大蒜播種機中振動篩和排種器的整合設(shè)計 引言 大蒜在我國非常普遍，目前其種植方面存在諸多問題，使得以大蒜種植為生的農(nóng)民很辛苦。農(nóng)民通過手工方式開溝、插蒜、覆土，效率非常低，如金鄉(xiāng)的大蒜馳名中外，但數(shù)千公頃的大蒜都是通過人工種植，勞動強度可想而知1.農(nóng)民迫切需要一種可以代替手工的機電一體化產(chǎn)品來解決"種蒜難"這一歷史性難題。設(shè)計大蒜種植機首先要解決的問題就是大蒜的直立篩選，突破不規(guī)則農(nóng)作物種植的瓶頸。振動篩和排種器都是比較成熟的設(shè)備，如果將兩部分有機結(jié)合，再針對大蒜的不規(guī)則外形進行改進，將縮短研發(fā)時間，提高研發(fā)效率，取得事半功倍的效果。1 振動篩的選擇1. 1 振動篩原理振動篩在工廠中非常普遍，種類也多種多樣，主要用于工廠中標(biāo)準(zhǔn)件的篩選，而針對非標(biāo)準(zhǔn)件的振動篩非常罕見。對于蒜瓣這種有別于標(biāo)準(zhǔn)件甚至形狀極不規(guī)則的個體，振動篩的設(shè)計是難點之一。圖 1 圖 6 所示為振動篩的幾種篩選方式，均是利用零件的形狀特性來進行篩選； 零件特征較為明顯。圖 1 所示的圓臺性零件大端和小端的差異較大，利用圖中設(shè)置的缺口便可將符合條件的零件篩選出來； 在旋渦盆軌道設(shè) V 型缺口，大面朝下時，在 V 形缺口架橋而通過，臥倒或倒立的工件不能架橋，繼而落下、排除。設(shè)缺口的半角為 θ、軌道寬度為 D、圓錐上部為 d、sinθ受到振動篩不同外形及工作原理的啟發(fā)，大蒜在外型上更接近保齡球式零件振動篩所對應(yīng)的物件。因此，在振動軌道上設(shè)置蒜型的篩孔，將不符合要求的蒜瓣通過篩孔漏下去重新篩選，便得到了如圖 7 所示的篩選機構(gòu)。通過試驗研究，將陣列的軌道設(shè)置成寬度小于大蒜平均高度且大于大蒜平均寬度的尺寸，大蒜在振動過程中僅能呈現(xiàn)芽部向前或根部向前兩種狀態(tài)，其他狀態(tài)的大蒜會由于重心外伸發(fā)生傾倒而落入振動篩底端重新篩選。當(dāng)大蒜芽部向前時，半身到達篩孔，大蒜芽部較尖，首先接觸到的空間恰巧為大蒜根部所在的空間大??； 所以當(dāng)芽部向下傾斜時，有了引導(dǎo)作用，蒜身進入篩孔，落入盆內(nèi)，進入下一篩選環(huán)節(jié)。當(dāng)大蒜根部向前時，由于根部較膨大，進入篩孔位置時，會形成支撐，從而不易落入； 行程越長，落孔收縮程度越高，架橋空間越小，越不易落入篩孔，繼而順利通過。通過此裝置，可以高效將大蒜的方向進行精密篩選，裝置簡單高效、操作方便； 不足之處在于需要將大蒜事先進行初步篩選，大蒜必須在特定的形狀尺寸范圍內(nèi)才可進行篩選。將大蒜分為 3 級，不同級的大蒜可采用不同規(guī)格的振動篩。2 排種器的選擇2. 1 現(xiàn)有排種器原理排種器在農(nóng)機界也是非常普遍的栽植工具，主要針對體積較小且形狀規(guī)則的諸如玉米、大豆這類在種植過程中對種子朝向沒有特定要求的農(nóng)作物。排種器的種類多種多樣： 一是舀出式排種器（ 見圖 8） ,該排種器將種輪深入種箱中進行舀取，由于重力作用，被舀出的種子會貼在種輪的凹槽中隨滾輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到極限位置時，種子會隨種輪拋射出去。二是窩眼式排種器（ 見圖 9） ,該排種器與舀出式排種器類似，只是舀出式排種器的種箱位于種輪的一側(cè)，而窩眼式排種器的種箱將種輪包裹，但不足是種子轉(zhuǎn)到種箱和種輪的接口處容易受到剪切而破壞1,4.三是氣吸式排種器（ 見圖 10） ,該排種器是在種箱的一側(cè)設(shè)置負壓區(qū)，通過壓差來控制種子進入吸孔中，在種盤的下方壓差解除從而種子被釋放。這種裝置設(shè)計非常巧妙，對于玉米、大豆這類體積小、形狀規(guī)則的種子來說非常實用，對于蒜瓣篩選很難在其基礎(chǔ)上進行突破性的改進。2. 2 大蒜排種器設(shè)計綜合上述幾類排種器，很難從中選出可以針對大蒜這類形狀不規(guī)則的種子進行改進的方案。由于大豆、玉米、花生等農(nóng)作物種子在播種過程中沒有方向要求，投種到土壤中方向完全是隨機的，并且此類種子的形狀多為球粒狀，在排種器槽點的設(shè)置過程中不需要考慮棱角的影響，因此設(shè)計起來較為容易。大蒜的形狀極不規(guī)則，且要求大蒜在種植的過程中根部向下、芽部向上，所以排種器的優(yōu)化設(shè)計還是要尋找適用性更強的、可以和振動篩改進方案相銜接的方案。經(jīng)過深入探究，最終摒棄了在排種器內(nèi)部取種的方式，以避免不適應(yīng)大蒜形狀不規(guī)則特性導(dǎo)致的卡機現(xiàn)象。直接在滾輪半徑方向均勻分布鴨嘴型口（ 見圖11） ,通過振動篩將大蒜傳送到鴨嘴型口處，滾輪帶動鴨嘴型口旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)載有大蒜的鴨嘴口旋轉(zhuǎn)至豎直向下位置插入土壤中時，鴨嘴口張開，將內(nèi)部大蒜投入； 隨著滾輪的向前滾動，鴨嘴口收起，大蒜直立種植過程結(jié)束。鴨嘴型口的開關(guān)連接中軸位置推桿，可以在需要鴨嘴型口張開的位置設(shè)置凸起從而撥動鴨嘴型口的活動端，達到接種的目的。在最底端，也同樣有相同的凸起配合。3 大蒜播種機設(shè)計圖 12 為改進后的大蒜篩選和栽植裝置。將上述兩種改進后的裝置進行組合和優(yōu)化，將垂直接種轉(zhuǎn)化為水平接種，將振動篩在滑軌方向上開"芽前根后"形狀篩孔。工作時，將大蒜倒入振動篩，通過振動篩選機構(gòu)，"根前芽后"大蒜架橋通過，在振動篩尾端由排種器承接； 承接口張開，大蒜進入，鴨嘴型口閉合，此時振動篩尾端設(shè)置有卡口，保證一個接種環(huán)節(jié)僅有單粒蒜瓣通過； 排種器旋轉(zhuǎn)到下一承接口，重復(fù)上述動作； 待大蒜旋轉(zhuǎn)至排種器底端，插入土壤，鴨嘴型口由于推桿凸起杠桿原理張開，將大蒜釋放； 當(dāng)鴨嘴型口離開土壤，由于其形狀前尖后鈍，使得離開土壤后，土壤自行收斂，將大蒜包埋； 同時，與覆土鎮(zhèn)壓機構(gòu)配合使用。圖 13 是將振動篩與排種器以及市面上成熟的播種機進行有機組裝的播種機。其采用可調(diào)輸種管，使得輸種管能夠根據(jù)播種的農(nóng)作物不同而設(shè)置不同管徑。此裝置既可播種非固定取向要求農(nóng)作物，諸如大豆、玉米、馬鈴薯等農(nóng)作物，又可定向播種大蒜這類有固定取向要求的農(nóng)作物。當(dāng)播種非定向農(nóng)作物時，通過種箱與輸種管配合，輸種管嵌在開溝器之中，在拖拉機的牽引下，先開溝后投種，再通過覆土器進行覆土； 當(dāng)播種大蒜時，在振動篩中倒入大蒜，通過振動篩與排種器以及覆土器的配合，完成大蒜的直立種植。4 結(jié)論大蒜種植機械一直是國內(nèi)外農(nóng)機界較為重視的研究方向，但是大蒜如何實現(xiàn)在栽植過程中的直立一直沒有成熟的解決方案。本文通過對市場上常見的兩種機械設(shè)備和農(nóng)機配件進行有機結(jié)合，針對大蒜的特點進行改良和創(chuàng)新，從而設(shè)計出大蒜篩選和栽植裝置樣機，為大蒜種植機的研發(fā)及新產(chǎn)品的開發(fā)提供了一種較為高效的創(chuàng)新思路。本研究從成熟的、現(xiàn)有的農(nóng)機產(chǎn)品出發(fā)，結(jié)合所要設(shè)計的對象特點，進行改進和創(chuàng)造，不僅能夠大大縮短設(shè)計人員的研發(fā)時間，而且能夠提高方案的可行性； 在已研發(fā)的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行二次創(chuàng)造，將成為設(shè)計農(nóng)機產(chǎn)品的一條重要思路，具有一定的參考價值。田間試驗表明： 大蒜能夠保證較高的直立率，并且能夠通過鴨嘴型口進行插播和斂土，達到直立栽植的目的，但是該裝置很難調(diào)整大蒜的行距。一旦排種器設(shè)計完成，就對應(yīng)固定的行距，此問題需要在后續(xù)的設(shè)計中進行調(diào)整和改進。參考文獻：1 金磊。 大蒜種植機械設(shè)計D. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.2 崔紅梅，陳福德，杜文亮。 可調(diào)窩眼式玉米精密排種器排種性能試驗研究J. 農(nóng)機化研究，2014,36（ 4） : 137 -141.3 李善軍，廖慶喜，張衍林，等。 油菜播種機斜窩眼偏心輪式排種器結(jié)構(gòu)設(shè)計J. 農(nóng)機化研究，2008（ 8） : 72 -74.4 何東健，李增武。 組合吸孔氣吸式排種器研究J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1995（ 4） : 57 -61.5 胡永文。 氣吸式排種裝置在振動條件下的排種性能研究D. 呼和浩特： 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.6 袁月明，馬旭，梁旭，等。 氣吸式水稻芽種直播排種器性能的試驗研究J. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004（ 6） : 690 -693.