气力播种以其精准、精量的优势成为当今农业精密播种的首选机型。本文阐述了一种气力式播种机风机液压驱动装置的机构、原理及验证情况。该装置可以保证驱动播种风机的液压马达转速稳定,并方便与拖拉机配套,具有结构简单紧凑、占用空间小、调节方便、工作可靠的特点。解决了我国中型拖拉机单液压系统使用的缺陷,并通过液压控制元件保持液压系统油量和油压的稳定,从而使风机运转平稳,不受拖拉机行进、转弯、机具提升等操作的限制,避免了漏播、缺苗的现象,最终实现高质量播种作业。
一、液压驱动结构设计
液压驱动装置主要由油泵、液压马达、液压油箱及液压管路、控制元件组成(图1)。油泵5与拖拉机后输出直联,固定有液压控制元件的油箱8、与风机13直联的液压马达14以及各部件之间连接的油管。油泵5由拖拉机1的动力输出轴2驱动,动力轴座3通过螺纹联接固定在动力输出轴2的兰盘上,动力轴座3内孔带有键槽,油泵5通过螺纹联接固定在油泵固定支架4上,油泵固定支架4通过螺纹联接固定在拖拉机动力输出轴2处;油泵5与动力轴座3通过键联接传递动力;液压马达14固定在风机13的外壳上,风机13的外壳固定在播种机上,液压马达14的轴与风机13的风扇孔由键联接;播种机上固定有油箱8,液压系统的溢流阀9、流量阀10等液压元件固定在油箱上的阀块15上;油箱8的出油口与油泵5的进油口通过油管6联通,油泵5的出油口与阀块15的进油口通过油管7联通,阀块15的出油口与马达14的进油口通过油管12联通,马达14的出油口与油箱8通过油管11联通,马达14的进出油口管路11和12上联接有单向阀16。 油箱进、出口均设有滤清器,维持油路中液压油的清洁。
工作时,拖拉机1的动力输出轴2驱动油泵5工作,油泵5将油箱8中的液压油通过流量阀10压入液压马达14,液压马达14在压力油的驱动下带动风机13工作。流量阀10可以根据拖拉机1动力输出轴2转速的高低自动调整液压马达14的供油量,溢流阀9控制整个系统的油压,维持恒定,最终使风机13运转稳定。在作业结束切断拖拉机1动力输出轴2的动力后,油泵5停止供油,这时单向阀16打开,将液压马达14流出的油再次导入液压马达,维持风机13在惯性力作用下的转动,保护风机13及整个液压系统不受损坏。
1.拖拉机;2.动力输出轴;3.动力轴座;4.油泵固定支架;5.油泵;6.油泵进油管;7.油泵出油管;8.油箱;9.溢流阀;10.流量阀;11.液压马达出油管;12.液压马达进油管;13.风机;14.液压马达;15.阀块;16.单向阀。
表1风机风压测试
序号 | 发动机转速/rpm | 流量阀 | 风机转速/rpm | 风机口正压/Pa |
1 | 800 | 5.5 | 2250 | 1400 |
2 | 8.0 | 2460 | 1500 | |
3 | 9.5 | 2470 | 1550 | |
4 | 9.0 | 2470 | 1550 | |
5 | 8.5 | 2468 | 1550 | |
6 | 8.0 | 2460 | 1550 | |
7 | 8.0 | 2620 | 1750 | |
8 | 900 | 8.5 | 2616 | 1750 |
9 | 9.0 | 2615 | 1750 | |
10 | 9.5 | 2613 | 1750 | |
11 | 8.0 | 2604 | 1700 | |
12 | 6.0 | 2535 | 1600 | |
13 | 6.5 | 2650 | 1650 | |
14 | 7.0 | 2580 | 1650 | |
15 | 7.5 | 2577 | 1650 | |
16 | 8.0 | 2575 | 1700 | |
17 | 9.0 | 2575 | 1700 | |
18 | 9.0 | 2695 | 1800 | |
19 | 1000 | 9.5 | 2695 | 1800 |
20 | 9.0 | 2695 | 1750 | |
21 | 8.5 | 2690 | 1700 | |
22 | 8.0 | 2686 | 1700 | |
23 | 7.5 | 2683 | 1650 | |
24 | 7.0 | 2678 | 1650 | |
25 | 6.5 | 2674 | 1650 | |
26 | 6.0 | 2627 | 1550 | |
27 | 5.5 | 2432 | 1400 | |
28 | 5.0 | 2113 | 1150 | |
29 | 5.0 | 1993 | 1000 | |
30 | 1100 | 6.0 | 1891 | 1000 |
31 | 7.0 | 2406 | 1400 | |
32 | 7.5 | 2434 | 1420 | |
33 | 8.0 | 2452 | 1500 | |
34 | 8.5 | 2458 | 1520 | |
35 | 9.0 | 2470 | 1550 | |
36 | 9.5 | 2475 | 1550 | |
37 | 9.5 | 2495 | 1600 | |
38 | 1200 | 9.0 | 2488 | 1580 |
39 | 8.5 | 2496 | 1580 | |
40 | 8.0 | 2497 | 1580 | |
41 | 7.5 | 2502 | 1580 | |
42 | 7.0 | 2500 | 1580 | |
43 | 6.0 | 2480 | 1550 | |
44 | 5.5 | 2345 | 1400 | |
45 | 5.0 | 2137 | 1150 | |
46 | 4.5 | 1840↓ | 1000↓ |
二、性能试验
选用河北农哈哈集团生产的2BFMY-8气压式免耕施肥精播机进行试验,配套拖拉机是雷沃1254,风机选用GHD3.0风机,液压件选择CBT-E532齿轮泵、DB10/315溢流阀、2FRM-6流量阀、GM5-6液压马达、S8A12单向阀、WU100-100过滤器。
1.液压驱动风机性能静态测试 拖拉机动力后输出轴转速选择1000rpm挡位,为便于观察和调整后输出转速,这里将后输出轴的实际转速变化转嫁为发动机转速的变化(800rpm~1200rpm),调节流量阀,测出风机的转速和风压值(详见表1)。
通过测试,发动机在不同的转速时风机转速均可以调节至需要的值,使风压稳定在1.4KPa~1.8KPa,满足排种器正常排种的风压要求。即使在拖拉机中途暂停或地头转弯的待速情况下,也能够保证种子吸附在排种盘上不会脱落。
2.大田试验 为了进一步验证该系统的使用性和可靠性,我们在天津大成满仓合作社进行了大田播种试验。拖拉机为东方红1204,动力后输出轴转速720rpm,播种机仍为河北农哈哈集团生产的2BFMY-8气压式免耕施肥精播机,种子用郑单958玉米种子(实测百粒重35.1g,含水率12.6%),作业速度定为8km/h,作业面积265亩,随机抽取5垄,按照GB/T6973-2005《单粒(精密)播种机试验方法》进行统计计算排种性能(详见表2)。
表2 播种机作业质量测试
| 合格率 / % | 重播率 / % | 漏播率 / % |
垄1 | 96.1 | 2.4 | 1.5 |
垄2 | 95.5 | 2.8 | 1.7 |
垄3 | 95.2 | 3.1 | 1.7 |
垄4 | 97.0 | 1.8 | 1.2 |
垄5 | 96.8 | 3.0 | 0.2 |
均值 | 96.12 | 2.62 | 1.26 |
通过测试,配置该系统装置的播种机在大田作业情况下,播种质量符合到国标的要求,且优于普通的玉米播种机。
总结上述实验,得出以下结论:该风机液压驱动装置性能可靠,风机转速平稳,风压恒定,有效的保证了排种器排种的稳定;配置该系统装置的气压式玉米免耕施肥精播机性能可靠,作业质量好,效率高。为进一步推广此项技术,建议可多在其他气力式播种机(气吸式播种机、气吹式播种机)配置并验证试用。