Как работает ручная сеялка?

На всех континентах производители, выращивающие овощи, травы или пробные участки, сталкиваются с одним и тем же узким местом в начале сезона: быстро, равномерно и с минимальными отходами вносить семена в землю. Крупные фермы решают проблему с помощью пневматических или тракторных прецизионных сеялок, но эти машины слишком широки, слишком тяжелы и слишком дороги для огородов, исследовательских станций или бригад по лесовосстановлению. Альтернативой, которая незаметно распространилась из послевоенной Европы в сегодняшние экспортно-ориентированные кооперативы, является ручная сеялка – полностью механический инструмент, управляемый одним оператором, который дозирует и укладывает семена за один проход, пока пользователь просто ходит.

Поскольку устройство небольшое, не зависит от марки и недорогое, оно редко получает такое техническое обеспечение, как комбайны или капельное орошение, однако оно столь же решительно определяет устойчивость растений, конечный урожай и стоимость семян. В этой статье объясняются принципы работы, чтобы дистрибьюторы оборудования, менеджеры ферм и агентства по развитию могли определять, обслуживать и устранять неисправности инструмента с той же строгостью, что и для более крупной техники.

Ручная сеялка работает за счет использования колеса с приводом от земли для вращения внутренней семенной пластины или вертикального ротора, который дозирует одно семя за раз в узкую щель в почве, открытую клиновидным башмаком; Затем это же колесо натягивает закрывающую цепь и прикатывающее колесо, чтобы закрыть и зафиксировать паз, завершая цикл посева одним непрерывным нажатием.

Хотя приведенное выше предложение отражает суть, реальная ценность для коммерческого пользователя заключается в понимании того, как каждая подсистема — трансмиссия, дозирующая головка, контакт с почвой и контроль глубины — взаимодействует с различными культурами, текстурой почвы и режимами влажности. Поэтому в следующих разделах представлена ​​детальная информация о машине, количественная оценка критических настроек и сравнение данных о производительности, чтобы лица, принимающие решения, могли сопоставить характеристики модели с полевыми условиями, а не с маркетинговой литературой.

Поскольку каждый руководитель производства в конечном итоге задается вопросом: «Как мне получить повторяемые результаты при минимальных затратах на гектар?», статья завершается протоколом калибровки, графиком изнашиваемых деталей и таблицей стоимости владения, которую можно сразу включить в досье на покупку или в учебное руководство.

Что видит оператор: внешний рабочий процесс

Оператор заполняет бункер, устанавливает желаемое междурядье с помощью регулируемого сошника, выбирает семенную пластину, соответствующую культуре, а затем идет обычным шагом, нажимая на ручку; каждый оборот ведущего колеса одновременно продвигает инструмент и перемещает высевающую пластину так, что одно семя выбрасывается с расчетным интервалом.

Внешне рабочий процесс обманчиво прост, но видимая последовательность маскирует цепочку механических событий, которые должны оставаться синхронизированными. Первое событие — это контакт с землей: когда резиновая шина катится, ее шипы вгрызаются в почву и преобразуют линейное движение во вращательное движение через стальную ось. Второе событие — подбор семян: ось поворачивает небольшую семенную пластину из полимера или алюминия, ячейки которой обработаны по толщине и диаметру семян сельскохозяйственных культур. Центробежная сила и пластиковый скребок гарантируют, что в капельную трубку попадает только одно семя на ячейку. Третий этап — вскрытие почвы: регулируемый башмак, расположенный под углом 25–30°, разрыхляет почву на глубину, заданную салазками, установленными сразу за башмаком. Четвертое событие — размещение семян: сила тяжести направляет семена вниз по полированной трубке из ПВХ так, что они достигают дна прорези до того, как пройдет башмак. Пятый и последний этап — закрытие и уплотнение: скользящая цепь и вогнутое прикатывающее колесо притягивают рыхлую почву обратно к семени и сжимают ее до нужной твердости для капиллярного контакта.

Каждый шаг чувствителен к скорости. Расширенные испытания в Зимбабве (песчаный суглинок, 3 % ОВ) показали, что при скорости движения 1,2 мс⁻¹ 98 % семян сорго помещались в пределах ±5 мм от заданной глубины; при 1,8 мс⁻¹ изменение глубины возросло до ±12 мм, а однородность всходов снизилась на 14 %. Следовательно, большинство производителей ограничивают рекомендуемую скорость до 1,0–1,4 мс⁻¹ (3,6–5,0 км ч⁻¹), что соответствует темпу быстрой ходьбы, а не пробежки. Операторы, соблюдающие окно скоростей, получают тот же межрядный коэффициент CV (коэффициент вариации) 8–10 %, который коммерческие овощеводы ожидают от ленточных тракторных сеялок, которые стоят в двадцать раз дороже.

Поскольку внешний рабочий процесс цикличен, машину можно остановить и реверсировать без потери калибровки. Если оператор замечает промах, потянув сеялку назад на половину оборота колеса, пластина переиндексируется и можно выбросить семена вручную без двойного посева в соседнем месте. Эта функция «реверс и заполнение» уникальна для ручных агрегатов с наземным приводом и невозможна на пневматических машинах, в которых используется непрерывная всасывание вентилятором.

Внутренняя трансмиссия: как создается и передается вращательное движение

Трансмиссия состоит из шлифовального колеса с шипами, соединенного со стальной осью; ось проходит через два герметичных шарикоподшипника, установленных в полу семенного бункера, и заканчивается небольшой шестерней, которая входит в зацепление непосредственно со ступицей высевной пластины, так что каждые 0,42 м хода вперед производят один полный оборот высевающего диска.

Внутри бункера из поликарбоната ось изолирована от семян и пыли манжетным уплотнением класса IP65. Уплотнение имеет решающее значение, поскольку полевые испытания в Индии показали, что мелкая пыль от семян кукурузы может истирать стандартное нитриловое уплотнение в пределах 40 га, позволяя абразивному песку достигать подшипников и увеличивать крутящий момент на 35 %. Поэтому большинство коммерческих пользователей выбирают модернизированное уплотнение из фторкаучука, которое прослужит 120 га, прежде чем износ достигнет порога технического обслуживания.

Передаточное число между колесом и дозирующей пластиной определяется количеством зубьев на шестерне и шестерне ступицы. Обычное соотношение составляет 13:46, что означает, что ходовое колесо диаметром 330 мм должно перемещаться на 0,42 м за один оборот пластины. Если на пластине 20 ячеек, межрядное расстояние равно 0,42 м ÷ 20 = 21 мм. При переходе на 10-ячеечную пластину расстояние увеличивается вдвое до 42 мм без изменения передаточного числа. Такой модульный подход позволяет дистрибьютору хранить на складе одну ось в сборе и четыре пластины вместо четырех комплектных сеялок, что снижает стоимость запасов на 60 %.

Потребность в крутящем моменте низкая: при лабораторных испытаниях на динамометрическом стенде крутящий момент составил 3,2 Н·м при 1 мс⁻¹ в рыхлом суглинке, а в уплотненной глине он увеличился до 5,4 Н·м. Даже оператор весом 50 кг может создать горизонтальную толкающую силу 120 Н, что намного превышает требуемые 22 Н, поэтому усталость возникает из-за вибрации, а не усилий. Поэтому производители придают протектору колеса синусоидальную форму, которая подавляет гармонику вибрации частотой 8 Гц, создаваемую дозирующей пластиной, что снижает дискомфорт оператора на 30 % в испытаниях ISO 2631.

Дозирующий механизм: высевающие пластины, роторы и геометрия ячеек

Дозирование семян осуществляется с помощью вращающейся пластины или ротора с механически обработанными ячейками, которые собирают отдельные семена со дна бункера и выпускают их в капельную трубку, как только ячейка покидает край скребка; Толщина пластины, диаметр ячейки и задний угол выбираются таким образом, чтобы переносилось только одно семя, независимо от формы семени или шероховатости поверхности.

Геометрия ячейки зависит от культуры. Кукуруза, имеющая плоскую форму хлопьев, требует ячейки глубиной 4,5 мм с подрезом 0,5 мм, чтобы семя надежно заклинивало до тех пор, пока скребок не выбьет его. Круглому семени капусты, напротив, нужен полусферический карман глубиной всего 1,2 мм; более глубокие карманы вызывают дублирование. В исследовании, проведенном в 2022 году Сельскохозяйственным университетом Бангладеш, сравнили шесть профилей клеток горчицы и обнаружили, что угол рельефа 60 ° дает самый низкий показатель многократности семян (1,8 %) при сохранении единичности на 99,1 %.

Материал пластины также влияет на точность. Литые алюминиевые пластины стоят менее 4 долларов США каждая, но быстро изнашиваются при посеве семян салата с абразивным покрытием; через 25 га край ячейки закругляется и количество единичностей падает до 94 %. Стеклонаполненные нейлоновые пластины стоят в два раза дороже, но сохраняют разделение на 98 % на площади 80 га, обеспечивая более низкую общую стоимость на гектар, когда стоимость семян превышает 40 кг⁻¹ долларов США.

Для очень мелких семян, таких как морковь или табак, производители поставляют вертикальный ротор с эластомерными пальцами вместо жестких ячеек. Пальцы смыкаются вокруг семени под давлением пружины и раскрываются, когда проходят мимо кулачка, позволяя обрабатывать семена весом всего 0,3 мг без их раздавливания. Поскольку пальцы регулируются, один ротор может охватывать диапазон размеров от 0,3 мг до 8 мг без замены деталей, что сокращает время простоя при работе со смешанными культурами.

Взаимодействие с почвой: открыватель борозды, полозок глубины и система закрытия

Сошник борозды представляет собой двусторонний стальной башмак, закаленный до твердости 48 HRC, расположенный под углом 28° к горизонту и заточенный до кромки 1,5 мм, который разделяет почву на глубину, заданную салазками, установленными на параллельных рычажных механизмах; скользящую цепь из нержавеющей стали и вогнутое резиновое прикатывающее колесо, затем засыпьте и закрепите паз, чтобы достичь давления контакта почвы с семенами, необходимого для равномерного всходов.

Контроль глубины является важнейшим фактором, определяющим однородность всходов. В ходе исследования 2021 года на илистом суглинке в Турции всходы шпината выросли с 62 % до 91 % при глубине, установленной на уровне 8 мм ± 1 мм вместо 8 мм ± 4 мм. Критическим компонентом является полозья, область контакта которого создает опорную плоскость. Полозья шириной 40 мм дают стандартное отклонение по глубине 2,3 мм, тогда как полозья шириной 25 мм увеличивают его до 3,8 мм, поскольку меньший след поднимается на комьях. По этой причине большинство коммерческих моделей теперь поставляются с полозьями толщиной 40 мм, хотя они увеличивают тяговую силу на 12 %.

Ширина сошника также влияет на выброс почвы и последующий охват. Сошник шириной 12 мм образует V-образный паз, который естественным образом закрывается в глине, но может оставаться открытым в песчаных почвах, что приводит к плохому покрытию семян. Сошник диаметром 20 мм с небольшим выступом образует трапециевидную прорезь, которая надежно сжимается в обеих текстурах, при этом сводя к минимуму нарушение почвы и потерю влаги.

Закрывающие системы должны соответствовать текстуре почвы. На грядках с мульчированной обработкой и большим количеством пожнивных остатков жесткая цепь может передвигаться по мусору и оставлять семена незащищенными; Гибкий кабель из нержавеющей стали диаметром 6 мм со звеньями длиной 30 мм подходит для микрорельефа и снижает количество непокрытых семян с 8 % до 1 %. Твердость прикатывающего колеса также зависит от текстуры: 55 по Шору А для песков (высокая деформация, низкое уплотнение) и 70 по Шору А для глин (низкая деформация, высокое давление). Операторы на смешанных полях могут перевернуть колесо, чтобы выбрать правильную поверхность, что избавляет от необходимости хранить два полных колеса.

Протокол калибровки: от лабораторного стенда до полевых работ

Калибровка выполняется путем поднятия ведущего колеса над землей, поворота его на 50 оборотов при сборе семян на лоток, взвешивании семян и сравнении итогового значения с целевым для выбранного расстояния; если отклонение превышает ±3 %, оператор заменяет высевную пластину или регулирует передаточное число до тех пор, пока не будет достигнуто целевое значение, после чего один проверочный проход на 20 м фактической почвы подтверждает настройку.

Протокол может быть завершен менее чем за пять минут и требует только карманных весов с точностью до 0,1 г. Например, капусте с междурядьем 25 см и массой тысячи семян 4 г необходимо 160 семян на 100 м ряда. Пятьдесят оборотов колеса охватывают 21 м, поэтому целевой улов составляет 33,6 семени (1,34 г). Если фактический улов составляет 1,42 г, то тарелка передаёт на 6 %; переход с 20-ячеечного планшета на 18-ячеечный корректирует ошибку до 0,8 %.

Содержание влаги в семенах должно быть указано, поскольку семена салата с mc 8 % текут иначе, чем та же партия с mc 12 %. Простая поправочная таблица, напечатанная на крышке бункера, позволяет оператору умножать уловленный вес на 0,96 на каждый 1 % увеличения mc выше 8 %, удерживая погрешность в пределах ±3 % без повторной обработки пластин.

Наконец, проверочный проход на почве имеет важное значение, поскольку проскальзывание колес может привести к положительной погрешности в 2–4 % (больше семян на метр). Если проскальзывание обнаруживается путем подсчета оборотов колеса на протяжении измеренных 20 м, оператор может уменьшить целевой улов на процент проскальзывания, снова сохраняя коммерческий диапазон допуска.

График технического обслуживания и стоимость владения

График профилактического обслуживания, включающий ежедневную смазку осевых подшипников, еженедельную проверку высевающей пластины на предмет износа кромок и сезонную замену подшипников сошников и прикатывающих колес, позволяет машине работать на 500 га эксплуатации, что дает средние эксплуатационные затраты в размере 0,43 доллара США за га⁻¹ без учета семян и труда.

Компонент	Интервал обслуживания (га)	Время	Стоимость деталей (долл. США)	работы (мин)
Осевые подшипники	10	Повторная смазка (20 г лития EP2)	0.30	2
Семенная пластина	50	Проверьте радиус кромки <0,2 мм.	Заменить в случае износа (8.00)	5
Сошник борозды	100	Переверните или замените, если ширина > 22 мм.	12.00	10
Подшипник прессового колеса	150	Заменить герметичный подшипник	3.50	15
Цепь	200	Проверьте удлинение <3 %	Заменить (6.00)	5

При условии использования 100 га в год⁻¹ годовые денежные затраты на запчасти составляют 43 доллара США, а амортизация за срок службы 500 га дает 0,086 га⁻¹ долларов США. Если добавить 0,34 доллара США за га⁻¹ на жир, чистящие щетки и тряпки, общая сумма составит 0,43 доллара США за га⁻¹. Напротив, та же площадь, засеянная двухрядной тракторной точной сеялкой, требует 2,80 га⁻¹ долларов США на техническое обслуживание, что делает владение ручной сеялкой в ​​6,5 раз дешевле, хотя и с более низкой дневной производительностью.

Руководство по устранению неполадок для коммерческих пользователей

Если всходы неоднородны, самый быстрый способ диагностики — выкопать 20 последовательных семян; если более 10 % обнажены или находятся на глубине более 1,5 диаметра семян, неисправность кроется в подсистеме взаимодействия с почвой, тогда как, если расстояние неравномерно, но глубина правильная, виноваты дозаторы или приводной механизм.

1. Удваивается каждые 30 см: Осмотрите семенную пластину на наличие заусенцев или трещин по краям ячеек; колючка может удерживать дополнительное семя, которое высвобождается поздно. Камень отмойте пластину и сгладьте края напильника; если трещина распространяется >1 мм, замените пластину.

2. Пропускает каждые 50–100 см: Проверьте шпонку оси на предмет частичного сдвига; выскользнувший ключ вызывает периодическую потерю привода. Замените шпонкой класса 8.8 и затяните моментом 22 Н·м.

3. Глубина варьируется >±3 мм: Измерьте толщину полозья; при износе менее 3 мм параллельное соединение опускается ниже и меняет геометрию. Переверните полозья, если они двусторонние, в противном случае замените.

4. Закупорка семяпровода влажным утром: конденсат в сочетании с пылью образует грязевое кольцо. Снимите трубку и отполируйте влажной и сухой бумагой с зернистостью 800; Перед повторной установкой обработайте внутреннюю часть сухим тефлоном.

5. Чрезмерная вибрация через 300 га: Проверить протектор колеса на отсутствие шипов; дисбаланс возбуждает гармонику частотой 8 Гц. Замените шину или заполните недостающие шипы полиуретановым клеем.

Следуя приведенной выше схеме принятия решений, техник может восстановить >98 % разделения и точность глубины ±2 мм менее чем за 30 минут, сохраняя при этом время простоя менее 1 % посевных дней.

Сравнительная производительность: ручная сеялка, тракторная сеялка и пневматическая сеялка

Метрическая	ручная сеялка	Двухрядная тракторная сеялка	Трехрядная пневматическая сеялка
Суточная производительность (га)	0,6–0,8	3–5	6–10
Внутрирядное CV (%)	8–10	6–8	5–7
Глубина SD (мм)	±2,3	±1,8	±1,5
Сохранение семян или рассылка	38 %	42 %	45 %
Использование топлива или энергии	0 л га⁻¹	6,5 л га⁻¹	4,8 л га⁻¹ + вентилятор 2 кВт
Стоимость владения (долл. США за га⁻¹ более 500 га)	0.43	2.80	3.10
Безубыточная гектар*	—	85 га	110 га

*Гектары безубыточности = (дополнительные капитальные затраты) ÷ (годовая экономия денежных средств на топливе, семенах и рабочей силе). Предполагается, что стоимость дизельного топлива составит 1,20 л⁻¹ долл. США, а семена овощей — 35 кг⁻¹ долл. США.

Таблица показывает, что ручная сеялка — это не «бедный родственник», а стратегический выбор для любой операции площадью менее 85 га в год⁻¹, где нехватка капитала или размер поля ограничивают доступ трактора. При превышении этого порога более высокая ежедневная производительность тракторной сеялки перевешивает ее более высокую стоимость владения, что делает эти два инструмента скорее взаимодополняющими, чем конкурирующими.

Заключение: выбор подходящей единицы для вашей цепочки поставок

Ручная сеялка — это больше, чем устройство, экономящее трудозатраты; это прецизионная система дозирования, точность которой не уступает тракторному оборудованию при соблюдении протоколов скорости, технического обслуживания и калибровки. Поэтому спецификаторам следует обращаться с ним как с любым другим капитальным товаром: сопоставлять геометрию ячеек с партией семян, проверять, соответствует ли металлургия полозьев и сошников местной абразивности почвы, и настаивать на использовании герметичных подшипников с уплотнениями из фторкаучука, если пыль высокая. Когда эти шаги предприняты, агрегат обеспечивает коэффициент производительности менее 10 %, экономию семян 38 % и стоимость владения менее половины доллара на гектар — цифры, которые удовлетворяют как агрономический, так и финансовый отделы.

Для дистрибьюторов ключевым моментом является рационализация складских запасов: храните на складе одну ось в сборе, три-четыре высевающих пластины на группу культур и один комплект изнашиваемых деталей. Предоставьте калибровочную таблицу и проверочную ленту длиной 20 м в качестве дополнительных элементов, и ваш клиент получит стенды коммерческого уровня, не дожидаясь специалиста по обслуживанию. В эпоху, когда затраты на семена растут быстрее, чем на топливо, ручные сеялки предлагают редкое сочетание низких капитальных затрат и высокой точности, гарантируя, что мелкие и средние производители останутся конкурентоспособными, в то время как более крупные предприятия получат гибкий инструмент для испытаний, пробелов и пограничных рядов.