被动滚筒式免耕播种成穴机构设计与试验

针对传统免耕播种机在作业时需对秸秆及残茬进行剪切或移除,从而存在对切割部件性能要求高、功耗大、扬尘以及秸秆缠绕堵塞等问题,研究一种滚筒穴式免耕播种成穴机构,实现在不对地表覆盖物进行任何专门处理的情况下穿透成穴。核心机构由鸭嘴滚轮排种装置和由其鸭嘴驱动的被动式滚筒组成,二者处于内相切关系。转动的滚筒将秸秆碾压成一薄层,鸭嘴从滚筒内伸出并穿透这一秸秆薄层后进行成穴并投放种子。基于运动学分析,建立鸭嘴驱动角φ、鸭嘴助力角α、鸭嘴滚轮排种装置的角速度ω0、滚筒角速度ω1之间的数学模型。对于100 mm整数倍株距的播种情况,运用Matlab(Matrix laboratory)图像处理模块对方程进行分析,以结构及工作要求为约束条件,以滚筒转速波动平缓为主要衡量指标,结构紧凑为辅助衡量指标,优化得出鸭嘴滚轮排种装置半径为200 mm,滚筒半径为400 mm,鸭嘴助力角α为23°,初始驱动角φ为31°,进一步的几何分析计算得出滚筒上设置的驱动孔个数为23个,尺寸为84 mm×32 mm。运用CATIA进行数字样机运动仿真,分析滚筒在鸭嘴驱动下实际情况和角速度的变化规律,验证了理论分析。样机试验表明被动滚筒式免耕播种成穴机构满足设计要求,工作过程简单可靠,为免耕播种提供了一种有效的技术手段。