摘要：隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快，氣吸式播種機(jī)受到了普遍的關(guān)注。為此，針對氣吸式播種機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，證明了該系統(tǒng)的可靠性與先進(jìn)性。

    糧食安全是我國國策中的重中之重。十八大工作報(bào)告中指出，“加快發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力。確保國家糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給。”這一切都要求我們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用新機(jī)具、新技術(shù)。2011年我省糧食生產(chǎn)5570萬t，位居全國第一，如何確保今后糧食產(chǎn)量穩(wěn)步增加，是我們面臨的最大問題。2011年我省玉米種植面積590.4萬h擴(kuò)，大豆346.2萬h擴(kuò)，占全部播種面積的68.07%，而在玉米和大豆種植上采用大型精量播種機(jī)可以大幅提高生產(chǎn)率，減少種子用量。

    現(xiàn)在市場上大型精量播種機(jī)以氣吸式播種機(jī)為主。而氣吸播種機(jī)在停車和調(diào)頭時拖拉機(jī)后輸出就會停止，這時排種器內(nèi)的種子脫落，再次進(jìn)行播種時有斷種現(xiàn)象。而國外的氣吸式精量播種機(jī)大多以液壓馬達(dá)驅(qū)動。早在三四十年前國外就已開始研制了多種形式的風(fēng)機(jī)液壓驅(qū)動裝置。目前，美國、德國、日本、法國已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，從其技術(shù)發(fā)展方向看，一種是直接利用拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)與驅(qū)動液壓元件有機(jī)結(jié)合，使其達(dá)到驅(qū)動播種機(jī)風(fēng)機(jī)的目地，另一種是利用拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)，增加一套液壓散熱輔助系統(tǒng)，驅(qū)動播種機(jī)風(fēng)機(jī)。但后者造價(jià)昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜。而前者造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡單。

    國內(nèi)氣吸播種機(jī)的風(fēng)機(jī)傳動一直是由拖拉機(jī)后動力輸出軸驅(qū)動。而由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動的還沒有見到。采用液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)的氣吸播種機(jī)作業(yè)質(zhì)量好，效率高，不會產(chǎn)生缺苗斷條的現(xiàn)象。減少了能源消耗，降低作業(yè)成本；可以充分利用拖拉機(jī)功率，提高勞動生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)。因此，已成為國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展方向和必然趨勢。

1效益及必要性
    從我省自然、經(jīng)濟(jì)情況和農(nóng)機(jī)產(chǎn)品發(fā)展趨勢分析看，氣吸播種機(jī)市場前景廣闊：一是該機(jī)適應(yīng)在我國北方旱地大豆和玉米地區(qū)推廣應(yīng)用，市場范圍廣；二是勞動力漲價(jià)，農(nóng)民工進(jìn)城務(wù)工增多，造成農(nóng)村勞動力減少，農(nóng)工工資上漲，增加了作業(yè)成本；三是燃油價(jià)格上漲，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)薄弱，急需推廣即節(jié)省勞動力又節(jié)省作業(yè)費(fèi)用的新機(jī)具，新技術(shù)；四是當(dāng)前農(nóng)村生產(chǎn)規(guī)模小，地塊小，多增加勞動力就意味著效益的降低，而采用液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)的氣吸播種機(jī)播種效率高，作業(yè)成本低，保苗率高，可以解決這一矛盾，利于推廣。據(jù)調(diào)查，僅黑龍江省適宜推廣面積7000多萬畝。按每臺耕作3000畝計(jì)算，總需求量2萬臺，如果在我國北方旱田地區(qū)全面推廣，市場將更為可觀。

    與普通的氣吸式播種機(jī)相比液壓馬達(dá)驅(qū)動的氣吸式播種機(jī)一次進(jìn)地播種保全苗，可以大幅度降低生產(chǎn)費(fèi)用，減少播種后二次進(jìn)地補(bǔ)種的用工，并可提高勞動生產(chǎn)率。節(jié)約用工量20％以上，增產(chǎn)5%；按全省每年需求2千臺計(jì)算，年創(chuàng)產(chǎn)值2000萬元，獲利稅400萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

2研究方法、技術(shù)路線
    吸取國內(nèi)外同類設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，綜合近幾年我院已推廣的各種播種作業(yè)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)與播種機(jī)風(fēng)機(jī)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最佳的作業(yè)工藝方案，在總體設(shè)計(jì)上重點(diǎn)解決好拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)與現(xiàn)有馬達(dá)和各種液壓部件之間的合理設(shè)計(jì)，提高其傳動效率；在液壓元件選配方面，盡量采用國內(nèi)已有可靠液壓元件，同時也采用進(jìn)口的液壓元件，重點(diǎn)解決好液壓傳動部件的可靠性技術(shù)難題，在研究方法上實(shí)行研制和開發(fā)相結(jié)合，室內(nèi)模擬試驗(yàn)和田間生產(chǎn)試驗(yàn)相結(jié)合，搞好廠家協(xié)作，使科研成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

    現(xiàn)有氣吸式播種機(jī)應(yīng)用的是自產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，利用的是拖拉機(jī)后輸出軸的動力，轉(zhuǎn)速為540 r/min；我們在不大改動原有風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用液壓馬達(dá)驅(qū)動達(dá)到轉(zhuǎn)速540 r/min。
    配套元件技術(shù)指標(biāo)：
    （1）液壓馬達(dá)選擇伊頓馬達(dá)MOA03A02A000A00。
排量46 mL，最大轉(zhuǎn)速973  r/min，扭矩-44 N·m，壓力-83 x 105 Pa，接口尺寸G7/8-14。
    （2）液壓膠管，13 1 - 3000JB1885 - 77A型，接口尺寸M22 x 1. 5。

3工作原理及總體配置
    液壓驅(qū)動風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是液壓馬達(dá)的輸出軸直接與大皮帶輪連接，大皮帶輪通過皮帶與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸相連，增娜比為10:1；液壓馬達(dá)的進(jìn)出油口通過液壓膠管（帶快速接頭）與拖拉機(jī)液壓輸出口相連。當(dāng)拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)啟動輸出時，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，從而帶動風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

    為了提高設(shè)備的適應(yīng)性、互換性，便于生產(chǎn)，我們只將大皮帶輪與拖拉機(jī)后輸出軸相連部分加以改動，取消萬向聯(lián)軸器，相應(yīng)增加風(fēng)機(jī)與液壓馬達(dá)連接件、液壓馬達(dá)及液壓管路。這樣設(shè)計(jì)盡可能實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)驅(qū)動在機(jī)械驅(qū)動與液壓驅(qū)動間的轉(zhuǎn)換。

    主要工作部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算：
    （1）液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算。流量Q=g×n×η=46 ×550 ÷0. 8 = 31. 6 L/min（式中：q----排量，n----轉(zhuǎn)速，η----效率）
    功率p＝pQ/60η=8. 3 ×31. 6/60 × 0. 8=5.46 kW
   （2）液壓膠管的設(shè)計(jì)計(jì)算。膠管內(nèi)徑d=（Q/6v×10-4）1/2=（31. 6/6 × 4 ×10-4）1/2=0. 0115 m。（式中，v=4 m/s）

經(jīng)計(jì)算所選的膠管符合要求。

4試驗(yàn)情況及結(jié)果
    根據(jù)風(fēng)機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，對該驅(qū)動裝置作業(yè)工藝的可行性及樣機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行性能試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)，以檢查裝置的各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)說明書要求。

4.1試驗(yàn)條件
    （1）試驗(yàn)地點(diǎn)及機(jī)具：
    沃爾公司，拖拉機(jī)采用芬特60；
    紅旗鄉(xiāng)，拖拉機(jī)采用紐荷蘭90～110；
    蘭西東金玉米基地，拖拉機(jī)采用紐荷蘭90～110。
    （2）試驗(yàn)時間：2010年3月30日至6月1日。
    （3）試驗(yàn)樣機(jī)：由農(nóng)業(yè)工程咨詢設(shè)計(jì)研究所提供。
（4）測試單位：農(nóng)業(yè)部耕作機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢測測試中心。

4.2試驗(yàn)與分析
    （1）作業(yè)工藝試驗(yàn)。該系統(tǒng)與拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)連接，風(fēng)機(jī)即能正常工作，作業(yè)時能夠滿足風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速。從試驗(yàn)情況看機(jī)具滿足了播種機(jī)播種的要求，系統(tǒng)作業(yè)可靠、平穩(wěn)。

    （2）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速測定。2010年3月30日-4月4日對FJM1型風(fēng)機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)速測定。配套動力為分特60輪式拖拉機(jī)，轉(zhuǎn)速測定如表1所示。

    2010年5月4日-6月1日對FJM1型風(fēng)機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)速測定。配套動力為分特紐荷蘭90-110拖拉機(jī)，轉(zhuǎn)速測定見表2。

    （3）生產(chǎn)試驗(yàn)。樣機(jī)制造、安裝、調(diào)試后，于2010年4-6月對樣機(jī)進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，同時還對樣機(jī)進(jìn)行了強(qiáng)度考核試驗(yàn)。累計(jì)作業(yè)時間10 h，通過以上試驗(yàn)，樣機(jī)完好，各部分零件、部件未發(fā)現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

    作業(yè)中，風(fēng)機(jī)在拖拉機(jī)停車、轉(zhuǎn)彎過程中均能可靠工作，但當(dāng)拖拉機(jī)懸掛架下放時馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降，但仍能可靠工作。分析原因：拖拉機(jī)懸掛播種機(jī)后，懸掛架負(fù)重很大，在下放時靠自重即可落下，造成液壓系統(tǒng)負(fù)荷減小，系統(tǒng)壓力降低，造成馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降。據(jù)此情況，我們認(rèn)為可用兩種方法解決：一是在拖拉機(jī)懸掛架油缸下放時的回油管上增加單向背壓閥，通過調(diào)整背壓閥的背壓，控制液壓系統(tǒng)的壓力，即可解決此問題。但由此可造成拖拉機(jī)懸掛架下放速度減慢。二是在液壓馬達(dá)與大皮帶輪間安裝超越離合器。

4.3取得的成果及解決的技術(shù)關(guān)健
    (1)解決了氣吸播種機(jī)在停車、調(diào)頭時因拖拉機(jī)后輸出動力停止，排種器內(nèi)種子脫落的問題。
    (2)由于設(shè)計(jì)改動量小，在生產(chǎn)和使用中很容易實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)驅(qū)動在機(jī)械驅(qū)動與液壓驅(qū)動間的轉(zhuǎn)換。
5結(jié)論
    (1)該項(xiàng)目研究選題準(zhǔn)確，立項(xiàng)依據(jù)充分，符合農(nóng)機(jī)市場的迫切要求，有利于科研成果的轉(zhuǎn)化。
    (2)通過試驗(yàn)證明，液壓驅(qū)動氣吸式播種機(jī)在90馬力以下拖拉機(jī)上使用不可行。
(3)液壓驅(qū)動氣吸式播種機(jī)在某些拖拉機(jī)上使用時，在拖拉機(jī)懸掛架油缸下放時的回油管上需要增加單向背壓閥或在液壓馬達(dá)與大皮帶輪間安裝超越離合器。