴播机及其相似）。三种机型的辅助部件基本相同，只是其核心工作部件——排种器有较大差异。2、构成：机架、传动装置、种肥箱、排种器、排肥器、行走装置、开沟器、覆3土器、镇压器等。本章的重点讲述排种器的结构、类型、基本理论和开沟器等。第二节排种器对于任何一种播种机来说，核心就是排种器，他是决定播种机工作质量和工作性能优劣的重要因素，播种机能否满足农业技术的要求或满足程度如何，在很大程度上主要取决于排种器的工作状况。☆排种器的工艺实质是：通过排种器对种子的作用，将种子由群体化为个体、化为均匀的种子流或连续的单粒种子。☆对排种器的技术要求：1、播种量稳定；2、排种均匀；3、不损伤种子；4、通用性好且使用范围大；5、调整方便、工作可靠。目前，常规的排种器总共分为二大类：条播排种器：槽轮式、磨盘式、离心式、气力式；穴播排种器：型孔盘式、型孔轮式、气力式。在上述这些类型的排种器中，以外槽轮式排种器和水平圆盘式排种器最具有代表性，其他类型的排种器大多是在上述排种器的基础上的演进产物，我们授课的重点将放在外槽轮式排种器和水平圆盘式排种器上。4一、外槽轮式排种器1、基本构成：外槽轮、排种盒、排种舌、阻种套、排种轴等。2、工作特点：⑴通用性好；⑵播量稳定；⑶播量调节方便；⑷结构简单；⑸有脉动现象。3、工作原理：外槽轮转动时，种子逐次充满于凹槽内，随之转动，种子在排种轮槽齿的强制推动下经排种口排出（强制层）。同时处于槽轮外缘的厚度为C的一层种子利用种子之间的摩擦力和槽齿凸尖对种子的间断性冲击，以较低的速度被带出，该层种子被称为带动层。带动层以外的种子被称为静止层。所以，外槽轮排种器每转排量是强制层和带动层的迭加。设：d——外槽轮直径，d=40.4Z——外槽轮齿数，Z=8，10，12L——外槽轮有效工作长度5C——带动层厚度，小麦：0.3~0.4cmγ——种子容重，小麦：0.75~0.79g/cm3α——种子充满系数，0.6~0.8f——凹槽断面积t——槽齿间距强制层每转排量q1=fLZγα，（∵tZ=πd）=πdLγαf/t带动层每转排量q2=[π（d/2+C）2－π（d/2）2]Lγ=πγL（dC+C2）=πdLγC（注：因不存在凹槽的问题，此处可不考虑α，C2较小可忽略）☆排种轮每转排量q=q1+q2=πdLγ（C+αf/t）（克/转）从公式中不难看出，影响外槽轮排种器工作性能的因素很多，但主要是他的有效工作长度L，所以，目前所使用的谷物条播机的播种量大多是通过改变外槽轮的有效工作长度来进行调整的。需要特别注意的是，Lmin≥（1.5~2）种子长度。4、提高排种器均匀性的主要措施⑴将排种器排种舌做成斜线状；⑵将排种器由直槽改为螺旋槽；上述二种方法都采用了使同一槽内的种子下落有先后且逐次进入种沟，以减少种子在沟内纵向线性分布的脉动程度。6二、谷物条播机的播量调整实验目的：根据农业技术所要求的每亩播种量，在播种机组进地作业之前进行播种量调整。步骤：1、首先将播种机两端支起，使地轮抬离地面且能自由转动。2、种子箱内放入至少三分之一的种子，并将播量调节手柄放置某一地轮承接器输种管排种器种子箱7部位。3、均匀转动地轮30~40圈，将所对应各排种器下的承接器内的种子进行称重，分别计录为g1，g2……gn，Gs=∑gI，将该数值作为本次调整后的实际总排量。4、利用理论计算公式计算均匀转动30~40圈后，根据农业技术所要求的亩播量Q下的理论总排量Gl。设：Q——农业技术所要求的每亩播种量（斤/亩）B——总工作幅宽，B=b×n（米）n——播种行数（开沟器个数）b——行距D——地轮直径（没有地轮，用拖拉机后驱动轮传动的，此处为驱动轮直径，米）N——地轮转动试验圈数。δ——地轮滑移率，δ=0.05~0.12Gl=πDBQN（1+δ）/666.75、验证：llGGGs-×100%≤1~2%，若满足，说明该调整结果正确，可进地作业。若不满足，则需要继续调整直到满足为止。可采用比例法控制调节手柄的位置：设：Gs时的外槽轮有效工作长度为ls，则有，Gs/ls=Gl/ll。8三、圆盘式排种器圆盘式排种器主要用于中耕作物穴播和单粒精密播种，按照圆盘的旋转方向可分为：水平圆盘排种器、垂直圆盘排种器和倾斜圆盘排种器等三种类型。水平圆盘排种器：结构简单，低速工作时比较可靠（Vm=6~7km/h），但由于圆盘一般安装在地轮轴上，从下种口到种沟距离较大（投种高度H），易造成种子在沟内发生弹跳现象，致使株距合格率降低。垂直圆盘排种器:圆盘一般与地轮同轴安装，传动机构简单，投种高度低。但充种面积小，种子填充性能差，因此其转速不可过快，机组前进速度较低。HH9倾斜圆盘排种器：圆盘相对地面倾斜安装，排种口在圆盘的最低点，充种区大，投种高度低，但传动装置较为复杂。上述几种排种器在农业生产中均有应用，但水平圆盘排种器应用最广，故在本内容中重点介绍该排种器。水平圆盘排种器的排种质量好坏首先取决于种子能否准确的充入型孔，这里我们把他称之为种子的填充性能，而决定种子填充性能的因素主要有二个：⑴型孔的形状和尺寸：种子的形状和尺寸种子数量种子在型孔内的排列规律⑵圆盘的线速度Vp1、型孔的形状和尺寸——型孔的形状和尺寸主要取决于种子的形状和尺寸、每个型孔内充种数量和种子在型孔内的排列规律。⑴水平圆盘排种器的型孔形状主要有三种：槽孔、半圆孔和圆孔，其中槽孔的适应能力最好。H10⑵型孔填充数量一般须根据种子的品质、农艺要求来决定，以玉米为例，玉米种植要求每穴3±1粒，其尺寸表达如下：⑶种子在型孔内的排列规律，由于种子的充种过程是随机的，种子在型孔内的排列也是随机的，须进行大量的试验和观察，用统计学原理确定某种作物种子在型孔内的排列机率。以玉米为例，为保证每穴播种数量为3±1粒，则每个型孔内必须同时填充3±1粒。经大量的试验表明，玉米种子在型孔内的排列大致有以下几种情况：试验结果和统计规律表明，躺二站一的填充机率占75%左右，是确定LabABLABL横躺三粒竖站三粒ABLABL站二躺一躺二站一11型孔尺寸的主要依据，型孔尺寸确定如下：L≥l+aB≥bA≥2a允许的填充尺寸间隙△=0.75-1.5mm如果种子经过严格的筛选且品质又能得到充分保障的话，型孔的尺寸确定就比较准确，排种器工作质量较高。至于排种圆盘的大小、型孔的数量则根据拖拉机的前进速度、排种器的传动比、作物种植株距的要求来确定。2、水平圆盘排种器的线速度Vp的确定我们已经多次阐明了这样一个结论，为了保证播种质量，首先满足型孔填充的要求，这需要一定的填充空间和填充时间，填充空间由已经确定了的型孔来完成，填充时间则由水平圆盘的线速度来控制。种子从填充开始即为自由落体运动，Vp↑→t↓→填充性能↓，Vp↓→t↓→填充性能↑→Q↓，因此，必须首先确定水平圆盘确保种子填充的极限线速度。设：种子近似为一球形，每个型孔只填充一粒种子（多粒时可视为一粒），d——种子平均粒径L——型孔长度Vp——圆盘线速度分析时可设种子的重心为研究质点，以种子的重心与型孔左侧壁为起始位置，只要半个球体进入型孔即认为填充结束。在极限状态下，L－d／2LVpd/2d12则有：Vpt=L－d/2①d/2=gt2/2②→t=gd/代入①式得：∴Vp≤（L－d/2）dg/，Vp≤0.35m/s。实际上，排种器的转动大多是由地轮来传动的，而地轮则是由拖拉机牵引做直线运动的，所以机组的前进速度Vm决定了排种盘的线速度Vm的大小，工作时，必须对Vm加以严格的控制，Vm与Vp之间必须要有良好的配合。3、Vm与Vp的配合关系设：Vm——机组前进速度，m/sVp——圆盘线速度，m/st——穴距，mZ——圆盘上的型孔数量D——圆盘直径，m又设：一个型孔一次只充填一粒种子或多粒种子。则有：Vp=Rω=2D602nπ=πDn/60，n——圆盘转速，r/min又∵圆盘每转一周，机组应行走的距离为Zt圆盘每转一秒的周数为n/60，机组应行走的距离为Vm×1则有下列对应关系：1Ztn/60Vm×11：n/60=Zt：Vmn=60Vm/Zt代入Vp式得：13Vp=πDVm/Zt考虑到地轮大多为牵引下的被动旋转，在地面状况不太好的情况下有滑移现象，设地轮的滑移率为δ（一般情况下δ=0.05~0.12），上述公式应该为：Vp=πDVm（1+δ）/Zt5、穴播机的播量调整中耕作物的播量一般用每亩地播多少穴或多少株来表示，穴距和行距大小是衡量播种密度的重要指标。因此其播量的调整主要是指穴距和行距的调整，其中，行距的调整可通过改变开沟器的安装间距来实现，而穴距的调整一般有二种方法：⑴更换排种盘，这需要播种机配备多组与不同作物播种相适应的排种盘配件，应用时有一定的局限性；⑵改变传动比，在拖拉机行进速度和排种盘不变的情况下，改变地轮与排种盘之间的传动比i，通过增减排种盘转速的方式来满足不同穴距的种植要求。n↑→t↓，n↓→t↑，但变更传动比的前提条件是，圆盘的线速度必须在该排种器规定的极限速度以内。设：Dd——地轮直径，（m）Z——排种盘型孔数量t——穴距，（m）i——传动比，i=np/ndnp——排种盘转速nd——地轮转速如果：排种盘转一周，地轮应转1/i周，地轮行走的相应直线距14离为：πDd/i=Zt，i=πDd（1+δ）/Zt，该公式即为地轮与排种器之间的传动比与作业参数之间的关系式。四、几种典型的开沟器1、开沟器的功用：主要是在播种机工作时，开出种沟，引导种子和肥料进入种沟，并使湿土覆盖种沟。2、对开沟器的技术要求：⑴沟深一致，沟形整齐；⑵不乱土层；⑶种子在沟内分布均匀；⑷有一定的覆土功能；⑸有良好的入土功能，不缠草不堵塞；⑹结构简单、工作阻力小。3、开沟器的类型和特点：根据开沟器的入土角不同可分为锐角和钝角二种。⑴锄铲式开沟器：锐角型开沟器，工作时土壤在铲前突起，两侧土壤受挤压而分开，开沟器离开后土壤回落而覆盖种子。结构简单、入土能力强、工作阻力小，a=3~6cm，R=30~65N/个，但易粘土和缠草，干湿土混杂，高速作业时播深不稳。⑵双圆盘开沟器