油菜多功能精量排種器的設計

王　川，施六林，王麗偉，王　偉

(安徽農業科學院 農業工程研究所，合肥　230031)

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油菜多功能精量排種器的設計

王川，施六林，王麗偉，王偉

(安徽農業科學院 農業工程研究所，合肥230031)

摘要：根據對3種油菜品種物理特性的對比試驗及分析，得出油菜多功能精量排種器是一種較為實用的油菜免耕直播排種器，論證了該排種器的排種性能及其應用于油菜免耕直播的可行性，并進行了油菜籽粒物理性狀對比試驗，通過臺架試驗對籽粒三維尺寸和型孔進行對比，確定同一排種軸上設定3種不同尺寸的橢圓腰型窩眼型孔，并通過研究和分析排種器的功能結構，對排種器的護種盒進行護種板材質與排種孔坡度的改型。試驗表明：該排種器大大減少了籽粒滯留于排種器內的現象，充種效果良好。

關鍵詞：油菜排種器；窩眼型孔；護種盒

0引言

作為安徽省重點推廣的節本增效現代化生產技術[1]，油菜免耕直播技術的研究和推廣，關鍵在于油菜播種機械。只有研制出農業適度規模經營所需的油菜免耕直播播種機，利用先進的種植手段和農機與農藝相融合的方法，高效推廣油菜免耕直播技術以提高油菜種植的經濟效益，才能實現現代農業生產技術的不斷發展。目前，我國各種油菜免耕直播播種機的研制大多處在初級研究階段，仍存在如排種器孔眼易堵塞、播種精準性不理想、損失率高及均勻性差等問題，現有油菜免耕直播播種機的播種性能還不能完全滿足其農藝上的要求。排種器作為播種機的關鍵部件，其排種性能直接決定播種機播種性能，而播種機播種性能又直接關系到農作物的生長和產量。為此，開發了油菜多功能精量排種器，已獲得國家實用新型專利授權(專利號：ZL201220705185.2)，并進行排種器排種性能試驗[2-12]，旨在為研制性能優良的油菜免耕直播播種機具有提供參考。

1總體結構

1.1　總體結構及其工作原理

油菜多功能精量排種器結構如圖1所示。

1.排種器機架　2.排種器護種盒　3.排種軸

筆者分別以甘藍型半冬性核不育二系優質雜交種皖油27號、甘藍型中熟雙低高油份油菜品種核油56號和半冬性甘藍型三系雜交品種核優46號為研究對象，3個品種物理特性各有差異，如表1所示。本設計將排種型孔由傳統尺寸相同的“一排三列”窩眼輪型孔改制成“一排三列”尺寸不同的橢圓腰型型孔。排種器作業時，油菜籽粒由于受到自重和摩擦力的作用，通過排種箱落入排種器并集中在排種軸附近，通過排種軸上的不同孔眼即可對3種三維尺寸不一的油菜籽粒按不同規格的籽粒播種。排種量由排種器機構插板調節，插板從排種盒由大向小尺寸型孔方向進入，從而達到不同尺寸的籽粒進入與之相匹配的型孔。將插板用螺釘頂壓固定，以防止插板做偏向運動。當已充種結束的窩孔在排種輪的運動下轉到排種器下方時，內部嚙合結構從排種孔底部的推卸頂將籽粒推出。排種盒上部有刮種毛刷，為降低籽粒損失率，排種輪在種盒結構內做旋轉方向運動，其運動方向與籽粒自重方向相反，從而使得籽粒自重與刮種毛刷不產生力的作用。同時，排種軸每旋轉90°，有一面型孔朝向作業農田，依靠重力作用實現種子落入田穴中，完成一次排種作業。

表1　3種油菜品種物理特性的比較

1.2　主要結構參數的選擇與確定

1.2.1護種盒材料與坡度的確定

種子的物理機械特性直接影響排種器的播種性能包括摩擦特性、抗壓強度、流動性等。摩擦特性是物料的主要物理機械特性,一般用滑動摩擦因數、滾動摩擦因數、內摩擦角及休止角等來描述。準確的測定結果是設計精密播種機排種器的一個關鍵，項目組選取3種材質對摩擦特性的滑動摩擦角的測定,做對比試驗，重復測定20次取其平均值。內摩擦角,采用型號為DJY-4直接剪切儀測定；休止角,采用注入法測定，試驗結果如表2所示。

表2　種子物理機械特性試驗結果

試驗研究表明：籽粒的滑動摩擦角和滾動穩摩擦角與種子箱導種板的傾角、排種器的型孔或型槽所處位置的角度成正比例關系；籽粒的滑動摩擦角越小，其充種效果就越好。而籽粒與有漆鐵板的滑動摩擦角均小于與木板、橡膠板的滑動摩擦角。綜上，改型前護種盒導種板傾角較大，造成種子與有漆鐵板滑動摩擦因數較高，種子進入排種型孔難度較大，形成種子擁堵，導致排種漏播率上升。項目組適當調整護種盒導種板傾角，坡度角由47°降低至33°，有效增大了窩眼輪型孔的充種率，如圖2所示。

1.2.2橢圓腰型型孔參數

橢圓腰型孔要根據籽粒種子的形狀與大小來確定其形狀與大小。對于不同三維尺寸的籽粒，要依據其長、寬、厚尺寸的排列和型孔配合的機率等來決定型孔尺寸；對于不規則圓類籽粒，其長、寬、厚差別較大，在空間較大的型孔內可能表現為躺、立、斜等多種方式，因而設計型孔大小時，要按照籽粒充填機率較大的情況下，使其按相匹配的型孔大小就位。試驗表明：當每穴播種量為l～2粒時，型孔直徑一般應大于種子最大長度的0.7～1.5mm，型孔深度一般為種子的最大厚度；當每穴播種量為3～4粒時，型孔直徑一般應等于種子的最大長度與最大厚度之和，型孔深度一般為種子最大厚度的2倍。本設計確定3個腰型型孔參數依次為半徑1mm、孔距2.6mm、腰長4.6mm、半徑1.5mm、孔距3.6mm、腰長6.6mm和半徑2mm、孔距4.6mm、腰長8.6mm。排種軸示意如圖3所示。

1.護種盒漆鐵板　2.導種孔　3.固定槽

1~3.腰型型孔

1.3　效益估算

1.3.1社會效益

安徽省油菜有生產優勢，無產業優勢。油菜生產盡管規模大、區域集中、具有明顯種植優勢，但是在傳統育苗移栽和其他作物播種機具直播的種植方式下，油菜生產的勞動強度大，生產成本高，收益差。由于安徽省農村勞動力的大量轉移，勞動力成本增加，加上一季稻面積逐年擴大等因素，傳統種植模式不再適應實際的油菜生產，實施油菜免耕精量直播勢在必行。在這種形勢下，本項目研發油菜品種通用型較好的免耕直播機械，有利于在保護環境條件下油菜種植效益的提高，有利于安徽省近1千萬農民的節本增收。

1.3.2經濟效益

本項目將油菜免耕精量直播機油菜播種機關鍵部件排種器改型為通用型較好的油菜多功能精密排種器，在安徽省長豐崗集油菜示范基地測試播種性能。試驗后測定，每公頃用工75個，比人工育苗移栽方式節約2個工日；如按每工日120元計，節約240元，起到了節本增效的效果。此外，雖然應用人工育苗移栽增加了150~375kg/hm2的油菜籽產量,收入增加660~1 650元/hm2(油菜籽4.40元/kg);但相對而言，油菜免耕直播機械由于配套了油菜多功能機密排種，其綜合效益要高出其1 350~2 340元/hm2，以5年推廣示范1.3萬hm2計，實現增收0.18~0.312億元。

2設計方案驗證

本設計由安徽農業大學機電院制作了樣機，并在前茬為水稻的實驗田中進行了田間試驗。試驗機械選用配套樣機的上海農機化研究所研制的2BGKF-6油菜免耕精量播種機，試驗對象為3個油菜品種，分別為皖油27號、核優46號和核優56號。試驗地點選址為長豐縣安徽農科院崗集基地，試驗流程為：對3個油菜品種分別按照同一播種量150、200、300g進行配套多功能精量排種器的播種機進行直播，對作業情況進行播種破損率、漏播率、重播率、空穴率、粒距合格率和總排量變異系數6個指標的檢測，分析獲得數據如表3所示。結果表明，樣機達到了設計指標。

表3　三種油菜品種播種指標的比較

續表3

3結論

1)在對不同油菜品種三維尺寸、千粒質量和含水率等物理特性對比試驗基礎上，設計區別于傳統機械式排種器型孔設定的尺寸相同的“一排三列”窩眼輪型孔，即采在排種軸上設計3種不同尺寸大小的橢圓腰型型孔，以適宜于性狀不一的油菜機械化播種作業。該設計結構上具備創新性，能有效降低排種器對不同油菜品種籽粒的破損率，提高窩眼型孔的充種能力。

2)對傳統排種器的護種盒進行了改進。播種機在進行田間播種作業時，容易出現種子滯留于排種器內的現象，充種效果不佳，導致種子漏播率較高。本課題通過研究和分析排種器的功能結構，對排種器的護種盒進行護種板材質與排種孔坡度的改型。試驗表明：改進后大大減少籽粒滯留于排種器內現象，充種效果良好。

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Design of Multifunctional Rape No-tillage and Direct Seeding Device

Wang Chuan，Shi Liulin，Wang Liwei，Wang Wei

(Institute of Agricultural Engineering, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

Abstract：According to the analysis of the physical property in three kind of rape, this study has concluded that the rape no-tillage and direct seeding device filling seed outside, which is multifunctional and precise, works fairly ideal and has a good performance.Moreover, in this paper, the primary tasks for verifying its seedling performance and studying the feasibility of applying it to rape no-tillage and direct seeding are as follows:Firstly, based on the test about the physical property of different rapeseeds, a final design that three different size of socket-roller and elliptical mold hole were set on the same feed shaft was determined through making comparative platform experiment on the characteristics of rapeseeds’ three-dimensional size and mold hole. Secondly, by analysis the functional structure of this seeding device above, its board material for protecting seed and the slope of seeding hole were both remodeled. At last, it was discovered that the quantity of seeds left behind in the seeding device was reduced greatly and the consequence of filling seeds was effective after some tests were done.

Key words：rape seeding device；socket-roller mold hole；case of protecting seed

中圖分類號：S233.2；S220.3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)11-0158-04

作者簡介：王川(1978-)，男，安徽桐城人，副研究員，碩士，(E-mail)06wangchuan@163.com。通訊作者：施六林(1964-)，男，安徽樅陽人，研究員，碩士，(E-mail)shiliulin386@126.com。

基金項目：中央財政農業技術推廣資金項目(2014-2015)

收稿日期：2015-10-23