0 引言

    隨著計算機技術的飛速發展，虛擬設計、仿真設計和并行設計等現代設計方法悄然興起。現代設計方法可以改變基于生產經驗的傳統設計方法的產品研制周期長和成本高等缺點，目前在農業機械新產品的研發與生產過程中得到廣泛應用。

    排種器是精密免耕播種機的核心部件之一。氣吸式精密排種裝置具有不傷種子、對種子尺寸要求不嚴、通用性好和適應高速作業等優點，目前在精密播種機上得到廣泛采用。工作過程中，排種盤轉速與作業速度的匹配關系對排種性能的影響較大。本文設計采用SolidWorks參數化造型軟件對排種器結構及排種過程進行建模和運動仿真，提高了設計效率，從而為氣吸式排種器的參數化設計和優化設計提供了理論依據。

1 排種器的總體結構及工作原理

    氣吸式排種器主要由排種器殼體、剔種裝置、排種盤、攪種輪、排種器蓋和播量調節機構等零部件組成，其結構如圖1所示。

圖1 氣吸式排種器三維結構圖

    排種器在工作時，種箱內的種子流人排種器儲種室，排種盤將吸種室和充種室隔開，儲種室與充種室相接，吸種室通過軟管與風機相連。當風機工作時，使吸種室內形成一定真空度，因而使排種盤兩側產生壓力差，在壓力差的作用下，排種盤上的窩眼孔處產生吸附力，將充種室中的種子吸住；當吸人一粒種子時，種子會將窩眼內的吸種孔堵死，保證只有一粒種子進入窩孔；當種子隨排種盤轉動到刮種裝置部位時，刮種裝置會將窩孔處多余種子清除掉，只保留一粒種子以保證不出現重播。種子繼續隨排種盤旋轉至導種管上方的播種無吸力區域后，由于種子失去了風壓對其的吸附力，便依靠自身重力及離心力的作用，落入導種管進入種溝完成播種過程。

2 排種盤的設計

    排種盤是排種器的關鍵零件，其結構設計優劣直接影響排種器的性能。本排種盤采用雙排窩孔形式布置，其結構如圖2所示。

圖2 吸種盤結構圖

    窩孔形式及孔徑的大小對所需的吸種室真空度影響很大。真空度小，漏播率偏大；真空度較大，則重播率增大。因此，窩孔形式及孔徑大小直接影響著排種器對種子的吸附能力。適當形狀的型孔有助于提高排種器的囊種。該排種器采用的是窩孔式型孔，能夠很大程度上提高種子的囊種率，窩孔直徑為5mm。

    窩孔的數量與播種速度、頻率及粒距有關，窩孔的數量應在不影響排種器吸種、清種和排種的情況下盡量多些，以便提高播種速度。在播種機速度一定的情況下，隨著窩孔數的增多，排種盤的轉速則應相應降低，以保證有足夠的充種時間，提高排種性能。然而，隨著窩孔數量的增多，相鄰兩窩孔之間的距離會變小。當窩孔數量逐漸增加到一定數值時，兩窩孔間就會出現吸種相互干擾現象，使得種子在排種器上的排列出現混亂，導致排種性能逐漸降低。考慮以上因素，本文設計采用90孔，其內外圈各45孔。

3 排種器的裝配過程仿真

    3．1 零件建模

    零件建模是三維設計的基礎，用SolidWorks軟件可以快捷、準確地建立零件模型。排種器每一個組成零件通過拉伸、旋轉、掃掠和抽殼等方法生成零件實體，并建立合適的約束條件和特征間父子關系，可通過模型樹了解零件的設計過程，靈活地進行修改。

    3．2零件裝配

    裝配體采用自下向上設計，先確定排種器外殼作為固定件，其他零件在固定件的基礎上按照裝配關系依次導入進行裝配。各個零件之間加上所需的同軸、兩平面平行以及兩平面重合等約束關系，最終得到排種器裝配圖。其模擬裝配過程如圖3所示。

圖3 SolidWorks模擬裝配過程 #p#分頁標題#e#
3．3干涉檢驗

    通過對裝配體進行干涉檢查、碰撞檢查和動態間隙檢測，可發現干涉并知道干涉區域，結果如圖4所示。圖4中，圓圈區域即為干涉區域，此時應對模型進行修改，直到獲得滿意的結果。

圖4 干涉檢測

    在Solidworks環境下，對排種器進行動態的模擬裝配過程，經優化設計出的三維裝配圖如圖5所示。

圖5 排種器三維裝配圖

4 排種器的運動仿真

    影響氣吸式排種器排種性能的因素較多，如窩孔的孔徑、窩孔數量、排種盤的轉速、作業速度和真空室壓力值等。其中，排種盤轉速和作業速度的關系對氣吸式排種器排種性能的提高具有重要意義，而作業速度又是評價排種器的重要指標。

    排種盤轉速的確定應是在保證國標株距合格指數的前提下機車具有最高的工作速度。排種盤轉速越高，種子在轉動的過程中產生的離心力越大，吸種室所需的真空度也就越大。為防止出現漏吸，需適當提高風機的轉速，而風機轉速受生產條件限制。隨著排種盤轉速的提高，吸種孔與種子的接觸時間會大大縮短，會產生來不及吸種或吸種不充分等問題，導致種子脫落，造成空穴、漏播率提高以及株距合格率下降，這也需要適當提高真空度。因此，為保證氣吸式排種器的充種時間及排種質量，排種盤的轉速要合理。

    在實際生產中，排種的動力由地輪經過傳動機構到達排種器。地輪與排種器之間有著固定的傳動比，而地輪的轉速與作業速度(地面與播種機的相對速度)相關，因此在仿真模型中定義地面與地輪之間為齒輪齒條傳動，用以簡化模型，并提高實驗數據的準確性。

    由試驗測得，在吸種室真空壓力為0．004MPa的條件下，轉速接近0．97r／s時，排種性能穩定性最好，如圖6所示。此時有較充分的充種時間，重播率及漏播率均較小。因此，以播種大豆種子為例，將排種器的轉速定為0．97r／s進行排種狀態的運動仿真，如6圖所示。

圖6 排種盤轉速為0．97r／s時排種器的運動仿真

    模擬仿真中將播種大豆的理論株距定為5．5cm，在保證株距及播種均勻性等前提下，得出仿真模型的機車作業速度為8．529km／h，如圖7所示。

圖7 仿真模型中大豆的株距5．5cm

5 結論

    1)利用SolidWorks對排種器進行三維實體裝配和設計，并進行干涉檢驗，在設計階段發現問題，提高了設計質量和效率，縮短了研制周期。

    2)在一定的排種性能指標條件下，排種器的轉速與作業速度有一個最佳匹配值，排種器的轉速與機車作業速度分別為0．97r／s和8．529km／h。

    3)對氣吸式排種器進行運動仿真，得出相關的技術參數，為氣吸式排種器的理論研究和生產實踐提供了參考依據。